(57)【要約】【課題】電極同士を接合する前に、塩酸を用いずに電極表面の酸化膜を除去する。【解決手段】電極が形成されている２つのチップを処理容器内に搬入し、それぞれ上部チャックと下部チャックに吸着する。その後、処理容器内に窒素ガスを導入し、低酸素雰囲気にする。その後、処理容器内に水素ガスと窒素ガスを導入し、その混合ガスの雰囲気の下、各電極を加熱する。こうすることにより、各電極の表面の酸化膜が水素により還元され、電極の表面から酸化膜が除去される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材同士を接合する前に行われる金属部材の処理方法であって、
不活性ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気内において、金属部材を加熱する。
【請求項２】
請求項１に記載の金属部材の処理方法において、
酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気内で金属部材を加熱する。
【請求項３】
請求項１に記載の金属部材の処理方法において、
１５０℃〜３００℃で金属部材を加熱する。
【請求項４】
請求項１に記載の金属部材の処理方法において、
前記金属部材は、銅により形成されている。
【請求項５】
請求項１に記載の金属部材の処理方法において、
前記金属部材を加熱する前に、水素ガスを含まない不活性ガスにより前記金属部材の周辺雰囲気を低酸素雰囲気にする。
【請求項６】
請求項１に記載の金属部材の処理方法において、
金属部材同士を接合する温度と同じ温度で、前記金属部材を加熱する。
【請求項７】
金属部材同士を接合する前に金属部材を処理する装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内において、前記金属部材が形成されている基板を保持する保持部材と、
前記処理容器内に不活性ガスと水素ガスを供給するガス供給装置と、
処理容器内のガスを排気する排気部と、
前記保持部材に保持された基板を加熱する加熱部材と、を備える。
【請求項８】
請求項７に記載の金属部材の処理装置において、
処理容器内には、互いに対向する２つ保持部材が設けられ、
少なくとも一方の保持部材を他方の保持部材側に移動させて、各々の保持部材に保持された基板の金属部材同士を圧接する保持部材駆動部を、さらに備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材同士を接合する前に行われる金属部材の処理方法と、金属部材の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおける組立工程においては、例えば異なるチップに形成された電極同士を合せて接合する処理が行われている。しかしながら、この接合前の電極の表面には、金属の酸化により酸化膜が形成されており、そのままでは接合が十分にできない。そこで、接合する前に電極表面の酸化膜を取り除く必要があった。【０００３】
このため、電極を接合する前に、例えば貯留された塩酸内にチップを浸漬して、電極表面の酸化膜を除去していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の酸化膜の除去方法では、電極が塩酸内に浸されるので、その後数回にわたり純水で電極を洗浄する必要がある。このため、電極を塩酸に浸す装置に加えて、複数の洗浄槽が必要になり、装置を設置するためのスペースが広くなっていた。また、電極を純水で洗浄しても、電極に少量の塩素が残留することがあり、この塩素によって電極が腐食されることがあった。【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電極などの金属部材同士を接合する前に、塩酸を用いずに酸化膜を除去することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、金属部材同士を接合する前に行われる金属部材の処理方法であって、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気内において、金属部材を加熱することを特徴とする。【０００７】
本発明によれば、雰囲気中の水素ガスと金属部材の酸化膜が反応し、金属部材の酸化膜を除去することができる。したがって、塩酸を用いずに酸化膜を除去することができ、酸化膜除去のための装置の設置スペースを低減し、塩素による金属部材の腐食を防止できる。【０００８】
前記金属部材の処理方法において、酸素濃度が５００ｐｐｍ（体積百万分率）以下の低酸素雰囲気内で金属部材を加熱してもよい。また、１５０℃〜３００℃で金属部材を加熱してもよい。さらに前記金属部材は、銅により形成されていてもよい。【０００９】
前記金属部材を加熱する前に、水素ガスを含まない不活性ガスにより前記金属部材の周辺雰囲気を低酸素雰囲気にしてもよい。また、金属部材同士を接合する温度と同じ温度で、前記金属部材を加熱するようにしてもよい。【００１０】
別の観点による本発明は、金属部材同士を接合する前に金属部材を処理する装置であって、処理容器と、前記処理容器内において、前記金属部材が形成されている基板を保持する保持部材と、前記処理容器内に不活性ガスと水素ガスを供給するガス供給部と、処理容器内のガスを排気する排気部と、前記保持部材に保持された基板を加熱する加熱部材と、を備えたことを特徴とする。【００１１】
本発明によれば、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気に処理容器内をして、保持部材上の金属部材を加熱することができる。これにより、雰囲気中の水素ガスと金属部材の酸化膜が反応し、金属部材の酸化膜を除去することができる。したがって、塩酸を用いずに酸化膜を除去することができ、装置の設置スペースを低減し、塩素による金属部材の腐食を防止できる。【００１２】
前記金属部材の処理装置において、処理容器内には、互いに対向する２つ保持部材が設けられ、少なくとも一方の保持部材を他方の保持部材側に移動させて、各々の保持部材に保持された基板の金属部材同士を圧接する保持部材駆動部を、さらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塩酸を用いずに金属部材の酸化膜を除去できるので、装置の設置スペースの低減と、金属部材の腐食の防止が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】処理プロセスのフローチャートである。
【図３】処理容器内の酸素濃度変化、ガス供給、電極温度変化のタイミングを示すグラフである。
【図４】処理時の酸化膜の反応を説明するための電極の縦断面図である。
【図５】電極同士が圧接された状態を示す上部チャックと下部チャックの側面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１    処理装置
１０  処理容器
１３  下部チャック
２０  上部チャック
Ｔ    チップ
Ｐ    電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明にかかる金属部材の処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。【００１７】
処理装置１は、例えば略円筒形状の処理容器１０を有している。処理容器１０は、気密に閉鎖可能に構成され、処理容器１０の内部には、処理室Ｓが形成されている。処理容器１０は、例えばアルミニウムにより形成されている。【００１８】
処理容器１０内の中央の底部には、Ｏリング１２を介して保持部材としての下部チャック１３が設けられている。なお、処理容器１０の底部と下部チャック１３との間に断熱材が介在されていてもよい。【００１９】
下部チャック１３は、厚みのある略円盤形状を有している。下部チャック１３の上面には、金属部材としての電極Ｐが形成されたチップＴを載置できる。下部チャック１３の上面には、吸引装置１４に連通する図示しない吸引口が形成されている。この吸引口からの吸引により、チップＴを下部チャック１３上に吸着できる。下部チャック１３は、例えばステンレス鋼により形成されている。【００２０】
下部チャック１３の内部には、電源１５からの給電により発熱する加熱部材としてのヒータ１６が内蔵されている。このヒータ１６により、下部チャック１３上のチップＴを所定の温度に加熱できる。【００２１】
下部チャック１３に対向する位置には、保持部材としての上部チャック２０が設けられている。上部チャック２０は、例えば保持部材駆動部としてのエアシリンダ２１により上下動するロッド２２により支持されている。【００２２】
上部チャック２０は、厚みのある略円盤形状を有している。上部チャック２０の下面には、吸引装置２３に連通する図示しない吸引口が形成されている。この吸引口からの吸引により、チップＴを上部チャック２０の下面に吸着保持できる。上部チャック２０は、例えばステンレス鋼により形成されている。【００２３】
上部チャック２０の内部には、電源２４からの給電により発熱する加熱部材としてのヒータ２５が内蔵されている。このヒータ２５により、上部チャック２０の下面のチップＴを所定の温度に加熱できる。【００２４】
エアシリンダ２１は、例えば処理容器１０の中央部の天井面上に設置されている。ロッド２２は、エアシリンダ２１の下面から処理容器１０の天井面を貫通し、処理室Ｓ内の中央部まで延伸している。ロッド２２の下端部に、上部チャック２０が支持されている。【００２５】
上部チャック２０上には、ロッド２２の軸に沿って、Ｏリング２８とベローズ２９が下から順に配置されている。ベローズ２９の上面は、Ｏリング３０を介して処理容器１０の天井面に接続されている。かかる構成により、処理容器１０の外部の雰囲気に通じているロッド２２の周辺空間と、処理室Ｓ内の空間が遮断され、処理容器１０内の気密性が確保される。【００２６】
処理容器１０の側壁面には、ガス供給管４０が接続されている。ガス供給管４０は、途中で分岐して、例えば２つのガス供給源４１ａ、４１ｂに接続されている。本実施の形態においては、ガス供給源４１ａには、不活性ガス、例えば窒素ガスが封入されており、ガス供給源４１ｂには、水素ガスが封入されている。各ガス供給源４１ａ、４１ｂに通じるガス供給管４０の各分岐管には、それぞれマスフローコントローラ４２が設けられている。これにより、各ガス供給源４１ａ、４１ｂからのガスを所定の流量比で混合して処理室Ｓに供給できる。なお、本実施の形態においては、ガス供給管４０、ガス供給源４１ａ、４１ｂ及びマスフローコントローラ４２によりガス供給装置が構成されている。【００２７】
処理容器１０の底部には、排気部としての排気管５０が接続されている。排気管５０は、真空ポンプなどを備えた排気装置５１に接続されている。排気管５０は、例えばガス供給管４０の接続位置から見て、上部チャック２０及び下部チャック１３を挟んだ反対側の位置に接続されている。これにより、ガス供給管４０から供給されたガスを、上部チャック２０及び下部チャック１３の周辺を通過させて排気管５０から排気できる。【００２８】
処理容器１０の側壁面には、チップＴの搬送口６０が形成され、その搬送口６０には、シャッタ６１が設けられている。処理時にシャッタ６１を閉鎖することによって、処理容器１０内を気密にできる。【００２９】
次に、以上のように構成された処理装置１で行われる電極Ｐに対する処理プロセスについて説明する。図２は、かかる処理プロセスのフローチャートである。図３は、処理容器１０内の酸素濃度変化、ガス供給、電極温度変化のタイミングを示すグラフである。【００３０】
先ず、搬送口６０から、異なる２つのチップＴ１、Ｔ２が処理容器１０内に搬入され、図１に示すように例えばチップＴ１が上部チャック２０に吸着保持され、チップＴ２が下部チャック１３に吸着保持される（図２の工程Ｑ１）。これにより、チップＴ１の電極Ｐ１とチップＴ２の電極Ｐ２が互いに対向配置される。このとき上部チャック２０と下部チャック１３は、加熱されておらず、常温に維持されている。次に、シャッタ６１が閉じられ、処理室Ｓの密閉された後、ガス供給管４０から窒素ガスのみが導入され、処理室Ｓ内の雰囲気は排気管５０から排気される。これにより、処理室Ｓ内の雰囲気が水素ガスを含まない窒素ガス雰囲気に置換され、処理室Ｓ内が例えば酸素濃度が５００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気になる（図２の工程Ｑ２）。また、処理室Ｓ内は、処理容器１０の外部に対して僅かに陽圧に維持される。なお、この窒素ガス雰囲気への置換は、例えば処理室Ｓ内への窒素ガスの導入と処理室Ｓ内の雰囲気の排気を交互に繰り返す（サイクルパージ）ことにより行ってもよい。【００３１】
処理室Ｓ内が低酸素雰囲気になると、次にガス供給管４０から窒素ガスと水素ガスの混合ガスが供給される（図２の工程Ｑ３）。このときの窒素ガスと水素ガスとの混合比は、容積比で窒素ガスが９７％、水素ガスが３％に調整される。なお、このときの水素ガスの混合比率は、全体の１％以上、３％以下が望ましい。【００３２】
例えば処理室Ｓ内に混合ガスが導入されると同時又は所定時間経過後に、上部チャック２０のヒータ２５と下部チャック１３のヒータ１６が発熱し、上部チャック２０と下部チャック１３の各チップＴ１、Ｔ２の電極Ｐ１、Ｐ２が常温から１５０℃〜３００℃程度に加熱される。こうして、各電極Ｐ１、Ｐ２は、水素ガスを含む混合ガス雰囲気内で加熱される（図２の工程Ｑ４）。これにより、図４に示すように電極Ｐ１、Ｐ２の表面に付着している酸化膜Ａが水素により還元され、電極Ｐ１、Ｐ２の表面の酸化膜Ａが除去される。例えば電極Ｐ１、Ｐ２が銅で形成されている場合には、ＣｕＯ（酸化膜）＋Ｈ２→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏの反応により、電極Ｐ１、Ｐ２の酸化膜Ａが除去される。【００３３】
所定時間、例えば５分間程度、電極Ｐ１、Ｐ２を混合ガスの雰囲気に維持し、酸化膜Ａを十分に除去した後、ヒータ１６、２５への給電量が減らされ、各チップＴ１、Ｔ２の電極Ｐ１、Ｐ２の温度が１２０℃程度に下げられる（図２の工程Ｑ５）。その状態で、図５に示すように上部チャック２０が下降し、上下の電極Ｐ１、Ｐ２が圧接される。こうして、電極Ｐ１と電極Ｐ２が接合される（図２の工程Ｑ６）。例えばこの工程Ｑ５と工程Ｑ６の間、処理容器１０内への水素ガスを含む混合ガスの供給が継続され、処理容器１０内が低酸素雰囲気に維持されている。その後、上部チャック２０によるチップＴ１の吸着が解除され、上側のチップＴ１を下部チャック１３に残した状態で、上部チャック２０が上昇する。その後、例えばヒータ１６、２５への給電量が減らされ、電極Ｐ１、Ｐ２の温度が常温よりも高い１００℃程度に下げられる（図２の工程Ｑ７）。この際、処理容器１０内には、窒素ガスのみが供給され、水素ガスを含まない低酸素雰囲気に維持される。その後、窒素ガスの供給が停止され、チップＴ１、Ｔ２が搬送口６０から搬出されて（図２の工程Ｑ８）、一連の処理が終了する。【００３４】
以上の実施の形態によれば、処理装置１において、電極Ｐ１、Ｐ２の表面の酸化膜Ａを、水素ガスを用いて除去することができる。したがって、従来のように塩酸を用いる必要がなく、塩酸の複数の洗浄槽も必要ないので、装置の設置スペースを低減できる。また、電極Ｐ１、Ｐ２に塩素が残留することもないので、電極Ｐ１、Ｐ２の腐食も防止できる。さらに、処理装置１内において、酸化膜Ａの除去と電極Ｐ１、Ｐ２の接合を両方連続して行うことができるので、処理時間を大幅に短縮することができる。【００３５】
酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気の下、１５０℃〜３００℃の高温度で水素ガスを酸化膜Ａに反応させたので、酸化膜Ａの除去を効率的に行うことができる。なお、低酸素雰囲気の酸素濃度は、５０ｐｐｍ（体積百万分率）以下がより好ましい。また、酸化膜Ａの除去時の電極Ｐ１、Ｐ２の加熱温度は、２００℃以下がより好ましい。【００３６】
以上の実施の形態において、電極Ｐ１、Ｐ２の酸化膜Ａを除去する工程の加熱温度と、電極Ｐ１、Ｐ２を接合する工程の加熱温度が異なっていたが、酸化膜Ａの除去と電極Ｐ１、Ｐ２の接合を同じ温度で行ってもよい。こうすることにより、酸化膜Ａの除去工程から電極Ｐ１、Ｐ２の接合工程に移行する際に、電極Ｐ１、Ｐ２の温度が変化しないので、例えば電極Ｐ１、Ｐ２面内の温度斑が低減し、電極Ｐ１、Ｐ２の酸化膜Ａの除去と電極Ｐ１、Ｐ２の接合を安定的かつ適正に行うことができる。また、加熱温度を変化させる時間が不要であるので、処理時間を大幅に短縮できる。【００３７】
また、前記実施の形態においては、電極Ｐ１、Ｐ２の接合時に水素ガスを含む混合ガス雰囲気に処理容器１０内を維持していたが、接合時には、処理容器１０内に窒素ガスのみを供給して、処理容器１０内を水素ガスを含まない窒素ガスの低酸素雰囲気に維持してもよい。【００３８】
以上の実施の形態において、不活性ガスと水素ガスを別のガス供給源４１ａ、４１ｂに封入し、ガス供給管４０において混合して処理容器１０に混合ガスを供給していたが、予め一つのガス供給源に所定の容積比の不活性ガスと水素ガスの混合ガスを封入しておき、そのガス供給源からガス供給管を通じて処理容器１０内に混合ガスを供給してもよい。【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば本実施の形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いていたが、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの他に不活性ガスを用いてもよい。また、本実施の形態では、各チップＴ１、Ｔ２上に一つの電極が形成されていたが、各チップＴ１、Ｔ２上にそれぞれ複数の電極が形成され、その複数の電極同士を接合する場合にも、本発明は適用できる。さらに、チップＴ１、Ｔ２は、分離される前の基板であってもよい。また、電極は、銅に限られず、錫、金、銀などの他の金属により形成されていてもよい。また、本発明は、電極以外の他の金属部材の処理にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、金属部材同士を接合する前に、金属部材表面の酸化膜を除去する際に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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