專利名稱：接合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使芯片或晶片以及各種電路板等在基底材料的表面具有金屬接合部的被接合物彼此接合的接合裝置。
背景技術(shù)：
作為使具有接合部的被接合物彼此接合的方法，日本特許第2791429號公報公開了這樣一種方法，即，在使硅晶片的接合面彼此接合時，進行接合之前在室溫的真空中以惰性氣體離子束或惰性氣體高速原子束進行照射而進行濺射腐蝕的硅晶片接合法。這種接合法中，是使硅晶片接合面上的氧化物和有機物等在上述離子束或原子束的照射下飛濺而由被活化的原子形成表面，靠原子之間的很大的結(jié)合力使該表面彼此接合的。因此，采用這種方法時，基本上不需要為實現(xiàn)接合而進行加熱，只需使活化的表面彼此接觸便能夠在常溫或接近于常溫的較低溫度下接合。
但是，采用這種接合法時，經(jīng)過腐蝕的接合面彼此的接合必須要在真空中維持其表面活化狀態(tài)的情況下進行。因此，從以上述離子束或原子束進行表面清洗到進行接合，必須保持既定的真空狀態(tài)，特別是用于接合的機構(gòu)至少其一部分必須在能夠保持既定真空度的箱室內(nèi)構(gòu)成，因而密封機構(gòu)較大，導(dǎo)致整個裝置體積大且成本高。此外，若為了將利用上述離子束或原子束進行的表面清洗工序與接合工序分開而分別在兩處進行，則在兩處之間需保持既定的真空狀態(tài)，還必須具有在保持該真空狀態(tài)的情況下將被接合物從清洗處向進行接合處輸送的裝置，不僅實際裝置的設(shè)計變得困難，而且還會導(dǎo)致裝置整體的大型化。
關(guān)于以上述離子束或原子束進行濺射腐蝕而進行表面清洗后進行接合的方法，最近，人們開始研究，在最大限度地保證如上所述使接合面表面活化而接合的方法所具有的優(yōu)點的同時，使被接合物的金屬接合部彼此之間的接合在大氣中進行的可能性。若表面活化后能夠在大氣中接合，則與在真空等條件下進行接合相比，可使接合工序和裝置大大簡化。
但是，若要在清洗室內(nèi)在既定真空度下進行表面清洗后，從中取出而在大氣中進行接合，特別是大量且連續(xù)性地進行生產(chǎn)，則在將被接合物送入清洗室內(nèi)時以及從清洗室內(nèi)送出時，會使清洗室內(nèi)的真空度降低，因此，要達到繼續(xù)進行清洗所需的既定真空度需耗費時間，若對于每一個被接合物重復(fù)這種時間的消耗，最終將導(dǎo)致處理量(一定時間內(nèi)的處理量)降低，無法實現(xiàn)高生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，著眼于最近開始進行研究的如上所述靠表面的活化在大氣中進行接合的接合技術(shù)的優(yōu)點，提供一種特別是在圍繞清洗室進行的被接合物的送入和送出以及傳遞方式方面采取措施，從而能夠采用如上所述的優(yōu)良的接合技術(shù)以較高處理量批量生產(chǎn)出接合制品的接合裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的接合裝置是一種將基底材料的表面具有金屬接合部的被接合物彼此接合的裝置，其特征是，具有清洗室；清洗單元，在該清洗室內(nèi)在減壓情況下對所說金屬接合部的接合面照射能量波；接合單元，在大氣中將從所說清洗室內(nèi)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合；輸送單元，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送。
即，在本發(fā)明中，無論被接合物是一個一個輸送還是一次輸送多個，均能夠?qū)⒃谇暗谋唤雍衔锖秃罄m(xù)的被接合物實質(zhì)上同時即實質(zhì)上并行地送入清洗室內(nèi)和從清洗室內(nèi)送出。這樣，與向清洗室內(nèi)的送入和從清洗室內(nèi)的送出順序進行的場合相比，至少能夠縮短送入和送出所需要的時間。其結(jié)果，在清洗室內(nèi)清洗并送出的被接合物可在極短的時間內(nèi)接合，而且后續(xù)被接合物向清洗室內(nèi)的輸送以及進行清洗所需要的時間可與進行一系列接合動作所需要的時間重疊，使各種動作能夠并行進行，特別是在持續(xù)進行清洗處理、繼而依次進行接合以進行批量生產(chǎn)的場合，能夠以高處理量進行生產(chǎn)。最好是，除了上述向清洗室內(nèi)的送入以及從清洗室內(nèi)的送出之外，從清洗工序向接合工序的傳遞動作乃至接合動作也能夠以同步的形式或與同步同等的形式進行；這樣一來，可使得直到接合完畢的一系列動作并行進行，以更高的處理量進行批量生產(chǎn)。
在該接合裝置中，上述輸送單元能夠以各種各樣的形式構(gòu)成。例如，作為上述輸送單元，可以由具有可載置多個被接合物的托盤的裝置構(gòu)成，一次性進行多個被接合物的清洗處理。但也可以將被接合物一個一個地放在托盤上進行送入和送出。
清洗室的所說托盤的送入口和送出口既可以由通用口構(gòu)成，也可以分別構(gòu)成。由通用口構(gòu)成時，可以從一個方向進行送入和送出。而分別構(gòu)成時，可采用被接合物的送入口和送出口設(shè)在彼此相反的位置上而單方向進行輸送的結(jié)構(gòu)。
此外，作為輸送單元，也能夠以具有這樣一種輸送帶而構(gòu)成，該輸送帶對在輸送帶長度方向上排列的多個被接合物進行保持、以既定的送進量被間歇性送進。輸送帶例如被卷繞成卷筒狀，以能夠從該卷筒中被放出并在清洗室內(nèi)通過這樣一種連續(xù)的狀態(tài)被送進。在這種場合，盡管在輸送帶朝向清洗室內(nèi)的送進部和來自清洗室的送出部上，存在著連續(xù)的輸送帶，但通過設(shè)置使位于清洗室內(nèi)的輸送帶部分相對于清洗室外部實現(xiàn)密封的密封單元，仍能夠很容易使清洗室內(nèi)部減壓至既定的真空度而不會有任何問題。密封單元例如可以由這樣的單元構(gòu)成，即，使具有彈性密封部件的接觸部推壓在輸送帶上而將清洗室的輸送帶送進、送出部密閉起來而實現(xiàn)密封的單元，而在輸送帶送進時，能夠?qū)⑺f推壓解除、進行間歇性送進。
此外，還可以設(shè)計成在清洗室與接合單元之間使所說輸送帶形成下垂的結(jié)構(gòu)。這樣，即便在清洗室處的送進時間間隔和在接合單元處的送進時間間隔存在差異，也能夠利用上述下垂部分將這種差異適當?shù)窒?br> 此外，作為上述輸送單元，也能夠以具有這樣一種單元而構(gòu)成，即，對將被接合物一個一個地至少向清洗室內(nèi)送入的移放和從清洗室內(nèi)送出的移放并行地進行處理。該并行地進行處理的單元，例如可以由具有具備多個被接合物保持頭的旋轉(zhuǎn)頭的單元構(gòu)成。
此外，在本發(fā)明所涉及的接合裝置中，既可以設(shè)計成清洗室是作為兩個被接合物共用的清洗室而構(gòu)成的形式，也可以設(shè)計成清洗室是針對各被接合物分別設(shè)置的形式。
此外，就清洗室而言，也可以以附設(shè)有預(yù)減壓室而構(gòu)成。例如，若在被接合物輸送方向上在清洗室的前后附設(shè)預(yù)減壓室，則就清洗室內(nèi)的真空度而言，進行清洗時的既定真空度與清洗室打開而降低時的真空度之間的變化得以減小，可使處理量進一步提高。
作為進行能量波照射的清洗單元，從操作方便、照射用能量波的強度易于控制等方面考慮，最好是由等離子體照射單元構(gòu)成，尤其是以由Ar氣體氛圍下進行等離子體照射的單元構(gòu)成為佳。
此外，作為接合單元，為了使大氣中的接合更易于進行，最好具有為促進固相金屬之間的接合而加熱至180℃以下、最好是低于150℃的加熱單元、加壓單元、超聲波施加單元、以及進行接合時對接合面以能量波(與進行清洗時的能量波不同的能量波)進行清洗的接合時用能量波清洗單元等中的某一種單元或這些單元的任意組合。
此外，在本發(fā)明中，為了在以能量波進行清洗后到進行接合之前期間，能夠更為可靠地盡可能避免清洗后的接合面上附著氧化膜、有機物層以及污染層等異物層，還可以在直到進行接合的工序中，對接合面以Ar和N2等惰性氣體和非氧化性氣體進行氛圍的凈化。這種凈化只要局部性進行即可。即，能夠以具有這樣一種單元而構(gòu)成，在清洗室內(nèi)清洗后到金屬接合部彼此進行接合之前期間的、被接合物的輸送、為進行接合而對被接合物進行保持、以及為進行接合而使被接合物彼此的位置對準等工序之中的至少一個工序中(最好是一系列工序的所有工序中)，對清洗后的接合面局部性供給Ar和N2等惰性氣體和非氧化性氣體的單元。
本發(fā)明中的接合，特別適合于使接合面均由金形成的金屬接合部彼此接合的場合，使金與金接合的場合，即便是在常溫下也能夠可靠接合。既可以使形成金屬接合部的電極等的整體由金構(gòu)成，也可以只是表面由金構(gòu)成。對于旨在使表面由金構(gòu)成的形式并無特殊限定，只要是金鍍層或者以濺射或蒸鍍等方法形成的金薄膜等形式即可。此外，特別是在采用超聲波接合的場合，并不限于金/金接合，還能夠進行不同金屬之間的接合，例如金/銅、金/鋁等的接合，而且這些不同金屬之間的接合還能夠在常溫下進行。
在以所說能量波進行的清洗中，其清洗單元最好是由在接合面的整個濺射表面以1.6nm腐蝕能量以上的能量照射能量波的單元構(gòu)成。以這種腐蝕能量以上的能量進行能量波照射，可實現(xiàn)金屬接合部彼此在大氣中接合所需要的表面腐蝕。
此外，接合單元最好是由使得金屬接合部彼此接合時的間隙的標準離差最大為4μm以下的單元構(gòu)成。若間隙的標準離差在4μm以下，則能夠以合適的接合載荷將間隙抑制在金屬接合部彼此接合所需要的間隙以下。
此外，為了在金屬接合部彼此接合時能夠使二者的表面緊密接觸，以至少一方金屬接合部的表面硬度在Hv(威氏硬度)120以下為宜，尤以通過退火使硬度降低到100以下為佳。例如，最好是使表面硬度在Hv30～70范圍內(nèi)(例如平均Hv為50)。使之具有如上所述的較低硬度，可使金屬接合部的表面在施加接合載荷時適當變形，實現(xiàn)更為緊密的接合。
本發(fā)明還提供以如前所述的接合裝置制作的接合體。即，本發(fā)明所涉及的接合體作為一種基底材料的表面具有金屬接合部的被接合物彼此接合而成的接合體，其特征是，以這樣一種接合裝置制成，即，該接合裝置具有清洗室；清洗單元，在該清洗室內(nèi)在減壓情況下對所說金屬接合部的接合面照射能量波；接合單元，在大氣壓中將從所說清洗室內(nèi)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合；輸送單元，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送。
所說接合體可以以其被接合的被接合物之中的至少一方由半導(dǎo)體形成而構(gòu)成。
在上述本發(fā)明所涉及的接合裝置中，在既定的減壓情況下對被接合物的金屬接合部的接合面照射能量波，在其表面通過腐蝕被清洗被活化后，在大氣中進行接合。通過能量波清洗將接合面的異物層充分去除，在其表面被充分活化的狀態(tài)下開始進行接合，因此，雖然是在大氣中進行的接合，也能夠?qū)崿F(xiàn)常溫接合。若接合時進行加熱加壓乃至施加超聲波，并照射大氣壓等離子體進行接合，則更容易實現(xiàn)大氣中的接合。由于能夠?qū)崿F(xiàn)大氣中的接合，因而不需要為進行接合而使用龐大的真空裝置和相應(yīng)的密封單元，可使整個工序、整個裝置得到大幅度簡化，而且還能夠降低成本。
特別是，作為本發(fā)明，由于具有這樣一種輸送單元，即，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送的輸送單元，因此，特別是圍繞清洗工序的各種動作可并行進行，因而能夠?qū)⑦B續(xù)輸送過來的被接合物以高處理量批量生產(chǎn)成接合制品，不僅能夠大幅度提高生產(chǎn)率，而且還能夠大幅度縮短整個接合工序的生產(chǎn)節(jié)拍時間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明所涉及的接合裝置，在將以能量波清洗接合面后的被接合物取出至大氣中進行接合時，特別是圍繞清洗室的被接合物的送入和送出以及傳遞能夠圓滑且短時間完成，能夠以高處理量批量生產(chǎn)既定的接合制品。其結(jié)果，可縮短整個接合工序的生產(chǎn)節(jié)拍時間并降低接合工序所需要的成本。


圖1是對本發(fā)明一實施方式所涉及的接合裝置的基本構(gòu)成進行展示的概略構(gòu)成圖。
圖2是對本發(fā)明中輸送單元的一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖3是圖2的裝置的概略俯視圖。
圖4是對本發(fā)明中輸送單元的另一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖5是對本發(fā)明中輸送單元的又一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖6是對本發(fā)明中輸送單元的又一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖7是對本發(fā)明中輸送單元的又一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖8是對本發(fā)明中輸送單元的又一個例子進行展示的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖9是對本發(fā)明中清洗室周邊構(gòu)成的另一個例子進行展示的概略構(gòu)成圖。
圖10是對本發(fā)明另一個實施方式所涉及的接合裝置的整個系統(tǒng)的例子進行展示的概略構(gòu)成圖。
1接合裝置
2、3金屬接合部2a、3a接合面4被接合物(芯片)5被接合物(基板)6真空泵7清洗室8等離子體照射單元9等離子體10特殊氣體供給泵11接合裝置部12待機部13翻轉(zhuǎn)機構(gòu)14翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的頭部15粘合壓頭16粘合器具17粘合臺18作為加熱單元的加熱器19加壓單元20位置調(diào)整臺212視場識別單元22超聲波施加單元23接合時用能量波清洗單元24非氧化性氣體供給單元31接合裝置部32清洗室33、34托盤35輸送機構(gòu)36通用口37接合體41接合裝置部42清洗室43送入口
44送出口51接合裝置部52、53清洗室54芯片供給部55基板供給部56接合場所61輸送帶62清洗室63接合裝置部64下垂65密封單元71旋轉(zhuǎn)頭72清洗室81清洗室82a、82b預(yù)減壓室141芯片142基板143托盤(工件托盤)144托盤轉(zhuǎn)換器145清洗室146特殊氣體147托盤裝卸器148凈化氣體149粘合臺座150待機部151多孔性板152凈化噴嘴153凈化氣體154蓋155基板移放機構(gòu)156保持頭157粘合臺
158凈化氣體159芯片翻轉(zhuǎn)機構(gòu)160保持頭161粘合器具162凈化氣體163、164凈化噴嘴165、166凈化氣體1672視場識別單元168粘合壓頭169完成品托盤A供給站B清洗站C接合站D卸放站具體實施方式
下面，對本發(fā)明的最佳實施方式結(jié)合附圖進行說明。
圖1示出本發(fā)明一實施方式所涉及的接合裝置1的基本形式，所示為本發(fā)明中的除了輸送單元之外的部分。作為基底材料的表面具有金屬接合部2或金屬接合部3的被接合物4或5，首先，在通過真空泵6減壓至既定真空度的清洗室7內(nèi)，金屬接合部2、3的接合面被從作為利用能量波的清洗單元的等離子體照射單元8照射出來的等離子體9腐蝕而得到清洗(清洗工序)。在本實施方式中，可通過泵10向清洗室7內(nèi)供給Ar氣體，能夠在Ar氣體氛圍下且減壓至既定壓力的情況下照射等離子體。將清洗后的被接合物4、5從清洗室7內(nèi)取出，在接合工序(接合裝置部11)中使金屬接合部2、3彼此在大氣中接合。
所說被接合物4例如由芯片構(gòu)成，被接合物5例如由基板構(gòu)成。這里所說的芯片是指例如IC芯片、半導(dǎo)體芯片、光器件、表面安裝部件、晶片等與種類和大小無關(guān)的與基板進行接合的任何形式的物品。而基板是指例如樹脂基板、玻璃基板、薄膜基板、芯片、晶片等與種類和大小無關(guān)的與芯片進行接合的任何形式的物品。作為本發(fā)明中的典型實施方式，可列舉出待接合的被接合物之中的至少一方由半導(dǎo)體形成的方式。
在接合裝置部11中，例如在將上述經(jīng)過清洗的被接合物4、5輸送到大氣中后放置在既定的待機部12中。將被接合物4通過吸持等方式以其洗凈面不被觸及的狀態(tài)保持在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)13的頭部14上，上下翻轉(zhuǎn)后，通過吸持等方式將其以金屬接合部2朝下的姿態(tài)保持在設(shè)置在粘合壓頭15的下部的粘合器具16中。將被接合物5移放到待機部12中，例如通過吸持等方式將其以金屬接合部3朝上的姿態(tài)保持在粘合臺17上。被接合物4用的移放機構(gòu)和被接合物5用的移放機構(gòu)可以共用一個機構(gòu)，但也可以分別設(shè)置。在分別設(shè)置的場合，在被接合物4用的移放機構(gòu)中設(shè)置如上所述的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)13。在本實施方式中，粘合器具16中內(nèi)裝有作為加熱單元的加熱器18，使得在大氣中可以選擇常溫接合和加熱接合的任意一種接合方法。
粘合壓頭15，能夠在加壓單元19的作用下通過粘合器具16將被接合物4向下推壓，可向被接合物5施加既定的接合載荷并對載荷進行控制。在本實施方式中，粘合壓頭15能夠在上下方向(Z方向)上移動并定位。
此外，保持有所說被接合物5的粘合臺17，在本實施方式中，能夠通過設(shè)置在下部的位置調(diào)整臺20所進行的X、Y方向上的水平方向位置控制、Z方向上的上下方向位置控制以及θ方向上的旋轉(zhuǎn)方向位置控制，實現(xiàn)與被接合物4之間相對位置的對準以及平行度的調(diào)整。該相對位置的對準以及平行度的調(diào)整是這樣實施的，即，靠插入于被接合物4、5之間并能夠進退的識別單元、比如2視場識別單元21(例如2視場攝像頭)讀取被接合物4、5或它們的保持裝置上所具有的識別標識(圖中省略)，依據(jù)讀取的信息對位置和角度進行必要的修正。2視場識別單元21能夠進行X、Y方向的位置調(diào)整，必要時能夠進行Z方向的位置調(diào)整。在本實施方式中，該相對位置的對準以及平行度的調(diào)整主要在粘合臺17一側(cè)進行，但也可以設(shè)計成在粘合壓頭15或粘合器具16一側(cè)進行，還可以設(shè)計成在兩側(cè)進行。
在上述實施方式中，是以能夠在進行接合時進行以作為加熱單元的加熱器18進行的加熱和以加壓單元19進行的加壓之中的一種或兩種而構(gòu)成，但除了加熱和加壓之外，還可以如雙點劃線所示，在粘合壓頭15或粘合器具16中設(shè)置超聲波施加單元22，從而能夠在單獨或同時施加超聲波的情況下進行接合。此外，在經(jīng)過清洗的接合面上多多少少附著有異物層的場合，為了在即將進行接合之前將其去除，還可以設(shè)置局部性照射能量波(例如大氣壓等離子體)的接合時用能量波照射單元23。在圖1所示的例子中，列舉了接合時用能量波照射單元23為擺頭型的例子，但也可以采用能夠?qū)﹂g隙變得很窄的被接合物4、5的接合面同時進行清洗的結(jié)構(gòu)、或者、使被接合物4、5的保持部本身為接合時用能量波照射源的結(jié)構(gòu)。此外，除了該接合時用能量波照射單元23之外，還可以設(shè)置這樣一種非氧化性氣體供給單元24，即，為了在直到進行接合之前期間盡可能避免清洗后的接合面上附著異物層，該非氧化性氣體供給單元24能夠在被接合物的輸送、為進行接合而對被接合物進行保持、以及為進行接合而使被接合物彼此的位置對準等工序之中的至少一個工序中，向經(jīng)過清洗的接合面局部性供給非氧化性氣體，盡可能地凈化與接合面接觸的大氣氛圍。
下面，對本發(fā)明中的進行說明，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送的輸送單元。作為該輸送單元，可采用如下各種形式。圖2～圖8示出各種形式的基本構(gòu)成。在圖2～圖8中，為了將接合部與清洗室清楚地區(qū)分開，有時將接合部畫成似乎被清洗室圍起來，但由于是在大氣中進行接合，因此，就接合部而言，基本上不需要采取箱室結(jié)構(gòu)。
圖2和圖3示出本發(fā)明中的輸送單元的一個實施例。在本實施例中，接合裝置部31(與以往的所謂接合器同等的部分)上設(shè)置有與之相鄰接的本發(fā)明所涉及的清洗室32，進行清洗之前的作為被接合物4的芯片和作為被接合物5的基板存放在接合裝置部31中。在本實施例中，芯片4和基板5分別放置在專用的托盤33、34上，通過將各托盤33、34送入清洗室32內(nèi)，便可將芯片4和基板5送入清洗室32內(nèi)，在清洗室32內(nèi)如前所述地以能量波進行清洗處理。此時，在各托盤33、34上，既可以分別放置一個芯片4和基板5，也可以分別放置多個芯片4和基板5。此外，也可以將托盤作為通用托盤，在一個托盤上放置一個或多個芯片4以及基板5二者。托盤的送入和送出動作可通過具有機械手和滑動機構(gòu)等的適當?shù)妮斔蜋C構(gòu)35進行。此外，在對芯片托盤、基板托盤分別進行清洗的場合，清洗的順序可以是任意的而且可以在必要時進行，此外，也可以對兩種托盤同時進行清洗。
將接合面經(jīng)過清洗的芯片4和基板5與托盤一起從清洗室32中送出，使其在圖1所示的待機部12中待機。在本實施例中，清洗室32的所說托盤的送入口和送出口由通用口36構(gòu)成，因此，可以通過控制該通用口36的開閉來進行送入和送出兩種輸送。由于是通用口36，因此，從一個方向送入的被接合物在清洗后將從該方向送出。此外，通用口36打開時，可實質(zhì)上同時進行送入和送出兩種輸送，因此，能夠使批量生產(chǎn)時進行一系列動作所需要的總時間減少，能夠以高處理量進行批量生產(chǎn)。
在待機部12中待機后，將芯片4翻轉(zhuǎn)并移放到粘合器具16上對其進行保持，而將基板5以原來的姿態(tài)移放到粘合臺17上進行保持。在二者位置對準后，使接合面被表面活化的芯片4和基板5在大氣中接合。將接合后的芯片4與基板5的接合體37(完成品)暫時送出至托盤上，將該托盤通過所說輸送機構(gòu)35或者其它的機械手等專用的輸送機構(gòu)(圖中省略)進行輸送，將接合體37或托盤取出至卸放場所。
在具有如上所述清洗室32的接合裝置中，由于可將就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向清洗室32內(nèi)送入的方向和從清洗室32內(nèi)送出的方向進行輸送，特別是圍繞清洗工序的各種動作能夠并行進行，因此，可大幅度縮短完成這些動作所需要的總時間，能夠?qū)⑦B續(xù)輸送過來的大量被接合物以高處理量批量生產(chǎn)成接合制品。尤其是在本實施例中，從清洗后的被接合物的接合準備、進行接合到接合后的卸放這一系列動作也能夠并行進行，能夠以更高的處理量進行批量生產(chǎn)。此外，被送出的被接合物能夠在極短的時間內(nèi)完成接合。其結(jié)果，不僅能夠大幅度提高生產(chǎn)率，而且還能夠大幅度縮短整個接合工序的生產(chǎn)節(jié)拍時間。
在上述實施例中，是設(shè)計成清洗室的送入口和送出口由通用口36構(gòu)成并能夠從相同的方向進行送入、送出的，但在如圖4所示，清洗前的被接合物4、5的存放場所不在接合裝置部41所在場所而例如相對于清洗室42位于相反一側(cè)的場合，也可以將清洗室42的送入口43和送出口44分別設(shè)置，使從送入到送出的一系列動作如圖所示向一個方向連續(xù)進行。此外，對于該動作的延伸即直到進行接合的一系列動作，也可以設(shè)計成向相同方向進行的流水作業(yè)。似這樣向相同方向或者向一系列流水作業(yè)方向進行輸送，即便是在附加有清洗室42的場合，也能夠短時間高效率完成清洗處理的同時使輸送動作圓滑地完成，就在大氣中進行接合而言，能夠以高處理量進行批量生產(chǎn)。
此外，在圖2、圖4所示的實施例中，清洗室是由對于芯片和基板雙方面來說是通用的清洗室構(gòu)成的，但例如也可以如圖5所示，相對于接合裝置部51另外設(shè)置芯片4用的清洗室52和基板5用的清洗室53，在各清洗室52、53內(nèi)進行清洗處理后的芯片4和基板5在接合裝置部51中進行大氣中的接合。若這樣構(gòu)成，則能夠?qū)Ω鱾€清洗室52、53分別設(shè)定最佳清洗條件，而且能夠使兩個清洗室52、53中的處理實質(zhì)上同時進行，不僅能夠提高接合制品的質(zhì)量，而且還能夠以更高的處理量進行批量生產(chǎn)。
此外，如圖6所示，若設(shè)計成可以將芯片托盤33和基板托盤34送入一個清洗室32內(nèi)從而對芯片和基板用同一個清洗室進行清洗，并將兩個托盤取出后在中途分開向芯片供給部54和基板供給部55輸送，從這些場所以并行方式向接合場所56供給芯片和基板，則雖然只有一個清洗室也能夠達到高處理量。
此外，在本發(fā)明中，被接合物的輸送也可以如圖7所示使用輸送帶61。在該輸送帶61上，在輸送帶的長度方向上以既定的間距排列和保持有基板等被接合物，該輸送帶61例如是從卷繞成卷筒狀的輸送帶卷中放出來進行供給的，所供給的輸送帶61根據(jù)各部中進行的處理以既定的送進量被間歇性送進。在圖示的例子中，輸送帶61首先被間歇性送進并從清洗室62中通過，與清洗處理后的被接合物一起被送往接合部63，而且在進行接合后接合體也能夠與輸送帶61一起被輸送?？紤]到各處理工序所需時間存在差異等情況，使輸送帶61在清洗室62和接合裝置部63之間以及在接合單元63之后的部分產(chǎn)生下垂64，通過下垂量的增減，能夠以這部分起到對工序之間的時間差進行抵消的緩沖作用。
此外，在將輸送帶61向清洗室62內(nèi)送進的送進部和從清洗室62送出的送出部處，設(shè)置有將位于清洗室62內(nèi)的輸送帶部分相對于清洗室62的外部密封起來的密封單元65。對于密封單元65的構(gòu)成并無特別限定，在本實施例中，是由可產(chǎn)生彈性變形的密封件(例如由橡膠制成的密封件)構(gòu)成，與清洗室62的關(guān)閉動作相連動地將輸送帶61夾住，夾住時能夠靠自身的彈性變形使被夾住部位兩側(cè)彼此密封。
在使用這種輸送帶61進行輸送的場合，不必進行保持和釋放被接合物的動作，相對于清洗室62的送入和送出能夠圓滑且非常容易地進行，可進一步提高處理量。
此外，本發(fā)明所涉及的輸送單元可以作為如下單元構(gòu)成，即，包括用于對被接合物一個一個地至少向清洗室內(nèi)送入的移放和用于從清洗室內(nèi)送出的移放并行地進行處理；而最好是，以能夠?qū)λ腿肭暗谋唤雍衔锏墓┙o動作和清洗后的被接合物的接合動作并行地進行處理而構(gòu)成。這種并行地進行處理的裝置如圖8所示，可以由具有具備多個被接合物保持頭的旋轉(zhuǎn)頭71的機構(gòu)構(gòu)成。該具有旋轉(zhuǎn)頭71的機構(gòu)具有供給清洗前的被接合物的供給站A、具有清洗室72的清洗站B、以及使清洗后的被接合物接合的接合站C，還可以進一步設(shè)置接合后的接合體的卸放站D。當具有這種旋轉(zhuǎn)頭71時，各站對被接合物的處理能夠在實質(zhì)上同時并行進行，以高處理量進行批量生產(chǎn)。
此外，在本發(fā)明中，為了提高清洗室的密封性能并縮短達到既定真空度的時間、且為了減少達到真空度后清洗室的開閉引起的真空度的改變，最好如圖9所示，在清洗室81的前后設(shè)置預(yù)減壓室82a、82b。在如圖2、3所示從一個方向送入送出的場合，只要設(shè)置一個預(yù)減壓室即可。當設(shè)置有這種預(yù)減壓室82a、82b時，可以在將各預(yù)減壓室密閉的狀態(tài)下進行其清洗室81一側(cè)的開閉，因此，清洗室81內(nèi)真空度的降低得以減小，而且還能夠縮短提高到進行清洗所需的既定真空度的時間。因此，能夠以更高的處理量進行批量生產(chǎn)。
如上所述，本發(fā)明旨在提供一種能夠以高處理量批量生產(chǎn)經(jīng)能量波清洗后的被接合物的接合裝置，但對于該接合裝置而言，為了如前所述盡可能防止在進行接合之前在清洗后的接合面上形成氧化膜和有機物層，最好具有這樣一種單元，即，在清洗室內(nèi)清洗后直到金屬接合部彼此進行接合之前期間的、被接合物的輸送、為進行接合而對被接合物進行保持、以及為進行接合而使被接合物彼此位置對準等工序之中的至少一個工序中，向清洗后的接合面局部性供給惰性氣體或非氧化性氣體的單元，亦即對接合面上的氛圍以惰性氣體或非氧化性氣體進行凈化的單元。圖10示出，除了本發(fā)明所涉及的相對于清洗室實質(zhì)上同時進行送入和送出的單元之外還具有這種凈化單元的接合裝置整個系統(tǒng)的更為具體的例子。
在圖10中，從層疊有例如裝有芯片141和基板142的托盤(工件托盤)143的托盤轉(zhuǎn)換器144中取出托盤143送入清洗室145內(nèi)。這種取出和送入既可以使用后述的托盤取出用托盤裝卸器，也可以使用其它專用單元，相對于清洗室145的送入和送出實質(zhì)上同時并行地進行。在例如抽真空之后，將清洗室145內(nèi)部置換成等離子體發(fā)生用特殊氣體146(例如Ar氣體)，在減壓情況下對芯片141和基板142的接合面進行等離子體清洗。以托盤裝卸器147將載有清洗后的芯片141和基板142的托盤143從清洗室145內(nèi)送出，邊以由非氧化性氣體或特殊氣體組成的凈化氣體148對載有芯片141和基板142的托盤143上的氛圍進行凈化，邊向粘合臺座149上的待機部150輸送。托盤裝卸器147上的上述凈化，例如可經(jīng)由多孔性板151供給非氧化性氣體或特殊氣體進行。
在旋轉(zhuǎn)基臺149上的待機部150中，邊以從凈化噴嘴152吹出的、由非氧化性氣體或特殊氣體組成的凈化氣體153進行凈化，邊以可移動的蓋154將待機中的托盤143的上面蓋住而將凈化氣體153封閉起來。待機后，將蓋154打開，以安裝在基板移放機構(gòu)155的前端部的保持頭156吸持基板142，將被吸持的基板142移放到粘合臺157上。此時也同樣，以凈化噴嘴152向托盤143上吹出凈化氣體153，因而在其它芯片和基板上也覆蓋著凈化氣體。此時，在向保持頭156內(nèi)吹出由非氧化性氣體或特殊氣體組成的凈化氣體158后通過抽吸將基板142吸持住，在向粘合臺157上移放而要解除吸持狀態(tài)時，再次向保持頭156內(nèi)吹出凈化氣體158以破壞保持頭內(nèi)的真空狀態(tài)。而在芯片141一側(cè)，也要將蓋154打開，以安裝在芯片翻轉(zhuǎn)機構(gòu)159的前端部的保持頭160吸持芯片141，在被吸持的芯片141翻轉(zhuǎn)后，移放到粘合器具161的下表面上。此時也同樣，以凈化噴嘴152向托盤143上吹出凈化噴嘴152，因而在其它芯片和基板上也覆蓋著凈化氣體。此時，向保持頭160內(nèi)吹出由非氧化性氣體或特殊氣體組成的凈化氣體162后通過抽吸將芯片141吸持住，在向粘合器具161上移放而要解除吸持狀態(tài)時，再次向保持頭160內(nèi)吹出凈化氣體162以破壞保持頭內(nèi)的真空狀態(tài)。
對于芯片141已就位的粘合器具161和基板142已就位的粘合臺157二者，邊分別以從凈化噴嘴163、164吹出的由非氧化性氣體或特殊氣體組成的凈化氣體165、166對芯片141表面上的氛圍以及基板142表面上的氛圍進行凈化，邊使用2視場的識別單元167進行調(diào)整。調(diào)整后，2視場的識別單元167退避，粘合壓頭168下降，使被保持在粘合器具161上的芯片141通過加壓、需要時同時進行加熱而接合在被保持在粘合臺157上的基板142上。在芯片141接合在基板142上之后，將該接合完成品例如通過基板移放機構(gòu)155取出，收放在完成品托盤169內(nèi)。當完成品托盤169上放滿被依次取出的完成品時，將該完成品托盤169例如通過托盤裝卸器147卸放到疊放完成品托盤169的托盤轉(zhuǎn)換器144中。如上所述，在一系列動作工序的各處適合以非氧化性氣體或特殊氣體進行凈化。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明所涉及的接合裝置，可應(yīng)用于具有金屬接合部的被接合物之間的所有接合，特別適用于至少其中一個被接合物為半導(dǎo)體時的接合。
權(quán)利要求
1.一種接合裝置，將基底材料的表面具有金屬接合部的被接合物彼此接合，其特征是，具有清洗室；清洗單元，在該清洗室內(nèi)在減壓情況下對所說金屬接合部的接合面照射能量波；接合單元，在大氣中將從所說清洗室內(nèi)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合；輸送單元，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送。
2.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說輸送單元具有可載置多個被接合物的托盤。
3.如權(quán)利要求2所說的接合裝置，其特征是，所說清洗室的所說托盤的送入口和送出口由通用口構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所說的接合裝置，其特征是，所說清洗室的所說托盤的送入口和送出口分別構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說輸送單元具有輸送帶，對在輸送帶長度方向上排列的多個被接合物進行保持、以既定的輸送量間歇性進行輸送。
6.如權(quán)利要求5所說的接合裝置，其特征是，在所說輸送帶朝向所說清洗室內(nèi)的送進部和來自清洗室的送出部上，設(shè)置有將位于清洗室內(nèi)的輸送帶部分相對于清洗室外部實現(xiàn)密封的密封單元。
7.如權(quán)利要求5所說的接合裝置，其特征是，在所說清洗室與所說接合單元之間，所說輸送帶形成有下垂。
8.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說輸送單元具有對將被接合物一個一個地至少向所說清洗室內(nèi)送入的移放和從清洗室內(nèi)送出的移放并行地進行處理的單元。
9.如權(quán)利要求8所說的接合裝置，其特征是，所說并行地進行處理的單元，具備具有多個被接合物保持頭的旋轉(zhuǎn)頭。
10.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說清洗室是作為兩個被接合物共用的清洗室而構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，所說清洗室是針對各被接合物分別設(shè)置的。
12.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說清洗室上附設(shè)有預(yù)減壓室。
13.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說清洗單元由等離子體照射單元構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求13所說的接合裝置，其特征是，所說清洗單元由Ar等離子體照射單元構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說接合單元具有加熱單元。
16.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說接合單元具有加壓單元。
17.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說接合單元具有超聲波施加單元。
18.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說接合單元具有接合時以能量波對接合面進行清洗的接合時能量波清洗單元。
19.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，還具有，在所說清洗室內(nèi)清洗后直到金屬接合部彼此接合之前期間的、用于被接合物的輸送、接合的被接合物的保持、以及用于接合的被接合物彼此的位置對準工序中的至少一個工序中，對清洗后的接合面局部性供給惰性氣體或非氧化性氣體的單元。
20.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，待接合的兩個金屬接合部的接合面均由金形成。
21.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說清洗單元由在所說接合面的整個濺射表面以1.6nm腐蝕能量以上的能量照射能量波的單元構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，所說接合單元由使金屬接合部彼此接合時的間隙的標準離差最大為4μm以下的單元構(gòu)成。
23.如權(quán)利要求1所說的接合裝置，其特征是，至少一方的金屬接合部的表面硬度在Hv120以下。
24.一種基底材料的表面具有金屬接合部的被接合物彼此接合而成的接合體，其特征是，由下述的接合裝置制成，即，該接合裝置具有清洗室；清洗單元，在該清洗室內(nèi)在減壓情況下對所說金屬接合部的接合面照射能量波；接合單元，在大氣中將從所說清洗室內(nèi)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合；輸送單元，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送。
25.如權(quán)利要求24所說的接合體，其特征是，所說被接合的被接合物中的至少一方由半導(dǎo)體形成。
全文摘要
一種接合裝置，具有清洗室；清洗單元，在該清洗室內(nèi)在減壓情況下對所說金屬接合部的接合面照射能量波；接合單元，在大氣中將從所說清洗室內(nèi)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合；輸送單元，將至少就一方被接合物而言在前的被接合物和后續(xù)的被接合物實質(zhì)上同時至少沿著向所說清洗室內(nèi)送入的方向和從清洗室內(nèi)送出的方向進行輸送。在將清洗后的被接合物取出至大氣中進行接合時，特別是圍繞清洗室進行的被接合物的送入和送出以及傳遞能夠圓滑且以較短時間完成，能夠以高處理量批量生產(chǎn)既定的接合制品。其結(jié)果，可縮短整個接合工序的生產(chǎn)節(jié)拍時間、降低接合工序所需要的成本。
文檔編號H01L21/02GK1685491SQ03822918
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者山內(nèi)朗 申請人:東麗工程株式會社