JP2007301593A - 加圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加圧対象物の加圧したい面に均一な加圧力を加えることができる加圧装置を提供する。
【解決手段】 加圧機構８から加圧軸Ａ上に点加圧される加圧ヘッド２０の加圧対象物である第１のウエハ４との間の加圧対象物に直接接しない位置に接触部１０，１１を形成した応力分散プレート２を配設する。加圧軸Ａ上に加えられた加圧力は、応力分散プレート２に接触部１０，１１として形成された凸部によって形成された空間によって分散され、第１のウエハ４が第２のウエハ５に接する加圧面に均一な加圧力として印加される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加圧対象物の接合面に均一加圧し、複数の加圧対象物を対向する接合面で接合する加圧接合などに適用するのに好適な加圧装置に関するものである。

接合対象物の接合面を表面処理して接合面で衝き合わせ、加圧することによって接合対象物を接合面で加圧接合する場合などにおいて、加圧する対象物の接合面に均一な加圧力を加える加圧装置が必要となる。このような接合面に均一な加圧力を加えるための加圧装置の応用例として、半導体チップを樹脂テープに接合する加圧接合装置が知られている（特許文献１参照）。

上記加圧接合装置は、図７（ａ）に示すように、ステージｅ上に配置された緩衝材ｄ上に樹脂テープｃを置き、この樹脂テープｃに接合する半導体チップｂを重ね合わせ、加圧装置ａにより半導体チップｂ側から加圧することによって半導体チップｂを樹脂テープｃに接合する。前記緩衝材ｄには樹脂テープｃが載置される表面に溝又は突起が形成されており、加圧装置ａにより半導体チップｂが加圧されると、緩衝材ｄの表面は加圧により押し潰されて横方向に広がり溝を埋めるようになるため、加圧装置ａから加えられる加圧力が半導体チップｂと樹脂テープｃとの接合面に均一に加えられ、樹脂テープｃに半導体チップｂが加圧接合される。
特開２００１−１６０５６９号公報

上記従来技術として示した緩衝材を用いた加圧接合装置では、加圧装置から加わる加圧の応力分布が不均一になると、接合対象物に傾きが生じ、均一な加圧力を接合対象物に印加することが困難になる課題があった。緩衝材はその接合対象物に接する面に変形を前提とする溝又は突起を形成しているため、数μｍのアライメント精度を実現するには不向きである。

また、ＭＥＭＳやＳＡＷフィルタなどを構成したウエハはウエハサイズの拡大に伴って、それを加圧接合する際に確保すべき応力分布精度に対しての面積の増加が高い接合精度の確保を困難にしている。不均一な応力分布がある加圧によって接合すると、部分的な接合不良や耐久性の低い箇所ができる可能性がある。

本発明が目的とするところは、加圧対象物の加圧面に均一な加圧力を加えることができる加圧装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る加圧装置は、加圧対象物を保持した加圧ヘッドを加圧手段により加圧して加圧対象物を加圧する加圧装置において、前記加圧ヘッドは、前記加圧手段からの加圧力が加わる加圧軸上に第１空間部を有することを特徴とするものである。

上記構成によれば、加圧ヘッドには、加圧手段から加圧力が加えられる加圧軸上に第１空間部が設けられているので、最も大きな加圧力が加わる加圧軸上の加圧力は第１空間部により外方に分散され、加圧対象物の加圧面に対して均一な加圧力を与えることができる。

上記構成において、加圧手段あるいは加圧ヘッドのいずれか一方に、前記加圧手段と加圧ヘッドとが接触する点接触部（加圧面の面積に対し十分に小さい面積で、軸対象の加圧力を加える手段）を設けることにより、点接触部が加圧軸上に位置するようにすると、点接触部から加えられた加圧力は前記第１空間部により分散され、加圧対象物の加圧面に均一な加圧力を与えることができる。

また、加圧ヘッドは、被加圧部と、部品保持部と、被加圧部と部品保持部との間に配置された応力分散部とにより構成され、前記応力分散部は、第１空間部と、加圧手段の加圧軸を中心とする複数の環状空間部とを有し、前記環状空間部に囲まれた部分あるいは環状空間部同士に囲まれた部分の加圧軸に垂直な断面積が、加圧手段の加圧軸から遠ざかる位置になるほど大きくなるように構成することが好適で、加圧ヘッドによって加圧される加圧対象物には、第１空間部と複数の環状空間部とによって加圧軸上に加えられた加圧力は分散されて加圧対象物の加圧面には均一な加圧が加えられる。

上記構成における第１空間部と環状空間部は、加圧軸に対して軸対称形状とすることにより、加圧対象物が円形のものである場合に有効となる。

上記各構成において、加圧ヘッドの加圧方向に、第２の加圧対象物を載置する載置部を設けることにより、加圧ヘッドが保持した加圧対象物を第２の加圧対象物に向けて加圧し、両加圧対象物を加圧接合する場合などに有効となる。

本発明によれば、加圧ヘッドに設けられた空間部により加圧軸上に加えられた加圧力は分散されるので、加圧対象物の加圧面に均一な加圧力を加えることができ、複数の加圧対象物を加圧接合する場合などに適用すると、加圧力が小さい部位に接合不良が発生したり、加圧力が大きい部位の耐久性が低下したりする不具合を発生させることなく加圧接合する加圧装置を提供することができる。

図１及び図２は、第１の実施形態に係る加圧装置の構成を示すもので、加圧対象物（接合対象物）とする第１のウエハ４と第２のウエハ５とを加圧接合する場合に、本発明による応力分散の構成を利用した加圧接合装置として構成したものである。

図１において、加圧ヘッド２０は、被加圧部１と、その下面に配置された応力分散部２と、応力分散部２の下面に配置された部品保持部３とを備えて構成されている。ここでは、第１のウエハ４と第２のウエハ５とを加圧接合する加圧接合装置として構成しているので、第１のウエハ４は部品保持部３に保持し、第２のウエハ５はステージ６で保持され、ステージ６はステージ固定台７上に固定されている。

図２に示すように、本構成においては、前記応力分散部２は、応力分散プレート２として構成され、前記被加圧部１の下面に取り付けられている。第２のウエハ５に接合する第１のウエハ４は部品保持部３に保持され、部品保持部３は応力分散プレート２の下面に取り付けられている。これらの構成要素は、真空中での接合を可能とするため、真空チャンバ内に配設される。

加圧ヘッド２０には、被加圧部１の上面中央に加圧機構（加圧手段）８から点荷重で加圧力が加えられる。加圧機構８には被加圧部１に接する加圧軸Ａとする位置に点接触部８ａが半球状に突出形成され、加圧時に前記点接触部８ａで被加圧部１に当接することにより、加圧ヘッド２０の加圧軸Ａ上に点荷重を加えることができる。前記点接触部８ａは、被加圧部１側に設けても同様の作用が得られる。

前記応力分散プレート２は、図３に平面図として示すように、その上面に円環状に台形状断面の接触部１０，１１が形成されており、応力分散プレート２及び前記接触部１０，１１の形状は、加圧軸Ａに対して基本的に軸対称になるように形成されている。応力分散プレート２の上面に接触部１０，１１が凸状に形成されていることにより、加圧機構８から加圧ヘッド２０に加えられる加圧の加圧軸Ａの線上には円状に空間部（第１空間部）１２が形成され、複数の接触部１０，１１により空間部１２の外側に環状空間部１３が形成され、被加圧部１に接触する接触部１０，１１の面積が加圧軸Ａに近いほど小さくなるようにしている。図３に示す接触部１０，１１の斜線部分は、被加圧部１に接触する部位を示し、接触部１０の被加圧部１との接触面積をＳ１、接触部１１の加圧ヘッド２０との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２の関係にある。

図示省略しているが、被加圧部１には第１のウエハ４の位置を認識するためのカメラ及び光源が設けられており、それを挿入する穴が被加圧部１の上部から下面まで貫通している。このカメラ及び光源を挿入する穴は２つで、加圧軸Ａに対して対称になるように形成され、更に穴径を小さくして加圧対称を崩すことがないようにしている。前記光源からの光をステージ６から認識するために、ステージ６にも２つの穴が形成されている。

本実施形態においては、第１及び第２のウエハ４，５は、４inch〜６inchのものを接合対象としており、各構成要素はウエハサイズに適合するように構成される。このように加圧対象物である第１及び第２のウエハ４，５が円形である場合、加圧軸Ａを中心として同心円状に接触部１０，１１を応力分散プレート２に形成した上記構成が有効なものとなる。

接合対象とする第１及び第２の各ウエハ４，５は、ウエハ表面に対してアルゴンガスによるプラズマ処理などによって表面の汚染物の除去がなされた後、水蒸気を供給したプラズマ処理により、表面を洗浄すると共に水酸基を表面に形成し、接合しやすい状態にしておく。

真空チャンバ内を真空状態にした後、部品移載機構により第２のウエハ５が移載されてステージ６上に固定され、第１のウエハ４が移載されて部品保持部３に固定される。第１及び第２のウエハ４，５それぞれの部品保持部３及びステージ６への固定は静電チャックによるもので、アライメント調整や加圧時にも位置ずれが生じないように保持される。この後、カメラ及び光源を用いて加圧ヘッド２０のアライメント調整が高精度に実施される。

加圧機構８が垂直方向に下降動作することにより、加圧機構８はその下面に設けられた点接触部８ａで被加圧部１に点接触し、加圧ヘッド２０を加圧軸Ａの線上から点加圧する。ここでの最大加圧力は最大で５トンである。本実施形態においては６inchウエハを最大の加圧対象物としているため最大加圧力は５トンであるが、ウエハの大型化が進めば更なる加圧力の増大化が必要となる。

加圧ヘッド２０とステージ６との平行性は、図示しない倣い機構により高精度に調整される。また、加圧機構８からの加圧力による応力分散プレート２上の応力は、加圧ヘッド２０の内部では加圧軸Ａ上で最も高くなるが、前述したように応力分散プレート２に円環状に接触部１０，１１が形成されていることにより、被加圧部１の加圧軸Ａの下には空間部１２が形成され、加圧軸Ａから遠い部分の方が被加圧部１との接触面積が大きくなっていることから、外側ほど加圧力が伝わりやすくなり、加圧による応力が加圧軸Ａから周囲へ分散される。そのため、部品保持部３に保持された第１のウエハ４の加圧面に対し、均一な加圧力を与えることができる。

図４（ａ）は、前記応力分散プレート２による応力分布を説明するもので、図中の矢印は応力の伝達方向及びその大きさを示し，図４（ｂ）に示すグラフは、横軸方向に対応する位置の応力の分布を示している。また、同様の説明を応力分散プレート２がない場合について、図５に示している。

図５に示すように、応力分散プレート２がない場合においては、加圧軸Ａ上の応力が最大となり、周囲に向かうほど応力が小さくなるが、応力分散プレート２を設けることにより、接合対象物とする第１及び第２の各ウエハ４，５の接合面には均一な加圧力が加えられることになる。本実施形態における第１及び第２の各ウエハ４，５に加えられる加圧力は、１MPa〜２０MPaである。このような均一加圧が得られるようにした応力分散プレート２に設ける空間部１２及び環状空間部１３の位置及び面積は、加圧ヘッド２０を製作する際に数値解析によって求めた値から計算した。

上記実施形態における応力分散プレート２では、その上面に接触部１０，１１を形成しているが、部品保持部３に接する下面に形成しても同様の効果が得られる。また、接合対象物に接触部１０，１１が接しない位置であれば、被加圧部１の下面から第１のウエハ４の上面までの間に応力分散プレート２を配置することが可能である。

また、応力分散プレート２に形成する接触部１０，１１の形状は、図３に示した円環状に形成されたものに限定されず、微細な穴として形成する空間形成や、微細な突起の集合体によって形成される空間形成などによっても可能であり、それらは加圧軸Ａに対して軸対称となり、被加圧部１との接触面積が加圧軸Ａより外側になるほど密になるように配置することによって実現可能である。

また、部品保持部など応力分散を目的としない加圧ヘッドの部分が加圧軸上にありかつ、接合対象物と接さない面に前述した応力分散プレート２と同様の空間が形成されるように凸部を設けることが可能な場合は、その接合対象物と接する面以外の面に、前述した応力分散プレート２と同様の空間が形成されるように凸部を設けることによって、応力分散プレートを代用し同様の効果を得る事が出来る。

図６は、第２の実施形態の構成を示すもので、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図６において、ステージ固定台７上に配置されたステージ６に第２のウエハ５が保持され、更に、この第２のウエハ５に接合する第１のウエハ４が第２のウエハ５上に載置される。第１のウエハ４に直接接するように応力分散プレート２が被加圧部１の下面に配設され、加圧機構８から被加圧部１に加えられる加圧力が応力分散プレート２を介して第１のウエハ４に印加されることにより、第１のウエハ４と第２のウエハ５とが加圧接合される。

応力分散プレート２に形成される接触部１０，１１の形成面を被加圧部１側にすると、応力分散プレート２によって重ね合わせた第１及び第２の各ウエハ４，５を直接加圧することができ、第１の実施形態において第１のウエハ４を保持していた部品保持部３を省略することができる。

以上説明した各実施形態は、接合対象物を加圧接合する加圧接合装置に本発明に係る加圧装置を適用した例を示したが、加圧したい面に対して均一な加圧力を分散する場合に、同様に適用することができる。

逆に、加圧面に対して不均一な応力分布が要求される場合には、応力分散プレート２に空間を形成するための凹部又は凸部の形状及び位置を不均一にして加圧力の偏りを故意に形成することができる。

以上の説明の通り本発明によれば、加圧接合などを行う加圧面に均一な加圧力を加えることができるので、ウエハなどの薄い対象物や面積が比較的大きな半導体チップなどの対象物を加圧接合する場合などに好適な加圧装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る加圧装置の構成を示す斜視図。 同上加圧装置の構成を示す側面図。 応力分散プレート上に形成された接触部及び空間の構成例を示す平面図。 （ａ）は応力分散プレートの作用を説明する説明図、（ｂ）は応力分布を示すグラフ。 （ａ）は応力分散プレートがない場合の作用を示す説明図、（ｂ）は応力分布を示すグラフ。 第２の実施形態に係る加圧装置の構成を示す側面図。 従来技術に係る加圧装置の構成を示す側面図。

符号の説明

Ａ 加圧軸
１ 被加圧部
２ 応力分散プレート（応力分散部）
３ 部品保持部
４ 第１のウエハ（加圧対象物）
５ 第２のウエハ（加圧対象物）
６ ステージ
７ ステージ固定台
８ 加圧機構（加圧手段）
８ａ 点接触部
１０，１１ 接触部
１２ 空間部
１３ 環状空間部
２０ 加圧ヘッド

Claims (5)

1. 加圧対象物を保持した加圧ヘッドを加圧手段により加圧して加圧対象物を加圧する加圧装置において、
   前記加圧ヘッドは、前記加圧手段の加圧軸上に第１空間部を有することを特徴とする加圧装置。
2. 加圧手段あるいは加圧ヘッドのいずれか一方に、前記加圧手段と加圧ヘッドとが接触する点接触部を設けた請求項１に記載の加圧装置。
3. 加圧ヘッドは、被加圧部と、部品保持部と、被加圧部と部品保持部との間に配置された応力分散部とにより構成され、
   前記応力分散部は、第１空間部と、加圧手段の加圧軸を中心とする複数の環状空間部とを有し、
   前記環状空間部に囲まれた部分あるいは環状空間部同士に囲まれた部分の加圧軸に垂直な断面積が、加圧手段の加圧軸から遠ざかる位置になるほど大きくなるように構成されてなる請求項１又は２に記載の加圧装置。
4. 第１空間部と環状空間部は、加圧軸に対して軸対称形状である請求項３に記載の加圧装置。
5. 加圧ヘッドの加圧方向に、第２の加圧対象物を載置する載置部が設けられてなる請求項１〜４いずれか一項に記載の加圧装置。
   
   
   

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