JP4961342B2 - ２つのウエハの相互接触のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレンスを生ずるように実装される複数の同一部品から得られる２つのウエハ型部品複合コンフィギュレーション、特に半導体ウエハと機能部品ウエハとを相互接触させて、ウエハレベルの電子組立体を製造するための、請求項１に記載の方法に関する。加えて、本発明は、この方法を実行するのに特に適切な、請求項７に記載の装置に関する。

上述したタイプの方法および装置は、複合体内にコヒーレンスを生ずるように実装させる基板を、やはり複合体内に位置する部品と、特定の複合体を事前に分解することなしに接続しようとする場合に、非常に広く使用される。

電子組立体、たとえば、レーザダイオードなどチップにより作動する機能部品と接触しているチップをチップレベルで製造するために、チップとレーザダイオードとの両方をウエハレベルで、すなわち一貫したウエハ複合体内に製造し、続いてチップとレーザダイオードとの両方を、チップをレーザダイオードに接触させる前に特定のウエハ複合体から分離することが知られている。チップおよび／またはレーザダイオードの数に従って、チップをレーザダイオードに接触させるために必要な位置決めおよび接続手順を別々に、また繰り返し実行する必要性が生じる。

複合体内に位置する複数のレーザダイオードまたはチップに対して一度だけ所要の位置決めおよび接続手順を実行すれば済むようにウエハレベルでこのタイプの接触を実行することができることの利点は、明らかである。しかしながら、互いに接続しようとするチップおよびレーザダイオードの個々の接触メタライゼーションが比較的広い領域にわたって分布しているため、ウエハ表面全体にわたって均一なギャップ寸法を設定することは難しいことがわかっている。その結果、個々の接触メタライゼーション対の間に接触不良が生じる恐れがある。

本発明の目的は、接続しようとするウエハ間の均一なギャップ寸法の実施を可能にする、ウエハレベルの電子組立体を製造するための方法および装置を提案することである。

この目的を達成するために、本発明による方法は請求項１の特徴を有し、本発明による装置は請求項７の特徴を有する。

本発明による方法では、接触に必要な、互いに接続しようとする接触メタライゼーション間の接触圧力は、部品複合コンフィギュレーションを支える接触室内で真空を実施することによって生成される。その後の接触メタライゼーションの接触は、部品複合コンフィギュレーションに背面エネルギー衝撃を与えることにより生じる。

接触室内で真空を実施することにより、所要の接触圧力を生成するための圧力衝撃に比べ、ウエハおよび／またはウエハがその上に位置する装置の特有の曲げ挙動を考慮に入れる必要なしに部品複合コンフィギュレーションが同一平面上にある構成が確実となる。

特に、ウエハに圧力衝撃を与える場合には起こると考えられる、ウエハにおける曲げ挙動および／またはその曲線の直線からのずれを補償するための対策を講じる必要はない。

さらに、もっぱら部品強度によって限定されるウエハ間の任意に高い接触圧力を、機械式または油圧式接触圧力装置という点で装置に追加の費用を必要とすることなく、真空の設定により定めることができる。

本発明による方法は、特にウエハレベルの「ＳＡＷ（弾性表面波）フィルタ」を製造するために有利に使用することができる。これらの組立体では、キャリアチップとの真空気密接続部を実現するために、カバーチップを、電気接触に加えて周辺密封接触メタライゼーションによりこれらのキャリアチップに接続する。

この方法の特に有利な一変形形態では、接触メタライゼーションが互いに対向する部品複合コンフィギュレーションを支えるレセプタクルユニット間に真空気密接続部を形成することによって接触室が生成される。したがって、可能な限り少ない数の部品を用いて接触室を実施することが可能であり、どんな場合に設けるレセプタクルユニットにも、シールユニットが追加されるだけである。

熱接触の前に接触室内の真空衝撃によって実施した部品複合コンフィギュレーションの摩擦防止複合体へのエネルギー衝撃、すなわち接着接続の実施は、レセプタクルユニットを介して複合体にエネルギー衝撃を与えることによって特に簡単な方法で可能となる。このようにして、接触室内に位置する複合体を中に導入するはずの炉ユニットを省くことができるので、この方法を実行するために必要な装置の費用を大幅に削減することができる。

特に簡単なタイプのエネルギー衝撃は、レセプタクルユニットを加熱ユニットとして実施することによるエネルギー衝撃を実行することによって実行することができる。

あるいは、レセプタクルユニットを接触加熱することによってエネルギー衝撃を実行することも可能であり、したがって、接触室内に設けられる部品複合コンフィギュレーションの複合体に熱を導入するためにレセプタクルユニットのみが使用される。

この方法のさらに有利な一実施形態では、レセプタクルユニットに放射衝撃を与えることによってエネルギー衝撃を実施する。このためには、レセプタクルユニットの材料と線源のタイプとを互いに調整することが有利に可能であり、したがって、たとえば、吸収性材料をレセプタクルユニットに選択する場合には、赤外線源を使用することができ、光学的に透明な材料をレセプタクルユニットに選択する場合には、レーザ線源を使用することができる。

本発明による装置は、第１の部品複合コンフィギュレーションを支えるための第１のレセプタクルユニットと、第２の部品複合コンフィギュレーションを支えるための第２のレセプタクルユニットと、レセプタクルユニットを互いに密着接続し、部品複合コンフィギュレーションを取り囲む圧密接触室を実施するためのシールユニットと、真空ユニットを接触室に接続するための接続ユニットと、レセプタクルユニットを介して少なくとも１つの部品複合コンフィギュレーションに背面エネルギー衝撃を与えるためのエネルギー衝撃ユニットとを有する。したがって、本発明による装置では、部品複合コンフィギュレーション間で作用する真空を生成するのに必要な接触室は、レセプタクルユニットを互いに密閉接続することによって可能となる。

シールユニットが、少なくともレセプタクルユニット間の接続領域において弾性体として実施される場合、特に有利であることがわかっている。この弾性は、シールユニットに対応する材料選択によっても、またシールユニットの寸法的に弾性な設計によっても実現することができる。このためには、シールユニットにより真空気密接触室の実施が可能となること、また加えて、互いに対向して位置する部品複合コンフィギュレーションの接触メタライゼーション間の接触圧力の実施をシールユニットが妨害しないことが不可欠である。

有利な一実施形態によれば、シールユニットが、剛体ユニットによって形成されたシール表面を有するシール体を有する。したがって、この装置の機能に必要な弾性を実施することができ、加えて、動作中に可能な限り磨耗のないことがわかっているシール表面の設計を可能にすることができる。

剛体ユニットが、第１のレセプタクルユニット周辺を取り囲み、かつこのレセプタクルユニットに接続されているシールリングを備え、シールリングのシール面が第２のレセプタクルユニットを水平に押圧する場合、確実なシールを実施することができ、加えて、レセプタクルユニット間の平行ずれをこのシール体により容易に補償することができる。

部品複合コンフィギュレーションの位置を定めるためのレセプタクルユニットの使用可能領域を損なわないシール体を有するこの装置の一実施形態は、シール体が弾性気密材料の網材から形成され、レセプタクルユニットの周囲に接続されている場合に可能である。

シール体がレセプタクルユニットの背面を覆って延び、したがってレセプタクルユニットの背面を取り囲む場合には、シール体とレセプタクルユニットとの間のシール接続を省くことができる。

レセプタクルユニットが、弾性平衡ユニットを間に介してハンドリングユニットを備える場合、ハンドリングユニットとレセプタクルユニットとの間の平行ずれは部品複合コンフィギュレーション間の接触圧力に悪影響を及ぼさないことが確実になる。

エネルギー衝撃ユニットを実施するために、接触加熱ユニットを用いる接触加熱用の接触板として第２のレセプタクルユニットを実施する場合、したがって装置を加熱ユニットとは独立に実施することができ、部品複合コンフィギュレーションに熱衝撃を与えるための加熱ユニットに装置単独で接触しようとするので、この装置の特に小型な一実施形態が可能である。

あるいは、エネルギー衝撃ユニットを実施するために、第２のレセプタクルユニットを少なくとも一部分が放射に対して透明な板として実施することも可能である。

エネルギー衝撃ユニットを実施するために、第２のレセプタクルユニットを接触ヒータとして実施する場合、準統合型加熱ユニットを有する全体的に小型なこの装置の一実施形態が可能となる。

実施が特に簡単な、接触ヒータとしてのレセプタクルユニットの一実施形態は、抵抗ヒータとしてのレセプタクルユニットの一実施形態を含む。

抵抗ヒータとして実施されるレセプタクルユニットを電気抵抗膜として実施する場合、特に軽量な部品複合コンフィギュレーションの可能性、また同時に部品複合コンフィギュレーションの急速作用加熱の可能性が生じる。

以下に、この方法の好ましい諸変形形態を、そのために使用される装置の好ましい諸実施形態の説明と共に、図面に基づきより詳細に説明する。

図１は、第１のウエハ１２の位置を定めるための第１のレセプタクルユニット１１と、第２のウエハ１４の位置を定めるための第２のレセプタクルユニット１３を有するウエハ接着装置１０を示す。この場合は、レセプタクルユニット１１が金属板を備え、シールユニット２９の、ここでは膜網から形成された平坦な弾性シール体１５および弾性特性を有する中間層１６を間に介してハンドリングユニット１７に接続されている。ハンドリングユニット１７は、３つの座標軸方向に作用する制御ユニット１８を備え、この制御ユニット１８は、レセプタクルユニット１３上に位置するウエハ１４に対するレセプタクルユニット１１上に位置するウエハ１２の空間的位置決めを可能にする。

また、図１に示すように、レセプタクルユニット１３は作業台４８上に位置し、この作業台４８はこの場合、弾性支持ユニット１９を間に介してベース枠２０上に位置する。

また、図１に示すように、ハンドリングユニット１７に接続されているレセプタクルユニット１１も作業台４８上に位置するレセプタクルユニット１３も、それぞれ接続ユニット２１または２２を、いずれの場合もそれぞれ真空ポンプ（ここではより詳細には図示しない）に接続するために備えている。接続ユニット２１を実施するために、レセプタクルユニット１１は、シール体１５内の穴２４、中間層１６内の穴２５およびハンドリングユニット１７内の穴２６と位置合わせされた穴２３を有する。レセプタクルユニット１３は、作業台４８内に実施されるチャネル２８へと続く穴２７を有する。ハンドリングユニット１７内の外側の穴２６および作業台４８内のチャネル２８は、各々真空ポンプ（図示しない）に取り付けるために設ける。

ハンドリングユニット１７と、シールユニット２９および中間層１６を間に介してハンドリングユニット１７に接続されたレセプタクルユニット１１とからなる、レセプタクルユニット１３およびその上に位置するウエハ１４からある距離を置いた上記図１に示すハンドリングモジュールを、以下では接着ヘッド３０として識別するものとする。接着ヘッド３０は、さらなる真空ポンプ（ここではより詳細には図示しない）を接続するためのさらなる接続ユニット３１を有し、この接続ユニット３１は、レセプタクルユニット１１内の穴３２、シール体１５内の穴３３、中間層１６内の穴３４およびハンドリングユニット１７内の穴３５を通じて真空ポンプの外部接続を可能にする。

２つのウエハ１２、１４間に接着接続を形成するための方法において、図１は、ウエハ１２、１４の接触メタライゼーションを相互接触させる直前の段階を示す。接触メタライゼーションは、ここではより詳細には示さないが、接触表面４３および４４上で互いに対向している。図１に示す段階の前に、ウエハ１２の上に位置する接着ヘッド３０を介してウエハ１２に真空衝撃を与えることによって接着ヘッド３０がウエハ１２を受け取り、これまで作業台４８上に位置していたが、やはり真空衝撃を用いてレセプタクルユニット１３上に固定されたウエハ１４の上で装着ヘッド３０の位置決めをする。

図１に示す段階では、次いで、互いに接触させようとするウエハ１２、１４の接触メタライゼーションが重なる位置に来るように、作業台４８に対して接着ヘッド３０の位置を相対的に決める。このために、接着ヘッド３０を、その入力信号がウエハ中間室４９内に位置するカメラユニット３６から来る画像加工ユニット機能（ここではより詳細には説明しない）として、制御ユニット１８により作動させる。

ウエハ１２、１４の接触メタライゼーション間の重なり位置を定め、カメラユニット３６をウエハ中間室４９から取り除いた後、接着ヘッド３０が、互いに接続させようとするウエハ１２および１４の接触メタライゼーション間の機械的接触に至るまで、作業台４８に向かって動く。接触に至ると、図２に示す、シール体１５に気密接続部されているシールユニット２９のシールリング３７の円形のシール表面３８が、ここで示す例示的な実施形態では鋼板によって形成され作業台４８上に位置するレセプタクルユニット１３に押し付けられる。ここで示す例示的な実施形態では、シールリング３７が、間にあるシール体１５の周辺端部を支える２つの金属リング３９、４０を備える。

図２に示す構成では、レセプタクルユニット１１、１３によって区切られ、シールユニット２９によってシールされた接触室４１が、シールリング３７とレセプタクルユニット１３との接触によって形成される。この接触室は、その中にウエハ１２および１４によって形成されるウエハ複合体４２を支える。図２に示す接触室４１を実施した後、接着ヘッド３０内に実施され、レセプタクルユニット１３を通って接触室４１へと排出する接続ユニット３１を介して接触室４１を真空にすることができる。

接触室４１内で真空を実施することにより、ウエハ複合体４２のウエハ１２、１４が互いに押し付けられる。その結果、設定した真空のレベルに応じて、後に続く接触メタライゼーション間の熱接続手順に必要な接触圧力を設定することができる。レセプタクルユニット１１、１３の表面間に平行ずれが存在する場合、これらの平行ずれは、レセプタクルユニット１１および／またはシールユニット２９のシール体１５とハンドリングユニット１７との間に位置する弾性中間層１６によって補償され、その結果、どんな場合にも、ウエハ１２、１４の接触表面４３、４４が同一面にある構成および／またはウエハ複合体４２におけるウエハ１２、１４間の接触表面にわたる一定のギャップ寸法の実施が確実になる。

接触室４１内におけるウエハ複合体４２のウエハ１２、１４間の所望の接触圧力を設定した後、作業台４８内に実施された接続ユニット２２を通じてウエハ１４の背面に適用された真空を止め、その結果、図３に示すように、接触室４１内で実施されたウエハ複合体４２を維持しながら接着ヘッド３０をレセプタクルユニット１３と共に作業台４８から離昇させることができる。

図４および５に示すように、続いて接着ヘッド３０を予熱した接触加熱ユニット４５の上で位置決めし、その上に降ろす。その結果、レセプタクルユニット１３が接触加熱ユニット４５上に降りて熱伝達が可能となる。ここで、所望の接着温度までの加熱手順は、所望の温度プロファイルに従って実行され、そのモニタリングのために、温度センサ（ここではより詳細には図示しない）を接着ヘッド３０のレセプタクルユニット１１内に設けることができる。接着温度を規定の期間維持しようとする場合には、図５に示す構成が距離調整ユニット（ここではより詳細には図示しない）を備えることもできる。この距離調整ユニットにより、接着温度に達した後、特定の期間にわたって接着温度を維持するための、レセプタブルユニット１３と接触加熱ユニット４５の接触表面４６との間の距離の設定および／または変更が可能となる。

上述した接触加熱ユニット４５上での接着ヘッド３０の位置決めの代替形態として、図１に示す作業台４８を加熱されるように実施し、図１に示す構成において接触加熱を実行することも可能である。

ある目標とする冷却が望ましい場合、接着ヘッド３０を接触冷却ユニット（ここではより詳細には図示しない）上に位置決めすることによって、続いて冷却を実行することができる。

加えて、真空チャネル２６または別の冷却チャネルを通じて行われる、冷却剤流、特に空気流を用いる接着ヘッド３０の冷却も可能である。

接触加熱ユニット４５の接触表面４６とレセプタクルユニット１３との間の平行ずれがウエハ複合体４２に影響を及ぼすのを防止するために、図４および５に示すように、弾性支持ユニット１９を、図１〜３に示す構成と同様にベース枠２０と接触加熱ユニット４５との間に設けることができる。

ウエハ１２および１４の接触メタライゼーション間の熱接着を行う、図５に一例として示す接着段階中、必要ならば、接触室４１内の真空によって生成される接触圧力を、接着ヘッドを用いてウエハ複合体４２にさらに圧力衝撃を与えることによって上昇させることもできる。真空によりウエハ１２および１４を互いに対して固定すると、そうでなければ圧力衝撃のために起こり得るウエハ１２、１４互いの滑り運動が防止される。

接着ヘッド３０に接する接触室４１内に位置するウエハ複合体４２を加熱するための可能な代替形態を、図６および７に示す。図６は、枢動可能なレーザ発光ユニット４７により接触メタライゼーションに選択的なエネルギー衝撃を与える加熱を示す。このために、レーザ放射に対して透明な材料製のレセプタクルユニット５０を実施する。シリコンなど放射および／または熱を吸収する材料からこのレセプタクルユニットを実施する場合には、熱伝導を用いてウエハ複合体を加熱することができる。

接着ヘッドのさらなる実施形態（ここではより詳細には図示しない）では、接着ヘッドが統合型レーザ発光ユニットを備えることもできる。その結果、図６に示す例示的な実施形態とは異なり、接着ヘッドと向き合うレセプタクルユニットを介してウエハ複合体の加熱を実行する。

図７は、接着ヘッド３０に接して位置し、電気加熱可能な抵抗膜として実施されるレセプタクルユニット５１を示す。このように直接加熱可能なレセプタクルユニットを用いると、別の加熱ユニットを設ける必要なしに、接着ヘッド３０それ自体に接するウエハ複合体４２のウエハ１２、１４の接触メタライゼーション間に熱接着による接続を形成することが可能となる。

各々レセプタクルユニットに接して位置する２つのウエハ間で接触複合体を製造するためのウエハ接着装置を示す図である。 接触室内で製造されたウエハ複合体を有するウエハ接着装置を示す図である。 ウエハ複合体を携帯しながら作業台から引き上げられたウエハ接着装置を示す図である。 接触ヒータ上に位置決めする前の、ウエハ複合体を有するウエハ接着装置を示す図である。 ウエハの接触メタライザーション間の接着接続を実行するために接触ヒータ上に位置決めしたウエハ接着装置を示す図である。 レーザ衝撃を用いる接着接続の実行を示す図である。 抵抗膜として実施されるレセプタクルユニットを用いる接着接続の実行を示す図である。

Claims (18)

1. コヒーレンスを生ずるように実装される複数の同一部品から得られる２つのウエハ型部品複合コンフィギュレーション（１２、１４）を相互接触させて、ウエハレベルの電子組立体を製造するための方法であって、前記部品複合コンフィギュレーションの各々をレセプタクルユニット（１１；１３、５０、５１）上に位置させ、相互に接続されるべき前記部品複合コンフィギュレーションの接触メタライゼーション間の接触に必要な接触圧力を、前記部品複合コンフィギュレーションを受け入れ、そして、前記レセプタクルユニットによって特定されている接触室（４１）内で生成し、真空ユニットを前記接触室（４１）に接続するための接続ユニット（３１）を介して、前記接触室内を真空状態にし、そして、前記接触メタライゼーションの接触を、部品複合コンフィギュレーションに背面エネルギー衝撃を与えることによって実行することを含む方法。
2. 相互に対向する接触メタライゼーションを有する前記部品複合コンフィギュレーション（１２、１４）を受け入れる前記レセプタクルユニット（１１；１３、５０、５１）の間に真空気密接続部を形成することによって、前記接触室（４１）を生成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記接触室（４１）における真空衝撃によって実装される、前記部品複合コンフィギュレーション（１２、１４）の複合体（４２）に、レセプタクルユニット（１１；１３、５０、５１）を介してエネルギー衝撃を与えて、前記接触を実施することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記レセプタクルユニット（５１）を加熱ユニットとして設けることによって、前記エネルギー衝撃を実行することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記レセプタクルユニット（１３）を接触加熱することによって、前記エネルギー衝撃を実行することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 前記レセプタクルユニット（５０）に放射衝撃を与えることによって、前記エネルギー衝撃を実行することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
7. コヒーレンスを生ずるように実装される複数の同一部品から得られる２つのウエハ型部品複合コンフィギュレーション（１２、１４）を相互接触させて、ウエハレベルの電子組立体を製造するための装置であって、第１の部品複合コンフィギュレーション（１２）を受け入れるための第１のレセプタクルユニット（１１）と、第２の部品複合コンフィギュレーション（１４）を受け入れるための第２のレセプタクルユニット（１３）と、前記レセプタクルユニットを相互に密着接続し、そして、前記部品複合コンフィギュレーションを取り囲む気密接触室（４１）を提供するためのシールユニット（２９）と、真空ユニットを前記接触室に接続するための接続ユニット（３１）と、前記第２のレセプタクルユニットを介して部品複合コンフィギュレーションに背面エネルギー衝撃を与えるためのエネルギー衝撃ユニットとを有することを特徴とする装置。
8. 前記シールユニット（２９）が、少なくとも、前記レセプタクルユニット（１１；１３、５０、５１）間の接続領域において、弾性体として設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記シールユニット（２９）が、剛体ユニットによって形成されたシール面（３８）を有する弾性シール体（１５）を有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記剛体ユニットが、シールリング（３７）を備え、前記シールリングは、前記第１のレセプタクルユニット（１１）周辺を取り囲み、そして、前記シール体（１５）を介して前記レセプタクルユニットに接続されており、前記シールリング（３７）のシール表面（３８）が前記第２のレセプタクルユニット（１３、５０、５１）を平坦に押圧することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記シール体（１５）が、弾性を有する気密材料から形成された網材を含み、前記レセプタクルユニット（１１）の周囲に接続されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記シール体（１５）が、前記レセプタクルユニット（１１）の背面に亘って延びることを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
13. 前記レセプタクルユニット（１１）が、ハンドリングユニット（１７）を備え、それらの間に、弾性平衡ユニット（１６）が位置していることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記第２のレセプタクルユニット（１３）が、接触加熱ユニット（４５）を用いる接触加熱用の接触板として設けられることを特徴とする、請求項７から１３のいずれか１つに記載の装置。
15. 前記第２のレセプタクルユニット（５０）が、少なくとも一部分が放射に対して透明な板として設けられることを特徴とする、請求項７から１３のいずれか１つに記載の装置。
16. 前記第２のレセプタクルユニット（５１）が、接触ヒータとして設けられることを特徴とする、請求項７から１３のいずれか１つに記載の装置。
17. 前記第２のレセプタクルユニットが、抵抗ヒータとして設けられることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 前記第２のレセプタクルユニットが、電気抵抗膜として設けられることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。

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