安装方法和安装装置 【技术领域】
本发明涉及一种将芯片或基片等构成的被接合物彼此接合的安装方法和安装装置，特别是形成持有从周围将接合部局部地密闭的可动壁的本机腔室结构而进行安装的方法和安装装置。
背景技术
将被接合物体彼此接合、譬如以背面馈送的方式将芯片接近基片、将芯片和基片的电极彼此压接(根据需要可同时进行加热)而使两个被接合物接合的方法是早已众所周知的。而在安装时，用腔室围着安装部、加以实质性的密闭，将腔室内形成特殊的氛围环境并进行各种处理之后，或者在使腔室内减压而形成规定的真空状态之后，进行安装地方法也已是公知的。
但是，至今在采用如上所述的腔室结构时、实质上是将上述的内部被减压的整个腔室作成刚体结构，为了在这腔室内进行安装，都形成用腔室覆盖整个安装装置或其大部分的结构。因此，包含腔室的整个装置就变成规模很大的设备，从而有引起装置大型化或使成本增加的问题。而由于腔室内部容积变大，因而将腔室内减压到规定的真空度、或置换成特殊气体就有要用更多时间，同时还有很难达到高真空度的问题。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种本机腔室结构，能从周围将接合部和其周边局部地高效地密闭、而且即使在接合时，也能在维持其密闭状态的同时、与接合动作联动地适当改变密闭空间的形状；本发明的目的还在于提供一种安装方法和安装装置，利用上述的本机腔室结构、用小型的装置就能迅速、容易地达到规定的真空度或特殊气体氛围环境等，由此能容易而且便宜地满足各种要求处理的条件或安装条件。
为了达到上述目的本发明的安装方法的特征在于，在对两个具有间隔地相对的被接合物进行相对位置对准之后，使位于两个被接合物周围的可动壁移动到与一方的被接合物保持机构相接触，以形成具有局部密闭空间的本机腔室结构，而且将两个被接合物密闭在该本机腔室内，在经过对该本机腔室内进行减压而形成规定的真空状态的工序之后，使上述被接合物保持机构沿着使该本机腔室的容积缩小的方向移动，同时使上述可动壁随之移动，将两个被接合物压接而进行接合。
这种安装方法虽然在经过形成上述规定的真空状态的工序之后能直接进入伴随着接合的安装工序，但在进入安装工序前也可加入各种处理工序或将各种条件备齐的工序。
譬如，在上述的安装方法中，在使本机腔室内减压成规定的真空状态之后，用具有能量的波或具有能量的粒子清洗被接合物的接合面，然后使被接合物保持机构和与其随动的可动壁移动，将两个被接合物压接而进行接合。
这时，可以在上述规定的真空状态下进行上述的由具有能量的波或具有能量的粒子完成的清洗。而且、可以在将本机腔室内减压成规定的真空状态下进行由具有能量的波或具有能量的粒子完成的清洗，在清洗后接合前、将本机腔室内置换成大气压的惰性气体或非氧化气体。虽然可以将等离子、离子束、原子束、游离基束、激光等用作具有能量的波或具有能量的粒子，但从容易处理、装置的成本或结构的简易性等方面考虑，最好还是用等离子。
而且，在上述安装方法中，可以在将本机腔室内减压成规定的真空状态之前或之后，将密封材料涂敷到一方的被接合物的接合面上，在涂敷有该密封材料的状态下、而且在上述规定的真空状态下，使上述被接合物保持机构和与其随动的上述可动壁移动，将两个被接合物压接而进行接合。可以将例如非导电性粘接剂(包含胶和薄片两种形式)或各向异性的导电性粘接剂(包含胶和薄片两种形式)用作密闭材料。
此外，在上述安装方法中，可以在将本机腔室内减压成规定的真空状态之后，将该本机腔室内形成特定的气体氛围，在该气体氛围环境下、使上述被接合物保持机构和与其随动的上述可动壁移动，将两个被接合物压接而进行接合。这时，可以将该本机腔室内形成大气压的特定的气体氛围。可以将惰性气体(譬如氩气)、非氧化气体(譬如氮气)、还原气体(譬如氢气)、置换气体(譬如氟基置换用气体)等气体中的任意一种用作特定的气体。例如、在进行由锡焊凸出形成的加热接合时，可以在置换成氮气的环境下进行无溶剂的接合。
而且，在上述的安装方法中，可以根据当时的动作将上述可动壁的动作力控制成适当的力。例如、在形成上述规定的真空状态的工序中、由上述可动壁朝向被接合物保持机构相接触的力使本机腔室内相对于外部密封，由此能确实地使本机腔室内成为规定的真空状态。
而且，在使上述被接合物保持机构和与其随动的上述可动壁移动时，使由本机腔室的内压作用在上述被接合物保持机构上的力实质上和上述可动壁朝向被接合物保持机构相接触的力相互平衡。由此就能将被接合物保持机构和与其随动的可动壁移动所需要的力抑制成较小，就能更平滑地进行动作。
此外，可以在使上述被接合物保持机构和与其随动的上述可动壁移动、并且使一方的被接合物对另一方的被接合物进行加压时，使上述可动壁朝向被接合物保持机构相接触的力降低，利用本机腔室的内压进行加压。例如、在用伸出指示结构的头部保持上侧的被接合物时，与从头部侧进行加压的方法相比较，上述的方法就能没有头部侧加压的方法形成的力矩作用，能进行高精度的安装。因此可采用这种方式。
本发明的安装装置是在对两个空具有间隔地相对的被接合物进行相对位置对准之后，将两个被接合物压接而进行接合的安装装置，其特征在于，能够形成位于两个被接合物周围、移动到与一方的被接合物保持机构相接触，并持有将两个被接合物密闭在内部的局部密闭空间的本机腔室结构；而且设有：可随动于上述被接合物保持机构的移动而沿着使本机腔室的容积缩小的方向移动的可动壁；以及将上述本机腔室内减压而形成规定的真空状态的抽真空机构。
在这种安装装置中，优选地设有使上述可动壁移动的压力缸机构。如果这样配置，则可通过控制压力缸机构中的各个孔口的供给压力而容易地使可动壁移动，而且能容易地、精度良好地控制可动壁的动作。优选地在该可动壁的前端部设有可弹性变形的密封件。用该密封件就能容易地使可动壁的前端部与被接合物保持机构密接，由此就能从周围更确实地将本机腔室内密封。而且、即使在进行芯片和基片的平行度调整或位置对准调整的场合下，也能由该能弹性变形的密封件形成的弹性变形而将这些调整量吸收。
而且，该安装装置可以在上述本机腔室内设有用具有能量的波或具有能量的粒子清洗被接合物的接合面的机构。还可以设有气体供给机构，在用上述具有能量的波或具有能量的粒子清洗时和/或清洗后、使上述本机腔室内成为惰性气体氛围环境或非氧化气体氛围环境。
具有能量的波或具有能量的粒子最好是如上所述的等离子，在采用等离子的场合下、优选地是两个被接合物保持机构具有等离子发生用电极。这样，就能容易地在本机腔室内进行规定的等离子清洗。
而且，上述安装装置还可以是设有将密封材料涂敷到一方的被接合物的接合面上的机构的结构。可以将非导电性粘接剂或各向异性的导电性粘接剂用作密封材料。
上述安装装置还可以是设有特定气体供给机构的结构，在将本机腔室内减压成规定的真空状态之后、使该本机腔室内形成特定的气体氛围环境。可以如上所述地将惰性气体、非氧化气体、还原气体、置换气体等气体中的任意一种用作特定气体。
此外，上述安装装置的结构还可以是至少一方的被接合物保持机构设有加热机构。在要求进行伴有加热的安装时，可以由该加热机构对接合部进行加热。
最好、在上述安装装置中，至少一方的被接合物保持机构设有将静电地保持被接合物的静电卡盘机构。由于在真空中静电卡盘机构也能发挥静电保持力，因而在将本机腔室内减压时也不会有问题地能维持被接合物的保持状态。可以如下面的图1所示地、将具有静电卡盘、等离子电极和加热器等3层的电极式样用作该保持机构。
在本发明的安装方法和安装装置中，由于用可动壁形成本机腔室结构，因而能高效、只局部地密封相对的被接合物部分，不必使用大型的腔室、由此就不会使整个装置大型化，能简易、便宜地形成所需要的真空状态。而由于该可动壁是随着一方的被接合物保持机构的移动而移动，与此相伴地使本机腔室的容积适当地缩小，因而两个被接合物在保持在所需要的氛围条件下被压接、进行规定的接合。其结果是不但能使装置小型化、而且能高效地得到可靠性高的接合状态，能进行可靠性高的安装。
【附图说明】
图1是本发明一个实施方式的安装装置的纵向断面图。
图2是表示利用图1所示的安装装置进行的本发明第1实施例的安装方法的工序流程图。
图3是表示利用图1所示的安装装置进行的本发明第2实施例的安装方法的工序流程图。
图4是表示利用图1所示的安装装置进行的本发明第3实施例的安装方法的工序流程图。
图5是表示利用图1所示的安装装置进行的本发明第4实施例的安装方法的工序流程图。
【具体实施方式】
下面，参照着附图来说明本发明的优选实施方式。
图1表示本发明的一个实施方式的安装装置1。图1是表示作为以一定间隔相对的被接合物、其中的一方是芯片2、另一方是基片3的场合的例子。芯片2上设置着多个凸出4(图1表示2个凸出4)，基片3上设置着对应的凸台5(譬如电极等)。芯片2由构成一方的被接合物保持机构的芯片保持机构6保持，基片3由构成另一方的被接合物保持机构的基片保持机构7保持。在本实施方式中，芯片保持机构6作成能沿着Z方向(上下方向)进行位置调整，基片保持机构7作成能沿着X、Y方向(水平方向)和/或回转方向(θ方向)进行位置调整。
在上面的说明中，所谓芯片2是指例如IC芯片、半导体芯片、光元件、表面安装零件、晶片等与种类或大小无关、与基片3相接合一侧的全部构件。所谓凸出4是指例如焊锡凸出、销钉管凸出等与设置在基片3上的凸台5接合的全部构件。而所谓基片3是指例如树脂基片、玻璃基片、胶片基片、芯片、晶片等与种类或大小无关、与芯片2相接合一侧的全部构件。所谓凸台5是指例如带有电线的电极、不与电线相连的虚电极等与设置在芯片2上的凸出4相接合的全部构件。
在本实施方式中，将芯片2直接保持在芯片保持机构6上的部分、和将基片3直接保持在基片保持机构7上的部分由电极座8、9构成，构成能分别用作发生等离子的电极、而且内置加热器、至少借助一方的电极座就能对被接合物进行加热，上述的电极座还设有静电卡盘机构，至少能静电地保持一方的被接合物。图中将加热器和静电卡盘机构都省略表示，而且它们都可采用市售公知的产品。图1中的10a、11a、12a分别表示内置在基片保持机构7一侧的静电卡盘用的电极端子、等离子电极用的端子和加热器用的端子，经由电极连接器13而供电。最好的形式是从表层开始形成静电卡盘、等离子电极、加热器。同样、10b、11b、12b分别表示安装在芯片保持机构6一侧内部的静电卡盘用电极端子、等离子电极用的端子、加热器用的端子。
在两个被接合物2、3的周围可形成本机腔室结构(图1中用双虚线表示本机腔室14)，该腔室可移动到与一方的被接合物保持机构(在本实施方式中是芯片保持机构6)相接触、具有将两个被接合物2、3封闭在内部的局部密闭的空间；上述的腔室还设置有可移动的可动壁15，在上述相接触状态下、随着上述被接合物保持机构(在本实施方式中是芯片保持机构6)的移动而能沿着使本机腔室14的容积缩小的方向移动。该可动壁15是作成筒状的刚体壁结构，通过设置着可动壁上升孔口16、可动壁下降孔口17和内部密封机构18的压力缸机构19而能沿着图1的上下方向移动。在可动壁15的前端部上设有能弹性变形的密封件20，在上述相接触状态下，能够可靠地使本机腔室14的内部相对于外部密封、密闭。
在基片保持机构7一侧，与如上所述地形成的本机腔室14相对应地连接着真空泵21，作为使该本机腔室14内减压而形成规定的真空状态的真空吸引机构。由真空泵21的作用、通过吸引管路22吸引本机腔室14内的空气或气体。而且与该吸引通路22分开地、或兼用该吸引通路22地在基片7一侧设置着气体供给通路23，将氩气(Ar气体)等特定的气体供到本机腔室14内。
用具有上述结构的安装装置1、能用以下所述的各种方式实施本发明的安装方法。图2～图5表示有代表性的方式。
首先、在图2所示的第1实施例的安装方法，在被接合物安置工序中、将芯片2保持在芯片保持机构6一侧，将基片3保持在基片保持机构7一侧。接着，在对准定位工序中、将识别机构24(譬如上下两视野的识别机构)插入到两个被接合物2、3之间，读取位置对准用的上下识别记号，根据该读取的信息、沿着X、Y方向调整基片保持机构7、还根据需要、沿着θ方向调整基片7，将两个被接合物2、3之间的相对位置调整在规定的精度范围内。
在对准定位之后，经由可动壁上升孔口16，将可动壁15上升移动用的压力供给压力缸机构19，使可动壁15的前端移动到与芯片保持机构6的下表面相接触。由此形成对周围进行实质性密闭的本机腔室14，将两个被接合物2、3封闭在该局部的密闭空间内。在形成本机腔室14的状态下，由真空泵21通过吸引通路22进行吸引，由此使本机腔室14内减压(被抽真空)、使其形成规定的真空状态。譬如可以将130×10-1Pa以下的真空度作为规定的真空状态。由于在芯片2或基片3的保持方面使用了静电卡盘，因而无论是否形成高真空度、都能没问题地将被接合物维持在保持状态。在这以后、在维持该真空度的本机腔室14时，由于预先将可动壁15朝向芯片保持机构6的接触压力保持成适当的大小，因而可使本机腔室14内与外部确实地密封，将内部维持成规定的真空状态。
接着，用具有能量的波或具有能量的粒子清洗被接合物的接合面。虽然该清洗作业是可以在上述的高真空状态中进行，但由于在本实施方式中是将等离子用作具有能量的波或具有能量的粒子，因而为了使其高效而且容易地发生等离子，将本机腔室14内减压成规定的真空度之后，经由气体供给通路23、将必要量的氩气供到本机腔室14内，将本机腔室14内保持成规定的真空度的同时、形成氩气氛围环境。
在这种状态下、在本机腔室14内，使上下的电极(电极座8、9)之间发生等离子，由发生的等离子将被接合物的接合面上的有机物或异物吹走而清洗接合面。由这种清洗使接合面的表面成为活性化状态。在氩气氛围环境下的清洗作业中，借助使上下的电极的极性交替地变换，使等离子的照射方向交替地变换，就能有效地对芯片2一侧和基片3一侧的两个接合面进行清洗。
接着，将由上述等离子清洗使接合面的表面活性化了的芯片2和基片3接合。在接合工序中，使芯片保持机构6下降，与之随动地与芯片保持机构6相接触的可动壁15也下降，但这时、由于可动壁15是始终保持在与芯片保持机构6的下表面相接触的状态，因而虽然本机腔室14的容积被缩小，但本机腔室14内的密闭状态仍然保持良好。但是、这时如果用本机腔室14的内压(真空压)、将作用在芯片保持机构6上的力(设定为能使芯片保持机构6下降的力)、和可动壁15与芯片保持机构6相接触的力控制成一定的关系，则能将芯片保持机构6的下降力抑制成较小，而且能容易地控制基片3与芯片2接触之后的由芯片保持机构6形成的用于接合的加压力。
而且，如果能用本机腔室14的内压(真空压)、使作用在芯片保持机构6上的力(设定为能使芯片保持机构6下降的力)和可动壁15与芯片保持机构6相接触的力实质上平衡，则在头部为悬臂支承结构的场合下，不会发生力矩，这对平行度、位置精度是有利的。其中，所谓「实质上平衡」是指上述这些力即使在上下方向上有一些差，由于头部升降轴能保持，因而就没有妨碍。而且在平衡状态下，由于接触力没有变化，因而还能原封不动地维持确实的密封状态。
虽然是将芯片2的凸出4和基片3的凸台5相接触地接合，但由于两个表面都由上述等离子清洗而变成活性化，并且已成为有机物或氧化物从接合面被除去的状态，因而在真空中就能进行常温接合。
图3表示第2实施例的安装方法。在本实施例中，从被接合物安置到氩气氛围环境下的伴随着电极替换的等离子清洗等工序实质上是与图2所示的第1实施例相同的。在第2实施例中，在进行了规定的真空下的氩气氛围环境下的伴随着电极替换的等离子清洗作业之后，经由气体供给通路23再将氩气供到本机腔室14内，将本机腔室14内置换成大气压的氩气(大气压的惰性气体)。而且，使腔室壁上升孔口的压力也随之下降到能维持密封的程度。
然后，在大气压的氩气氛围的状态下，使芯片保持机构6下降，使与芯片保持机构6相接触的可动壁15也随之下降，将芯片2的凸出4和基片3的凸台5压接而接合。在上述的真空中，压力作用在腔室壁密封部上，在上下保持机构有微妙倾斜的场合下会发生力矩，可能有几个μm量级的安装位置偏移。但如果在恢复到大气压之后进行安装，则不会发生力矩，能进行更高精度的安装。这时、在本实施例中是再进行伴随着加热的接合。加热可由上述内置的加热器进行。在这种接合工序中，由于芯片2和基片3的接合面已在前面的工序中、由氩气氛围下的等离子清洗而使表面活性化，因而用比较低温的加热就能进行所要求的接合。即、用低温加热就能完成芯片2的凸出4和基片3的凸台5之间的规定的金属接合。
图4表示第3实施例的安装方法。在本实施例中，在被接合物安置阶段、或在对准定位之后的阶段、将密封材料31(在本实施例中、是非导电性粘接剂〔以下，简称为NCP(Non-Conductive Paste)〕涂敷在一方的被接合物(在本实施例中是基片3)的接合面上，在对准定位之后，使可动壁15上升而形成本机腔室14，对它的内部进行抽真空。在这阶段先是使对含在粘接剂里的空气进行脱气处理。然后使本机腔室14内成为规定的真空状态，使芯片保持机构6和可动壁15下降，使芯片2的凸出4压接在基片3的凸台5上。这时，虽然涂敷的密封材料31被向外侧压开，但由于在规定的真空状态下密封材料31是流动的，因而抑制了空气的残留。而且、与此同时或在这之后，马上随着加热而将芯片2的凸出4和基片3的凸台5接合，同时使密封材料31固化。在该密封材料31固化时，一旦有空气残留，则会由加热引起的体积增加而使其成为空隙的问题，但由于是在规定的真空状态下进行的加热接合，因而就能进行无空隙的接合。
图5表示第4实施例的安置方法。在本实施例中，设置能加热熔融接合的焊锡球形凸出4a作为芯片2的凸出。在本实施例中，从被接合物安置开始到抽真空为止的工序实质上是与图2所示的第1实施例相同的。在第4实施例中，在将本机腔室14内形成规定的真空状态之后，将该本机腔室14内置换成特定的气体氛围。在本实施例中，将非氧化气体、特别是将大气压的氮气(N2气体)用作特定的气体。在将本机腔室14内置换成大气压的氮气之后，使芯片保持机构6和可动壁15下降，使芯片2的焊锡球形凸出4a压接在基片3的凸台5上，进行加热接合。由于是在氮气氛围中的加热接合，因而能抑制随着加热而引起的二次氧化，能在无焊剂焊药状态下进行可靠性高的凸出4a和凸台5的接合。
如图2～图5所示，本发明可以采用各种条件下的安装方式。由于在任意一种方式中都能由可动壁15的上下移动而高效地形成本机腔室14，用压力缸机构19使可动壁15上下移动的同时、使芯片保持机构6随之下降，即使在进行接合动作时，也能将本机腔室14内维持成目标的氛围气环境，因而能形成可靠性高的接合状态。
这样，如果采用本发明的安装方法和安装装置，由于用可动壁就能简便、高效地形成本机腔室，在使该本机腔室内形成规定的真空状态的工序之后，将本机腔室内形成所需要的氛围气环境，并在维持该状态的同时，使被接合物保持机构和可动壁沿着使本机腔室的容积缩小方向移动，就能进行规定的接合，因而能得到小型的装置、而且能得到高效、可靠性高的接合状态。
工业上的可应用性
本发明的安装方法和安装装置能用于在规定的氛围气环境下进行的一切安装，特别适用于使装置小型化或用少量气体却要求特定的安装用氛围气环境的场合。