接合システムおよび接合方法
【課題】両被接合物の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、両被接合物の接合強度を良好に確保することが可能な接合技術を提供する。
【解決手段】この接合システムは、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される接合部分ＰＴ１とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される接合部分ＰＴ２とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物９１，９２を接合する。当該接合システムは、２つの被接合物９１，９２の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行い、その後、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士を接触させ且つ２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ２同士を接触させた状態で２つの被接合物９１，９２を加圧し接合する。
【解決手段】この接合システムは、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される接合部分ＰＴ１とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される接合部分ＰＴ２とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物９１，９２を接合する。当該接合システムは、２つの被接合物９１，９２の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行い、その後、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士を接触させ且つ２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ２同士を接触させた状態で２つの被接合物９１，９２を加圧し接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの被接合物を接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、２つの物体のうち一方の物体に設けられたＡｕ（金）バンプと他方の物体に設けられたＡｕ（金）パッドとを接合する技術が存在する。これにより、２つの物体の相互間において電気的接続が実現される（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようにＡｕ（金）バンプとＡｕ（金）パッドとを接合することのみによって２つの物体を接合する場合には、必ずしも十分な強度を得ることができない。
【０００５】
そのため、上記特許文献１においては、Ａｕ（金）バンプとＡｕ（金）パッドとが接合されるとともに樹脂層（アンダーフィル樹脂層あるいは接着剤層）が設けられることによって、接合後の強度が確保されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、樹脂層を設けることを要するなどの問題が存在する。
【０００７】
また、このような状況は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合等においても同様に生じる。
【０００８】
そこで、この発明は、両被接合物の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、両被接合物の接合強度を良好に確保することが可能な接合技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う第１の表面活性化処理手段と、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合手段と、を備える接合システムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合システムにおいて、前記２つの被接合物は、第１の被接合物と第２の被接合物とを有し、前記第１の被接合物の前記第１の接合部分における第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第１の接合部分における第２の基準面からの接合方向の厚さとの和は、前記第１の被接合物の前記第２の接合部分における前記第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第２の接合部分における前記第２の基準面からの接合方向の厚さとの和よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る接合システムにおいて、前記接合手段は、前記２つの被接合物を１８０℃以下の温度にまで昇温した状態で、当該２つの被接合物を接合することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理は、酸素プラズマを用いて実行されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理は、窒素ラジカルをも用いて実行されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理の前に、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理を前記各接合表面に対して施す第３の表面活性化処理手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る接合システムにおいて、前記物理的な表面活性化処理は、Ａｒ（アルゴン）プラズマによる表面活性化処理を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う表面活性化処理装置と、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合装置と、前記表面活性化処理装置で前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を前記接合装置に大気搬送する搬送装置と、を備える接合システムであることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｂ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で、前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備える接合方法であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｂ）前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を接合装置へと大気搬送するステップと、ｃ）前記接合装置において、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備える接合方法であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第１の接合部分に対して物理的な表面活性化処理を行うステップと、ｂ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第２の接合部分に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｃ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備え、前記ステップｃ）における接合時の両被接合物における面平均接合圧力は、１５０ＭＰａ（メガパスカル）よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし請求項１１に記載の発明によれば、両被接合物の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、２つの被接合物に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、第１の接合部分での接合方向厚さの合計値は第２の接合部分での接合方向厚さの合計値よりも大きいので、第１の接合部分には、比較的大きな接合圧力（接触圧）が作用する。そのため、第１の接合部分において強固な接合を得ることができる。また、第２の接合部分は比較的小さな接合圧力でも良好に接合される。このように、２つの接合部分において適宜に荷重を分散させることによって、総合的に比較的小さな力で２つの被接合物を適切に接合することが可能である。
【００２２】
また特に、請求項８および請求項１０に記載の発明によれば、親水化処理が施された２つの被接合物が接合装置に大気搬送されるので、大気搬送後の当該接合装置において効率的に接合動作を実行することが可能である。
【００２３】
また特に、請求項１１に記載の発明によれば、比較的低い接合圧力での接合が可能であり、良好な接合強度を比較的容易に実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】接合装置（接合システム）を示す図である。
【図２】接合装置を示す図である。
【図３】上下２つの被接合物の詳細構成を示す断面図である。
【図４】上側の被接合物に対してＡｒプラズマ処理が施される様子を示す断面図である。
【図５】下側の被接合物に対してＡｒプラズマ処理が施される様子を示す断面図である。
【図６】上側の被接合物に対して親水化処理等が施された様子を示す断面図である。
【図７】下側の被接合物に対して親水化処理等が施された様子を示す断面図である。
【図８】両被接合物の接触開始状態を示す図である。
【図９】両被接合物が２つの接合部分の双方にて接触している様子を示す図である。
【図１０】Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合を示す図である。
【図１１】実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図１２】Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１３】Ｓｉ−Ｓｉの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１４】Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１５】Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１６】変形例に係る接合システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜１．装置概要＞
図１および図２は、本発明の実施形態に係る接合装置（接合システムとも称される）１を示す縦断面図である。当該接合装置１は、２つの両被接合物９１，９２を接合する装置である。なお、図１および図２においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。
【００２７】
接合装置１は、減圧下のチャンバ（真空チャンバ）２内で、被接合物９１と被接合物９２とを対向させて加圧および加熱し、両被接合物９１，９２を接合する装置である。
【００２８】
また、当該接合装置１は、２つの被接合物９１，９２を接合する前に、当該両被接合物９１，９２の表面を活性化させる表面活性化処理（後述）をも行う。そのため、この接合装置１は、表面活性化装置であるとも表現される。
【００２９】
この接合装置１は、両被接合物９１，９２の処理空間である真空チャンバ２を備える。真空チャンバ２は、排気管６と排気弁７とを介して真空ポンプ５に接続されている。真空ポンプ５の吸引動作に応じて真空チャンバ２内の圧力が低減（減圧）されることによって、真空チャンバ２は真空状態にされる。また、排気弁７は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ２内の真空度を調整することができる。
【００３０】
また、真空チャンバ２には、吸気管３と吸気弁４ａとガス切換弁４ｂとが接続されている。吸気弁４ａを開放するとともにガス切換弁４ｂを用いて複数の供給元を切り換えることによって、複数の種類のガス（たとえば、アルゴンガス、酸素ガス、水ガス等）が吸気管３を通じて選択的に真空チャンバ２に供給される。
【００３１】
また、両被接合物９１，９２のうち上側の被接合物９２は、ヘッド２２（より詳細にはその先端部に設けられた静電チャックあるいは機械式チャック等）によって保持される。同様に、下側の被接合物９１は、当該ステージ１２（より詳細にはその先端部に設けられた静電チャックあるいは機械式チャック等）によって保持される。
【００３２】
ステージ１２に保持された被接合物９１はステージ１２内の下部電極１２ｄに電気的に接続されている。真空チャンバ２がアルゴンガスで満たされた状態において、当該下部電極１２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９１の接合表面がアルゴンイオンによりエッチングされて洗浄され表面活性化される。すなわち、アルゴンを用いたプラズマ処理（後述）が施される。同様に、ヘッド２２に保持された被接合物９２はヘッド２２内の上部電極２２ｄに電気的に接続されている。真空チャンバ２がアルゴンガスで満たされた状態において、当該上部電極２２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９２の接合表面がアルゴンイオンによりエッチングされて洗浄され表面活性化される。
【００３３】
また、当該各電極１２ｄ，２２ｄは、酸素プラズマによる親水化処理（後述）にも用いられる。具体的には、真空チャンバ２が酸素ガスで満たされた状態において、下部電極１２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９１の接合表面が酸素イオンにより洗浄されるとともに表面活性化される。同様に、上部電極２２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９２の接合表面が酸素イオンにより洗浄されるとともに表面活性化される。詳細には、酸素プラズマ中の酸素イオンが両被接合物９１，９２の接合表面に向かって比較的強い衝突力で衝突することにより、両被接合物９１，９２の表面層が酸素イオンと入れ替わってＯＨ基が付着しやすい状態となる。このようにして、両被接合物９１，９２の接合表面は酸素イオン等によって親水化処理され、ＯＨ基で表面活性化される。
【００３４】
また、ヘッド２２は、当該ヘッド２２に内蔵されたヒータ２２ｈによって加熱され、ヘッド２２に保持された被接合物９２の温度を調整することができる。同様に、ステージ１２は、当該ステージ１２に内蔵されたヒータ１２ｈによって加熱され、ステージ１２上の被接合物９１の温度を調整することができる。また、ヘッド２２は、当該ヘッド２２に内蔵された空冷式の冷却装置等によって当該ヘッド２２自身を室温付近にまで急速に冷却することもできる。ステージ１２も同様である。
【００３５】
これらのヘッド２２およびステージ１２は、いずれも、真空チャンバ２内において、移動可能に設置されている。
【００３６】
ステージ１２は、スライド移動機構１４（図２参照）によってＸ方向に移動（並進移動）可能である。ステージ１２は、図２における比較的左側の待機位置（位置ＰＧ１付近）と比較的右側の接合位置（ヘッド２２直下の位置ＰＧ２付近）との間でＸ方向において移動する。スライド移動機構１４は高精度の位置検出器（リニアスケール）を有しており、ステージ１２は高精度に位置決めされる。
【００３７】
ヘッド２２は、アライメントテーブル２３によってＸ方向およびＹ方向（水平平面に平行な２つの並進方向）に移動（並進移動）されるとともに、回転駆動機構２５によってθ方向（Ｚ軸に平行な軸周りの回転方向）に回転される。ヘッド２２は、位置認識部２８による位置検出結果等に基づいてアライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向におけるアライメント動作が実行される。このように、鉛直方向（Ｚ方向）に垂直な平面に沿った各方向（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）（端的に言えば水平方向）において、ステージ１２とヘッド２２とが相対的に移動することによって、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２とが水平方向においてアライメントされる。
【００３８】
また、接合装置１は、被接合物９１，９２の水平位置（詳細にはＸ，Ｙ，θ）を認識する位置認識部２８を備えている。上述のアライメント動作は、位置認識部２８による位置認識結果等に基づいて実行される。
【００３９】
さらに、ヘッド２２は、Ｚ軸昇降駆動機構２６によってＺ方向に移動（昇降）される。ステージ１２とヘッド２２とがＺ方向に相対的に移動することによって、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２とが接触し加圧されて接合される。なお、Ｚ軸昇降駆動機構２６は、複数の圧力検出センサ（ロードセル等）２９，３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）により検出された信号に基づいて、接合時の加圧力を制御することも可能である。
【００４０】
＜２．被接合物＞
図３は、この実施形態における接合対象である両被接合物９１，９２の詳細構成を示す断面図である。なお、図３等においては、図示の都合上、パッド９３およびバンプ９４（後述）が誇張して示されている。
【００４１】
両被接合物９１，９２は、ここでは半導体ウエハ（シリコンウエハ）である。
【００４２】
当該両被接合物９１，９２は、それぞれ、その接合表面に２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２を有する。
【００４３】
被接合物９１の接合部分ＰＴ１には、パッド（電極）９３が設けられており、被接合物９２の接合部分ＰＴ１には、バンプ（電極）９４が設けられている。パッド９３およびバンプ９４は、それぞれ、Ａｕ（金）で形成されている。換言すれば、被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１は、それぞれ、Ａｕ（金）で構成されている。パッド９３とバンプ９４とが接合されることによって、被接合物９１と被接合物９２とが電気的に接続される。すなわち、両被接合物９１，９２の相互間の電気的接続が実現される。
【００４４】
また、被接合物９１の接合部分ＰＴ２（部分９５とも称する）はＳｉ（シリコン）で構成されている。同様に、被接合物９２の接合部分ＰＴ２（部分９６とも称する）も、Ｓｉ（シリコン）で構成されている。部分９５と部分９６とが接合されることによって、両被接合物９１，９２が強固に接合される。
【００４５】
また、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、接合部分ＰＴ１には表面平滑化処理が施されていない。その結果、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２の表面粗さは、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１の表面粗さよりも小さい。たとえば、接合部分ＰＴ１の表面粗さ（Ｒａ）は百数十ｎｍ（ナノメートル）であり、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ（ナノメートル）である。このように両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士は、比較的小さな接合圧力で接合することが可能である。たとえば、０．０１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接合圧力を加えることによって、接合部分ＰＴ２同士は接合され得る。なお、もう一方の接合部分ＰＴ１同士は、たとえば、１５０ＭＰａ（メガパスカル）程度の接合圧力を加えることによって、良好に接合され得る。
【００４６】
なお、接合部分ＰＴ２の表面平滑化処理においては、例えば、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ（ナノメートル）以下となるように平滑化されることが好ましく、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ（ナノメートル）以下となるように平滑化されることがさらに好ましい。
【００４７】
また、平面視（上面視）における両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２の合計面積（総面積）ＳＴ２は、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１の合計面積（総面積）ＳＴ１よりも大きい。接合部分ＰＴ２の合計面積ＳＴ２は、接合部分ＰＴ１の合計面積ＳＴ１に比べて非常に大きく、例えば合計面積ＳＴ１の数百倍程度である。
【００４８】
また、パッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２よりも微少量ΔＨ（例えば、ΔＨ＝数μｍ（マイクロメートル）〜数十μｍ（マイクロメートル）程度）大きい（図３参照）。合計高さＨ１は、基準面Ｆ１からのパッド９３の高さ（接合方向厚さ）ｈ３と基準面Ｆ２からのバンプ９４の高さ（接合方向厚さ）ｈ４との合計値（Ｈ１＝ｈ３＋ｈ４）であり、合計高さＨ２は、基準面Ｆ１からの部分９５の高さｈ５（図３ではｈ５＝０）と基準面Ｆ２からの部分９６の高さｈ６との合計値（Ｈ２＝ｈ５＋ｈ６）である。ここで、合計高さＨ１は、接合部分ＰＴ１における２つの被接合物９１，９２の接合方向厚さｈ３，ｈ４の合計値（和）であるとも表現される。同様に、合計高さＨ２は、接合部分ＰＴ２における２つの被接合物９１，９２の接合方向厚さｈ５，ｈ５の合計値（和）であるとも表現される。また、厚さｈ３は、被接合物９１の接合部分ＰＴ１における基準面Ｆ１からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現され、厚さｈ４は、被接合物９２の接合部分ＰＴ１における基準面Ｆ２からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現される。同様に、厚さｈ５は、被接合物９１の接合部分ＰＴ２における基準面Ｆ１からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現され、厚さｈ６は、被接合物９２の接合部分ＰＴ２における基準面Ｆ２からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現される。
【００４９】
なお、バンプ９４として先鋭バンプが用いられる場合には、特に、当該先鋭バンプの先端部分が潰されて接合されるため、Ａｕ（金）の表面において新生面が表出し易く、良好な接合が実現され易い。また、この場合には、先鋭バンプの先端部の比較的大きな潰れ量を考慮して、値ΔＨは、比較的大きな値（例えば数十μｍ（マイクロメートル））に設定されることが好ましい。
【００５０】
＜３．動作＞
図１１は、この実施形態に係る動作を示すフローチャートである。図１１を参照しながら、この実施形態に係る動作について説明する。
【００５１】
まず、ステップＳ１１において、両被接合物９１，９２の接合表面に対して、エネルギー波による表面活性化処理が施される。ここでは、アルゴンプラズマ処理が行われる。
【００５２】
具体的には、接合装置１は、真空ポンプ５（図１参照）を動作させつつ排出弁７での排気流量と吸気弁４ａでの吸入流量とをコントロールすることによって、真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちながらプラズマ反応ガス（Ａｒ（アルゴン）ガス）で満たす。
【００５３】
そして、Ａｒ（アルゴン）ガスで満たされた真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちつつ、上部電極２２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加することによって、プラズマを発生させる（図４参照）。これにより、被接合物９２の接合表面にＡｒ（アルゴン）イオンが衝突し、被接合物９２の接合表面に付着した有機物等が除去されて被接合物９２の接合表面が洗浄され、被接合物９２の接合表面が活性化される。
【００５４】
同様に、Ａｒ（アルゴン）ガスで満たされた真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちつつ、下部電極１２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加することによって、プラズマを発生させる（図５参照）。これにより、被接合物９１の接合表面にＡｒ（アルゴン）イオンが衝突し、被接合物９１の接合表面に付着した有機物等が除去されて被接合物９１の接合表面が洗浄され、被接合物９１の接合表面が活性化される。
【００５５】
ステップＳ１１のアルゴンプラズマ処理が終了すると、真空チャンバ２内のアルゴンガスが排出され、ステップＳ１２に進む。
【００５６】
ステップＳ１２においては、両被接合物９１，９２の接合表面に対して、エネルギー波による親水化処理（ここでは、酸素プラズマを用いた親水化処理）が実行される。
【００５７】
具体的には、今度は（アルゴンガスではなく）酸素ガスを真空チャンバ２内に供給して上部電極２２ｄおよび下部電極１２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加して、酸素プラズマを発生させる。これにより、図６および図７に示すように、酸素プラズマによる親水化処理が両被接合物９１，９２の各接合部分ＰＴ２に対して施される。図６および図７の断面図には、酸素プラズマによる親水化処理が各接合部分ＰＴ２に施された結果、Ｓｉ（シリコン）表面にＯＨ基（水酸基）が付着している様子が示されている。これにより、後述するように、両被接合物９１，９２が接合される際には、その接合表面において、ＯＨ基同士の結合が実現され、さらにはＳｉ−０−Ｓｉの共有結合が実現される。
【００５８】
なお、「エネルギー波による親水化処理」とは、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム等のエネルギー波により、接合表面等にＯＨ基を付着させることにより、当該接合表面等を親水性にする処理である。
【００５９】
このようにして、両被接合物９１，９２の主に接合部分ＰＴ２に対して、親水化処理による表面活性化処理等が行われる。
【００６０】
また、ステップＳ１２においては、水ガスも供給され、両被接合物９１，９２の接合表面に対して水分子を付着させる処理も促進される。水ガスとしては、水分（水分子）を含む不活性ガス（窒素ガス等）などが用いられる。
【００６１】
特に、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１においては、表面活性化処理が施された接合表面（Ａｕ（金））に水分子を吸着させる水分子吸着処理が行われる。なお、Ａｕ（金）は、酸化しにくいため、酸素プラズマ処理が施されても、安定な状態を維持することが可能である。
【００６２】
上記のステップＳ１１（図４および図５），Ｓ１２（図６および図７）においては、両被接合物９１，９２は未だ接触していない。
【００６３】
その後、ステップＳ１３において、両被接合物９１，９２の接合処理等が実行される。
【００６４】
まず、両被接合物９１，９２は、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向）において位置合わせ（アライメント）される。このアライメント動作は、位置認識部２８による位置認識結果に基づいて実行される。
【００６５】
つぎに、Ｚ軸昇降駆動機構２６の駆動によって、ヘッド２２が下降され、両被接合物９１，９２が接近していく。
【００６６】
上述したように、パッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１（＝ｈ３＋ｈ４）は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２（＝ｈ５＋ｈ６）よりも大きい（図３参照）。
【００６７】
そのため、この接近動作に応じて、まず両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１同士が（接合部分ＰＴ２同士よりも先に）接触する（図８参照）。なお、図８は、両被接合物９１，９２の接触開始状態を示す断面図である。
【００６８】
その後、さらにヘッド２２が下降され、両被接合物９１，９２がさらに接近すると、接合部分ＰＴ２においても両被接合物９１，９２が接触する（図９）。すなわち、部分９５と部分９６との接触も発生する。なお、図９は、両被接合物９１，９２が２つの接合部分ＰＴ１，ＰＴ２の双方にて接触している様子を示す断面図である。
【００６９】
この結果、両被接合物９１，９２は、２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２で接触した状態で加圧される。このとき、上述したようにパッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２よりも大きいため、接合用の力のうち比較的大きな成分の力が接合部分ＰＴ１に作用する。一方、接合用の力のうち比較的小さな成分の力が接合部分ＰＴ２に作用する。また、接合部分ＰＴ１の面積は微小であり、接合部分ＰＴ１には比較的大きな圧力ＰＲ１が作用する。一方、接合部分ＰＴ２には比較的小さな圧力ＰＲ２が作用する。
【００７０】
また、ステップＳ１３においては、さらに両被接合物９１，９２に対する加熱処理が実行される。たとえば、両被接合物９１，９２は所定温度ＴＨ１（ここでは１８０℃）にまで昇温（加熱）される。なお、温度ＴＨ１は、室温（２５℃程度）以上且つ１８０℃以下の範囲内の値であることが好ましく、１５０℃以上且つ１８０℃以下の範囲内の値であることがさらに好ましい。
【００７１】
ステップＳ１３における加圧処理（詳細には加圧加熱処理）により、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１においては、水分子が接合表面から除去され、Ａｕ−Ａｕの強固な接合（共有結合）が実現される。図１２は、Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。Ａｕ（金）とＡｕ（金）とは図１２に示すように強固に結合される。なお、水分子は、比較的小さな強度でＡｕ（金）に付着しているため、水分子とＡｕ（金）との付着状態は、比較的小さなエネルギーで解除され得る。具体的には、比較的低温の温度ＴＨ１で加熱することによって、水分子を除去することができる。
【００７２】
また、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２においては、まず、被接合物９１のＯＨ基（水酸基）と被接合物９２のＯＨ基（水酸基）との結合（水素結合）が生じ、その後、当該水素結合による仮接合部分から水分子が放出され、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの強固な結合（共有結合）（図１０参照）が実現される。接合部分ＰＴ２においても、比較的低温の温度ＴＨ１で加熱することによって、水分子を放出させることができる。図１３は、Ｓｉ−Ｓｉの接合界面の撮影画像を示す図である。ＳｉとＳｉとは図１３に示すように強固に結合される。
【００７３】
このようにして、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１同士を接触させ且つ両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２同士を接触させた状態で、両被接合物９１，９２を加圧し且つ加熱することによって、両被接合物９１，９２が接合される。このような工程を経ることによって、各種のデバイス（半導体デバイス等）が生成（製造）される。
【００７４】
以上のように、上記のような接合動作によれば、両被接合物９１，９２の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、２つの被接合物９１，９２に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００７５】
より具体的には、まず、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理（アルゴンプラズマ処理）が施される（ステップＳ１１）。この物理的な表面活性化処理においてはアルゴンイオン等によるエッチング力（物理的な力）が作用し、接合表面の不純物（有機物等）は良好に除去される。特に、Ａｕ（金）で構成される接合部分ＰＴ１においては、表面活性化処理が良好に施される。また、Ａｒ（アルゴン）原子は原子量が大きいため、Ａｒプラズマを用いることにより接合部分ＰＴ１の表面活性化処理を非常に効率良く行うことができる。
【００７６】
つぎに、エネルギー波を用いた親水化処理による表面活性化処理が施される（ステップＳ１２）。この親水化処理は、上述の酸素プラズマ処理によって実現される。特に、Ｓｉ（シリコン）で構成される接合部分ＰＴ２においては、ＯＨ基（水酸基）が良好に付着する。すなわち、親水化処理による表面活性化処理が良好に施される。
【００７７】
その後、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士および接合部分ＰＴ２同士がそれぞれ互いに接触した状態で、２つの被接合物９１，９２が加圧され且つ加熱される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士および接合部ＰＴ２同士が強固に接合される。
【００７８】
また特に、接合部分ＰＴ１での接合方向厚さの合計値Ｈ１は接合部分ＰＴ２での接合方向厚さの合計値Ｈ２よりも大きいので、接合部分ＰＴ１には、比較的大きな接合圧力（接触圧）が作用する。そのため、接合部分ＰＴ１において強固な接合を得ることができる。なお、接合部分ＰＴ１においては、大きな接合圧力によって、バンプ９４が若干量潰されてパッド９３に接合される。また、接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士は、比較的小さな接合圧力（例えば０．０１ＭＰａ（メガパスカル））で良好に接合することが可能である。より具体的には、仮に接合部分ＰＴ２における接合圧力（例えば０．０１ＭＰａ）が接合部分ＰＴ１での接合圧力（例えば１５０ＭＰａ）よりも非常に小さい（例えば、１／１００００程度）としても、接合部分ＰＴ２同士は良好に接合される。さらに、接合部分ＰＴ２の総面積ＳＴ２は接合部分ＰＴ１の総面積ＳＴ１よりも大きいので、接合部分ＰＴ２においても強固な接合を得ることができる。
【００７９】
たとえば、５０μｍ（マイクロメートル）四方のパッド９３が被接合物９１内に１万個形成されるとすると、合計面積ＳＴ１は、０．０００２５ｍ２（平方メートル）（ＳＴ１＝５０×１０（−６）×５０×１０（−６）×１００００＝２．５×１０（−４））であり、微小である。一方、部分ＰＴ２は、被接合物９１（たとえば８インチウエハ（総面積：π×０．１×０．１＝３．１×１０（−２）ｍ２（平方メートル））の多くの部分に設けられ、合計面積ＳＴ２は、比較的大きな値を有する。そして、このような場合には、Ｚ軸昇降駆動機構２６を下降駆動して両被接合物９１，９２を接合する際に、比較的小さな力を加えることによって、両接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に適宜の力を分配して加えることができる。例えば、接合部分ＰＴ１において、２．５×１０（−４）×１５０×１０（＋６）＝３．８×１０（＋３）Ｎ（ニュートン）程度の力を作用させるとともに、接合部分ＰＴ２において、３．１×１０（−２）×０．０１×１０（＋６）＝３．１×１０（＋２）Ｎ（ニュートン）程度の力を作用させることができる。このように、２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に対して合計で例えば１０００ｋｇｆ（約１０ＫＮ（キロニュートン））以下の比較的小さな力（例えば、４．１×１０（＋３）Ｎ（ニュートン）程度の力）を加えることによって、両被接合物９１，９２を良好に接合することができる。換言すれば、比較的小さな面平均圧力（接合圧力の接合面内での平均値）（例えば、０．１３ＭＰａ程度（＝４．１×１０（＋３）／（３．１×１０（−２）））を加えることによって、両被接合物９１，９２を良好に接合することができる。
【００８０】
なお、これに対して、Ａｕ（金）で構成される接合部分ＰＴ１の接合面積のみを大きくして接合強度を高めようとすると、非常に大きな力を加えることが求められる。より詳細には、仮に、第１の接合部分と第２の接合部分との双方においてＡｕ（金）を用いて両被接合物９１，９２を広い接触面積で接合する場合を想定すると、１５０ＭＰａ程度の圧力を当該接合部分に作用させることを要するため、非常に大きな荷重（例えば約１００ＭＮ（メガニュートン））（すなわち１０ＫＮ（キロニュートン）の約１万倍の力）を作用させることが求められる。そして、このような力を作用させるためには、非常に大がかりな装置を要することになる。
【００８１】
一方、上記実施形態によれば、２つの接合部分ＰＴ１，ＰＴ２において適宜に荷重を分散させるとともに、比較的広い接合部分ＰＴ２を比較的低い接合圧力で接合することなどによって、総合的に比較的小さな力（たとえば１０００ｋｇｆ（約１０ＫＮ（キロニュートン））程度）でも２つの被接合物を適切に接合することが可能である。特に、接合部分ＰＴ２においては、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士が非常に小さな接合圧力で接合されるため、接合に要する力の増大を抑制することができる。
【００８２】
このように、上記実施形態によれば、第１の接合部分にＡｕ（金）を用いて電気的接続を実現するとともに、第２の接合部分にＳｉ（シリコン）を用いた面接合を行うことによって接合強度の向上等を実現することが可能であるとともに、非常に小さな接合荷重（換言すれば、面平均圧力）で両被接合物９１，９２を接合することができる。詳細には、例えばＡｕ（金）の接合のみだけで接合する場合には、１５０ＭＰａ程度の接合圧力を有するのに対して、上記実施形態において２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２を設けることなどによれば、少なくとも上記の１５０ＭＰａよりも小さな面平均圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下あるいは１ＭＰａ以下）で両被接合物９１，９２を良好に接合することが可能である。特に、接合強度を確保しつつ電気的接続を実現するに際して、このような低荷重（換言すれば、小さな面平均圧力）での接合処理は従来においては実現困難であると考えられていたものであり、本実施形態に係る技術は非常に大きな意義を有している。さらに、Ｓｉ（シリコン）を用いた面接合を第２の接合部分にて行うことによれば、電気接続部（Ａｕ（金）等）を含む電子回路部等の封止を実現することも可能である。封止の種類としては、大気封止（大気雰囲気中での封止）、真空封止（真空雰囲気中での封止）、ガス封入封止（特定ガスを封入して行う封止）等が例示される。
【００８３】
また、上記のような動作によれば、真空チャンバ２内の圧力を超高真空状態（例えば、１０−８Ｐａ（パスカル））程度にまで低減することを要しない。すなわち、接合環境に関する制約が少ない。なお、接合部分ＰＴ２においては親水化処理等によりＯＨ基が付着しており、接合部分ＰＴ１においても水分子が付着しているので、当該親水化処理等の後の接合動作は、低真空状態あるいは大気圧中でも実行可能である。
【００８４】
＜４．変形例等＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００８５】
たとえば、上記実施形態においては、接合部分ＰＴ１がＡｕ（金）で構成される場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、接合部分ＰＴ１がＣｕ（銅）で構成される場合にも上記の思想を適用することができる。なお、図１４は、Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。図１４に示すように、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の強固な接合が実現される。
【００８６】
同様に、接合部分ＰＴ１がＡｌ（アルミニウム）で構成される場合にも上記の思想を適用することができる。なお、図１５は、Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。図１５に示すように、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の強固な接合が実現される。
【００８７】
また、上記実施形態においては、接合部分ＰＴ２がＳｉ（シリコン）で構成される場合を例示するが、これに限定されず、接合部分ＰＴ２は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）あるいはガラスなどで構成される場合にも、上記の思想を適用することができる。これによれば、接合部分ＰＴ２においては被接合物９１と被接合物９２とを電気的に良好に絶縁した状態で、両被接合物９１，９２を強固に接合することが可能である。
【００８８】
また、被接合物９１の接合部分ＰＴ１と被接合物９２の接合部分ＰＴ１とは互いに同じ材料で構成されることを要さず、被接合物９１の接合部分ＰＴ１と被接合物９２の接合部分ＰＴ１とは互いに異なる材料で構成されてもよい。たとえば、一方の被接合物９１の接合部分ＰＴ１がＡｕ（金）であり、他方の被接合物９２の接合部分ＰＴ１がＣｕ（銅）であってもよい。同様に、被接合物９１の接合部分ＰＴ２と被接合物９２の接合部分ＰＴ２とは互いに同じ材料で構成されることを要さず、被接合物９１の接合部分ＰＴ２と被接合物９２の接合部分ＰＴ２とは互いに異なる材料で構成されてもよい。たとえば、一方の被接合物９１の接合部分ＰＴ２がＳｉ（シリコン）であり、他方の被接合物９２の接合部分ＰＴ２がＳｉＯ２（二酸化シリコン）であってもよい。
【００８９】
また、上記実施形態においては、両被接合物９１，９２として半導体ウエハを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、両被接合物９１，９２の一方が半導体ウエハであり、他方は半導体チップであってもよい。すなわち、チップ・オン・ウエハによる半導体製造工程において、上記の思想を適用するようにしてもよい。あるいは、両被接合物９１，９２の双方が半導体チップであってもよい。すなわち、チップ・オン・チップによる半導体製造工程において、上記の思想を適用するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態においては、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理（ステップＳ１１）として、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理に代えて、Ａｒイオンビーム処理あるいはＡｒ原子ビーム処理等を、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理として行うようにしてもよい。具体的には、ビーム照射部（原子ビーム照射装置あるいはイオンビーム照射装置等）を用いて、イオン化された特定物質（Ａｒ（アルゴン）等）を電界で加速し両被接合物９１，９２の接合表面に向けて当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマ処理（ステップＳ１２）の前に、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理（ステップＳ１１）を行う場合を例示したが、これに限定されない。
【００９２】
例えば、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理（エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理）（ステップＳ１１）を行うことなく、酸素プラズマ処理（エネルギー波を用いた親水化処理を伴う表面活性化処理）（ステップＳ１２）を行うようにしてもよい。この場合には、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）、あるいはガラスで構成される接合部分ＰＴ２においては、上記と同様に、親水化処理が施され、２つの被接合物における接合部分ＰＴ２同士が接触した状態で、２つの被接合物９１，９２が加圧される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ２同士は強固に接合される。また、この場合には、Ａｕ（金）あるいはＣｕ（銅）で構成される接合部分ＰＴ１においても酸素プラズマ処理が施されることにより、その接合表面の不要物（有機物等）が除去されるとともにその接合表面に対する表面活性化処理が施される。そして、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士が接触した状態で、２つの被接合物９１が加圧される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士も強固に接合される。このようにして、両被接合物９１，９２に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００９３】
また、上記実施形態においては、エネルギー波による親水化処理（ステップＳ１２）として、酸素プラズマ処理を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマによる親水化処理に代えて、窒素プラズマによる親水化処理を、エネルギー波による親水化処理として行うようにしてもよい。あるいは、酸素プラズマによる親水化処理に代えて、アルゴン（Ａｒ）プラズマによる親水化処理を、エネルギー波による親水化処理として行うようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態においては、エネルギー波を用いた親水化処理として、プラズマ処理（酸素プラズマ処理）を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、プラズマ処理に代えて、ビーム照射処理を行うようにしてもよい。詳細には、Ａｒイオンビーム処理あるいはＡｒ原子ビーム処理等を行うようにしてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマ処理（ステップＳ１２）後に接合動作を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマ処理後に、反応ガスを窒素ガスに入れ替えるとともに電源等を変更することによって、窒素ラジカルによる表面活性化処理（親水化処理）をさらに行うようにしてもよい。そして、窒素ラジカル処理後に両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。なお、窒素ラジカルは電気的に中性であるので電極への電圧印加により発生する電界によって加速されず、被接合物の接合表面を破損させることなく、当該接合表面の表面活性化処理を効率よく行うことができる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマによる親水化処理中（ステップＳ１２）において水ガスをさらに供給して接合表面に水を付着させる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマによる親水化処理後に、水ガスを供給するようにしてもよい。あるいは、水ガスを供給せずに真空チャンバ２内に残留している水分を用いて接合表面に水を付着させるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態においては、単一の装置１内で表面活性化処理から接合動作までを実行する場合を例示したが、これに限定されない。
【００９８】
たとえば、図１６に示すような接合システム１Ｂを用いて、両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。この接合システム１Ｂは、表面活性化装置１２０と接合装置１４０と搬送装置１５０とを備える。接合システム１Ｂにおいては、まず、２つの被接合物に対する表面活性化処理（親水化処理等）が或る装置（表面活性化装置）１２０内で実行される。その後、当該２つの被接合物が大気中（あるいはガス雰囲気内）にて他の装置（接合装置）１４０まで搬送装置（搬送ロボット等）１５０を用いて搬送され、当該他の装置（接合装置）１４０にて当該２つの被接合物が接合される。なお、このような大気搬送等が上記のステップＳ１２とステップＳ１３との間に実行される場合には、ステップＳ１２にて、水分子の付着処理が接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に対して施されることが好ましい。
【００９９】
このように、或る表面活性化装置１２０から別の接合装置１４０にまで大気搬送等した後に当該接合装置１４０で接合することによれば、当該接合装置（接合専用の接合装置）１４０を用いて非常に高速に（たとえば数秒〜数十秒に１個の割合で）接合動作を実行することが可能である。すなわち、このような変形例に係る接合システム１Ｂは、接合動作を効率的に実行することが可能であり、大量生産に適している。特に、チップ・オン・チップ、あるいは、チップ・オン・ウエハによる半導体製造工程においてこのような思想を適用することによれば、大量生産を好適に行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１，１Ｂ 接合システム
２ 真空チャンバ
１２ ステージ
１２ｄ，２２ｄ 電極
２２ ヘッド
２３ アライメントテーブル
２８ 位置認識部
９１，９２ 被接合物
９３ Ａｕパッド
９４ Ａｕバンプ
ＰＴ１，ＰＴ２ 接合部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの被接合物を接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、２つの物体のうち一方の物体に設けられたＡｕ（金）バンプと他方の物体に設けられたＡｕ（金）パッドとを接合する技術が存在する。これにより、２つの物体の相互間において電気的接続が実現される（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようにＡｕ（金）バンプとＡｕ（金）パッドとを接合することのみによって２つの物体を接合する場合には、必ずしも十分な強度を得ることができない。
【０００５】
そのため、上記特許文献１においては、Ａｕ（金）バンプとＡｕ（金）パッドとが接合されるとともに樹脂層（アンダーフィル樹脂層あるいは接着剤層）が設けられることによって、接合後の強度が確保されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、樹脂層を設けることを要するなどの問題が存在する。
【０００７】
また、このような状況は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合等においても同様に生じる。
【０００８】
そこで、この発明は、両被接合物の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、両被接合物の接合強度を良好に確保することが可能な接合技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う第１の表面活性化処理手段と、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合手段と、を備える接合システムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合システムにおいて、前記２つの被接合物は、第１の被接合物と第２の被接合物とを有し、前記第１の被接合物の前記第１の接合部分における第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第１の接合部分における第２の基準面からの接合方向の厚さとの和は、前記第１の被接合物の前記第２の接合部分における前記第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第２の接合部分における前記第２の基準面からの接合方向の厚さとの和よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る接合システムにおいて、前記接合手段は、前記２つの被接合物を１８０℃以下の温度にまで昇温した状態で、当該２つの被接合物を接合することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理は、酸素プラズマを用いて実行されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理は、窒素ラジカルをも用いて実行されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る接合システムにおいて、前記親水化処理の前に、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理を前記各接合表面に対して施す第３の表面活性化処理手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る接合システムにおいて、前記物理的な表面活性化処理は、Ａｒ（アルゴン）プラズマによる表面活性化処理を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う表面活性化処理装置と、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合装置と、前記表面活性化処理装置で前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を前記接合装置に大気搬送する搬送装置と、を備える接合システムであることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｂ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で、前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備える接合方法であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｂ）前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を接合装置へと大気搬送するステップと、ｃ）前記接合装置において、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備える接合方法であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、ａ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第１の接合部分に対して物理的な表面活性化処理を行うステップと、ｂ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第２の接合部分に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、ｃ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、を備え、前記ステップｃ）における接合時の両被接合物における面平均接合圧力は、１５０ＭＰａ（メガパスカル）よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし請求項１１に記載の発明によれば、両被接合物の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、２つの被接合物に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、第１の接合部分での接合方向厚さの合計値は第２の接合部分での接合方向厚さの合計値よりも大きいので、第１の接合部分には、比較的大きな接合圧力（接触圧）が作用する。そのため、第１の接合部分において強固な接合を得ることができる。また、第２の接合部分は比較的小さな接合圧力でも良好に接合される。このように、２つの接合部分において適宜に荷重を分散させることによって、総合的に比較的小さな力で２つの被接合物を適切に接合することが可能である。
【００２２】
また特に、請求項８および請求項１０に記載の発明によれば、親水化処理が施された２つの被接合物が接合装置に大気搬送されるので、大気搬送後の当該接合装置において効率的に接合動作を実行することが可能である。
【００２３】
また特に、請求項１１に記載の発明によれば、比較的低い接合圧力での接合が可能であり、良好な接合強度を比較的容易に実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】接合装置（接合システム）を示す図である。
【図２】接合装置を示す図である。
【図３】上下２つの被接合物の詳細構成を示す断面図である。
【図４】上側の被接合物に対してＡｒプラズマ処理が施される様子を示す断面図である。
【図５】下側の被接合物に対してＡｒプラズマ処理が施される様子を示す断面図である。
【図６】上側の被接合物に対して親水化処理等が施された様子を示す断面図である。
【図７】下側の被接合物に対して親水化処理等が施された様子を示す断面図である。
【図８】両被接合物の接触開始状態を示す図である。
【図９】両被接合物が２つの接合部分の双方にて接触している様子を示す図である。
【図１０】Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合を示す図である。
【図１１】実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図１２】Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１３】Ｓｉ−Ｓｉの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１４】Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１５】Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図１６】変形例に係る接合システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜１．装置概要＞
図１および図２は、本発明の実施形態に係る接合装置（接合システムとも称される）１を示す縦断面図である。当該接合装置１は、２つの両被接合物９１，９２を接合する装置である。なお、図１および図２においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。
【００２７】
接合装置１は、減圧下のチャンバ（真空チャンバ）２内で、被接合物９１と被接合物９２とを対向させて加圧および加熱し、両被接合物９１，９２を接合する装置である。
【００２８】
また、当該接合装置１は、２つの被接合物９１，９２を接合する前に、当該両被接合物９１，９２の表面を活性化させる表面活性化処理（後述）をも行う。そのため、この接合装置１は、表面活性化装置であるとも表現される。
【００２９】
この接合装置１は、両被接合物９１，９２の処理空間である真空チャンバ２を備える。真空チャンバ２は、排気管６と排気弁７とを介して真空ポンプ５に接続されている。真空ポンプ５の吸引動作に応じて真空チャンバ２内の圧力が低減（減圧）されることによって、真空チャンバ２は真空状態にされる。また、排気弁７は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ２内の真空度を調整することができる。
【００３０】
また、真空チャンバ２には、吸気管３と吸気弁４ａとガス切換弁４ｂとが接続されている。吸気弁４ａを開放するとともにガス切換弁４ｂを用いて複数の供給元を切り換えることによって、複数の種類のガス（たとえば、アルゴンガス、酸素ガス、水ガス等）が吸気管３を通じて選択的に真空チャンバ２に供給される。
【００３１】
また、両被接合物９１，９２のうち上側の被接合物９２は、ヘッド２２（より詳細にはその先端部に設けられた静電チャックあるいは機械式チャック等）によって保持される。同様に、下側の被接合物９１は、当該ステージ１２（より詳細にはその先端部に設けられた静電チャックあるいは機械式チャック等）によって保持される。
【００３２】
ステージ１２に保持された被接合物９１はステージ１２内の下部電極１２ｄに電気的に接続されている。真空チャンバ２がアルゴンガスで満たされた状態において、当該下部電極１２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９１の接合表面がアルゴンイオンによりエッチングされて洗浄され表面活性化される。すなわち、アルゴンを用いたプラズマ処理（後述）が施される。同様に、ヘッド２２に保持された被接合物９２はヘッド２２内の上部電極２２ｄに電気的に接続されている。真空チャンバ２がアルゴンガスで満たされた状態において、当該上部電極２２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９２の接合表面がアルゴンイオンによりエッチングされて洗浄され表面活性化される。
【００３３】
また、当該各電極１２ｄ，２２ｄは、酸素プラズマによる親水化処理（後述）にも用いられる。具体的には、真空チャンバ２が酸素ガスで満たされた状態において、下部電極１２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９１の接合表面が酸素イオンにより洗浄されるとともに表面活性化される。同様に、上部電極２２ｄに交番電圧が印加されると、被接合物９２の接合表面が酸素イオンにより洗浄されるとともに表面活性化される。詳細には、酸素プラズマ中の酸素イオンが両被接合物９１，９２の接合表面に向かって比較的強い衝突力で衝突することにより、両被接合物９１，９２の表面層が酸素イオンと入れ替わってＯＨ基が付着しやすい状態となる。このようにして、両被接合物９１，９２の接合表面は酸素イオン等によって親水化処理され、ＯＨ基で表面活性化される。
【００３４】
また、ヘッド２２は、当該ヘッド２２に内蔵されたヒータ２２ｈによって加熱され、ヘッド２２に保持された被接合物９２の温度を調整することができる。同様に、ステージ１２は、当該ステージ１２に内蔵されたヒータ１２ｈによって加熱され、ステージ１２上の被接合物９１の温度を調整することができる。また、ヘッド２２は、当該ヘッド２２に内蔵された空冷式の冷却装置等によって当該ヘッド２２自身を室温付近にまで急速に冷却することもできる。ステージ１２も同様である。
【００３５】
これらのヘッド２２およびステージ１２は、いずれも、真空チャンバ２内において、移動可能に設置されている。
【００３６】
ステージ１２は、スライド移動機構１４（図２参照）によってＸ方向に移動（並進移動）可能である。ステージ１２は、図２における比較的左側の待機位置（位置ＰＧ１付近）と比較的右側の接合位置（ヘッド２２直下の位置ＰＧ２付近）との間でＸ方向において移動する。スライド移動機構１４は高精度の位置検出器（リニアスケール）を有しており、ステージ１２は高精度に位置決めされる。
【００３７】
ヘッド２２は、アライメントテーブル２３によってＸ方向およびＹ方向（水平平面に平行な２つの並進方向）に移動（並進移動）されるとともに、回転駆動機構２５によってθ方向（Ｚ軸に平行な軸周りの回転方向）に回転される。ヘッド２２は、位置認識部２８による位置検出結果等に基づいてアライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向におけるアライメント動作が実行される。このように、鉛直方向（Ｚ方向）に垂直な平面に沿った各方向（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）（端的に言えば水平方向）において、ステージ１２とヘッド２２とが相対的に移動することによって、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２とが水平方向においてアライメントされる。
【００３８】
また、接合装置１は、被接合物９１，９２の水平位置（詳細にはＸ，Ｙ，θ）を認識する位置認識部２８を備えている。上述のアライメント動作は、位置認識部２８による位置認識結果等に基づいて実行される。
【００３９】
さらに、ヘッド２２は、Ｚ軸昇降駆動機構２６によってＺ方向に移動（昇降）される。ステージ１２とヘッド２２とがＺ方向に相対的に移動することによって、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２とが接触し加圧されて接合される。なお、Ｚ軸昇降駆動機構２６は、複数の圧力検出センサ（ロードセル等）２９，３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）により検出された信号に基づいて、接合時の加圧力を制御することも可能である。
【００４０】
＜２．被接合物＞
図３は、この実施形態における接合対象である両被接合物９１，９２の詳細構成を示す断面図である。なお、図３等においては、図示の都合上、パッド９３およびバンプ９４（後述）が誇張して示されている。
【００４１】
両被接合物９１，９２は、ここでは半導体ウエハ（シリコンウエハ）である。
【００４２】
当該両被接合物９１，９２は、それぞれ、その接合表面に２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２を有する。
【００４３】
被接合物９１の接合部分ＰＴ１には、パッド（電極）９３が設けられており、被接合物９２の接合部分ＰＴ１には、バンプ（電極）９４が設けられている。パッド９３およびバンプ９４は、それぞれ、Ａｕ（金）で形成されている。換言すれば、被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１は、それぞれ、Ａｕ（金）で構成されている。パッド９３とバンプ９４とが接合されることによって、被接合物９１と被接合物９２とが電気的に接続される。すなわち、両被接合物９１，９２の相互間の電気的接続が実現される。
【００４４】
また、被接合物９１の接合部分ＰＴ２（部分９５とも称する）はＳｉ（シリコン）で構成されている。同様に、被接合物９２の接合部分ＰＴ２（部分９６とも称する）も、Ｓｉ（シリコン）で構成されている。部分９５と部分９６とが接合されることによって、両被接合物９１，９２が強固に接合される。
【００４５】
また、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、接合部分ＰＴ１には表面平滑化処理が施されていない。その結果、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２の表面粗さは、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１の表面粗さよりも小さい。たとえば、接合部分ＰＴ１の表面粗さ（Ｒａ）は百数十ｎｍ（ナノメートル）であり、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ（ナノメートル）である。このように両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士は、比較的小さな接合圧力で接合することが可能である。たとえば、０．０１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接合圧力を加えることによって、接合部分ＰＴ２同士は接合され得る。なお、もう一方の接合部分ＰＴ１同士は、たとえば、１５０ＭＰａ（メガパスカル）程度の接合圧力を加えることによって、良好に接合され得る。
【００４６】
なお、接合部分ＰＴ２の表面平滑化処理においては、例えば、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ（ナノメートル）以下となるように平滑化されることが好ましく、接合部分ＰＴ２の表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ（ナノメートル）以下となるように平滑化されることがさらに好ましい。
【００４７】
また、平面視（上面視）における両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２の合計面積（総面積）ＳＴ２は、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１の合計面積（総面積）ＳＴ１よりも大きい。接合部分ＰＴ２の合計面積ＳＴ２は、接合部分ＰＴ１の合計面積ＳＴ１に比べて非常に大きく、例えば合計面積ＳＴ１の数百倍程度である。
【００４８】
また、パッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２よりも微少量ΔＨ（例えば、ΔＨ＝数μｍ（マイクロメートル）〜数十μｍ（マイクロメートル）程度）大きい（図３参照）。合計高さＨ１は、基準面Ｆ１からのパッド９３の高さ（接合方向厚さ）ｈ３と基準面Ｆ２からのバンプ９４の高さ（接合方向厚さ）ｈ４との合計値（Ｈ１＝ｈ３＋ｈ４）であり、合計高さＨ２は、基準面Ｆ１からの部分９５の高さｈ５（図３ではｈ５＝０）と基準面Ｆ２からの部分９６の高さｈ６との合計値（Ｈ２＝ｈ５＋ｈ６）である。ここで、合計高さＨ１は、接合部分ＰＴ１における２つの被接合物９１，９２の接合方向厚さｈ３，ｈ４の合計値（和）であるとも表現される。同様に、合計高さＨ２は、接合部分ＰＴ２における２つの被接合物９１，９２の接合方向厚さｈ５，ｈ５の合計値（和）であるとも表現される。また、厚さｈ３は、被接合物９１の接合部分ＰＴ１における基準面Ｆ１からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現され、厚さｈ４は、被接合物９２の接合部分ＰＴ１における基準面Ｆ２からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現される。同様に、厚さｈ５は、被接合物９１の接合部分ＰＴ２における基準面Ｆ１からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現され、厚さｈ６は、被接合物９２の接合部分ＰＴ２における基準面Ｆ２からの接合方向の厚さ（平均厚さ）であるとも表現される。
【００４９】
なお、バンプ９４として先鋭バンプが用いられる場合には、特に、当該先鋭バンプの先端部分が潰されて接合されるため、Ａｕ（金）の表面において新生面が表出し易く、良好な接合が実現され易い。また、この場合には、先鋭バンプの先端部の比較的大きな潰れ量を考慮して、値ΔＨは、比較的大きな値（例えば数十μｍ（マイクロメートル））に設定されることが好ましい。
【００５０】
＜３．動作＞
図１１は、この実施形態に係る動作を示すフローチャートである。図１１を参照しながら、この実施形態に係る動作について説明する。
【００５１】
まず、ステップＳ１１において、両被接合物９１，９２の接合表面に対して、エネルギー波による表面活性化処理が施される。ここでは、アルゴンプラズマ処理が行われる。
【００５２】
具体的には、接合装置１は、真空ポンプ５（図１参照）を動作させつつ排出弁７での排気流量と吸気弁４ａでの吸入流量とをコントロールすることによって、真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちながらプラズマ反応ガス（Ａｒ（アルゴン）ガス）で満たす。
【００５３】
そして、Ａｒ（アルゴン）ガスで満たされた真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちつつ、上部電極２２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加することによって、プラズマを発生させる（図４参照）。これにより、被接合物９２の接合表面にＡｒ（アルゴン）イオンが衝突し、被接合物９２の接合表面に付着した有機物等が除去されて被接合物９２の接合表面が洗浄され、被接合物９２の接合表面が活性化される。
【００５４】
同様に、Ａｒ（アルゴン）ガスで満たされた真空チャンバ２内を一定の真空度に保ちつつ、下部電極１２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加することによって、プラズマを発生させる（図５参照）。これにより、被接合物９１の接合表面にＡｒ（アルゴン）イオンが衝突し、被接合物９１の接合表面に付着した有機物等が除去されて被接合物９１の接合表面が洗浄され、被接合物９１の接合表面が活性化される。
【００５５】
ステップＳ１１のアルゴンプラズマ処理が終了すると、真空チャンバ２内のアルゴンガスが排出され、ステップＳ１２に進む。
【００５６】
ステップＳ１２においては、両被接合物９１，９２の接合表面に対して、エネルギー波による親水化処理（ここでは、酸素プラズマを用いた親水化処理）が実行される。
【００５７】
具体的には、今度は（アルゴンガスではなく）酸素ガスを真空チャンバ２内に供給して上部電極２２ｄおよび下部電極１２ｄに交番電源プラズマ電圧を印加して、酸素プラズマを発生させる。これにより、図６および図７に示すように、酸素プラズマによる親水化処理が両被接合物９１，９２の各接合部分ＰＴ２に対して施される。図６および図７の断面図には、酸素プラズマによる親水化処理が各接合部分ＰＴ２に施された結果、Ｓｉ（シリコン）表面にＯＨ基（水酸基）が付着している様子が示されている。これにより、後述するように、両被接合物９１，９２が接合される際には、その接合表面において、ＯＨ基同士の結合が実現され、さらにはＳｉ−０−Ｓｉの共有結合が実現される。
【００５８】
なお、「エネルギー波による親水化処理」とは、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム等のエネルギー波により、接合表面等にＯＨ基を付着させることにより、当該接合表面等を親水性にする処理である。
【００５９】
このようにして、両被接合物９１，９２の主に接合部分ＰＴ２に対して、親水化処理による表面活性化処理等が行われる。
【００６０】
また、ステップＳ１２においては、水ガスも供給され、両被接合物９１，９２の接合表面に対して水分子を付着させる処理も促進される。水ガスとしては、水分（水分子）を含む不活性ガス（窒素ガス等）などが用いられる。
【００６１】
特に、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１においては、表面活性化処理が施された接合表面（Ａｕ（金））に水分子を吸着させる水分子吸着処理が行われる。なお、Ａｕ（金）は、酸化しにくいため、酸素プラズマ処理が施されても、安定な状態を維持することが可能である。
【００６２】
上記のステップＳ１１（図４および図５），Ｓ１２（図６および図７）においては、両被接合物９１，９２は未だ接触していない。
【００６３】
その後、ステップＳ１３において、両被接合物９１，９２の接合処理等が実行される。
【００６４】
まず、両被接合物９１，９２は、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向）において位置合わせ（アライメント）される。このアライメント動作は、位置認識部２８による位置認識結果に基づいて実行される。
【００６５】
つぎに、Ｚ軸昇降駆動機構２６の駆動によって、ヘッド２２が下降され、両被接合物９１，９２が接近していく。
【００６６】
上述したように、パッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１（＝ｈ３＋ｈ４）は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２（＝ｈ５＋ｈ６）よりも大きい（図３参照）。
【００６７】
そのため、この接近動作に応じて、まず両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１同士が（接合部分ＰＴ２同士よりも先に）接触する（図８参照）。なお、図８は、両被接合物９１，９２の接触開始状態を示す断面図である。
【００６８】
その後、さらにヘッド２２が下降され、両被接合物９１，９２がさらに接近すると、接合部分ＰＴ２においても両被接合物９１，９２が接触する（図９）。すなわち、部分９５と部分９６との接触も発生する。なお、図９は、両被接合物９１，９２が２つの接合部分ＰＴ１，ＰＴ２の双方にて接触している様子を示す断面図である。
【００６９】
この結果、両被接合物９１，９２は、２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２で接触した状態で加圧される。このとき、上述したようにパッド９３とバンプ９４との合計高さＨ１は、部分９５と部分９６との合計高さＨ２よりも大きいため、接合用の力のうち比較的大きな成分の力が接合部分ＰＴ１に作用する。一方、接合用の力のうち比較的小さな成分の力が接合部分ＰＴ２に作用する。また、接合部分ＰＴ１の面積は微小であり、接合部分ＰＴ１には比較的大きな圧力ＰＲ１が作用する。一方、接合部分ＰＴ２には比較的小さな圧力ＰＲ２が作用する。
【００７０】
また、ステップＳ１３においては、さらに両被接合物９１，９２に対する加熱処理が実行される。たとえば、両被接合物９１，９２は所定温度ＴＨ１（ここでは１８０℃）にまで昇温（加熱）される。なお、温度ＴＨ１は、室温（２５℃程度）以上且つ１８０℃以下の範囲内の値であることが好ましく、１５０℃以上且つ１８０℃以下の範囲内の値であることがさらに好ましい。
【００７１】
ステップＳ１３における加圧処理（詳細には加圧加熱処理）により、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１においては、水分子が接合表面から除去され、Ａｕ−Ａｕの強固な接合（共有結合）が実現される。図１２は、Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。Ａｕ（金）とＡｕ（金）とは図１２に示すように強固に結合される。なお、水分子は、比較的小さな強度でＡｕ（金）に付着しているため、水分子とＡｕ（金）との付着状態は、比較的小さなエネルギーで解除され得る。具体的には、比較的低温の温度ＴＨ１で加熱することによって、水分子を除去することができる。
【００７２】
また、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２においては、まず、被接合物９１のＯＨ基（水酸基）と被接合物９２のＯＨ基（水酸基）との結合（水素結合）が生じ、その後、当該水素結合による仮接合部分から水分子が放出され、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの強固な結合（共有結合）（図１０参照）が実現される。接合部分ＰＴ２においても、比較的低温の温度ＴＨ１で加熱することによって、水分子を放出させることができる。図１３は、Ｓｉ−Ｓｉの接合界面の撮影画像を示す図である。ＳｉとＳｉとは図１３に示すように強固に結合される。
【００７３】
このようにして、両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ１同士を接触させ且つ両被接合物９１，９２の接合部分ＰＴ２同士を接触させた状態で、両被接合物９１，９２を加圧し且つ加熱することによって、両被接合物９１，９２が接合される。このような工程を経ることによって、各種のデバイス（半導体デバイス等）が生成（製造）される。
【００７４】
以上のように、上記のような接合動作によれば、両被接合物９１，９２の相互間の電気的接続を実現するに際して、樹脂層を設けることを必ずしも要することなく、２つの被接合物９１，９２に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００７５】
より具体的には、まず、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理（アルゴンプラズマ処理）が施される（ステップＳ１１）。この物理的な表面活性化処理においてはアルゴンイオン等によるエッチング力（物理的な力）が作用し、接合表面の不純物（有機物等）は良好に除去される。特に、Ａｕ（金）で構成される接合部分ＰＴ１においては、表面活性化処理が良好に施される。また、Ａｒ（アルゴン）原子は原子量が大きいため、Ａｒプラズマを用いることにより接合部分ＰＴ１の表面活性化処理を非常に効率良く行うことができる。
【００７６】
つぎに、エネルギー波を用いた親水化処理による表面活性化処理が施される（ステップＳ１２）。この親水化処理は、上述の酸素プラズマ処理によって実現される。特に、Ｓｉ（シリコン）で構成される接合部分ＰＴ２においては、ＯＨ基（水酸基）が良好に付着する。すなわち、親水化処理による表面活性化処理が良好に施される。
【００７７】
その後、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士および接合部分ＰＴ２同士がそれぞれ互いに接触した状態で、２つの被接合物９１，９２が加圧され且つ加熱される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士および接合部ＰＴ２同士が強固に接合される。
【００７８】
また特に、接合部分ＰＴ１での接合方向厚さの合計値Ｈ１は接合部分ＰＴ２での接合方向厚さの合計値Ｈ２よりも大きいので、接合部分ＰＴ１には、比較的大きな接合圧力（接触圧）が作用する。そのため、接合部分ＰＴ１において強固な接合を得ることができる。なお、接合部分ＰＴ１においては、大きな接合圧力によって、バンプ９４が若干量潰されてパッド９３に接合される。また、接合部分ＰＴ２には表面平滑化処理が施されており、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士は、比較的小さな接合圧力（例えば０．０１ＭＰａ（メガパスカル））で良好に接合することが可能である。より具体的には、仮に接合部分ＰＴ２における接合圧力（例えば０．０１ＭＰａ）が接合部分ＰＴ１での接合圧力（例えば１５０ＭＰａ）よりも非常に小さい（例えば、１／１００００程度）としても、接合部分ＰＴ２同士は良好に接合される。さらに、接合部分ＰＴ２の総面積ＳＴ２は接合部分ＰＴ１の総面積ＳＴ１よりも大きいので、接合部分ＰＴ２においても強固な接合を得ることができる。
【００７９】
たとえば、５０μｍ（マイクロメートル）四方のパッド９３が被接合物９１内に１万個形成されるとすると、合計面積ＳＴ１は、０．０００２５ｍ２（平方メートル）（ＳＴ１＝５０×１０（−６）×５０×１０（−６）×１００００＝２．５×１０（−４））であり、微小である。一方、部分ＰＴ２は、被接合物９１（たとえば８インチウエハ（総面積：π×０．１×０．１＝３．１×１０（−２）ｍ２（平方メートル））の多くの部分に設けられ、合計面積ＳＴ２は、比較的大きな値を有する。そして、このような場合には、Ｚ軸昇降駆動機構２６を下降駆動して両被接合物９１，９２を接合する際に、比較的小さな力を加えることによって、両接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に適宜の力を分配して加えることができる。例えば、接合部分ＰＴ１において、２．５×１０（−４）×１５０×１０（＋６）＝３．８×１０（＋３）Ｎ（ニュートン）程度の力を作用させるとともに、接合部分ＰＴ２において、３．１×１０（−２）×０．０１×１０（＋６）＝３．１×１０（＋２）Ｎ（ニュートン）程度の力を作用させることができる。このように、２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に対して合計で例えば１０００ｋｇｆ（約１０ＫＮ（キロニュートン））以下の比較的小さな力（例えば、４．１×１０（＋３）Ｎ（ニュートン）程度の力）を加えることによって、両被接合物９１，９２を良好に接合することができる。換言すれば、比較的小さな面平均圧力（接合圧力の接合面内での平均値）（例えば、０．１３ＭＰａ程度（＝４．１×１０（＋３）／（３．１×１０（−２）））を加えることによって、両被接合物９１，９２を良好に接合することができる。
【００８０】
なお、これに対して、Ａｕ（金）で構成される接合部分ＰＴ１の接合面積のみを大きくして接合強度を高めようとすると、非常に大きな力を加えることが求められる。より詳細には、仮に、第１の接合部分と第２の接合部分との双方においてＡｕ（金）を用いて両被接合物９１，９２を広い接触面積で接合する場合を想定すると、１５０ＭＰａ程度の圧力を当該接合部分に作用させることを要するため、非常に大きな荷重（例えば約１００ＭＮ（メガニュートン））（すなわち１０ＫＮ（キロニュートン）の約１万倍の力）を作用させることが求められる。そして、このような力を作用させるためには、非常に大がかりな装置を要することになる。
【００８１】
一方、上記実施形態によれば、２つの接合部分ＰＴ１，ＰＴ２において適宜に荷重を分散させるとともに、比較的広い接合部分ＰＴ２を比較的低い接合圧力で接合することなどによって、総合的に比較的小さな力（たとえば１０００ｋｇｆ（約１０ＫＮ（キロニュートン））程度）でも２つの被接合物を適切に接合することが可能である。特に、接合部分ＰＴ２においては、親水化処理された接合部分ＰＴ２同士が非常に小さな接合圧力で接合されるため、接合に要する力の増大を抑制することができる。
【００８２】
このように、上記実施形態によれば、第１の接合部分にＡｕ（金）を用いて電気的接続を実現するとともに、第２の接合部分にＳｉ（シリコン）を用いた面接合を行うことによって接合強度の向上等を実現することが可能であるとともに、非常に小さな接合荷重（換言すれば、面平均圧力）で両被接合物９１，９２を接合することができる。詳細には、例えばＡｕ（金）の接合のみだけで接合する場合には、１５０ＭＰａ程度の接合圧力を有するのに対して、上記実施形態において２種類の接合部分ＰＴ１，ＰＴ２を設けることなどによれば、少なくとも上記の１５０ＭＰａよりも小さな面平均圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下あるいは１ＭＰａ以下）で両被接合物９１，９２を良好に接合することが可能である。特に、接合強度を確保しつつ電気的接続を実現するに際して、このような低荷重（換言すれば、小さな面平均圧力）での接合処理は従来においては実現困難であると考えられていたものであり、本実施形態に係る技術は非常に大きな意義を有している。さらに、Ｓｉ（シリコン）を用いた面接合を第２の接合部分にて行うことによれば、電気接続部（Ａｕ（金）等）を含む電子回路部等の封止を実現することも可能である。封止の種類としては、大気封止（大気雰囲気中での封止）、真空封止（真空雰囲気中での封止）、ガス封入封止（特定ガスを封入して行う封止）等が例示される。
【００８３】
また、上記のような動作によれば、真空チャンバ２内の圧力を超高真空状態（例えば、１０−８Ｐａ（パスカル））程度にまで低減することを要しない。すなわち、接合環境に関する制約が少ない。なお、接合部分ＰＴ２においては親水化処理等によりＯＨ基が付着しており、接合部分ＰＴ１においても水分子が付着しているので、当該親水化処理等の後の接合動作は、低真空状態あるいは大気圧中でも実行可能である。
【００８４】
＜４．変形例等＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００８５】
たとえば、上記実施形態においては、接合部分ＰＴ１がＡｕ（金）で構成される場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、接合部分ＰＴ１がＣｕ（銅）で構成される場合にも上記の思想を適用することができる。なお、図１４は、Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。図１４に示すように、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の強固な接合が実現される。
【００８６】
同様に、接合部分ＰＴ１がＡｌ（アルミニウム）で構成される場合にも上記の思想を適用することができる。なお、図１５は、Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。図１５に示すように、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の強固な接合が実現される。
【００８７】
また、上記実施形態においては、接合部分ＰＴ２がＳｉ（シリコン）で構成される場合を例示するが、これに限定されず、接合部分ＰＴ２は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）あるいはガラスなどで構成される場合にも、上記の思想を適用することができる。これによれば、接合部分ＰＴ２においては被接合物９１と被接合物９２とを電気的に良好に絶縁した状態で、両被接合物９１，９２を強固に接合することが可能である。
【００８８】
また、被接合物９１の接合部分ＰＴ１と被接合物９２の接合部分ＰＴ１とは互いに同じ材料で構成されることを要さず、被接合物９１の接合部分ＰＴ１と被接合物９２の接合部分ＰＴ１とは互いに異なる材料で構成されてもよい。たとえば、一方の被接合物９１の接合部分ＰＴ１がＡｕ（金）であり、他方の被接合物９２の接合部分ＰＴ１がＣｕ（銅）であってもよい。同様に、被接合物９１の接合部分ＰＴ２と被接合物９２の接合部分ＰＴ２とは互いに同じ材料で構成されることを要さず、被接合物９１の接合部分ＰＴ２と被接合物９２の接合部分ＰＴ２とは互いに異なる材料で構成されてもよい。たとえば、一方の被接合物９１の接合部分ＰＴ２がＳｉ（シリコン）であり、他方の被接合物９２の接合部分ＰＴ２がＳｉＯ２（二酸化シリコン）であってもよい。
【００８９】
また、上記実施形態においては、両被接合物９１，９２として半導体ウエハを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、両被接合物９１，９２の一方が半導体ウエハであり、他方は半導体チップであってもよい。すなわち、チップ・オン・ウエハによる半導体製造工程において、上記の思想を適用するようにしてもよい。あるいは、両被接合物９１，９２の双方が半導体チップであってもよい。すなわち、チップ・オン・チップによる半導体製造工程において、上記の思想を適用するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態においては、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理（ステップＳ１１）として、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理に代えて、Ａｒイオンビーム処理あるいはＡｒ原子ビーム処理等を、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理として行うようにしてもよい。具体的には、ビーム照射部（原子ビーム照射装置あるいはイオンビーム照射装置等）を用いて、イオン化された特定物質（Ａｒ（アルゴン）等）を電界で加速し両被接合物９１，９２の接合表面に向けて当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマ処理（ステップＳ１２）の前に、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理（ステップＳ１１）を行う場合を例示したが、これに限定されない。
【００９２】
例えば、Ａｒ（アルゴン）プラズマ処理（エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理）（ステップＳ１１）を行うことなく、酸素プラズマ処理（エネルギー波を用いた親水化処理を伴う表面活性化処理）（ステップＳ１２）を行うようにしてもよい。この場合には、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）、あるいはガラスで構成される接合部分ＰＴ２においては、上記と同様に、親水化処理が施され、２つの被接合物における接合部分ＰＴ２同士が接触した状態で、２つの被接合物９１，９２が加圧される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ２同士は強固に接合される。また、この場合には、Ａｕ（金）あるいはＣｕ（銅）で構成される接合部分ＰＴ１においても酸素プラズマ処理が施されることにより、その接合表面の不要物（有機物等）が除去されるとともにその接合表面に対する表面活性化処理が施される。そして、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士が接触した状態で、２つの被接合物９１が加圧される。したがって、２つの被接合物９１，９２における接合部分ＰＴ１同士も強固に接合される。このようにして、両被接合物９１，９２に関する接合強度を良好に確保することが可能である。
【００９３】
また、上記実施形態においては、エネルギー波による親水化処理（ステップＳ１２）として、酸素プラズマ処理を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマによる親水化処理に代えて、窒素プラズマによる親水化処理を、エネルギー波による親水化処理として行うようにしてもよい。あるいは、酸素プラズマによる親水化処理に代えて、アルゴン（Ａｒ）プラズマによる親水化処理を、エネルギー波による親水化処理として行うようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態においては、エネルギー波を用いた親水化処理として、プラズマ処理（酸素プラズマ処理）を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、プラズマ処理に代えて、ビーム照射処理を行うようにしてもよい。詳細には、Ａｒイオンビーム処理あるいはＡｒ原子ビーム処理等を行うようにしてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマ処理（ステップＳ１２）後に接合動作を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマ処理後に、反応ガスを窒素ガスに入れ替えるとともに電源等を変更することによって、窒素ラジカルによる表面活性化処理（親水化処理）をさらに行うようにしてもよい。そして、窒素ラジカル処理後に両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。なお、窒素ラジカルは電気的に中性であるので電極への電圧印加により発生する電界によって加速されず、被接合物の接合表面を破損させることなく、当該接合表面の表面活性化処理を効率よく行うことができる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、酸素プラズマによる親水化処理中（ステップＳ１２）において水ガスをさらに供給して接合表面に水を付着させる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、酸素プラズマによる親水化処理後に、水ガスを供給するようにしてもよい。あるいは、水ガスを供給せずに真空チャンバ２内に残留している水分を用いて接合表面に水を付着させるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態においては、単一の装置１内で表面活性化処理から接合動作までを実行する場合を例示したが、これに限定されない。
【００９８】
たとえば、図１６に示すような接合システム１Ｂを用いて、両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。この接合システム１Ｂは、表面活性化装置１２０と接合装置１４０と搬送装置１５０とを備える。接合システム１Ｂにおいては、まず、２つの被接合物に対する表面活性化処理（親水化処理等）が或る装置（表面活性化装置）１２０内で実行される。その後、当該２つの被接合物が大気中（あるいはガス雰囲気内）にて他の装置（接合装置）１４０まで搬送装置（搬送ロボット等）１５０を用いて搬送され、当該他の装置（接合装置）１４０にて当該２つの被接合物が接合される。なお、このような大気搬送等が上記のステップＳ１２とステップＳ１３との間に実行される場合には、ステップＳ１２にて、水分子の付着処理が接合部分ＰＴ１，ＰＴ２に対して施されることが好ましい。
【００９９】
このように、或る表面活性化装置１２０から別の接合装置１４０にまで大気搬送等した後に当該接合装置１４０で接合することによれば、当該接合装置（接合専用の接合装置）１４０を用いて非常に高速に（たとえば数秒〜数十秒に１個の割合で）接合動作を実行することが可能である。すなわち、このような変形例に係る接合システム１Ｂは、接合動作を効率的に実行することが可能であり、大量生産に適している。特に、チップ・オン・チップ、あるいは、チップ・オン・ウエハによる半導体製造工程においてこのような思想を適用することによれば、大量生産を好適に行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１，１Ｂ 接合システム
２ 真空チャンバ
１２ ステージ
１２ｄ，２２ｄ 電極
２２ ヘッド
２３ アライメントテーブル
２８ 位置認識部
９１，９２ 被接合物
９３ Ａｕパッド
９４ Ａｕバンプ
ＰＴ１，ＰＴ２ 接合部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、
前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う第１の表面活性化処理手段と、
前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合手段と、
を備える接合システム。
【請求項２】
請求項１に記載の接合システムにおいて、
前記２つの被接合物は、第１の被接合物と第２の被接合物とを有し、
前記第１の被接合物の前記第１の接合部分における第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第１の接合部分における第２の基準面からの接合方向の厚さとの和は、前記第１の被接合物の前記第２の接合部分における前記第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第２の接合部分における前記第２の基準面からの接合方向の厚さとの和よりも大きいことを特徴とする接合システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接合システムにおいて、
前記接合手段は、前記２つの被接合物を１８０℃以下の温度にまで昇温した状態で、当該２つの被接合物を接合することを特徴とする接合システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理は、酸素プラズマを用いて実行されることを特徴とする接合システム。
【請求項５】
請求項４に記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理は、窒素ラジカルをも用いて実行されることを特徴とする接合システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理の前に、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理を前記各接合表面に対して施す第２の表面活性化処理手段、
をさらに備えることを特徴とする接合システム。
【請求項７】
請求項６に記載の接合システムにおいて、
前記物理的な表面活性化処理は、Ａｒ（アルゴン）プラズマによる表面活性化処理を含むことを特徴とする接合システム。
【請求項８】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、
前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う表面活性化処理装置と、
前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合装置と、
前記表面活性化処理装置で前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を前記接合装置に大気搬送する搬送装置と、
を備える接合システム。
【請求項９】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｂ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で、前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備える接合方法。
【請求項１０】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｂ）前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を接合装置へと大気搬送するステップと、
ｃ）前記接合装置において、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備える接合方法。
【請求項１１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第１の接合部分に対して物理的な表面活性化処理を行うステップと、
ｂ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第２の接合部分に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｃ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備え、
前記ステップｃ）における接合時の両被接合物における面平均接合圧力は、１５０ＭＰａ（メガパスカル）よりも小さいことを特徴とする接合方法。
【請求項１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、
前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う第１の表面活性化処理手段と、
前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合手段と、
を備える接合システム。
【請求項２】
請求項１に記載の接合システムにおいて、
前記２つの被接合物は、第１の被接合物と第２の被接合物とを有し、
前記第１の被接合物の前記第１の接合部分における第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第１の接合部分における第２の基準面からの接合方向の厚さとの和は、前記第１の被接合物の前記第２の接合部分における前記第１の基準面からの接合方向の厚さと前記第２の被接合物の前記第２の接合部分における前記第２の基準面からの接合方向の厚さとの和よりも大きいことを特徴とする接合システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接合システムにおいて、
前記接合手段は、前記２つの被接合物を１８０℃以下の温度にまで昇温した状態で、当該２つの被接合物を接合することを特徴とする接合システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理は、酸素プラズマを用いて実行されることを特徴とする接合システム。
【請求項５】
請求項４に記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理は、窒素ラジカルをも用いて実行されることを特徴とする接合システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記親水化処理の前に、エネルギー波を用いた物理的な表面活性化処理を前記各接合表面に対して施す第２の表面活性化処理手段、
をさらに備えることを特徴とする接合システム。
【請求項７】
請求項６に記載の接合システムにおいて、
前記物理的な表面活性化処理は、Ａｒ（アルゴン）プラズマによる表面活性化処理を含むことを特徴とする接合システム。
【請求項８】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合システムであって、
前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行う表面活性化処理装置と、
前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合する接合装置と、
前記表面活性化処理装置で前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を前記接合装置に大気搬送する搬送装置と、
を備える接合システム。
【請求項９】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｂ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で、前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備える接合方法。
【請求項１０】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｂ）前記親水化処理が施された前記２つの被接合物を接合装置へと大気搬送するステップと、
ｃ）前記接合装置において、前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備える接合方法。
【請求項１１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで構成される第１の接合部分とＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）およびガラスのいずれかで構成される第２の接合部分とをその接合表面にそれぞれ有する２つの被接合物を接合する接合方法であって、
ａ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第１の接合部分に対して物理的な表面活性化処理を行うステップと、
ｂ）前記２つの被接合物の各接合表面のうち少なくとも前記第２の接合部分に対してエネルギー波による親水化処理を行うステップと、
ｃ）前記２つの被接合物における前記第１の接合部分同士を接触させ且つ前記２つの被接合物における前記第２の接合部分同士を接触させた状態で前記２つの被接合物を加圧することによって、前記２つの被接合物を接合するステップと、
を備え、
前記ステップｃ）における接合時の両被接合物における面平均接合圧力は、１５０ＭＰａ（メガパスカル）よりも小さいことを特徴とする接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１１９７１７（Ｐ２０１１−１１９７１７Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７５０８（Ｐ２０１０−２４７５０８）
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３０４０１９３５５）ボンドテック株式会社 (36)
【出願人】（５０３１７７０７４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３０４０１９３５５）ボンドテック株式会社 (36)
【出願人】（５０３１７７０７４）
【Ｆターム（参考）】
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