JP2010287635A - リフロー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって、薄い被加熱物に対して減圧雰囲気中でリフローを行うことを可能とする。
【解決手段】搬送治具（微粘着フィルム２１、内周リング２２および外周リング２３）に支持されたウエハＷがチャンバ３内に搬送される。ウエハＷが下降され、微粘着フィルム２１がヒータプレート７の加熱面に対して密着される。蓋８が下降され、弾性体４１の端面によって、微粘着フィルム２１が加熱面に対して押し付けられる。最初の加熱およびプリヒート時には、蓋８の内側に気密な空間に窒素ガスが充填される。さらに、蓋８の内側の空間が排気され、ほぼ真空雰囲気とされ、ヒータプレート７によって加熱される。
【選択図】図４

Description

この発明は、ほぼ真空雰囲気中ではんだ付、バンプ形成等を行うことが可能とされたリフロー装置に関する。

電子部品またはプリント配線基板に対して、予めはんだ組成物を供給しておき、加熱するリフローはんだ付装置が知られている。さらに、単結晶シリコンウエハ等の半導体基板（以下、ウエハと称する）上に形成された電極上に、はんだバンプを形成するはんだバンプ形成装置が知られている。リフロー装置において、気泡によりできるはんだ付けの欠陥（ボイドと呼ばれる）が発生する。ボイドを回避する一つの方法として、被処理物が収納された容器内を真空とすることが提案されている。

例えば、図７に示すように、密閉したチャンバ７１に対して、入口および出口にそれぞれゲートバルブ７２ａおよび７２ｂを設け、チャンバ７１内を真空状態とする。被加熱物７３がチャンバ７１内で矢印方向に搬送される。最初にヒータ７４に密着されることで加熱され、はんだが溶融され、はんだ付またはバンプ形成がなされる。次に冷却板７５に密着されることで冷却される。冷却後にゲートバルブ７２ｂが開けられて外に被加熱物７３が排出される。

さらに、被処理物の気泡を除去する脱泡装置を加熱処理工程中に設けることが提案されている（特許文献１参照）。脱泡装置は、上下に分割され、開閉自在の真空容器により構成される。

特開平０６−２２６４８４号公報

図７に示す構成は、被加熱物７３を搬送するための搬送機構をチャンバ７１内に収納する必要があり、チャンバ７１が大きなサイズとなる欠点がある。さらに、チャンバ７１を構成する筐体の厚みを厚くする必要があり、装置が大型化する欠点がある。

特許文献１に記載の熱処理装置は、加熱処理とは、独立して脱泡装置を配置するもので、例えば搬送方向に対して複数のチャンバー（ゾーン）を設けるリフロー装置では、チャンバー数が増加する問題があった。さらに、ウエハの厚みが１００μｍのように非常に薄くなりつつある。特許文献１には、かかる薄い基板に対する処理について考慮されていない問題があった。

したがって、この発明の目的は、簡単な構成で、ほぼ真空雰囲気ではんだを溶融させる加熱を行うことができ、さらに、薄い基板を加熱することができるリフロー装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、被加熱物をほぼ減圧雰囲気中で加熱することによってはんだ付けを行うリフローはんだ付装置であって、
外周端面が弾性を有する蓋と、
被加熱物と蓋とをそれぞれ昇降させる昇降部と、
被加熱物が降下する位置に配された加熱プレートとを備え、
被加熱物は、
枠体の端面に、開口を覆うように取り付けられた耐熱性のある微粘着フィルムと、
微粘着フィルムの粘着面に貼り付けられたワークとからなり、
被加熱物が昇降部によって下降されることによって、微粘着フィルムが加熱プレートに対して密着され、
蓋が昇降部によって下降されることによって、ワークの外周位置と、枠体の内周位置との間の領域に対して、蓋の外周端面が密着され、
蓋の内側に形成される空間内を減圧することによって、ほぼ真空雰囲気において加熱工程が行われるリフローはんだ付装置である。

この発明では、薄いワークが枠体に張られた微粘着フィルムに貼り付けられるので、処理中にワークの反りが発生することを防止できる。この発明では、ほぼ真空雰囲気中ではんだを加熱するので、ボイドの発生を少なくできる。さらに、真空部の容積を小さくできるので、強度を必要とする部分が小さく、装置コストが抑えられる。

この発明の一実施の形態の平面図、正面図、側面図である。 この発明の一実施の形態におけるワーク搬送治具の一例の平面図および断面図である。 この発明の一実施の形態におけるワーク搬送治具の他の例の平面図および断面図である。 この発明の一実施の形態の加熱工程のチャンバを説明するための断面図である。 この発明の一実施の形態の温度プロファイルを説明するための斜視図である。 この発明の一実施の形態の各工程を説明するための略線図である。 従来のリフロー装置を説明するための略線図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。説明は、以下の順序で行う。
＜１．第１の実施の形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

＜１．第１の実施の形態＞
「リフロー装置の概要」
図１は、この発明の一実施の形態によるリフロー装置の全体の正面図、平面図、断面図である。リフロー装置は、一列に配された３個のチャンバ（ゾーン）１，２および３を有する。各チャンバ間は、隔壁で区切られ、隔壁に被加熱物としてのウエハＷの搬送に必要な開口が形成される。

チャンバ１は、搬入／搬出用のチャンバである。チャンバ１から搬送治具に取付けられたウエハＷが搬入され、リフロー処理後のウエハＷがチャンバ１から搬出される。ウエハＷは、例えば厚みが０．５mm〜１．５mm、直径が１２０mm〜３００mmの単結晶シリコンウエハである。ウエハに対してバンプを形成する処理、シリコンチップを導体にはんだ付けする処理、フリップチップを導体にはんだ付けする処理等がリフロー装置によってなされる。ウエハＷが薄いので、後述するように、ウエハＷが搬送治具によって保持されている。チャンバ１の上方の筐体部分４が開閉自在とされている。

治具に保持されたウエハＷは、ループ状のアーム５に載置される。アーム５が水平方向搬送機構６によって搬送されることによって、ウエハＷが搬送される。水平方向搬送機構６は、例えばボールねじによって構成される。図１では、各チャンバにウエハＷが位置している状態が示されているが、ウエハＷは、チャンバ１からチャンバ２、チャンバ３と順次送られ、チャンバ３において、加熱処理される。加熱後にチャンバ３からチャンバ２に送られ、冷却され、冷却後にチャンバ１において、治具に保持されたウエハＷが外に取り出される。

加熱ゾーンとしてのチャンバ３には、加熱プレート（以下、ヒータプレートと称する）７が設けられている。ヒータプレート７は、加熱面に密着または近接した治具に取り付けられたウエハＷを加熱する。ヒータプレート７に多数の小穴が形成されており、治具（ウエハＷが貼り付けられた微粘着フィルム）を吸引することによって、微粘着フィルムを加熱面に密着させるようになされている。ヒータプレート７は、例えば内部にヒータを有するものが使用される。ヒータプレート７は、固定されている。

チャンバ３には、外側への盛り上がりを有し、外周端面に弾性体を有する蓋８が昇降自在に設けられている。例えば蓋８は、開口が下側を向いた円筒状のものである。チャンバ３において、蓋８が微粘着フィルムに固定されたウエハＷを覆うように、ウエハＷ上に置かれる。そして、蓋８の内側に形成された空間内の空気が図示しないが、真空ポンプ等によって排気される。そして、ほぼ真空雰囲気中で、加熱が行われ、はんだが溶融する。

チャンバ３においては、後述するように、加熱（昇温加熱）、プリヒート（予熱）および本加熱がなされる。本加熱は、ほぼ真空雰囲気中で行われる。加熱およびプリヒートは、不活性ガス例えば窒素雰囲気中で行われる。窒素置換を行ったり、真空にするために、蓋８には、図示しないが、複数のポートが設けられている。複数のポートに対して、バルブを介して窒素発生装置、真空ポンプ等が接続される。

蓋８を昇降させるためのシリンダ９がチャンバ３に設けられている。ウエハＷは、シリンダ１０によって昇降される。シリンダ９および１０は、空気圧を利用した昇降機構である。シリンダ１０は、アーム５を昇降させることによって、ウエハＷを昇降させる。したがって、シリンダ１０は、アーム５と一体に水平方向に移動される。

チャンバ２において、本加熱が終了したウエハＷが冷却される。チャンバ２には、冷却プレート１１が設けられている。冷却されたウエハＷがチャンバ２からチャンバ１に移送され、チャンバ１から外に取り出される。

「搬送治具」
図２に示すように、ウエハＷは、微粘着フィルム２１の粘着面に貼り付けられる。ウエハＷは、厚みが０．５mmのように薄いので、反りが発生し易い。微粘着フィルム２１に対してウエハＷを貼り付けることによって、ウエハＷの反りを防止することができる。微粘着フィルム２１は、高分子材料例えばＰＥＴの基材に対して微粘着力の粘着成分が塗布されたもので、はんだ付けの際に加わる熱に対して耐熱性を有する。微粘着フィルム２１の粘着力は、ウエハＷを処理終了後に外すのが容易であり、且つ搬送中および処理中にウエハＷが剥がれない程度のものとされる。

微粘着フィルム２１は、枠体としての内周リング２２に張られ、内周リング２２に対して外周リング２３を嵌合させることによって、たるみなく内周リングに対して張ることができる。ウエハＷが微粘着フィルム２１の内面に貼り付けられる。ウエハＷは、円形を有し、内周リング２２に張られた微粘着フィルム２１も円形を有する。内周リング２２に張られた微粘着フィルム２１の直径は、ウエハＷよりやや大きくされる。内周リング２２および外周リング２３は、金属材料例えばステンレスからなる。

図３に示すように、多数の小穴２４が形成され、小穴２４を通じてウエハＷが吸着される微粘着フィルム２１’を使用しても良い。小穴２４の形成位置は、ヒータプレート７に形成されている吸引用の小穴の形成位置と一致される。一致させるために、位置決め機構が付加される。または、小穴２４の径がヒータプレート７に形成されている小穴の径より大きいものとされ、位置ずれの影響を受けないようにしても良い。小穴２４が形成された微粘着フィルム２１’を使用する時には、ヒータプレート７側から真空引きを行う必要がある。

「加熱を行うチャンバの構成」
図４において、二点鎖線で示すように、搬送治具（微粘着フィルム２１、内周リング２２および外周リング２３）に取り付けられたウエハＷがチャンバ３内に搬送される。ウエハＷがシリンダ１０によって下降され、ヒータプレート７側からの吸引によって微粘着フィルム２１がヒータプレート７の加熱面に対して密着される。

さらに、シリンダ９によって蓋８が下降され、蓋８の端面に設けられた、耐熱性を有する弾性体４１の端面によって、微粘着フィルム２１が加熱面に対して押し付けられる。
ウエハＷの外周位置と内周リング２２の内側の位置との間に、微粘着フィルム２１が露出する領域が形成されており、弾性体４１の端面が露出している微粘着フィルム２１に対して押し当てられる。さらに、弾性体４１を有することによって、高さ方向に多少の機械的寸法誤差が存在していても、弾性体４１と微粘着フィルム２１の粘着面とが密に接触することができる。

このように、蓋８の内側に気密な空間が形成される。蓋８には、ポート４２ａおよび４２ｂが設けられている。各ポートには、配管が接続され、ポートまたは配管に対してバルブが設けられている。後述するように、蓋８の内側の空間の大気が不活性ガス（窒素）に置換される。さらに、蓋８の内側の空間が排気され、ほぼ真空雰囲気とされる。

「リフロー処理」
上述したチャンバ３がリフロー時の温度プロファイルにしたがってウエハＷの温度を制御する。図５に温度プロファイルの例の概略を示す。横軸が時間であり、縦軸がウエハＷの表面温度である。最初の区間が加熱によって温度が上昇する昇温部Ｒ１であり、次の区間が温度がほぼ一定のプリヒート（予熱）部Ｒ２であり、次の区間が本加熱部Ｒ３であり、最後の区間が冷却部Ｒ４である。温度プロファイルは、図５において、実線で示すプロファイル５１が代表的なものである。破線で示すプロファイル５２、破線で示すプロファイル５３に対してもこの発明を適用できる。

昇温部Ｒ１は、常温からプリヒート部Ｒ２（例えば１５０°Ｃ〜１７０°Ｃ）までウエハＷを加熱する期間である。プリヒート部Ｒ２は、等温加熱を行い、ウエハＷの加熱ムラをなくすための期間である。本加熱部Ｒ３（例えばピーク温度で２３０°Ｃ〜２５０°Ｃ）は、はんだ例えば鉛フリーはんだが溶融し、接合またはバンプ形成が完成する期間である。Ｒ１〜Ｒ３の加熱処理がチャンバ３においてなされる。最後の冷却部Ｒ４は、急速にウエハＷを冷却する期間である。ウエハＷがチャンバ２において冷却プレート１１によって冷却される。

昇温部Ｒ１において、図６Ａに示すように、窒素により置換された蓋８内の空間において、微粘着フィルム２１がヒータプレート７の加熱面に密着され、ワークＷが加熱される。加熱面への密着のために、ヒータプレート側から吸引を行っても良いが、シリンダ９によって蓋８の端面を加熱面に押し付けるのみでも良い。

プリヒート部Ｒ２において、図６Ｂに示すように、蓋８内の空間の窒素雰囲気を保持するように、蓋８の開口を微粘着フィルム２１によって覆う状態を保持して、蓋８および微粘着フィルムに貼り付けられたウエハＷが上方に移動される。図６Ｂに示す状態は、シリンダ９および１０を制御することによって実現できる。さらに、微粘着フィルム２１とヒータプレート７の加熱面とを離す距離は、温度プロファイル上のプリヒート部Ｒ２の温度変化が生じるように選定される。プリヒート部Ｒ２の温度変化は、やや上昇する程度であるため、ヒータプレート７の加熱面と微粘着フィルム２１との間を離間させる。

本加熱部Ｒ３において、図６Ｃに示すように、蓋８内の空間の窒素がポート４２ａ、４２ｂの一方または両方を通じて吸引されてほぼ真空雰囲気とされると共に、微粘着フィルム２１がヒータプレート７側の吸引によって、加熱面に密着される。ヒータプレート７は、伝導熱によりウエハＷを加熱するために、微粘着フィルム２１と加熱面とを密着させることが必要とされる。図３に示すような多数の小穴２４が形成されている微粘着フィルム２１’を使用する時には、ヒータプレート７側からの吸引によって、真空雰囲気を形成できると共に、微粘着フィルム２４’を加熱面に密着させることができる。

＜２．変形例＞
この発明は、上述したこの発明の実施の形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、チャンバ（ゾーン）を増加させて、入口側搬送部と出口側搬送部とを別に設けても良い。さらに、不活性ガスの雰囲気での加熱を受け持つチャンバと、真空雰囲気での加熱を受け持つチャンバとを別々に設けても良い。

Ｗ・・・ウエハ
１、２、３・・・チャンバ
７・・・ヒータプレート
８・・・ヒータプレート
９、１０・・・シリンダ
１１・・・冷却プレート
２１、２１’・・・微粘着フィルム
２２・・・内周リング
２３・・・外周リング
２４・・・小穴
４１・・・弾性体

Claims (4)

1. 被加熱物をほぼ減圧雰囲気中で加熱することによってはんだ付けを行うリフローはんだ付装置であって、
   外周端面が弾性を有する蓋と、
   被加熱物と上記蓋とをそれぞれ昇降させる昇降部と、
   上記被加熱物が降下する位置に配された加熱プレートとを備え、
   上記被加熱物は、
   枠体の端面に、開口を覆うように取り付けられた耐熱性のある微粘着フィルムと、
   上記微粘着フィルムの粘着面に貼り付けられたワークとからなり、
   上記被加熱物が上記昇降部によって下降されることによって、上記微粘着フィルムが上記加熱プレートに対して密着され、
   上記蓋が上記昇降部によって下降されることによって、上記ワークの外周位置と、上記枠体の内周位置との間の領域に対して、上記蓋の外周端面が密着され、
   上記蓋の内側に形成される空間内を減圧することによって、ほぼ真空雰囲気において加熱工程が行われるリフローはんだ付装置。
2. 上記加熱工程の前のプリヒート工程において、上記空間内に不活性ガスが充填される請求項１記載のリフローはんだ付装置。
3. 上記プリヒート工程において、上記微粘着フィルムと上記加熱プレートとの間を離間させることによって、温度変化を緩やかなものに制御する請求項１記載のリフローはんだ付装置。
4. 上記微粘着フィルムに複数の孔が形成されている請求項１記載のリフローはんだ付装置。

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