(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合物同士を接合する実装装置であって、
搬送部に接続され、被接合物が導入されてくる導入室と、各被接合物の表面を洗浄する洗浄手段を収納した洗浄チャンバーと、洗浄手段により洗浄された各被接合物の表面同士を接合する実装手段を収納した実装チャンバーと、前記導入室と前記洗浄チャンバーの間でかつ前記洗浄チャンバーと前記実装チャンバーの間の位置に配置され、前記導入室に導入された被接合物を前記洗浄チャンバー内へと搬送するとともに、前記洗浄チャンバー内で洗浄された被接合物を前記実装チャンバー内に搬送する搬送手段を備えた搬送部と、前記導入室と前記搬送部との間に設けられ、この間のガスの流通を遮断可能なシャッター手段と、前記洗浄チャンバーと前記搬送部との間に設けられ、この間の連通を遮断可能なシャッター手段と、を有し、かつ、前記実装チャンバーと前記搬送部との間にはシャッター手段を設けていないとともに、
（Ａ）前記洗浄手段が、各被接合物の表面をエネルギー波を照射することにより洗浄し活性化された原子で表面を形成する洗浄手段からなり、
（Ｂ）前記実装手段が、洗浄手段により洗浄された各被接合物の表面同士を常温でかつ大気圧で不活性ガス雰囲気中または被接合物と反応しないガス雰囲気中で接合する常温接合による実装手段からなり、
（Ｃ）前記洗浄手段と実装手段が、それぞれ、個別のチャンバーに構成されており、
（Ｄ）前記実装手段を収納した実装チャンバーには、該チャンバー内を不活性ガス雰囲気または被接合物と反応しないガス雰囲気にするガス置換手段が付設されている、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項２】
前記洗浄手段を収納した洗浄チャンバーに、該チャンバー内を減圧ガス雰囲気にする減圧ガス雰囲気形成手段が付設されている、請求項１の実装装置。
【請求項３】
前記洗浄手段のエネルギー波として、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、レーザのいずれかを用いる、請求項１または２の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップや基板等からなる複数の被接合物同士を接合する実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
両シリコンウエハーの接合面を接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームで照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの常温接合法が知られている（特許第２７９１４２９号公報）。この常温接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化されたシリコンの原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、接合のための加熱を不要化でき、常温での接合が可能になる。また、表面の凹凸が小さい場合には（平面度の高い場合には）、接合のための加圧の不要化も可能になる。
【０００３】
上記特許公報には、所定の真空度に減圧されたチャンバー内でシリコンウエハーの接合面に不活性ガス高速原子ビームを照射し、実質的に同じチャンバ内で接合機構により両シリコンウエハーを常温接合する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許公報には、１０-3ｔｏｒｒ以上の真空中で接合面の洗浄を行う方法が記載されているが、一般に、このような真空度に到達させるためには比較的長い時間を要する。そのため、洗浄から接合までの一連の実装操作を比較的短いタクトタイムにて連続的に順次行っていくことが要求される場合、実装工程全体における時間短縮が難しくなり、とくに大量生産を行う場合に時間的な問題を生じるおそれがある。
【０００５】
さらに、前記公報に記載されている方法では、ビーム照射による接合面の洗浄と洗浄後の接合とを実質的に同じ真空チャンバー内で行っているため、両操作の同時進行はできず両操作をシリーズに行わざるを得ないので、一連の操作のトータル時間が長くなるという問題がある。したがって、この面からも実装工程全体における時間短縮が難しくなっている。
【０００６】
本発明の課題は、前記公報に記載の優れた常温接合法に着目し、その接合法を大量生産が要求される現実の実装工程により便利に適合させるとともに、実装工程全体のタクトタイムの短縮をはかった実装装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る実装装置は、複数の被接合物同士を接合する実装装置であって、
搬送部に接続され、被接合物が導入されてくる導入室と、各被接合物の表面を洗浄する洗浄手段を収納した洗浄チャンバーと、洗浄手段により洗浄された各被接合物の表面同士を接合する実装手段を収納した実装チャンバーと、前記導入室と前記洗浄チャンバーの間でかつ前記洗浄チャンバーと前記実装チャンバーの間の位置に配置され、前記導入室に導入された被接合物を前記洗浄チャンバー内へと搬送するとともに、前記洗浄チャンバー内で洗浄された被接合物を前記実装チャンバー内に搬送する搬送手段を備えた搬送部と、前記導入室と前記搬送部との間に設けられ、この間のガスの流通を遮断可能なシャッター手段と、前記洗浄チャンバーと前記搬送部との間に設けられ、この間の連通を遮断可能なシャッター手段と、を有し、かつ、前記実装チャンバーと前記搬送部との間にはシャッター手段を設けていないとともに、
（Ａ）前記洗浄手段が、各被接合物の表面をエネルギー波を照射することにより洗浄し活性化された原子で表面を形成する洗浄手段からなり、
（Ｂ）前記実装手段が、洗浄手段により洗浄された各被接合物の表面同士を常温でかつ大気圧で不活性ガス雰囲気中または被接合物と反応しないガス雰囲気中で接合する常温接合による実装手段からなり、
（Ｃ）前記洗浄手段と実装手段が、それぞれ、個別のチャンバーに構成されており、
（Ｄ）前記実装手段を収納した実装チャンバーには、該チャンバー内を不活性ガス雰囲気または被接合物と反応しないガス雰囲気にするガス置換手段が付設されている、
ことを特徴とするものからなる。
【０００９】
このような本発明に係る装置による実装では、洗浄工程、搬送工程、実装工程が別に構成されるため、とくに洗浄工程と実装工程の雰囲気をそれぞれの処理に最適な個別の雰囲気（同種の雰囲気であっても、異種の雰囲気であってもよい。）にすることが可能になり、一旦所定の雰囲気を形成した後には、各雰囲気を実質的に持続できるか、あるいは、多少の変動がある場合にも短時間のうちに所定の雰囲気に復旧できるようになる。また、実装工程において接合を行っている間に、洗浄工程において次の被接合物の洗浄を行うことが可能になり、両工程の同時進行が可能になる。したがって、従来の、所定の真空度を達成し、その条件下で洗浄を行い、引続き実質的に同じ場所で接合を行っていた場合に比べ、一連の実装工程全体のタクトタイムが大幅に短縮される。
【００１０】
上記洗浄手段のエネルギー波としては、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、レーザのいずれかを用いることができる。
【００１１】
この実装装置においては、洗浄手段を収納した洗浄チャンバーに、該チャンバー内を減圧ガス雰囲気にする減圧ガス雰囲気形成手段を付設することにより、減圧ガス雰囲気下での洗浄が可能になる。また、実装手段を収納した実装チャンバーに、該チャンバー内を不活性ガス雰囲気または被接合物と反応しないガス雰囲気にするガス置換手段を付設することにより、不活性ガス雰囲気下または被接合物と反応しないガス雰囲気下での接合が可能になる。洗浄チャンバーに、前記搬送手段の設置部に対する連通とその遮断を制御可能なシャッター手段を設けておくことにより、洗浄チャンバー内を迅速に所定の減圧ガス雰囲気を形成したり、その所定の減圧ガス雰囲気に維持したり、実装チャンバー内の雰囲気とは別に異種のガス雰囲気を形成したりすることが容易になる。
【００１２】
このように洗浄手段、実装手段、搬送手段を別々に構成することにより、とくに洗浄手段を収納した洗浄チャンバーと実装手段を収納した実装チャンバーを別々に形成することにより、洗浄チャンバー内の洗浄操作と実装チャンバー内の接合操作の同時進行が可能になり、連続的に流れてくる被接合物を順次実装していく場合、一連の操作のタクトタイムが大幅に短縮される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る実装装置を示している。図１において、１は実装装置全体を示しており、実装装置１は、被接合物２の接合面となる表面を洗浄する洗浄手段３と、洗浄手段３により洗浄された被接合物２の表面同士を常温接合する実装手段４と、洗浄手段３と実装手段４との間に配置され、少なくとも洗浄手段３により洗浄された各被接合物２を実装手段４へ搬送する搬送手段としての搬送ロボット５とを備えている。
【００１４】
本実施態様では、洗浄手段３は、洗浄チャンバー６内に収納されており、実装手段４は、実装チャンバー７内に収納されている。洗浄チャンバー６と実装チャンバー７は、搬送部８によって連通されており、この搬送部８に、搬送ロボット５が配置されている。
【００１５】
搬送ロボット５は、被接合物２を把持および解放可能な先端アーム９を有しており、先端アーム９は、ロボット本体１０に、軸方向（Ｘ方向）に伸縮可能なロッド１１を介して取り付けられているとともに、ロッド１１を中心軸としてｒ方向に回動可能に設けられている。また、ロボット本体１０は、上下方向（Ｚ方向）と回転方向（θ方向）に移動、調整できるようになっている。
【００１６】
洗浄手段３は、被接合物２の接合面となる表面に向けてエネルギー波１２を照射することによりその表面を洗浄する手段からなる。エネルギー波１２としては、前述の如く、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、レーザのいずれかを用いる。
【００１７】
洗浄手段３を収納した洗浄チャンバー６には、搬送ロボット５を設置した搬送部８に対する連通とその遮断を制御するシャッター手段１３が設けられている。シャッター手段１３は、洗浄前に洗浄チャンバー６内を所定の減圧ガス雰囲気にするとき、および、洗浄中に、搬送部８との連通を遮断するために閉じられ、被接合物２を洗浄チャンバー６内に導入するとき、および、洗浄チャンバー６内から洗浄後の被接合物２を取り出すとき、搬送ロボット５が進退できるように開かれる。
【００１８】
洗浄チャンバー６には、洗浄チャンバー６内を所定の減圧ガス雰囲気にする減圧ガス雰囲気形成手段１４が付設されている。この減圧ガス雰囲気形成手段１４は、たとえば真空ポンプから構成できる。減圧ガス雰囲気を形成する洗浄チャンバー６内のガスとしては、空気の他、不活性ガスを用いることもできる。不活性ガスを用いる場合には、不活性ガス置換手段を併設すればよい（図示略）。
【００１９】
実装手段４は、接合面が洗浄され活性化された原子で接合面の表面が形成された被接合物２同士を常温接合する。たとえば、接合面が洗浄された基板に、接合面が洗浄されたチップを常温接合する。実装手段４は、一方の被接合物２、たとえば基板を保持するボンディングステージ１５と、他方の被接合物２、たとえばチップを保持するボンディングヘッド１６を有している。被接合物２同士を接合する際の位置合わせを行うために、本実施態様においては、ボンディングステージ１５は、Ｘ、Ｙ方向（水平方向）に位置調整できるようになっており、ボンディングヘッド１６は、Ｚ方向（上下方向）と回転方向（θ方向）に調整できるようになっている。また、上下の被接合物２の位置ずれ量を検出し、それに基づいて所望の位置精度範囲内に調整できるようにするために、ボンディングステージ１５とボンディングヘッド１６の間には、上下方向の視野を持つ２視野カメラ１７が進退可能に設けられている。この２視野カメラ１７もＸ、Ｙ方向に位置調整できるようになっている。
【００２０】
本実施態様では、実装チャンバー７に、該実装チャンバー７内を所望のガス雰囲気にするガス置換手段として、実装チャンバー７内を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス置換手段１８が付設されており、被接合物２同士の接合が不活性ガス雰囲気下で行われるようになっている。実装チャンバー７内のガス雰囲気は、不活性ガス雰囲気の他、被接合物と反応しないガス雰囲気、例えば、電極を有する被接合物でその電極を他方の被接合物に接合する場合、その電極と反応しないガス（例えば、窒素ガス）を用いたガス雰囲気とすることも可能である。この実装チャンバー７内での接合は、大気圧下、減圧下のいずれで行うことも可能である。とくに、大気圧下で行えば、装置的にも、ガス雰囲気の制御的にも、簡素化が可能である。
【００２１】
図２は、本実施態様における実装装置１全体の概略平面構成を示しており、各工程間（各室間）の連結状態の一例を示している。洗浄チャンバー６と実装チャンバー７は、搬送部８を介して接続されている。この搬送部８に、被接合物２が導入されてくる導入室１９が接続されており、導入室１９に導入された被接合物２が、上述の搬送ロボット５に把持され、洗浄チャンバー６内へと搬送されるようになっている。本実施態様では、導入室１９と搬送部８の間にはシャッター手段２０が設けられており、必要に応じてこの間のガスの流通を遮断できるようになっている。また、導入室１９には、ワークの搬入、搬出のためのシャッター手段２１が設けられている。搬送部８と洗浄チャンバー６の間には、前述のシャッター手段１３が設けられている。
【００２２】
このように構成された実装装置１を用いて、本発明に係る実装方法は次のように実施される。
導入室１９に導入されてきた被接合物２は、シャッター手段２０が開かれ、搬送ロボット５に把持される。必要に応じてシャッター手段２０が閉じられ、シャッター手段１３が開かれて、搬送ロボット５に把持された被接合物２が洗浄チャンバー６内へと搬送される。シャッター手段１３が閉じられた後、洗浄チャンバー６内では、被接合物２の表面をエネルギー波を照射することにより洗浄する洗浄工程が実行される。このとき、洗浄チャンバー６内は、所定の減圧ガス雰囲気とされ、その雰囲気下でエネルギー波が照射される。エネルギー波の照射により、被接合物２の接合面となる表面から酸化物や有機物が飛ばされ、活性化された原子で表面が形成されることになる。
【００２３】
所定の洗浄が終了すると、シャッター手段１３が開かれ、接合面が活性化された各被接合物２が、搬送ロボット５に把持されて実装チャンバー７内に搬送され、実装工程が実行される。実装工程における接合は、不活性ガス置換手段１８によって形成された所定の不活性ガス雰囲気下で行われる。この実装工程では、ボンディングステージ１５とボンディングヘッド１６に保持された各被接合物２の位置が所望の精度範囲内に調整された後、各被接合物２の表面同士が常温で接合される。接合面は上記の如く活性化された状態にあるから、基本的に単に接触させるだけで常温にて接合可能となる。実装された被接合物２は、そのまま実装チャンバー７から次工程に送られてもよく、上記搬送ロボット５を利用して搬送してもよい。
【００２４】
このように、洗浄部と実装部を個別に構成し、間に搬送部を設けた構成としているので、洗浄工程と実装工程を独立に実行でき、実質的に同時に行うことができる。したがって、両工程をシリーズに行う場合に比べ、一連の実装操作全体に要する時間を大幅に短縮することができる。その結果、連続的に流れてくる被接合物を順次実装していく大量生産の場合において、一連の操作のためのタクトタイムを大幅に短縮することが可能になる。
【００２５】
また、洗浄部と実装部を個別に構成して、洗浄工程と実装工程のそれぞれに対して、最適なガス雰囲気を分離して形成できるから、各工程における処理の最適化も同時に達成される。しかも、実装を大気圧中での常温接合により行うようにすれば、実装工程における作業の容易化、装置の簡素化も達成される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実装装置によれば、エネルギー波による洗浄により常温接合を可能とした接合形態を、大量生産が要求される現実の実装工程に効率よく適合させることができ、実装工程全体のタクトタイムを大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る実装装置の概略構成図である。
【図２】図１の実装装置の概略平面図である。
【符号の説明】
１  実装装置
２  被接合物
３  洗浄手段
４  実装手段
５  搬送手段としての搬送ロボット
６  洗浄チャンバー
７  実装チャンバー
８  搬送部
９  先端アーム
１０  ロボット本体
１１  ロッド
１２  エネルギー波
１３  シャッター手段
１４  減圧ガス雰囲気形成手段
１５  ボンディングステージ
１６  ボンディングヘッド
１７  ２視野カメラ
１８  ガス置換手段としての不活性ガス置換手段
１９  導入室
２０、２１  シャッター手段
【図１】
0004377035.tif 000002
【図２】
0004377035.tif 000003