JP2015136711A - カルボン酸ガス濃度の推定方法及び半田付け装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半田付け装置のチャンバー内のギ酸ガス等のカルボン酸ガス濃度を、リアルタイムで安全に測定することができるカルボン酸ガス濃度の推定方法、及びチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置を提供する。
【解決手段】反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法では、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、第一の温度計と第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する。半田付け装置は、加熱ステージ、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス導入手段、ガス排出手段、第一の温度計、第二の温度計とを備えたものである。
【選択図】図１
【解決手段】反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法では、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、第一の温度計と第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する。半田付け装置は、加熱ステージ、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス導入手段、ガス排出手段、第一の温度計、第二の温度計とを備えたものである。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体の半田付け工程等で好適に用いることができる、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度の推定方法、及びチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置に関する。より詳細には、カルボン酸が特定波長の赤外線を吸収することを利用したカルボン酸ガス濃度の推定方法、及びそれに適合する半田付け装置に関する。
半導体チップ上に半田バンプを形成する際には、パッド上に半田を付着させ、次いで、マッシュルーム形状から半球体形状へ半田バンプの形状を変化させ、次いで、リフローさせて半田接合する。従来の半田付け方法では、均一な半田バンプを形成するために、フラックスを用いて半田の表面酸化膜を除去し、半田バンプ表面を清浄化していた。
しかしながら、フラックスを用いた半田付けでは、フラックスの分解によって、小さな空隙（ボイド）が半田バンプ中に形成されることがある。これらの空隙は、形成された半田接合の電気的及び機械的性質を低下させるだけでなく、半田バンプ付き半導体の平坦性を破壊し、かつ以降の半導体接合工程に影響を及ぼすこともある。分解したフラックスの揮発性物質がリフロー処理装置内を汚染する場合もあり、それによってメンテナンスコストが増大することもある。加えて、フラックス残留物がしばしば半導体基板上に残り、金属の腐食を引き起こし、アセンブリの性能を低下させることがある。さらに、リフロー後にフラックス残留物を洗浄除去する方法では、後洗浄という新たな処理工程が加わることで、半田付けに要する時間が増加する。
このため、フラックスを用いない半田付け方法として、半田及び被接合部材である基板や電極等を、ギ酸を用いて還元する方法が知られている（特許文献１〜２等参照）。かかる還元方法では、半田が搭載された被接合部材が所定温度に達したとき、半田を、ギ酸を含む還元性ガスに晒して表面の酸化膜を除去する酸処理を行い、その後溶融処理する。
ギ酸の還元開始温度は約１５０℃であり、ギ酸の沸点は約１００℃であることから、ギ酸による酸処理は、通常、蒸発したガス状のギ酸を用いて行われる。その際、チャンバー内のギ酸ガスの濃度を把握する方法として、チャンバー内のガスを捕集してガスクロマトグラフやＦＴＩＲなどにより分析する方法が挙げられる。しかし、これらの場合には、ガスクロマトグラフやＦＴＩＲ等の分析装置の別途付設や、刺激性の強いギ酸が高温のガス状になっている状態で捕集するための安全対策が必要になるといった課題がある。また、分析に時間を要するため、リアルタイムでギ酸濃度を測定できないという課題もある。
さらに、酸処理が終了した後のギ酸ガスは、強制排気によりチャンバー内から取り除かれるが、その際、チャンバー内のギ酸ガスが十分排出されたか否か確認する場合にも、チャンバー内のガスを捕集してガスクロマトグラフやＦＴＩＲ等により分析する方法では、同様の課題がある。
そのため、ギ酸等のカルボン酸ガスを用いる酸処理では、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を簡便で安全に、かつリアルタイムで測定できる方法が望まれている。
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、半田付け装置のチャンバー内のギ酸ガス等のカルボン酸ガス濃度を、リアルタイムで安全に測定できるカルボン酸ガス濃度の推定方法、及びチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置を提供することを課題とする。
本発明は上記課題を解決するため、次の方法と装置を提供するものである。
（１）反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法であって、
カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。
（２）反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法であって、
反応用のカルボン酸ガス濃度を変えて、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴ）を求めることで、カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を予め作成しておき、作成した検量線と、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度についての前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。
（３）カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を、酸処理温度が異なる複数の条件下で作成し、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式を求め、前記関係式から所定の酸処理温度における検量線の傾きを求め、前記検量線の傾きと前記温度差（ΔＴｘ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する、前記（２）記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（４）第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計である、前記（１）〜（３）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（５）表面温度が常温〜３５０℃の物体に適用される、前記（１）〜（４）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（６）前記（１）〜（５）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法を用いて、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定し、カルボン酸ガス濃度の推定値、チャンバー容積及びチャンバー内圧力から、チャンバー内のカルボン酸量を算出することを特徴とする、カルボン酸量の推定方法。
（７）加熱ステージ、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス導入手段、及びガス排出手段を有するチャンバーを含む半田付け装置であって、
前記チャンバーが、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）と、を備えていることを特徴とするチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置。
（８）第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計であり、前記チャンバーが、第一の温度計及び第二の温度計に対応する２つの透過窓を備えている、前記（７）記載の半田付け装置。
カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。
（２）反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法であって、
反応用のカルボン酸ガス濃度を変えて、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴ）を求めることで、カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を予め作成しておき、作成した検量線と、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度についての前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。
（３）カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を、酸処理温度が異なる複数の条件下で作成し、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式を求め、前記関係式から所定の酸処理温度における検量線の傾きを求め、前記検量線の傾きと前記温度差（ΔＴｘ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する、前記（２）記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（４）第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計である、前記（１）〜（３）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（５）表面温度が常温〜３５０℃の物体に適用される、前記（１）〜（４）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
（６）前記（１）〜（５）いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法を用いて、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定し、カルボン酸ガス濃度の推定値、チャンバー容積及びチャンバー内圧力から、チャンバー内のカルボン酸量を算出することを特徴とする、カルボン酸量の推定方法。
（７）加熱ステージ、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス導入手段、及びガス排出手段を有するチャンバーを含む半田付け装置であって、
前記チャンバーが、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）と、を備えていることを特徴とするチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置。
（８）第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計であり、前記チャンバーが、第一の温度計及び第二の温度計に対応する２つの透過窓を備えている、前記（７）記載の半田付け装置。
本発明によれば、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を、非接触で、かつリアルタイムに推定することが可能になる。また、カルボン酸ガスを捕集する必要がないので、特に刺激性の強いギ酸ガスとの接触や吸入の危険を避けることができ、極めて安全にカルボン酸ガス濃度を推定できる。さらに、カルボン酸ガス濃度からチャンバー内のカルボン酸量を求めることが可能になる。
それらにより、カルボン酸ガスによる酸処理において、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を、還元反応を進行させる最低限の濃度で管理できる；チャンバー内への過剰のカルボン酸ガスの導入を抑制できコストを削減できる；チャンバー内のカルボン酸ガス濃度の変化を把握することで酸処理の終了判定ができる；等の利点を有する。
また、酸処理後は、チャンバー内のカルボン酸ガスを排出する際に、排出が完了したことを判定することができ、カルボン酸ガスと長時間接触することによるチャンバー材の腐蝕を防止することができる。
それらにより、カルボン酸ガスによる酸処理において、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を、還元反応を進行させる最低限の濃度で管理できる；チャンバー内への過剰のカルボン酸ガスの導入を抑制できコストを削減できる；チャンバー内のカルボン酸ガス濃度の変化を把握することで酸処理の終了判定ができる；等の利点を有する。
また、酸処理後は、チャンバー内のカルボン酸ガスを排出する際に、排出が完了したことを判定することができ、カルボン酸ガスと長時間接触することによるチャンバー材の腐蝕を防止することができる。
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るカルボン酸ガス濃度の推定方法が好ましく適用される半田付け装置について、好ましい一実施形態を示す構成図である。本発明におけるカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、アクリル酸、プロピオン酸、カプロン酸、シュウ酸、コハク酸、マロン酸、カプリル酸、カプロン酸等が挙げられる。
本発明に係るカルボン酸ガス濃度の推定方法は、反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法である。具体的には、チャンバー１０内の加熱ステージ３０の上に載置されることで所定温度に加熱される、基板、半導体チップ、電極等の被接合部材の表面の酸化物を、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガスにより除去する方法において、チャンバー１０内の反応用のカルボン酸ガス濃度を推定する方法である。不活性ガスとしては、窒素やヘリウム、アルゴンなどが用いられるが、入手容易な窒素が好ましく用いられる。
チャンバー１０は、被接合部材３１，３２の表面の酸化膜の除去、及び接合を行うための真空チャンバーである。加熱ステージ３０は、その上に半田３５を挟持した被接合部材３１，３２を載置し、カルボン酸の還元温度以上かつ半田が融点しない温度に前記被接合部材を加熱して酸化膜を除去し、酸化膜の除去が終了した後に、半田が溶融する温度まで加熱できる装置である。
図１に示す半田付け装置は、不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスを導入するガス導入手段２５、半田３５を挟持した被接合部材３１，３２を載置し所定の温度に加熱する加熱ステージ３０、ガス排出手段２６、第一の温度計３７及び透過窓３７ｗ、第二の温度計である放射温度計３８及び透過窓３８ｗを備えるチャンバー１０を含む構成例である。
ガス導入手段２５としては、図１に示すように、予め混合した不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスを１本のラインでチャンバー１０に導入する手段を採用しても良く、不活性ガスとカルボン酸ガスをそれぞれ別ラインでチャンバー１０に導入する手段、あるいはカルボン酸を不活性ガス中に噴霧する手段等を採用しても良い。また、不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスの調整方法は特に限定されず、例えば、ガス導入手段２５と接続した別の容器中で所定量のカルボン酸を不活性ガス中で蒸発させること等により調整できる。混合ガス中のカルボン酸ガス濃度は、導入ガス量の比率から求めても良いし、ガスクロマトグラフやＦＴＩＲなどで測定して求めても良い。
チャンバー１０内に導入する混合ガス中のカルボン酸ガスの濃度は、特に限定されないが、反応性の点より、１．５ｖｏｌ％以上とするのが好ましい。これにより、半田や被接合部材の表面の酸化膜の除去が容易に行われ、半田の濡れ広がり性が良好となり、半田付け部分のボイドの発生を低減することできる。カルボン酸ガス濃度は、１．５ｖｏｌ％以上、３ｖｏｌ％以下とするのがより好ましい。１．５ｖｏｌ％以上とするのは、カルボン酸による酸処理に支障をきたすことがないからであり、３ｖｏｌ％以下とするのは、カルボン酸によるチャンバー材の腐蝕の虞が減少するからである。
ガス排出手段２６は、図示しない真空ポンプに接続されており、不活性ガスとカルボン酸ガスを導入して酸処理を開始する前に、チャンバー１０内を強制排気し真空状態にするために用いられる。チャンバー１０内を強制排気することで、酸処理を妨げる酸素ガス等を取り除き、また真空状態にすることで、該チャンバー１０内に導入されたカルボン酸ガスが気化・分散され易くなる。ガス排出手段２６は、酸処理終了後には、チャンバー１０内に残留するガスを排出するために用いられる。
本発明では、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用い、チャンバー内の同一物体の表面温度を同一時点で測定する。そして、同一時点で所定の同一物体について測定した際に、前記第一の温度計と前記第二の温度計の間に温度差（ΔＴｘ）が生じるので、この温度差（ΔＴｘ）の程度から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する。
即ち、第一の温度計及び第二の温度計である放射温度計の２つの温度計は、ともにチャンバー内に配置された同一物体の表面温度を測定する。「同一物体の表面温度」を「同一時点で測定する」とは、表面温度が等しい物体の温度を、２つの温度計で同時に測定することを意味する。また、「チャンバー内に配置された物体」とは、カルボン酸処理を行う室（チャンバー）に配置された物体を意味する。したがって、チャンバー内に配置された物体は、加熱ステージ３０等の加熱プレートに限られず、被接合体であってもよく、あるいは、チャンバー内に配置された任意の物体や、温度測定用として配置した物体でもよい。
上記の第一の温度計３７としては、カルボン酸ガスが赤外線を吸収することによる影響を受けない温度計を用いる必要がある。このような温度計としては、水銀温度計や抵抗温度計、熱電対温度計等の接触型温度計、あるいは、カルボン酸ガスが吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計等の非接触型温度計が挙げられる。第一の温度計は、加熱ステージ３０の温度を所定温度に制御する役割も有している。
第一の温度計として放射温度計を用いる場合は、カルボン酸による影響を受けずに温度を測定できる放射温度計であれば、特に限定されず、一般的に半田付け装置で用いられている放射温度計を用いることができる。ギ酸の場合、図２に赤外線スペクトルを示すように、ギ酸が吸収する赤外線の波長は、２．５〜４．０μｍ、５．５〜６．０μｍ及び７．０〜１４．０μｍの領域にある。したがって、例えば、ＩｎＳｂを検出素子とし、さらにバンドパスフィルターを取り付け、ギ酸による吸収がない４．５〜５μｍの波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計を用いることができる。
一方、第二の温度計である放射温度計（以下、「第二の放射温度計」と言う。）３８としては、カルボン酸ガスが吸収する波長領域の赤外線で温度を測定することができる放射温度計を用いる。したがって、第二の放射温度計３８で測定する加熱ステージ３０の温度は、チャンバー１０内のカルボン酸ガス濃度の影響を受ける。第二の放射温度計としては、カルボン酸が吸収する前記の領域の赤外線を検出する検出素子を備えた放射温度計を用いるので、例えば、波長８〜１３μｍの赤外線で温度を測定できるサーモパイルを検出素子とする放射温度計を用いることができる。
なお、第一の温度計３７として放射温度計を使用する際及び第二の放射温度計３８を使用する際には、カルボン酸ガスが存在しない状態で加熱ステージ３０の温度を測定し、熱電対などの接触型温度計で測定した温度と一致するように予め補正しておくことが望ましい。
第一の温度計３７及び第二の放射温度計３８の設置位置は、特に限定されるものではないが、一般的に接触型温度計はチャンバー１０内に設置することが多い。一方、第一の温度計として放射温度計を用いた場合、チャンバー１０内に、これら２つの放射温度計を設置することもできるが、放射温度計をチャンバー１０内に設置した場合には、放射温度計自身が放射する熱やチャンバーの床や壁から放射する熱も感知し、温度の測定誤差が大きくなる虞があるので、図１に示すように、チャンバー１０の外部に２つの放射温度計を設置するのが好ましい。
チャンバー１０の外部に放射温度計を設置する場合には、放射熱（赤外線）がチャンバー１０の外に透過できるよう透過窓を設ける。放射温度計にチャンバー１０の床や壁等の加熱ステージ３０以外からの赤外線が入射するのを避けるために、透過窓はできるだけ狭面積とし、それぞれの放射温度計に対応する透過窓を設けるのが良い。図１では、透過窓３７ｗが第一の温度計３７に対応し、透過窓３８ｗが第二の放射温度計３８に対応する例を示している。
透過窓は、赤外線を吸収しない素材で形成する必要があり、こうした素材としては、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＺｎＳｅが挙げられる。
本発明の半田付け装置を用いて行われる酸処理ならびに接合方法は、特に限定されるものではなく公知の方法等であって良く、例えば、以下の工程で行われる。先ず、チャンバー１０内の加熱ステージ３０の上に、半田３５を挟持した被接合部材３１，３２を載置する。ガス排出手段２６を介して真空ポンプによりチャンバー１０内に存在する空気などのガスを強制排気する。同時に加熱ステージ３０を加熱する。加熱ステージ３０の温度をリアルタイムで測定し、被接合部材３１，３２が所定の温度に達したことを確認した後、バルブ２１を閉めガス排出手段２６とチャンバー１０との接続を閉じる。次いで、バルブ２０を開け、不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスのガス導入手段２５より、不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスを導入し、チャンバー１０内を不活性ガスとカルボン酸ガスの混合ガスで満たし、酸処理を行う。
つまり、本願請求項１に係るカルボン酸ガス濃度の推定方法では、酸処理時に、カルボン酸による影響を受けない温度計と影響を受ける温度計の、２つの温度計を用いて加熱ステージ３０の表面温度を測定することで、チャンバー１０内のカルボン酸ガス濃度を推定することができる。第一の温度計３７は、水銀温度計、抵抗温度計あるいは熱電対温度計などの接触型温度計や、前記の通り、カルボン酸ガスが吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計であり、その測定温度はカルボン酸ガスの影響を受けないので、加熱ステージ３０の実際の温度である。第一の温度計３７の測定温度に基づいて、加熱ステージ３０の表面温度が制御され、酸処理温度は所定の温度範囲に維持される。第一の温度計３７は、酸処理が終了した後は、半田の溶融温度まで加熱する際の表面温度の測定及び維持に用いることができる。
第二の放射温度計３８は、前記の通り、カルボン酸ガスが吸収する領域の赤外線で温度を測定する放射温度計であり、この第二の放射温度計で測定した加熱ステージ３０の表面温度は、カルボン酸ガスの影響を受けるため実際の加熱ステージ３０の温度を示さなくなる。つまり、第二の放射温度計３８は、カルボン酸ガスが吸収した赤外線の量に応じて、実際の温度よりも低い温度を表示する。また、カルボン酸ガスが吸収する赤外線の量は、カルボン酸ガスの濃度に比例する。例えば、温度が一定の場合、第二の放射温度計３８が示す温度は、低いほどカルボン酸ガスの濃度が高く、高いほどカルボン酸ガス濃度が低くなり、また第一の温度計３７と同じ温度を示す場合にはカルボン酸ガス濃度は０ということになる。こうして、第一の温度計と第二の放射温度計の温度差から、カルボン酸ガス濃度の大小を推定することができる。
酸処理の進行にともない、チャンバー１０内のカルボン酸ガス濃度は低下し、酸処理が終了した後はカルボン酸ガス濃度がほぼ一定になるので、第二の放射温度計３８が示す温度は、酸処理の開始時は低く、酸処理の進行とともに徐々に上昇し、酸処理が終了した後は、ほぼ一定となる。こうして、第二の放射温度計３８がリアルタイムで示す温度から、酸処理の進行状況を把握することができる。
ところで、物体から放射される赤外線の強度は、物体の温度に影響され、温度が高いほど増加することが知られている。したがって、第二の放射温度計３８を用いて酸処理時のカルボン酸ガス濃度を測定する場合、チャンバー１０内の温度が一定であることが重要な要件となる。しかしながら、本発明では、第一の温度計３７を用いて、加熱ステージ３０の温度をリアルタイムで測定し、所定温度を維持できるよう制御するので、この点での問題はない。
さらに、本願請求項２に係るカルボン酸ガス濃度の推定方法では、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス中のカルボン酸ガスの濃度を変えて、第一の温度計３７を用いて、加熱ステージ３０の表面温度を測定し、該測定温度に基づいて加熱ステージ３０の温度を所定温度に制御しつつ、第二の放射温度計３８を用いて、加熱ステージ３０の表面温度を測定する。そして、第一の温度計３７と第二の放射温度計３８の温度差（ΔＴ）を求めることにより、予めカルボン酸ガスの濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を作成しておき、前記検量線を用いて、加熱ステージ３０の表面温度についての、前記第一の温度計と前記第二の放射温度計による温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー１０内のカルボン酸ガスの濃度を求めることができる。
すなわち、カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を予め作成しておくことにより、カルボン酸ガス濃度未知のチャンバー１０内の温度差ΔＴｘを求めるだけで、カルボン酸ガス濃度を定量的に求めることができる。
ギ酸の検量線は、例えば、次のようにして作成することができる。チャンバー１０内を真空引きした後、該チャンバー内に配置された加熱ステージ３０を、所定の温度に加熱し、温度が安定した後、ギ酸ガス濃度既知のギ酸ガスと不活性ガスとの混合ガスを、チャンバー１０内に導入し、第一の温度計３７が示す温度（Ｔ１）と第二の放射温度計３８が示す温度（Ｔ２）を同時に測定し、Ｔ１とＴ２の温度差（ΔＴ）を求める。ギ酸ガス濃度を変えて、同様の操作を繰り返す。さらに、加熱ステージ３０の温度を変更して同様の操作を繰り返す。最後に、加熱ステージ３０の温度毎に、ギ酸ガス濃度（％）と温度差（ΔＴ）の関係をプロットし、一次回帰直線で近似することにより、検量線を作成する。
検量線の作成に用いるカルボン酸ガス濃度は任意に設定することができる。例えば、ギ酸による酸化膜の除去の場合には、用いるギ酸ガス濃度の好ましい範囲が１．５〜３ｖｏｌ％であり、酸処理によってギ酸ガス濃度が減少することを考慮すると、約３ｖｏｌ％程度までの濃度の検量線を作成しておけばよい。
上述した通り、物体の温度により、放射される赤外線の強度は異なるので、加熱ステージ３０の温度により放射される赤外線の強度は変化する。そのため、カルボン酸ガスが吸収する赤外線の量が同じでも、酸処理温度が異なれば、第二の放射温度計３８が示す温度は異なる。よって、カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）の関係は、温度によって変化するので、酸処理温度毎に検量線を作成する必要がある。
検量線を作成する際は、温度範囲を任意に設定し、各酸処理温度に対応する複数の検量線を予め作成しておくことで、広範囲の温度に対してカルボン酸ガス濃度を求めることが可能となる。このようなカルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を、酸処理温度が異なる複数の条件下で作成し、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式を求め、前記関係式から所定の酸処理温度における検量線の傾きを求めることができる。そして、前記検量線の傾きと前記温度差（ΔＴｘ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を求めることで、カルボン酸ガス濃度を推定することができる。真空引き下常温のチャンバー内に、予め不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガスを導入する場合があることや、３５０℃ではほぼ全ての半田が溶融していること等の観点より、常温〜３５０℃の範囲で検量線を作成しておくことで、半田付け処理ならびに半田付け装置におけるカルボン酸ガス濃度の推定が可能になる。
また、検量線を作成する温度の幅は、特に限定はないが、２５〜５０℃の範囲で、カルボン酸濃度の測定精度に応じて適宜選択すればよい。例えば、酸処理温度を１５０℃に設定した場合、１００℃から３００℃まで５０℃間隔で検量線を作成することで、１００〜３００℃までの範囲でギ酸濃度を高い精度で推定することが可能となる。
本発明に係るカルボン酸ガス濃度の推定方法により推定したカルボン酸ガス濃度を用いることで、チャンバー内のカルボン酸量を推定することも可能である。具体的には、チャンバー容積にカルボン酸ガス濃度を乗じて、チャンバー内のカルボン酸ガス量を求めた後、チャンバー内圧力を常圧に換算することで、チャンバー内のカルボン酸ガス量を求めることができる。なお、チャンバー内圧力は、第一の温度計と第二の温度計による温度差（ΔＴｘ）測定時点におけるチャンバー内圧力である。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示す構成で、チャンバー容量が２０Ｌの半田付け装置を用いて試験を行った。チャンバー１０内を真空引きした後、該チャンバー内に設置した加熱プレート３０を、１５０℃に加熱し、温度が安定した後、ギ酸ガス濃度２．４％のギ酸ガスと不活性ガスとの混合ガスを、チャンバー内に導入し、第一の温度計３７が示す温度（Ｔ１）と第二の放射温度計３８が示す温度（Ｔ２）を、同時に測定することで、Ｔ１とＴ２の温度差（ΔＴ）を求めた。ギ酸ガス濃度を１．２％、０．６％に変更して、同様の操作を繰り返した。図３参照。
加熱プレートの温度を２５０℃、３５０℃に変更して、同様の操作を繰り返した。図４参照。
前記の加熱プレートの温度毎に、ギ酸ガス濃度（％）と温度差（ΔＴ）の関係をプロットし、一次回帰直線で近似して検量線を作成した。図５参照。
また、図５に示した３本の検量線について、横軸に酸処理温度（プレート設定温度）、縦軸に検量線の傾き（％／ΔＴ）をプロットし、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式（一次回帰直線）を作成した。図６参照。
図１に示す構成で、チャンバー容量が２０Ｌの半田付け装置を用いて試験を行った。チャンバー１０内を真空引きした後、該チャンバー内に設置した加熱プレート３０を、１５０℃に加熱し、温度が安定した後、ギ酸ガス濃度２．４％のギ酸ガスと不活性ガスとの混合ガスを、チャンバー内に導入し、第一の温度計３７が示す温度（Ｔ１）と第二の放射温度計３８が示す温度（Ｔ２）を、同時に測定することで、Ｔ１とＴ２の温度差（ΔＴ）を求めた。ギ酸ガス濃度を１．２％、０．６％に変更して、同様の操作を繰り返した。図３参照。
加熱プレートの温度を２５０℃、３５０℃に変更して、同様の操作を繰り返した。図４参照。
前記の加熱プレートの温度毎に、ギ酸ガス濃度（％）と温度差（ΔＴ）の関係をプロットし、一次回帰直線で近似して検量線を作成した。図５参照。
また、図５に示した３本の検量線について、横軸に酸処理温度（プレート設定温度）、縦軸に検量線の傾き（％／ΔＴ）をプロットし、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式（一次回帰直線）を作成した。図６参照。
図３及び図４の結果より、ギ酸ガス濃度が高いほど温度差（ΔＴ）が大きくなり、ギ酸ガス濃度が同じ場合は、加熱プレートの温度が高いほど温度差（ΔＴ）が大きくなるので、温度差（ΔＴ）を測定することで、チャンバー内のギ酸ガス濃度を推定することが可能となる。また、図５の検量線を用いることで、ギ酸ガス濃度を定量的に求めることが可能となる。
（実施例２）
酸処理温度２００℃における検量線の傾きは、実施例１にて作成した一次回帰直線（図６）を用いることで、０．０３７（％／ΔＴ）として求めることができる。また、前記検量線の傾きと、酸処理温度２００℃における２つの温度計の測定温度差（ΔＴ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を算出することが可能となる。
酸処理温度２００℃における検量線の傾きは、実施例１にて作成した一次回帰直線（図６）を用いることで、０．０３７（％／ΔＴ）として求めることができる。また、前記検量線の傾きと、酸処理温度２００℃における２つの温度計の測定温度差（ΔＴ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を算出することが可能となる。
（実施例３）
酸処理温度２００℃におけるカルボン酸量は、実施例２にて算出したカルボン酸ガス濃度にチャンバー容量（２０Ｌ）を乗じて、該チャンバー内におけるカルボン酸ガス量を算出した後、温度測定時点におけるチャンバー内圧力を常圧に換算することで、チャンバー内のカルボン酸ガス量を算出することが可能となる。
酸処理温度２００℃におけるカルボン酸量は、実施例２にて算出したカルボン酸ガス濃度にチャンバー容量（２０Ｌ）を乗じて、該チャンバー内におけるカルボン酸ガス量を算出した後、温度測定時点におけるチャンバー内圧力を常圧に換算することで、チャンバー内のカルボン酸ガス量を算出することが可能となる。
以上説明したように、本発明のカルボン酸ガス濃度の推定方法は、ａ）酸処理工程終了後のチャンバー内のカルボン酸ガス濃度の把握、ｂ）酸処理工程の途中で温度を変える場合のカルボン酸ガス濃度の変化の把握、ｃ）半田付け装置内におけるカルボン酸ガス濃度の変化の追跡等に有用である。また、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置は、半田付け工程の短縮による生産性の向上のためにも有用である。
１０ チャンバー
２０ バルブ
２１ バルブ
２５ ガス導入手段
２６ ガス排出手段
３０ 加熱ステージ
３１ 被接合部材
３２ 被接合部材
３５ 半田
３７ 第一の温度計
３７ｗ 透過窓
３８ 第二の放射温度計
３８ｗ 透過窓
２０ バルブ
２１ バルブ
２５ ガス導入手段
２６ ガス排出手段
３０ 加熱ステージ
３１ 被接合部材
３２ 被接合部材
３５ 半田
３７ 第一の温度計
３７ｗ 透過窓
３８ 第二の放射温度計
３８ｗ 透過窓
Claims (8)
- 反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法であって、
カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。 - 反応用のカルボン酸ガスを導入したチャンバー内におけるカルボン酸ガス濃度を推定する方法であって、
反応用のカルボン酸ガス濃度を変えて、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）を用いて、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度を同一時点で測定し、前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴ）を求めることで、カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を予め作成しておき、作成した検量線と、前記チャンバー内に配置された同一物体の表面温度についての前記第一の温度計と前記第二の温度計の温度差（ΔＴｘ）から、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定することを特徴とする、カルボン酸ガス濃度の推定方法。 - カルボン酸ガス濃度と温度差（ΔＴ）との関係を示す検量線を、酸処理温度が異なる複数の条件下で作成し、前記検量線の傾きと酸処理温度との関係を示す関係式を求め、前記関係式から所定の酸処理温度における検量線の傾きを求め、前記検量線の傾きと前記温度差（ΔＴｘ）とから、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定する、請求項２記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
- 第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計である、請求項１〜３いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
- 表面温度が常温〜３５０℃の物体に適用される、請求項１〜４いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法。
- 請求項１〜５いずれか記載のカルボン酸ガス濃度の推定方法を用いて、チャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定し、カルボン酸ガス濃度の推定値、チャンバー容積及びチャンバー内圧力から、チャンバー内のカルボン酸量を算出することを特徴とする、カルボン酸量の推定方法。
- 加熱ステージ、不活性ガスとカルボン酸ガスとの混合ガス導入手段、及びガス排出手段を有するチャンバーを含む半田付け装置であって、
前記チャンバーが、カルボン酸による赤外線吸収の影響を受けることなく温度を測定できる温度計（第一の温度計）と、カルボン酸が吸収する波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計（第二の温度計）と、を備えていることを特徴とするチャンバー内のカルボン酸ガス濃度を推定可能な半田付け装置。 - 第一の温度計が、カルボン酸が吸収しない波長域の赤外線で温度を測定する放射温度計であり、前記チャンバーが、第一の温度計及び第二の温度計に対応する２つの透過窓を備えている、請求項７記載の半田付け装置。
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