WO2004030078A1 - 接合装置 - Google Patents

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WO2004030078A1
WO2004030078A1 PCT/JP2003/012205 JP0312205W WO2004030078A1 WO 2004030078 A1 WO2004030078 A1 WO 2004030078A1 JP 0312205 W JP0312205 W JP 0312205W WO 2004030078 A1 WO2004030078 A1 WO 2004030078A1
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bonding
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cleaning
joined
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Inventor
Akira Yamauchi
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Toray Engineering Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a joining apparatus for joining objects such as chips, wafers, various circuit boards, and the like, each having a metal joint on the surface of a base material.
  • Japanese Patent No. 27191429 discloses a method of joining silicon and wafer joint surfaces in a vacuum at room temperature prior to joining.
  • a method for bonding silicon wafers by irradiating an inert gas ion beam or an inert gas fast atom beam to perform sputter etching.
  • oxides and organic substances on the bonding surface of the silicon wafer are blown off by the above-mentioned beam to form a surface with activated atoms, and the surfaces are bonded by a high bonding force between the atoms.
  • each method basically eliminates the need for heating for bonding, and enables bonding at room temperature or a low temperature close to that by simply bringing the activated surfaces into contact with each other.
  • the bonding between the etched bonding surfaces must be performed in a vacuum while maintaining the surface activation state. For this reason, a predetermined vacuum state must be maintained from the surface cleaning with the above-mentioned beam to the bonding, and at least a part of the bonding mechanism is installed in a chamber capable of holding a predetermined degree of vacuum. Since it must be configured, the sealing mechanism becomes large, and the whole device becomes large and expensive. In addition, if these steps are performed at different locations in order to separate the steps of surface cleaning and bonding by the beam, a predetermined vacuum state can be maintained between the two locations, and the workpiece can be maintained while maintaining the vacuum state. A means for transporting the cleaning equipment from the cleaning location to the bonding location is required, which makes practical equipment design difficult and further increases the size of the entire equipment.
  • the object of the present invention is to focus on the advantages of the bonding technique in the air by surface activation, which has been recently studied, as described above, and in particular, on the loading, unloading, and delivery of objects to be bonded around the cleaning chamber. It is an object of the present invention to provide a bonding apparatus capable of mass-producing bonded products with high throughput by using the above-described excellent bonding technology by devising a method.
  • a bonding apparatus according to the present invention is an apparatus for bonding objects to be bonded having a metal bonding portion on a surface of a base material, comprising: a cleaning chamber; and a vacuum chamber in the cleaning chamber.
  • Cleaning means for irradiating an energy wave to a bonding surface of the metal bonding part with the bonding means; bonding means for bonding the metal bonding parts of the objects to be bonded taken out of the cleaning chamber to each other in the air; and at least one of the objects to be bonded And a transport means for transporting the preceding workpiece and the subsequent workpiece substantially simultaneously in at least the direction of loading into the cleaning chamber and the direction of transport from the cleaning chamber.
  • the preceding workpiece and the subsequent workpiece are substantially simultaneously, that is, substantially At the same time, it can be carried into the cleaning chamber and taken out of the cleaning chamber.
  • at least the time required for loading and unloading is reduced as compared with the case where loading into and out of the cleaning chamber is performed in series.
  • the workpieces that have been cleaned and carried out in the cleaning chamber can be bonded in a very short time, and a series of bonding operations can be performed.
  • the time required for carrying in and cleaning the subsequent workpiece into the cleaning chamber can be consumed overlapping with the time required for the operation, and various operations can be performed in parallel, especially one after another.
  • the transfer operation from the cleaning process to the joining process, and even the joining operation are performed in a synchronized form or equivalent to the synchronized operation.
  • a series of operations up to the completion of joining can be performed in parallel, and mass production can be performed with even higher throughput.
  • the transport means may take various forms.
  • the transfer means a means having a tray on which a plurality of articles can be placed, so that a plurality of articles can be cleaned at one time.
  • the carry-in and carry-out ports of the tray of the cleaning chamber may be configured as a common port, or may be configured separately. In the case of a common port, loading and unloading can be performed from one direction. In the case of individual construction, the entrance and exit of the article can be provided on opposite sides, and can be conveyed by wire.
  • a configuration in which a transport tape that holds a plurality of objects to be joined arranged in the tape longitudinal direction and that is intermittently fed at a predetermined feed amount can be adopted as the transport means.
  • the transport tape is wound, for example, in the form of a roll, and can be supplied in a continuous state so that the transport tape is unwound therefrom and passes through the cleaning chamber.
  • continuous transport tapes exist in the transport tape loading / unloading section and the transport chamber unloading section, but the transport tape section located in the cleaning chamber is moved to the cleaning chamber.
  • the sealing means can, for example, press and seal the contact portion having the elastic sealing member against the transport tape to seal the tape carry-in portion and the carry-out portion of the cleaning chamber in a sealed manner. It can be configured as a means that enables Further, a configuration may be adopted in which the transport tape is slackened between the cleaning chamber and the joining means. In this way, even if there is a difference between the sending time interval in the cleaning section and the sending time interval in the joining section, the difference can be appropriately absorbed by the slack portion.
  • the transfer means is configured to include a means for performing parallel processing of transferring the workpieces one by one, at least for loading into the cleaning chamber and transporting the workpieces from the cleaning chamber. You can also.
  • the means for performing the parallel processing can be configured, for example, as a means having a single tally head having a plurality of joined and object holding heads.
  • the cleaning chamber may be configured as a cleaning chamber common to both workpieces, and the cleaning chamber may be provided separately for each workpiece. It can also be in the form that has been done.
  • the cleaning chamber may be provided with a decompression preliminary chamber.
  • a decompression preliminary chamber For example, if pre-decompression chambers are provided before and after the cleaning chamber in the direction of transport of the workpiece, the degree of vacuum in the cleaning chamber will be lower than the specified vacuum level during cleaning and the vacuum level when the cleaning chamber is opened. It is possible to reduce the fluctuation between the time and the time, and it is possible to further increase the throughput.
  • the cleaning means for irradiating the energy wave it is preferable to use a plasma irradiating means in terms of easy handling and easy control of the intensity of the irradiation energy wave, and in particular, a plasma irradiating means in an Ar gas atmosphere. Is preferred.
  • the bonding means is heated to 180 ° C. or less, preferably less than 150 ° C., in order to promote bonding between metals in a solid phase in order to facilitate bonding in air.
  • the foreign material layer such as an oxide film, an organic material layer, or a contamination layer is more reliably prevented from adhering to the cleaned bonding surface.
  • an inert gas or non-oxidizing gas such as A r and N 2 is also possible. This purging may be performed locally.
  • a means for locally supplying an inert gas or a non-oxidizing gas such as Ar or N 2 to the cleaned joint surface is provided. It can be configured.
  • the joining according to the present invention is particularly suitable for joining metal joints whose joint surfaces are both made of gold.
  • the joining can be performed reliably even at room temperature.
  • the entirety of the electrodes and the like forming the metal joint can be made of gold, only the surface can be made of gold.
  • the form for forming the surface with gold is not particularly limited, and a form of gold plating or a form in which a gold thin film is formed by sputtering or vapor deposition may be used.
  • ultrasonic bonding not only gold / gold bonding but also bonding of dissimilar metals, for example, bonding of gold-z-copper, gold / aluminum, etc. becomes possible. It is also possible to join at room temperature
  • the cleaning unit includes a unit that irradiates an energy wave with an etching energy of 1.6 nm or more over the entire sputtered surface of the bonding surface.
  • the joining means is a means for reducing the variation of the gap at the time of joining between the metal joining portions to a maximum of 4 / ⁇ m or less. If the variation in the gap is 4 mm or less, it is possible to suppress the variation in the gap required for joining metal joints to below the variation with an appropriate joining load.
  • At the time of joining metal joints at least one of the metal joints has a surface hardness of 120 or less in Hv (picker hardness), more preferably annealing, so that the surfaces can be in good contact with each other.
  • the hardness is preferably reduced to 100 or less.
  • the surface hardness Hv is in the range of 30 to 70 (for example, the average Hv is 50) Is preferred.
  • the present invention also provides a joined body produced by the joining apparatus as described above.
  • the joined body according to the present invention is a joined body of objects to be joined having a metal joint on the surface of a base material, and comprises a cleaning chamber and the metal joint under reduced pressure in the cleaning chamber.
  • the object to be welded and the subsequent object to be welded are manufactured at substantially the same time by a joining apparatus having at least a conveying means for conveying the object in the cleaning chamber and in the direction of unloading from the cleaning chamber. It is characterized by
  • At least one of the joined objects can be made of a semiconductor.
  • the bonding surface of the metal bonding portion of the workpiece is irradiated with an energy wave under a predetermined reduced pressure, and the surface is cleaned and activated by etching.
  • the joining is performed.
  • Energy wave cleaning sufficiently removes the foreign layer on the bonding surface and starts the bonding with the surface being sufficiently activated, so that bonding at room temperature can be performed even in the air.
  • Atmospheric bonding can be performed more easily by performing heating, pressurizing, or even applying ultrasonic waves during bonding, or by performing bonding by irradiating atmospheric pressure plasma. Since joining in the atmosphere is possible, a dogless vacuum device and a sealing device therefor are not required for joining, so that the entire process and the entire device are greatly simplified, and costs can be reduced. .
  • At least one of the objects to be bonded and the object to be bonded following the object to be bonded are substantially at the same time, at least in the direction of loading into the cleaning chamber and from the inside of the cleaning chamber. Since it has a transport means for transporting in the unloading direction, various operations around the cleaning process can be performed in parallel, so that products that are continuously flowing can be bonded at high throughput. Can be mass-produced, productivity can be greatly increased, and the tact time of the entire joining process can be significantly reduced.
  • the bonding apparatus of the present invention when the bonded object whose bonding surface has been cleaned by the energy wave is taken out into the atmosphere and bonded, in particular, the loading, unloading, and delivery of the bonded object around the cleaning champer are performed. Can be carried out smoothly and in a short time, and it becomes possible to mass-produce predetermined bonded products with high throughput. As a result, it is possible to shorten the tact time of the entire joining process and reduce the cost required for the joining process.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a joining apparatus showing an example of the transport means in the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a joining apparatus showing another example of the transport means in the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a joining apparatus showing another example of the transport means in the present invention.
  • Figure 6 is that a schematic view of a bonding device showing still another example of the conveying means of the present invention 0
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a joining apparatus showing still another example of the conveying means in the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a joining apparatus showing still another example of the conveying means in the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing another example of the configuration around the cleaning chamber in the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of the entire system of a joining apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a basic mode of a joining apparatus 1 according to one embodiment of the present invention, and shows a portion other than the transporting means in the present invention.
  • the workpiece 4 or 5 having the metal joint 2 or 3 on the surface of the base material is firstly cleaned as a cleaning means by an energy wave in a cleaning chamber 7 which is depressurized by a vacuum pump 6 to a predetermined vacuum.
  • the bonding surfaces of the metal bonding portions 2 and 3 are cleaned by etching with the plasma 9 radiated from the plasma radiating means 8 (cleaning step).
  • Ar gas can be supplied into the chamber 7 by the pump 10 so that plasma irradiation can be performed under an Ar gas atmosphere and under a predetermined reduced pressure.
  • the cleaned workpieces 4 and 5 are taken out of the cleaning chamber 7, and the metal bonding sections 2 and 3 are bonded together in the air in a bonding step (bonding device section 11).
  • the article 4 is made of, for example, a chip
  • the article 5 is made of, for example, a substrate.
  • the chip refers to all forms on the side to be bonded to the substrate regardless of the type or size, such as an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, and a wafer.
  • substrate refers to, for example, a resin substrate, a glass substrate, a film substrate, a chip, a wafer, and any other form of the side to be bonded to a chip regardless of the type or size.
  • the above-mentioned cleaned workpieces 4 and 5 are placed in a predetermined standby section 12 after being transported in the atmosphere.
  • the work piece 4 is held on the head part 14 of the reversing mechanism 13 by suction or the like so as not to touch the cleaning surface, is turned upside down, and is provided below the bonding head 15.
  • the metal bonding portion 2 is held by suction or the like in the form in which the metal bonding portion 2 faces downward on the bonding tool 16 that is provided.
  • the article 5 is transferred from the standby section 12 and held by, for example, suction on a bonding stage 17 with the metal joint 3 directed upward.
  • the transfer mechanism for the article 4 and the transfer mechanism for the article 5 can be shared, but they may be provided separately. When provided separately, the transfer mechanism for the article 4 is provided with the reversing mechanism 13 as described above.
  • the bonding tool 16 has a built-in heater 18 as a heating means, and can be joined in the air at room temperature or under heating.
  • the bonding head 15 can be pressed downward by a pressurizing means 19 via a bonding tool 16 via a bonding tool 16.
  • the load can be applied and controlled.
  • the bonding head 15 can be moved and positioned in the vertical direction (Z direction).
  • the bonding stage 17 holding the article 5 is provided with a horizontal position control in the X and Y directions by the position adjustment table 20 provided in the lower part, and a Z direction.
  • the vertical position control in the vertical direction and the rotational direction position control in the zero direction allow relative positioning with the article 4 and parallelism adjustment. This relative alignment and parallelism adjustment is performed between workpieces 4 and 5.
  • Recognition means (not shown) attached to the workpieces 4 and 5 or their holding means are read by means of recognition means inserted into and retractable, for example, two-field recognition means 21 (for example, a two-field camera). It is implemented by making necessary corrections of the position and angle based on the read information.
  • the two-field-of-view recognition means 21 can adjust the position in the X and Y directions, and in some cases, the Z direction.
  • the relative positioning and the parallelism adjustment are mainly performed on the bonding stage 17 side, but may be performed on the bonding head 15 or the bonding tool 16 side. Yes, both sides are possible.
  • the bonding head 15 or the bonding tool 16 must be provided with the ultrasonic wave applying means 22 and the ultrasonic wave applied or used together. You can also.
  • an energy wave for example, atmospheric pressure plasma
  • Irradiation means 23 may be provided. In the example shown in FIG.
  • the energy wave cleaning means 23 at the time of bonding is illustrated as a swing type, but a structure capable of simultaneously cleaning the bonded surfaces of the workpieces 4 and 5 having a narrow gap.
  • a configuration in which the holding portions of the workpieces 4 and 5 themselves are used as an energy wave irradiation source at the time of welding may be employed.
  • the object to be bonded and the object to be bonded and bonded are prevented.
  • a non-oxidizing gas is locally supplied to the cleaned bonding surface in at least one of the alignment processes of the workpieces for holding and bonding the bonding object, and the bonding surface is supplied to the bonding surface.
  • a non-oxidizing gas supply means 24 capable of purging as much as possible the air atmosphere to be brought into contact may be provided.
  • FIGS. 2 to 8 show various types 2 shows the basic configuration of the state. Note that in FIGS. 2 to 8, the joints may be illustrated as if they were surrounded by chambers in order to clearly distinguish them from the cleaning chamber. Basically, it is not necessary to adopt a chamber configuration.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show one embodiment of the conveying means in the present invention.
  • a cleaning chamber 32 according to the present invention is provided adjacent to a bonding device 31 (equivalent to a conventional so-called bonder 1), and the cleaning device before cleaning is provided in the bonding device 31.
  • a chip as the bonded object 4 and a substrate as the bonded object 5 are stocked.
  • the chip 4 and the substrate 5 are placed on dedicated trays 33, 34, respectively, and each chip 33, 34 is loaded into the cleaning chamber 32, so that the chip 4.
  • the substrate 5 is carried into the cleaning chamber 32, and the cleaning processing by the energy wave is performed in the cleaning chamber 32 as described above.
  • the chips 4 and the substrate 5 can be placed one by one on each of the trays 3 3 and 3 4.
  • a plurality of the chips 4 and the substrate 5 can be placed respectively.
  • the tray may be used as a common tray, and both the chip 4 and the substrate 5 may be placed on one tray or on a plurality of trays.
  • the loading and unloading operations of the tray may be performed via an appropriate transport mechanism 35 having a robot arm, a slide mechanism, and the like.
  • the order may be arbitrarily determined when necessary, and both trays can be washed at the same time.
  • the chip 4 and the substrate 5 whose joint surfaces have been cleaned are transported out of the cleaning chamber 32 by trays and waited in the standby section 12 shown in FIG.
  • the common port 36 since the entrance and exit of the above-mentioned tray of the cleaning channel 32 are configured as the common port 36, it is necessary to open and close the common port 36 to carry out both loading and unloading. Can be. Since the common port 36 is used, objects to be joined brought in from one direction will be carried out from that direction after cleaning. In addition, when the common port 36 is opened, both loading and unloading can be performed substantially simultaneously, so the time required for a series of operations in mass production can be totally reduced, and mass production with high throughput is possible. It becomes.
  • the chip 4 After waiting in the standby section 12, the chip 4 is inverted and transferred to the bonding tool 16 to be held, and the substrate 5 is transferred to the stage 17 in the same posture and held. Is done. After the alignment of the two, the chip and the substrate 5 whose bonding surfaces are activated are bonded in the air.
  • the joined body 3 7 (completed product) of the bonded chip 4 and substrate 5 is once carried out onto a tray, and the tray is transported via the above-described transport mechanism 35 or a dedicated transport such as another robot arm.
  • the joining body 37 or the tray is taken out to the dispensing place via a mechanism (not shown).
  • the bonding apparatus provided with the cleaning chamber 32, at least one of the objects to be bonded and the subsequent object to be bonded are substantially simultaneously and at least cleaned with the cleaning chamber 32 at least. It can be transported in and out of the chamber and out of the cleaning chamber 32, so various operations around the cleaning process can be performed in parallel, greatly reducing the total time required for these operations. It is possible to mass-produce bonded products with high throughput for a large number of continuously flowing workpieces. In particular, in the present embodiment, a series of operations from the preparation of the cleaned object to be joined, the joining, and the dispensing after the joining can be performed in parallel, thereby further increasing the throughput. Can be mass-produced. In addition, it is possible to join the objects to be transferred out in a very short time. As a result, productivity can be significantly increased, and the tact time of the entire joining process can be significantly reduced.
  • the carry-in and carry-out ports of the cleaning chamber are configured in the common port 36 so that they can be loaded and unloaded from the same direction, but as shown in FIG. If the stocking location 5 is different from the joining device section 41, for example, on the opposite side of the cleaning chamber 42, the loading port 43 and the loading port 44 of the cleaning chamber 42 should be connected. It can be provided separately, and a series of operations from loading to unloading can be continuously performed in one direction as shown in the figure. Furthermore, as an extension of the operation, a series of operations up to the connection can be set as a flow operation in the same direction.
  • the cleaning chamber is configured as a common cleaning chamber for both the chip and the substrate.
  • a cleaning chamber 52 for the chip 4 and a cleaning chamber 53 for the substrate 5 are separately provided for the part 51, and the chip 4 and the substrate 5 that have been cleaned by the cleaning chambers 52 and 53 are joined. It is also possible to perform joining in the atmosphere with the device section 51. With this configuration, it is possible to individually set the optimum cleaning conditions for each of the cleaning chambers 52 and 53, and the processing in both of the cleaning chambers 52 and 53 is performed substantially simultaneously. As a result, the quality of bonded products can be improved and mass production at even higher throughput becomes possible.
  • the chip tray and the substrate tray are washed so that the chip tray and the substrate tray can be carried into one washing chamber, and the chips and the substrate are washed with the same chamber. If the chips are supplied to the chip supply section 54 and the substrate supply section 55 and transported in parallel, and the chips and the substrate are supplied from these places to the joining place 56 in parallel, a high throughput can be obtained even though it is a single cleaning chamber. Can be achieved.
  • a transport tape 61 can be used for transporting the article to be joined. Objects to be bonded such as chips or substrates are arranged and held at a predetermined pitch in the longitudinal direction of the tape on the transport tape 61.
  • the transport tape 61 is supplied by being unwound from a roll.
  • the supplied transport tape 61 is intermittently fed at a predetermined feed amount in accordance with the processing in each section.
  • the transport tape 61 is first sent intermittently so as to pass through the cleaning chamber 62, and is sent to the joining portion 63 together with the object to be cleaned, and the joined body is transported after the joining. It can be transported together with the tape 61.
  • the transport tape 61 is sagged between the cleaning chamber 62 and the joining device section 63, and further, at a portion after the joining device section 63. 64 is provided, and by increasing or decreasing the amount of slack, a buffer function for absorbing a time difference between processes can be performed in that portion.
  • the transport tape portion located inside the cleaning chamber 62 is attached to the portion where the transport tape 61 is carried into and out of the cleaning chamber 62 with respect to the outside of the cleaning chamber 62.
  • a sealing means 65 for sealing is provided.
  • the structure of the sealing means 65 is not particularly limited, in this embodiment, the sealing means 65 is constituted by an elastically deformable sealing member (for example, a sealing member made of rubber).
  • the transport tape 61 is nipped in conjunction with each other, and at the time of the nip, both sides of the nip can be sealed to each other by its own elastic deformation.
  • the transfer into and out of the cleaning chamber 62 can be performed smoothly and easily without the operation of holding and releasing the article to be bonded, and the high throughput is achieved. Can be further promoted.
  • the transporting means includes a means for performing, in parallel, at least one transfer of the articles to be transferred into the cleaning chamber and a transfer for unloading from the cleaning chamber. It is preferable that the processing can be performed in parallel with the operation of supplying the article before carrying in and the operation of joining the article after cleaning.
  • Such parallel processing means can be configured as a mechanism having a rotary head 71 having a plurality of workpiece holding heads, as shown in FIG. 8, for example.
  • the mechanism provided with 7 1 includes a supply station A for supplying the workpiece before cleaning, a cleaning station B provided with a cleaning chamber 72, and a bonding station C for bonding the workpiece after cleaning.
  • a dispensing station D for the joined body after the joining.
  • a mouthpiece head 71 By providing such a mouthpiece head 71, it is possible to perform processing on the workpiece in each station substantially simultaneously in parallel, and mass production with high throughput is possible.
  • in order to improve the sealing performance in the cleaning chamber to shorten the time required to reach a predetermined vacuum degree, and to suppress fluctuations in vacuum caused by opening and closing the cleaning chamber after the arrival.
  • pre-decompression chambers 82a and 82b before and after the cleaning chamber 81.
  • the cleaning chamber 81 side can be opened and closed while each depressurized preparatory chamber is sealed, so that a decrease in the degree of vacuum in the cleaning chamber 81 is reduced.
  • the time required to increase the degree of vacuum to a predetermined degree for cleaning can be reduced. Therefore, mass production with higher throughput is possible.
  • the present invention provides a bonding apparatus capable of mass-producing objects to be bonded cleaned with energy waves at a high throughput.
  • a bonding apparatus capable of mass-producing objects to be bonded cleaned with energy waves at a high throughput.
  • the joining of the metal joints was completed.
  • Inert to the cleaned joint surface in at least one of the steps of transporting the workpiece, holding the workpiece for welding, and aligning the workpieces for welding during It is preferable to provide a means for locally supplying a gas or a non-oxidizing gas, that is, a means for purging the atmosphere on the joint surface with an inert gas or a non-oxidizing gas.
  • FIG. 10 shows a more specific system example of the entire bonding apparatus provided with such purging means in addition to the means for substantially simultaneously carrying in / out the cleaning chamber according to the present invention.
  • the tray 144 is taken out from the tray jungle 144 on which the tray 144 containing the chip 141 and the substrate 142 is stacked and washed. It is carried into Chiyamba 1 4 5.
  • a tray loader for tray take-out described later may be used, or another dedicated means may be used, and carry-in and carry-out of the cleaning chamber 144 are substantially performed. It is being done in parallel at the same time.
  • a special gas for plasma generation 144 for example, Ar gas
  • the chip 144 and the substrate 144 are joined under reduced pressure. The surface is plasma cleaned.
  • the tray 14 4 on which the cleaned chip 14 1 and the substrate 14 2 are placed is taken out of the cleaning chamber 15 by the tray opening 1 4 7, and purge gas consisting of non-oxidizing gas or special gas While the atmosphere on the tray 14 4 on which the chip 14 1 and the substrate 14 2 are placed is purged by 1 48, the wafer is transferred to the standby section 150 on the stage table 49.
  • the purging by the tray loader 147 is performed, for example, by supplying a non-oxidizing gas or a special gas through the porous plate 151.
  • the movable lid 155 In the standby section 150 on the stage table 149, the movable lid 155 while being purged by the purge gas 153, which is a non-oxidizing gas or a special gas blown from the purge nozzle 155, is used. By this, the upper part of the waiting tray 144 is covered and the purge gas 153 is confined. After the stand-by, the lid 154 is opened, and the substrate 144 is held by suction by the holding head 156 attached to the front end of the substrate transfer mechanism 155, and the held substrate 1 is held. 42 is transferred onto the bonding stage 15 7.
  • the purge gas 153 which is a non-oxidizing gas or a special gas blown from the purge nozzle 155
  • the purge nozzle 1 5 2 on Torei 1 4 3 when the c because purge gas 1 5 3 is purged of other chips or substrate is also covered with a purge gas, head 1 to the holding
  • a purge gas 1 58 consisting of a non-oxidizing gas or a special gas is blown into 56, the substrate 144 is sucked and held by suction, and when the suction is released when the substrate is transferred onto the bonding stage 157, The purge gas 158 is blown into the holding head 156 again, and the vacuum state in the head is broken.
  • the lid 154 is opened, and the tip 145 is held by suction by the holding head 160 attached to the tip of the tip reversing mechanism 159.
  • the held chip 14 1 After the held chip 14 1 is inverted, it is transferred onto the lower surface of the bonding tool 16 1. Also in this case, since the purge gas 153 is purged from the tray 143 by the purge nozzle 152, other chips and substrates are also covered with the purge gas. At this time, a purge gas 162 made of a non-oxidizing gas or a special gas is blown out into the holding head 160, and then the chip 141 is sucked and held by suction and transferred to the bonding tool 161.
  • Bok set Purge gas 1 consisting of a non-oxidizing gas or a special gas blown out from the purge nozzles 16 3 and 16 4 for both the bonding stage 1 57 on which the tool 16 1 and the substrate 14 2 are set While the atmosphere on the surface of the chip 141 and the atmosphere on the surface of the substrate 142 are purged at 65 and 166, they are aligned using the two-view recognition means 1667.
  • the two-view recognition means 1667 is evacuated, the bonding head 168 is lowered, and the chip held in the bonding tool 161 is connected to the bonder stage. It is joined to the substrate 144 held in 157 while applying pressure and, in some cases, heating.
  • the mounted product is taken out, for example, by the substrate transfer mechanism 15 5 and stored in the completed product tray 16 9.
  • the finished product tray 16 9 is stacked by the tray loader 1 4 7, for example. Dispensed to changer 144 ⁇ Thus, purging with a non-oxidizing gas or special gas at various points in a series of operation steps Applicable.
  • the bonding apparatus according to the present invention can be applied to any bonding between objects to be bonded having a metal bonding portion, and is particularly suitable for bonding when at least one of the objects to be bonded is a semiconductor.

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Abstract

洗浄チャンバと、該洗浄チャンバ内において減圧下で接合面にエネルギー波を照射する洗浄手段と、洗浄チャンバ内から取り出した被接合物の金属接合部同士を大気中で接合する接合手段と、少なくとも一方の被接合物に関して先行する被接合物と後続の被接合物とを、実質的に同時に、少なくとも洗浄チャンバ内への搬入方向および洗浄チャンバ内からの搬出方向に搬送する搬送手段とを有する接合装置。洗浄した被接合物を大気中に取り出して接合するに際し、特に洗浄チャンバ周りの被接合物の搬入や搬出、受け渡しを円滑にかつ短時間で行うことができ、高スループットで所定の接合製品を量産することができる。その結果、接合工程全体のタクトタイムの短縮と、接合工程に要するコストの低減が可能となる。

Description

明 糸田 技 術 分 野
本発明は、 チップやウェハ一、 各種回路基板等の、 基材の表面に金属接合部を 有する被接合物同士を接合する接合装置に関する。
背 景 技 術
接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、 特許第 2 7 9 1 4 2 9号 公報には、 シリ コン,ウェハーの接合面同士を接合するに際し、 接合に先立って室 温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射し てスパッタエッチングする、 シリ コンウェハ一の接合法が開示されている。 この 接合法では、 シリコンウェハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビー ムで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、 その表面同士が、 原子間の 高い結合力によって接合される。 したがって、 ごの方法では、 基本的に、 接合の ための加熱を不要化でき、 活性化された表面同士を単に接触させるだけで、 常温 またはそれに近い低温での接合が可能になる。
しかし、 この接合法では、 エッチングされた接合面同士の接合は、 真空中にて、 表面活性化の状態を維持したまま行われなければならない。 そのため、 上記ビ一 ムによる表面洗浄から接合に至るまで、 所定の真空状態に保たなければならず、 とくに接合のための機構の少なく とも一部を所定の真空度に保持可能なチヤンバ 内に構成しなければならないためシール機構が大がかりになり、 装置全体が大型 かつ高価なものになる。 また、 上記ビームによる表面洗浄と接合の工程を分ける ためにこれらを別の箇所で行おうとすると、 両箇所間にわたつて所定の真空状態 に保つことや、 該真空状態に保ったまま被接合物を洗浄箇所から接合箇所に搬送 する手段が必要になり、 現実的な装置設計が難しくなるとともに、 さらに装置全 体の大型化を招く。
上記のようなビーム照射によるスパッタエツチングにより表面洗浄して接合す る方法に関して、 最近、 上述したような接合面の表面活性化による接合に対する 利点を最大限確保しつつ、 被接合物の金属接合部同士の接合を大気中で行うこと の可能性が探究され始めた。 表面活性化後、 大気中での接合が可能になれば、 真 空中等で接合を行う場合に比べて、 接合工程、 装置を大幅に簡素化することが可 者 となる。
しかしながら、 洗浄チャンバ内で所定の真空度にて表面洗浄を行った後、 そこ から取り出して大気中で接合を行う場合で、 とくに、 大量にかつ連続的に生産を 行う場合には、 被接合物を洗浄チャンバ内へ搬入する時および洗浄チャンバ内か ら搬出する時に、 洗浄チャンバ内の真空度が低下するため、 再び洗浄のための所 定の真空度にするために時間を要し、 個々の被接合物に対してこのような時間が 繰り返し必要になると、 結局、 スループッ ト （一定時間内の処理量） が低下し、 高い生産性が得られないことになる。
発 明 の 開 示
そこで、 本発明の目的は、 最近検討され始めた上記のような表面活性化による 大気中での接合技術の利点に着目しつつ、 特に洗浄チヤンバ周りの被接合物の搬 入や搬出、 受け渡しの仕方を工夫することにより、 上記のような優れた接合技術 を用いて高スループッ 卜で接合製品を量産可能な接合装置を提供することにある。 上記目的を達成するために、 本発明に係る接合装置は、 基材の表面に金属接合 部を有する被接合物同士を接合する装置であって、 洗浄チャンバと、 該洗浄チヤ ンバ内において減圧下で前記金属接合部の接合面にエネルギー波を照射する洗浄 手段と、 前記洗浄チャンバ内から取り出した被接合物の金属接合部同士を大気中 で接合する接合手段と、 少なく とも一方の被接合物に関して先行する被接合物と 後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少なくとも前記洗浄チャ ンバ内への搬入 方向および洗浄チヤンバ内からの搬出方向に搬送する搬送手段とを有することを 特徵とするものからなる。
すなわち、 本発明においては、 被接合物を一つずつ搬送するか複数個ずつ搬送 するかにかかわらず、 先行する被接合物と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 つまり、 実質的に並行して、 洗浄チャンバ内へ搬入するとともに洗浄チヤンパ内 からの搬出できるようにしたものである。 これによつて、 洗浄チャンバ内への搬 入と洗浄チヤンバ内からの搬出をシリーズに行う場合に比べ、 少なく とも搬入 · 搬出に要する時間が短縮される。 その結果、 洗浄チャンバ内で洗浄され、 搬出さ れた被接合物をごく短時間のうちに接合できるようになるとともに、 一連の接合 動作に要する時間と重複させて後続の被接合物の洗浄チャンバ内への搬入および 洗浄に要する時間を消費できるようになり、 各種動作を並行して行うことができ るようになって、 とくに次々と洗浄処理を行い、 続いて順次接合を行って量産す る場合に、 高スループッ 卜で生産できるようになる。 望ましくは、 上記洗浄チヤ ンバ内への搬入および洗浄チャ ンバ内からの搬出に加え、 洗浄工程から接合工程 への受け渡し動作、 さらには接合動作まで、 同期させた形態あるいは同期させた のと同等の形態で行うことにより、 接合完了までの一連の動作を並行させて行う ことが可能になり、 一層高スループッ 卜で量産できるようになる。
この接合装置においては、 上記搬送手段としては、 種々の形態を採り得る。 た たえば、 上記搬送手段として、 被接合物を複数載置可能なトレイを備えた手段か ら構成し、 複数の被接合物の洗浄処理を一時に行えるようにすることが可能であ る。 ただし、 被接合物を一つずっトレイに載せて搬入、 搬出することも可能であ る。
洗浄チヤンバの上記トレイの搬入口と搬出口は共通口に構成されていてもよい し、 個別に構成されていてもよい。 共通口の場合には、 一方向から搬入と搬出を 行うことができる。 個別に構成されている場合には、 被接合物の搬入口と搬出口 を互いに反対側に設け、 ヮンゥヱイで搬送する構成とすることができる。
また、 搬送手段として、 テープ長手方向に配列された複数の被接合物を保持し、 所定の送り量で間欠的に送られる搬送テープを備えている構成も採用できる。 搬 送テープはたとえばロール状に卷かれており、 そこから卷き出されて洗浄チャ ン バ内を通過するよう、 連続的に繫がった状態で供給することができる。 この場合、 搬送テープの洗浄チヤンバへの搬入部および洗浄チヤンバからの搬出部には、 連 続的に繋がった搬送テープが存在することになるが、 洗浄チヤンバ内に位置する 搬送テープ部分を洗浄チャンバ外に対してシールするシール手段を設けておく こ とにより、 洗浄チャンバ内の所定の真空度への減圧も、 問題なく容易に行うこと が可能となる。 シール手段は、 たとえば、 弾性シール部材を有する接触部を搬送 テープに押し付けることにより洗浄チヤンバのテープ搬入部および搬出部を密閉 してシールでき、 テープ搬送時には、 この押し付けを解放し、 間欠的な送りを可 能とする手段に構成できる。 また、 洗浄チャンバと接合手段の間で、 上記搬送テープにたるみを与える構成 とすることもできる。 このようにすれば、 洗浄部での送り時間間隔と接合部の送 り時間間隔との間に差がある場合にも、 この差を上記たるみ部分で適切に吸収さ せることが可能になる。
また、 前記搬送手段として、 被接合物を一つずつ、 少なくとも洗浄チャンパ内 への搬入のための移載および洗浄チヤンバ内からの搬出のための移載を並行処理 する手段を備えたものに構成することもできる。 この並行処理する手段は、 たと えば、 複数の被接合 ,物保持へッ ドを有する口一タリーへッ ドを備えた手段に構成 できる。
また、 本発明に係る接合装置においては、 洗浄チャンバが、 両被接合物に共通 の洗浄チヤンバとして構成されている形態とすることもできるし、 洗浄チヤンバ が、 各被接合物に対し個別に設けられている形態とすることもできる。
また、 洗浄チャ ンバに関しては、 減圧予備室が付設されている構成とすること もできる。 たとえば、 被接合物の搬送方向に、 洗浄チャンバの前後に減圧予備室 が付設されていると、 洗浄チャンバ内における真空度に関して、 洗浄時の所定の 真空度と洗浄チヤ ンバ開放時の真空度低下時との間の変動を小さく抑えることが 可能になり、 一層高スループッ ト化することが可能になる。
エネルギー波を照射する洗浄手段としては、 取扱い易さ、 照射エネルギー波の 強度コントロールの容易性の面から、 プラズマ照射手段からなることが好ましく、 とくに、 A rガス雰囲気下でプラズマ照射する手段からなることが好ましい。 また、 接合手段は、 大気中での接合をより容易に行うために、 固相での金属間 の接合を促進させるために 1 8 0 °C以下好ましくは 1 5 0 °C未満に加熱する加熱 手段、 加圧手段、 超音波印加手段、 接合時に接合面をエネルギー波 （洗浄時のェ ネルギ一波とは異なるもの） により洗浄する接合時エネルギー波洗浄手段のいず れかを備えたもの、 あるいはこれらの任意の組み合わせを備えたものとすること が好ましい。
また、 本発明においては、 エネルギー波による洗浄後、 接合に至るまでの間に、 より確実に、 洗浄された接合面に酸化膜や有機物層、 コンタミ層等の異物層が極 力付着しないようにするために、 接合に至るまでの工程において接合面に対して A rや N 2 などの不活性ガスや非酸化性ガスにより雰囲気をパージすることもで きる。 このパージは、 局所的に行えばよい。 すなわち、 洗浄チャンバ内での洗浄 後金属接合部同士の接合までの間の、 被接合物搬送、 接合のための被接合物の保 持および接合のための被接合物同士の位置合わせ工程のうちの少なくとも一つの 工程で （望ましくは一連の工程のすべてにおいて） 、 洗浄された接合面に対し A rや N 2 などの不活性ガスや非酸化性ガスを局所的に供給する手段を備えている 構成とすることができる。
本発明における接合は、 とくに、 接合面がともに金からなる金属接合部同士を 接合する場合に好適であり、 金同士の接合の場合、 常温でも確実に接合できるよ うになる。 金属接合部を形成する電極等の全体を金で構成することもできるが、 表面だけを金で構成することもできる。 表面を金で構成するための形態はとくに 限定されず、 金めつきの形態や金薄膜をスパッタリ ングゃ蒸着等により形成した 形態を採用すればよい。 また、 とくに超音波接合を採用する場合には、 金/金接 合に限らず、 異種金属同士の接合、 たとえば、 金 Z銅、 金/アルミニウム等の接 合が可能になり、 しかもこれら異種金属同士の接合を常温で行うことも可能にな る
上記エネルギー波による洗浄では、 洗浄手段が、 接合面の全スパッタ表面で 1 . 6 n m以上エッチングエネルギー以上でエネルギー波を照射する手段からなるこ とが好ましい。 このようなエッチングエネルギ一以上でのエネルギ一波照射によ り、 金属接合部同士を大気中で接合するに必要な表面エッチングを行うことが可 能になる。
また、 接合手段は、 金属接合部同士の接合時の隙間のばらつきを最大 4 /^ m以 下にする手段からなることが好ましい。 隙間のばらつきが 4〃m以下であれば、 適切な接合荷重で、 金属接合部同士の接合のために必要な隙間のばらつき以下に 抑えることが可能となる。
また、 金属接合部同士の接合に際し、 表面同士が良好に密着できるように、 少 なく とも一方の金属接合部の表面硬度が H v (ピツカ一ス硬度） で 1 2 0以下、 さらに好ましくはァニーリングにより硬度を 1 0 0以下の下げたものがよい。 た とえば、 表面硬度 H vを 3 0 〜 7 0の範囲内 （たとえば、 平均 H vを 5 0 ) とす ることが好ましい。 このような低硬度としておく ことで、 接合荷重印加時に金属 接合部の表面が適当に変形し、 より密接な接合が可能となる。
本発明はまた、 前記のような接合装置により作製された接合体も提供する。 す なわち、 本発明に係る接合体は、 基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士 の接合体であって、 洗浄チヤンバと、 該洗浄チヤンパ内において減圧下で前記金 属接合部の接合面にエネルギー波を照射する洗浄手段と、 前記洗浄チヤンパ内か ら取り出した被接合物の金属接合部同士を大気中で接合する接合手段と、 少なく とも一方の被接合物こ関して先行する被接合物と後続の被接合物とを、 実質的に 同時に、 少なく とも前記洗浄チヤンバ内への搬入方向および洗浄チヤンバ内から の搬出方向に搬送する搬送手段とを有する接合装置によって作製されたことを特 徴とするものからなる。
上記接合体においては、 接合された被接合物の少なく とも一方が半導体からな る構成とすることができる。
上記のような本発明に係る接合装置においては、 所定の減圧下で被接合物の金 属接合部の接合面にエネルギー波が照射され、 表面がエッチングにより洗浄され 活性化された後、 大気中で接合が行われる。 エネルギー波洗浄により接合面の異 物層が十分に除去され、 その表面が十分に活性化された状態で接合が開始される ので、 大気中の接合でありながら、 常温接合まで可能となる。 接合時に加熱や加 圧、 さらには超音波印加を行えば、 また、 大気圧プラズマを照射して接合すれば、 一層容易に大気中接合を行うことができる。 大気中での接合が可能となるので、 接合のために犬がかりな真空装置やそのためのシール装置等が不要になり、 工程 全体、 装置全体として大幅に簡素化され、 コストダウンも可能となる。.
そして、 とくに本発明では、 少なくとも一方の被接合物に関して先行する被接 合物と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少なく とも洗浄チャンバ内への搬 入方向および洗浄チヤンバ内からの搬出方向に搬送する搬送手段を有しているの で、 とくに洗浄工程周りの各種動作を並行して行うことができるので、 連続的に 流れてくる被接合物に対して高スループッ 卜で接合製品を量産できるようになり、 生産性を大幅に高めることができるとともに、 接合工程全体のタク トタイムの大 幅な短縮が可能になる。 このように、 本発明に係る接合装置によれば、 エネルギー波により接合面を洗 浄した被接合物を大気中に取り出して接合するに際し、 特に洗浄チャンパ周りの 被接合物の搬入や搬出、 受け渡しを円滑にかつ短時間で行うことができるように なり、 高スループッ トで所定の接合製品を量産することが可能となる。 その結果、 接合工程全体のタク トタイムの短縮と、 接合工程に要するコストの低減が可能と なる。
図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明の 実施態様に係る接合装置の基本構成を示す概略構成図であ る
図 2は、 本発明における搬送手段の一例を示す接合装置の概略構成図である。 図 3は、 図 2の装置の概略平面図である。
図 4は、 本発明における搬送手段の別の例を示す接合装置の概略構成図である 図 5は、 本発明における搬送手段のさらに別の例を示す接合装置の概略構成図 である。
図 6は、 本発明における搬送手段のさらに別の例を示す接合装置の概略構成図 で る 0
図 7は、 本発明における搬送手段のさらに別の例を示す接合装置の概略構成図 でめる。
図 8は、 本発明における搬送手段のさらに別の例を示す接合装置の概略構成図 である。
図 9は、 本発明における洗浄チャンバ周りの構成の別の例を示す概略構成図で ある。
図 1 0は、 本発明の別の実施態様に係る接合装置の全体システム例を示す概略 構成図である。
〔符号の説明〕
1 接合装置
2、 3 金属接合部
2 a、 3 a 接合面
被接合物 （チップ） 5 被接合物 （基板）
6 真空ポンプ
7 洗浄チャ ンバ
8 プラズマ照射手段
9 プラズマ
1 0 特殊ガス供給ポンプ
1 1 接合装置部
1 2 待機部 ，
1 3 反転機構
1 4 反転機構のへッ ド部
1 5 ボンディ ングへッ ド
1 6 ボンディ ングツール
1 7 ボンディ ングステージ
1 8 加熱手段としてのヒ一タ
1 9 加圧手段
2 0 位置調整テ一プル
2 1 2視野の認識手段
2 2 超音波印加手段
2 3 接合時エネルギー波洗浄手段
2 4 非酸化性ガス供給手段
3 1 接合装置部
3 2 洗浄チヤンバ
3 3 . 3 4 卜レイ
3 5 搬送機構
3 6 共通口
3 7 接合体
4 1 接合装置部
4 2 洗浄チヤンバ . 4 3 搬入口 4 搬出口
5 1 接合装置部
5 2. 5 3 洗浄チヤンバ
5 チップ供給部
5 5 基板供給部
5 6 接合場所
6 1 搬送テープ
6 2 洗浄チヤ ン
6 3 接合装置部
6 たるみ
6 5 シール手段
7 1 口一タリ一ヘッ ド
7 2 洗浄チヤンバ
8 1 洗浄チヤ ンバ
8 2 a. 8 2 b 減圧予備室 1 4 1 チップ
1 4 2 基板
1 4 3 トレイ （ワーク 卜レイ） 1 トレイチェンジャ一 1 4 5 洗浄チヤンバ
1 6 特殊ガス
1 7 トレィローダー
1 8 パージガス
1 4 9 ステージテーブル 1 5 0 待機部
1 5 1 多孔質板
1 5 2 パージノズル
1 5 3 パージガス
1 5 4 蓋 1 5 5 基板移載機構
1 5 6 保持へッ ド
1 5 7 ボンディ ングステージ
1 5 8 パージガス
1 5 9 チップ反転機構
1 6 0 保持へッ ド
1 6 1 ボンディ ングツール
1 6 2 パージガ
1 6 3、 1 6 4 パージノズル
1 6 5 . 1 6 6 パージガス
1 6 7 2視野の認識手段
1 6 8 ボンディ ングへッ ド
1 6 9 完成品ト レイ
A 供給ステーショ ン
B 洗浄ステ一ション
C 接合ステーショ ン
D 払出しステーショ ン
発明 を実施す る た め の最良の形態
以下に、 本発明の望ましい実施の形態を、 図面を参照しながら説明する。
図 1は、 本発明の一実施態様に係る接合装置 1の基本形態を示しており、 本発 明における搬送手段以外の部分を示している。 基材の表面に金属接合部 2または 3を有する被接合物 4または 5は、 まず、 真空ポンプ 6により減圧され所定の真 空度にされた洗浄チヤンバ 7内で、 エネルギー波による洗浄手段としてのプラズ マ照射手段 8から照射されたプラズマ 9によつて金属接合部 2、 3の接合面がェ ツチングにより洗浄される （洗浄工程） 。 本実施態様では、 ポンプ 1 0によりチ ャンバ 7内に A rガスを供給できるようになっており、 A rガス雰囲気下でかつ 所定の減圧下にてプラズマ照射できるようになつている。 洗浄された被接合物 4、 5は、 洗浄チャンバ 7内から取り出され、 接合工程 （接合装置部 1 1 ) にて、 金 属接合部 2、 3同士が大気中で接合される。 なお、 上記被接合物 4は、 たとえばチップからなり、 被接合物 5は、 例えば基 板からなる。 ただし、 ここでチップとは、 たとえば、 I Cチップ、 半導体チップ、 光素子、 表面実装部品、 ウェハ一など種類や大きさに関係なく基板と接合される 側の全ての形態のものを指す。 また、 基板とは、 たとえば、 樹脂基板、 ガラス基 板、 フィルム基板、 チップ、 ウェハーなど種類や大きさに関係なくチップと接合 される側の全ての形態のものを指す。 本発明における代表的な態様として、 接合 される被接合物の少なく とも一方が半導体からなる態様を挙げることができる。 接合装置部 1 1では、 たとえば、 所定の待機部 1 2に、 上記洗浄された被接合 物 4、 5が大気中を搬送された後載置される。 被接合物 4は、 反転機構 1 3のへ ッ ド部 1 4に、 洗浄面に触れないように、 吸着等により保持され、 上下反転され た後、 ボンディ ングへッ ド 1 5の下部に設けられたボンディ ングツール 1 6に、 金属接合部 2が下方に向けられた形態で吸着等によって保持される。 被接合物 5 は、 待機部 1 2から移載され、 たとえば、 ボンディ ングステージ 1 7上に、 金属 接合部 3が上方に向けられた形態で吸着等によって保持される。 被接合物 4用の 移載機構と被接合物 5用の移載機構とを共通化することも可能であるが、 それぞ れ別個に設けてもよい。 別個に設ける場合には、 被接合物 4用の移載機構には、 上記の如く反転機構 1 3が設けられる。 本実施態様では、 ボンディ ングツール 1 6に加熱手段としてのヒータ 1 8が内蔵されており、 大気中にて、 常温下での接 合、 加熱下での接合のいずれも可能となっている。
ボンディ ングへッ ド 1 5は、 加圧手段 1 9により、 ボンディ ングツール 1 6を 介して被接合物 4を下方に押圧できるようになつており、 被接合物 5に対して、 所定の接合荷重を印加、 コントロールできるようになつている。 本実施態様では、 ボンディ ングへッ ド 1 5は、 上下方向 （Z方向） に移動および位置決めできるよ うになっている。
また、 上記被接合物 5を保持しているボンディ ングステージ 1 7は、 本実施態 様では、 下部に設けられている位置調整テーブル 2 0による、 X、 Y方向の水平 方向位置制御、 Z方向の上下方向位置制御および 0方向の回転方向位置制御によ り、 被接合物 4との間の相対位置合わせおよび平行度調整を行うことができるよ うになつている。 この相対位置合わせおよび平行度調整は、 被接合物 4、 5間に 進退可能に揷入される認識手段、 たとえば 2視野の認識手段 2 1 (たとえば、 2 視野カメラ） により、 被接合物 4、 5あるいはそれらの保持手段に付された認識 マーク （図示略） を読み取り、 読み取り情報に基づいて位置や角度の必要な修正 を行うことにより、 実施される。 2視野の認識手段 2 1は、 X、 Y方向、 場合に よっては Z方向への位置調整が可能となっている。 この相対位置合わせおよび平 行度調整は、 本実施態様では主としてボンディ ングステージ 1 7側で行われるが、 ボンディ ングへッ ド 1 5またはボンディ ングツール 1 6側で行うようにすること も可能であり、 両側 ?行うことも可能である。
上記実施態様では、 接合時に、 加熱手段としてのヒータ 1 8による加熱および 加圧手段 1 9による加圧のいずれか又は両方を適用できる構成となっているが、 加熱、 加圧の他にも、 2点鎖線で示すように、 ボンディ ングへッ ド 1 5またはポ ンディ ングツール 1 6に超音波印加手段 2 2を設けて超音波印加を利用してある いは併用して、 接合を行うこともできる。 また、 洗浄された接合面に異物層が多 かれ少なかれ付着していた場合に、 それを接合直前に除去するために、 局所的に エネルギー波 （たとえば、 大気圧プラズマ) を照射する接合時エネルギー波照射 手段 2 3を設けることもできる。 図 1に示した例では、 接合時エネルギー波洗浄 手段 2 3は首振り型として例示されているが、 間隙が狭められた被接合物 4、 5 の接合面に対して同時洗浄可能な構成、 あるいは被接合物 4、 5の保持部自身を 接合時エネルギー波照射源とする構成等も採用可能である。 さらに、 この接合時 エネルギー波照射手段 2 3に加え、 接合に至るまでの間に、 洗浄された接合面に 異物層が付着するのを極力抑えるために、 被接合物搬送、 接合のための被接合物 の保持およぴ接合のための被接合物同士の位置合わせ工程のうちの少なく とも一 つの工程で、 洗浄された接合面に対し非酸化性ガスを局所的に供給し、 接合面に 接しようとする大気雰囲気を極力パージ可 な非酸化性ガス供給手段 2 4を設け ることも きる。
次に、 本発明における、 少なく とも一方の被接合物に関して先行する被接合物 と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少なく とも洗浄チャンバ内への搬入方 向および洗浄チヤンバ内からの搬出方向に搬送する搬送手段について説明する。 この搬送手段としては、 次のように各種の形態を探り得る。 図 2〜図 8に各種形 態の基本構成を示す。 なお、 図 2〜図 8において、 接合部を洗浄チャンバと明確 に区別するために、 接合部をあたかもチヤンバで囲ったように図示する場合もあ るが、 大気中での接合であるから、 接合部については基本的にチャンバ構成を採 る必要はない。
図 2および図 3は、 本発明における搬送手段の一実施例を示している。 本実施 例においては、 接合装置部 3 1 (従来のいわゆるボンダ一と同等のもの） に本発 明に係る洗浄チャンバ 3 2が隣接させて設けられ、 接合装置部 3 1中に洗浄前の 被接合物 4としてのチップと被接合物 5としての基板がストックされている。 本 実施例では、 チップ 4および基板 5は、 それぞれ専用のトレィ 3 3、 3 4上に載 置されており、 各トレイ 3 3、 3 4を洗浄チャ ンバ 3 2内に搬入することにより、 チップ 4、 基板 5が洗浄チャンバ 3 2内に搬入され、 洗浄チャンバ 3 2内で前述 の如きエネルギー波による洗浄処理が施される。 このとき、 各トレイ 3 3、 3 4 上には、 それぞれ、 一つずつチップ 4、 基板 5を載置することもでき、 それぞれ.、 複数のチップ 4、 基板 5を載置することもできる。 また、 トレイを共通のトレイ とし、 一つのトレイにチップ 4および基板 5の両方を、 一つずつあるいは複数載 置することもできる。 トレイの搬入、 搬出動作は、 ロボッ トアームやスライ ド機 構等を備えた適当な搬送機構 3 5を介して行えばよい。 また、 チップトレイ、 基 板トレイを個別に洗浄する場合、 その順番は任意に必要なときに行えばよく、 ま た両トレイを同時に洗浄することもできる。
接合面が洗浄されたチップ 4および基板 5は、 洗浄チヤ ンバ 3 2からトレィご と搬出され、 図 1に示した待機部 1 2で待機される。 本実施例では、 洗浄チャ ン ノ 3 2の上記トレイの搬入口および搬出口が共通口 3 6に構成されているので、 この共通口 3 6を開閉して、 搬入と搬出の両方を行うことができる。 共通口 3 6 であるから、 一方向から搬入された被接合物は、 洗浄後、 その方向から搬出され ることになる。 また、 共通口 3 6開時に搬入と搬出の両方を実質的に同時に行う ことができるので、 量産における一連の動作に要する時間をト一タル的に低減で き、 高スループッ 卜での量産が可能となる。
待機部 1 2で待機された後、 チップ 4は反転されてボンディ ングツール 1 6に 移載されて保持され、 基板 5はそのままの姿勢でステージ 1 7に移載されて保持 される。 両者の位置合わせが行われた後、 接合面が表面活性化されているチップ と基板 5が大気中で接合される。 接合されたチップ 4と基板 5の接合体 3 7 (完成品） は、 一旦トレィ上に搬出され、 そのトレィを前述の搬送機構 3 5を介 して、 あるいは別のロボッ トアーム等の専用の搬送機構 （図示略） を介して、 接 合体 3 7またはトレイが払出し場所へと取り出される。
このように洗浄チヤンバ 3 2を備えた接合装置において、 少なく とも一方の被 接合物に関して先行する被接合物と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少な くとも洗浄チヤ ンバ, 3 2内への搬入方向および洗浄チヤンバ 3 2内からの搬出方 向に搬送できるので、 とくに洗浄工程周りの各種動作を並行して行うことができ るので、 これらの動作に要する トータル的な時間を大幅に短縮でき、 連続的に流 れてくる大量の被接合物に対して高スループッ トで接合製品を量産できるように なる。 とくに本実施例では、 洗浄された被接合物の接合準備、 接合、 接合後の払 出しまでの一連の動作に関しても、 並行して行うことが可能であり、 一層、 高ス ル一プッ トでの量産が可能である。 また、 搬出された被接合物をごく短時間のう ちに接合できるようになる。 その結果、 生産性を大幅に高めることができるとと もに、 接合工程全体のタク トタイムの大幅な短縮が可能になる。
上記実施例においては、 洗浄チャンバの搬入口および搬出口を共通口 3 6に構 成し同じ方向から搬入、 搬出できるようにしたが、 図 4に示すように、 洗浄前の 被接合物 4、 5のストック場所が接合装置部 4 1とは異なる場所、 たとえば、 洗 浄チャ ンバ 4 2に対して反対側に位置する場合には、 洗浄チャンバ 4 2の搬入口 4 3と搬出口 4 4を個別に設け、 図示のように搬入から搬出までの一連の動作を 一方向に連続的に行わせることもできる。 さらには、 その動作の延長として、 接 合までの一連の動作についても同じ方向への流れ動作として設定することができ る。 このように同じ方向、 あるいは一連の流れ方向の搬送とすることにより、 洗 浄チャ ンバ 4 2が付加される場合にあっても、 短時間の効率のよい洗浄処理を達 成しながら、 円滑な搬送動作を達成することができ、 大気中接合に関して、 高ス ループッ 卜での量産が可能となる。
また、 図 2、 図 4に示した実施例では、 洗浄チャンバをチップと基板の両方に 対して共通の洗浄チャンバに構成したが、 たとえば図 5に示すように、 接合装置 部 5 1に対し、 チップ 4用の洗浄チヤンバ 5 2と基板 5用の洗浄チヤンバ 5 3と を別に設け、 各洗浄チャ ンバ 5 2、 5 3で洗浄処理されたチップ 4と基板 5を、 接合装置部 5 1で大気中接合することもできる。 このように構成すれば、 各洗浄 チャンバ 5 2、 5 3でそれぞれ最適な洗浄条件を個別に設定することが可能にな るとともに、 両洗浄チャンバ 5 2、 5 3における処理を実質的に同時進行させる ことができ、 接合製品の品質向上とともに一層の高スループッ 卜での量産が可能 となる。
また、 図 6に示すように、 チップトレイ 3 3と基板トレイ 3 4を一つの洗浄チ ャンバ 3 2内に搬入できるようにしてチップと基板を同一チヤンバで洗浄し、 両 トレイを取り出して途中でチップ供給部 5 4と基板供給部 5 5とに振り分けて搬 送し、 それらの場所から並行してチップと基板を接合場所 5 6へと供給すれば、 一つの洗浄チヤンバでありながら高スループッ トを達成することができる。 また、 本発明においては、 被接合物の搬送に、 図 7に示すように、 搬送テープ 6 1を使用することも可能である。 この搬送テープ 6 1には、 テープ長手方向に 所定のピッチでチップまたは基板等の被接合物が配列されて保持されており、 た とえばロール状に巻かれたものから卷き出されて供給され、 供給されてきた搬送 テープ 6 1は各部での処理に応じて所定の送り量にて間欠的に送られる。 図示例 では、 搬送テープ 6 1は、 まず洗浄チャンバ 6 2を通過するように間欠的に送ら れ、 洗浄処理された被接合物とともに接合部 6 3に送られ、 さらに接合後にも接 合体が搬送テープ 6 1 とともに搬送されることが可能となっている。 各処理工程 に要する時間に差がある場合を考慮して、 洗浄チヤンバ 6 2と接合装置部 6 3 と の間、 さらには接合装置部 6 3の後の部分にて、 搬送テープ 6 1にたるみ 6 4が 与えられ、 たるみ量の増減により、 その部分で工程間の時間差を吸収するための バッファ機能を果たすことができるようになっている。
また、 搬送テープ 6 1の洗浄チャンバ 6 2への搬入部および洗浄チャ ンバ 6 2 からの搬出部には、 洗浄チャンバ 6 2内に位置する搬送テープ部分を洗浄チャ ン バ 6 2外に対してシールするシール手段 6 5が設けられている。 シ一ル手段 6 5 の構造は特に限定しないが、 本実施例では、 弾性変形可能なシール部材 （たとえ ば、 ゴムからなるシール部材） に構成されており、 洗浄チャ ンバ 6 2の閉動作と 連動させて搬送テープ 6 1をニップし、 ニップ時に自身の弾性変形によりニップ 部両側を互いにシールできるようになっている。
このような搬送テープ 6 1を用いた搬送では、 被接合物の保持、 解放動作を伴 うことなく、 洗浄チャンバ 6 2内への搬入、 搬出を円滑にかつ容易に行うことが でき、 高スループッ ト化を一層促進することが可能になる。
また、 本発明に係る搬送手段は、 被接合物を一つずつ、 少なくとも洗浄チャン バ内への搬入のための移載および洗浄チヤンバ内からの搬出のための移載を並行 処理する手段まで含 た手段として構成でき、 望ましくは、 搬入前の被接合物の 供給動作および洗浄後の被接合物の接合動作まで並行処理可能な構成とすること が好ましい。 このような並行処理する手段は、 たとえば図 8に示すように、 複数 の被接合物保持へッ ドを有するロータリーへッ ド 7 1を備えた機構に構成できる c この口一タリ一へッ ド 7 1を備えた機構は、 洗浄前の被接合物が供給される供給 ステーショ ン Aと、 洗浄チヤンバ 7 2を備えた洗浄ステーション Bと、 洗浄後の 被接合物を接合する接合ステ一ション Cを有しており、 さらに、 接合後の接合体 の払出しステーショ ン Dを設けることも可能である。 このような口一タリーへッ ド 7 1を備えることにより、 各ステ一ションでの被接合物に対する処理を実質的 に同時に並行して行うことが可能になり、 高スループッ 卜での量産が可能となる さらに、 本発明においては、 洗浄チャンバでのシール性能を向上するとともに、 所定の真空度への到達時間を短縮し、 かつ、 到達後の洗浄チャンバ開閉による真 空度の変動を小さく抑えるために、 たとえば図 9に示すように、 洗浄チャンバ 8 1の前後に、 減圧予備室 8 2 a、 8 2 bを設けることが好ましい。 図 2、 3に示 したような一方向から出し入れする場合には、 一つの減圧予備室を設ければ足り る。 このような減圧予備室 8 2 a、 8 2 bを設ければ、 各減圧予備室を密閉した 状態でその洗浄チャンバ 8 1側を開閉できるので、 洗浄チャンバ 8 1内の真空度 の低下を小さく抑えることができ、 また、 洗浄のために所定の真空度まで上げる 時間を短縮することができる。 したがって、 一層高スル一プッ 卜での量産が可能 となる。
このように、 本発明は、 エネルギー波で洗浄された被接合物同士を高スループ ッ 卜で量産できるようにした接合装置を提供するものであるが、 この接合装置に おいては、 前述したように、 接合前に洗浄された接合面に酸化膜や有機物層が形 成されるのを極力防止するために、 洗浄チャンバ内での洗浄後金属接合部同士の 接合までの間の、 被接合物搬送、 接合のための被接合物の保持および接合のため の被接合物同士の位置合わせ工程のうちの少なく とも一つの工程で、 洗浄された 接合面に対し不活性ガスまたは非酸化性ガスを局所的に供給する手段、 つまり接 合面上の雰囲気を不活性ガスまたは非酸化性ガスでパージする手段を備えている ことが好ましい。 本発明に係る洗浄チャンバへの実質的同時搬入 ·搬出手段に加 え、 このようなパージ手段を備えた接合装置全体の、 より具体的なシステム例を 図 1 0に示す。
図 1 0においては、 たとえばチップ 1 4 1と基板 1 4 2の入ったトレィ （ヮ一 ク ドレイ） 1 4 3が段積みされたトレイチユンジャー 1 4 4からトレィ 1 4 3が 取り出され、 洗浄チヤンバ 1 4 5内に搬入される。 この取り出し、 搬入には、 後 述のトレイ取り出し用のトレイローダ一を使用してもよく、 別の専用手段を用い てもよく、 洗浄チヤ ンバ 1 4 5に対して搬入と搬出が実質的に同時に並行して行 われるようになっている。 洗浄チヤンバ 1 4 5内は、 たとえば真空引きされた後、 プラズマ発生用特殊ガス 1 4 6 (たとえば、 A rガス） に置換され、 減圧下でチ ップ 1 4 1と基板 1 4 2の接合面がプラズマ洗浄される。 洗浄されたチップ 1 4 1と基板 1 4 2を載せたトレィ 1 4 3が、 トレイ口一ダ一 1 4 7によって洗浄チ ヤンバ 1 5内から搬出され、 非酸化性ガス又は特殊ガスからなるパージガス 1 4 8でチップ 1 4 1 と基板 1 4 2を載せたトレイ 1 4 3上の雰囲気がパージされ ながら、 ステージテーブル 4 9上の待機部 1 5 0に搬送される。 トレイローダ一 1 4 7での上記パージは、 たとえば多孔質板 1 5 1を介して非酸化性ガス又は特 殊ガスを供給することにより行われる。
ステージテーブル 1 4 9上の待機部 1 5 0では、 パージノズル 1 5 2から吹き 出された非酸化性ガス又は特殊ガスからなるパージガス 1 5 3でパージされなが ら、 移動可能な蓋 1 5 4により待機中のトレィ 1 4 3上が覆われてパージガス 1 5 3が閉じ込められる。 待機後、 蓋 1 5 4が開けられ、 基板移載機構 1 5 5の先 端部に取り付けられた保持へッ ド 1 5 6によって、 基板 1 4 2が吸着により保持 され、 保持された基板 1 4 2はボンディ ングステージ 1 5 7上に移載される。 そ の場合においても、 トレィ 1 4 3上にはパージノズル 1 5 2により、 パージガス 1 5 3がパージされているので他のチップや基板上もパージガスで覆われている c このとき、 保持へッ ド 1 5 6内に非酸化性ガス又は特殊ガスからなるパージガス 1 5 8が吹き出されてから吸引により基板 1 4 2が吸着保持され、 ボンディ ング ステージ 1 5 7上に移載する際の吸着解除時には、 再び保持へッ ド 1 5 6内にパ —ジガス 1 5 8が吹き出されてへッ ド内の真空状態が破壊される。 また、 チップ 1 1側についても、 蓋 1 5 4が開けられ、 チップ反転機構 1 5 9の先端部に取 り付けられた保持へク ド 1 6 0によって、 チップ 1 4 1が吸着により保持され、 保持されたチップ 1 4 1は反転された後、 ボンディ ングツール 1 6 1の下面上に 移載される。 その場合においても、 トレィ 1 4 3上にはパージノズル 1 5 2によ り、 パージガス 1 5 3がパージされているので他のチップや基板上もパージガス で覆われている。 このとき、 保持へッ ド 1 6 0内に非酸化性ガス又は特殊ガスか らなるパージガス 1 6 2が吹き出されてから吸引によりチップ 1 4 1が吸着保持 され、 ボンディ ングツール 1 6 1に移載する際の吸着解除時には、 再び保持へッ ド 1 6 0内にパージガス 1 6 2が吹き出されてへッ ド内の真空状態が破壌される c チップ 1 4 1がセッ 卜されたボンディ ングツール 1 6 1と基板 1 4 2がセッ ト されたボンディ ングステージ 1 5 7の双方に対し、 それぞれ、 パージノズル 1 6 3、 1 6 4から吹き出された非酸化性ガス又は特殊ガスからなるパージガス 1 6 5、 1 6 6でチップ 1 4 1表面上の雰囲気および基板 1 4 2表面上の雰囲気がパ ージされながら、 2視野の認識手段 1 6 7を用いてァライメントされる。 ァライ メント後、 2視野の認識手段 1 6 7が退避され、 ボンディ ングへッ ド 1 6 8が下 降され、 ボンディ ングッ一ル 1 6 1に保持されているチップ 1 4 1力 ボンディ ンダステ一ジ 1 5 7に保持されている基板 1 4 2に、 加圧、 場合によっては加熱 を併用しながら、 接合される。 チップ 1 4 1が基板 1 4 2上に実装された後、 そ の実装完成品が、 たとえば基板移載機構 1 5 5によって取り出され、 完成品トレ ィ 1 6 9内に収納される。 完成品トレイ 1 6 9内が順次取り出されてきた完成品 で満杯になると、 その完成品トレイ 1 6 9がたとえばトレイローダ一 1 4 7によ り、 完成品トレイ 1 6 9を段積みする トレイチヱンジャー 1 4 4に払い出される < このように、 一連の動作工程の各所に非酸化性ガス又は特殊ガスによるパージを 適用できる。
産 業 上 の 利 用 可 能 性
本発明に係る接合装置は、 金属接合部を有する被接合物同士のあらゆる接合に 適用でき、 とくに少なくとも一方の被接合物が半導体である場合の接合に好適で ある。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、 洗 浄チヤ ンバと、 該洗浄チャンバ内において減圧下で前記金属接合部の接合面にェ ネルギ一波を照射する洗浄手段と、 前記洗浄チャンバ内から取り出した被接合物 の金属接合部同士を大気中で接合する接合手段と、 少なく とも一方の被接合物に 関して先行する被接合物と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少なく とも前 記洗浄チヤ ンバ内への搬入方向および洗浄チヤンバ内からの搬出方向に搬送する 搬送手段とを有することを特徴とする接合装置。
2 . 前記搬送手段が、 被接合物を複数載置可能なトレイを備えている、 請求項 1 の接合装置。
3 . 前記洗浄チヤンバの前記トレイの搬入口と搬出口が共通口に構成されている、 請求項 2の接合装置。
4 . 前記洗浄チヤンバの前記トレイの搬入口と搬出口が個別に構成されている、 請求項 2の接合装置。
5 . 前記搬送手段が、 テープ長手方向に配列された複数の被接合物を保持し、 所 定の送り量で間欠的に送られる搬送テープを備えている、 請求項 1の接合装置。
6 . 前記搬送テープの前記洗浄チヤンバへの搬入部および洗浄チヤンバからの搬 出部に、 洗浄チヤ ンバ内に位置する搬送テープ部分を洗浄チヤンバ外に対してシ —ルするシール手段が設けられている、 請求項 5の接合装置。
7 . 前記洗浄チャ ンバと前記接合手段の間で、 前記搬送テープにたるみが与えら れている、 請求項 5の接合装置。
8 . 前記搬送手段が、 被接合物を一つずつ、 少なく とも前記洗浄チャンバ内への 搬入のための移載およぴ洗净チャンバ内からの搬出のための移載を並行処理する 手段を有する、 請求項 1の接合装置。
9 . 前記並行処理する手段が、 複数の被接合物保持へッ ドを有するロータリ一へ ッ ドを備えている、 請求項 8の接合装置。
1 0 . 前記洗浄チャンバが、 両被接合物に共通の洗浄チャンバとして構成されて いる、 請求項 1の接合装置。
1 1 . 前記洗浄チャンバが、 各被接合物に対し個別に設けられている、 請求項 1 の接合装置。
1 2 . 前記洗浄チャンバに、 減圧予備室が付設されている、 請求項 1の接合装置 < 1 3 . 前記洗浄手段がプラズマ照射手段からなる、 請求項 1の接合装置。
1 . 前記洗浄手段が A rプラズマ照射手段からなる、 請求項 1 3の接合装置。
1 5 . 前記接合手段が加熱手段を備えている、 請求項 1の接合装置。
1 6 . 前記接合手段が加圧手段を備えている、 請求項 1の接合装置。
1 7 . 前記接合手段が超音波印加手段を備えている、 請求項 1の接合装置。 1 8 . 前記接合手段が、 接合時に接合面をエネルギー波により洗浄する接合時ェ ネルギ一波洗浄手段を備えている、 請求項 1の接合装置。
1 9 . さらに、 前記洗浄チャンバ内での洗浄後金属接合部同士の接合までの間の- 被接合物搬送、 接合のための被接合物の保持および接合のための被接合物同士の 位置合わせ工程のうちの少なく とも一つの工程で、 洗浄された接合面に対し不活 性ガスまたは非酸化性ガスを局所的に供給する手段を備えている、 請求項 1の接
2 0 . 接合される両金属接合部の接合面がともに金からなる、 請求項 1の接合装
2 1 . 前記洗浄手段；^、 前記接合面の全スパッタ表面で 1 . 6 n mのエッチング ェネルギ一以上でエネルギー波を照射する手段からなる、 請求項 1の接合装置。
2 2 . 前記接合手段が、 金属接合部同士の接合時の隙間のばらつきを最大 4 μ τα 以下にする手段からなる、 請求項 1の接合装置。
2 3 . 少なくとも一方の金属接合部の表面硬度が Η Vで 1 2 0以下とされている- 請求項 1の接合装置。
2 4 . 基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士の接合体であって、 洗浄チ ャンバと、 該洗浄チヤンバ内において減圧下で前記金属接合部の接合面にエネル ギ一波を照射する洗浄手段と、 前記洗浄チヤ ンバ内から取り出した被接合物の金 属接合部同士を大気中で接合する接合手段と、 少なく とも一方の被接合物に関し て先行する被接合物と後続の被接合物とを、 実質的に同時に、 少なく とも前記洗 浄チヤ ンバ内への搬入方向および洗浄チヤ ンバ内からの搬出方向に搬送する搬送 手段とを有する接合装置によつて作製されたことを特徴とする接合体。
2 5 . 前記接合された被接合物の少なく とも一方が半導体からなる、 請求項 2 4 の接合体。
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