JPH04220169A - 高純度雰囲気接合方法及び装置 - Google Patents

高純度雰囲気接合方法及び装置

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JPH04220169A
JPH04220169A JP40480690A JP40480690A JPH04220169A JP H04220169 A JPH04220169 A JP H04220169A JP 40480690 A JP40480690 A JP 40480690A JP 40480690 A JP40480690 A JP 40480690A JP H04220169 A JPH04220169 A JP H04220169A
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正也 堀野
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顕臣 河野
Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Tomoaki Sakata
智昭 坂田
Tetsuya Hayashida
哲哉 林田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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P
b(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
on  Mass  Spectrometry)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
10 ̄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 ̄4
Pa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1
4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70
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=105
Pa(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P
b−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。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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
     ̄1Pa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。
  5. 【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
     ̄1Pa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。
  6. 【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。
  7. 【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(CmHn
    )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。
  8. 【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
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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。
  12. 【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。
  13. 【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。
  14. 【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。
  15. 【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。
  16. 【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。
  17. 【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。
  18. 【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。
  19. 【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。
  20. 【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
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