JP3291737B2 - 活性化方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は活性化方法とその装置に
係り、特に金属、半導体、セラミックス、ガラス等で構
成された部品表面の活性化に好適な活性化方法とその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から金属、半導体、セラミックス、
ガラスなどの活性化方法として粒子ビームを用いる活性
化方法が広く知られている。粒子ビームによる活性化で
は、粒子ビームのスパッタリング効果によって対象物の
表面に形成された酸化膜や表面に付着した水分、油脂等
を除去して活性化が行われる。

【０００３】粒子ビームによる活性化方法及び装置とし
ては米国特許第４２７４９３号明細書及び特開昭５９−
１５０５３４号公報に開示されている方法及び装置があ
る。

【０００４】また何等かのフィ−ドバック制御にて表面
処理をしようとする従来技術として特開昭６２−８５２
５号公報，特開昭６２−８６７２７号公報，特開平１−
１６８８８１号公報記載の技術がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第４２７４９
３号明細書及び特開昭５９−１５０５３４号公報に開示
された方法では、複数の対象物を同時に活性化すること
については考慮されておらず、対象物の保持方法が未解
決であった。また対象物を水平に置いた場合にはビーム
源で発生した汚染粒子などが落下して対象物を汚染する
可能性があった。更に粒子ビーム電流、ビーム電圧を安
定させることが困難であった。

【０００６】またビーム源へ導入するガスの純度につい
て考慮されておらず、ガス中の不純物が対象物を汚染す
る可能性があった。装置内の温度をコントロールしてい
ないため、対象物より上側に位置する装置内の表面に付
着物が堆積し、それが脱落して対象物を汚染する可能性
もあった。粒子ビーム源内の排気はグリッドに設けられ
たビーム射出用の穴を通して行われるので、ビーム源内
の付着物や反応生成物が排気時に吸い出され、対象物や
装置内を汚染するという問題もあった。

【０００７】特開昭６２−８５２５号公報，特開昭６２
−８６７２７号公報，特開平１−１６８８８１号公報記
載の技術はいずれもガス量制御をしてビ−ム電圧，ビ−
ム電流を制御するものではなくビ−ム量（密度）を制御
するものである。これらの技術はイオンビ−ムを用いて
いるが、例えばアトムビ−ムに適応すると電圧、電流に
よる対象物のダメ−ジが発生し易く表面に打ち込む深さ
がコントロ−ルできず変動して深い傷が発生し得る。

【０００８】ビ−ム量（密度）を制御するには予め余分
（必要量以上の）ガスを制御してビ−ム源に供給してお
く必要がある。それ故雰囲気圧力が高くならざるを得な
い。その結果エッチング効率を上げることには限界があ
る。

【０００９】本発明の活性化方法の目的は、対象物をそ
れを載せたトレイに起因する汚染及び照射される粒子ビ
ームによる汚染をほとんど生じずに一定のビーム電圧、
電流にて対象物表面を活性化する方法を提供することに
ある。

【００１０】本発明の活性化装置の目的は、対象物をそ
れを搭載したトレイに起因する汚染及び照射される粒子
ビームによる汚染をほとんど生じずに、一定のビーム電
圧、ビーム電流にて対象物表面を活性化する装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記活性化方法の目的は
望ましくは複数個の対象物を搭載させるものとしてセラ
ミックス製の或いはセラミックスコーティングされた金
属製のトレイを使用し粒子ビーム源に供給するガスをガ
ス精製器により純化し、更にビーム電圧及び／又はビー
ム電流によってフィードバック制御されたガス流量調整
器を通して粒子ビーム源にガスを供給することにより達
成される。

【００１２】上記活性化装置の目的は望ましくは複数個
の対象物を搭載させるセラミックス製の或いはあるいは
セラミックスコーティングされた金属製のトレイと、粒
子ビーム源に供給するガスを純化するガス精製器と、ビ
ーム電圧或いはビーム電流にてフィードバック制御され
たガスの流量調整器を用いて活性化装置を構成すること
により達成される。

【００１３】本願第１番目の発明は対象物を複数個搭載
したトレイを粒子ビームが照射される位置に置き、ビー
ムのビーム電圧及び／またはビーム電流に基づいてガス
を流量調節して粒子ビーム源に供給することによりビー
ム電圧及び／またはビーム電流をフィードバック制御
し、粒子ビーム源からトレイ上の対象物に粒子ビ−ムを
照射することを特徴とする。

【００１４】本願第２番目の発明は対象物を複数個搭載
したセラミックス製のトレイあるいはセラミックコ−テ
ィングされたトレイを粒子ビームが照射される位置に置
き、ビームのビーム電圧及び／またはビーム電流に基づ
いてガスを流量調節して粒子ビーム源に供給することに
よりビーム電圧及び／またはビーム電流をフィードバッ
ク制御し、粒子ビーム源からトレイ上の対象物に粒子ビ
−ムを照射することを特徴とする。

【００１５】本願第３番目の発明は対象物を複数個搭載
したセラミックス製のトレイあるいはセラミックコ−テ
ィングされたトレイを粒子ビームが照射される位置に置
き、ガスを流量調節して粒子ビーム源に供給することに
よりビーム電圧及び／またはビーム電流を制御し、粒子
ビーム源からトレイ上の対象物に粒子ビ−ムを照射する
ことを特徴とする。

【００１６】本願第４番目の発明は対象物を複数個搭載
し得るトレイと、そのトレイの置き台と、トレイに粒子
ビームを照射する粒子ビーム源と、粒子ビーム源に供給
されるガスを純化するガス精製器と、ビーム電圧及び／
またはビーム電流をガス流量調整にてフィードバック制
御する制御装置と、制御装置に付設するガス流量調整器
とを備えてなることを特徴とする。

【００１７】本願第５番目の発明は対象物を複数個搭載
し得るものでセラミックス製のトレイあるいはセラミッ
クコ−ティングされたトレイと、トレイの置き台と、ト
レイに粒子ビームを照射する粒子ビーム源と、粒子ビー
ム源に供給されるガスを純化するガス精製器と、ビーム
電圧及び／またはビーム電流をガス流量調整にてフィー
ドバック制御する制御装置と、制御装置に付設するガス
流量調整器とを備えてなることを特徴とする。

【００１８】本願第６番目の発明は対象物を複数個搭載
し得るものでセラミックス製のトレイあるいはセラミッ
クコ−ティングされたトレイと、トレイの置き台と、ト
レイに粒子ビームを照射する粒子ビーム源と、粒子ビー
ム源に供給されるガスを純化するガス精製器と、ビーム
電圧及び／またはビーム電流をガス流量調整にて制御す
る制御装置とを備えてなることを特徴とする。

【００１９】ガスはガス精製器を介して粒子ビーム源に
供給することが好ましい。粒子ビーム源は粒子ビーム源
の全てのビーム射出用穴の鉛直方向への投影が対象物と
重なることのない位置に設置することが好ましい。この
ように粒子ビ−ム源を設置することにより、粒子ビーム
源内に付着した汚染物が脱落した場合にも装置内及び対
象物を汚染せずに対象物表面を活性化することができ
る。

【００２０】粒子ビーム源はビーム源内を排気する排気
口を設けたものであることが好ましい。このように設け
ることにより、ビーム源内の付着物や反応生成物が脱落
しても粘性流領域の真空排気時に装置内及び対象物を汚
染しない粒子ビーム源を提供することができる。

【００２１】ビ−ムはアトムビ−ムまたはサドルフィ−
ルド型イオンビ−ムであることが好ましい。対象物が半
導体部品或いは絶縁体であり粒子ビームがアトムビーム
であることにより、半導体部品に電気的ダメージを与え
ないで活性化することができる。尚、サドルフィ−ルド
型イオンビ−ムは陽極，陰極があり、両極間に電場をか
けてビ−ムを引き出すタイプのものである。

【００２２】粒子ビームによる活性化装置内部の対象物
よりも上に位置する装置内表面は加熱し、下に位置する
装置内表面は冷却することが好ましい。その為装置は対
象物よりも上に位置する装置内表面を加熱するためのヒ
ータと、下に位置する装置内表面を冷却するための冷却
機構とを備えることが望ましい。このように構成すれ
ば、粒子ビームによる活性化を行う装置の内壁から脱落
した付着物や反応生成物が対象物を汚染せずに対象物表
面を活性化することができる。

【００２３】粒子ビームが射出されるグリッドに形成さ
れる穴の径及び／または配置間隔を穴の中心位置に応じ
て変化させることが好ましい。これにより、複数の対象
物を一度に均一に粒子ビームによって活性化することが
できる。

【００２４】活性化装置内を真空に排気するに際し粘性
流領域の排気を前記粒子ビーム源を通して行うことが好
ましい。粒子ビームによる活性化装置内を真空排気する
際に粘性流領域の排気を粒子ビーム源を通して行うこと
により、装置内の粘性流領域の排気時に粒子ビーム源内
から脱落する付着物や反応生成物が対象物を汚染せずに
対象物表面を活性化することができる。

【００２５】

【作用】複数の対象物を載せるトレイ或いはトレイ表面
層の構成材料はスパッタリングされて対象物に付着する
が、本発明でトレイ或いはトレイ表面層として用いてい
るセラミックス（例えばＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＣ，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄，ＳｉＡｌＯＮ，ＺｒＯ₂，）は金属、ガラス等
に比較して一般にスパッタリングイールドが小さく、そ
の結果スパッタリングされて対象物に付着する付着物の
量も少ない。

【００２６】更にその付着物は絶縁体であるので、半導
体製品などの電気信号を授受する用途に用いられる部品
や絶縁材料などを活性化した場合でもトレイに起因する
付着物が信号線や電極のショートあるいは絶縁抵抗の劣
化を招くことがない。

【００２７】ガス精製器により粒子ビーム源へ供給する
ガスを純化することにより、対象物の表面に付着或いは
表面と反応する有機物、水蒸気、酸素、一酸化炭素、二
酸化炭素などの不純物が減少し、活性化された表面を再
汚染させることなく保持することが可能となる。

【００２８】一般にビーム電圧或いはビーム電流は粒子
ビーム源に供給されるガス量に依存する。従ってビーム
電圧或いはビーム電流によってフィードバック制御を行
ったガス流量調整器を通して粒子ビームへガスを供給す
ることにより、ビーム電流及びビーム電圧を目的とする
値に保ちつつ活性化することができる。

【００２９】ここで本発明のフィードバック制御とはビ
−ム電圧或いはビ−ム電流を検出しビ−ム電圧或いは電
流の設定値との差ΔＶを適当なフィ−ドバックゲインＧ
により制御信号ΔＳに変換しΔＳをもってΔＶ近づくよ
うにガス流量調整器を制御することをいう。これにより
一定のビ−ム電圧或いは電流でビ−ム照射することがで
きる。

【００３０】本発明者の検討したところ、この制御を行
わないとビ−ム照射中にビ−ム電圧が変化する。電圧が
増大すると素子の破壊を招き減少すると充分に活性化さ
れない。よってフィ−ドバック制御により常に最適電圧
に保つことが望ましいとの結論に至った。

【００３１】真空中ではガスの対流がないので、ビーム
射出穴を通して落下するビーム源内の付着物や反応生成
物は鉛直方向に落下する。従って全てのビーム射出用穴
の鉛直方向への投影が対象物と重ならない位置にビーム
源を設置することによりビーム射出用穴からの落下物が
対象物を汚染することがない。

【００３２】粒子ビームのスパッタリング作用にてスパ
ッタリングされた対象物、トレイ、装置内壁などの構成
材料は主に装置内表面の粒子ビームが照射されない部分
に堆積する。この堆積速度は温度に依存し、温度が高い
ほど堆積速度は遅くなる。

【００３３】その結果一定時間後の堆積量は温度が高い
ほど少ない。堆積量がある程厚くなると堆積物は剥離し
落下して対象物の汚染を引き起こすので、対象物より上
に位置する装置内部を加熱し、下に位置する装置内部を
冷却することにより堆積物を対象物より下に優先的に集
めることができ装置内を清掃する間隔を長くとることが
可能である。

【００３４】ビームの密度は個々の穴から射出されたビ
ームの重ね合わせとなるのでグリッドに形成されたビー
ム射出用穴の直径、配置に分布を持たせることにより、
照射領域の特定の部分のビーム密度を目的とする値にす
ることができる。

【００３５】粘性流領域では微小な汚染物粒子は気体の
流れにのって移動するので、粘性流領域での装置内の真
空排気を粒子ビーム源を通して行うことにより粒子ビー
ム源内で発生する付着物や反応生成物などの汚染物粒子
が装置内へ移動しないので、装置内及び対象物を汚染す
ることがない。

【００３６】アトムビームは電荷を持たない粒子のビー
ムであるので、半導体部品を照射した場合にも電荷のチ
ャージアップによる回路素子の破壊がない。また絶縁体
を照射した場合もチャージアップによってビームが反発
されることがなく活性化を行うことができる。尚、本発
明はイオンビ−ムにも流用できる。

【００３７】更にアトムビ−ムは必要最小限の雰囲気圧
力（例えば１０~⁴ｔｏｒｒ台）でビ−ム照射が可能であ
る。これは必要な量だけのガスを供給できるからであ
る。供給ガス量が多ければ雰囲気圧力は高くなり、逆に
供給ガス量が少なければ雰囲気圧力は低くなる。圧力を
低くして真空に近づけることができれば活性化効率，エ
ッチング効率が高くなり、つまり良くエッチングでき
る。雰囲気中にあるガス分子によってビ−ムが散乱され
る確率が少ないからであり、よって有効にビ−ムが衝突
する確率が当然高くなる。

【００３８】イオンビ−ムによる活性化においてアトム
ビ−ムと異なる点は、対象物が絶縁体の場合或いはア−
スから絶縁された導体の場合はイオンによる電荷のチャ
−ジアップを中和することを目的として電子線源を用い
て対象物に電子を与えることが必要な点にある。対象物
がＣ−ＭＯＳトランジスタが形成されたＬＳＩ等電荷に
より破壊され易いものは、電子線により電荷を中和して
も破壊を防止できない場合がある。

【００３９】対象物を載せるセラミックス製或いはセラ
ミックスコーティングされたトレイ表面層の構成材料は
スパッタリングイールドが小さいので、スパッタリング
されたトレイ或いはトレイ表面層の構成材料で対象物を
汚染することが少ない。またセラミックスは絶縁体であ
るので対象物表面に電極等がある場合や対象物が絶縁体
の場合にもショートや絶縁体の絶縁抵抗の劣化を招くこ
とがない。

【００４０】尚、従来トレイに金属を用いていた理由は
イオンビ−ムの場合はチャ−ジアップを防ぐ為に導電性
材料とする必要があったからである。但し本発明はイオ
ンビ−ムの使用を妨げない。

【００４１】またガス精製器は粒子ビーム源に供給され
るガスを純化して対象物の汚染を引き起こす有機物、水
蒸気、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素などの不純物ガス
を除去するので、活性化された対象物表面が再汚染され
るのを防ぐことができる。

【００４２】ビーム電圧或いはビーム電流によってフィ
ードバック制御された流量調整器を通してガスを粒子ビ
ーム源に供給することにより、ビーム電圧及びビーム電
流を目的の値にコントロールすることができる。

【００４３】装置内の対象物よりも上に位置する部分を
加熱し、下に位置する部分を冷却することにより、対象
物、トレイ、装置内壁などの粒子ビームによるスパッタ
リングに起因する堆積物が対象物より下に優先的に集ま
るので、装置内を清掃する間隔を長くとることが可能で
ある。

【００４４】ビーム源内を排気する排気口を設けること
により、ビーム源内で発生する汚染物粒子をビーム源内
の気体と共に排気することができるので、装置や対象物
を汚染物粒子で汚染することがない。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の活性化方法及び装置の実施例
を図面に従って説明する。複数個のはんだバンプが形成
されたＬＳＩチップの活性化装置（Ｓｉチップ上に複数
個のはんだボールが形成された例）について図１を用い
て説明する。

【００４６】複数個（例えば５２８個）のはんだバンプ
１０Ａが形成されたＬＳＩチップ１０（例えば４×４＝
１６個）をセラミックス製トレイ１１（例えばＡｌＮ製
９０ｃｍ×９０ｃｍ）に載せ、扉１７を介してアトムソ
ース１が装備された真空容器１５内の回転ステージ１２
上に配置し、アトムソース１に設けられた排気口８及び
バルブ８Ａを介して図示しない真空排気ポンプにより装
置内を１０~¹Ｐａまで粗引きする。

【００４７】次に排気系を切り変えて排気口１６より図
示しない真空排気ポンプを用いて装置内を１０~⁴Ｐａま
で排気する。

【００４８】その後、ガス精製器１８を通して物理的及
び化学的に水分、油脂分、酸素、一酸化炭素、二酸化炭
素を除去した超高純度Ａｒガス（Ａｒガス中のＨ₂Ｏは
１００ｐｐｂ以下、露点２０３Ｋ以下）をビーム電圧に
よってフィードバック制御されたガス流量調整器５を通
し、バルブ６及びガス導入ライン７を介してアトムソー
ス１に供給する。

【００４９】しかる後高圧ケーブル４Ａを介してアトム
ソース電源４によりアトムソース１内の陽極２及び陰極
３の間に電圧をかけ、冷陰極放電を生じさせて陰極３に
設けた穴よりアトムビーム９を射出させる。ガス流量調
整器５は信号線４Ｂによりアトムソース電源４と接続さ
れ、電圧のフィードバックを受けてＡｒガス流量を調整
するので、所定の電圧で安定してビームを発生させるこ
とができる。

【００５０】そしてアトムソース１から発生するＡｒア
トムビーム９を前記ＬＳＩチップ１０に２分間照射す
る。尚、Ａｒアトムビーム９を均一に照射するため、回
転ステージ１２を回転導入機１４及び回転軸１３により
真空外から動力を与えて回転させる。

【００５１】１５Ａはビ−ムが直接チャンバ壁面に当ら
ないようにして設けた保護板でありスパッタリングイ−
ルドの小さい、例えばＡｌ₂Ｏ₃等で構成している。

【００５２】活性化装置の外壁のＬＳＩチップ１０より
も高い部分にはヒータ１９が巻かれており加熱されてい
る。ＬＳＩチップ１０よりも低い部分は冷却用水冷パイ
プ２０により冷却されている。この加熱及び冷却によ
り、アトムビーム１によりスパッタリングされた粒子は
ＬＳＩチップ１０よりも下の装置内壁に優先的に付着す
るので、装置内を清掃する間隔を長くとることができ
る。

【００５３】また陰極３に設けられた穴の鉛直方向の投
影がＬＳＩチップ１０と重ならない位置にアトムソース
１を配置したので、陰極３に設けられた穴から落下する
汚染物がＬＳＩチップ１０を汚染することがない。

【００５４】本発明者の実験によれば、アトムソース１
への印加電圧を１．０ｋＶ、電流を３００ｍＡ、陰極３
とＬＳＩチップ１０との距離を２３０ｍｍとし、Ａｒガ
スを流しつつ約１×１０~¹Ｐａの圧力下で２分間照射す
ることにより、はんだバンプ１０Ａに形成されている酸
化皮膜を約１０ｎｍ除去することができ、十分に活性化
が行われた。

【００５５】またアトムビーム９は電荷を待たない粒子
ビームなので、ＬＳＩチップ１０にチャージアップを引
き起こすことがなく、回路素子の破壊や機能低下などの
ダメージも認められなかった。

【００５６】尚、本実施例では、はんだボールが形成さ
れているＬＳＩチップの活性化について説明したが、Ｌ
ＳＩチップを実装するための基板、セラミックス部品、
金属部品、Ｓｉウエハなどの活性化も全く同様に行うこ
とができる。

【００５７】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、対象物が金属などの良導体である
ときは、アトムソースの代わりにイオンソースを用いる
ことによって全く同様に活性化ができる。

【００５８】また、本実施例では粒子ビーム源に供給す
るガスとしてＡｒガスを用いたが、Ｎｅガス、Ｘｅガ
ス、Ｋｒガスでも同様に活性化ができる。

【００５９】酸化物の活性化にはＯ₂ガスによる活性化
も効果がある。同様に窒化物に対してはＮ₂ガスによる
活性化も効果がある。

【００６０】トレイ１１上へのＬＳＩチップ１０の搭載
例を図２に示す。また図１の活性化装置のアトムビ−ム
源構造を図３に断面図として示す。５０はケ−ス、５１
はコネクタ、５２はグリッドである。

【００６１】次にビーム電流を一定値に制御する場合の
アトムソースのフィードバック制御方法の実施例を図４
を用いて説明する。

【００６２】ガス精製器１８を通して物理的及び／また
は化学的に水分、油脂分、酸素、一酸化炭素、二酸化炭
素を除去した超高純度Ａｒガス（Ａｒガス中のＨ₂Ｏは
１００ｐｐｂ以下、露点２０３ｋ以下）をガス流量調整
器５、バルブ６及びガス導入ライン７を介してアトムソ
ース１に供給する。

【００６３】アトムソース１はビーム電流を一定とした
場合にはＡｒガス流量を減少させるとビーム電圧が上昇
する特性を有している。そこで目的のビーム電流及びビ
ーム電圧でビーム照射した時のＡｒガス流量を予め求め
ておき、ビーム照射に先立ちそのＡｒガス流量よりも多
くのＡｒガスを流しておく。

【００６４】次に高圧ケーブル４Ａを介して高圧電源４
Ｈによりアトムソース１内の陽極２及び陰極３の間に電
圧をかけ、冷陰極放電を生じさせる。この様な方法でビ
ーム照射を開始すると、目的とするビーム電圧を超える
ことなくビーム照射を開始することができる。

【００６５】ガス流量調整器５はアトムソースコントロ
ーラ４Ｃと制御用信号線４Ｂにより接続されているの
で、ビーム照射開始後高圧電源４Ｈ及び制御用信号線４
Ｄを用いてアトムソースコントローラ４Ｃによってビー
ム電圧を監視しつつビーム電圧が目的の値となるように
Ａｒガス流量を調整する（フィードバック制御）ことが
できる。これによりビーム電圧を目的とする値に保ちつ
つビーム照射を行うことができる。

【００６６】アトムソースへの冷却水の供給は冷却水供
給ライン２２を介して行われる。フィルター２１を通る
ことにより冷却水中の異物が取り除かれ、流量計２３Ａ
により流量が監視される。冷却水流量が所定の値よりも
少なくなった場合には信号線２３Ｂによりアトムソース
コントローラ４Ｃにインターロックがかけられ、アトム
ソースが過熱から保護される。

【００６７】また真空容器１５内の圧力は圧力計２４Ａ
によって監視されている。容器内圧力が大気圧の場合に
は真空容器１５が大気開放されている可能性があるの
で、安全のために信号線２４Ｂによりアトムソースコン
トローラ４Ｃにインターロックがかけられる構成となっ
ている。

【００６８】本実施例はビーム電圧を監視しつつビーム
電圧が目的の値となるようにフィードバック制御する例
を示したが、ビーム電流を監視しつつビーム電流が目的
の値となるようにフィードバック制御することにより、
一定のビーム電流でビーム照射を行うことができる。ま
たアトムソースのかわりにイオンソースを用いても全く
同様にフィードバック制御することができる。

【００６９】アトムソースあるいはイオンソースによっ
て一定のビーム電圧あるいは一定のビーム電流でビーム
照射を行うには、真空容器１５を排気するポンプの吸気
口バルブを調整して実効排気速度を調整する方法もあ
る。この場合ビーム電流を大きくするには吸気口バルブ
を絞って実効排気速度を小さくし雰囲気圧力を増大させ
る必要がある。

【００７０】しかし雰囲気圧力が増大するとビームを形
成する粒子と雰囲気中の粒子とが衝突してビームが散乱
される確率が高くなり、ビームが照射対象物に有効に到
達しなくなる。本実施例によればポンプの吸気口バルブ
は全開として雰囲気圧力を低くした状態でビーム電流あ
るいはビーム電圧を制御するのでビームが照射対象物に
有効に到達し、短時間のビーム照射で活性化を行うこと
ができる。

【００７１】図５を用いてはんだバンプが形成されたＬ
ＳＩチップを回転させつつアトムビームにより活性化す
る場合の最適ビーム照射角度について説明する。

【００７２】図５にはＬＳＩチップ３０上に直径２００
μｍのはんだバンプ３１Ａ及び３１Ｂが２５０μｍの間
隔で形成されている様子を拡大して示してある。ＬＳＩ
表面のはんだバンプが形成されていない部分はＳｉＯ₂
保護膜により被覆絶縁されている。ＬＳＩチップにアト
ムビームを照射するとはんだ及びＳｉＯ₂保護膜がスパ
ッタリングされる。

【００７３】はんだのスパッタリングイールドはＳｉＯ
₂よりも１桁程度大きいので、スパッタリングによって
はんだから多量の粒子が飛散しＳｉＯ₂保護膜上にはん
だ薄膜となって付着する。はんだ薄膜は導電性を有して
おり、はんだバンプ３１Ａと３１Ｂとの間のＳｉＯ₂保
護膜がはんだ薄膜で覆われるとバンプ間のショートを引
き起こす。

【００７４】例えばはんだバンプ３１Ｂの点Ｂを通るは
んだバンプ３１Ａの接線３５Ａ（θ＝４２°）に沿って
アトムビームを入射した場合にははんだバンプ３１Ｂか
らスパッタリングされたはんだ粒子がＳｉＯ₂保護膜上
のＡ部に付着するが、Ａ部ははんだバンプ３１Ａによっ
てビームの影になっているので、一旦付着すると除去さ
れることがない。その結果はんだバンプ３１Ａとはんだ
バンプ３１Ｂとはショートする。

【００７５】これを防止するには、ＳｉＯ₂保護膜にも
常にビームを照射し、付着したはんだ薄膜を再度スパッ
タリングによって除去すればよい。すなわちθを４２°
以下にする必要がある。

【００７６】一方点Ｂにおけるはんだバンプ３１Ｂの接
線３５Ｂのθは３８°であるので、はんだバンプ３１Ｂ
の全面をビーム照射するためには照射角度を３８°以上
にする必要がある。したがってアトムビームの照射角度
を３８°を超えて４２°未満とすれば良いことになる。
図５に示す場合には照射角度を４０°としている。

【００７７】以下、本発明を用いたフラックスレスＣＣ
Ｂ接合プロセスの実施例を図６により説明する。

【００７８】ＬＳＩチップ３０上には複数個のはんだバ
ンプ３１が形成されており、セラミック基板３２上には
複数個のＡｕ電極３３がメタライズにより形成されてい
る。

【００７９】まずＬＳＩチップ３０上のはんだバンプ３
１とセラミック基板３２上のＡｕ電極３３に１０~²Ｐａ
台の圧力の真空中でＡｒアトムビーム９を照射する。な
お、Ａｒアトムビーム９を均一に照射するため、複数個
のはんだバンプが形成されたＬＳＩチップ３０及びセラ
ミック基板３２は照射中回転させる方が望ましい。

【００８０】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。Ａｒアトムビームの照射
により清浄化されたはんだバンプ及びＡｕ電極の再汚染
を防止することを目的として超高純度Ａｒガス雰囲気中
でＬＳＩチップ３０を反転しセラミック基板３２と位置
合わせしたのち密着させて固定する。

【００８１】はんだバンプ３１とＡｕ電極３３の表面は
Ａｒアトムビーム９の照射により清浄化されているので
フラックスを用いることなく接触するのみで接合が生じ
る。その後、所定の温度まで加熱し、はんだバンプ３１
を溶融させる。この溶融によって、はんだの表面張力に
よりＬＳＩチップ３０の位置ずれを自己調整でき、ま
た、はんだバンプ３１とＡｕ電極３３との接合部の信頼
性が向上する。

【００８２】尚、本実施例でははんだバンプが形成され
ているＬＳＩチップとセラミック基板の接合について説
明したが、はんだバンプが形成されたＬＳＩチップと電
極が形成されたＬＳＩチップとの接合、及びはんだバン
プ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。

【００８３】また、本実施例では、粒子ビーム源として
Ａｒ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代わりにイオンビ
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。

【００８４】本実施例では、接合中の雰囲気ガスとして
Ａｒガスを用いているが、Ａｒガス以外の不活性ガスあ
るいはＮ₂ガスを用いても同様に接合できる。

【００８５】図７、図８及び図９を用いてワークを回転
させつつ粒子ビームにより活性化するのに適した粒子ビ
ームの陰極形状の実施例を説明する。従来の粒子ビーム
源を図８に示す。この粒子ビーム源はケース５０、陽極
２及び陰極３からなり、陰極３にはビーム射出用の穴３
Ａが設けられている。

【００８６】従来のビーム源では穴３Ａは陰極３上に均
一に形成されている。この場合のビーム照射密度分布を
図９により説明する。図９の（ａ）は従来の粒子ビーム
源により回転ステージ１２上のワークを照射する場合の
回転ステージ１２上でのビーム密度分布を示している。
中心から密度１００％の領域４０、密度８０％の領域４
１、密度６０％の領域となっている。

【００８７】ステージ１２の中心Ｏに置かれたワークは
常に領域４０にあるため、常にビーム密度が高くエッチ
ングされる速度（エッチングレート）が高い。一方ステ
ージの周辺Ａに置かれたワークはビーム密度の高い領域
と低い領域とを通過するためエッチングレートはステー
ジ中心よりも低くなる。すなわち同一ステージ上でエッ
チングレートのバラツキが生じる。

【００８８】これに対し図９の（ｂ）に示すビーム密度
分布を有するビームを形成し、ステージの周辺Ａに置か
れたワークと中心付近に置かれたワークとのビーム密度
の高い領域を通過する時間をほぼ同一にし、中心のビー
ム密度を１００％未満にすることにより、同一ステージ
上でエッチングレートのバラツキを減少させることがで
きる。

【００８９】図９の（ｂ）に示すビーム密度分布を有す
るビームを形成するための粒子ビーム源の実施例を図３
及び図７を用いて説明する。粒子ビーム源はケース５
０、陽極２及び陰極３（カ−ボン製）からなり、陰極３
にはビーム射出用の穴３Ａが設けられている。陽極２に
沿って形成されているビーム射出用の穴３Ａの数が多い
ほどビーム密度が１００％の領域の陽極２に沿った方向
の幅は広くなる傾向を示す。

【００９０】従って図９の（ｂ）に示す通り、ビーム源
中心から離れるに従い陽極２に沿った方向にビーム射出
用の穴３Ａの数を増加させた構造とすれば、ビームの中
心では密度が低く、中心から離れるに従いビーム密度が
１００％の領域が広くなるビームを形成することができ
る。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、活性化方法を複数の対
象物をセラミックス製あるいはセラミックスコーティン
グされた金属製トレイで保持し、ビーム電流によってフ
ィードバック制御される流量調整器を通してガスを粒子
ビーム源に供給しつつ活性化するものとしたので、複数
の対象物を再汚染させることなく所定のビーム電圧、ビ
ーム電流にて活性化することができる。

【００９２】粒子ビームが射出される穴の鉛直方向への
投影が対象物と重ならないよう配置すると、粒子ビーム
から落下する汚染物粒子で対象物を汚染することがな
い。

【００９３】対象物より上に位置する装置内壁を加熱し
てスパッタされた粒子が付着しにくくし、対象物より下
に位置する装置内壁を冷却してスパッタされた粒子が付
着し易くすると、装置内壁を清掃する間隔を長くとるこ
とができ稼動率を向上させることができる。

【００９４】更に粒子ビーム内に堆積している付着物や
反応生成物を排気する排気口を設ければ、真空排気時に
粒子ビーム源内の付着物や反応生成物が装置内部や対象
物を汚染することがない。

【００９５】また、活性化装置は特に粒子ビーム源に供
給するガスの純化手段を設け、粒子ビームや装置内壁か
ら汚染物粒子が落下するのを防止する手段を設けたの
で、対象物を再汚染することなく活性化でき、粒子によ
る汚染のない半導体部品の活性化を行うことができる。

【００９６】更に粒子ビームにより電気的に損傷を受け
易い半導体部品なども損傷を与えることなく活性化が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の活性化装置に係る一実施例の正面図で
ある。

【図２】本発明の活性化装置に用いるトレ−とチップの
配置を示す平面図である。

【図３】本発明の活性化装置に用いる粒子ビーム源の断
面図である。

【図４】本発明の活性化装置によるＬＳＩチップの活性
化方法の実施例を示すブロック図である。

【図５】本発明の活性化装置による活性化方法の実施例
を示すＬＳＩチップの断面模色図である。

【図６】本発明の活性化装置によるＬＳＩチップのＣＣ
Ｂ接合プロセスの例のフロ−図である。

【図７】本発明の粒子ビーム源例の正面図である。

【図８】従来の粒子ビーム源例の正面図である。

【図９】本発明の粒子ビーム源に係るビーム照射密度分
布の正面図である。

【符号の説明】

１…アトムソース、２…陽極、３…陰極、３Ａ…ビーム
射出用穴、４…アトムソース電源、４Ａ…高圧ケーブ
ル、４Ｂ…制御用信号線、４Ｃ…アトムソースコントロ
ーラー、４Ｄ…制御用信号線、４Ｈ…高圧電源、５…ガ
ス流量調整器、６…バルブ、７…ガス導入ライン、８…
排気口、８Ａ…バルブ、９…アトムビーム、１０…ＬＳ
Ｉチップ、１０Ａ…はんだバンプ、１１…セラミックス
製トレイ、１２…回転ステージ、１３…回転軸、１４…
回転導入機、１５…真空容器、１６…排気口、１７…
扉、１８…ガス精製器、１９…ヒータ、２０…水冷パイ
プ、２１…フィルター、２２…冷却水供給ライン、２３
Ａ…流量計、２３Ｂ…信号線２４Ａ…圧力計、２４Ｂ…
信号線、３０…ＬＳＩチップ、３１…はんだバンプ、３
１Ａ、３１Ｂ…はんだバンプ、３２…セラミック基板、
３３…Ａｕ電極、３５Ａ…接線、３５Ｂ…接線、５０…
ケース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−304626（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−295383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−295384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157416（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−208835（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/02 B08B 7/00 C23C 14/54 H01L 21/203

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性化すべき対象物に真空中にて粒子ビー
   ムを照射することにより、該対象物を活性化する方法に
   おいて、前記対象物を複数個搭載したトレイを前記粒子
   ビームが照射される位置に置き、前記ビームのビーム電
   圧及び／またはビーム電流に基づいてガスを流量調節し
   て粒子ビーム源に供給することにより前記ビーム電圧及
   び／またはビーム電流をフィードバック制御し、該粒子
   ビーム源から前記トレイ上の対象物に前記粒子ビ−ムを
   照射することを特徴とする活性化方法。
2. 【請求項２】活性化すべき対象物に真空中にて粒子ビー
   ムを照射することにより、該対象物を活性化する方法に
   おいて、前記対象物を複数個搭載したセラミックス製の
   トレイあるいはセラミックコ−ティングされたトレイを
   前記粒子ビームが照射される位置に置き、前記ビームの
   ビーム電圧及び／またはビーム電流に基づいてガスを流
   量調節して粒子ビーム源に供給することにより前記ビー
   ム電圧及び／またはビーム電流をフィードバック制御
   し、該粒子ビーム源から前記トレイ上の対象物に前記粒
   子ビ−ムを照射することを特徴とする活性化方法。
3. 【請求項３】活性化すべき対象物に真空中にて粒子ビー
   ムを照射することにより、該対象物を活性化する方法に
   おいて、前記対象物を複数個搭載したセラミックス製の
   トレイあるいはセラミックコ−ティングされたトレイを
   前記粒子ビームが照射される位置に置き、ガスを流量調
   節して粒子ビーム源に供給することにより前記ビーム電
   圧及び／またはビーム電流を制御し、該粒子ビーム源か
   ら前記トレイ上の対象物に前記粒子ビ−ムを照射するこ
   とを特徴とする活性化方法。
4. 【請求項４】請求項１、２または３において、前記ガス
   はガス精製器を介して前記粒子ビーム源に供給すること
   を特徴とする活性化方法。
5. 【請求項５】請求項１、２または３において、前記粒子
   ビーム源の全てのビーム射出用穴の鉛直方向への投影が
   対象物と重なることのない位置に粒子ビーム源を設置す
   ることを特徴とする活性化方法。
6. 【請求項６】請求項１、２または３において、前記ビ−
   ムはアトムビ−ムまたはサドルフィ−ルド型イオンビ−
   ムであることを特徴とする活性化方法。
7. 【請求項７】請求項１、２または３において、前記対象
   物よりも上に位置する装置内表面は加熱し、下に位置す
   る装置内表面は冷却することを特徴とする活性化方法。
8. 【請求項８】請求項１、２または３において、前記粒子
   ビームが射出される穴の径及び／または配置間隔を穴の
   中心位置に応じて変化させることを特徴とする活性化方
   法。
9. 【請求項９】請求項１、２または３において、活性化装
   置内を真空に排気するに際し、粘性流領域の排気を前記
   粒子ビーム源を通して行うことを特徴とする活性化方
   法。
10. 【請求項１０】請求項１、２または３において、前記対
    象物が半導体部品あるいは絶縁体であり、前記粒子ビー
    ムがアトムビームであることを特徴とする活性化方法。
11. 【請求項１１】対象物を複数個搭載し得るトレイと、該
    トレイの置き台と、前記トレイに粒子ビームを照射する
    粒子ビーム源と、該粒子ビーム源に供給されるガスを純
    化するガス精製器と、ビーム電圧及び／またはビーム電
    流をガス流量調整にてフィードバック制御する制御装置
    と、該制御装置に付設するガス流量調整器とを備えてな
    ることを特徴とする活性化装置。
12. 【請求項１２】対象物を複数個搭載し得るものでセラミ
    ックス製のトレイあるいはセラミックコ−ティングされ
    たトレイと、該トレイの置き台と、前記トレイに粒子ビ
    ームを照射する粒子ビーム源と、該粒子ビーム源に供給
    されるガスを純化するガス精製器と、ビーム電圧及び／
    またはビーム電流をガス流量調整にてフィードバック制
    御する制御装置と、該制御装置に付設するガス流量調整
    器とを備えてなることを特徴とする活性化装置。
13. 【請求項１３】対象物を複数個搭載し得るものでセラミ
    ックス製のトレイあるいはセラミックコ−ティングされ
    たトレイと、該トレイの置き台と、前記トレイに粒子ビ
    ームを照射する粒子ビーム源と、該粒子ビーム源に供給
    されるガスを純化するガス精製器と、ビーム電圧及び／
    またはビーム電流をガス流量調整にて制御する制御装置
    とを備えてなることを特徴とする活性化装置。
14. 【請求項１４】請求項１１、１２または１３において、
    前記対象物よりも上に位置する装置内表面を加熱するた
    めのヒータと、下に位置する装置内表面を冷却するため
    の冷却機構とを備えることを特徴とする活性化装置。
15. 【請求項１５】請求項１１、１２または１３において、
    前記粒子ビーム源はビーム源内を排気する排気口を設け
    たものであることを特徴とする活性化装置。