接合方法および装置
【課題】接合前には接合部同士を確実に接合に適した清浄な状態にし、容易に常温接合までを可能とすることのできる接合方法および装置を提供する。
【解決手段】基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする接合方法、および接合装置。
【解決手段】基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする接合方法、および接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップやウエハー、各種回路基板等の、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合する接合方法および装置に関し、とくに、プラズマ等のエネルギー波により表面を洗浄した後接合部同士を接合するようにした接合方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、シリコンウエハーの接合面同士を接合するに際し、接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの接合法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、基本的に、接合のための加熱を不要化でき、活性化された表面同士を単に接触させるだけで、常温またはそれに近い低温での接合が可能になる。
【０００３】
また、上記のようなエネルギー波によるエッチングにより接合面を表面活性化するに際し、エネルギー波として、表面洗浄効果、取り扱い易さ等の面から、プラズマが好適であることも知られている（たとえば、特許文献２参照）。さらに一般に、プラズマを容易に発生させ、発生するプラズマの強度等を容易に制御できるようにするためには、減圧下で（つまり、真空度をたかめて）、反応ガス、たとえばＡｒガスを供給し、そのガス雰囲気でプラズマを発生させることが好ましいことも知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７９１４２９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２００２−６４２６６号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、反応ガス（たとえばＡｒガス）を供給し、そのガス雰囲気でプラズマ等のエネルギー波を発生させて被接合物の接合表面を洗浄するだけでは、洗浄時に反応ガス成分が接合表面に残ったり、また、真空度が低い場合には浮遊している不純物が再付着したりするおそれがあるという問題が残されている。接合表面に反応ガス成分が比較的多量に残されたまま、あるいは、不純物が付着したまま、接合に入ると、良好な接合が難しくなるばかりか、接合のために高温加熱や高圧圧着が要求され、簡単な形態での常温接合等は困難になる。
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような不都合の発生を防止し、接合前には接合部同士を確実に接合に適した清浄な状態にし、容易に常温接合までを可能とすることのできる接合方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
すなわち、洗浄後に、接合部周りの雰囲気を吸引して真空度を高めることにより、残留していた反応ガス成分や不純物が取り除かれるので、より清浄な状態で、エネルギー波洗浄により表面が活性化された接合部同士を接合することができるようになり、良好な接合がより容易に行われる。
【０００９】
また、本発明に係る接合方法は、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄中に真空度を高めていくことを特徴とする方法からなる。
【００１０】
すなわち、接合部の表面を洗浄しながら吸引により真空度を高めていくので、洗浄中に反応ガス成分そのものや浮遊していた不純物が吸引により取り除かれ、より清浄な状態で、エネルギー波洗浄により表面が活性化された接合部同士を接合することができるようになり、良好な接合がより容易に行われる。また、場合によっては、冷却した後接合すれば、接合における熱膨張の影響は防げる。上記各方法において、基材の表面の接合部は、金属からなることが、つまり金属接合部であることが好ましい。
【００１１】
これら本発明に係る接合方法においては、上記洗浄後接合までの間に接合部を加熱することもできる。このように加熱を併用すれば、表面に吸着されていたあるいは表面に入り込んでいた反応ガス成分が表面から飛び出しやすくなり、表面をより清浄な活性化された状態にすることが可能になる。また、場合によっては、冷却した後接合すれば、接合における熱膨張の影響は防げる。
【００１２】
上記エネルギー波としては、取り扱いやすさや強度制御の行いやすさの点から、プラズマを用いることが好ましい。中でも、広い真空度範囲で発生可能なＲＦプラズマを用いることが好ましい。
【００１３】
とくにこのようにエネルギー波としてプラズマを用いる場合には、プラズマが良好に発生できる真空度の範囲が存在し、つまり、洗浄に適した真空度の範囲が存在し、一般に、その範囲よりも真空度を高めると、プラズマは消失してしまう。したがって、真空度の制御は、このような特性を考慮して行わなければならない。たとえば、洗浄時の真空度を１．３Ｐａよりも高い圧力とし、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるようにすることができ、このような制御はとくにプラズマにより洗浄を行う場合に好ましい。なお、本文中でいう真空度１．３Ｐａ以下とは、圧力を高める方向であり、真空度を高めるとは、圧力を低くする方向を指す。
【００１４】
また、洗浄前に真空度を一旦１．３Ｐａよりも低い圧力として雰囲気中の不純物を極力低減させた後に、不活性ガスを導入して、洗浄に最適な真空度まで戻し、たとえば、不活性ガスを導入することにより真空度が１．３Ｐａよりも高い圧力となるように増圧した状態にて洗浄することもできる。洗浄後には、上記同様、真空度をを１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるようにすればよい。
【００１５】
また、前記洗浄中に真空度を高めていく方法においては、真空度を高めすぎると、それまで発生していたエネルギー波（たとえば、プラズマ）が発生しなくなり、洗浄が中途半端になるおそれがあるので、このようなおそれを除去し、所定の洗浄が終了するまで確実にエネルギー波発生状態に維持するために、洗浄中に真空度を高めつつ、上下両電極をプラズマのカソード・アース電極としておけば、接合部同士間の距離を縮めていくようにすることもできる。接合部同士間の距離が縮まる程、エネルギー波は発生しやすくなるので、その分エネルギー波発生状態に維持しつつ真空度を高めることが可能になり、所定の洗浄が終了するまでエネルギー波発生状態を維持することが可能になる。プラズマ電極の構成は、上下どちらかの電極をカソード・アースとして切り替えることにより両面洗浄する方法と、チャンバ壁をアースとして上下どちらかの電極をカソードとして切り替えて両面洗浄する方法とがある。
【００１６】
上記エネルギー波による洗浄では、接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングすることが好ましい。このような深さ以上にエッチング可能なエネルギーのエネルギー波で洗浄することにより、接合部同士を常温接合する場合においても、接合に必要な表面性状を得ることが可能になる。
【００１７】
本発明に係る接合方法は、とくに、表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている接合部同士を接合する場合に好適である。たとえば、互いに接合される接合部の組み合わせとして、金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の２つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の接合の場合、常温でも確実に接合できるようになる。ただし、金同士の接合以外の場合でも（たとえば、金／銅、金／アルミニウム等の接合等）、常温あるいはそれに近い低温での接合を可能とすることができる。また、少なくとも一方の金属接合部を特定の金属、たとえば金で構成する場合、金属接合部を形成する電極等の全体を金で構成することもできるが、表面だけを金で構成することもできる。表面を金で構成するための形態はとくに限定されず、金めっきの形態や金薄膜をスパッタリングや蒸着等により形成した形態を採用すればよい。
【００１８】
上記接合部同士の接合に際し、表面同士が良好に密着できるように、少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下、さらに好ましくはアニーリングにより硬度を１００以下に下げたものがよい。たとえば、表面硬度Ｈｖを３０〜７０の範囲内（たとえば、平均Ｈｖを５０）とすることが好ましい。このような低硬度としておくことで、接合荷重印加時に接合部の表面が適当に変形し、より密接な接合が可能となる。
【００１９】
本発明に係る接合装置は、基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄時にはチャンバ内をエネルギー波による洗浄に適した真空度に制御し、洗浄後接合前にはチャンバ内の真空度をさらに高めるように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とするものからなる。
【００２０】
また、本発明に係る接合装置は、基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄中にチャンバ内の真空度を高めていくように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とするものからなる。これら各装置において、基材の表面の接合部は、金属からなることが、つまり金属接合部であることが好ましい。
【００２１】
このような本発明に係る接合装置においては、接合前に洗浄された接合部を加熱する手段（たとえば、接合手段に内蔵されたヒータ）を有することが好ましい。
【００２２】
エネルギー波により洗浄する手段としてはプラズマ発生手段からなることが好ましく、中でも、ＲＦプラズマ発生手段からなることが好ましい。
【００２３】
また、真空度制御のためには、前記チャンバに、流量制御弁を備えた吸引路が接続されていることが好ましい。一つの吸引路に流量制御弁を設けて吸引流量を制御し、チャンバ内の真空度を制御することも可能であるが、流量制御弁は一般に高価であるので、極力小型の安価な流量制御弁を用いて所定の制御を行うことができるようにすることが好ましい、このためには、たとえば、前記チャンバに、吸引路が接続されており、該吸引路が流量制御弁を備えた吸引路（流量制御用）と流量制御弁を備えていない吸引路（大量吸引用）とに切換弁を介して分岐されている構造を採用し、該流量制御弁に比較的小型の安価なものを使用するようにすることが可能である。
【００２４】
また、前述の如く、真空度制御手段により洗浄中にチャンバ内の真空度が高められていく形態とする場合には、接合部同士間の距離を縮めていく手段を有することが好ましく、これによって前述の如く、所定の洗浄が終了するまでエネルギー波の発生状態を維持することが可能になる。
【００２５】
また、前記エネルギー波により洗浄する手段としては、接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さのエッチングが可能なエネルギー以上のエネルギー波を発生させる手段からなることが好ましい。
【００２６】
また、接合される両接合部の表面金属種の組み合わせは、前述したように、金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の２つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の組み合わせとする場合、接合が最も容易になる。
【００２７】
また、少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下、好ましくは１００以下とされていることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明では、基本的に所定の洗浄を行った後、接合までの間に、真空度を高めることとしているが、必要に応じて、接合前に雰囲気をＡｒガスや窒素ガスに置換してもよい。たとえば、接合部が金からなる場合のように、雰囲気の真空度が多少高められても問題が生じない場合には、このような形態を採ることが可能となる。
【００２９】
上記のような本発明に係る接合方法および装置においては、エネルギー波による所定の洗浄後あるいは洗浄中に、真空度がさらに高められるので、接合表面に残っていた反応ガス成分や、浮遊していた不純物の大半が除去され、清浄な状態にて、表面活性化された接合部同士が良好に接合されることになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る接合装置１を示している。本実施態様においては、互いに接合される被接合物として、一方はチップ２で他方は基板３である場合を例示している。チップ２上には電極を構成する複数の金属接合部４（図１には２つ示してある）が設けられており、基板３には対応する電極を構成する金属接合部５が設けられている。チップ２は一方の被接合物保持手段としてのチップ保持手段６に保持されており、基板３は他方の被接合物保持手段としての基板保持手段７に保持されている。本実施態様では、チップ保持手段６はＺ方向（上下方向）に位置調整できるようになっており、基板保持手段７はＸ、Ｙ方向（水平方向）および／または回転方向（θ方向）に位置調整できるようになっている。
【００３１】
上記のような基板保持手段７は、一般には、平行移動および／または回転可能に装着されるが、必要に応じて、それらと昇降（Ｚ方向移動）とを組み合わせた態様に装着してもよい。また、チップ保持手段６側についても、昇降動作のみならず、平行移動および／または回転動作を行うことができる装置形態であってもよい。
【００３２】
なお、上記において、チップ２とは、たとえば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、基板３と接合させる側の全てのものをいう。また、基板３とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、チップ２と接合される側の全てのものをいう。
【００３３】
本実施態様では、チップ保持手段６において直接チップ２を保持する部分、および、基板保持手段７において直接基板３を保持する部分は、電極ツール８、９に構成されており、それぞれプラズマ発生用電極として機能可能に構成されている。本実施態様では、これら電極ツール８、９の一方にＲＦプラズマ発生用電源１０が接続されており、他方は接地されている。ＲＦプラズマ発生用電源１０から、減圧条件下にて所定の高周波電圧が印加されることにより、電極ツール８、９間でチップ２の金属接合部４の表面および基板３の金属接合部５の表面に洗浄用のプラズマ１１を照射することができるようになっている。
【００３４】
ＲＦプラズマで洗浄するに際し、本実施態様では、装置全体を囲むのではなく、対向配置されたチップ２と基板３、およびその周囲を局部的に囲むローカルチャンバ１２が設けられている。チャンバ１２内には、ガス供給手段１３としてのポンプあるいは流量調整可能なマスフローコントローラにより、不活性ガス、たとえばＡｒガスが供給される。そして、チャンバ１２内を減圧するが、このとき真空度制御手段として、チャンバ１２に接続された吸引路１４が設けられている。この吸引路１４に直接流量制御弁を設けてチャンバ１２内の真空度を制御することも可能であるが、本実施態様では、切換弁１５を介して吸引路１４が流量制御弁１６を備えた吸引路１７と流量制御弁を備えていない吸引路１８とに分岐されており、各吸引路１７、１８にそれぞれ吸引ポンプ１９、２０が設けられている。すなわち、大流量を吸引するときには吸引路１８を用い、その後に小流量を吸引して所定の真空度に制御するときには吸引路１７を用いることにより、比較的高価な流量制御弁１６として小型かつ安価なものを採用することが可能になる。
【００３５】
このような真空度制御手段を用いてチャンバ１２内が所定の真空度に制御されるが、ＲＦプラズマで洗浄する場合の真空度としては、１．３Ｐａ以下、たとえば、１．３×１０2 Ｐａ〜１．３Ｐａ程度に制御され、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるよう制御される。洗浄時にあまり真空度を高めると、プラズマを発生させずらくなるので、上記真空度程度に制御して、プラズマを良好に発生させて良好なエッチング洗浄を行うことに重点を置く。プラズマ洗浄においては、接合表面の表面異物層を除去し十分に表面活性化するために、金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上エッチングできるようにプラズマ強度、時間を設定することが好ましい。
【００３６】
洗浄時には真空度をそれほど高めないので、多かれ少なかれ、反応ガス（この場合、Ａｒガス）２１が洗浄表面に残留したり雰囲気中に残留し、また、洗浄により飛ばされた不純物２２が浮遊している。そこで、所定の洗浄後には、上述の真空度制御手段を用いてチャンバ１２内の真空度をさらに高め、たとえば１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高める。吸引路１４から、洗浄表面に残留していた反応ガス２１や浮遊していた不純物２２が排出、除去されるので、金属接合部の洗浄表面が、清浄で、かつ良好に表面活性化された状態に保たれ、後述の接合に供される。
【００３７】
このとき、プラズマ洗浄中に、チャンバ１２内の真空度を高めていくこともできる。ただし、この場合、真空度があるレベルよりも高くなると、プラズマを発生させずらくなるので、それを回避するためには、プラズマ電極８、９間の距離を縮めて、高真空度になってもプラズマが立つようにすればよい。チャンバ１２にはベローズ等の伸縮自在のシール手段２３が設けられているので、たとえばチップ保持手段６を下降させることによりプラズマ電極８、９間の距離を縮めながら、チャンバ１２内に対するシール性を確保し、チャンバ１２内の真空度を徐々に高めていくことが可能である。
【００３８】
ここで真空度を高めるとは、圧力を低くする方向を指す。また、プラズマ電極の構成は、前述したように、上下どちらかの電極をカソード・アースとして切り替えることにより両面洗浄する方法と、チャンバ壁をアースとして上下どちらかの電極をカソードとして切り替えて両面洗浄する方法とがある。
【００３９】
また、上記いずれの方法においても、所定の洗浄が終了した後、接合に入るまでの間に、なお若干の表面付着反応ガスや再付着した不純物等が残留している可能性がある。このような残留反応ガスや付着不純物をさらに除去するためには、金属接合部を加熱することが有効である。たとえば図１に示すように、チップ保持手段６や基板保持手段７にヒータ２４、２５を内蔵しておけば、ヒータ２４、２５による加熱により、残留反応ガスや付着不純物を飛ばすことが可能になり、それを吸引除去することにより、接合前に一層清浄な望ましい接合表面状態とすることができる。
【００４０】
上記のように所定の洗浄が行われ、洗浄後にチャンバ１２内が所定の真空度に高められた状態にて、接合が行われる。本実施態様では、接合前にまず両被接合物の相対位置が所定の精度に入るようにアライメントが行われ、その後に接合される。
【００４１】
アライメントは、たとえば図２に示すように、認識手段２６として、たとえば下方に挿入される赤外線カメラを用いて、基板３側およびチップ２側に付された認識マークを読み取り、両者の相対位置が所定の精度範囲内に納まるよう、基板保持手段７側の位置を制御することによって行われる。このアライメント時には、チップ２および基板３、さらにはそれらの保持手段６、７の温度は低下されているので、熱膨張に伴う精度悪化の問題は回避され、高精度のアライメントが可能になる。
【００４２】
なお、認識マークの読み取りのために上記のように下方に赤外線カメラを配置する場合には、たとえば基板保持手段７側の基板保持部の背面側に赤外線を透過可能な部材（たとえば、バックアップガラス）をマーク読み取り範囲にわたって設けておき、その範囲を基板保持手段７の位置調整手段が遮らないように構成しておくことで、下方から基板３側およびチップ２側に付された両認識マークを読み取ることが可能となる。
【００４３】
上記アライメント後に、たとえば図３に示すように、チップ保持手段６とともにチップ２が下降され、その電極４が基板３の電極５に圧着されて両者が接合される。このとき、接合面、つまり、チップ２の電極４の表面と基板３の電極５の表面は、前記プラズマ洗浄および洗浄後の高真空度制御により、極めて清浄な表面活性化された状態に保たれているので、敢えて特別な加熱を行う必要はなく、常温あるいはそれに近い低温にて、両接合面が原子レベルで強固に接合される。
【００４４】
なお、本実施態様ではチップと基板を示したが、電極のないチップ同士やウエハー同士の接合にも本発明は適用でき、上下被接合物が金属以外の半導体やガラス、セラミック等の異種材料である場合もある。また、アライメントマークが無い場合には、外形でアライメントする場合もある。
【００４５】
また、上記実施態様では剛体のチャンバ１２と弾性体のシール手段２３により実質的に密閉された、真空度制御用のローカルチャンバを形成するようにしたが、このローカルチャンバの形成構造は特に限定されない。たとえば図４に示すような構成を採用することもできる。
【００４６】
図４に示す接合装置においては、図１に示した態様と同様に、電極ツール８、９間でチップ２の金属接合部４の表面および基板３の金属接合部５の表面に電極を切り替えることにより洗浄用のプラズマを照射することができるようになっている。チップ保持手段６および基板保持手段７には、ヒーターが内蔵されて少なくとも一方の電極ツールを介して被接合物を加熱可能となっており、かつ、静電チャック手段を備え少なくとも一方の被接合物を静電気的に保持することができるようになっている。ヒーターおよび静電チャック手段については図示を省略してある。図４における３０ａは基板保持手段７側に内蔵された静電チャック用の電極端子、３１ａはプラズマ電極用の端子、３２ａはヒーター用の端子をそれぞれ示しており、電極コネクター３３ａを介して給電されるようになっている。パターンとしては、表層から静電チャック、プラズマ電極、ヒーターとなっていることが好ましい。同様に、３０ｂはチップ保持手段６側に内蔵された静電チャック用の電極端子、３１ｂはプラズマ電極用の端子、３２ｂはヒーター用の端子、３３ｂは給電用の電極コネクターを、それぞれ示している。
【００４７】
本実施態様では、両被接合物２、３の周囲には、一方の被接合物保持手段（本実施態様では基板保持手段７）に当接するまで移動して内部に両被接合物２、３を閉じ込める局部的な密閉空間を持つローカルチャンバ構造（図４に２点鎖線にてローカルチャンバ３４を示す。）を形成することが可能で、かつ、上記当接状態にて、前記被接合物保持手段（本実施態様ではチップ保持手段６）の移動に追従してローカルチャンバ３４の容積を縮小する方向（本実施態様では下降方向への移動）に移動可能な可動壁３５が設けられている。この可動壁３５は、筒状の剛体壁構造に構成されており、可動壁上昇ポート３６、可動壁下降ポート３７および内部シール機構３８を備えたシリンダ手段３９により、図１の上下方向に移動可能となっている。可動壁３５の先端部には、弾性変形可能なシール材４０が設けられており、上記当接状態にて、ローカルチャンバ３４内部を外部に対してより確実にシール、密閉することができるようになっている。
【００４８】
基板保持手段７側には、上記のように形成されるローカルチャンバ３４に対し、該ローカルチャンバ３４内を減圧して所定の真空状態にする真空吸引手段としての真空ポンプ４１が接続されている。ローカルチャンバ３４内の空気あるいはガスは、吸引路４２を通して真空ポンプ４１により吸引される。また、この吸引路４２とは別に、あるいはこの吸引路４２と兼用させて、基板保持手段７側にはアルゴンガス（Ａｒガス）などの特定の不活性ガスをローカルチャンバ３４内に供給するガス供給路４３が設けられている。そして、上記吸引路４２に対して、図１に示したのと同様の真空度制御手段が接続され、本発明に係る真空度制御を行うことができるようになっている。このような可動壁３５を備えたローカルチャンバ構成においても本発明を実施でき、前述の実施態様と同様の作用、効果が得られる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る接合方法および装置によれば、エネルギー波による接合表面洗浄時には洗浄に最適な真空度に制御し、洗浄後あるいは洗浄中にに真空度を高めて、より清浄な良好に表面活性化された状態の接合部を接合工程に供することができるようにしたので、一層良好な接合状態を得ることができるようになり、常温あるいはそれに近い温度での接合までを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【図２】図１の接合装置におけるアライメント工程を示す概略構成図である。
【図３】図１の装置における接合工程を示す概略構成図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 接合装置
２ チップ
３ 基板
４ チップの電極（金属接合部）
５ 基板の電極（金属接合部）
６ チップ保持手段
７ 基板保持手段
８、９ 電極ツール
１０ プラズマ発生用電源
１１ プラズマ
１２ チャンバ
１３ ガス供給手段
１４ 吸引路
１５ 切換弁
１６ 流量制御弁
１７、１８ 吸引路
１９、２０ 吸引ポンプ
２１ 反応ガス
２２ 不純物
２３ シール手段
２４、２５ ヒータ
２６ 認識手段
３０ａ、３０ｂ 静電チャック用の電極端子
３１ａ、３１ｂ プラズマ電極用の端子
３２ａ、３２ｂ ヒーター用の端子
３３ａ、３３ｂ 電極コネクター
３４ ローカルチャンバ
３５ 可動壁
３６ 可動壁上昇ポート
３７ 可動壁下降ポート
３８ 内部シール機構
３９ シリンダ手段
４０ シール材
４１ 真空ポンプ
４２ 吸引路
４３ ガス供給路
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップやウエハー、各種回路基板等の、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合する接合方法および装置に関し、とくに、プラズマ等のエネルギー波により表面を洗浄した後接合部同士を接合するようにした接合方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、シリコンウエハーの接合面同士を接合するに際し、接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの接合法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、基本的に、接合のための加熱を不要化でき、活性化された表面同士を単に接触させるだけで、常温またはそれに近い低温での接合が可能になる。
【０００３】
また、上記のようなエネルギー波によるエッチングにより接合面を表面活性化するに際し、エネルギー波として、表面洗浄効果、取り扱い易さ等の面から、プラズマが好適であることも知られている（たとえば、特許文献２参照）。さらに一般に、プラズマを容易に発生させ、発生するプラズマの強度等を容易に制御できるようにするためには、減圧下で（つまり、真空度をたかめて）、反応ガス、たとえばＡｒガスを供給し、そのガス雰囲気でプラズマを発生させることが好ましいことも知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７９１４２９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２００２−６４２６６号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、反応ガス（たとえばＡｒガス）を供給し、そのガス雰囲気でプラズマ等のエネルギー波を発生させて被接合物の接合表面を洗浄するだけでは、洗浄時に反応ガス成分が接合表面に残ったり、また、真空度が低い場合には浮遊している不純物が再付着したりするおそれがあるという問題が残されている。接合表面に反応ガス成分が比較的多量に残されたまま、あるいは、不純物が付着したまま、接合に入ると、良好な接合が難しくなるばかりか、接合のために高温加熱や高圧圧着が要求され、簡単な形態での常温接合等は困難になる。
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような不都合の発生を防止し、接合前には接合部同士を確実に接合に適した清浄な状態にし、容易に常温接合までを可能とすることのできる接合方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
すなわち、洗浄後に、接合部周りの雰囲気を吸引して真空度を高めることにより、残留していた反応ガス成分や不純物が取り除かれるので、より清浄な状態で、エネルギー波洗浄により表面が活性化された接合部同士を接合することができるようになり、良好な接合がより容易に行われる。
【０００９】
また、本発明に係る接合方法は、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄中に真空度を高めていくことを特徴とする方法からなる。
【００１０】
すなわち、接合部の表面を洗浄しながら吸引により真空度を高めていくので、洗浄中に反応ガス成分そのものや浮遊していた不純物が吸引により取り除かれ、より清浄な状態で、エネルギー波洗浄により表面が活性化された接合部同士を接合することができるようになり、良好な接合がより容易に行われる。また、場合によっては、冷却した後接合すれば、接合における熱膨張の影響は防げる。上記各方法において、基材の表面の接合部は、金属からなることが、つまり金属接合部であることが好ましい。
【００１１】
これら本発明に係る接合方法においては、上記洗浄後接合までの間に接合部を加熱することもできる。このように加熱を併用すれば、表面に吸着されていたあるいは表面に入り込んでいた反応ガス成分が表面から飛び出しやすくなり、表面をより清浄な活性化された状態にすることが可能になる。また、場合によっては、冷却した後接合すれば、接合における熱膨張の影響は防げる。
【００１２】
上記エネルギー波としては、取り扱いやすさや強度制御の行いやすさの点から、プラズマを用いることが好ましい。中でも、広い真空度範囲で発生可能なＲＦプラズマを用いることが好ましい。
【００１３】
とくにこのようにエネルギー波としてプラズマを用いる場合には、プラズマが良好に発生できる真空度の範囲が存在し、つまり、洗浄に適した真空度の範囲が存在し、一般に、その範囲よりも真空度を高めると、プラズマは消失してしまう。したがって、真空度の制御は、このような特性を考慮して行わなければならない。たとえば、洗浄時の真空度を１．３Ｐａよりも高い圧力とし、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるようにすることができ、このような制御はとくにプラズマにより洗浄を行う場合に好ましい。なお、本文中でいう真空度１．３Ｐａ以下とは、圧力を高める方向であり、真空度を高めるとは、圧力を低くする方向を指す。
【００１４】
また、洗浄前に真空度を一旦１．３Ｐａよりも低い圧力として雰囲気中の不純物を極力低減させた後に、不活性ガスを導入して、洗浄に最適な真空度まで戻し、たとえば、不活性ガスを導入することにより真空度が１．３Ｐａよりも高い圧力となるように増圧した状態にて洗浄することもできる。洗浄後には、上記同様、真空度をを１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるようにすればよい。
【００１５】
また、前記洗浄中に真空度を高めていく方法においては、真空度を高めすぎると、それまで発生していたエネルギー波（たとえば、プラズマ）が発生しなくなり、洗浄が中途半端になるおそれがあるので、このようなおそれを除去し、所定の洗浄が終了するまで確実にエネルギー波発生状態に維持するために、洗浄中に真空度を高めつつ、上下両電極をプラズマのカソード・アース電極としておけば、接合部同士間の距離を縮めていくようにすることもできる。接合部同士間の距離が縮まる程、エネルギー波は発生しやすくなるので、その分エネルギー波発生状態に維持しつつ真空度を高めることが可能になり、所定の洗浄が終了するまでエネルギー波発生状態を維持することが可能になる。プラズマ電極の構成は、上下どちらかの電極をカソード・アースとして切り替えることにより両面洗浄する方法と、チャンバ壁をアースとして上下どちらかの電極をカソードとして切り替えて両面洗浄する方法とがある。
【００１６】
上記エネルギー波による洗浄では、接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングすることが好ましい。このような深さ以上にエッチング可能なエネルギーのエネルギー波で洗浄することにより、接合部同士を常温接合する場合においても、接合に必要な表面性状を得ることが可能になる。
【００１７】
本発明に係る接合方法は、とくに、表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている接合部同士を接合する場合に好適である。たとえば、互いに接合される接合部の組み合わせとして、金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の２つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の接合の場合、常温でも確実に接合できるようになる。ただし、金同士の接合以外の場合でも（たとえば、金／銅、金／アルミニウム等の接合等）、常温あるいはそれに近い低温での接合を可能とすることができる。また、少なくとも一方の金属接合部を特定の金属、たとえば金で構成する場合、金属接合部を形成する電極等の全体を金で構成することもできるが、表面だけを金で構成することもできる。表面を金で構成するための形態はとくに限定されず、金めっきの形態や金薄膜をスパッタリングや蒸着等により形成した形態を採用すればよい。
【００１８】
上記接合部同士の接合に際し、表面同士が良好に密着できるように、少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下、さらに好ましくはアニーリングにより硬度を１００以下に下げたものがよい。たとえば、表面硬度Ｈｖを３０〜７０の範囲内（たとえば、平均Ｈｖを５０）とすることが好ましい。このような低硬度としておくことで、接合荷重印加時に接合部の表面が適当に変形し、より密接な接合が可能となる。
【００１９】
本発明に係る接合装置は、基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄時にはチャンバ内をエネルギー波による洗浄に適した真空度に制御し、洗浄後接合前にはチャンバ内の真空度をさらに高めるように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とするものからなる。
【００２０】
また、本発明に係る接合装置は、基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄中にチャンバ内の真空度を高めていくように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とするものからなる。これら各装置において、基材の表面の接合部は、金属からなることが、つまり金属接合部であることが好ましい。
【００２１】
このような本発明に係る接合装置においては、接合前に洗浄された接合部を加熱する手段（たとえば、接合手段に内蔵されたヒータ）を有することが好ましい。
【００２２】
エネルギー波により洗浄する手段としてはプラズマ発生手段からなることが好ましく、中でも、ＲＦプラズマ発生手段からなることが好ましい。
【００２３】
また、真空度制御のためには、前記チャンバに、流量制御弁を備えた吸引路が接続されていることが好ましい。一つの吸引路に流量制御弁を設けて吸引流量を制御し、チャンバ内の真空度を制御することも可能であるが、流量制御弁は一般に高価であるので、極力小型の安価な流量制御弁を用いて所定の制御を行うことができるようにすることが好ましい、このためには、たとえば、前記チャンバに、吸引路が接続されており、該吸引路が流量制御弁を備えた吸引路（流量制御用）と流量制御弁を備えていない吸引路（大量吸引用）とに切換弁を介して分岐されている構造を採用し、該流量制御弁に比較的小型の安価なものを使用するようにすることが可能である。
【００２４】
また、前述の如く、真空度制御手段により洗浄中にチャンバ内の真空度が高められていく形態とする場合には、接合部同士間の距離を縮めていく手段を有することが好ましく、これによって前述の如く、所定の洗浄が終了するまでエネルギー波の発生状態を維持することが可能になる。
【００２５】
また、前記エネルギー波により洗浄する手段としては、接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さのエッチングが可能なエネルギー以上のエネルギー波を発生させる手段からなることが好ましい。
【００２６】
また、接合される両接合部の表面金属種の組み合わせは、前述したように、金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の２つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の組み合わせとする場合、接合が最も容易になる。
【００２７】
また、少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下、好ましくは１００以下とされていることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明では、基本的に所定の洗浄を行った後、接合までの間に、真空度を高めることとしているが、必要に応じて、接合前に雰囲気をＡｒガスや窒素ガスに置換してもよい。たとえば、接合部が金からなる場合のように、雰囲気の真空度が多少高められても問題が生じない場合には、このような形態を採ることが可能となる。
【００２９】
上記のような本発明に係る接合方法および装置においては、エネルギー波による所定の洗浄後あるいは洗浄中に、真空度がさらに高められるので、接合表面に残っていた反応ガス成分や、浮遊していた不純物の大半が除去され、清浄な状態にて、表面活性化された接合部同士が良好に接合されることになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る接合装置１を示している。本実施態様においては、互いに接合される被接合物として、一方はチップ２で他方は基板３である場合を例示している。チップ２上には電極を構成する複数の金属接合部４（図１には２つ示してある）が設けられており、基板３には対応する電極を構成する金属接合部５が設けられている。チップ２は一方の被接合物保持手段としてのチップ保持手段６に保持されており、基板３は他方の被接合物保持手段としての基板保持手段７に保持されている。本実施態様では、チップ保持手段６はＺ方向（上下方向）に位置調整できるようになっており、基板保持手段７はＸ、Ｙ方向（水平方向）および／または回転方向（θ方向）に位置調整できるようになっている。
【００３１】
上記のような基板保持手段７は、一般には、平行移動および／または回転可能に装着されるが、必要に応じて、それらと昇降（Ｚ方向移動）とを組み合わせた態様に装着してもよい。また、チップ保持手段６側についても、昇降動作のみならず、平行移動および／または回転動作を行うことができる装置形態であってもよい。
【００３２】
なお、上記において、チップ２とは、たとえば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、基板３と接合させる側の全てのものをいう。また、基板３とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、チップ２と接合される側の全てのものをいう。
【００３３】
本実施態様では、チップ保持手段６において直接チップ２を保持する部分、および、基板保持手段７において直接基板３を保持する部分は、電極ツール８、９に構成されており、それぞれプラズマ発生用電極として機能可能に構成されている。本実施態様では、これら電極ツール８、９の一方にＲＦプラズマ発生用電源１０が接続されており、他方は接地されている。ＲＦプラズマ発生用電源１０から、減圧条件下にて所定の高周波電圧が印加されることにより、電極ツール８、９間でチップ２の金属接合部４の表面および基板３の金属接合部５の表面に洗浄用のプラズマ１１を照射することができるようになっている。
【００３４】
ＲＦプラズマで洗浄するに際し、本実施態様では、装置全体を囲むのではなく、対向配置されたチップ２と基板３、およびその周囲を局部的に囲むローカルチャンバ１２が設けられている。チャンバ１２内には、ガス供給手段１３としてのポンプあるいは流量調整可能なマスフローコントローラにより、不活性ガス、たとえばＡｒガスが供給される。そして、チャンバ１２内を減圧するが、このとき真空度制御手段として、チャンバ１２に接続された吸引路１４が設けられている。この吸引路１４に直接流量制御弁を設けてチャンバ１２内の真空度を制御することも可能であるが、本実施態様では、切換弁１５を介して吸引路１４が流量制御弁１６を備えた吸引路１７と流量制御弁を備えていない吸引路１８とに分岐されており、各吸引路１７、１８にそれぞれ吸引ポンプ１９、２０が設けられている。すなわち、大流量を吸引するときには吸引路１８を用い、その後に小流量を吸引して所定の真空度に制御するときには吸引路１７を用いることにより、比較的高価な流量制御弁１６として小型かつ安価なものを採用することが可能になる。
【００３５】
このような真空度制御手段を用いてチャンバ１２内が所定の真空度に制御されるが、ＲＦプラズマで洗浄する場合の真空度としては、１．３Ｐａ以下、たとえば、１．３×１０2 Ｐａ〜１．３Ｐａ程度に制御され、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高めるよう制御される。洗浄時にあまり真空度を高めると、プラズマを発生させずらくなるので、上記真空度程度に制御して、プラズマを良好に発生させて良好なエッチング洗浄を行うことに重点を置く。プラズマ洗浄においては、接合表面の表面異物層を除去し十分に表面活性化するために、金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上エッチングできるようにプラズマ強度、時間を設定することが好ましい。
【００３６】
洗浄時には真空度をそれほど高めないので、多かれ少なかれ、反応ガス（この場合、Ａｒガス）２１が洗浄表面に残留したり雰囲気中に残留し、また、洗浄により飛ばされた不純物２２が浮遊している。そこで、所定の洗浄後には、上述の真空度制御手段を用いてチャンバ１２内の真空度をさらに高め、たとえば１．３Ｐａよりも低い圧力として真空度を高める。吸引路１４から、洗浄表面に残留していた反応ガス２１や浮遊していた不純物２２が排出、除去されるので、金属接合部の洗浄表面が、清浄で、かつ良好に表面活性化された状態に保たれ、後述の接合に供される。
【００３７】
このとき、プラズマ洗浄中に、チャンバ１２内の真空度を高めていくこともできる。ただし、この場合、真空度があるレベルよりも高くなると、プラズマを発生させずらくなるので、それを回避するためには、プラズマ電極８、９間の距離を縮めて、高真空度になってもプラズマが立つようにすればよい。チャンバ１２にはベローズ等の伸縮自在のシール手段２３が設けられているので、たとえばチップ保持手段６を下降させることによりプラズマ電極８、９間の距離を縮めながら、チャンバ１２内に対するシール性を確保し、チャンバ１２内の真空度を徐々に高めていくことが可能である。
【００３８】
ここで真空度を高めるとは、圧力を低くする方向を指す。また、プラズマ電極の構成は、前述したように、上下どちらかの電極をカソード・アースとして切り替えることにより両面洗浄する方法と、チャンバ壁をアースとして上下どちらかの電極をカソードとして切り替えて両面洗浄する方法とがある。
【００３９】
また、上記いずれの方法においても、所定の洗浄が終了した後、接合に入るまでの間に、なお若干の表面付着反応ガスや再付着した不純物等が残留している可能性がある。このような残留反応ガスや付着不純物をさらに除去するためには、金属接合部を加熱することが有効である。たとえば図１に示すように、チップ保持手段６や基板保持手段７にヒータ２４、２５を内蔵しておけば、ヒータ２４、２５による加熱により、残留反応ガスや付着不純物を飛ばすことが可能になり、それを吸引除去することにより、接合前に一層清浄な望ましい接合表面状態とすることができる。
【００４０】
上記のように所定の洗浄が行われ、洗浄後にチャンバ１２内が所定の真空度に高められた状態にて、接合が行われる。本実施態様では、接合前にまず両被接合物の相対位置が所定の精度に入るようにアライメントが行われ、その後に接合される。
【００４１】
アライメントは、たとえば図２に示すように、認識手段２６として、たとえば下方に挿入される赤外線カメラを用いて、基板３側およびチップ２側に付された認識マークを読み取り、両者の相対位置が所定の精度範囲内に納まるよう、基板保持手段７側の位置を制御することによって行われる。このアライメント時には、チップ２および基板３、さらにはそれらの保持手段６、７の温度は低下されているので、熱膨張に伴う精度悪化の問題は回避され、高精度のアライメントが可能になる。
【００４２】
なお、認識マークの読み取りのために上記のように下方に赤外線カメラを配置する場合には、たとえば基板保持手段７側の基板保持部の背面側に赤外線を透過可能な部材（たとえば、バックアップガラス）をマーク読み取り範囲にわたって設けておき、その範囲を基板保持手段７の位置調整手段が遮らないように構成しておくことで、下方から基板３側およびチップ２側に付された両認識マークを読み取ることが可能となる。
【００４３】
上記アライメント後に、たとえば図３に示すように、チップ保持手段６とともにチップ２が下降され、その電極４が基板３の電極５に圧着されて両者が接合される。このとき、接合面、つまり、チップ２の電極４の表面と基板３の電極５の表面は、前記プラズマ洗浄および洗浄後の高真空度制御により、極めて清浄な表面活性化された状態に保たれているので、敢えて特別な加熱を行う必要はなく、常温あるいはそれに近い低温にて、両接合面が原子レベルで強固に接合される。
【００４４】
なお、本実施態様ではチップと基板を示したが、電極のないチップ同士やウエハー同士の接合にも本発明は適用でき、上下被接合物が金属以外の半導体やガラス、セラミック等の異種材料である場合もある。また、アライメントマークが無い場合には、外形でアライメントする場合もある。
【００４５】
また、上記実施態様では剛体のチャンバ１２と弾性体のシール手段２３により実質的に密閉された、真空度制御用のローカルチャンバを形成するようにしたが、このローカルチャンバの形成構造は特に限定されない。たとえば図４に示すような構成を採用することもできる。
【００４６】
図４に示す接合装置においては、図１に示した態様と同様に、電極ツール８、９間でチップ２の金属接合部４の表面および基板３の金属接合部５の表面に電極を切り替えることにより洗浄用のプラズマを照射することができるようになっている。チップ保持手段６および基板保持手段７には、ヒーターが内蔵されて少なくとも一方の電極ツールを介して被接合物を加熱可能となっており、かつ、静電チャック手段を備え少なくとも一方の被接合物を静電気的に保持することができるようになっている。ヒーターおよび静電チャック手段については図示を省略してある。図４における３０ａは基板保持手段７側に内蔵された静電チャック用の電極端子、３１ａはプラズマ電極用の端子、３２ａはヒーター用の端子をそれぞれ示しており、電極コネクター３３ａを介して給電されるようになっている。パターンとしては、表層から静電チャック、プラズマ電極、ヒーターとなっていることが好ましい。同様に、３０ｂはチップ保持手段６側に内蔵された静電チャック用の電極端子、３１ｂはプラズマ電極用の端子、３２ｂはヒーター用の端子、３３ｂは給電用の電極コネクターを、それぞれ示している。
【００４７】
本実施態様では、両被接合物２、３の周囲には、一方の被接合物保持手段（本実施態様では基板保持手段７）に当接するまで移動して内部に両被接合物２、３を閉じ込める局部的な密閉空間を持つローカルチャンバ構造（図４に２点鎖線にてローカルチャンバ３４を示す。）を形成することが可能で、かつ、上記当接状態にて、前記被接合物保持手段（本実施態様ではチップ保持手段６）の移動に追従してローカルチャンバ３４の容積を縮小する方向（本実施態様では下降方向への移動）に移動可能な可動壁３５が設けられている。この可動壁３５は、筒状の剛体壁構造に構成されており、可動壁上昇ポート３６、可動壁下降ポート３７および内部シール機構３８を備えたシリンダ手段３９により、図１の上下方向に移動可能となっている。可動壁３５の先端部には、弾性変形可能なシール材４０が設けられており、上記当接状態にて、ローカルチャンバ３４内部を外部に対してより確実にシール、密閉することができるようになっている。
【００４８】
基板保持手段７側には、上記のように形成されるローカルチャンバ３４に対し、該ローカルチャンバ３４内を減圧して所定の真空状態にする真空吸引手段としての真空ポンプ４１が接続されている。ローカルチャンバ３４内の空気あるいはガスは、吸引路４２を通して真空ポンプ４１により吸引される。また、この吸引路４２とは別に、あるいはこの吸引路４２と兼用させて、基板保持手段７側にはアルゴンガス（Ａｒガス）などの特定の不活性ガスをローカルチャンバ３４内に供給するガス供給路４３が設けられている。そして、上記吸引路４２に対して、図１に示したのと同様の真空度制御手段が接続され、本発明に係る真空度制御を行うことができるようになっている。このような可動壁３５を備えたローカルチャンバ構成においても本発明を実施でき、前述の実施態様と同様の作用、効果が得られる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る接合方法および装置によれば、エネルギー波による接合表面洗浄時には洗浄に最適な真空度に制御し、洗浄後あるいは洗浄中にに真空度を高めて、より清浄な良好に表面活性化された状態の接合部を接合工程に供することができるようにしたので、一層良好な接合状態を得ることができるようになり、常温あるいはそれに近い温度での接合までを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【図２】図１の接合装置におけるアライメント工程を示す概略構成図である。
【図３】図１の装置における接合工程を示す概略構成図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 接合装置
２ チップ
３ 基板
４ チップの電極（金属接合部）
５ 基板の電極（金属接合部）
６ チップ保持手段
７ 基板保持手段
８、９ 電極ツール
１０ プラズマ発生用電源
１１ プラズマ
１２ チャンバ
１３ ガス供給手段
１４ 吸引路
１５ 切換弁
１６ 流量制御弁
１７、１８ 吸引路
１９、２０ 吸引ポンプ
２１ 反応ガス
２２ 不純物
２３ シール手段
２４、２５ ヒータ
２６ 認識手段
３０ａ、３０ｂ 静電チャック用の電極端子
３１ａ、３１ｂ プラズマ電極用の端子
３２ａ、３２ｂ ヒーター用の端子
３３ａ、３３ｂ 電極コネクター
３４ ローカルチャンバ
３５ 可動壁
３６ 可動壁上昇ポート
３７ 可動壁下降ポート
３８ 内部シール機構
３９ シリンダ手段
４０ シール材
４１ 真空ポンプ
４２ 吸引路
４３ ガス供給路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄中に真空度を高めていくことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記接合部が金属である、請求項１または２の接合方法。
【請求項４】
前記洗浄後接合までの間に加熱する、請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記エネルギー波としてプラズマを用いる、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記エネルギー波としてＲＦプラズマを用いる、請求項５の接合方法。
【請求項７】
前記洗浄時の真空度を１．３Ｐａよりも高い圧力とし、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記洗浄前に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力とした後、不活性ガスを導入することにより真空度が１．３Ｐａよりも高い圧力となるように増圧して洗浄する、請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記洗浄中に真空度を高めつつ、接合部同士間の距離を縮めていく、請求項２〜８のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１０】
前記エネルギー波による洗浄により、前記接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングする、請求項１〜９のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている接合部同士を接合する、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１２】
少なくとも一方の接合部の表面硬度をビッカース硬度Ｈｖで１２０以下にする、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１３】
基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄時にはチャンバ内をエネルギー波による洗浄に適した真空度に制御し、洗浄後接合前にはチャンバ内の真空度をさらに高めるように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とする接合装置。
【請求項１４】
基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄中にチャンバ内の真空度を高めていくように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とする接合装置。
【請求項１５】
前記接合部が金属である、請求項１３または１４の接合装置。
【請求項１６】
接合前に洗浄された接合部を加熱する手段を有する、請求項１３〜１５のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１７】
前記エネルギー波により洗浄する手段がプラズマ発生手段からなる、請求項１３〜１６のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１８】
前記エネルギー波により洗浄する手段がＲＦプラズマ発生手段からなる、請求項１７の接合装置。
【請求項１９】
前記チャンバに、流量制御弁を備えた吸引路が接続されている、請求項１３〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２０】
前記チャンバに、吸引路が接続されており、該吸引路が流量制御弁を備えた吸引路と流量制御弁を備えていない吸引路とに切換弁を介して分岐されている、請求項１３〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２１】
前記真空度制御手段により洗浄中にチャンバ内の真空度が高められていく際に、接合部同士間の距離を縮めていく手段を有する、請求項１４〜２０のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２２】
前記エネルギー波により洗浄する手段が、前記接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さのエッチングが可能なエネルギー以上のエネルギー波を発生させる手段からなる、請求項１３〜２１のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２３】
接合される両接合部の表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている、請求項１３〜２２のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２４】
少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下とされている、請求項１３〜２３のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１】
基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄中に真空度を高めていくことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記接合部が金属である、請求項１または２の接合方法。
【請求項４】
前記洗浄後接合までの間に加熱する、請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記エネルギー波としてプラズマを用いる、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記エネルギー波としてＲＦプラズマを用いる、請求項５の接合方法。
【請求項７】
前記洗浄時の真空度を１．３Ｐａよりも高い圧力とし、洗浄後接合までの間に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記洗浄前に真空度を１．３Ｐａよりも低い圧力とした後、不活性ガスを導入することにより真空度が１．３Ｐａよりも高い圧力となるように増圧して洗浄する、請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記洗浄中に真空度を高めつつ、接合部同士間の距離を縮めていく、請求項２〜８のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１０】
前記エネルギー波による洗浄により、前記接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さにエッチングする、請求項１〜９のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている接合部同士を接合する、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１２】
少なくとも一方の接合部の表面硬度をビッカース硬度Ｈｖで１２０以下にする、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１３】
基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄時にはチャンバ内をエネルギー波による洗浄に適した真空度に制御し、洗浄後接合前にはチャンバ内の真空度をさらに高めるように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とする接合装置。
【請求項１４】
基材の表面に接合部を有する被接合物の前記接合部の表面を、チャンバ内において減圧下でエネルギー波により洗浄した後、接合部同士を接合する接合装置において、前記チャンバに、洗浄中にチャンバ内の真空度を高めていくように制御可能な真空度制御手段を接続したことを特徴とする接合装置。
【請求項１５】
前記接合部が金属である、請求項１３または１４の接合装置。
【請求項１６】
接合前に洗浄された接合部を加熱する手段を有する、請求項１３〜１５のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１７】
前記エネルギー波により洗浄する手段がプラズマ発生手段からなる、請求項１３〜１６のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１８】
前記エネルギー波により洗浄する手段がＲＦプラズマ発生手段からなる、請求項１７の接合装置。
【請求項１９】
前記チャンバに、流量制御弁を備えた吸引路が接続されている、請求項１３〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２０】
前記チャンバに、吸引路が接続されており、該吸引路が流量制御弁を備えた吸引路と流量制御弁を備えていない吸引路とに切換弁を介して分岐されている、請求項１３〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２１】
前記真空度制御手段により洗浄中にチャンバ内の真空度が高められていく際に、接合部同士間の距離を縮めていく手段を有する、請求項１４〜２０のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２２】
前記エネルギー波により洗浄する手段が、前記接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さのエッチングが可能なエネルギー以上のエネルギー波を発生させる手段からなる、請求項１３〜２１のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２３】
接合される両接合部の表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている、請求項１３〜２２のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２４】
少なくとも一方の接合部の表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで１２０以下とされている、請求項１３〜２３のいずれかに記載の接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１３４９００（Ｐ２００６−１３４９００Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−３４６１１１（Ｐ２００２−３４６１１１）
【出願日】平成１４年１１月２８日（２００２．１１．２８）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年１１月２８日（２００２．１１．２８）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]