KR100691759B1 - 접합방법 및 접합장치 - Google Patents

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준이치 하기하라
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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 제 1 피접합물과 제 2 피접합물을 협압하여 접합하는 접합 방법에 관한 것이다. 본 발명의 접합 방법은, 상기 제 1 접합물과 상기 제 2 접합물을, 상기 제 1 접합물의 접합면과 상기 제 2 접합물의 접합면이 대향하도록 각각 제 1 유지부재 및 제 2 유지부재에 유지시키는 제 1 유지 공정과, 상기 제 1 피접합물과 상기 제 2 피접합물이 상기 제 1 유지부재 및 상기 제 2 유지부재에 유지된 상태에서, 상기 제 1 피접합물의 상기 접합면 및 상기 제 2 피접합물의 상기 접합면을 처리액에서 처리하는 제 2 공정과, 상기 제 1 유지부재 및 상기 제 2 유지부재에 의해 상기 제 1 피접합물 및 상기 제 2 피접합물을 협압하여, 상기 피접합면 끼리를 밀착시켜 접합하는 제 3 공정을 구비하고 있다.

Description

접합방법 및 접합장치{JOINING METHOD AND JOINING DEVICE}
본 발명은, 접합방법 및 접합장치에 관한 것으로서, 특히, 반도체 장치의 조립 공정에 있어서의 접합방법 및 접합장치에 관한 것이다.
예컨대, 휴대전화, 휴대 정보단말기, 고성능 서버 등의 전자기기의 보급과 함께, 그들에 사용되는 반도체장치에는, 한층 더 고기능화, 고속화, 소형화가 요구되고 있다. 그런데, 1개의 반도체 장치로 고기능화 및 고속화를 실현하고자 하면, 대규모인 칩 개발이 필요하게 되어, 개발의 장기화나 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, 기능이 다른 다수개의 칩이나 수동소자 등이 하나의 패키지 내에 수용되는 시스템 인 패키지(SiP)등의 실장구조가 제안되어 있다.
이러한 소형으로 고밀도의 실장구조에서는, 칩 사이의 접속이나 칩과 인터포즈 등의 배선기판과의 접속을 본딩 와이어로 행했다면, 배선밀도를 크게 할 수 없고, 인덕턴스가 커지고, 스위칭에 의한 고주파 노이즈 커지는 등의 문제가 있다. 또한, 본딩 와이어의 대신에 납땜 범프가 사용되는 접합으로서는, 범프의 치수만큼 높이 치수가 높아짐과 동시에 범프 형성을 위해 여분의 공정이 필요하게 되는 등, 접합부의 신뢰성도 낮다.
이 때문에, 본딩 와이어나 납땜 범프를 이용하는 대신에, 반도체 웨이퍼, 칩, 배선기판 등의 표면에 노출하는 Cu 등의 배선구조나 외부 접속전극이 서로 직접적으로 접합되는 실장구조도 사용되고 있다(예컨대, 일본 특허 공개2001-53218, 2001 International Conference on Electronics Packaging 예고집 39-43 페이지).
그러나 상술한 바와 같이 실리콘 칩의 배선구조와 인터 포즈의 배선구조를 접속하는 경우, 또는, 실리콘 칩의 배선구조 끼리를 접합하는 경우, 개개의 칩 등의 제조완료로부터 접합공정 개시까지의 사이에 접합부분에 산화막 등이 형성되기 때문에, 신뢰성이 높은 접합을 하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
발명의 요약
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 접합부분에 있어서의 산화막 등의 영향을 배제하여, 신뢰성이 높은 접합 구조를 실현하는 것이 가능한 접합기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 접합되어야 할 대상물의 배선구조끼리가 직접적으로 접합되는 반도체장치 등의 조립 공정에서, 신뢰성이나 수율의 향상을 실현하는 것이 가능한 접합기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 제 1피접합물과 제 2피접합물을 협압하여 접합하는 접합방법에 있어서, 상기 제 1피접합물과 상기 제 2피접합물을, 상기 제 1피접합물의 접합면과 상기 제 2피접합물의 접합면이 대향하도록, 각각 제 1유지부재 및 제 2유지부재에 유지시키는 제 1공정과, 상기 제 1피접합물과 상기 제 2피접합물이 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 상태로, 상기 제 1피접합물의 상기 접합면 및 상기 제 2피접합물의 상기 접합면을 처리액으로 처리하는 제 2공정과, 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 의해 상기 제 1피접합물 및 상기 제 2피접합물을 협압하여, 상기 접합면끼리를 밀착시켜 접합하는 제 3공정을 구비한 것을 특징으로 하는 접합방법이다.
본 발명에 의하면, 제 1피접합물과 제 2피접합물을 접합할 때에, 상기 접합공정을 실시하는 장소에서, 즉, 상기 접합공정을 실시하는 장치에 있어서, 양 접합면에서의 산화막의 제거 및 세정, 또는, 표면활성제의 도포 등의 처리를 실시하고 나서, 협압에 의한 접합을 할 수 있다. 이것에 의해, 산화막 등이 제거된 청정한 상태에 있어서, 접합면이 밀착되어 접합될 수 있다. 이 때문에, 산화막의 개재에 의한 전기적 접합 불량이나 접합강도의 부족 등의 접합불량이 확실히 방지되어, 신뢰성이 높은 접합이 실현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1공정은, 상기 제 1피접합물과 상기 제 2피접합물이 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 상태로, 상기 제 1피접합물의 상기 접합면의 화상 및 상기 제 2피접합물의 상기 접합면의 화상을 각각 검출하여, 상기 화상에 따라서 상기 제 1피접합물과 상기 제 2피접합물의 위치 결정을 하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2공정은, 상기 제 1피접합물과 상기 제 2피접합물이 수용되는 처리공간을 형성하여, 상기 처리공간에 상기 처리액을 도입하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2공정은, 상기 2개의 접합면의 산화막을 약액으로 제거하는 공정과, 상기 2개의 접합면을 세정액으로 세정하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 3공정은, 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재를 가열하여, 상기 접합면끼리의 접합을 촉진하는 가열공정을 포함하고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 가열공정은, 상기 접합면 끼리를 밀착시킨 직후에 제 1온도로 가열하는 공정과, 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 가열하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 접합면의 각각에는, 배선용 도체나 접속전극 등의 배선구조가 노출하여 형성되어 있고, 상기 접합면 끼리가 밀착되는 때에는, 상기 배선구조 끼리가 밀착되도록 되어 있다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 배선구조는, Cu로 이루어진다. 또는, 바람직하게는, 상기 접합면의 각각은, 적어도 일부가 Cu로 이루어진다.
예컨대, 상기 제 1피접합물은, 고밀도 실장기술에 사용되는 반도체 웨이퍼, 인터포즈, 반도체 칩, 패키지, 프린트 배선기판의 어느 하나이며, 상기 제 2피접합물은, 고밀도 실장기술에 사용되는 반도체 웨이퍼, 인터포즈, 반도체 칩, 패키지, 프린트 배선기판의 어느 하나이다.
또한, 본 발명은, 제 1피접합물과 제 2피접합물을, 제 1피접합물의 접합면과 제 2피접합물의 접합면이 대향하도록, 각각 유지하는 제 1유지부재 및 제 2유지부 재와, 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재를 상대적으로 접근시킴으로써 상기 접합면끼리를 밀착시키는 협압 동작을 행하게 하는 여압 기구와, 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 각각 유지된 상기 제 1피접합물 및 상기 제 2피접합물이 수용되는 수용공간을 구성하는 처리챔버와, 상기 처리챔버에 대한 처리액의 공급을 하는 처리액 공급기구와, 상기 처리챔버로부터의 처리액의 배출을 행하는 처리액 배출기구를 구비한 것을 특징으로 하는 접합장치이다.
바람직하게는, 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 제 1피접합물 및 제 2피접합물이 상대적인 위치 결정 동작을 하는 위치 결정 기구를 또한 구비한다. 또한, 바람직하게는, 상기 제 1유지부재를 지지하는 제 1 헤드부와, 상기 제 2유지부재를 지지하는 제 2 헤드부를 또한 구비하며, 상기 처리챔버는, 상기 제 1 헤드부에 지지되고, 상기 제 1유지부재를 둘러싸도록 배치된 제 1챔버벽과, 상기 제 2유지부재에 지지되어, 상기 제 2유지부재에 유지된 상기 제 2피접합물을 둘러싸는 위치에 배치된 제 2챔버벽과, 상기 제 1챔버벽 및 상기 제 2챔버벽의 접속부를 밀봉하는 제 1밀봉부재와, 상기 제 1유지부재와 상기 제 1챔버벽의 간극을 밀봉하는 제 2밀봉부재를 갖고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 처리액 공급기구와 상기 처리액 배출기구는, 서로 협동하여, 처리액으로서 약액을 공급하여 상기 접합면의 산화막을 제거하는 동작과, 처리액으로서 세정액을 공급하여 상기 접합면을 세정하는 동작을 순차적으로 실행할 수 있도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1 헤드부에는, 또한, 상기 제 1유지부재의 배 면측에 접촉 가능하게 배치되어, 상기 제 1유지부재에 유지된 상기 제 1피접합물을 가열하는 제 1가열기구와, 상기 제 1가열기구의 상기 제 1유지부재의 배면에 대한 접촉 동작 및 이격동작을 행하게 하는 제 1히터 구동기구가 구비되고, 상기 제 2 헤드부에는, 또한, 상기 제 2유지부재의 배면측에 접촉 가능하게 배치되어, 상기 제 2유지부재에 유지된 상기 제 2피접합물을 가열하는 제 2가열기구와, 상기 제 2가열기구의 상기 제 2유지부재의 배면에 대한 접촉 동작 및 이격 동작을 행하게 하는 제 2히터 구동기구가 구비되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1가열기구는, 미리 소정의 제 1온도로 가열된 상태로 상기 제 1유지부재에 접촉하여 상기 제 1유지부재를 가열가능하고, 그리고 그 후에, 상기 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 상기 제 1유지부재를 가열 가능하고, 상기 제 2가열기구는, 미리 소정의 제 1온도로 가열된 상태로 상기 제 2유지부재에 접촉하여 상기 제 2유지부재를 가열 가능하고, 또 그 후에, 상기 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 상기 제 2유지부재를 가열 가능하다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1유지부재에는, 상기 제 1피접합물을 착탈 가능하게 흡착 유지하기 위한 흡착 유지부재가 구비되고, 상기 제 2유지부재에는, 상기 제 2피접합물을 착탈 가능하게 흡착 유지하기 위한 흡착유지부재가 구비되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 위치 결정 기구는, 상기 제 2유지부재에 유지되는 상기 제 2피접합물의 화상을 촬영하는 제 1카메라와, 상기 제 1유지부재에 유지되는 상기 제 1피 접합물의 화상을 촬영하는 제 2카메라를 갖고 있고, 상기 화상에 근거하는 위치인식에 따라서 상기 제 1 헤드부 및 상기 제 2 헤드부를 상대적으로 이동시킴으로써 상기 2개의 접합면의 위치맞춤을 행하도록 되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시의 형태인 접합방법을 실시하는 접합장치의 구성의 일례를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 나타내는 단면도,
도 3은 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 나타내는 단면도,
도 4는 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 나타내는 단면도,
도 5는 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 나타내는 단면도,
도 6은 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 일실시 형태의 접합장치를 포함하는 접합시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도,
도 8은 도 7의 접합시스템의 작용의 일례를 나타내는 흐름도,
도 9는 본 발명의 1실시의 형태인 접합장치에 공급되는 접합 대상물의 일례를 나타내는 개략 단면도,
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일실시의 형태인 접합방법을 실시하는 접합장치의 구성의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 2,도 3,도 4,도 5및 도 6은, 도 1의 접합장치의 작용의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 본실시의 형태의 접합장치를 포함하는 접합시스템의 전체구성의 일례를 나타내는 대략 평면도이며, 도 8은, 도 7의 접합시스템의 작용의 일례를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 9는 접합 대상물의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시 형태에서는, 일례로서, 인터포즈와 반도체 웨이퍼의 접합이 설명된다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 본 실시의 형태의 접합 시스템은, 접합 기구부(30)와, 로드·언로드부(load·unload portion)(10)와, 양자간에 위치하는 반송 기구부(20)를 구비하고 있다.
접합 기구부(30)는, 그 중앙부에 배치된 접합장치(40)와, 상측 얼라인먼트 기구(50)와, 접합장치(40)에 처리액 등을 공급하는 처리액 공급기구(60a)와, 상기 처리액 등을 회수하는(배출하는) 처리액 회수기구(60b)를 구비하고 있다.
로드·언로드부(10)에는, 제 1피접합물의 일례인 반도체 웨이퍼를 수납하는 캐리어(도시 안함)가 외부에서 공급되어 유지되는 웨이퍼공급 카세트(11)와, 제 2피접합물의 일례인 인터포즈(200)를 수납하는 캐리어(도시 안함)가 외부에서 공급되어 유지되는 인터포즈 공급 카세트(12)와, 일체로 접합된 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가 완성품으로서 지불되는 사출 카세트(13)가 구비되어 있다.
반송 기구부(20)에는, 로드·언로드부(10)에 있어서의 웨이퍼공급 카세트(11), 인터포즈 공급 카세트(12), 사출 카세트(13)의 배열방향에 따라 부설된 반송로(21)와, 그 위를 주행하는 아암 로봇(22)이 구비되어 있다. 아암 로봇(22)에는, 로드·언로드부(10)측을 향한 자세와 접합 기구부(30)측을 향한 자세의 사이에서 선회 가능한 유지 아암(23)이 구비되어 있다.
유지 아암(23)은, 웨이퍼 공급 카세트(11) 및 인처포즈 공급 카세트(12)로부터, 각각, 접합 전의 반도체 웨이퍼(100) 인터포즈(200)를 취출하여 유지하여, 접합장치(40)에 셋트하도록 되어 있다. 또한, 유지 아암(23)은, 접합된 완성품을 접합장치(40)로부터 취출하여, 찾아 카세트(13)에 수납하도록 되어 있다.
한편, 도 1에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 접합장치(40)는, 수평면(도 7의 X-Y 평면)내에서의 평행이동과 연직방향(도 1의 상하(Z)방향)에 있어서의 위치 결정을 행하는 것이 가능한 위치 결정 기구(41P)에 접속된 하부 헤드(41)와, 하부 헤드(41)에 지지되어 X-Y 평면 내에서의 회전위치 결정(도 7의 θ방향)을 행하는 위치 결정 기구(42P)에 접속된 회전 테이블(42)과, 천장을 갖는 통 형상이고, 회전 테이블(42)에 지지되어 있고, 천장면이 반도체 웨이퍼(100) 등의 제 1피접합물이 탑재되는 흡착면(43a)을 구성하고 있는 하부 척(43)과, 하부 척(43)의 내부에 배치된 하부 히터(44)를 구비하고 있다. 위치 결정 기구(41P)는, 하부 헤드(41)를 지지하는 동시에 하부 헤드(41)의 연직방향 위치를 위치 결정하는 원통부(41z)와, 원통부(41z)를 지지하는 동시에 원통부(41z)를 X 방향으로 위치 결정하는 X 스테이지(41x)와, 상기 X 스테이지(41x)를 지지하는 동시에 상기 X 스테이지(41x)를 Y 방향으로 위치 결정하는 Y 스테이지(41y)로 구성되어 있다. 하부히터(44)는, 예컨대 통전량의 제어 등에 의해, 발열온도가 임의로 제어 가능하다. 또한, 하부히터(44)는, 히터 승강기구(44a)를 통해서 회전 테이블(42)에 지지되어 있고, 하부 척(43)의 흡착면(43a)를 구성하는 천장부의 이면측에 밀착하는 가열위치와 상기 천장부에서 이격하는 비 가열위치의 사이에서 변위하는 것이 가능하게 되어 있다.
하부 척(43)의 측면에는, 공기 구멍(43b)이 개구하고 있다. 필요에 따라 상기 통기 구멍(43b)에서 냉각/가열용의 공기 등을 하부 척(43)내에 유통시킴으로써 하부 척(43)의 온도제어가 가능하게 되고 있다.
하부 척(43)의 흡착면(43a)에는, 제 1피 접합물인 반도체 웨이퍼(100)의 탑재 영역에 대응하여, 다수개의 진공 흡착구멍(49a)(도 9참조)이 개구하고 있다. 진공 흡착구멍(49a)을 통해서의 진공흡착에 의해서, 아암 로봇(22)으로부터 주고받아지는 반도체 웨이퍼(100)는, 착탈 가능하게 흡착면(43a)상에 유지되도록 되어 있다.
한편, 하부 척(43)의 상방에는, Z 방향(연직방향)으로 승강 가능한 상부 헤드(45)가 대향하여 구비되어 있다. 상부 헤드(45)에는, Z 방향의 추진력을 발생하는 여압기구(45a)를 통해서, 바닥을 갖는 통 형상의 상부 척(46)이 지지되어 있다. 상부 척(46)의 저면이, 하부 척(43)의 흡착면(43a)과 평행하게 대향하는 흡착면(46 a)을 구성하고 있다.
상부 척(46)의 흡착면(46a)에는, 제 2피접합물인 인터포즈(200)의 유지영역에 대응하여, 다수개의 진공 흡착구멍(49a)이 개구하고 있다. 진공 흡착구멍(49a) 을 통해서의 진공흡착에 의해서, 아암 로봇(22)으로부터 주고받아지는 인터포즈(200)는, 착탈 가능하게 흡착면(46a)상에 유지되도록 되어 있다.
서로 대향하는 상부 척(46) 및 하부 척(43)은, 여압기구(45a)가 발생하는 Z 방향의 추진력에 의해서, 피 접합물인 반도체 웨이퍼(100)및 인터포즈(200)를 협압하여 접합하게 되어 있다.
상부 척(46)의 내부에는, 상부 히터(47)가 구비되고 있다. 상부 히터(47)는, 예컨대 통전량의 제어 등에 의해, 발열온도가 임의로 제어 가능하다. 또한, 상부 히터(47)는, 히터 승강기구(47a)를 통해서 상부 헤드(45)에 지지되어 있고, 상부 척(46)의 흡착면(46a)을 구성하는 저면부의 표면측에 밀착하는 가열위치와 상기 저면부에서 이격하는 비 가열위치의 사이에서 변위할 수 있게 되어 있다.
상부 헤드(45)에는, 상부 척(46)의 내부에 연통하는 공기 구멍(45b)이 형성되어 있다. 필요에 따라 상기 공기 구멍(45b)에서 냉각/가열용의 공기 등을 유통시킴으로써 상부 척(46)의 온도제어가 가능하게 되고 있다.
상부 헤드(45)에는, 인터포즈(200)를 흡착 유지하는 상부 척(46)을 둘러싸 도록 상부 챔버벽(48a)이 돌출 설치되어 있다. 하부 척(43)에는, 반도체 웨이퍼(100)의 유지영역을 둘러싸도록, 상부 챔버벽(48a)과 대응하는 하부 챔버벽(48b)이 돌출 설치되어 있다. 그리고, 상부 챔버벽(48a)과 하부 챔버벽(48b)이 밀착하는 것으로, 처리 챔버(48)가 형성되게 되어 있다.
하부 챔버벽(48b)의 개구부에는, 그 전체 외주에 걸쳐서, O 링 등의 시일부재(48c)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 하부 챔버벽(48b)이 상부 챔버벽(48a)과 밀착할 때, 기밀이 유지된다. 또한, 상부 척(46)의 외주부에는, 상기 상부 척(46)과 상부 챔버벽(48a)의 간극을 기밀하게 밀봉하는 O 링 등의 시일부재(48d)가 장착되어 있다. 또한, 하부 챔버벽(48b)의 외측에는, 상기 하부 챔버벽(48b)을 넘어 넘치는 후술의 처리액을 회수하기 위한 넘침 방지벽(48e)이 구비되어 있다.
상부 척(45)에 있어서의 상부 챔버벽(48a)의 내측에는, 처리액 공급로(45f)가 개구하고 있고, 상기 처리액 공급로(45f)는, 후술의 처리액 공급기구(60a)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 처리액 공급기구(60)로부터 약액이나 세정액이 처리 챔버(48)의 내부에 도입될 수 있다.
한편, 하부 척(43)에 있어서의 하부 챔버벽(48b)의 내측에는, 처리액 배출로(48f)가 개구하고 있고, 상기 처리액 배출로(48f)는, 후술의 처리액 회수기구(60b)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 처리액 공급기구(60a)에서 처리챔버(48)의 내부에 도입된 약액이나 세정액 등이, 처리후에 처리액 회수기구(60b)에 배출될 수 있다.
처리액 공급기구(60a)는, 예컨대, 염산 등의 약액(61a)을 공급하는 약액 공급부(61)와, 순수 등의 세정액(62a)을 공급하는 세정액 공급부(62)와, PGME(propyleneglyco1 monomethyl ether) 등의 표면 처리액(63a)을 공급하는 표면처리액 공급부(63)를 구비하고 있다.
처리액 회수기구(60b)는, 처리후의 각 폐액을 처리챔버(48)로부터 회수하기 위한 회수부(64)를 갖추고 있다.
약액 공급부(61)는, 밸브(61b)를 통해서 약액(61a)을 공급하게 되어 있다. 세정액 공급부(62)는, 밸브(62b)를 통해서 세정액(62a)을 공급하게 되고 있다. 표면처리액 공급부(63)는, 밸브(63b)를 통해서 표면 처리액(63a)을 공급하게 되어 있 다. 회수부(64)는, 밸브(64a)를 통해서 폐액을 회수하게 되어 있다.
하부 척(43)및 상부 척(46)의 진공 흡착구멍(49a)의 진공흡인을 ON/OFF 하는 것으로, 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)의 착탈 자재인 흡착유지가 행하여진다. 이 실시의 형태의 경우에는, 진공 흡착구멍(49a)에서 약액등이 흡출되는 가능성이 있다. 이 때문에, 구조가 복잡한 진공 펌프 대신에, 구조가 간단하고 내 약액성을 실현하는 것이 비교적 용이한 이젝터(49)가, 진공 흡착구멍(49a)에 접속되어 있다.
하부 척(43)의 측면에는, 상부 척(46)에 유지된 인터포즈(200)의 화상을 촬영하여 그 위치정보를 검출하는 촬상부(51a)를 상향으로 된 하측 카메라로 이루어지는 하측 얼라인먼트 기구(51)가 구비되고 있다.
또한, 상부 얼라인먼트 기구(50)가, 하부 척(43)의 높이보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 상측 얼라인먼트 기구(50)는, 하부 척(43)에 유지된 반도체 웨이퍼(100)의 화상을 촬영하여 그 위치정보를 검출하는 촬상부(50a)를 하향으로 된 카메라를 갖추고 있다.
다음으로 도 9를 참조하여, 본실시의 형태의 피 접합물인 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)의 구성의 일례에 대하여 설명한다.
반도체 웨이퍼(100)는, 실리콘 기판(101)과, 실리콘 기판(101)의 표면에 형성된 배선패턴(102)과, 실리콘 기판(101)을 관통하는 스루 홀(through hole)(104)에 설치되고, 일단부가 배선패턴(102)에 접속되고, 타단부가 실리콘 기판(101)의 이면에 노출한 다수개의 접속전극(103)을 갖고 있다. 접속전극(103)은 Cu 등의 도체로 된다.
한편, 인터포즈(200)는, 절연기판(201)과, 절연기판(201)의 표면에 형성된 배선패턴(202)과, 절연기판(201)을 관통하여, 일단부가 배선패턴(202)에 접속되고, 타단부가 절연기판(201)의 이면에 노출한 Cu 등의 도체로 이루어지는 접속전극(203)을 갖고 있다. 접속전극(203)이 노출한 접속기판(201)의 이면에는, 접착재(204)가 필요에 따라 도포되어 있다. 이 접착재(204)는 생략할 수도 있다.
그리고, 본 실시의 형태의 접합장치(40)에서는, 반도체 웨이퍼(100)의 이면에 노출한 접속전극(103)과 인터포즈(200)의 이면에 노출한 접속전극(203)이 위치 맞춤되어, 밀착되어 전기적으로 접속된다.
이하, 도 8의 흐름도 등을 참조하여, 본 실시의 형태의 접합장치의 작용의 일례에 대하여 설명한다.
우선, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부 척(43)[하부 헤드(41)]와 상부 척(46)[상부 헤드(45)]가 이격된다. 이 때, 상부 척(46)은, 상부 챔버벽(48a)의 내부에 인입되어 있다. 또한, 하부 히터(44) 및 상부 히터(47)는, 흡착면(43a) 및 흡착면(46a)이 각각 이격된 위치에 있고, 각각 소정의 제 1온도(Tl)(예컨대 120℃)로 예열되어 있다.
이 상태로, 아암 로봇(22)에 의해, 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가, 각각, 하부 척(43)의 흡착면(43a) 및 상부 척(46)의 흡착면(46a)에 셋트되어, 흡착유지된다(스텝 301).
다음으로 하부 척(43) 및 상부 척(46)에 각각 셋트된 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)(구체적으로는, 예컨대 미리 형성되어 있는 그들의 위치맞춤 마크)의 위치가, 상측 얼라인먼트 기구(50) 및 하측 얼라인먼트 기구(51)로서 검출되어(스텝 302), 양자의 수평(X-Y)방향 및 회전(θ)방향의 위치 어긋남이 검출된다. 이들의 위치 어긋남을 보정하도록, 상부 헤드(45)에 대하여, 하부 헤드(41) 및 회전 테이블(42)이 적절히 이동되어, 위치 결정이 행하여진다(스텝 303).
이것에 의해, 반도체 웨이퍼(100)측의 개개의 접속전극(103)과, 인터포즈(200)측의 대응하는 개개의 접속전극(203)이, 상하방향으로 정확히 겹쳐지도록 위치 결정된다(도 2).
그 후, 예컨대, 하부 헤드(41)를 상승시켜, 하부 챔버벽(48b)과 상부 챔버벽(48a)이 밀착되어, 밀폐된 처리챔버(48)가 구성된다(스텝 304). 그리고, 그 내부에, 우선, 염산 등의 약액(61a)이 약액 공급부(61)로부터 도입된다(스텝 305)(도 3). 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(100)측의 개개의 접속전극(103) 및 인터포즈(200)측의 대응하는 개개의 접속전극(203)의 표면의 산화막이, 약액(61a)에서 제거된다.
그 후, 처리챔버(48)의 내부의 약액(61a)이 배출되어, 세정액(62a)이 세정액공급부(62)로부터 도입되어, 약액(61a) 등을 제거하는 세정이 행하여진다(스텝 306)(도 4). 이 세정 후, 또한 필요에 따라, PGME 등의 표면 처리액(63a)이 표면처리액 공급부(63)로부터 도입되어, 접합부의 표면에 산화방지 등의 표면처리가 행하여진다(스텝 307).
그리고, 처리챔버(48)의 내부의 세정액(62a)이나 표면 처리액(63a) 등이 완전히 회수부(64)에 배출된 후에(스텝 308), 여압기구(45a)에 의해, 상부 척(46)이 하강되고, 하부 척(43)과의 사이에서, 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가, 예컨대 3.48 kg/㎟의 압력으로 협압된다(스텝 309)(도 5). 또한, 하부 히터(44)가 상승되어 하부 척(43)의 흡착면(43a)를 구성하는 천장부의 이면에 접촉시켜짐과 동시에, 상부 히터(47)가 하강되어 상부 척(46)의 흡착면(46a)를 구성하는 바닥부의 표면에 접촉시켜진다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)는 제 1온도 T1(예컨대 120℃)로 급속 가열된다. 협압력과 제 1온도(T1)에 의한 가열에 의해, 반도체 웨이퍼(100)측의 개개의 접속전극(103)과 인터포즈(200)측의 대응하는 개개의 접속전극(203)이 접합된다(스텝 310)(도 6).
또한, 필요에 따라, 상부 히터(47) 및 하부 히터(44)에 의한 가열온도가, 더욱 높은 제 2온도 T2(>T1 예컨대, 150℃)에 상승된다. 이것에 의해, 접착재(204)가 경화되어 그 접착력이 발휘된다(스텝 311).
그 후, 상부 히터(47) 및 하부 히터(44)는, 상부 척(46) 및 하부 척(43)으로부터 각각 이격된다(스텝 312). 또한, 흡착면(46a)의 진공흡착이 해제되고, 상부 척(46)이 상승되어, 상부 챔버벽(48a)의 내부에 인입되어 하부 척(43)으로부터 이격된다. 즉, 하부 헤드(41)와 상부 헤드(45)가 이격된다. 이것에 의해, 처리챔버(48)가 개방된다(스텝 313).
그 후, 일체로 접합된 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가, 아암 로봇(22)의 유지 아암(23)에 의해 취출되고, 사출 카세트(13)로 반출된다(스텝 314).
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태의 접합장치에 의하면, 반도체 웨이퍼(1O0)측의 개개의 접속전극(103)과 인터포즈(200)측이 대응하는 개개의 접속전극(203)을 직접적으로 접합할 때에, 상기 접합 장치 내에서, 접속전극(103)과 접속전극(203)의 표면에서의 산화막의 제거, 세정, 및 필요에 따른 산화 방지제의 도포 등이 실시된다. 이 때문에, 산화막 등의 개재가 없고, 신뢰성 및 접합강도가 높고, 접속전극(103)과 접속전극(203)과의 직접 접합을 달성할 수 있다.
또한, 하부 히터(44) 및 상부 히터(47)가 미리 120℃로 가열되어, 이들이 상부 척(46) 및 하부 척(43)에 접촉시켜지는 것에 따라 급격히 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가 가열되기 때문에, 산화막 제거 후의 접속전극(103 및 203)의 산화를 방지할 수 있다.
이 결과, 이러한 접합 공정을 포함하는 반도체 장치의 조립 공정 등에 있어서, 제품의 신뢰성이나 수율을 향상시킬 수 있게 된다.
또, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 일 없이, 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는, 피 접합물로서, 반도체 웨이퍼와 인터포즈를 접합하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 반도체 웨이퍼끼리의 접합, 인터포즈끼리의 접합, 또는, 반도체 웨이퍼와 반도체칩의 접합, 인터포즈와 반도체칩의 접합, 인터포즈와 패키지의 접합, 반도체 웨이퍼와 패키지의 접합, 반도체 웨이퍼와 프린트 배선기판의 접합, 인터포즈와 프린트 배선기판의 접합, 반도체 칩과 패키지의 접합, 반도체 칩과 프린트 배선기판의 접합 등, 반도체 장치의 조립 공정에서의 모든 요소부품사이의 접합공정에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 처리 챔버(48)를 구성하는 하부 챔버벽(48b) 및 상부 챔버벽(48a)이 각각, 하부 척(43) 및 상부 헤드(45)에 일체로 설치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 처리 챔버는, 접합 장치로부터 독립하여 이동 가능하게 구성되더라도 무방하다. 예컨대, 접합 직전의 세정시에, 처리 챔버를 구성하는 부재가 하부 척(43)과 상부 척(46)의 사이에 삽입되어 협지되어, 하부 척(43)과 상부 척(46)에 유지된 반도체 웨이퍼(100) 및 인터포즈(200)가 상기 부재에 의해서 형성되는 처리챔버 내에 수용되는 구조로서도 무방하다.
약액으로서는, 염산이나 황산등이 사용될 수 있다. 기타, 산화막 제거액을 이용하더라도 무방하다.
세정액으로서는, 순수, 락트산, THF(5,6,7,8-테트라하이드로 엽산),에탄올, IPA(이소프로필 알콜),사이클로헥산, 톨루엔 등, 배선 패턴이나 접착재의 재질에 따라, 임의의 것을 이용할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 나타낸 접합공정의 흐름에 관해서도, 본 발명의 요지의 범위 내에서 각종 변경할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 접합되어야 하는 대상물의 배선구조 끼리가 직접적으로 접합되는 반도체장치 등의 조립 공정에서, 신뢰성이나 수율의 향상을 실현하는 것이 가능해진다.

Claims (18)

  1. 제 1피 접합물과 제 2피 접합물을 협압하여 접합하는 접합방법에 있어서,
    상기 제 1피 접합물과 상기 제 2피 접합물을, 상기 제 1피 접합물의 접합면과 상기 제 2피 접합물의 접합면이 대향하도록, 각각 제 1유지부재 및 제 2유지부재에 유지시키는 제 1공정과,
    상기 제 1피 접합물과 상기 제 2피 접합물이 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 상태로, 상기 제 1피 접합물의 상기 접합면 및 상기 제 2피 접합물의 상기 접합면을 처리액으로써 처리하는 제 2공정과,
    상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 의해 상기 제 1피 접합물 및 상기 제 2피 접합물을 협압하여, 상기 접합면 끼리를 밀착시켜 접합하는 제 3공정을 구비한 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1공정은,
    상기 제 1피 접합물과 상기 제 2피 접합물이 상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 상태로, 상기 제 1피 접합물의 상기 접합면의 화상 및 상기 제 2피 접합물의 상기 접합면의 화상을 각각 검출하고, 상기 화상에 기초하여 상기 제 1피 접합물과 상기 제 2피 접합물의 위치 결정을 행하는 공정을 포함하고 있는
    접합방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2공정은,
    상기 제 1피 접합물과 상기 제 2피 접합물이 수용되는 처리공간을 형성하여, 상기 처리공간에 상기 처리액을 도입하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2공정은,
    상기 2개의 접합면의 산화막을 약액으로 제거하는 공정과, 상기 2개의 접합면을 세정액으로 세정하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3공정은,
    상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재를 가열하여, 상기 접합면 끼리의 접합을 촉진하는 가열공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열공정은,
    상기 접합면 끼리를 밀착시킨 직후에 제 1온도로 가열하는 공정과, 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 가열하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접합면의 각각에는, 배선구조가 노출하여 형성되어 있고,
    상기 접합면끼리가 밀착되는 때에는, 상기 배선구조끼리가 밀착되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배선구조는 Cu로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합면의 각각은, 적어도 일부가 Cu로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1피 접합물은, 반도체 웨이퍼, 인터포즈, 반도체 칩, 패키지, 프린트 배선기판 중 어느 하나이고,
    상기 제 2피 접합물은, 반도체 웨이퍼, 인터포즈, 반도체 칩, 패키지, 프린트 배선기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    접합방법.
  11. 제 1피 접합물과 제 2피 접합물을, 제 1피 접합물의 접합면과 제 2피 접합물의 접합면이 대향하도록 각각 유지하는 제 1유지부재 및 제 2유지부재와,
    상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재를 상대적으로 접근시킴으로써 상기 접합면끼리를 밀착시키는 협압 동작을 행하게 하는 여압 기구와,
    상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 각각 유지된 상기 제 1피 접합물 및 상기 제 2피 접합물이 수용되는 수용공간을 구성하는 처리챔버와,
    상기 처리챔버에 대한 처리액의 공급을 행하는 처리액 공급기구와,
    상기 처리챔버로부터의 처리액의 배출을 행하는 처리액 배출기구를 구비한 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1유지부재 및 상기 제 2유지부재에 유지된 제 1피 접합물 및 제 2피 접합물의 상대적인 위치결정 동작을 하는 위치 결정 기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1유지부재를 지지하는 제 1 헤드부와,
    상기 제 2유지부재를 지지하는 제 2 헤드부를 더 구비하고,
    상기 처리챔버는,
    상기 제 1 헤드부에 지지되어, 상기 제 1유지부재를 둘러싸도록 배치된 제 1챔버벽과,
    상기 제 2유지부재에 지지되어, 상기 제 2유지부재에 유지된 상기 제 2피 접합물을 둘러싸는 위치에 배치된 제 2챔버벽과,
    상기 제 1챔버벽 및 상기 제 2챔버벽의 접속부를 밀봉하는 제 1밀봉부재와, 상기 제 1유지부재와 상기 제 1챔버벽과의 간극을 밀봉하는 제 2밀봉부재를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 처리액 공급기구와 상기 처리액 배출기구는, 서로 협동하여, 처리액으로서 약액을 공급하여 상기 접합면의 산화막을 제거하는 동작과, 처리액으로서 세정액을 공급하여 상기 접합면을 세정하는 동작을 순차적으로 실행할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 헤드부에는,
    상기 제 1유지부재의 배면측에 접촉 가능하게 배치되어, 상기 제 1유지부재에 유지된 상기 제 1피 접합물을 가열하는 제 1가열기구와,
    상기 제 1가열기구의 상기 제 1유지부재의 배면에 대한 접촉동작 및 이간동작을 하게 하는 제 1히터 구동기구가 더 설치되고,
    상기 제 2 헤드부에는,
    상기 제 2유지부재의 배면측에 접촉 가능하게 배치되어, 상기 제 2유지부재에 유지된 상기 제 2피 접합물을 가열하는 제 2가열기구와,
    상기 제 2가열기구의 상기 제 2유지부재의 배면에 대한 접촉동작 및 이간동작을 하게 하는 제 2히터 구동기구가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  16. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1가열기구는, 미리 소정의 제 1온도로 가열된 상태로 상기 제 1유지부재에 접촉하여 상기 제 1유지부재를 가열 가능하고, 그리고 그 후에, 상기 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 상기 제 1유지부재를 가열 가능하고,
    상기 제 2가열기구는, 미리 소정의 제 1온도로 가열된 상태로 상기 제 2유지부재에 접촉하여 상기 제 2유지부재를 가열 가능하고, 그리고 그 후에, 상기 제 1온도보다도 높은 제 2온도로 상기 제 2유지부재를 가열 가능한 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  17. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1유지부재에는, 상기 제 1피 접합물을 착탈 가능하게 흡착 유지하기 위한 흡착 유지부재가 구비되고,
    상기 제 2유지부재에는, 상기 제 2피 접합물을 착탈 가능하게 흡착 유지하기 위한 흡착 유지부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는
    접합장치.
  18. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 위치 결정 기구는, 상기 제 2유지부재에 유지되는 상기 제 2피 접합물의 화상을 촬영하는 제 1카메라와, 상기 제 1유지부재에 유지되는 상기 제 1피 접합물의 화상을 촬영하는 제 2카메라를 갖고 있고, 상기 화상에 근거하는 위치인식에 따라서 상기 제 1 헤드부 및 상기 제 2 헤드부를 상대적으로 이동시킴으로써 상기 2개의 접합면의 위치맞춤을 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    접합장치.
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