JP2004319836A - 被接合物の受け渡し方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な被接合物であっても的確にかつ高精度で所定のハンドリングを行うことができ、しかも、洗浄され表面活性化された被接合物の接合面に触れることなくトレイ上からの取り出し、ツール側への受け渡しを行うことが可能な、被接合物の受け渡し方法および装置を提供する。
【解決手段】被接合物の接合面を上方に向けた状態でトレイ上にセットし、少なくとも第１の被接合物を反転して第１のツールへ受け渡す第１の受け渡しツールの位置を認識した状態でトレイ上の第１の被接合物を認識手段で認識し、第１の受け渡しツールとトレイ上の第１の被接合物の相対位置をアライメントした後、第１の受け渡しツールにより第１の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第１のツールへ受け渡す、被接合物の受け渡し方法および装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップやウエハー、各種回路基板等の、基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、各接合物をトレイ上から接合のための所定位置へと受け渡す方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ボンディングヘッド下のツールに保持した被接合物と、水平移動可能なステージ上のツールに保持した被接合物との間に、上下２視野を有する認識手段を挿入して両被接合物をアライメントし、認識手段を退避させてボンディングヘッドを下降させ被接合物同士を接合するようにした実装装置が知られている。このような実装装置においては、被接合物をトレイ上にセットしておき、該トレイ上から接合すべき被接合物を取り出してツールへと受け渡す方式が採用されることがあり、トレイ上からの受け渡しには別途ローディング機構が設けられることが多い（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
接合すべき被接合物をツール上の所定位置に正確に保持させるには、上記受け渡しにも精度が要求されるが、トレイ上から被接合物を取り出すに際し、正確にピックアップできるよう、下方への視野を有する光学認識装置を備えた方式が知られている（たとえば、特許文献２）。また、被接合物をヘッドで吸着保持した後、直接ヘッド上で位置出しを行うようにした方式も知られている（たとえば、特許文献３）。
【０００４】
一方、金属接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、シリコンウエハーの接合面同士を接合するに際し、接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの接合法が開示されている（たとえば、特許文献４）。この接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、基本的に、接合のための加熱を不要化でき、活性化された表面同士を単に接触させるだけで、常温またはそれに近い低温での接合が可能になる。
【０００５】
しかし、この接合法においては、上記のようなエネルギー波によるエッチングにより表面活性化された金属接合部の接合面は、接合されるまでは触れることができない。そのため、表面活性化された被接合物は、たとえば洗浄面に触れないようにアタッチメント等を用いて保持されることになるが、被接合物を保持する為のアタッチメントと保持されるべき被接合物との位置合わせが必要になるという問題を含んでいる。とくに、トレイ上に載せられた被接合物をアタッチメント等を用いて取り出し、ツールへと受け渡す場合、トレイ上での被接合物の位置が決まっていないと、アタッチメントとの位置が合わず、所定の取り出しや受渡しを行うことができないという問題を招く。
【０００６】
さらに、近年とくに、チップの微小化が進み、たとえば０．２ｍｍ角の光素子というような微小チップも出現してきている。このような微小チップを、的確に取り出したり、吸着孔から外れないように精度よくツールに受け渡すには、トレイ上の微小チップと受け渡しツール（またはそれに保持されたアタッチメント）との間の高精度の位置決め、および、受け渡しツール（またはそれに保持されたアタッチメント）とツール（または該ツールに設けられた吸着孔）との間の高精度の位置決めが要求されることになるが、現状の装置では困難である。たとえば、０．２ｍｍ角の微小チップで吸着孔０．１ｍｍの場合、０．１ｍｍの位置ずれが生じると吸着できない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２２６７３７号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】
特開２０００−１６４６４０号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献３】
特開２０００−３４０９９８号公報（特許請求の範囲、図６）
【特許文献４】
特許第２７９１４２９号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような、トレイからの被接合物の取り出し、受け渡しを、別途設けられたローディング装置で行う方式には、装置が大がかりになり、装置コストが高くなるという問題がある。また、下方への視野を有する光学認識装置だけを備えた方式では、被接合物の取り出し等の限られた動作に対してしか、位置決めをおこなうことができず、上下のツールに対して被接合物を高精度で受け渡すまでの動作をカバーできない。また、ヘッド上で直接位置出しを行う方式では、ヘッドの機構が複雑になるとともに、トレイから微小チップを取り出す動作等には対応できない。さらに、表面活性化された被接合物、とくに微小な被接合物を、洗浄された接合面に触れずに適切にハンドリングできる装置は見当たらない。
【０００９】
そこで本発明の課題は、このような実情に鑑み、とくにエネルギー波またはエネルギー粒子により金属接合部の接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、微小な被接合物であっても的確にかつ高精度で所定のハンドリングを行うことができ、しかも、洗浄され表面活性化された被接合物の接合面に触れることなくトレイ上からの取り出し、ツール側への受け渡しを行うことが可能な、被接合物の受け渡し方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る被接合物の受け渡し方法は、エネルギー波またはエネルギー粒子により第１、第２の被接合物の接合面を洗浄した後、両被接合物を不活性ガスまたは大気中で接合する工程において、上方のボンディングヘッド下に配置された第１のツールの下面に保持された第１の被接合物と、下方のステージ上に配置された第２のツールの上面に保持された第２の被接合物との間に、上下２視野を有する２視野の認識手段を挿入して両被接合物をアライメントした後、両被接合物を接合するに際し、まず、少なくとも前記第１の被接合物をその接合面を上方に向けた状態でトレイ上にセットし、該第１の被接合物を反転して前記第１のツールへ受け渡す第１の受け渡しツールおよび前記第２の被接合物を前記第２のツールへ受け渡す第２の受け渡しツールのうち少なくとも第１の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第１の被接合物を認識手段で認識し、第１の受け渡しツールとトレイ上の第１の被接合物の相対位置をアライメントした後、前記第１の受け渡しツールにより第１の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第１のツールへ受け渡すことを特徴とする方法からなる。
【００１１】
この被接合物の受け渡し方法においては、前記第２の被接合物も前記トレイ上にセットし、第２の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第２の被接合物を前記認識手段で認識し、第２の受け渡しツールとトレイ上の第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、前記第２の受け渡しツールにより第２の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第２のツールへ受け渡すようにすることが好ましい。
【００１２】
また、前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールを前記ボンディングヘッドおよび／または前記ステージとは別構成にて移動可能に構成し、固定された、あるいは受け渡しツール移動機構に取り付けられた認識手段によりトレイ上の被接合物を認識して対応する受け渡しツールに対して相対位置をアライメントした後、該被接合物を受け渡しツールに取り出すようにすることができる。
【００１３】
あるいは、前記２視野の認識手段を被接合物の取り出し、受け渡しに利用することもできる。すなわち、前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールを前記ボンディングヘッドおよび／または装置ベースから立ち上げたコラムに取り付け、第１または第２の受け渡しツールとトレイ上の第１または第２の被接合物間に前記２視野の認識手段を挿入し、第１または第２の受け渡しツールと第１または第２の被接合物を認識して両者の相対位置をアライメントした後、第１または第２の被接合物を受け渡しツールに取り出すようにすることができる。
【００１４】
また、少なくとも前記第１の受け渡しツールを前記２視野の認識手段に取り付け、該２視野の認識手段の上視野認識手段の位置と第１の受け渡しツールの反転後の位置との相対位置関係を第１のパラメータとして記憶しておき、第１の受け渡しツールに保持した第１の被接合物を第１のツールに受け渡す際に、前記第１のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して第１の受け渡しツールの位置を制御した後、保持していた第１の被接合物を第１のツールに受け渡すようにすることができる。
【００１５】
この方式においては、前記第２の受け渡しツールも前記２視野の認識手段に取り付け、該２視野の認識手段の下視野認識手段により第２の被接合物の位置を認識し、前記第２の受け渡しツールと位置認識された第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、該第２の被接合物をトレイから第２の受け渡しツールに取り出し、取り出した第２の被接合物を前記第２のツールに受け渡すようにすることもできる。
【００１６】
そして、前記２視野の認識手段の下視野認識手段の位置と受け渡しツールの位置との相対位置関係を第２のパラメータとして記憶しておき、前記被接合物をトレイから取り出す際に、前記第２のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して受け渡しツールの位置を制御した後、該受け渡しツールにより被接合物を取り出すようにすることもできる。
【００１７】
本発明に係る被接合物の受け渡し方法においては、前記受け渡しツールが交換可能なアタッチメントを有しており、該アタッチメントにより被接合物を取り出すようにすることができる。
【００１８】
この場合、交換用アタッチメントを前記ステージ上にセットしておき、アタッチメント交換時に、交換されるべきアタッチメントを前記２視野の認識手段を用いてアライメントした後、該アタッチメントを前記受け渡しツールへ取り出すようにすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る被接合物の受け渡し方法においては、被接合物の接合面洗浄用エネルギー波またはエネルギー粒子としては、たとえば、プラズマ（大気圧プラズマを含む。）、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、レーザなどを用いることができるが、取り扱い易さ、制御の容易性等の面から、プラズマを用いることが好ましく、中でも、Ａｒプラズマを用いることが好ましい。
【００２０】
上記エネルギー波またはエネルギー粒子による洗浄では、金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングすることが好ましい。このような深さ以上にエッチング可能なエネルギー波またはエネルギー粒子の照射により、大気中であっても、金属接合部同士を接合するに必要な表面性状を得ることが可能になる。
【００２１】
本発明に係る接合は、とくに、表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている金属接合部同士を接合する場合に好適である。たとえば、互いに接合される金属接合部の組み合わせとして、金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の２つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の接合の場合、常温でも確実に接合できるようになる。ただし、金同士の接合以外の場合でも（たとえば、金／銅、金／アルミニウム等の接合等）、常温あるいはそれに近い低温での接合を可能とすることができる。また、少なくとも一方の金属接合部を特定の金属、たとえば金で構成する場合、金属接合部を形成する電極等の全体を金で構成することもできるが、表面だけを金で構成することもできる。表面を金で構成するための形態はとくに限定されず、金めっきの形態や金薄膜をスパッタリングや蒸着等により形成した形態を採用すればよい。
【００２２】
また、金属接合部同士の接合に際し、表面同士が良好に密着できるように、少なくとも一方の金属接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１００以下とされていることが好ましい。たとえば、表面硬度Ｈｖを３０〜７０の範囲内（たとえば、平均Ｈｖを５０）とすることが好ましい。このような低硬度としておくことで、接合圧力印加時に金属接合部の表面が微細に適当に変形し、より密接な接合が可能となる。
【００２３】
本発明に係る被接合物の受け渡し装置は、上方に配置されたボンディングヘッドと、その下方に配置されたステージと、ボンディングヘッド下に配置され第１の被接合物を保持する第１のツールと、ステージ上に配置され第２の被接合物を保持する第２のツールと、第１、第２のツール間に挿入される上下２視野を有する２視野の認識手段と、該２視野の認識手段による認識情報に基づいて第１のツールに保持された第１の被接合物と第２のツールに保持された第２の被接合物とを所定の位置関係にアライメントする手段を有し、エネルギー波またはエネルギー粒子により第１、第２の被接合物の接合面を洗浄し、両被接合物をアライメントした後、両被接合物を不活性ガスまたは大気中で接合する接合装置における、接合面を上方に向けた状態でトレイ上にセットされた被接合物を前記第１、第２のツールに受け渡す装置であって、前記第１の被接合物を反転して前記第１のツールへ受け渡す第１の受け渡しツールと、前記第２の被接合物を前記第２のツールへ受け渡す第２の受け渡しツールを有するとともに、少なくとも第１の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第１の被接合物を認識可能な認識手段を有し、前記第１の受け渡しツールは、該認識手段による認識情報に基づいて前記第１の受け渡しツールとトレイ上の第１の被接合物の相対位置をアライメントした後、第１の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第１のツールへ受け渡すことが可能な手段からなることを特徴とするものからなる。
【００２４】
上記認識手段としては、第２の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第２の被接合物も認識可能な手段から構成することができ、前記第２の受け渡しツールとしては、該認識手段による認識情報に基づいて前記第２の受け渡しツールとトレイ上の第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、第２の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第２のツールへ受け渡すことが可能な手段から構成することができる。
【００２５】
また、このような被接合物の受け渡し装置においては、前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールが前記ボンディングヘッドおよび／または前記ステージとは別構成にて移動可能に構成され、前記認識手段が、固定設置されており、あるいは受け渡しツール移動機構に取り付けられており、前記受け渡しツールが、該認識手段によりトレイ上の被接合物が認識されて対応する受け渡しツールに対して相対位置がアライメントされた後、該被接合物を取り出すことが可能なツールからなる構成を採用できる。
【００２６】
あるいは、前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールが前記ボンディングヘッドおよび／または装置ベースから立ち上げたコラムに取り付けられ、前記２視野の認識手段は第１または第２の受け渡しツールとトレイ上の第１または第２の被接合物間に挿入され、前記受け渡しツールが、第１または第２の受け渡しツールと第１または第２の被接合物が前記２視野の認識手段より認識されて両者の相対位置がアライメントされた後、第１または第２の被接合物を受け渡しツールに取り出すことが可能なツールからなる構成を採用できる。
【００２７】
また、少なくとも前記第１の受け渡しツールは前記２視野の認識手段に取り付けられ、該２視野の認識手段の上視野認識手段の位置と第１の受け渡しツールの反転後の位置との相対位置関係を第１のパラメータとして記憶しておき、第１の受け渡しツールに保持した第１の被接合物を第１のツールに受け渡す際に、前記第１のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して第１の受け渡しツールの位置を制御した後、保持していた第１の被接合物を第１のツールに受け渡すようにした制御手段を有する構成とすることができる。
【００２８】
この構成においては、前記第２の受け渡しツールも前記２視野の認識手段に取り付けられ、該２視野の認識手段の下視野認識手段により第２の被接合物の位置を認識し、前記第２の受け渡しツールと位置認識された第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、該第２の被接合物をトレイから第２の受け渡しツールに取り出し、取り出した第２の被接合物を前記第２のツールに受け渡すようにした制御手段を有する構成とすることもできる。
【００２９】
また、前記制御手段は、前記２視野の認識手段の下視野認識手段の位置と受け渡しツールの位置との相対位置関係を第２のパラメータとして記憶しておき、前記被接合物をトレイから取り出す際に、前記第２のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して受け渡しツールの位置を制御した後、該受け渡しツールにより被接合物を取り出すことが可能に構成されている形態とすることができる。
【００３０】
このような本発明に係る被接合物の受け渡し装置においては、前記受け渡しツールが、交換可能な被接合物取り出し用のアタッチメントを有している構成とすることができる。
【００３１】
たとえば、交換用アタッチメントが前記ステージ上にセットされており、アタッチメント交換時に、交換されるべきアタッチメントは前記２視野の認識手段を用いてアライメントした後、該アタッチメントが前記受け渡しツールへ取り出される構成とすることができる。
【００３２】
また、前述の被接合物の受け渡し方法と同様、被接合物の接合面洗浄用エネルギー波またはエネルギー粒子としてプラズマを用いることができ、とくに、Ａｒプラズマを用いることが好ましい。
【００３３】
また、前記エネルギー波またはエネルギー粒子による洗浄により、前記金属接合部が接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングされることが好ましい。
【００３４】
また、接合部に関しては、表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている金属接合部同士が接合される構成とすることができる。
【００３５】
また、少なくとも一方の金属接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１００以下とされている構成とすることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る被接合物の受け渡し方法を実施するための接合装置の一例を示している。この接合装置１においては、基材の表面に金属接合部２、３を有する第１の被接合物４および第２の被接合物５は、エネルギー波またはエネルギー粒子による洗浄手段としてのプラズマ照射手段８から照射されたプラズマ９によって金属接合部２、３の接合面がエッチングにより洗浄される（洗浄工程）。本実施態様では、真空ポンプ６により減圧され所定の真空度にされたチャンバ７内で、プラズマ９によって金属接合部２、３の接合面がエッチングにより洗浄されるようになっている。さらに、本実施態様では、ポンプ１０によりチャンバ７内にＡｒガスを供給できるようになっており、Ａｒガス雰囲下でプラズマ照射できるようになっている。洗浄された被接合物４、５は、洗浄チャンバ７内から取り出され、接合工程（接合装置部１１）にて、金属接合部２、３同士が、大気中または不活性ガス中で接合される。不活性ガス中で接合する場合には、接合装置部１１の全体がチャンバ（図示略）により、あるいは、接合時に対向保持された両被接合物４、５およびそれらの周囲部がローカルチャンバ（図示略）により、外部雰囲気からシールされ、内部が所定の不活性ガス雰囲気にされればよい。
【００３７】
なお、上記において、被接合物４は、たとえばチップからなり、被接合物５は、例えば基板からなる。ただし、ここでチップとは、たとえば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど種類や大きさに関係なく基板と接合される側の全ての形態のものを指す。この被接合物４上に、金属接合部２として、たとえばバンプが形成されている。また、基板とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど種類や大きさに関係なくチップと接合される側の全ての形態のものを指す。また、チップと基板は位置を入れ替えてもかまわない。
【００３８】
接合装置部１１では、上記洗浄された被接合物４、５がトレイ１２に載せられた状態で搬送された後、たとえば所定の待機部に一旦載置される。この一旦載置場所１３に載置されたトレイ１２上にセットされた第１の被接合物４が、以下のような認識、アライメント後、第１の受け渡しツール１４により、洗浄された接合面に非接触の状態で取り出され、反転された後、ボンディングヘッド１５の下部に配置された第１のツール１６へ受け渡され、金属接合部２が下方に向けられた形態で第１のツール１６に吸着等によって保持される。一旦載置場所１２に載置されたトレイ１２上にセットされた第２の被接合物５は、以下のような認識、アライメント後、第２の受け渡しツール１７により、洗浄された接合面に非接触の状態で取り出され、反転されずにそのままの姿勢で移送されて、ステージ１８上に配置された第２のツール１９の上面に、金属接合部３が上方に向けられた形態で吸着等によって保持される。本実施態様では、第１のツール１６（ボンディングツール）に加熱手段としてのヒータ２０が内蔵されており、不活性ガス雰囲気中あるいは大気中にて、常温下での接合、加熱下での接合のいずれも可能となっている。
【００３９】
本実施態様では、ボンディングヘッド１５は、加圧手段（図示略）により、第１のツール１６を介して被接合物４を下方に押圧できるようになっており、被接合物５に対して、所定の接合圧力を印加、コントロールできるようになっている。本実施態様では、ボンディングヘッド１５は、上下方向（Ｚ方向）に移動および位置決めできるようになっている。
【００４０】
また、上記被接合物５を保持している第２のツール１９およびステージ１８は、本実施態様では、Ｘ、Ｙ方向の水平方向位置制御、θ方向の回転方向位置制御、および、Ｘ軸、Ｙ軸周りの傾き調整制御により、被接合物４との間の相対位置合わせおよび平行度調整を行うことができるようになっており、金属接合部同士の接合時の隙間のばらつきを小さく抑えることもできるようになっている。この相対位置合わせおよび平行度調整のためのアライメントは、被接合物４、５間に進退可能に挿入される認識手段、たとえば２視野の認識手段２１（たとえば、２視野カメラ）により、被接合物４、５あるいはそれらの保持ツール１６、１９に付された認識マーク（図示略）を読み取り、読み取り情報に基づいて位置や角度の必要な修正を行うことにより、実施される。２視野の認識手段２１は、Ｘ、Ｙ方向、場合によってはＺ方向への位置調整が可能となっている。このアライメントは、本実施態様では主としてステージ１８側で行われるが、ボンディングヘッド１５または第１のツール１６側で行うようにすることも可能であり、両側で行うことも可能である。両側で行う場合には、必要に応じて、ボンディングヘッド１５側については昇降制御だけでなく回転制御および／または平行移動制御を行い、ステージ１７側についても回転制御、平行移動制御および昇降制御などを行うことができ、これら制御形態は必要に応じて任意に組み合わせることが可能である。
【００４１】
本実施態様では、図２にも示すように、第１の受け渡しツール１４および第２の受け渡しツール１７は、２視野の認識手段２１の先端部に取り付けられており、このうち、第１の受け渡しツール１４は回転により上下反転可能に取り付けられている。また、第１の受け渡しツール１４および第２の受け渡しツール１７は、アタッチメント２２を介して、たとえば吸着により被接合物を着脱できるようになっている。アタッチチメント２２は、各被接合物４、５に対応したものが取り付けられ、ステージ１８上には、交換用のアタッチメント２３がセットされている。
【００４２】
本実施態様では、まず、図３に示すように、第１の被接合物４がその接合面を上方に向けてトレイ１２上にセットされた状態でステージ１８が移動され、第１の被接合物４が第１のツール１６の下方に位置するように移動される。この状態で認識手段２１が挿入され、認識情報に基づいて第１のツール１６と第１の被接合物４の位置が認識される。このとき、第１のツール１６の認識位置として、たとえばその吸着孔２４の位置を認識しておくと、第１の被接合物４が微小チップの場合にも、後述の受け渡し時に、第１の被接合物４を吸着孔２４から外れないように第１のツール１６に保持させることが可能になる。そしてこのとき、第１の受け渡しツール１６の位置を認識した状態で、つまり、認識手段２１の先端部に取り付けられた第１の受け渡しツール１６の位置が、認識手段２１に対する相対位置として把握されているとともに、認識手段２１が基準位置から移動されている移動量が把握された状態にて、トレイ１２上の第１の被接合物４の位置が認識手段２１で認識される。したがって、認識手段２１の現在位置、認識手段２１に対する第１の受け渡しツール１６の位置、認識手段２１で読み取られたトレイ１２上の第１の被接合物４の位置が、それぞれ正確に認識されることになる。
【００４３】
この認識情報に基づいて、図４に示すように、認識手段２１が後退されるとともに下降され、それに伴って、第１の受け渡しツール１６およびそれに取り付けられているアタッチメント２２が加工され、第１の被接合物４が精度よくアタッチメント２２に保持される。保持は、たとえば図５に示すように、第１の被接合物４の洗浄された接合面（金属接合部２）に非接触の状態にて、たとえば吸引孔２５を通しての吸着によって行われる。
【００４４】
続いて、アタッチメント２２に第１の被接合物４が吸着保持された状態にて、図６に示すように、認識手段２１およびそれに取り付けられている第１の受け渡しツール１６とアタッチメント２２が下方から上方に向けて反転され、保持されている第１の被接合物４が上下反転される。反転された状態で認識手段２１、第１の受け渡しツール１６、アタッチメント２２が上昇され、保持されている第１の被接合物４が第１のツール１６の下面へと受け渡される。事前に第１のツール１６の位置が同じ２視野の認識手段２１で認識されているので、第１の被接合物４は、第１のツール１６の所定の位置に精度よく受け渡され、微小チップの場合にあっても、たとえば吸着孔２４から外れることなく精度よく受け渡される。
【００４５】
受け渡し後には、図７に示すように、第１の被接合物４が第１のツール１６の所定の位置に精度よく保持された状態で、第１のツール１６とアタッチメント２２が認識手段２１とともに下降され、第１の被接合物４の取り出し、受け渡しが完了する。
【００４６】
このとき、２視野の認識手段２１の上視野認識手段の位置と第１の受け渡しツール１４の反転後の位置との相対位置関係を第１のパラメータとして記憶しておき、第１の受け渡しツール１４に保持した第１の被接合物４を第１のツール１６に受け渡す際に、この第１のパラメータに基づき２視野の認識手段２１を移動して第１の受け渡しツール１４の位置を制御した後、保持していた第１の被接合物４を第１のツール１６に受け渡すようにすれば、より的確に高精度の受け渡しが可能になる。
【００４７】
第２の被接合物５の取り出し、受け渡しは、たとえば図８、図９に示すように行われる。すなわち、第２の受け渡しツール１７も前記２視野の認識手段２１に取り付けられているので、該２視野の認識手段２１の下視野認識手段により第２の被接合物５の位置を認識し（図８）、第２の受け渡しツール１７と位置認識された第２の被接合物５の相対位置をアライメントした後、該第２の被接合物５をトレイ１２からアタッチメント２２を介して第２の受け渡しツール１７に取り出し、取り出した第２の被接合物５を反転させることなく移動させて、第２のツール１９に受け渡すようにすることができる（図９）。
【００４８】
このとき、２視野の認識手段２１の下視野認識手段の位置と第２の受け渡しツール１７の位置との相対位置関係を第２のパラメータとして記憶しておき、第２の被接合物５をトレイ１２から取り出す際に、この第２のパラメータに基づき２視野の認識手段２１を移動して第２の受け渡しツール１７の位置を制御した後、該受け渡しツール１７により被接合物５を取り出すようにすれば、より精度よく取り出すことが可能になる。また、この第２のパラメータに基づき第２のツール１９に第２の被接合物５を受け渡すようにすれば、より的確に高精度の受け渡しが可能になる。
【００４９】
第１の被接合物４が第１のツール１６の所定位置に保持され、第２の被接合物５が第２のツール１９の所定位置に保持された後には、２視野の認識手段２１を用いて両被接合物４、５の相対位置がアライメントされ、ボンディングヘッド１５が下降されて所定の接合が行われる。この接合は、前述の如く大気中あるいは不活性ガス中で行われるが、洗浄された接合面が非接触の状態で表面活性化された状態のまま両被接合物４、５がアライメントされ、その状態で接合が行われるので、常温あるいはそれに近い低温での接合が可能になる。
【００５０】
上記のような認識手段２１を用いた被接合物と受け渡しツールとの間のアライメントは、アタッチメント２２の取り出し、交換にも適用できる。すなわち、アタッチメント交換時に、ステージ１８上にセットされた交換されるべき交換用アタッチメント２３を、２視野の認識手段２１を用いてアライメントした後、該アタッチメント２３を受け渡しツール１４または１７に取り出すようにすれば、アタッチメント２３は高精度で受け渡しツール１４または１７に取り付けられることになる。
【００５１】
このような本発明に係る被接合物の受け渡し方法および装置においては、とくに接合のためのアライメント用に設けられていた２視野の認識手段２１の先端部に受け渡しツール１４、１７が取り付けられ、取り出し、受け渡し機構がコンパクトに構成されているとともに、それら動作のための位置認識に２視野の認識手段２１を利用できるようにしたので、従来トレイから被接合物の取り出しには別途ローディング装置が必要であったが、そのような大がかりな装置が不要になり、装置コストが大幅に低減される。
【００５２】
また、２視野の認識手段２１に対して一定寸法オフセットされて設けられた受け渡しツール１４、１７により被接合物の取り出し、受け渡しを行うようにしたので、高精度の受け渡しが可能になる。また、アタッチメント２２を用いて洗浄された接合面に対し非接触の状態で取り出し、受け渡しを行えるようにしたので、接合に対する悪影響のおそれもない。さらにこの時、被接合物の外形に合わせて吸着等により取り出すことができるので、接合面に触れずに、かつ、被接合物の欠けの問題も生じさせずに、所望の取り出し、受け渡し動作を行わせることができる。
【００５３】
また、エネルギー波またはエネルギー粒子による表面活性化工法では接合面に触れることができない。そのため、洗浄された被接合物は、アタッチメント等により吸着保持して接合用ツールへと受け渡されるが、トレイ上にセットされた被接合物は通常位置が決まっていないため、アタッチメントと位置が合わないことが多い。しかし本発明では、トレイ上から取り出すべき被接合物のいちを認識し、アタッチメントとの相対位置をアライメントした状態で取り出すことができるため、所定の位置関係に決めた状態で精度よく取り出すことができ、その状態から所定のツールへと受け渡すことができるため、ツールへの受け渡し精度も極めて高精度になる。したがって、続いて行われる接合動作も高精度で行われることが可能になり、高い実装精度が確保される。とくに、微小チップに対しても、たとえばツールの吸着孔から外れることなく高精度で受け渡すことが可能になる。前述したように、たとえば０．２ｍｍ角の微小チップで吸着孔が０．１ｍｍであれば、０．１ｍｍ位置がずれると吸着できなくなるが、本発明によれば、このような場合にも確実に所定位置に決めることができるようになる。さらに、高精度に位置が認識されているので、微小チップのハンドリングも確実に行えるようになる。
【００５４】
前述の実施態様では、受け渡しツール１４、１７を２視野の認識手段２１の先端部に取り付けるようにしたが、本発明においては、これに限らず、各種の形態を採り得る。たとえば図１０に示すように、接合のためのアライメント用２視野の認識手段３１とは別に、トレイ３２上の被接合物３３を取り出すための位置認識手段３４（たとえば、カメラ）を設けてもよい。認識手段３４は、所定の場所に固定配置されることも可能であり、たとえば受け渡しツール移動機構に取り付けることも可能である。この場合、トレイ３２をたとえばＸ、Ｙ、θ方向にアライメントできるよう、アライメントテーブルを設けておくことが好ましい。また、この認識手段３４を、交換用アタッチメント３５の位置認識に使用することもできる。
【００５５】
また、被接合物３３の取り出し・受け渡し手段３６を、図１０に示すように、ボンディングヘッド３７、ステージ３８とは別構成にて移動可能に構成し、アタッチメント取り付け部３９に取り付けられたアタッチメント３５を介して被接合物３３を取り出し、受け渡すようにすることもできる。取り出し・受け渡し手段３６は、たとえば、Ｘ、Ｙ、θ方向に移動、姿勢制御できるように構成しておくとともに、自身が回転（自転）できるように（つまり、ボンディングヘッド３７に保持させるべき被接合物を反転できつように）構成しておけばよい。
【００５６】
さらに、図１０に示した装置では、ボンディングヘッド３７がＸ、Ｚ方向に移動できるようになっているが、さらにθ方向に制御できるようにしてもよい。ステージ３８はＸ、Ｙ方向に移動できるようになっているが、さらにθ方向に制御できるようにしてもよい。また、２視野の認識手段３１は、Ｘ、Ｙ方向に移動できるようになっているが、さらにＺ方向に移動制御できるようにしてもよい。
【００５７】
なお、本発明においては、図１に示したように、被接合物４、５の金属接合部２、３がエネルギー波またはエネルギー粒子としてのたとえばＡｒプラズマにより洗浄され、表面が活性化される。このようなプラズマ洗浄においては、後の接合のために表面異物層を除去し十分に表面活性化するために、金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上エッチングできるようにプラズマ照射強度、時間を設定することが好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る被接合物の受け渡し方法および装置によれば、金属接合部の接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、微小な被接合物であっても精度よくトレイから取り出し所定のツールへと受け渡すことができるようになり、かつ、ハンドリングの容易化、装置のコンパクト化、コストダウンをはかることが可能になる。
【００５９】
また、洗浄された接合面に触れずに確実に接合物を受け渡すことができるので、常温接合等の容易化、量産化をはかることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置における認識手段および第１および第２の受け渡しツール部の拡大斜視図である。
【図３】図１の装置における第１の被接合物および第１のツールの位置認識を示す拡大部分概略構成図である。
【図４】図３の次の動作を示す概略構成図である。
【図５】アタッチメント部の一例を示す概略構成図である。
【図６】図４の次の動作を示す概略構成図である。
【図７】第１のツールへの受け渡し後の状態を示す概略構成図である。
【図８】図１の装置における第２の被接合物の位置認識を示す拡大部分概略構成図である。
【図９】図８の次の動作を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の別の実施態様に係る接合装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 接合装置
２、３ 金属接合部
４ 第１の被接合物
５ 第２の被接合物
６ 真空ポンプ
７ チャンバ
８ プラズマ照射手段
９ プラズマ
１０ Ａｒガス供給ポンプ
１１ 接合装置部
１２ トレイ
１３ 一旦載置場所
１４ 第１の受け渡しツール
１５ ボンディングヘッド
１６ 第１のツール
１７ 第２の受け渡しツール
１８ ステージ
１９ 第２のツール
２０ 加熱手段としてのヒータ
２１ ２視野の認識手段
２２ アタッチメント
２３ 交換用アタッチメント
２４ 吸着孔
２５ 吸引孔
３１ ２視野の認識手段
３２ トレイ
３３ 被接合物
３４ 認識手段
３５ 交換用アタッチメント
３６ 取り出し・受け渡し手段
３７ ボンディングヘッド
３８ ステージ
３９ アタッチメント取り付け部

Claims (28)

1. エネルギー波またはエネルギー粒子により第１、第２の被接合物の接合面を洗浄した後、両被接合物を不活性ガスまたは大気中で接合する工程において、上方のボンディングヘッド下に配置された第１のツールの下面に保持された第１の被接合物と、下方のステージ上に配置された第２のツールの上面に保持された第２の被接合物との間に、上下２視野を有する２視野の認識手段を挿入して両被接合物をアライメントした後、両被接合物を接合するに際し、まず、少なくとも前記第１の被接合物をその接合面を上方に向けた状態でトレイ上にセットし、該第１の被接合物を反転して前記第１のツールへ受け渡す第１の受け渡しツールおよび前記第２の被接合物を前記第２のツールへ受け渡す第２の受け渡しツールのうち少なくとも第１の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第１の被接合物を認識手段で認識し、第１の受け渡しツールとトレイ上の第１の被接合物の相対位置をアライメントした後、前記第１の受け渡しツールにより第１の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第１のツールへ受け渡すことを特徴とする被接合物の受け渡し方法。
2. 前記第２の被接合物も前記トレイ上にセットし、第２の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第２の被接合物を前記認識手段で認識し、第２の受け渡しツールとトレイ上の第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、前記第２の受け渡しツールにより第２の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第２のツールへ受け渡す、請求項１の被接合物の受け渡し方法。
3. 前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールを前記ボンディングヘッドおよび／または前記ステージとは別構成にて移動可能に構成し、固定された、あるいは受け渡しツール移動機構に取り付けられた認識手段によりトレイ上の被接合物を認識して対応する受け渡しツールに対して相対位置をアライメントした後、該被接合物を受け渡しツールに取り出す、請求項１または２の被接合物の受け渡し方法。
4. 前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールを前記ボンディングヘッドおよび／または装置ベースから立ち上げたコラムに取り付け、第１または第２の受け渡しツールとトレイ上の第１または第２の被接合物間に前記２視野の認識手段を挿入し、第１または第２の受け渡しツールと第１または第２の被接合物を認識して両者の相対位置をアライメントした後、第１または第２の被接合物を受け渡しツールに取り出す、請求項１または２の被接合物の受け渡し方法。
5. 少なくとも前記第１の受け渡しツールを前記２視野の認識手段に取り付け、該２視野の認識手段の上視野認識手段の位置と第１の受け渡しツールの反転後の位置との相対位置関係を第１のパラメータとして記憶しておき、第１の受け渡しツールに保持した第１の被接合物を第１のツールに受け渡す際に、前記第１のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して第１の受け渡しツールの位置を制御した後、保持していた第１の被接合物を第１のツールに受け渡す、請求項１または２の被接合物の受け渡し方法。
6. 前記第２の受け渡しツールも前記２視野の認識手段に取り付け、該２視野の認識手段の下視野認識手段により第２の被接合物の位置を認識し、前記第２の受け渡しツールと位置認識された第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、該第２の被接合物をトレイから第２の受け渡しツールに取り出し、取り出した第２の被接合物を前記第２のツールに受け渡す、請求項５の被接合物の受け渡し方法。
7. 前記２視野の認識手段の下視野認識手段の位置と受け渡しツールの位置との相対位置関係を第２のパラメータとして記憶しておき、前記被接合物をトレイから取り出す際に、前記第２のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して受け渡しツールの位置を制御した後、該受け渡しツールにより被接合物を取り出す、請求項５または６の被接合物の受け渡し方法。
8. 前記受け渡しツールが交換可能なアタッチメントを有しており、該アタッチメントにより被接合物を取り出す、請求項１〜７のいずれかに記載の被接合物の受け渡し方法。
9. 交換用アタッチメントを前記ステージ上にセットしておき、アタッチメント交換時に、交換されるべきアタッチメントを前記２視野の認識手段を用いてアライメントした後、該アタッチメントを前記受け渡しツールへ取り出す、請求項８の被接合物の受け渡し方法。
10. 被接合物の接合面洗浄用エネルギー波またはエネルギー粒子としてプラズマを用いる、請求項１〜９のいずれかに記載の被接合物の受け渡し方法。
11. 前記エネルギー波またはエネルギー粒子としてＡｒプラズマを用いる、請求項１０の被接合物の受け渡し方法。
12. 前記エネルギー波またはエネルギー粒子による洗浄により、前記金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングする、請求項１〜１１のいずれかに記載の被接合物の受け渡し方法。
13. 表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている金属接合部同士を接合する、請求項１〜１２のいずれかに記載の被接合物の受け渡し方法。
14. 少なくとも一方の金属接合部の表面硬度をビッカース硬度Ｈｖで１００以下にする、請求項１〜１３のいずれかに記載の被接合物の受け渡し方法。
15. 上方に配置されたボンディングヘッドと、その下方に配置されたステージと、ボンディングヘッド下に配置され第１の被接合物を保持する第１のツールと、ステージ上に配置され第２の被接合物を保持する第２のツールと、第１、第２のツール間に挿入される上下２視野を有する２視野の認識手段と、該２視野の認識手段による認識情報に基づいて第１のツールに保持された第１の被接合物と第２のツールに保持された第２の被接合物とを所定の位置関係にアライメントする手段を有し、エネルギー波またはエネルギー粒子により第１、第２の被接合物の接合面を洗浄し、両被接合物をアライメントした後、両被接合物を不活性ガスまたは大気中で接合する接合装置における、接合面を上方に向けた状態でトレイ上にセットされた被接合物を前記第１、第２のツールに受け渡す装置であって、前記第１の被接合物を反転して前記第１のツールへ受け渡す第１の受け渡しツールと、前記第２の被接合物を前記第２のツールへ受け渡す第２の受け渡しツールを有するとともに、少なくとも第１の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第１の被接合物を認識可能な認識手段を有し、前記第１の受け渡しツールは、該認識手段による認識情報に基づいて前記第１の受け渡しツールとトレイ上の第１の被接合物の相対位置をアライメントした後、第１の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第１のツールへ受け渡すことが可能な手段からなることを特徴とする被接合物の受け渡し装置。
16. 前記認識手段は、第２の受け渡しツールの位置を認識した状態で前記トレイ上の第２の被接合物も認識可能な手段からなり、前記第２の受け渡しツールは、該認識手段による認識情報に基づいて前記第２の受け渡しツールとトレイ上の第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、第２の被接合物をその接合面に非接触の状態で取り出し第２のツールへ受け渡すことが可能な手段からなる、請求項１５の被接合物の受け渡し装置。
17. 前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールが前記ボンディングヘッドおよび／または前記ステージとは別構成にて移動可能に構成され、前記認識手段が、固定設置されており、あるいは受け渡しツール移動機構に取り付けられており、前記受け渡しツールが、該認識手段によりトレイ上の被接合物が認識されて対応する受け渡しツールに対して相対位置がアライメントされた後、該被接合物を取り出すことが可能なツールからなる、請求項１５または１６の被接合物の受け渡し装置。
18. 前記第１の受け渡しツールおよび／または前記第２の受け渡しツールが前記ボンディングヘッドおよび／または装置ベースから立ち上げたコラムに取り付けられ、前記２視野の認識手段は第１または第２の受け渡しツールとトレイ上の第１または第２の被接合物間に挿入され、前記受け渡しツールが、第１または第２の受け渡しツールと第１または第２の被接合物が前記２視野の認識手段より認識されて両者の相対位置がアライメントされた後、第１または第２の被接合物を受け渡しツールに取り出すことが可能なツールからなる、請求項１５または１６の被接合物の受け渡し装置。
19. 少なくとも前記第１の受け渡しツールは前記２視野の認識手段に取り付けられ、該２視野の認識手段の上視野認識手段の位置と第１の受け渡しツールの反転後の位置との相対位置関係を第１のパラメータとして記憶しておき、第１の受け渡しツールに保持した第１の被接合物を第１のツールに受け渡す際に、前記第１のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して第１の受け渡しツールの位置を制御した後、保持していた第１の被接合物を第１のツールに受け渡すようにした制御手段を有する、請求項１５または１６の被接合物の受け渡し装置。
20. 前記第２の受け渡しツールも前記２視野の認識手段に取り付けられ、該２視野の認識手段の下視野認識手段により第２の被接合物の位置を認識し、前記第２の受け渡しツールと位置認識された第２の被接合物の相対位置をアライメントした後、該第２の被接合物をトレイから第２の受け渡しツールに取り出し、取り出した第２の被接合物を前記第２のツールに受け渡すようにした制御手段を有する、請求項１９の被接合物の受け渡し装置。
21. 前記制御手段は、前記２視野の認識手段の下視野認識手段の位置と受け渡しツールの位置との相対位置関係を第２のパラメータとして記憶しておき、前記被接合物をトレイから取り出す際に、前記第２のパラメータに基づき前記２視野の認識手段を移動して受け渡しツールの位置を制御した後、該受け渡しツールにより被接合物を取り出すことが可能に構成されている、請求項１９または２０の被接合物の受け渡し装置。
22. 前記受け渡しツールが、交換可能な被接合物取り出し用のアッタッチメントを有している、請求項１５〜２１のいずれかに記載の被接合物の受け渡し装置。
23. 交換用アタッチメントが前記ステージ上にセットされており、アタッチメント交換時に、交換されるべきアタッチメントは前記２視野の認識手段を用いてアライメントした後、該アタッチメントが前記受け渡しツールへ取り出される、請求項２２の被接合物の受け渡し装置。
24. 被接合物の接合面洗浄用エネルギー波またはエネルギー粒子としてプラズマが用いられる、請求項１５〜２３のいずれかに記載の被接合物の受け渡し装置。
25. 前記エネルギー波またはエネルギー粒子としてＡｒプラズマが用いられる、請求項２４の被接合物の受け渡し装置。
26. 前記エネルギー波またはエネルギー粒子による洗浄により、前記金属接合部が接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングされる、請求項１５〜２５のいずれかに記載の被接合物の受け渡し装置。
27. 表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている金属接合部同士が接合される、請求項１５〜２６のいずれかに記載の被接合物の受け渡し装置。
28. 少なくとも一方の金属接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１００以下とされている、請求項１５〜２７のいずれかに記載の被接合物の受け渡し装置。

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