專利名稱：接合方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于將電子元器件的電極與基板上形成的電極之間直接接合、從而將電子元器件安裝在基板上等情況的接合方法及其裝置。
背景技術(shù)：
作為將多個(gè)被接合物彼此之間直接接合的安裝方法，已知有一種方法，即將各被接合物配置在真空腔室內(nèi)，在減壓氣體氣氛中，對(duì)接合物表面照射能量波來進(jìn)行清洗，在真空密封或密封了惰性氣體或不與被接合物產(chǎn)生反應(yīng)的氣體的腔室內(nèi)，使被接合物彼此之間對(duì)置，進(jìn)行加壓接合(參照專利文獻(xiàn)1)。
還知道一種接合方法，它在通過金屬接合將電子元器件的Au凸點(diǎn)與基板的連接端表面的Au膜進(jìn)行接合時(shí)，將電子元器件及基板放置在腔室內(nèi)，形成真空氣氛，利用高速原子射線或離子束等向單方向加速的能量粒子，將電子元器件的Au凸點(diǎn)與基板的連接端表面的Au膜進(jìn)行清洗，保持真空氣氛或氣體氣氛，使利用清洗而活化的凸點(diǎn)及連接端接觸，進(jìn)行加壓，通過這樣在常溫下將兩者接合(參照專利文獻(xiàn)2)。在本以往技術(shù)中，在大氣中也能夠接合，將能夠維持利用清洗工序得到的活化狀態(tài)的時(shí)間設(shè)定為10分鐘以內(nèi)，從室溫加熱至150℃進(jìn)行接合。
專利文獻(xiàn)11特開2001-351892號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2003-197673號(hào)公報(bào)但是，在以往技術(shù)有關(guān)的接合方法中，存在的問題是，從清洗工序開始進(jìn)行傳送及接合工序內(nèi)，至少需要一個(gè)真空腔室或構(gòu)成惰性氣體氣氛用的腔室，再加上需要真空泵、閥、控制系統(tǒng)等一連串的真空設(shè)備，與利用超聲波加熱接合或糊料固化的接合方法相比，設(shè)備成本高。另外存在的問題是，為了將電子元器件及基板送入腔室或從腔室送出，要進(jìn)行減壓或?qū)怏w封入及向大氣開放，因此需要時(shí)間，生產(chǎn)節(jié)拍慢。
為了解決上述問題，如專利文獻(xiàn)2所示的以往技術(shù)中揭示的那樣，若能夠在大氣中進(jìn)行從清洗工序開始的傳送及接合，則不需要設(shè)置接合用的真空設(shè)備等，能夠降低接合用的設(shè)備成本，加快生產(chǎn)節(jié)拍。但是，由于為了進(jìn)行接合而必須加熱，因此存在的問題是，要除去接合面上產(chǎn)生的氧化物或吸附物等妨礙接合的物質(zhì)，更加要防止再吸附，并對(duì)吸附量進(jìn)行管理。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種至少能夠?qū)某ソ雍嫌泻ξ镔|(zhì)的表面處理至接合工序的工序，在大氣中而且常溫下進(jìn)行的接合方法及其裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)成上述目的，本申請(qǐng)的第1發(fā)明的接合方法，在對(duì)多個(gè)被接合物的接合面進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在它們的接合面之間進(jìn)行接合，具有以下工序?qū)⒔雍系闹辽僖环降慕雍厦婕庸こ梢?guī)定粗糙度的表面粗糙度控制工序；力圖對(duì)于接合面除去妨礙接合物質(zhì)及附著接合有效物質(zhì)的表面處理工序；以及使各自的接合面接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合工序。
根據(jù)上述接合方法，由于利用表面粗糙度控制工序?qū)⒔雍弦环降慕雍厦娴谋砻嫣幚沓梢?guī)定粗糙度，因此得到在一方的接合面上以微細(xì)的間隔形成微細(xì)的尖頂?shù)臓顟B(tài)，若將該接合面在接合工序中與另一方的接合面壓緊，則利用尖頂將接合面的表面上存在的氧化物或附著物等一層妨礙接合物質(zhì)切斷，近似均勻分布的、或有規(guī)則地排列的尖頂與另一方的接合面進(jìn)行金屬接合，將接合面之間進(jìn)行接合。由于所要的接合強(qiáng)度取決于在接合面的一方形成的微細(xì)的尖頂部分與另一方的接合面進(jìn)行點(diǎn)狀接合的面積的總和、即接合部位的總接合面積，因此通過最佳選擇表面粗糙度控制工序中在一方接合面上形成細(xì)糙度的尖頂?shù)男螤罴俺叽?、進(jìn)而在接合工序中將形成為規(guī)定粗糙度的一方的接合面與另一方的接合面接觸時(shí)的壓入量等，就能夠得到所希望的接合強(qiáng)度。這時(shí)，通過實(shí)施力圖對(duì)于接合面除去妨礙接合物質(zhì)及附著接合有效物質(zhì)的表面處理工序，由于能夠在沒有妨礙接合物質(zhì)、存在接合有效物質(zhì)的情況下進(jìn)行接合，因此尖頂與另一方的接合面的接合不會(huì)受到妨礙接合物質(zhì)的阻礙，得到接合有效物質(zhì)發(fā)揮的作用，從而更可靠。
作為上述接合方法的表面處理工序的一部分，最好在各工序之前實(shí)施除去接合面上存在的妨礙接合物質(zhì)的初始表面清洗工序，能夠以更清潔的狀態(tài)實(shí)施各工序，表面清洗工序后的表面在存在再吸附的物質(zhì)的情況下，通過附著接合有效物質(zhì)進(jìn)行改性，能夠在大氣壓氣氛中實(shí)施接合。
另外，表面粗糙度加工控制工序，在表面粗糙度是不與接合面的材料相對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)時(shí)，加工控制成對(duì)應(yīng)的表面粗糙度，可以采用下述的方法，即利用形成了規(guī)定粗糙度的凹凸的凹凸形成構(gòu)件將凹凸向接合的一方接合面轉(zhuǎn)印的方法、或利用大氣壓等離子體處理的方法、或利用噴射微細(xì)粒子的噴砂處理的方法。
另外，表面處理工序最好是在大氣壓下向接合面照射能量粒子或能量波的方法，能夠在大氣壓及室溫氣氛下實(shí)施接合工序。具體來說，可以采用紫外線照射、或大氣壓等離子體形成的生成物的照射，該表面處理工序通過與接合工序并行實(shí)施，能夠在進(jìn)行除去妨礙接合物質(zhì)及附著接合有效物質(zhì)之后，迅速進(jìn)行接合。
另外，本申請(qǐng)的第2發(fā)明有關(guān)的接合裝置，在對(duì)多個(gè)被接合物的接合面進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在它們的接合面之間進(jìn)行接合，具有力圖對(duì)于至少一方對(duì)規(guī)定粗糙度進(jìn)行管理的接合面除去妨礙接合物質(zhì)及附著接合有效物質(zhì)的表面處理單元；以及使各自的接合面接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合單元。
根據(jù)上述接合裝置，由于一方接合面的表面對(duì)規(guī)定粗糙度進(jìn)行管理，因此得到在一方的接合面上以微細(xì)的間隔形成微細(xì)的尖頂?shù)臓顟B(tài)，若將該接合面在接合工序中與另一方的接合面壓緊，則利用尖頂將接合面的表面上存在的氧化物或附著物等一層妨礙接合物質(zhì)切斷，有規(guī)則地排列的尖頂與另一方的接合面進(jìn)行金屬接合，將接合面之間進(jìn)行接合。由于所要的接合強(qiáng)度取決于在接合面的一方形成的微細(xì)的尖頂部分與另一方的接合面進(jìn)行點(diǎn)狀接合的面積的總和、即接合部位的總接合面積，因此通過最佳選擇利用表面粗糙度的管理而在一方接合面上形成細(xì)糙度的尖頂?shù)男螤罴俺叽?、進(jìn)而在接合單元中將形成為規(guī)定粗糙度的一方的接合面與另一方的接合面接觸時(shí)的壓入量等，就能夠得到所希望的接合強(qiáng)度。這時(shí)，通過利用表面處理單元力圖對(duì)于接合面除去妨礙接合物質(zhì)及附著接合有效物質(zhì)，由于能夠在沒有妨礙接合物質(zhì)、存在接合有效物質(zhì)的情況下進(jìn)行接合，因此尖頂與另一方的接合面的接合不會(huì)受到妨礙接合物質(zhì)的阻礙，得到接合有效物質(zhì)發(fā)揮的作用，從而更可靠。
作為上述接合裝置的表面處理單元，最好在利用各單元進(jìn)行處理工序之前設(shè)置除去接合面上存在的妨礙接合物質(zhì)的初始表面清洗單元，能夠以更清潔的狀態(tài)實(shí)施各工序，表面清洗工序后的表面在存在再吸附的物質(zhì)的情況下，通過附著接合有效物質(zhì)進(jìn)行改性，能夠在大氣壓氣氛中實(shí)施接合。
另外，在上述接合裝置中，最好具有加工控制成與接合面的材料相對(duì)應(yīng)的表面粗糙度的表面粗糙度加工控制單元，其中可以采用下述的方法，即利用形成了規(guī)定粗糙度的凹凸的凹凸形成構(gòu)件將凹凸向接合的一方接合面轉(zhuǎn)印的方法、或利用大氣壓等離子體處理的方法、或利用噴射微細(xì)粒子的噴砂處理的方法。
另外，表面處理單元最好是在大氣壓下向接合面照射能量粒子或能量波的方法，能夠在大氣壓及室溫氣氛下實(shí)施接合。具體來說，可以采用紫外線照射、或大氣壓等離子體形成的生成物的照射，該表面處理工序通過與接合工序并行實(shí)施，能夠在進(jìn)行除去妨礙接合物質(zhì)或改性之后，迅速進(jìn)行接合。
本發(fā)明的接合方法，在對(duì)多個(gè)被接合物的接合面進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在它們的接合面之間進(jìn)行接合，具有以下工序?qū)⒔雍系闹辽僖环降慕雍厦鎸?duì)規(guī)定粗糙度進(jìn)行管理、并對(duì)于沒有或除去妨礙接合物質(zhì)的接合面在大氣氣氛中存在吸附物質(zhì)的情況下附著接合有效物質(zhì)而進(jìn)行改性的表面處理工序；以及使各自的接合面在前述改性情況下接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合工序，能確實(shí)地進(jìn)行在大氣中的常溫接合。


圖1所示為實(shí)施形態(tài)有關(guān)的接合方法的工序順序流程圖。
圖2A～圖2C所示為表面粗糙度控制工序的順序的示意圖。
圖3A～圖3C所示為接合工序及表面清洗工序的示意圖。
圖4為說明表面粗糙度的示意圖。
圖5A～圖5C為說明利用進(jìn)行了表面粗糙度控制的接合面進(jìn)行接合的示意圖。
圖6A～圖6B所示為主表面處理前及處理后的、表示妨礙接合物質(zhì)的增減的曲線圖及表示接合有效物質(zhì)的增減的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施形態(tài)表示一個(gè)例子，該例子是用于將電子元器件上形成的電極盤中形成的凸點(diǎn)電極與基板上形成的電極盤進(jìn)行接合、而將電子元器件安裝在基板上的情況。另外，也可以在基板的電極盤上形成凸點(diǎn)電極，也可以在基板及電子元器件的各自的電極盤上形成凸點(diǎn)電極。由于一般電極盤的厚度為1μm以下，因此為了吸收電子元器件及基板的翹曲，通過雙方形成的多個(gè)電極盤的接合，確實(shí)達(dá)到導(dǎo)通，凸點(diǎn)電極作為高度為幾～幾十μm左右的緩沖材料，是不可缺少的。
圖1所示為本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的接合方法的各工序順序，以下參照?qǐng)D2A～圖4說明各工序。另外，圖1所示的S1、S2…是表示工序順序的步驟編號(hào)，在本文中，與附加的標(biāo)號(hào)一致。
首先，作為預(yù)備的表面處理工序，對(duì)電子元器件1的凸點(diǎn)電極1b及基板2的電極盤2a進(jìn)行初始清洗處理(S1)。初始清洗處理可以在大氣中或真空中的任何條件下進(jìn)行，實(shí)施利用等離子體形成的能量粒子、離子束或化學(xué)藥品的濕法刻蝕等。利用該初始清洗工序，能夠除去在凸點(diǎn)電極1b及電極盤2a的表面上存在的妨礙接合的氧化物或吸附物，形成凸點(diǎn)電極1b及電極盤2a的金屬露出在表面。當(dāng)然，在沒有附著或基本上沒有附著Si等妨礙接合物質(zhì)的接合面的情況下，也可以省略初始清洗工序，而僅實(shí)施后述的主表面處理。
將初始清洗后的電子元器件1傳送到實(shí)施表面粗糙度控制工序的表面處理臺(tái)4上，將基板2傳送到鍵合臺(tái)7上(S2)。在表面粗糙度控制工序中，將凸點(diǎn)電極1b的表面粗化為規(guī)定粗糙度(S3)。該表面粗糙度控制工序如圖2A所示，將表面上形成規(guī)定粗糙度的粗面部分3a的凹凸板(凹凸形成構(gòu)件)3向著保持在臺(tái)4上的電子元器件1的凸點(diǎn)電極1b下降，若如圖2B所示，在用規(guī)定壓力對(duì)凸點(diǎn)電極1b加壓之后，使凹凸板3背離凸點(diǎn)電極1b上升，則如圖2C所示，在凸點(diǎn)電極1b的表面形成凹凸形狀。關(guān)于形成該凹凸形狀的作用效果的詳細(xì)情況，將在后面敘述。
將利用上述表面粗糙度加工控制工序?qū)ν裹c(diǎn)電極1b進(jìn)行了表面粗糙度加工控制后的電子元器件1向接合工序傳送(S4)，如圖3A所示，保持在接合工具(接合單元)6上，在保持基板2的鍵合臺(tái)7的上方控制接合工具6的位置，使得凸點(diǎn)電極1b與電極盤2a一致。
在圖3A所示的狀態(tài)下，實(shí)施主表面處理工序(表面處理工序)，該主表面處理工序如圖所示，從第1紫外線照射裝置(表面處理單元)5a向電子元器件1照射紫外線，從第2紫外線照射裝置(表面處理單元)5b向基板2照射紫外線，力圖除去凸點(diǎn)電極1b及電極盤2a上在初始清洗后附著的妨礙接合物質(zhì)，在有再吸附的吸附物的情況下，附著接合有效物質(zhì)(S5)。
在實(shí)施了規(guī)定時(shí)間的主表面處理工序后，使接合工具進(jìn)行下降動(dòng)作，如圖3B所示，若接觸，使得基板2的電極盤2a對(duì)電子元器件1的凸點(diǎn)電極1b加壓，則凸點(diǎn)電極1b用在其表面上形成的凸出部分與電極盤2a進(jìn)行接合(S6)。關(guān)于該接合機(jī)理的詳細(xì)情況，將在后面敘述。
若凸點(diǎn)電極1b與電極盤2a之間進(jìn)行接合，則接合工具6松開保持的電子元器件1，然后上升，因此如圖3C所示，將凸點(diǎn)電極1b與電極盤2a進(jìn)行接合，將電子元器件1裝在基板2上。
更加理想的是，在接合工序結(jié)束之前，持續(xù)進(jìn)行上述第2清洗工序(S7)。另外，為了從利用紫外線產(chǎn)生的吸附物分解促使除去，也可以進(jìn)行吹02。
關(guān)于利用上述表面粗糙度控制工序產(chǎn)生的凸點(diǎn)電極1b的表面處理的作用效果及表面處理后的凸點(diǎn)電極1b與電極盤2a之間的接合機(jī)理，將在下面說明其詳細(xì)情況。
凸點(diǎn)電極1b主要是利用電鍍或化學(xué)鍍形成的，或利用柱狀凸點(diǎn)鍵合加工方法形成的。在其表面有十點(diǎn)平均粗糙度為微米量級(jí)的起伏，再有，在一個(gè)一個(gè)的起伏中，有納米量級(jí)的起伏。若將前述微米量級(jí)的起伏(十點(diǎn)平均粗糙度)定義為大粗糙度，將前述納米量級(jí)的起伏(十點(diǎn)平均粗糙度)定義為小粗糙度，則大粗糙度能夠利用粗糙度測(cè)量器，或進(jìn)行激光測(cè)量，但小粗糙度為利用原子力顯微鏡等的分辨率才能夠測(cè)量的量級(jí)。如圖4所示，若設(shè)大粗糙度的進(jìn)行了三角波近似時(shí)的峰值為h1，波形的間距為b1，小粗糙度的峰值為h2波形的間距為b2，則在利用金(Au)濺射膜形成的凸點(diǎn)電極1b的情況下，大粗糙度的峰值h1為亞微米程度，小粗糙度的峰值h2為10nm左右，在利用鍍層形成凸點(diǎn)電極1b的情況下，大粗糙度的峰值h1為幾微米，小粗糙度的峰值h2為50nm左右。
在無論表面處理的預(yù)清洗、還是主表面處理都不進(jìn)行的情況下，如圖5A所示，由于在大氣中，在凸點(diǎn)電極1b及電極盤2a的表面存在氧化物或有機(jī)物的附著物等妨礙接合的妨礙物質(zhì)G，因此不形成金屬表面彼此之間直接接觸的狀態(tài)，所以接合會(huì)失敗。若進(jìn)行初始清洗，則由于能夠從金屬表面除去妨礙物質(zhì)G，因此形成金屬表面容易與其它物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的狀態(tài)，所以若使金屬彼此之間接觸，則有可能利用金屬結(jié)合來進(jìn)行接合。但是，在大氣中進(jìn)行接合，或者在1×10-4Pa左右的真空度下，在除去妨礙物質(zhì)G之后，還有再吸附，接合仍然會(huì)失敗。這時(shí)，能夠接合的情況是如圖5B所示，如前所述，在金屬表面、這里是凸點(diǎn)電極1b及電極盤2a的表面有大小的起伏，在起伏的頂點(diǎn)部分位置互相一致時(shí)，若將凸點(diǎn)電極1b與電極盤2a壓緊，則一層再吸附物F被切斷，在界面上生成金屬的新生面等容易反應(yīng)的活性面，在該部分利用通過金屬結(jié)合的接合部位E進(jìn)行接合。但是，由于這樣的接合部位E完全是隨機(jī)產(chǎn)生的，因此不能保證得到可靠的接合狀態(tài)，接合強(qiáng)度也產(chǎn)生差異。
本發(fā)明應(yīng)用上述的接合機(jī)理，在凹凸板3的粗面部分3a上，以大粗糙度的參數(shù)h1及b1形成標(biāo)準(zhǔn)化的凹凸，使得即使在批量工序下也能夠得到穩(wěn)定的接合狀態(tài)。如圖2所示，在凹凸板3上以尖頂間隔bp、尖頂高度hp形成凹凸的粗面部分3a與凸點(diǎn)電極1b壓緊，在該被壓緊的凸點(diǎn)電極1b的表面如圖5C所示，形成對(duì)與電極盤2a接合的接合部位E的數(shù)量進(jìn)行管理的凹凸。通過該表面粗糙度控制工序中對(duì)粗糙度的管理，能夠產(chǎn)生可靠切斷再吸附物的部分，能夠在批量生產(chǎn)工序內(nèi)對(duì)接合強(qiáng)度質(zhì)量進(jìn)行管理。若設(shè)○接合部位E○接合部位間的尺寸bp(是凹凸板3上形成的凹凸的尖頂間隔，通過設(shè)計(jì)決定的尺寸)○接合部位的接合面積s(由接合部位E的形狀、尺寸、壓入量所決定的理論值)○每單位面積的接合面積Sc○接合物的被接合面積S(能夠?qū)崪y(cè)的值)○總接合面積So，則單體面積1與以E作為4個(gè)頂點(diǎn)的、1邊長(zhǎng)為bp的正方形的面積(bp)2之比等于每單位面積的接合面積Sc與接合面積s(設(shè)為每1個(gè)頂點(diǎn)的接合面積s/4的4個(gè)頂點(diǎn)的部分，4×s/4)，下式(1)成立。
1:(bp)2＝Sc:s …(1)這里，所謂接合物的被接合面積S，與接合部位E的實(shí)際有效接合面積s不同，如圖5C所示，它包含有效接合部分及非接合部分，從表面上來看，意味著看作為接合部分的實(shí)測(cè)上的投影總面積。
根據(jù)上式(1)，每單位面積的接合面積Sc可作為下式(2)求得，由于接合部分的實(shí)際的總接合面積So為對(duì)于表面上來看的接合面積即被接合面積S乘以每單位面積的接合面積Sc，因此可表示為下式(3)。若將式(2)代入該式(3)則可得式(4)。
Sc＝s/(bp)2…(2)So＝S×Sc …(3)So＝S×s/(bp)2…(4)由于若掌握了上述總接合面積So與接合強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，則能夠求出為了得到規(guī)定的接合強(qiáng)度所必需的總接合面積So，因此為了根據(jù)式(4)得到總接合面積So，只要決定必需的接合面積s、或接合部位間的尺寸bp即可。這時(shí)，通過選擇在凹凸板3上形成的粗面部分3a的1個(gè)接合部位的形狀、尺寸及壓入量等，就能夠決定接合面積s。
凹凸板3的粗面部分3a利用干法刻蝕或噴砂等形成為一定粗糙度、有周期性的狀態(tài)。其尖頂高度hp及尖頂問隔bp的決定，要取決于凸點(diǎn)電極1b的表面狀態(tài)、尺寸及材料。在本實(shí)施形態(tài)中，設(shè)凸點(diǎn)電極1b的材料為金，考慮每1個(gè)電極的想要接合的面積為30μm2左右的微小面積，則hp＝2～5微米，最好為3微米左右，bp＝1～3微米，最好為1.7微米左右。但是，這隨接合材料而異，在難以壓碎的Si材由彼此之間，適合采用更微細(xì)的凹凸。
即使通過上述粗化，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的接合部位E，但有時(shí)也擔(dān)心因再吸附物F的大小不同而使各接合部位E的接合完成度產(chǎn)生差異，實(shí)際上使接合失敗。為了解決這一問題，設(shè)置了前述主表面處理工序，以管理、控制大氣中的金屬表面的化學(xué)狀態(tài)為目的，力圖除去再吸附物F中的妨礙接合物質(zhì)，附著接合有效物質(zhì)。這里，從第1紫外線照射裝置5a向電子元器件1的凸點(diǎn)電極1b形成面照射紫外線，從第2紫外線照射裝置5b向基板2的電極盤2a形成面照射紫外線，利用紫外線進(jìn)行主表面處理，力圖除去再吸附物F中的妨礙接合物質(zhì)，附著接合有效物質(zhì)。其結(jié)果，即使是存在殘留吸附物的情況下，也能夠利用接合有效物質(zhì)的作用，緩和或消除殘留吸附物的影響，使接合始終能夠很好地完成。這可以認(rèn)為是接合有效物質(zhì)促保殘留吸附物層在接合部分被切斷。即可以說，接合面的表面狀態(tài)利用接合有效物質(zhì)進(jìn)行了改性，使得殘留吸附物層不阻礙接合。
在以上說明的構(gòu)成中，是將作為預(yù)備表面處理的初始清洗工序結(jié)束后的電子元器件1傳送到表面處理臺(tái)4上，將凹凸形狀進(jìn)行轉(zhuǎn)印，但也可以這樣構(gòu)成，即利用接合工具6保持初始清洗工序結(jié)束后的電子元器件1，使接合工具6下降到將粗兩面部分3a朝上配置的凹凸板3上，將保持的電子元器件1的凸點(diǎn)電極1b與粗面部分3a壓緊，將凹凸向凸點(diǎn)電極1b轉(zhuǎn)印。
另外，除了利用作為實(shí)施表面粗糙度加工控制工序的單元所說明的凹凸板3將凹凸形狀進(jìn)行轉(zhuǎn)印外，也可以利用等離子體處理或噴砂處理直接形成凹凸形狀即粗面。另外，也可以利用作為實(shí)施主表面處理工序的單元所說明的由大氣壓等離子體生成的離子等生成物進(jìn)行照射。
另外，在接合工序中，由于通過將電子元器件1及基板2加熱至50～250℃左右，能夠使金屬的擴(kuò)散速度加速，因此能夠更增強(qiáng)接合力。
另外，在以上說明的構(gòu)成中，是對(duì)電子元器件1上形成的凸點(diǎn)電極1b實(shí)施表面粗糙度控制工序，但即使對(duì)基板2一側(cè)的電極盤2a進(jìn)行粗面形成處理，也能夠得到同樣的效果。
下面就以下1～4的工序，說明最佳形態(tài)的參考工序及實(shí)施結(jié)果。
1.在電子元器件1上形成Au柱狀凸點(diǎn)1b；2.使用對(duì)Si基板進(jìn)行刻蝕加工而形成的型板，使電子元器件1的接合部分即Au表面形成有規(guī)則的凹凸，即實(shí)施這樣的粗化工序作為表面粗糙度加工控制工序(傾斜角54.7°、各向異性刻蝕1.7μm高、間距3μm)；3.利用UV燈同時(shí)對(duì)粗化后的電子元器件1上的Au凸點(diǎn)、及電子元器件2上的Au濺射電極進(jìn)行表面處理，力圖除去妨礙接合物質(zhì)，附著接合有效物質(zhì)(低壓汞燈、波長(zhǎng)185～254nm、照度20mW/cm2、照射時(shí)間90s)；4.將電子元器件1及電子元器件2的雙方、或一方進(jìn)行加熱，使接合面溫度達(dá)到100℃，并下壓，從而引起凝固或/及擴(kuò)散接合，使其接合。
通過以上的工序，利用接合面積φ50μm(1963μm2)，作為Au-Au接合強(qiáng)度，得到均勻的切斷破壞強(qiáng)度200Mn。另外，作為初始清洗工序，若進(jìn)行Ar等離子體清洗(200W、30s)，則接合強(qiáng)度更上升，在該接合中，切斷破壞強(qiáng)度達(dá)到300Mn以上。但是，在這種情況下，由于切斷破壞部分在接合界面以外產(chǎn)生，因此接合強(qiáng)度雖不能定量化，但在保證接合強(qiáng)度方面，能夠得到足夠的隔靴。
另外，接合溫度相對(duì)于室溫來看，越高越得到良好的接合結(jié)果。另外，在前述主表面處理的前后，如圖6A所示，碳C的尖峰降低，如圖6B所示，氧O的尖峰升高。這可以說是，通過除去碳C，并附著氧O而增加，從而能夠改性為有利于接合的表面狀態(tài)，得到上述的好結(jié)果。而且，可以說C是妨礙接合物質(zhì)，O是接合有效物質(zhì)。
工業(yè)上的實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于在利用第1清洗工序?qū)⒈唤雍衔锏谋砻孢M(jìn)行清洗、除去氧化物及吸附物等妨礙接合物質(zhì)之后，利用表面粗糙度控制工序在一方的接合面上形成規(guī)定粗糙度的凹凸，并利用第2清洗工序除去附著在接合面上的再吸附物，將形成了凹凸的接合面與另一方的接合面壓緊，進(jìn)行接合，通過這樣能夠在常溫下而且在大氣中進(jìn)行接合，因此用于利用倒裝芯片方式進(jìn)行的電子元器件安裝是很有效的。
權(quán)利要求
1.一種接合方法，在對(duì)多個(gè)被接合物(1、2)的接合面(1b、2a)進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在各自的接合面之間進(jìn)行接合，其特征在于，具有以下工序?qū)⒔雍系闹辽僖环降慕雍厦?1b)管理為規(guī)定粗糙度、并力圖對(duì)于接合面除去妨礙接合物質(zhì)(G)及附著接合有效物質(zhì)的表面處理工序；以及使各自的接合面接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合工序(S6)。
2.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，表面處理工序包含除去在接合面(1b、2a)上存在的妨礙接合物質(zhì)(G)的初始表面清洗工序(S1)。
3.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，在大氣壓氣氛中實(shí)施各工序。
4.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，表面粗糙度的管理包含表面粗糙度是在與接合面的材料不相對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)時(shí)、加工控制成對(duì)應(yīng)的表面粗糙度的工序。
5.如權(quán)利要求4所述的接合方法，其特征在于，表面粗糙度加工控制工序利用形成了規(guī)定粗糙度的凹凸的凹凸形成構(gòu)件(3)，向接合的至少一方的接合面(1b)轉(zhuǎn)印凹凸。
6.如權(quán)利要求4所述的接合方法，其特征在于，表面粗糙度加工控制工序是大氣壓等離子體處理。
7.如權(quán)利要求4所述的接合方法，其特征在于，表面粗糙度加工控制工序是噴射微細(xì)粒子的噴砂處理。
8.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，表面處理工序在大氣壓下對(duì)接合面照射能量粒子或能量波。
9.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，表面處理工序與接合工序(S6)并行實(shí)施。
10.如權(quán)利要求1、8及9的任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于，表面處理工序是紫外線的照射。
11.如權(quán)利要求1、8及9的任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于，表面處理工序是大氣壓等離子體產(chǎn)生的生成物的照射。
12.如權(quán)利要求1或9所述的接合方法，其特征在于，接合工序(S6)在室溫氣氛下實(shí)施。
13.一種接合裝置，在對(duì)多個(gè)被接合物(1、2)的接合面(1b、2a)進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在各自的接合面之間進(jìn)行接合，其特征在于，具有力圖對(duì)于至少一方管理為規(guī)定粗糙度的接合面除去妨礙接合物質(zhì)(G)及附著接合有效物質(zhì)的表面處理單元；以及使各自的接合面接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合單元(6)。
14.如權(quán)利要求13所述的接合裝置，其特征在于，表面處理單元設(shè)置除去接合面(1b、2a)的妨礙接合物質(zhì)(G)的初始表面清洗單元。
15.如權(quán)利要求13所述的接合裝置，其特征在于，表面處理單元在大氣壓中進(jìn)行處理動(dòng)作。
16.如權(quán)利要求13所述的接合裝置，其特征在于，具有將接合面加工控制成與其材料相對(duì)應(yīng)的表面粗糙度的表面粗糙度加工控制單元。
17.如權(quán)利要求16所述的接合裝置，其特征在于，表面粗糙度加工控制單元利用形成了規(guī)定粗糙度的凹凸的凹凸形成構(gòu)件(3)，向接合面(1b)轉(zhuǎn)印凹凸。
18.如權(quán)利要求16所述的接合裝置，其特征在于，表面粗糙度加工控制單元利用大氣壓等離子體處理，將接合面處理成規(guī)定粗糙度。
19.如權(quán)利要求16所述的接合裝置，其特征在于，表面粗糙度加工控制單元是對(duì)接合的一方的接合面(1b)噴射微細(xì)粒子而處理成規(guī)定粗糙度的微粒子噴砂裝置。
20.如權(quán)利要求13或16所述的接合裝置，其特征在于，表面處理單元是紫外線照附裝置。
21.如權(quán)利要求13或16所述的接合裝置，其特征在于，表面處理單元是照射大氣壓等離子體產(chǎn)生的生成物的大氣壓等離子體處理裝置。
22.一種接合方法，在對(duì)多個(gè)被接合物(1、2)的接合面(1b、2a)進(jìn)行表面處理后、將多個(gè)被接合物在各自的接合面之間進(jìn)行接合，其特征在于，具有以下工序?qū)⒔雍系闹辽僖环降慕雍厦?1b)管理為規(guī)定粗糙度、并對(duì)于沒有或除去妨礙接合物質(zhì)(G)的接合面在大氣氣氛中存在吸附物質(zhì)的情況下附著接合有效物質(zhì)而進(jìn)行改性的表面處理工序；以及使各自的接合面在前述改性情況下接觸而將多個(gè)被接合物進(jìn)行接合的接合工序(S6)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種接合方法及其裝置，在利用初始清洗工序(S1)將被接合物(1b、2a)的表面進(jìn)行清洗、除去氧化物及吸附物等妨礙接合物質(zhì)(G)之后，利用表面粗糙度控制工序(S3)在一方的接合面(1b)上形成規(guī)定粗糙度的凹凸，并利用表面處理工序(S5)除去附著在接合面(1b、2a)上的再吸附物(F)，將形成了凹凸的接合面(1b)與另一方的接合面(2a)壓緊，進(jìn)行接合，通過這樣能夠在大氣壓條件下進(jìn)行常溫金屬接合。
文檔編號(hào)H01L21/68GK1942281SQ20058001199
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者笹岡達(dá)雄, 堀江聰, 青倉(cāng)勇, 八木能彥, 深田和岐 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社