JP2876786B2

JP2876786B2 - 高純度雰囲気接合方法及び装置

Info

Publication number: JP2876786B2
Application number: JP2404806A
Authority: JP
Inventors: 正也堀野; 顕臣河野; 昌敏金丸; 智昭坂田; 哲哉林田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH04220169A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩチップのマウン
ト、超音波探触子、レーザーダイオードパッケージ等に
おける半導体部品、セラミックス部品、電子部品、光部
品の接合に好適な接合方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体部品や電子部品等の接合
技術として、はんだ付け、ろう付けが広く知られてい
る。このはんだ付けやろう付けにおいては、被接合面を
活性化するために水素含有雰囲気あるいはフラックスを
用いて接合面に生成された酸化物や付着した水分、油脂
等を除去して、接合面を清浄にして接合を行う。

【０００３】一方水素含有雰囲気やフラックスを用いな
いで半導体部品などを接合する技術としては、溶接技術
１９８７年７月Ｐ８８−９１に記載のように、接合表面
に付着している酸化物、水分、油脂分などの汚染物をイ
オン衝撃で完全に除去し、超高真空中で材料を重ね合わ
せて接合する常温界面接合方法及び装置がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フラックスを用いるは
んだ付けやろう付けにより半導体部品を接合した場合に
は、次のような問題点がある。（１）フラックスの残渣が接合部の腐触をひきおこすの
で、有機溶剤などによる接合部品の洗浄が不可欠とな
る。しかし、この洗浄が部品供給から接合、洗浄までを
１ラインにして行う自動一貫接合装置を開発する上で障
害となる。（２）フラックスの巻き込みにより接合部にボイドが生
じ接合強度の信頼性が低下する。

【０００５】また水素含有雰囲気を用いてはんだ付け又
はろう付けを行おうとすると、次のような問題点があ
る。（３）雰囲気に水素が含有されているので爆発の恐れが
あり装置を防爆構造とする必要があるのでコストアップ
となる。

【０００６】また上記の常温界面接合法を半導体部品の
接合に適用しようとすると、次のような問題がある。（４）超高真空域（１０~⁶〜１０~⁹Ｐａ）内での被接合
材のチャッキング、移動、位置決め等のハンドリングが
困難であるので、量産性に劣る。真空室内で被接合材を
つかんで、所定の位置に移動し、接合面を重ね合わせて
接合するには、その機構は非常に複雑になり、寸法精度
の高い接合は困難となる。また、真空内での機械的摺動
部が必要となるが、その摺動部に擬着という問題が生じ
る。

【０００７】（５）イオンビームによる照射は、半導体（ＬＳＩチッ
プなど）やセラミックスへ適用するのは困難である。す
なわち、一般には半導体素子は絶縁体でおおわれてお
り、また、セラミックスは絶縁体であるためイオンビー
ムの照射により照射表面が帯電（チャージアップ）をひ
きおこす。そのため半導体素子（例えばＣＭＯＳなど）
に対しては電気的ダメージを与え、また、絶縁性の高い
セラミックスに対してはイオンビーム照射による接合面
の清浄化はできない。

【０００８】本発明の目的は、半導体等の被接合材の接
合面をフラックスを用いず、また被接合材に電気的ダメ
ージ、電荷のチャージアップを生じさせずに清浄にし、
また被接合材のハンドリング、清浄化、接合等を一貫し
て行うに適した接合方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の接合方法は、真空中にて互いに接合すべき
被接合材の接合面に不活性ガスあるいは金属の粒子ビー
ムを照射し、照射した前記接合面同士を接触させて接合
を行う接合方法において、前記粒子ビームを照射後、接
合チャンバ内での総放出ガス量以上の不活性ガスあるい
はＮ₂ガスをチャンバ内へ導入し、雰囲気圧力を大気圧
以上として接合する箇所へ前記ガスを流しながら前記接
合面を互いに密着させて接合することを特徴としてい
る。

【００１０】この別の接合方法においては、前記加圧接
合時、前記被接合材の絶対温度表示の融点以下でかつ該
融点の１／２以上の温度で加熱してもよい。前記粒子ビ
−ムのビ−ム発生源はアトムビ−ムかイオンビ−ムが好
ましく、アトムビ−ムなら照射圧力は５×１０~²Ｐａ〜
５×１０~¹Ｐａが、またイオンビ−ムならビ−ム照射圧
力は５×１０~³Ｐａ〜５×１０~¹Ｐａが望ましい。

【００１１】最適なバックグラウンド圧力範囲は２×１
０~⁵Ｐａ以下である。但しこれはクリ−ニング後の放置
時間による。すなわちまずバックグラウンド圧力をＰｂ
（Ｐａ）とする。クリ−ニング後の材料表面が１原子層
の不純物ガスで覆われたとき接合が不可能になるとする
と１原子層の形成に最低限必要な時間ｔminは次の式で
示される。

【００１２】

【数１】

【００１３】但し実際の形成時間は原子の付着確率で左
右される。また前記接合チャンバ内の雰囲気圧力は大気
圧以上とすることが望ましい。

【００１４】更に導入ガス中の水分、酸素並びにハイド
ロカーボン（ＣｍＨｎ）の一種以上を１００ｐｐｍ以下
とすること、また接合チャンバから流出するガスに含ま
れる水分、酸素並びにハイドロカーボン（ＣｍＨｎ）の
一種以上を１００ｐｐｍ以下とすることが望ましい。最
適な導入ガスはガス中の水分、酸素が０．１ｐｐｍ以下
である。

【００１５】実用面では接合面を互いに密着させた後、
前記被接合材を加熱することが有効であり、接合材を加
熱する場合は被接合材のうちの融点の低い方の被接合材
の絶対温度表示の融点以下でかつその融点の１／２以上
の温度で加熱することが望ましい。また被接合材は半導
体、セラミックス及び／又は金属が実用的である。

【００１６】粒子ビ−ムに適用しうるガスは対象物と反
応しないかあるいは反応しにくいものである。例えばＮ
₂，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎである。一方粒子ビ
−ムに適用しうる金属は照射される対象と同一金属が好
ましい。これは対象を汚染しないからである。またＣｓ
も利用できる。ＣｓはＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩ
ｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の一次イ
オン源として広く使われているからである。なお、セラ
ミックスの適用も可能と考えられる。

【００１７】さらに上記目的を達成するために、本発明
の接合装置は、大気圧又は真空に切り替える気密室を介
して互いに接合すべき被接合材を真空容器中に搬出入す
る第１搬送機構と、前記真空容器内に搬入した被接合材
の接合面に粒子ビームを照射する照射機構と、前記真空
容器内に不活性ガスを供給するガス供給機構と、ガスを
排出する機構と前記被接合材の接合面の位置を合わす位
置調整機構と、合わす前記接合面を観察する監視機構
と、前記接合面を加圧する加圧機構と、前記加圧時に被
接合材を加熱する加熱機構と、前記第１搬機構、照射機
構、位置調整機構及び加圧機構の間で被溶接材を搬送す
る第２搬送機構から構成した接合装置としている。

【００１８】本発明の接合装置は或は大気圧又は真空に
切り替える気密室を介して互いに接合すべき被接合材を
真空容器内に搬出入する第１搬送機構と、前記真空容器
内に搬入した被接合材の接合面に粒子ビームを照射する
照射機構と、前記真空容器内に不活性ガス及び／または
Ｎ₂ガスを供給するガス供給機構と、前記真空容器から
ガスを排出する機構と、前記接合面を加圧する加圧機構
と、前記加圧時に被接合材を加熱する加熱機構と、前記
第１搬送機構、照射機構及び加圧機構の間で被接合材を
搬送する第２搬送機構とを備えてなるものでもよい。
本接合装置においては、真空容器内壁及びその真空容器
中に挿入される各種機構のそれぞれの放出ガス速度を１
０~⁴Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ以下とすること、接合チャンバ
内に前記供給ガスを被接合物にあたるよう流すようにす
ること、加熱機構のヒータ部に前記供給するガスが流れ
るようにすること、供給するガスあるいは流出するガス
の組成を定量的にモニタする機構を有すること等の態用
が好ましい。

【００１９】

【作用】本発明の接合方法においては、粒子ビームは被
接合材の接合面に衝突して接合面に形成されている酸化
膜や付着物を除去して、接合が容易な生の面を露出させ
る。また被接合材が半導体、セラミックス基板の場合
に、粒子ビームとしてアトムビームを照射すると、アト
ムは電気的に中性であり照射面に帯電が起きないので、
半導体への照射ダメージが少なくできることと、セラミ
ックス基板のように導電性のない物質の表面を容易に清
浄化できる。なお、イオンビームで導電性のない物質を
清浄化するには、電子シャワーも同時に照射して、イオ
ンの電荷の中和を行うことが望ましい。

【００２０】粒子ビーム照射後不活性ガスで雰囲気圧力
を高めるのは、接合面の活性を保持するとともに、被接
合材をハンドリングする際に通常大気圧下で用いる装置
を使用することができることを考慮したものである。

【００２１】本発明の接合装置においては、被接合材の
接合は以下のようにして行われる。第１搬送機構は接合
すべき両被接合材をそれぞれ気密室に大気中から装填
し、気密室を真空にしてから真空容器に導入する。第２
搬送機構は被接合材を受け取り、真空容器中の所定の位
置に搬送する。照射機構は第２搬送機構により運ばれて
きた被接合材の接合面にアトムビームを照射して酸化
物、付着物を除去して清浄化する。その後ガス供給機構
は真空容器中に不活性なガスを導入し、位置調整機構は
第２搬送機構により照射機構から運ばれてきたそれぞれ
の被接合材の接合面を監視機構により観察しながら位置
調整して接合面同士を合わせる。加熱機構は第２搬送機
構により運ばれてきた組み合わせの被接合材を加熱して
接合を行い、接合された被接合材は第２搬送機構により
第１搬送機構まで運ばれ、第１搬送機構により気密室を
介して大気中に取り出される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の接合方法の実施例を図により
説明する。

【００２３】Ｓｉチップ上に形成された複数個のはんだ
ボールとセラミック基板上にメタライズされた複数個の
Ａｕ電極との接合例について図１を用いて説明する。

【００２４】６００個のＰｂ−Ｓｎ合金はんだバンプ７
０’があらかじめ所定位置に形成されたＳｉチップ７０
と６００個のＡｕ電極７１’がメタライズ処理により形
成されたセラミック基板７１をアトムソース２４が２基
装備された接合装置８３内に配置し、装置内を１０~⁴Pa
以下の圧力にまで排気する。

【００２５】その後、ガス清浄器８２を通して物理的及
び化学的に水分、油脂分、酸素を除去した超高純度アル
ゴンガス（Ａｒガス中のＨ₂Ｏは１００ｐｐｂ以下、露
点２０３Ｋ以下）を前記アトムソース２４へ導入し、接
合装置内を１０~²Ｐａ台の圧力として、前記アトムソー
ス２４を作動させる。

【００２６】そして、アトムソース２４から発生するＡ
ｒアトムビームを前記はんだボール（Ｐｂ−Ｓｎ合金は
んだバンプ）７０’及びＡｕ電極７１’に５分間照射す
る。なお、Ａｒアトムビームを均一に照射するため、複
数個のはんだボールが形成されたＳｉチップ７０及び複
数個のＡｕ電極がメタライズにより形成されているセラ
ミック基板７１は照射中回転させる方が望ましい。

【００２７】本接合例では被接合材の一部が半導体ある
いはセラミックスであることから、アトムビームにより
接合面の清浄化を図っている。そのＡｒアトムビームの
照射により清浄化されたはんだボール及びＡｕ電極の再
汚染を防止することを目的として、ガス清浄器を通して
超高純度としたアルゴンガスを接合装置内に導入し、大
気圧とする。

【００２８】しかる後、装置内放出ガス量の１０⁶倍だ
けの上記アルゴンガスを装置内に導入しつつ保持治具８
１を用いてＳｉチップ７０とセラミック基板７１を搬送
・移動し、Ｓｉチップ７０を反転させる。その後、位置
決め機構を用いて相対応するはんだボールと金電極とを
精度良く重ね合わせる。

【００２９】この時、保持台８１にはヒータ８０が内蔵
されており、はんだボール及び金電極は所定の温度（４
２３Ｋ）に加熱されている。したがって、６００個のは
んだボールと６００個のＡｕ電極とをそれぞれ重ね合わ
す時の加圧力は４．９Ｎと非常に小さくても、はんだボ
ールは塑性変形しＡｕ電極全面に密着・接合する。

【００３０】その後、Ｓｉチップとセラミック基板との
接合体を搬送し、Ａｒ雰囲気中（１気圧）で６１８±５
Ｋまで加熱し、はんだボールを溶融する。この溶融によ
ってはんだの表面張力によりＳｉチップの位置ずれを自
己調整でき、また、はんだボールとＡｕ電極との接合部
の信頼性が向上する。

【００３１】なお、本実施例では、はんだボールが形成
されているＳｉチップとセラミック基板の接合について
説明したが、はんだボールが形成されたＳｉチップと電
極が形成されたＳｉチップとの接合、及びはんだボール
が形成されたセラミック部品と電極が形成されたセラミ
ック基板との接合も全く同様に行うことができる。

【００３２】本実施例では、粒子ビーム源としてアトム
ソースを用いているが、被接合材が金属などの良導体で
あるときはアトムソースのかわりにイオンビームを発生
するイオンソースを用いることによって全く同様に接合
ができる。

【００３３】また、本実施例では、装置内に導入するガ
スとしてＡｒガスを用いているが、Ｎ₂ガスを用いても
同様に接合できる。

【００３４】図２はＳｉチップとセラミック基板とを接
合する接合装置の構成図である。この接合装置は概し
て、接合面にアトムビームを照射するためのビーム照射
チャンバと、外部からビーム照射チャンバ内に被接合材
を搬入するためのロードロックチャンバと、被接合材を
搭載したトレイを移動させる真空中で作動するのに適し
たロボット（以下、真空ロボットという。）、被接合材
を洗浄するためのアトムビームソース、被接合材を加熱
／加圧する治具、トレイを位置決めするハンドリング装
置等を備えた接合チャンバとから構成されている。

【００３５】これら構成要素は超高真空対応となってお
り、アウトガス量は１×１０~⁷Ｐａｍ³／ｓ／ｍ²以下と
してある。この接合装置はそれぞれのチャンバで被接合
材を処理することにより、被接合材の洗浄、接合等を一
貫して処理する装置である。

【００３６】ここでは、被接合材として、所定位置に金
（Ａｕ）がメタライズされたセラミック（ムライト）基
板と６００個のはんだバンプが形成されたＳｉチップを
処理するものとして以下の説明を行う。

【００３７】まず、第１ロードロックチャンバ１２へト
レイ１を搬入する装置としてローダ１１があり、トレイ
１はマガジン１０に納められた状態でローダ１１に搭載
される。マガジン１０はトレイを複数枚積み重ねて収納
でき、ローダ１１はマガジンを上下に移動させて装置に
搬入すべきトレーを選択することができる。

【００３８】ロードロックチャンバ１２にはバルブ３６
を介して真空排気ポンプ５０が接続されている。

【００３９】ビーム照射チャンバ１３内には、フロッグ
レッグタイプの腕伸縮、上下動及び旋回が可能な真空ロ
ボットが設置されている。チャンバ内には２ヶトレー仮
置き台２１及び２２があり、中央付近に回転可能なビー
ム照射台２３がある。超高純度のＡｒ供給源（図示な
し）に接続されたアトムソースがチャンバの天井に取り
付けられており、ビーム照射台２３上のトレーに入って
いるＳｉチップあるいはセラミック基板を均一照射でき
るように位置が調整されている。ビーム照射チャンバに
はバルブ３７を介して真空排気ポンプ５１が接続されて
いる。

【００４０】ロードロックチャンバ１４はロードロック
チャンバ１２とほぼ同様の構造であり、ビーム照射チャ
ンバ１３と接合チャンバ１５とを接続しており、バルブ
３８を介して真空排気ポンプ５２が接続されている。

【００４１】接合チャンバ１５内には図３に詳細構造を
示すトレイ中のＳｉチップあるいはセラミック基板のつ
き上げ棒６０、図３及び図４に詳細を示すチップ反転、
加圧接合アーム２７、図５に詳細を示す位置認識用ビー
ムスプリッタ６２、位置調整用ＸＹステージ２５、加熱
用ステージ２６、真空ロボット２０’、ガス導入用パイ
プ６１及びバルブ８０が備えられている。

【００４２】ガス導入パイプ６１には多数の穴６１’が
あけられており、ガスを噴出できる構造となっている。
接合チャンバにはバルブ３９を介して真空排気ポンプ５
３が接続されている。

【００４３】ロードロックチャンバ１６はロードロック
チャンバ１２及び１４と同様の構造を有しており、バル
ブ４０を介して真空排気ポンプと接続されている。

【００４４】各チャンバ１２、１３、１４、１５及び１
６は、それぞれゲートバルブ３１、３２、３３及び３４
で仕切られており、またロードロックチャンバ１２及び
１６と大気との間にはそれぞれゲートバルブ３０及び３
５が取り付けられている。また、各チャンバにはＮ₂ガ
ス導入ポート及びバルブ（図示なし）が取りつけられて
おり、各チャンバ内は独立して真空あるいはガス雰囲と
することができる。

【００４５】次に装置の動作について説明する。

【００４６】ロードロックチャンバ１２内が大気圧のＮ
₂雰囲気となっている状態でゲートバルブ３０を開き、
ローダ１１によってＳｉチップをのせたトレイ１及びセ
ラミック基板をのせたトレイ１’をロードロックチャン
バ１２内へ搬入し、二段に積み重ねる。しかる後、ゲー
トバルブ３０を閉じ、真空排気ポンプ５０により２×１
０~³Ｐａになるまで排気する。

【００４７】その後ゲートバルブ３１を開き、真空ロボ
ット２０によってトレイ１をすくい取りトレイ仮置台２
１に置く。

【００４８】次にトレイ１’をビーム照射台２３に置き
ゲートバルブ３１を閉じる。しかる後アトムソース２４
へガス清浄器（図示せず）を通した超高純度Ａｒガスを
導入しチャンバ内圧力を５×１０~²Ｐａ程度に保ちつつ
トレイ１’上のセラミック基板にＡｒアトムビームを照
射し、接合面を清浄化する。

【００４９】清浄化に際しては、アトムビームを均一に
照射することを目的として図示しないモータによりビー
ム照射台２３を介してトレイ１’を回転させる。アトム
ビームの強度はトレイ１’上で５０μＡ／ｃｍ²（イオ
ンビーム換算）とし、照射時間は２分間とする。トレイ
１上のＳｉチップの接合面についても同様に清浄化す
る。このときトレイ１’はトレイ仮置台２２に置いてお
く。

【００５０】接合面の清浄化後、ゲートバルブ３２を開
き、真空ロボット２０により、予め２×１０~³Ｐａ以下
の圧力まで真空排気したロードロックチャンバ１４へト
レイ１及び１’を搬送する。ロードロックチャンバ１４
内でトレイは２段に積み重ねられる。

【００５１】しかる後、ゲート３２を閉じ、ガス清浄器
（図示なし）によって不純物を取り除いた超高純度Ｎ₂
ガスをチャンバ内へ導入し、内圧をほぼ大気圧とする。

【００５２】そののちゲートバルブ３３を開き、ほぼ大
気圧の超高純度Ｎ₂ガスで満たされた接合チャンバ１５
中に設置された位置調整用ＸＹステージ２５上に真空ロ
ボット２０’を用いてトレイ１及び１’を置く。

【００５３】次に図３及び図４にて詳細に説明する方法
によってトレイ１’上のＳｉチップを反転、位置合せし
てトレイ１上のセラミック基板に押し付け、密着させ
る。

【００５４】Ｓｉチップ２２のはんだボール及びセラミ
ック基板のＡｕメタライズ部を有する接合面はアトムビ
ームによって清浄化されているので、接触させることに
より容易に接合されるが、加熱あるいは超音波振動を印
加させることにより強固に接合される。

【００５５】次に接合を終えたＳｉチップ及びセラミッ
ク基板を真空ロボット２０’を用いて加熱用ステージ２
６へ搬送する。加熱ステージにてはんだバンプの融点以
上の温度にて加熱を行う。これによりはんだバンプは表
面がなめらかな球帯となり、いわゆるＣＣＢ接続となっ
て信頼性の高い接合部を得ることができる。

【００５６】加熱を終えたのちゲートバルブ３４を開
き、予めほぼ大気圧のＮ₂ガスで満たしたロードロック
チャンバ１６へ真空ロボット２０’によりトレー１及び
１’を搬送する。しかる後、ゲートバルブ３４を閉じ、
次にゲートバルブ３５を開いてアンローダ１８によりト
レー１及び１’をロードロックチャンバ１６から取り出
しマガジン１７に収納して接合品を得る。

【００５７】図３は接合チャンバ中へのＮ₂ガスの導入
方法を示した図である。

【００５８】Ｎ₂ガスがバルブ８０を通して導入され、
穴６１’が多数あいているパイプ６１に供給される。パ
イプ６１はチャンバの底面に沿って設置してあり、穴６
１’から噴出したガスはチャンバ内に滞留している不純
物ガスを巻き込みつつチャンバ上部に設けられた排気パ
イプ６４及びバルブ６３を通して排出されるので、チャ
ンバ１５内は常に超高純度のＮ₂ガス雰囲気に保たれ
る。

【００５９】図４はＳｉチップ７０をトレイから取り出
す方法を示す断面図である。

【００６０】つき上げ棒６０によって先端の真空チャッ
クに吸着されつつつき上げられたはんだバンプ７０’を
有するＳｉチップ７０は真空吸着穴２７’をあけてある
フォーク状の反転加圧接合アーム２７によって支持さ
れ、つき上げ棒６０の真空チャックを解除し降下させる
ことによりアーム２７に支持される。真空吸着穴２７’
およびつき上げ棒６０の内部は真空ポンプ（図示なし）
により真空排気されている。

【００６１】図５はＳｉチップ７０の反転、位置合せ及
び加圧接合の方法を示す図である。アーム２７に真空チ
ャックされたＳｉチップ７０はアーム２７を回転させる
ことにより反転される。

【００６２】その後Ｓｉチップ７０を接合すべきセラミ
ック基板７１の上部に位置させ、ビームスプリッタ６２
をＳｉチップ７０とセラミック基板７１との間に挿入
し、窓２８を通してビデオカメラ２９にてＳｉチップ７
０とセラミックス基板７１の接合面を観察しつつ位置調
整用Ｘ−Ｙステージ２５を用いてＳｉチップ７０上のは
んだバンプ７０’とセラミックス基板７１のＡｕメタラ
イズ部７１’との位置合せを行う。

【００６３】位置合せ後、アーム２７を下降させ、Ｓｉ
チップ７０とセラミックス基板７１を合わせることによ
り接合が行われる。

【００６４】Ｐ（Ｐａ）の雰囲気中に０．１ｐｐｍの不
純物がある場合、不純物の分圧Ｐｃ（Ｐａ）は、Ｐｃ＝
Ｐ×０．１×１０~⁶＝１０~⁷Ｐとなり、Ｐ＝１０⁵Ｐａ
（大気圧）の場合、Ｐｃ＝１０~²(Ｐａ）となり、ｔmin
は１０~²ｓｅｃであるが、実験によればＰｂ−Ｓｎ合金
とＡｕの接合の場合１８００秒まで放置した後も接合可
能である。この理由は付着確率が１ではないこと、形成
された酸化皮膜がＡｕとＰｂ−Ｓｎ合金の接触により破
壊されたことが起因するものと推定される。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、接合方法を、真空中で
被接合材を粒子ビームで清浄化し、その後不活性なガス
を導入して清浄さを保ったまま所定位置に移動し、接合
するものとしたもので、従来のはんだ接合等で用いられ
たフラックスを必要とせず、フラックスに起因する接合
部のボイドや腐触を払拭することができる。またＨ₂含
有雰囲気を用いる必要がないので、設備を防爆構造とす
る必要がない。

【００６６】そして接合材が半導体、セラミックスであ
る場合でも、粒子ビームとして電気的に中性のアトムビ
ームを用いるので、半導体に帯電を生ぜしめることな
く、また導電性のないセラミックスを清浄化できる。

【００６７】尚、接合後に接合部を形成する部材のうち
で融点の低い方の部材の融点（絶対温度）以下でかつ１
／２融点以上の温度で加熱すれば、接合界面での原子の
拡散が活発になるので、接合を強化することができる。

【００６８】また、接合後に接合部を形成する部材のう
ちで融点の低い方の部材の融点以上の温度で加熱すれ
ば、接合面での原子の拡散が活発になるとともにぬれ広
がりにより真実の接合面積が増加するので接合を強化す
ることができる。

【００６９】さらに、本発明によれば、接合装置は、特
に粒子ビームの照射機構を備えたので、フラックスの洗
浄手段を設ける必要がなくなり、また真空容器の雰囲気
を大気圧にする不活性ガスの供給機構を設けたので、従
来の大気圧下で用いるハンドリング装置を利用でき、被
接合材を高精度に位置決めすることができ、かくして被
接合材の洗浄からハンドリング、接合までを一貫して処
理可能とする製造ラインを提供することができる。

【００７０】接合チャンバ内壁及びチャンバ内に挿入し
た物の表面からの放出ガス速度については１０~⁶Ｐａ・
ｍ³／ｓ以下と抑制しているので、置換のためのガス流
量は非常に少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合方法に係る実施例の接合工程を説
明する図である。

【図２】本発明の接合装置の実施例による一貫自動接合
装置の上面図である。

【図３】本発明の接合装置に係る実施例のＳｉチップ反
転位置合せ接合工程を説明する断面図である。

【図４】本発明の接合装置に係る実施例のＳｉチップ反
転位置合せ接合工程を説明する断面図である。

【図５】同じく本発明の接合装置に係る実施例のＳｉチ
ップ反転位置合せ接合工程を説明する断面図である。

【符号の説明】

１…トレイ、１１…ローダ、１２，１４，１６…ロード
ロックチャンバ、１３…ビーム照射チャンバ、１５…接
合チャンバ、１８…アンローダ、２４…アトムソース、
２５…位置調整用Ｘ−Ｙステージ、２６加熱ステージ、
２７…反転アーム、２０、２０’…真空ロボット、６１
…ガス導入パイプ、６０…つき上げ棒、７０…Ｓｉチッ
プ、７０’…はんだボール、７１…セラミック基板、７
１’…Ａｕ電極、８１…保持ジグ、８０…ヒータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂田智昭神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者林田哲哉東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献特開平３−241755（ＪＰ，Ａ) 特開平２−303676（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−5598（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−3238（ＪＰ，Ａ) 特開平４−13475（ＪＰ，Ａ) 特開平１−148481（ＪＰ，Ａ) 特開平２−227133（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 1/20 B23K 20/24 B23K 31/02 310 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空中にて互いに接合すべき被接合材の接
合面に不活性ガスあるいは金属の粒子ビームを照射し、
しかる後不活性ガスを接合チャンバ内へ導入する高純度
雰囲気接合方法において、前記不活性ガスは前記接合チ
ャンバの内壁並びに該チャンバ内に挿入されている物の
全ての表面からの総放出ガス量を越える量導入し、この
不活性ガス導入と並行して前記チャンバ内のガスをチャ
ンバ外へ流出させて前記総放出ガスを前記導入ガスと置
換しながら前記接合面を互いに密着させて接合すること
を特徴とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項２】真空中にて互いに接合すべき被接合材の接
合面に不活性ガスあるいは金属の粒子ビームを照射し、
しかる後Ｎ₂ガスを接合チャンバ内へ導入する高純度雰
囲気接合方法において、前記Ｎ₂ガスは前記接合チャン
バの内壁並びに該チャンバ内に挿入されている物の全て
の表面からの総放出ガス量を越える量を導入し、このＮ
₂ガス導入と並行して前記チャンバ内のガスをチャンバ
外へ流出させて前記総放出ガスを前記導入ガスと置換し
ながら前記接合面を互いに密着させて接合することを特
徴とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項３】真空中にて互いに接合すべき被接合材の接
合面に不活性ガスあるいは金属の粒子ビームを照射し、
しかる後不活性ガス及びＮ₂ガスを接合チャンバ内へ導
入する高純度雰囲気接合方法において、前記不活性ガス
及びＮ₂ガスは前記接合チャンバの内壁並びに該チャン
バ内に挿入されている物の全ての表面からの総放出ガス
量を越える量導入し、この不活性ガス及びＮ₂ガス導入
と並行して前記チャンバ内のガスをチャンバ外へ流出さ
せて前記総放出ガスを前記導入ガスと置換しながら前記
接合面を互いに密着させて接合することを特徴とする高
純度雰囲気接合方法。
【請求項４】請求項１、２または３において、前記粒子
ビ−ムはビ−ム照射圧力が５×１０~²Ｐａ〜５×１０~¹
Ｐａのアトムビ−ムであることを特徴とする高純度雰囲
気接合方法。
【請求項５】請求項１、２または３において、前記粒子
ビ−ムはビ−ム照射圧力が５×１０~³Ｐａ〜５×１０~¹
Ｐａのイオンビ−ムであることを特徴とする高純度雰囲
気接合方法。
【請求項６】請求項１、２または３において、前記接合
チャンバ内の雰囲気圧力は大気圧以上とすることを特徴
とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項７】請求項１、２または３において、前記導入
ガス中の水分、酸素並びにハイドロカーボン（ＣｍＨ
ｎ）の一種以上を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴と
する高純度雰囲気接合方法。
【請求項８】請求項１、２または３において、前記接合
チャンバから流出するガスに含まれる水分、酸素並びに
ハイドロカーボン（ＣｍＨｎ）の一種以上を１００ｐｐ
ｍ以下とすることを特徴とするの高純度雰囲気接合方
法。
【請求項９】請求項１、２または３において、前記接合
面を互いに密着させた後、前記被接合材を加熱すること
を特徴とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項１０】請求項１、２または３において、前記接
合面を互いに密着させた前、前記被接合材を加熱するこ
とを特徴とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項１１】請求項１、２または３において、前記接
合面を互いに密着させながら前記被接合材を加熱するこ
とを特徴とする高純度雰囲気接合方法。
【請求項１２】請求項９、１０または１１において、前
記接合材を加熱する場合、被接合材のうちの融点の低い
方の被接合材の絶対温度表示の融点以下でかつその融点
の１／２以上の温度で加熱することを特徴とする高純度
雰囲気接合方法。
【請求項１３】請求項９、１０または１１において、前
記接合材を加熱する場合、被接合材のうちの融点の低い
方の被接合材の絶対温度表示の融点以上でかつその融点
の１／２以上の温度で加熱することを特徴とする高純度
雰囲気接合方法。
【請求項１４】請求項１、２または３において、前記被
接合材は半導体、セラミックス及び／または金属であ
り、前記粒子ビームはアトムビームであることを特徴と
する高純度雰囲気接合方法。
【請求項１５】大気圧又は真空に切り替える気密室を介
して互いに接合すべき被接合材を真空容器内に搬出入す
る第１の搬送機構と、前記真空容器内に搬入した被接合
材の接合面に粒子ビームを照射する照射機構と、前記真
空容器内に不活性ガス及び／またはＮ₂ガスを供給する
ガス供給機構と、前記被接合材の接合面の位置を合わせ
る位置調整機構と、前記真空容器からガスを排出する機
構と、前記接合面を観察する監視機構と、前記接合面を
加圧する加圧機構と、前記被接合材を加熱する加熱機構
と、前記第１搬送機構、前記照射機構、前記位置調整機
構並びに前記加圧機構の間で被接合材を搬送する第２の
搬送機構とを備えてなる高純度雰囲気接合装置。
【請求項１６】大気圧又は真空に切り替える気密室を介
して互いに接合すべき被接合材を真空容器内に搬出入す
る第１の搬送機構と、前記真空容器内に搬入した被接合
材の接合面に粒子ビームを照射する照射機構と、前記真
空容器内に不活性ガス及び／またはＮ₂ガスを供給する
ガス供給機構と、前記真空容器からガスを排出する機構
と、前記接合面を加圧する加圧機構と、前記被接合材を
加熱する加熱機構と、前記第１搬送機構、前記照射機構
並びに前記加圧機構の間で被接合材を搬送する第２の搬
送機構とを備えてなる高純度雰囲気接合装置。
【請求項１７】請求項１５または１６において、前記真
空容器内壁及びその真空容器中に挿入される各種機構の
それぞれの放出ガス速度を１０~⁴Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ以
下とすることを特徴とする高純度雰囲気接合装置。
【請求項１８】請求項１５または１６において、接合チ
ャンバ内に前記供給ガスを被接合物にあたるよう流すこ
とを特徴とする高純度雰囲気接合装置。
【請求項１９】請求項１５または１６において、前記加
熱機構のヒータ部に前記供給するガスが流れるようにす
ることを特徴とする高純度雰囲気接合装置。
【請求項２０】請求項１５または１６において、供給す
るガスあるいは流出するガスの組成を定量的にモニタす
る機構を有することを特徴とする高純度雰囲気接合装
置。