JP4889562B2 - Joining apparatus and joining method - Google Patents
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Description
本発明は、接合装置による接合対象物として例えばウエハなどの2枚の基板間の加圧接合における前処理技術に関するものである。 The present invention relates to a pretreatment technique in pressure bonding between two substrates such as wafers as bonding objects by a bonding apparatus.
従来から、例えばウエハなどからなる2枚の基板を接合物として、それら2枚の基板間の接合方法としては、接合装置、例えば、Ar等の希ガス雰囲気にした槽と、この槽内に設けられた一対のイオンガンと、この槽内に設けられた圧接治具と、この圧接治具に取り付けられた試料である基板とを備えた基板接合装置を用いて、各基板の試料面をイオンスパッタリングした後に、各基板を圧接する基板接合方法があった。 Conventionally, for example, two substrates made of a wafer or the like are used as a bonding object, and as a bonding method between the two substrates, a bonding apparatus, for example, a tank in a rare gas atmosphere such as Ar, and the like are provided in this tank. The sample surface of each substrate is ion-sputtered using a substrate bonding apparatus that includes a pair of ion guns, a pressure welding jig provided in the tank, and a substrate that is a sample attached to the pressure welding jig. After that, there was a substrate bonding method in which each substrate was pressed.
図7は従来の圧接による基板接合方法(例えば、特許文献1を参照)を示すものである。図7において、101は超高真空槽、102、103はイオンガン、107は圧縮機、108、109は圧接部、110、111は試料片を示している。 FIG. 7 shows a conventional substrate bonding method by pressure welding (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 7, 101 is an ultra-high vacuum chamber, 102 and 103 are ion guns, 107 is a compressor, 108 and 109 are pressure contact portions, and 110 and 111 are sample pieces.
また、中性アルゴンビームを用いた表面処理において、シャッターを使用している例として、図8に示すような処理方法(例えば、特許文献2を参照)がある。
図8において、201は試料を置く支持台、202はマイカ試料、203はサドルフィールド型イオンガン、204は高圧電源につながる高圧電線、205はアルゴンを供給するガス供給管、206は冷却水供給管、207は真空チャンバー、208は排気ガス口、209はシャッターである。
Further, as an example of using a shutter in surface treatment using a neutral argon beam, there is a treatment method as shown in FIG. 8 (see, for example, Patent Document 2).
In FIG. 8, 201 is a support for placing a sample, 202 is a mica sample, 203 is a saddle field ion gun, 204 is a high-voltage electric wire connected to a high-voltage power source, 205 is a gas supply pipe for supplying argon, 206 is a cooling water supply pipe, 207 is a vacuum chamber, 208 is an exhaust gas port, and 209 is a shutter.
ここで、シャッター209はサドルフィールド型イオンガン203からの中性アルゴンビーム出力が安定するまで、中性アルゴンビームがマイカ試料202に照射されないようにする目的にのみ使用されている。
しかしながら、上記のような特許文献1および特許文献2に記載の従来技術では、基板間の加圧接合あるいはマイカ試料202の表面処理において、高品質な接合状態あるいは表面処理状態を保つためには、真空容器内でのイオンスパッタリング時の雰囲気を、6×10−5Torr(7.98×10−3Pa)から1×10−6Torr(1.33×10−4Pa)の高真空にする必要がある。
However, in the conventional techniques described in Patent Document 1 and
これは、スパッタリング時にイオンでスパッタリングを行うと同時に、スパッタリングで削りとられた表面の汚染物や自然酸化膜などが試料である基板あるいはマイカ試料202の表面に再付着しないようにする必要があるためである。これを実現するためには、Ar等のガスを供給していないときには、さらに超高真空にする必要がある。
This is because it is necessary to prevent the surface contaminants and natural oxide film scraped by sputtering from re-depositing on the surface of the substrate or
このため、所望の真空度に到達するまでの時間を要したり、装置として超高真空用容器、排気速度の大きな真空ポンプなどが必要となりかなり、装置として高価な設備となるという問題点を有していた。 For this reason, it takes time to reach a desired degree of vacuum, and a device such as an ultra-high vacuum container or a vacuum pump with a large exhaust speed is required as a device. Was.
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、接合物として基板間の加圧接合において、費用の面で効率的にコストを抑えつつ作業性の面でも効率的に、基板の接合表面を確実に清浄化することができ、基板間における高品質な接合を実現することができる接合装置および接合方法を提供する。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in the pressure bonding between substrates as a bonded product, the bonding surface of the substrate can be efficiently reduced in terms of work efficiency while efficiently reducing the cost. The present invention provides a bonding apparatus and a bonding method capable of reliably cleaning the substrate and realizing high-quality bonding between substrates.
上記の課題を解決するために、本発明は、真空容器内に上下方向に互いの接合面が向い合うように載置された2つの接合物に対して、原子ビームを照射して接合面を清浄化した後に、加圧して接合する接合方法および接合装置であり、この原子ビームを照射する際にシャッターを開閉することで、原子ビームを2つの接合物に対して間欠的に照射することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention irradiates an atomic beam to two joints placed in a vacuum vessel so that the joint surfaces face each other in the vertical direction. It is a bonding method and a bonding apparatus that pressurize and bond after cleaning, and by intermittently irradiating two bonded objects by opening and closing the shutter when irradiating this atomic beam. Features.
また、本発明は、真空容器内に上下方向に互いの接合面が向い合うように載置された2つの接合物に対して、原子ビームを照射して接合面を清浄化した後に、加圧して接合する接合方法および接合装置であり、この原子ビームを照射する際に、第1の接合物と第2の接合物に対する原子ビームの照射、非照射のタイミングが同時になるようにシャッターを開閉することで、原子ビームを2つの接合物に対して間欠的に照射することを特徴とする。 In addition, the present invention is to pressurize two bonded objects placed in a vacuum vessel so that their bonded surfaces face each other in the vertical direction after irradiating an atomic beam to clean the bonded surfaces. A joining method and a joining apparatus for joining together, and when irradiating the atomic beam, the shutter is opened and closed so that the irradiation timing and non-irradiation timing of the atomic beam are simultaneously applied to the first bonded body and the second bonded body. Thus, the atomic beam is intermittently applied to the two joints.
また、本発明は、真空容器内に上下方向に互いの接合面が向い合うように載置された2つの接合物に対して、原子ビームを照射して接合面を清浄化した後に、加圧して接合する接合方法および接合装置であり、この原子ビームを照射する際に、第1の接合物と第2の接合物に対する原子ビームの照射、非照射のタイミングが同時になるようにシャッターを開閉することで、原子ビームを2つの接合物に対して間欠的に照射するとともに、これに同期して2つの接合物を上下方向に移動させることを特徴とする。 In addition, the present invention is to pressurize two bonded objects placed in a vacuum vessel so that their bonded surfaces face each other in the vertical direction after irradiating an atomic beam to clean the bonded surfaces. A joining method and a joining apparatus for joining together, and when irradiating the atomic beam, the shutter is opened and closed so that the irradiation timing and non-irradiation timing of the atomic beam are simultaneously applied to the first bonded body and the second bonded body. Thus, the atomic beam is intermittently applied to the two bonded objects, and the two bonded objects are moved in the vertical direction in synchronism with this.
また、本発明は、真空容器内に上下方向に互いの接合面が向い合うように載置された2つの接合物に対して、原子ビームを照射して接合面を清浄化した後に、加圧して接合する接合方法および接合装置であり、この原子ビームを照射する際に、第1の接合物と第2の接合物に対する原子ビームの照射、非照射のタイミングが同時になるようにシャッターを開閉することで、原子ビームを2つの接合物に対して間欠的に照射し、この照射の際に接合物に対して傾いて照射されている原子ビームの接合物との距離が遠い方からシャッターを開け、接合物との距離が近い方から閉めることを特徴とする。 In addition, the present invention is to pressurize two bonded objects placed in a vacuum vessel so that their bonded surfaces face each other in the vertical direction after irradiating an atomic beam to clean the bonded surfaces. A joining method and a joining apparatus for joining together, and when irradiating the atomic beam, the shutter is opened and closed so that the irradiation timing and non-irradiation timing of the atomic beam are simultaneously applied to the first bonded body and the second bonded body. As a result, the atomic beam is intermittently irradiated to the two joints, and the shutter is opened from the side where the distance from the atomic beam junction is inclined with respect to the joint during the irradiation. It is characterized in that it is closed from the side closer to the joint.
また、本発明は、真空容器内に上下方向に互いの接合面が向い合うように載置された2つの接合物に対して、原子ビームを照射して接合面を清浄化した後に、加圧して接合する接合方法および接合装置であり、この原子ビームを照射する際に、第1の接合物と第2の接合物に対する原子ビームの照射、非照射のタイミングが同時になるようにシャッターを開閉することで、原子ビームを2つの接合物に対して間欠的に照射するとともに、これに同期して2つの接合物を上下方向に移動させ、かつ、ビームを照射していない時に、接合物表面付近に不活性ガスを供給することを特徴とする。 In addition, the present invention is to pressurize two bonded objects placed in a vacuum vessel so that their bonded surfaces face each other in the vertical direction after irradiating an atomic beam to clean the bonded surfaces. A joining method and a joining apparatus for joining together, and when irradiating the atomic beam, the shutter is opened and closed so that the irradiation timing and non-irradiation timing of the atomic beam are simultaneously applied to the first bonded body and the second bonded body. As a result, the atomic beam is intermittently irradiated to the two joints, and the two joints are moved in the vertical direction in synchronization with this, and when the beam is not irradiated, the vicinity of the joint surface An inert gas is supplied to the gas.
以上のように本発明によれば、真空容器内において、接合物に対して原子ビームを間欠的に照射することにより、原子ビームの非照射時に接合物の接合面付近にある浮遊汚染物が排気されるので、真空容器内をガスの非供給時であっても超高真空にすることなく、汚染物や自然酸化膜などの接合物への再付着を防止することができる。 As described above, according to the present invention, floating contaminants in the vicinity of the bonding surface of the bonded object are exhausted by intermittently irradiating the bonded object with the atomic beam in the vacuum vessel when the atomic beam is not irradiated. Therefore, it is possible to prevent reattachment to contaminants and bonded objects such as a natural oxide film without creating an ultra-high vacuum even when the gas is not supplied in the vacuum vessel.
そのため、接合物間の加圧接合において、費用の面で効率的にコストを抑えつつ作業性の面でも効率的に、接合物の接合表面を確実に清浄化することができ、接合物間における高品質な接合を実現することができる。 Therefore, in the pressure bonding between the bonded objects, the bonded surface of the bonded object can be reliably cleaned efficiently and efficiently in terms of workability while efficiently suppressing the cost. High quality bonding can be realized.
本発明の請求項1に記載の接合方法は、真空容器内で夫々の接合面が向い合うように載置された第1の接合物と第2の接合物に対して、前記夫々の接合面にそれぞれ原子ビームを照射した後に、加圧して接合する接合方法であって、前記夫々の接合面にそれぞれ前記原子ビームを照射する際に、前記各原子ビームの途中にそれぞれ設けたシャッターを開閉して、前記各原子ビーム間で非照射のタイミングが同時になるように、各原子ビームを間欠的に照射することを特徴とする。 The bonding method according to claim 1 of the present invention is the first bonding surface and the second bonding material placed so that the bonding surfaces face each other in the vacuum vessel. A method of bonding by applying pressure after each irradiation with an atomic beam, and opening and closing a shutter provided in the middle of each atomic beam when each of the bonding surfaces is irradiated with the atomic beam. Thus, each atomic beam is intermittently irradiated so that the timing of non-irradiation between the atomic beams is the same.
請求項2に記載の接合方法は、請求項1において、前記各シャッターの開閉と同期して、前記第1の接合物と前記第2の接合物を接合する方向移動させることを特徴とする。
The bonding method according to
請求項3に記載の接合方法は、請求項1または請求項2において、前記各原子ビームの照射の際に、前記各原子ビームを、各照射方向の中心軸が前記夫々の接合面の垂線とそれぞれ所望の鋭角を有するように照射するとともに、前記各原子ビームの間欠照射における照射開始の際は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が遠い方から前記シャッターを開け、前記各原子ビームの間欠照射における照射停止の際は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が近い方から前記シャッターを閉めることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a bonding method according to the first or second aspect, wherein the atomic beam is irradiated with a perpendicular line of the respective bonding surfaces when the atomic beam is irradiated. Irradiate each beam so as to have a desired acute angle, and at the start of irradiation in the intermittent irradiation of each atomic beam, open the shutter from the one where the distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface is far, When the irradiation is stopped in the intermittent irradiation of the atomic beam, the shutter is closed from the side where the distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface is short .
請求項4に記載の接合方法は、請求項1から請求項3のいずれかにおいて、前記各原子ビームの間欠照射における照射停止の際は、前記夫々の接合面に不活性ガスを供給することを特徴とする。
The bonding method according to
請求項5に記載の接合装置は、真空容器内で夫々の接合面が向い合うように載置された第1の接合物と第2の接合物に対して、前記夫々の接合面にそれぞれ原子ビームを照射した後に、加圧して接合する接合装置において、前記第1の接合物と前記第2の接合物のそれぞれを保持する保持機構と、前記夫々の接合面を照射する各原子ビームの途中にそれぞれシャッターを設け、各シャッターを、前記各原子ビームが前記夫々の接合面に間欠的に照射されるように、かつ前記各原子ビーム間で、前記間欠的な照射時の照射、非照射のタイミングが同時になるように、開閉するよう構成したことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a bonding apparatus in which the first bonding object and the second bonding object placed so that the respective bonding surfaces face each other in the vacuum container are respectively attached to the respective bonding surfaces. In a joining apparatus that pressurizes and joins after irradiating a beam, a holding mechanism for holding each of the first joined article and the second joined article, and a halfway of each atomic beam that irradiates each of the joined surfaces Each of the shutters is provided with a shutter so that each of the atomic beams is intermittently applied to the respective bonding surfaces, and between the atomic beams, irradiation during the intermittent irradiation and non-irradiation are performed. It is characterized in that it is configured to open and close so that the timing is the same.
請求項6に記載の接合装置は、請求項5において、前記保持機構を、前記第1の接合物と前記第2の接合物のそれぞれを保持しつつ、前記各シャッターの開閉と同期して前記第1の接合物と前記第2の接合物をそれぞれ接合する方向に移動するよう構成したことを特徴とする。 The bonding apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the bonding apparatus according to the fifth aspect, wherein the holding mechanism holds the first bonded object and the second bonded object in synchronization with opening and closing of the shutters. The first bonded object and the second bonded object are configured to move in the direction of bonding , respectively .
請求項7に記載の接合装置は、請求項5または請求項6において、前記各原子ビームの照射方向の中心軸が前記夫々の接合面の垂線とそれぞれ所望の鋭角を有するように構成するとともに、前記各シャッターを、前記各原子ビームの間欠照射における照射開始時は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が遠い方から開け、前記各原子ビームの間欠照射における照射停止時は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が近い方から閉めるよう構成したことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a bonding apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein a central axis in an irradiation direction of each atomic beam has a desired acute angle with a normal to each of the bonding surfaces, and When the irradiation is started in the intermittent irradiation of each atomic beam, the shutter is opened from the far distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface, and when the irradiation is stopped in the intermittent irradiation of each atomic beam, The structure is characterized in that the atomic beam exit point and the joint surface are closed from the closer side .
請求項8に記載の接合装置は、請求項5から請求項7のいずれかにおいて、前記各原子ビームの間欠照射における照射停止時は、前記夫々の接合面に不活性ガスを供給するよう構成したことを特徴とする。
The bonding apparatus according to
以下、本発明の実施の形態を示す接合装置および接合方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、ここでは、接合装置および接合方法として、例えばウエハなどの2枚の基板を接合物とし、それら2枚の基板間を加圧接合する基板接合装置および基板接合方法を例に挙げて説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の接合装置および接合方法を説明する。
Hereinafter, a bonding apparatus and a bonding method showing embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Here, as a bonding apparatus and a bonding method, for example, a substrate bonding apparatus and a substrate bonding method in which two substrates such as wafers are used as a bonding object and the two substrates are pressure bonded to each other will be described as an example. .
(Embodiment 1)
The joining apparatus and joining method of Embodiment 1 of this invention are demonstrated.
図1は本実施の形態1の接合装置としての基板接合装置においてシャッター開状態の構成を示す正面図であり、図2は本実施の形態1の接合装置としての基板接合装置においてシャッター閉状態の構成を示す正面図である。 FIG. 1 is a front view showing the configuration of the shutter open state in the substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is the shutter closed state in the substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the first embodiment. It is a front view which shows a structure.
本実施の形態1の接合装置としての基板接合装置は、図1に示すように、接合物として第1の基板1および第2の基板2を内部に収容して、外気から隔離するチャンバー3、チャンバー3内を減圧するための真空ポンプ(図示せず)およびチャンバー3と真空ポンプを接続する排気配管(図示せず)、排気配管に接続されている排気口4、第1の基板1および第2の基板2を保持するための保持機構5、第1の基板1および第2の基板2の表面をスパッタエッチングするための原子ビーム6、原子ビーム6を射出するビーム源7、ビーム源7にガスを供給するためのガス供給系(図示せず)、第1の基板1を第2の基板2に重ね合わせて加圧するための加圧機構8、ビーム源7を収容して第1の基板1および第2の基板2とをビーム源7から隔離するためのビーム源用チャンバー9、ビーム源用チャンバー9に取り付けられ原子ビーム6の射出口を開閉可能なシャッター10を備える。
As shown in FIG. 1, the substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the first embodiment includes a chamber 3 that accommodates the first substrate 1 and the
また、量産を目的とした場合は、図示されているチャンバー3に接続された搬送ロボットを備えた搬送チャンバー(図示せず)、基板1、2を供給するために、大気と真空の状態を繰り返すことができるロードロックチャンバー(図示せず)を備えていることが望ましい。
For mass production, a transfer chamber (not shown) equipped with a transfer robot connected to the chamber 3 shown in the figure, and the
この時のプロセスフロー図を図3に示す。図3に示すように、まず、ロードロックチャンバーへ基板1、2を供給(大気状態)する(ステップS301)。次に、ロードロックチャンバーを真空排気する(ステップS302)。次に、ロードロックチャンバーから基板1、2を搬送チャンバーへ搬送する(ステップS303)。次に、搬送チャンバーから基板1、2をプロセスチャンバー3へ搬送する(ステップS304)。次に、2枚の基板1、2を保持機構5に対して位置決めをする(ステップS305)。次に、シャッター10を閉状態にしてビーム源7をONする(ステップS306)。次に、シャッター10を閉状態から開状態にする(ステップS307)。次に、2枚の基板1、2へそれぞれ原子ビーム6を間欠照射する(ステップS308)。次に、シャッター10を閉状態にするかまたはビーム源7をOFFする(ステップS309)。次に、加圧機構8により第1の基板1を第2の基板2に圧接する(ステップS310)。次に、接合した基板1、2を搬送チャンバーへ搬送する(ステップS311)。次に、搬送チャンバーから接合した基板1、2をロードロックチャンバーへ搬送する(ステップS312)。最後に、ロードロックチャンバーを大気開放して接合した基板1、2を取り出す(ステップS313)。
A process flow diagram at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 3, first, the
なお、第1の基板1および第2の基板2は、シリコンなどの半導体、化合物半導体、金、銅、アルミニウムなどの金属、セラミックス、石英、ガラス、あるいはこれらの表面に成膜されたもの等であり、第1の基板1と第2の基板2の組み合わせは異種材料でもよい。また、図1ではチャンバー3内に接合物として第1の基板1および第2の基板2の2枚とも保持しており、接合品質の面からはこのような構成が望ましいが、1つずつ別々のチャンバー内に保持されていてもよい。
The first substrate 1 and the
ここで、チャンバー3内は、1.0×10−2Pa以下の圧力、望ましくは5.0×10−5Pa程度の圧力に排気した後、第1の基板1と第2の基板2に対して、それぞれ間欠的に原子ビーム6を照射する。
Here, the inside of the chamber 3 is evacuated to a pressure of 1.0 × 10 −2 Pa or less, preferably about 5.0 × 10 −5 Pa, and then applied to the first substrate 1 and the
この原子ビーム6による間欠照射における非照射期間の時間は、チャンバー3の大きさ、装置の排気能力などから最適な値が決まるが、原子ビーム6の照射時に発生する汚染物が充分排気されるだけの長さが必要であるとともに、生産効率の面からは清浄化工程に要する時間を短くする必要がある。具体的には、非照射時間は、チャンバー3の体積をV、ビーム照射時のチャンバー3の圧力をP、大気圧をPo、排気系の有効排気速度をSとすると、P・V/(Po・S)程度にすることが望ましい。
The time of the non-irradiation period in the intermittent irradiation by the
このようにして、原子ビーム6を間欠的に基板1、2のそれぞれに照射することにより、基板1、2の接合面では、原子ビーム6が照射されている間は表面の有機物、自然酸化膜などの汚染物をスパッタエッチングにより削りとり、ビームが照射されていない間は削りとられて浮遊している汚染物を排気するというプロセスが繰り返され、接合面が清浄化される。
In this way, by intermittently irradiating each of the
例えば、接合面がAuの場合、表面付近の自然酸化膜および汚染物は、表面で50%程度のものが7〜10nm奥へ入ると10%程度にまで急激に減少して、それよりも奥に入ってもほとんど変化がないので、7〜10nm削れるまでビームの照射、非照射を繰り返す。このようにすることで、スパッタエッチング中のチャンバー3内の圧力を、1Paから2×10−2Pa程度の真空度で、基板1、2の各接合面を清浄化することが可能になる。
For example, when the bonding surface is Au, the natural oxide film and contaminants near the surface rapidly decrease to about 10% when about 50% of the surface enters the depth of 7 to 10 nm, and deeper than that. Since there is almost no change even when entering, beam irradiation and non-irradiation are repeated until the thickness is cut by 7 to 10 nm. By doing in this way, it becomes possible to clean each joining surface of the board |
ここでは、ビーム源7として、サドルフィールド型のビーム源を例として説明するが、イオンビーム等、他のビーム源を利用することも可能である。ビーム源7は、Arガスを供給し、かつ直流電圧を印加することによって、ビーム源用チャンバー9の内部でプラズマを発生させ、ビーム源用チャンバー9の射出口から原子ビーム6を放出する。原子ビーム6を間欠照射するには、ビーム源7へのガスの供給および電圧印加をON−OFFすれば可能であるが、ビーム源7の構成上、原子ビーム6を安定させるのに数分程度必要となる。
Here, a saddle field type beam source will be described as an example of the
そのため、ビーム源7は原子ビーム6を放出しつづけた状態のままで、接合対象物である基板1、2へは原子ビーム6が間欠的に照射されるようにするために、ビーム源用チャンバー9およびシャッター10を設け、図1と図2の状態を繰り返す。
For this reason, the
また、ビーム源用チャンバー9を設けずに、単に、シャッター10でビームを遮断しただけでは、接合対象物付近にAr原子が回り込み、対象物表面付近に浮遊している汚染物が排気されるのを妨げてしまうため、ビーム源7から放出されたAr原子が基板1、2の各接合面付近に拡散しないようにするために、ビーム源用チャンバー9を設け、その内部に設けられた排気口4からAr原子を排気している。
In addition, if the beam is simply blocked by the
また、チャンバー3内で複数の基板の接合面に原子ビーム6を間欠的に照射して清浄化する場合は、複数の基板に対して照射、非照射のタイミングを同時に行うことが望ましい。このようにせずに、例えば、第1の基板1に原子ビーム6を照射し、第2の基板2にビーム6を照射していない場合、第1の基板1の表面から原子ビーム6によって削りとられた汚染物が浮遊物となって、第2の基板2の表面に付着して汚染することになる。
In addition, when cleaning is performed by intermittently irradiating the bonding surfaces of a plurality of substrates with the
本発明で用いるような接合面を原子ビームで清浄化して接合を阻害する表面の汚染物、自然酸化膜を除去して接合する方法においては、清浄化終了後から接合面を接触させるまでの時間が接合品質に大きな影響を与える。すなわち、清浄化してできるだけ早く接合面どうしを接触、さらに加圧する必要がある。 In the method of bonding by removing the surface contaminants and the natural oxide film that obstruct the bonding by cleaning the bonding surface as used in the present invention with an atomic beam, the time until the bonding surface is brought into contact after the cleaning is completed. Greatly affects the bonding quality. That is, it is necessary to contact and pressurize the joint surfaces as soon as possible after cleaning.
このため、加圧機構8の昇降動作を利用して2枚の基板1、2の接合面どうしをできるだけ近づけて位置決めをした後、原子ビーム6を照射する位置に2枚の基板を戻し、ビームを照射して、接合面を清浄化する。このように、2枚の基板1、2の位置決めを清浄化工程の前にしておくことで、ビーム照射後、加圧機構8で第1の基板1を第2の基板2に対して、すぐに接触、加圧することができる。
For this reason, after the positioning of the joining surfaces of the two
ビーム源7と基板1、2の位置関係については、ウエハ基板の接合面に対して垂直にビームを照射する方法もあるが、ここでは斜めから照射している。これは、基板1、2上にビーム源7本体を配置した場合には、ビーム源7の構成部品から発生するパーティクルが基板1、2上に落下して基板1、2間の接合を阻害するが、このような問題を防止するためである。
Regarding the positional relationship between the
よく知られているサドルフィールド型ビーム源の構造を図9に示す。図9において、301は陽極、302は陰極となる筐体、303は電源、304はビーム照射口である。
図9の構造からわかるように、棒形状の陽極301の軸方向には原子ビーム6の均一性が得られやすいが、これと垂直な方向には均一性を得るのが難しいという問題がある。このため、接合面の清浄化工程において、基板1、2を回転させて、接合面内の処理の均一性を向上させることが考えられる。
The structure of a well-known saddle field beam source is shown in FIG. In FIG. 9, 301 is an anode, 302 is a casing serving as a cathode, 303 is a power source, and 304 is a beam irradiation port.
As can be seen from the structure of FIG. 9, the uniformity of the
しかし、近年、基板1、2どうしの接合においては、デバイスの高性能化のためパターンが微細化されてきており、2枚の基板1、2をミクロンオーダーあるいはサブミクロンオーダーなど高精度で位置決めして接合することが望まれてきている。また、生産性の向上のためには基板サイズの大口径化がすすんできており、2枚の基板1、2間のθ方向での位置決め精度が外周部では大きな影響を与える。このため、基板を回転させて接合面の清浄化を行うことは、デバイスの品質に悪影響を及ぼすことが考えられる。
However, in recent years, in the bonding between the
このため、図10に示すように、サドルフィールド型ビーム源7を配置し、基板1、2を接合方向(図面上では上下方向)に移動させながら接合面を清浄化することにより、よい結果が得られる。接合方向に移動させることで、2枚の基板の位置決め精度を悪化させることなく、基板面を均等に清浄化することができる。
For this reason, as shown in FIG. 10, the saddle field
この清浄化時の原子ビーム6とウエハ基板面のなす角度θは、0<θ<60°程度がよい。また、基板1、2の上下動作と原子ビーム6に対するシャッター開閉動作のタイミングについては、均一処理という観点から、シャッター10が1回開いている間に、ウエハ基板1、2が下限から上限(あるいは、上限から下限)へ移動する動作を整数回繰り返すようにする。また、基板1、2とビーム源7の距離が離れるほど移動速度を遅くして照射時間が長くなるようにすることにより、基板面清浄化の均一性が向上する。
The angle θ formed between the
あるいは、シャッター10を開閉する際に、図2のシャッター閉の状態から図2中に矢印で示す方向にシャッター10を開け、図1のシャッター開の状態にするのがよい。シャッター開の状態から閉の状態への移動はこの逆になる。これは、基板1、2に対して原子ビーム6が斜めから照射されているため、基板1、2とビーム源7との距離が近い部分と遠い部分ができ、一般的には遠いほど原子ビーム6の照射強度が弱くなるため、基板表面の処理速度が遅くなる。このため、距離の遠い方がビームの照射時間を長くすることになり、処理の均一性の向上につながるからである。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の接合装置および接合方法を説明する。
Alternatively, when the
(Embodiment 2)
The joining apparatus and joining method of
図4は本実施の形態2の接合装置としての基板接合装置の構成を示す正面図であり、ガス導入口11がある以外は、図2に示すものと同じである。
本実施の形態2の接合装置としての基板接合装置は、図4に示すように、原子ビーム6を接合物である基板1、2に間欠照射するにあたり、基板1、2に原子ビーム6を照射していない時に、基板1、2の接合面付近にガス導入口11から窒素、Arなどの不活性ガスを供給することにより、原子ビーム6でスパッタされた汚染物が基板1、2の接合面に再付着するのを防止するとともに、排気口4へ排気することにより、基板1、2の接合面を清浄に保つことができる。ガス導入口11は、基板1、2に対して、排気口4と反対側に配置し、供給したガスが基板接合面に留まることなく排気されるようにするのが望ましい。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3の接合装置および接合方法を説明する。
FIG. 4 is a front view showing a configuration of a substrate bonding apparatus as a bonding apparatus according to the second embodiment, which is the same as that shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the second embodiment irradiates the
(Embodiment 3)
A joining apparatus and joining method according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
図5は本実施の形態3の接合装置としての基板接合装置の構成を示す正面図である。本実施の形態3の接合装置としての基板接合装置は、図5に示すように、ビーム源7として、ビーム安定時間が原子ビーム6の間欠照射の周期に比べて非常に短いものを用いる場合の実施の形態である。この場合は、図4のようにガス導入口11を新たに設ける必要はなく、ビーム非照射時にビーム源7からArガスのみを供給することで、図4の場合と同様の効果が得られる。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4の接合装置および接合方法を説明する。
FIG. 5 is a front view showing a configuration of a substrate bonding apparatus as a bonding apparatus according to the third embodiment. In the substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the third embodiment, as shown in FIG. 5, a
(Embodiment 4)
The joining apparatus and joining method of
図6は本実施の形態4の接合装置としての基板接合装置の構成を示す正面図である。本実施の形態4の接合装置としての基板接合装置は、接合物として2つの基板1、2の接合面を清浄化した後に、加圧機構8によって第1の基板1を第2の基板2に接触、加圧して接合させる際に、図6に示すように、原子ビーム6による清浄化工程の後も、ガス導入口11から基板表面にガスを供給することによって、清浄な状態を保つことができる。これにより、より良好な接合品質が得られる。
FIG. 6 is a front view showing a configuration of a substrate bonding apparatus as a bonding apparatus according to the fourth embodiment. The substrate bonding apparatus as the bonding apparatus according to the fourth embodiment cleans the bonding surfaces of the two
本発明の接合装置および接合方法は、真空容器内を超高真空にすることなく物体表面を清浄化することができ、高品質、高生産性を実現することができるもので、半導体の微細加工技術により作成した電子部品および機械部品の組立および封止をはじめ、2つの物体を高品質で接合する必要があるさまざまな技術分野に利用可能である。 The bonding apparatus and the bonding method of the present invention can clean the surface of an object without making the inside of a vacuum vessel an ultra-high vacuum, and can realize high quality and high productivity. It can be used in various technical fields where two objects need to be joined with high quality, including assembly and sealing of electronic parts and mechanical parts made by technology.
1 第1の基板(接合物)
2 第2の基板(接合物)
3 チャンバー
4 排気口
5 保持機構
6 原子ビーム
7 ビーム源
8 加圧機構
9 ビーム源用チャンバー
10 シャッター
11 ガス導入口
101 超高真空槽
102 イオンガン
103 イオンガン
107 圧縮機
108 圧接部
109 圧接部
110 試料片
111 試料片
201 支持台
202 マイカ試料
203 サドルフィールド型イオンガン
204 高圧電線
205 ガス供給管
206 冷却水供給管
207 真空チャンバー
208 排気ガス口
209 シャッター
301 陽極
302 筐体(陰極)
303 電源
304 ビーム照射口
1 First substrate (joint)
2 Second substrate (joint)
303
Claims (8)
前記夫々の接合面にそれぞれ前記原子ビームを照射する際に、前記各原子ビームの途中にそれぞれ設けたシャッターを開閉して、前記各原子ビーム間で非照射のタイミングが同時になるように、各原子ビームを間欠的に照射する
ことを特徴とする接合方法。 The first bonded body and the second bonded body placed so that the respective bonding surfaces face each other in the vacuum vessel are irradiated with an atomic beam on each of the bonding surfaces, and then bonded by pressing. A joining method for
When each of the bonding surfaces is irradiated with the atomic beam, each of the atomic beams is opened and closed by opening and closing a shutter provided in the middle of each of the atomic beams so that the non-irradiation timing is simultaneously between the atomic beams. A bonding method characterized by intermittently irradiating a beam .
前記各原子ビームの間欠照射における照射開始の際は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が遠い方から前記シャッターを開け、
前記各原子ビームの間欠照射における照射停止の際は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が近い方から前記シャッターを閉める
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の接合方法。 When irradiating each of the atomic beams, each of the atomic beams is irradiated such that the central axis of each irradiation direction has a desired acute angle with the normal of each of the bonding surfaces, and
When starting irradiation in the intermittent irradiation of each atomic beam, open the shutter from the far distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface,
3. The bonding according to claim 1 , wherein when the irradiation is stopped in the intermittent irradiation of each of the atomic beams, the shutter is closed from the side where the distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface is short. Method.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の接合方法。 4. The bonding method according to claim 1 , wherein an inert gas is supplied to each of the bonding surfaces when irradiation is stopped in the intermittent irradiation of each atomic beam. 5.
前記第1の接合物と前記第2の接合物のそれぞれを保持する保持機構と、
前記夫々の接合面を照射する各原子ビームの途中にそれぞれシャッターを設け、
各シャッターを、
前記各原子ビームが前記夫々の接合面に間欠的に照射されるように、かつ前記各原子ビーム間で、前記間欠的な照射時の照射、非照射のタイミングが同時になるように、開閉するよう構成したことを特徴とする接合装置。 The first bonded body and the second bonded body placed so that the respective bonding surfaces face each other in the vacuum vessel are irradiated with an atomic beam on each of the bonding surfaces, and then bonded by pressing. In the joining device to
A holding mechanism for holding each of the first bonded article and the second bonded article;
A shutter is provided in the middle of each atomic beam that irradiates each of the bonding surfaces,
Each shutter
Opening and closing so that each of the atomic beams is intermittently irradiated to the respective bonding surfaces, and the timing of irradiation and non-irradiation at the time of the intermittent irradiation are simultaneously between the atomic beams. A joining apparatus characterized by comprising.
前記第1の接合物と前記第2の接合物のそれぞれを保持しつつ、前記各シャッターの開閉と同期して前記第1の接合物と前記第2の接合物をそれぞれ接合する方向に移動するよう構成した
ことを特徴とする請求項5記載の接合装置。 The holding mechanism;
While holding each of the first joint and the second joint, the first joint and the second joint are moved in a direction to join the first joint and the second joint in synchronization with opening and closing of the shutters. The joining apparatus according to claim 5 , wherein the joining apparatus is configured as described above.
前記各シャッターを、
前記各原子ビームの間欠照射における照射開始時は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が遠い方から開け、
前記各原子ビームの間欠照射における照射停止時は、前記原子ビームの射出点と前記接合面との距離が近い方から閉めるよう構成した
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の接合装置。 The center axis in the irradiation direction of each atomic beam is configured to have a desired acute angle with the normal to the respective joint surfaces, and
Each shutter is
At the start of irradiation in the intermittent irradiation of each atomic beam, the distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface is opened from the far side,
7. The bonding according to claim 5 , wherein when the irradiation is stopped in the intermittent irradiation of each atomic beam, the bonding is configured such that the distance between the emission point of the atomic beam and the bonding surface is closed from the shorter side. apparatus.
ことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の接合装置。 8. The bonding apparatus according to claim 5 , wherein an inert gas is supplied to each of the bonding surfaces when the irradiation is stopped in the intermittent irradiation of each atomic beam. 9.
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