CN101965241B - 晶片接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供晶片接合装置，其具有：第一试样台，其保持第一基板；第二试样台，其保持与该第一基板对置的第二基板；载荷传递部，其与该第一试样台的周缘部接合，并在第一载置台上支承该第一试样台；驱动装置，其通过相对于该第一载置台驱动该第二试样台，将该第一基板和该第二基板压接。此时，在将该第一基板和第二基板压接时，该晶片接合装置可以防止比施加于该第一基板周缘部的载荷大的载荷施加于该第一基板的中央，可以向该第一基板和该第二基板均匀地施加载荷。

Description

晶片接合装置

技术领域

本发明涉及晶片接合装置，特别涉及将两片基板压接并接合的晶片接合装置。

背景技术

已知有将微细电气部件和机械部件集成化的MEMS。作为该MEMS，例举微继电器、压力传感器、加速度传感器等。该MEMS期待使用具有大的接合强度且不需要基于载荷的推压或加热处理的常温接合来进行制造。已知有通过将形成有多个图案的两片基板与接合基板接合而在该接合基板上形成多个器件的晶片接合方法。在如上所述的晶片接合方法中，期待提高该多个器件的成品率，并期待向该接合面更均匀地施加载荷。

在日本特开平09-321097号公报中，公开有如下的带突起的工件的推压装置，即便在带突起的工件的突起的接地面倾斜的情况下，该带突起的工件的推压装置也能够以均匀的力将所有的突起朝工件的电极推压。该带突起的工件的推压装置是将搭载于工件的带突起工件的突起朝该工件的电极推压的推压装置，该带突起的工件的推压装置的特征在于，具有被驱动部驱动而上下移动的推压件、安装于该推压件底面且被所述带突起的工件的顶面推压的弹性体，在该推压件的底面形成有容许该弹性体朝上方膨出地发生弹性变形的凹入部。

在日本特开2007-301593号公报中，公开有能够向加压对象物的加压面施加均匀的加压力的加压装置。在利用加压机构对保持加压对象物的加压头进行加压以便对加压对象物进行加压的加压装置中，该加压装置的特征在于，所述加压头在所述加压机构的加压轴上具有第一空间部。

发明内容

本发明的课题在于提供一种向进行接合的基板的接合面均匀地施加载荷的晶片接合装置。

本发明的晶片接合装置具有：第一试样台，其保持第一基板；第二试样台，其保持与第一基板对置的第二基板；载荷传递部，其与第一试样台的周缘部接合，并在第一载置台上支承第一试样台；驱动装置，其通过相对于第一载置台驱动第二试样台，将第一基板和第二基板压接。此时，当晶片接合装置将第一基板与第二基板压接时，可以防止比施加于第一基板周缘部的载荷大的载荷施加于第一基板的中央，并可以对第一基板和第二基板均匀地施加载荷。

本发明的晶片接合装置还具有角度调整机构，该角度调整机构以能够变更第一试样台的朝向的方式经由载荷传递部在第一载置台上支承第一试样台。即，载荷传递部适用于具有如上所述的角度调整机构的晶片接合装置。

角度调整机构具有：固定于第一试样台的球凸缘、固定于第一载置台的球座、通过将球凸缘压紧而将球凸缘固定于球座的固定凸缘。即，载荷传递部适用于具有如上所述的球凸缘、球座和固定凸缘的晶片接合装置。

载荷传递部以使角度调整机构与载荷传递部线接触的方式支承于角度调整机构。此时，载荷传递部优选自角度调整机构施加载荷的位置的移动少。

载荷传递部由多个柱形成。多个柱中的每一个柱的一端与第一试样台的周缘部接合、另一端与角度调整机构接合。

载荷传递部由多个柱形成。在第一基板与第二基板被压接时，多个柱分别发生弹性变形以使第一基板与第二基板紧贴。

附图说明

图1是表示晶片接合装置的剖面图。

图2是表示晶片接合装置的剖面图。

图3是表示角度调整机构、载荷传递部和下侧试样台的剖面图。

图4是表示载荷传递部的立体图。

图5是表示另一载荷传递部的剖面图。

图6是表示又一载荷传递部的立体图。

图7是表示再一载荷传递部的立体图。

图8是表示其他角度调整机构的立体图。

具体实施方式

参照附图，记载本发明的晶片接合装置的实施方式。如图1所示，该晶片接合装置1具有接合腔室2和加载互锁真空腔室(ロ一ドロツクチヤンバ一)3。接合腔室2和加载互锁真空腔室3形成为相对于外部环境而将内部密闭的容器。晶片接合装置1还具有闸阀5。闸阀5设置于接合腔室2和加载互锁真空腔室3之间，将连接接合腔室2内部和加载互锁真空腔室3内部的闸门关闭或使其敞开。

加载互锁真空腔室3在内部具有上侧夹持台6、下侧夹持台7和搬送装置8。上侧夹持台6配置有上侧卡盘11。下侧夹持台7配置有下侧卡盘12。加载互锁真空腔室3还具有未图示的真空泵和盖。该真空泵自加载互锁真空腔室3的内部排出气体。作为该真空泵，例举内部由金属制的多个叶片溅起气体分子而进行排气的涡轮分子泵。该盖可以将连接加载互锁真空腔室3的外部与内部的闸门关闭，并且可以敞开而形成大气环境。该闸门的大小比上侧卡盘11和下侧卡盘12大。

搬送装置8用于进行如下操作，即经由闸阀5自加载互锁真空腔室3将上侧卡盘11或下侧卡盘12搬送到接合腔室2、或者经由闸阀5自接合腔室2将上侧卡盘11或下侧卡盘12搬送到加载互锁真空腔室3。

接合腔室2具有真空泵31、离子枪32和电子枪33。接合腔室2在形成容器的壁34的局部形成有排气口35。真空泵31配置于接合腔室2的外部，经由排气口35自接合腔室2的内部排出气体。作为真空泵31，例举内部由金属制的多个叶片溅起气体分子而进行排气的涡轮分子泵。离子枪32朝向一个照射方向36而配置，并朝照射方向36喷出被加速的带电粒子。作为该带电粒子，例举氩离子。离子枪32可以替换为用于使晶片表面洁净化的其他表面洁净化装置。作为该表面洁净化装置，例举等离子枪、高速原子束源等。电子枪33配置成朝向由离子枪32照射带电粒子的对象，并朝该对象喷出被加速的电子。

壁34在局部形成有门37。门37具有合页38。合页38支承门37，以使其相对于壁34能够旋转。壁34在局部还形成有窗39。窗39由不能透过气体而能透过可见光的材料形成。窗39只要配置成用户能够自接合腔室2的外部看到通过离子枪32被照射带电粒子的对象而且看到接合状态，则该窗39可以配置于壁34的任意位置。

如图2所示，接合腔室2在内部还具有上侧基板支承部41和下侧基板支承部42。下侧基板支承部42配置于接合腔室2的下部。上侧基板支承部41具有：上侧载置台14、角度调整机构15、载荷传递部16、上侧试样台17和压接机构18。上侧载置台14被支承为相对于接合腔室2能够沿铅直方向平行移动。角度调整机构15在上侧载置台14上支承载荷传递部16。载荷传递部16在角度调整机构15上支承上侧试样台17。上侧试样台17在其下端具有介电层，向该介电层和基板之间施加电压，利用静电力将该基板吸附于该介电层。压接机构18根据用户的操作，使上侧载置台14相对于接合腔室2沿铅直方向平行移动。

在被上侧基板支承部41支承的基板和被下侧基板支承部42支承的基板离开时，离子枪32朝向被上侧基板支承部41支承的基板和被下侧基板支承部42支承的基板之间的空间，并朝向接合腔室2的壁34的一部分内侧表面。即，离子枪32的照射方向36穿过被上侧基板支承部41支承的基板和被下侧基板支承部42支承的基板之间并与接合腔室2的壁34的一部分内侧表面交叉。

如图3所示，下侧基板支承部42具有下侧试样台46。下侧试样台46形成为大致圆盘状。下侧试样台46在该圆柱的上侧表面形成有平坦的支承面。下侧试样台46用于隔着下侧卡盘12保持下侧晶片62。下侧基板支承部42还具有未图示的两个对准装置和定位机构。该对准装置根据用户的操作，对在被保持于下侧试样台46的基板上形成的对准标记的图像进行拍摄。该对准装置进而在上侧试样台17靠近下侧试样台46时，根据用户的操作对在被保持于上侧试样台17的基板上形成的对准标记的图像进行拍摄。该定位机构根据用户的操作，使下侧试样台46沿与水平方向平行的方向相对于接合腔室2平行移动，并使下侧试样台46以平行于铅直方向的旋转轴为中心进行旋转移动。

如图3所示，角度调整机构15具有球座51、球凸缘52和固定凸缘53。球座51固定于上侧载置台14并形成有球座面。球凸缘52由凸缘部分54和支承部分55形成。凸缘部分54形成为与球座51的球座面紧贴的球状。支承部分55形成为圆盘状。支承部分55的圆盘的中央与凸缘部分54接合，在与凸缘部分54接合的面的背面形成有支承面56。固定凸缘53通过压紧固定(かしめ固定)，与球凸缘52的凸缘部分54接合。即，固定凸缘53由分割环形成。该分割环配置成夹持球凸缘52的凸缘部分54，并由未图示的螺栓进行紧固，从而与球凸缘52的凸缘部分54接合。固定凸缘53进而以使球座51的球座面与球凸缘52的凸缘部分54紧贴的方式利用螺栓所例举的紧固工具与球座51接合。

如图4所示，载荷传递部16形成为大致圆盘状。载荷传递部16在上侧的面的中央形成有凹陷部，在上侧的面上形成有支承面58。支承面58是平坦的面，形成为由两个同心圆包围的图形。载荷传递部16在该圆盘的中央形成有螺栓孔59。通过将未图示的螺栓插入螺栓孔59，如图3所示该螺栓与球凸缘52的支承部分55紧固，从而载荷传递部16以使支承面58与支承面56紧贴且在载荷传递部16的安装于球凸缘52的支承部分55的面的中央形成有空洞57的方式支承于球凸缘52。

载荷传递部16进而在形成有支承面58的面的背面接合有上侧试样台17。上侧试样台17形成为圆盘状，上侧试样台17在与载荷传递部16接合的面的背面具有介电层。通过将电压施加于该介电层，上侧试样台17通过静电力将上侧晶片61吸附于该介电层。

在使用晶片接合装置1将晶片接合时的动作过程中，作业者首先测定上侧试样台17的朝向。当上侧试样台17的保持上侧晶片61的保持面与下侧试样台46的保持下侧晶片62的保持面不平行时，作业者使用角度调整机构15进行调整以使上侧试样台17的保持面与下侧试样台46的保持面平行。即，作业者以使上侧试样台17的保持面与下侧试样台46的保持面平行的方式，利用固定凸缘53压紧固定球凸缘52，并将固定凸缘53固定于球座51。

接着，作业者关闭闸阀5，使用真空泵31在接合腔室2内部生成真空环境，在加载互锁真空腔室3内部生成大气压气体环境。作业者打开加载互锁真空腔室3的盖，将上侧卡盘11配置于上侧夹持台6并将下侧卡盘12配置于下侧夹持台7。作业者将上侧晶片61放置于上侧卡盘11。作业者将下侧晶片62放置于下侧卡盘12。接下来，作业者关闭加载互锁真空腔室3的盖，并在加载互锁真空腔室3内部生成真空环境。

当在加载互锁真空腔室3内部生成了真空环境后，作业者敞开闸阀5。作业者先将上侧晶片61保持于上侧试样台17。作业者首先以使下侧试样台46保持放置有上侧晶片61的上侧卡盘11的方式，使用搬送装置8搬送上侧卡盘11。作业者使搬送装置8退让到加载互锁真空腔室3的内部。接下来，作业者使上侧试样台17朝铅直下方下降，以使上侧试样台17的介电层与上侧晶片61接触，从而使上侧晶片61保持于上侧试样台17。作业者使上侧试样台17朝铅直上方上升，以使上侧晶片61自上侧卡盘11离开。在上侧晶片61自上侧卡盘11离开后，作业者使用搬送装置8，将未放置有上侧晶片61的上侧卡盘11自下侧试样台46搬送到上侧夹持台6。在使上侧晶片61保持于上侧试样台17后，作业者以使下侧试样台46保持放置有下侧晶片62的下侧卡盘12的方式，使用搬送装置8搬送下侧卡盘12。

作业者关闭闸阀5，将保持于上侧试样台17的上侧晶片61和保持于下侧试样台46的下侧晶片62压接而将其接合。即，在使保持于上侧试样台17的上侧晶片61和保持于下侧试样台46的下侧晶片62离开的状态下，作业者使离子枪32朝向上侧晶片61和下侧晶片62之间喷出粒子。该粒子被照射到上侧晶片61和下侧晶片62，除去在其表面形成的氧化物等，并除去在其表面附着的杂质。作业者操作压接机构18使上侧试样台17朝铅直下方下降，以使上侧晶片61和下侧晶片62靠近。作业者操作下侧试样台46的定位机构，移动保持于下侧试样台46的下侧晶片62的位置，以使上侧晶片61和下侧晶片62按照所设计的那样进行接合。作业者操作上侧试样台17的压接机构18，以使上侧试样台17朝铅直下方下降，并将上侧晶片61压接于下侧晶片62。上侧晶片61和下侧晶片62通过该压接而接合，从而生成一张接合基板。

在使该接合基板自上侧试样台17解除卡止后，作业者使上侧试样台17朝铅直上方上升。接下来，作业者敞开闸阀5，使用搬送装置8将放置有该接合基板的下侧卡盘12自下侧试样台46搬送到下侧夹持台7。作业者关闭闸阀5，以便在加载互锁真空腔室3的内部生成大气压气体环境。作业者打开加载互锁真空腔室3的盖，自配置于下侧夹持台7的下侧卡盘12取出该接合基板。

在将上侧试样台17直接固定于角度调整机构15的其他晶片接合装置中，在进行如上所述的压接时，上侧试样台17以使该上侧试样台17的中央朝下侧试样台46侧突出的方式发生弹性变形。此时，上侧晶片61和下侧晶片62存在如下不良情况，即比施加于周缘部的载荷大的载荷施加于中央，而不能向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷。在将上侧晶片61与下侧晶片62压接时，晶片接合装置1可以向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷。其结果是，晶片接合装置1可以提高通过该接合而生产的器件的成品率，提高基于晶片接合装置1进行常温接合的可靠性，并使晶片接合装置1更实用化。

载荷传递部16能够替换为将自上侧载置台14施加的载荷施加于上侧试样台17的周缘部的其他载荷传递部。

图5示出该被替换的载荷传递部的例子。该载荷传递部65与载荷传递部16同样地形成为大致圆盘状。载荷传递部65在上侧的面的中央形成有凹陷部，在上侧的面上形成有支承面66。支承面66为曲面，使椭圆以旋转轴为中心进行旋转而形成即以沿着所谓的环形表面的一部分的方式形成。该旋转轴穿过形成载荷传递部65的圆盘的中心，并垂直于该圆盘。载荷传递部65在该圆盘的中央形成有螺栓孔67。将未图示的螺栓插入螺栓孔67并使该螺栓与球凸缘52的支承部分55紧固，从而以使支承面66与支承面56线接触且在载荷传递部65的安装于球凸缘52的支承部分55的面的中央形成有空洞57的方式，将载荷传递部65支承于球凸缘52。

当自上侧载置台14施加的载荷小时，载荷传递部16利用整个支承面66承接该载荷。当自上侧载置台14施加的载荷大时，球凸缘52的支承部分55发生弹性变形，载荷传递部16利用支承面58中央侧的缘部承接该载荷。因此，对于载荷传递部16而言存在如下情况，即根据自上侧载置台14施加的载荷的大小，承接自上侧载置台14施加的载荷的位置较大地移动。因此，在该载荷大时，晶片接合装置1有可能不能向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷。

载荷传递部65可以减小承受自上侧载置台14施加的载荷的位置的移动。其结果是，应用载荷传递部65的其他晶片接合装置即便在自上侧载置台14施加的载荷的大小变化时，也可以向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷。

图6示出该被替换的载荷传递部的其他例子。该载荷传递部71由多个柱72-1～72-n(n＝3、4、...)形成。多个柱72-1～72-n分别配置于将上侧试样台17的周缘部分成n等分的多个位置。多个柱72-1～72-n的各个柱72-i(i＝1、2、3、...、n)，其一端固定于球凸缘52的支承部分55，而另一端固定于上侧试样台17的周缘部。

应用如上所述的载荷传递部71的晶片接合装置与已论述的实施方式中的晶片接合装置1同样地，在将上侧晶片61和下侧晶片62压接时，可以向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷，可以提高接合的可靠性。

图7示出该被替换的载荷传递部的其他例子。该载荷传递部92由多个弹簧93-1～93-n形成。多个弹簧93-1～93-n分别配置于将上侧试样台17的周缘部分成n等分的多个位置。多个弹簧93-1～93-n的各弹簧93-i，其一端固定于在球凸缘52的支承部分55固定的支承部件91，而另一端固定于上侧试样台17的周缘部。

应用如上所述的载荷传递部92的晶片接合装置与已论述的实施方式中的晶片接合装置1同样地，在将上侧晶片61和下侧晶片62压接时，可以向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷，可以提高接合的可靠性。应用如上所述的载荷传递部92的晶片接合装置进而在上侧晶片61与下侧晶片62不平行的情况下，当上侧晶片61和下侧晶片62被压接时，多个弹簧93-1～93-n发生弹性变形以使上侧晶片61与下侧晶片62平行。因此，如上所述的晶片接合装置即便在上侧晶片61与下侧晶片62不平行的情况下，也可以向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷，并将上侧晶片61与下侧晶片62压接。其结果是，如上所述的晶片接合装置在压接前不需要使用角度调整机构15进行调整以使上侧试样台17的保持面与下侧试样台46的保持面平行，可以更容易地将上侧晶片61与下侧晶片62压接。如上所述的晶片接合装置还可以省略角度调整机构15，从而可以更便宜地制造。

角度调整机构15可以替换为将上侧试样台17的朝向固定于规定方向的其他角度调整机构。

图8示出该被替换的角度调整机构的例子。该角度调整机构81具有第一框82、中间体83、第二框84和支承部分85。第一框82固定于上侧载置台14。中间体83通过螺栓86支承于第一框82，以使其能够以旋转轴88为中心进行旋转。旋转轴88与水平方向平行，并相对于第一框82固定。螺栓86与中间体83紧固，从而将中间体83固定于第一框82。第二框84通过螺栓87支承于中间体83，以使其能够以旋转轴89为中心进行旋转。旋转轴89与水平方向大致平行，并垂直于旋转轴89，并且相对于中间体83固定。螺栓86与中间体83紧固，从而将第二框84固定于中间体83。支承部分85形成为大致圆盘状，该圆盘的中央固定于第二框84。支承部分85还在与第二框84接合的面的背面形成有平坦的支承面。角度调整机构81与已论述的实施方式中的角度调整机构15同样地，以使支承部分85的支承面与载荷传递部16的支承面58紧贴且在载荷传递部16形成有空洞57的方式支承载荷传递部16。

应用如上所述的角度调整机构81的晶片接合装置与已论述的实施方式中的晶片接合装置1同样地，在将上侧晶片61与下侧晶片62压接时，能够向上侧晶片61和下侧晶片62的接合面施加均匀的载荷，可以提高接合的可靠性。

本发明的晶片接合装置在将第一基板与第二基板压接时，防止比施加于该第一基板周缘部的载荷大的载荷施加于该第一基板的中央，可以向该第一基板和第二基板均匀地施加载荷。

Claims (2)

1.一种晶片接合装置，其特征在于，具有：

第一试样台，其设在接合腔室内，保持第一基板；

第二试样台，其设在所述接合腔室内，保持与所述第一基板对置的第二基板；

载荷传递部，其与所述第一试样台的周缘部接合，并在第一载置台上支承所述第一试样台，该载荷传递部用于将自所述第一载置台施加的载荷施加于所述第一试样台的周缘部，该载荷传递部设在所述接合腔室内；

驱动装置，其通过在真空的所述接合腔室中驱动所述第一载置台相对于所述第二试样台移动，将所述第一基板和所述第二基板压接；

角度调整机构，其设在所述接合腔室内，以能够变更所述第一试样台的朝向的方式经由所述载荷传递部在第一载置台上支承所述第一试样台，

所述角度调整机构具有：

固定于所述第一试样台的球凸缘；

固定于所述第一载置台的球座；

由配置成夹持所述球凸缘的凸缘部分的分割环构成的固定凸缘，其通过压紧固定而与所述球凸缘的所述凸缘部分接合，将所述球凸缘固定于所述球座，

所述载荷传递部形成为大致圆盘状，所述载荷传递部在所述角度调整机构一侧的面的中央形成有凹陷部，在所述角度调整机构一侧的面上形成有支承面，

所述载荷传递部以使所述支承面与所述球凸缘的支承面紧贴且在所述载荷传递部的安装于所述球凸缘的支承部分的面的中央形成有空洞的方式支承于所述球凸缘。

2.如权利要求1所述的晶片接合装置，其特征在于，

所述载荷传递部使所述角度调整机构和所述载荷传递部线接触地支承于所述角度调整机构。