(57)【要約】      （修正有）【課題】はんだ表面の酸化物の生成を抑制できる手段を提供する。【解決手段】ある実施例では、システムは、堆積システム及びプラズマ/ボンディングシステムを有する。当該堆積システムは、多数の基板のうちの1つの基板表面にはんだを堆積する。当該プラズマ/ボンディングシステムは、前記基板をプラズマ洗浄するプラズマシステム、及び、前記基板のボンディングを行うボンディングシステムを有する。当該プラズマ/ボンディングシステムは、前記はんだの再酸化を少なくとも緩和する。ある実施例では、基板表面にはんだを堆積する工程、前記基板から金属酸化物を除去する工程、及び、前記基板の表目にキャップ層を堆積することで、前記はんだの再酸化を少なくとも緩和する工程を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板のうち少なくとも1つの基板の表面にはんだを堆積する堆積システム；及び、
プラズマ/ボンディングシステム；
を有するシステムであって、
前記プラズマ/ボンディングシステムは：
前記少なくとも1つの基板をプラズマ洗浄するプラズマシステム；及び、
前記複数の基板をボンディングするボンディングシステム；
を有し、
前記ボンディングシステムは、前記はんだの再酸化を少なくとも抑制する、
システム。
【請求項２】
前記プラズマ/ボンディングシステムが、
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄され、かつ前記複数の基板がボンディングされる、チャンバを有する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記プラズマ/ボンディングシステムが：
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄されるプラズマチャンバ；及び、
前記複数の基板がボンディングされるボンディングチャンバ；
を有し、
前記ボンディングチャンバは、前記プラズマチャンバと結合する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記プラズマ/ボンディングシステムが：
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄されるプラズマチャンバ；
前記複数の基板がボンディングされるボンディングチャンバ；及び、
実質的な真空下で、前記プラズマチャンバ及びボンディングチャンバと結合するロードロックモジュール；
を有する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記プラズマ/ボンディングシステムが：
内部が実質的に真空である真空チャンバ；
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄される、前記真空チャンバ内部に設けられたプラズマチャンバ；及び、
前記複数の基板がボンディングされる、前記真空チャンバ内部に設けられたボンディングチャンバ；
を有する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記プラズマ/ボンディングシステムが：
窒素気体を用いて、酸素気体を前記窒素チャンバ外部へ押し出す窒素チャンバ；
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄される、前記窒素チャンバ内部に設けられたプラズマチャンバ；及び、
前記複数の基板がボンディングされる、前記窒素チャンバ内部に設けられたボンディングチャンバ；
を有する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記プラズマ/ボンディングシステムが：
内部が実質的に真空である真空チャンバ；
前記少なくとも1つの基板がプラズマ洗浄される、前記真空チャンバ内部に設けられたプラズマチャンバ；  
前記複数の基板がボンディングされる、前記真空チャンバ内部に設けられたボンディングチャンバ；及び、
前記プラズマチャンバ及びボンディングチャンバと結合するモジュール；
を有する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
複数の基板のうち少なくとも1つの基板の表面にはんだを堆積する工程；
前記少なくとも1つの基板をプラズマ洗浄する工程；
前記はんだの再酸化を少なくとも抑制する工程；及び、
前記複数の基板のボンディングを行う工程；
を有する方法。
【請求項９】
前記のはんだの再酸化を少なくとも抑制する工程が：
前記少なくとも1つの基板をチャンバ内でプラズマ洗浄する工程；及び、
前記複数の基板のボンディングを前記チャンバ内で行う工程；
を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記のはんだの再酸化を少なくとも抑制する工程が：
前記少なくとも1つの基板をプラズマチャンバ内でプラズマ洗浄する工程；及び、
前記複数の基板のボンディングを、前記プラズマチャンバと結合するボンディングチャンバ内で行う工程；
を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１１】
前記のはんだの再酸化を少なくとも抑制する工程が：
前記少なくとも1つの基板をプラズマチャンバ内でプラズマ洗浄する工程；
前記少なくとも1つの基板を、ロードロックモジュールを介して、ボンディングチャンバへ搬送する工程であって、前記ロードロックモジュールは、実質的な真空下で前記プラズマチャンバ及び前記ボンディングチャンバと結合する、工程；並びに、
前記複数の基板のボンディングを前記チャンバ内で行う工程；
を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
前記のはんだの再酸化を少なくとも抑制する工程が：
内部が実質的に真空である真空チャンバ内に設けられたプラズマチャンバ内で前記少なくとも1つの基板をプラズマ洗浄する工程；及び、
前記真空チャンバ内に設けられたボンディングチャンバ内で複数の基板のボンディングを行う工程；
を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１３】
前記のはんだの再酸化を少なくとも抑制する工程が：
窒素チャンバ内部に設けられたプラズマチャンバ内で前記少なくとも1つの基板をプラズマ洗浄する工程であって、前記窒素チャンバは、窒素気体を用いて、酸素気体を前記窒素チャンバ外部へ押し出す、工程；及び、
前記窒素チャンバ内に設けられたボンディングチャンバ内で複数の基板のボンディングを行う工程；
を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１４】
第1基板の表面にはんだを堆積する工程；
前記第1基板から金属酸化物を除去する工程；及び、
前記第1基板の表面にキャップ層を堆積することで、前記はんだの再酸化を少なくとも抑制する工程；
を有する方法。
【請求項１５】
前記第1基板と第2基板とをボンディングする工程をさらに有する、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記の第1基板と第2基板とをボンディングする工程の前に、前記第1基板を大気曝露することを可能にする工程をさらに有する、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記キャップ層が金を有する、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
第1基板の表面にはんだを堆積する堆積システム；及び、
プラズマ/ボンディングシステム；
を有するシステムであって、
前記プラズマ/ボンディングシステムは、
前記第1基板からの金属酸化物を除去し、かつ、
前記第1基板の表面にキャップ層を堆積することで、前記はんだの再酸化を少なくとも抑制する、
システム。
【請求項１９】
前記プラズマ/ボンディングシステムが、前記第1基板と第2基板とをボンディングする、請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】
前記プラズマ/ボンディングシステムが、前記第1基板と第2基板とをボンディングする前に、前記第1基板を大気曝露することを可能にする、請求項18に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、はんだ上での酸化物の生成を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスパッケージング業界では、気体混合物（たとえばH2混合物）によるプラズマ洗浄が、酸化物の生成を抑制するのに実行されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
あるはんだは、空気中で酸化し、かつ金属酸化物（たとえばSn酸化物）を生成する。酸化物の存在は、良好なボンディングラインの生成を妨げるという問題を引き起こす恐れがある。たとえば酸化物は、気泡の生成を起こすか、又は、ボンディングプロセス中にはんだはじき（de-wetting  of  the  solder）を引き起こす恐れがある。これらの問題は、歩留まりの減少又は信頼性の問題につながる恐れがある。
【０００４】
酸化物の生成を抑制するのに、気体混合物（たとえばH2混合物）によるプラズマ洗浄が実行されて良い。しかし酸化物は、洗浄部分が空気に曝露されるとすぐに再生成されてしまう。たとえば噴射されるはんだを用いたウエハレベルのボンディングについては、はんだが噴射された後に、Snは空気中ですぐに酸化されることで、スズ酸化物が生成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施例によると、これまでのはんだ上の金属酸化物の生成を抑制する方法に係る欠点及び課題は、緩和又は解消することができる。
【０００６】
ある実施例では、システムは、堆積システム及びプラズマ/ボンディングシステムを有する。当該堆積システムは、多数の基板のうちの1つの基板表面にはんだを堆積する。当該プラズマ/ボンディングシステムは、前記基板をプラズマ洗浄するプラズマシステム、及び、前記基板のボンディングを行うボンディングシステムを有する。当該プラズマ/ボンディングシステムは、前記はんだの再酸化を少なくとも緩和する。
【０００７】
ある実施例では、基板表面にはんだを堆積する工程、前記基板から金属酸化物を除去する工程、及び、前記基板の表目にキャップ層を堆積することで、前記はんだの再酸化を少なくとも緩和する工程を有する。
【０００８】
本発明のある実施例は、1つ以上の技術的利点を供することができる。一の実施例の技術的利点は、プラズマ/ボンディングシステムが、金属酸化物の生成を少なくとも抑制（またさらには防止）するのに用いることができることである。当該システムは、ウエハをプラズマ洗浄し、その後ウエハを酸素に曝露することなく、ウエハのボンディングを行うことができる。これは、金属酸化物の生成を少なくとも抑制することができる。一の実施例の技術的利点は、キャップ層が、酸素への曝露からウエハを保護することである。これは、金属酸化物の生成を抑制することができる。
【０００９】
本発明のある実施例は、上述の利点の一部又は全部を有して良いし、あるいは有していなくても良い。1つ以上の他の利点は、本願に含まれる、図面、明細書、及び特許請求の範囲から、当業者はすぐに明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板上での金属酸化物の再生成を少なくとも抑制することのできるシステムの一例を図示している。
【図２】A-Cは、基板上での金属酸化物の再生成を抑制することのできる1つ以上のチャンバの例を図示している。
【図３】基板上での金属酸化物の再生成を抑制することのできる方法の例を示している。
【図４】基板上での金属酸化物の再生成を抑制することのできるチャンバの例を示している。
【図５】基板上での金属酸化物の再生成を抑制することのできる2つのチャンバの例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明並びに本発明の特徴及び利点をより包括的に理解するため、添付図面と共に以降の詳細な説明を参照する。
【００１２】
本発明並びに本発明の特徴及び利点は、図1乃至図4を参照することによって、最良に理解される。図中、同様の番号は、様々な図の同様な及び対応する部材に用いられる。
【００１３】
図1は、基板上での金属酸化物の再生成を少なくとも抑制することのできるシステムの一例を図示している。システム10は、再生成を抑制するように設計された1つ以上のチャンバを有するか、再生成を抑制するキャップ層を設けて良い。
【００１４】
あるはんだは、空気中で酸化し、かつ金属酸化物（たとえばSn酸化物）を生成する。酸化物の存在は、良好なボンディングラインの生成を妨げるという問題を引き起こす恐れがある。たとえば酸化物は、気泡の生成を起こすか、又は、ボンディングプロセス中にはんだはじき（de-wetting  of  the  solder）を引き起こす恐れがある。これらの問題は、歩留まりの減少又は信頼性の問題につながる恐れがある。
【００１５】
酸化物の生成を抑制するのに、気体混合物（たとえばH2混合物）によるプラズマ洗浄が実行されて良い。しかし酸化物は、洗浄部分が空気に曝露されるとすぐに再生成される。たとえば噴射されるはんだを用いたウエハレベルのボンディングについては、はんだが噴射された後に、Snは空気中ですぐに酸化されることで、スズ酸化物が生成される。
【００１６】
ある実施例では、システム10は、基板（たとえばウエハ）上に動作して良い。ウエハは、半導体材料（たとえばシリコン結晶）の薄いスライスであって良い。ウエハは、集積回路及び他のマイクロデバイスの作製に用いられて良く、かつウエハ内部及び表面に設けられたマイクロエレクトロニクスデバイス用の基板として機能することができる。基板は任意の適切な応用−たとえば、微小電気機械システム(MEMS)デバイス又は赤外(IR)検出器−を有することができる。たとえば基礎となる金属積層体（たとえばTi/Pt/Au金属積層体）を有する第1基板及びMEMSを有する第2基板が、はんだによって一つにボンディングされて良い。
【００１７】
図示された例では、システム10は、（堆積システム26を備える）プリントシステム20及びプラズマ/ボンディングシステム24を有する。堆積システム26は、1つ以上の基板のうちの少なくとも1つの基板の表面にはんだを堆積する。プラズマ/ボンディングシステム24は、プラズマシステム及びボンディングシステムを有する。プラズマシステムは少なくとも1つの基板を洗浄する。ボンディングシステムは基板のボンディングを行う。プラズマ/ボンディングシステム24は、はんだ上での金属酸化物の再生成（又ははんだの再酸化）を少なくとも抑制する。プリントシステム20及びプラズマ/ボンディングシステム24は、各々が独自の動作を実行するように、区分けされた複数のシステム内で各独立しても良いし、又は、両システムの1つ以上の動作を実行するように、一のシステム内で結合しても良い。
【００１８】
プリントシステム26は基板上にはんだを堆積して良い。ある実施例では、プリントシステム20は堆積システム26を有して良い。堆積システム26は、任意の適切な方法で、基板表面にはんだを堆積する。たとえばはんだは、はんだ噴射によって堆積されて良い。別な例として、特別に設計されたはんだの形状である、はんだの型が用いられても良い。他の典型的な方法は物理気相成長及びメッキを有して良い。
【００１９】
はんだは、金属表面と一つになるように溶融可能な、90℃〜450℃（たとえば180℃〜190℃）の範囲の融点を有する溶融可能な合金を有する。はんだは、任意の適切な金属の任意の適切な組み合わせを有して良い。金属の例には、Sn、Pb、Cu、Ag、Bi、In、Zn、Sb、及び微量の他の金属を有して良い。ある実施例では、はんだは、たとえばAu80Sn20のようなAu-Sn合金を有して良い。
【００２０】
ある実施例では、プリントシステム20は、基板上にはんだを堆積する領域を示すフォトレジストパターンを最初に形成して良い。続いて堆積システム26は、その領域によって示されたようにはんだを堆積して良い。
【００２１】
プラズマ/ボンディングシステム24は、複数の基板を洗浄し、かつ複数の基板を一つにボンディングする。プラズマ/ボンディングシステム24は、任意の適切な方法によって、プラズマ洗浄を行って良い。ある実施例では、プラズマ洗浄は、気体から生成されるプラズマによって基板を洗浄する。たとえばH2、N2、Ar、He、又は空気のうちの1種類以上を含む気体のような、任意の適切な気体が用いられて良い。プラズマは、高周波電圧を用いて低圧気体を電離することによって生成されて良い。プラズマ中では、気体原子は、高エネルギー状態に励起され、かつ電離する。プラズマ波原子を活性化させる。イオンは、分子サンドブラストのように振る舞い、かつ有機の不純物を分解する。その不純物は揮発されて除去される。
【００２２】
プラズマ/ボンディングシステム24は、任意の適切な方法によって基板をボンディングして良い。ある実施例では、プラズマ/ボンディングシステム24は、複数の基板の位置合わせを行って良い。前記複数の基板のうちの1つ以上の上にははんだが堆積されて良い。続いてプラズマ/ボンディングシステム24は、1つ以上の基板の圧力を印加して、前記複数の基板を一つにボンディングして良い。
【００２３】
プラズマ/ボンディングシステム24は、任意の適切な方法によって、基板上の金属酸化物の再生成を少なくとも抑制（またさらには防止）することができる。ある実施例では、プラズマ/ボンディングシステム24は、基板の酸素への曝露を減少させるように設計された1つ以上のチャンバを有して良い。チャンバは、1種類以上の気体が除去された封止体であって良い。たとえばチャンバは、低圧（たとえば10Pa以下又は10〜20Pa）の真空チャンバであって良い。他の例として、チャンバは、他の気体を押し出す1種類の気体を用いて良い。たとえば窒素チャンバは、窒素気体を用いて酸素気体を押し出すことで、低濃度（たとえば1ppm未満）の酸素を得ることができる。
【００２４】
チャンバは、真空フランジで覆われた1つ以上のポートを有して良い。前記1つ以上のポートは、チャンバ壁に装置又は窓の設置を可能にする。チャンバは、任意の適切な方法で配置されて良い。プラズマ/ボンディングシステム24の例について、図2A乃至図2Cを参照しながらより詳細に説明する。
【００２５】
図2Aは、プラズマ/ボンディングチャンバ30を有するプラズマ/ボンディングシステム24の例を図示している。基板は、プラズマ/ボンディングチャンバ30内で洗浄及びボンディングされることで、金属酸化物の除去後であってボンディング前に、はんだは空気に曝露されない。たとえばプラズマシステムは、プラズマ/ボンディングチャンバ30内のボンディングシステムと一体化されて良い。
【００２６】
図2Bは、プラズマチャンバ34、ロードロックモジュール36、及びボンディングチャンバ38を有するプラズマ/ボンディングシステム24の例を図示している。基板はプラズマチャンバ34内でプラズマ洗浄される。基板はボンディングチャンバ38内でボンディングされる。ある実施例では、チャンバ同士を実質的な真空下で結合するように構成されたロードロックモジュール36を介して、プラズマチャンバ34はボンディングチャンバ38と結合して良い。ある実施例では、プラズマチャンバ34は、ロードロックモジュール36の助けを借りることなく、実質的な真空下でボンディングチャンバ38と結合しても良い。
【００２７】
図2Cは、チャンバ40を有するプラズマ/ボンディングシステム24の例を図示している。プラズマチャンバ34及びボンディングチャンバ38はチャンバ40内部に設けられている。ある実施例では、チャンバ40は、窒素気体を用いて酸素気体を外部に押し出すように構成された窒素チャンバであって良い。ある実施例では、チャンバ40は、内部が実質的に真空である真空チャンバであって良い。
【００２８】
ある実施例では、図1のプラズマ/ボンディングシステム24は、キャップ層を用いて、基板上の金属酸化物の再生成を抑制して良い。システム10（たとえばプリントシステム20及び/又はプラズマ/ボンディングシステム24）は、基板をプラズマ洗浄して、基板の酸化に対して耐性を有するキャップ層を堆積して良い。システム10は基板をエッチング及び洗浄して良い。これらの実施例の例について、図3を参照しながらより詳細に説明する。
【００２９】
図3は、基板上の金属酸化物の再生成を抑制することが可能な方法の例を示している。当該方法は工程210で開始される。工程210では、フォトリソグラフィが基板上で実行されることで、前記基板上でパターニングされた金属層が得られる。工程214では、前記基板は、フォトレジストによってパターニングされて良い。前記フォトレジストのパターンは、はんだが設けられるべき領域を示して良い。たとえばはんだは、封止された領域周辺の領域内に設けられて良い。
【００３０】
工程218では、はんだは前記基板の表面に堆積される。工程219では、金の層が、前記基板の表面に堆積される。前記はんだは、堆積システム26によって、前記フォトレジストパターンによって示された領域内に堆積されて良い。工程220では、前記金属酸化物は、前記基板から除去される。前記金属酸化物は、任意の適切な方法−たとえばプラズマ洗浄又はスパッタエッチング−によって、除去されて良い。たとえば前記はんだの表面は、イオンの衝突によって、前記はんだから（実質的に）すべての酸化物が除去されて良い。
【００３１】
工程224では、キャップ層が、前記基板の表面に堆積される。前記キャップ層は、酸化に対する耐性を有するキャップ用材料−たとえば金−を有して良い。前記金属酸化物の除去後であって、前記基板を酸素に曝露する前に前記キャップ層を設けることによって、金属酸化物の再生成が防止できる。
【００３２】
前記キャップ層は、任意の適切な方法で堆積されて良い。たとえば物理気相成長(PVD)が、気化した状態の前記キャップ用材料を凝縮することによって、前記キャップ層を設けるのに用いられて良い。PVDは物理的な方法−たとえばプラズマスパッタ衝突又は高温真空蒸着−を用いて材料を堆積する。スパッタ堆積では、キャップ用材料が、材料源から、スパッタ又は飛び出して、前記基板の表面に堆積される。蒸着による堆積では、キャップ用材料は真空中で揮発する。このため、蒸気の粒子が直接前記基板へ向かうことが可能となる。続いて前記蒸気の粒子は、凝縮し、前記基板の表面に堆積される。前記キャップ層が堆積された後、前記キャップ層は、前記基板を酸化から保護することが可能で、かつ基板は大気に曝露されても良い。最終はんだプロセスでは、前記キャップ層は、ボンディングラインで前記はんだと一つになって良い。ある実施例では、前記はんだの組成は、前記金の層によって前記はんだに加えられた金を補償するように調節されて良い。
【００３３】
工程226では、フォトレジスト及び余剰の金は除去される。工程228では、前記表面は、O2プラズマによって洗浄される。工程230では、前記基板は他の基板と位置合わせされる。工程234では、前記基板はボンディングされる。その後当該方法は終了する。
【００３４】
図4は、基板上での金属酸化物の再生成を抑制することが可能なプラズマ/ボンディングシステム50のチャンバ30の例を図示している。例では、プラズマ/ボンディングシステム50は、プラズマ気体用の気体入口60を備えたプラズマ/ボンディングチャンバ30、プラズマ発生用の電極62、チャンバ30内に真空を生成する真空ポンプ64、ウエハを支持する支持体66、及びウエハのボンディングを行うボンディングプレート68を有する。
【００３５】
図5は、基板上での金属酸化物の再生成を抑制することが可能なプラズマ/ボンディングシステム52の2つのチャンバ34と38の例を図示している。例では、プラズマ/ボンディングシステム52は、プラズマチャンバ34、ロードロックモジュール36、及びボンディングチャンバ38を有する。ロードロックモジュール36はバルブを有する。ボンディングチャンバ38は、複数のウエハのボンディングを行うボンディングプレート68、及び、チャンバ34と38内での真空を生成する真空ポンプ64を有する。真空ポンプ64は、システム52の任意の適切な場所−たとえばプラズマチャンバ34又はロードロックモジュール36−に設けられて良い。
【符号の説明】
【００３６】
10  システム
20  プリントシステム
24  プラズマ/ボンディングシステム
26  堆積システム
30  プラズマ/ボンディングチャンバ
34  プラズマチャンバ
36  ロードロックモジュール
38  ボンディングチャンバ
40  チャンバ
50  プラズマ/ボンディングシステム
60  気体入口
62  電極
64  真空ポンプ
66  支持体
68  ボンディングプレート
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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