JP2009105254A - Joining method, device manufactured by the same, and joining device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joining method for joining a joining object without damaging the joining object, and also to provide a device manufactured by the method, and its joining device. <P>SOLUTION: A surface activation treatment is performed by irradiating a surface of a junction part 22a formed on a surface of a substrate 22 and formed of gold with energy waves by plasma in a cleaning part so as to remove an oxide film and the like formed on the surface. Thereafter, metal bumps 20a formed on a chip 20 and each having a cross-sectionally pointed shape, and the junction part 22a are grounded and pressed. Since the metal bumps 20a are crushed by the pressing, and a newly formed surface is exposed, the metal bumps 20a are joined to the junction part 22a. By setting the pressing force to 50-700 MPa to reduce the height from the junction surface of the chip 20 to tips of the metal bumps 20a to 20-90%, the metal bumps 20a allow the joining high in junction strength and electrically high accuracy without damaging the chip 20 and the substrate 22. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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、複数の被接合物の接合方法として、被接合物の接合表面に原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波を照射することにより、接合表面に形成された酸化膜や有機物の付着層を除去して活性化し、接合表面の金属等の原子が引き合う現象を利用して被接合物の接合を行う方法がある。   Conventionally, as a method of bonding a plurality of objects to be bonded, an oxide film or an organic material adhesion layer formed on the bonding surface is formed by irradiating the bonding surface of the objects to be bonded with an energy wave that is an atomic beam, an ion beam, or plasma. There is a method in which the objects to be joined are joined by utilizing a phenomenon in which atoms such as metals on the joining surface are attracted by being removed and activated.

このような接合方法の一例として、特許文献1では、金属からなる接合部を有する両被接合物の表面に、プラズマによるエネルギー波を照射して表面活性化処理を行った後、低真空中または大気中で両被接合物の接合部どうしを衝合させ、加圧を行っている。それによって、表面活性化処理後に両被接合物表面に再付着した酸化膜や有機物付着層が押し破られて新生面が露出する。そして、金属原子のダングリングボンドが接合表面に生成して、ダングリングボンド同士が接合されて両被接合物の接合が行われるという方法である。   As an example of such a bonding method, in Patent Document 1, after the surface activation treatment is performed by irradiating the surfaces of both objects to be bonded having a bonding portion made of metal with an energy wave by plasma, in a low vacuum or Pressurization is performed by bringing the joints of both workpieces into contact with each other in the air. As a result, the oxide film and the organic matter adhesion layer reattached to the surfaces of both objects to be bonded after the surface activation treatment are crushed and the new surface is exposed. In this method, dangling bonds of metal atoms are generated on the bonding surfaces, and the dangling bonds are bonded to each other to bond both objects to be bonded.

特許第3790995号公報(段落0008〜0010、0165、図19)Japanese Patent No. 3790995 (paragraphs 0008 to 0010, 0165, FIG. 19)

しかし、特許文献1の方法における接合装置では、両被接合物をプラズマによるエネルギー波によって表面活性化処理した後接合を行うため、エネルギー波の照射により被接合物にイオン等による電気的なダメージを与えるおそれがある。また、被接合物の硬度によっては、エネルギー波により被接合物表面が大きく削られ、機械的ダメージを与えるおそれもある。そのため、特許文献1の方法における接合装置は、センシング素子、例えば受光素子等エネルギー波によるダメージを受けるおそれがある被接合物を基板に接合するような場合には適しておらず、これらの被接合物に対してもダメージを与えることなく接合を行うことができる接合装置の実現が望まれる。   However, in the bonding apparatus according to the method of Patent Document 1, since both objects to be bonded are subjected to surface activation treatment by plasma energy waves, bonding is performed. There is a risk of giving. In addition, depending on the hardness of the object to be bonded, the surface of the object to be bonded is greatly scraped by energy waves, which may cause mechanical damage. For this reason, the bonding apparatus in the method of Patent Document 1 is not suitable for bonding a bonding object that may be damaged by an energy wave, such as a sensing element, for example, a light receiving element, to these substrates. Realization of a bonding apparatus that can perform bonding without damaging an object is desired.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被接合物にダメージを与えることなく被接合物を接合することができる接合方法およびその方法により作成されたデバイス並びにその接合装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a bonding method capable of bonding an object to be bonded without damaging the object to be bonded, a device created by the method, and a bonding apparatus therefor. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明にかかる接合方法は、一方の被接合物の接合面に断面尖形形状を有する金属接合部を形成し、他方の被接合物の接合面に金からなる接合部を形成して、前記両被接合物どうしを、前記他方の被接合物の前記接合部をエネルギー波で表面活性化処理した後、前記一方の被接合物の前記金属接合部と前記他方の被接合物の前記接合部とを衝合させ、前記一方の被接合物の接合面から前記金属接合部先端までの高さが、20%〜90%の高さとなる加圧力で加圧して前記金属接合部を押しつぶして接合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 formed by forming a metal joint having a pointed cross-sectional shape on a joint surface of one object to be joined and gold on the joint surface of the other object to be joined. After forming a bonding portion and surface-treating the bonding objects of the two bonded objects with the energy wave in the bonding object of the other bonded object, the metal bonding part and the other of the one bonded object And pressurizing with a pressing force at which the height from the joining surface of the one article to be joined to the tip of the metal joint is 20% to 90%. The metal joints are crushed and joined (claim 1).

また、本発明にかかる接合方法は、前記エネルギー波がプラズマであることを特徴としている(請求項2)。   Further, the bonding method according to the present invention is characterized in that the energy wave is plasma (claim 2).

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物に形成した前記金属接合部が金属バンプであることを特徴としている(請求項3)。   In the bonding method according to the present invention, the metal bonding portion formed on the one object to be bonded is a metal bump.

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物に形成した前記金属接合部が、当該被接合物の所定領域を囲んで形成した金属枠体であることを特徴としている(請求項4)。   Further, the joining method according to the present invention is characterized in that the metal joint formed on the one article to be joined is a metal frame formed so as to surround a predetermined region of the article to be joined (claim). 4).

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物の前記金属枠体および前記他方の被接合物の前記接合部の衝合、加圧を真空中で行うことにより、前記一方の被接合物と前記他方の被接合物の間の前記金属枠体によって囲まれる空間を真空封止することを特徴としている(請求項5)。   In addition, the joining method according to the present invention is such that the metal frame of the one article to be joined and the joining portion of the other article to be joined are pressed and pressurized in a vacuum, thereby A space surrounded by the metal frame body between the bonded object and the other bonded object is vacuum-sealed (Claim 5).

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物の前記金属枠体および前記他方の被接合物の前記接合部の衝合、加圧を封入ガス中で行うことにより、前記一方の被接合物と前記他方の被接合物の間の前記金属枠体によって囲まれる空間に前記封入ガスを封入することを特徴としている(請求項6)。   Further, in the joining method according to the present invention, the metal frame body of the one article to be joined and the joining portion of the other article to be joined are pressed and pressurized in an enclosed gas. The sealed gas is sealed in a space surrounded by the metal frame between the object to be bonded and the other object to be bonded (Claim 6).

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物の前記金属接合部が金めっきで形成されていることを特徴としている(請求項7)。   Moreover, the joining method according to the present invention is characterized in that the metal joint portion of the one article to be joined is formed by gold plating.

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物に形成した一の前記金属接合部あたりの前記加圧力が50MPa〜700MPaとなるように加圧することを特徴としている(請求項8)。   Moreover, the joining method according to the present invention is characterized in that pressurization is performed so that the applied pressure per one metal joint formed on the one article to be joined is 50 MPa to 700 MPa. .

また、本発明にかかる接合方法は、前記一方の被接合物がセンシング素子であることを特徴としている(請求項9)。   In the bonding method according to the present invention, the one object to be bonded is a sensing element (claim 9).

また、請求項1ないし9に記載の接合方法により形成されるデバイスは、半導体デバイス、光デバイスまたはMEMSデバイスからなることを特徴としている(請求項10)。   The device formed by the bonding method according to any one of claims 1 to 9 is characterized by comprising a semiconductor device, an optical device, or a MEMS device (claim 10).

また、上記課題を解決するために、本発明にかかる接合装置は、ヘッドおよびステージに保持した被接合物どうしを接合する接合装置において、いずれか一方の前記被接合物の接合面に断面尖形形状を有する金属接合部を形成し、他方の前記被接合物の接合面に金からなる接合部を形成しておいた前記両被接合物どうしを、前記一方の被接合物の前記金属接合部と前記他方の被接合物の前記接合部とを衝合させ、前記一方の被接合物の接合面から前記金属接合部先端までの高さが、つぶれて20%〜90%の高さとなる加圧力で加圧する加圧制御手段を備え、前記加圧制御手段は、前記他方の被接合物の前記接合部がエネルギー波で表面活性化処理された前記両被接合物どうしを加圧して前記一方の被接合物の前記金属接合部を押しつぶして前記両被接合物どうしを接続することを特徴としている(請求項11)。   In order to solve the above-described problem, a bonding apparatus according to the present invention is a bonding apparatus for bonding objects to be bonded held on a head and a stage, and has a pointed cross section on the bonding surface of one of the objects to be bonded. The metal joints of one of the objects to be joined are formed by forming a metal joint having a shape and forming a joint made of gold on the joint surface of the other object to be joined. And the joining portion of the other object to be joined, and the height from the joining surface of the one object to be joined to the tip of the metal joining portion is crushed and becomes a height of 20% to 90%. Pressurizing control means for pressurizing with pressure, wherein the pressurizing control means pressurizes both the objects to be bonded, the surface of which the bonding portion of the other object to be bonded is subjected to surface activation treatment by the energy wave. Crush the metal joint of the object to be joined Serial is characterized by connecting the two objects to be bonded to each other (Claim 11).

また、本発明にかかる接合装置は、前記加圧制御手段は、前記一方の被接合物に形成した一の前記金属接合部あたりの前記加圧力が50MPa〜700MPaとなるように加圧することを特徴としている(請求項12)。   Further, in the joining apparatus according to the present invention, the pressurizing control means pressurizes the pressurizing force per one metal joint formed on the one object to be joined to be 50 MPa to 700 MPa. (Claim 12).

また、本発明にかかる接合装置は、前記表面活性化処理を行うエネルギー波照射手段をさらに備えたことを特徴としている(請求項13)。   The bonding apparatus according to the present invention is further characterized by further comprising energy wave irradiation means for performing the surface activation treatment (claim 13).

また、本発明にかかる接合装置は、前記エネルギー波照射手段はプラズマを発生させることを特徴としている(請求項14)。   In the bonding apparatus according to the present invention, the energy wave irradiation means generates plasma (claim 14).

本願発明者は、一方の被接合物の接合面に形成された金属接合部は断面尖形形状を有し、加圧によって押し潰しやすい形状を成しており、このような金属接合部の高さが20〜90%となる範囲で金属接合部を押し潰せば、酸化膜や有機物の付着層を確実に除去しながら新生面を出すことができ、かつ、他の金属接合部と接触することもなく電気的信頼性のよい接合が可能であることを実験的に見出した。したがって、請求項1、11に記載の発明によれば、前記断面尖形形状を有する金属接合部を一方の被接合物の接合面から金属接合部の先端までの高さが20〜90%となる範囲で押し潰すことにより、酸化膜や有機物の付着層を押し破ることができ、その結果断面尖形形状を有する金属接合部に関しては、接合前のプラズマ等のエネルギー波による表面活性化処理を省略することができて工程の簡略化を図ることができる。   The inventor of the present application has said that the metal joint formed on the joint surface of one of the objects to be joined has a pointed cross-sectional shape and is easily crushed by pressurization. If the metal joint is crushed within a range of 20 to 90%, the new surface can be brought out while reliably removing the oxide film and the organic adhesion layer, and can be in contact with other metal joints. It was experimentally found that bonding with good electrical reliability was possible. Therefore, according to invention of Claim 1, 11, the height from the joint surface of one to-be-joined object to the front-end | tip of a metal joint part is 20-90% as for the metal joint part which has the said cross-sectional shape. By crushing within a range, it is possible to break through the adhesion layer of oxide film and organic matter, and as a result, surface activation treatment by energy waves such as plasma before bonding is performed on metal joints having a pointed cross section This can be omitted and the process can be simplified.

また、他方の被接合物の接合面に形成された接合部は、大気中で酸化されない金によって形成されているため、表面活性化後には接合部の表面に酸化膜や有機物が再付着して層が形成されることはほとんどなく、良好な接合を行うことができる。また、有機物などが再付着して層が形成されたとしても、接合部が表面活性化処理された後一定時間内であれば、その再付着層の厚さは薄いので、断面尖形形状を有する金属接合部と金からなる接合部を衝合して加圧することによって、断面尖形形状を有する金属接合部と金からなる接合部の界面のすべりにより再付着層が効率よく削り取られ、信頼性の高い接合が行われる。   In addition, since the joint formed on the joint surface of the other object to be joined is formed of gold that is not oxidized in the atmosphere, after the surface activation, an oxide film or organic matter is reattached to the surface of the joint. A layer is hardly formed, and good bonding can be performed. In addition, even if organic matter is reattached and a layer is formed, the thickness of the reattached layer is thin within a certain time after the surface of the joint is surface activated. By pressing and pressing the metal joint and the gold joint, the reattachment layer is efficiently scraped off due to slippage at the interface between the metal joint having a pointed cross section and the gold joint. Highly bonding is performed.

請求項2、14に記載の発明によれば、金からなる接合部の表面活性化処理を行うためのエネルギー波がプラズマであるため、真空度が10−2Torr程度の低真空の空間で接合部の表面活性化処理を行うことができる。そのため、表面活性化処理を行うための装置構成は、簡易な設備で済み、装置のコンパクト化、コストダウン化が可能となる。 According to the invention described in claims 2 and 14, since the energy wave for performing the surface activation treatment of the bonding portion made of gold is plasma, the bonding is performed in a low vacuum space having a degree of vacuum of about 10 −2 Torr. The surface activation treatment of the part can be performed. Therefore, the apparatus configuration for performing the surface activation process is simple equipment, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.

請求項3の発明によれば、一方の被接合物の断面尖形形状を有する金属接合部として金属バンプが形成されているので、金属バンプを加圧によって押し潰して他方の被接合物の接合部と接合することにより、微細電極を有する基板や高精度な実装が要求される接合等において、一方の被接合物と他方の被接合物を高精細に接合することができる。   According to the invention of claim 3, since the metal bump is formed as the metal joint portion having the cross-sectional shape of one of the objects to be joined, the metal bump is crushed by pressurization to join the other object to be joined. By bonding to the part, one of the objects to be bonded and the other of the objects to be bonded can be bonded with high definition in a substrate having a fine electrode or bonding that requires high-precision mounting.

請求項4の発明によれば、一方の被接合物の接合面には接合部として断面尖形形状を有する金属枠体が形成されているので、金属枠体を加圧によって押し潰して他方の被接合物の接合部と接合することにより、両被接合物の接合面と金属枠体で囲まれる空間を所定の雰囲気で封止することができる。したがって、両被接合物の接合面と金属枠体で囲まれる空間に表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイス等のデバイスの本体部が配設されているときには、デバイス等を外部刺激から保護することができる。   According to invention of Claim 4, since the metal frame which has a cross-sectional point shape as a junction part is formed in the joining surface of one to-be-joined object, it crushes a metal frame by pressurization and the other By joining with the joint part of a to-be-joined object, the space enclosed by the joint surface of both to-be-joined objects and a metal frame can be sealed by predetermined | prescribed atmosphere. Therefore, a main body of a device such as a semiconductor device such as a surface acoustic wave device or an RF device or a MEMS device having a mechanically movable part is disposed in a space surrounded by the joining surface of both objects to be bonded and a metal frame. Sometimes it is possible to protect a device or the like from external stimuli.

請求項5に記載の発明によれば、両被接合物の接合部を真空中で接合することにより、両被接合物の接合面と金属枠体で囲まれる空間を、容易に真空雰囲気に封止することができる。また、他方の被接合物の接合部の表面活性化処理と両被接合物の接合部の接合を同一チャンバー内で行うとすれば、表面活性化処理後にチャンバーから反応ガスを排出して真空雰囲気としてそのまま接合することができるので、チャンバーの開閉や再度の真空引き等の手順を省略することができ、効率よく接合を行うことができる。   According to the fifth aspect of the present invention, by joining the joints of both objects to be bonded in a vacuum, the space surrounded by the joint surfaces of both objects to be bonded and the metal frame is easily sealed in a vacuum atmosphere. Can be stopped. Further, if the surface activation treatment of the joined portion of the other object to be joined and the joining of the joint portions of both the objects to be joined are performed in the same chamber, the reaction gas is discharged from the chamber after the surface activation treatment, and the vacuum atmosphere is obtained. Therefore, it is possible to omit procedures such as opening / closing of the chamber and re-evacuation, and the bonding can be performed efficiently.

請求項6に記載の発明によれば、両被接合物の接合部を封入ガス中で接合することにより、両被接合物の接合面と金属枠体で囲まれる空間に、容易に封入ガスを封入することができる。また、例えばエネルギー波にArプラズマを使用し、封入ガスもArを使用する場合には、Arプラズマによるエネルギー波によって他方の被接合物の接合部の表面活性化処理を行った後、表面活性化処理で利用したAr雰囲気をそのまま接合の際にも使用できるため、効率よく接合を行うことができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the sealed gas can be easily introduced into the space surrounded by the joining surface of the objects to be joined and the metal frame by joining the joined portions of the objects to be joined in the sealed gas. Can be encapsulated. Also, for example, when Ar plasma is used for energy waves and Ar is also used as the sealing gas, the surface activation treatment is performed after the surface activation treatment of the joined portion of the other object to be bonded by the energy waves of Ar plasma. Since the Ar atmosphere used in the treatment can be used as it is for bonding, the bonding can be performed efficiently.

請求項7に記載の発明によれば、金属接合部が金めっきによって形成されるため、結晶性が良く、金属接合部と金からなる接合面との金属同士が結合しやすい。さらに、接合部と同じ材料である金を金属接合部の材料として使用するため、大気中で酸化膜の形成がされず、薄く有機物などの再付着層が形成されたとしても、硬度が低いので加圧によって容易に押し潰すことができ、新生面が現れる。したがって、接合強度の大きい良好な接合を行うことができる。   According to invention of Claim 7, since a metal junction part is formed by gold plating, crystallinity is good and the metal of a metal junction part and the junction surface which consists of gold | metal | money is easy to couple | bond together. Furthermore, since gold, which is the same material as the joint, is used as the material for the metal joint, an oxide film is not formed in the atmosphere, and even if a thin reattachment layer such as an organic substance is formed, the hardness is low. It can be easily crushed by pressurization, and a new surface appears. Therefore, it is possible to perform good bonding with high bonding strength.

本願発明者は、一方の被接合物に形成された一の前記金属接合部あたりの加圧力が50〜700MPaの範囲内であれば、金属の種類や加圧の速さ等の条件に関わらず、金属接合部の高さは20〜90%の範囲の高さとなることを実験的に見出した。したがって、請求項8、12に記載の発明によれば、前記一方の被接合物に形成された一の前記金属接合部あたりの加圧力が50〜700MPaとなるように加圧を行うことにより、接合強度が大きく、かつ、被接合物にダメージ等がない良好な接合を行うことができる。また、加圧力においても、例えば断面尖形形状を有していない金属バンプ同士を接合する場合に比べ低加圧化が可能となる。   The inventor of the present application, as long as the applied pressure per one metal joint formed on one workpiece is within a range of 50 to 700 MPa, regardless of conditions such as the type of metal and the speed of pressurization. The inventors have experimentally found that the height of the metal joint is in the range of 20 to 90%. Therefore, according to the invention described in claims 8 and 12, by applying pressure so that the applied pressure per one metal joint formed on the one article to be joined is 50 to 700 MPa, Good bonding with high bonding strength and no damage to the objects to be bonded can be performed. Moreover, also in the pressurizing force, for example, it is possible to reduce the pressure as compared with the case where metal bumps having no cross-sectional shape are joined.

請求項9に記載の発明によれば、プラズマによるダメージ等を受けやすいセンシング素子、例えば受光素子を一方の被接合物とした場合でも、断面尖形形状を有する金属接合部を形成した一方の被接合物である受光素子にはエネルギー波による表面活性化処理が行われないので、受光素子にダメージ等を与えることなく、受光素子を他方の被接合物の接合部に接合することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, even when a sensing element that is easily damaged by plasma, such as a light receiving element, is used as one object to be joined, Since the light-receiving element that is a bonded body is not subjected to surface activation treatment by energy waves, the light-receiving element can be bonded to the bonding portion of the other bonded object without damaging the light-receiving element.

請求項10に記載の発明によれば、例えば一方の被接合物がプラズマ等によるエネルギー照射によりダメージを受けやすいセンシング素子であっても被接合物にダメージを受けることなく形成され、また、低温で接合することにより熱による損傷を防止され、かつ、アライメント精度が高いデバイスを提供することができる。   According to the invention described in claim 10, for example, even if one of the objects to be bonded is a sensing element that is easily damaged by energy irradiation by plasma or the like, the object to be bonded is formed without being damaged. By joining, it is possible to provide a device that is prevented from being damaged by heat and that has high alignment accuracy.

請求項13に記載の発明によれば、接合装置に表面活性化処理を行うエネルギー波照射手段を備えるため、他方の被接合物の接合部の表面活性化処理と、断面尖形形状を有する金属接合部が形成された一方の被接合物および他方の被接合物の接合動作を、連続して1つの装置で行うことができる。したがって、前記接合部の表面活性化処理を行った後接合を行うまでの時間を短縮することができ、表面活性化処理後、有機物等が前記接合部に再付着するのを防止することが可能になる。また、一連の接合動作を1つの装置で行うことができるので簡便であり、装置をコンパクト化することもできる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, since the bonding apparatus is provided with the energy wave irradiation means for performing the surface activation process, the surface activation process of the bonded portion of the other object to be bonded and the metal having the pointed cross section The joining operation of one object to be joined and the other object to be joined can be continuously performed with one apparatus. Therefore, it is possible to shorten the time until the bonding is performed after the surface activation treatment of the bonding portion, and it is possible to prevent organic substances and the like from reattaching to the bonding portion after the surface activation treatment. become. Moreover, since a series of joining operations can be performed with one apparatus, it is simple and the apparatus can be made compact.

(第1実施形態)
以下に本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明にかかる接合装置の一実施形態の概略構成図、図2は接合過程を表す図、図3は接合時の接合界面での結晶方向の回転模式図、図4はバンプ高さと接合強度との関係を示す図、図5はチップの一部と金属バンプを拡大して示した斜視図である。なお、図1に示す本発明にかかる装置構成では、一方の被接合物であるチップ20の接合面に形成された断面尖形形状を有する金属接合部としての金属バンプ20aと他方の被接合物である基板22の接合面に形成された金からなる接合部22aを大気中で接合するための装置を例として挙げる。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a bonding apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a bonding process, FIG. 3 is a schematic diagram of rotation in a crystal direction at a bonding interface during bonding, and FIG. FIG. 5 is an enlarged perspective view showing a part of a chip and metal bumps. In the apparatus configuration according to the present invention shown in FIG. 1, the metal bump 20a as a metal joint portion having a pointed cross section formed on the joint surface of the chip 20 which is one of the objects to be joined and the other object to be joined. As an example, an apparatus for bonding the bonding portion 22a made of gold formed on the bonding surface of the substrate 22 in the atmosphere will be described.

本実施形態における接合装置は、図1に示すように、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、洗浄部40を備えている。また、接合機構27は、上下駆動機構25と、ヘッド部26とを備え、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保持部6を上下動できるように構成されている。そして、接合機構27はフレーム34に結合されて、フレーム34はヘッド部26の加圧中心の周辺を囲むように配設された4本の支柱13により架台35と連結されている。なお、支柱13およびフレーム34の一部は図示省略している。   As shown in FIG. 1, the bonding apparatus according to the present embodiment includes a bonding mechanism 27 including a vertical driving 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, and a conveyance unit 30. The control device 31 and the cleaning unit 40 are provided. The joining mechanism 27 includes a vertical drive mechanism 25 and a head portion 26. The vertical drive mechanism 25 moves the head holding portion 6 up and down while being guided by the vertical guide 3 by the vertical drive motor 1 and the bolt / nut mechanism 2. It is configured to be able to move. The joining mechanism 27 is coupled to the frame 34, and the frame 34 is connected to the gantry 35 by the four support columns 13 disposed so as to surround the periphery of the pressure center of the head portion 26. A part of the support column 13 and the frame 34 is not shown.

ヘッド保持部6は、ヘッド逃がしガイド5で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルするための自重カウンター4に牽引された状態でボルト・ナット機構2に連結されている。そして、このヘッド保持部6にヘッド部26が結合されている。   The head holding portion 6 is guided in the vertical direction by the head escape guide 5 and is connected to the bolt / nut mechanism 2 while being pulled by the own weight counter 4 for canceling the own weight. The head unit 26 is coupled to the head holding unit 6.

また、ヘッド保持部6には加圧力検出手段32が配設されており、先端ツール9とステージ10との間に挟持されたチップ20、基板22等の被接合物への加圧力が検出できるように構成されている。したがって、加圧力検出手段32により検出された被接合物に対する加圧力に基づいて、制御装置31により上下駆動機構25を制御して、被接合物への加圧力を制御することができる。   The head holding unit 6 is provided with a pressure detection means 32, which can detect pressure applied to an object to be joined such as the chip 20 and the substrate 22 sandwiched between the tip tool 9 and the stage 10. It is configured as follows. Therefore, based on the pressure applied to the object to be bonded detected by the pressure detection means 32, the controller 31 can control the vertical drive mechanism 25 to control the pressure applied to the object to be bonded.

また、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。なお、ヘッド部26の高さはヘッド部高さ検出手段24によって検出することができる。   Further, the head unit 26 includes a chip holding tool 8 and a tip tool 9 for sucking and holding the chip 20, a head side alignment table 7 for correcting a position having a translation axis of translation and rotation, and a head holding unit 6 for supporting them. It is comprised by. The height of the head part 26 can be detected by the head part height detecting means 24.

実装機構28は、基板22を保持するステージ10と、チップ20に対する基板22の位置を調整するために平行・回転移動自在な移動軸を有するステージテーブル12とを備えている。また、ステージ10は、基板22を保持するための保持機構(図示せず)を備えている。ここで、チップ保持ツール8およびステージ10の保持機構として、真空吸着あるいは静電吸着を利用したものを用いるとよい。また、ステージ10上に基板22を置くだけとしてもよい。また、チップ保持ツール8の内部には加熱用ヒータ(図示せず)が埋設されており、ステージ10内部にはステージヒータ11が内蔵されている。   The mounting mechanism 28 includes a stage 10 that holds the substrate 22, and a stage table 12 that has a movable shaft that can be moved in parallel and rotationally to adjust the position of the substrate 22 with respect to the chip 20. The stage 10 includes a holding mechanism (not shown) for holding the substrate 22. Here, as a holding mechanism of the chip holding tool 8 and the stage 10, a device using vacuum suction or electrostatic suction may be used. Further, the substrate 22 may be simply placed on the stage 10. A heating heater (not shown) is embedded in the chip holding tool 8, and a stage heater 11 is built in the stage 10.

位置認識部29は、相対されたチップ20と基板22の間に挿入され、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 position recognition unit 29 is inserted between the chip 20 and the substrate 22 which are opposed to each other, and the upper and lower mark recognition means 14 and the upper and lower mark recognition means 14 for recognizing the alignment marks for position recognition of the upper and lower chips and the substrate are placed horizontally It comprises a recognition means moving table 15 that moves up and down.

また、搬送部30はチップ20を搬送するチップ供給装置36、チップトレイ38および基板22を搬送する基板搬送装置37、基板トレイ39により構成される。チップトレイ38はチップトレイカセット41から供給収納され、基板22は、基板カセット42から供給収納される。   The transport unit 30 includes a chip supply device 36 that transports the chips 20, a chip tray 38, a substrate transport device 37 that transports the substrate 22, and a substrate tray 39. The chip tray 38 is supplied and stored from the chip tray cassette 41, and the substrate 22 is supplied and stored from the substrate cassette 42.

制御装置31は、制御に必要な操作を行うための操作部を備えており、制御装置31によって装置全般の制御が行われる。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、被接合物への加圧力の制御が行われる。   The control device 31 includes an operation unit for performing operations necessary for control, and the control device 31 performs overall control of the device. In particular, in the pressure control, the torque of the vertical drive motor 1 is controlled by a signal from the pressure detection means 32, and the pressure applied to the workpiece is controlled.

洗浄部40では、基板22の接合部22aの表面にプラズマ等のエネルギー波によって、接合部22a表面の酸化膜や有機物からなる付着物の層を除去する表面活性化処理が行われる。なお、プラズマ等のエネルギー波以外の、イオンビーム、原子ビーム等により表面活性化処理を行うとしてもよい。   In the cleaning unit 40, a surface activation process is performed on the surface of the bonding portion 22 a of the substrate 22 by an energy wave such as plasma to remove an oxide film or an organic substance layer on the bonding portion 22 a surface. Note that surface activation treatment may be performed by an ion beam, an atomic beam, or the like other than an energy wave such as plasma.

洗浄部40は、真空チャンバー43、被接合物保持手段44、エネルギー波照射手段45、吸気管および排気管(図示せず)を備えている。被接合物保持手段44にはヒーター(図示せず)が内蔵され、交番電源が接続された電極面に、機械的方法により基板22が固定される。   The cleaning unit 40 includes a vacuum chamber 43, an object holding means 44, an energy wave irradiation means 45, an intake pipe and an exhaust pipe (not shown). The object holding means 44 includes a heater (not shown), and the substrate 22 is fixed to an electrode surface to which an alternating power source is connected by a mechanical method.

吸入ガスとしては、例えばArガスが用いられるが、窒素、酸素等を用いてもよく、Arと酸素等の混合気体でもよい。例えばArガスを使用する場合、10−2Torr程度の一定の真空度でプラズマが発生される。 As the suction gas, for example, Ar gas is used, but nitrogen, oxygen, or the like may be used, or a mixed gas such as Ar and oxygen may be used. For example, when Ar gas is used, plasma is generated at a constant degree of vacuum of about 10 −2 Torr.

発生されたプラズマは、被接合物保持手段44に保持された基板22の接合部22aの表面に向かって衝突し、表面の酸化膜や有機物等による付着物層が除去され、新生面が現れて表面が活性化される。   The generated plasma collides toward the surface of the bonded portion 22a of the substrate 22 held by the bonded object holding means 44, the deposit layer due to the oxide film or organic matter on the surface is removed, and a new surface appears and the surface Is activated.

なお、基板22の接合部22aを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基板22に表面活性化処理を行うのが効率上好ましいが、均一性やダメージ軽減から、前記電極を基板22の保持位置以外の場所に設置して、表面活性化処理を行っても構わない。   In addition, as a method for performing the surface activation process on the bonding portion 22a of the substrate 22, it is preferable in terms of efficiency to perform the surface activation process on the substrate 22 held on the electrode surface to which the alternating power source is connected. Then, the electrode may be installed in a place other than the holding position of the substrate 22 to perform surface activation treatment.

なお、洗浄と接合を連続して行うために、洗浄部40は搬送部30により接合装置と連結されているが、洗浄部40を備えない装置構成としてもよい。その場合は、予め別の洗浄装置等により、基板22の表面活性化処理を行っておくことが必要である。   In order to continuously perform cleaning and bonding, the cleaning unit 40 is connected to the bonding apparatus by the transport unit 30. However, the cleaning unit 40 may be configured without the cleaning unit 40. In that case, it is necessary to perform surface activation processing of the substrate 22 in advance by another cleaning device or the like.

次に、一連の接合動作について図2を参照して説明する。本実施形態では、一方の被接合物である半導体からなるチップ20を他方の被接合物である基板22に接合する接合動作を例として挙げる。   Next, a series of joining operations will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a bonding operation in which a chip 20 made of a semiconductor, which is one object to be bonded, is bonded to a substrate 22, which is the other object, is exemplified.

チップ20の接合面には、電極であって尖頭を有するすなわち断面尖形形状の銅からなる金属バンプ20aが形成され、基板22の接合面には、電極であり金からなる接合部22aが、チップ側の金属バンプ20aに対向した位置に配設されている。金属バンプ20aの形状の一例を図5に示す。同図(a)に示すように、金属バンプ20aはピラミッド型をしており、チップ20と金属バンプ20aの接合面では、金属バンプ20aは一辺が10μmの正方形をしており、前記接合面から金属バンプ20aの先端までの長さは10μmである。なお、金属バンプ20bの形状は、ピラミッド型に限らず、その他の角錐や円錐等、それ以外の形状であってもよい。例えば、同図(b)に示すように、断面尖形形状を有していれば、断面形状が五角形等の柱状であってもよい。また、寸法に関しても、上記した例に限らずどのようなものであってもよい。また、金であれば好ましい。   Metal bumps 20a made of copper, which is an electrode and has a sharp tip shape, are formed on the joint surface of the chip 20, and a joint portion 22a made of gold that is an electrode is formed on the joint surface of the substrate 22. The chip is disposed at a position facing the metal bump 20a on the chip side. An example of the shape of the metal bump 20a is shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the metal bump 20a has a pyramid shape, and the metal bump 20a has a square shape with a side of 10 μm at the joint surface between the chip 20 and the metal bump 20a. The length to the tip of the metal bump 20a is 10 μm. The shape of the metal bump 20b is not limited to the pyramid shape, but may be other shapes such as other pyramids and cones. For example, as shown in FIG. 5B, the cross-sectional shape may be a columnar shape such as a pentagon as long as it has a pointed cross-sectional shape. Further, the dimensions are not limited to the above-described examples, and any dimensions may be used. Also, gold is preferable.

さらに、金属バンプ20aの材質は金に限らずその他の材料によって形成されたものであってもよいし、金属からなる母材の表面に金膜等を形成して金属バンプ20aを構成してもよい。例えば、潰れ易くするために、硬度が低い錫または金と錫の合金層を母材とし、表面に金膜を形成した金属バンプ20aを形成してもよい。なお、前記のように金属バンプ20aを母材および金膜により形成する場合、金属バンプ20aが加圧により押し潰された後も金属バンプ20aの表面に金膜が残っていると、金属バンプ20aと基板22の接合部22aの金原子同士が引き合うため接合強度の大きい良好な接合を行うことができる。したがって、加圧後も金属バンプ20aの表面に金膜が残るように金膜の厚さおよび加圧力を調整するとよい。   Furthermore, the material of the metal bump 20a is not limited to gold, and may be formed of other materials, or the metal bump 20a may be configured by forming a gold film or the like on the surface of a base material made of metal. Good. For example, in order to make it easy to be crushed, the metal bump 20a having a gold film on the surface may be formed using a low hardness tin or an alloy layer of gold and tin as a base material. When the metal bump 20a is formed of a base material and a gold film as described above, if the gold film remains on the surface of the metal bump 20a even after the metal bump 20a is crushed by pressure, the metal bump 20a Since the gold atoms in the bonding portion 22a of the substrate 22 attract each other, it is possible to perform good bonding with high bonding strength. Therefore, it is preferable to adjust the thickness and pressure of the gold film so that the gold film remains on the surface of the metal bump 20a even after pressurization.

基板22は、基板搬送装置37によって基板トレイ39から洗浄器40へ搬入される。そして、図2(a)に示すようにプラズマ等のエネルギー波が接合部22aに照射され、接合部22aの表面に形成された酸化膜や有機物からなる付着物の層を除去する表面活性化処理が行われる。そして、洗浄部40により表面活性化処理が終了すると、基板22は洗浄部40から取り出され、基板搬送装置37により実装機構28のステージ10へと搬送され、ステージ10に吸着保持される。   The substrate 22 is carried into the cleaning device 40 from the substrate tray 39 by the substrate transfer device 37. Then, as shown in FIG. 2 (a), an energy wave such as plasma is irradiated on the bonding portion 22a, and a surface activation process is performed to remove an oxide film or an organic matter layer formed on the surface of the bonding portion 22a. Is done. When the surface activation process is completed by the cleaning unit 40, the substrate 22 is taken out from the cleaning unit 40, transported to the stage 10 of the mounting mechanism 28 by the substrate transport device 37, and sucked and held on the stage 10.

一方、チップ20はチップ供給装置36によりチップトレイ38からチップ保持ツール8に搬送され、図2(b)に示すように基板22と接合面を対向してチップ保持ツール8に吸着保持される。   On the other hand, the chip 20 is conveyed from the chip tray 38 to the chip holding tool 8 by the chip supply device 36, and is sucked and held by the chip holding tool 8 with the bonding surface facing the substrate 22 as shown in FIG.

チップ20と基板22が接合面を対向してそれぞれ吸着保持されると、上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15によってチップ20と基板22の間に挿入され、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が上下マーク認識手段14により検出される。この後、チップ20を基準として、ステージテーブル12を平行・回転移動することで基板22の位置を移動させて、チップ20および基板22の位置の調整が行われる。チップ20と基板22の位置調整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7によって行ってもよく、またはヘッド側アライメントテーブル7のみにて位置調整してもよい。また、どちらか一方のテーブルのみの構成でもよい。アライメント方法は2視やカメラにとらわれず、個別に配置した認識手段で認識してもよい。   When the chip 20 and the substrate 22 are sucked and held with the bonding surfaces facing each other, the upper / lower mark recognition means 14 is inserted between the chip 20 and the substrate 22 by the recognition means moving table 15, and the chip 20 and the substrate 22 facing each other. The alignment mark for alignment is detected by the upper and lower mark recognition means 14. Thereafter, the position of the substrate 22 is moved by moving the stage table 12 in parallel and rotating with the chip 20 as a reference, and the positions of the chip 20 and the substrate 22 are adjusted. The positions of the chip 20 and the substrate 22 may be adjusted using the stage table 12 and the head side alignment table 7 or may be adjusted using only the head side alignment table 7. Moreover, the structure of only one of the tables may be used. The alignment method is not limited to two views or a camera, and may be recognized by a recognition means arranged individually.

次に、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が上下駆動機構25により下降され、チップ20の金属バンプ20aと基板22の接合部22a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。そして、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1は位置制御からトルク制御へと切り替えられ、図2(c)に示すようにチップ20と基板22へ加圧力が加えられ、接合が行われる。   Next, 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 metal bump 20a of the chip 20 and the joint portion 22a of 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. Then, the contact timing of the chip 20 and the substrate 22 is detected by the pressure detection means 32, and the vertical drive motor 1 is switched from position control to torque control, and as shown in FIG. A pressure is applied and bonding is performed.

なお、チップ保持ツール8の内部には加熱用ヒータ(図示せず)が埋設されており、ステージ10内部にはステージヒータ11が内蔵されているため、加圧中にチップ20および基板22を加熱しながら接合することもできる。加熱することにより、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、接合強度を増大することができる。なお、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、高さ方向の位置も調整可能である。   A heating heater (not shown) is embedded in the chip holding tool 8 and a stage heater 11 is built in the stage 10, so that the chip 20 and the substrate 22 are heated during pressurization. Can also be joined. By heating, the crystal orientation is efficiently rotated and the particles are moved, the bonding proceeds, and the residual stress is removed, whereby the bonding strength can be increased. Even during pressurization switched to torque control, the head height is monitored by the head height detecting means 24, and the position in the height direction can be adjusted.

一般に、大気中ではチップ20や基板22等の被接合物の表面に酸化膜や有機物等の付着物層が形成されるので、180℃以下の低温で固相のまま被接合物同士を接触させても、そのままでは接合されない。そこで、真空中で金属バンプ20aおよび接合部22aにプラズマ等のエネルギー波等を照射し新生面を露出させた状態で、引き続き真空中で金属バンプ20aおよび接合部22aの接合が行われる。   In general, an adhesion layer such as an oxide film or an organic substance is formed on the surface of an object to be bonded such as the chip 20 or the substrate 22 in the atmosphere. However, it is not joined as it is. Therefore, the metal bumps 20a and the joints 22a are continuously joined in vacuum in a state where the metal bumps 20a and the joints 22a are irradiated with energy waves such as plasma to expose the new surfaces in vacuum.

しかし、本実施形態では、チップ20および基板22を加圧することによって、図3(a)および(b)に示すように、金属バンプ20aの尖頭が潰されることにより、並んだ結晶の移動や結晶方向の回転が起こり、新生面が露出することとなる。つまり、チップ20の金属バンプ20aは加圧により尖頭が押し潰されて広がり、金属バンプ20aと接合部22aとの間に滑りが生じるため、金属バンプ20aの表面に形成された酸化膜や付着した有機物等の層は押し潰されて新生面が露出することとなる。   However, in this embodiment, by pressing the chip 20 and the substrate 22, as shown in FIGS. 3A and 3B, the tips of the metal bumps 20a are crushed, so that the movement of aligned crystals and Rotation in the crystal direction occurs and the new surface is exposed. In other words, the metal bumps 20a of the chip 20 are crushed and spread by pressing, and slip occurs between the metal bumps 20a and the joints 22a. Therefore, an oxide film or adhesion formed on the surface of the metal bumps 20a. The layer of organic matter or the like is crushed and the new surface is exposed.

また、接合部22aの表面に形成された酸化膜や有機物等の層は、上記のとおり接合前に洗浄部40において接合部22aの表面活性化処理が行われ除去されているので、接合部22aの表面には新生面が露出している。また、接合部22aは金からなるため、酸化膜や有機物等の再付着層等は形成されにくく、形成されたとしても表面活性化処理後一定時間内であればその厚さは薄いので、金属バンプ20aを接合部22aに接地し加圧することによって押し破られる。したがって、再び接合部22aの表面でも新生面が露出し、金属バンプ20aと接合部22aの金属原子が原子間力により引き合い、大気中でも図2(d)に示すように接合が行われることとなる。   In addition, since the oxide film or organic layer formed on the surface of the bonding portion 22a is removed by performing the surface activation process of the bonding portion 22a in the cleaning unit 40 before bonding as described above, the bonding portion 22a. A new surface is exposed on the surface. In addition, since the junction 22a is made of gold, it is difficult to form a redeposition layer such as an oxide film or an organic substance, and even if it is formed, its thickness is small within a certain time after the surface activation treatment. The bump 20a is grounded to the joint 22a and pressed to break it. Therefore, a new surface is exposed again on the surface of the bonding portion 22a, and metal atoms of the metal bump 20a and the bonding portion 22a are attracted by an atomic force, and bonding is performed in the atmosphere as shown in FIG.

また、従来技術では、チップ側の接合部は断面尖形形状を有しておらず変形しにくい形状であったため、チップ側の接合部を基板側の接合部に加圧したときに、チップ側の接合部が押し潰されて広がるときに生じる接合部間の滑りが小さく、プラズマ等のエネルギー波により予めチップ側および基板側の両接合部の接合表面の酸化膜等を除去する必要があった。   Further, in the prior art, the chip-side joint has a shape that is not easily deformed because it does not have a pointed cross section, so when the chip-side joint is pressed against the substrate-side joint, the chip side The slip between the joints generated when the joints of the chip are crushed and spread is small, and it was necessary to remove the oxide film and the like on the joint surfaces of both the chip side and the substrate side joints by energy waves such as plasma. .

一方、本実施形態では、チップ20の金属バンプ20aは断面尖形形状を有しており、従来技術に比べて金属バンプ20aは加圧によって変形しやすい形態である。そこで、金属バンプ20aの変形に伴って、金属バンプ20aと接合部22aの界面では、金属バンプ20aが押し潰されて広がるときに生じる金属バンプ20aと接合部22a間の滑りが大きくなる。よって、金属バンプ20aで新生面が露出するのと同時に、接合部22aの再付着層等も前記滑りにより押し破られやすくなり、新生面は出やすくなる。また、加圧力においても断面尖形形状を有していない金属バンプ同士を接合する場合に比べ低加圧化が可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, the metal bump 20a of the chip 20 has a pointed cross-sectional shape, and the metal bump 20a is more easily deformed by pressurization than the conventional technology. Therefore, along with the deformation of the metal bump 20a, the slip between the metal bump 20a and the joint 22a that occurs when the metal bump 20a is crushed and spreads increases at the interface between the metal bump 20a and the joint 22a. Therefore, at the same time that the new surface is exposed by the metal bump 20a, the reattachment layer of the joint 22a is easily broken by the slip, and the new surface is easily formed. Further, even when the pressure is applied, the pressure can be reduced as compared with the case where metal bumps not having a pointed cross section are joined.

したがって、本実施形態では、チップ20の金属バンプ20aの表面活性化処理を行わなくても金属バンプ20aに新生面を露出させることができる。さらに、接合部22aに対しても、加圧したときの金属バンプ20aと接合部22aの間の滑りにより、表面活性化処理後に形成された再付着層の除去を容易にすることができる。よって、例えば他方の被接合物の接合部がパッドである場合に、プラズマ洗浄後の前記バッド表面においても、金属バンプが断面尖形形状を有していない場合に比べて、断面尖形形状を有する金属バンプ20aとパッド表面との界面のすべりにより再付着層が効率よく削り取られるため、信頼性の高い接合が行われる。   Therefore, in this embodiment, the new surface can be exposed on the metal bump 20a without performing the surface activation process of the metal bump 20a of the chip 20. Furthermore, the removal of the reattachment layer formed after the surface activation treatment can be facilitated by slipping between the metal bump 20a and the joint 22a when the joint 22a is pressurized. Therefore, for example, when the bonding portion of the other object to be bonded is a pad, the pad surface after the plasma cleaning also has a pointed cross-sectional shape compared to the case where the metal bump does not have a pointed-shaped cross-sectional shape. Since the redeposition layer is efficiently scraped off due to the slip of the interface between the metal bump 20a and the pad surface, highly reliable bonding is performed.

また、本発明者は、金属バンプ20aを接合面から先端までの高さが20〜90%となる範囲で押し潰せば、金属バンプ20aの表面の酸化膜や有機物等の付着層を確実に除去して新生面を露出することができ、電気的信頼性のよい接合が可能であることを実験的に見出した。図4を参照して、金属バンプ20aの接合面から先端までの高さと接合強度との関係について説明する。   In addition, the present inventor reliably removes an adhesion layer such as an oxide film or an organic substance on the surface of the metal bump 20a by crushing the metal bump 20a within a range from 20% to 90% from the joint surface to the tip. As a result, it was experimentally found that the new surface can be exposed and bonding with high electrical reliability is possible. With reference to FIG. 4, the relationship between the height from the bonding surface to the tip of the metal bump 20a and the bonding strength will be described.

図4は金属バンプ20aがAu、Al、Cuである場合における金属バンプ20aの高さと接合強度との関係を示した図である。同図において金属バンプ20aの高さは、完全につぶれてしまったときを0%、全く潰れていないときを100%としている。同図において、接合が良好であるための接合強度は1バンプ当たり15g以上の場合とし、1バンプ当たりの接合強度が15g以上となり接合強度が十分良好であるためには、加圧し潰した後の接合部から金属バンプ20aの先端までの高さは、加圧前のおよそ20〜90%となる場合であればよいことが分かる。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the height of the metal bump 20a and the bonding strength when the metal bump 20a is Au, Al, or Cu. In the figure, the height of the metal bump 20a is 0% when it is completely crushed and 100% when it is not crushed at all. In the same figure, the bonding strength for good bonding is 15 g or more per bump, and the bonding strength per bump is 15 g or more and the bonding strength is sufficiently good. It can be seen that the height from the joint to the tip of the metal bump 20a may be about 20 to 90% before pressing.

また、図4では、加圧後の金属バンプ20aの高さが、加圧前の金属バンプ20aの高さの0〜20%となるときは、金属バンプ20aは大きく潰れているため十分接合していると考えられるが、加圧力が十分過ぎ、チップ20および基板22に余計なダメージが与えられる等、接合されない可能性が含まれると考えられる。また、加圧後の接合面から金属バンプ20aの高さが加圧前の金属バンプ20aの高さの90〜100%となるときは、金属バンプ20aの潰れ方が小さいため、接合されない可能性があると考えられる。以上の点を考慮すると、接合を良好に行うための金属バンプの高さは、加圧後の金属バンプの高さが加圧前の金属バンプ20aの高さの20〜90%の場合とするのがよい。   Moreover, in FIG. 4, when the height of the metal bump 20a after pressurization is 0 to 20% of the height of the metal bump 20a before pressurization, the metal bump 20a is largely crushed and thus is sufficiently bonded. However, it is considered that there is a possibility that the chip 20 and the substrate 22 are not joined, such as excessive damage, and excessive damage to the chip 20 and the substrate 22. Further, when the height of the metal bump 20a is 90% to 100% of the height of the metal bump 20a before pressurization from the joint surface after pressurization, the metal bump 20a is less crushed and may not be joined. It is thought that there is. Considering the above points, the height of the metal bumps for good bonding is the case where the height of the metal bumps after pressurization is 20 to 90% of the height of the metal bumps 20a before pressurization. It is good.

したがって、金属バンプ20aの接合面からの高さが加圧前の接合面からの高さの20〜90%の範囲となるように、チップ20や基板22等の被接合物に加圧するのがよい。   Therefore, the object to be bonded such as the chip 20 or the substrate 22 is pressurized so that the height from the bonding surface of the metal bump 20a is in the range of 20 to 90% of the height from the bonding surface before pressing. Good.

そこで、加圧中は、ヘッド高さ検出手段(図示省略)により基板を保持するヘッドの高さをモニタすることにより、金属バンプ20aの、基板22からの高さを検出し、金属バンプ20aの高さが加圧前の金属バンプ20aの高さの20〜90%となるように加圧力の調整を行えばよい。   Therefore, during pressurization, the height of the metal bump 20a from the substrate 22 is detected by monitoring the height of the head holding the substrate by head height detection means (not shown), and the height of the metal bump 20a is detected. The applied pressure may be adjusted so that the height is 20 to 90% of the height of the metal bump 20a before pressing.

なお、本発明者は、チップ20に形成された金属バンプ20aへの加圧力が、金属の種類、加圧の速さ等の条件に関わらず、1バンプあたり50〜700MPaの範囲のときに、金属バンプ20aが20〜90%の範囲の高さに押し潰されることを実験的に見出した。したがって、チップ20および基板22に、1バンプあたり50〜700MPaの範囲の加圧力が加えられ、金属バンプ20aの高さが20〜90%の高さとなるように制御を行い、接合を行うこともできる。   In addition, the present inventor, when the pressure applied to the metal bump 20a formed on the chip 20 is in the range of 50 to 700 MPa per bump regardless of conditions such as the type of metal and the speed of pressurization, It has been experimentally found that the metal bump 20a is crushed to a height in the range of 20 to 90%. Therefore, a pressing force in the range of 50 to 700 MPa per bump is applied to the chip 20 and the substrate 22, and the control is performed so that the height of the metal bump 20 a is 20 to 90%. it can.

そして接合完了後、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10上に残り、再び基板搬送装置37により、接合されたチップ20および基板22が基板トレイ39へ排出され、一連の接合動作は終了する。   After the bonding is completed, the adsorption of the chip 20 is released, and the chip 20 is mounted on the substrate 22 side and remains on the stage 10, and the bonded chip 20 and the substrate 22 are again bonded to the substrate tray 39 by the substrate transfer device 37. And the series of joining operations is completed.

したがって、第1実施形態によると、チップ20aに形成された金属バンプ20aは断面尖形形状を有し、加圧によって押し潰しやすい形状を成しており、図4から分かるように、金属バンプ20aの高さが20〜90%となる範囲で金属バンプを押し潰せば、金属バンプ20aおよび接合部22aの表面に形成された酸化膜や有機物の付着層を確実に除去することができ、かつ、他のバンプと接触することもなく電気的信頼性のよい接合が可能であることが実験的に明らかになった。よって、断面尖形形状を有する金属バンプ20aの高さが20〜90%となる範囲で押し潰すことにより、酸化膜や有機物の付着層を押し破ることができ、その結果金属バンプ20aに関しては、接合前のプラズマ等のエネルギー波による表面活性化処理を省略することができ、工程の簡略化を図ることができる。   Therefore, according to the first embodiment, the metal bumps 20a formed on the chip 20a have a pointed cross-sectional shape and are easily crushed by pressure. As can be seen from FIG. 4, the metal bumps 20a If the metal bumps are crushed in a range of 20 to 90% of the height, the oxide film formed on the surfaces of the metal bumps 20a and the joints 22a and the organic adhesion layer can be reliably removed, and It has been experimentally found that bonding with high electrical reliability is possible without contact with other bumps. Therefore, by crushing the metal bump 20a having a pointed cross-sectional shape in a range of 20 to 90%, it is possible to smash the oxide film and the organic adhesion layer. As a result, regarding the metal bump 20a, Surface activation treatment by energy waves such as plasma before bonding can be omitted, and the process can be simplified.

また、基板22の接合面に形成された接合部22aは、大気中で酸化されない金によって形成されているため、表面活性化処理後には接合部22aの表面に酸化膜や有機物が再付着して層が形成されることはほとんどない。また、酸化膜や有機物が再付着して層が形成されたとしても、接合部が表面活性化処理された後一定時間内であれば、その再付着層の厚さは薄いので、金属バンプ20aと金からなる接合部22aを衝合して加圧することによって再付着層を押し破ることができる。したがって、本実施形態によると、大気中でも金属バンプ20aおよび接合部22aの接合を行うことができる。   Further, since the bonding portion 22a formed on the bonding surface of the substrate 22 is formed of gold that is not oxidized in the atmosphere, an oxide film or an organic substance is reattached to the surface of the bonding portion 22a after the surface activation process. Layers are rarely formed. Further, even if an oxide film or an organic substance is reattached to form a layer, the thickness of the reattached layer is small if the joint is within a certain time after the surface activation treatment, so that the metal bump 20a The reattachment layer can be pushed through by abutting and pressurizing the joint 22a made of gold and gold. Therefore, according to the present embodiment, the metal bump 20a and the joint portion 22a can be joined even in the atmosphere.

また、チップ20に形成された金属バンプ20aあたりの加圧力が50〜700MPaの範囲で加圧力の制御を行うと、金属バンプ20aの高さは20〜90%の範囲の高さとなり、接合強度が大きく、かつ、被接合物にダメージ等がない良好な接合を行うことができる。   Further, when the pressing force is controlled in the range of 50 to 700 MPa in the pressing force per metal bump 20a formed on the chip 20, the height of the metal bump 20a is in the range of 20 to 90%. Therefore, it is possible to perform good bonding with a large thickness and no damage to the objects to be bonded.

また、プラズマ等のエネルギー波により接合部22aを表面活性化させて接合しているため、低温での接合が可能である。例えば、従来の錫鉛ハンダと比較すると、被接合どうしの接合時の加熱温度を錫鉛ハンダの溶融温度である183℃以下である180℃以下で、固相で接合することができる。また、金属バンプ20aおよび接合部22aの材料によっては100℃以下または常温でも可能であり、加熱によりチップ20や基板22にダメージを与えるおそれが低減される。また、固相で接合することができるため、微細ピッチ電極や数μm以内の高精度な実装が要求される接合においては、従来のように錫鉛ハンダが高温により再溶融するという現象が生じることもなく、高精細な接合が可能である。   Further, since the bonding portion 22a is surface-activated by energy waves such as plasma, bonding at a low temperature is possible. For example, as compared with the conventional tin-lead solder, the heating temperature at the time of bonding between the joints can be solid-phase bonded at 180 ° C. or lower, which is 183 ° C. or lower, which is the melting temperature of tin-lead solder. In addition, depending on the material of the metal bump 20a and the joint portion 22a, it can be performed at 100 ° C. or lower or at room temperature, and the risk of damage to the chip 20 or the substrate 22 due to heating is reduced. In addition, since it can be bonded in a solid phase, the phenomenon that tin-lead solder remelts at a high temperature as in the conventional case occurs in bonding that requires fine pitch electrodes and high-precision mounting within a few μm. In addition, high-definition bonding is possible.

また、接合部22aの表面活性化処理を行うためのエネルギー波がプラズマであるため、真空度が10−2Torr程度の低真空の空間で接合部の表面活性化処理を行うことができる。そのため、表面活性化処理を行うための装置構成は、簡易な設備で済み、装置のコンパクト化、コストダウン化が可能となる。 In addition, since the energy wave for performing the surface activation process of the bonding part 22a is plasma, the surface activation process of the bonding part can be performed in a low vacuum space with a degree of vacuum of about 10 −2 Torr. Therefore, the apparatus configuration for performing the surface activation process is simple equipment, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.

なお、接合部22aを金属バンプ20aと同様に断面尖形形状を有するバンプ形状(金属バンプ22bとする。)とする変形例が考えられる。この場合、原理的には、金属バンプ同士の接合では、両金属バンプが押し潰され新生面が現れるので、両金属バンプともプラズマ等のエネルギー波による表面活性化処理を行わなくても接合を行うことができると考えられる。しかし、実際は、両金属バンプの先端の位置が合わないので、加圧によりチップ20の金属バンプ20aを基板22の金属バンプ22bに押し込むと、尖った先端に沿って両金属バンプの位置がずれることになる。その結果、両金属バンプの新生面同士は圧接されず、接合ができないことになる。   In addition, the modification which makes the junction part 22a the bump shape (it is set as the metal bump 22b) which has a cross-sectional point shape similarly to the metal bump 20a can be considered. In this case, in principle, when joining metal bumps, both metal bumps are crushed and a new surface appears. Therefore, both metal bumps should be joined without performing surface activation treatment by energy waves such as plasma. It is thought that you can. However, in actuality, the positions of the tips of both metal bumps do not match. Therefore, when the metal bump 20a of the chip 20 is pushed into the metal bump 22b of the substrate 22 by pressurization, the positions of both metal bumps are shifted along the sharp tip. become. As a result, the new surfaces of both metal bumps are not pressed together and cannot be joined.

したがって、大気中で低温で接合するには、本実施形態のように、予め基板22の接合部22aを、プラズマ等のエネルギー波によって表面活性化処理を行い、金属バンプ20aを加圧して接合する方法が効果的である。   Therefore, in order to bond at low temperature in the atmosphere, as in the present embodiment, the bonding portion 22a of the substrate 22 is preliminarily surface activated by energy waves such as plasma, and the metal bumps 20a are pressed and bonded. The method is effective.

(第2実施形態)
続いて、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点は、被接合物であるチップ20の金属バンプ20aが金めっきにより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 joining device according to the present invention will be described in detail. The point that this embodiment is greatly different from the first embodiment is that the metal bump 20a of the chip 20 that is the object to be bonded is formed by gold plating, and other configurations are the first embodiment. It is the same. 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の金属バンプ20aは、金めっきにより形成された金属バンプとして構成されている。一例として、金を電解めっき法により順次積層して、例えばピラミッド状に形成して金属バンプ20aを形成している。このような方法で形成することにより、結晶性の良い金属バンプを形成することができる。また、酸化膜や有機物等からなる付着層が前記金属バンプ20aの接合表面に付着しづらく、また硬度が低いため、加圧により表面の酸化膜等を押し破りやすく、大気中でも接合がしやすくなる。したがって、金属バンプ20aと接合面22aの接合界面で結晶構造を整合させるために加熱する場合の加熱温度をより低く、または常温とすることができ、チップ20や基板22への加熱によるダメージを防止することができる。なお、金属バンプ20aの形状は、ピラミッド型に限らず、その他の角錐型や円錐型等、どのような形状でもよい。   In the second embodiment, the metal bump 20a of the chip 20 is configured as a metal bump formed by gold plating. As an example, the metal bumps 20a are formed by sequentially laminating gold by an electrolytic plating method, for example, in a pyramid shape. By forming by such a method, a metal bump with good crystallinity can be formed. In addition, an adhesion layer made of an oxide film or an organic substance is difficult to adhere to the bonding surface of the metal bump 20a, and since the hardness is low, the oxide film or the like on the surface is easily broken by pressurization, and the bonding is easy in the atmosphere. . Therefore, the heating temperature when heating to match the crystal structure at the bonding interface between the metal bump 20a and the bonding surface 22a can be set to a lower temperature or normal temperature, and damage to the chip 20 and the substrate 22 due to heating can be prevented. can do. The shape of the metal bump 20a is not limited to the pyramid shape, and may be any shape such as other pyramid shape or cone shape.

また、上記したような方法で形成した場合、例えば、先端を引きちぎることにより新生面を生じさせて接合を行うスタッドバンプのように、材料に不純物を混入させることがないので、接合強度が強く、しかも電気的特性の優れた金属バンプを形成することができる。また、スタッドバンプの場合には、引きちぎりや加圧による塑性変形により、破断面の中央部と周辺部とでは結晶構造が変化し、例えばスタッドバンプの破断面の中央部が接合面22aに接合しないという問題が生じることがある。しかし、上記したように金めっきにより金属バンプ20aを形成した場合には、金属バンプ20aの結晶性が良く、また、押し潰すことにより新生面が現れ金属バンプ20aと接合面22aの結晶構造が整合されるため、金属バンプ20aの中央でも接合が行われることとなる。   In addition, when formed by the above-described method, for example, a stud bump that is bonded by generating a new surface by tearing off the tip does not allow impurities to be mixed into the material, so that the bonding strength is strong and Metal bumps having excellent electrical characteristics can be formed. In the case of a stud bump, the crystal structure changes between the central portion and the peripheral portion of the fracture surface due to plastic deformation due to tearing or pressurization. For example, the central portion of the fracture surface of the stud bump is bonded to the bonding surface 22a. The problem of not doing may occur. However, when the metal bumps 20a are formed by gold plating as described above, the crystallinity of the metal bumps 20a is good, and when crushed, a new surface appears and the crystal structures of the metal bumps 20a and the bonding surfaces 22a are matched. Therefore, bonding is also performed at the center of the metal bump 20a.

したがって、第2実施形態によると、金属バンプ20aが金めっきによって形成されるため、結晶性の良いバンプを形成することができる。そして、酸化膜や付着物等の層が形成されにくく新生面が露出しているので、金属バンプ20aは接合部22aとの接合を行いやすく、加熱温度を低くすることができるため、チップ20や基板22への加熱によるダメージを防止することができる。また、付着物等の層が形成されたとしても、金属バンプ20aは金めっきにより形成されるので硬度が低く、加圧によって押し潰すことによって容易に新生面が現れることとなる。また、接合部22aと同じ材料である金を金属バンプの材料として使用するため、金属同士が結合しやすく、接合強度の大きい良好な接合を行うことができる。   Therefore, according to the second embodiment, since the metal bumps 20a are formed by gold plating, it is possible to form bumps with good crystallinity. Since the new surface is difficult to form such as an oxide film or a layer of deposits, the metal bump 20a can be easily bonded to the bonding portion 22a, and the heating temperature can be lowered. Damage due to heating to 22 can be prevented. Further, even if a layer such as a deposit is formed, the metal bump 20a is formed by gold plating, so the hardness is low, and a new surface appears easily by being crushed by pressure. In addition, since gold, which is the same material as the joining portion 22a, is used as the material for the metal bumps, the metals can be easily bonded to each other, and good bonding with high bonding strength can be performed.

(第3実施形態)
続いて第3実施形態について詳細に述べる。以下、上記第1実施形態と異なる点について述べ、上記第1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。
(Third embodiment)
Next, the third embodiment will be described in detail. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration and operation as those of the first embodiment will be omitted.

本実施形態が、上記第1実施形態と大きく相違する点は、チップ20として可視光や赤外光を含めた受光素子であるCMOSイメージセンサを基板22に接合する点であり、その他の点は上記第1実施形態と同一の構成および動作である。チップ20が受光素子である場合、接合前に表面活性化処理を行うとすると、プラズマ等のエネルギー波の照射によりチップ20に不要な電荷等が与えられ、チップ20がダメージを受けるおそれがある。   The present embodiment is greatly different from the first embodiment in that a CMOS image sensor, which is a light receiving element including visible light and infrared light, is bonded to the substrate 22 as the chip 20, and the other points are as follows. The configuration and operation are the same as those in the first embodiment. When the chip 20 is a light receiving element, if surface activation processing is performed before bonding, unnecessary charges or the like are given to the chip 20 by irradiation of energy waves such as plasma, and the chip 20 may be damaged.

本実施形態によると、プラズマによるダメージ等を受けやすい受光素子を一方の被接合物とした場合でも、受光素子であるチップ20には断面尖形形状を有する金属バンプ20aが形成されているため、表面活性化処理は不要であり、チップ20と基板22の接合前に表面活性化処理の工程を省略することができる。したがって、受光素子であるチップ20を、ダメージを受けることなく接合することができる。なお、受光素子はCMOSイメージセンサに限られず、CCD等の受光素子や、その他のセンシング素子でもよい。また、センシング素子に限られず、プラズマによりダメージを受けやすい材質を使ったデバイス、エッチングにより損傷されるおそれのある薄膜や銀等による配線パターンが形成されたデバイスでもよい。   According to the present embodiment, even when a light receiving element that is easily damaged by plasma or the like is used as one object to be joined, the metal bump 20a having a pointed cross section is formed on the chip 20 that is the light receiving element. The surface activation process is not necessary, and the surface activation process can be omitted before the chip 20 and the substrate 22 are bonded. Therefore, the chip 20 that is a light receiving element can be bonded without being damaged. The light receiving element is not limited to a CMOS image sensor, and may be a light receiving element such as a CCD or other sensing elements. Further, the device is not limited to a sensing element, and a device using a material that is easily damaged by plasma, or a device formed with a thin film that may be damaged by etching or a wiring pattern made of silver or the like may be used.

(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。本実施形態が、上記第1実施形態と大きく相違する点は、一方の被接合物であるデバイス基板901の基板本体901aの表面に、所定領域を囲んだ断面尖形形状を有する金属接合部としての金属枠体904が突出形成され、他方の被接合物である蓋基板902と金属枠体904を接合し、デバイス基板901および蓋基板902の接合面と金属枠体904で囲まれる空間を、所定の雰囲気に封止する点である。以下、上記第1実施形態と異なる点について述べ、上記第1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. This embodiment is greatly different from the first embodiment described above as a metal joint having a pointed cross-sectional shape surrounding a predetermined area on the surface of the substrate body 901a of the device substrate 901 that is one of the objects to be joined. The metal frame 904 is projected and formed, and the lid substrate 902 and the metal frame 904, which are the other objects to be joined, are joined together, and the space surrounded by the metal substrate 904 and the joining surface of the device substrate 901 and the lid substrate 902, It is a point sealed in a predetermined atmosphere. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration and operation as those of the first embodiment will be omitted.

まず、本発明の接合装置において接合される基板の構造について詳細に述べる。図6はデバイス基板および蓋基板の一例を示す図、図7は図6のA−A線矢視断面図である。   First, the structure of the substrates bonded in the bonding apparatus of the present invention will be described in detail. 6 is a view showing an example of the device substrate and the lid substrate, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図6を参照して基板の一例について説明する。図6に示すように、デバイス基板901の基板本体901aの表面には、所定領域を囲んだ断面尖形形状を有する金属枠体904が金めっきによって突出形成されている。また、金属枠体904に囲まれた領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部903が形成されている。ここで、所定領域とは、回路の動作部分や振動部分などが形成される領域のことである。なお、金属枠体904の材質は金に限らず銅やアルミニウム等その他ものであってもよい。   An example of the substrate will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, a metal frame 904 having a pointed cross-sectional shape surrounding a predetermined region is formed on the surface of the substrate body 901a of the device substrate 901 so as to protrude by gold plating. In a region surrounded by the metal frame 904, a main body 903 of a device such as a semiconductor device such as a surface acoustic wave device or an RF device or a MEMS device having a mechanical movable part is formed. Here, the predetermined region is a region where an operation part or a vibration part of a circuit is formed. The material of the metal frame 904 is not limited to gold, but may be other materials such as copper and aluminum.

また、蓋基板902の基板本体902aの表面には接合部として金薄膜905がスパッタリングまたは金属めっきにより形成されている。なお、金薄膜905の代わりに、金属枠体904に対応する位置に突出形成された金属枠体等であってもよい。   Further, a gold thin film 905 is formed as a bonding portion on the surface of the substrate body 902a of the lid substrate 902 by sputtering or metal plating. Instead of the gold thin film 905, a metal frame or the like that protrudes at a position corresponding to the metal frame 904 may be used.

このような構成とすれば、金は腐食せず、また、加熱してもガスを発生しないので、後述するように、デバイス基板901と蓋基板902との接合を行って、両基板901、902の接合面と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入し、当該空間を外部の雰囲気から遮断する封止材として、実用的である。   With such a configuration, gold does not corrode and does not generate gas even when heated. Therefore, as will be described later, the device substrate 901 and the lid substrate 902 are bonded to each other, and both the substrates 901 and 902 are connected. This is practical as a sealing material that encloses a predetermined atmosphere in a space formed by the joint surface and the metal frame 904 and surrounded by a contour, and blocks the space from the external atmosphere.

なお、上記した基板の一例では、金めっきを厚膜状に施すことにより、基板本体901aの表面に断面尖形形状を有する金属枠体904を突出形成したが、金属からなる母材の表面に金膜を形成して構成してもよい。   In the above example of the substrate, the metal frame 904 having a pointed cross section is formed on the surface of the substrate main body 901a by performing gold plating in a thick film shape. However, the surface of the base material made of metal is formed on the surface. A gold film may be formed.

例えば、潰れ易くするために、硬度が低い錫または金と錫の合金層を母材とし、表面に金膜を形成した断面尖形形状を有する金属枠体904を形成してもよい。なお、この場合、金属枠体904が加圧により押し潰された後も金属枠体904の表面に金膜が残っていると、金属枠体904と接合部905の金原子同士が引き合うため接合強度の大きい良好な接合を行うことができる。したがって、加圧後も金属枠体904の表面に金膜が残るように金膜の厚さおよび加圧力を調整するとよい。また、錫に代わってインジウムを使用してもよい。   For example, in order to make it easy to be crushed, a metal frame 904 having a pointed cross-section with a gold film formed on the surface of a low hardness tin or an alloy layer of gold and tin may be formed. In this case, if the gold film remains on the surface of the metal frame 904 even after the metal frame 904 is crushed by pressure, the gold atoms in the metal frame 904 and the joint portion 905 attract each other. Good bonding with high strength can be performed. Therefore, it is preferable to adjust the thickness and pressure of the gold film so that the gold film remains on the surface of the metal frame 904 even after pressurization. Further, indium may be used instead of tin.

また、接合装置および接合動作については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、図3に示した装置では、金属枠体904と接合部905の接合を大気中で行うため、デバイス基板901と蓋基板902の接合面と金属枠体904で囲まれた空間には、大気が封入されることとなる。   Further, since the joining device and the joining operation are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. In the apparatus shown in FIG. 3, the metal frame 904 and the bonding portion 905 are bonded in the atmosphere. Therefore, in the space surrounded by the bonding surface of the device substrate 901 and the lid substrate 902 and the metal frame 904, The atmosphere will be enclosed.

また、図8は金属枠体904がAu、Al、Cuである場合の、金属枠体904の高さと接合強度との関係を示した図である。同図において金属枠体904の接合面からの高さは、完全につぶれたときを0%、全く潰れていないときを100%としている。同図において、接合が良好であるための接合強度は1金属枠体当たり150g以上の場合とし、1金属枠体当たりの接合強度が150g以上となり接合強度が十分良好であるためには、接合部が金属バンプであるときと同様、金属枠体904の高さが接合面から金属枠体904の先端までの高さのおよそ20〜90%となるように加圧して押し潰すとよいことが分かる。また、金属バンプの場合と同様、金属枠体904の接合面からの高さが20〜90%の高さとなるように1金属枠体当たり50〜700MPaの範囲で加圧力の制御を行うこととしてもよい。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the height of the metal frame 904 and the bonding strength when the metal frame 904 is Au, Al, or Cu. In the figure, the height of the metal frame 904 from the joint surface is 0% when it is completely crushed and 100% when it is not crushed at all. In the figure, the bonding strength for good bonding is 150 g or more per metal frame, and the bonding strength per metal frame is 150 g or more and the bonding strength is sufficiently good. As is the case with the metal bumps, it is understood that the metal frame 904 may be pressed and crushed so that the height of the metal frame 904 is approximately 20 to 90% of the height from the joint surface to the tip of the metal frame 904. . In addition, as in the case of the metal bump, the pressure is controlled in the range of 50 to 700 MPa per metal frame so that the height from the joint surface of the metal frame 904 is 20 to 90%. Also good.

(第5実施形態)
続いて第5実施形態について説明する。本実施形態では、上記第4実施形態と同様デバイス基板901の所定領域を囲んで突出形成された断面尖形形状を有する金属枠体904と蓋基板902の接合部905の接合を行う。本実施形態が上記第4実施形態と大きく相違する点は、接合部905の表面活性化処理後、金属枠体904と接合部905の接合を行うための接合装置がチャンバー内に配設されている点である。以下、本装置について詳しく説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. In the present embodiment, as in the fourth embodiment, the joining portion 905 of the metal frame body 904 having a pointed cross-sectional shape protruding and surrounding a predetermined region of the device substrate 901 and the lid substrate 902 is performed. This embodiment differs greatly from the fourth embodiment described above in that a bonding apparatus for bonding the metal frame 904 and the bonding portion 905 is disposed in the chamber after the surface activation treatment of the bonding portion 905. It is a point. Hereinafter, this apparatus will be described in detail.

図9は本実施形態における装置構成を示した概略構成図である。本実施形態では、同図に示すように、チャンバー52内に表面活性化処理室51と、チャンバー56内に接合室55が構成され、表面活性化処理室51には表面活性化処理装置53が、接合室55には接合装置57が配設されている。また、チャンバー52および56の入口には気密シャッター54および58が設けられ、この気密シャッター54および58を閉じることでチャンバー52および56を気密化して、所定の雰囲気中で表面活性化処理および接合処理を行うことができる。   FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a device configuration in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in the figure, a surface activation processing chamber 51 is formed in the chamber 52, and a bonding chamber 55 is formed in the chamber 56. A surface activation processing device 53 is provided in the surface activation processing chamber 51. A bonding device 57 is disposed in the bonding chamber 55. In addition, airtight shutters 54 and 58 are provided at the entrances of the chambers 52 and 56. By closing the airtight shutters 54 and 58, the chambers 52 and 56 are airtight, and surface activation treatment and bonding treatment are performed in a predetermined atmosphere. It can be performed.

また、表面活性化処理室51と接合室55との間には、表面活性化処理装置53から接合装置57へと両基板901、902を搬送可能にするための搬送機構59が配設されている。このような構成とすれば、表面活性化処理および接合処理において、蓋基板902を表面活性化処理室51から接合室55の上部電極806へと搬送することができる。なお、搬送装置59については、周知の種々の搬送装置を採用することができ、その構成および動作は周知のものであるため、その構成および動作の説明は省略する。   In addition, a transfer mechanism 59 is provided between the surface activation processing chamber 51 and the bonding chamber 55 so that both substrates 901 and 902 can be transferred from the surface activation processing device 53 to the bonding device 57. Yes. With such a configuration, the lid substrate 902 can be transferred from the surface activation processing chamber 51 to the upper electrode 806 of the bonding chamber 55 in the surface activation processing and the bonding processing. As the transfer device 59, various known transfer devices can be adopted, and since the configuration and operation thereof are well known, the description of the configuration and operation is omitted.

したがって、本実施形態によると、蓋基板902を表面活性化処理後、搬送装置59により接合室へ搬送し、上部電極806に保持することにより、チャンバー56内の所定の雰囲気中でデバイス基板901と蓋基板902の接合を行うことができる。よって、デバイス基板901および蓋基板902の接合面と金属枠体904で囲まれた所定の空間を大気以外の所定の雰囲気に封入する場合には簡便である。   Therefore, according to the present embodiment, after the lid substrate 902 is subjected to the surface activation process, the lid substrate 902 is transported to the bonding chamber by the transport device 59 and held by the upper electrode 806, so that the device substrate 901 The lid substrate 902 can be bonded. Therefore, it is easy to enclose a predetermined space surrounded by the joining surface of the device substrate 901 and the lid substrate 902 and the metal frame 904 in a predetermined atmosphere other than the atmosphere.

(第6実施形態)
続いて、本発明にかかる接合装置の第6実施形態について説明する。本実施形態が上記第5実施形態と大きく相違する点は、表面活性化処理と接合処理を続けて行うことができる表面活性化・接合装置が配設されている点であり、蓋基板902の表面活性化処理前にデバイス基板901および蓋基板902を同一チャンバー内にセットし、蓋基板902に表面活性化処理を行った後、続けて所定の雰囲気中でデバイス基板901および蓋基板902の接合を行うことができる。その他の構成は第5実施形態と同様である。以下、第5実施形態との相違点を中心に第9実施形態について説明する。
(Sixth embodiment)
Then, 6th Embodiment of the joining apparatus concerning this invention is described. The main difference between the present embodiment and the fifth embodiment is that a surface activation / bonding device capable of continuously performing the surface activation process and the bonding process is provided. Before the surface activation process, the device substrate 901 and the lid substrate 902 are set in the same chamber, and after the surface activation process is performed on the lid substrate 902, the device substrate 901 and the lid substrate 902 are subsequently bonded in a predetermined atmosphere. It can be performed. Other configurations are the same as those of the fifth embodiment. Hereinafter, the ninth embodiment will be described focusing on differences from the fifth embodiment.

なお、図10は、本実施形態における装置構成を示した概略構成図である。また、図11は表面活性化処理および接合処理の手順を示す図である。また、図12は図10の装置において2視野認識手段を用いた大気中でのアライメント処理を示す図である。   FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a device configuration in the present embodiment. Moreover, FIG. 11 is a figure which shows the procedure of a surface activation process and a joining process. FIG. 12 is a diagram showing an alignment process in the atmosphere using the two-field recognition means in the apparatus of FIG.

図10に示すように、表面活性化・接合装置50において、図示省略したアクチュエータにより昇降可能に構成されたチャンバー壁803と、チャンバー台810とにより減圧チャンバーが構成されている。この表面活性化・接合装置50では、蓋基板902とデバイス基板901とを上下に対向保持した状態でチャンバー壁803を下降して減圧チャンバーを閉じ、真空内でArプラズマにより表面活性化処理(エッチング)を行った後、両基板901、902を接合することができる。   As shown in FIG. 10, in the surface activation / bonding apparatus 50, a decompression chamber is configured by a chamber wall 803 configured to be movable up and down by an actuator (not shown) and a chamber table 810. In this surface activation / bonding apparatus 50, the chamber wall 803 is lowered while the lid substrate 902 and the device substrate 901 are held facing each other up and down, the decompression chamber is closed, and surface activation treatment (etching) is performed by Ar plasma in a vacuum. ), The two substrates 901 and 902 can be bonded.

また、この装置50は、デバイス基板901を保持し、この保持されている基板の位置調整が可能に構成されたステージ部と、蓋基板902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を備えている。また、ヘッド部はピストン型ヘッド802と、上部電極806とを備え、ステージ部は位置調整(アライメント処理)が可能に構成されたアライメントテーブル820と下部電極809とを備えている。なお、本実施形態では、蓋基板902を上部電極806により保持し、デバイスの本体部903が形成されたデバイス基板901を下部電極809により保持している。また、本実施形態では、デバイス基板901に金属枠体904が形成されており、デバイス基板901および蓋基板902を接合する。   The apparatus 50 also holds a device substrate 901, a stage unit configured to be able to adjust the position of the held substrate, and a lid substrate 902. And a head portion for performing the above. Further, the head portion includes a piston-type head 802 and an upper electrode 806, and the stage portion includes an alignment table 820 and a lower electrode 809 configured to be capable of position adjustment (alignment processing). In this embodiment, the lid substrate 902 is held by the upper electrode 806, and the device substrate 901 on which the device main body 903 is formed is held by the lower electrode 809. In this embodiment, a metal frame 904 is formed on the device substrate 901, and the device substrate 901 and the lid substrate 902 are joined.

また、Z軸801には図示省略する圧力検出手段が組み込まれ、この圧力検出手段による検出信号をZ軸サーボモータのトルク制御装置(図示省略)へフィードバックすることで、ピストン型ヘッド802を基板901、902の接合面とほぼ垂直な方向に加圧力制御を行うことができる。なお、ステージ部側のみ、または、ヘッド部側およびステージ部側の両方を加圧制御可能に構成してもよい。   The Z-axis 801 includes pressure detection means (not shown). A detection signal from the pressure detection means is fed back to a torque control device (not shown) of the Z-axis servomotor, whereby the piston-type head 802 is attached to the substrate 901. , 902 can be controlled in a direction substantially perpendicular to the joining surface. Note that only the stage unit side or both the head unit side and the stage unit side may be configured to be capable of pressure control.

そして、摺動パッキン804がZ軸801に摺接しつつ、アクチュエータによりZ軸801と独立して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チャンバー内を外気と遮断することができる。この状態で、排出バルブ814を開放して真空ポンプ815を作動させて排出口812を介してチャンバー内を真空に引きした後、ガス切換弁816をArガス817(図12参照)を導入するように切換えて吸入バルブ813を開放することで、吸入口811を介して反応ガスとしてArガス817をチャンバー内に導入することができる。   Then, while the sliding packing 804 is in sliding contact with the Z-axis 801, the chamber wall 803 that can be moved up and down independently of the Z-axis 801 by the actuator is lowered, and the chamber packing 810 is grounded via the fixed packing 805. Can be cut off from outside air. In this state, after opening the discharge valve 814 and operating the vacuum pump 815 to evacuate the chamber through the discharge port 812, the gas switching valve 816 is introduced with Ar gas 817 (see FIG. 12). By switching to, the suction valve 813 is opened, and Ar gas 817 can be introduced into the chamber as a reaction gas through the suction port 811.

そして、Arプラズマによる蓋基板902の表面活性化処理を行った後、チャンバー内を所定の封入ガス雰囲気に置換してピストン型ヘッド802を下降させることで両基板901、902を接合することができる。また、上部電極806および下部電極809は図示省略する加熱ヒータを備えており、基板901、902どうしの接合時に加熱を併用することで、基板901、902どうしの接合強度を向上させることができる。   Then, after performing the surface activation treatment of the lid substrate 902 with Ar plasma, both the substrates 901 and 902 can be joined by substituting the inside of the chamber with a predetermined sealed gas atmosphere and lowering the piston type head 802. . Further, the upper electrode 806 and the lower electrode 809 are provided with a heater (not shown), and joint strength between the substrates 901 and 902 can be improved by using heating together when the substrates 901 and 902 are joined.

なお、後述するように、表面活性化処理後、チャンバー内を所定の雰囲気(Arガス817、窒素ガス818、真空、大気等)に置換してピストン型ヘッド802を下降させることで、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって囲まれて形成される空間に当該所定の雰囲気を封入して接合することができる。例えば、ガス切換弁816を窒素ガス818(図12参照)を導入するように切換えることで、吸入口811を介して封入ガスとして窒素ガス818をチャンバー内に導入し、窒素ガス818を当該所定の空間に封入することができる。   As will be described later, after the surface activation treatment, the chambers are replaced with a predetermined atmosphere (Ar gas 817, nitrogen gas 818, vacuum, air, etc.), and the piston-type head 802 is lowered, whereby both substrates 901 are placed. , 902 can be sealed by sealing the predetermined atmosphere in a space surrounded by the metal frame 904 and between the bonding surfaces of 902. For example, by switching the gas switching valve 816 to introduce nitrogen gas 818 (see FIG. 12), nitrogen gas 818 is introduced into the chamber as a sealed gas via the suction port 811, and the nitrogen gas 818 is supplied to the predetermined gas. Can be enclosed in a space.

また、チャンバー壁803の摺動パッキン(Oリング)804をZ軸801に摺接させてOリングでチャンバーを気密化しているが、ピストン型ヘッド802の外周面に摺動パッキン(Oリング)804を設け当該摺動パッキンをチャンバー壁803に摺接させてチャンバーを気密化してもよい。   Further, the sliding packing (O-ring) 804 of the chamber wall 803 is brought into sliding contact with the Z-axis 801 to hermetically seal the chamber with the O-ring, but the sliding packing (O-ring) 804 is formed on the outer peripheral surface of the piston type head 802. The sliding packing may be brought into sliding contact with the chamber wall 803 to hermetically seal the chamber.

次に、この表面活性化・接合装置50における表面活性化処理(表面活性化工程)および接合処理(接合工程)の処理手順について図11を参照して説明する。まず、同図(a)に示すようにチャンバー壁803が上昇した状態で蓋基板902を上部電極806により保持し、デバイス基板901を下部電極809により保持する。基板901、902の保持方法は機械的なチャッキング方式でもよいが、静電チャック方式がより好ましい。   Next, a processing procedure of the surface activation process (surface activation process) and the bonding process (bonding process) in the surface activation / bonding apparatus 50 will be described with reference to FIG. First, the cover substrate 902 is held by the upper electrode 806 and the device substrate 901 is held by the lower electrode 809 with the chamber wall 803 raised as shown in FIG. The holding method of the substrates 901 and 902 may be a mechanical chucking method, but an electrostatic chuck method is more preferable.

そして、図11(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がZ軸801に摺接することで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を開放して真空ポンプ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。   Then, as shown in FIG. 11B, the chamber wall 803 is lowered, and is grounded to the chamber base 810 via the fixed packing 805. Since the chamber wall 803 is cut off from the atmosphere by the sliding packing 804 being in sliding contact with the Z-axis 801, the exhaust valve 814 is opened while the suction valve 813 is closed, and the vacuum pump 815 is evacuated. The degree of vacuum in the chamber can be increased.

次に、図11(c)に示すようにチャンバー内に反応ガスを導入する。真空ポンプ815を動作させながら排出バルブ814の排出量と吸入バルブ813のガス吸入量を調整することで、ある一定の真空度に保ちながらチャンバー内を任意の反応ガスで満たすことができる。この実施形態では、反応ガスとして、Arガス817を10−2Torr程度の真空度でチャンバー内に充満させ、同図(d)に示すように、上部電極806に交番電源により電圧印加することで同様にしてArプラズマを発生させ、蓋基板902に形成された接合部905の表面活性化処理を行う。 Next, as shown in FIG. 11C, a reaction gas is introduced into the chamber. By adjusting the discharge amount of the discharge valve 814 and the gas intake amount of the suction valve 813 while operating the vacuum pump 815, the chamber can be filled with an arbitrary reaction gas while maintaining a certain degree of vacuum. In this embodiment, as a reaction gas, Ar gas 817 is filled in the chamber at a vacuum degree of about 10 −2 Torr, and a voltage is applied to the upper electrode 806 by an alternating power source as shown in FIG. Similarly, Ar plasma is generated, and surface activation processing of the bonding portion 905 formed on the lid substrate 902 is performed.

次に、図11(b)に示すように、吸入バルブ813を閉じた状態でチャンバー内をさらに真空引きしてArガスを排出する。なお、両電極806,809を100℃程度に加熱しながら真空引きを行うことにより基板901、902表面に付着したり、基板901、902内部に打ち込まれたArイオンを排出することもできる。   Next, as shown in FIG. 11B, the chamber is further evacuated with the suction valve 813 closed to discharge Ar gas. Note that by evacuating while heating both electrodes 806 and 809 to about 100 ° C., Ar ions attached to the surfaces of the substrates 901 and 902 or Ar ions implanted into the substrates 901 and 902 can be discharged.

その後、図11(c)に示すように、チャンバー内を所定の封入ガスに置換する。なお、ガス切替弁816でArガス817と窒素ガス818を選択して吸入口811に導入することで、Arガス817と窒素ガス818の2つのガスを1チャンバーで切り替えることができる。また、このガス切替弁816は大気を吸入可能に構成されているので封入ガスとしてチャンバー内に大気を導入することもできる。また、チャンバー内に大気を導入してチャンバー内を大気圧とした後に、チャンバーを開いて大気解放させることもできる。   Thereafter, as shown in FIG. 11C, the inside of the chamber is replaced with a predetermined sealed gas. Note that the Ar gas 817 and the nitrogen gas 818 are selected by the gas switching valve 816 and introduced into the suction port 811, whereby the two gases of the Ar gas 817 and the nitrogen gas 818 can be switched in one chamber. Further, since the gas switching valve 816 is configured to be able to inhale the atmosphere, the atmosphere can be introduced into the chamber as an enclosed gas. Moreover, after introducing air | atmosphere in a chamber and making the inside of a chamber atmospheric pressure, a chamber can be opened and air-released.

したがって、本実施形態では、封入ガスとして、Arガス817、窒素ガス818、大気ガス、真空のうちから1つのガスを選択してチャンバー内に導入することができる。なお、封入ガスをArガス817とする場合には上記した表面活性化処理後にチャンバー内を真空引きする処理を省略すれば、Arガス817の消費量を抑制できる。また、封入ガスを真空とする場合には上記した表面活性化処理後にチャンバー内を真空引きする処理を行った後、そのまま後述する接合処理を行えばよい。   Therefore, in this embodiment, one gas can be selected from the Ar gas 817, the nitrogen gas 818, the atmospheric gas, and the vacuum as the sealed gas and introduced into the chamber. Note that in the case where the sealed gas is Ar gas 817, the consumption of Ar gas 817 can be suppressed by omitting the process of evacuating the chamber after the surface activation process described above. Further, when the sealed gas is set to a vacuum, after the above-described surface activation process, the inside of the chamber is evacuated, and the bonding process described later may be performed as it is.

続いて、図11(e)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804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、蓋基板902の接合部905がArプラズマにより表面活性化処理された後、表面活性化処理により除去された付着物層の浮遊物が当該接合部905および金属枠体904に付着したり、当該接合部905および金属枠体904が大気に暴露されることで、当該接合部905および金属枠体904に有機物や酸化膜などの付着物層が付着することがある。   Subsequently, as shown in FIG. 11 (e), 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 each other by the sliding packing 804 in a vacuum or an enclosed gas. At this time, after the bonding portion 905 of the lid substrate 902 is subjected to surface activation treatment by Ar plasma, suspended matter in the deposit layer removed by the surface activation treatment adheres to the bonding portion 905 and the metal frame 904. When the joint 905 and the metal frame 904 are exposed to the atmosphere, a deposit layer such as an organic substance or an oxide film may adhere to the joint 905 and the metal frame 904.

しかしながら、基板901に形成された金属枠体904および蓋基板902に形成された接合部905を真空中または封入ガス中で接触させ、加圧することで金属枠体904および接合部905に再付着した付着物層が押し破られて金属枠体904および接合部905が接合し、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入する接合処理が行われる。   However, the metal frame 904 formed on the substrate 901 and the bonding portion 905 formed on the lid substrate 902 are brought into contact with each other in a vacuum or an enclosed gas, and are reattached to the metal frame 904 and the bonding portion 905 by pressurization. The adhering material layer is pushed through to join the metal frame 904 and the joining portion 905, and a predetermined atmosphere is created in the space formed between the joining surfaces of both the substrates 901 and 902 and the metal frame 904 in a contour shape. An encapsulating process is performed.

なお、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、チャンバー内を真空または封入ガス雰囲気に維持した状態でピストン型ヘッド802を下降させることができる。また、接合処理の際に両電極806,809に備えられた加熱ヒータにより180℃程度の温度で加熱して、接合強度を向上させることができる。最後に、図11(f)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た後にヘッド部を上昇させて、接合された両基板901、902をチャンバー内から取り出し、表面活性化処理および接合処理が終了する。   The inside of the chamber is shut off from the external atmosphere by a sliding packing 804 between the chamber wall 803 and the Z-axis 801, and the piston type head 802 can be lowered while the inside of the chamber is maintained in a vacuum or an enclosed gas atmosphere. . In addition, the bonding strength can be improved by heating at a temperature of about 180 ° C. with a heater provided in both electrodes 806 and 809 during the bonding process. Finally, as shown in FIG. 11 (f), the atmosphere is supplied to the chamber and the pressure is returned to atmospheric pressure, and then the head is raised, and both bonded substrates 901 and 902 are taken out of the chamber to activate the surface. Processing and joining processing are completed.

ところで、デバイス基板901および蓋基板902の接合の際に、デバイス基板901および蓋基板902の位置調整(アライメント)を行った後、接合することもできる。図12に示すように、両基板901、902の間に2視野認識手段825を挿入することで、デバイス基板901に形成された金属枠体904や両基板901、902に形成されたアライメントマーク等の位置を当該2視野認識手段825で検出できる。   By the way, when the device substrate 901 and the lid substrate 902 are joined, the device substrate 901 and the lid substrate 902 can be joined after adjusting the position (alignment). As shown in FIG. 12, by inserting a two-field recognition means 825 between both substrates 901 and 902, a metal frame 904 formed on the device substrate 901, an alignment mark formed on both substrates 901 and 902, etc. Can be detected by the two visual field recognition means 825.

この2視野認識手段825は両基板901、902間に挿入された状態で、上下に位置する両基板901、902の金属枠体904やアライメントマーク等の像を、プリズム826により、上マーク認識手段827と下マーク認識手段828の方向に屈折させてそれぞれ読み取ることができる。また、2視野認識手段825は両基板901、902の接合面にほぼ平行なXY軸方向と、両基板901、902面にほぼ垂直なZ軸方向とに移動可能に構成されたテーブル(図示省略)により移動可能に構成され、両基板901、902の任意の位置に形成された金属枠体904やアライメントマーク等の位置を読み取ることができる。   The two-field recognizing means 825 is inserted between the two substrates 901 and 902, and images of the metal frames 904, alignment marks, etc. of the two substrates 901 and 902 positioned above and below are converted into upper mark recognizing means by the prism 826. 827 and the lower mark recognizing means 828 can be refracted and read. The two-field recognition means 825 is a table (not shown) configured to be movable in the XY axis direction substantially parallel to the bonding surface of both the substrates 901 and 902 and the Z axis direction substantially perpendicular to the surfaces of both the substrates 901 and 902. The position of the metal frame 904, the alignment mark, etc. formed at any position on both the substrates 901 and 902 can be read.

そして、両基板901、902に形成された金属枠体904やアライメントマーク等の位置を読み取った後、アライメントテーブル820によりデバイス基板901の位置を、蓋基板902の位置に合わせる位置調整を行う。なお、1回目の位置調整が終了した後、再度、2視野認識手段825を両基板901、902に挿入して繰り返して位置調整を行い、位置精度を向上させることもできる。   Then, after reading the positions of the metal frame 904 and alignment marks formed on both the substrates 901 and 902, the alignment table 820 adjusts the position of the device substrate 901 to the position of the lid substrate 902. Note that after the first position adjustment is completed, the two-field recognition means 825 is inserted into both the substrates 901 and 902 again, and the position adjustment is repeated to improve the position accuracy.

このように、この表面活性化・接合装置50において、Arプラズマによる接合部905の表面活性化処理後、表面活性化処理により除去された付着物層の浮遊物が接合部905および金属枠体904に付着しても、加圧することで該付着した付着物層を押し破ってデバイス基板901に形成された金属枠体904および蓋基板902に形成された接合部905を接合することができ、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入する接合処理を行うことができる。   As described above, in the surface activation / bonding apparatus 50, after the surface activation treatment of the bonding portion 905 by Ar plasma, the suspended matter in the deposit layer removed by the surface activation treatment is bonded to the bonding portion 905 and the metal frame 904. Even if it adheres to the metal substrate 901, it is possible to join the metal frame 904 formed on the device substrate 901 and the joint portion 905 formed on the lid substrate 902 by pressing the attached adherent layer by applying pressure. A bonding process can be performed in which a predetermined atmosphere is sealed in a space formed between the bonding surfaces of the substrates 901 and 902 and the metal frame 904.

なお、接合処理を真空中で行うことにより、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって囲まれて形成される空間を容易に真空雰囲気で封止することができる。また、接合処理をArガス、窒素ガス、大気といった封入ガス中で行うことにより、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって囲まれて形成される空間に容易にこれらの封入ガスを封入することができる。   Note that by performing the bonding process in a vacuum, the space formed between the bonding surfaces of both the substrates 901 and 902 and the metal frame 904 can be easily sealed in a vacuum atmosphere. Further, by performing the bonding process in an enclosed gas such as Ar gas, nitrogen gas, and the atmosphere, these enclosed gases can be easily formed in the space formed between the bonding surfaces of both the substrates 901 and 902 and the metal frame 904. Can be enclosed.

また、封入ガスは、接合部を金とすれば、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、不活性なガス以外のガスも採用することができる。   Further, if the joint portion is made of gold, the sealed gas is not corroded even if it is not an inert gas, so that the joint gas is not affected. Therefore, gases other than inert gas can also be employed.

また、Arプラズマにより表面活性化処理を行えば、接合部905の付着物層を除去するエッチング力が高く効率がよい。しかしながら、窒素、酸素など他の反応ガスによるプラズマにより表面活性化処理を行うこともできる。   Further, when surface activation treatment is performed with Ar plasma, the etching power for removing the adhering layer of the bonding portion 905 is high and the efficiency is high. However, the surface activation treatment can also be performed by plasma with another reactive gas such as nitrogen or oxygen.

(第7実施形態)
続いて、本発明にかかる接合装置の第7実施形態について説明する。本実施形態が上記第6実施形態と大きく相違する点は、表面活性化処理室と接合室が同一チャンバー内に気密シャッターにより仕切られて構成されている点であり、その他の構成は第6実施形態と同様である。以下、第6実施形態との相違点を中心に第7実施形態について詳細に述べる。なお、第6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。
(Seventh embodiment)
Then, 7th Embodiment of the joining apparatus concerning this invention is described. The main difference between the present embodiment and the sixth embodiment is that the surface activation processing chamber and the joining chamber are configured by being partitioned by an airtight shutter in the same chamber, and other configurations are the sixth embodiment. It is the same as the form. Hereinafter, the seventh embodiment will be described in detail focusing on differences from the sixth embodiment. In addition, about the structure and operation | movement same as 6th Embodiment, the description of the structure and operation | movement is abbreviate | omitted.

図13は本実施形態における装置構成を示した概略構成図である。同図に示すように、表面活性化・接合装置60は、チャンバー61が表面活性処理室および接合室から構成され、表面活性化処理室に表面活性化処理装置64が、接合室に接合装置57が配設されている。   FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a device configuration in the present embodiment. As shown in the figure, in the surface activation / bonding apparatus 60, a chamber 61 is composed of a surface activation processing chamber and a bonding chamber, a surface activation processing apparatus 64 is connected to the surface activation processing chamber, and a bonding apparatus 57 is connected to the bonding chamber. Is arranged.

そして、表面活性化処理室の入口には気密シャッター62が設けられ、この気密シャッター62を閉じることで表面活性化処理室を気密化することができる。また、チャンバー61内の表面活性化処理室と接合室との間には、表面活性化処理装置64から接合装置57へと両基板901、902を搬送可能に搬送機構63が配設されている。なお、搬送装置63については、周知の種々の搬送装置63を採用することができ、その構成および動作は周知のものであるため、その構成および動作の説明は省略する。また、以下の実施形態で説明する搬送装置についても、その構成および動作の説明は省略する。   An airtight shutter 62 is provided at the entrance of the surface activation processing chamber. By closing the airtight shutter 62, the surface activation processing chamber can be airtight. Further, a transport mechanism 63 is disposed between the surface activation processing chamber and the bonding chamber in the chamber 61 so that both substrates 901 and 902 can be transferred from the surface activation processing device 64 to the bonding device 57. . As the transfer device 63, various well-known transfer devices 63 can be adopted, and the configuration and operation thereof are well known, and therefore the description of the configuration and operation is omitted. Also, the description of the configuration and operation of the transfer device described in the following embodiments will be omitted.

本実施形態では、蓋基板902の表面活性化処理が行われる間は、気密シャッター62を閉じて表面活性化処理室をAr雰囲気にし、Arプラズマによって蓋基板902の表面活性化処理が行われる。   In the present embodiment, while the surface activation process of the lid substrate 902 is performed, the hermetic shutter 62 is closed to make the surface activation processing chamber an Ar atmosphere, and the surface activation process of the lid substrate 902 is performed by Ar plasma.

その後、気密シャッター62が開放され、搬送機構63により蓋基板902が接合室に搬送されて上部電極806に保持される。また、デバイス基板901は接合室の下部電極809に予め保持されている。そして、接合室の加圧手段801によりデバイス基板901と蓋基板902が加圧されて接合が行われる。   Thereafter, the airtight shutter 62 is opened, and the lid substrate 902 is transported to the bonding chamber by the transport mechanism 63 and held by the upper electrode 806. The device substrate 901 is held in advance by the lower electrode 809 in the bonding chamber. Then, the device substrate 901 and the lid substrate 902 are pressurized by the pressurizing means 801 in the bonding chamber to perform bonding.

なお、表面活性化処理中は、接合室は真空、大気またはその他の封入ガス雰囲気等、どのような雰囲気でもよい。そして、蓋基板902の表面活性化処理後、蓋基板902は接合室に搬送されて上部電極806に保持され、接合室を所望の雰囲気として接合動作が行われる。   During the surface activation process, the bonding chamber may be in any atmosphere such as vacuum, air, or other sealed gas atmosphere. After the surface activation process of the lid substrate 902, the lid substrate 902 is transferred to the bonding chamber and held by the upper electrode 806, and the bonding operation is performed with the bonding chamber as a desired atmosphere.

例えば、両基板901、902の接合面間と金属枠体904で囲まれた空間にArガスを封入する場合は、蓋基板902をArプラズマにより表面活性化処理する際に、デバイス基板901を下部電極809に保持した接合室をAr雰囲気としておけば、表面活性化処理後、気密シャッター63を開放して蓋基板902を搬送機構63によって接合室へ搬送して上部電極806に保持した後すぐに接合を行うことができる。   For example, when Ar gas is sealed in the space surrounded by the metal frame 904 between the bonding surfaces of both the substrates 901 and 902, the device substrate 901 is placed in the lower part when the lid substrate 902 is surface activated by Ar plasma. If the bonding chamber held by the electrode 809 is in an Ar atmosphere, after the surface activation process, the hermetic shutter 63 is opened and the lid substrate 902 is transferred to the bonding chamber by the transfer mechanism 63 and immediately held by the upper electrode 806. Bonding can be performed.

このような構成とすることにより、第6実施形態の装置構成と比較して、表面活性化処理を行ったときに、表面活性化処理により除去された付着物層の浮遊物がデバイス基板901に付着するのを防止することができる。また同一チャンバー内に表面活性化処理室と接合室を備えているので、表面活性化処理後短時間で金属枠体904および接合部905の接合を行うことができ、両基板901、902の接合面間と金属枠体904で囲まれた空間に容易に所定の雰囲気を封入することができる。   By adopting such a configuration, compared to the apparatus configuration of the sixth embodiment, when the surface activation process is performed, the suspended matter in the deposit layer removed by the surface activation process is applied to the device substrate 901. Adhesion can be prevented. Further, since the surface activation processing chamber and the bonding chamber are provided in the same chamber, the metal frame 904 and the bonding portion 905 can be bonded in a short time after the surface activation processing, and the two substrates 901 and 902 are bonded. A predetermined atmosphere can be easily enclosed in the space surrounded by the plane and the metal frame 904.

また、接合前に接合室に所定の気体を導入して超高気圧とすることで、大気圧によって両基板901、902を加圧して接合処理を行うこともできる。また、チャンバー61内を任意の気圧で所定のガス雰囲気とすることができ、あるいは、チャンバー61内を真空雰囲気とすることができるように構成されている。以上のような構成とすれば、上記した第4ないし第6実施形態と同様の効果を奏することができる。   In addition, by introducing a predetermined gas into the bonding chamber before bonding and setting it to an ultra high pressure, the bonding process can be performed by pressurizing both substrates 901 and 902 with atmospheric pressure. Further, the chamber 61 can be set to a predetermined gas atmosphere at an arbitrary pressure, or the chamber 61 can be set to a vacuum atmosphere. If it is set as the above structures, there can exist the same effect as above-mentioned 4th thru / or a 6th embodiment.

(第8実施形態)
続いて、本発明にかかる接合装置の第8実施形態について、図14および15を参照して説明する。なお、図14は、本実施形態のデバイス基板および蓋基板の一例を示す概略構成図、図15は接合装置の概略構成図を示す。
(Eighth embodiment)
Then, 8th Embodiment of the joining apparatus concerning this invention is described with reference to FIG. 14 and 15. FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing an example of the device substrate and the lid substrate of the present embodiment, and FIG. 15 is a schematic configuration diagram of the bonding apparatus.

本接合動作例が上記第7実施形態と大きく相違する点は、デバイス基板901に形成された複数の金属枠体904を取り囲んで断面尖形形状を有する金属外枠体906が形成され、金属外枠体906が接合部905に仮接合された後、金属枠体904が接合部905に本接合される点である。以下、第7実施形態との相違点を中心に第8実施形態について説明する。   The main difference between this bonding operation example and the seventh embodiment is that a metal outer frame body 906 having a pointed cross section surrounding a plurality of metal frame bodies 904 formed on the device substrate 901 is formed. The metal frame 904 is finally joined to the joint 905 after the frame 906 is temporarily joined to the joint 905. Hereinafter, the eighth embodiment will be described focusing on differences from the seventh embodiment.

図14は本実施形態の基板の一例を示す図であり、同図に示すように、デバイス基板901の基板本体901aの表面には、複数の金属枠体904が形成されている。同図では、デバイス基板901の基板本体901aの表面には、所定領域をそれぞれ囲んだ断面尖形形状を有する金属枠体904がそれぞれ金めっきにより複数突出形成されている。また、金属枠体904に囲まれたぞれぞれの領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部903が形成されている。   FIG. 14 is a diagram showing an example of the substrate according to the present embodiment. As shown in the drawing, a plurality of metal frames 904 are formed on the surface of the substrate body 901a of the device substrate 901. In the figure, a plurality of metal frame bodies 904 each having a pointed cross section surrounding each predetermined region are formed on the surface of the substrate body 901a of the device substrate 901 by gold plating. In each region surrounded by the metal frame 904, a main body 903 of a device such as a semiconductor device such as a surface acoustic wave device or an RF device or a MEMS device having a mechanically movable part is formed. Yes.

また、蓋基板902の基板本体902aの表面には金薄膜905がスパッタリングまたは金属めっきにより形成されている。なお、金薄膜905の代わりに、金属枠体904に対応する位置に突出形成された金属枠体等であってもよい。   A gold thin film 905 is formed on the surface of the substrate body 902a of the lid substrate 902 by sputtering or metal plating. Instead of the gold thin film 905, a metal frame or the like that protrudes at a position corresponding to the metal frame 904 may be used.

なお、図14に示すように形成されたデバイス基板901と蓋基板902とを接合した後、接合されたデバイス基板901および蓋基板902を、金属枠体904で囲まれた領域ごとにダイシングすることで、複数のデバイスを効率よく形成することができる。   Note that after bonding the device substrate 901 and the lid substrate 902 formed as shown in FIG. 14, the bonded device substrate 901 and the lid substrate 902 are diced for each region surrounded by the metal frame 904. Thus, a plurality of devices can be formed efficiently.

また、デバイス基板901および蓋基板902は、樹脂により構成されたプリント基板、配線層が積み上げられたビルドアップ基板またはSi、SiO、ガラス、セラミックおよびLT(酸化物単結晶)からなるウエハー等、種々の材料で構成することができる。 The device substrate 901 and the lid substrate 902 are a printed circuit board made of resin, a build-up board in which wiring layers are stacked, or a wafer made of Si, SiO 2 , glass, ceramic, and LT (oxide single crystal), etc. It can be composed of various materials.

次に、図15に示した接合装置を参照して、本実施形態の接合動作について説明する。本実施形態では、同図に示すようにチャンバー71内に表面活性化・仮接合装置72が配設された表面活性化・仮接合室が構成されている。   Next, the bonding operation of this embodiment will be described with reference to the bonding apparatus shown in FIG. In the present embodiment, a surface activation / temporary bonding chamber in which a surface activation / temporary bonding apparatus 72 is disposed in a chamber 71 is configured as shown in FIG.

なお、この表面活性化・仮接合室は、第6実施形態の図10に示した表面活性化・接合装置50を簡略化して示した図であり、装置の動作は第6実施形態と同様である。本実施形態では、蓋基板902の表面活性化処理を行った後、続けて本装置内で金属外枠体906の仮接合を行い、その後、搬送装置73により、仮接合された基板901、902を大気中の本接合装置75へと搬出し、本接合動作を行う。   The surface activation / temporary bonding chamber is a simplified view of the surface activation / bonding apparatus 50 shown in FIG. 10 of the sixth embodiment, and the operation of the apparatus is the same as that of the sixth embodiment. is there. In the present embodiment, after the surface activation process of the lid substrate 902 is performed, the metal outer frame body 906 is subsequently temporarily joined in the apparatus, and then the substrates 901 and 902 that are temporarily joined by the transport device 73. Is carried out to the main joining device 75 in the atmosphere, and the main joining operation is performed.

したがって、この表面活性化・仮接合装置72において、Arプラズマによる接合部905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金属外枠体906に再付着しても、加圧することで該再付着した付着物層を押し破って両基板901、902の金属外枠体906と接合部905を接合することができ、両基板901、902の接合面間に金属外枠体906によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入する仮接合処理を行うことができる。   Therefore, in this surface activation / temporary bonding apparatus 72, even if the suspended matter in the deposit layer removed by etching after the surface activation treatment of the bonding portion 905 by Ar plasma is reattached to the metal outer frame 906, By pressurizing, the adhered layer reattached can be broken to join the metal outer frame body 906 and the joint portion 905 of both the substrates 901 and 902, and the metal outer frame can be joined between the joint surfaces of both the substrates 901 and 902. Temporary joining processing can be performed in which a predetermined atmosphere is enclosed in a space formed by the body 906 surrounded by a contour.

なお、仮接合処理を真空中で行うことにより、金属外枠体906によって囲まれて形成される空間を容易に真空雰囲気で封止することができる。また、接合処理をArガス、窒素ガス、大気といった封入ガス中で行うことにより、金属外枠体906によって囲まれて形成される空間に容易にこれらの封入ガスを封入することができる。   Note that the space formed by the metal outer frame body 906 can be easily sealed in a vacuum atmosphere by performing the temporary bonding process in a vacuum. In addition, by performing the bonding process in an enclosed gas such as Ar gas, nitrogen gas, or the atmosphere, these enclosed gases can be easily enclosed in a space surrounded by the metal outer frame body 906.

また、封入ガスは、接合部を金とすれば、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ない。そのため、不活性なガス以外のガスも採用することができる。   In addition, if the joint portion is made of gold, the sealed gas is not corroded even if it is not an inert gas, so that the joint gas is not affected. Therefore, gases other than inert gas can also be employed.

また、Arプラズマにより表面活性化処理を行えば、接合部905の付着物層を除去するエッチング力が高く効率がよい。しかしながら、窒素、酸素など他の反応ガスによるプラズマにより表面活性化処理を行うこともできる。   Further, when surface activation treatment is performed with Ar plasma, the etching power for removing the adhering layer of the bonding portion 905 is high and the efficiency is high. However, the surface activation treatment can also be performed by plasma with another reactive gas such as nitrogen or oxygen.

なお、金属外枠体906を仮接合する仮接合処理時に、金属枠体904も部分的に接触して接合することがある。このような場合であっても、所定の雰囲気中で金属枠体904の接合が行われることになるので、接合処理後、後述する本接合処理を行うことで、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を確実に封入することができる。   It should be noted that the metal frame 904 may be partially contacted and bonded during the temporary bonding process for temporarily bonding the metal outer frame 906. Even in such a case, since the metal frame 904 is bonded in a predetermined atmosphere, the bonding surfaces of both the substrates 901 and 902 are obtained by performing a main bonding process described later after the bonding process. A predetermined atmosphere can be surely enclosed in a space formed by the metal frame 904 and surrounded by a contour.

次に、図15を参照して本接合装置75について説明する。同図に示すように、本接合装置75は接合が行われたデバイス基板901および蓋基板902を保持するステージ221と、当該ステージ221に保持された両基板901、902を基板全面にわたって一括加圧する高圧プレス手段220とを備えている。したがって、高圧プレス手段220により仮接合された両基板901、902の基板全面にわたって一括加圧することで、金属外枠体906の内側に形成された金属枠体904のすべてを確実に接合することができる。   Next, the main joining device 75 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the main bonding apparatus 75 collectively presses the stage 221 holding the bonded device substrate 901 and the lid substrate 902 and both the substrates 901 and 902 held on the stage 221 over the entire surface of the substrate. High-pressure press means 220. Therefore, all of the metal frame 904 formed inside the metal outer frame 906 can be reliably bonded by collectively pressing the entire surface of the substrates 901 and 902 temporarily bonded by the high-pressure press means 220. it can.

なお、高圧プレス手段220に代えて、加圧位置をずらしながら加圧する加圧手段により、仮接合された両基板901、902の加圧位置をずらしながら加圧を行うことによって、金属外枠体906の内側に形成された金属枠体904のすべてを確実に接合することができるとしてもよい。   In addition, instead of the high-pressure press unit 220, the metal outer frame body is obtained by performing pressurization while shifting the pressurization position of both the substrates 901 and 902 that are temporarily joined by a pressurization unit that pressurizes while shifting the pressurization position. All of the metal frame 904 formed on the inner side of 906 may be securely bonded.

また、高圧プレス手段220およびステージ221の代わりに、接合が行われたデバイス基板901および蓋基板902の上下に加圧ローラを配設し、上下の加圧ローラの間に仮接合がされた両基板901、902を通過させて加圧することにより、金属外枠体906の内側に形成された金属枠体904のすべてを確実に接合することができるとしてもよい。   Further, instead of the high-pressure press means 220 and the stage 221, pressure rollers are provided above and below the bonded device substrate 901 and lid substrate 902, and both temporarily bonded between the upper and lower pressure rollers. It is possible that all the metal frame 904 formed inside the metal outer frame 906 can be reliably bonded by passing the substrates 901 and 902 and applying pressure.

このように、仮接合処理によって両基板901、902の接合面間と金属外枠体906によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気が封入された状態で、両基板901、902を全面にわたって加圧することで当該空間内に形成されているすべての金属枠体904と接合部905を接合し、本接合を確実に行うことができる。したがって、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を確実に封入できる。   As described above, the two substrates 901 and 902 are sealed in a state in which a predetermined atmosphere is sealed between the bonding surfaces of the two substrates 901 and 902 and the space formed by the metal outer frame body 906 in a contour shape by the temporary bonding process. By pressurizing the entire surface, all the metal frame members 904 and the joints 905 formed in the space can be joined, and the main joining can be reliably performed. Therefore, it is possible to reliably enclose a predetermined atmosphere in the space formed between the joint surfaces of both the substrates 901 and 902 and the metal frame 904 so as to be surrounded by a contour.

すなわち、本接合処理において、両基板901、902を全面にわたって余すところなく加圧することができるので、金属外枠体906の内側に形成されているデバイス基板901の金属枠体904と蓋基板902の接合部905を確実に接合して本接合を行うことができる。   That is, in the main bonding process, both the substrates 901 and 902 can be pressurized over the entire surface, so that the metal frame 904 and the lid substrate 902 of the device substrate 901 formed inside the metal outer frame 906 are formed. The joining portion 905 can be reliably joined to perform the main joining.

また、本接合処理を大気中で行うことにより、本接合を行う際に真空チャンバーが不要となり、かつ、封入ガスの使用量を削減できコストダウンを図ることができる。   In addition, by performing the main bonding process in the air, a vacuum chamber is not necessary when performing the main bonding, and the amount of the enclosed gas used can be reduced, and the cost can be reduced.

なお、Arプラズマによる接合部905の表面活性化処理後、接合処理が行われる前に、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905および金属枠体904に付着しても、加圧することで該付着した付着物層を押し破ってデバイス基板901の金属枠体904および蓋基板902の接合部905を本接合することができ、接合面と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気をに封入する本接合を行うことができる。   Note that even after the surface activation treatment of the bonding portion 905 by Ar plasma and before the bonding processing is performed, the suspended matter in the deposit layer removed by etching adheres to the bonding portion 905 and the metal frame 904. By pressing, the attached adherent layer can be pushed through and the metal frame 904 of the device substrate 901 and the joint portion 905 of the lid substrate 902 can be fully joined, and the joint surface and the metal frame 904 are surrounded by the contour shape. Thus, the main bonding can be performed in which a predetermined atmosphere is sealed in the space formed.

以上のように、本実施形態によれば、デバイス基板901に形成された金属外枠体906および蓋基板902の接合部905を加圧して接合することで、両基板901、902の接合面間と金属外枠体906によって囲まれる空間に所定の雰囲気を封入できる。したがって、当該空間内の所定の雰囲気中で加圧することにより、デバイス基板901の金属枠体904および蓋基板902の接合部905の本接合を確実に行うことができるので、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入するとともに、この空間を外部の雰囲気から確実に遮断できる。   As described above, according to the present embodiment, the metal outer frame 906 formed on the device substrate 901 and the joining portion 905 of the lid substrate 902 are joined by pressurization, so that the joint surfaces of both the substrates 901 and 902 can be joined. A predetermined atmosphere can be enclosed in the space surrounded by the metal outer frame 906. Therefore, the main frame 904 of the device substrate 901 and the bonding portion 905 of the lid substrate 902 can be securely bonded by applying pressure in a predetermined atmosphere in the space. A predetermined atmosphere is enclosed in a space formed by a contour between the joint surfaces and the metal frame 904, and this space can be reliably shielded from the external atmosphere.

また、本実施形態では、接合に先立ち、Arプラズマであるエネルギー波で蓋基板902の接合部905を表面活性化処理することで、蓋基板902の接合部905に形成された酸化膜等を除去することができるため、接合を確実に行うことができる。   In this embodiment, prior to bonding, the oxide film or the like formed on the bonding portion 905 of the lid substrate 902 is removed by subjecting the bonding portion 905 of the lid substrate 902 to surface activation treatment with an energy wave that is Ar plasma. Therefore, joining can be performed reliably.

また、本実施形態では、デバイス基板901に形成された金属枠体904および金属外枠体906と、蓋基板902に形成された接合部905とを、加圧することで密着させることができ、それぞれ確実に仮接合および本接合を行うことができる。   Further, in the present embodiment, the metal frame body 904 and the metal outer frame body 906 formed on the device substrate 901 and the bonding portion 905 formed on the lid substrate 902 can be brought into close contact with each other by applying pressure, Temporary joining and main joining can be reliably performed.

また、デバイス基板901の金属枠体904に囲まれた領域に、表面弾性波デバイス、RFデバイスなどの半導体デバイスの本体部、機械的な可動部を有するMEMSデバイスの本体部、またはデバイスの電極等を形成して、デバイス基板901の金属枠体904および金属外枠体906と、蓋基板902の接合部905との仮接合および本接合を行った後、接合後のデバイス基板901および蓋基板902を、金属枠体904によって囲まれた領域ごとにダイシングすることができ、デバイスの本体部や電極が、両基板901、902の接合面間と金属枠体904によって囲まれた空間に封止され、外部の雰囲気と遮断された複数のデバイスを提供できる。   Further, in a region surrounded by the metal frame 904 of the device substrate 901, a main body portion of a semiconductor device such as a surface acoustic wave device or an RF device, a main body portion of a MEMS device having a mechanical movable portion, or an electrode of the device Are formed, and temporary bonding and main bonding of the metal frame body 904 and the metal outer frame body 906 of the device substrate 901 and the bonding portion 905 of the lid substrate 902 are performed, and then the device substrate 901 and the lid substrate 902 after bonding. Can be diced for each region surrounded by the metal frame body 904, and the device main body and electrodes are sealed in the space surrounded by the metal frame body 904 between the bonding surfaces of both substrates 901 and 902. A plurality of devices that are shielded from the external atmosphere can be provided.

また、本実施形態では、デバイス基板901に金属枠体904および金属外枠体906が、蓋基板902に接合部905が形成されているが、蓋基板902の接合部905は金属枠体904および金属外枠体906に対応する位置に突出形成された金属枠体等であってもよい。   In this embodiment, the metal frame 904 and the metal outer frame 906 are formed on the device substrate 901, and the joint portion 905 is formed on the lid substrate 902. The joint portion 905 of the lid substrate 902 is the metal frame 904 and It may be a metal frame or the like that protrudes from a position corresponding to the metal outer frame 906.

なお、本実施形態では、接合する基板901、902の種類、基板上に形成されたデバイスの種類に応じて、種々の接合装置から最適なものを組み合わせて変更することができる。以下、接合装置の変形例について図16を参照して説明する。図16は接合装置の変形例を示す図である。   In the present embodiment, it is possible to change the optimal combination from various bonding apparatuses in accordance with the types of substrates 901 and 902 to be bonded and the types of devices formed on the substrate. Hereinafter, a modification of the bonding apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a view showing a modification of the joining device.

接合装置90について説明する。図16(a)に示すように、接合装置90は、表面活性化装置が配設された表面活性化室と、仮接合装置が配設された仮接合室と、本接合装置が配設された本接合室とを有するチャンバー91を備えている。また、チャンバー91内には基板901、902を各室の間で搬送する搬送機構92が配設されている。また、各室の入口にはそれぞれの空間を気密化できる気密シャッター(図示省略)が配設されている。このように、各処理はすべて同一のチャンバー91内で実行される。このような構成としても上記した第1ないし第7実施形態と同様の効果を奏することができる。   The joining device 90 will be described. As shown in FIG. 16 (a), the bonding apparatus 90 includes a surface activation chamber in which a surface activation apparatus is disposed, a temporary bonding chamber in which a temporary bonding apparatus is disposed, and a main bonding apparatus. And a chamber 91 having a main bonding chamber. In the chamber 91, a transport mechanism 92 for transporting the substrates 901 and 902 between the chambers is disposed. In addition, an airtight shutter (not shown) that can seal each space is disposed at the entrance of each chamber. In this way, all the processes are executed in the same chamber 91. Even with such a configuration, the same effects as those of the first to seventh embodiments described above can be obtained.

また、次に接合装置95について説明する。図16(b)に示すように、接合装置95は、表面活性化装置と、接合装置と、本接合装置とを備えている。また、各装置の間で基板901、902を搬送可能に搬送機構96が大気中に配設されている。このような構成としても上記した第1ないし第7実施形態と同様の効果を奏することができる。   Next, the joining device 95 will be described. As shown in FIG. 16B, the bonding device 95 includes a surface activation device, a bonding device, and a main bonding device. A transport mechanism 96 is disposed in the atmosphere so that the substrates 901 and 902 can be transported between the apparatuses. Even with such a configuration, the same effects as those of the first to seventh embodiments described above can be obtained.

(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記したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
(Other)
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.

例えば、第6実施形態では、同一の装置で被接合物の表面活性化処理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接合部905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。   For example, in the sixth embodiment, the process from the surface activation process 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, but the surface activation process of the bonding part 905 by the energy wave The joining process for joining the objects to be joined may be performed by separate apparatuses.

このような構成とすれば、蓋基板902の接合部905が表面活性化処理された後、デバイス基板901と蓋基板902のアライメントを大気中で行ったり、蓋基板902を大気中を経て接合装置に搬送した場合に、接合部905に酸化膜や有機物等からなる付着物の層が再形成されやすい。しかしながら、上記したように、再形成された付着物層を加圧して押し破ることで金属枠体904および接合部905を接合することができる。   With such a configuration, after the bonding portion 905 of the lid substrate 902 is subjected to the surface activation process, the device substrate 901 and the lid substrate 902 are aligned in the atmosphere, or the lid substrate 902 is bonded in the atmosphere via the atmosphere. When the material is conveyed to the joint portion 905, a deposit layer made of an oxide film, an organic substance, or the like is easily formed on the joint portion 905. However, as described above, the metal frame body 904 and the joint portion 905 can be joined by pressurizing and pressing the re-formed deposit layer.

また、被接合物の保持手段としては真空チャック方式、静電チャック方式等どのような吸着保持方式でもよい。なお、表面活性化処理を行うチャンバー内部は表面活性化処理を行う過程で真空とするため、チャンバー内部の被接合物の保持手段は静電チャック方式が望ましいが、機械的に固定する方式でもよい。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、機械的に固定する方法が密着性が良く好ましい。   Further, as a means for holding the object to be joined, any suction holding method such as a vacuum chuck method or an electrostatic chuck method may be used. Since the inside of the chamber for performing the surface activation process is evacuated in the course of performing the surface activation process, the holding means for the object to be joined inside the chamber is preferably an electrostatic chuck system, but may be a mechanically fixed system. . In addition, a method in which first vacuum holding is performed in the atmosphere, and after close contact is performed, mechanical fixing is preferable.

また、例えば、第1実施形態における接合装置では、ヘッド側に平行移動および回転移動の移動軸と昇降軸が、ステージ側に平行移動と回転移動の移動軸が配設されるとしたが、平行移動および回転移動の移動軸、昇降軸はヘッド側、ステージ側にどのように組み合わせられてもよく、また、重複してもよい。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等に配置してもよい。   Further, for example, in the bonding apparatus according to the first embodiment, a translation axis and a lift axis are arranged on the head side, and a translation axis and a translation axis are arranged on the stage side. The moving axis and the moving axis for moving and rotating may be combined in any way on the head side and the stage side, or may be overlapped. Further, the head and the stage may be arranged left and right or diagonally without being arranged vertically.

また、上記実施形態において、ヘッド部26の先端ツール9および/またはステージ10の表面に弾性材を配し、チップ20および基板22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-described embodiment, an elastic material is disposed on the surface of the tip tool 9 and / or the stage 10 of the head portion 26, and both objects to be bonded are pressed via the elastic material when the chip 20 and the substrate 22 are bonded. I do not care. 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10および/またはヘッド部26に球面軸受けを配設し、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、平行度を倣わせて接合することができる。   In the above-described embodiment, spherical bearings are disposed on the stage 10 and / or the head unit 26, and the objects to be joined are contact-pressed during or before joining the objects to be bonded to at least one of the objects to be bonded. You may make it the structure which can match | combine the other inclination. With such a configuration, it is possible to perform bonding by following the parallelism.

また, チップ20が発光素子である場合には, 位置認識部29に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の他に、発光点認識手段33を備えるとしてもよい。この場合、上下マーク認識手段14によりアライメントマークを認識して、チップ20と基板22の位置を粗調整し、その後電気的に発光素子を発光させた状態で、発光点認識手段33により発光点を認識し、チップ20と基板22の位置を微調整することにより、サブミクロンの精度で位置調整を行うことができる。   When the chip 20 is a light emitting element, the position recognition unit 29 may include a light emitting point recognition means 33 in addition to the upper and lower mark recognition means 14 for recognizing an alignment mark for position recognition. In this case, the alignment mark is recognized by the upper and lower mark recognizing means 14, the positions of the chip 20 and the substrate 22 are coarsely adjusted, and then the light emitting point is recognized by the light emitting point recognizing means 33 in a state where the light emitting element is electrically emitted. By recognizing and finely adjusting the positions of the chip 20 and the substrate 22, the position can be adjusted with submicron accuracy.

また、被接合物の位置認識手段は、上下マーク認識手段14、発光点認識手段33以外のいかなる手段であってもよい。例えばマークが反対面にある場合には、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を認識して、チップ20と基板22の位置を認識し、位置調整を行ってもよい。   Further, the position recognition means of the object to be joined may be any means other than the upper / lower mark recognition means 14 and the light emitting point recognition means 33. For example, when the mark is on the opposite surface, the object recognition means using IR (infrared) light is used to recognize the alignment mark made of metal through the object to be bonded, and the positions of the chip 20 and the substrate 22. May be recognized and position adjustment may be performed.

また、例えば第1実施形態において、一定時間ヘッド部26のヘッド高さを一定に保持して被接合物の加圧を行ってもよい。この場合、被接合物の接合界面では、荷重に耐え切れなくなり結晶方位の回転や粒子の移動が起こり、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。一方、被接合物を瞬間的に加圧した状態では、被接合物の表面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や、弾性変形が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もある。したがって、被接合物の加圧時に、一定時間ヘッド部26のヘッド高さを一定に保持することにより、接合強度が落ちない良好な接合を行うことができる。この停止時間は材料や接合状態によるが、1秒以上から効果があり、2分以上では効果は変わらないものである。   Further, for example, in the first embodiment, the object to be bonded may be pressed while the head height of the head unit 26 is kept constant for a certain period of time. In this case, at the bonding interface of the objects to be bonded, it becomes impossible to withstand the load, rotation of crystal orientation and movement of particles occur, new surfaces appear and bond, and residual stress is removed by the movement of particles. On the other hand, when the object to be bonded is momentarily pressed, the surface of the object to be bonded is elastically deformed, so that the crystal at the interface does not rotate, or the elastic deformation remains as a residual stress, resulting in a bonding force. On the other hand, since it works in the direction of peeling, the bonding strength may decrease. Accordingly, by maintaining the head height of the head portion 26 constant for a certain period of time when the object to be joined is pressed, it is possible to perform good joining that does not reduce the joining strength. Although this stop time depends on the material and the bonding state, it is effective from 1 second or more, and the effect is not changed after 2 minutes or more.

また、上記停止時に180℃以下で加熱を行うと、効率良く結晶方位の回転や粒子の移動が行われて接合が進み、残留応力が除去されることにより、接合強度を増加することができる。なお、加熱温度としては180℃以下の低温加熱で十分である。したがって、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においては、半導体への熱影響から180℃以下好ましくは室温での低温で接合する要望が高く、微細ピッチ電極等の数μm以内の高精度な実装が望まれているため、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 moved efficiently, the bonding proceeds, and the residual stress is removed, whereby the bonding strength can be increased. In addition, as heating temperature, the low temperature heating of 180 degrees C or less is enough. Therefore, in flip chip bonding of a semiconductor chip having a large number of electrode portions to be metal protrusions, there is a high demand for bonding at a low temperature of 180 ° C. or less, preferably at room temperature, due to thermal effects on the semiconductor, and within a few μm such as fine pitch electrodes This is particularly effective because high-precision mounting is desired.

また、上記した接合時の加熱に代えて超音波振動を与えることで、熱膨張影響を受けずより容易に固相で金属接合することもできる。この場合、超音波発振器とホーンをヘッド部26のチップ保持ツール8の代わりに備える構成としてもよい。超音波振動を与えることにより、室温から180℃以下程度の低温で、加圧力を小さく抑えて接合することが可能であるため、加圧や高温加熱により被接合物に与えるダメージを抑えることができる。また、振幅を小さく抑え、加圧してから振動を与え、接合が進むにつれ接合面積に比例して加圧力を制御することにより位置ずれなく実装することができる。   In addition, by applying ultrasonic vibration instead of the above-described heating at the time of bonding, metal bonding can be more easily performed in a solid phase without being affected by thermal expansion. In this case, an ultrasonic oscillator and a horn may be provided instead of the chip holding tool 8 of the head portion 26. By applying ultrasonic vibration, it is possible to perform bonding at a low temperature from room temperature to about 180 ° C. with a small applied pressure, so that damage to the object to be bonded by pressurization or high temperature heating can be suppressed. . Further, it is possible to mount without positional deviation by suppressing the amplitude to be small, applying vibration after pressurization, and controlling the pressure in proportion to the bonding area as the bonding proceeds.

例えば、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やすくなる。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り、1μm以下であればより好ましい。また、金からなる金属バンプ20aを接合部22aに接合する場合、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が、超音波を印加することで接合荷重は半分以下の150MPa以下に下げることができる。   For example, an ultrasonic vibration head composed of a horn, a horn holder, and a vibrator is provided, and ultrasonic vibration having an amplitude of 2 μm or less is applied to the 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 bonding in the air, bonding 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, and 1 μm or less is more preferable. In addition, when the metal bump 20a made of gold is bonded to the bonding portion 22a, it cannot be bonded unless it is crushed with a high pressure of about 300 MPa at room temperature, but the bonding load is reduced to 150 MPa or less, which is half or less, by applying ultrasonic waves. be able to.

また、超音波振動を利用して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 joining large areas using ultrasonic vibration, it is impossible to perform transverse vibration with a transverse vibration type ultrasonic head, although the joining area is large, but with a longitudinal vibration type ultrasonic head, If so, 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、一方の被接合物に金属接合部が複数形成されている場合には、被接合物の接合前に金属接合部を平面度の出た基準台に押し付けることで高さや表面粗さを均一に修正するレベリングを行うとしてもよい。レベリングを行うことにより、被接合物への接合加重を低減することができる。一例として、高さばらつき2μm、表面粗さ200nmである金属バンプ20aを有するチップ20にレベリングを行った場合、レベリングにより高さばらつきおよび表面粗さは50nm以下となり、加圧力はレベリング前には300MPaであったが、レベリング後は150MPaへと低減された。   In addition, when multiple metal joints are formed on one workpiece, the height and surface roughness can be made uniform by pressing the metal joint against a flat reference table before joining the workpieces. It is also possible to perform leveling to be corrected. By performing the leveling, it is possible to reduce the joint weight to the workpiece. As an example, when leveling is performed on a chip 20 having a metal bump 20a having a height variation of 2 μm and a surface roughness of 200 nm, the height variation and the surface roughness are 50 nm or less due to the leveling, and the applied pressure is 300 MPa before the leveling. However, it was reduced to 150 MPa after leveling.

また、チップ20に形成された金属バンプ20aの形状は、ピラミッド型、円錐型等断面尖形形状を有している形状であればどのような形状であってもよい。   In addition, the shape of the metal bump 20a formed on the chip 20 may be any shape as long as it has a pointed cross-sectional shape such as a pyramid shape or a cone shape.

また、被接合物は半導体以外のデバイスでもよく、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイス等、どのような材料であってもよく、ウエハー等でもよい。また、一方の被接合物の金属接合部および他方の被接合物の接合部は、Au、Al、Cu、錫等が適するが、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よい。また、他方の被接合物は、全面が接合面であってもよいし、一方の被接合物の金属接合部の対応する位置に、金属接合部を突出形成してもよい。   The object to be bonded may be a device other than a semiconductor, and may be any material such as a semiconductor device such as a surface acoustic wave device or an RF device, a MEMS device having a mechanical movable part, or a wafer. Also, Au, Al, Cu, tin, etc. are suitable for the metal joint part of one object to be joined and the joint part of the other object to be joined. I just need it. Further, the entire surface of the other object to be bonded may be a bonding surface, or a metal bonding portion may be formed to protrude at a position corresponding to the metal bonding portion of the one bonding object.

また、上記した実施形態では、Arプラズマによるエネルギー波で他方の被接合物の接合部の表面活性化処理を行ったが、窒素、酸素など他のガスで行ってもよく、例えばArと酸素を混合したものでも構わない。またプラズマ等のエネルギー波でなくても、イオンビームや原子ビーム等で表面活性化処理を行うとしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the surface activation treatment of the joined portion of the other object to be joined is performed with an energy wave by Ar plasma. However, the surface activation treatment may be performed with another gas such as nitrogen or oxygen. A mixture may be used. Further, the surface activation treatment may be performed with an ion beam or an atomic beam, instead of an energy wave such as plasma.

また、他方の被接合物の接合部を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基板22に表面活性化処理を行うのが効率上好ましいが、均一性やダメージ軽減から、前記電極を基板22の保持位置以外の場所に設置して、表面活性化処理を行うとしてもよい。   Further, as a method for surface activation treatment of the joint portion of the other object to be joined, it is preferable in terms of efficiency to perform the surface activation treatment on the substrate 22 held on the electrode surface to which the alternating power source is connected. In order to reduce damage, the electrode may be placed in a place other than the holding position of the substrate 22 to perform surface activation treatment.

本発明にかかる接合装置の一実施形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of one Embodiment of the joining apparatus concerning this invention. 接合過程を表す図である。It is a figure showing a joining process. 接合時の接合界面での結晶方向の回転模式図である。It is a rotation schematic diagram of the crystal direction in the joining interface at the time of joining. バンプ高さと接合強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between bump height and bonding strength. チップの一部と金属バンプを拡大して示した斜視図である。It is the perspective view which expanded and showed a part of chip | tip and the metal bump. デバイス基板および蓋基板の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a device board | substrate and a lid | cover board | substrate. 図6のA−A線矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 金属枠体の高さと接合強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the height of a metal frame, and joining strength. 本発明の第5実施形態における装置構成を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the apparatus structure in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態における装置構成を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the apparatus structure in 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態における表面活性化処理および接合処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the surface activation process and joining process in 6th Embodiment of this invention. 図10の装置において2視野認識手段を用いた大気中でのアライメント処理を示す図である。It is a figure which shows the alignment process in air | atmosphere using the 2 visual field recognition means in the apparatus of FIG. 本発明の第7実施形態における装置構成を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the apparatus structure in 7th Embodiment of this invention. デバイス基板および蓋基板の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a device board | substrate and a lid | cover board | substrate. 本発明の第8実施形態における装置構成を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the apparatus structure in 8th Embodiment of this invention. 本発明の接合装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the joining apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20…チップ(一方の被接合物)
20a…金属バンプ(金属接合部)
22…基板(他方の被接合物)
22a…接合部
25…上下駆動機構(加圧制御手段)
26…ヘッド部(加圧制御手段)
31…制御装置(加圧制御手段)
40…洗浄部(エネルギー波照射手段)
53、64…表面活性化処理装置(エネルギー波照射手段)
220…高圧プレス手段(加圧制御手段)
801…Z軸(上下駆動機構、加圧制御手段)
901…デバイス基板(一方の被接合物)
901a…デバイス基板本体
902…蓋基板(他方の被接合物)
902a…蓋基板本体
903…デバイス本体部
904…金属枠体(金属接合部)
905…接合部
906…金属外枠体
20 ... chip (one object to be joined)
20a ... Metal bump (metal joint)
22 ... Substrate (the other object to be joined)
22a ... Joint portion 25 ... Up / down drive mechanism (pressure control means)
26. Head part (pressure control means)
31 ... Control device (pressure control means)
40. Cleaning part (energy wave irradiation means)
53, 64 ... Surface activation treatment device (energy wave irradiation means)
220 ... High pressure press means (pressure control means)
801 ... Z axis (vertical drive mechanism, pressure control means)
901 ... Device substrate (one object to be joined)
901a ... Device substrate body 902 ... Lid substrate (the other object to be joined)
902a ... Lid substrate body 903 ... Device body 904 ... Metal frame (metal joint)
905 ... Junction 906 ... Metal outer frame

Claims (14)

一方の被接合物の接合面に断面尖形形状を有する金属接合部を形成し、他方の被接合物の接合面に金からなる接合部を形成して、前記両被接合物どうしを、
前記他方の被接合物の前記接合部をエネルギー波で表面活性化処理した後、
前記一方の被接合物の前記金属接合部と前記他方の被接合物の前記接合部とを衝合させ、前記一方の被接合物の接合面から前記金属接合部先端までの高さが、20%〜90%の高さとなる加圧力で加圧して前記金属接合部を押しつぶして接合することを特徴とする接合方法。
Forming a metal joint having a pointed cross-sectional shape on the joint surface of one object to be joined, forming a joint made of gold on the joint surface of the other object to be joined,
After the surface activation treatment of the joined portion of the other object to be joined with an energy wave,
The metal joint of the one object to be joined and the joint of the other object to be joined are joined, and the height from the joining surface of the one object to be joined to the tip of the metal joint is 20 A joining method, wherein the metal joint is crushed and joined by pressurizing with a pressing force of about 90% to 90%.
前記エネルギー波はプラズマであることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1, wherein the energy wave is plasma. 前記一方の被接合物に形成した前記金属接合部が金属バンプであることを特徴とする請求項1または2に記載の接合方法。   The bonding method according to claim 1 or 2, wherein the metal bonding portion formed on the one object to be bonded is a metal bump. 前記一方の被接合物に形成した前記金属接合部が、当該被接合物の所定領域を囲んで形成した金属枠体であることを特徴とする請求項1または2に記載の接合方法。   3. The joining method according to claim 1, wherein the metal joining portion formed on the one article to be joined is a metal frame formed so as to surround a predetermined region of the article to be joined. 前記一方の被接合物の前記金属枠体および前記他方の被接合物の前記接合部の衝合、加圧を真空中で行うことにより、前記一方の被接合物と前記他方の被接合物の間の前記金属枠体によって囲まれる空間を真空封止することを特徴とする請求項4に記載の接合方法。   By joining and pressurizing the metal frame of the one object to be bonded and the bonding part of the other object to be bonded in a vacuum, the one object to be bonded and the other object to be bonded are The bonding method according to claim 4, wherein a space surrounded by the metal frame is vacuum sealed. 前記一方の被接合物の前記金属枠体および前記他方の被接合物の前記接合部の衝合、加圧を封入ガス中で行うことにより、前記一方の被接合物と前記他方の被接合物の間の前記金属枠体によって囲まれる空間に前記封入ガスを封入することを特徴とする請求項4に記載の接合方法。   The one object to be bonded and the other object to be bonded are obtained by performing abutting and pressurization of the metal frame body of the one object to be bonded and the bonding part of the other object to be bonded in a sealed gas. The joining method according to claim 4, wherein the sealed gas is sealed in a space surrounded by the metal frame between the two. 前記一方の被接合物の前記金属接合部が金めっきで形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to claim 1, wherein the metal joint portion of the one article to be joined is formed by gold plating. 前記一方の被接合物に形成した一の前記金属接合部あたりの前記加圧力が50MPa〜700MPaとなるように加圧することを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 1 to 7, wherein pressurization is performed so that the applied pressure per one metal joint formed on the one workpiece is 50 MPa to 700 MPa. 前記一方の被接合物がセンシング素子であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の接合方法。   The joining method according to claim 1, wherein the one object to be joined is a sensing element. 請求項1ないし9のいずれかに記載の接合方法により形成されたデバイスであって、半導体デバイス、光デバイスまたはMEMSデバイスからなることを特徴とするデバイス。   A device formed by the bonding method according to claim 1, comprising a semiconductor device, an optical device, or a MEMS device. ヘッドおよびステージに保持した被接合物どうしを接合する接合装置において、
いずれか一方の前記被接合物の接合面に断面尖形形状を有する金属接合部を形成し、他方の前記被接合物の接合面に金からなる接合部を形成しておいた前記両被接合物どうしを、前記一方の被接合物の前記金属接合部と前記他方の被接合物の前記接合部とを衝合させ、前記一方の被接合物の接合面から前記金属接合部先端までの高さが、つぶれて20%〜90%の高さとなる加圧力で加圧する加圧制御手段を備え、
前記加圧制御手段は、
前記他方の被接合物の前記接合部がエネルギー波で表面活性化処理された前記両被接合物どうしを加圧して前記一方の被接合物の前記金属接合部を押しつぶして前記両被接合物どうしを接続することを特徴とする接合装置。
In a joining device that joins workpieces held on the head and stage,
The two joints in which a metal joint having a pointed cross section is formed on the joint surface of one of the workpieces, and a joint made of gold is formed on the joint surface of the other workpiece. An object is abutted between the metal joint portion of the one article to be joined and the joint portion of the other article to be joined, and the height from the joining surface of the one article to be joined to the tip of the metal joint portion is increased. Is provided with a pressurizing control means that pressurizes with a pressing force of 20% to 90%.
The pressure control means includes
The joints of the other object to be joined are pressed against each other and the metal joints of the one object to be joined are pressed between the two objects to be joined. Connecting apparatus characterized by connecting.
前記加圧制御手段は、
前記一方の被接合物に形成した一の前記金属接合部あたりの前記加圧力が50MPa〜700MPaとなるように加圧することを特徴とする請求項11に記載の接合装置。
The pressure control means includes
The joining apparatus according to claim 11, wherein pressurization is performed so that the applied pressure per one metal joint formed on the one article to be joined is 50 MPa to 700 MPa.
前記表面活性化処理を行うエネルギー波照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項11または12に記載の接合装置。   The bonding apparatus according to claim 11, further comprising energy wave irradiation means for performing the surface activation treatment. 前記エネルギー波照射手段はプラズマを発生させることを特徴とする請求項13に記載の接合装置。   The bonding apparatus according to claim 13, wherein the energy wave irradiation unit generates plasma.
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