(57)【要約】【課題】  接合部の酸化膜等の影響を受けることなく、信頼性の高い接合構造を実現することが可能な接合技術を提供する。【解決手段】  下部チャック４３と上部チャック４６の間で半導体ウェハ１００とインターポーザ２００を挟圧し、下部ヒータ４４および上部ヒータ４７で加熱して、両者の表面の接続電極を直接的に接合する接合装置において、下部チャック４３に支持された下部チャンバ壁４８ｂと、上部チャック４６が支持される上部ヘッド４５に支持された上部チャンバ壁４８ａとを設け、接合に先立って、上部チャンバ壁４８ａと下部チャンバ壁４８ｂを密着させることで、下部チャック４３と上部チャック４６の各々に保持された半導体ウェハ１００とインターポーザ２００が収容される処理チャンバ４８を構成し、この処理チャンバ４８内に薬液や洗浄液、酸化防止剤等を導入して接合部の酸化膜除去等の表面処理を行うようにした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２被接合物を挟圧して接合する接合方法であって、
前記第１および第２被接合物を、その接合面が対向するようにそれぞれ第１および第２保持部材に保持させる第１工程と、
前記第１および第２保持部材に保持された状態の前記第１および第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および第２保持部材により前記第１および第２被接合物を挟圧して前記接合面を密着させて接合する第３工程と、
を具備したことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
第１および第２被接合物を挟圧して接合する接合方法であって、
前記第１および第２被接合物を第１および第２保持部材にそれぞれ保持させ、前記第１および第２被接合物の各々の接合面の画像を検出し、前記画像に基づいて前記接合面が所定の接合位置関係で対向するように位置決めする第１工程と、
前記第１および第２保持部材に保持された状態の前記第１および第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および第２保持部材により前記第１および第２被接合物を挟圧して前記接合面を密着させて接合する第３工程と、
を具備したことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記第２工程では、前記保持部材に保持された前記第１および第２被接合物が収容される処理空間を形成し、前記処理空間に前記処理液を導入して当該処理液による前記接合面の処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第２工程は、薬液にて前記接合面の酸化膜を除去する工程と、洗浄液にて洗浄する工程と、必要に応じて表面活性剤を塗布する工程と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第３工程では、前記保持部材を加熱することで前記第１および第２被接合物の接合を促進することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第３工程における前記保持部材の加熱操作は、前記第１および第２被接合物の前記接着面の密着直後の第１温度による加熱操作と、その後、前記第１温度よりも高い第２温度での加熱操作の、複数段階の加熱からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１および第２被接合物の前記接合面には、配線構造が露出して形成され、前記配線構造同士を直接的に密着させて接合することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第１および第２被接合物の前記接合面に露出する前記配線構造は、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。
【請求項９】
前記第１および第２被接合物の前記接合面の少なくとも一部はＣｕからなることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の接合方法。
【請求項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、のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項１１】
第１および第２被接合物の各々を、その接合面が対向するようにそれぞれ保持する第１および第２保持部材と、
前記第１および第２保持部材を相対的に接近させることで、前記第１および第２被接合物の前記接合面を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、
前記第１および第２保持部材にそれぞれ保持された前記第１および第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給排を行う処理液供給回収機構と、
を具備したことを特徴とする接合装置。
【請求項１２】
第１および第２被接合物の各々を、その接合面が対向するようにそれぞれ保持する第１および第２保持部材と、
前記第１および第２保持部材に保持された第１および第２被接合物の前記接合面の前記相対的な位置決め動作を行う位置決め機構と、
前記第１および第２保持部材を相対的に接近させることで、前記第１および第２被接合物の前記接合面を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、
前記第１および第２保持部材にそれぞれ保持された前記第１および第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給排を行う処理液供給回収機構と、
を具備したことを特徴とする接合装置。
【請求項１３】
前記第１保持部材が支持される第１ヘッド部と、前記第２保持部材が支持される第２ヘッド部とをさらに備え、
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、当該第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および第２チャンバ壁の接合部を封止する第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、からなることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の接合装置。
【請求項１４】
処理液供給回収機構は、前記処理チャンバに対して、薬液を供給して前記接合面の酸化膜を除去する動作と、洗浄液を供給して洗浄する工程と、必要に応じて表面活性剤を供給して前記接合面に塗布する動作とを順次実行する機能を備えたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項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することで、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および離間動作をそれぞれ行わせる第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することで、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およ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から請求項１４のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項１６】
前記第１加熱機構は、予め所定の第１加熱温度に加熱された状態で前記第１保持部材に当接して加熱する動作と、当接後に、前記第１加熱温度よりも高い第２加熱温度で加熱する動作、の複数段階の加熱動作を行い、
前記第２加熱機構は、予め所定の第１加熱温度に加熱された状態で前記第２保持部材に当接して加熱する動作と、当接後に、前記第１加熱温度よりも高い第２加熱温度で加熱する動作、の複数段階の加熱動作を行うことを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項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を備え、
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を備えたことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項１８】
前記位置決め機構は、前記第２保持部材に保持された前記第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た前記第１被接合物の画像を撮影する第２カメラとを備え、前記画像に基づく位置認識にて、前記第１および第２ヘッド部を相対的に移動させることで、前記第１および第２被接合物の前記接合面の位置合わせを行う機能を備えたことを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項１９】
前記第１および第２被接合物の各々の前記接合面には、配線構造が露出して形成され、前記配線構造同士が直接的に密着して接合されることを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項２０】
前記第１および第２被接合物の前記接合面に露出する前記配線構造は、Ｃｕからなることを特徴とする請求項１９に記載の接合装置。
【請求項２１】
前記第１および第２被接合物の前記接合面の少なくとも一部はＣｕからなることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の接合装置。
【請求項２２】
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いずれかであることを特徴とする請求項１１から請求項２１のいずれか１項に記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合技術に関し、特に、半導体装置の組み立て工程における接合技術等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、携帯電話や携帯情報端末、高性能サーバなどの電子機器の普及にともない、それらに使われている半導体装置には、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個の半導体装置でこのような高機能化、高速化を実現しようとすると、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ため、機能の異なる複数のチップや受動素子等を一つのパッケージ内に収容したシステムインパッケージ（ＳｉＰ）等の実装構造が提案されている。
【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を用いる接合では、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に余分な工程を必要とし、接合部の信頼性も懸念される。
【０００４】
このため、このようなボンディングワイヤや半田バンプを用いる代わりに、半導体ウェハやチップ、配線基板の表面に露出したＣｕ等の配線構造や外部接続電極を相互に直接的に接合する実装構造も用いられるにいたっている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−５３２１８
【非特許文献１】2001 InternationalConference on Electronics Packaging  予稿集３９〜４３ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにシリコンチップとインターポーザまたはシリコンチップ同士を、それぞれの配線構造で直接的に接合する場合、個々のチップ等の製造から接合工程に至るまでの間に接合部分に形成された酸化膜等のために、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。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、接合部の酸化膜等の影響を受けることなく、信頼性の高い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、対象物の配線構造同士を直接的に接合する半導体装置等の組み立て工程における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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、第１および第２被接合物を挟圧して接合する接合方法であって、
前記第１および第２被接合物を、その接合面が対向するようにそれぞれ第１および第２保持部材に保持させる第１工程と、
前記第１および第２保持部材に保持された状態の前記第１および第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および第２保持部材により前記第１および第２被接合物を挟圧して前記接合面を密着させて接合する第３工程と、
を具備したことを特徴とする接合方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点は、第１および第２被接合物を挟圧して接合する接合方法であって、
前記第１および第２被接合物を第１および第２保持部材にそれぞれ保持させ、前記第１および第２被接合物の各々の接合面の画像を検出し、前記画像に基づいて前記接合面が所定の接合位置関係で対向するように位置決めする第１工程と、
前記第１および第２保持部材に保持された状態の前記第１および第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および第２保持部材により前記第１および第２被接合物を挟圧して前記接合面を密着させて接合する第３工程と、
を具備したことを特徴とする接合方法を提供する。
【００１０】
また、本発明の第３の観点は、第１および第２被接合物の各々を、その接合面が対向するようにそれぞれ保持する第１および第２保持部材と、
前記第１および第２保持部材を相対的に接近させることで、前記第１および第２被接合物の前記接合面を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、
前記第１および第２保持部材にそれぞれ保持された前記第１および第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給排を行う処理液供給回収機構と、
を具備したことを特徴とする接合装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４の観点は、第１および第２被接合物の各々を、その接合面が対向するようにそれぞれ保持する第１および第２保持部材と、
前記第１および第２保持部材に保持された第１および第２被接合物の前記接合面の前記相対的な位置決め動作を行う位置決め機構と、
前記第１および第２保持部材を相対的に接近させることで、前記第１および第２被接合物の前記接合面を密着させる挟圧動作を行わせる与圧機構と、
前記第１および第２保持部材にそれぞれ保持された前記第１および第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給排を行う処理液供給回収機構と、
を具備したことを特徴とする接合装置を提供する。
【００１２】
上記した本発明によれば、第１および第２の被接合物の接合時に、その場で、すなわち同一装置上で両者の接合面における配線用導体や接着材層の表面の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た後に挟圧して接合することができ、酸化膜等が除去された清浄な状態で接合面の密着による接合を行わせることができる。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を確実に防止して、信頼性の高い接合を実現できる。
【００１３】
このため、たとえば、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、プリント配線基板等の組み立て工程において外部に露出した配線構造や接続電極を相互に直接的に接合する場合に、配線構造や接続電極や接着材の表面の酸化膜による電気的接合不良や接合強度の不足等の接合不良を確実に防止して、信頼性の高い接合を実現でき、組み立て工程での歩留りが向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接合部の酸化膜等の影響を受けることなく、信頼性の高い接合構造を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、図６は、その作用の一例を示す断面図、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、その作用の一例を示すフローチャート、図９は、接合対象物の一例を示す略断面図である。
【００１７】
本実施の形態の場合には、一例として、インターポーザと半導体ウェハの接合を行う場合を例にとって説明する。
【００１８】
図７に例示されるように、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を備えている。
【００１９】
接合機構部３０は、中央部に配置され後述の図１に例示される構成の接合装置４０と、上側アライメント機構５０と、この接合装置４０に処理液等を供給あるいは回収する処理液供給回収機構６０を備えている。
【００２０】
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が図示しないキャリアに収納された状態で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が図示しないキャリアに収納された状態で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、一体に接合済の半導体ウェハ１００およびインターポーザ２００が回収されて完成品として払いだされる払い出しカセット１３が設けられている。
【００２１】
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、インター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側に向いた姿勢と、反対側の接合機構部３０側の向いた姿勢の間で旋回可能にされた保持アーム２３が設けられている。
【００２２】
この保持アーム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にセットする動作と、接合済の完成品を接合装置４０から取り出して、払い出しカセット１３に収納する動作を行う。
【００２３】
一方、図１に例示されるように、本実施の形態の接合装置４０は、水平面（図７のＸ−Ｙ平面）内における移動と、それに直交する鉛直方向（図１の上下（Ｚ）方向）における位置決め動作を行うことが可能な図示しない位置決め機構を備えた下部ヘッド４１と、この下部ヘッド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）を行う図示しない位置決め機構を備えた回転テーブル４２と、有底筒状で、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（底面）側を上にして回転テーブル４２に支持された下部チャック４３と、この下部チャック４３の内部に配置された下部ヒータ４４とを備えている。この下部ヒータ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とともに、ヒータ昇降機構４４ａを介して回転テーブル４２に支持され、下部チャック４３の吸着面４３ａの背面側に密着する加熱位置と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。
【００２４】
下部チャック４３の側面には、通気孔４３ｂが開口しており、必要に応じて冷却／加熱用の空気等を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。
【００２５】
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）が開口しており、真空吸着によって、アームロボット２２から受け渡された半導体ウェハ１００が着脱自在に保持される構成となっている。
【００２６】
一方、下部チャック４３の上方には、Ｚ方向に昇降可能な上部ヘッド４５が対向して設けられ、この上部ヘッド４５には、Ｚ方向に推力を発生する与圧機構４５ａを介して、下部チャック４３に平行な姿勢で対向する吸着面４６ａを備えた有底筒状の上部チャック４６が支持されている。
【００２７】
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が開口しており、真空吸着によって、アームロボット２２から受け渡されたインターポーザ２００が着脱自在に保持される構成となっている。
【００２８】
上部チャック４６は、与圧機構４５ａが発生するＺ方向の推力にて、対向する下部チャック４３との間で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動作を行う。
【００２９】
上部チャック４６の内部には、上部ヒータ４７が設けられ、この上部ヒータ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とともに、ヒータ昇降機構４７ａを介して上部ヘッド４５に支持され、上部チャック４６の吸着面４６ａの背面側に密着する加熱位置と、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。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が形成されており、必要に応じて冷却／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。
【００３０】
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、下部チャック４３には半導体ウェハ１００の保持領域を取り囲むように、上部チャンバ壁４８ａと対応する開口形状の下部チャンバ壁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の開口部が密着することで、処理チャンバ４８が形成される構造となっている。
【００３１】
下部チャンバ壁４８ｂの開口部には、全周にわたってＯリング等のシール部材４８ｃが配置されており、上部チャンバ壁４８ａと密着する際の気密が保持される構造となっている。また、上部チャック４６の外周部には、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４８ｂを超えて溢れた後述のような処理液を回収する溢れ防止壁４８ｅが設けられている。
【００３２】
下部チャック４３における下部チャンバ壁４８ｂの内側には、処理液給排路４８ｆが開口しており、後述の処理液供給回収機構６０に接続されている。そして、処理液供給回収機構６０から供給される薬液や洗浄液を処理チャンバ４８の内部に導入して満たしたり、用済みの薬液や洗浄液を処理液供給回収機構６０に排出する操作が可能になっている。
【００３３】
処理液供給回収機構６０は、たとえば塩酸等の薬液６１ａを供給する薬液供給部６１と、たとえば、純水等の洗浄液６２ａを供給する洗浄液供給部６２と、たとえば、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、これらの廃液を処理チャンバ４８から回収するための回収部６４等を備えている。
【００３４】
薬液供給部６１は、弁６１ｂを介して薬液６１ａを供給する。洗浄液供給部６２は、弁６２ｂを介して洗浄液６２ａを供給する。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。回収部６４は、弁６４ａを介して廃液を回収する。
【００３５】
下部チャック４３および上部チャック４６の真空吸着穴４９ａには、耐薬液性のエジェクタ４９が接続されており、当該真空吸着穴４９ａの真空吸引をＯＮ／ＯＦＦ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エジェクタ４９を用いている。
【００３６】
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の画像を撮影して位置情報を検出するために、撮像部５１ａを上向きにした姿勢の下側カメラからなる下側アライメント機構５１が設けられている。
【００３７】
また、上側アライメント機構５０は、下部チャック４３の高さよりも高い位置に配置され、当該下部チャック４３に保持された半導体ウェハ１００の画像を撮影して位置情報を検出するための撮像部５０ａを下向きにした姿勢のカメラを備えている。
【００３８】
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およびインターポーザ２００の構成の一例について説明する。
【００３９】
半導体ウェハ１００は、シリコン基板１０１の一主面（表面）に形成された配線パターン１０２と、このシリコン基板１０１を貫通するスルホール１０４にＣｕ等の導体を埋め込んで形成され、一端が配線パターン１０２に接続され、他端が反対側の主面（裏面）に露出した複数の接続電極１０３を有している。
【００４０】
一方、インターポーザ２００は、絶縁基板２０１の一主面（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、他端が反対側の主面（裏面）に露出したＣｕ等の導体からなる接続電極２０３を備えている。接続電極２０３が露出した裏面側には、接着材２０４が必要に応じて塗布されている。この接着材２０４は省略してもよい。
【００４１】
そして、後述のように、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とを位置合わせして、密着させることで電気的に接続する接合処理を行う。
【００４２】
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。
【００４３】
まず、図１のように、下部チャック４３（下部ヘッド４１）と上部チャック４６（上部ヘッド４５）を離間させ、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とともに、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から離間した状態で、所定の第１温度Ｔ１（たとえば１２０℃）に予熱されている。
【００４４】
この状態で、アームロボット２２にて、半導体ウェハ１００およびインターポーザ２００を、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にそれぞれセットして吸着保持させる（ステップ３０１）。
【００４５】
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１００およびインターポーザ２００の位置（たとえば各々に予め形成されている位置合わせマーク）を、上側アライメント機構５０および下側アライメント機構５１にて検出し（ステップ３０２）、両者の水平（Ｘ−Ｙ）方向および回転（θ）方向の位置ずれを検出し、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を適宜移動させて、位置決めを行う（ステップ３０３）。
【００４６】
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）。
【００４７】
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とを密着させ、密閉された処理チャンバ４８を構成するとともに（ステップ３０４）、その内部に、まず、塩酸等の薬液６１ａを薬液供給部６１から導入する（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の表面の酸化膜が薬液６１ａにて除去される。
【００４８】
その後、処理チャンバ４８の内部の薬液６１ａを排出して、洗浄液６２ａを洗浄液供給部６２から導入して薬液６１ａ等を除去する洗浄を行い（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を表面処理液供給部６３から導入して、接合部の表面に塗布することで酸化防止等の表面処理を行う（ステップ３０７）。
【００４９】
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等を完全に回収部６４に排出した後（ステップ３０８）、与圧機構４５ａにて、上部チャック４６を下降させ、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を、たとえば３．４８ｋｇ／ｍｍ2の圧力で挟圧する（ステップ３０９）（図５）。さらに、下部ヒータ４４を上昇させて下部チャック４３の吸着面４３ａの背面に当接させるとともに、上部ヒータ４７を下降させて上部チャック４６の吸着面４６ａの背面に当接させることで、半導体ウェハ１００およびインターポーザ２００を第１温度Ｔ１（たとえば１２０℃）に急速加熱する。上記挟圧力とこの第１温度Ｔ１による加熱にて、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）。
【００５０】
さらに、必要に応じて、上部ヒータ４７および下部ヒータ４４による加熱温度を、さらに高い第２温度Ｔ２（＞Ｔ１：たとえば１５０℃）に上昇させることで、接着材２０４を硬化させて接着力を発揮させる（ステップ３１１）。
【００５１】
その後、上部ヒータ４７および下部ヒータ４４を上部チャック４６および下部チャック４３からそれぞれ離間させ（ステップ３１２）、さらに、吸着面４６ａの真空吸着を解除して上部チャック４６を上昇させて上部チャンバ壁４８ａの内部に引き込み、下部チャック４３から離間させるとともに、下部ヘッド４１と上部ヘッド４５を離間させることで、処理チャンバ４８を開放する（ステップ３１３）。
【００５２】
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をアームロボット２２の保持アーム２３にて取り出し、払い出しカセット１３に搬出する（ステップ３１４）。
【００５３】
以上説明したように本実施の形態の接合装置によれば、たとえば、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、その場で、すなわち、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を行うので、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。
【００５４】
更に、下部ヒータ４４、上部ヒータ４７を予め１２０℃に加熱しておき、上部チャック４６および下部チャック４３に当接させ、急激にインターポーザ２００を加熱することにより、接続電極１０３および２０３の酸化を防ぐことができる。
【００５５】
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ける製品の信頼性や歩留りを向上させることが可能になる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく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の組み合わせ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ージの接合、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、およそ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。
【００５７】
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を、それぞれ、下部チャック４３および上部ヘッド４５に一体に設置した構成を例示したが、これにかぎらず、処理チャンバを接合装置から独立して移動可能な構成としてもよい。そして、接合直前の洗浄時に、この処理チャンバを、下部チャック４３と上部チャック４６の間に挿入して挟持させ、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が収容される処理空間を構成する構造としてもよい。
【００５８】
薬液や洗浄液としては、塩酸、硫酸、純水、乳酸、ＴＨＦ（５，６，７，８−テトラヒドロ葉酸）、エタノール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、シクロヘキサン、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。
【００５９】
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これに限るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の工程を採用することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、対象物の配線構造同士を直接的に接合する半導体装置等の組み立て工程における信頼性や歩留りの向上を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】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。
【図２】その作用の一例を示す断面図。
【図３】その作用の一例を示す断面図。
【図４】その作用の一例を示す断面図。
【図５】その作用の一例を示す断面図。
【図６】その作用の一例を示す断面図。
【図７】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。
【図８】その作用の一例を示すフローチャート。
【図９】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。
【符号の説明】
【００６２】
１０：ロード・アンロード部
１１：ウェハ供給カセット
１２：インターポーザ供給カセット
１３：払い出しカセット
２０：搬送機構部
２１：搬送路
２２：アームロボット
２３：保持アーム
３０：接合機構部
４０：接合装置
４１：下部ヘッド（第２ヘッド部）
４２：回転テーブル
４３：下部チャック（第２保持部材）
４３ａ：吸着面
４３ｂ：通気孔
４４：下部ヒータ
４４ａ：ヒータ昇降機構
４５：上部ヘッド（第１ヘッド部）
４５ａ：与圧機構
４５ｂ：通気孔
４６：上部チャック（第１保持部材）
４６ａ：吸着面
４７：上部ヒータ
４７ａ：ヒータ昇降機構
４８：処理チャンバ
４８ａ：上部チャンバ壁
４８ｂ：下部チャンバ壁
４８ｃ：シール部材（第１封止部材）
４８ｄ：シール部材（第２封止部材）
４８ｅ：溢れ防止壁
４８ｆ：処理液給排路
４９：エジェクタ
４９ａ：真空吸着穴
５０：上側アライメント機構
５０ａ：撮像部
５１：下側アライメント機構
５１ａ：撮像部
６０：処理液供給回収機構
６１：薬液供給部
６１ａ：薬液
６１ｂ：弁
６２：洗浄液供給部
６２ａ：洗浄液
６２ｂ：弁
６３：表面処理液供給部
６３ａ：表面処理液
６３ｂ：弁
６４：回収部
６４ａ：弁
１００：半導体ウェハ（第２被接合物）
１０１：シリコン基板
１０２：配線パターン
１０３：接続電極
１０４：スルホール
２００：インターポーザ（第１被接合物）
２０１：絶縁基板
２０２：配線パターン
２０３：接続電極
２０４：接着材
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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