JP2013251404A - チップの表面処理方法、接合方法、及び表面処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有するチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理方法が、金属領域の表面に気化性材料が塗布されたチップを準備するステップS1と、気化性材料を気化させて金属領域の表面を露出させるステップS2と、金属領域の表面を露出させるステップの後に連続して、非酸化雰囲気中で、金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップS3と、を備える。
【選択図】図1
Description
<1.1 接合方法>
本願発明の第1の実施形態を、図1から図3を参照して説明する。図1は、本願発明の第1の実施形態に係る、チップを基板へ接合するためのチップ側接合面の金属領域の表面処理方法を示すフローチャートである。図2は、本願発明の第1の実施形態に係る、表面処理方法の処理過程を模式的に示す断面図である。図3は、本願発明の第1の実施形態に係る表面処理を行うための表面処理システムの概略構成を示す正面図である。
工程S2では、非酸化雰囲気4の中で、気化性材料を気化させることで、チップ側接合面の金属領域の表面を露出させる。
工程S3では、工程S2から連続して、非酸化雰囲気4の中で、露出したチップ側接合面の金属領域の表面5に対して、表面活性化処理と親水化処理とを行う。
工程S2において、チップ側接合面に、所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることで表面活性化処理を行う。
工程S2において、親水化処理は、好ましくは、上記表面活性化処理の後に続けて、非酸化雰囲気中で行われる。しかし、表面活性化処理が完了する前に、親水化処理を開始してもよい。また、表面活性化処理と親水化処理を同時に行ってもよい。表面活性化処理が、親水化処理の完了後に行われなければ、表面活性化処理と親水化処理との時間上の前後関係は、所望の条件により調節することができる。
図3は、本願発明に係る表面処理方法を実施するための表面処理システム100の概略構成を示す図である。
工程S1からS3を経てチップ側接合面が表面活性化処理され親水化処理されたチップが、工程S4で、それぞれチップ1の金属領域の表面5が基板8の接合部9に接触するように、接合部上に取り付けられる。
工程S5では、工程S4で得られた複数のチップ1と基板8との構造体に加熱処理を行うことにより、チップと基板との間の所定の導電性(抵抗率)又は接合強度(機械的強度)を得ることができる(図5(b))。
従来のようにチップ毎に仮接合と本接合とを繰り返す場合には、チップあたり60秒ほど掛かるといわれている。したがって、例えば、1つの基板上に5000個のチップを本接合するためには、(60秒/チップ)×(5000チップ)=300000秒=約83時間掛かる。チップ毎の仮接合及び本接合を10秒で行うとしても、1つの基板上に5000個のチップを本接合するためには、(10秒/チップ)×(5000チップ)=50000秒=約14時間掛かる。
本願発明の第2の実施形態を、図6及び図7を参照して説明する。図6は、本願発明の第2の実施形態に係る、チップを基板へ接合するためのチップの接合面の表面処理方法を示すフローチャートである。図7は、第2の実施形態に係るチップの表面処理方法を用いたチップの接合方法を示すフローチャートである。
2 チップ側金属領域
3 気化性材料
4 非酸化雰囲気
5 チップ側接合面の金属領域
6 所定の運動エネルギーを有する粒子
7 水の層
8 基板
9 基板の接合部
10 水
100 表面処理システム
101 第1真空容器
102 第1チップ支持体
103 加熱ランプ
104 第1真空ポンプ
105 連結バルブ
106 第2真空容器
107 第2チップ支持体
108 第2真空ポンプ
109 プラズマ発生装置
110 交番電源
111 電極
112 ガス源
113 ガス量制御バルブ
114 ガス導入口
115 水蒸気源
116 水蒸気制御バルブ
117 水蒸気導入口
Claims (28)
- 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有するチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理方法であって、
金属領域の表面に気化性材料が塗布されたチップを準備するステップと、
気化性材料を気化させて金属領域の表面を露出させるステップと、
前記金属領域の表面を露出させるステップの後に、非酸化雰囲気中で、金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
を備える、表面処理方法。 - 前記金属領域の表面を露出させるステップの後に連続して金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行う、請求項1に記載の表面処理方法。
- 前記非酸化雰囲気は、真空又は不活性ガスを含む雰囲気である、請求項1又は2に記載の表面処理方法。
- 前記金属領域は、銅又はハンダ材料により形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の表面処理方法。
- 前記気化性材料は、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、ジシクロヘキシルアンモニウムナイトライ、ジシクロヘキシルアンモニウムサリシレート、モノエタノールアミンベンゾエート、ジシクロヘキシルアンモニウムベンゾエート、ジイソプロピルアンモニウムベンゾエート、ジイソプロピルアンモニウムナイトライト、シクロヘキシルアミンカーバメイト、ニトロナフタレンアンモニウムナイトライト、シクロヘキシルアミンベンゾエート、ジシクロヘキシルアンモニウムシクロヘキサンカルボキシレート、シクロヘキシルアミンシクロヘキサンカルボキシレート、ジシクロヘキシルアンモニウムアクリレート、及びシクロヘキシルアミンアクリレートからなる群から選ばれる気化性防錆剤、又は直鎖アルカンチオールを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の表面処理方法。
- 前記気化性材料を気化することは、当該気化性材料に対して、熱、光、又は酸素プラズマを照射することで行われる、請求項1から5のいずれか一項に記載の表面処理方法。
- 一つ又は複数のチップ側金属領域を有するチップ側接合面を有する複数のチップを、一つ又は複数の基板側金属領域を有する基板側接合面を有する基板に接合するための方法であって、
チップ側金属領域の表面に気化性材料が塗布されたチップを準備するステップと、
気化性材料を気化させてチップ側金属領域の表面を露出させるステップと、
前記チップ側金属領域の表面を露出させるステップの後に、非酸化雰囲気中で、チップ側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
非酸化雰囲気中で、基板側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
親水化処理が行われたチップ側金属領域が親水化処理が行われた基板側金属領域に接触するように、複数のチップを一つずつ対応する基板の基板側接合面に取り付けて、複数のチップと基板とを含む構造体を形成するステップと、
前記複数のチップと基板とを含む構造体を加熱するステップと、
を備えた、複数のチップを基板に接合する方法。 - 前記チップ側金属領域の表面を露出させるステップの後に連続して、非酸化雰囲気中で、チップ側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行う請求項7に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
- 前記複数のチップの基板の基板側接合面への取付けは大気中で行われる、請求項7又は8に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
- 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有するチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理方法であって、
金属領域の表面に酸化物が形成されたチップを準備するステップと、
金属領域の表面に形成された酸化物を還元することで除去し、金属領域の表面を露出させるステップと、
前記金属領域の表面を露出させるステップの後に、非酸化雰囲気中で、金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
を備える、表面処理方法。 - 前記金属領域の表面を露出させるステップの後に連続して、非酸化雰囲気中で、金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行う、請求項10に記載の表面処理方法。
- 前記金属領域の表面に形成された酸化物を還元することは、金属領域の表面を加熱して、当該加熱した金属領域の表面に対して有機酸ガスを照射することで行われる、請求項10又は11に記載の表面処理方法。
- 前記金属領域の表面に形成された酸化物を還元することは、当該酸化物が形成された金属領域の表面に、有機酸ガスと水素又は水素ラジカルを含むガスとを含む混合ガスを照射することで行われる、請求項10又は11に記載の表面処理方法。
- 前記有機酸ガスは、ギ酸ガスである、請求項10から13のいずれか一項に記載の表面処理方法。
- 前記金属領域の表面を露出させるステップの前に、金属領域の表面を研磨するステップを更に備える、請求項10から14のいずれか一項に記載の表面処理方法。
- 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有する複数のチップを、一つ又は複数の金属領域を有する基板側接合面を有する基板に接合するための方法であって、
チップ側金属領域の表面に酸化物が形成された複数のチップを準備するステップと、
チップ側金属領域の表面に形成された酸化物を還元することで除去し、チップ側金属領域の表面を露出させるステップと、
前記チップ側金属領域の表面を露出させるステップの後に、非酸化雰囲気中で、チップ側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
非酸化雰囲気中で、基板側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
親水化処理が行われたチップ側金属領域が親水化処理が行われた基板側金属領域に接触するように、複数のチップを一つずつ対応する基板の基板側接合面に取り付けて、複数のチップと基板とを含む構造体を形成するステップと、
前記複数のチップと基板とを含む構造体を加熱するステップと、
を備えた、複数のチップを基板に接合する方法。 - 前記チップ側金属領域の表面を露出させるステップの後に連続して、非酸化雰囲気中で、チップ側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行う、請求項16に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
- 前記複数のチップの基板の基板側接合面への取付けは大気中で行われる、請求項16又は17に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
- 前記金属領域の表面を露出させるステップの前に、金属領域の表面を研磨するステップを更に備える、請求項16から18のいずれか一項に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
- 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有する複数のチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理装置であって、
チップを内部に載置することができる真空容器と、
チップを加熱する加熱手段と、
真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する雰囲気制御手段と、
チップの金属領域に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させる表面活性化手段と、
チップの金属領域に対して水を付着させる親水化処理手段と、
を備える表面処理装置。 - 前記真空容器は、第1真空容器と第2真空容器とを有し、
第1真空容器は、前記加熱手段を有し、第1真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する第1雰囲気制御手段と連結されて構成され、
第2真空容器は、前記表面活性化処理手段と前記親水化処理手段とを有し、第2真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する第2雰囲気制御手段と連結され、前記第1真空容器と前記第2真空容器との間で前記非酸化雰囲気を破ることなくチップを搬送できるように構成された、
請求項20に記載の表面処理装置。 - 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有する複数のチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理装置であって、
チップを内部に載置することができる真空容器と、
チップの金属領域の酸化物を還元する還元剤をチップの金属領域に向けて照射する還元剤照射手段と、
真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する雰囲気制御手段と、
チップの金属領域に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させる表面活性化手段と、
チップの金属領域に対して水を付着させる親水化処理手段と、
を備える表面処理装置。 - 前記真空容器は、第1真空容器と第2真空容器とを有し、
第1真空容器は、前記還元剤照射手段を有し、第1真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する第1雰囲気制御手段と連結されて構成され、
第2真空容器は、前記表面活性化処理手段と前記親水化処理手段とを有し、第2真空容器内の雰囲気を非酸化雰囲気となるように制御する第2雰囲気制御手段と連結され、前記第1真空容器と前記第2真空容器との間で前記非酸化雰囲気を破ることなくチップを搬送できるように構成された、
請求項22に記載の表面処理装置。 - 前記還元剤照射手段は、有機酸ガスを照射する有機酸ガス源を有し、
チップを加熱する加熱手段を更に有する、請求項22又は23に記載の表面処理装置。 - 前記還元剤照射手段は、有機酸ガスを照射する有機酸ガス源を有し、
当該有機酸ガス源は、有機酸ガスを分解する、加熱可能な触媒を有する、請求項22又は23に記載の表面処理装置。 - 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有するチップを基板に接合するための、金属領域の表面処理方法であって、
金属領域の表面に酸化物が形成されたチップを準備するステップと、
金属領域の表面に形成された酸化物を研磨することで除去し、金属領域の表面を露出させるステップと、
非酸化雰囲気中で、金属領域の表面に対して、金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
を備える、表面処理方法。 - 一つ又は複数の金属領域を有するチップ側接合面を有する複数のチップを、一つ又は複数の金属領域を有する基板側接合面を有する基板に接合するための方法であって、
チップ側金属領域の表面に酸化物が形成された複数のチップを準備するステップと、
チップ側金属領域の表面に形成された酸化物を研磨することで除去し、チップ側金属領域の表面を露出させるステップと、
非酸化雰囲気中で、チップ側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
非酸化雰囲気中で、基板側金属領域の表面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
親水化処理が行われたチップ側金属領域が親水化処理が行われた基板側金属領域に接触するように、複数のチップを一つずつ対応する基板の基板側接合面に取り付けて、複数のチップと基板とを含む構造体を形成するステップと、
前記複数のチップと基板とを含む構造体を加熱するステップと、
を備えた、複数のチップを基板に接合する方法。 - 前記複数のチップの基板の基板側接合面への取付けは大気中で行われる、請求項27に記載の、複数のチップを基板に接合する方法。
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