KR100755593B1 - 실장 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

복수의 피접합물끼리를 접합할 때에, 제1 피접합물과, 제2 피접합물 및 그 보유 지지 수단과, 위치 결정 기준면을 갖는 백업 부재를 이 순서로 서로 이격시켜 배치하고, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도를 조정하는 동시에, 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하고, 제1 피접합물을 제2 피접합물에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합한 후, 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉시키고, 양 피접합물을 가압하여 본접합하는 실장 방법 및 장치이다. 본 발명에 의해, 최종적으로 매우 고정밀도이고 신뢰성이 높은 접합 상태를 달성할 수 있다.

백업 부재, 웨이퍼, 감압 가스, 진공 펌프, 세정 챔버

Description

실장 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR INSTALLATION}

본 발명은 웨이퍼 등으로 이루어지는 복수의 피접합물끼리를 접합하는 실장 방법 및 장치에 관한 것이다.

웨이퍼나 칩, 기판 등으로 이루어지는 복수의 피접합물끼리를 접합할 때에 있어서는, 접합 직전이나 접합시에 접합해야 하는 양 피접합물 사이에 고정밀도의 평행도가 요구되지만, 그 정밀도 요구가 최근 점점 높아지고 있고, 서브 미크론 단위의 고정밀도가 요구되도록 되어 왔다. 종래부터 고정밀도의 배열을 달성하기 위해 각종 방법이 제안되어 있지만, 그 대부분은 접합 직전에 피접합물 사이의 평행도를 소정 정밀도 내로 수납하고자 하는 것이고, 접합 중에 고정밀도의 평행도로의 조정이나 수정을 행하는 것은 눈에 띄지 않는다.

한편, 피접합물끼리의 접합 방법으로서, 특허 제2791429호 공보에는 양 실리콘 웨이퍼의 접합면을 접합에 앞서서 실온의 진공 속에서 불활성 가스 이온 빔 또는 불활성 가스 고속 원자 빔으로 조사하여 스퍼터 에칭하는 실리콘 웨이퍼의 상온 접합법이 개시되어 있다. 이 상온 접합법에서는 실리콘 웨이퍼의 접합면에 있어서의 산화물이나 유기물 등이 상기한 빔에 의해 비산되어 활성화된 실리콘의 원자에 의해 표면이 형성되고, 그 표면끼리가 원자간의 높은 결합력에 의해 접합된다. 따 라서, 이 방법에서는 기본적으로 접합을 위한 가열을 불필요화할 수 있고, 활성화된 표면끼리를 단순히 접촉시키는 것만으로 상온에서의 접합이 가능해진다.

그러나 이 상온 접합법에 있어서도, 접합해야 할 피접합물 사이의 평행도를 소정 정밀도 내로 수납하는 것은 필요하다. 또한, 상기와 같이 활성화된 표면끼리를 단순히 접촉시키는 것만으로 상온 접합이 가능하지만, 피접합물의 표면에 미세한 요철이 존재하는 경우, 특히 오목부끼리가 포개어진 경우, 원자간의 높은 결합력의 작용 범위 밖이 되어 국부적인 미세 간극이 생길 우려가 있다. 이와 같은 미세 간극의 존재는 접합의 신뢰성을 손상시킬 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은 최종적으로 매우 고정밀도이고 신뢰성이 높은 접합 상태를 얻을 수 있고, 특히 상기 공보에 기재된 우수한 상온 접합법에 적절하게 적용할 수 있는 실장 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 실장 방법은 복수의 피접합물끼리를 접합하는 실장 방법이며, 제1 피접합물과, 제2 피접합물 및 그 보유 지지 수단과, 위치 결정 기준면을 갖는 백업 부재를 이 순서로 서로 이격시켜 배치하고, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도를 조정하는 동시에, 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하고, 제1 피접합물을 제2 피접합물에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합한 후, 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉시키고, 양 피접합물을 가압하여 본접합하는 것을 특징 으로 하는 방법으로 이루어진다.

또한, 이하의 설명에 있어서는 백업 부재가 고정되어 제2 피접합물의 보유 지지 수단이 이동되는 형태를 주체로 설명하지만, 본 발명에 있어서는 제2 피접합물의 보유 지지 수단이 고정되어 백업 부재가 이동되는 형태로 하는 것도 가능하다.

즉, 본 발명에 관한 실장 방법에 있어서는 미리 설정된 백업 부재의 위치 결정 기준면이 평행도 조정을 위한 절대 기준면이 되어 그 위치 결정 기준면에 대해 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 평행도가 조정되고, 그 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대해 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 평행도가 조정된다. 따라서, 우선 제1 피접합물, 제2 피접합물, 백업 부재의 위치 결정 기준면 각각의 사이가 목표로 하는 고정밀도 범위 내의 평행도로 조정된다. 이 상태에서 처음에 제1 피접합물과 제2 피접합물이 접촉되어 가접합된다. 가접합의 단계에서는 제1 피접합물과 제2 피접합물이, 특히 제2 피접합물의 보유 지지 수단이 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대해서는 아직 떠있는 상태(이격되어 있는 상태)에 있고, 가접합 후에 가접합된 제1 피접합물과 제2 피접합물이 위치 결정 기준면 방향으로 제2 피접합물의 보유 지지 수단이 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉할 때까지 이동된다. 그리고, 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 위치 결정 기준면에 접촉시킨 상태에서, 가접합 상태에 있던 제1 피접합물과 제2 피접합물이 가압에 의해 본접합된다. 이 백업 부재의 위치 결정 기준면은 평행도 조정을 위한 절대 기준면으로서 설정되어 있으므로, 상기 가압 단계에서는 제1 피접합물과 제2 피접합물 사 이의 평행도는 이 절대 기준면에 따른 보다 고정밀도의 평행도로 강제적으로 수정되게 된다. 동시에, 가접합 상태에 있었던 제1 피접합물과 제2 피접합물 사이에 가령 표면의 미세 요철에 기인하는 미세 간극이 존재하고 있었다고 해도 그 미세 간극은 적절한 가압에 의해 매립되게 되어, 실질적으로 미세 간극이 전혀 존재하지 않는 매우 신뢰성이 높은 접합 상태를 얻을 수 있게 된다.

상기 본 발명에 관한 실장 방법에 있어서는 평행도 조정 후의 제2 피접합물의 보유 지지 수단과 백업 부재의 위치 결정 기준면과의 간극은, 예를 들어 2 내지 15 ㎛ 정도의 범위로 조정되는 것이 바람직하고, 평행도 조정 후 가접합 전의 제1 피접합물과 제2 피접합물과의 간극은, 예를 들어 1 내지 10 ㎛ 정도의 범위로 조정되는 것이 바람직하다.

또한, 평행도 조정을 위한 얼라이먼트 방법으로서는, 예를 들어 백업 부재의 위치 결정 기준면에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하는 동시에, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하고, 판독 결과에 의거하여 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도를 조정하고, 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하고, 판독 결과에 의거하여 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하는 방법을 채용할 수 있다. 인식 수단으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 인식 수단에 의한 인식 마크 판독용 측정파로서 적외선을 이용할 수 있다.

예를 들어, 근접한 피접합물 사이의 평행도를 조정할 때, 외부로부터 적외선 인식 수단에 의해 양 피접합물 상의 복수의 인식 마크까지의 거리를 오토 포커스 기능을 이용하여 측정하고, 양 인식 마크까지의 거리의 차로부터 평행도를 조정할 수 있다. 이 때, 적외선을 투과시켜 인식 마크까지의 거리를 측정한다.

또한, 상기 가접합 및 본접합은 대기압 속에서 행하는 것도 가능하고, 감압 가스 분위기 속에서 행할 수도 있다. 또한, 가접합 및 본접합을 특수 가스 분위기 속에서 행할 수도 있다. 본 발명에 있어서의 특수 가스라 함은, 예를 들어 아르곤 가스 등의 불활성 가스나, 질소 가스 등의 피접합물과 반응하지 않는 가스, 피접합물의 표면에 있어서 표면 산화물을 불소기 등으로 치환 가능한 가스, 수소를 포함하는 피접합물의 표면에 있어서 환원 반응이 가능한 가스, 산소를 포함하여 피접합물의 표면에 있어서 탄소(유기 성분) 등을 제거 가능한 가스 등을 말한다. 이와 같은 특수 가스 분위기 속에서 가접합 및 본접합을 행하면, 피접합물의 접합부의 산화를 억제하는 것, 접합의 방해가 되는 금속 표면에서의 반응 및 오염 부착을 방지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 관한 실장 방법은 전술한 상온 접합법에 대해서도 적절하게 적용할 수 있다. 즉, 접합해야 할 양 피접합물의 표면을 에너지파 내지 에너지 입자를 조사함으로써 세정한 후, 세정한 양 피접합물의 표면끼리를 상기 방법으로 상온 접합할 수 있다. 사용하는 에너지파 내지 에너지 입자로서는, 예를 들어 플라즈마(대기압 플라즈마를 포함함), 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 이와 같이 상온 접합법에 적용하는 경우에는, 상기 세정을 감압 가스 분위기 속에서 행하여 세정의 효과를 높일 수도 있다. 단, 대기압 하에서의 세정으로 충분한 경우에는 감압은 불필요하다.

이와 같은 본 발명에 관한 실장 방법은 복수의 피접합물 중 적어도 하나가 웨이퍼인 경우, 특히 웨이퍼끼리의 접합인 경우에 유효하지만, 그 밖의 칩이나 기판 등, 모든 형태의 피접합물끼리의 접합, 모든 형태의 피접합물 조합의 접합인 경우에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 피접합물끼리를 접합한 후에 그 다음에 차례로 다시 피접합물을 적층 접합해 가는 경우에도 적용할 수 있고, 그 경우에는 상술한 공정을 반복하면 된다.

본 발명에 관한 실장 장치는 복수의 피접합물끼리를 접합하는 실장 장치이며, 제1 피접합물을 보유 지지하는 수단과, 상기 제1 피접합물과 이격 가능하게 제2 피접합물을 보유 지지하는 수단과, 상기 제2 피접합물의 보유 지지 수단과 이격 가능한 위치 결정 기준면을 갖는 백업 부재를 이 순서로 설치하고, 또한 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도 및 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하는 평행도 조정 수단과, 제1 피접합물을 제2 피접합물에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합하고, 계속해서 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉시켜 양 피접합물을 본접합하는 가압 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.

상기 본 발명에 관한 실장 장치에 있어서는, 평행도 조정 수단으로서 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단, 백업 부재 의 위치 결정 기준면에 부착된 인식 마크를 판독하는 인식 수단을 갖는 것으로 구성할 수 있다. 인식 수단으로서는, 2시야 카메라를 구비한 것, 적외선 카메라를 구비한 것 등으로 구성할 수 있다.

상기 백업 부재로서 인식 마크 판독용 측정파를 투과하는 재료로 구성하면, 인식 수단을 백업 부재의 외측에 설치하는 것이 가능해진다. 이와 같은 구성은 특히 접합이 감압 가스 분위기 속이나 불활성 가스 등의 특수 가스 분위기 속에서 행해지는 경우에 유효하다. 외부에 마련하는 인식 수단으로서는 전술한 적외선 카메라가 바람직하다. 물론, 인식 수단으로서 접합 전의 피접합물 사이로 진퇴 가능하게 마련된 수단, 예를 들어 2시야 카메라를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 제1 피접합물측과 제2 피접합물측을 각각 따로따로 인식하는 수단을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실장 장치에 있어서는, 적어도 제1 피접합물의 보유 지지 수단, 제2 피접합물의 보유 지지 수단, 백업 부재의 위치 결정 기준면이 밀폐 가능한 접합 챔버 내에 마련되어 있는 구성을 채용할 수도 있다. 이 경우, 접합 챔버에 상기 챔버 내를 감압하는 진공 펌프를 부설하거나, 상기 챔버 내를 특수 가스 분위기, 예를 들어 불활성 가스 분위기 또는 피접합물과 반응하지 않는 가스 분위기로 하는 가스 치환 수단을 부설하거나 할 수도 있다.

또한, 상기 실장 장치에는 접합해야 할 양 피접합물의 표면에 세정을 위한 에너지파 내지 에너지 입자를 조사하는 수단을 구비한 세정 챔버를 설치해도 좋다. 이와 같이 하면, 전술한 상온 접합이 가능해진다. 또한, 상온 접합이 요구되지 않 는 경우에 있어서도 에너지파 내지 에너지 입자의 조사에 의해 피접합물의 표면으로부터 산화물이나 유기물을 비산시키는 것이 가능해지므로, 접합 전의 피접합물의 표면을 청정한 상태로 유지하는 것이 가능해져 보다 신뢰성이 높은 접합이 가능해진다. 사용하는 에너지파 내지 에너지 입자로서는, 예를 들어 플라즈마, 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 이 세정 챔버에 대해서도 상기 챔버 내를 감압하는 진공 펌프를 부설할 수 있고, 감압 하에서의 세정에 의해 한층 효과적인 세정이 가능해진다. 또한, 세정 챔버에 상기 챔버 내를 특수 가스 분위기로 하는 가스 치환 수단, 예를 들어 불활성 가스 분위기로 하는 불활성 가스 치환 수단을 부설하고, 그 가스 분위기 하에서의 세정도 가능하다. 세정 챔버와 접합 챔버를 설치하는 경우에는 양 챔버 사이에 개폐 가능한 셔터 수단을 마련해 두는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 관한 실장 방법 및 장치에 따르면, 평행도를 조정한 상태에서 가접합을 행하고, 계속해서 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대해 가접합한 양 피접합물을 가압하여 본접합을 행함으로써, 최종적으로 매우 고정밀도로 신뢰성이 높은 접합 상태를 달성할 수 있다. 또한, 이 실장 방법 및 장치는 사전에 에너지파 내지 에너지 입자를 조사함으로써 세정을 행하는 상온 접합법에 대해서도 적절하게 적용할 수 있다.

또한, 양 피접합물의 표면이 충분히 세정되어 있는 경우에 있어서도 가열을 행함으로써 양 피접합물 경계면의 미소한 간극이나 잔류 응력을 제거할 수 있으므로, 가열을 병용하는 일도 있다.

도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 실장 장치의 전체 구성도이다.

도2는 도1의 장치에 있어서의 가접합을 도시한 확대 부분 측면도이다.

도3은 도1의 장치에 있어서의 본접합을 도시한 확대 부분 측면도이다.

도4는 가접합의 단계에서 생길 우려가 있는 피접합물 사이의 간극을 도시한 확대 부분 단면도이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 실장 장치를 도시하고 있다. 도1에 있어서, 부호 1은 실장 장치 전체를 나타내고 있고, 피접합물로서의 웨이퍼끼리를 접합하는 경우를 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 실장 장치(1)는 접합해야 할 피접합물로서의 웨이퍼(2)의 표면을 세정하기 위해, 그 표면에 에너지파(3)를 조사하는 에너지파 조사 수단(4)(또는 에너지 입자의 조사 수단)을 구비한 세정 챔버(5)와, 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b)을 접합하기 위한 접합 챔버(6)와, 세정된 제1 피접합물(2a) 또는, 제1 피접합물(2a) 및 제2 피접합물(2b)을 세정 챔버(5) 내로부터 접합 챔버(6) 내로 반송하는 반송 로봇(7)을 구비한 반송로(8) 또는 반송 챔버를 갖고 있다.

상기 에너지파 내지 에너지 입자(3)로서는, 전술한 바와 같이 플라즈마, 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 중 어느 하나가 이용된다. 본 실시 형태에서는 에너지파 내지 에너지 입자에 의한 세정을 보다 효과적으로 행하기 위해, 세정 챔버(5) 내를 소정의 진공도로 감압하기 위해 진공 펌프(9)가 부설되어 있다. 진공 펌프(9) 대신에, 혹은 진공 펌프(9)와 함께 세정 챔버(5) 내를 불활성 가스(예를 들어, 아르곤 가스) 분위기로 하는 불활성 가스 치환 수단이 마련되어 있어도 좋다(도시 생략). 이와 같은 에너지파 내지 에너지 입자 조사에 의한 피접합물의 표면 세정에 의해 전술한 바와 같은 상온 접합까지 가능해진다.

본 실시 형태에서는 접합 챔버(6)에도 진공 펌프(10)가 부설되어 있고, 접합 챔버(6) 내를 소정의 진공도로 감압할 수 있도록 되어 있다. 이 진공 펌프(10) 대신에, 혹은 진공 펌프(10)와 함께 접합 챔버(6) 내를 불활성 가스 분위기 또는 피접합물과 반응하지 않는 가스(예를 들어, 질소 가스) 분위기로 하는 가스 치환 수단이 마련되어 있어도 좋다(도시 생략). 감압 하에서의 피접합물끼리의 접합, 특히 불활성 가스 분위기 속에서의 접합에 의해, 접합되기까지의 피접합물의 피접합부의 산화를 효과적으로 방지할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 접합 상태를 얻을 수 있다.

세정 챔버(5)와 접합 챔버(6) 사이에는, 본 실시 형태에서는 세정 챔버(5)와 반송로(8) 사이 및 반송로(8)와 접합 챔버(6) 사이에 양자 사이를 연통 및 연통 차단할 수 있는 개폐 가능한 셔터 수단(11, 12)이 마련되어 있다. 반송 로봇(7)에 의해 반송시에만 셔터 수단(11 또는 12)을 개방하고, 그 외에는 폐쇄해 둠으로써 세정 챔버(5) 및 접합 챔버(6) 내를 신속히 원하는 가스 분위기로 형성할 수 있는 동시에, 각각의 처리시에 소정의 가스 분위기로 유지할 수 있다.

접합 챔버(6)를 포함하는 피접합물끼리의 접합부는 다음과 같이 구성되어 있 다.

제1 피접합물(2a)을 직접적으로 보유 지지하는 수단은 정전 척(21)으로 구성되어 있고, 정전 척(21)은 승강 가능한 헤드(22)의 하단부에 부착되어 있다. 헤드(22)의 하부에는 복수의 신축 제어 가능한 지지 기둥(23)이 배치되어 있고, 각 지지 기둥(23)의 신축량을 제어함으로써, 정전 척(21)의 하부측 정전 척(24)에 대한 평행도, 나아가서는 상부측 정전 척(21)에 보유 지지되어 있는 제1 피접합물(2a)의 하부측 정전 척(24)에 보유 지지되어 있는 제2 피접합물(2b)에 대한 평행도를 조정할 수 있도록 되어 있다. 신축 제어 가능한 지지 기둥(23)은, 예를 들어 압전 소자를 조립한 것으로 이루어진다.

또한, 헤드(22)의 하부에는 후술하는 적외선 카메라의 방향을 향해 조사되는 빛을 유도하는 라이트 가이드(25)가 설치되어 있다. 라이트 가이드(25)는 광원(도시 생략)으로부터 광파이버 등을 거쳐서 도광되어 온 빛을 수직 하방을 향해 조사하도록 되어 있다. 라이트 가이드(25)로부터의 빛이 투과되는 정전 척(21, 24)의 부위는 광투과가 가능한 투명체로 구성되어 있거나, 또는 광투과용 구멍이 개방되어 있다.

헤드(22)의 상방에는 승강 기구(26)가 설치되어 있고, 그 상방에 에어 실린더 등의 가압 실린더(27)를 갖는 가압 수단(28)이 마련되어 있다. 가압 실린더(27)에는 하방을 향하는 가압력을 제어하기 위한 가압 포트(29)와, 가압력을 제어하는 동시에 상방으로의 이동력을 생기게 하는 밸런스 포트(30)가 설치되어 있다. 승강 기구(26)는 헤드(22), 정전 척(21)에 보유 지지되어 있는 제1 피접합물(2a)을 하방으로 이동시키는 동시에, 이동 및 평행도 조정 후에 제1 피접합물(2a)을 제2 피접합물(2b)에 접촉시켜 가접합할 수 있다. 또한, 가압 수단(28)은 가접합시에 승강 기구(26)를 거쳐서 압박력을 가할 수 있는 동시에, 가접합 후에 더욱 하강된 제1 피접합물(2a)을 제2 피접합물(2b)에 더욱 압박하여 가압에 의해 본접합할 수 있도록 되어 있다.

제2 피접합물(2b)은 하부측의 정전 척(24) 상에 보유 지지되어 있다. 정전 척(24)은 스테이지(31) 상에 설치되어 있고, 스테이지(31)는 위치 조정 수단으로서의 위치 조정 테이블(32) 상에 스프링 수단(33)을 거쳐서 보유 지지되어 있다. 스프링 수단(33)은, 상방으로부터 가압력이 작용하지 않을 때에는 일정 길이를 이루는 수단으로 이루어진다. 위치 조정 테이블(32)은 수평면에 대해 스테이지(31) 및 그 위에 보유 지지된 정전 척(24)의 평행도와 높이 방향의 위치를 조정할 수 있도록 되어 있고, 그에 의해 정전 척(24) 상에 보유 지지된 제2 피접합물(2b)의 제1 피접합물(2a)에 대한 평행도 및 높이 방향 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다.

정전 척(24)의 하방에는 백업 부재로서의 후술하는 적외선 카메라용 측정파를 투과하는 유리로 이루어지는 백업 유리 부재(34)가 설치되어 있다. 백업 유리 부재(34)의 상면은 정전 척(24)의 하면에 대향하고 있고, 이 백업 유리 부재(34)의 상면은 본 발명에서 말하는 위치 결정 기준면(34a)을 구성하고 있다. 전술한 스프링 수단(33)을 거쳐서 부동 지지된 정전 척(24)은 상방으로부터의 가압에 의해 이 위치 결정 기준면(34a)까지 평행 이동되도록 되어 있다.

백업 유리 부재(34)의 하방에는 접합 챔버(6) 외의 위치에 인식 수단으로서 의 적외선 카메라(41)가 설치되어 있다. 적외선 카메라(41)는 프리즘 장치(42)를 거쳐서 라이트 가이드(25)로부터의 조사광을 이용하여 제1 피접합물(2a) 또는 정전 척(21)에 부착된 얼라이먼트용 인식 마크 및 제2 피접합물(2b) 또는 정전 척(24)에 부착된 인식 마크 및 백업 유리 부재(34)의 위치 결정 기준면(34a)에 부착된 인식 마크를 각각 판독할 수 있도록 되어 있다. 이 적외선 카메라(41) 및 프리즘 장치(42)의 위치도 위치 조정 수단(43)을 거쳐서 조정, 제어할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 실장 장치(1)를 이용하여 본 발명에 관한 실장 방법은 다음과 같이 실시된다.

세정 챔버(5) 내에서 표면 세정된 제1 피접합물(2a)이, 경우에 따라서는 제2 피접합물(2b)도 반송 로봇(7)에 의해 접합 챔버(6) 내로 반송되고, 제1 피접합물(2a)은 반전된 후 정전 척(21)의 하면에 보유 지지되고, 제2 피접합물(2b)은 정전 척(24)의 상면에 보유 지지된다. 셔터 수단(12)이 폐쇄되어 접합 챔버(6) 내가 진공 펌프(10)에 의해 소정의 진공도가 된다.

정전 척(24)의 하면과 백업 유리 부재(34)의 위치 결정 기준면(34a) 사이의 평행도가 위치 조정 수단(32)에 의해 조정되고, 양자 사이의 간극이 2 내지 15 ㎛의 범위로 조정된다. 다음에, 조정된 제2 피접합물(2b)에 대한 제1 피접합물(2a)의 평행도가 각 지지 기둥(23)의 신축 제어에 의해 조정되고, 양자 사이의 간극이 1 내지 10 ㎛의 범위로 조정된다.

이들 평행도의 조정에 있어서는, 우선 처음에 백업 유리 부재(34)의 위치 결 정 기준면(34a)에 부착된 인식 마크의 위치가 적외선 카메라(41)에 의해 판독되고, 계속해서 정전 척(24)의 하면에 부착된 인식 마크[경우에 따라서는 제2 피접합물(2b)에 부착된 인식 마크]가 마찬가지로 판독되고, 위치 결정 기준면(34a)에 대한 정전 척(24) 및 그에 보유 지지된 제2 피접합물(2b)의 위치가 소정의 위치에 맞추어지는 동시에 양자 사이의 평행도가 조정된다. 다음에, 제1 피접합물(2a) 혹은 정전 척(21)에 부착된 인식 마크가 판독되고, 조정된 제2 피접합물(2b) 혹은 정전 척(24)에 대한 제1 피접합물(2a) 혹은 정전 척(21)의 평행도가 조정되는 동시에 위치 맞춤이 행해진다. 상기 각 인식 마크를 판독할 때에는, 이미 알려진 오토 포커스 기능을 이용할 수 있고, 적외선 카메라(41)도 위치 조정 수단(43)을 거쳐서 적절하게 이동시키면 된다.

상기 평행도 조정 후, 도2에 도시한 바와 같이 가압 수단(28)을 작동시켜 헤드(22)를 하강시키고, 제1 피접합물(2a)을 제2 피접합물(2b)에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합한다. 이 가접합의 단계에서는, 제2 피접합물(2b)을 보유 지지하고 있는 정전 척(24)의 하면과 백업 유리 부재(34)의 위치 결정 기준면(34a) 사이에는 전술한 바와 같은 간극이 존재하는 상태에 있고, 정전 척(24)은 떠있는 상태에 있다. 또한, 접합되는 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b) 사이에는, 도4에 도시한 바와 같이 접합 표면에, 예를 들어 미세한 요철이 존재하고 있는 경우, 양 피접합물 사이에는 접합되지 않은 미세한 간극(51)이 생기게 된다. 전술한 바와 같이, 에너지파 내지 에너지 입자를 조사함으로써 세정에 의해 기본적으로는 양 표면 사이는 접촉시키는 것만으로 상온 접합이 가능한 상태로 되어 있지만, 원자간 결합힘 이 미치지 않을 정도의 간극(51)이 생기면, 그 간극 부분에서는 상온 접합은 달성되지 않게 된다. 예를 들어, 약 10 ㎚ 혹은 그 이상의 간극(51)이 생기면 이와 같은 우려가 생긴다.

그러나 본 발명에 관한 방법에 있어서는, 가접합 후의 본접합에 의해 상기와 같은 간극(51)은 실질적으로 완전히 매립된다. 상기 가접합 후, 도3에 도시한 바와 같이 가압 수단(28)을 작동시켜 헤드(22)가 더욱 하강되고, 가접합 상태에 있는 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b)이 스프링 수단(33)에 의해 탄성 부동 지지되어 있는 스테이지(31) 및 하부측의 정전 척(24)과 함께 하방으로 압박되고, 정전 척(24)의 하면이 백업 유리 부재(34)의 위치 결정 기준면(34a)에 접촉한다. 이 상태에서, 가압 수단(28)에 의해 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b)의 접합면이 소정의 가압력을 갖고 가압된다. 적당한 가압력을 가함으로써, 도4에 도시한 바와 같은 간극(51)은 완전히 매립되고, 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b)은 바람직한 형태에서, 즉 매우 신뢰성이 높은 형태에서 서로 본접합되게 된다.

상기 가접합에 있어서는, 그 직전에 이미 제1 피접합물(2a)과 제2 피접합물(2b) 사이의 평행도는 고정밀도로 조정되어 있으므로, 정밀도가 높은 가접합이 행해지게 되고, 상기 본접합시에는 고정밀도로 가접합된 양 피접합물이 그대로 평행 이동될 뿐이고, 또한 정전 척(24)과 위치 결정 기준면(34a) 사이의 평행도도 이미 고정밀도로 조정되어 있으므로, 가압에 의한 본접합도 고정밀도의 평행도를 갖고 행해지게 된다. 게다가, 이 백업 유리 부재(34)의 위치 결정 기준면(34a)은 초기 설정에 의해 위치 결정용 절대 기준면으로서 설정되어 있는 것이고, 또한 정전 척(24)의 하면이 강제적으로 이 위치 결정 기준면(34a)에 따르도록(밀착하도록) 압박되는 것이므로, 최종적으로 위치 결정 기준면(34a)에 대해 매우 고정밀도의 평행도를 갖고 본접합되게 된다. 고정밀도의 본접합에 의해 매우 신뢰성이 높은 접합 상태가 달성된다.

통상의 얼라이먼트 테이블 상에서 피접합물이 가압을 받으면, 예를 들어 볼 미끄럼 이동 가이드부 등에 휨이 생기므로, 충분한 강성을 갖고 소정의 위치 정밀도를 유지하면서 지지하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 발명에 있어서는 위치 결정 기준면(34a)을 갖는 백업 유리 부재(34)를 분리된 부재로서 구성하고, 그에 충분히 높은 강성을 갖게 함으로써 휨 등이 생기지 않는 고정밀도의 위치 결정 기준면(34a)이 백업 위치 결정 기준면으로서 유지, 형성되게 되어 매우 고정밀도의 접합이 가능해진다.

또한, 상기 실시 형태에서는 얼라이먼트와 함께 평행도 조정에, 적외선 카메라를 이용하도록 하였지만, 평행도 조정으로는 가시 광선을 이용할 수도 있으므로, 통상의 가시광 카메라를 이용해도 좋다.

본 발명에 관한 실장 방법 및 장치는 웨이퍼끼리의 접합에 대표되는 모든 피접합물끼리의 접합에 적용할 수 있고, 본 발명을 적용함으로써 매우 고정밀도로 신뢰성이 높은 접합 상태를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 실장 방법 및 장치는 사전에 에너지파 내지 에너지 입자를 조사함으로써 세정을 행하는 상온 접합법에 대해서도 적절하게 적용할 수 있다.

Claims (25)

1. 복수의 피접합물끼리를 접합하는 실장 방법이며, 제1 피접합물과, 제2 피접합물 및 그 보유 지지 수단과, 위치 결정 기준면을 갖는 백업 부재를 이 순서로 서로 이격시켜 배치하고, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도를 조정하는 동시에, 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하고, 제1 피접합물을 제2 피접합물에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합한 후, 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉시키고, 양 피접합물을 가압하여 본접합하는 것을 특징으로 하는 실장 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 평행도 조정 후의 제2 피접합물의 보유 지지 수단과 백업 부재의 위치 결정 기준면과의 간극을 2 내지 15 ㎛의 범위로 조정하고, 상기 평행도 조정 후 가접합 전의 제1 피접합물과 제2 피접합물의 간극을 1 내지 10 ㎛의 범위로 조정하는 실장 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 백업 부재의 위치 결정 기준면에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하는 동시에, 상기 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하고, 판독 결과에 의거하여 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도를 조정하고, 상기 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 부착된 인식 마크를 인식 수단에 의해 판독하고, 판독 결과에 의거하여 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하는 실장 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 인식 수단에 의한 인식 마크 판독용 측정파로서 적외선을 이용하는 실장 방법.
5. 제4항에 있어서, 근접한 피접합물 사이의 평행도를 조정할 때에, 외부로부터 적외선 인식 수단에 의해 양 피접합물 상의 복수의 인식 마크까지의 거리를 오토 포커스 기능을 이용하여 측정하고, 양 인식 마크까지의 거리의 차로부터 평행도를 조정하는 실장 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 가접합 및 본접합을 감압 가스 분위기 속에서 행하는 실장 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 가접합 및 본접합을 특수 가스 분위기 속에서 행하는 실장 방법.
8. 제1항에 있어서, 접합해야 할 양 피접합물의 표면을 에너지파 내지 에너지 입자에 의해 세정한 후, 세정한 양 피접합물의 표면끼리를 상온 접합하는 실장 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 에너지파 내지 에너지 입자로서, 플라즈마, 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 중 어느 하나를 이용하는 실장 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 세정을 감압 가스 분위기 속에서 행하는 실장 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 피접합물 중 적어도 하나가 웨이퍼인 실장 방법.
12. 복수의 피접합물끼리를 접합하는 실장 장치이며, 제1 피접합물을 보유 지지하는 수단과, 상기 제1 피접합물과 이격 가능하게 제2 피접합물을 보유 지지하는 수단과, 상기 제2 피접합물의 보유 지지 수단과 이격 가능한 위치 결정 기준면을 갖는 백업 부재를 이 순서로 설치하고, 또한 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 백업 부재의 위치 결정 기준면에 대한 평행도 및 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단의 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단에 대한 평행도를 조정하는 평행도 조정 수단과, 제1 피접합물을 제2 피접합물에 접촉시켜 양 피접합물을 가접합하고, 계속해서 제2 피접합물의 보유 지지 수단을 백업 부재의 위치 결정 기준면에 접촉시켜 양 피접합물을 본접합하는 가압 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 실장 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 평행도 조정 수단이 제1 피접합물 또는 그 보유 지지 수단, 제2 피접합물 또는 그 보유 지지 수단, 백업 부재의 위치 결정 기준면에 부착된 인식 마크를 판독하는 인식 수단을 갖는 실장 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 인식 수단이 적외선 카메라를 갖는 실장 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 백업 부재가 상기 인식 마크 판독용 측정파를 투과하는 재료로 구성되어 있고, 상기 인식 수단이 백업 부재의 외측에 설치되어 있는 실장 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 인식 수단이 접합 전의 피접합물 사이에 진퇴 가능하게 설치되어 있는 실장 장치.
17. 제12항에 있어서, 적어도, 상기 제1 피접합물의 보유 지지 수단, 제2 피접합물의 보유 지지 수단, 백업 부재의 위치 결정 기준면이 밀폐 가능한 접합 챔버 내에 설치되어 있는 실장 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 접합 챔버에 상기 챔버 내를 감압하는 진공 펌프가 부설되어 있는 실장 장치.
19. 제17항에 있어서, 상기 접합 챔버에 상기 챔버 내를 특수 가스 분위기로 하는 가스 치환 수단이 부설되어 있는 실장 장치.
20. 제12항에 있어서, 접합해야 할 양 피접합물의 표면에 세정을 위한 에너지파 내지 에너지 입자를 조사하는 수단을 구비한 세정 챔버를 갖는 실장 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 에너지파 내지 에너지 입자로서, 플라즈마, 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 중 어느 하나를 이용하는 실장 장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 세정 챔버에, 상기 챔버 내를 감압하는 진공 펌프가 부설되어 있는 실장 장치.
23. 제20항에 있어서, 상기 세정 챔버에, 상기 챔버 내를 특수 가스 분위기로 하는 가스 치환 수단이 부설되어 있는 실장 장치.
24. 제20항에 있어서, 상기 세정 챔버와 상기 접합 챔버 사이에 개폐 가능한 셔터 수단이 마련되어 있는 실장 장치.
25. 제12항에 있어서, 상기 복수의 피접합물 중 적어도 하나가 웨이퍼인 실장 장치.

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