WO2012002273A1 - 接合構造体製造方法および加熱溶融処理方法ならびにこれらのシステム - Google Patents

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阿部　英之
和明 馬渡
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Ayumi Industry Co Ltd
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a bonded structure, a method of heating and melting treatment, and a system for bonding a plurality of members to be joined via a heating and melting material such as solder and insert metal for eutectic bonding.
  • a technique for manufacturing a bonded structure by solder bonding or eutectic bonding between a plurality of members to be bonded via a solder such as a solder bump or a solder sheet or an insert metal for eutectic bonding is widely used in a semiconductor mounting process. ing.
  • a technique is adopted in which an organic substrate and a semiconductor substrate are soldered together via solder bumps, or a semiconductor substrate and a semiconductor chip are soldered together via solder bumps.
  • the oxide film on the surface of the solder bumps has to be removed in order to melt the solder bumps and solder join between a plurality of substrates.
  • a plurality of substrates are stacked and heated in a state where a rosin-based reducing organic agent called "flux" is applied to the substrate surface.
  • flux is removed by cleaning processing such as solution cleaning and ion etching after solder bonding.
  • the recent miniaturization of the solder bump structure makes it difficult to remove the flux.
  • the diameter of the solder bumps and the pitch interval between adjacent solder bumps are several tens of ⁇ m or less, it is difficult to remove the flux sufficiently.
  • the flux that could not be removed causes flux residue.
  • the flux residue may cause an insulation failure called migration between adjacent electrode structures (solder bumps) due to the action of chlorine or the like contained in the flux.
  • the flux residue may not sufficiently fill the underfill resin, which may cause a void called a void.
  • fluxless solder bonding has a new problem that positional deviation between substrates is likely to occur. That is, as described above, in the case of using a flux, the flux interposed between a plurality of substrates produces a holding force (stacking force), which prevents the positional deviation between the substrates. In the case of a solderless joint, there is no flux between the substrates, and a holding force (stacking force) can not be applied between the substrates. For this reason, in the cleaningless method using fluxless solder bonding, positional deviation is likely to occur between the substrates, and the case where the cleaningless method can be applied has been limited.
  • a positioning accuracy of about 1 to 2 ⁇ m may be required, so that a cleaningless method that easily causes misalignment may be applied. It was difficult. The same problem may also occur in the case of eutectic bonding.
  • the present invention solves the problems of the prior art as described above. That is, although the present invention can omit the cleaning process when manufacturing a bonded structure by bonding a plurality of members to be bonded with each other via a heating melting material, positional deviation among the plurality of members to be bonded It is an object of the present invention to provide a method and system for manufacturing a junction structure which can reduce the
  • Another object of the present invention is to provide a heating and melting processing apparatus and a heating and melting processing system capable of reducing the positional deviation of solder formation when the solder material is heat-melted to form solder bumps and the like.
  • a method for manufacturing a bonded structure according to the present invention is a method for manufacturing a bonded structure by bonding a plurality of members to be bonded via a heating melting material, at least at least a plurality of the members to be bonded.
  • the step of preparing a member to be joined on which a heat melting material is formed on one side, and an organic agent is applied on the surfaces of the plurality of members to be joined facing each other, and the plurality of members to be joined are intervened via the organic agent.
  • a bonded structure manufacturing system is a bonded structure manufacturing system for manufacturing a bonded structure by bonding a plurality of members to be bonded via a heating melting material, at least at least a plurality of the members to be bonded.
  • heating means for heating the members to be joined, and supply means for supplying carboxylic acid vapor to the plurality of members to be joined, wherein the heating means is used to melt the heating / melting material or the heating / melting It is characterized in that while the temporary tacking agent is evaporated during melting of the material, the bonded member is heated in order to perform fluxless bonding in the atmosphere containing the carboxylic acid vapor.
  • the heating and melting method according to the present invention is a heating and melting method in which a member to which a solder material is attached is heated to heat and melt the solder material to form solder, and the solder material is adhered on the member Applying an organic agent to the surface of the member and temporarily holding the solder material through the organic agent, and the organic agent before melting the solder material or during melting of the solder material And a forming step of melting the solder material to form a solder.
  • the heating and melting processing system heats and melts the solder material by heating the member to which the solder material is attached, and forms the solder by forming the solder material on the member.
  • Coating means for applying an organic agent to the surface of the member to temporarily fix the solder material heating means for heating the member to which the solder material has been temporarily fixed via the temporary fixing agent, and carboxylic acid to the member
  • supplying means for supplying acid vapor wherein the heating means evaporates the temporary fixing agent before or during melting of the solder material, while in an atmosphere containing the carboxylic acid vapor. And heating the member to form solder in a fluxless manner.
  • the cleaning process when manufacturing a joined structure by soldering a plurality of members to be joined, although the cleaning process can be omitted, positional deviation between the plurality of members can be reduced. Moreover, also when shaping
  • FIG. 3 is a view of a subsequent step to the substrate of FIG. 2 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a figure of temperature conditions and vacuum degree conditions in a 1st embodiment of the present invention. It is a figure of the process of following FIG.
  • the bonding structure manufacturing technology of the present invention is a technology for manufacturing a bonding structure by bonding (particularly, solder bonding or eutectic bonding) between a plurality of members to be bonded via a heat melting member (such as solder or insert metal). About.
  • the bonded structure manufacturing technology of the first embodiment of the present invention relates to a technology of manufacturing a bonded structure by solder bonding or eutectic bonding between a plurality of members to be bonded.
  • This bonding structure manufacturing technique can be used also for mechanical solder bonding, but is preferably a technique for solder bonding substrates to each other or chips to each other, and an electrode structure of a pair of substrates The electrode structures of the chips, and the electrode structures of the substrate and the electrode structures of the chips are electrically connected by solder bonding.
  • the substrate may be an organic substrate such as a print substrate, or a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a compound semiconductor substrate or a dielectric substrate.
  • the chip may be a semiconductor chip or a dielectric chip.
  • an organic agent is applied on the semiconductor substrate, and the substrates are temporarily fixed by this organic agent. . Then, in the chamber, the organic agent is evaporated before the melting of the solder or during the melting of the solder to perform solder bonding.
  • the substrate is introduced into the chamber although the cleaningless method using fluxless solder bonding is adopted in which the carboxylic acid is introduced into the chamber to reduce the oxide film of the solder.
  • an organic agent that is not flux that is, a temporary tacking agent that is a non-reducing organic agent, is applied to the substrate to temporarily fix the substrates.
  • the temporary tacking agent for the purpose of imparting a holding force (stacking force) between the substrates is used to prevent the displacement of the substrate by the temporary tacking agent, and prior to the reduction treatment of the oxide film with carboxylic acid or At the same time, the temporary tacking agent is evaporated and then the substrates are joined.
  • the present invention can omit the cleaning process, the positional deviation between the plurality of members to be joined can be reduced.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a bonded structure manufacturing system of the present embodiment.
  • the bonded structure manufacturing system 1 is a substrate soldering system for bonding substrates to each other.
  • the manufacturing system 1 roughly includes a temporary fixing device 20 and a solder melting device 30.
  • the temporary fixing device 20 includes a dispenser 21 and an alignment mechanism 22.
  • the dispenser 21 is an application means for applying a temporary tacking agent, which is a non-reducing organic agent, to a substrate surface on which solder is formed, such as solder bumps.
  • the application of the organic agent can be performed in a planar manner on one surface of the substrate surface or in discrete spots, but in the present embodiment, it is applied in a planar manner.
  • the alignment mechanism 22 is a positioning means which makes the plurality of substrates face each other so as to sandwich the applied temporary tacking agent, aligns the electrode structures between the substrates, and temporarily clamps the substrates.
  • Such a temporary fixing device 20 is common to a device called a flip chip bonder except that the organic agent to be applied is not a flux agent, so detailed description will be omitted.
  • the solder melting apparatus 30 has a chamber 31, a supply portion 32 of carboxylic acid, and a heater 33 in the chamber 31.
  • a substrate temporarily fixed by the temporary fixing device 20 is carried into the chamber 31.
  • the supply unit 32 supplies carboxylic acid vapor to the chamber 31 at a predetermined timing. However, in some cases, processing may be performed in an open environment rather than in the chamber 31.
  • the supply unit 32 has a carboxylic acid vapor supply system 34 and a valve 35 that opens and closes at a predetermined timing.
  • the supply system 34 mixes a carrier gas such as hydrogen, a reducing gas such as carbon monoxide, or a non-oxidizing gas such as nitrogen into the carboxylic acid vapor and introduces it into the chamber 31.
  • the supply system 34 has, for example, a closed vessel 36 containing a liquid of carboxylic acid, and a carrier gas supply pipe 38 for supplying a carrier gas via a valve 37.
  • the carrier gas supply pipe 38 generates bubbles (bubbling) in the closed container 36.
  • the supply unit 32 may be configured differently from the present embodiment.
  • the heater 33 will be described.
  • the heater 33 is a heating unit provided in the chamber 31.
  • the heater 33 evaporates the temporary fixing agent before melting the solder or during the melting of the solder, heats the heat treatment in an atmosphere containing a carboxylic acid vapor, and solders the substrate to be a solderless joint without flux. Heat up.
  • the heater 33 evaporates the temporary tacking agent prior to or simultaneously with the reduction treatment of the oxide film of the solder with a carboxylic acid.
  • the solder melting apparatus 30 has an exhaust pump 39 for exhausting, and a carboxylic acid recovery unit (recovery mechanism) 40 provided on or attached to the intake or exhaust side of the exhaust pump 39 to recover the vaporized carboxylic acid.
  • the carboxylic acid recovery unit 40 may be a filter attached to the intake side or the exhaust side of the exhaust pump 39, or may be a scrubber attached to the exhaust side.
  • the solder melting apparatus 30 is connected via a valve 42 with a nitrogen supply pipe 41 for replacing (purging) the inside with a nitrogen atmosphere.
  • the substrate temporarily fixed via the temporary bonding agent is carried into the chamber.
  • the temporary tacking agent may evaporate before the solder melts, in particular, prior to, or simultaneously with, the reduction of the oxide film of the solder with carboxylic acid. Supply of carboxylic acid vapor by 32 and heating by the heater 33 are performed. Except for these points, the detailed configuration is the same as the configuration of a general solder melting apparatus, so detailed description will be omitted.
  • a transfer robot or the like may be provided for delivery of the substrate between the temporary fixing device 20 and the solder melting device 30.
  • substrates 50a and 50b (hereinafter collectively referred to collectively as the substrate 50) having solder bumps formed on the surface thereof are prepared.
  • the substrate 50 is a semiconductor substrate.
  • the substrate 50 has a semiconductor substrate body 51 and an electrode structure on the substrate body 51.
  • a copper post 52, a barrier layer 53 on the copper post 52, and a solder bump 54 formed on the barrier layer 53 are provided on the semiconductor substrate body 51.
  • the copper post 52 is a first protrusion made of copper (Cu) or a copper alloy.
  • the barrier layer 53 is an under barrier metal for preventing the solder component from diffusing to the copper post 52 when the solder bump 54 is melted.
  • the barrier layer 53 is a Ni / Pd / Au laminated layer laminated in the order of nickel (Ni), palladium (Pd), and gold (Au) from the substrate body 51 side.
  • the copper post 52 (1st projection part) is provided as an electrode part, an electrode part is not restricted to the form which has protruded, Moreover, a material is also copper or copper alloy It is not limited to.
  • the solder bumps 54 are formed of lead-free solder such as Sn—Ag (tin-silver) solder not containing lead (Pb), lead-containing solder such as Pb—Sn solder, or other solder.
  • the formation itself of the solder bumps 54 is the same as the formation technique of the solder bumps 54 by the conventional plating, so detailed description will be omitted.
  • insert metals for eutectic bonding can also be used.
  • mass transfer occurs due to mutual diffusion of two or more kinds of substances at a processing temperature, and an alloying reaction proceeds to complete bonding.
  • a type of liquid phase diffusion bonding in which insert metal etc. is temporarily melted and dissolved between bonding surfaces and then isothermally solidified and bonded using diffusion, which is a bonding method using eutectic reaction for liquefaction .
  • both of the prepared pair of semiconductor substrates 50 may be configured as shown in FIG. 2, the present invention is not limited to this.
  • a substrate having a first electrode portion (for example, copper post) 52, a barrier layer 53, and a solder bump 54 is used, and in the other substrate 50b, as shown in FIGS.
  • the solder bumps 54 can be omitted (FIG. 3).
  • the solder bumps 54 and the barrier layer 53 can be omitted on the other substrate 50b (FIG. 4).
  • the substrate manufacturing burden is reduced.
  • the reduction treatment can be sufficiently performed by the carboxylic acid, it is possible to solder directly to the second electrode portion even if the barrier layer and the solder bumps on one substrate 50b are omitted.
  • the bonding structure manufacturing technique of the present embodiment is suitably used for the substrate 50 in which a plurality of solder bumps having a diameter of 100 ⁇ m or less are provided at a pitch interval of 150 ⁇ m or less between adjacent solder bumps.
  • the substrate 50 is not limited to this case.
  • a temporary tacking agent 55 is applied onto the substrate 50.
  • the temporary tacking agent 55 is applied on the surfaces (hereinafter referred to as “bonding surfaces”) on which the plurality of substrates 50 a and 50 b face each other.
  • the bonding surface corresponds to the surface on which the electrode structure such as the solder bump 54 is formed.
  • the temporary tacking agent may be applied to both bonding surfaces of the plurality of substrates 50a and 50b, but may be applied only to the bonding surface of one of the substrates 50a.
  • the temporary tacking agent intervenes between the pair of substrates 50a and 50b by contacting with the other substrate 50b, and holding between the substrates 50a and 50b Force (stacking force) can be applied.
  • the temporary tacking agent 55 is applied in a planar manner on the substrate 50 which is a member to be joined. By uniformly applying in this manner, the holding force (stacking force) is enhanced.
  • the temporary tacking agent 55 is an organic agent that is not a flux, that is, a non-reducing organic agent. That is, in the present embodiment, in spite of fluxless solder bonding, the temporary tacking agent 55 for applying a holding force (stacking force) between the substrates is applied on the bonding surface of the substrate 50 instead of the flux. .
  • the non-reducing organic agent is desirable in order to prevent the possibility of causing an insulation failure called migration, even if a residue of the organic agent remains. That is, it is desirable that the temporary tacking agent 55 does not contain a component such as chlorine which adversely affects the substrate.
  • the temporary tacking agent 55 can include an organic agent and a viscosity modifier (a thin liquid). This is to adjust the viscosity.
  • the viscosity of the temporary tacking agent 55 is preferably in the range of 100 to 100000 (30 ° C. mPa ⁇ S), and more preferably in the range of 1600 to 66000 (30 ° C. mPa ⁇ S). This is because when the viscosity is too high, coating becomes difficult, while when the viscosity is too low, the holding force (stacking force) between the substrates is low, and the temporary tacking effect is not sufficiently obtained.
  • the temporary tacking agent 55 when the substrate 50 is heated in the chamber 31, a material that evaporates before melting the solder bumps 54 (before reaching the melting point of the solder) is selected. .
  • a material is selected which evaporates prior to or in parallel with the reduction treatment of the oxide film of the solder with carboxylic acid vapor.
  • the boiling point of the temporary tacking agent 55 is set based on the pressure in the chamber 31 before and during the reduction treatment of the oxide film of the solder, and the substrate temperature in the reduction treatment.
  • the pressure in the chamber 31 in terms of the pressure in the chamber 31, in the present embodiment, it is preferable to set the pressure in the chamber 31 to any pressure of 1 ⁇ 10 2 to 1 ⁇ 10 5 Pa before or during the reduction treatment. .
  • Such a range is preferable, for example, when the pressure is lower than 1 ⁇ 10 2 Pa, the substrate may shift due to bumping of the temporary fixing agent 55, for example, and when the pressure is 1 ⁇ 10 5 Pa or higher, the pressure becomes higher than atmospheric pressure. It is because.
  • the substrate temperature range in the reduction process is preferably 100 ° C. to 350 ° C.
  • Such a temperature range is preferable because, for example, formic acid, which is a carboxylic acid used for reduction treatment, starts to be decomposed at about 350 ° C., it is desirable to set it to 350 ° C. or less, but depending on the type of solder, carboxylic acid vapor In some cases, the reduction treatment is performed at about 100.degree.
  • the temporary tacking agent 55 has a boiling point of 100 ° C. to 350 ° C. at any pressure of 1 ⁇ 10 2 to 1 ⁇ 10 5 Pa. Is desirable.
  • the type of organic agent that evaporates before or during reduction treatment may be used properly. It can.
  • the melting point is 314 ° C., and about 330 ° C. to 350 ° C. is used as the solder bonding temperature.
  • the melting point is 221 ° C., and about 230 ° C. to 250 ° C. is used as the solder bonding temperature.
  • the temporary fixing agent 55 may be selected according to the type of material of these solders.
  • the temporary tacking agent 55 have at least one non-reducing organic agent selected from isobornyl cyclohexanol, terpineol, and propylene glycol phenyl ether.
  • Isobornyl cyclohexanol (MTPH) has a viscosity of 65500 (30 ° C. mPa ⁇ S) and a boiling point of 308 ° C. (5%) 313 ° C. (15%).
  • Terpineol (generic name pine oil component contains ⁇ -terpineol as the main component, isomeric ⁇ -, ⁇ -terpineol and other terpine alcohols such as 97% or more) has a viscosity lower than isobornylcyclohexanol (MTPH) and has a boiling point It is 213-223 ° C. Further, propylene glycol phenyl ether has a viscosity of 22.7 (25 ° C. mPa ⁇ S) and a boiling point of 243 ° C. (760 mmHg). In particular, in the case of Sn-Ag, isobornyl cyclohexanol (MTPH) is preferred.
  • MTPH isobornyl cyclohexanol
  • a viscosity modifier it can select suitably from what is lower in viscosity than said isobornyl cyclohexanol, terpineol, and a propylene glycol phenyl ether.
  • 2,4-diethyl-1,5-pentanediol (C 9 H 20 O 2 ) can be used as a viscosity modifier.
  • the proportion of the viscosity modifier to be added to the stock solution of the organic substance can be appropriately selected, but can be 0 to 90% by weight.
  • a temporary tacking agent 55 containing a plurality of non-reducing organic agents having different boiling points it is also possible to use a temporary tacking agent 55 containing a plurality of non-reducing organic agents having different boiling points.
  • the temporary tacking agent component evaporates earlier than the other temporary tacking agent components, and the portion of the evaporated temporary tacking agent component is exposed earlier on the surface of the solder bump. The reduction process is started and soldered quickly.
  • the temporary tacking agent does not evaporate all at one time, the temporary tacking effect can be maintained over a relatively wide temperature range, whereby the effect of preventing misalignment can be enhanced.
  • some temporary tacking agent components evaporate before melting the solder, and other temporary tacking agent components evaporate while melting the solder, and a mixture of these components is tentatively It can be used as a stopper 55.
  • the alignment mechanisms 22 make the plurality of substrates 50a and 50b face each other so as to sandwich the temporary tacking agent 55, align the substrates 50a and 50b with each other, and then, the substrates 50a and 50b. Match each other.
  • a holding force (stacking force) is applied between the substrates 50a and 50b by the temporary bonding agent 55, and the substrates 50a and 50b are temporarily fixed to each other.
  • the substrates 50 a and 50 b in the temporarily fixed state are carried into the chamber 31.
  • the substrates 50a and 50b are disposed on the heater 33, for example, via a tray (not shown).
  • FIG. 6 shows a pair of substrates 50a and 50b, a plurality of pairs of substrates, a plurality of pairs of chips, a plurality of pairs of substrates and chips, etc. may be carried in as members to be joined at one time. .
  • the process is performed under the temperature conditions and the degree of vacuum as shown in FIG.
  • the inside of the chamber 31 is evacuated to, for example, about 10 to 50 Pa by the pump 39.
  • the degree of evacuation is not limited to about 10 to 50 Pa, and can be appropriately adjusted.
  • the substrates 50a and 50b are heated by the heater 33 to raise the substrate temperature.
  • carboxylic acid vapor is introduced into the chamber 31.
  • the inside of the chamber 31 becomes about 100 to 10000 Pa.
  • carboxylic acid vapor at least before the temperature of the substrates 50a, 50b reaches the melting point of the solder.
  • the solder is Sn-3.5Ag (melting point 221 ° C.)
  • it is heated to about 230 ° C. to 250 ° C. suitable for soldering, but the reduction effect by carboxylic acid is strengthened above about 200 ° C. Processing is started.
  • Pb-5Sn melting point 314 ° C.
  • heating to about 330 ° C. to 350 ° C. suitable for soldering is performed, but at 250 ° C. or more, the reduction effect by carboxylic acid is intensified, and the reduction treatment is started.
  • the temporary tacking agent 55 is evaporated prior to or in parallel with the reduction treatment of the oxide film of the solder with the carboxylic acid vapor. That is, when the solder is Sn-3.5Ag, reduction treatment is performed at about 200 ° C., for example, at about 180 ° C. to 250 ° C., and solder bonding is performed at about 230 ° C. to 250 ° C. Or, the temporary holding agent 55 evaporates in parallel with the reduction treatment. Similarly, when the solder is Pb-5Sn, reduction processing is performed at around 250 ° C., for example, at around 220 ° C. to 350 ° C., and solder bonding is performed at about 330 ° C. to 350 ° C.
  • the temporary holding agent 55 evaporates in parallel with the reduction treatment. Even in the case of using a solder of another material, the temporary tacking agent 55 is evaporated prior to or in parallel with the reduction treatment of the oxide film of the solder with a carboxylic acid vapor. As shown in FIG. 7, evacuation to about 10 to 50 Pa facilitates evaporation of the temporary fixing agent 55. That is, it is useful to temporarily increase the degree of vacuum in the chamber 31 so that the temporary tacking agent 55 is easily evaporated.
  • the temporary tacking agent 55 gradually evaporates, the solder bumps 54 are gradually exposed to carboxylic acid vapor. As a result, the oxide film on the surface of the solder bump 54 is reduced.
  • the temporary tacking agent 55 one containing plural kinds of non-reducing organic agents having different boiling points can be used.
  • at least some of the tackifier components evaporate faster than the other tackifier components.
  • the reduction treatment was started earlier, but all the temporary tackifier components did not evaporate at one time due to the difference in boiling point, so a relatively wide temperature range Can maintain the temporary holding effect.
  • the temporary bonding agent 55 may be partially or entirely evaporated before the solder bump 54 is melted, and may be evaporated during the melting of the solder bump 54. From the viewpoint of preventing misalignment, it is desirable to evaporate the temporary tacking agent 55 only during melting of the solder bumps 54, but it is sufficient to expose the surface of the solder bumps 54 to contact with carboxylic acid vapor at an early stage. From the viewpoint of reduction treatment, it is desirable to evaporate part or all of the temporary tacking agent before melting the solder bumps 54. Specifically, at least a portion of the temporary tacking agent 55 is evaporated to expose the solder bumps 54, and the oxide film is reduced and removed at the exposed portions.
  • solder bonding Even if the temporary bonding agent 55 evaporates completely before the solder bumps 54 are melted, the solder bonding can be performed without positional deviation. Then, when the temperature of the substrates 50a and 50b is a solder bonding temperature (for example, about 230 ° C. to 250 ° C. when the solder is Sn-3.5Ag), the solder is melted at that portion and soldering (solder bonding) Will be The soldering agent (reflow) is completed when the temporary bonding agent 55 is completely evaporated, the solder bump 54 is completely exposed, the reduction treatment is performed, and the solder is completely melted by sufficiently melting the solder. .
  • a solder bonding temperature for example, about 230 ° C. to 250 ° C. when the solder is Sn-3.5Ag
  • the temporary tacking agent 55 If a large displacement can be prevented by the temporary tacking agent 55, the surface tension of the solder acts on itself to be self-aligned (self-aligned) to correct the displacement.
  • the temporary tacking agent 55 is evaporated during the melting of the solder 54, the temporary holding effect can be maintained until the soldering effect by the melting of the solder 54 is produced. Further, even when the temporary tacking agent 55 is evaporated before the melting of the solder 54, the time taken from the temporary tacking effect to completely disappear and the temporary tacking effect disappears to the completion of the soldering process becomes short. Therefore, positional deviation of the substrates 50a and 50b is prevented or reduced.
  • the temperature drop of the substrate temperature is started, and the exhaust pump 39 exhausts the carboxylic acid vapor.
  • the carboxylic acid recovery unit (recovery mechanism) 40 recovers the vaporized carboxylic acid. Thereafter, the inside of the chamber 31 is purged (purged) by a gas such as nitrogen introduced from the nitrogen supply pipe 41, and then the bonded structure in which the solder bonding is completed, that is, the solder bonded substrate 50 is taken out.
  • underfill resin 56 is filled between the plurality of substrates 50a and 50b with respect to the solder bonded substrate 50 taken out. This is to increase the bonding strength of the solder bonded substrate 50 and to protect the same.
  • the organic agent (temporary fixing agent) between the substrates 50a and 50b is already evaporated and removed. Therefore, unlike the case of ordinary solder bonding using flux, substantially no organic agent is present between the substrates 50a and 50b, and no residue is left even after cleaning.
  • the step of filling the underfill resin between the substrates it is possible to prevent the void from being generated due to the residue not being able to be sufficiently filled with the underfill resin.
  • the temporary tacking agent is not a rosin-based reducing organic agent but a non-reducing organic agent. Since it is an agent, the occurrence of insulation defects called migration is also prevented.
  • fluxless solder bonding is performed with a positional deviation of 2 ⁇ m or less even in the bonding of a substrate on which solder bumps having a diameter and pitch of about several tens of ⁇ m are formed by the technique of this embodiment. Can.
  • the present invention is not limited to this case, and can be changed suitably.
  • the temperature conditions and the vacuum degree conditions are not limited to those shown in FIG.
  • the reduction treatment may be performed by holding the substrate temperature at a temperature about 50 to 80 ° C. lower than the solder bonding temperature for a certain period of time.
  • the temperature of the substrate may be controlled by carrying the substrates 50 a and 50 b on and off the heater 33 while keeping the temperature of the heater 33 constant.
  • the organic agent 55 evaporates before the solder 54 melts or during the melting of the solder 54. Therefore, no cleaning for removing the organic agent 55 is necessary after the solder bonding. Accordingly, no residue of the organic agent 55 remains, so that migration or other contamination does not occur particularly when the electrode structure of the substrate 50a and the electrode structure of the substrate 50b are soldered to each other. Further, in the step of filling the underfill resin in the gap, it is possible to prevent the void from being generated due to the underfill resin not being sufficiently filled by the residue of the organic substance.
  • solder bonding is performed fluxless using the temporary fixing agent 55 which is a non-reducing organic agent as the organic agent. Therefore, the holding force (stacking force) can be applied to the substrate by the temporary bonding agent 55 while the fluxless solder bonding is performed, and the positional deviation can be prevented. Also, even if a trace amount of temporary tacking agent remains, unlike the case of the fluxing agent, migration or other contamination does not occur.
  • the temporary tacking agent 55 since the temporary tacking agent is evaporated prior to or in parallel with the reduction treatment of the oxide film of the solder 54 with the carboxylic acid vapor, the solder bumps are gradually evaporated as the temporary tacking agent 55 gradually evaporates. 54 is gradually exposed to carboxylic acid vapor. Therefore, the temporary tacking agent 55 does not inhibit the reduction process by the carboxylic acid vapor while preventing the positional deviation of the substrates 50a and 50b. Even if the temporary bonding agent 55 evaporates completely before the solder bumps 54 are melted, the solder bonding can be performed without positional deviation. That is, the positional deviation at the time of loading of the substrate is prevented, and the surface tension of the solder due to the melting of the solder bumps 54 causes self alignment (self alignment) to correct the positional deviation.
  • the temporary tacking agent 55 has a boiling point of 100 ° C. to 350 ° C. at any pressure of 1 ⁇ 10 2 to 1 ⁇ 10 5 Pa. While the agent 55 remains to provide retention, it does not inhibit the reduction process.
  • the temporary fixing agent 55 is at least one non-reducing organic agent selected from isobornyl cyclohexanol, terpineol, and propylene glycol phenyl ether. While the temporary tacking agent remains to provide holding power, it does not inhibit the reduction treatment. Also, it does not contain substances that cause migration or other contamination. Furthermore, the viscosity is appropriate and can provide sufficient holding force (stacking force).
  • the temporary tacking agent 55 contains plural kinds of non-reducing organic agents having different boiling points, at least a portion of the temporary tacking agent component evaporates earlier than the other temporary tacking agent components. In the part where the evaporated temporary tackifier component was present, the reduction treatment can be started early. On the other hand, since the temporary tacking agent does not evaporate all at one time, the temporary tacking effect can be maintained over a relatively wide temperature range, whereby the effect of preventing misalignment can be enhanced.
  • the temporary tacking agent 55 is diluted by the viscosity modifier so as to have a viscosity of 1 ⁇ 10 2 to 1 ⁇ 10 5 mPa ⁇ s, so that the viscosity is too high to prevent application. It can be prevented that the viscosity is too low and the holding power of the substrate is too small.
  • solder bumps 54 with a diameter of 100 ⁇ m or less are useful in bonding of substrates in which the pitch between adjacent bumps is 150 ⁇ m or less.
  • the oxide film can be sufficiently reduced by carboxylic acid vapor, so one of the pair of substrates 50a and 50b is The barrier layer 53 and the solder bumps 54 can be omitted, and only the copper posts (second protrusions made of copper) 52 can be formed and soldered directly. Thereby, the burden of manufacturing the substrate 50b can be reduced.
  • the temporary tacking agent 55 is coated in a planar shape on the substrate 50, the amount of the temporary tacking agent 55 is increased, and the holding force (stacking force) is increased.
  • the temporary tacking agent is applied in a planar manner on the substrate.
  • the temporary tacking agent is applied in the form of spots at a plurality of locations.
  • the joint structure manufacturing technique of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and therefore, the same members as those of the first embodiment are the same as those of the first embodiment. While showing using a number, detailed explanation is omitted.
  • the dispenser 21 discretely spots temporary fixing agents, which are non-reducing organic agents, on the substrate surface on which solder such as solder bumps is formed.
  • FIG. 11 shows an example where the temporary tacking agent 55 is discretely applied in the form of spots.
  • 11 (a) is a top view of the substrate 50a, and
  • FIG. 11 (b) shows a state in which the substrates 50a and 50b are temporarily fixed.
  • temporary fixing agents 55 are applied in the form of spots at the four corners of a rectangular substrate (chip).
  • the flux has to be applied so as to be in contact with the solder surface because the main purpose is to reduce and remove the oxide film on the solder surface by the flux.
  • the temporary fixing agent 55 since the reduction of the oxide film on the surface of the solder 54 is performed by the carboxylic acid vapor, it is sufficient if the temporary fixing agent 55 merely provides a holding force (stacking force) between the substrates. Therefore, it is not necessary to apply the temporary tacking agent 55 in contact with the surface of the solder 54. Therefore, as shown in FIG. 11, the temporary tacking agent 55 may be applied so as not to contact the surface of the solder 54.
  • the type of temporary tacking agent 55, temperature conditions, vacuum degree conditions, carboxylic acid gas, solder bump diameter, pitch size and the like are the same as in the first embodiment.
  • the self-alignment is performed to correct the misalignment.
  • the effect of self alignment is high.
  • the temporary tacking agent 55 is applied in a spot shape (point shape) has been described, but the present embodiment is not limited to this case, and the temporary tacking agent 55 is formed in a line shape (linear shape). It can also be applied. Also, the temporary tacking agent 55 can be applied in the form of one spot or one line instead of discretely applying to a plurality of places.
  • the temporary tacking agent in the case where the temporary tacking agent is applied so as not to contact the solder surface, the temporary tacking agent does not enter the gap between the solder bumps, and it is easy to evaporate and remove it.
  • the temporary tacking agent 55 is an organic agent that is not a flux, that is, a temporary tacking agent that is a non-reducing organic agent is applied to the substrate to temporarily tack between the substrates Explained.
  • the temporary tacking agent 55 is not a flux agent but a non-reductive organic agent as a temporary tacking agent 55 in the sense that migration or other contamination does not occur even if a trace amount of the temporary tacking agent 55 remains without being completely evaporated. Is desirable, but the invention is not limited in this case.
  • the organic agent is evaporated before the solder is melted, so that the flux agent is temporarily used as the organic agent.
  • the step of removing the flux by cleaning processing such as solution cleaning and ion etching after solder bonding is not necessary. Therefore, for example, even when the diameter of the solder bump 54 and the pitch interval between adjacent solder bumps are several tens of ⁇ m or less, it is not necessary to be aware of the problem that the flux is difficult to remove. Therefore, according to the present invention, even if a flux agent is used, since no flux residue is generated after solder bonding, it is possible to prevent the occurrence of insulation failure called migration. In addition, in the step of finally filling the underfill resin 56 between the substrates, it is possible to prevent the occurrence of a void called a void because the underfill resin 56 can not be sufficiently filled by the flux residue.
  • the organic agent is applied so as to be sandwiched between the plurality of substrates 50a and 50b, and the plurality of substrates are temporarily fixed and temporarily fixed via the organic agent. Heating a plurality of members to be joined, evaporating the organic agent before melting of the solder or during melting of the solder, melting the solder in the chamber 31 and solder-bonding the plurality of substrates via the solder As long as it is, it is widely applicable.
  • the present invention can also be applied to the technology of solder molding. That is, the present embodiment relates to a heating and melting method for forming solder bumps on the substrate 50a which is a member to which the solder material 54b is attached.
  • the temporary bonding agent 55 which is an organic agent is applied to the surface of the substrate 50a, and the position of the solder material 54b is set via the temporary bonding agent (organic agent) 55. Temporarily fix. Then, the temporary tacking agent 55 is evaporated before melting of the solder material 54 b or during melting of the solder material 54 b. Then, the solder material 54b is melted to form the solder bumps 54. Also in this case, displacement of the solder material 54b is prevented.
  • a heated melt processing system is provided for such processing.
  • This system is similar to the system of FIG. It is a heating and melting processing system which heats the member to which the solder material 54b adheres, heat-melts the solder material 54b, and shapes a solder. Then, the solder material 54b is attached to the member, and the temporary fixing device 20 for applying the organic agent to the surface of the member to temporarily fix the solder material 54b, and the solder material is temporarily fixed via the temporary fixing agent.
  • heating means solder melting device 30 which heats a member, and supply means which supplies carboxylic acid vapor to the member, and the heating means melts the solder material before melting the solder material or While evaporating the temporary tacking agent, the member is heated to form solder in a fluxless manner in an atmosphere containing the carboxylic acid vapor.
  • Example> First Embodiment Copper posts 52 made of copper, barrier layers (Ni / Pd / Au) 53 on the copper posts 52, and Sn—Ag solder bumps 54 formed on the barrier layer 53 on a silicon substrate (5 mm square, 25 mm square)
  • the substrates 50a and 50b having the above were formed. A pair of the substrates 50a and 50b was prepared.
  • the diameter of the solder bumps 54 was 100 microns, and the pitch (distance between centers) between adjacent solder bumps was 250 microns.
  • a temporary tacking agent was prepared by diluting isobornyl cyclohexanol with a viscosity modifier (2,4-diethyl-1,5-pentanediol). At this time, the ratio of the viscosity modifier was 0 wt%, 30 wt%, 50 wt%, 70 wt%, 90 wt%, respectively.
  • the temporary fixing agent 55 was apply
  • the substrates 50a and 50b were soldered well without positional deviation.
  • the diameter of the solder bump 54 was 20 microns, and the pitch (distance between centers) between adjacent solder bumps was 40 microns.
  • the other conditions are the same as in the first embodiment. Also in this case, the positional deviation of the substrates 50a and 50b is 2 ⁇ m or less, and the substrates are soldered well.
  • terpineol was temporarily fixed using a temporary adhesive prepared by diluting with a viscosity modifier (2,4-diethyl-1,5-pentanediol).
  • the ratio of the viscosity modifier was 0 wt%, 30 wt%, 50 wt%, 70 wt%, and 90 wt%, respectively.
  • the positional deviation is small, and solder bonding is satisfactorily performed.
  • the yield slightly decreased compared to the case of the first example.
  • terpineol was temporarily fixed using a temporary tacking agent prepared by diluting with a viscosity modifier (2,4-diethyl-1,5-pentanediol). Also in this case, as in the second embodiment, the positional deviation is small, and the solder bonding is good. However, the yield was worse than in the second example.
  • propylene glycol phenyl ether was temporarily fixed using a temporary adhesive prepared by diluting it with a viscosity modifier (2,4-diethyl-1,5-pentanediol).
  • the ratio of the viscosity modifier was 0 wt%, 30 wt%, 50 wt%, 70 wt%, and 90 wt%, respectively.
  • the misalignment was small, and the solder was well bonded.
  • the yield was worse than in the first and third examples.
  • the same temporary tacking agent was discretely applied in the form of spots on the same substrate as in the first embodiment described above at four points (four points). At this time, it was possible to reduce the positional deviation by the temporary fixing action by the temporary fixing agent, and to perform the solder bonding.
  • the solder bumps 54 were melted to cause self-alignment (self-alignment) by the action of the surface tension of the solder, and the misalignment was eliminated. Therefore, in practice, even when the temporary bonding agent is applied discretely, the plurality of substrates can be soldered together to manufacture a soldered substrate, although the cleaning process can be omitted. It was found that the positional deviation between them could be reduced.
  • the ninth embodiment On the same substrate as in the first embodiment, the temporary adhesive prepared by diluting terpineol to 0% to 90% by weight with a viscosity modifier (2,4-diethyl-1,5-pentanediol) was spotted at 4 points Applied discretely. Further, also on the same substrate as in the second embodiment, the temporary tacking agent was applied discretely in the form of spots at four locations. Also in these cases, it is possible to reduce the positional deviation between the plurality of substrates, and it was at a practical level.
  • a viscosity modifier 2,4-diethyl-1,5-pentanediol

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Abstract

　フラックス除去の工程を省略することができるにもかかわらず、基板間の位置ずれを軽減する半田付け方法を提供する。　複数の基板５０ａ、５０ｂに仮止め剤５５を塗布して、仮止め剤５５を介して基板同士を仮止めした状態でヒータ３３によって加熱し、半田５４の溶融する前または半田５４の溶融中に仮止め剤５５を蒸発させつつ、溶融した半田５４を介して基板５０ａ、５０ｂを半田接合する

Description

接合構造体製造方法および加熱溶融処理方法ならびにこれらのシステム
　本発明は、半田や共晶接合用のインサート金属など加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合する接合構造体製造方法および加熱溶融処理方法ならびにこれらのシステムに関する。
　半田バンプや半田シートなどの半田あるいは共晶接合用のインサート金属を介して、複数の被接合部材間を半田接合または共晶接合して接合構造体を製造する技術が半導体実装工程で広く用いられている。たとえば、半導体実装工程では、半田バンプを介して有機基板と半導体基板とを半田接合したり、半田バンプを介して半導体基板と半導体チップとを半田接合したりする技術が採用されている。
　半導体基板（半導体チップ）同士を半田接合する場合を例にとると、半田バンプを溶融して複数の基板間を半田接合するためには、半田バンプ表面の酸化膜を除去しなければならない。このためには、「フラックス」と呼ばれるロジン系の還元性有機剤を基板表面に塗布した状態で、複数の基板を積層して加熱する。この結果、フラックスによって半田バンプ表面の酸化膜を還元されて除去された状態で良好な半田接合がなされる。フラックスは、半田接合後に、溶液洗浄やイオンエッチングなどのクリーニング処理によって除去されることになる。
　しかしながら、近年の半田バンプ構造の微細化は、フラックスを除去することを困難にしている。特に、半田バンプの直径や隣接する半田バンプ間のピッチ間隔が数十μｍレベル以下になると、フラックスを十分に除去することが困難になる。除去しきれなかったフラックスは、フラックス残渣を生じさせる。フラックス残渣は、フラックスに含まれる塩素などの作用により、隣接する電極構造（半田バンプ）間でマイグレーションと呼ばれる絶縁不良を発生させるおそれがある。また、最終的に基板間にアンダーフィル樹脂を充填する工程において、フラックス残渣によってアンダーフィル樹脂が十分に充填できずにボイドと呼ばれる空隙が生じてしまう場合がある。
　一方で、フラックス残渣の影響をなくすための方法として、フラックスレスの半田接合により、クリーニング処理を省略する方法（クリーニングレス法）が実際に使用されている。具体的には、ギ酸などのカルボン酸蒸気をチャンバ内に導入し、このカルボン酸によって半田バンプ表面の酸化膜を還元することによって、フラックスを用いることなく半田接合を可能とする（引用文献１、２）。
　しかしながら、フラックスレスの半田接合には、基板同士の位置ずれが生じやすいという新たな問題がある。すなわち、上記のように、フラックスを用いる場合には、複数の基板間に介在するフラックスによって保持力（スタック力）が生じ、この保持力によって基板同士の位置ずれが防止されるのに対し、フラックスレスの半田接合の場合には、基板間にフラックスが存在しておらず、基板間に保持力（スタック力）を与えることができない。このため、フラックスレスの半田接合によるクリーニングレス法では、基板間に位置ずれが生じやすく、クリーニングレス法を適用できる場合は限られていた。特に、基板上の半田バンプを介して基板同士を半田接合する場合には、１～２μｍ程度の位置決め精度が必要とされる場合もあるため、位置ずれを生じやすいクリーニングレス法を適用することが困難であった。また、同様の問題は、共晶接合の場合にも生じうる。
　さらに、基板接合の場面のみならず、半田材を基板上に固定して半田バンプなどの形成の場合にも位置ずれが問題となる。
特開平１１－２３３９３４号公報 特開２００１－２４４６１８号公報
　本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものである。すなわち、本発明は、複数の被接合部材同士を加熱溶融材を介して接合して接合構造体を製造する際に、クリーニング処理を省略できるにもかかわらず、複数の被接合部材間の位置ずれを軽減できる接合構造体製造方法および製造システムを提供することである。
　また、本発明は、半田材を加熱溶融処理して、半田バンプなどの半田成形をする場合において半田形成の位置ずれを軽減できる加熱溶融処理装置および加熱溶融処理システムを提供することである。
　（１）本発明の接合構造体製造方法は、加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合して接合構造体を製造する接合構造体製造方法において、前記複数の被接合部材の少なくとも一方に加熱溶融材が形成された被接合部材を準備する段階と、前記複数の被接合部材が互いに対向する面上に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して複数の被接合部材間を仮止めする仮止め段階と、前記加熱溶融材を溶融して当該加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合段階と、前記接合段階の前または後に、前記有機剤を加熱により蒸発させる蒸発段階と、を有することを特徴とする。
　（２）本発明の接合構造体製造システムは、加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合して接合構造体を製造する接合構造体製造システムにおいて、前記複数の被接合部材の少なくとも一方に加熱溶融材が形成された被接合部材に非還元性の有機剤である仮止め剤を塗布する塗布手段と、前記仮止め剤を介して積層された状態で仮止めされた前記複数の被接合部材を加熱する加熱手段と、前記複数の被接合部材に対してカルボン酸蒸気を供給する供給手段と、を有し、前記加熱手段は、前記加熱溶融材の溶融する前または前記加熱溶融材の溶融中に前記仮止め剤を蒸発させる一方、前記カルボン酸蒸気を含む雰囲気中においてフラックスレスで接合するために前記被接合部材を加熱することを特徴とする。
　（３）本発明の加熱溶融処理方法は、半田材が付着した部材を加熱して半田材を加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理方法であって、前記部材上に半田材を付着させるとともに、部材の表面に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して前記半田材を仮止めする仮止め段階と、前記半田材の溶融する前または前記半田材の溶融中に前記有機剤を蒸発させる蒸発段階と、前記半田材を溶融して半田を成形する成形段階と、を有することを特徴とする。
　（４）本発明の加熱溶融処理システムは、半田材が付着した部材を加熱して半田材を加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理システムにおいて、前記部材上に半田材を付着させるとともに、半田材を仮止めするために部材の表面に有機剤を塗布する塗布手段と、前記仮止め剤を介して半田材が仮止めされた部材を加熱する加熱手段と、前記部材に対してカルボン酸蒸気を供給する供給手段と、を有し、前記加熱手段は、前記半田材の溶融する前または前記半田材の溶融中に前記仮止め剤を蒸発させる一方、前記カルボン酸蒸気を含む雰囲気中においてフラックスレスで半田を成形するために前記部材を加熱することを特徴とする。
　本発明によれば、複数の被接合部材同士を半田接合して接合構造体を製造する際に、クリーニング処理を省略できるにもかかわらず、複数の被接合部材間の位置ずれを軽減できる。また、半田を成形する際にも、半田材の位置ずれを軽減することができる。
本発明の第１実施形態の接合構造体製造システムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態における接合構造体製造方法で用いられる基板の一例を示す図である。 図２と異なる基板の第１例を示す図である。 図２と異なる基板の第２例を示す図である。 本発明の第１実施形態における図２の基板に対する後続工程の図である。 本発明の第１実施形態における図５に後続する工程の図である。 本発明の第１実施形態における温度条件および真空度条件の図である。 本発明の第１実施形態における図６に後続する工程の図である。 本発明の第１実施形態における図８に後続する工程の図である。 本発明の第１実施形態における図９に後続する工程の図である。 本発明の第２実施形態における仮止め剤の塗布例を示す図である。 本発明の第４実施形態における加熱溶融処理を示す図である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　本発明の接合構造体製造技術は、複数の被接合部材間を加熱溶融部材（半田またはインサート金属など）を介して接合（特に、半田接合または共晶接合）して接合構造体を製造する技術に関する。
　＜第１実施の形態＞
　本発明の第１実施形態の接合構造体製造技術は、複数の被接合部材間を半田接合または共晶接合して接合構造体を製造する技術に関する。この接合構造体製造技術は、機械的な半田接合にも用いることができるが、好ましくは、基板同士、チップ同士、あるいは、基板とチップとを半田接合する技術であり、一対の基板の電極構造同士、チップの電極構造同士、および基板の電極構造とチップの電極構造とを半田接合により電気的に接続するものである。
　なお、基板は、プリント基板など有機基板であってもよく、シリコン基板や化合物半導体基板などの半導体基板や誘電体基板であってもよい。また、チップは、半導体チップや誘電体チップであってもよい。以下、半田バンプを介して半導体基板同士を接合する場合を例にとって説明する。
　本実施形態の接合構造体製造技術では、複数の半導体基板上に半田バンプなどを含む電極構造を形成した上で、半導体基板上に有機剤を塗布し、この有機剤により基板間を仮止めする。そして、チャンバ内で、この有機剤を半田の溶融する前または半田の溶融中に蒸発させて、半田接合する。
　特に、本実施形態では、カルボン酸をチャンバ内に導入して半田の酸化膜を還元するフラックスレスの半田接合によるクリーニングレス法を採用するものであるにもかかわらず、チャンバ内に基板を投入する前に、フラックスではない有機剤、つまり、非還元性の有機剤である仮止め剤を基板に塗布して基板間を仮止めする。このようにフラックスではく基板間に保持力（スタック力）を与えるための専用の仮止め剤により基板の位置ずれを防止しつつ、カルボン酸による酸化膜の還元処理に先立って、あるいは還元処理と同時に、仮止め剤を蒸発させて、その後に基板同士を接合する。
　以上のような構成により、本発明は、クリーニング処理を省略できるにもかかわらず、複数の被接合部材間の位置ずれを軽減する。
　図１は、本実施形態の接合構造体製造システムの概略構成を示す図である。
　接合構造体製造システム１は、基板同士などを接合する基板半田付けシステムである。製造システム１は、大別して、仮止め装置２０と、半田溶融装置３０とを有する。
　仮止め装置２０は、ディスペンサ２１と、アライメント機構２２とを有する。ディスペンサ２１は、半田バンプなど半田が形成された基板面に、非還元性の有機剤である仮止め剤を塗布する塗布手段である。有機剤の塗布は、基板表面の一面に面状に塗布することもでき、離散的にスポット状に塗布することもできるが、本実施形態では、面状に塗布する。アライメント機構２２は、塗布された仮止め剤を挟み込むように複数の基板を対向させて基板間の電極構造同士の位置合わせをして、基板同士を仮止めする位置決め手段である。このような仮止め装置２０は、塗布する有機剤がフラックス剤ではないことを除いて、フリップチップボンダーと呼ばれる装置と共通するので、詳しい説明を省略する。
　一方、半田溶融装置３０は、チャンバ３１と、カルボン酸の供給部３２と、チャンバ内３１のヒータ３３を有する。チャンバ３１には、仮止め装置２０によって仮止めされた状態の基板が搬入される。供給部３２は、所定のタイミングで、チャンバ３１にカルボン酸蒸気を供給する。ただし、場合によってはチャンバ３１内ではなく開放環境下で処理することもできる。
　供給部３２は、カルボン酸蒸気の供給系３４と、所定のタイミングで開閉するバルブ３５とを有する。供給系３４は、水素、一酸化炭素のような還元性ガス、または窒素のような非酸化性ガス等のキャリアガスをカルボン酸蒸気に混合してチャンバ３１内に導入するものである。供給系３４は、たとえば、カルボン酸の液体を収容した密閉容器３６と、バルブ３７を介してキャリアガスを供給するキャリアガス供給管３８とを有する。キャリアガス供給管３８は、密閉容器３６内において気泡を発生（バブリング）させる。しかしながら、供給部３２は、カルボン酸をチャンバ３１内に供給できるものであれば足り、本実施形態と異なる構成とすることも可能である。
　ヒータ３３について説明する。ヒータ３３は、チャンバ３１内に設けられる加熱手段である。ヒータ３３は、半田の溶融する前または半田の溶融中に仮止め剤を蒸発させとともに、カルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱処理し、フラックスレスで半田接合するために被接合部材である基板を加熱する。特に、ヒータ３３は、カルボン酸による半田の酸化膜の還元処理に先立って、あるいは還元処理と同時に、仮止め剤を蒸発させる。なお、基板の位置ずれを防止するためには、半田の溶融前に全ての仮止め剤を蒸発させてしまわない方がよいが、仮止め剤が残りすぎていると、半田表面をカルボン酸蒸気に露出させることができず、酸化膜の還元処理が難しくなってしまう。したがって、還元処理の観点からからは、半田溶融前に仮止め剤を蒸発させておく方が望ましい。
　さらに、半田溶融装置３０は、排気するための排気ポンプ３９、排気ポンプ３９の吸気又は排気側に設けられ又は取り付けられて、気化したカルボン酸を回収するカルボン酸回収部（回収機構）４０を有する。カルボン酸回収部４０は、排気ポンプ３９の吸気側または排気側に取り付けられるフィルタであってもよく、排気側に取り付けられるスクラバであってもよい。また、半田溶融装置３０は、内部を窒素雰囲気に置換（パージ）するための窒素供給管４１がバルブ４２を介して接続されている。
　以上のように構成されている半田溶融装置３０は、仮止め剤を介して仮止めされた基板がチャンバに搬入されるものである。また、半田が溶融する前、特に、カルボン酸による半田の酸化膜の還元処理に先立って、あるいは還元処理と同時に、仮止め剤が蒸発するように、仮止め剤の種類に応じて、供給部３２によるカルボン酸蒸気の供給と、ヒータ３３による加熱とが行われる。これらの点を除いて、細かい構成は、一般の半田溶融装置の構成と同様であるので、詳しい説明を省略する。
　なお、仮止め装置２０と半田溶融装置３０との間の基板の受け渡しのために、搬送ロボットなどが設けられていてもよい。
　次に、本実施形態の接合構造体製造システムを利用した接合構造体製造方法、つまり半田付け方法について説明する。
　まず、図２に示されるように、表面に半田バンプが形成された基板５０ａ、５０ｂ（以下、総括して基板５０と総称される）が準備される。ここで基板５０は、半導体基板である。基板５０は、半導体の基板本体５１と、その基板本体５１上の電極構造とを有する。具体的には、半導体の基板本体５１の上には、カッパーポスト５２と、カッパーポスト５２上のバリア層５３と、バリア層５３上に形成された半田バンプ５４とを有する。カッパーポスト５２は、銅（Ｃｕ）や銅合金でできた第１突起部である。バリア層５３は、半田バンプ５４の溶融時に半田成分がカッパーポスト５２側に拡散することを防止するためのアンダーバリアメタルである。たとえば、バリア層５３は、基板本体５１側からニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、および金（Ａｕ）の順番で積層されたＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ積層層である。なお、図２の場合には、電極部として、カッパーポスト５２（第１突起部）が設けられているが、電極部は、突起している形態に限られず、また、材質も銅や銅合金に限られない。
　半田バンプ５４は、鉛（Ｐｂ）を含まないＳｎ－Ａｇ（スズ－銀）半田など鉛フリー半田、Ｐｂ－Ｓｎ半田などの鉛含有半田、または、他の半田で形成されている。なお、半田バンプ５４の形成自体は、従来のめっきによる半田バンプ５４の形成技術と同様であるので、詳しい説明を省略する。なお、本実施形態と異なり、半田バンプ５４の代わりに、共晶接合用のインサート金属を用いることもできる。ここで、共晶接合とは、処理温度において２種以上の物質が相互拡散により物質移動が生じ、合金化反応が進行し、接合が完了するものである。接合面間にインサート金属などを一時的に溶融、溶化した後、拡散を利用し等温凝固させて接合させる液相拡散接合の一種であり、液化に対して共晶反応を利用する接合方法である。
　準備された一対の半導体基板５０の双方ともを、図２に示すような構成とすることもできるが、これに限られない。たとえば、一方の基板５０ａにおいては、第１電極部（例えば、カッパーポスト）５２、バリア層５３、および半田バンプ５４を有する基板とし、他方の基板５０ｂにおいては、図３、図４に示されるように、半田バンプ５４を省略した基板とすることができる（図３）。さらに、他方の基板５０ｂにおいては半田バンプ５４とバリア層５３を省略することができる（図４）。特に、他方の基板５０ｂにおいて、半田バンプ５４とバリア層５３の双方を省略して、第２電極部（カッパーポスト５２）に直接的に半田接合する場合には、基板製造負担が軽減される。本実施形態では、カルボン酸により十分に還元処理ができるので、一方の基板５０ｂにおけるバリア層や半田バンプを省略しても、第２電極部に直接的に半田接合することが可能である。
　なお、本実施形態の接合構造体製造技術は、直径が１００μｍ以下の半田バンプが、隣接する半田バンプ間のピッチ間隔１５０μｍ以下に、複数設けられている基板５０に好適に用いられる。しかしながら、基板５０は、この場合に限られない。
　次に、図５に示されるように、基板５０上に仮止め剤５５が塗布される。仮止め剤５５は、複数の基板５０ａ、５０ｂが互いに対向する面（以下、「接合面」という）上に塗布される。接合面は、半田バンプ５４など電極構造が形成されている側の面に対応する。仮止め剤は、複数の基板５０ａ、５０ｂの双方の接合面に塗布されてもよいが、一方の基板５０ａの接合面のみに塗布されてもよい。一方の基板５０ａの接合面のみに塗布されても、他方の基板５０ｂと接触することで、一対の基板５０ａ、５０ｂの間に仮止め剤が介在することになり、基板５０ａ、５０ｂ間に保持力（スタック力）を付与することができる。
　本実施形態においては、仮止め剤５５は、被接合部材である基板５０上に、面状に塗布される。このように面状に一様に塗布することによって、保持力（スタック力）は高まる。本実施形態において仮止め剤５５は、フラックスでない有機剤、つまり、非還元性の有機剤である。つまり、本実施形態では、フラックスレスで半田接合するにもかかわらず、フラックスの代わりに基板間に保持力（スタック力）を与えるための仮止め剤５５が基板５０の接合面上に塗布される。非還元性の有機剤が望ましいのは、万が一、有機剤の残渣が残った場合においても、マイグレーションと呼ばれる絶縁不良を発生させるおそれが防ぐためである。つまり、仮止め剤５５としては、基板に悪影響を与える塩素などの成分を含まないものが望ましい。
　仮止め剤５５は、有機剤と、粘度調整剤（うすめ液）とを含むことができる。これは、粘度を調整するためである。仮止め剤５５の粘度は、好ましくは１００～１０００００（３０℃　ｍＰａ・Ｓ）の範囲であり、より好ましくは、１６００～６６０００（３０℃　ｍＰａ・Ｓ）の範囲である。これは、粘度が高すぎると、塗布が困難になる一方、粘度が低くなりすぎると、基板間の保持力（スタック力）が低く、仮止め効果が十分に得られないからである。
　また、仮止め剤５５としては、後述するように、チャンバ３１内で基板５０が加熱された際に、半田バンプ５４の溶融の前（半田の融点に達する前）に蒸発する材料が選択される。特に、仮止め剤５５は、カルボン酸蒸気による半田の酸化膜の還元処理に先立って、または当該還元処理と並行して蒸発する材料が選択される。具体的には、仮止め剤５５の沸点は、半田の酸化膜の還元処理の前および還元処理時におけるチャンバ３１内の圧力と、還元処理の際の基板温度とに基づいて設定される。チャンバ３１内の圧力についてみると、本実施形態では、チャンバ３１内は、還元処理の前あるいは還元処理時において、圧力１×１０２乃至１×１０５Ｐａのいずれかの圧力とすることが好ましい。このような範囲が好ましいのは、圧力が１×１０２Ｐａよりも低くなると、たとえば仮止め剤５５の突沸により基板がズレる場合があり、１×１０５Ｐａ以上となると大気圧以上になってしまうからである。また、基板温度の範囲についてみると、還元処理の際の基板温度範囲としては、１００℃乃至３５０℃であることが望ましい。このような温度範囲が好ましいのは、還元処理に用いるカルボン酸であるギ酸などは３５０℃程度になると分解が始まるので、３５０℃以下とすることが望ましい一方、半田の種類によっては、カルボン酸蒸気によって、１００℃程度で還元処理されるものがあるからである。以上のような圧力範囲と基板温度範囲とを考慮すると、仮止め剤５５としては、圧力１×１０２乃至１×１０５Ｐａのいずれかの圧力において、１００℃乃至３５０℃の沸点を有するものであることが望ましいといえる。なお、一般には、半田の材料の種類に応じて、還元処理の前あるいは還元処理時（一般的には、半田の溶融の前または半田の溶融中）において蒸発する有機剤の種類を使い分けることができる。具体的には、Ｐｂ－５Ｓｂ半田では融点が３１４℃であり３３０℃～３５０℃程度が半田接合温度として用いられる。またＳｎ－３．５Ａｇ半田では融点が２２１℃であり２３０℃～２５０℃程度が半田接合温度として用いられる。さらに、Ｓｎ－３．５Ａｇ半田よりも、低融点の半田も存在する。したがって、これらの半田の材料の種類に応じて、仮止め剤５５を選択してもよい。
　具体的には、実験の結果によると、仮止め剤５５は、イソボルニルシクロヘキサノール、ターピネオール、およびプロピレングリコールフェニル・エーテルから選ばれた少なくとも１つの非還元性の有機剤を有することが望ましい。イソボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）は、粘度６５５００（３０℃　ｍＰａ・Ｓ）で、沸点が３０８℃（５％）３１３℃（１５％）である。ターピネオール（一般名　パインオイル　成分は主成分のα－テルピネオール、異性体β－、γ－テルピネオールなどテルピンアルコール類９７％以上含む）は、粘度はイソボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）より低く、沸点が２１３～２２３℃である。また、プロピレングリコールフェニル・エーテルは、粘度が２２．７（２５℃　ｍＰａ・Ｓ）であり、沸点が２４３℃（７６０ｍｍＨｇ）である。特に、Ｓｎ－Ａｇの場合には、イソボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）が好ましい。
　また、粘度調整剤としては、上記のイソボルニルシクロヘキサノール、ターピネオール、およびプロピレングリコールフェニル・エーテルよりも粘度が低いもののなかから適宜に選択できる。たとえば、粘度調整剤として、２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール（Ｃ９Ｈ２０Ｏ２）を用いることができる。有機物の原液に粘度調整剤を加える割合は、適宜に選択できるが、０～９０重量％とすることができる。
　なお、互いに沸点の異なる複数種類の非還元性の有機剤を含む仮止め剤５５を用いることもできる。この場合、少なくとも一部の仮止め剤成分が他の仮止め剤成分よりも早く蒸発することによって、この蒸発した仮止め剤成分が存在していた部分では、早期に、半田バンプの表面が露出されて、還元処理が開始され、早く半田接合される。一方、一度に仮止め剤が全て蒸発しないので、比較的広い温度範囲にわたって仮止め効果を維持できることにより、位置ずれの防止効果が高まる。たとえば、一部の仮止め剤成分は、半田の溶融前に蒸発するものとし、他の仮止め剤成分は、半田の溶融中に蒸発するものとしておき、これらの成分を混合させたもののを仮止め剤５５として使用することができる。
　次いで、仮止め剤５５を塗布した後に、アライメント機構２２により、仮止め剤５５を挟み込むように複数の基板５０ａ、５０ｂを対向させて基板５０ａ、５０ｂ同士の位置合わせをして、基板５０ａ、５０ｂ同士を突き合わせる。この結果、仮止め剤５５によって基板５０ａ、５０ｂ間に保持力（スタック力）が与えられ、基板５０ａ、５０ｂ同士が仮止めされる。
　次いで、図６に示されるように、この仮止めされた状態の基板５０ａ、５０ｂがチャンバ３１内に搬入される。チャンバ３１内において、基板５０ａ、５０ｂは、たとえば、トレイ（不図示）を介してヒータ３３上に配置される。なお、図６では、一対の基板５０ａ、５０ｂが示されているが、一度に複数対の基板や、複数対のチップ、複数組の基板とチップなどが被接合部材として、搬入されてもよい。
　次に、図７に示すような温度条件および真空度条件でプロセスがなされる。まず、図７に示されるように、ポンプ３９により、チャンバ３１内を、たとえば、１０～５０Ｐａ程度まで真空排気する。なお、真空排気する程度は、１０～５０Ｐａ程度に限られず、適宜に調整することができる。そして、真空排気処理に後続して、あるいは真空排気処理と並行して、ヒータ３３によって、基板５０ａ、５０ｂを加熱し、基板温度を昇温させる。
　次いで、チャンバ３１内にカルボン酸蒸気を導入する。カルボン酸蒸気の供給によって、チャンバ３１内は、１００～１００００Ｐａ程度となる。カルボン酸蒸気は、基板５０ａ、５０ｂの温度が半田の融点に達する前には少なくとも導入することが望ましい。たとえば、半田がＳｎ－３．５Ａｇ（融点２２１℃）である場合には、半田付けに適した２３０℃～２５０℃程度まで加熱するが、およそ２００℃以上でカルボン酸による還元効果が強まり、還元処理が開始される。Ｐｂ－５Ｓｎ(融点３１４℃)である場合には、半田付けに適した３３０℃～３５０℃程度まで加熱するが、２５０℃以上でカルボン酸による還元効果が強まり、還元処理が開始される。
　そして、本実施形態では、カルボン酸蒸気による半田の酸化膜の還元処理に先立ってまたは当該還元処理と並行して仮止め剤５５を蒸発させる。すなわち、半田がＳｎ－３．５Ａｇの場合には、２００℃前後、たとえば１８０℃～２５０℃前後で還元処理がなされ、２３０℃～２５０℃程度で半田接合されるが、この還元処理に先立って、または当該還元処理に並行して仮止め剤５５が蒸発する。同様に、半田がＰｂ－５Ｓｎの場合には、２５０℃前後、たとえば、２２０℃～３５０℃前後で還元処理がなされ、３３０℃～３５０℃程度で半田接合されるが、この還元処理に先立って、または当該還元処理に並行して仮止め剤５５が蒸発する。他の材料の半田を用いる場合においても、カルボン酸蒸気による半田の酸化膜の還元処理に先立ってまたは当該還元処理と並行して仮止め剤５５を蒸発させる。なお、図７に示されるように、１０～５０Ｐａ程度まで真空排気することは、仮止め剤５５を蒸発しやすくしている。つまり、仮止め剤５５が蒸発しやすいように、チャンバ３１内の真空度を一時的に高めることが有用である。
　図８に示されるように、仮止め剤５５が徐々に蒸発するにしたがって、半田バンプ５４が徐々にカルボン酸蒸気に露出される。この結果、半田バンプ５４の表面の酸化膜が還元される。
　この際、仮止め剤５５として、互いに沸点の異なる複数種類の非還元性の有機剤を含むものを使用することもできる。この場合には、少なくとも一部の仮止め剤成分が他の仮止め剤成分よりも早く蒸発する。この早く蒸発した仮止め剤成分が存在していた部分では、早期に還元処理が開始される一方、沸点の違いにより、全ての仮止め剤の成分が一度に蒸発しないので、比較的広い温度範囲にわたって仮止め効果を維持できる。
　そして、図９に示されるようにフラックスレスで半田接合がなされる。半田バンプ５４の溶融前に、仮止め剤５５を一部または全部を蒸発させてもよく、半田バンプ５４の溶融中に、仮止め剤５５を蒸発させてもよい。位置ずれ防止の観点からは、半田バンプ５４の溶融中になって初めて仮止め剤５５を蒸発させるのが望ましいが、早期に半田バンプ５４の表面をカルボン酸蒸気に触れるように露出させて十分に還元処理する見地からは、半田バンプ５４の溶融前に、仮止め剤の一部または全部を蒸発させておくことが望ましい。具体的には、仮止め剤５５の少なくとも一部が蒸発して半田バンプ５４が露出され、この露出部分において酸化膜が還元除去される。なお、半田バンプ５４の溶融前に仮止め剤５５が完全に蒸発しても、位置ずれなく半田接合することができる。そして、基板５０ａ、５０ｂの温度が半田接合温度（たとえば、半田がＳｎ－３．５Ａｇの場合には、２３０℃～２５０℃程度）において、その部分で半田が溶融して半田付け（半田接合）がされる。仮止め剤５５が完全に蒸発して、半田バンプ５４が完全に露出させて還元処理がなされて半田を十分に溶融させることによって半田接合が完全に完了すると、半田付け処理（リフロー）が完了する。仮止め剤５５によって、大きな位置ずれを防止できれば、後は、半田の表面張力の作用によって、セルフアライメント（自己整合）されて、位置ずれが修正される。半田５４の溶融中に仮止め剤５５を蒸発させる場合には、半田５４の溶融による半田付け効果が生じるまで仮止め効果を維持できる。また、半田５４の溶融前に仮止め剤５５を蒸発させる場合にも、仮止め剤５５が完全に蒸発して仮止め効果が無くなってから半田付け処理が完了するまでの間の時間が短くなるので、基板５０ａ、５０ｂの位置ずれが防止または軽減される。
　半田付け処理（リフロー）後は、基板温度の降温が開始されるとともに、排気ポンプ３９によってカルボン酸蒸気が排気される。カルボン酸回収部（回収機構）４０は、気化したカルボン酸を回収する。その後は、窒素供給管４１から導入される窒素などのガスによりチャンバ３１内部を置換（パージ）した後、半田接合が完了した接合構造体、つまり、半田接合済み基板５０が取り出される。
　次に、図１０に示されるように、半田接合段階後、取り出された半田接合済み基板５０に対して、複数の基板５０ａと基板５０ｂの間にアンダーフィル樹脂５６を充填する。これは、半田接合済み基板５０の貼り付け強度を高めるとともに保護するためである。このときに、基板５０ａと５０ｂとの間の有機剤（仮止め剤）は既に蒸発しており除去されている。したがって、フラックスを用いた通常の半田接合の場合と異なり、基板５０ａと５０ｂとの間には有機剤が実質的に存在せずに、洗浄しても残渣が残らない。この結果、基板間にアンダーフィル樹脂を充填する工程において、残渣によってアンダーフィル樹脂が十分に充填できずにボイドと呼ばれる空隙が生じてしまう事態が防止される。また、基板間に有機剤（仮止め剤）が残っておらず、仮に微量の仮止め剤が残留していたとしても、仮止め剤が、ロジン系の還元性有機剤ではなく非還元性有機剤であるので、マイグレーションと呼ばれる絶縁不良の発生も防止される。
　後述する実施例に示すように、本実施形態の技術により、数十μｍ程度の直径およびピッチを持つ半田バンプが形成された基板の接合においても、２μｍ以下の位置ずれでフラックスレス半田接合することができる。
　以上のように、本発明の第１実施形態の接合構造体製造技術について説明したが、本発明はこの場合に限られず、適宜に変更することができる。
　たとえば、温度条件および真空度条件は、図７に示すものに限られない。たとえば、プロセス時間の短縮のためには、図７のように基板投入からリフローに至るまで基板温度を単純増加させることが望ましいが、これに限られない。たとえば、基板温度が半田接合温度に達する前に、基板温度を半田接合温度よりも５０～８０℃程度低い温度に一定時間の間、保持することにより還元処理を行ってもよい。また、ヒータ３３の温度を一定に保ったまま、このヒータ３３上に基板５０ａ、５０ｂを搬入搬出することによって基板の温度を制御するようにしてもよい。
　本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
　（１）有機剤５５は半田５４の溶融する前または半田５４の溶融中に蒸発するので、半田接合後に有機剤５５を除去するためのクリーニングが不要である。したがって、有機剤５５の残渣が残らないので、特に、基板５０ａの電極構造と基板５０ｂの電極構造とを半田接合する際に、マイグレーションやその他の汚染が生じない。また、アンダーフィル樹脂を隙間に充填する工程において、有機物の残渣によってアンダーフィル樹脂が十分に充填されずにボイドが生じてしまうことを防止することができる。
　（２）有機剤５５の残渣が残らないので、特に、半田バンプ５４の径および隣接半田バンプ間のピッチが数十μｍ以下、特に、数μｍ以下の微細構造を持つ基板の半田接合にも用いることができる。
　（３）特に、有機剤として、非還元性の有機剤である仮止め剤５５を用いて、フラックスレスで半田接合する。したがって、フラックスレスの半田接合でありながら、仮止め剤５５により保持力（スタック力）を基板に与えることができ、位置ずれを防止できる。また、万が一に、微量の仮止め剤が残存しても、フラックス剤の場合と異なり、マイグレーションやその他の汚染が生じない。
　（４）特に、カルボン酸蒸気による半田５４の酸化膜の還元処理に先立ってまたは当該還元処理と並行して仮止め剤を蒸発させるので、仮止め剤５５が徐々に蒸発するにしたがって、半田バンプ５４が徐々にカルボン酸蒸気に露出される。したがって、仮止め剤５５が、基板５０ａ、５０ｂの位置ずれを防止しつつ、カルボン酸蒸気による還元処理を阻害することがない。なお、半田バンプ５４の溶融前に仮止め剤５５が完全に蒸発しても、位置ずれなく半田接合することができる。つまり、基板の搬入時における位置ずれが防止され、半田バンプ５４が溶融することによる半田の表面張力の作用によって、セルフアライメント（自己整合）されて、位置ずれが修正される。
　（５）仮止め剤５５が蒸発しやすいように、チャンバ３１内の真空度を一時的に高めることによって、微細構造（５２、５３、５４）を持つ基板５０ａ、５０ｂに挟まれている仮止め剤５５が、より蒸発しやすくなる。
　（６）仮止め剤５５は、圧力１×１０２乃至１×１０５Ｐａのいずれかの圧力において、１００℃乃至３５０℃の沸点を有するので、還元処理の時点あるいは還元処理の直前まで仮止め剤５５が残存して保持力を与える一方、還元処理を阻害しない。
　（７）仮止め剤５５は、イソボルニルシクロヘキサノール、ターピネオール、およびプロピレングリコールフェニル・エーテルから選ばれた少なくとも１つの非還元性の有機剤であるので、還元処理の時点あるいは還元処理の直前まで仮止め剤が残存して保持力を与える一方、還元処理を阻害しない。また、マイグレーションやその他の汚染の原因なる物質を含まない。さらに、粘度が適当であり、十分な保持力（スタック力）を与えることができる。
　（８）仮止め剤５５が、互いに沸点の異なる複数種類の非還元性の有機剤を含む場合には、少なくとも一部の仮止め剤成分が他の仮止め剤成分よりも早く蒸発することによって、この蒸発した仮止め剤成分が存在していた部分では、早期に還元処理が開始させることができる。一方、一度に仮止め剤が全て蒸発しないので、比較的広い温度範囲にわたって仮止め効果を維持できることにより、位置ずれの防止効果が高まる。
　（９）仮止め剤５５は、粘度１×１０２乃至１×１０５ｍＰａ・ｓになるように粘度調整剤により希釈されているので、粘度が高すぎて塗布できないということを防止しつつ、粘度が低すぎて基板の保持力が小さすぎるということを防止できる。
　（１０）特に、直径が１００μｍ以下の半田バンプ５４が、隣接のバンプ間のピッチ間隔が１５０μｍ以下で配置されているような基板の接合において有用である。
　（１１）本実施形態では、半田バンプ５４を用いるタイプであるにもかかわらず、カルボン酸蒸気により十分に酸化膜を還元することができるので、一対の基板５０ａ、５０ｂのうちの一枚ついては、バリア層５３および半田バンプ５４を省略し、カッパーポスト（銅でできた第２突起部）５２のみを形成し、直接的に半田接合することができる。これにより、基板５０ｂの製造負担を軽減することができる。
　（１２）本実施形態では、仮止め剤５５が、基板５０上に、面状に塗布されるので、仮止め剤５５の量が多くなり、保持力（スタック力）は高まる。
　＜第２実施の形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記の第１実施形態では、仮止め剤を基板上に面状に塗布する場合を説明した。しかしながら、第２実施形態では、複数の箇所においてスポット状に仮止め剤が塗布される。この点を除いて、本実施形態の接合構造体製造技術は、第１実施形態の場合と同様であるので、第１実施形態にける部材と同様の部材には、本実施形態においても同じ部材番号を用いて示すとともに、詳しい説明を省略する。
　本実施形態では、図１に示される仮止め装置２０において、ディスペンサ２１は、半田バンプなど半田が形成された基板面に、非還元性の有機剤である仮止め剤を離散的にスポット状に塗布する。
　図１１に、仮止め剤５５を離散的にスポット状に塗布した場合の一例を示す。図１１（ａ）は、基板５０ａの上面図であり、図１１（ｂ）は、基板５０ａ、５０ｂを仮止めした状態を示している。
　図１１に示される場合では、矩形状の基板（チップ）の４隅に、それぞれスポット状に仮止め剤５５が塗布されている。フラックスを塗布する場合には、フラックスによる半田表面の酸化膜の還元除去を主目的としている関係上、フラックスを半田表面に接するように塗布せざるを得ない。しかしながら、本実施形態においては、半田５４表面の酸化膜の還元はカルボン酸蒸気によって行うため、仮止め剤５５は、単に基板間に保持力（スタック力）を与えるものであれば足りる。したがって、仮止め剤５５を半田５４表面に接するように塗布する必要はない。したがって、図１１に示されるように、半田５４表面に接しないように仮止め剤５５を塗布してもよい。
　なお、仮止め剤５５の種類、温度条件、真空度条件、カルボン酸ガス、半田バンプ径およびピッチサイズなどは、第１実施形態の場合と同様である。
　このような仮止め剤５５を離散的にスポット状に塗布した場合でも、基板５０ａ、５０ｂの位置ずれを抑えてフラックスフリーで半田接合できる。しかも、仮止め剤５５を離散的にスポット状に塗布するので、仮止め剤５５を蒸発させやすい。特に、半田表面に接しないように仮止め剤５５を塗布することができるので、隣接する半田バンプ５４間の隙間に仮止め剤５５が入り込むことがなくなり、蒸発除去しやすい。
　さらに、半田バンプ５４の位置が電極構造（カッパーポスト、バリア層、相手方基板の半田バンプなど）の位置から逸脱することを仮止めの作用により防止できれば、小さな位置ずれが生じたとしても、半田バンプ５４が溶融することによる半田の表面張力の作用によって、セルフアライメント（自己整合）されて、位置ずれが修正される。特に、仮止め剤５４の量が少ない本実施形態では、セルフアライメントの効果が高い。
　なお、上記の説明では、スポット状（点状）に仮止め剤５５を塗布する場合を説明したが、本実施形態は、この場合に限られず、ライン状（線状）に仮止め剤５５を塗布することもできる。また、複数の箇所に離散的に塗布するのではなく、１点のスポット状または１本のライン状に仮止め剤５５を塗布することもできる。
　本実施形態によっても、上記の第１実施形態における（１）～（１２）の効果に加えて、次の効果が得られる。
　（１３）十分な保持力（スタック力）を基板に与えることができるとともに、仮止め剤を離散的にスポット状に塗布するので仮止め剤を蒸発させやすい。
　（１４）特に、半田表面に接しないように仮止め剤を塗布する場合には、半田バンプ同士の隙間に仮止め剤が入り込むことがなくなり、蒸発除去しやすい。
　＜第３実施形態＞
　上記の第１、第２実施形態においては、仮止め剤５５として、フラックスではない有機剤、つまり、非還元性の有機剤である仮止め剤を基板に塗布して基板間を仮止めする場合を説明した。
　確かに、仮に微量の仮止め剤５５が蒸発しきれずに残存した場合であってもマイグレーションやその他の汚染が生じないという意味では、仮止め剤５５として、フラックス剤ではなく非還元性の有機剤を用いることが望ましいが、本発明は、この場合に限られない。
　つまり、本発明によれば、有機剤を介して複数の被接合部材間を仮止めした上で、半田の溶融する前に有機剤を蒸発させてしまうので、仮に有機剤としてフラックス剤を用いたとしても、半田接合後に、溶液洗浄やイオンエッチングなどのクリーニング処理によってフラックスを除去する工程が不要となる。したがって、たとえば、半田バンプ５４の直径や隣接する半田バンプ間のピッチ間隔が数十μｍレベル以下の場合であっても、フラックスが除去しにくいという問題を気にする必要がなくなる。このため本発明によれば、仮に、フラックス剤を用いたとしても、半田接合後にフラックス残渣が生じないので、マイグレーションと呼ばれる絶縁不良の発生を防止することができる。また、最終的に基板間にアンダーフィル樹脂５６を充填する工程において、フラックス残渣によってアンダーフィル樹脂５６が十分に充填できずにボイドと呼ばれる空隙が生じてしまうことも防止できる。
　以上のように、本発明によれば、複数の基板５０ａ、５０ｂの間に挟まれるように有機剤を塗布して、当該有機剤を介して複数の基板間を仮止めし、仮止めされた複数の被接合部材を加熱し、半田の溶融する前または半田の溶融中に有機剤を蒸発させて、チャンバ３１内で半田を溶融して当該半田を介して複数の基板間を半田接合するものである限り、広く応用できる。
　＜第４実施形態＞
　次に本発明の第４実施形態について説明する。
　上記の第１～第３実施形態では、基板接合技術について説明したが、本発明は、半田成形の技術にも応用することができる。つまり、本実施形態は、半田材５４ｂが付着した部材である基板５０ａ上に半田バンプを形成する加熱溶融処理方法に関する。
　基板５０ａ（部材）上に半田材５４ｂを付着させるとともに、基板５０ａの表面に有機剤である仮止め剤５５を塗布して、仮止め剤（有機剤）５５を介して半田材５４ｂの位置を仮止めする。そして、半田材５４ｂの溶融する前または半田材５４ｂの溶融中に仮止め剤５５を蒸発させる。そして、半田材５４ｂを溶融して半田バンプ５４を成形する。この場合も、半田材５４ｂの位置ずれが防止される。
　このような処理のためには、加熱溶融処理システムが提供される。このシステムは、図１のシステムと同様である。半田材５４ｂが付着した部材を加熱して半田材５４ｂを加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理システムである。そして、部材上に半田材５４ｂを付着させるとともに、半田材５４ｂを仮止めするために部材の表面に有機剤を塗布する仮止め装置２０と、仮止め剤を介して半田材が仮止めされた部材を加熱する加熱手段（半田溶融装置３０）と、前記部材に対してカルボン酸蒸気を供給する供給手段と、を有し、加熱手段は、前記半田材の溶融する前または前記半田材の溶融中に前記仮止め剤を蒸発させる一方、前記カルボン酸蒸気を含む雰囲気中においてフラックスレスで半田を成形するために前記部材を加熱する。
　なお、以上の点を除いて、第１～第３実施形態の場合と同様であるので、詳しい説明を省略する。
　＜実施例＞
　＜第１実施例＞
　シリコン基板（５ｍｍ角、２５ｍｍ角）に、銅製のカッパーポスト５２と、カッパーポスト５２上のバリア層（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）５３と、バリア層５３上に形成されたＳｎ－Ａｇ半田バンプ５４とが形成された基板５０ａ、５０ｂを用意した。上記の基板５０ａ、５０ｂは、一対用意した。なお、半田バンプ５４の直径が１００ミクロンであり、隣接する半田バンプ間のピッチ（中心間の距離）が２５０ミクロンのものを用いた。
　イソボルニルシクロヘキサノールを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で薄めて仮止め剤を製造した。このとき、粘度調整剤の割合は０重量％、３０重量％、５０重量％、７０重量％、９０重量％とした場合で、それぞれ実施した。一対の上記基板５０ａ、５０ｂに対して、仮止め剤５５を面状に塗布した。そして、図７に示されるプロセス条件において、ギ酸雰囲気中で還元処理して、フラックスレスで半田接合した。
　この結果、基板５０ａ、５０ｂには位置ずれがなく、良好に半田接合された。
　一方、比較例として、窒素雰囲気中で処理した場合には、位置ずれはなかったが、半田の接合部分が良好に成形されなかった。
　＜第２実施例＞
　半田バンプ５４の直径が２０ミクロンであり、隣接する半田バンプ間のピッチ（中心間の距離）が４０ミクロンのものを用いた。その他の条件は、上記第１実施例と同様とした。この場合も、基板５０ａ、５０ｂの位置ずれは、２μｍ以下となっており、良好に半田接合された。
　＜第３実施例＞
　上記の第１実施例と同じ基板において、ターピネオールを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で薄めて製造した仮止め剤を用いて仮止めした。粘度調整剤の割合は０重量％、３０重量％、５０重量％、７０重量％、９０重量％とした場合で、それぞれ実施した。この場合も、第１実施例と同様に、位置ずれが少なく、良好に半田接合された。ただし、収率は、第１実施例の場合と比べて若干低下した。
　＜第４実施例＞
　上記の第２実施例と同じ基板において、ターピネオールを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で薄めて製造した仮止め剤を用いて仮止めした。この場合も、第２実施例と同様に、位置ずれが少なく、良好に半田接合された。ただし、収率は、第２実施例の場合と比べて悪かった。
　＜第５実施例＞
　上記の第１実施例と同じ基板において、プロピレングリコールフェニル・エーテルを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で薄めて製造した仮止め剤を用いて仮止めした。粘度調整剤の割合は０重量％、３０重量％、５０重量％、７０重量％、９０重量％とした場合で、それぞれ実施した。この場合も、位置ずれが少なく、良好に半田接合された。ただし、収率は、第１実施例および第３実施例の場合と比べて悪かった。
　＜第６実施例＞
　上記の第２実施例と同じ基板において、プロピレングリコールフェニル・エーテルを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で薄めて製造した仮止め剤を用いて仮止めした。この場合も、第２実施例と同様に、位置ずれが少なく、良好に半田接合された。ただし、収率は、第２実施例および第４実施例の場合と比べて悪かった。
　＜第７実施例＞
　上記の第１実施例と同じ基板において、同じ仮止め剤を４箇所（４点）において、スポット状に離散的に塗布した。このとき、仮止め剤による仮止め作用により位置ずれを軽減して、半田接合することができた。なお、本実施例においては、半田接合前の時点で、基板５０ａ、５０ｂ間に２０μｍ程度の小さな位置ずれを生じさせたサンプルでも実験してみたが、仮止め作用により大きな位置ずれを防止することができれば、半田バンプ５４が溶融することによる半田の表面張力の作用によって、セルフアライメント（自己整合）されて、位置ずれが解消した。したがって、実用的には、仮止め剤を離散的に塗布するによっても、複数の基板同士を半田接合して半田付け基板を製造する際に、クリーニング処理を省略できるにもかかわらず、複数の基板間の位置ずれを軽減できることがわかった。
　＜第８実施例＞
　上記の第２実施例と同じ基板において、同じ仮止め剤を４箇所において、スポット状に離散的に塗布した。この場合も、複数の基板間の位置ずれを軽減できた。
　＜第９実施例＞
　第１実施例と同じ基板において、ターピネオールを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で０％～９０重量％に薄めて製造した仮止め剤を、４箇所でスポット状に離散的に塗布した。また、第２実施例と同じ基板においても、同様に、仮止め剤を、４箇所でスポット状に離散的に塗布した。これらにおいても、複数の基板間の位置ずれを軽減でき、実用できる水準であった。
　＜第１０実施例＞
　第１実施例と同じ基板において、プロピレングリコールフェニル・エーテルを粘度調整剤（２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール）で０～９０重量％に薄めて製造した仮止め剤を、４箇所でスポット状に離散的に塗布した。また、第２実施例と同じ基板においても、同様に、仮止め剤を、４箇所でスポット状に離散的に塗布した。これらにおいても、複数の基板間の位置ずれを軽減でき、実用できる水準であった。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらの場合に限られず、特許請求の範囲から逸脱しない範囲で追加、削除、変更などが可能である。上記の説明では、接合構造体として、一対の半導体基板を例にとって説明したが、本発明が対象としている接合構造体には、各種の半田接合済み基板、半田接合済みチップ（フリップチップボンディング済みチップなど）、基板とチップとを接合したものなどが含まれることはもちろんである。また、上記の説明では、主として、半田として半田バンプを用いるものを説明したが、本発明は、この場合に限られない。
　本出願は、２０１０年６月２８日に出願された日本特許出願番号２０１０－１４６３３７号、２０１０年７月２３日に出願された日本特許出願番号２０１０－１６６４４８号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
　　１　　接合構造体製造システム、
　　２０　　仮止め装置、
　　２１　　ディスペンサ、
　　２２　　アライメント機構、
　　３０　　半田溶融装置、
　　３１　　チャンバ、
　　３２　　カルボン酸の供給部、
　　３３　　ヒータ、
　　３４　　供給系、
　　３５　　バルブ、
　　３６　　密閉容器、
　　３７　　バルブ、
　　３８　　キャリアガス供給管、
　　３９　　排気ポンプ、
　　４０　　カルボン酸回収部、
　　４１　　窒素供給管、
　　４２　　バルブ、
　　５０（５０ａ、５０ｂ）　　半導体基板、
　　５１　　半導体基板本体、
　　５２　　カッパーポスト（第１突起部）、
　　５３　　バリア層、
　　５４　　半田バンプ、
　　５５　　仮止め剤、
　　５６　　アンダーフィル樹脂。

Claims (25)

  1. 　加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合して接合構造体を製造する接合構造体製造方法において、
    　前記複数の被接合部材の少なくとも一方に加熱溶融材が形成された被接合部材を準備する段階と、
    　前記複数の被接合部材が互いに対向する面上に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して複数の被接合部材間を仮止めする仮止め段階と、
    　前記加熱溶融材を溶融して当該加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合する接合段階と、
    　前記接合段階の前または後に、前記有機剤を加熱により蒸発させる蒸発段階と、を有することを特徴とする接合構造体製造方法。
  2. 　加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合して接合構造体を製造する接合構造体製造方法において、
    　前記複数の被接合部材の少なくとも一方に加熱溶融材が形成された被接合部材を準備する段階と、
    　前記複数の被接合部材が互いに対向する面上に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して複数の被接合部材間を仮止めする仮止め段階と、
    　仮止めされた複数の被接合部材を加熱して、前記加熱溶融材の溶融する前または前記加熱溶融材の溶融中に前記有機剤を蒸発させる蒸発段階と、
    　前記加熱溶融材を溶融して当該加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合する接合段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の接合構造体製造方法。
  3. 　前記加熱溶融材は、半田材または共晶接合材であり、前記接合段階は、複数の被接合部材間を半田接合または共晶接合することを特徴とする請求項２に記載の接合構造体製造方法。
  4. 　前記接合段階は、前記複数の被接合部材のうちの一方の被接合部材に設けられた電極構造と、他方の被接合部材に設けられた電極構造とを電気的に接続することを特徴とする２または３に記載の接合構造体製造方法。
  5. 　前記加熱溶融材を全て蒸発させた後に、前記接合段階において前記加熱溶融材を溶融することを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  6. 　前記仮止め段階は、前記有機剤として非還元性の有機剤である仮止め剤を塗布するものであり、
    　前記接合段階は、カルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱処理し、フラックスレスで半田接合または共晶接合するものである、ことを特徴とする請求項５に記載の接合構造体製造方法。
  7. 　チャンバ中に前記カルボン酸蒸気を供給する供給段階を有し、
    　前記接合段階は、前記チャンバ内で行われることを特徴とする請求項６に記載の接合構造体製造方法。
  8. 　前記接合段階に先立って前記カルボン酸蒸気を供給し、
    　前記蒸発段階は、前記カルボン酸蒸気による前記加熱溶融材の酸化膜の還元処理に先立ってまたは当該還元処理と並行して前記仮止め剤を蒸発させる、ことを特徴とする請求項５または６に記載の接合構造体製造方法。
  9. 　前記蒸発段階は、前記加熱溶融材の溶融する前に前記有機剤を蒸発させることを特徴とする請求項６～８のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  10. 　前記接合段階の後に、前記有機剤を洗浄除去する作業をすることなく前記複数の被接合部材間にアンダーフィル樹脂を充填することを特徴とする請求項５～９のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  11. 　前記蒸発段階では、前記仮止め剤が蒸発しやすいように、前記チャンバ内の真空度を一時的に高めることを特徴とする請求項６～１０のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  12. 　前記仮止め剤は、圧力１×１０２乃至１×１０５Ｐａのいずれかの圧力において、１００℃乃至３５０℃の沸点を有することを特徴とする請求項６～１１のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  13. 　前記仮止め剤は、イソボルニルシクロヘキサノール、ターピネオール、およびプロピレングリコールフェニル・エーテルから選ばれた少なくとも１つの非還元性の有機剤であることを特徴とする請求項６～１２のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  14. 　前記仮止め剤は、互いに沸点の異なる複数種類の非還元性の有機剤を含むことを特徴とする請求項６～１３のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  15. 　前記仮止め剤は、粘度１×１０２乃至１×１０５ｍＰａ・ｓになるように粘度調整剤により希釈されていることを特徴とする請求項６～１４のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  16. 　前記複数の被接合部材の少なくとも一方に形成された半田は、直径が１００μｍ以下の半田バンプであり、隣接する半田バンプ間のピッチ間隔が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６～１５のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  17. 　前記仮止め段階は、前記被接合部材上にスポット状またはライン状に前記仮止め剤が塗布されることを特徴とする請求項６～１６のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  18. 　前記仮止め段階は、前記被接合部材上に、複数の箇所に離散して前記仮止め剤が塗布されることを特徴とする請求項１７に記載の接合構造体製造方法。
  19. 　前記仮止め剤は、前記半田の表面から離隔されて前記被接合部材上に塗布されることを特徴とする請求項１７または１８に記載の接合構造体製造方法。
  20. 　前記仮止め段階は、前記被接合部材上に、面状に前記仮止め剤が塗布されることを特徴とする請求項６～１６のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  21. 　前記複数の被接合部材の一方に設けられた電極構造は、第１電極層と、前記第１電極部上に形成されたバリア層と、前記バリア層上に形成された半田バンプとからなり、
    　前記複数の被接合部材の他方に設けられた電極構造は、第２電極層とからなり、
    　半田接合によって、前記半田バンプと前記第２電極層とが接合されることを特徴とする請求項６～２０のいずれか１項に記載の接合構造体製造方法。
  22. 　加熱溶融材を介して複数の被接合部材間を接合して接合構造体を製造する接合構造体製造システムにおいて、
    　前記複数の被接合部材の少なくとも一方に加熱溶融材が形成された被接合部材に非還元性の有機剤である仮止め剤を塗布する塗布手段と、
    　前記仮止め剤を介して積層された状態で仮止めされた前記複数の被接合部材を加熱する加熱手段と、
    　前記複数の被接合部材に対してカルボン酸蒸気を供給する供給手段と、を有し、
    　前記加熱手段は、前記加熱溶融材の溶融する前または前記加熱溶融材の溶融中に前記仮止め剤を蒸発させる一方、前記カルボン酸蒸気を含む雰囲気中においてフラックスレスで接合するために前記被接合部材を加熱することを特徴とする接合構造体製造システム。
  23. 　半田材が付着した部材を加熱して半田材を加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理方法であって、
    　前記部材上に半田材を付着させるとともに、部材の表面に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して前記半田材の位置を仮止めする仮止め段階と、
    　前記加熱溶融材の溶融する前または前記加熱溶融材の溶融中に前記有機剤を蒸発させる蒸発段階と、
    　前記加熱溶融材を溶融して半田を成形する成形段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱溶融処理方法。
  24. 　半田材が付着した部材を加熱して半田材を加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理方法であって、
    　前記部材上に半田材を付着させるとともに、部材の表面に有機剤を塗布して、当該有機剤を介して前記半田材を仮止めする仮止め段階と、
    　前記半田材の溶融する前または前記半田材の溶融中に前記有機剤を蒸発させる蒸発段階と、
    　前記半田材を溶融して半田を成形する成形段階と、を有することを特徴とする加熱溶融処理方法。
  25. 　半田材が付着した部材を加熱して半田材を加熱溶融処理して半田を成形する加熱溶融処理システムにおいて
    　前記部材上に半田材を付着させるとともに、半田材を仮止めするために部材の表面に有機剤を塗布する塗布手段と、
    　前記仮止め剤を介して半田材が仮止めされた部材を加熱する加熱手段と、
    　前記部材に対してカルボン酸蒸気を供給する供給手段と、を有し、
    　前記加熱手段は、前記半田材の溶融する前または前記半田材の溶融中に前記仮止め剤を蒸発させる一方、前記カルボン酸蒸気を含む雰囲気中においてフラックスレスで半田を成形するために前記部材を加熱することを特徴とする加熱溶融処理システム。
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