JP2006222436A - Bonding method, and device created by the method and bonding apparatus - Google Patents

Bonding method, and device created by the method and bonding apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bonding technique for bonding without needing energy wave processing under a high vacuum and bonding under a continued high vacuum. <P>SOLUTION: After forming a bonding part made of metal in a contour-like shape and etching (surface activation processing) the bonding part by plasma, by bonding objects to be bonded each other by pushing and breaking a deposition layer which re-adhered to the bonding part, a space formed by being surrounded in the contour-like shape by the bonding part between bonding surfaces can be sealed into a predetermined atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属接合部を有する複数の被接合物を常温接合する接合技術に関する。   The present invention relates to a joining technique for joining a plurality of objects having metal joints at room temperature.

従来、常温接合方法は、接合表面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により洗浄した後、特許文献1に示すように真空中での接合であったり、特許文献2に示すように不活性ガス中での接合であった。これは、接合表面が大気に触れると、酸化や有機物などの再付着により、金属同士の原子が引き合わないためである。   Conventionally, in the room temperature bonding method, after bonding surfaces are cleaned by an energy wave that is an atomic beam, an ion beam, or plasma, bonding is performed in a vacuum as shown in Patent Document 1 or is not performed as shown in Patent Document 2. The joining was in an active gas. This is because, when the bonding surface is exposed to the atmosphere, atoms of metals do not attract each other due to redeposition such as oxidation and organic matter.

特許文献2の場合は、金であれば反応しないので酸化は防げるが、有機物の付着はある。そのため不活性なガス中で接合している。   In the case of Patent Document 2, since gold does not react, oxidation can be prevented, but organic substances are attached. Therefore, the bonding is performed in an inert gas.

また、接合面は数nmオーダーまで研磨を施し面精度が出た状態で低荷重で接合している。これは数nmオーダーに面精度が出ていれば真空中であれば分子間力で自然と接合が進むからである。   In addition, the bonding surfaces are bonded to each other with a low load in a state where the surface accuracy is improved by polishing to the order of several nanometers. This is because if the surface accuracy is on the order of several nanometers, bonding proceeds naturally by intermolecular force in a vacuum.

特許第2791429号公報Japanese Patent No. 2791429 特開2001−351892号公報JP 2001-351892 A

しかし、従来の方法では、真空中での接合が必要であり、少なくとも大気中では再付着した膜により接合が難しかった。また、低い荷重で接触だけで接合させているため、面精度を数nmオーダーまで上げる必要があり、うねったり表面精度のでていない複数回の薄膜処理や熱処理された後の半導体ウエハーやチップなどには向かない。   However, the conventional method requires bonding in a vacuum, and at least in the atmosphere, bonding is difficult due to the reattached film. Also, since bonding is performed only by contact with a low load, it is necessary to increase the surface accuracy to the order of a few nanometers, and it is applied to semiconductor wafers and chips after multiple thin film treatments and heat treatments that do not undulate or have surface accuracy Is not suitable.

そこで本発明の課題は、高真空下でのエネルギー波処理および連続した高真空化での接合を必要とせずに接合する接合技術を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a joining technique for joining without requiring energy wave treatment under high vacuum and continuous joining under high vacuum.

上記課題を解決するために、本発明にかかる接合方法は、金属からなる接合部を有する被接合物どうしを接合する接合方法において、少なくとも一方の前記接合部を輪郭状に形成し、前記両接合部をプラズマで表面活性化した後、前記接合部どうしを衝合させて加圧することで前記接合部に再付着した有機物や酸化膜からなる付着物層を押し破って接合し、前記被接合物の接合面間に前記接合部によって前記輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することを特徴としている(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, a joining method according to the present invention is a joining method for joining objects to be joined each having a joining portion made of metal, wherein at least one of the joining portions is formed in a contour shape, and the both joining is performed. After the surface is activated by plasma, the bonded portions are brought into contact with each other and pressed to break the bonded layer made of organic matter or oxide film reattached to the bonded portion, and the bonded object A space surrounded by the contour by the joint between the joint surfaces is sealed in a predetermined atmosphere (claim 1).

また、本発明にかかる接合装置は、金属からなる接合部を有する被接合物どうしを接合する接合装置において、一方の前記被接合物を保持するヘッドと、他方の前記被接合物を保持するステージと、前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を前記被接合物の接合面とほぼ垂直な方向に加圧制御が可能な上下駆動機構とを備え、少なくとも一方の前記接合部が輪郭状に形成され、前記両接合部がプラズマで表面活性化された後、前記接合部に有機物や酸化膜からなる付着物層が再付着した前記被接合物どうしを、前記接合部どうしを衝合させて加圧することで押し破って接合し、前記被接合物の接合面間に前記接合部によって前記輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することを特徴としている(請求項15)。   Moreover, the joining apparatus concerning this invention is a joining apparatus which joins the to-be-joined objects which have a junction part which consists of metals, The head holding one said to-be-joined object, and the stage holding the other to-be-joined object And a vertical drive mechanism capable of controlling the pressure of at least one of the head or the stage in a direction substantially perpendicular to the bonding surface of the object to be bonded, and at least one of the bonding portions is formed in a contour shape, After the surfaces of both the joints are activated by plasma, the objects to be joined, in which the adherent layer made of an organic substance or an oxide film is reattached to the joints, are pressed against each other. The space formed by the joint portion surrounded by the contour between the joint surfaces of the objects to be joined is sealed in a predetermined atmosphere (claim 15).

本発明において、プラズマによる処理とは、プラズマで被接合物の接合界面を活性化状態にして、低温で固相で接合するための処理を示す。本処理を表面活性化処理ともいい、表面活性化による接合原理は次の考え方ができる。すなわち、被接合物が金属のような物質においては接合表面の有機物や酸化膜など付着物をエッチング除去して、活性な金属原子のダングリングボンドを接合表面に生成することで、他方の被接合物の接合表面のダングリングボンドどうしで接合させる。また、金属が金であれば、接合表面に有機物や酸化膜などの再付着もしにくく、真空雰囲気でなくとも数時間以内であれば接合が可能となる。   In the present invention, the treatment with plasma refers to a treatment for joining in a solid phase at a low temperature by activating a joining interface of an object to be joined with plasma. This treatment is also called surface activation treatment, and the bonding principle by surface activation can be considered as follows. That is, if the object to be bonded is a metal-like material, the organic matter or oxide film on the bonding surface is removed by etching to generate dangling bonds of active metal atoms on the bonding surface. Bonding is made by dangling bonds on the bonding surface of objects. Further, if the metal is gold, it is difficult for organic substances and oxide films to be reattached to the bonding surface, and bonding is possible within a few hours even in a vacuum atmosphere.

特許文献1に示すように10−5Torr以下である高真空中で、エネルギー波により表面活性化処理することにより被接合物の接合表面(接合部)の酸化膜や有機物のような付着物が除去され、高真空中であれば、そのまま接触させれば接合できる。しかし、プラズマによる洗浄後、10−5Torr以上である低真空下や大気中で被接合物どうしを接合したり、被接合物どうしのアライメントを行った後に接合する場合には、接合表面に酸化膜や有機物のような付着物層が再形成されるので、接触させても、そのままでは接合されない。しかし、表面活性化処理後すぐには付着物層は再付着しても薄いので、加圧して該付着物層を押し破って接合すれば、接合界面は広がり、接合表面に新生面が現れ、被接合物どうしが接合される。 As shown in Patent Document 1, deposits such as oxide films and organic substances on the bonding surface (bonding portion) of the bonded object are obtained by performing surface activation treatment with energy waves in a high vacuum of 10 −5 Torr or less. If it is removed and in a high vacuum, it can be joined by contacting it as it is. However, when the objects to be bonded are bonded together in a low vacuum of 10 −5 Torr or higher after air cleaning or after alignment between the objects to be bonded, the bonding surfaces are oxidized. Since an adhering layer such as a film or an organic material is re-formed, even if it is brought into contact, it is not bonded as it is. However, immediately after the surface activation treatment, the adherent layer is thin even if it is reattached, so if pressure is applied and the adherent layer is pushed through and joined, the joining interface expands, and a new surface appears on the joining surface. The joints are joined together.

したがって、金属からなる接合部を輪郭状に形成し、該接合部をプラズマによりエッチング(表面活性化処理)した後、接合部に再付着した付着物層を押し破って被接合物どうしを接合することで、接合面間に接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することができる。従来の低温で金属接合できる方法であるハンダと比べてもハンダの融点である183℃以下、さらに、150℃以下でも接合が可能である。   Therefore, after forming a joint portion made of metal in a contour shape and etching the joint portion with plasma (surface activation treatment), the adherend layer reattached to the joint portion is pushed through to join the objects to be joined together. Thus, a space formed by the joint portion between the joint surfaces surrounded by a contour can be sealed in a predetermined atmosphere. Even when compared with a solder which is a conventional method capable of metal bonding at a low temperature, bonding is possible even at a melting point of solder of 183 ° C. or lower, further 150 ° C. or lower.

また、被接合物どうしを真空雰囲気中や封入ガス雰囲気中で接合することができるため、1つの装置で1工程で接合、真空引き、ガス置換、封止の各工程の処理が可能となる。また、プラズマによるエッチングにより表面(接合部)を活性化し、接合部に再付着した付着物層を押し破って原子間力で接合するため、室温〜180℃以下である常温ででも被接合物どうしの接合が可能である。150℃程度の加熱を併用した方が接合強度は上がるが、150℃より低温で加熱しても、従来の加熱拡散接合よりも接合強度は高く十分である。   In addition, since the objects to be bonded can be bonded in a vacuum atmosphere or an enclosed gas atmosphere, it is possible to perform the processes of bonding, evacuation, gas replacement, and sealing in one process with one apparatus. In addition, since the surface (joint part) is activated by etching with plasma and the deposit layer reattached to the joint part is pushed through and joined by atomic force, the objects to be joined even at room temperature of room temperature to 180 ° C or less. Can be joined. Although joint strength increases when heating at about 150 ° C. is used in combination, even if heating is performed at a temperature lower than 150 ° C., the joint strength is sufficiently higher than conventional heat diffusion bonding.

なお、プラズマによる被接合物の表面活性化を行う処理と、被接合物どうしを接合する処理とを、それぞれ個別の装置で行っても構わない。このような構成とすれば、表面活性化装置でプラズマにより処理された後の被接合物を接合装置に搬送し、接合装置において、搬送中に接合部に再付着した酸化膜や有機物のような付着物層を押し破ることで被接合物どうしを接合することができる。   Note that the surface activation of the objects to be bonded by plasma and the process of bonding the objects to be bonded may be performed by separate apparatuses. With such a configuration, the object to be joined after being treated with plasma by the surface activation device is transported to the joining device, and in the joining device, such as an oxide film or an organic substance reattached to the joining portion during transportation. The objects to be joined can be joined by pushing through the deposit layer.

なお、被接合物の表面活性化処理後、特に、該被接合物どうしのアライメントを大気中で行ったり、該被接合物を大気中を経て接合装置に搬送した場合に、接合部に酸化膜や有機物のような付着物層が再付着しやすい。しかしながら、上記したように、再付着した付着物層を加圧して押し破ることで被接合物どうしを接合することができる。   In addition, after the surface activation treatment of the objects to be bonded, particularly when alignment of the objects to be bonded is performed in the air or when the objects to be bonded are transferred to the bonding apparatus through the air, an oxide film is formed on the bonding portion. And deposits such as organic matter tend to reattach. However, as described above, the objects to be joined can be joined to each other by pressurizing and pressing the reattached adherent layer.

また、被接合物の表面活性化処理から接合までの間を大気に暴露せず行う接合方法および接合装置でもよい。このような構成とすれば、大気に暴露せず表面活性化から接合まで行うため、表面活性化後に被接合物に付着物が再付着しづらくすることができる。   Moreover, the joining method and joining apparatus which perform without exposing to the air | atmosphere from the surface activation process of a to-be-joined object to joining may be sufficient. With such a configuration, since the process is performed from surface activation to bonding without being exposed to the atmosphere, it is difficult for the deposit to reattach to the object to be bonded after the surface activation.

また、表面活性化処理から接合処理までを一環して行う接合装置でもよい。被接合物の表面活性化処理から接合処理までを一環して行うことにより、浮遊物の接合部への再付着をより防ぐことができる。また、表面活性化処理と接合処理とを同一チャンバー内で行えば、浮遊物の接合部への再付着はさらに防げると同時に装置のコンパクト化、コストダウン化も達成できる。   Further, a bonding apparatus that performs a part from the surface activation process to the bonding process may be used. By performing the entire process from the surface activation process to the bonding process of the object to be bonded, it is possible to further prevent reattachment of floating substances to the bonded part. Further, if the surface activation process and the bonding process are performed in the same chamber, reattachment of floating substances to the bonded portion can be further prevented, and at the same time, the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.

なお、プラズマによる被接合物の表面活性化を行う処理と、被接合物どうしを接合する処理とを、それぞれ個別の装置で行っても、両処理を実行する機能が組み込まれた一体の装置で行っても構わない。   It should be noted that even if the process for surface activation of the objects to be bonded by plasma and the process for bonding the objects to be bonded are performed with separate apparatuses, the integrated apparatus incorporating the function of performing both processes is used. You can go.

また、前記被接合物どうしを真空中で接合することにより前記空間を真空雰囲気で封止する構成でもよい(請求項2)。   Further, the space may be sealed in a vacuum atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a vacuum (claim 2).

また、減圧チャンバー内に、前記ヘッドと、前記ステージと、前記上下駆動機構とを備え、前記被接合物どうしを真空中で接合することにより前記空間を真空雰囲気で封止する構成でもよい(請求項16)。   Further, the head, the stage, and the vertical drive mechanism may be provided in a decompression chamber, and the space may be sealed in a vacuum atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a vacuum (claim). Item 16).

このような構成とすれば、プラズマにより接合部のエッチング(表面活性化処理)した後、被接合物を真空中で被接合物どうし接合することにより、容易に空間を真空雰囲気で封止することができる。また、表面活性化処理と接合処理を同一チャンバーで行うのであれば、表面活性化処理後、反応ガスを排出し真空引きして真空中でそのまま接合すればよいので好適である。   With such a structure, after etching (surface activation treatment) of the bonded portion with plasma, the space is easily sealed in a vacuum atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a vacuum. Can do. Further, if the surface activation process and the bonding process are performed in the same chamber, it is preferable that after the surface activation process, the reaction gas is discharged, vacuumed, and bonded in a vacuum.

また、前記被接合物どうしを封入ガス中で接合することにより、前記空間を前記封入ガス雰囲気で封止する構成でもよい(請求項3)。   Moreover, the structure which seals the said space by the said enclosed gas atmosphere by joining the said to-be-joined objects in enclosed gas may be sufficient (Claim 3).

また、減圧チャンバー内に、前記ヘッドと、前記ステージと、前記上下駆動機構とを備え、前記減圧チャンバー内を封入ガスに置換し、該封入ガス中で前記被接合物どうしを接合することにより、前記空間を前記封入ガス雰囲気で封止する構成でもよい(請求項17)。   Further, in the decompression chamber, the head, the stage, and the vertical drive mechanism are provided, the inside of the decompression chamber is replaced with an enclosed gas, and the objects to be joined are joined in the enclosed gas, The space may be sealed in the sealed gas atmosphere (claim 17).

このような構成とすれば、プラズマにより接合部のエッチング(表面活性化処理)した後、被接合物を封入ガス中で被接合物どうし接合することにより、容易に空間を封入ガス雰囲気で封止することができる。また、表面活性化処理と接合処理を同一チャンバーで行うのであれば、表面活性化処理後、反応ガスを排出し封入ガスに置換して、封止ガス中でそのまま接合すればよいので好適である。   With such a configuration, after etching (surface activation treatment) of the bonding portion with plasma, the objects to be bonded are bonded together in the sealed gas, thereby easily sealing the space in the sealed gas atmosphere. can do. Further, if the surface activation process and the bonding process are performed in the same chamber, it is preferable that after the surface activation process, the reaction gas is discharged and replaced with the sealed gas, and then bonded in the sealing gas as it is. .

なお、封入ガスがArガス、窒素ガスである接合方法および接合装置であってもよい。封入ガスがArガスや窒素ガスであれば、デバイスに腐食などの影響を与えないので好ましい。また、封入ガスがArガスであれば、接合部をArプラズマで表面活性化処理した場合に、表面活性化処理のために使った反応雰囲気をそのまま使えて好適である。   In addition, the joining method and joining apparatus whose sealing gas is Ar gas and nitrogen gas may be sufficient. It is preferable that the enclosed gas is Ar gas or nitrogen gas because the device is not affected by corrosion or the like. In addition, if the sealed gas is Ar gas, it is preferable that the reaction atmosphere used for the surface activation treatment can be used as it is when the bonding portion is surface activated by Ar plasma.

また、前記被接合物どうしを、室温〜180℃以下の低温加熱下で固相で接合する構成でもよい(請求項4、18)。   Moreover, the structure which joins the said to-be-joined objects in a solid phase under the low temperature heating of room temperature-180 degrees C or less may be sufficient (Claims 4 and 18).

本発明において常温接合とは、室温〜180℃以下の低温加熱下、好ましくは室温で接合する方法を意味し、従来の低温接合では鉛錫ハンダの融点が183℃であるので、それ以下の温度で接合できることは有効である。また、150℃以下、100℃以下での接合が好ましく、室温であればさらによい。   In the present invention, room temperature bonding means a method of bonding at room temperature to 180 ° C. or lower, preferably at room temperature, and since the melting point of lead tin solder is 183 ° C. in conventional low temperature bonding, the temperature is lower than that. It is effective to be able to join with. Also, bonding at 150 ° C. or lower and 100 ° C. or lower is preferable, and it is even better if it is at room temperature.

このような構成とすれば、接合させる被接合物どうしが異種材料で構成されている場合、このような異種材料を溶融させて拡散させることにより接合させると、脆くなったり材料的に弱くなるが、室温〜180℃以下の低温加熱下で接合することにより、固相の状態で被接合物どうしを接合することができる。したがって、熱に弱いデバイスや異種材料の組み合わせで熱膨張によりひずみが生じたりして高温での接合に耐えられない被接合物どうしを接合することができる。また、被接合物を溶融させると、溶融した金属が均等に広がらないため、固化するときに溶融した金属が多い方に引っ張られ位置ズレが発生するという問題があった。そのため、固相で接合できることは有効である。   With such a configuration, when the objects to be joined are made of different materials, if they are joined by melting and diffusing such different materials, they become brittle or weak in material. The objects to be joined can be joined in a solid state by joining under a low temperature heating of room temperature to 180 ° C. or less. Therefore, it is possible to join objects to be joined that cannot withstand joining at high temperatures due to distortion caused by thermal expansion due to a combination of heat-sensitive devices and dissimilar materials. In addition, when the object to be joined is melted, the molten metal does not spread evenly, and therefore, there is a problem that when the object is solidified, the molten metal is pulled in the direction where there is a lot of molten metal, resulting in misalignment. Therefore, it is effective to be able to join in a solid phase.

また、前記接合部の硬度が20Hv〜200Hvである構成でもよい(請求項5)。また、前記接合部の硬度が20Hv〜200Hvである被接合物どうしを接合する構成でもよい(請求項19)。   Moreover, the structure whose hardness of the said junction part is 20Hv-200Hv may be sufficient (Claim 5). Moreover, the structure which joins the to-be-joined objects whose hardness of the said junction part is 20Hv-200Hv may be sufficient.

上記したように、表面活性化処理後すぐには付着物層は再付着しても薄いので、該付着物層を押し破って接合すれば、接合界面は広がり、接合表面に新生面が現れ、被接合物どうしが接合される。付着物層を押し破り易くするためには、被接合物が有する接合部の接合金属の硬度が低くなければならない。本発明者らによる種々の実験の結果、接合部の硬度がビッカース硬度で200Hv以下、好ましくは20Hv〜200Hvであることが、常温接合に特に有効であることを見出した(図1参照)。   As described above, the adhered layer is thin even if it is reattached immediately after the surface activation treatment, so if the adhered layer is pushed through and joined, the joining interface spreads and a new surface appears on the joining surface. The joints are joined together. In order to make it easy to push through the deposit layer, the hardness of the bonding metal of the bonded portion of the bonded object must be low. As a result of various experiments by the present inventors, it has been found that it is particularly effective for room temperature bonding that the hardness of the bonded portion is 200 Hv or less, preferably 20 Hv to 200 Hv in terms of Vickers hardness (see FIG. 1).

図1は接合部の硬度による接合強度比較実験の結果を示す。実験条件としては、プラズマとしてArプラズマを使用して、100Wの強度のもと30秒間照射することによって表面活性化処理を行った。表面活性化処理後、Ar雰囲気のまま被接合物を加圧接合した。結果として、接合部の硬度が300HvからなるNiメッキや600Hvのクロムメッキは接合不良であったが、接合部として、ビッカース硬度が200Hv以下の金属である銅、金、Alを採用した場合では良好な接合強度が得られた。さらに領域を限定するならば、図1においてカーブをつないだビッカース硬度が20Hv〜200Hvの範囲が良好な接合領域であると考えられる。なお、最大強度の80%に相当する30g/bump以上の強度で接合された場合、接合良好な領域とし、15g/bump以下の強度で接合された場合、接合不良と判断した。また、ウエハーなど面接合する場合には引っ張り強度で示し、20MPa以上の強度ならば良好、10MPa以下の強度ならば不良と判断する場合もある。   FIG. 1 shows the result of a joint strength comparison experiment according to the hardness of the joint. As an experimental condition, surface activation treatment was performed by using Ar plasma as plasma and irradiating it with 100 W intensity for 30 seconds. After the surface activation treatment, the object to be bonded was pressure bonded in an Ar atmosphere. As a result, Ni plating with a joint hardness of 300 Hv and chrome plating with 600 Hv were poorly bonded, but good when copper, gold, or Al, which is a metal with a Vickers hardness of 200 Hv or less, was used as the joint. A good bonding strength was obtained. If the region is further limited, it can be considered that the Vickers hardness connecting the curves in FIG. In addition, when it joined by the intensity | strength of 30 g / bump or more corresponding to 80% of maximum intensity | strength, it was set as the area | region with favorable joining, and when it joined by the intensity | strength of 15 g / bump or less, it was judged that it was a joining defect. In the case of surface bonding such as a wafer, the tensile strength is indicated, and if the strength is 20 MPa or more, it may be judged good, and if the strength is 10 MPa or less, it may be judged as defective.

また、プラズマ処理後、ただちに接合すれば大気中であっても金と銅は接合可能で
あった。特に金においては大気暴露1時間経過後もAr雰囲気での接合強度と同等レベルが得られた。また、被接合物どうしを接合させる際、加圧手段によって該被接合物へ150Mpa以上の圧力を与えることによって、より強固に被接合物どうしを接合させることができることを見出した。この際、接合部を構成する金属が、金や銅、Alである場合、特に有効に接合することができた。
Further, if the bonding was performed immediately after the plasma treatment, gold and copper could be bonded even in the atmosphere. In particular, the same strength as the bonding strength in the Ar atmosphere was obtained even after gold exposure for 1 hour. Further, it has been found that when the objects to be bonded are bonded to each other, the objects to be bonded can be bonded more strongly by applying a pressure of 150 Mpa or more to the objects to be bonded by a pressurizing means. At this time, when the metal constituting the joint portion was gold, copper, or Al, the joint was particularly effective.

また、前記接合部は金である構成でもよい(請求項6)。また、前記接合部が金で構成される前記被接合物どうしを接合する構成でもよい(請求項20)。このような構成とすれば、特に金においては、硬度も低く、かつ、大気中でも酸化しないので付着物も少なく有効な金属である。後述するように大気暴露しても数時間以内であれば接合することが可能である。   Moreover, the structure which the said junction part is gold | metal | money may be sufficient (Claim 6). Moreover, the structure which joins the said to-be-joined objects comprised by the said junction part with gold | metal | money may be sufficient (Claim 20). With such a configuration, particularly gold is an effective metal having low hardness and being not oxidized in the air, so that there are few deposits. As will be described later, even if it is exposed to the atmosphere, it can be joined within a few hours.

また、接合部が金である構成とすれば、接合部が腐食したり、ガスの発生もしないので、雰囲気を封止する封止材としては好適である。また、融点が非常に高いため、低温で固相で接合した後の高温での信頼性も高く好適である。このように、金であれば表面活性化後、一定時間内であれば大気中や封入ガス中で接合できる。また、本発明において、金は接合表面だけでもよい。高さをかせぐ部分は、接合部の母材として柔らかい材料を選択することもできる。   Further, if the joint is made of gold, the joint does not corrode or generates gas, which is suitable as a sealing material for sealing the atmosphere. In addition, since the melting point is very high, the reliability at a high temperature after joining in a solid phase at a low temperature is high and suitable. As described above, gold can be bonded in the air or in a sealed gas within a certain time after the surface activation. Further, in the present invention, gold may be only the bonding surface. A soft material can also be selected as the base material of the joint for the portion that increases the height.

また、接合部を金とすることにより真空中や不活性なガス中でなくとも腐食されないし、一定時間異物付着も抑えられるため、真空中でなくとも接合に影響はでない。そのため、不活性なもの以外の封入ガス中でも被接合物どうしを接合することができる。   In addition, since the bonding portion is made of gold, it is not corroded even in a vacuum or in an inert gas, and foreign matter adhesion can be suppressed for a certain period of time. Therefore, the objects to be joined can be joined even in a sealed gas other than an inert gas.

また、前記被接合物の前記接合部は、硬度が200Hv以下である母材の表面に金膜を形成して構成され、前記被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる構成としても構わない(請求項7、21)。このように、接合表面(接合部の表面)が金でさえあれば、接合に関しては、プラズマによる処理の後、有機物等が再付着しづらく大気中での接合も可能であるので有効である。被接合物どうしの接合後、金膜を母材中に拡散させてしまえば、接合後は母材同士で接合されるため、強度も強く、均一な材料で構成できる。拡散する方法としては常温でも時間をかければ拡散させることができる。また、低温でも熱を加えればより早く拡散させることができる。なお、拡散とは、分子や原子からなる粒子が移動して、広がるさまを示し、接合界面において対向材料中や母材中へ粒子が拡散していくさまを示す。   The joining portion of the object to be joined is formed by forming a gold film on the surface of a base material having a hardness of 200 Hv or less. After joining the objects to be joined, the gold film is used as the base material. It may be configured to diffuse (claims 7 and 21). As described above, as long as the bonding surface (the surface of the bonding portion) is gold, bonding is effective because it is possible to bond in the atmosphere in which organic substances and the like are not easily reattached after plasma treatment. If the gold film is diffused in the base material after joining the objects to be joined, since the base materials are joined to each other after joining, the strength is high and the material can be made of a uniform material. As a method of diffusing, it can be diffused even at room temperature if it takes time. Moreover, if heat is applied even at a low temperature, it can be diffused more quickly. Diffusion means that particles consisting of molecules and atoms move and spread, and that particles diffuse into the facing material and the base material at the bonding interface.

また、少なくとも一方の被接合物の接合部を構成する金または金膜を、アニーリングにより硬度100Hv以下とする接合方法および接合装置でも構わない。上記したように、接合部をつぶして倣わせるためには接合部硬度を落として柔らかくしておくことが好ましい。そのため通常120Hv以上ある金メッキの硬度をアニーリングにより100Hv以下とすることが好ましい。また、60Hv以下とした方がより好ましい。   Moreover, the joining method and joining apparatus which make the gold | metal | money or gold | metal film | membrane which comprises the junction part of at least one to-be-joined object 100Hv or less by annealing may be sufficient. As described above, in order to crush and follow the joint, it is preferable that the joint hardness is lowered and softened. Therefore, it is preferable that the hardness of the gold plating, which is usually 120 Hv or more, is 100 Hv or less by annealing. Moreover, it is more preferable to set it as 60 Hv or less.

また、前記被接合物は、前記接合部が、前記母材が銅で、該母材の表面に金膜を形成して構成された複数の金属バンプからなる半導体またはMEMSデバイスであり、該被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる構成としても構わない(請求項8、22)。半導体やMEMSデバイスにおける電気的機能デバイスにおいては電流容量から従来のAl電極から銅電極への切り替えが要望されている。しかし、銅バンプでは接合温度が高く実用上難しい。そのため、銅で構成される母材の表面を金膜で被うことで、接合を低温化することができ、さらに、ガス中や大気中など真空でない雰囲気も選択できるので有効である。その後、金を母材中に拡散してやれば銅同士での接合となり、目的を達せられる。   Further, the object to be bonded is a semiconductor or a MEMS device including a plurality of metal bumps in which the bonding portion is made of copper as the base material and a gold film is formed on the surface of the base material. After joining the joined objects, the gold film may be diffused into the base material (claims 8 and 22). In electrical functional devices such as semiconductors and MEMS devices, switching from current capacity to conventional Al electrodes to copper electrodes is desired. However, with copper bumps, the bonding temperature is high and practically difficult. Therefore, the surface of the base material made of copper is covered with a gold film, so that the bonding can be performed at a low temperature, and an atmosphere that is not vacuum such as in gas or in the atmosphere can be selected. After that, if gold is diffused in the base material, it becomes a joint between copper and the purpose can be achieved.

また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部を構成する前記金あるいは前記金膜は、1μm以上の厚さの金メッキである構成としてもよい(請求項9)。また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部を構成する前記金あるいは前記金膜は、1μm以上の厚さの金メッキである被接合物どうしを接合する構成としてもよい(請求項23)。このような構成とすれば、被接合物の接合面(接合部)のうねりや表面粗さを吸収する方法として少なくとも一方の接合面がある高さを持ってつぶれることにより隙間を埋めて倣わせることができる。そのため、一方の金を1μm以上にメッキすることが有効である。   Further, the gold or the gold film constituting the bonding portion of at least one of the objects to be bonded may be a gold plating having a thickness of 1 μm or more. Further, the gold or the gold film constituting the bonding portion of at least one of the objects to be bonded may be configured to bond objects to be bonded which are gold plating having a thickness of 1 μm or more (claim 23). With such a configuration, as a method of absorbing waviness and surface roughness of the joint surface (joint portion) of the object to be joined, at least one of the joint surfaces is crushed with a certain height so that the gap is filled and copied. Can. Therefore, it is effective to plate one gold to 1 μm or more.

また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部の表面粗さRyが120nm〜2μmである構成としても構わない(請求項10)。また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部の表面粗さRyが120nm〜2μmである前記被接合物どうしを接合する構成としても構わない(請求項24)。ここで、表面粗さとは、うねりを除いた一定面積内での微小な凹凸を示す。例えば10μm中での微小凹凸の最大値と最小値で示す。特許文献1に示すように、被接合物を真空中でエネルギー波により洗浄することにより接合表面の酸化膜や有機物のような付着物が除去され、真空中であれば、そのまま接触させれば接合できる。しかし、洗浄後、大気中を搬送されたり、大気中や浮遊物も多い低真空下で接合する場合には、接合表面に付着物層が形成されるので、接触させても、そのままでは接合されない。しかし、洗浄後すぐには付着物層も薄いので次の方法で接合させることができる。 In addition, the surface roughness Ry of the bonding portion of at least one of the objects to be bonded may be 120 nm to 2 μm (claim 10). Moreover, it is good also as a structure which joins the said to-be-joined objects whose surface roughness Ry of the said junction part of at least one said to-be-joined object is 120 nm-2 micrometers (Claim 24). Here, the surface roughness indicates minute irregularities within a certain area excluding waviness. For example, the maximum value and the minimum value of minute irregularities in 10 μm 2 are shown. As shown in Patent Document 1, an object such as an oxide film or an organic substance on a bonding surface is removed by cleaning an object to be bonded with an energy wave in a vacuum. it can. However, when it is transported in the air after cleaning or joined in a low vacuum with a lot of air and suspended matter, an adhering layer is formed on the joining surface. . However, since the deposit layer is also thin immediately after cleaning, it can be bonded by the following method.

それは、図2(a)に示すように、接合表面に微小な凹凸をつくることにより、加圧により凸部が押しつぶされて広がり、新生面が現れて接合されるからである(図2(b)参照)。また、ミクロに考察すると、図3(a),(b)に示すように並んだ結晶方位が凸部がつぶされることにより、結晶方位が回転し、新生面が現れることになる。この微小な凹凸となる表面粗さは、図4に示すように120nm以上となるところで十分な接合強度が得られるようになる。この測定方法は被接合物に複数のバンプとなる金属突起を設け、接合後シェア強度を測定し、1バンプあたりのシェア強度で示す。本バンプは金メッキからなる40μm角で高さが15μmのものを使用した。十分なシェア強度としては、最大強度の80%以上となる30g/bumpを目安とした。   This is because, as shown in FIG. 2 (a), by forming minute irregularities on the joining surface, the convex portions are crushed and spread by pressurization, and a new surface appears and is joined (FIG. 2 (b)). reference). Further, considering microscopically, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the crystal orientation is rotated and the new surface appears when the convex portions are crushed. As shown in FIG. 4, a sufficient bonding strength can be obtained when the surface roughness of the minute irregularities is 120 nm or more. In this measurement method, metal protrusions to be a plurality of bumps are provided on an object to be bonded, the shear strength after bonding is measured, and the shear strength per bump is indicated. The bump used was a gold-plated 40 μm square with a height of 15 μm. As a sufficient shear strength, 30 g / bump, which is 80% or more of the maximum strength, was used as a guide.

また、少なくとも一方の接合面の表面粗さRyを120nm以上、2μm以下とした接合方法および接合装置とするのが好ましい。被接合物の接合表面(接合部)の凹凸が大きくなりすぎると押しつぶし量は最大でも数μm程度であるので接触面積が小さくなるため接合強度は落ちてしまう。図4に示すように2μm以上になると十分な接合強度が得られなく、120nm以上、2μm以下であることが好ましいことがわかる。   Moreover, it is preferable to use a bonding method and a bonding apparatus in which the surface roughness Ry of at least one bonding surface is 120 nm or more and 2 μm or less. If the unevenness of the bonding surface (bonding portion) of the object to be bonded becomes too large, the crushing amount is about several μm at the maximum, so the contact area becomes small and the bonding strength decreases. As can be seen from FIG. 4, when the thickness is 2 μm or more, sufficient bonding strength cannot be obtained, and it is preferably 120 nm or more and 2 μm or less.

また、被接合物の接合面が複数の金属突起であり、先端を凸状にした接合方法および接合装置としても構わない。面同士の接合においては、前述のようにミクロの凹凸が有効となるように、各接合部を各々凸状にして、複数用いても接合面積は面接合より落ちるが、同様な効果が得られる。   Further, the bonding surface of the objects to be bonded may be a plurality of metal protrusions, and a bonding method and a bonding apparatus in which the tips are convex may be used. In the bonding between surfaces, as described above, each bonding portion has a convex shape so that micro unevenness is effective, and even if a plurality of bonding portions are used, the bonding area is lower than the surface bonding, but the same effect can be obtained. .

また、被接合物を表面活性化処理する際のプラズマとして、反応ガスをArガスとしたArプラズマを使用して、該Arプラズマにより被接合物の接合面をエッチングすることにより、該接合面を粗す接合方法および接合装置としても構わない。Arプラズマを使用して被接合物を洗浄する時に、洗浄時間を長めに設定すると、例えば通常30秒のところを3分行うことにより、接合面が粗される。丁度その粗さを120nm以上とすることができ、効果的である。   Further, Ar plasma using a reactive gas as Ar gas is used as the plasma for surface activation treatment of the object to be bonded, and the bonding surface of the object to be bonded is etched by the Ar plasma. Rough joining methods and joining devices may be used. When cleaning an object to be bonded using Ar plasma, if the cleaning time is set to be long, the bonding surface is roughened by performing, for example, usually 30 seconds for 3 minutes. The roughness can be exactly 120 nm or more, which is effective.

また、一方の前記被接合物を保持するヘッドと、他方の前記被接合物を保持するステージと、前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を前記被接合物の接合面とほぼ垂直な方向に位置制御し、かつ、加圧制御が可能な上下駆動機構とを備え、前記被接合物どうしを接合する際、該接合時に、前記上下駆動機構を駆動して、前記被接合物どうしを加圧した後、前記上下駆動機構を停止させて、一定時間、前記ヘッドの前記ステージからの高さを一定に保つ接合方法としてもよい。   In addition, the head for holding one of the objects to be bonded, the stage for holding the other object to be bonded, and the position of at least one of the head or the stage in a direction substantially perpendicular to the bonding surface of the objects to be bonded. And a vertical drive mechanism capable of pressure control, and when joining the objects to be joined, after joining, the vertical drive mechanism is driven to pressurize the objects to be joined. The vertical driving mechanism may be stopped and a joining method may be used in which the height of the head from the stage is kept constant for a certain period of time.

また、前記上下駆動手段は、前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を前記被接合物の接合面とほぼ垂直な方向に位置制御可能に構成されており、前記被接合物どうしを接合する際、該接合時に、前記上下駆動機構を駆動して、前記被接合物どうしを加圧した後、前記上下駆動機構を停止させて、一定時間、前記ヘッドの前記ステージからの高さを一定に保つ接合装置であってもよい。   Further, the vertical drive means is configured to be capable of controlling the position of at least one of the head or the stage in a direction substantially perpendicular to the bonding surface of the objects to be bonded, and when bonding the objects to be bonded, At the time of bonding, the vertical driving mechanism is driven to pressurize the objects to be joined, and then the vertical driving mechanism is stopped to keep the height of the head from the stage constant for a certain period of time. It may be.

ここで、ステージからのヘッドの高さとは、ヘッドに保持された被接合物を、対向するステージに保持された被接合物に押し付け接合部をミクロに押しつぶす過程において、被接合物間の距離を表す。ステージからのヘッドの高さを一定に保つということは、被接合物間の距離を一定に保つことを示す。被接合物どうしを接合する際、瞬間的に加圧した状態では接合面の凹凸は弾性変形しているため、界面の結晶が回転していない場合がある。また、弾性変形は残留応力として残り、接合力に対して引き剥がす方向に働くため、接合強度が落ちることになる。これを防止する方法として、一定時間ヘッドの高さを一定にすることにより接合界面ではミクロには、荷重に耐え切れなくなり結晶方位の回転が行われたり、粒子の移動が起き、新生面が現れて接合し、粒子の移動によって残留応力が除去される。圧力制御しているとどんどん高さは低くなって常に弾性変形しているため、結晶方位がずれない。しかし、一定高さで停止していると、弾性変形から結晶方位がずれ始め時間とともに順次結晶方位の崩壊が始まる。それにより新生面が現れ接合に寄与する。   Here, the height of the head from the stage refers to the distance between the objects to be bonded in the process of pressing the object to be bonded held by the head against the object to be bonded held by the opposite stage and crushing the bonded portion to a micro level. To express. Keeping the height of the head from the stage constant means keeping the distance between the objects to be joined constant. When joining the objects to be joined, since the unevenness of the joint surface is elastically deformed in a state of being momentarily pressurized, the interface crystal may not rotate. Further, the elastic deformation remains as residual stress and acts in a direction to peel off the bonding force, so that the bonding strength is lowered. As a method to prevent this, the head height is kept constant for a certain period of time, and at the joint interface, the crystal cannot rotate with the load, the crystal orientation is rotated, the particles move, and a new surface appears. The residual stress is removed by bonding and movement of the particles. When the pressure is controlled, the height decreases and the elastic deformation always occurs, so the crystal orientation does not shift. However, when stopped at a certain height, the crystal orientation begins to deviate from elastic deformation, and the crystal orientation begins to collapse over time. As a result, a new surface appears and contributes to bonding.

また、上下駆動機構の先端に位置するヘッド部にヘッド高さ検出手段を備え、停止時の高さをコントロールする接合装置としてもよい。ヘッド高さ検出手段を備え、サブミクロンオーダーでヘッド高さを一定に保つ構成としても構わない。ミクロに接合界面を考えると弾性変形した接合界面は結晶方位の回転や粒子の移動により弾性変形が解除される。Z昇降機構(上下駆動機構)のボルトナット機構部のボールなどに弾性変形箇所があれば駆動モータが停止していてもさらに押し込むことにより、また弾性変形モードへと入ってしまう。これを解決するには、ヘッド部に高さ検出手段を設け、サブミクロン台で高さを一定にコントロールすることである。そうすることにより弾性変形は徐々に解消され、接合強度のアップへと向かう。図5にヘッド停止後の接合強度のアップ度を示す。   Further, a head height detection means may be provided in the head portion positioned at the tip of the vertical drive mechanism so as to be a joining device that controls the height when stopped. A configuration may be adopted in which a head height detecting means is provided and the head height is kept constant in the submicron order. Considering the microscopic joint interface, the elastically deformed joint interface is released by the rotation of crystal orientation and the movement of particles. If there is an elastic deformation point on the ball of the bolt / nut mechanism part of the Z elevating mechanism (vertical drive mechanism), even if the drive motor is stopped, it will enter the elastic deformation mode again. In order to solve this, a height detection means is provided in the head part, and the height is controlled to be constant on the submicron range. By doing so, the elastic deformation is gradually eliminated and the bonding strength is increased. FIG. 5 shows the degree of increase in bonding strength after the head stops.

なお、加圧制御と位置制御が可能なヘッド構造としては、圧力検出手段を直列配置したボールネジとサーボモータで構成することができる。また、シリンダに位置検出手段を配置してサーボ弁により加圧制御と位置制御を可能とすることもできる。なお、加圧制御および位置制御が可能であれば、上記した構成に限らず、加圧手段と位置制御手段として、いかなる方法を用いても構わない。   The head structure capable of pressurization control and position control can be constituted by a ball screw and a servo motor in which pressure detection means are arranged in series. Further, it is possible to arrange the position detecting means in the cylinder and enable the pressurization control and the position control by the servo valve. As long as pressurization control and position control are possible, the present invention is not limited to the above-described configuration, and any method may be used as the pressurization unit and the position control unit.

また、前記停止時間を1秒以上とする接合方法および接合装置としてもよい。この停止時間は図5に示すように材料や接合状態により1秒以上から効果があり、2分以上では変化が無かった。   Moreover, it is good also as the joining method and joining apparatus which make the said stop time 1 second or more. As shown in FIG. 5, this stop time was effective from 1 second or more depending on the material and the bonding state, and there was no change after 2 minutes or more.

また、加熱手段を備え、上記停止時に180℃以下で加熱する接合方法および接合装置としてもよい。上記停止中に熱を加えると、効率良く結晶方位の回転や粒子の移動が行われ、接合が進み、残留応力が除去されることにより、接合強度がアップする。図6にヘッド停止時の加熱温度と接合強度を示す。加熱温度としては180℃以下の低温加熱で十分であった。   Moreover, it is good also as a joining method and a joining apparatus provided with a heating means and heating at 180 degrees C or less at the time of the said stop. When heat is applied during the stop, the crystal orientation is rotated and the particles are moved efficiently, the bonding proceeds, and the residual stress is removed, thereby increasing the bonding strength. FIG. 6 shows the heating temperature and bonding strength when the head is stopped. As the heating temperature, a low temperature heating of 180 ° C. or lower was sufficient.

また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部をレベリングした後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する接合方法であってもよい(請求項11)。   Moreover, after leveling the said junction part of the said to-be-joined object, the joining method of joining after processing the said junction part of each said to-be-joined object with the said plasma may be sufficient.

また、少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部をレベリングした後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する接合装置であってもよい(請求項25)。   Moreover, after leveling the said junction part of at least one said to-be-joined object, after processing the said junction part of each said to-be-joined object with the said plasma, the joining apparatus which joins may be sufficient (Claim 25).

このような構成とすれば、図7に示すように、大気中であってもドライ洗浄(プラズマ処理)後、放置しなければ加圧することにより固相で常温接合することができる。これは接合表面に薄く付着層ができるが、該付着層の厚さは加圧により押し破られる程度であるからと考えられる。また、常温であるが故に、バンプを押しつぶして接触させるには加熱時の約倍の荷重が必要であった。しかし、レベリングしたバンプの場合は、しない場合に300MPaの加圧が必要であったのに対し、150MPaの加圧力で十分な接合強度を得ることができている。被接合物どうしを確実に接触させるために、該被接合物の接合表面の粗さ等を押しつぶす必要があり、これはバンプの高さばらつきや表面粗さの大きさに応じた加圧力が必要となるからである。通常のバンプでは高さばらつき2μmあった。しかし、レベリングした後では高さばらつきは120nm以下となっていた。そのため接合荷重は低減できたと考えられる。ここで、レベリングとは、図8に示すバンプ表面の表面粗さや図9に示す各バンプ間の高さばらつきを図10に示すように平面度の出た基準台などの平滑化手段にバンプを押しつけることで高さや表面粗さを均一に修正することを示す。レベリング後、図11に示すように被接合物同士を接合する。この例では、バンプが施されたチップとパッドを持った基板からなるが、その他の接合物であっても良い。   With such a configuration, as shown in FIG. 7, even in the air, after dry cleaning (plasma treatment), if not left, pressurization can be performed at room temperature in a solid phase by applying pressure. This is presumably because a thin adhesion layer is formed on the bonding surface, but the thickness of the adhesion layer is such that it can be pushed by pressure. In addition, because of the room temperature, a load approximately twice that of heating was required to crush the bumps and bring them into contact with each other. However, in the case of leveled bumps, pressurization of 300 MPa was necessary if not, whereas sufficient bonding strength could be obtained with a pressure of 150 MPa. In order to make sure that the objects to be bonded come into contact with each other, it is necessary to crush the bonding surface roughness etc. of the objects to be bonded. This requires pressure depending on the bump height variation and the surface roughness. Because it becomes. A normal bump had a height variation of 2 μm. However, after leveling, the height variation was 120 nm or less. Therefore, it is considered that the bonding load could be reduced. Here, the leveling means that bumps are applied to a smoothing means such as a reference table having a flatness as shown in FIG. 10 with respect to the surface roughness of the bump surface shown in FIG. 8 and the height variation between the bumps shown in FIG. Indicates that the height and surface roughness are uniformly corrected by pressing. After the leveling, the objects to be joined are joined as shown in FIG. In this example, it is composed of a substrate having a bumped chip and a pad, but it may be another bonded material.

また、前記レベリングを対向する前記被接合物により、該被接合物どうしを接合する前に行う構成としてもよい(請求項12)。   Moreover, it is good also as a structure performed before joining this to-be-joined object by the said to-be-joined object which opposes the said leveling (Claim 12).

また、前記レベリングを、前記ヘッドおよび前記ステージにそれぞれ対向保持された前記被接合物どうしを衝合させることにより行った後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する構成でもよい(請求項26)。   Further, after the leveling is performed by abutting the objects to be bonded, which are respectively held opposite to the head and the stage, the bonding portions of the objects to be bonded are treated with the plasma, and then bonded. It is also possible to adopt a configuration (claim 26).

このような構成とすれば、対向する被接合物を利用してレベリングを行うため、その被接合物の表面凹凸の特徴にあわせてレベリングすることができる。そのため、面の出ていない被接合物に対しても接合荷重を低下することができる。例えば配線層が積み重ねられたビルドアップ基板であれば、下部の配線パターンにより上部の電極パッド高さが位置により微妙に差が生じる。   With such a configuration, since leveling is performed using the object to be bonded, the leveling can be performed in accordance with the characteristics of the surface unevenness of the object to be bonded. For this reason, it is possible to reduce the bonding load even for an object to be bonded that has no surface. For example, in the case of a build-up board in which wiring layers are stacked, the height of the upper electrode pad varies slightly depending on the position due to the lower wiring pattern.

また、両被接合物が金属バンプ(接合部)を有し、レベリングを施した金属バンプどうしを衝合して接合する接合方法および接合装置としてもよい。両被接合物がレベリングを施したものどうしであればさらに接合面が、凹凸なく合うので接合荷重をより低減でき、好ましい。図7と同様に測定すると100MPa以下の接合荷重に低下できた。   Moreover, it is good also as a joining method and a joining apparatus which both to-be-joined objects have metal bumps (joining part), and join the metal bumps which gave leveling to each other. If the objects to be joined are leveled, the joining surfaces can be joined with each other without unevenness, so that the joining load can be further reduced. When measured in the same manner as in FIG. 7, the bonding load could be reduced to 100 MPa or less.

また、前記プラズマを発生させるエネルギー波照射手段を備えた構成としても構わない(請求項27)。この場合、請求項15記載の発明におけるプラズマは、装置外部に設けられた手段を利用することも想定しているが、本請求項27のような構成とすれば、プラズマによる被接合物の表面活性化処理から被接合物どうしの接合処理までを一括して実行することが可能となる。その結果、例えば、表面活性化処理と接合処理とを1つのチャンバー内で実行する事が可能となり、装置の省スペース化を図ることができる。   Moreover, it is good also as a structure provided with the energy wave irradiation means to generate the said plasma (Claim 27). In this case, it is assumed that the plasma according to the invention described in claim 15 uses means provided outside the apparatus. However, if the structure as in claim 27 is adopted, the surface of the object to be bonded by plasma is used. It is possible to execute collectively from the activation process to the bonding process between the objects to be bonded. As a result, for example, the surface activation process and the bonding process can be performed in one chamber, and the space of the apparatus can be saved.

また、前記被接合物が、半導体もしくはMEMSデバイスからなるチップ、またはウエハーである接合方法であってもよい(請求項13)。   Further, a bonding method in which the object to be bonded is a chip or a wafer made of a semiconductor or a MEMS device may be used.

また、請求項1ないし13のいずれかに記載の接合方法で形成された半導体デバイスまたはMEMSデバイスなどのデバイス(請求項14)。   A device such as a semiconductor device or a MEMS device formed by the bonding method according to any one of claims 1 to 13 (claim 14).

金属突起となる電極部を多数持つ半導体チップのフリップチップ接合は、半導体への熱影響や、微細ピッチ電極から数μm以内の高精度な実装が望まれ、180℃以下好ましくは室温での低温で接合する要望が高く、本発明は特に有効である。   Flip chip bonding of a semiconductor chip having a large number of electrode portions to be metal protrusions is required to have a thermal effect on the semiconductor and high precision mounting within a few μm from a fine pitch electrode. The demand for joining is high, and the present invention is particularly effective.

また、前記被接合物が少なくとも一方の被接合物に金属突起を施し、少なくとも一方の被接合物が半導体チップである接合方法および接合装置であってもよい。また、被接合物が少なくとも一方の被接合物に金属突起を施し、少なくとも一方の被接合物が半導体チップである前記方法で作られた半導体装置であってもよい。金属突起となる電極部を多数持つ半導体チップのフリップチップ接合は、半導体への熱影響や、微細ピッチ電極から数μm以内の高精度な実装が望まれ、180℃以下好ましくは室温での低温で接合する要望が高く、本発明は特に有効である。   The bonding object may be a bonding method and a bonding apparatus in which the bonding object is provided with metal protrusions on at least one bonding object, and the at least one bonding object is a semiconductor chip. Further, the semiconductor device may be a semiconductor device manufactured by the above method in which the object to be bonded is provided with metal protrusions on at least one object to be bonded, and at least one object to be bonded is a semiconductor chip. Flip chip bonding of a semiconductor chip having a large number of electrode portions to be metal protrusions is required to have a thermal effect on the semiconductor and high precision mounting within a few μm from a fine pitch electrode. The demand for joining is high, and the present invention is particularly effective.

また、半導体どうしを張り合わせることで三次元的な構造とでき、より集積度を上げた半導体装置とできるので好ましい。また、ウエハーで接合し、後からダイシングしてチップ化すれば生産効率は上がり好ましい。   In addition, it is preferable that a semiconductor device can be made to have a three-dimensional structure by bonding semiconductors to each other and a semiconductor device with a higher degree of integration can be obtained. Further, it is preferable to join with a wafer and then dice into chips to increase production efficiency.

また、前記プラズマは減圧プラズマである構成としてもよい。表面活性化処理がイオンビームや原子ビームによるものであるとすると、10−8Torr程度の高真空雰囲気が要求され設備に負担がかかる。プラズマを使用することで真空度は10−2Torr程度で可能となるので簡易な設備で表面活性化処理が可能となる。その結果、装置のコンパクト化、コストダウン化につながる。また、プラズマを発生させる反応ガスにArを使用すれば不活性で、かつ、エッチング能力も高いのでより好ましい。また、被接合物の洗浄(プラズマ処理)後または洗浄中に、反応ガスやエッチング物を取り除くために10−3Torr以下に減圧することが好ましい。被接合物の接合表面(接合部)に打ち込まれたArなど反応ガスを取り除くために100〜180℃程度の加熱を併用することもできる。 The plasma may be a low-pressure plasma. If the surface activation treatment is performed by an ion beam or an atomic beam, a high vacuum atmosphere of about 10 −8 Torr is required, and the equipment is burdened. By using plasma, the degree of vacuum is about 10 −2 Torr, so that the surface activation process can be performed with simple equipment. As a result, the apparatus is downsized and the cost is reduced. Further, it is more preferable to use Ar as a reaction gas for generating plasma because it is inactive and has high etching ability. Further, it is preferable that the pressure is reduced to 10 −3 Torr or less in order to remove the reaction gas and the etched product after cleaning (plasma treatment) of the object to be bonded. Heating at about 100 to 180 ° C. can be used in combination to remove reaction gas such as Ar implanted in the bonding surface (bonding portion) of the object to be bonded.

また、少なくとも一方の前記被接合物が半導体であり、交番電源により生じた+−方向が切り替わる電界によって生成した前記減圧プラズマによって、各前記被接合物の前記接合部をプラズマ洗浄した後、前記被接合物どうしを固相で常温接合する接合方法であってもよい。   Further, at least one of the objects to be bonded is a semiconductor, and the bonded portion of each of the objects to be bonded is plasma-cleaned by the reduced-pressure plasma generated by an electric field generated by an alternating power source that switches + and-directions. A bonding method may be used in which the bonded objects are bonded at room temperature in a solid phase.

また、少なくとも一方の前記被接合物が半導体であり、交番電源により生じた+−方向が切り替わる電界によって生成した前記減圧プラズマによって、各前記被接合物の前記接合部をプラズマ洗浄した後、前記被接合物どうしを固相で常温接合する接合装置であっても構わない。   Further, at least one of the objects to be bonded is a semiconductor, and the bonded portion of each of the objects to be bonded is plasma-cleaned by the reduced-pressure plasma generated by an electric field generated by an alternating power source that switches + and-directions. It may be a joining apparatus that joins joined objects at room temperature in a solid phase.

少なくとも一方の被接合物が半導体である場合などでは、+イオンや−電子が半導体の回路面に衝突すると、回路、特にゲート酸化膜などにチャージアップダメージを与えることがある。これを回避するために+イオンと−電子を交互に衝突させることにより電荷がチャージする前に中和させてしまうことができる。そうすることによりチャージアップダメージを回避することが可能となる。プラズマにて接合表面の付着物がエッチング除去され表面活性化されれば、金属やSi、酸化物は低温下で固相で接合することができる。   In the case where at least one of the objects to be bonded is a semiconductor, when + ions or −electrons collide with the circuit surface of the semiconductor, the circuit, particularly the gate oxide film, may be charged up. In order to avoid this, it is possible to neutralize before charge is charged by colliding + ions and − electrons alternately. By doing so, it becomes possible to avoid charge-up damage. If the deposit on the bonding surface is removed by etching and activated by plasma, the metal, Si, and oxide can be bonded in a solid phase at a low temperature.

また、前記交番電源が1:5より均等に切り替わる接合方法および接合装置であっても構わない。交互に切り替わる比率としては1:5より均等であればチャージアップダメージを軽減できる。また、1:2より均等であればより好ましい。   Further, a bonding method and a bonding apparatus in which the alternating power source is switched evenly from 1: 5 may be used. The charge-up damage can be reduced if the ratio of switching alternately is more than 1: 5. Moreover, it is more preferable if it is more equal than 1: 2.

また、前記交番電源においてVdcが−値であり、+領域が20%〜40%である接合方法および接合装置からなる。また、Arや酸素プラズマなどは+イオンとなるため、加速して洗浄面に衝突させエッチングするためには、被接合物を保持する電極は−電界である必要がある。そのため、Vdc値は−であることが好ましい。ここで、Vppとは、電圧の交流波形におけるピークトウピークを示し、Vdcとは、Vppの中心となる電圧値の0Vからのオフセット値であるバイアス電圧を示す。   The alternating power supply includes a bonding method and a bonding apparatus in which Vdc is a negative value and a positive region is 20% to 40%. Further, since Ar, oxygen plasma, and the like become + ions, in order to accelerate and collide with the cleaning surface and perform etching, the electrode that holds the object to be bonded needs to be a negative electric field. Therefore, the Vdc value is preferably −. Here, Vpp indicates a peak-to-peak in the AC waveform of the voltage, and Vdc indicates a bias voltage that is an offset value from 0 V of the voltage value that is the center of Vpp.

また、前記交番電源は、バイアス電圧Vdc値を調整可能なRFプラズマ発生電源である構成としてもよい。交番電源の+−を均等にしすぎると+イオンが衝突する機会が減るため洗浄能力(表面活性化能力)が減少する。また、−電子によるチャージアップダメージが発生する。そのため、アプリケーション毎に最適なVdc値を調整できるようにすることにより、チャージアップダメージを起こさず最適な洗浄能力を発揮することができて好ましい。   The alternating power source may be an RF plasma generating power source capable of adjusting a bias voltage Vdc value. If the +/- of the alternating power source is made too uniform, the chance of + ions colliding decreases and the cleaning ability (surface activation ability) decreases. Also, charge-up damage due to electrons occurs. Therefore, it is preferable that the optimum Vdc value can be adjusted for each application, so that optimum cleaning ability can be exhibited without causing charge-up damage.

また、交番電源として、図26に示すような交流からなるRFプラズマ発生電源を使用することで交互に電界を+−切り替えることが容易にできる。また、前記Vdc値の調整で容易に+と−の割合を調整可能である。   Further, by using an RF plasma generating power source composed of alternating current as shown in FIG. 26 as an alternating power source, it is possible to easily switch the electric field alternately between + and-. Further, the ratio of + and − can be easily adjusted by adjusting the Vdc value.

また、前記交番電源は、パルス幅を調整可能なパルス波発生電源である構成としてもよい。交番電源としては、図27に示すようなパルス波発生電源を用いることができる。パルス波であれば急峻な立ち上がりと立ち下げが可能であり、洗浄能力もアップする。   The alternating power supply may be a pulse wave generating power supply capable of adjusting a pulse width. As the alternating power source, a pulse wave generating power source as shown in FIG. 27 can be used. If it is a pulse wave, sharp rise and fall are possible, and the cleaning ability is also improved.

また、Vdc値の調整だけでなく、図28に示すようにパルス幅や間隔を調整することで+−の割合や衝突時間を管理できるので交流であるRFよりより細かく設定が可能となり、最適な値を探し出しやすい。   In addition to adjusting the Vdc value, as shown in FIG. 28, by adjusting the pulse width and interval, the ratio of + − and the collision time can be managed, so that the setting can be made more finely than the RF that is an alternating current. Easy to find value.

また、前記プラズマ洗浄中または洗浄前または洗浄後に真空度を10−3Torr以下にすることが好ましい。不純物を取り除くために10−3Torr以下に減圧してから洗浄することが好ましい。また、洗浄後または洗浄中にプラズマの反応ガスやエッチング物を取り除くために10−3Torr以下に減圧することが好ましい。また、接合表面に打ち込まれたArなど反応ガスを取り除くには100〜180℃程度の加熱を併用することもできる。また、前記洗浄時に、被接合物の一方の側方から反応ガスを供給し他方の側方側から反応ガスを吸引してもよい。このような構成とすれば、被接合面を反応ガスを一方向へ流すことができるため、プラズマ洗浄時に飛散した付着物を効率良く除去でき、除去物の被接合物への再付着を減少させることができるので効果的である。 Further, it is preferable that the degree of vacuum is 10 −3 Torr or less during the plasma cleaning or before or after the cleaning. In order to remove impurities, it is preferable that the pressure is reduced to 10 −3 Torr or less before washing. Further, it is preferable to reduce the pressure to 10 −3 Torr or less in order to remove the plasma reaction gas and the etching product after or during the cleaning. In addition, heating at about 100 to 180 ° C. can be used in combination to remove a reactive gas such as Ar implanted into the bonding surface. Further, during the cleaning, the reaction gas may be supplied from one side of the object to be bonded and the reaction gas may be sucked from the other side. With such a configuration, since the reaction gas can flow in one direction on the surface to be bonded, the deposits scattered during the plasma cleaning can be efficiently removed, and the reattachment of the removed items to the workpiece is reduced. It can be effective.

また、本発明におけるヘッドおよびステージは、それぞれ被接合物保持手段を備えており、片当たり無く均一に接合するためには、少なくとも一方の被接合物保持手段の表面に弾性材を配し、被接合物の接合時に弾性材を介して両被接合物を加圧することが好ましい。本発明における接合方法では、ハンダのように溶融させて接合するのでは無く、固相で金属接合するため、被接合物間の平行度や平面度がでていないと、接触したところしか接合できない。そのため、少なくとも一方の被接合物保持手段の表面に弾性材を配し、接合時に弾性材を介して両被接合物を加圧することで、被接合物どうしの平行度をならわせ、また、薄い被接合物であれば平坦度もならわせることができる。また、被接合物を接触させた後、弾性材を被接合物と被接合物保持手段との間に挿入しても良い。   Further, the head and the stage in the present invention are each provided with a workpiece holding means, and in order to join uniformly without contact, an elastic material is disposed on the surface of at least one of the workpiece holding means, It is preferable to pressurize both objects to be bonded via an elastic material when bonding the bonded objects. In the bonding method of the present invention, since the metal is bonded in a solid phase rather than being melted and bonded like solder, if the parallelism or flatness between the objects to be bonded is not present, the bonding can be performed only at the contact point. . Therefore, by arranging an elastic material on the surface of at least one object holding means and pressurizing both objects to be bonded through the elastic material at the time of bonding, the parallelism between the objects to be bonded is made uniform and thin. Flatness can be made uniform if it is a workpiece. Further, after bringing the object to be bonded into contact, the elastic material may be inserted between the object to be bonded and the object holding means.

また、少なくとも一方の被接合物保持手段が球面軸受けで保持され、被接合物の接合時または接合前に被接合物どうしを接触加圧して少なくとも一方の被接合物に他方の傾きを合わせることが好ましい。ステージおよび/またはヘッドに被接合物保持手段が球面軸受けで保持され、被接合物の接合時または接合前に被接合物どうしを接触加圧して少なくとも一方の被接合物に他方の傾きを合わせることができる構造とすることで、被接合物どうしの平行度をならわせて接合することができる(図29参照)。球面軸受けはロック/フリーを選択するロック機構を持っており、通常はロックさせた状態で、ならわせる時だけフリーとすることができる構成としてもよい。また、一旦、平行度をならわせた後、球面軸受けをロックし、その状態を保持してからプラズマ処理して被接合物どうしアライメント後、接合することもでき、平行度があった状態でアライメントするため、被接合物の接合時に位置ずれ無く接合できるので好ましい。   In addition, at least one of the objects to be bonded holding means is held by a spherical bearing, and when the objects to be bonded are bonded or before bonding, the objects to be bonded are contact-pressed so that at least one of the objects to be bonded has the other inclination. preferable. The object holding means is held by the stage and / or the head with a spherical bearing, and the objects to be bonded are contact-pressed during bonding of the objects to be bonded or before bonding so that at least one of the objects to be bonded has the other inclination. By adopting such a structure that can be joined, it is possible to join the objects to be joined in parallel with each other (see FIG. 29). The spherical bearing has a lock mechanism for selecting lock / free, and may be configured to be free only when it is normally locked in a locked state. In addition, once the parallelism is leveled, the spherical bearing is locked, and after maintaining the state, it can be plasma-processed to align the objects to be joined and then joined. Therefore, it is preferable because the bonding can be performed without positional deviation when the objects to be bonded are bonded.

また、ホーンとホーン保持部と振動子からなる超音波振動ヘッドを備え、前記大気中での接合時に2μm以下の振幅からなる超音波振動を被接合物に印加し、150MPa以下の荷重、180℃以下の加熱で固相で金属接合する方法および接合装置であってもよい。大気中での接合時に超音波振動を印加するとより接合し易くなる。既に表面活性化されているので超音波エネルギーは小さくて良く、ダメージや位置ずれを押さえられる2μm以下の振幅で十分である。また、1μm以下であればより好ましい。また、超音波を印加することで接合荷重は半分以下の150MPa以下に下げられる。金の金属突起を接合する場合、常温では300MPa程度の高加圧力で押しつぶさないと接合できないことになる。このバンプが半導体回路面上にある場合は、一般的に200MPa以上では回路によってはダメージを与えてしまう。実験条件としては、半導体チップに金属突起となる50μm角で高さ20μm、バンプの高さばらつきが1μmの金バンプを使用した半導体チップを金薄膜基板上へ超音波接合した場合と常温接合した場合、常温接合の場合は、80g/bumpで始めて接合可能となったが、超音波を印加した場合においては40g/bump以上の荷重で接合が可能であった。よってバンプつぶれ代として1μm以上のバンプを押しつぶすことが必要であることが分かる。20μm高さのバンプを金メッキで作る場合において、高さばらつきを1μmに抑えるのが限界であるため、この程度のバンプを押しつぶすことが必要である。   In addition, an ultrasonic vibration head including a horn, a horn holding portion, and a vibrator is provided, and ultrasonic vibration having an amplitude of 2 μm or less is applied to an object to be bonded at the time of bonding in the atmosphere, a load of 150 MPa or less, 180 ° C. A method and a bonding apparatus for metal bonding in a solid phase by the following heating may be used. When ultrasonic vibration is applied at the time of joining in the atmosphere, joining becomes easier. Since the surface has already been activated, the ultrasonic energy may be small, and an amplitude of 2 μm or less that can suppress damage and displacement is sufficient. Moreover, it is more preferable if it is 1 micrometer or less. Further, by applying ultrasonic waves, the bonding load can be lowered to 150 MPa or less, which is half or less. When gold metal protrusions are bonded, bonding cannot be performed unless they are crushed at a high pressure of about 300 MPa at room temperature. When this bump is on the surface of the semiconductor circuit, it is generally damaged depending on the circuit at 200 MPa or more. The experimental condition is that when a semiconductor chip using a gold bump with a 50 μm square, 20 μm height and 1 μm bump height variation to be a metal protrusion on the semiconductor chip is ultrasonically bonded onto a gold thin film substrate and at room temperature bonding In the case of normal temperature bonding, bonding was possible for the first time at 80 g / bump, but when ultrasonic waves were applied, bonding was possible with a load of 40 g / bump or more. Therefore, it can be seen that it is necessary to crush bumps of 1 μm or more as a bump crushing allowance. In the case where a bump having a height of 20 μm is formed by gold plating, it is necessary to crush the bumps of this degree because it is the limit to suppress the height variation to 1 μm.

また、前記減圧下での洗浄と大気中での接合間において、少なくとも一方の被接合物を洗浄チャンバーに搬入し、洗浄後の被接合物を接合部へ搬出する搬送手段でつなぎ、接合中に後続の被接合物を洗浄する接合方法および接合装置であってもよい。接合表面が金または銅からなる被接合物を個別に事前に真空チャンバー内でプラズマ処理することにより表面活性化し、大気中に取り出して固相で金属接合することができる。洗浄後の被接合物を接合部へ搬出する搬送手段でつなぎ、接合中に後続の被接合物を洗浄することにより、洗浄時間を並列処理できるのでタクトアップすることが可能となる。また、1つずつではバランスしない場合はトレイなどに複数個入れた状態で一括洗浄すれば良い。また、連続したリール上の被接合物であれば、チャンバー扉にパッキンを介して挟み込んでプラズマ処理すれば良い。   Further, between the cleaning under reduced pressure and the bonding in the atmosphere, at least one of the objects to be bonded is carried into a cleaning chamber, and the cleaned objects to be bonded are transported to a bonded portion, and are connected during bonding. The joining method and joining apparatus which wash | clean a subsequent to-be-joined thing may be sufficient. Surface activation can be performed by individually plasma-treating an object to be bonded whose bonding surface is made of gold or copper in advance in a vacuum chamber, and the surface can be taken out into the atmosphere and metal bonded in a solid phase. By connecting the cleaned objects to be bonded to a bonded portion and cleaning the subsequent objects to be bonded during bonding, the cleaning time can be processed in parallel, so that the tact time can be increased. In addition, when the balance is not achieved one by one, it may be cleaned in a state where a plurality of trays are placed. Moreover, if it is a to-be-joined object on a continuous reel, what is necessary is just to carry out plasma processing by inserting | pinching through a packing in a chamber door.

また、減圧下のチャンバー内で、接合させる前記被接合物の接合面どうしが対向配置されていない状態において、前記接合部を前記プラズマで処理した後、少なくとも一方の前記被接合物を移動させて、前記接合面どうしが対向配置された状態にした後、さらに、少なくとも一方の前記被接合物を前記接合面にほぼ垂直な方向へ移動させて、前記接合部どうしを衝合させることにより、前記被接合物どうしを固相で接合する接合方法であってもよい。   Further, in a state where the bonding surfaces of the objects to be bonded are not arranged to face each other in a chamber under reduced pressure, after the bonding portion is treated with the plasma, at least one of the objects to be bonded is moved. In addition, after the joint surfaces are arranged to face each other, at least one of the objects to be joined is moved in a direction substantially perpendicular to the joint surface to bring the joint portions into contact with each other, A joining method may be used in which the objects to be joined are joined in a solid phase.

真空チャンバー内に、前記ヘッドと、前記ステージと、前記上下駆動機構と、前記ステージまたは前記ヘッドの少なくとも一方を側方へ移動させる移動手段とを備え、前記エネルギー波照射手段は、各前記被接合物に対して個別に前記プラズマによる処理を行うことが可能に構成されており、減圧下の前記真空チャンバー内で、前記移動手段によって、接合させる前記被接合物の接合面どうしが対向配置されていない状態にして、前記接合部を前記プラズマで処理した後、少なくとも一方の前記被接合物を移動させて、前記接合面どうしが対向配置された状態にした後、さらに、前記上下駆動機構によって、少なくとも一方の前記被接合物を前記接合面にほぼ垂直な方向へ移動させて、前記接合部どうしを衝合させることにより、前記被接合物どうしを固相で接合する接合装置であってもよい。   In the vacuum chamber, the head, the stage, the vertical drive mechanism, and a moving means for moving at least one of the stage or the head to the side, the energy wave irradiation means, In the vacuum chamber under reduced pressure, bonding surfaces of the objects to be bonded are arranged to face each other by the moving means in the vacuum chamber under reduced pressure. After the joint is treated with the plasma, the at least one of the objects to be joined is moved so that the joining surfaces face each other, and further, by the vertical drive mechanism, By moving at least one of the objects to be bonded in a direction substantially perpendicular to the bonding surface and bringing the bonding portions into contact with each other, How to be a bonding apparatus for bonding the solid phase.

従来、両被接合物を対向配置した状態でプラズマ処理すると一方のエッチングされた付着物が他方へ再付着してしまうという問題があった。そこで本発明では、前記被接合物の接合面どうしが対向配置されていない状態において、前記接合部を前記プラズマ処理し、その後対向位置まで移動させ接合させれば上記した再付着を防ぐことが可能となる。ステージを待機位置へスライドさせた状態でプラズマ洗浄(処理)することによりエッチングされた付着物は対向面へ飛散し、他方へ再付着することは無い。   Conventionally, when the plasma treatment is performed with both objects to be bonded facing each other, there has been a problem that one etched deposit reattaches to the other. Therefore, in the present invention, in the state where the bonding surfaces of the objects to be bonded are not opposed to each other, the above-described reattachment can be prevented by performing the plasma treatment on the bonding portion and then moving the bonding portion to the opposite position and bonding them. It becomes. Deposits etched by plasma cleaning (processing) in a state where the stage is slid to the standby position scatter to the opposite surface and do not reattach to the other.

また、前記プラズマ洗浄(処理)時に真空度を10−3Torr以下とする接合方法および接合装置としてもよい。真空度を10−3Torr以下とすることで飛散物がイオンに衝突して方向が変わり再付着する確率も減少するので好ましい。 Moreover, it is good also as a joining method and joining apparatus which make a vacuum degree below 10 < -3 > Torr at the time of the said plasma cleaning (process). It is preferable to set the degree of vacuum to 10 −3 Torr or less because the probability that scattered matter collides with ions, changes direction and reattaches is reduced.

また、前記接合位置へスライド後の被接合物間のすきまが20mm以内である接合方法および接合装置としてもよい。従来、プラズマを発生させるためには上下の被接合物間は少なくとも30mm程度離す必要があることから、ヘッドを下降させる時にZ軸(上下駆動機構)の傾きやガタからせっかくアライメントしても位置ずれを起こしてしまうという問題があった。しかし、ステージを待機位置へスライドさせた状態でヘッド側、ステージ側各々にプラズマを発生させれば、Z軸の移動距離は最小限に押さえることができるので、被接合物間の距離を従来の30mm以下である20mm以下に設定可能である。また、5μm以下にも設定可能でありより好ましい。数μm以内に押さえればZ軸の傾きによる誤差は無視でき、Z移動による水平方向の誤差も移動量に比例して最小限に押さえられる。   Moreover, it is good also as a joining method and a joining apparatus which the clearance gap between the to-be-joined objects after sliding to the said joining position is less than 20 mm. Conventionally, in order to generate plasma, it is necessary to separate the upper and lower workpieces by at least about 30 mm. Therefore, when the head is lowered, even if it is aligned with the inclination of the Z-axis (vertical drive mechanism) or backlash, it will be misaligned. There was a problem of causing. However, if the plasma is generated on the head side and the stage side while the stage is slid to the standby position, the Z-axis movement distance can be minimized, so the distance between the objects to be joined can be reduced. It can be set to 20 mm or less which is 30 mm or less. Moreover, it can set to 5 micrometers or less, and is more preferable. If it is kept within a few μm, the error due to the tilt of the Z axis can be ignored, and the error in the horizontal direction due to the Z movement is also minimized in proportion to the amount of movement.

また、スライドさせてプラズマ発生できるので、被接合物の対向面にスパッタさせる金属を配置し、その金属をプラズマ電極とすることにより、金属が被接合物表面にスパッタされ、薄膜形成がなされる。両被接合物表面に金属膜がスパッタされれば、その金属同士で接合させることができる。その結果、従来の表面活性化では接合が難しかったAlやセラミック、酸化物なども適用でき、接合できるようになる。また、上記したスパッタ前に被接合物側をプラズマ電極として、被接合物の接合表面を事前にエッチングして洗浄しておけばより接合し易くなる。また、スライド後、被接合物どうしを対向配置させた状態で一方の金属表面を持つ被接合物を電極側として対向する他方の被接合物に対してスパッタすることもできる。特に一方が接合し易い金や銅からなる金属で他方が接合しにくい材料であるときに適する。   Further, since plasma can be generated by sliding, a metal to be sputtered is disposed on the facing surface of the object to be bonded, and the metal is used as a plasma electrode, so that the metal is sputtered on the surface of the object to be bonded and a thin film is formed. If metal films are sputtered on the surfaces of both objects to be bonded, the metals can be bonded together. As a result, Al, ceramics, oxides, etc., which are difficult to join by conventional surface activation, can be applied and can be joined. Further, it becomes easier to perform bonding by etching and cleaning the bonding surface of the bonded object in advance using the bonded object side as a plasma electrode before sputtering. In addition, after the slide, it is possible to perform sputtering on the other object to be bonded facing the object to be bonded having one metal surface as the electrode side in a state where the objects to be bonded are arranged to face each other. It is particularly suitable when one is a metal made of gold or copper that is easy to join and the other is a material that is difficult to join.

また、前記接合部をプラズマによって処理する際、少なくとも一方の前記被接合物の接合面の対向する位置に金属電極を配置して、スパッタすることにより該被接合物の前記接合面に前記金属電極を構成する金属からなる金属膜を形成し、前記被接合物どうしを固相で接合する構成としてもよい。   Further, when the bonding portion is treated with plasma, a metal electrode is disposed at a position opposite to the bonding surface of at least one of the objects to be bonded, and the metal electrode is formed on the bonding surface of the object to be bonded by sputtering. It is good also as a structure which forms the metal film which consists of the metal which comprises this, and joins the said to-be-joined objects in a solid-phase.

Niなど硬い金属や酸化物、Siまたはセラミックからなる他方の被接合物の接合表面に金属膜を形成し、同金属同士で固相で金属接合する接合方法および接合装置としてもよい。被接合物の接合面と対向する位置へスパッタさせる金属を配置し、プラズマを該金属に照射し、金属が被接合物表面にスパッタされ、薄膜形成がなされる。両被接合物表面に金属膜がスパッタされれば、その金属同士で固相で金属接合させることができる。従来表面活性化では接合が難しかったNiなど硬い金属やセラミック、酸化物、Siなどにも適用でき、接合できるようになる。また、プラズマが減圧プラズマであれば、プラズマ電極をその金属にすることにより、スパッタできる。また、スパッタ前に被接合物側をプラズマ電極とすることで被接合物の接合表面を事前にエッチングして洗浄(プラズマ処理)しておけばより接合し易くなる。また、対向配置させた状態で一方の金属表面を持つ被接合物を電極側として対向する他方の被接合物に対してスパッタすることもできる。特に一方が接合し易い金や銅からなる金属で他方が接合しにくい材料である時に適する。   A bonding method and a bonding apparatus may be used in which a metal film is formed on the bonding surface of the other object made of a hard metal such as Ni, oxide, Si, or ceramic, and the metals are bonded together in a solid phase. A metal to be sputtered is disposed at a position facing the bonding surface of the object to be bonded, and the metal is irradiated with plasma, and the metal is sputtered on the surface of the object to be bonded to form a thin film. If metal films are sputtered on the surfaces of both objects to be bonded, the metals can be bonded to each other in a solid phase. Conventionally, it can be applied to hard metals such as Ni, ceramics, oxides, Si, etc., which were difficult to join by surface activation, and can be joined. If the plasma is a low-pressure plasma, sputtering can be performed by using a plasma electrode as the metal. Further, by using a plasma electrode on the workpiece side before sputtering, it becomes easier to bond if the bonding surface of the workpiece is etched and cleaned (plasma treatment) in advance. Moreover, it can also sputter | spatter with respect to the other to-be-joined object which opposes the to-be-joined object which has one metal surface in the state arrange | positioned facing as an electrode side. It is particularly suitable when one is a metal made of gold or copper that is easy to join and the other is a material that is difficult to join.

また、プラズマによる表面活性化時に、一方の被接合物の金または銅からなる表面金属をスパッタすることにより他方の接合表面に金または銅からなる金属膜を形成し、大気中で、固相で常温接合する接合方法および接合装置としてもよい。スパッタ金属を金または銅とすることで大気中で固相で常温接合することができる。   Also, at the time of surface activation by plasma, a metal film made of gold or copper is formed on the other bonding surface by sputtering the surface metal made of gold or copper of one object to be bonded, It is good also as a joining method and joining apparatus which join at normal temperature. When the sputtered metal is gold or copper, it can be bonded at room temperature in the solid phase in the atmosphere.

プラズマによる表面活性化処理は、被接合物表面に存在する付着物はウェット洗浄後においても大気に暴露すると数秒で1nm以上付着することから少なくとも1nm以上エッチングすることが有効である。   In the surface activation treatment by plasma, it is effective to etch at least 1 nm because deposits existing on the surface of the object to be bonded are deposited to 1 nm or more in several seconds when exposed to the atmosphere even after wet cleaning.

また、本発明は、少なくとも一方の被接合物の接合部を構成する金をアニーリングにより硬度100Hv以下とする接合方法および接合装置でも良い。   Further, the present invention may be a bonding method and a bonding apparatus in which the gold constituting the bonded portion of at least one object to be bonded is annealed to have a hardness of 100 Hv or less.

上記ように、接合部をつぶして倣わせるためには該接合部の硬度を落として柔らかくしておくことが好ましい。そのため通常120Hv以上ある金の硬度をアニーリングにより100Hv以下とすることが好ましい。また、60Hv以下とするのがより好ましい。   As described above, in order to crush and follow the joint, it is preferable to reduce the hardness of the joint and soften it. Therefore, it is preferable that the hardness of gold, which is usually 120 Hv or more, is 100 Hv or less by annealing. Moreover, it is more preferable to set it as 60 Hv or less.

また、被接合物がウエハーであれば一度に複数個のデバイスを一括して接合でき好適である。接合後にダイシングし個片化すればよい。   Further, if the object to be bonded is a wafer, it is preferable that a plurality of devices can be bonded at once. After bonding, dicing may be performed to obtain individual pieces.

また、本発明は、被接合物が表面弾性波デバイス、RFデバイスなどからなるデバイスからなる接合方法および接合装置であっても良い。半導体デバイス、表面弾性波デバイス、RFデバイスなどからなる半導体デバイスや、メカニカルな可動部分を持ったようなMEMSデバイスなどは、特に封止を要求されるものであり、また、これらは熱に弱く、また、異種材料の組み合わせで作られるので熱膨張によりひずみが生じたりして、高温での接合に耐えられないという課題があるため本方式に好適である。また、200℃以内で樹脂からのガスや湿気を嫌うこれらデバイスとしては従来接合する方法が無かった。また、これらデバイスは表面が振動したり、MEMSにおいてはメカニカルに動くアクチュエータを持つので樹脂による接着はできず直接接合することが要求されるので好適である。形態としては半導体の製造工程であるウエハー上でハンドリングして張り合わせることが一番有効であるが、ダイシング後のチップ状態でも適する。   Further, the present invention may be a bonding method and a bonding apparatus in which the object to be bonded is a device including a surface acoustic wave device, an RF device, or the like. Semiconductor devices such as semiconductor devices, surface acoustic wave devices, RF devices, and MEMS devices having mechanical movable parts are particularly required to be sealed, and these are vulnerable to heat. Further, since it is made of a combination of different materials, distortion occurs due to thermal expansion, and there is a problem that it cannot withstand joining at high temperatures, which is suitable for this method. Further, there has been no conventional bonding method for these devices that dislike gas and moisture from the resin within 200 ° C. In addition, these devices are suitable because the surfaces thereof vibrate or have an actuator that moves mechanically in MEMS, so that they cannot be bonded by resin and are required to be directly bonded. As a form, it is most effective to handle and bond them on a wafer, which is a semiconductor manufacturing process, but it is also suitable in a chip state after dicing.

また、大気中で前記被接合物どうしの接合を行う構成としてもよい。このような構成とすれば、大気中であっても表面活性化処理後すぐには付着物層も薄いので、押し破って接合すれば、接合部の接合界面は広がり、新生面が現れ接合される。時間的には表面活性化処理後、特に接合部が金であれば、酸化や有機物等が再付着しにくいので、1時間以内であれば接合は容易である。   Further, a configuration may be adopted in which the objects to be joined are joined in the atmosphere. With such a configuration, even in the atmosphere, the deposit layer is thin immediately after the surface activation treatment, so if it is pushed and joined, the joint interface of the joint will spread, and a new surface will appear and be joined . In terms of time, after the surface activation treatment, particularly when the joint is gold, oxidation, organic matter, and the like are difficult to reattach, so that the joining is easy within one hour.

実験結果より、接合部のプラズマ処理後の経過時間やガスの種類、水分の含み具合(湿度)により、必要な加熱温度は左右される。大気暴露後1時間以内に実装(接合)すれば100℃以内の加熱でも接合が可能であった。また、本接合方法においては固相ではあるが、接合面は金属分子同士が直接結合されているので、接合後に高温、例えば350℃に加熱されたとしても、金属分子が拡散されるのみで接合強度が落ちたり、抵抗値が増大したりすることは無く、高温でも信頼性が高い。   From the experimental results, the required heating temperature depends on the elapsed time after the plasma treatment of the joint, the type of gas, and the moisture content (humidity). If mounted (bonded) within 1 hour after exposure to the atmosphere, bonding was possible even with heating within 100 ° C. In this bonding method, although the solid phase is used, since the metal molecules are directly bonded to each other on the bonding surface, the metal molecules are only diffused even if heated to a high temperature, for example, 350 ° C. after bonding. The strength does not decrease and the resistance value does not increase, and the reliability is high even at high temperatures.

また前記被接合物の一方が、前記接合部を電極として電気的に機能するデバイスであって、前記接合部の表面が金または銅からなり、接合する前記被接合物の前記接合部を前記 プラズマにより洗浄した後、該接合部にガスにより付着層を形成し、大気中で金属電極からなる前記接合部どうしを接触させ、前記デバイスを電気的に機能させた状態で最適位置に調整した後、固相で常温接合する接合方法であってもよい。   Further, one of the objects to be bonded is a device that functions electrically using the bonding portion as an electrode, and a surface of the bonding portion is made of gold or copper, and the bonding portion of the bonding object to be bonded is the plasma. After cleaning by, after forming an adhesion layer with gas at the joint, contacting the joints made of metal electrodes in the atmosphere, after adjusting the device to an optimal position in an electrically functioning state, A bonding method in which solid-phase bonding is performed in a solid phase may be used.

また、前記被接合物の一方が、前記接合部を電極として電気的に機能するデバイスであって、前記機能デバイスを保持する前記ヘッドと、他方の前記被接合物を保持する前記ステージと、前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を上下動する前記上下駆動機構と、前記機能デバイスを電気的に機能させるプローブと、前記機能デバイスの機能を認識する認識手段と、前記機能デバイスと前記被接合物の相対的な位置を補正するアライメントテーブルとを備え、前記接合部の表面が金または銅からなり、接合する前記被接合物の前記接合部を前記プラズマにより洗浄した後、該接合部にガスにより付着層を形成し、大気中で金属電極からなる前記接合部どうしを接触させ、前記デバイスを電気的に機能させた状態で最適位置に調整した後、固相で常温接合する接合装置であってもよい。   In addition, one of the objects to be bonded is a device that functions electrically using the bonding portion as an electrode, the head holding the functional device, the stage holding the other object to be bonded, The vertical drive mechanism that moves up and down at least one of the head or the stage, a probe that electrically functions the functional device, a recognition unit that recognizes the function of the functional device, and the functional device and the object to be joined An alignment table that corrects the relative position, and the surface of the joint is made of gold or copper, and the joint of the object to be joined is cleaned by the plasma and then attached to the joint by gas. A layer was formed, the joints made of metal electrodes were brought into contact with each other in the atmosphere, and the device was adjusted to an optimal position in a state where it electrically operated It may be a welding apparatus room temperature bonding in the solid phase.

効率良く、かつ、高精度に機能デバイスの位置を調整して実装するためには、実装時に金属電極を接触させながら、直接機能デバイスを電気的に機能させた状態で位置調整した後、加熱により金属電極を金属接合させることが有効である。従来のように、一旦アライメントマークに置き換えると誤差を含み、また、複雑で効率が良くない。そこで、機能デバイス(被接合物)の接合部の表面が金または銅からなり、両方の接合面をプラズマにより真空中で処理した後、ガスにより該接合部に付着層をつけ、大気中で金属電極からなる接合部同士を接触させ、機能デバイスを電気的に機能させた状態で最適位置に調整した後、180℃以内の加熱により固相で金属接合すればよい。   In order to mount the functional device by adjusting the position of the functional device efficiently and with high accuracy, the position of the functional device is adjusted in a state where the functional device is directly electrically operated while contacting the metal electrode during mounting, and then heated. It is effective to bond the metal electrode to the metal. As in the prior art, once it is replaced with an alignment mark, it contains an error, and is complicated and inefficient. Therefore, the surface of the bonding part of the functional device (the object to be bonded) is made of gold or copper, and both bonding surfaces are treated in a vacuum with plasma, and then an adhesion layer is attached to the bonding part with a gas, and the metal in the atmosphere. What is necessary is just to metal-bond in a solid phase by heating within 180 degreeC, after adjusting the junction part which consists of an electrode and adjusting the optimal position in the state which functioned the functional device electrically.

常温で金属同士を固相接合する方法は、金からなる接合面を真空中でプラズマにより処理し、不活性ガス雰囲気で接合する方法が有効であるが、接触させると接合してしまうので、プラズマ処理後、一旦ガスにより付着層を形成し、大気中で金属電極同士を接触させることにより、接触のみでは接合されなくなる。そのため、機能デバイスを電気的に機能させながら、機能デバイスと被接合物との相対的な位置を調整することが可能となる。また、位置調整が完了したならば180℃以内の低温加熱を加えるのみで両電極は金属接合される。このように、従来の低温金属接合である鉛錫ハンダの溶融温度183℃より低く設定できる。また、加熱による位置ずれを低く押さえるためには150℃以内が好ましい。また、100℃以内であればより好ましい。   As a method for solid-phase bonding between metals at room temperature, a method in which a bonding surface made of gold is treated with plasma in a vacuum and bonded in an inert gas atmosphere is effective. After the treatment, an adhesion layer is once formed with gas, and the metal electrodes are brought into contact with each other in the atmosphere, so that they cannot be joined only by contact. Therefore, it is possible to adjust the relative positions of the functional device and the object to be bonded while causing the functional device to function electrically. When the position adjustment is completed, both electrodes are metal-bonded only by applying low-temperature heating within 180 ° C. Thus, the melting temperature of lead-tin solder, which is a conventional low-temperature metal joint, can be set lower than 183 ° C. Moreover, in order to suppress the position shift by heating low, 150 degrees C or less is preferable. Moreover, it is more preferable if it is within 100 degreeC.

また、溶融させるとハンダが均等に広がらないため、ハンダが固化するときに、被接合物がハンダが多い方に引っ張られ位置ズレが発生するという問題があった。そのため、被接合物(機能デバイス)どうしを固相で接合できることは有効である。データからは、接合部のプラズマ処理後の経過時間やガスの種類、水分の含み具合(湿度)により、必要な加熱温度は左右される。大気で付着層を付け1時間以内に実装すれば100℃以内の加熱でも接合が可能であった。また、本接合方法においては固相ではあるが、接合面は金属分子同士が直接結合されているので、接合後に高温、例えば350℃に加熱されたとしても、金属分子が拡散されるのみで接合強度が落ちたり、抵抗値が増大したりすることは無く、高温でも信頼性が高い。   Further, since the solder does not spread evenly when it is melted, there is a problem that when the solder is solidified, the object to be joined is pulled in a direction where there is much solder and a positional deviation occurs. Therefore, it is effective to be able to join objects (functional devices) in solid phase. From the data, the required heating temperature depends on the elapsed time after the plasma treatment of the joint, the type of gas, and the moisture content (humidity). If the adhesive layer was applied in the atmosphere and mounted within 1 hour, bonding was possible even by heating within 100 ° C. In this bonding method, although the solid phase is used, since the metal molecules are directly bonded to each other on the bonding surface, the metal molecules are only diffused even if heated to a high temperature, for example, 350 ° C. after bonding. The strength does not decrease and the resistance value does not increase, and the reliability is high even at high temperatures.

また、付着層を付けるガスとしては、窒素、酸素、He、水素、フッ素、炭素を含んだガスが不活性なArなどのガスに比べて付着されることにより接触のみで接合されなくなり、かつ、低温で接合が可能である。   In addition, as a gas for attaching an adhesion layer, a gas containing nitrogen, oxygen, He, hydrogen, fluorine, and carbon is not bonded by contact only by being adhered as compared with a gas such as inert Ar, and Bonding is possible at low temperatures.

また、前記ガスが大気である接合方法および接合装置であってもよい。大気であれば容易に扱え、かつ、上記の効果が期待できる。   Moreover, the joining method and joining apparatus whose gas is air | atmosphere may be sufficient. It can be easily handled in the atmosphere, and the above effect can be expected.

また、被接合物の洗浄方法としては、10−5Torr程度の高真空を必要とする原子ビームやイオンビームに比べ、10−2Torr程度でよいプラズマが容易でかつ有効である。また、反応ガスとしてArを使用することにより効率良くエッチングされ、また、Arガスが不活性なため被接合物の表面に反応物を形成することもなく適している。 In addition, as a cleaning method for an object to be bonded, plasma that requires about 10 −2 Torr is easier and more effective than an atomic beam or ion beam that requires a high vacuum of about 10 −5 Torr. Further, etching is efficiently performed by using Ar as a reaction gas, and since Ar gas is inactive, it is suitable without forming a reaction product on the surface of the object to be bonded.

また、一方の前記被接合物が発光素子であり、該発光素子の電極として機能する前記接合部に電源からのプローブを接触させ、該発光素子を電気的に機能させた状態で、該発光素子の発光点を認識手段により認識し、該発光素子の位置を最適位置に調整した後、固相で常温接合する構成としてもよい。   One of the objects to be joined is a light emitting element, and a probe from a power source is brought into contact with the joint functioning as an electrode of the light emitting element so that the light emitting element is electrically functioned. The light emitting point may be recognized by the recognition means, and the position of the light emitting element may be adjusted to the optimum position, and then bonded at room temperature in the solid phase.

また、発光素子が表面発光タイプであり、該発光素子の接合面に直角方向に、かつ、一方の被接合物側に発光する方式である接合方法および接合装置であってもよい。   Further, the light-emitting element may be a surface-emitting type, and may be a bonding method and a bonding apparatus that emit light in a direction perpendicular to the bonding surface of the light-emitting element and toward one of the objects to be bonded.

また、一方の被接合物が接合面に平行に発光する発光素子であり、発光素子の接合面と反対側の電極にプローブを接触させ、もう一方のプローブを他極に接触させ、電気的に機能させて発光点を認識手段により認識し、発光素子の位置を最適値に調整した後、180℃以内の加熱により固相で金属接合する接合法および接合装置であってもよい。特に機能デバイスが発光素子である場合には、発光点と光ファイバーとの位置合わせはサブミクロン台の精度が要望され、精度上本発明が有効である。また、発光素子の場合、発光時に放熱されるため250℃以上の高温での信頼性も要求され、低温で接合して、かつ、接合温度より高温での信頼性を保てる本接合方法が有効である。   In addition, one of the objects to be bonded is a light emitting element that emits light parallel to the bonding surface, and the probe is brought into contact with the electrode opposite to the bonding surface of the light emitting element, and the other probe is brought into contact with the other electrode to electrically It is also possible to use a bonding method and a bonding apparatus in which a light emitting point is recognized by a recognition means and the position of the light emitting element is adjusted to an optimum value and then metal bonding is performed in a solid phase by heating within 180 ° C. In particular, when the functional device is a light emitting element, the positioning of the light emitting point and the optical fiber is required to have submicron accuracy, and the present invention is effective in terms of accuracy. In the case of light-emitting elements, since heat is dissipated at the time of light emission, reliability at a high temperature of 250 ° C. or higher is required, and this bonding method is effective because it can be bonded at a low temperature and can maintain reliability at a temperature higher than the bonding temperature. is there.

本発明では図12,13に示すように接合面に平行に発光するレーザダイオードのような発光素子の場合において、本発明は有効である。この場合、図12,13に示すように発光素子の接合面となる電極を被接合物側にし、反対面を保持して上下動させながら位置を調整する。発光素子下部電極を被接合物上部電極に押し当てながら、発光素子保持面の電極と被接合物側の上面電極にプローブを接触させ、電気的に発光素子を機能させる。発光点を最適位置に調整した後、180℃以内の加熱により固相で金属接合する。   In the present invention, as shown in FIGS. 12 and 13, the present invention is effective in the case of a light emitting element such as a laser diode that emits light in parallel with the joint surface. In this case, as shown in FIGS. 12 and 13, the electrode which is the bonding surface of the light emitting element is set to the object to be bonded side, and the position is adjusted while moving up and down while holding the opposite surface. While pressing the lower electrode of the light emitting element against the upper electrode of the object to be bonded, the probe is brought into contact with the electrode on the light emitting element holding surface and the upper electrode on the object to be bonded side, thereby causing the light emitting element to function electrically. After adjusting the light emitting point to the optimum position, metal bonding is performed in a solid phase by heating within 180 ° C.

また、前記発光素子が表面発光タイプであり、接合面に直角方向に、かつ、一方の被接合物側に発光する方式であり、被接合物の接合電極と発光素子表面の電極である接合面を接触させ、被接合物の他端へプロービングして電気的に機能させて発光点を認識手段により認識し、発光素子の位置を最適値に調整した後、180℃以内の加熱により固相で金属接合する接合方法および接合装置であってもよい。前述のように接合面に平行に発光する発光素子(図13)以外に接合面に垂直方向に発光する表面発光レーザのような発光素子の場合においては、図14に示すように特に発光方向と電極の方向が下側にできるので、簡単に構成することができる。この場合、図14に示すように発光面を被接合物側にし、反対面を保持して位置を調整する。電極は発光面と同じサイドに位置するため、被接合物側の電極に押し当てながら、被接合物上面の電極にプローブを接触させ、電気的に発光素子を機能させる。発光点を最適位置に調整した後、180℃以内の加熱により固相で金属接合する。光ファイバーが埋め込まれておらず下側に発光する場合は、ステージに例えばプリズムからなる光学路変換手段を設ければ側面から認識することができる。   In addition, the light emitting element is a surface light emitting type, emits light in a direction perpendicular to the bonding surface and to one bonded object side, and is a bonded surface that is a bonded electrode of the bonded object and an electrode on the surface of the light emitting element. , Contact the other end of the object to be joined and electrically function to recognize the light emitting point by the recognition means, adjust the position of the light emitting element to the optimum value, and then heat it at 180 ° C. in the solid phase. A bonding method and a bonding apparatus for metal bonding may be used. In the case of a light emitting device such as a surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to the bonding surface other than the light emitting device that emits light in parallel to the bonding surface as described above (see FIG. 13), the light emitting direction and Since the direction of the electrode can be on the lower side, it can be configured easily. In this case, as shown in FIG. 14, the light emitting surface is set to the object to be bonded side, and the opposite surface is held to adjust the position. Since the electrode is located on the same side as the light emitting surface, the probe is brought into contact with the electrode on the upper surface of the object to be bonded while being pressed against the electrode on the object to be bonded, thereby causing the light emitting element to function electrically. After adjusting the light emitting point to the optimum position, metal bonding is performed in a solid phase by heating within 180 ° C. If the optical fiber is not embedded and emits light downward, it can be recognized from the side by providing an optical path conversion means such as a prism on the stage.

また、前記最適値への調整方法が発光素子から発光された光を光ファイバーに入力し、その入力値を検出して発光素子位置を調整する接合方法および接合装置であってもよい。発光点の認識方法として、光ファイバーへ入力する場合、光ファイバーの他端を測定装置につなぎ込み、出力をモニタリングして最大値になる位置を調芯することが有効であり、かつ、容易な方法である。また、発光点を認識する方法としては一般的に光量が最大となる位置を発光点と見るが、最大値でなくとも周辺の濃淡状態を含めて発光点を認識することが好ましい。   Further, the adjustment method to the optimum value may be a bonding method and a bonding apparatus that input light emitted from a light emitting element into an optical fiber, detect the input value, and adjust the position of the light emitting element. When inputting light to an optical fiber, it is effective to connect the other end of the optical fiber to a measuring device and monitor the output to align the maximum value. is there. Further, as a method for recognizing a light emitting point, a position where the light quantity is maximized is generally regarded as a light emitting point.

また、被接合物認識手段と発光点認識手段を持ち、前記最適値への調整方法が、被接合物認識手段により被接合物位置を認識する第1工程と、次いで発光素子から発光された光をマトリックス撮像素子で読みとり、発光点位置を認識する第2工程と、認識結果に基づいて発光素子位置を調整する第3工程とを備える接合方法および接合装置であってもよい。特に光ファイバーへの入力で無かったり、光ファイバーの他端がつなげ込めなかったりした場合は、まず、被接合物の位置を被接合物認識手段により認識し、発光点がくるべき位置を認識する。次いで直接発光点をマトリックス撮像素子に入力し、その入力値を検出して、光量が最大値となるマトリックス撮像素子上の位置が、目的とするマトリックス撮像素子上の位置となるように光素子位置を調整することにより達成できる。詳細を説明すると、まず、発光素子を発光させ、マトリックス撮像素子で読み取ることにより、マトリックス撮像素子上の最大光量位置を求める。テーブル上に移動可能に取り付けられたマトリックス撮像素子の位置はあらかじめ分かっているので、発光素子の発光点位置が認識できる。そこで、マトリックス撮像素子上で、本来、該発光点位置がくるべき位置は分かっているので、マトリックス撮像素子上の最大光量となるべき位置に発光点がくるように発光素子の位置を修正する。また、マトリックス撮像手段で発光点を認識する方法としては一般的に最大となる撮像素子位置を発光点と見るが、最大値でなくとも周辺の濃淡状態を含めて発光点を撮像素子のサブピクセル単位で認識することが好ましい。   In addition, the method includes a first step of recognizing the position of the object to be bonded by the bonding object recognizing means, and a light emitted from the light emitting element. May be a bonding method and a bonding apparatus that include a second step of reading a light-emitting point position by a matrix imaging element and a third step of adjusting the light-emitting element position based on the recognition result. In particular, when there is no input to the optical fiber or when the other end of the optical fiber cannot be connected, the position of the object to be bonded is first recognized by the object recognition means, and the position where the light emitting point should be recognized is recognized. Next, the light emitting point is directly input to the matrix image sensor, the input value is detected, and the optical element position is such that the position on the matrix image sensor where the light intensity is maximum is the target position on the matrix image sensor. This can be achieved by adjusting. The details will be described. First, the light emitting element is caused to emit light and read by the matrix imaging element to obtain the maximum light amount position on the matrix imaging element. Since the position of the matrix imaging device movably mounted on the table is known in advance, the light emitting point position of the light emitting device can be recognized. Therefore, since the position where the light emitting point position should be originally obtained is already known on the matrix image pickup element, the position of the light emitting element is corrected so that the light emission point comes to the position where the maximum light amount on the matrix image pickup element should be obtained. In addition, as a method of recognizing the light emission point by the matrix image pickup means, the position of the image sensor that is the maximum is generally regarded as the light emission point. It is preferable to recognize in units.

また、上記被接合物認識手段と発光点認識手段が個別のマトリックス撮像素子であり、各撮像素子の相対的な位置を、発光点と被接合物マーク位置が決められている基準ジグを認識することによりキャリブレーションして認識する接合方法および接合装置であってもよい。発光点認識手段と被接合物認識手段が例えば光学系の倍率が違う場合など個別のマトリックス撮像素子となる。その場合、個々のマトリックス撮像素子間の相対的な位置が分からないと被接合物マークを認識しても発光点をどこへ持ってくるべきか分からない。そこで、事前に発光点と被接合物認識マークの相対的な位置が決められている基準ジグを使用して両認識してやれば、相対的な位置関係がキャリブレーションできる。そうすることにより、発光点と被接合物の認識するものの大きさが違うものでも認識することができる。   The bonded object recognition means and the light emitting point recognizing means are separate matrix image sensors, and the relative position of each image sensor is recognized as a reference jig in which the light emitting point and the object mark position are determined. It may be a joining method and a joining apparatus that are recognized by calibration. The light emitting point recognizing means and the bonded object recognizing means are separate matrix image pickup devices, for example, when the magnification of the optical system is different. In that case, if the relative position between the individual matrix imaging elements is not known, it is not possible to know where the light emitting point should be brought even if the object mark is recognized. Therefore, the relative positional relationship can be calibrated if both are recognized using a reference jig in which the relative positions of the light emitting point and the object recognition mark are determined in advance. By doing so, it is possible to recognize even light emitting points and objects to be joined that have different sizes.

また、前記発光素子を電気的に機能させて発光点を認識手段により位置認識する際、間欠的に発光させ、位置を認識する接合方法および接合装置であってもよい。発光素子の場合、発光時に放熱することから連続発光させると250℃程度に蓄熱されてしまう。これでは位置調整時に接合されてしまうのと、熱膨張などにより位置ずれの要因となってしまう。そのため、間欠的に発光させ、発光時に同期させて瞬間的に発光点を取り込むことにより、蓄熱を防ぎ、低温で発光点を認識することが可能となる。   Further, when the light emitting element is electrically functioned and the position of the light emitting point is recognized by the recognition means, a bonding method and a bonding apparatus that recognize light by intermittently emitting light may be used. In the case of a light-emitting element, heat is dissipated at the time of light emission, and thus heat is stored at about 250 ° C. when continuously emitted. In this case, joining at the time of position adjustment causes a position shift due to thermal expansion or the like. Therefore, by intermittently emitting light and capturing a light emission point instantaneously in synchronization with light emission, it is possible to prevent heat storage and recognize the light emission point at a low temperature.

また、両被接合物上にアライメントマークが施され、アライメントマーク認識手段を備え、両被接合物のアライメントマークにより位置補正した後、電気的に機能させ、最適位置に調整する接合方法および接合装置であってもよい。発光点を認識するにあたり、いきなり位置精度が悪い場合、発光素子を接触させても位置ずれが大きいと発光点を調芯するには時間がかかってしまう。また、発光点認識手段の視野を大きくする必要から精度も悪化してしまう。そのため、事前に発光素子と被接合物に設けられたアライメントマークを使用して両アライメントマークを認識手段にて認識した後、位置を修正して粗位置決めした状態から発光点認識することが好ましい。また、特にアライメントマークを設けなくとも外形や認識できるパターンなどがあればそれをアライメントマークとして認識することができる。   Also, a bonding method and a bonding apparatus in which an alignment mark is provided on both objects to be bonded, provided with an alignment mark recognizing means, position-corrected by the alignment marks of both objects to be bonded, and then electrically functioned to be adjusted to an optimum position. It may be. In recognizing the light emitting point, if the position accuracy is suddenly poor, it takes time to align the light emitting point if the positional deviation is large even if the light emitting element is contacted. In addition, the accuracy deteriorates because the field of view of the light emitting point recognizing means needs to be enlarged. For this reason, it is preferable to recognize the light emitting point from a state in which the alignment unit is previously recognized by using the alignment mark provided on the light emitting element and the object to be bonded, and then the position is corrected and coarsely positioned. Further, if there is an outer shape or a recognizable pattern without providing an alignment mark, it can be recognized as an alignment mark.

また、発光点認識手段と被接合物認識手段が同じ認識手段からなる接合方法および接合装置であってもよい。また、少なくとも一方の被接合物を光学路変換手段を持ったツールで保持し、側方から被接合物と発光点を認識する接合方法および接合装置であってもよい。平面発光素子の場合は、プリズムやミラーのような光学路変換手段を持ったツールで保持し下から側方へ光学路変換すれば、被接合物位置と発光点位置双方が側方から読み取ることもでき、シンプルな構造とできる。また、平行発光素子の場合は、発光素子を光学路変換手段を持ったツールで保持し、被接合物上面マークを側方から読み取ることができ、シンプルな構造となる。被接合物位置とは、発光素子や基板上のアライメントマークや外形などを画像認識して位置を割り出すことを言い、発光点位置を決めるために基板上のマークを認識するためや事前にアライメントするために発光素子と基板上のアライメントマークを認識するためにも使われる。   Moreover, the light-emitting point recognition means and the to-be-joined object recognition means may be a joining method and a joining apparatus comprising the same recognition means. Moreover, the joining method and joining apparatus which hold | maintain at least one to-be-joined object with the tool with an optical path conversion means, and recognize a to-be-joined object and a light emission point from a side may be sufficient. In the case of a flat light emitting device, if the optical path is changed from the bottom to the side by holding it with a tool having an optical path changing means such as a prism or mirror, both the position of the object to be joined and the position of the light emitting point can be read from the side. It can also be a simple structure. In the case of a parallel light emitting element, the light emitting element is held by a tool having an optical path changing means, and the upper surface mark of the object to be bonded can be read from the side, resulting in a simple structure. The position of the object to be joined means that the position is determined by recognizing the light emitting element or the alignment mark or the outer shape on the substrate, and aligning in advance to recognize the mark on the substrate in order to determine the light emitting point position. Therefore, it is also used to recognize the alignment mark on the light emitting element and the substrate.

また、IR(赤外)光を使用すれば、少なくとも一方の被接合物を透過させて被接合物のアライメントマークを読み取ることもできる。例えば接合面に平行に発光する発光素子の場合は、発光素子保持ツール内に光学路変換手段を持ち、IR光により認識することにより発光素子または被接合物を透過させてアライメントマークを読み取ることができる。IR光源は同軸上で反射光を使用しても良いし、反対側に光源を用いて透過光を使用しても良い。本光学路変換手段は保持ツール以外に被接合物保持ステージ側に設けても良い。光学路変換手段を用いることで発光点と発光素子を含む被接合物位置認識を同方向から同じ認識手段で認識すればより高精度に測定できる。例えば発光点認識手段の光学系にて被接合物上のマークまたは外形を認識すれば、被接合物を認識した後、次の発光点が来るべき位置は容易に分かり、個別に認識手段をもつことによる相対位置誤差や熱膨張などによる経時変化を生じないため好ましい。また、装置の簡略化もはかれ、特に認識手段に複数軸の移動テーブルを設ける必要もなく簡略化でき、アライメントテーブルをヘッド側かステージ側一方と限定すればより簡略化できる。また、たとえマトリックス撮像素子が個別に分かれても光学系を途中から分岐することで一体構造とすることもできる。   If IR (infrared) light is used, at least one of the objects to be bonded can be transmitted and the alignment mark of the object to be bonded can be read. For example, in the case of a light-emitting element that emits light parallel to the bonding surface, the light-emitting element holding tool has an optical path conversion means, and the alignment mark can be read through the light-emitting element or the object to be bonded by recognizing with IR light. it can. The IR light source may use reflected light on the same axis, or may use transmitted light using a light source on the opposite side. The present optical path changing means may be provided on the workpiece holding stage side in addition to the holding tool. By using the optical path conversion means, it is possible to measure with higher accuracy if the recognition of the position of the object including the light emitting point and the light emitting element is recognized by the same recognition means from the same direction. For example, if the optical system of the light emitting point recognizing means recognizes the mark or the outer shape on the object to be joined, after recognizing the object to be joined, the position where the next light emitting point should come is easily known, and there is an individual recognition means. This is preferable because it does not change with time due to relative position error or thermal expansion. In addition, the apparatus can be simplified, and it can be simplified without the necessity of providing a multi-axis moving table in the recognition means, and can be further simplified by limiting the alignment table to either the head side or the stage side. Even if the matrix imaging elements are individually separated, an integrated structure can be obtained by branching the optical system from the middle.

また、上記した接合方法で作られた発光モジュールでは、前述の方法で発光素子を効率良く、高精度に実装され、高精度に、かつ、コストも安く作ることができ、本発明が効果的である。   Further, in the light emitting module manufactured by the above-described bonding method, the light emitting element can be mounted efficiently and with high accuracy by the above-described method, and can be manufactured with high accuracy and at low cost, and the present invention is effective. is there.

また、一方の前記被接合物がチップであり、もう一方の前記被接合物が複数の前記チップを実装するウエハーからなり、複数の前記チップを前記ウエハーに連続して接合する接合方法であってもよい。   Further, in the bonding method, one of the objects to be bonded is a chip, and the other object to be bonded is a wafer on which the plurality of chips are mounted, and the plurality of chips are continuously bonded to the wafer. Also good.

また、一方の前記被接合物がチップであり、もう一方の前記被接合物が複数の前記チップを実装するウエハーからなり、複数の前記チップを前記ウエハーに連続して接合する接合装置であってもよい。   One of the objects to be bonded is a chip, and the other object to be bonded is a wafer on which a plurality of chips are mounted, and the bonding apparatus is configured to continuously bond the plurality of chips to the wafer. Also good.

図7に示すように、大気中であってもドライ洗浄(プラズマによる表面活性化)後、放置しなければ加圧することにより固相で常温接合することができる。これは被接合物の接合表面(接合部)に薄く付着層ができるが、該付着層の厚さは加圧により押し破られる程度であるからと考えられる。また、ウエハー上へ複数のチップを実装するにはハンダでは高温に加熱するため、周辺のウエハー上のハンダへも影響があり、溶けたり酸化する不具合や、接合済みのチップがハンダが溶けて外れたりずれたりする不具合があったが、本発明ではハンダ溶融温度である183℃以下で接合することができるので、周辺に影響なく連続して実装が可能となる。また、固相で接合できるので前述のように溶融による位置ずれがない。ちなみにプラズマ処理しないチップは接合されなかった。なお、チップとは、一般的にウエハーをダイシングした個辺のものを示し、トランジスタや抵抗、コンデンサ、リアクタンスなどの実装部品も含む。   As shown in FIG. 7, even in the atmosphere, after dry cleaning (surface activation by plasma), if not left, pressurization can be performed at room temperature in a solid phase by applying pressure. This is presumably because a thin adhesion layer is formed on the bonding surface (bonding portion) of the object to be bonded, but the thickness of the adhesion layer is such that it can be punctured by pressurization. Also, since solder is heated to a high temperature when mounting multiple chips on a wafer, it also affects the solder on peripheral wafers, causing problems such as melting and oxidation, and bonding of chips to the soldered chips. However, in the present invention, since bonding can be performed at a solder melting temperature of 183 ° C. or lower, continuous mounting is possible without affecting the periphery. Moreover, since it can join in a solid phase, there is no position shift due to melting as described above. Incidentally, the chip that was not plasma-treated was not bonded. Note that a chip generally indicates a single side obtained by dicing a wafer, and includes mounted components such as transistors, resistors, capacitors, and reactances.

また、チップとウエハーとの接合時間が2秒以内であり、連続してチップを実装していく接合方法および接合装置であってもよい。ハンダでは加熱して溶融後、冷却して固定されるまでチップを離すと位置ズレやハンダが外れるため、チップの連続実装には時間がかかり生産効率が良くない。例えば1チップの接合時間は10秒程度必要となる。しかし、本発明では、加圧すれば接合されるので接合時間は極端に短くても可能である。このように接合時間が2秒以下で、ウエハー上へ連続してチップを接合すれば効率が良い。また、接合時間は1秒以下であれば好ましく、さらに0.5秒以下であれば超音波振動接合による接合よりも短時間であるため、より好ましい。   Further, a bonding method and a bonding apparatus in which the bonding time between the chip and the wafer is within 2 seconds and the chips are continuously mounted may be used. When solder is heated and melted, and then separated from the chip until it is cooled and fixed, positional misalignment and solder are removed, so that continuous mounting of the chip takes time and production efficiency is not good. For example, the bonding time for one chip needs about 10 seconds. However, in the present invention, since bonding is performed by applying pressure, the bonding time can be extremely short. Thus, if the bonding time is 2 seconds or less and chips are continuously bonded onto the wafer, it is efficient. The joining time is preferably 1 second or less, and more preferably 0.5 seconds or less, because it is shorter than the joining by ultrasonic vibration joining.

また、前記チップを前記ウエハーに連続して接合していく途中において、一定時間経過後、前記ウエハーを再度前記プラズマによって処理し、その後続けて前記チップを該ウエハーに接合する構成でもよい。複数のチップを1枚のウエハー上に連続して接合していくにはチップ数が多ければ数時間を必要とする。ドライ洗浄(プラズマによる活性化処理)後、大気中で常温接合するには約1時間以内に接合しないと被接合物の接合表面への付着物が増加し、接合できなくなってしまう。そのため、1時間以内、好ましくは30分以内に再度、減圧プラズマ等のプラズマにて被接合物をドライ洗浄することが好ましい。そのため、洗浄機(エネルギー波照射手段)を被接合物の接合装置とドッキングしておき、ウエハーへのチップ接合時に一定時間が経過すると、一旦ウエハーを洗浄機へ搬送し、再洗浄する。洗浄後、ウエハーを再度ステージへセットしてチップ接合を開始する。そうすることで多数チップを接合するウエハーにおいても連続してチップを大気中で常温接合することができる。   The wafer may be treated with the plasma again after a predetermined time while the chips are continuously bonded to the wafer, and then the chips are bonded to the wafer. In order to continuously bond a plurality of chips on one wafer, several hours are required if the number of chips is large. When bonding at room temperature in the air after dry cleaning (plasma activation treatment), if the bonding is not performed within about one hour, deposits on the bonding surface of the objects to be bonded increase and bonding cannot be performed. Therefore, it is preferable to dry-clean the object to be bonded with plasma such as reduced pressure plasma again within 1 hour, preferably within 30 minutes. For this reason, the cleaning machine (energy wave irradiation means) is docked with the bonding apparatus for bonding objects, and after a certain time has elapsed during chip bonding to the wafer, the wafer is once transported to the cleaning machine and re-cleaned. After cleaning, the wafer is set on the stage again and chip bonding is started. By doing so, even in a wafer to which a large number of chips are bonded, the chips can be bonded continuously at room temperature in the atmosphere.

また、半導体においては多数の電極接合をバンプにより接合するため、高温ではダメージが生じるため、低温で接合することが望まれる。また、約50μmよりも小さい微細ピッチのバンプを接合するには熱膨張を押さえた低温での接合が要望される。また、回路面へのダメージから低荷重も要求される。また、ウエハー上へ連続してチップを接合すれば効率が良い。これらの理由から、本発明が好適である。   In addition, since a large number of electrode joints are joined by bumps in a semiconductor, damage occurs at a high temperature. Therefore, joining at a low temperature is desired. Further, in order to join bumps having a fine pitch smaller than about 50 μm, joining at a low temperature with suppressed thermal expansion is desired. Also, a low load is required due to damage to the circuit surface. Further, it is efficient if chips are continuously bonded onto the wafer. For these reasons, the present invention is preferred.

金属からなる接合部を輪郭状に形成し、該接合部をプラズマによりエッチング(表面活性化処理)した後、接合部に再付着した付着物層を押し破って被接合物どうしを接合することで、接合面間に接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することができる。また、真空引き孔の樹脂封止材が不用となるとともに、被接合物どうしを低温で接合できるため、熱に弱いデバイスや、異種材料の組み合わせで熱膨張によりひずみが生じたりして高温での接合に耐えられないデバイスを作成することができる。   By forming a joint made of metal in a contour shape, etching the joint with plasma (surface activation treatment), and then joining the objects to be joined by smashing the deposit layer reattached to the joint The space formed by the joint portion between the joint surfaces surrounded by the contour can be sealed in a predetermined atmosphere. In addition, the resin sealing material for the vacuum hole is not necessary, and the objects to be joined can be joined at a low temperature. Therefore, distortion due to thermal expansion is caused by a combination of heat-sensitive devices and dissimilar materials. Devices that cannot withstand bonding can be created.

<第1実施形態>
以下に本発明の第1実施形態について、図面を参照して説明する。図15に本発明にかかる接合装置の第1実施形態を示す。この実施形態では第1の被接合物である半導体からなるチップ20と第2の被接合物である基板22を接合するための装置を例として上げる。チップ20の接合面には電極である金からなる金属電極20aを有し、基板22の接合面には電極である金属電極22aがチップ側金属電極20aに対向した位置に配している。チップ側金属電極20aと基板側金属電極22aとが、加圧されることにより接合される。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 15 shows a first embodiment of a joining apparatus according to the present invention. In this embodiment, an apparatus for bonding a chip 20 made of a semiconductor as a first object to be bonded and a substrate 22 as a second object to be bonded is taken as an example. The bonding surface of the chip 20 has a metal electrode 20a made of gold as an electrode, and the metal electrode 22a as an electrode is disposed on the bonding surface of the substrate 22 at a position facing the chip-side metal electrode 20a. The chip side metal electrode 20a and the substrate side metal electrode 22a are bonded together by being pressurized.

接合装置は、大まかには、上下駆動機構25とヘッド部26を合わせた接合機構27とステージ10とステージテーブル12からなる実装機構28、位置認識部29、搬送部30、制御装置31からなる。上下駆動機構25は上下駆動モータ1とボルト・ナット機構2により、上下ガイド3でガイドされながらヘッド部26を上下動させる。ヘッド部26は、ヘッド逃がしガイド5で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルし、加圧力検出手段32に押しあてるためのヘッド自重カウンター4に牽引された状態で加圧力を検出する加圧力検出手段32と上下駆動機構25に接地されている。   The joining apparatus is roughly composed of a joining mechanism 27 including a vertical drive mechanism 25 and a head unit 26, a mounting mechanism 28 including a stage 10 and a stage table 12, a position recognition unit 29, a transport unit 30, and a control device 31. The vertical drive mechanism 25 moves the head portion 26 up and down while being guided by the vertical guide 3 by the vertical drive motor 1 and the bolt / nut mechanism 2. The head portion 26 is guided in the vertical direction by the head escape guide 5, cancels its own weight, and detects the applied pressure while being pulled by the head weight counter 4 for pushing against the applied pressure detecting device 32. 32 and the vertical drive mechanism 25 are grounded.

ヘッド部26は、チップ20を吸着保持するチップ保持ツール8と先端ツール9、平行移動、回転移動の移動軸を持った位置補正を行うヘッド側アライメントテーブル7、それらを支えるヘッド保持部6により構成されている。また、チップ保持ツール8の内部には加熱用ヒータが埋設されている。実装機構28は、基板22を吸着保持するステージ10、チップと基板の位置をアライメントするための平行移動、回転移動の移動軸を持ったステージテーブル12により構成される。また、ステージ10内部にはステージヒータ11を内蔵する。接合機構はフレーム34に結合され加圧中心の周辺を4本の支柱13により架台35と連結されている。   The head unit 26 includes a chip holding tool 8 that sucks and holds the chip 20 and a tip tool 9, a head-side alignment table 7 that performs position correction with a translation axis of translational movement and rotational movement, and a head holding part 6 that supports them. Has been. A heating heater is embedded in the chip holding tool 8. The mounting mechanism 28 includes a stage 10 that holds the substrate 22 by suction, and a stage table 12 that has a movement axis for parallel movement and rotational movement for aligning the position of the chip and the substrate. A stage heater 11 is built in the stage 10. The joining mechanism is coupled to the frame 34 and is connected to the gantry 35 around the center of pressure by the four support columns 13.

位置認識部29は、相対されたチップと基板間に挿入して、上下のチップと基板各々の位置認識用のアライメントマークを認識する上下マーク認識手段14、上下マーク認識手段14を水平および/または上下移動させる認識手段移動テーブル15から構成される。搬送部30は基板22を搬送する基板搬送装置16、基板搬送コンベア17およびチップ20を搬送するチップ供給装置18、チップトレイ19からなる。制御部31は、装置全般の制御と操作部を備える。特に加圧力制御においては、加圧力検出手段32からの信号により上下駆動モータ1のトルクを制御し、接合に関する加圧力をコントロールする。   The position recognizing unit 29 is inserted between the opposed chip and the substrate, and the upper and lower mark recognizing means 14 and the upper and lower mark recognizing means 14 for recognizing the alignment marks for recognizing the positions of the upper and lower chips and the substrate are arranged horizontally and / or. It comprises a recognition means moving table 15 that moves up and down. The transport unit 30 includes a substrate transport device 16 that transports the substrate 22, a substrate transport conveyor 17, a chip supply device 18 that transports the chips 20, and a chip tray 19. The control unit 31 includes overall control of the apparatus and an operation unit. Particularly in the pressure control, the torque of the vertical drive motor 1 is controlled by a signal from the pressure detection means 32 to control the pressure related to the joining.

次に、一連の動作を説明する。チップ20はチップ供給装置18によりチップトレイ19からチップ保持ツール8に供給され、吸着保持される。基板22は、基板搬送装置16により基板搬送コンベア17からステージ10に供給され、吸着保持される。接合面を対向保持されたチップ20と基板22の間に上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により挿入され、対向するチップ20と基板22各々の位置合わせ用アライメントマークを上下マーク認識手段14により位置認識する。チップ20を基準として基板22の位置をステージテーブル12により平行移動および回転移動方向へアライメント移動する。アライメント時はステージテーブル12およびヘッド側アライメントテーブルにて位置補正しても良く、またはヘッド側アライメントテーブルのみにて位置補正しても良い。また、どちらか一方のテーブルのみの構成でも良い。   Next, a series of operations will be described. The chip 20 is supplied from the chip tray 19 to the chip holding tool 8 by the chip supply device 18 and is sucked and held. The substrate 22 is supplied from the substrate transfer conveyor 17 to the stage 10 by the substrate transfer device 16 and held by suction. The upper and lower mark recognition means 14 is inserted by the recognition means moving table 15 between the chip 20 and the substrate 22 whose holding surfaces are opposed to each other, and the alignment marks for alignment between the chip 20 and the substrate 22 facing each other are placed on the upper and lower mark recognition means 14. To recognize the position. With the chip 20 as a reference, the position of the substrate 22 is aligned and moved in the translational and rotational movement directions by the stage table 12. During alignment, the position may be corrected with the stage table 12 and the head side alignment table, or the position may be corrected with only the head side alignment table. Moreover, the structure of only one of the tables may be used.

チップ20および基板22の接合位置が整合された状態で、上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により待避される。次いでヘッド部26は上下駆動機構25により下降され、チップ20と基板22が接地される。ヘッド部26の高さ方向の位置はヘッド高さ検出手段24により検出されている。チップ20と基板22の接地タイミングは加圧力検出手段32により検出され、上下駆動モータは位置制御からトルク制御へと切り替えられる。トルク制御に切り替えられている加圧中においてもヘッド高さはヘッド高さ検出手段24によりモニタされており、高さ方向の位置もコントロール可能である。接合完了後、チップ20の吸着は解除され、基板22側にチップ20が実装された状態でステージ上に残る。これを再び基板搬送装置16により基板搬送コンベア17へ排出して一連動作は終了する。   The upper and lower mark recognizing means 14 is retracted by the recognizing means moving table 15 in a state where the joining positions of the chip 20 and the substrate 22 are aligned. Next, the head portion 26 is lowered by the vertical drive mechanism 25, and the chip 20 and the substrate 22 are grounded. The position of the head portion 26 in the height direction is detected by the head height detecting means 24. The contact timing of the chip 20 and the substrate 22 is detected by the pressure detection means 32, and the vertical drive motor is switched from position control to torque control. The head height is monitored by the head height detection means 24 even during pressurization switched to torque control, and the position in the height direction can also be controlled. After the bonding is completed, the suction of the chip 20 is released and remains on the stage with the chip 20 mounted on the substrate 22 side. This is again discharged to the substrate transfer conveyor 17 by the substrate transfer device 16 and the series of operations is completed.

大気中で180℃以下の低温で固相のまま金属接合させるためには、事前に金属からなる被接合物(チップ20、基板22)の接合表面(接合部)を真空中で、原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により数nmエッチング(洗浄)し、付着物を除去する。洗浄(表面活性化処理)後、大気中で接合する場合には、接合表面に付着物層が形成されるので、接触させても、そのままでは接合されない。しかし、洗浄後すぐには付着物層も薄いので、加圧により該付着物層が押しつぶされて、該付着物層が押しつぶされて新生面が現れ接合される。本実施形態においては、接合部としてビッカース硬度が60Hvの金を採用しているため、図1より常温でも強固にチップ20および基板22が接合される。   In order to perform metal bonding in a solid state at a low temperature of 180 ° C. or lower in the atmosphere, the bonding surface (bonding portion) of the object to be bonded (chip 20, substrate 22) made of metal in advance in a vacuum, an atomic beam, Etch (clean) several nm with an energy wave that is an ion beam or plasma to remove deposits. In the case of bonding in the air after cleaning (surface activation treatment), an adhering layer is formed on the bonding surface, so even if they are brought into contact, they are not bonded as they are. However, since the deposit layer is thin immediately after cleaning, the deposit layer is crushed by pressurization, and the deposit layer is crushed and a new surface appears and is joined. In the present embodiment, since the gold having a Vickers hardness of 60 Hv is adopted as the bonding portion, the chip 20 and the substrate 22 are firmly bonded even at room temperature as shown in FIG.

<第2実施形態>
続いて、図16を参照しつつ本発明にかかる接合装置の第2実施形態について詳述する。本実施形態が上記第1実施形態と大きく相違するは、被接合物の接合部が金属からなる母材の表面に金膜を形成して構成されている点であり、その他の構成は第1実施形態と同様である。以下、第1実施形態との相違点を中心に第2実施形態について詳細に述べる。なお、第1実施形態と同一の構成および動作については、その構成および動作の説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the bonding apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. The present embodiment is greatly different from the first embodiment in that the bonding portion of the object to be bonded is formed by forming a gold film on the surface of the base material made of metal, and the other configuration is the first. This is the same as the embodiment. Hereinafter, the second embodiment will be described in detail focusing on the differences from the first embodiment. In addition, about the structure and operation | movement same as 1st Embodiment, the description of the structure and operation | movement is abbreviate | omitted.

この第2実施形態では、チップ20および基板22の接合部が以下のように構成されている。すなわち、複数の銅を母材20b,22bとして、該母材20b,22b表面に金膜20c,22cを形成した金属バンプとして構成されている。そして、該金属バンプをエネルギー波によって表面活性化処理した後、大気中で接合し、低温加熱して金を拡散させている。図16(a)に銅を母材として金膜を構成して形成された接合部を示す。図16(b)は、図16(a)に示す接合物を接合後、低温加熱により金膜20c,22cが母材20b,22b内に拡散していく様子を示している。なお、接合表面が金であれば、表面活性化処理後に有機物等が該接合表面に再付着しづらく、数時間以内であれば大気中での接合も可能である。このように、常温接合後、金膜を母材中に拡散させてしまえば、接合後は母材同士で接合となるため、強度も強く、均一な材料で構成できる。拡散する方法としては常温でも放置することにより拡散させることができる。また、低温で加熱することでより拡散を早く進ませることができる。本実施形態では、150℃で2時間の加熱を行うことにより、金膜20c,22cを母材20b,22b内に拡散させることができた。   In the second embodiment, the joint between the chip 20 and the substrate 22 is configured as follows. In other words, a plurality of copper is used as the base material 20b, 22b, and metal bumps 20c, 22c are formed on the surface of the base material 20b, 22b. The metal bumps are subjected to surface activation treatment with energy waves, then bonded in the air, and heated at a low temperature to diffuse gold. FIG. 16A shows a joint formed by forming a gold film using copper as a base material. FIG. 16B shows how the gold films 20c and 22c are diffused into the base materials 20b and 22b by low-temperature heating after joining the joint shown in FIG. 16A. If the bonding surface is gold, it is difficult for organic substances and the like to reattach to the bonding surface after the surface activation treatment, and bonding in the air is possible within a few hours. As described above, if the gold film is diffused in the base material after the room temperature bonding, the base materials are bonded to each other after the bonding, so that the strength is high and the material can be made of a uniform material. As a method of diffusing, it can be diffused by leaving it at room temperature. Moreover, diffusion can be accelerated more quickly by heating at a low temperature. In this embodiment, the gold films 20c and 22c could be diffused into the base materials 20b and 22b by heating at 150 ° C. for 2 hours.

また、被接合物が、半導体やMEMSデバイスにおける電気的機能デバイスである場合、電流容量の関係から従来のAl電極から銅電極への切り替えが要望されている。しかし、銅バンプでは接合温度が高く実用上難しかった。そのため、本実施形態のように、銅で構成される母材の表面を金膜で被うことで、接合を低温化することができ、さらに、ガス中や大気中など真空でない雰囲気も選択できるので有効である。その後、金を母材中に拡散してやれば銅同士での接合となって、目的が達せられる。   Further, when the object to be bonded is an electrical functional device in a semiconductor or a MEMS device, switching from a conventional Al electrode to a copper electrode is desired due to the current capacity. However, with copper bumps, the bonding temperature is high and practically difficult. Therefore, as in this embodiment, the surface of the base material made of copper is covered with a gold film, so that the bonding can be performed at a low temperature, and a non-vacuum atmosphere such as gas or air can be selected. So it is effective. After that, if gold is diffused in the base material, it becomes a joint between copper and the purpose is achieved.

<第3実施形態>
続いて本発明にかかる接合装置の第3実施形態について詳述する。本実施形態が上記第1および第2実施形態と大きく相違する点は、接合部表面に微小な凹凸が形成されている点であり、その他の構成および動作は上記第1および第2実施形態と同様であり、説明を省略する。以下、本実施形態に特有の構成について詳述する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the joining apparatus according to the present invention will be described in detail. The main difference between the present embodiment and the first and second embodiments is that minute irregularities are formed on the surface of the joint, and other configurations and operations are the same as those of the first and second embodiments. This is the same and will not be described. Hereinafter, a configuration unique to the present embodiment will be described in detail.

本実施形態によれば、被接合物を接合する際の加圧により図2に示すように凸部が押しつぶされて広がり、新生面が現れ接合される。また、ミクロに考察すると、図3に示すように並んだ結晶方位が凸部がつぶされることにより、結晶方位が回転し、新生面が現れることになる。この微小な凹凸となる表面粗さは、図4に示すように120nm以上となるところで十分な接合強度が得られるようになる。   According to the present embodiment, the convex portions are crushed and spread as shown in FIG. 2 by pressurization when joining the objects to be joined, and a new surface appears and is joined. Further, considering microscopically, as shown in FIG. 3, the crystal orientations arranged side by side are crushed and the crystal orientation is rotated, and a new surface appears. As shown in FIG. 4, a sufficient bonding strength can be obtained when the surface roughness of the minute irregularities is 120 nm or more.

また、面同士の接合においては、前述のようにミクロの凹凸が有効となるように、各々凸状の接合部が複数用いても接合面積は、面接合より落ちるが、同様な効果が得られる。また、ミクロの凹凸を押しつぶし接合するには、接合金属の硬度が低くなければならない。本実施形態では、被接合部として、硬度が200Hv以下で金を採用しているため、強固に接合する事ができた。なお、接合部として、銅やAlを採用しても有効に接合することができた。また、この時の加圧力は150Mpa以上であると、より強固に接合する事ができた。また、特に接合部を金で構成した場合、硬度も低く、かつ、大気中でも酸化しないので有効であった。   In addition, in the bonding between surfaces, as described above, even if a plurality of convex bonding portions are used, the bonding area is lower than the surface bonding, but the same effect can be obtained so that the micro unevenness is effective. . Moreover, in order to crush and join the micro unevenness, the hardness of the joining metal must be low. In this embodiment, since gold is employed as the bonded portion with a hardness of 200 Hv or less, it was possible to bond firmly. In addition, even if copper or Al was used as the bonding portion, the bonding could be effectively performed. Moreover, it was able to join more firmly that the applied pressure at this time is 150 Mpa or more. In particular, when the joint portion is made of gold, it is effective because it has low hardness and does not oxidize in the atmosphere.

また、Arプラズマを使用して接合部を洗浄(表面活性化処理)する時に、洗浄時間を長めに設定すると、例えば通常30秒のところを3分行うことにより、接合面が粗される。丁度その粗さを120nm以上とすることができる時間だけ、Arプラズマを利用して被接合物の洗浄を行えば、表面活性化処理と、接合部表面に接合部表面に微小な凹凸を形成する作業とを同時に行うことができ、効率が良い。   In addition, when cleaning the bonding portion using Ar plasma (surface activation treatment), if the cleaning time is set to be long, the bonding surface is roughened by performing, for example, usually 30 seconds for 3 minutes. If the object to be bonded is cleaned using Ar plasma for the time that the roughness can be set to 120 nm or more, surface activation treatment and minute irregularities are formed on the surface of the bonded portion. Work can be performed at the same time, which is efficient.

<第4実施形態>
続いて第4実施形態について詳細に述べる。以下、上記第1ないし第3実施形態と異なる点について述べ、上記第1ないし第3実施形態と同一の構成および動作についての説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Next, the fourth embodiment will be described in detail. Hereinafter, differences from the first to third embodiments will be described, and description of the same configurations and operations as those of the first to third embodiments will be omitted.

上記第3実施形態において、被接合物を瞬間的に加圧した状態では、接合面(接合部)の凹凸は弾性変形しているため、界面の結晶が回転していない場合がある。また、弾性変形は残留応力として残り、接合力に対して引き剥がす方向に働くため、接合強度が落ちることになる。これを防止する方法として、一定時間、ヘッド部26のヘッド高さを一定にすることにより被接合物の接合界面ではミクロには、荷重に耐え切れなくなり結晶方位の回転が行われたり、粒子の移動が起き、新生面が現れて接合し、粒子の移動によって残留応力が除去される。この停止時間は図5に示すように材料や接合状態により1秒以上から効果があり、2分以上では変化が無かった。   In the third embodiment, in the state where the object to be bonded is momentarily pressed, the unevenness of the bonding surface (bonding portion) is elastically deformed, and therefore the interface crystal may not rotate. Further, the elastic deformation remains as residual stress and acts in a direction to peel off the bonding force, so that the bonding strength is lowered. As a method for preventing this, by making the head height of the head portion 26 constant for a certain period of time, at the joining interface of the object to be joined, the microscopic rotation of the crystal orientation is performed because the load cannot withstand the load. Movement occurs, a new surface appears and joins, and residual stress is removed by the movement of the particles. As shown in FIG. 5, this stop time was effective from 1 second or more depending on the material and the bonding state, and there was no change after 2 minutes or more.

また、上記停止時に180℃以下で加熱を加えると、効率良く結晶方位の回転や粒子の移動が行われ、接合が進み、残留応力が除去されることにより、接合強度がアップする。加熱温度としては180℃以下の低温加熱で十分であった。また、金属突起となる電極部を多数持つ半導体チップのフリップチップ接合は、半導体への熱影響や、微細ピッチ電極から数μm以内の高精度な実装が望まれ、180℃以下好ましくは室温での低温で接合する要望が高く、本実施形態は特に有効である。   Further, when heating is performed at 180 ° C. or less during the stop, the crystal orientation is rotated and the particles are efficiently moved, the bonding proceeds, and the residual stress is removed, thereby increasing the bonding strength. As the heating temperature, a low temperature heating of 180 ° C. or lower was sufficient. In addition, flip chip bonding of a semiconductor chip having a large number of electrode portions to be metal protrusions is required to have a high precision mounting within a few μm from a fine pitch electrode, due to thermal effects on the semiconductor, and 180 ° C. or less, preferably at room temperature There is a high demand for joining at low temperatures, and this embodiment is particularly effective.

一実施形態としてチップと基板における実施形態を説明したが、被接合物は半導体以外の材料でも良い。また接合部は金、Al、銅、などが適するが、その他の金属や金属以外のものでも表面活性化接合できるものであれば良い。   Although the embodiment of the chip and the substrate has been described as an embodiment, the object to be bonded may be a material other than a semiconductor. In addition, gold, Al, copper, and the like are suitable for the joint, but any other metal or other metal can be used as long as it can be surface activated.

半導体チップはチップ、ウエハーなどどのような形態であっても良い。また、金属突起は個々に独立した複数の形状であっても良いし、ある領域を閉じ込めたつながった形状であっても良い。また、全面が接合面であっても良い。   The semiconductor chip may be in any form such as a chip or a wafer. The metal protrusions may have a plurality of independent shapes, or may have a connected shape confining a certain region. Further, the entire surface may be a bonding surface.

<第5実施形態>
続いて、本発明の第5実施形態について詳述する。本実施形態が、上記第1ないし第4実施形態と大きく相違する点は、チップ20が発光素子である点である。以下、本実施形態に特有の構成について詳細に述べる。図12に側面発光素子とファイバーを固定するV溝の付いたPLC(Planner Light wave guide Circuit)基板との調芯方法を説明する図を、図13にその側面図を示す。この実施形態では第1の被接合物である機能デバイスとなる発光素子20と第2の被接合物である基板22を調芯して接合するための装置を例として上げる。発光素子20の接合面には電極である金からなる金属電極を有し、基板22の接合面には電極である金属電極が発光素子側金属電極に対向した位置に配している。発光素子側金属電極と基板側金属電極が発光点41と光ファイバー46との位置を調芯後、加熱により接合される。
<Fifth Embodiment>
Subsequently, a fifth embodiment of the present invention will be described in detail. The main difference between the present embodiment and the first to fourth embodiments is that the chip 20 is a light emitting element. Hereinafter, a configuration unique to the present embodiment will be described in detail. FIG. 12 is a diagram for explaining a method of aligning a side light emitting element and a PLC (Planner Light wave guide Circuit) substrate with a V groove for fixing the fiber, and FIG. 13 is a side view thereof. In this embodiment, an apparatus for aligning and bonding the light emitting element 20 that is a functional device that is the first object to be bonded and the substrate 22 that is the second object to be bonded is taken as an example. The bonding surface of the light emitting element 20 has a metal electrode made of gold as an electrode, and the metal electrode as an electrode is disposed on the bonding surface of the substrate 22 at a position facing the light emitting element side metal electrode. The light emitting element side metal electrode and the substrate side metal electrode are joined by heating after aligning the positions of the light emitting point 41 and the optical fiber 46.

続いて、本実施形態における接合装置について、上記実施形態と相違する点を中心に詳述する。接合装置は、大まかには、上下駆動機構25とヘッド部26を合わせた接合機構27とステージ10とステージテーブル12からなる実装機構28、位置認識部29、搬送部30、制御装置31からなる。上下駆動機構25は上下駆動モータ1とボルト・ナット機構2により、上下ガイド3でガイドされながらヘッド部26を上下動させる。ヘッド部26は、ヘッド逃がしガイド5で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルし、加圧力検出手段32に押しあてるためのヘッド自重カウンター4に牽引された状態で加圧力を検出する加圧力検出手段32と上下駆動機構に接地されている。ヘッド部26は、発光素子20を吸着保持するチップ保持ツール8と先端ツール9、平行移動、回転移動の移動軸を持った位置補正を行うヘッド側アライメントテーブル7、それらを支えるヘッド保持部6により構成されている。また、チップ保持ツール内部には加熱用ヒータが埋設されている。実装機構28は、基板22を吸着保持するステージ10、発光素子と基板の位置をアライメントするための平行移動、回転移動の移動軸を持ったステージテーブル12により構成される。また、ステージ10内部にはステージヒータ11を内蔵する。接合機構はフレーム34に結合され加圧中心の周辺を4本の支柱13により架台35と連結されている。位置認識部29は、相対された発光素子と基板間に挿入して、上下の発光素子と基板各々の位置認識用のアライメントマークを認識する上下マーク認識手段14、上下マーク認識手段14を水平および/または上下移動させる認識手段移動テーブル15から構成される。また、発光点認識手段33が上下マーク認識手段14の先端に設けられており、認識手段移動テーブル15により任意の位置へ移動して発光点の位置測定が可能である。   Subsequently, the bonding apparatus according to the present embodiment will be described in detail focusing on differences from the above-described embodiment. The joining apparatus is roughly composed of a joining mechanism 27 including a vertical drive mechanism 25 and a head unit 26, a mounting mechanism 28 including a stage 10 and a stage table 12, a position recognition unit 29, a transport unit 30, and a control device 31. The vertical drive mechanism 25 moves the head portion 26 up and down while being guided by the vertical guide 3 by the vertical drive motor 1 and the bolt / nut mechanism 2. The head portion 26 is guided in the vertical direction by the head escape guide 5, cancels its own weight, and detects the applied pressure while being pulled by the head weight counter 4 for pushing against the applied pressure detecting device 32. 32 and the vertical drive mechanism are grounded. The head unit 26 includes a chip holding tool 8 and a tip tool 9 that hold the light emitting element 20 by suction, a head side alignment table 7 that performs position correction with a translation axis of translation and rotation, and a head holding unit 6 that supports them. It is configured. A heating heater is embedded in the chip holding tool. The mounting mechanism 28 includes a stage 10 that holds the substrate 22 by suction, and a stage table 12 that has a moving axis for parallel movement and rotational movement for aligning the position of the light emitting element and the substrate. A stage heater 11 is built in the stage 10. The joining mechanism is coupled to the frame 34 and is connected to the gantry 35 around the center of pressure by the four support columns 13. The position recognition unit 29 is inserted between the opposed light emitting elements and the substrate so that the upper and lower mark recognition means 14 and the upper and lower mark recognition means 14 recognize the alignment marks for position recognition of the upper and lower light emitting elements and the substrate respectively. It comprises a recognition means moving table 15 that moves up and down. Further, the light emitting point recognizing means 33 is provided at the tip of the upper and lower mark recognizing means 14, and the position of the light emitting point can be measured by moving to an arbitrary position by the recognition means moving table 15.

また、光ファイバーが基板内部に埋設され他端が外部に出ている場合は、その他端を直接光度計に入力すれば、発光点認識手段を使用しなくとも発光点となる最大ポイントを検出できる。搬送部30は基板22を搬送する基板搬送装置16、基板搬送コンベア17および発光素子20を搬送する発光素子(チップ)供給装置18、発光素子(チップ)トレイ19からなる。制御部31は、装置全般の制御と操作部を備える。特に加圧力制御においては、加圧力検出手段32からの信号により上下駆動モータ1のトルクを制御し、接合に関する加圧力をコントロールする。   In addition, when the optical fiber is embedded in the substrate and the other end is exposed to the outside, the maximum point that becomes a light emitting point can be detected without using the light emitting point recognizing means by directly inputting the other end to the photometer. The transport unit 30 includes a substrate transport device 16 that transports the substrate 22, a substrate transport conveyor 17, a light emitting element (chip) supply device 18 that transports the light emitting elements 20, and a light emitting element (chip) tray 19. The control unit 31 includes overall control of the apparatus and an operation unit. Particularly in the pressure control, the torque of the vertical drive motor 1 is controlled by a signal from the pressure detection means 32 to control the pressure related to the joining.

次に、一連の動作を説明する。発光素子20は発光素子供給装置18により発光素子トレイ19から発光素子保持ツール8に供給され、吸着保持される。基板22は、基板搬送装置16により基板搬送コンベア17からステージ10に供給され、吸着保持される。接合面を対向保持された発光素子20と基板22の間に上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により挿入され、対向する発光素子20と基板22各々の位置合わせ用アライメントマークを上下マーク認識手段14により位置認識する。発光素子20を基準として基板22の位置をステージテーブル12により平行移動および回転移動方向へアライメント移動する。ヘッド側アライメントテーブルにて発光素子側で位置補正しても良いが、本実施例ではヘッド側アライメントテーブルは発光点調芯用の微少ストロークで高精度なピエゾで構成されるようなアライメントテーブルを想定する。   Next, a series of operations will be described. The light emitting element 20 is supplied from the light emitting element tray 19 to the light emitting element holding tool 8 by the light emitting element supply device 18 and is sucked and held. The substrate 22 is supplied from the substrate transfer conveyor 17 to the stage 10 by the substrate transfer device 16 and held by suction. The upper / lower mark recognition means 14 is inserted by the recognition means moving table 15 between the light emitting element 20 and the substrate 22 whose holding surfaces are opposed to each other, and the alignment marks for alignment between the opposing light emitting element 20 and the substrate 22 are recognized. The position is recognized by means 14. With the light emitting element 20 as a reference, the position of the substrate 22 is aligned and moved in the translational and rotational movement directions by the stage table 12. Although the position may be corrected on the light emitting element side with the head side alignment table, in this embodiment, the head side alignment table is assumed to be an alignment table composed of a piezo with a fine stroke and a fine stroke. To do.

両接合位置が整合された状態で、上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により待避される。次いでヘッド部26は上下駆動機構25により下降され、発光素子20と基板22が接地される。ヘッド部26の高さ方向の位置はヘッド高さ検出手段24により検出されている。発光素子20と基板22の接地タイミングは加圧力検出手段32により検出され、上下駆動モータは位置制御からトルク制御へと切り替えられる。トルク制御に切り替えられている加圧中においてもヘッド高さはヘッド高さ検出手段24によりモニタされており、高さ方向の位置もコントロール可能である。   The upper and lower mark recognizing means 14 is retracted by the recognizing means moving table 15 in a state where both the joining positions are aligned. Next, the head portion 26 is lowered by the vertical drive mechanism 25, and the light emitting element 20 and the substrate 22 are grounded. The position of the head portion 26 in the height direction is detected by the head height detecting means 24. The timing for grounding the light emitting element 20 and the substrate 22 is detected by the pressure detection means 32, and the vertical drive motor is switched from position control to torque control. The head height is monitored by the head height detection means 24 even during pressurization switched to torque control, and the position in the height direction can also be controlled.

モータのトルクにより一定の加圧力が両被接合物間に加えられた状態で、プローブ42は発光素子上面の電極43へ、プローブ44は基板上面の電極45へ接触される。プローブ42はヘッドから取り付けられヘッドと同時に上下動することが好ましい。また、保持ツールの一部表面を金属メッキしてプローブとすることもできる。両電極へプローブが接触され、電気的に発光素子を発光させ、機能させる。PLC基板にはV字溝が切られており光ファイバーが保持されている場合は光ファイバーの他端に光度計を設定し、最大光度となる発光素子位置を探す。発光素子と基板間の位置は既にアライメントマークにより位置補正されているので数μm以内の位置精度は出ている。   In a state where a constant pressing force is applied between the objects to be joined by the torque of the motor, the probe 42 is brought into contact with the electrode 43 on the upper surface of the light emitting element, and the probe 44 is brought into contact with the electrode 45 on the upper surface of the substrate. The probe 42 is preferably attached from the head and moves up and down simultaneously with the head. Further, a part of the surface of the holding tool can be plated with metal to form a probe. Probes are brought into contact with both electrodes to cause the light emitting element to emit light and function. If the PLC substrate has a V-shaped groove and an optical fiber is held, a photometer is set at the other end of the optical fiber to find the light emitting element position where the maximum luminous intensity is obtained. Since the position between the light emitting element and the substrate has already been corrected by the alignment mark, the positional accuracy is within several μm.

その状態から発光点と光ファイバーとの調芯をサブミクロン台の精度で行う。調芯方法は、発光素子を発光させ、光ファイバーからの光度を測定し、ヘッドを上下させながら発光素子の位置を微妙に変化させながら光量を測定し、最大ポイントを求める。その最大ポイントに発光素子の位置を決定し、180℃以下の低温加熱により接合する。そのことにより位置的にも電気的にも接合される。発光点を認識する方法としては一般的に光量が最大となる位置を発光点と見るが、最大値でなくとも周辺の濃淡状態を含めて発光点を認識することが好ましい。発光点の位置は高さ方向には発光素子の下部から発光点までの厚みで決まるため、製作時に留意しておけば精度良く保つことができる。しかし、水平方向は実装する位置精度に依るため、アライメントマークを使用してもアライメントマークと発光点との位置誤差などを含み高精度に実装することは難しく本実施形態が有効である。   From that state, alignment of the light emitting point and the optical fiber is performed with submicron accuracy. In the alignment method, the light emitting element is caused to emit light, the light intensity from the optical fiber is measured, the light amount is measured while slightly changing the position of the light emitting element while moving the head up and down, and the maximum point is obtained. The position of the light emitting element is determined at the maximum point, and bonding is performed by low-temperature heating at 180 ° C. or lower. As a result, they are joined both positionally and electrically. As a method for recognizing the light emission point, the position where the light quantity is maximized is generally regarded as the light emission point. However, it is preferable to recognize the light emission point including the surrounding gray state even if it is not the maximum value. Since the position of the light emitting point is determined by the thickness from the lower part of the light emitting element to the light emitting point in the height direction, it can be maintained with high precision if attention is paid during manufacture. However, since the horizontal direction depends on the mounting accuracy, even if an alignment mark is used, it is difficult to mount with high accuracy including the positional error between the alignment mark and the light emitting point, and this embodiment is effective.

光ファイバーが取り付けられていない場合は、被接合物認識手段によりPLC基板の外形または基準マークを認識する。被接合物認識手段は上下マーク認識手段14であっても良いし、発光点認識手段であっても良く、いかなる手段であっても良い。また、基板マークが発光方向と垂直面にある場合は、例えば、先端ツール側またはステージ側に例えばプリズムからなる光学路変換手段を設ければ良い。また、マークが反対面にある場合は、IR光による被接合物認識手段を用い、被接合物を透過させて金属からなるアライメントマーク23を認識すれば認識することができる。   When the optical fiber is not attached, the outer shape of the PLC substrate or the reference mark is recognized by the article recognition means. The article recognition means may be the upper / lower mark recognition means 14, the light emitting point recognition means, or any means. In addition, when the substrate mark is on a plane perpendicular to the light emitting direction, for example, an optical path conversion unit made of a prism may be provided on the tip tool side or the stage side. Further, when the mark is on the opposite surface, it can be recognized by recognizing the alignment mark 23 made of metal through the object to be bonded through the object recognition means using IR light.

まず、PLC基板のV溝位置を認識し、光ファイバーの中心となる位置を認識する。次いで発光点を発光点認識手段中のマトリックス撮像素子に入力し、その入力値を検出して最大値となるマトリックス撮像素子位置が光ファイバーの中心となる目的とするマトリックス撮像素子位置へなるように発光素子位置を調整する。また、マトリックス撮像位置を目的とする位置へ移動させて発光点を中心位置にあわせても良い。PLC外形位置認識や発光点認識のために認識手段移動テーブル15により必要に応じて発光点認識手段33を移動させる。発光素子の位置を決定した後、180℃以下の低温加熱により接合する。   First, the V-groove position of the PLC substrate is recognized, and the position that becomes the center of the optical fiber is recognized. Next, the light emitting point is input to the matrix image sensor in the light emitting point recognizing means, and the input value is detected, and light emission is performed so that the matrix image sensor position where the maximum value is reached is the target matrix image sensor position which is the center of the optical fiber. Adjust the element position. Further, the light emitting point may be adjusted to the center position by moving the matrix imaging position to a target position. The light emitting point recognizing means 33 is moved as required by the recognizing means moving table 15 for PLC external position recognition and light emitting point recognition. After the position of the light emitting element is determined, the light emitting elements are bonded by low-temperature heating at 180 ° C. or lower.

また、被接合物上のマークが発光方向と同方向にある場合は、発光点認識手段の光学系にて被接合物上のマークまたは外形を認識すれば、被接合物を認識した後、次の発光点が来るべき位置は容易に分かり、個別に認識手段をもつことによる相対位置誤差や熱膨張などによる経時変化を生じないため好ましい。また、図17に示すように少なくとも一方の被接合物をプリズムやミラーからなる光学路変換手段を持ったツールで保持し、側方から被接合物と発光点を同じ認識手段で認識することにより、より高精度に測定できる。   If the mark on the object to be bonded is in the same direction as the light emission direction, the optical system of the light emitting point recognition means recognizes the mark or the outer shape on the object to be bonded, This is preferable because the position where the light emission point is to be obtained can be easily understood and a change with the passage of time due to a relative position error or thermal expansion due to the individual recognition means does not occur. Also, as shown in FIG. 17, at least one object to be joined is held by a tool having an optical path changing means composed of a prism or a mirror, and the object and the light emitting point are recognized from the side by the same recognition means. Can be measured with higher accuracy.

また、発光点認識手段と被接合物認識手段が例えば光学系の倍率が違う場合など個別のマトリックス撮像素子となる。その場合、個々のマトリックス撮像素子間の相対的な位置が分からないと被接合物マークを認識しても発光点をどこへ持ってくるべきか分からない。そこで、事前に発光点と被接合物認識マークの相対的な位置が決められている基準ジグを使用して両認識してやれば、相対的な位置関係がキャリブレーションできる。そうすることにより、発光点と被接合物の認識するものの大きさが違うものでも認識することができる。   In addition, the light emitting point recognizing unit and the bonded object recognizing unit are separate matrix imaging devices, for example, when the magnification of the optical system is different. In that case, if the relative position between the individual matrix imaging elements is not known, it is not possible to know where the light emitting point should be brought even if the object mark is recognized. Therefore, the relative positional relationship can be calibrated if both are recognized using a reference jig in which the relative positions of the light emitting point and the object recognition mark are determined in advance. By doing so, it is possible to recognize even light emitting points and objects to be joined that have different sizes.

接合完了後、発光素子20の吸着は解除され、基板22側に発光素子20が実装された状態でステージ上に残る。これを再び基板搬送装置16により基板搬送コンベア17へ排出して一連動作は終了する。   After the bonding is completed, the adsorption of the light emitting element 20 is released, and remains on the stage with the light emitting element 20 mounted on the substrate 22 side. This is again discharged to the substrate transfer conveyor 17 by the substrate transfer device 16 and the series of operations is completed.

また、加熱接合に代わり超音波振動を与えることでも接合できる。本方式は低温で接合でき、また、室温でも接合することが可能であるため、熱膨張影響を受けず固相で金属接合できる。振幅を小さく抑え、加圧してから振動を与えることにより位置ずれなく高精度に実装することができる。   Moreover, it can join also by giving ultrasonic vibration instead of heat joining. This method can be bonded at a low temperature and can be bonded at a room temperature, so that metal bonding can be performed in a solid phase without being affected by thermal expansion. It can be mounted with high accuracy without displacement by suppressing the amplitude to a small level and applying vibration after applying pressure.

次に表面発光タイプの発光素子を使用した場合の変形例について上記との違いを解説する。図14に変形例である表面発光素子と光ファイバーが埋め込まれた基板との間で調芯し接合する方法説明図を示す。表面発光素子の場合は、対向する発光素子20と基板22各々の位置合わせ用アライメントマークを上下マーク認識手段14により位置認識し、発光素子20と基板22の位置をアライメントされ、一定の加圧力が両接合面となる電極間に加えられた状態で、基板上の両電極へプローブが接触され、電気的に発光素子を発光させ、機能させる。発光点認識手段33は、認識手段移動テーブル15により基板22に埋め込まれた光ファイバー端へ移動し、光度を測定する。発光素子と基板間の位置は既にアライメントマークにより位置補正されているので数μm以内の位置精度は出ている。その状態から発光点と光ファイバーとの調芯をサブミクロン台の精度で行う。   Next, a difference from the above will be described with respect to a modified example in which a surface light emitting type light emitting element is used. FIG. 14 is an explanatory view of a method of aligning and bonding between a surface light emitting element as a modification and a substrate in which an optical fiber is embedded. In the case of a surface light emitting element, the alignment marks for positioning the light emitting element 20 and the substrate 22 facing each other are recognized by the upper and lower mark recognizing means 14, the positions of the light emitting element 20 and the substrate 22 are aligned, and a constant pressure is applied. The probe is brought into contact with both electrodes on the substrate in a state where it is applied between the electrodes serving as both joint surfaces, and the light emitting element is caused to emit light and function. The light emitting point recognizing means 33 moves to the end of the optical fiber embedded in the substrate 22 by the recognizing means moving table 15 and measures the light intensity. Since the position between the light emitting element and the substrate has already been corrected by the alignment mark, the positional accuracy is within several μm. From that state, alignment of the light emitting point and the optical fiber is performed with submicron accuracy.

調芯方法は、発光素子を発光させ、光ファイバーからの光度を測定し、ヘッドを上下させながら発光素子の位置を微妙に変化させながら光量を測定し、最大ポイントを求める。その最大ポイントに発光素子の位置を決定し、180℃以下の低温加熱により接合する。そのことにより位置的にも電気的にも接合される。発光点を認識する方法としては一般的に光量が最大となる位置を発光点と見るが、最大値でなくとも周辺の濃淡状態を含めて発光点を認識することが好ましい。発光点の位置は高さ方向には発光素子の下部から発光点までの厚みで決まるため、製作時に留意しておけば精度良く保つことができる。しかし、水平方向は実装する位置精度に依るため、アライメントマークを使用してもアライメントマークと発光点との位置誤差などを含み高精度に実装することは難しく本方式が有効である。   In the alignment method, the light emitting element is caused to emit light, the light intensity from the optical fiber is measured, the light amount is measured while slightly changing the position of the light emitting element while moving the head up and down, and the maximum point is obtained. The position of the light emitting element is determined at the maximum point, and bonding is performed by low-temperature heating at 180 ° C. or lower. As a result, they are joined both positionally and electrically. As a method for recognizing the light emission point, the position where the light quantity is maximized is generally regarded as the light emission point. However, it is preferable to recognize the light emission point including the surrounding gray state even if it is not the maximum value. Since the position of the light emitting point is determined by the thickness from the lower part of the light emitting element to the light emitting point in the height direction, it can be maintained with high precision if attention is paid during manufacture. However, since the horizontal direction depends on the mounting accuracy, even if an alignment mark is used, it is difficult to mount with high accuracy including the positional error between the alignment mark and the light emitting point, and this method is effective.

また、基板に光ファイバーが埋め込まれていなく、光路孔の開いたサブマウント基板の場合は、被接合物認識手段によりサブマウント基板の外形または基準マークを認識する。また、被接合物認識手段は上下マーク認識手段14であっても良いし、発光点認識手段であっても良く、いかなる手段であっても良い。また、基板マークが垂直面にある場合は、例えば、先端ツール側またはステージ側に例えばプリズムからなる光学路変換手段を設ければ良い。また、マークが反対面にある場合は、IR(赤外)光による被接合物認識手段を用い、被接合物を透過させて金属からなるアライメントマーク23を認識すれば認識することができる。   In the case of a submount substrate in which the optical fiber is not embedded in the substrate and the optical path hole is opened, the outer shape or the reference mark of the submount substrate is recognized by the bonded object recognition means. Further, the article recognition means may be the upper / lower mark recognition means 14, the light emitting point recognition means, or any means. Further, when the substrate mark is on the vertical plane, for example, an optical path changing means made of a prism may be provided on the tip tool side or the stage side. Further, when the mark is on the opposite surface, it can be recognized by recognizing the alignment mark 23 made of metal through the object to be bonded through IR (infrared) light.

事前にサブマウントの光路孔位置またはサブマウント位置を外形またはマークから認識して発光点がくるべき位置を認識しておけば、直接発光点をマトリックス撮像素子に入力し、その入力値を検出して最大値となるマトリックス撮像素子位置が目的とするマトリックス撮像素子位置へなるように発光素子位置を調整することにより達成できる。また、マトリックス撮像位置を目的とする位置へ移動させて発光点を中心位置にあわせても良い。マトリックス撮像手段で発光点を認識する方法としては一般的に最大となる撮像素子位置を発光点と見るが、最大値でなくとも周辺の濃淡状態を含めて発光点を撮像素子のサブピクセル単位で認識することが好ましい。また、被接合物上のマークが発光方向と同方向にある場合は、発光点認識手段の光学系にて被接合物上のマークまたは外形を認識すれば、被接合物を認識した後、次の発光点が来るべき位置は容易に分かり、個別に認識手段をもつことによる相対位置誤差や熱膨張などによる経時変化を生じないため好ましい。   If the optical path hole position or submount position of the submount is recognized from the outline or mark in advance and the position where the light emitting point should be recognized is recognized, the light emitting point is directly input to the matrix image sensor, and the input value is detected. This can be achieved by adjusting the light emitting element position so that the matrix image sensor position having the maximum value becomes the target matrix image sensor position. Further, the light emitting point may be adjusted to the center position by moving the matrix imaging position to a target position. As a method of recognizing the light emission point by the matrix imaging means, the maximum image sensor position is generally regarded as the light emission point. It is preferable to recognize. If the mark on the object to be bonded is in the same direction as the light emission direction, the optical system of the light emitting point recognition means recognizes the mark or the outer shape on the object to be bonded, This is preferable because the position where the light emission point is to be obtained can be easily understood and a change with the passage of time due to a relative position error or thermal expansion due to the individual recognition means does not occur.

また、少なくとも一方の被接合物を例えば図18に示すようなプリズムやミラーからなる光学路変換手段を持ったツールで保持し、側方から被接合物と発光点を同じ認識手段で認識することにより、より高精度に測定できる。また、基板外形位置認識や発光点認識のために認識手段移動テーブル15により必要に応じて発光点認識手段33を移動させる。発光点接合完了後、発光素子20の吸着は解除され、基板22側に発光素子20が実装された状態でステージ上に残る。これを再び基板搬送装置16により基板搬送コンベア17へ排出して一連動作は終了する。   Further, at least one of the objects to be joined is held by a tool having an optical path changing means such as a prism or a mirror as shown in FIG. 18, and the object to be joined and the light emitting point are recognized from the side by the same recognition means. Therefore, it is possible to measure with higher accuracy. Further, the light emitting point recognizing means 33 is moved as required by the recognizing means moving table 15 for the substrate outer position recognition and the light emitting point recognition. After the light emitting point bonding is completed, the adsorption of the light emitting element 20 is released and remains on the stage with the light emitting element 20 mounted on the substrate 22 side. This is again discharged to the substrate transfer conveyor 17 by the substrate transfer device 16 and the series of operations is completed.

また、超音波発信器とホーンを発光素子保持ツール8および/または先端ツール9の代わりに備えることで、前記接合時に加熱接合に代えて超音波振動を与えることで、より容易に固相で金属接合することができる。この場合、低温で接合でき、また、室温でも接合することが可能であるため、熱膨張影響を受けず固相で金属接合できる。振幅を小さく抑え、加圧してから振動を与えることにより位置ずれなく高精度に実装することができる。   Further, by providing an ultrasonic transmitter and a horn instead of the light emitting element holding tool 8 and / or the tip tool 9, by applying ultrasonic vibration instead of heat bonding at the time of the bonding, the metal can be more easily solid-phased. Can be joined. In this case, since bonding can be performed at a low temperature and also at room temperature, metal bonding can be performed in a solid phase without being affected by thermal expansion. It can be mounted with high accuracy without displacement by suppressing the amplitude to a small level and applying vibration after applying pressure.

第5実施形態では、発光素子と基板における例について説明したが、被接合物は発光素子以外の位置調整が必要な機能デバイスであっても本発明に含まれる。   In the fifth embodiment, the example of the light emitting element and the substrate has been described. However, the object to be bonded is included in the present invention even if it is a functional device other than the light emitting element that requires position adjustment.

<第6実施形態>
続いて本発明の第6実施形態について詳細に述べる。本実施形態が上記第1ないし第5実施形態と大きく相違する点は、被接合物を接合する前に、接合部に上述したレベリングを施している点である(図8〜図11参照)。以下、本実施形態に特有の構成について詳細に述べる。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described in detail. The point that this embodiment is greatly different from the first to fifth embodiments is that the above-described leveling is performed on the joint before joining the objects to be joined (see FIGS. 8 to 11). Hereinafter, a configuration unique to the present embodiment will be described in detail.

大気中で固相のまま常温接合温させるためには、事前に接合表面(接合部)を真空中でArプラズマ(エネルギー波)により数nmエッチングし、付着物を除去する。洗浄後、大気中で接合する場合には、該接合表面に付着物層が形成されるので、接触させても、そのままでは接合されない。しかし、洗浄後すぐには付着物層も薄いので、加圧により新生面が現れて接合される。図7に示すように、大気中であってもドライ洗浄後、放置しなければ加圧することにより常温接合することができる。これは接合表面に薄く付着層ができるが、加圧により押し破られる程度であると考えられる。   In order to carry out room-temperature bonding temperature while maintaining a solid phase in the atmosphere, the bonding surface (bonding part) is etched in advance by several nanometers with Ar plasma (energy wave) in a vacuum to remove deposits. In the case of bonding in the air after cleaning, an adhering layer is formed on the bonding surface, so even if they are brought into contact, they are not bonded as they are. However, since the deposit layer is also thin immediately after cleaning, a new surface appears by pressure and bonded. As shown in FIG. 7, even in the air, after dry cleaning, if it is not left, it can be joined at room temperature by applying pressure. This is considered to be a degree to which a thin adhesion layer is formed on the bonding surface, but is torn by pressurization.

また、本実施形態では、接合部にレベリングを施しているため、レベリングを実施しない場合に接合するために300MPaの加圧が必要であったのに対し、150MPaの加圧力で十分な接合強度を得ることができた。これはバンプ20a,22aの高さばらつきや表面粗さの問題から、接合部どうしを接触させるために、該接合部の粗さ部分を押しつぶすために必要とする加圧力が異なるためであると考えられる。レベリングを施さない、通常のバンプでは高さばらつき2μm、表面粗さ200nmあった。しかし、レベリングした後では、バンプの高さばらつき表面粗さとも50nm以下となっていた。そのため接合荷重は低減できたと考えられる。レベリングとは、図10に示すように平面度の出た基準台40にバンプを押しつけることで高さや表面粗さを均一に修正することを示す。事前にレベリングしたチップを整列しておいても良いし、接合前に接合装置でレベリングしてから基板へ接合しても良い。   Moreover, in this embodiment, since leveling is applied to the joint portion, a pressure of 300 MPa is necessary for joining when leveling is not performed, whereas a sufficient bonding strength is obtained with a pressure of 150 MPa. I was able to get it. This is considered to be because the pressures required to crush the rough portions of the joints are different in order to bring the joints into contact with each other due to the height variation of the bumps 20a and 22a and the surface roughness. It is done. A normal bump without leveling had a height variation of 2 μm and a surface roughness of 200 nm. However, after leveling, the bump height variation and the surface roughness were both 50 nm or less. Therefore, it is considered that the bonding load could be reduced. The leveling means that the height and the surface roughness are uniformly corrected by pressing the bump against the reference table 40 having flatness as shown in FIG. The chips leveled in advance may be aligned, or may be bonded to the substrate after being leveled by a bonding apparatus before bonding.

また、接合部を押しつぶして接合するには、接合金属の硬度が低くなければならない。本実施形態では上記実施形態と同様に、硬度が200Hv以下の金属接合部を採用しており、特に、金や銅を採用した場合、強固に接合できた。また、レベリングした際の加圧力は150Mpa以下で接合が可能であった。特に金においては、硬度も低く、かつ、大気中でも酸化しないので有効な金属である。   Further, in order to crush and join the joint, the joining metal must have low hardness. In the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, a metal joint having a hardness of 200 Hv or less is employed, and particularly when gold or copper is employed, the metal joint can be firmly joined. Moreover, it was possible to join at a pressure of 150 MPa or less when leveling. In particular, gold is an effective metal because it has low hardness and does not oxidize in the air.

また、金属バンプとなる電極部を多数持つ半導体チップのフリップチップ接合は、半導体への熱影響や、微細ピッチ電極から数μm以内の高精度な実装が望まれ、180℃以下好ましくは室温での低温で接合する要望が高い。そのため、本実施形態における構成は特に有効である。   In addition, flip chip bonding of a semiconductor chip having a large number of electrode portions to be metal bumps is desired to have a heat effect on the semiconductor and to be mounted with high accuracy within a few μm from a fine pitch electrode. There is a high demand for joining at low temperatures. Therefore, the configuration in the present embodiment is particularly effective.

半導体チップはチップ、ウエハーなどどのような形態であっても良い。また、金属バンプは個々に独立した複数の形状であっても良いし、ある領域を閉じ込めたつながった形状であっても良い。また、全面が接合面であっても良い。   The semiconductor chip may be in any form such as a chip or a wafer. In addition, the metal bumps may have a plurality of independent shapes, or may have a connected shape confined in a certain region. Further, the entire surface may be a bonding surface.

第6実施形態では、チップと基板における例について説明したが、被接合物は半導体以外の材料でも良い。   In the sixth embodiment, the example of the chip and the substrate has been described, but the object to be bonded may be a material other than a semiconductor.

<第7実施形態>
以下に本発明の第7実施形態について詳細に述べる。図19に本発明にかかる接合装置の第7実施形態を示す。この第7実施形態では第1の被接合物である半導体からなるチップ20と第2の被接合物であるウエハーからなる基板22を接合するための装置を例として上げる。チップ20の接合面には電極である金からなる金属電極であるバンプ20aを複数有し、基板22の接合面には電極である金属パッド22aがチップ側金属電極に対向した位置に配している。チップ側金属電極と基板側金属電極が、エネルギー波による処理の後、加圧により接合される。
<Seventh embodiment>
The seventh embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 19 shows a seventh embodiment of the joining apparatus according to the present invention. In the seventh embodiment, an apparatus for bonding a chip 20 made of a semiconductor as a first object to be bonded and a substrate 22 made of a wafer as a second object to be bonded is taken as an example. The bonding surface of the chip 20 has a plurality of bumps 20a which are metal electrodes made of gold as an electrode, and the metal pad 22a which is an electrode is arranged on the bonding surface of the substrate 22 at a position facing the chip-side metal electrode. Yes. The chip-side metal electrode and the substrate-side metal electrode are joined by pressurization after the treatment with the energy wave.

接合装置は、大まかには、上下駆動機構25とヘッド部26を合わせた接合機構27とステージ10とステージテーブル12からなる実装機構28、位置認識部29、搬送部30、制御装置24からなる。上下駆動機構25は上下駆動モータ1とボルト・ナット機構2により、上下ガイド3でガイドされながらヘッド部26を上下動させる。ヘッド部26は、ヘッド逃がしガイド5で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルし、加圧力検出手段32に押しあてるためのヘッド自重カウンター4に牽引された状態で加圧力を検出するし、加圧力検出手段32と上下駆動機構に接地されている。   The joining apparatus is roughly composed of a joining mechanism 27 including a vertical drive mechanism 25 and a head unit 26, a mounting mechanism 28 including a stage 10 and a stage table 12, a position recognition unit 29, a transport unit 30, and a control device 24. The vertical drive mechanism 25 moves the head portion 26 up and down while being guided by the vertical guide 3 by the vertical drive motor 1 and the bolt / nut mechanism 2. The head portion 26 is guided in the vertical direction by the head escape guide 5, cancels its own weight, detects the pressing force while being pulled by the head own weight counter 4 to be pressed against the pressing force detecting means 32, and applies the pressing force. The detection means 32 and the vertical drive mechanism are grounded.

ヘッド部26は、チップ20を吸着保持するチップ保持ツール8と先端ツール9、平行移動、回転移動の移動軸を持った位置補正を行うヘッド側アライメントテーブル7、それらを支えるヘッド保持部6により構成されている。また、チップ保持ツール内部には加熱用ヒータが埋設されている。実装機構28は、基板22を吸着保持するステージ10、チップと基板の位置をアライメントするための平行移動、回転移動の移動軸を持ったステージテーブル12により構成される。また、ステージ10内部にはステージヒータ11を内蔵する。接合機構はフレーム34に結合され加圧中心の周辺を4本の支柱13により架台35と連結されている。位置認識部29は、相対されたチップと基板間に挿入して、上下のチップと基板各々の位置認識用のアライメントマークを認識する上下マーク認識手段14、上下マーク認識手段14を水平および/または上下移動させる認識手段移動テーブル15から構成される。   The head unit 26 includes a chip holding tool 8 that sucks and holds the chip 20 and a tip tool 9, a head-side alignment table 7 that performs position correction with a translation axis of translational movement and rotational movement, and a head holding part 6 that supports them. Has been. A heating heater is embedded in the chip holding tool. The mounting mechanism 28 includes a stage 10 that holds the substrate 22 by suction, and a stage table 12 that has a movement axis for parallel movement and rotational movement for aligning the position of the chip and the substrate. A stage heater 11 is built in the stage 10. The joining mechanism is coupled to the frame 34 and is connected to the gantry 35 around the center of pressure by the four support columns 13. The position recognizing unit 29 is inserted between the opposed chip and the substrate, and the upper and lower mark recognizing means 14 and the upper and lower mark recognizing means 14 for recognizing the alignment marks for recognizing the positions of the upper and lower chips and the substrate are arranged horizontally and / or. It comprises a recognition means moving table 15 that moves up and down.

搬送部30は基板22を搬送する基板搬送装置16、ウエハーカセット243およびチップ20を搬送するチップ供給装置18、チップトレイ19からなる。また、洗浄と接合を連続して行うために、洗浄機241を接合装置と搬送手段で連結し、チップトレイ、ウエハーを必要に応じて洗浄機へ搬入洗浄し、取り出す。チップトレイ19はチップトレイカセット242から供給収納される。ウエハー22はウエハーカセット243から供給収納される。制御部31は、装置全般の制御と操作部を備える。特に加圧力制御においては、加圧力検出手段32からの信号により上下駆動モータ1のトルクを制御し、接合に関する加圧力をコントロールする。   The transfer unit 30 includes a substrate transfer device 16 that transfers the substrate 22, a wafer cassette 243, a chip supply device 18 that transfers the chips 20, and a chip tray 19. Further, in order to perform cleaning and bonding continuously, the cleaning machine 241 is connected to the bonding apparatus by a conveying means, and the chip tray and the wafer are carried into the cleaning machine and taken out as needed. The chip tray 19 is supplied and stored from the chip tray cassette 242. The wafer 22 is supplied and stored from the wafer cassette 243. The control unit 31 includes overall control of the apparatus and an operation unit. Particularly in the pressure control, the torque of the vertical drive motor 1 is controlled by a signal from the pressure detection means 32 to control the pressure related to the joining.

次に、一連の動作を説明する。洗浄されたチップ20はチップ供給装置18によりチップトレイ19からチップ保持ツール8に供給され、吸着保持される。洗浄されたウエハーからなる基板22は、基板搬送装置16によりステージ10に供給され、吸着保持される。接合面を対向保持されたチップ20と基板22の間に上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により挿入され、対向するチップ20と基板22各々の位置合わせ用アライメントマークを上下マーク認識手段14により位置認識する。チップ20を基準として基板22の位置をステージテーブル12により平行移動および回転移動方向へアライメント移動する。アライメント時はステージテーブル12およびヘッド側アライメントテーブルにて位置補正しても良く、またはヘッド側アライメントテーブルのみにて位置補正しても良い。また、どちらか一方のテーブルのみの構成でも良い。   Next, a series of operations will be described. The cleaned chip 20 is supplied from the chip tray 19 to the chip holding tool 8 by the chip supply device 18 and is sucked and held. The substrate 22 made of the cleaned wafer is supplied to the stage 10 by the substrate transfer device 16 and sucked and held. The upper and lower mark recognition means 14 is inserted by the recognition means moving table 15 between the chip 20 and the substrate 22 whose holding surfaces are opposed to each other, and the alignment marks for alignment between the chip 20 and the substrate 22 facing each other are placed on the upper and lower mark recognition means 14. To recognize the position. With the chip 20 as a reference, the position of the substrate 22 is aligned and moved in the translational and rotational movement directions by the stage table 12. During alignment, the position may be corrected with the stage table 12 and the head side alignment table, or the position may be corrected with only the head side alignment table. Moreover, the structure of only one of the tables may be used.

両接合位置が整合された状態で、上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により待避される。次いでヘッド部26は上下駆動機構25により下降され、チップ20と基板22が接地される。ヘッド部26の高さ方向の位置はヘッド高さ検出手段24により検出されている。チップ20と基板22の接地タイミングは加圧力検出手段32により検出され、上下駆動モータは位置制御からトルク制御へと切り替えられる。トルク制御に切り替えられている加圧中においてもヘッド高さはヘッド高さ検出手段24によりモニタされており、高さ方向の位置もコントロール可能である。接合完了後、チップ20の吸着は解除され、基板22側にチップ20が実装された状態でステージ上に残る。これを連続してチップをウエハーからなる基板上へ接合していくことにより実装を完了する。これを再び基板搬送装置16によりウエハーカセット243へ排出して一連動作は終了する。   The upper and lower mark recognizing means 14 is retracted by the recognizing means moving table 15 in a state where both the joining positions are aligned. Next, the head portion 26 is lowered by the vertical drive mechanism 25, and the chip 20 and the substrate 22 are grounded. The position of the head portion 26 in the height direction is detected by the head height detecting means 24. The contact timing of the chip 20 and the substrate 22 is detected by the pressure detection means 32, and the vertical drive motor is switched from position control to torque control. The head height is monitored by the head height detection means 24 even during pressurization switched to torque control, and the position in the height direction can also be controlled. After the bonding is completed, the suction of the chip 20 is released and remains on the stage with the chip 20 mounted on the substrate 22 side. By continuously bonding the chips onto a substrate made of a wafer, the mounting is completed. This is again discharged to the wafer cassette 243 by the substrate transfer device 16 and the series of operations is completed.

なお、複数のチップを1枚のウエハー上に連続して接合していく場合には、チップ数が多ければ数時間が経過する。ドライ洗浄後、大気中で常温接合するには約1時間以内に接合しないと接合表面への付着物が増加し、接合できなくなってしまう。そのため、1時間以内、好ましくは30分以内に再度、減圧プラズマ(エネルギー波)にてドライ洗浄(表面活性化処理)することが好ましい。そのため、洗浄機241を接合装置とドッキングしておき、ウエハーへのチップ接合時に一定時間が経過すると、一旦ウエハーをステージから洗浄機へ搬送し、再洗浄する。洗浄後ウエハーを再度ステージへセットしてチップ接合を開始する。そうすることで多数チップを接合するウエハーにおいても連続してチップを大気中で常温接合することができる。   In the case where a plurality of chips are continuously bonded on one wafer, several hours pass if the number of chips is large. When bonding at room temperature in the air after dry cleaning, bonding to the bonding surface will increase if bonding is not performed within about one hour, making bonding impossible. Therefore, it is preferable to dry-clean (surface activation treatment) with reduced-pressure plasma (energy wave) again within 1 hour, preferably within 30 minutes. For this reason, the cleaning machine 241 is docked with the bonding apparatus, and when a certain time elapses during chip bonding to the wafer, the wafer is once transported from the stage to the cleaning machine and re-cleaned. After cleaning, the wafer is set on the stage again and chip bonding is started. By doing so, even in a wafer to which a large number of chips are bonded, the chips can be bonded continuously at room temperature in the atmosphere.

<第8実施形態>
以下に本発明の特徴を最もよく表す第8実施形態について詳細に述べる。まず、本実施形態における、被接合物について図24を参照しつつ詳述する。図24に示すように、本実施形態では被接合物として、デバイス829と蓋830との接合を行う。デバイス829の接合面には、接合部として矩形枠状の輪郭上に1μm以上の厚さで金メッキ831が形成されている。また、蓋830の接合面には金薄膜832がスパッタリングまたはフラッシュメッキにより形成されている。なお、圧膜メッキ831と薄膜832側を、逆に形成してもよい。図24はチップ状態の図であるが、図25に示すように、ダイシング前のウエハー上での接合が最も効率がよい。
<Eighth Embodiment>
The eighth embodiment that best represents the features of the present invention will be described in detail below. First, the object to be bonded in this embodiment will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 24, in this embodiment, a device 829 and a lid 830 are joined as an object to be joined. On the bonding surface of the device 829, gold plating 831 is formed as a bonding portion with a thickness of 1 μm or more on the outline of a rectangular frame shape. A gold thin film 832 is formed on the joint surface of the lid 830 by sputtering or flash plating. Note that the pressure film plating 831 and the thin film 832 side may be formed in reverse. FIG. 24 shows a chip state, but as shown in FIG. 25, bonding on the wafer before dicing is most efficient.

図20に本発明の第8実施形態に係るウエハー接合装置を示す。この実施形態では、蓋となる被接合物であるウエハーを上部にデバイスとなるウエハーを下部に上下に対向して保持させた状態でチャンバーを閉じ、真空内でArプラズマによりエッチング後、両被接合物を接触させ、加圧して接合させる。場合によっては180℃以内の低温で加熱を行い強度アップさせる装置である。装置構成は、上ウエハー807(蓋830)を保持し、Z軸801により昇降制御と加圧制御を行うヘッド部と、下ウエハー808(デバイス829)を保持し、場合によってはウエハーをアライメントするステージ部に分けられる。   FIG. 20 shows a wafer bonding apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, the chamber is closed in a state where the wafer as the device to be bonded is held on the upper side and the wafer as the device is held vertically opposite to the lower side, etched with Ar plasma in vacuum, and then bonded to both The objects are brought into contact with each other and pressed to join them. In some cases, it is a device that heats at a low temperature within 180 ° C. to increase the strength. The apparatus has a configuration in which an upper wafer 807 (lid 830) is held, a head unit that performs elevation control and pressure control by a Z-axis 801, a lower wafer 808 (device 829), and a wafer alignment stage depending on circumstances. Divided into parts.

Z軸801には圧力検出手段が組み込まれ、Z軸サーボモータのトルク制御へフィードバックすることで加圧力制御を行う。別途アクチュエータにより昇降可能なチャンバー壁803が下降し、チャンバー台810に固定パッキン805を介して接地した状態で真空に引き、反応ガスを導入してプラズマ処理を行い、真空引きし、封入ガスで封入する場合は封入ガスと置換し、ヘッド部が下降して両ウエハーを接触加圧させ接合する構成となっている。チャンバー壁803を昇降可能にOリングで封止しているが、シャフトの細くなったところで受けてもピストン外周で受けても良い。また、場合によっては上部電極806、下部電極809は加熱ヒータも備えており、接合時に加熱することもできる。   A pressure detecting means is incorporated in the Z-axis 801, and pressure control is performed by feeding back to the torque control of the Z-axis servomotor. Separately, the chamber wall 803 that can be moved up and down by the actuator is lowered, vacuumed while being grounded to the chamber table 810 via the fixed packing 805, plasma treatment is performed by introducing a reactive gas, vacuuming is performed, and sealing is performed with a sealing gas In this case, the gas is replaced with the sealed gas, and the head portion is lowered so as to contact and pressurize both wafers to join them. The chamber wall 803 is sealed with an O-ring so as to be movable up and down, but it may be received at the thinned shaft or on the outer periphery of the piston. In some cases, the upper electrode 806 and the lower electrode 809 are also provided with a heater, and can be heated at the time of bonding.

図21に示すように動作を順を追って説明すると、(a)のようにチャンバー壁803が上昇した状態で上ウエハー807を上部電極(エネルギー波照射手段)806に保持させる。保持させる方法はメカニカルなチャッキング方式もあるが、静電チャック方式が望ましい。続いて下ウエハー808を下部電極(エネルギー波照射手段)809に保持させる。続いて、(b)に示すようにチャンバー壁803を下降させ、チャンバー台810に固定パッキン805を介して接地させる。チャンバー壁803は摺動パッキン804により大気と遮断されているので、吸入バルブ813を閉止した状態で排出バルブ814を空け、真空ポンプ815により真空引きを行うことでチャンバー内の真空度を高めることができる。   The operation will be described in order as shown in FIG. 21. The upper wafer 807 is held by the upper electrode (energy wave irradiation means) 806 with the chamber wall 803 raised as shown in FIG. The holding method includes a mechanical chucking method, but an electrostatic chuck method is desirable. Subsequently, the lower wafer 808 is held by the lower electrode (energy wave irradiation means) 809. Subsequently, the chamber wall 803 is lowered as shown in (b), and the chamber base 810 is grounded via the fixed packing 805. Since the chamber wall 803 is blocked from the atmosphere by the sliding packing 804, the exhaust valve 814 is opened with the suction valve 813 closed, and the vacuum level is increased by the vacuum pump 815, thereby increasing the degree of vacuum in the chamber. it can.

次に、図21(c)に示すようにチャンバー内をArからなる反応ガスで満たす。真空ポンプ815は動作させながら排出バルブ814の排出量と吸入バルブ813でのガス吸入量をコントロールすることである一定の真空度に保ちながら反応ガスで満たすことが可能である。(d)、(e)に示すように、本実施形態では、まずArガスを充満させ、10−2Torr程度の真空度で下部電極809に交番電源によるプラズマ発生用の電圧を印加することでプラズマを発生させ、下部ウエハー808表面をArプラズマによりエッチングして接合部に付着した酸化膜や有機物からなる付着物層を除去して洗浄する。続いて、上部電極806に同様な交番電源からの電圧を印加することで上部ウエハーをArプラズマにより下部ウエハー808と同様にエッチングし洗浄する。次に、(b)のようにチャンバー内を真空に引きArを排出する。場合によっては両電極を100℃程度に加熱しながら真空引きを行うことにより表面に付着したり部材内部に打ち込まれたArを排出する。その後、封入ガスで封入する場合は封入ガスと置換する。 Next, as shown in FIG. 21C, the chamber is filled with a reaction gas composed of Ar. The vacuum pump 815 can be filled with the reaction gas while maintaining a certain degree of vacuum by controlling the discharge amount of the discharge valve 814 and the gas intake amount of the suction valve 813 while operating. As shown in (d) and (e), in this embodiment, first, Ar gas is filled, and a voltage for generating plasma by an alternating power source is applied to the lower electrode 809 with a degree of vacuum of about 10 −2 Torr. Plasma is generated, and the surface of the lower wafer 808 is etched with Ar plasma to remove an oxide layer and an adhering layer made of an organic substance adhering to the bonded portion, and then cleaned. Subsequently, by applying a voltage from the same alternating power source to the upper electrode 806, the upper wafer is etched and cleaned in the same manner as the lower wafer 808 by Ar plasma. Next, the chamber is evacuated as shown in FIG. In some cases, vacuuming is performed while heating both electrodes to about 100 ° C., whereby Ar adhering to the surface or being driven into the member is discharged. Thereafter, in the case of sealing with a sealing gas, the sealing gas is replaced.

続いて、図21(f)に示すように、真空中または封入ガス中でチャンバー壁803とZ軸801とが摺動パッキン4で接しながらピストン型ヘッド802がZ軸801により下降される。このとき、ウエハーがプラズマにより表面活性化処理された後、エッチングにより除去された付着物層の浮遊物が接合部に再付着することがある。しかしながら、両ウエハーを真空中または封入ガス中で接触させ、加圧して接合部に再付着した付着物層を押し破ることでウエハーどうしを接合し、接合面間に接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止する。チャンバー内はチャンバー壁803とZ軸801との間の摺動パッキン804により外部雰囲気と遮断され、真空または封入ガスに保持された状態でピストン型ヘッド部が下降することができる。また、場合によっては同時に両電極に仕込まれたヒータにより180℃程度に加熱し、強度アップを行う。その後、(g)に示すようにチャンバー内に大気を供給し大気圧に戻して、ヘッド部を上昇させ、接合された両ウエハーを取り出す。Arと大気または窒素の2ガスを1チャンバーで切り替える方法はガス切替弁816にてArと大気ガスを選択して供給することができる。まずArを選択して充填した後、吸入バルブ813を閉じてチャンバー内を真空引きしArを排出した後、ガス切替弁816にて大気ガスに切り替え、吸入バルブ813を開き、チャンバー内を大気で充満させ、チャンバーを開く時に大気解放させることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 21 (f), the piston-type head 802 is lowered by the Z-axis 801 while the chamber wall 803 and the Z-axis 801 are in contact with the sliding packing 4 in a vacuum or an enclosed gas. At this time, after the wafer has been surface activated by plasma, the suspended matter in the deposit layer removed by etching may reattach to the joint. However, both wafers are brought into contact with each other in a vacuum or in an encapsulated gas, and the wafers are bonded by pressing the adhesive layer that has been reattached to the bonded portion. The space formed is sealed in a predetermined atmosphere. The inside of the chamber is shielded from the external atmosphere by a sliding packing 804 between the chamber wall 803 and the Z-axis 801, and the piston-type head portion can be lowered while being held in a vacuum or an enclosed gas. In some cases, the strength is increased by simultaneously heating to about 180 ° C. with heaters charged in both electrodes. Thereafter, as shown in (g), air is supplied into the chamber and the pressure is returned to atmospheric pressure, the head portion is raised, and both bonded wafers are taken out. A method of switching between two gases of Ar and the atmosphere or nitrogen in one chamber can select and supply Ar and the atmosphere gas by the gas switching valve 816. First, after selecting and filling Ar, the suction valve 813 is closed, the inside of the chamber is evacuated, and Ar is discharged. Then, the gas switching valve 816 is switched to atmospheric gas, the suction valve 813 is opened, and the inside of the chamber is opened to the atmosphere. Can be filled and released to the atmosphere when opening the chamber.

場合によっては、被接合物の接合に際し、デバイスおよび蓋の位置をアライメントした後、接合する場合もある。図22に真空引きする前にアライメントする方法を示す。上ウエハー807にはアライメント用の上マーク823が2箇所に付けられ、下ウエハー808にはアライメント用の下マーク824が同様な位置2箇所に付けられている。両ウエハーの間に2視野認識手段825を挿入し、上下のマーク位置を認識手段で読み取る。2視野の認識手段825は上下のマーク像をプリズム826により分岐し、上マーク認識手段827と下マーク認識手段828に分離して読み取る。2視野認識手段825はXY軸と場合によってはZ軸を持ったテーブルで移動され、任意の位置のマークを読み取ることができる。その後、アライメントテーブル820により下ウエハー808の位置を上ウエハー807の位置に補正移動させる。移動後、再度2視野認識手段825を挿入して繰り返して補正し、精度を上げることも可能である。   In some cases, when the objects to be bonded are bonded, the positions of the device and the lid are aligned and then bonded. FIG. 22 shows a method of alignment before evacuation. An upper mark 823 for alignment is attached to the upper wafer 807 at two places, and a lower mark 824 for alignment is attached to the lower wafer 808 at two similar positions. A two-field recognition means 825 is inserted between both wafers, and the upper and lower mark positions are read by the recognition means. The two-field recognizing means 825 branches the upper and lower mark images by the prism 826 and separates them into an upper mark recognizing means 827 and a lower mark recognizing means 828 and reads them. The two-field recognition means 825 is moved by a table having the XY axes and, in some cases, the Z axis, and can read a mark at an arbitrary position. Thereafter, the position of the lower wafer 808 is corrected and moved to the position of the upper wafer 807 by the alignment table 820. After the movement, it is also possible to insert the two-field recognition means 825 again and repeat the correction to improve the accuracy.

図23に真空引きした後の接合する前にでもアライメントできる方法を示す。上ウエハー807にはアライメント用の上マーク823が2箇所に付けられ、下ウエハー808にはアライメント用の下マーク824が2箇所に付けられている。上下マークは重なっても同視野で認識できるような形状となっている。プラズマ処理後の両ウエハーを近接させ、マーク読みとり用透過部819とガラス窓821を透過してIR認識手段822により下ウエハーを透過して金属でつけられた上下のアライメントマークを同時に認識して位置を読み取る。焦点深度が合わない場合は、IR認識手段822を上下移動させて読み取る場合もある。IR認識手段822はXY軸と場合によってはZ軸を持ったテーブルで移動され任意の820により下ウエハー808の位置を上ウエハー807の位置に補正移動させる。移動後、再度IR認識手段22により繰り返して補正し、精度を上げることも可能である。   FIG. 23 shows a method capable of alignment even after joining after evacuation. An upper mark 823 for alignment is attached to the upper wafer 807 at two places, and a lower mark 824 for alignment is attached to the lower wafer 808 at two places. The top and bottom marks are shaped so that they can be recognized in the same field of view even if they overlap. Both wafers after the plasma treatment are brought close to each other, pass through the mark reading transmission part 819 and the glass window 821, pass through the lower wafer by the IR recognition means 822, and simultaneously recognize the upper and lower alignment marks attached with metal. Read. If the depth of focus does not match, the IR recognition unit 822 may be moved up and down for reading. The IR recognizing means 822 is moved by a table having an XY axis and possibly a Z axis, and the position of the lower wafer 808 is corrected and moved to the position of the upper wafer 807 by an arbitrary 820. After the movement, it is possible to repeat the correction by the IR recognizing means 22 again to increase the accuracy.

以上のように、この実施形態によれば、プラズマによるウエハーの表面活性化処理後、エッチングにより除去された付着物層の浮遊物が接合部に再付着しても、該再付着した付着物層を押し破ってウエハーどうしを接合することで、接合面間に接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することができる。   As described above, according to this embodiment, even if the suspended matter of the deposit layer removed by etching after the surface activation treatment of the wafer by plasma is reattached to the joint, the reattached deposit layer When the wafers are bonded by bonding the wafers together, the space formed by the bonding portion between the bonding surfaces surrounded by the contour can be sealed in a predetermined atmosphere.

なお、封入ガスは、接合部を金とすることにより不活性なガスでなくとも腐食されないため接合に影響はでない。そのため、不活性なもの以外のガスでも本実施形態では適用することができる。   In addition, since the sealing gas is not corroded even if it is not an inert gas by using gold | metal | money as a joining part, it has no influence on joining. Therefore, gas other than inert gas can be applied in this embodiment.

また、Arプラズマにてエッチングすることが効率上好ましいが、窒素、酸素など他のガスでエッチングしても構わない。   Etching with Ar plasma is preferable in terms of efficiency, but etching may be performed with other gases such as nitrogen and oxygen.

また、被接合物をプラズマ処理(エネルギー波による処理、表面活性化処理)する方法として交番電源が接続された電極面に保持されたウエハーを洗浄するのが効率上好ましいが、均一性やダメージ軽減から、該電極をウエハーの保持位置以外の場所に設置して、ウエハーを洗浄(表面活性化処理)しても構わない。   In addition, it is preferable in terms of efficiency to clean the wafer held on the electrode surface to which the alternating power source is connected as a method of plasma processing (energy wave processing, surface activation processing) of the object to be bonded, but the uniformity and damage reduction. Then, the electrode may be installed in a place other than the wafer holding position, and the wafer may be cleaned (surface activation treatment).

また、IR認識手段にてマークを読み取る構成において、マーク読みとり用透過部819やガラス窓821、アライメントテーブル間の空間などにおけるIR光源の通り道は、空間やガラスに限らず、IR光を透過する材質で構成されていればよい。また、反射光のみならずIR認識手段の反対側に光源を用いて透過光としてもよい。   Further, in the configuration in which the mark is read by the IR recognizing means, the path of the IR light source in the space between the mark reading transmission portion 819, the glass window 821, and the alignment table is not limited to the space or glass, but is a material that transmits IR light. It only has to be configured. Further, not only the reflected light but also a light source on the opposite side of the IR recognition means may be used as the transmitted light.

また、少なくとも一方の被接合物保持手段(ヘッドまたはステージ)の表面に弾性材を配し、被接合物の接合時に弾性材を介して両被接合物を加圧しても構わない。このような構成とすれば、被接合物どうしの平行度をならわせることができる。また、薄い被接合物であれば平坦度もならわせることができる。   Further, an elastic material may be provided on the surface of at least one object holding means (head or stage), and both objects to be bonded may be pressed via the elastic material when the objects to be bonded are bonded. With such a configuration, the parallelism between the objects to be joined can be made uniform. Moreover, if it is a thin to-be-joined object, flatness can also be made equal.

また、ステージおよび/またはヘッドに被接合物保持手段が球面軸受けで保持され、被接合物の接合時または接合前に被接合物同士を接触加圧して少なくとも一方の被接合物に他方の傾きを合わせることができる構造にしてもよい。このような構成とすれば、平行度をならわせて接合することができる(図29参照)。   Further, the object holding means is held on the stage and / or the head by a spherical bearing, and the objects to be bonded are brought into contact with each other during or before bonding the objects to be bonded, so that at least one of the objects to be bonded is inclined. You may make it the structure which can be match | combined. With such a structure, it is possible to join with parallelism (see FIG. 29).

また、本実施形態における接合装置は、ウエハー(被接合物)の表面活性化処理(洗浄)から被接合物の接合までを一括した処理として実施できる構成であったが、エネルギー波による表面活性化処理を行う表面活性化装置と、接合を行うと接合装置とは分離しても構わない。   In addition, the bonding apparatus according to the present embodiment is configured to be able to perform a batch process from the surface activation process (cleaning) of the wafer (bonded object) to the bonding of the bonded object. The surface activation device that performs the treatment and the bonding device that is bonded may be separated.

このような構成とすれば、ウエハーの表面活性化処理後、特に、該ウエハーどうしのアライメントを大気中で行ったり、該ウエハーを大気中を経て接合装置に搬送した場合に、接合部に酸化膜や有機物のような付着物層が再付着しやすい。しかしながら、上記したように、再付着した付着物層を加圧して押し破ることでウエハーどうしを接合することができる。   With such a configuration, after the wafer surface activation treatment, in particular, when the alignment between the wafers is performed in the air, or when the wafers are transferred to the bonding apparatus through the air, an oxide film is formed on the bonded portion. And deposits such as organic matter tend to reattach. However, as described above, the wafers can be bonded to each other by pressurizing and pressing the reattached adherent layer.

<第9実施形態>
本発明の第9実施形態について、図29を参照しつつ詳述する。この実施形態では、被接合物であるウエハーを上下に対向して保持させた状態でチャンバーを閉じ、真空内でArプラズマ、酸素プラズマにより処理後、接合させ、場合によっては加熱により強度アップさせる装置である。装置構成は、上ウエハー537を保持し、Z軸531により昇降制御と加圧制御を行うヘッド部と、下ウエハー538を保持し、場合によってはウエハーをアライメントするステージ部に分けられる。Z軸531には圧力検出手段が組み込まれ、Z軸サーボモータのトルク制御へフィードバックすることで加圧力制御を行う。別途アクチュエータにより昇降可能なチャンバー壁533が下降し、チャンバー台540に固定パッキン535を介して接地した状態で真空に引き、反応ガスを導入してプラズマ処理(表面活性化処理)を行い、ヘッド部が下降して両ウエハーを接合する構成となっている。
<Ninth Embodiment>
A ninth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the chamber is closed in a state where the wafer as the object to be bonded is held facing up and down, and after being treated with Ar plasma and oxygen plasma in a vacuum, it is bonded, and in some cases, the strength is increased by heating. It is. The apparatus configuration is divided into a head unit that holds the upper wafer 537 and performs the elevation control and pressurization control by the Z axis 531, and a stage unit that holds the lower wafer 538 and in some cases aligns the wafer. A pressure detecting means is incorporated in the Z-axis 531, and the pressure control is performed by feeding back to the torque control of the Z-axis servomotor. Separately, the chamber wall 533 that can be moved up and down by an actuator is lowered, vacuumed in a state where the chamber wall 533 is grounded via a fixed packing 535, and plasma treatment (surface activation treatment) is performed by introducing a reactive gas, Is lowered to join both wafers.

また、場合によっては上部電極536、下部電極539は加熱ヒータも備えており、接合時に加熱することもできる。その後、チャンバー内に大気を供給し大気圧に戻して、ヘッド部を上昇させ、接合された両ウエハーを取り出す。場合によっては、接合に際し、両ウエハーの位置をアライメントした後、接合することも可能である。大気中アライメントする場合は上下2視野の光学系を両被接合物間に挿入してヘッドまたはステージ側を水平および回転方向に補正移動させる。真空中でアライメントする場合は下部からステージの一部を透過材で作りIR光源により両被接合物を透過させながら金属からなるアライメントマークを読みとり、ヘッドまたはステージ側を水平および回転方向に補正移動させれば良い。   In some cases, the upper electrode 536 and the lower electrode 539 are also provided with a heater, and can be heated at the time of bonding. Thereafter, air is supplied into the chamber and the pressure is returned to atmospheric pressure, the head portion is raised, and both bonded wafers are taken out. In some cases, bonding may be performed after aligning the positions of both wafers. In the case of alignment in the atmosphere, an optical system with two upper and lower visual fields is inserted between the objects to be bonded, and the head or stage side is corrected and moved in the horizontal and rotational directions. When aligning in a vacuum, a part of the stage is made of a transparent material from the bottom and the alignment mark made of metal is read while passing through both objects to be bonded by an IR light source, and the head or stage side is moved in the horizontal and rotational directions for correction. Just do it.

また、下部電極(被接合物保持手段)539が倣い機構(球面軸受け)550で保持され、ウエハーの接合時または接合前にウエハーどうしを接触加圧して、上部電極536側の上ウエハー537の傾きに下ウエハー538の傾きを合わせる構成となっている。このような構成とすれば、ウエハー(被接合物)どうしの平行度をならわせて接合することができる(図29参照)。倣い機構550はロック/フリーを選択するロック機構を持っており、通常はロックさせた状態で、倣わせる時だけフリーとすることができる構成としてもよい。また、一旦、平行度をならわせた後、倣い機構550をロックし、その状態を保持してからプラズマ処理(エネルギー波処理)してウエハーどうしアライメント後、接合することもでき、平行度があった状態でアライメントするため、ウエハーの接合時に位置ずれ無く接合することができる。   In addition, the lower electrode (bonded object holding means) 539 is held by a copying mechanism (spherical bearing) 550, and the wafers are contacted and pressed during or before bonding the wafers, so that the upper wafer 537 side is tilted. Further, the inclination of the lower wafer 538 is matched. With such a configuration, the wafers (objects to be joined) can be joined with their parallelism being aligned (see FIG. 29). The copying mechanism 550 has a lock mechanism for selecting lock / free, and may be configured to be free only when copying in a normally locked state. In addition, once the parallelism is aligned, the copying mechanism 550 is locked, and after maintaining the state, plasma processing (energy wave processing) is performed, and the wafers can be aligned and bonded together. Therefore, the wafers can be joined without any positional deviation.

<第10実施形態>
本発明の第10実施形態について図30を参照しつつ詳述する。本実施形態では、真空中でプラズマ洗浄(表面活性化処理)した後、大気中で被接合物を接合する。少なくとも一方の被接合物を洗浄チャンバーに搬入し、洗浄後の被接合物を接合部へ搬出する搬送手段でつなぎ、接合中に後続の被接合物を洗浄する接合装置となる。
<Tenth Embodiment>
A tenth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, after performing plasma cleaning (surface activation treatment) in a vacuum, the objects to be joined are joined in the atmosphere. At least one of the objects to be bonded is carried into a cleaning chamber, and the cleaned objects to be bonded are connected to each other by a transporting unit, and a subsequent bonding object is cleaned during bonding.

接合表面が金または銅からなる被接合物を個別に事前に真空チャンバー内でプラズマ処理することにより表面活性化し、大気中に取り出して接合することができる。洗浄後の被接合物を接合部へ搬出する搬送手段でつなぎ、接合中に後続の被接合物を洗浄することにより、洗浄時間を並列処理できるのでタクトアップすることが可能となる。   Surface activation can be performed by individually subjecting objects to be bonded, whose bonding surfaces are made of gold or copper, to plasma treatment in advance in a vacuum chamber, and can be taken out into the atmosphere and bonded. By connecting the cleaned objects to be bonded to a bonded portion and cleaning the subsequent objects to be bonded during bonding, the cleaning time can be processed in parallel, so that the tact time can be increased.

また、1つずつではバランスしない場合はトレイなどに複数個入れた状態で一括洗浄すれば良い。また、連続したリール上の被接合物であれば、チャンバー扉にパッキンを介して挟み込んでプラズマ処理すれば良い。また、接合前アライメントする場合は上下2視野の認識手段663を両被接合物間に挿入してヘッドまたはステージ側を水平および回転方向に補正移動させれば良い。上下2視野の認識手段663は認識手段移動テーブルにより任意の位置へ移動して位置測定が可能である。   In addition, when the balance is not achieved one by one, it may be cleaned in a state where a plurality of trays are placed. Moreover, if it is a to-be-joined object on a continuous reel, what is necessary is just to carry out plasma processing by inserting | pinching through a packing in a chamber door. In the case of alignment before bonding, a recognition means 663 having two upper and lower visual fields may be inserted between the objects to be bonded, and the head or stage side may be corrected and moved in the horizontal and rotational directions. The recognizing means 663 with two upper and lower visual fields can be moved to an arbitrary position by the recognizing means moving table and position measurement is possible.

なお、真空中での被接合物の保持手段としては静電チャック方式が望ましいが、メカニカルにチャッキングする方式でも良い。また、大気中でまず真空吸着保持させておいて密着させた後、メカニカルチャックする方法が密着性が上がり好ましい。   The holding means for holding the object to be bonded in vacuum is preferably an electrostatic chuck method, but may be a mechanical chucking method. In addition, a method of mechanically chucking after first vacuum-sucking and adhering in the atmosphere is preferable because adhesion is improved.

<第11実施形態>
続いて、本発明の第11実施形態について図31を参照しつつ詳細に述べる。この実施形態では第1の被接合物である上ウエハーと第2の被接合物である下ウエハーを接合するための装置として例に上げる。まず、装置構成について記述する。上ウエハーを保持するヘッド907と下ウエハーを保持するステージ908が真空チャンバー911中に配置され、ヘッドはトルク制御式昇降駆動モータ901が連結されたZ軸昇降機構(上下駆動機構)902とZ軸昇降機構902を回転させるθ軸機構と、ヘッド部をXY水平方向へアライメント移動させるXYアライメントテーブル906により、X、Y、θ方向のアライメント移動手段とZ方向の昇降手段からなる。
<Eleventh embodiment>
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the apparatus is exemplified as an apparatus for bonding an upper wafer as a first object to be bonded and a lower wafer as a second object to be bonded. First, the apparatus configuration will be described. A head 907 that holds the upper wafer and a stage 908 that holds the lower wafer are arranged in the vacuum chamber 911, and the head is a Z-axis lifting mechanism (vertical driving mechanism) 902 and a Z-axis that are connected to a torque-controlled lifting drive motor 901. An X-axis mechanism that rotates the lifting mechanism 902 and an XY alignment table 906 that moves the head unit in the XY horizontal direction include an X, Y, θ-direction alignment moving means and a Z-direction lifting means.

圧力検出手段904により検出された接合時の加圧力をトルク制御式昇降駆動モータ901にフィ−ドバックすることで位置制御と圧力制御が切り替えながら行えるようになっている。また、圧力検出手段904は被接合物同士の接触検出にも利用できる。XYアライメントテーブル906は真空中でも使用できる手段を使用するが、Z、θ軸機構は真空チャンバー外部に設置するため、ベローズ905により移動可能にヘッド部と外部を遮断されている。   By feeding back the applied pressure detected by the pressure detecting means 904 to the torque control type lifting drive motor 901, position control and pressure control can be performed while switching. Further, the pressure detecting means 904 can be used for detecting contact between objects to be joined. The XY alignment table 906 uses means that can be used even in a vacuum. However, since the Z and θ axis mechanisms are installed outside the vacuum chamber, the head portion and the outside are movably blocked by a bellows 905.

ステージ908は接合位置と待機位置間をスライド移動手段929によりスライド移動することができる。スライド移動手段には高精度なガイドと位置を認識するリニアスケールが取り付けられており、接合位置と待機位置間の停止位置を高精度に維持することができる。また、移動手段としては、真空チャンバー内部に組み込んだかたちとしているが、移動手段を外部に配置し、パッキンされた連結棒で連結することで外部にシリンダやリニアサーボモータなどを配置することが可能である。また、真空中にボールネジを配置し、外部にサーボモータを設置することでも対応できる。移動手段はいかなる移動手段であったも良い。   The stage 908 can be slid by the slide moving means 929 between the joining position and the standby position. A high-precision guide and a linear scale for recognizing the position are attached to the slide moving means, and the stop position between the joining position and the standby position can be maintained with high precision. In addition, the moving means is built in the vacuum chamber, but it is possible to place cylinders, linear servo motors, etc. outside by disposing the moving means outside and connecting them with packed connecting rods. It is. Alternatively, a ball screw can be placed in a vacuum and a servo motor can be installed outside. The moving means may be any moving means.

ヘッドおよびステージの被接合物保持手段としては、メカニカルなチャッキング方式であっても良いが、静電チャックを設けることが好ましい。また、加熱のためのヒータを備えるとともに、プラズマ電極(エネルギー波照射手段)ともなっており、保持手段、加熱手段、プラズマ発生手段の3つの機能を備える。減圧手段としては、排気管915に真空ポンプ917がつながれ、排気弁916により開閉と流量調整が行われ、真空度を調整可能な構造となっている。また、吸入側は、吸気管918に吸入ガス切り替え弁920が連結され吸気弁919により開閉と流量調整が行われる。   The head and stage to-be-bonded object holding means may be a mechanical chucking method, but is preferably provided with an electrostatic chuck. In addition to providing a heater for heating, it also serves as a plasma electrode (energy wave irradiation means), and has three functions of a holding means, a heating means, and a plasma generating means. As a decompression means, a vacuum pump 917 is connected to an exhaust pipe 915, and opening / closing and flow rate adjustment are performed by an exhaust valve 916 so that the degree of vacuum can be adjusted. On the intake side, an intake gas switching valve 920 is connected to an intake pipe 918, and opening / closing and flow rate adjustment are performed by an intake valve 919.

吸入ガスとしてはプラズマの反応ガスを2種類連結でき、例えばArと酸素をつなぐことができる。もう一つは大気解放用の大気または窒素がつながれる。真空度や反応ガス濃度は吸気弁919と排気弁916の開閉含めた流量調整により最適な値に調整可能となっている。また、真空圧力センサーを真空チャンバー内に設置することで自動フィードバックすることもできる。   As the suction gas, two kinds of plasma reaction gases can be connected, for example, Ar and oxygen can be connected. The other is connected to the atmosphere or nitrogen for release. The degree of vacuum and the reaction gas concentration can be adjusted to optimum values by adjusting the flow rate including opening and closing of the intake valve 919 and the exhaust valve 916. In addition, automatic feedback can be performed by installing a vacuum pressure sensor in the vacuum chamber.

アライメント用の光学系からなるアライメントマーク認識手段がステージ待機位置の上方とヘッド下方に真空チャンバー外部に配置される。認識手段の数は最低ステージ、ヘッド側に1つずつあれば良く、チップのような小さなものを認識するのであれば、アライメントマークがθ方向成分も読みとれる形状や2つのマークを1視野内に配置することで1つの認識手段でも十分読み取ることができるが、本実施形態のようにウエハーのような半径方向に大きなものは両端に2つずつ配置した方がθ方向の精度を高く読み取ることができるので好ましい。   Alignment mark recognition means comprising an alignment optical system is disposed outside the vacuum chamber above the stage standby position and below the head. The number of recognition means should be at least one on the stage and head side. If a small object such as a chip is to be recognized, the shape of the alignment mark can also read the θ direction component and two marks within one field of view. Although it is possible to read sufficiently even with one recognition means by arranging, it is possible to read with high accuracy in the θ direction when two large ones such as wafers are arranged at both ends as in this embodiment. It is preferable because it is possible.

また、認識手段は水平方向や焦点方向へ移動可能な手段を設けて、任意の位置のアライメントマークを読みとれるようにしても良い。また、認識手段は、例えば可視光やIR(赤外)光からなる光学レンズをともなったカメラからなる。真空チャンバーには認識手段の光学系が透過できる材質、例えばガラスからなる窓が配置され、そこを透過して真空チャンバー中の被接合物のアライメントマークを認識する。被接合物上には例えば各上ウエハー、下ウエハーの対向する表面にアライメントマークが施され位置精度良く認識することができる。アライメントマークは特定の形状であることが好ましいが、ウエハー上に施された回路パターンなどの一部を流用しても良い。また、マークとなるものが無い場合はオリフラなどの外形を利用することもできる。   Further, the recognition means may be provided with means that can move in the horizontal direction or the focal direction so that the alignment mark at an arbitrary position can be read. The recognition means is a camera with an optical lens made of, for example, visible light or IR (infrared) light. A window made of a material, for example, glass, that can be transmitted through the optical system of the recognition means is disposed in the vacuum chamber, and the alignment mark of the object to be bonded in the vacuum chamber is recognized through the window. For example, alignment marks are provided on the surfaces of the upper wafer and the lower wafer facing each other on the object to be bonded so that they can be recognized with high positional accuracy. The alignment mark preferably has a specific shape, but a part of a circuit pattern or the like provided on the wafer may be used. Further, when there is no mark, an outline such as an orientation flat can be used.

ステージ待機位置で上下ウエハーの両アライメントマークを読み取り、接合位置へステージを移動させ、ヘッド側でX、Y、θ方向へアライメント移動を行う。待機位置の読みとり結果を接合位置で反映させるため、ステージの待機位置と接合位置の相対移動距離ベクトルは繰り返し同じ結果となるよう精度が必要である。そのため、ガイドには高精度な繰り返し精度を持つものを使用し、かつ、両サイドでの位置認識を高精度に読み取るリニアスケールを配置している。   The alignment marks on the upper and lower wafers are read at the stage standby position, the stage is moved to the bonding position, and the alignment is moved in the X, Y, and θ directions on the head side. In order to reflect the reading result of the standby position at the joining position, it is necessary to have an accuracy so that the relative movement distance vectors of the standby position of the stage and the joining position are repeatedly the same. For this reason, a guide having a high repeatability is used, and a linear scale that reads position recognition on both sides with high accuracy is arranged.

リニアスケールを移動手段にフィードバックすることで停止位置精度を高める方法と移動手段が簡易なシリンダのようなものやボルトナット機構のようなバックラッシュのあるものである場合は、リニアスケールを両停止位置で読み取り、行き過ぎや行き足りない分をヘッド側アライメント移動手段を移動させる時に考慮して補正することで容易に高精度を達成することができる。また、ナノレベルにより高精度にファインアライメントする場合は、粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μm程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、IR兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを同時認識して再度X、Y、θ方向へアライメントすることができる。認識手段が焦点方向に移動手段を持つ場合は上下個別に認識することもできるが、近接させて同時認識した方が精度上より好ましい。   If the linear scale is fed back to the moving means to improve the stopping position accuracy and the moving means is a simple cylinder or backlash like a bolt / nut mechanism, the linear scale should be Therefore, it is possible to easily achieve high accuracy by making corrections by taking into account when the head-side alignment moving means is moved. Also, when fine alignment is performed with high precision at the nano level, after performing rough positioning, visible light and IR combined recognition means are used for the head side recognition means with the upper wafer and the lower wafer brought close to about several μm. However, by providing a transmission hole or a transmission material at the position of the alignment mark on the stage, the alignment mark on both wafers can be simultaneously recognized through the stage from below, and alignment in the X, Y, and θ directions can be performed again. . When the recognition means has a movement means in the focal direction, it can be recognized separately in the upper and lower directions, but it is more preferable in terms of accuracy to make the recognition close and simultaneously recognize.

ファインアライメントする場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はXY方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。画像認識手段としてはサブピクセルアルゴリズムを使用することで赤外線の解像度以上の認識精度を得ることが可能となる。また、近接させてアライメントしておけば接合時に必要なZ移動量は最低限の数μm以内となるため、Z移動に対するガタや傾きを最小限に押さえられ高精度なナノレベルの接合精度を達成することができる。   When fine alignment is performed, accuracy can be improved by repetitive alignment. In addition, since the θ direction is affected by the runout, the accuracy is reduced to the nano level by performing alignment only in the XY direction after entering within a certain range. Can be improved. By using a sub-pixel algorithm as an image recognition means, it is possible to obtain recognition accuracy that is higher than the infrared resolution. In addition, if they are aligned close to each other, the amount of Z movement required during bonding is within a minimum of several μm, so that the backlash and inclination with respect to Z movement can be kept to a minimum, achieving highly accurate nano-level bonding accuracy. can do.

次に動作フローを図32を参照しながら解説する。まず、(a)に示すように、真空チャンバーの前扉を開いた状態で上ウエハーと下ウエハーをステージとヘッドに保持させる。これは人手でも良いが、カセットから自動でローディングしても良い。次に(b)に示すように、前扉を閉め、真空チャンバー内を減圧する。不純物を取り除くために10−3Torr以下に減圧することが好ましい。続いて(c)、(d)に示すように、プラズマ反応ガスである例えばArを供給し、例えば10−2Torr程度の一定の真空度でプラズマ電極にプラズマ発生用電圧を印加し、プラズマを発生させる。 Next, the operation flow will be described with reference to FIG. First, as shown in (a), the upper wafer and the lower wafer are held on the stage and head with the front door of the vacuum chamber opened. This may be done manually, but may be automatically loaded from the cassette. Next, as shown in (b), the front door is closed and the vacuum chamber is depressurized. In order to remove impurities, the pressure is preferably reduced to 10 −3 Torr or less. Subsequently, as shown in (c) and (d), for example, Ar, which is a plasma reaction gas, is supplied, and a plasma generation voltage is applied to the plasma electrode at a constant degree of vacuum of, for example, about 10 −2 Torr. generate.

発生されたプラズマイオンは電源が接続された側の電極に保持されたウエハーの表面に向かって衝突し、表面の酸化膜や有機物層などの付着物がエッチングされることにより表面活性化される。同時に両ウエハーを洗浄することも可能であるが、1つのマッチングボックスを切り替えることで交互に洗浄することもできる。また、洗浄後または洗浄中に反応ガスやエッチング物を取り除くために10−3Torr以下に減圧することが好ましい。接合表面に打ち込まれたArを取り除くには100〜200℃程度に加熱を併用することもできる。 The generated plasma ions collide toward the surface of the wafer held by the electrode to which the power source is connected, and surface deposits such as oxide films and organic layers are etched to activate the surface. Both wafers can be cleaned at the same time, but can also be cleaned alternately by switching one matching box. Further, it is preferable to reduce the pressure to 10 −3 Torr or less in order to remove the reaction gas and the etched product after or during the cleaning. In order to remove Ar implanted into the bonding surface, heating can be used in combination at about 100 to 200 ° C.

続いて、図32(e)に示すようにステージ待機位置でヘッド側、ステージ側の各々の認識手段で真空中で上下ウエハー上のアライメントマークを読み取り、位置を認識する。続いて(f)に示すように、ステージは接合位置へスライド移動する。この時の認識された待機位置とスライド移動した接合位置の相対移動はリニアスケールを用いて高精度に行われる。ナノレベルの高精度が要求される場合は7に示す工程を追加する。粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μm程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、IR兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを赤外透過して同時認識し、再度X、Y、θ方向へアライメントすることができる。この場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はXY方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。   Subsequently, as shown in FIG. 32 (e), the alignment marks on the upper and lower wafers are read in vacuum by the recognition means on the head side and the stage side at the stage standby position to recognize the positions. Subsequently, as shown in (f), the stage slides to the joining position. The relative movement between the recognized standby position and the sliding joint position at this time is performed with high accuracy using a linear scale. When nano-level high accuracy is required, the process shown in 7 is added. After rough positioning, visible light and IR recognition means are used for the head side recognition means with the upper wafer and the lower wafer brought close to each other by several μm. , The alignment marks on both wafers are transmitted through the stage from the lower part and transmitted through the infrared rays to be simultaneously recognized, and can be aligned again in the X, Y, and θ directions. In this case, it is possible to improve accuracy by repeatedly aligning, and the θ direction is affected by the runout, so after entering within a certain range, the accuracy can be improved to the nano level by performing alignment only in the XY direction. .

続いて、図32(h)に示すように、ヘッドを下降させ、両ウエハーを接触させ、位置制御から圧力制御へと切り替え加圧する。圧力検出手段により接触を検出し高さ位置を認識しておいた状態で、圧力検出手段の値をトルク制御式昇降駆動モータにフィードバックし設定圧力になるように圧力コントロールする。また、必要に応じて接合時に加熱を加える。常温で接触させた後、昇温させることで精度をキープさせた状態で加熱することができる。続いて(i)に示すように、ヘッド側保持手段を解放し、ヘッドを上昇させる。続いて(j)に示すように、ステージを待機位置に戻し、真空チャンバー内を大気解放する。続いて(k)に示すように、前扉を開けて接合された上下ウエハーを取り出す。人手でも良いが自動でカセットにアンローディングすることが好ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 32 (h), the head is lowered, both wafers are brought into contact with each other, and pressure is switched from position control to pressure control. In a state where the contact is detected by the pressure detection means and the height position is recognized, the value of the pressure detection means is fed back to the torque control type lifting drive motor to control the pressure so as to become the set pressure. Further, heating is applied at the time of joining as necessary. After contacting at normal temperature, heating can be performed while maintaining accuracy by raising the temperature. Subsequently, as shown in (i), the head side holding means is released and the head is raised. Subsequently, as shown in (j), the stage is returned to the standby position, and the inside of the vacuum chamber is released to the atmosphere. Subsequently, as shown in (k), the front and rear wafers are taken out by opening the front door. Although it may be manual, it is preferable to automatically unload the cassette.

また、洗浄(エネルギー波による処理)時に少なくとも一方の被接合物の対向面に金属電極を配置し、スパッタすることにより該被接合物の接合表面に電極を構成する金属からなる金属膜を形成した後、被接合物どうしを接合することもできる。被接合物を移動させて、被接合物の接合面が対向していない状態で、プラズマを発生させることができるため、接合面(接合部)の対向面にスパッタさせる金属を配置し、その金属をプラズマ発生用の電極とすることにより、該金属が被接合物表面(接合面)にスパッタされ、該金属からなる金属薄膜が形成される。また、スパッタする金属をヘッド側、ステージ側で異なるものを使用することができる。   In addition, a metal electrode is disposed on the facing surface of at least one object to be bonded at the time of cleaning (treatment with energy waves), and a metal film made of metal constituting the electrode is formed on the bonding surface of the object to be bonded by sputtering. Thereafter, the objects to be joined can be joined together. Since the object can be moved and plasma can be generated in a state where the bonding surfaces of the objects to be bonded do not face each other, a metal to be sputtered is disposed on the opposite surface of the bonding surface (bonding portion). Is used as an electrode for plasma generation, the metal is sputtered onto the surface of the object to be joined (joint surface), and a metal thin film made of the metal is formed. Further, different metals can be used for sputtering on the head side and the stage side.

また、プラズマの反応ガスを一方の被接合物と他方の被接合物とで異なるガスを使用し、個別に洗浄するすることができる。   Further, the plasma reaction gas can be cleaned individually using different gases for one object to be bonded and the other object to be bonded.

また、少なくとも一方の被接合物保持手段の表面に弾性材を配し、被接合物の接合時に弾性材を介して両被接合物を加圧してもよい。このような構成とすれば、被接合物どうしの平行度をならわせることができる。また、薄い被接合物であれば平坦度もならわせることができる。   Further, an elastic material may be disposed on the surface of at least one of the objects to be bonded, and both objects to be bonded may be pressurized via the elastic material when the objects to be bonded are bonded. With such a configuration, the parallelism between the objects to be joined can be made uniform. Moreover, if it is a thin to-be-joined object, flatness can also be made equal.

また、ステージおよび/またはヘッドに被接合物保持手段が球面軸受けで保持される構成としてもよい。このような構成とすれば、被接合物の接合時、または接合前に被接合物どうしを接触加圧して少なくとも一方の被接合物に他方の傾きを合わせることができる。そのため、被接合物どうしの平行度をならわせて接合することができる。   Moreover, it is good also as a structure by which a to-be-joined object holding | maintenance means is hold | maintained at a stage and / or a head with a spherical bearing. With such a configuration, the objects to be bonded can be contact-pressed during bonding of the objects to be bonded or before bonding, so that the inclination of the other can be adjusted to at least one of the objects to be bonded. Therefore, it is possible to join with the parallelism of the objects to be joined.

また、プラズマ処理により被接合物の接合面を表面活性化させて接合しているため、被接合どうしの接合時の加熱温度を従来の錫鉛ハンダの溶融温度である183℃以下である180℃以下で固相接合することができる。また、100℃以下でも可能であり、室温でも可能であり好ましい。   In addition, since the bonding surfaces of the objects to be bonded are surface-activated by plasma treatment, the heating temperature at the time of bonding between the objects to be bonded is 180 ° C. which is 183 ° C. or less which is the melting temperature of conventional tin-lead solder. Solid phase bonding can be performed as follows. Further, it is possible at 100 ° C. or lower, and it is possible at room temperature, which is preferable.

また、上記方法で半導体同士を張り合わせることで三次元的な構造にできるため、より集積度を上げた半導体装置を形成できるので好ましい。   In addition, since a three-dimensional structure can be obtained by bonding semiconductors by the above method, a semiconductor device with a higher degree of integration can be formed, which is preferable.

また、接合時に超音波振動を併用する場合には、ヘッド907はホーン保持部、ホーン、振動子から構成され、振動子による振動がホーンに伝達され、超音波振動をホーンが保持する被接合物へ伝達する。ホーン保持部はホーンや振動子の振動を殺さないように保持する手段からなる。この時の伝達率はホーンと被接合物の摩擦係数と圧力で決まるため、接合が進むにつれ接合面積に比例して加圧力を制御してやることが好ましい。また、ウエハーのような大面積を接合する場合は、横振動タイプの超音波ヘッドでは横振動させるには接合面積が大きくては不可能であるが、縦振動タイプの超音波ヘッドであれば、大面積な面接合も可能となる。また、超音波振動と呼ぶが振動周波数は特に超音波の領域でなくとも良い。特に縦振動タイプにおいては、低周波でも十分効力を発揮する。   In addition, when ultrasonic vibration is used at the time of joining, the head 907 is composed of a horn holding portion, a horn, and a vibrator, and the vibration caused by the vibrator is transmitted to the horn, and the horn holds the ultrasonic vibration. To communicate. The horn holding unit includes means for holding the horn and the vibrator so as not to kill the vibration. Since the transmissibility at this time is determined by the friction coefficient and pressure of the horn and the object to be joined, it is preferable to control the applied pressure in proportion to the joining area as the joining proceeds. In addition, when bonding a large area such as a wafer, it is impossible for the transverse vibration type ultrasonic head to vibrate laterally because the bonding area is large, but if it is a longitudinal vibration type ultrasonic head, Large area surface bonding is also possible. Although referred to as ultrasonic vibration, the vibration frequency does not have to be particularly in the ultrasonic region. Especially in the case of the longitudinal vibration type, the effect is sufficiently exhibited even at a low frequency.

また、上記実施形態では被接合物としてウエハーを上げたが、チップと基板であっても良い。被接合物はウエハーやチップ、基板に限らずいかなる形態のものでも良い。   Moreover, although the wafer was raised as a to-be-joined object in the said embodiment, a chip | tip and a board | substrate may be sufficient. The object to be bonded is not limited to a wafer, a chip, and a substrate, and may be in any form.

また、被接合物の保持手段としては静電チャック方式が望ましいが、メカニカルにチャッキングする方式でも良い。また、大気中でまず真空吸着保持させておいて密着させた後、メカニカルチャックする方法が密着性が上がり好ましい。   The holding means for the object to be joined is preferably an electrostatic chuck method, but may be a mechanical chucking method. In addition, a method of mechanically chucking after first vacuum-sucking and adhering in the atmosphere is preferable because adhesion is improved.

また、上記実施形態では、ヘッド側がアライメント移動手段と昇降軸を持ち、ステージ側がスライド軸を持ったが、アライメント移動手段、昇降軸、スライド軸はヘッド側、ステージ側にどのように組み合わせられても良く、また、重複しても良い。また、ヘッドおよびステージを上下に配置しなくとも左右配置や斜めなど特に配置方向に依存しない。   In the above embodiment, the head side has the alignment moving means and the lifting shaft, and the stage side has the slide shaft. However, the alignment moving means, the lifting shaft, and the slide shaft can be combined in any way on the head side and the stage side. Good and may overlap. Further, even if the head and the stage are not arranged vertically, it does not depend on the arrangement direction such as left-right arrangement or diagonal.

また、ステージを移動させた状態でプラズマ洗浄する場合は、ヘッドとステージの電極形状、周囲の形状が似かよっているため電界環境は似かよっている。そのため、プラズマ電源を自動調整するマッチングボックスは個別のものを使用しなくとも、一つのもので電極を切り替え、順次ヘッド側、ステージ側と洗浄することができる。そうすることでコンパクト化、コストダウン化を達成できる。   Also, when plasma cleaning is performed with the stage moved, the electric field environment is similar because the electrode shape of the head and the stage and the surrounding shape are similar. Therefore, the matching box for automatically adjusting the plasma power source can be switched to the head side and the stage side sequentially by switching the electrodes by one without using an individual one. By doing so, downsizing and cost reduction can be achieved.

<その他>
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、第1実施形態おいて、同一の装置で被接合物の表面活性化処理(洗浄)から被接合物の接合までを一括した処理として実行していたが、エネルギー波による被接合物の表面活性化処理と、被接合物の接合を行う接合処理とを、それぞれ別の装置で行っても構わない。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first embodiment, the process from the surface activation process (cleaning) of the object to be bonded to the bonding of the object to be bonded is performed as a batch process with the same apparatus. The activation process and the bonding process for bonding the objects to be bonded may be performed by different apparatuses.

また、上記実施形態において、少なくとも一方の被接合物保持手段(ヘッドまたはステージ)の表面に弾性材を配し、被接合物の接合時に弾性材を介して両被接合物を加圧しても構わない。このような構成とすれば、被接合物どうしの平行度をならわせることができる。また、薄い被接合物であれば平坦度もならわせることができる。   In the above embodiment, an elastic material may be disposed on the surface of at least one object holding means (head or stage), and both objects to be bonded may be pressurized via the elastic material when the objects to be bonded are bonded. Absent. With such a configuration, the parallelism between the objects to be joined can be made uniform. Moreover, if it is a thin to-be-joined object, flatness can also be made equal.

また、上記実施形態において、ステージおよび/またはヘッドに被接合物保持手段が球面軸受けで保持され、被接合物の接合時または接合前に被接合物同士を接触加圧して少なくとも一方の被接合物に他方の傾きを合わせることができる構造にしてもよい。このような構成とすれば、平行度をならわせて接合することができる(図29参照)。   In the above-described embodiment, the object holding means is held by the stage and / or the head with a spherical bearing, and at least one of the objects to be bonded is obtained by contacting and pressing the objects to be bonded at the time of bonding of the objects to be bonded or before bonding. It is also possible to adopt a structure in which the other inclination can be matched. With such a structure, it is possible to join with parallelism (see FIG. 29).

また、超音波発信器とホーンを被接合物保持ツールの代わりに備えることで、前記接合時に加熱接合に代えて超音波振動を与えることで、より容易に固相で金属接合することができる。この場合、低温で接合でき、また、室温でも接合することが可能であるため、熱膨張影響を受けず固相で金属接合できる。振幅を小さく抑え、加圧してから振動を与えることにより位置ずれなく高精度に実装することができる。   Further, by providing an ultrasonic transmitter and a horn instead of the object holding tool, metal bonding can be more easily performed in a solid phase by applying ultrasonic vibration instead of heat bonding during the bonding. In this case, since bonding can be performed at a low temperature and also at room temperature, metal bonding can be performed in a solid phase without being affected by thermal expansion. It can be mounted with high accuracy without displacement by suppressing the amplitude to a small level and applying vibration after applying pressure.

また、ホーンとホーン保持部と振動子からなる超音波振動ヘッドを備え、前記大気中での接合時に2μm以下の振幅からなる超音波振動を被接合物に印加し、150MPa以下の荷重、180℃以下の加熱で固相で金属接合する方法および接合装置であってもよい。大気中での接合時に超音波振動を印加するとより接合し易くなる。既に表面活性化されているので超音波エネルギーは小さくて良く、ダメージや位置ずれを押さえられる2μm以下の振幅で十分である。また、1μm以下であればより好ましい。また、超音波を印加することで接合荷重は半分以下の150MPa以下に下げられる。金の金属突起を接合する場合、常温では300MPa程度の高加圧力で押しつぶさないと接合できないことになる。このバンプが半導体回路面上にある場合は、一般的に200MPa以上では回路によってはダメージを与えてしまう。実験条件としては、半導体チップに金属突起となる50μm角で高さ20μm、バンプの高さばらつきが1μmの金バンプを使用した半導体チップを金薄膜基板上へ超音波接合した場合と常温接合した場合、常温接合の場合は、80g/bumpで始めて接合可能となったが、超音波を印加した場合においては40g/bump以上の荷重で接合が可能であった。よってバンプつぶれ代として1μm以上のバンプを押しつぶすことが必要であることが分かる。20μm高さのバンプを金メッキで作る場合において、高さばらつきを1μmに抑えるのが限界であるため、この程度のバンプを押しつぶすことが必要である。   In addition, an ultrasonic vibration head including a horn, a horn holding portion, and a vibrator is provided, and ultrasonic vibration having an amplitude of 2 μm or less is applied to an object to be bonded at the time of bonding in the atmosphere, a load of 150 MPa or less, 180 ° C. A method and a bonding apparatus for metal bonding in a solid phase by the following heating may be used. When ultrasonic vibration is applied at the time of joining in the atmosphere, joining becomes easier. Since the surface has already been activated, the ultrasonic energy may be small, and an amplitude of 2 μm or less that can suppress damage and displacement is sufficient. Moreover, it is more preferable if it is 1 micrometer or less. Further, by applying ultrasonic waves, the bonding load can be lowered to 150 MPa or less, which is half or less. When gold metal protrusions are bonded, bonding cannot be performed unless they are crushed at a high pressure of about 300 MPa at room temperature. When this bump is on the surface of the semiconductor circuit, it is generally damaged depending on the circuit at 200 MPa or more. The experimental condition is that when a semiconductor chip using a gold bump with a 50 μm square, 20 μm height and 1 μm bump height variation to be a metal protrusion on the semiconductor chip is ultrasonically bonded onto a gold thin film substrate and at room temperature bonding In the case of normal temperature bonding, bonding was possible for the first time at 80 g / bump, but when ultrasonic waves were applied, bonding was possible with a load of 40 g / bump or more. Therefore, it can be seen that it is necessary to crush bumps of 1 μm or more as a bump crushing allowance. In the case where a bump having a height of 20 μm is formed by gold plating, it is necessary to crush the bumps of this degree because it is the limit to suppress the height variation to 1 μm.

金属の硬度と接合強度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the hardness of a metal, and joining strength. 接合界面の凹凸による付着膜の除去状況模式図。The removal schematic diagram of the adhesion film by the unevenness | corrugation of a joining interface. 接合時の接合界面での結晶方向の回転模式図。The rotation schematic diagram of the crystal direction in the joining interface at the time of joining. 接合表面粗さと接合強度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between joining surface roughness and joining strength. 接合時のヘッド停止時間と接合強度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the head stop time at the time of joining, and joining strength. 接合時のヘッド停止時の加熱温度と接合強度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the heating temperature at the time of the head stop at the time of joining, and joining strength. レベリングの有無による接合荷重と接合強度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the joining load by the presence or absence of leveling, and joining strength. バンプ表面の粗さを表す模式図。The schematic diagram showing the roughness of the bump surface. バンプ高さのばらつきを表す模式図。The schematic diagram showing the variation in bump height. レベリングの模式図。Schematic diagram of leveling. レベリング後のチップと基板との接合を表す模式図。The schematic diagram showing joining of the chip | tip and a board | substrate after leveling. 発光素子の調芯方法説明図。Explanatory drawing of the alignment method of a light emitting element. 側面発光素子のPLC上の光ファイバーへの調芯方法側面図。The side view of the alignment method to the optical fiber on PLC of a side light emitting element. 側面発光素子の光ファイバー埋め込み型基板への調芯方法側面図。The side view of the alignment method to the optical fiber embedding type | mold board | substrate of a side surface light emitting element. 発行素子調芯接合装置。Issuing element alignment joining device. 金膜の拡散を表す模式図。The schematic diagram showing diffusion of a gold film. 平行発光素子の光学路変換手段による側方からの一括認識構成図。The block recognition block diagram from the side by the optical path conversion means of a parallel light emitting element. 平面発光素子の光学路変換手段による側方からの一括認識構成図。The block recognition block diagram from the side by the optical path conversion means of a planar light emitting element. 接合装置を示す図。The figure which shows a joining apparatus. 接合装置を示す図。The figure which shows a joining apparatus. 接合過程を示す図。The figure which shows a joining process. 2視野認識手段を用いた大気中でのアライメント構成図。The alignment block diagram in the air | atmosphere using 2 visual field recognition means. IR認識手段を用いた真空中でのアライメント構成図。The alignment block diagram in the vacuum using IR recognition means. デバイスのチップレベルの構成図。The block diagram of the chip level of a device. デバイスのウエハーレベルの構成図。The wafer level block diagram of a device. RFプラズマ電源図。RF plasma power supply diagram. パルス波プラズマ電源図。Pulse wave plasma power supply diagram. パルス幅によるダメージ軽減方法。Damage reduction method by pulse width. 接合装置を示す図。The figure which shows a joining apparatus. 洗浄装置および接合装置を示す図。The figure which shows a washing | cleaning apparatus and a joining apparatus. 接合装置を示す図。The figure which shows a joining apparatus. 接合過程を示す図。The figure which shows a joining process.

符号の説明Explanation of symbols

20…チップ(被接合物)
20a…バンプ(接合部)
22…チップ(被接合物)
22a…バンプ(接合部)
25…上下駆動機構
26…ヘッド部
28…実装機構(ステージ)
42,44…プローブ
531…Z軸(上下駆動機構)
532…ピストン型ヘッド(ヘッド)
539…下部電極(ステージ)
550…倣い機構(球面軸受け)
20 ... chip (bonded object)
20a ... Bump (joint)
22 ... Chip (object to be joined)
22a ... Bump (joint)
25 ... Vertical drive mechanism 26 ... Head part 28 ... Mounting mechanism (stage)
42, 44 ... Probe 531 ... Z-axis (vertical drive mechanism)
532 ... Piston type head (head)
539 ... Lower electrode (stage)
550 ... Copying mechanism (spherical bearing)

Claims (27)

金属からなる接合部を有する被接合物どうしを接合する接合方法において、
少なくとも一方の前記接合部を輪郭状に形成し、前記両接合部をプラズマで表面活性化した後、前記接合部どうしを衝合させて加圧することで前記接合部に再付着した有機物や酸化膜からなる付着物層を押し破って接合し、前記被接合物の接合面間に前記接合部によって前記輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することを特徴とする接合方法。
In a joining method for joining objects to be joined having a joint made of metal,
After forming at least one of the joints in a contour shape and surface-activating both the joints with plasma, the joints are brought into contact with each other to pressurize them to reattach the organic matter or oxide film A bonding layer formed by piercing and bonding a deposit layer, and sealing a space formed by the bonding portion between the bonding surfaces of the objects to be bonded to the contour shape in a predetermined atmosphere. Method.
前記被接合物どうしを真空中で接合することにより前記空間を真空雰囲気で封止する請求項1記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1, wherein the space is sealed in a vacuum atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a vacuum. 前記被接合物どうしを封入ガス中で接合することにより、前記空間を前記封入ガス雰囲気で封止する請求項1記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1, wherein the space is sealed in the sealed gas atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a sealed gas. 前記被接合物どうしを、室温〜180℃以下の低温加熱下で固相で接合する請求項1ないし3のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 1 to 3, wherein the objects to be joined are joined in a solid phase under a low temperature heating of room temperature to 180 ° C or lower. 前記接合部の硬度が20Hv〜200Hvであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 1 to 4, wherein a hardness of the joining portion is 20Hv to 200Hv. 前記接合部は金である請求項1ないし5のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to claim 1, wherein the joining portion is gold. 前記被接合物の前記接合部は、硬度が200Hv以下である母材の表面に金膜を形成して構成され、
前記被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる請求項1ないし5のいずれかに記載の接合方法。
The joining portion of the article to be joined is formed by forming a gold film on the surface of a base material having a hardness of 200 Hv or less,
The bonding method according to claim 1, wherein the gold film is diffused in the base material after the objects to be bonded are bonded.
前記被接合物は、前記接合部が、前記母材が銅で、該母材の表面に金膜を形成して構成された複数の金属バンプからなる半導体またはMEMSデバイスであり、該被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる請求項7記載の接合方法。   The object to be bonded is a semiconductor or a MEMS device including a plurality of metal bumps in which the bonding portion is formed by forming a gold film on a surface of the base material and the base material is copper. The joining method according to claim 7, wherein the gold film is diffused in the base material after joining the two. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部を構成する前記金あるいは前記金膜は、1μm以上の厚さの金メッキである請求項6ないし8のいずれかに記載の接合方法。   The bonding method according to claim 6, wherein the gold or the gold film constituting the bonding portion of at least one of the objects to be bonded is gold plating having a thickness of 1 μm or more. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部の表面粗さRyが120nm〜2μmである請求項1〜9のいずれかに記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1, wherein the surface roughness Ry of the bonded portion of at least one of the bonded objects is 120 nm to 2 μm. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部をレベリングした後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する請求項1〜9のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 1 to 9, wherein, after leveling the joining portion of at least one of the objects to be joined, the joining portion of each of the objects to be joined is treated with the plasma and then joined. 前記レベリングを対向する前記被接合物により、該被接合物どうしを接合する前に行う請求項11記載の接合方法。   The bonding method according to claim 11, wherein the leveling is performed before the objects to be bonded are bonded to each other by the objects to be bonded. 前記被接合物が、半導体もしくはMEMSデバイスからなるチップ、またはウエハーである請求項1ないし12のいずれかに記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1, wherein the object to be bonded is a chip or a wafer made of a semiconductor or a MEMS device. 請求項1ないし13のいずれかに記載の接合方法で形成された半導体デバイスまたはMEMSデバイスなどのデバイス。   A device such as a semiconductor device or a MEMS device formed by the bonding method according to claim 1. 金属からなる接合部を有する被接合物どうしを接合する接合装置において、
一方の前記被接合物を保持するヘッドと、
他方の前記被接合物を保持するステージと、
前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を前記被接合物の接合面とほぼ垂直な方向に加圧制御が可能な上下駆動機構とを備え、
少なくとも一方の前記接合部が輪郭状に形成され、前記両接合部がプラズマで表面活性化された後、前記接合部に有機物や酸化膜からなる付着物層が再付着した前記被接合物どうしを、
前記接合部どうしを衝合させて加圧することで押し破って接合し、前記被接合物の接合面間に前記接合部によって前記輪郭状に囲まれて形成される空間を所定の雰囲気に封止することを特徴とする接合装置。
In a joining apparatus for joining objects to be joined having a joint made of metal,
A head for holding one of the objects to be joined;
A stage for holding the other object to be joined;
A vertical drive mechanism capable of controlling the pressure of at least one of the head or the stage in a direction substantially perpendicular to the bonding surface of the workpiece;
After the at least one of the joints is formed in a contour shape, and both the joints are surface-activated by plasma, the adherend layer made of an organic substance or an oxide film is reattached to the joints. ,
The joints are brought into contact with each other and pressurized to press and join, and the space formed between the joint surfaces of the objects to be joined and surrounded by the contour is sealed in a predetermined atmosphere. The joining apparatus characterized by performing.
減圧チャンバー内に、
前記ヘッドと、
前記ステージと、
前記上下駆動機構とを備え、
前記被接合物どうしを真空中で接合することにより前記空間を真空雰囲気で封止する請求項15記載の接合装置。
In the vacuum chamber,
The head;
The stage;
The vertical drive mechanism,
The bonding apparatus according to claim 15, wherein the space is sealed in a vacuum atmosphere by bonding the objects to be bonded together in a vacuum.
減圧チャンバー内に、
前記ヘッドと、
前記ステージと、
前記上下駆動機構とを備え、
前記減圧チャンバー内を封入ガスに置換し、該封入ガス中で前記被接合物どうしを接合することにより、前記空間を前記封入ガス雰囲気で封止する請求項15記載の接合装置。
In the vacuum chamber,
The head;
The stage;
The vertical drive mechanism,
The bonding apparatus according to claim 15, wherein the space is sealed in the sealed gas atmosphere by replacing the inside of the decompression chamber with a sealed gas and bonding the objects to be bonded in the sealed gas.
前記被接合物どうしを、室温〜180℃以下の低温加熱下で固相で接合する請求項15ないし17のいずれかに記載の接合装置。   The bonding apparatus according to any one of claims 15 to 17, wherein the objects to be bonded are bonded in a solid phase under low temperature heating of room temperature to 180 ° C or lower. 前記接合部の硬度が20Hv〜200Hvである被接合物どうしを接合することを特徴とする請求項15ないし18のいずれかに記載の接合装置。   The joining device according to any one of claims 15 to 18, wherein the joined objects having a hardness of the joining portion of 20Hv to 200Hv are joined together. 前記接合部が金で構成される前記被接合物どうしを接合する請求項15ないし19のいずれかに記載の接合装置。   The joining device according to any one of claims 15 to 19, wherein the joined parts are made of gold and are joined together. 前記被接合物の前記接合部は、硬度が200Hv以下である母材の表面に金膜を形成して構成され、
前記被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる請求項15ないし19のいずれかに記載の接合装置。
The joining portion of the article to be joined is formed by forming a gold film on the surface of a base material having a hardness of 200 Hv or less,
The bonding apparatus according to claim 15, wherein the gold film is diffused in the base material after bonding the objects to be bonded.
前記被接合物は、前記接合部が、前記母材が銅で、該母材の表面に金膜を形成して構成された複数の金属バンプからなる半導体またはMEMSデバイスであり、該被接合物どうしを接合した後、前記金膜を前記母材に拡散させる請求項21記載の接合装置。   The object to be bonded is a semiconductor or MEMS device including a plurality of metal bumps in which the bonding portion is formed by forming the gold film on the surface of the base material, and the base material is copper. The bonding apparatus according to claim 21, wherein the gold film is diffused into the base material after bonding the two. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部を構成する前記金あるいは前記金膜は、1μm以上の厚さの金メッキである被接合物どうしを接合する請求項20ないし22のいずれかに記載の接合装置。   The bonding according to any one of claims 20 to 22, wherein the gold or the gold film constituting the bonding portion of at least one of the objects to be bonded bonds the objects to be bonded which are gold plating having a thickness of 1 µm or more. apparatus. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部の表面粗さRyが120nm〜2μmである前記被接合物どうしを接合する請求項15ないし23のいずれかに記載の接合装置。   The joining apparatus according to any one of claims 15 to 23, wherein the joined objects whose surface roughness Ry of the joined part of at least one of the joined objects is 120 nm to 2 µm are joined together. 少なくとも一方の前記被接合物の前記接合部をレベリングした後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する請求項15ないし23のいずれかに記載の接合装置。   The joining apparatus according to any one of claims 15 to 23, wherein after leveling the joining portion of at least one of the objects to be joined, the joining portion of each of the objects to be joined is treated with the plasma and then joined. 前記レベリングを、前記ヘッドおよび前記ステージにそれぞれ対向保持された前記被接合物どうしを衝合させることにより行った後、各前記被接合物の前記接合部を前記プラズマで処理した後、接合する請求項25記載の接合装置。   The leveling is performed by bringing the objects to be bonded held opposite to the head and the stage into contact with each other, and then bonding the bonded portions of the objects to be bonded after being treated with the plasma. Item 26. A bonding apparatus according to Item 25. 前記プラズマを発生させるエネルギー波照射手段を備えた請求項15ないし26のいずれかに記載の接合装置。   27. The bonding apparatus according to claim 15, further comprising energy wave irradiation means for generating the plasma.
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