JP2007067273A - 圧着機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ウネリ・反り・凹凸などを有し、完全には平坦でない半導体ウェーハ、基板などの平板試料同士の接合に際し、上記に起因する接合部の密着性不良を低減・改善する手段を提供する。
【解決手段】平板試料１、２を押圧する二体の圧着用平板６、８のうちのいずれか一方に、試料面と接触する領域内に複数本の加圧ピストン１１を設け、ウネリ・反り・凹凸などで傾斜している試料面に倣って加圧ピストンにより試料面を押圧できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハと基板などとを接合するための圧着装置に関する。

従来、２枚の平板試料、例えば半導体ウェーハをしかるべき基板に接合するなどの場合には、ソルダや適当な接着剤、または金属同士の熱圧着接合を用いてウェーハと基板とを接合していた。

しかしながら、二体の圧着用平板で２枚の平板試料（例えばウェーハと基板）を平行に押圧したとしても、試料自体のウネリ・反り・凹凸などがあると部分的に空隙のある接合になってしまい、試料全面にわたる均一な接合が困難になる。このため、充分な機械的強度が得られず、また、基板への熱放散も不充分となる部分が発生し、歩留を低下させていた。

本発明の目的は、ウネリ・反り・凹凸などを有し、完全には平坦でない半導体ウェーハ、基板などの平板試料に対して、上記に起因する接合部の密着性不良を低減・改善することにある。

請求項１の発明に係る圧着機構は、相対して平行配置された二体の圧着用平板の間に２枚の平板試料を配置し、圧着用平板で押圧することにより２枚の平板試料を圧着接合する機構において、一方の圧着用の平板の少なくとも試料を押圧すべき領域内に複数本の加圧ピストンを設け、平板試料を圧着接合する際には、複数本の加圧ピストンの先端面が圧着用の一方の加圧面となって平板試料を押圧して接合することを特徴としている。

以下に、例えば、ウネリを持つ試料Ａ（Ｓｉウエーハ）と、平坦で比較的塑性変形が容易な試料Ｂ（基板）を圧着接合する場合を説明する。この場合、複数本の加圧ピストンの先端面で試料Ｂを押圧する。これにより、試料Ｂは、複数に分割されて押圧されるので、試料Ａのウネリのある傾斜面に倣って試料Ｂが変形して試料Ａに密着するようになる。

また、試料ＡとＢの接合位置を合せる必要がある場合には、接合面にあるパタン同士をアライメント機構により予め位置合せをする。

請求項２の発明に係る圧着機構は、複数本の加圧ピストンの先端面と平板試料との間に、変形が容易なシートを挿入し、前記の変形容易なシートを介して２枚の平板試料を押圧して接合することを特徴とする。

上記と同様の試料Ａ，Ｂを接合する場合を考える。請求項１の発明に係る装置では、加圧ピストンの先端面は有限の大きさを持つので、試料Ｂの面を押圧するときに、加圧ピストンの先端面が必ずしも均一に試料Ｂの面を押圧することが出来ない場合がある。

請求項２の発明では、加圧ピストンの先端面と試料Ｂとの間に変形が容易なシート（例えばゴムシート、軟質プラスチックシートなど）を挿入し、このシート面を介して試料Ｂの面を均一に押圧できるようにしている。

請求項３の発明に係る圧着機構では、複数本の加圧ピストンの先端部分に可変角ヘッドを設ける。例えば、この可変角ヘッドがウネリを持つ試料面に接触した際には、可変角ヘッド面と加圧ピストンの可動軸線とのなす角度が全方位的に可変できる「アオリ」機構により、可変角ヘッドは試料面の傾斜角に倣って傾斜するので、複数の可変角ヘッドで試料面を均一に押圧することが出来る。これにより、場合によっては前述した弾性のあるシートを用いることなく、傾斜面を均一に押圧することが出来る。また、弾性のあるシートを用いることを併用すれば、より精密な圧着を行うことが可能となる。

請求項４の発明は、前記の複数本の加圧ピストンの加圧力と加圧するタイミングを各々単独に制御することを特徴としている。これによれば、加圧ピストンで試料面を押圧するときに、例えば、まず、加圧すべき領域の中心部分だけを押圧し、次に同心円状に中心部分の周辺を押圧し、次いで、順次外側部分に向かって同心円状に押圧してゆくということが可能となる。また、各加圧ピストン毎に加圧力を独立して設定できるので、必要に応じて、圧着する面内での加圧力に分布を持たせることも可能となる。

２枚の平板試料のうち、いずれか一方の試料にウネリ、反り、凹凸などがあって完全に平坦でない場合でも、ウネリ、反り、凹凸などのない他の一方の試料が塑性変形可能であれば、本発明による圧着機構を用いることにより、試料のウネリ、反り、凹凸などによる接合時の障害を大幅に低減することができる。

以下、本発明の圧着機構の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施例を示す模式断面図と部分平面図である。
本実施例の圧着ユニット１０では、圧着用平板であるベースプレート８の内部に複数本の加圧ピストン１１が内装されている。本例では、塑性変形が容易な基板２を圧着用ベースプレート８の上に載置している。また、ウネリをもつＳｉウェーハ１を圧着用平板である上部プレート６に真空チャック（図示せず）により吸着・固定している。Ｓｉウェーハ１の接着面にはパタン化されたソルダ（ＡｕＳｎ）パタン層３がある。まず、ガイド機構５で案内しながら、圧着用上部プレート６を下降し、Ｓｉウェーハ1と貼付け用の基板２が接触する少し手前で停止させる。

Ｓｉウェーハのソルダパタン層３に対応するように基板側の相当位置にはメタルバンプ４が設けられているので、パタン合せ機構（図示せず）により上記のソルダパタン層とメタルバンプの位置合せを行う。

その後、再度、圧着用上部プレートを下降させて、Ｓｉウェーハと貼付け用の基板とを接触させ、最後に加圧ピストン１１を空気圧系の加圧ライン１３により全数動作させる。各加圧ピストンヘッド１２での独立した押圧により、塑性変形が容易な貼付け用の基板は、ウネリのあるＳｉウェーハの形状に倣って変形し、Ｓｉウェーハに密着する。本例では、圧着用上部プレート６の内部にヒータ７が設けられており、これにより予め圧着用上部プレートは加熱されている。Ｓｉウェーハと基板が密着接触すると同時に、ソルダにより両者は接合される。

また、場合によっては、加圧ピストンの先端面とこれに対向する試料との間に変形が容易なシート（例えばゴムシート、軟質プラスチックシートなど）を挿入し、このシート面を介して試料面をさらに均一に押圧することもできる。加圧ピストンの先端面の大きさが有限なため、微細な傾斜のある試料面に加圧ピストンの先端面が必ずしも均一に接触できない場合がある。変形容易なシートを挿入することは、加圧ピストンの先端面と接触試料面との間の微小な空隙を前記シートで充填することになる。これにより、変形したシートを介して微小な傾斜を持つ試料面を均一に押圧出来ることになる。

本発明の第２の実施例を図２（模式断面図）に示す。本実施例においては加圧ピストンのヘッド部分が、図示のように加圧ピストンの可動中心軸線２１に対して全方位にわたって可変的に傾斜することができる「アオリ」機構を有する可変角ヘッド２０となっている。これにより、加圧ピストンが押圧すべき面にウネリがあっても、その傾斜に倣って可変角ヘッド面が追従する。その結果、加圧ピストン面と押圧すべき試料面との間に変形可能な緩衝シートなどを挿入しなくとも、試料面を均一に押圧することができる。

本発明の第３の実施例を図３（模式構成図）に示す。本実施例においては、各加圧ピストンに加える油圧ライン３０に、加圧ピストンそれぞれに自動バルブ３２と圧力調整器３１を設け、加圧ピストンが作動するタイミングを各加圧ピストン毎に任意に独立して設定できることを特徴としている。すなわち、各加圧ピストンへの加圧ラインに設けられた自動バルブ（エアオペレーションバルブ）３２の動作タイミングを、予めプログラムに組んでおき、コントローラ（図示せず）により、自動的に自動バルブ３２を開閉することができる。

これによれば、加圧ピストンで試料面を押圧するときに、例えば、まず中心部分だけを押圧し、次に、同心円状に中心部分の周辺を押圧し、ついで、その外側部分を同心円状に押圧して行くというような操作が可能となる。

また、各加圧ピストン毎に各圧力調整器３１により加圧力を独立設定できるので、必要に応じて、圧着する領域面内の特定複数箇所を、各々異なる加圧力によって圧着することも可能になる。

以上の実施例においては、本発明の適用例としてソルダによる圧着接合について述べたが、これに限定されることはなく、適切な加圧力のもとでは接着剤を用いた圧着接合や、Ａｕ（金）の薄膜同士の熱圧着による接合など、種々の接合方式に対しても適用可能である。また、平板状の試料としてＳｉウェーハなどを例として説明したが、これに限定されるものではない。

さらに、加圧ピストンの駆動方法として空気圧系の加圧ラインを用いる例を説明したが、これに限定されるものではなく、その他の適当な気体・液体を圧力伝達媒体として用いることが出来る。

本発明の圧着機構の第1の実施例を示す模式断面図と平面図 本発明の第2の実施例を示す模式断面図 本発明の第3の実施例を示す模式構成図

符号の説明

１・・・・・Ｓｉウェーハ
２・・・・・基板
３・・・・・ソルダパタン層
４・・・・・メタルバンプ
５・・・・・ガイド機構
６・・・・・圧着用上部プレート
７・・・・・ヒータ
８・・・・・圧着用ベースプレート
９・・・・・シリンダ
１０・・・・・圧着機構
１１・・・・・加圧ピストン
１２・・・・・ピストンヘッド
１３、３０・・・・・加圧ライン
２０・・・・・可変角ヘッド
２１・・・・・可動中心軸線
３１・・・・・圧力調整器
３２・・・・・自動バルブ

Claims (4)

1. 相対して平行配置された二体の圧着用平板の間に２枚の平板試料を配置し、圧着用平板で押圧することにより２枚の平板試料を圧着接合する機構において、一方の前記圧着用平板の少なくとも試料を押圧すべき領域内に複数本の加圧ピストンを設け、平板試料を圧着接合する際には、前記複数本の加圧ピストンの先端面が圧着用の一方の加圧面となって平板試料を押圧して接合することを特徴とする圧着機構。
2. 前記複数本の加圧ピストンの先端面と平板試料との間に、変形容易なシートを挿入し、前記シートを介して２枚の平板試料を押圧して接合することを特徴とする請求項１に記載の圧着機構。
3. 前記複数本の加圧ピストンの先端部分に可変角ヘッドを設け、前記可変角ヘッドが平板試料に接触した際に、可変角ヘッドは、平板試料面の傾斜角に倣って可変角ヘッド面と加圧ピストンの可動軸線とのなす角度が全方位的に可変できる「アオリ」機構を有することを特徴とする請求項1、２に記載の圧着機構。
4. 前記複数本の加圧ピストンの加圧力と加圧するタイミングを各々単独に制御することを特徴とする請求項１、２、３に記載の圧着機構。