WO2005004225A1 - 接合方法及び接合装置 - Google Patents

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heating
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Tsuyoshi Aruga
Junichi Hagihara
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance

Definitions

  • the present invention relates to a bonding method and a bonding apparatus, and more particularly, to a bonding method and a bonding apparatus in a semiconductor device assembling process.
  • a wiring structure such as Cu exposed on the surface of a semiconductor wafer, a chip, a wiring board, or the like, or a mounting structure in which external connection electrodes are directly bonded to each other. are also used (e.g., JP 2001- 53218, 2001 International conference on Electronics Packaging Proceedings 39- 4 5 to 1 Nri.
  • the present invention has been made in view of vigorous circumstances, and a bonding technique capable of realizing a highly reliable bonding structure by eliminating the influence of an oxide film or the like at a bonding portion. It is intended to provide.
  • the present invention provides a joining technique capable of improving reliability and yield in an assembling process of a semiconductor device or the like in which wiring structures of objects to be joined are directly joined.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention is a bonding method for pressing and bonding a first workpiece and a second workpiece, wherein the first workpiece and the second workpiece are sandwiched.
  • both joining surfaces are used. After performing processing such as removal and cleaning of the oxide film and further application of a surface active agent, bonding by clamping pressure can be performed. Thus, in a clean state in which the oxide film and the like have been removed, the bonding surfaces can be adhered and bonded. For this reason, bonding failures such as poor electrical bonding and insufficient bonding strength due to the interposition of the oxide film are reliably prevented, and highly reliable bonding can be realized.
  • the first step is performed in a state where the first object and the second object are held by the first holding member and the second holding member. Detecting an image of the joining surface of the object and an image of the joining surface of the second object, respectively, and positioning the first object and the second object based on the images; Contains.
  • the first object and the second object are housed. Forming a processing space to be treated and introducing the processing liquid into the processing space
  • the second step includes a step of removing an oxide film on the two bonding surfaces with a chemical solution, and a step of cleaning the two bonding surfaces with a cleaning liquid.
  • the third step includes a heating step of heating the first holding member and the second holding member to promote joining of the joining surfaces.
  • the heating step includes a step of heating at a first temperature immediately after the bonding surfaces are brought into close contact with each other, and a step of heating at a second temperature higher than the first temperature. I have.
  • a wiring structure such as a wiring conductor or a connection electrode is exposed on each of the bonding surfaces, and when the bonding surfaces are brought into close contact with each other, the wiring structures are separated from each other. Are brought into close contact with each other.
  • the wiring structure is made of Cu.
  • at least a part of each of the bonding surfaces is made of Cu.
  • the first object to be bonded is any one of a semiconductor wafer, an interposer, a semiconductor chip, a package, and a printed wiring board used in high-density packaging technology
  • the second object to be bonded is One of semiconductor wafers, interposers, semiconductor chips, packages, and printed wiring boards used for density packaging technology.
  • the first article and the second article are held so that the joining surface of the first article and the joining face of the second article face each other.
  • a processing chamber forming a storage space in which the first workpiece and the second workpiece respectively held by the first holding member and the second holding member are stored, and a processing liquid for the processing chamber
  • a processing liquid discharging mechanism for discharging the processing liquid from the processing chamber.
  • the apparatus further includes a positioning mechanism that performs a relative positioning operation of the first workpiece and the second workpiece held by the first holding member and the second holding member.
  • the apparatus further includes a first head unit supporting the first holding member, and a second head unit supporting the second holding member, wherein the processing chamber includes the first head unit.
  • Support A first chamber wall that is held so as to surround the first holding member; and a position that surrounds the second workpiece supported by the second holding member and held by the second holding member.
  • a second sealing member for sealing.
  • the treatment liquid supply mechanism and the treatment liquid discharge mechanism cooperate with each other to supply a treatment liquid as a treatment liquid to remove an oxide film on the bonding surface;
  • the operation of supplying the cleaning liquid to clean the bonding surface can be sequentially performed.
  • the first head portion further includes the first article to be joined, which is disposed so as to be in contact with the back side of the first holding member, and which is held by the first holding member.
  • a first heating mechanism for heating, and a first heater driving mechanism for performing an abutting operation and a separating operation of the first heating mechanism on the back surface of the first holding member, are provided
  • the second head unit includes: Further, a second heating mechanism that is disposed so as to be in contact with the back side of the second holding member and that heats the second workpiece held by the second holding member, and a second heating mechanism A second heater drive mechanism for performing an abutting operation and a separating operation on the back surface of the second holding member.
  • the first heating mechanism is capable of heating the first holding member by contacting the first holding member in a state where the first heating member is heated to a predetermined first temperature in advance, and further thereafter.
  • the first holding member can be heated at a second temperature higher than the first temperature, and the second heating mechanism contacts the second holding member in a state where the second holding member is heated to a predetermined first temperature in advance.
  • the second holding member can be heated by being in contact with the second holding member, and thereafter, the second holding member can be heated at a second temperature higher than the first temperature.
  • the first holding member is provided with a suction holding member for detachably suction holding the first workpiece
  • the second holding member is provided with the second holding member.
  • An adsorption holding member for detachably adsorbing and holding the workpiece is provided.
  • the positioning mechanism includes a first camera that captures an image of the second workpiece held by the second holding member, and a first camera that holds the image of the second workpiece held by the first holding member.
  • Suffered A second camera that captures an image of the joined object, and the first and second head units are relatively moved based on position recognition based on the image, so that the two The alignment of the joining surface is performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a bonding apparatus that performs a bonding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the joining device in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the joining device in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the joining device in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the joining device in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the joining device in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the entire configuration of a joining system including a joining device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the joining system of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view showing an example of an object to be joined provided to a joining apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a bonding apparatus that performs a bonding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2, 3, 4, 5, and 6 are diagrams of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of the operation of the joining device of FIG. 7
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the entire configuration of a joining system including the joining device of the present embodiment
  • FIG. FIG. 9 is a flowchart for explaining an example of the operation of the system
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of an object to be joined.
  • the joining system includes a joining mechanism 30, a load / unload section 10, and a transport mechanism 20 located between the two.
  • the bonding mechanism 30 includes a bonding device 40, an upper alignment mechanism 50, a processing liquid supply mechanism 60a for supplying a processing liquid and the like to the bonding device 40, and a processing liquid and the like.
  • the load / unload unit 10 includes a wafer supply cassette 11 for holding a carrier (not shown) for accommodating a semiconductor wafer 100, which is an example of a first workpiece, from the outside, and a second workpiece carrier.
  • An interposer supply cassette 12 in which a carrier (not shown) for accommodating an interposer 200, which is an example of a bonded article, is supplied from the outside and held, and the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 that are integrally bonded are paid out as a finished product.
  • a payout cassette 13 is provided.
  • the transport mechanism section 20 includes a transport path 21 laid along the arrangement direction of the wafer supply cassette 11, the interposer supply cassette 12, and the dispensing cassette 13 in the load / unload section 10, and travels thereover.
  • Arm robot 22 is provided.
  • the arm robot 22 is provided with a holding arm 23 that can turn between a posture facing the load / unload unit 10 side and a posture facing the joining mechanism unit 30 side.
  • the holding arm 23 takes out and holds the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 before bonding from the wafer supply cassette 11 and the interposer supply cassette 12, respectively, and sets them in the bonding apparatus 40. Further, the holding arm 23 takes out the joined finished product from the joining device 40 and stores it in the dispensing cassette 13.
  • the joining device 40 of the present embodiment has a parallel movement in a horizontal plane (the XY plane in FIG. 7) and a vertical direction (the vertical (Z) direction in FIG. 1).
  • the lower head 41 is connected to a positioning mechanism 41P that can perform positioning in the head, and the positioning mechanism 42P that is supported by the lower head 41 and performs rotational positioning in the XY plane (direction ⁇ in Fig. 7).
  • a lower part which has a ceiling-like cylindrical shape and is supported by the rotary table 42, and whose ceiling surface constitutes the suction surface 43a on which the first workpiece such as the semiconductor wafer 100 is placed.
  • a chuck 43 and a lower heater 44 disposed inside the lower chuck 43 are provided.
  • the positioning mechanism 41P supports the lower head 41 and positions the vertical position of the lower head 41 in a cylindrical portion 41z.
  • An X stage 41x that positions lz in the X direction, and a Y stage 41y that supports the X stage 41x and positions the X stage 41x in the Y direction are configured by a force.
  • the heating temperature of the lower heater 44 can be arbitrarily controlled by, for example, controlling the amount of electricity.
  • the lower heater 44 is supported by the rotary table 42 via a heater elevating mechanism 44a, and is separated from the heating position which is in close contact with the back side of the ceiling constituting the suction surface 43a of the lower chuck 43 from the ceiling. It is possible to be displaced between the non-heating positions.
  • a ventilation hole 43b is opened on the side surface of the lower chuck 43.
  • the temperature of the lower chuck 43 can be controlled by flowing air for cooling / heating or the like into the lower chuck 43 from the ventilation hole 43b as necessary.
  • a plurality of vacuum suction holes 49a are opened in the suction surface 43a of the lower chuck 43, corresponding to the mounting area of the semiconductor wafer 100 as the first workpiece.
  • the semiconductor wafer 100 delivered from the arm robot 22 is detachably held on the suction surface 43a by vacuum suction through the vacuum suction hole 49a.
  • an upper head 45 that can move up and down in the Z direction (vertical direction) is provided so as to face the lower chuck 43.
  • the upper head 45 supports a bottomed cylindrical upper chuck 46 via a pressurizing mechanism 45a that generates a thrust in the Z direction.
  • the bottom surface 1S of the upper chuck 46 constitutes a suction surface 46a which faces in parallel with the suction surface 43a of the lower chuck 43.
  • the suction surface 46a of the upper chuck 46 has a plurality of vacuum suction holes 49a corresponding to the holding area of the interposer 200 as the second object. By the vacuum suction through the vacuum suction hole 49a, the interposer 200 delivered from the arm robot 22 is detachably held on the suction surface 46a.
  • the upper chuck 46 and the lower chuck 43 facing each other press and join the semiconductor wafer 100 and the interposer 200, which are the objects to be joined, by the Z-direction thrust generated by the pressurizing mechanism 45a. .
  • An upper heater 47 is provided inside the upper chuck 46.
  • the heating temperature of the upper heater 47 can be arbitrarily controlled by, for example, controlling the amount of electricity.
  • the upper heater 47 is supported by an upper head 45 via a heater elevating mechanism 47a, and is separated from a heating position that is in close contact with the upper surface side of the bottom surface that constitutes the suction surface 46a of the upper chuck 46, from the bottom surface. It can be displaced between adjacent non-heating positions.
  • the upper head 45 is provided with a vent hole 45b communicating with the inside of the upper chuck 46.
  • the temperature of the upper chuck 46 can be controlled by flowing cooling / heating air or the like from the ventilation hole 45b as necessary.
  • the upper head 45 has an upper chamber wall 48a projecting therefrom so as to surround the upper chuck 46 that holds the interposer 200 by suction.
  • the lower chuck 43 is provided with a lower chamber wall 48b corresponding to the upper chamber wall 48a so as to surround the holding area of the semiconductor wafer 100.
  • the processing chamber 48 is formed by the close contact between the upper chamber wall 48a and the lower chamber wall 48b.
  • the opening of the lower chamber wall 48b is provided with a sealing member such as an O-ring over the entire circumference.
  • a seal member 48d such as an O-ring for airtightly sealing a gap between the upper chuck 46 and the upper chamber wall 48a is mounted on an outer peripheral portion of the upper chuck 46. Further, outside the lower chamber wall 48b, there is provided an overflow prevention wall 48e for collecting a processing solution described later overflowing beyond the lower chamber wall 48b.
  • a processing liquid supply path 45f is opened inside the upper chamber wall 48a of the upper chuck 45, and the processing liquid supply path 45f is connected to a processing liquid supply mechanism 60a described later. As a result, a chemical solution and a cleaning solution can be introduced into the processing chamber 48 from the processing solution supply mechanism 60.
  • a processing liquid discharge path 48f is opened inside the lower chamber wall 48b of the lower chuck 43, and the processing liquid discharge path 48f is connected to a processing liquid recovery mechanism 60b described later. ing.
  • a chemical solution, a cleaning liquid, and the like introduced from the processing liquid supply mechanism 60a into the processing chamber 48 can be discharged to the processing liquid recovery mechanism 60b after the processing.
  • the treatment liquid supply mechanism 60a includes, for example, a chemical supply 61 that supplies a chemical 61a such as hydrochloric acid, a cleaning liquid supply 62 that supplies a cleaning liquid 62a such as pure water, and a surface such as PGME (propyleneglycol monomethyl ether). And a surface treatment liquid supply section 63 for supplying the treatment liquid 63a.
  • the processing liquid recovery mechanism 60b includes a recovery unit 64 for recovering each waste liquid after processing from the processing channel 48.
  • the chemical supply section 61 supplies the chemical 61a via a valve 61b.
  • the cleaning liquid supply section 62 supplies the cleaning liquid 62a via a valve 62b.
  • the surface treatment liquid supply section 63 supplies the surface treatment liquid 63a via a valve 63b.
  • the recovery section 64 recovers the waste liquid via the valve 64a.
  • the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 are detachably suction-held.
  • the vacuum suction hole 49a there is a possibility that a chemical solution or the like is sucked out from the vacuum suction hole 49a. Therefore, instead of a vacuum pump having a complicated structure, an ejector 49 having a simple structure and relatively easily realizing chemical resistance is connected to the vacuum suction hole 49a.
  • a lower alignment comprising a lower camera having an imaging unit 51a facing upward, which captures an image of the interposer 200 held by the upper chuck 46 and detects its position information.
  • a mechanism 51 is provided on the side surface of the lower chuck 43.
  • the upper alignment mechanism 50 is arranged at a position higher than the height of the lower chuck 43.
  • the upper alignment mechanism 50 includes a camera having an imaging unit 50a facing downward, which captures an image of the semiconductor wafer 100 held by the lower chuck 43 and detects its position information.
  • the semiconductor wafer 100 is held in a silicon substrate 101, a wiring pattern 102 formed on the surface of the silicon substrate 101, and a through hole 104 penetrating the silicon substrate 101, and one end is connected to the wiring pattern 102. And a plurality of connection electrodes 103 whose other ends are exposed on the back surface of the silicon substrate 101.
  • the connection electrode 103 is made of a conductor such as Cu.
  • the interposer 200 includes an insulating substrate 201, a wiring pattern 202 formed on the surface of the insulating substrate 201, and an insulating substrate 201, one end of which is connected to the wiring pattern 202, and the other end of which is connected to the insulating substrate 201.
  • Connection electrode 203 made of a conductor such as Cu exposed on the back surface of are doing.
  • An adhesive 204 is applied as necessary to the back surface of the connection substrate 201 where the connection electrodes 203 are exposed. This adhesive 204 may be omitted.
  • connection electrode 103 exposed on the back surface of the semiconductor wafer 100 and the connection electrode 203 exposed on the back surface of the interposer 200 are aligned and brought into close contact with each other. Connected to.
  • the lower chuck 43 (the lower head 41) and the upper chuck 46 (the upper head 45) are separated.
  • the upper chuck 46 is drawn into the upper chamber wall 48a.
  • the lower heater 44 and the upper heater 47 are located at positions separated from the suction surface 43a and the suction surface 46a, respectively, and are preheated to a predetermined first temperature T1 (eg, 120 ° C.).
  • the force of the semiconductor wafer 100 and the force of the interposer 200 are set on the suction surface 43a of the lower chuck 43 and the suction surface 46a of the upper chuck 46 by the arm robot 22, and are suction-held (step 301).
  • the positions of the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 (specifically, for example, those alignment marks formed in advance) set on the lower chuck 43 and the upper chuck 46 respectively are aligned with the upper alignment.
  • the mechanism 50 and the lower alignment mechanism 51 (step 302), the horizontal (X-Y) direction and rotational ( ⁇ ) direction positional deviations are detected.
  • the lower head 41 and the rotary table 42 are appropriately moved with respect to the upper head 45 so as to cancel these misalignments, and positioning is performed (step 303).
  • the individual connection electrodes 103 on the semiconductor wafer 100 side and the corresponding individual connection electrodes 203 on the interposer 200 side are positioned so as to be accurately overlapped in the vertical direction (FIG. 2).
  • Step 304 a chemical solution 61a such as hydrochloric acid is first introduced into the inside from the chemical solution supply unit 61 (step 305) ( Figure 3).
  • a chemical solution 61a such as hydrochloric acid is first introduced into the inside from the chemical solution supply unit 61 (step 305) ( Figure 3).
  • the oxide film is removed from the surface of each connection electrode 103 on the semiconductor wafer 100 side and the corresponding connection electrode 203 on the interposer 200 side by the chemical 6 la.
  • step 306 the chemical solution 61a inside the processing chamber 48 is discharged, and the cleaning liquid 62a is introduced from the cleaning liquid supply unit 62, and cleaning for removing the chemical solution 61a and the like is performed (step 306) (Fig. 4).
  • a surface treatment liquid 63a such as PGME is introduced from the surface treatment liquid supply unit 63, and the surface of the joint is subjected to surface treatment such as oxidation prevention (step 307).
  • the upper chuck 46 is lowered by the pressurizing mechanism 45a, and the lower chuck 46 is moved downward.
  • the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 are pressed between the chuck 43 and the interposer 200 at a pressure of, for example, 3.48 kgZmm 2 (step 309) (FIG. 5).
  • the lower heater 44 is raised to abut against the back surface of the ceiling constituting the suction surface 43a of the lower chuck 43, and the upper heater 47 is lowered to lower the bottom surface of the suction surface 46a of the upper chuck 46. It is brought into contact with the upper surface.
  • first temperature T1 for example, 120 ° C.
  • first temperature T1 for example, 120 ° C.
  • the second temperature T2 (> T1: for example, 150 ° C.), which is higher than the heating temperature by the upper heater 47 and the lower heater 44, is raised. Thereby, the adhesive 204 is hardened and its adhesive strength is exhibited (step 311).
  • step 312 upper heater 47 and lower heater 44 are separated from upper chuck 46 and lower chuck 43, respectively (step 312). Further, the vacuum suction of the suction surface 46a is released, and the upper chuck 46 is lifted, drawn into the upper chamber wall 48a and separated from the lower chuck 43. That is, the lower head 41 and the upper head 45 are separated. As a result, the processing chamber 48 is opened (step 313).
  • the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 joined together are taken out by the holding arm 23 of the arm robot 22 and carried out to the payout cassette 13 (step). 314).
  • each connection electrode 103 on the semiconductor wafer 100 side is directly bonded to a corresponding individual connection electrode 203 on the interposer 200 side.
  • removal of the oxide film on the surfaces of the connection electrodes 103 and 203, cleaning, and application of an antioxidant as necessary are performed in the bonding apparatus. Therefore, direct connection between the connection electrode 103 and the connection electrode 203 with high reliability and high bonding strength without an oxide film or the like can be achieved.
  • the lower heater 44 and the upper heater 47 are heated to 120 ° C. in advance, and are brought into contact with the upper chuck 46 and the lower chuck 43, whereby the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 are rapidly heated. Therefore, it is possible to prevent oxidation of the connection electrodes 103 and 203 after the removal of the oxide film.
  • the present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment.
  • the case where a semiconductor wafer and an interposer are joined as an object to be joined has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and joining between semiconductor wafers, joining between interposers, and further, Bonding of semiconductor wafer and semiconductor chip, bonding of interposer and semiconductor chip, bonding of interposer and package, bonding of semiconductor wafer and package, bonding of semiconductor wafer and printed wiring board, bonding of interposer and printed wiring board, semiconductor chip It can be applied to the joining process between all the component parts in the assembly process of the semiconductor device, such as the joining of the semiconductor chip and the package, the joining of the semiconductor chip and the printed wiring board.
  • the lower chamber wall 48b and the upper chamber wall 48a that constitute the processing chamber 48 are provided integrally with the lower chuck 43 and the upper head 45, respectively.
  • the processing chamber may be configured to be movable independently of the bonding apparatus. For example, at the time of cleaning immediately before bonding, the components constituting the processing chamber are inserted and clamped between the lower chuck 43 and the upper chuck 46, and the semiconductor wafer 100 and the interposer 200 held by the lower chuck 43 and the upper chuck 46 are separated.
  • the department The structure may be housed in a processing chamber formed of a material.
  • hydrochloric acid As the chemical solution, hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like can be used.
  • an oxide film removing solution may be used.
  • Any material such as A (isopropyl alcohol), cyclohexane, and toluene, can be used depending on the material of the wiring pattern and the adhesive.

Abstract

　本発明は、第１被接合物と第２被接合物とを挟圧して接合する接合方法に関する。本発明の接合方法は、前記第１被接合物と前記第２被接合物とを、前記第１被接合物の接合面と前記第２被接合物の接合面とが対向するように、それぞれ第１保持部材および第２保持部材に保持させる第１工程と、前記第１被接合物と前記第２被接合物とが前記第１保持部材および前記第２保持部材に保持された状態で、前記第１被接合物の前記接合面および前記第２被接合物の前記接合面を処理液にて処理する第２工程と、前記第１保持部材および前記第２保持部材により前記第１被接合物および前記第２被接合物を挟圧して、前記接合面同士を密着させて接合する第３工程と、を備えている。

Description

明 細 書
接合方法及び接合装置
技術分野
[0001] 本発明は、接合方法および接合装置に関し、特に、半導体装置の組み立て工程 おける接合方法および接合装置に関する。
背景技術
[0002] たとえば、携帯電話、携帯情報端末、高性能サーバなどの電子機器の普及にとも ない、それらに使われる半導体装置には、さらなる高機能化、高速化、小型化が要求 されている。ところで、 1個の半導体装置で高機能化及び高速化を実現しょうとすると 、大規模なチップ開発が必要になり、開発の長期化やコスト増を招く。このため、機能 の異なる複数のチップや受動素子等が 1つのパッケージ内に収容されるシステムイン パッケージ (SiP)等の実装構造が提案されてレ、る。
[0003] このような小型で高密度の実装構造では、チップ間の接続やチップとインターポー ザ等の配線基板との接続をボンディングワイヤで行ったのでは、配線密度を大きくで きない、インダクタンスが大きくなる、スイッチングによる高周波ノイズが大きくなる、等 の問題がある。また、ボンディングワイヤの代わりに半田バンプが用いられる接合では 、バンプの寸法だけ高さ寸法が高くなるとともにバンプ形成のために余分な工程が必 要となる他、接合部の信頼性も低い。
[0004] このため、ボンディングワイヤや半田バンプを用いる代わりに、半導体ウェハ、チッ プ、配線基板等の表面に露出する Cu等の配線構造や外部接続電極が相互に直接 的に接合される実装構造も用いられている（例えば、特開 2001— 53218、 2001 International conference on Electronics Packaging 予稿集 39— 4 5へ1 ~ンリ。
[0005] し力、しながら、上述のようにシリコンチップの配線構造とインターポーザの配線構造 とを接続する場合、または、シリコンチップの配線構造同士を接合する場合、個々の チップ等の製造完了から接合工程開始までの間に接合部分に酸化膜等が形成され るために、信頼性の高い接合を行うことが難しいという問題があった。
発明の要旨 [0006] 本発明は力かる事情に鑑みてなされたものであって、接合部分における酸化膜等 の影響を排除して、信頼性の高レ、接合構造を実現することが可能な接合技術を提供 することを目的とする。
[0007] また、本発明は、接合されるべき対象物の配線構造同士が直接的に接合される半 導体装置等の組み立て工程において、信頼性や歩留りの向上を実現することが可能 な接合技術を提供することを目的とする。
[0008] 上記課題を解決するため、本発明は、第 1被接合物と第 2被接合物とを挟圧して接 合する接合方法であって、前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とを、前記第 1被接 合物の接合面と前記第 2被接合物の接合面とが対向するように、それぞれ第 1保持 部材および第 2保持部材に保持させる第 1工程と、前記第 1被接合物と前記第 2被接 合物とが前記第 1保持部材および前記第 2保持部材に保持された状態で、前記第 1 被接合物の前記接合面および前記第 2被接合物の前記接合面を処理液にて処理 する第 2工程と、前記第 1保持部材および前記第 2保持部材により前記第 1被接合物 および前記第 2被接合物を挟圧して、前記接合面同士を密着させて接合する第 3ェ 程と、を備えたことを特徴とする接合方法である。
[0009] 本発明によれば、第 1被接合物と第 2被接合物とを接合する時に、当該接合工程を 実施する場所で、すなわち、当該接合工程を実施する装置において、両接合面にお ける酸化膜の除去および洗浄、さらには、表面活性剤の塗布等の処理を施してから 、挟圧による接合を行うことができる。これにより、酸化膜等が除去された清浄な状態 において、接合面が密着されて接合され得る。このため、酸化膜の介在による電気的 接合不良や接合強度の不足等の接合不良が確実に防止され、信頼性の高い接合 が実現され得る。
[0010] 好ましくは、前記第 1工程は、前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とが前記第 1 保持部材および前記第 2保持部材に保持された状態で、前記第 1被接合物の前記 接合面の画像および前記第 2被接合物の前記接合面の画像をそれぞれ検出して、 当該画像に基づいて前記第 1被接合物と前記第 2被接合物との位置決めを行う工程 を含んでいる。
[0011] また、好ましくは、前記第 2工程は、前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とが収容 される処理空間を形成して、当該処理空間に前記処理液を導入する工程
を含んでいる。
[0012] また、好ましくは、前記第 2工程は、前記 2つの接合面の酸化膜を薬液にて除去す る工程と、前記 2つの接合面を洗浄液にて洗浄する工程と、を含んでいる。
[0013] また、好ましくは、前記第 3工程は、前記第 1保持部材および前記第 2保持部材を 加熱して、前記接合面同士の接合を促進する加熱工程を含んでレ、る。
[0014] また、好ましくは、前記加熱工程は、前記接合面同士を密着させた直後に第 1温度 で加熱する工程と、第 1温度よりも高い第 2温度で加熱する工程と、を含んでいる。
[0015] また、好ましくは、前記接合面の各々には、配線用導体や接続電極等の配線構造 が露出して形成されており、前記接合面同士が密着される時には、前記配線構造同 士が密着されるようになっている。この場合、好ましくは、前記配線構造は、 Cuからな る。あるいは、好ましくは、前記接合面の各々は、少なくとも一部が Cuからなる。
[0016] 例えば、前記第 1被接合物は、高密度実装技術に用いられる半導体ウェハ、インタ 一ポーザ、半導体チップ、パッケージ、プリント配線基板のいずれかであり、前記第 2 被接合物は、高密度実装技術に用いられる半導体ウェハ、インターポーザ、半導体 チップ、パッケージ、プリント配線基板のいずれかである。
[0017] また、本発明は、第 1被接合物と第 2被接合物とを、第 1被接合物の接合面と第 2被 接合物の接合面とが対向するように、それぞれ保持する第 1保持部材および第 2保 持部材と、前記第 1保持部材および前記第 2保持部材を相対的に接近させることで、 前記接合面同士を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、前記第 1保持部材 および前記第 2保持部材にそれぞれ保持された前記第 1被接合物および前記第 2被 接合物が収容される収容空間を構成する処理チャンバと、前記処理チャンバに対す る処理液の供給を行う処理液供給機構と、前記処理チャンバからの処理液の排出を 行う処理液排出機構と、を備えたことを特徴とする接合装置である。
[0018] 好ましくは、前記第 1保持部材および前記第 2保持部材に保持された第 1被接合物 および第 2被接合物の相対的な位置決め動作を行う位置決め機構を更に備える。
[0019] また、好ましくは、前記第 1保持部材を支持する第 1ヘッド部と、前記第 2保持部材 を支持する第 2ヘッド部と、を更に備え、前記処理チャンバは、前記第 1ヘッド部に支 持され、前記第 1保持部材を取り囲むように配置された第 1チャンバ壁と、前記第 2保 持部材に支持され、前記第 2保持部材に保持された前記第 2被接合物を取り囲む位 置に配置された第 2チャンバ壁と、前記第 1チャンバ壁及び前記第 2チャンバ壁の接 続部を封止する第 1封止部材と、前記第 1保持部材と前記第 1チャンバ壁との間隙を 封止する第 2封止部材と、を有している。
[0020] また、好ましくは、前記処理液供給機構と前記処理液排出機構とは、互いに協働し て、処置液として薬液を供給して前記接合面の酸化膜を除去する動作と、処置液とし て洗浄液を供給して前記接合面を洗浄する動作と、を順次実行できるようになつてい る。
[0021] また、好ましくは、前記第 1ヘッド部には、さらに、前記第 1保持部材の背面側に当 接可能に配置され、当該第 1保持部材に保持された前記第 1被接合物を加熱する第 1加熱機構と、前記第 1加熱機構の前記第 1保持部材の背面に対する当接動作及び 離間動作を行わせる第 1ヒータ駆動機構と、が設けられ、前記第 2ヘッド部には、さら に、前記第 2保持部材の背面側に当接可能に配置され、当該第 2保持部材に保持さ れた前記第 2被接合物を加熱する第 2加熱機構と、前記第 2加熱機構の前記第 2保 持部材の背面に対する当接動作及び離間動作を行わせる第 2ヒータ駆動機構と、が 設けられている。
[0022] また、好ましくは、前記第 1加熱機構は、予め所定の第 1温度に加熱された状態で 前記第 1保持部材に当接して当該第 1保持部材を加熱可能であり、さらにその後に、 前記第 1温度よりも高い第 2温度で当該第 1保持部材を加熱可能であり、前記第 2加 熱機構は、予め所定の第 1温度に加熱された状態で前記第 2保持部材に当接して当 該第 2保持部材を加熱可能であり、さらにその後に、前記第 1温度よりも高い第 2温度 で当該第 2保持部材を加熱可能である。
[0023] また、好ましくは、前記第 1保持部材には、前記第 1被接合物を着脱自在に吸着保 持するための吸着保持部材が設けられ、前記第 2保持部材には、前記第 2被接合物 を着脱自在に吸着保持するための吸着保持部材が設けられている。
[0024] また、好ましくは、前記位置決め機構は、前記第 2保持部材に保持される前記第 2 被接合物の画像を撮影する第 1カメラと、前記第 1保持部材に保持される前記第 1被 接合物の画像を撮影する第 2カメラと、を有しており、前記画像に基づく位置認識に 基づいて前記第 1ヘッド部及び前記第 2ヘッド部を相対的に移動させることで、前記 2つの接合面の位置合わせを行うようになっている。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]は、本発明の一実施の形態である接合方法を実施する接合装置の構成の一例 を示す断面図である。
[図 2]は、図 1の接合装置の作用の一例を示す断面図である。
[図 3]は、図 1の接合装置の作用の一例を示す断面図である。
[図 4]は、図 1の接合装置の作用の一例を示す断面図である。
[図 5]は、図 1の接合装置の作用の一例を示す断面図である。
[図 6]は、図 1の接合装置の作用の一例を示す断面図である。
[図 7]は、本発明の一実施の形態である接合装置を含む接合システムの全体構成の 一例を示す略平面図である。
[図 8]は、図 7の接合システムの作用の一例を示すフローチャートである。
[図 9]は、本発明の一実施の形態である接合装置に供される接合対象物の一例を示 す略断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図 1は、本発明の一実施の形態である接合方法を実施する接合装置の構成の一 例を示す断面図であり、図 2、図 3、図 4、図 5および図 6は、図 1の接合装置の作用 の一例を説明するための断面図、図 7は、本実施の形態の接合装置を含む接合シス テムの全体構成の一例を示す略平面図、図 8は、図 7の接合システムの作用の一例 を説明するためのフローチャート、図 9は、接合対象物の一例を示す略断面図である
[0027] 本実施の形態では、一例として、インターポーザと半導体ウェハとの接合が説明さ れる。
[0028] 図 7に示されるように、本実施の形態の接合システムは、接合機構部 30と、ロード · アンロード部 10と、両者の間に位置する搬送機構部 20と、を備えている。 [0029] 接合機構部 30は、その中央部に配置された接合装置 40と、上側ァライメント機構 5 0と、接合装置 40に処理液等を供給する処理液供給機構 60aと、当該処理液等を回 収する（排出する）処理液回収機構 60bと、を備えている。
[0030] ロード 'アンロード部 10には、第 1被接合物の一例である半導体ウェハ 100を収納 するキャリア (不図示）が外部から供給されて保持されるウェハ供給カセット 11と、第 2 被接合物の一例であるインターポーザ 200を収納するキャリア（不図示）が外部から 供給されて保持されるインターポーザ供給カセット 12と、一体に接合された半導体ゥ ヱハ 100およびインターポーザ 200が完成品として払いだされる払い出しカセット 13 と、が設けられている。
[0031] 搬送機構部 20には、ロード'アンロード部 10におけるウェハ供給カセット 11、インタ 一ポーザ供給カセット 12、払い出しカセット 13の配列方向に沿って敷設された搬送 路 21と、その上を走行するアームロボット 22と、が設けられている。アームロボット 22 には、ロード 'アンロード部 10側を向いた姿勢と接合機構部 30側を向いた姿勢との 間で旋回可能な保持アーム 23が設けられている。
[0032] 保持アーム 23は、ウェハ供給カセット 11およびインターポーザ供給カセット 12から 、それぞれ、接合前の半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200を取り出して保持 し、接合装置 40にセットするようになっている。更に、保持アーム 23は、接合された 完成品を接合装置 40から取り出して、払い出しカセット 13に収納するようになってい る。
[0033] 一方、図 1に示されるように、本実施の形態の接合装置 40は、水平面（図 7の X— Y 平面）内における平行移動と鉛直方向（図 1の上下 (Z)方向）における位置決めとを 行うことが可能な位置決め機構 41Pに接続された下部ヘッド 41と、下部ヘッド 41に 支持され X— Y平面内における回転位置決め（図 7の Θ方向）を行う位置決め機構 42 Pに接続された回転テーブル 42と、有天井の筒状で、回転テーブル 42に支持されて おり、天井面が半導体ウェハ 100等の第 1被接合物が載置される吸着面 43aを構成 している下部チャック 43と、下部チャック 43の内部に配置された下部ヒータ 44と、を 備えている。位置決め機構 41Pは、下部ヘッド 41を支持すると共に下部ヘッド 41の 鉛直方向位置を位置決めする円筒部 41zと、円筒部 41zを支持すると共に円筒部 4 lzを X方向に位置決めする Xステージ 41xと、当該 Xステージ 41xを支持すると共に 当該 Xステージ 41xを Y方向に位置決めする Yステージ 41yと、力 構成されている。 下部ヒータ 44は、たとえば通電量の制御等により、発熱温度が任意に制御可能であ る。また、下部ヒータ 44は、ヒータ昇降機構 44aを介して回転テーブル 42に支持され ており、下部チャック 43の吸着面 43aを構成する天井部の裏面側に密着する加熱位 置と当該天井部から離間する非加熱位置との間で変位することが可能となっている。
[0034] 下部チャック 43の側面には、通気孔 43bが開口している。必要に応じて当該通気 孔 43bから冷却/加熱用の空気等を下部チャック 43内に流通させることで、下部チ ャック 43の温度制御が可能になっている。
[0035] 下部チャック 43の吸着面 43aには、第 1被接合物である半導体ウェハ 100の載置 領域に対応して、複数の真空吸着穴 49a (図 9参照）が開口している。真空吸着穴 49 aを介しての真空吸着によって、アームロボット 22から受け渡される半導体ウェハ 100 は、着脱自在に吸着面 43a上に保持されるようになってレ、る。
[0036] 一方、下部チャック 43の上方には、 Z方向（鉛直方向）に昇降可能な上部ヘッド 45 が対向して設けられている。上部ヘッド 45には、 Z方向の推力を発生する与圧機構 4 5aを介して、有底筒状の上部チャック 46が支持されている。上部チャック 46の底面 1S 下部チャック 43の吸着面 43aと平行に対向する吸着面 46aを構成している。
[0037] 上部チャック 46の吸着面 46aには、第 2被接合物であるインターポーザ 200の保持 領域に対応して、複数の真空吸着穴 49aが開口している。真空吸着穴 49aを介して の真空吸着によって、アームロボット 22から受け渡されるインターポーザ 200は、着 脱自在に吸着面 46a上に保持されるようになってレ、る。
[0038] 互いに対向する上部チャック 46及び下部チャック 43は、与圧機構 45aが発生する Z方向の推力によって、被接合物である半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200 を挟圧して接合するようになっている。
[0039] 上部チャック 46の内部には、上部ヒータ 47が設けられている。上部ヒータ 47は、た とえば通電量の制御等により、発熱温度が任意に制御可能である。また、上部ヒータ 47は、ヒータ昇降機構 47aを介して上部ヘッド 45に支持されており、上部チャック 46 の吸着面 46aを構成する底面部の上面側に密着する加熱位置と当該底面部から離 間する非加熱位置との間で変位することが可能になっている。
[0040] 上部ヘッド 45には、上部チャック 46の内部に連通する通気孔 45bが形成されてい る。必要に応じて当該通気孔 45bから冷却/加熱用の空気等を流通させることで、 上部チャック 46の温度制御が可能になっている。
[0041] 上部ヘッド 45には、インターポーザ 200を吸着保持する上部チャック 46を取り囲む ように上部チャンバ壁 48aが突設されている。下部チャック 43には、半導体ウェハ 10 0の保持領域を取り囲むように、上部チャンバ壁 48aと対応する下部チャンバ壁 48b が突設されている。そして、上部チャンバ壁 48aと下部チャンバ壁 48bとが密着するこ とで、処理チャンバ 48が形成されるようになっている。
[0042] 下部チャンバ壁 48bの開口部には、その全周にわたって、 Oリング等のシール部材
48cが配置されている。これにより、下部チャンバ壁 48bが上部チャンバ壁 48aと密 着する際、気密が保持される。また、上部チャック 46の外周部には、当該上部チヤッ ク 46と上部チャンバ壁 48aとの間隙を気密に封止する Oリング等のシール部材 48d が装着されている。さらに、下部チャンバ壁 48bの外側には、当該下部チャンバ壁 48 bを超えて溢れる後述の処理液を回収するための溢れ防止壁 48eが設けられている
[0043] 上部チャック 45における上部チャンバ壁 48aの内側には、処理液供給路 45fが開 口しており、当該処理液供給路 45fは、後述の処理液供給機構 60aに接続されてい る。これにより、処理液供給機構 60から薬液や洗浄液が処理チャンバ 48の内部に導 入され得る。
[0044] —方、下部チャック 43における下部チャンバ壁 48bの内側には、処理液排出路 48 fが開口しており、当該処理液排出路 48fは、後述の処理液回収機構 60bに接続さ れている。これにより、処理液供給機構 60aから処理チャンバ 48の内部に導入された 薬液や洗浄液等が、処理後に処理液回収機構 60bに排出され得る。
[0045] 処理液供給機構 60aは、たとえば、塩酸等の薬液 61aを供給する薬液供給部 61と 、純水等の洗浄液 62aを供給する洗浄液供給部 62と、 PGME (propyleneglycol monomethyl ether)等の表面処理液 63aを供給する表面処理液供給部 63と、を備え ている。 [0046] 処理液回収機構 60bは、処理後の各廃液を処理チャンノ 48から回収するための 回収部 64を備えている。
[0047] 薬液供給部 61は、弁 61bを介して薬液 61aを供給するようになっている。洗浄液供 給部 62は、弁 62bを介して洗浄液 62aを供給するようになっている。表面処理液供 給部 63は、弁 63bを介して表面処理液 63aを供給するようになっている。回収部 64 は、弁 64aを介して廃液を回収するようになっている。
[0048] 下部チャック 43および上部チャック 46の真空吸着穴 49aの真空吸引を ONZOFF することで、半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200の着脱自在な吸着保持が 行われる。この実施の形態の場合には、真空吸着穴 49aから薬液等が吸い出される 可能性がある。このため、構造の複雑な真空ポンプに代えて、構造が簡単で耐薬液 性を実現することが比較的容易なェジヱクタ 49が、真空吸着穴 49aに接続されてい る。
[0049] 下部チャック 43の側面には、上部チャック 46に保持されたインターポーザ 200の画 像を撮影してその位置情報を検出する、撮像部 51aを上向きにされた下側カメラから なる下側ァライメント機構 51が設けられている。
[0050] また、上部ァライメント機構 50が、下部チャック 43の高さよりも高い位置に配置され ている。上側ァライメント機構 50は、下部チャック 43に保持された半導体ウェハ 100 の画像を撮影してその位置情報を検出する撮像部 50aを下向きにされたカメラを備 えている。
[0051] 次に、図 9を参照して、本実施の形態の被接合物である半導体ウェハ 100およびィ ンターポーザ 200の構成の一例について説明する。
[0052] 半導体ウェハ 100は、シリコン基板 101と、シリコン基板 101の表面に形成された配 線パターン 102と、シリコン基板 101を貫通するスルホール 104に坦め込まれ、一端 が配線パターン 102に接続され、他端がシリコン基板 101の裏面に露出した複数の 接続電極 103と、を有している。接続電極 103は、 Cu等の導体よりなる。
[0053] 一方、インターポーザ 200は、絶縁基板 201と、絶縁基板 201の表面に形成された 配線パターン 202と、絶縁基板 201を貫通し、一端が配線パターン 202に接続され、 他端が絶縁基板 201の裏面に露出した Cu等の導体からなる接続電極 203と、を有 している。接続電極 203が露出した接続基板 201の裏面には、接着材 204が必要に 応じて塗布されてレ、る。この接着材 204は省略してもよレ、。
[0054] そして、本実施の形態の接合装置 40では、半導体ウェハ 100の裏面に露出した接 続電極 103とインターポーザ 200の裏面に露出した接続電極 203とが位置合わせさ れ、密着されて電気的に接続される。
[0055] 以下、図 8のフローチャート等を参照して、本実施の形態の接合装置の作用の一例 について説明する。
[0056] まず、図 1に示すように、下部チャック 43 (下部ヘッド 41)と上部チャック 46 (上部へ ッド 45)とが離間される。この時、上部チャック 46は、上部チャンバ壁 48aの内部に引 き込まれている。また、下部ヒータ 44および上部ヒータ 47は、吸着面 43aおよび吸着 面 46aからそれぞれ離間された位置にあり、それぞれ所定の第 1温度 T1 (たとえば 1 20°C)に予熱されている。
[0057] この状態で、アームロボット 22により、半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200 力 それぞれ、下部チャック 43の吸着面 43aおよび上部チャック 46の吸着面 46aに セットされ、吸着保持される (ステップ 301)。
[0058] 次に、下部チャック 43および上部チャック 46にそれぞれセットされた半導体ウェハ 1 00およびインターポーザ 200 (具体的には、たとえば予め形成されているそれらの位 置合わせマーク）の位置が、上側ァライメント機構 50および下側ァライメント機構 51 にて検出され (ステップ 302)、両者の水平 (X— Y)方向および回転（ Θ )方向の位置 ずれが検出される。これらの位置ずれを打ち消すように、上部ヘッド 45に対して、下 部ヘッド 41および回転テーブル 42が適宜移動されて、位置決めが行われる（ステツ プ 303)。
[0059] これにより、半導体ウェハ 100側の個々の接続電極 103と、インターポーザ 200側 の対応する個々の接続電極 203とが、上下方向に正確に重なりあうように位置決めさ れる（図 2)。
[0060] その後、たとえば、下部ヘッド 41を上昇させて、下部チャンバ壁 48bと上部チャンバ 壁 48aとが密着され、密閉された処理チャンバ 48が構成される（ステップ 304)。そし て、その内部に、まず、塩酸等の薬液 61aが薬液供給部 61から導入される (ステップ 305) (図 3)。これにより、半導体ウェハ 100側の個々の接続電極 103およびインター ポーザ 200側の対応する個々の接続電極 203の表面の酸化膜力 薬液 6 l aにて除 去される。
[0061] その後、処理チャンバ 48の内部の薬液 61aが排出され、洗浄液 62aが洗浄液供給 部 62から導入されて、薬液 61a等を除去する洗浄が行われる（ステップ 306) (図 4)。 この洗浄後、さらに必要に応じて、 PGME等の表面処理液 63aが表面処理液供給 部 63から導入されて、接合部の表面に酸化防止等の表面処理が行われる（ステップ 307)。
[0062] そして、処理チャンバ 48の内部の洗浄液 62aや表面処理液 63a等が完全に回収 部 64に排出された後（ステップ 308)、与圧機構 45aにより、上部チャック 46が下降さ れ、下部チャック 43との間で、半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200力 S、たとえ ば 3. 48kgZmm2の圧力で挟圧される（ステップ 309) (図 5)。さらに、下部ヒータ 44 が上昇されて下部チャック 43の吸着面 43aを構成する天井部の裏面に当接させられ るとともに、上部ヒータ 47が下降されて上部チャック 46の吸着面 46aを構成する底部 の上面に当接させられる。これにより、半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200 は第 1温度 T1 (たとえば 120°C)に急速加熱される。挟圧力と第 1温度 T1による加熱 とにより、半導体ウェハ 100側の個々の接続電極 103とインターポーザ 200側の対応 する個々の接続電極 203とが接合される（ステップ 310) (図 6)。
[0063] さらに、必要に応じて、上部ヒータ 47および下部ヒータ 44による加熱温度力 さらに 高い第 2温度 T2 ( >T1 :たとえば 150°C)に上昇される。これにより、接着材 204が硬 化されてその接着力が発揮される (ステップ 311)。
[0064] その後、上部ヒータ 47および下部ヒータ 44は、上部チャック 46および下部チャック 43からそれぞれ離間される（ステップ 312)。さらに、吸着面 46aの真空吸着が解除さ れ、上部チャック 46が上昇されて、上部チャンバ壁 48aの内部に引き込まれて下部 チャック 43から離間される。すなわち、下部ヘッド 41と上部ヘッド 45とが離間される。 これにより、処理チャンバ 48が開放される（ステップ 313)。
[0065] その後、一体に接合された半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200が、アーム ロボット 22の保持アーム 23により取り出され、払い出しカセット 13へ搬出される（ステ ップ 314)。
[0066] 以上説明したように、本実施の形態の接合装置によれば、半導体ウェハ 100側の 個々の接続電極 103とインターポーザ 200側の対応する個々の接続電極 203とを直 接的に接合する際に、当該接合装置内で、接続電極 103と接続電極 203の表面に おける酸化膜の除去、洗浄、および、必要に応じた酸化防止剤の塗布等が行われる 。このため、酸化膜等の介在のない、信頼性および接合強度の高い、接続電極 103 と接続電極 203との直接接合を達成することができる。
[0067] 更に、下部ヒータ 44および上部ヒータ 47が予め 120°Cに加熱されて、これらが上部 チャック 46および下部チャック 43に当接させられることによって急激に半導体ウェハ 100及びインターポーザ 200が加熱されるため、酸化膜除去後の接続電極 103およ び 203の酸化を防ぐことができる。
[0068] この結果、このような接合工程を含む半導体装置の組み立て工程等において、製 品の信頼性や歩留りを向上させることが可能になる。
[0069] なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなぐ種々変形可能である。例え ば、上記実施形態では、被接合物として、半導体ウェハとインターポーザとを接合す る場合を例にとって説明したが、これに限らず、半導体ウェハ同士の接合、インター ポーザ同士の接合、さらには、半導体ウェハと半導体チップの接合、インターポーザ と半導体チップの接合、インターポーザとパッケージの接合、半導体ウェハとパッケ一 ジの接合、半導体ウェハとプリント配線基板の接合、インターポーザとプリント配線基 板の接合、半導体チップとパッケージの接合、半導体チップとプリント配線基板の接 合等、半導体装置の組み立て工程におけるあらゆる要素部品間の接合工程に適用 することが可能である。
[0070] また、上述の実施の形態では、処理チャンバ 48を構成する下部チャンバ壁 48bお よび上部チャンバ壁 48aが、それぞれ、下部チャック 43および上部ヘッド 45に一体 に設置されているが、これに限らず、処理チャンバは、接合装置から独立して移動可 能に構成されてもよい。例えば、接合直前の洗浄時に、処理チャンバを構成する部 材が下部チャック 43と上部チャック 46の間に挿入されて挟持され、下部チャック 43と 上部チャック 46に保持された半導体ウェハ 100およびインターポーザ 200が当該部 材によって形成される処理チャンバ内に収容される構造としてもよい。
[0071] 薬液としては、塩酸や硫酸等が用いられ得る。その他、酸化膜除去液を利用しても よい。
[0072] 洗浄液としては、純水、乳酸、 THF (5， 6， 7, 8—テトラヒドロ葉酸）、エタノール、 IP
A (イソプロピルアルコール）、シクロへキサン、トルエン等、配線パターンや接着材の 材質に応じて、任意のものを用いることができる。
[0073] さらにまた、上記実施形態に示した接合工程のフローについても、本発明の要旨の 範囲内で種々に変更することができる。
[0074] また、本発明によれば、接合されるべき対象物の配線構造同士が直接的に接合さ れる半導体装置等の組み立て工程において、信頼性や歩留りの向上を実現すること が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1被接合物と第 2被接合物とを挟圧して接合する接合方法であって、
前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とを、前記第 1被接合物の接合面と前記第 2 被接合物の接合面とが対向するように、それぞれ第 1保持部材および第 2保持部材 に保持させる第 1工程と、
前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とが前記第 1保持部材および前記第 2保持 部材に保持された状態で、前記第 1被接合物の前記接合面および前記第 2被接合 物の前記接合面を処理液にて処理する第 2工程と、
前記第 1保持部材および前記第 2保持部材により前記第 1被接合物および前記第 2被接合物を挟圧して、前記接合面同士を密着させて接合する第 3工程と、 を備えたことを特徴とする接合方法。
[2] 前記第 1工程は、
前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とが前記第 1保持部材および前記第 2保持 部材に保持された状態で、前記第 1被接合物の前記接合面の画像および前記第 2 被接合物の前記接合面の画像をそれぞれ検出して、当該画像に基づいて前記第 1 被接合物と前記第 2被接合物との位置決めを行う工程
を含んでいる
ことを特徴とする請求項 1に記載の接合方法。
[3] 前記第 2工程は、
前記第 1被接合物と前記第 2被接合物とが収容される処理空間を形成して、当該 処理空間に前記処理液を導入する工程
を含んでいる
ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の接合方法。
[4] 前記第 2工程は、
前記 2つの接合面の酸化膜を薬液にて除去する工程と、
前記 2つの接合面を洗浄液にて洗浄する工程と、
を含んでいる
ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の接合方法。
[5] 前記第 3工程は、
前記第 1保持部材および前記第 2保持部材を加熱して、前記接合面同士の接合を 促進する加熱工程
を含んでいる
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の接合方法。
[6] 前記加熱工程は、
前記接合面同士を密着させた直後に第 1温度で加熱する工程と、
第 1温度よりも高い第 2温度で加熱する工程と、
を含んでいる
ことを特徴とする請求項 5に記載の接合方法。
[7] 前記接合面の各々には、配線構造が露出して形成されており、
前記接合面同士が密着される時には、前記配線構造同士が密着されるようになつ ている
ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載の接合方法。
[8] 前記配線構造は、 Cuからなる
ことを特徴とする請求項 7に記載の接合方法。
[9] 前記接合面の各々は、少なくとも一部が Cuからなる
ことを特徴とする請求項 7または 8に記載の接合方法。
[10] 前記第 1被接合物は、半導体ウェハ、インターポーザ、半導体チップ、パッケージ、 プリント配線基板のいずれかであり、
前記第 2被接合物は、半導体ウェハ、インターポーザ、半導体チップ、パッケージ、 プリント配線基板のレ、ずれかである
ことを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載の接合方法。
[11] 第 1被接合物と第 2被接合物とを、第 1被接合物の接合面と第 2被接合物の接合面 とが対向するように、それぞれ保持する第 1保持部材および第 2保持部材と、 前記第 1保持部材および前記第 2保持部材を相対的に接近させることで、前記接 合面同士を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、
前記第 1保持部材および前記第 2保持部材にそれぞれ保持された前記第 1被接合 物および前記第 2被接合物が収容される収容空間を構成する処理チャンバと、 前記処理チャンバに対する処理液の供給を行う処理液供給機構と、
前記処理チャンバからの処理液の排出を行う処理液排出機構と、
を備えたことを特徴とする接合装置。
[12] 前記第 1保持部材および前記第 2保持部材に保持された第 1被接合物および第 2 被接合物の相対的な位置決め動作を行う位置決め機構
を更に備えたことを特徴とする請求項 11に記載の接合装置。
[13] 前記第 1保持部材を支持する第 1ヘッド部と、
前記第 2保持部材を支持する第 2ヘッド部と、
を更に備え、
前記処理チャンバは、
前記第 1ヘッド部に支持され、前記第 1保持部材を取り囲むように配置された第 1チ ヤンバ壁と、
前記第 2保持部材に支持され、前記第 2保持部材に保持された前記第 2被接合物 を取り囲む位置に配置された第 2チャンバ壁と、
前記第 1チャンバ壁及び前記第 2チャンバ壁の接続部を封止する第 1封止部材と、 前記第 1保持部材と前記第 1チャンバ壁との間隙を封止する第 2封止部材と、 を有している
ことを特徴とする請求項 11または 12に記載の接合装置。
[14] 前記処理液供給機構と前記処理液排出機構とは、互いに協働して、処置液として 薬液を供給して前記接合面の酸化膜を除去する動作と、処置液として洗浄液を供給 して前記接合面を洗浄する動作と、を順次実行できるようになつている
ことを特徴とする請求項 11乃至 13のいずれかに記載の接合装置。
[15] 前記第 1ヘッド部には、さらに、
前記第 1保持部材の背面側に当接可能に配置され、当該第 1保持部材に保持され た前記第 1被接合物を加熱する第 1加熱機構と、
前記第 1加熱機構の前記第 1保持部材の背面に対する当接動作及び離間動作を 行わせる第 1ヒータ駆動機構と、 が設けられ、
前記第 2ヘッド部には、さらに、
前記第 2保持部材の背面側に当接可能に配置され、当該第 2保持部材に保持され た前記第 2被接合物を加熱する第 2加熱機構と、
前記第 2加熱機構の前記第 2保持部材の背面に対する当接動作及び離間動作を 行わせる第 2ヒータ駆動機構と、
が設けられている
ことを特徴とする請求項 11乃至 14のいずれかに記載の接合装置。
[16] 前記第 1加熱機構は、予め所定の第 1温度に加熱された状態で前記第 1保持部材 に当接して当該第 1保持部材を加熱可能であり、さらにその後に、前記第 1温度より も高い第 2温度で当該第 1保持部材を加熱可能であり、
前記第 2加熱機構は、予め所定の第 1温度に加熱された状態で前記第 2保持部材 に当接して当該第 2保持部材を加熱可能であり、さらにその後に、前記第 1温度より も高い第 2温度で当該第 2保持部材を加熱可能である
ことを特徴とする請求項 11乃至 15のいずれかに記載の接合装置。
[17] 前記第 1保持部材には、前記第 1被接合物を着脱自在に吸着保持するための吸着 保持部材が設けられ、
前記第 2保持部材には、前記第 2被接合物を着脱自在に吸着保持するための吸着 保持部材が設けられている
ことを特徴とする請求項 11乃至 16のいずれかに記載の接合装置。
[18] 前記位置決め機構は、前記第 2保持部材に保持される前記第 2被接合物の画像を 撮影する第 1カメラと、前記第 1保持部材に保持される前記第 1被接合物の画像を撮 影する第 2カメラと、を有しており、前記画像に基づく位置認識に基づいて前記第 1へ ッド部及び前記第 2ヘッド部を相対的に移動させることで、前記 2つの接合面の位置 合わせを行うようになっている
ことを特徴とする請求項 11乃至 17のいずれかに記載の接合装置。
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