JPH03107452A - 気相付着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、基板上へ所定の材料を堆積させる気相付着に
関し、特に、メツシュ部材もしくはスクリーン部材上に
備えられる材料を基板上に堆積させる気相付着方法及び
その装置に関する。

Ｂ、従来の技術及び発明が解決しようとする課題従来か
ら、多数の異なる基板上に多数の異なる種類の材料を気
相成長させる技術がある。これは、多数の異なった目的
のため及び菌数の異なる構造体を得るために行なわれて
いる。気相付着に関するある暫定の出願をみると、はん
だ材がはんだパッドを形成するために半導体基板上に気
相付着されている。そのはんだパッドは、その場で基板
から形成されたチップをセラミック材に結合させる。

本発明は、そのような出願に特に限定されるものではな
いが、半導体基板上に、はんだ材を気相付着させるその
ような型に特に適合されるものである。

基板上へのはんだの気相付着において、はんだ材料源を
供給する事が従来から行なわれている。

そして、それは、溶解され、蒸発されるのを許容する高
温合金もしくはセラミック材で作られたカツブに収めら
れている。上記カップは、通常ＲＦ誘導コイルによって
加熱されるが、他の手段であっても使用し得る。上記カ
ップは、上部に形成された開口を有している。溶解され
後に蒸発されるはんだ材は、カップの開口を通過し、そ
してカップが支持されている本体内に設けられた半導体
基板上に蒸着される。仮に、分離したはんだパッドが求
められるなら、その蒸着は通常基板上に置かれたパター
ンマスクを通して行なわれる。

この技術や他の気相付着技術に関連した問題の１つは、
スピッティング（ｓｐｉｔｔｉｎｇ）もしくはスパッタ
リングとして知られているものである。この現象は、大
きな材料球が溶解カップの口を介して適切に排出され、
基板上若しくはマスク上にばらばらとぶつぶつの状態で
堆積されるという特徴がある。カップや開口を用いる気
相付着技術が、カップから出るはんだ材の規則正しい配
置を得ることの困難さを含んでいるという他の問題に直
面している。このことは、被覆されるべき複数の基板が
従来のドーム型容器内に配置されて支持されている装置
においてとりわけである。この特定の被覆工程に関し、
不規則な配置は顕著な問題となり得る。また、直面した
他の問題は、堆積層の厚さ及び制限された材料源の量の
限界を含んでいる。

これらの欠点のうちのいくつかを克服するための従来技
術の提案が為されてきた。例えば、ハンソンその他によ
る米国特許第３４４６９３６号における実施例の１つに
しずく状のものであるスピット（ｓｐｉｔｓ）を阻止し
たり、蒸発源からしずく状のものを発生させるスピッテ
ィング（ｓｐｉｔｔｉｎｇ）を防ぐための出入防止装置
が開示されている。１９６３年９月発行のＩＢＭテクニ
カル・ディスクロージャー・ブリティン第６巻Ｎ０９４
第１頁に銅の蒸発源が示されており、そこには、非常に
少ない量の銅が出るのを許容するようにピン穴が蒸発船
型容器の底を貫いて開けられている。

不規則な堆積の問題は、ベアーによる米国特許第３５１
７６４４号に開示されている。そのなかには、被覆され
るべきいろいろな抵抗器が蒸着の間に回転する容器内に
含まれている。

３− ある蒸発源の形状が、１９６７年５月発行のＩＢＭテク
ニカル・ディスクロージャー・ブリティン第９巻Ｎｏ、
　４２第１６７７頁に開示されている。そして、蒸発マ
スクが、１９６６年１０月発行のＩＢＭテクニカル・デ
ィスクロージャー・ブリティン第９巻Ｎｏ、　５第５４
３頁に開示されている。蒸発率を制御したり、蒸発率を
計測する技術が１９６３年１２月発行のＩＢＭテクニカ
ル・ディスクロージャー・ブリティン第６巻Ｎ００７第
７７頁に開示されている。

しかしながら、これらの従来例は、基板表面を荒らす原
因となるスピッティング（ｓｐｉｔｔｉｎｇ）を顕著に
減少させ、その問題を十分に取り除く本発明の技術を示
唆していないばかりか、気相付着材料のより規則的な配
置を供給する技術も示唆していない。

Ｃ６課題を解決するための手段 本発明によると、基板上への材料の気相付着方法及び装
置が得られる。この方法の実施において、メツシュ部材
が利用され、そのメツシュ部材の上に置かれ、もしくは
メツシュ部材の中に充満され４− た気相付着されるべき材料を有している。当該メツシュ
部材は、その上もしくはその中に含まれた材料を蒸発さ
せるために加熱される。そのメツシュ部材については、
被覆されるべき基板が保持されている本体内部に保持さ
れている。好ましい実施例において、メツシュ部材は、
溶解カップ、もしくは、るつぼの口の上方に取りつけら
れる部材である。そして、カップの中の材料は溶解され
、蒸発される。蒸発した材料は、メツシュ上に凝集し、
加熱されているメツシュ部材は、その上に凝集された材
料を再蒸発させ、再蒸発された材料を基板上に気相付着
させる。

Ｄ、実施例 図面第１図及び第２図には、本発明の１実施例が開示さ
れている。それは、特に従来のドーム型本体内に備えら
れる半導体基板へ鉛・スズはんだ材を蒸発させるために
配列され、適応される。第１図に示すように、従来の装
置本体１０が提供され、鉛・はんだを含んでいるはんだ
材料の基板上への気相付着を行わせるために利用される
。装置本体１０は、ドーム型部分１２を含み、その部分
に多数の半導体基板１４を取りつけている。基板１４に
は、モリブデンマスク１６が通常備えられており、その
マスク１６は、選択されたパターン領域（図示されてい
ない）を通して材料が気相付着できるようにパターン化
されている。基板１４は、装置本体１０のドーム部分１
２に配列されて取りつけられている。

蒸発組立体１７は、装置本体１０の内部に配置されてお
り、鉛・スズはんだを蒸発させそしてマスク１６を通じ
て基板１４上に堆積させるために配置されている。蒸発
組立体１７は、蒸発され、堆積される選ばれたはんだ材
料１９の入った従来からあるるつぼ若しくはカップ１８
を含んでいる。

カップ１８は、その上部に開口２０を有しており、その
開口から上方に伸びているリムで２１で囲まれている。

通常の溶解技術では、ぼんだ材料１９は、普通に溶解さ
れ、蒸発され、開口２０を通過し、マスク１６を通して
基板１４に堆積される。

それが溶解と蒸発のこのタイプであり、それは、しずく
状のものを基板に付着させてしまうスピッティング（ｓ
ｐｉｔｔｉｎｇ）や不規則な配列の問題をひきおこす。

スビテイング（ｓｐｉｔｔｉｎｇ＞やスパッタリングは
、スピットであるしずく状のものを発生させるバルク溶
解物が対流するために起こる。このスピッティング（ｓ
ｐｉｔｔｉｎｇ）は、大量の源材料の溶解の間に放出す
る混入されたガスの急速な放出によると信じられている
。そのガスは、おそらく溶解物内部の金属性及び有機の
、溶解物から分離できない不純物から発生するものであ
り、バルク材の蒸気圧と異なる蒸気圧を有している。不
規則な堆積は、基板が半球形状のドーム型部分１２に配
置されており、蒸発パターンがこの形状に一致しないと
いう理由によって引き起こされる。このことは、とりわ
けバルク源の材料が、るつぼ若しくはカップ１８から個
渇し、材料源と基板との間のその後の蒸発角度を変化さ
せる場合に生じる。本発明は、スクリーンホルダー２２
を含むスクリーン組立体を提供する。このスクリーンホ
ルダー２２は、適所でスクリーンホ一 ルダ−２２を保持するだめの上部縁２３を有し、これは
、上部縁２３がリム２１で覆われるようにスクリーンホ
ルダー２２が開口２０内に挿入されるのを許容している
。

メツシュスクリーン２４は、スクリーンホルダー２２内
に配置され、スクリーンホルダー２２内に設けた底部縁
２５上に置かれる。円筒型保持具２６は、メツシュスク
リーン２４を保持するために、スクリーンホルダー２２
内の適所に挿入される。全部の組立体は、リム２１上に
設けられたかみ合わせつまみ３０と噛み合う溝２９を有
するナツト２８によって適所において保持される。

メツシュスクリーン２４は、メツシュ形状を持ち、加熱
抵抗をもつ不活性材料で製造され得る。

特定の良好に適応されたスクリーン材の形状は、１．０
１６ｘｌＯ−２ｃｍから１．２７ｘｌＯ−”ｃｍの直径
のワイアで形成され、１．０１６ｘｌＯ−２ｃｍから１
．２７ｘｌＯ−２ｃｍのの間隔を開けて編みこまれ、材
料の厚みがおよそ３．８１ｘｌＯ−”ｃｍから５．０８
ｘ１０−２ｃｍとなるように８− 材料を三層で形成される。そのような材料は光学的に光
線を通さないものであるが、本明細書において説明する
ように蒸発材料１９を受け取るための多孔性集合体を提
供する。特に良好に適合したスクリーン材は、Ｕｎｉｑ
ｕｅＷｉｒｅＷｅａｖｉｎｇＣｏ、、製の、トリル（ｔ
ｒｉｌｌ）型編みこみ、１５ｘ３００の編みこみパター
ン、１．２７ｘｌＯ−２ｃｍの直径を有するタングステ
ンワイア地である。

全蒸発組立体１７は、装置本体１０内に配置されており
、概略的に示されている誘導加熱コイル３２によって囲
まれている。誘導コイル３２がカップ１８内部に収めら
れている材料１９を溶解した後、蒸発させることができ
るような誘導加熱コイルの電力源が備えられている。他
の加熱形式としては、例えば、抵抗加熱、赤外線加熱、
レーザー加熱、グロー放電加熱、イオン衝撃加熱等が使
用され得る。特定の加熱源が重要であるのではなく、唯
１．はんだ材料が蒸発し、メツシュスクリーン上に凝集
され、メツシュスクリーンがはんだ材料を再蒸発させる
ために加熱されることが要求されている。

好ましい実施例では、主として９６．５％鉛、３．５％
スズでありうる鉛・スズはんだが溶解される材料であり
、それが蒸発させられる。本発明によると、蒸発したは
んだ材料１９はスクリーン材２４に接触し、スクリーン
２４で液体状に凝縮する。メツシュスクリーン材２４は
蒸発したはんだ材料１９を吸収するためにおよそ燃焼器
具用芯のような吸収性部材として作用する。吸収性メツ
シュ構造は、底部表面で液状に濃縮されていた材料を上
部表面３６に凝縮した材料として吸い上げる。上部表面
３６で、スクリーンが加熱されるために再蒸発させられ
、装置本体１０内部で再蒸発させられた材料は、従来の
方法でマスク１６を通って基板１４上に堆積する。驚く
べきことに、メツシュ若しくはスクリーン材２４の使用
によって発生するスピッティング（Ｓｐｉｔｔｉｎｇ）
の量を大幅に減少することがわがった。このスピッティ
ングの減少の理由についてはまだ完全に解明されていな
い。しかしながら、そのことは、メツシュに含まれた材
料が、カップ若しくはるつぼ１８内部にあるまうな同質
で大きい質量の材料１９を有しておらず、むしろスクリ
ーン部材２４のライフ間の隙間に置かれた非常に大量の
小さい目立たない集合体がスクリーン内に吸収され保持
されるという事実のためであるということが少なくとも
ある程度信じられている。大きな１つの集合体というよ
りもむしろ、大量の非常に小さい目立たない単位の材料
としての分布のために、スピッティングを引き起こす条
件、即ち、対流加熱におけるガス気泡の発生が起こらず
、そのためスピッティングの発生も抑制されるというこ
とが信じられている。

しかしながら、いかなる理由であっても、気相付着のた
めの材料源としてスクリーン若しくはメッシュ部材２４
内部に含まれた材料の使用が、はんだ合金の気相付着に
おいて発生するスピッティングの量を十分かつ顕著に減
少させるということが信じられている。

付着材料で充満したメツシュと称し得るものを利用する
ことのメリットは、基板にマスクを介し１１− て付着される材料の配列をより規則的に制御させること
ができることである。このことは第３図に示されており
、同図には、スクリーン材２４ａが一般的に半球の若し
くはドーム型の形状に形成されているように示されてい
る。メツシュスクリーン材２４ａは、メツシュスクリー
ン材２４と同じ材料であるが、ドーム形状をしており、
自立した硬質材料であるから、蒸発材料源を供給するた
めに所望の形状に形成することができる。好ましい実施
例において、基板はドーム型部分に配置されているから
、同様な形状をしたメツシュスクリーン２４ａは、スク
リーン２４ａからはんだ材料が再蒸発し基板に当たるよ
うに、蒸発材料の配列を非常に厳密に制御し、かつより
一様にすることができるようにする。スクリーンは一定
の高さで材料源として作用する。るつぼ若しくはカップ
１８内の材料がなくなったとしても、このスクリーンの
形状が全付着周期の間、基板の厚みの均一性の制御を高
める。もちろん、スクリーン材の他の形状も使用するこ
とが可能であり、当業者に理解されるように、基板上へ
の材料の付着のいかなるタイプの制御が要求されるのか
に依存している。

上記の実施例において、加熱されたメツシュスクリーン
は、カップ１８から飛来する蒸発材料の凝集器として、
及びさらにその材料が凝集されてから材料を再蒸発させ
る手段として作用する。その理由は、間近なカップ１８
とスクリーン２４との間の蒸発材料とスクリーン２４と
ドーム１２間の蒸発材料との間の蒸気圧の相違のためで
あると信じられている。そして、その蒸気圧は非常に低
い。したがって、同じ温度で、より高い蒸気圧は凝集を
引き起こし、より低い蒸気圧は蒸発を許容する。

基板上に材料１９を付着させる好ましい方法は、材料１
９が凝集し、その中を通過し、材料をすぐに再蒸発させ
るスクリーン上に向かって、カップ１８から連続して材
料１９を蒸発させている間、スクリーン２４内に充満さ
れる材料を供給するために他の技術が用いられ得ると理
解されている。

例えば、分離した工程が準備され得る。それは、最初に
材料が、気相付着によるか、液力式で材料を浸漬するか
のどちらかでスクリーン上にしみ込ませ、次に、スクリ
ーンがチャンバ内に移動し、所望の基板上に材料を蒸着
させるために加熱する。

この代りに、材料をその中に含浸されるか、その他の方
法で含ませたスクリーンを用いることもできる。料を有
するように用いられ得る。そして、それらは蓄えられ、
必要な囲いの中に入れられ、バッチ型操作のように加熱
される。

スクリーンを加熱する形式は重大ではないことがさらに
理解されている。そのような加熱は、上記のように抵抗
加熱、イオン衝撃加熱、赤外線加熱、レーザー加熱、グ
ロー放電加熱等によって、ＲＦコイルによる加熱に加え
て行なわれ得る。さらに、本発明は鉛−スズはんだ材若
しくは同等のはんだ材の付着に限定されるものではない
が、材料が基板上に気相付着されることが要求される他
のプロセスにおいて用いられ得る。

本発明の重要な側面は、付着されるべき材料が、メツシ
ュ材内部に維持又は保持され、ここから基１５− 根土へ蒸発し、メツシュ材内部に保持され、当該メツシ
ュ材が材料の支持として作用し、そこから材料が上記の
利点をもって蒸発するというところである。

Ｅ０発明の効果 本発明によれば、しずく状のものを付着させ基板表面を
荒らくする原因となるスピッティング（Ｓｐｉｔｔｉｎ
ｇ）を防ぐことができるとともに、基板表面に気相付着
材料分子等がより規則的に配列された基板表面を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体基板上には、んだを気相付着させるとき
に用いられる本発明に係る気相付着装置の縦断面図、第
２図は本発明にしたがって基板内にはんだ材を蒸着させ
るための組立体の分解組立斜視図、第３図は本発明に従
ってわずかに変形した型のカップ組立体の縦断面図であ
る。 １０・・・気相付着装置本体、１４・・・半導体基板、
１７・・・蒸発組立体、１８・・・るつぼ、１６− １９・・・はんだ材、２４．２４ａ・・−メツシュスク
リーン、３２・・−誘導加熱コイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に所定の材料を堆積させる気相付着方法に
   おいて、メッシュ部材に含有される前記材料を供給する
   工程と、前記メッシュ部材から前記材料を前記基板上に
   蒸着させる工程を含む気相付着方法。
2. （２）基板上に所定の材料を堆積させる気相付着装置に
   おいて、メッシュ部材と、前記メッシュ部材内に担持さ
   れる所定の材料と、前記材料を蒸発させるための前記メ
   ッシュ部材上で前記材料を加熱する手段と、蒸発された
   前記材料を受け取るように位置決めされた前記基板の支
   持手段とを含む気相成長装置。