JP2004273941A - Junction method and device - Google Patents

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JP2004273941A
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Akira Yamauchi
朗 山内
Satoshi Naraba
聰 奈良場
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Toray Engineering Co Ltd
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Toray Engineering Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a junction method and a device which ensure junction even for a metal, an oxide and a non-metal, for which low-temperature junction are difficult in a conventional method, by forming a practically activated metallic surface with extremely few impurities of the same material in both junction surfaces to be joined when junction objects whose junction surfaces are cleaned by energy wave are joined mutually. <P>SOLUTION: In the junction method, when junction objects at least one of which has a metallic junction part are joined mutually, junction parts of both the junction objects are joined after cleaning of the surface of at least a metallic junction part by energy wave. After cleaning by the energy wave, both the junction objects are held opposite to a pair of plasma electrodes in vacuum atmosphere and the surface of the metallic junction part of one junction object is etched by plasma. Thereby, a metal forming the surface is spattered to a junction part of the other junction object and thereafter both the junction objects are joined mutually. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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、特許文献1には、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。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】
しかし、この表面活性化による接合方法においては、低温での接合を行うには、基本的には、両被接合物の接合部が、接合に適した金属接合部で構成されている必要がある。接合しづらい材質で接合部の表面が形成されている場合には、相当高温で接合しなければならず、高温にしても接合が困難な材質もある。たとえば、アルミニウムからなる接合部の場合には、洗浄後たちまち酸化してしまうことが多いため、接合が困難である。また、酸化物や非金属も接合に向かない。
【0004】
このような問題に対し、比較的接合が困難とされている接合部同士の接合を可能とするために、特許文献2には、超高純度雰囲気内で2つの接合面を粒子ビームで照射した後、再度、前記粒子ビームでいずれか一方の接合面をスパッタリング(実際には、エッチング)して他方の接合面へ超微粒子膜を形成し(他方の接合面へスパッタして超微粒子膜を形成し)、両接合面を重ね合わせてわずかに加圧して接合する接合方法が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特許第2791429号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開平6−99317号公報(特許請求の範囲)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2に記載の接合方法では、接合面の洗浄、スパッタリングに粒子ビームを使用しているため、両被接合物間の距離は容易には変更できないこととなっている。そのため、洗浄時には、一方の接合面の表面から飛ばされた不純物が極力他方の接合面の表面に付着しないようにすることが好ましいため比較的両被接合物間の距離を大きくとって洗浄することが望ましく、一方スパッタリング時には、一方の接合面の表面から飛ばされた超微粒子を他方の接合面の表面に良好に付着させることが好ましいため比較的両被接合物間の距離を小さくしてスパッタリングすることが望ましく、両被接合物間の距離に関して相反する好ましい値となるため、これら洗浄とスパッタリングをそれぞれ最適な条件で実施することができない。換言すれば、いずれかが不十分となる。
【0007】
そこで本発明の課題は、エネルギー波により接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、接合すべき両接合面に、同一の材質で不純物の極めて少ない、実質的に活性化された金属表面を形成し、元々接合の容易な金属は勿論のこと、従来低温接合が困難であった金属や酸化物、非金属まで確実に接合できるようにした接合方法および装置を提供することにある。
【0008】
【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、少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後、両被接合物の接合部同士を接合する方法であって、前記エネルギー波による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で一対のプラズマ電極に対向させて保持し、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成し、両被接合物を近接させて接合部同士を接合することを特徴とする方法からなる。プラズマによりエッチングされた前記金属接合部の表面は、実質的に活性化された金属表面として形成され、スパッタにより金属膜が形成された他方の被接合物の接合部の表面も、不純物の少ない清浄な、実質的に活性化された、同じ金属からなる金属表面として形成されるので、両接合部同士が容易にかつ極めて良好な状態にて接合されることになる。また、エッチングとスパッタにより両接合部の金属表面が形成されるので、両金属表面が容易に平滑な面として形成され、この点からも両接合部同士の接合が容易化される。なお、本発明において「スパッタ」とは、「sputter deposition」、つまり堆積させることを意味し、上記エッチングされた金属を他方の被接合物の接合部の表面に堆積させることを意味する。
【0009】
この接合方法においては、上記洗浄用エネルギー波としては、プラズマ以外を使用することも可能であるが、エッチング/スパッタにはプラズマを用いるので、装置全体の簡素化等のためには、洗浄用エネルギー波にもプラズマを用いることが好ましい。洗浄用プラズマにはRFプラズマを用いることができる。上記エッチング/スパッタ用プラズマとしても、RFプラズマを用いることは可能であるが、一方の金属接合部をエッチングし、他方の接合部にスパッタするという動作上、エッチング/スパッタ用プラズマには特定の方向性を持つプラズマを用いることが好ましい。
【0010】
また、両被接合物の接合部をともにエネルギー波により洗浄する場合、上記プラズマによりエッチングする金属接合部側を先に洗浄することが好ましい。このような順序で洗浄すれば、先に行われる洗浄により金属接合部側から多少の不純物が他方の被接合物の接合部の表面に付着したとしても、続いて行われる該他方の被接合物の接合部の表面洗浄時に付着していた不純物が飛ばされ、活性化された清浄な表面とされてその面上に上記スパッタによる金属膜が良好に形成されることになる。両被接合物の接合部をプラズマにより洗浄する場合には、たとえば、プラズマ電極の極性を切り替えて両接合部を所定の順序にて順次洗浄することができる。さらに、本発明においては、両被接合物を事前にトラップ用ダミーを用いて一方づつ洗浄したものを取り出し、それらを対向配置して上記エッチング/スパッタに供することもできる。
【0011】
また、前記洗浄をプラズマにより行い、続いて前記エッチング/スパッタをプラズマにより行う場合、プラズマ洗浄時に対しエッチング/スパッタ時には両被接合物間の距離(両被接合物の接合面間の距離)を縮めることが好ましい。つまり、プラズマ洗浄時には両被接合物間の距離を相対的に大きくして、一方の接合面の洗浄の際に他方の接合面に不純物が飛翔しにくいようにし、エッチング/スパッタ時には、両被接合物間の距離を相対的に小さくして、エッチングにより一方の金属接合部から飛ばされた金属が他方の被接合物の接合面に容易に到達しスパッタによる金属膜が容易にかつ良好に形成されるようにする。したがって、プラズマ洗浄時とエッチング/スパッタ時の両方について、それぞれ最適な距離条件を採用することができ、プラズマ洗浄とエッチング/スパッタがともに最適な条件で行われることになる。とくにプラズマは、従来方法における粒子ビームに比べ、距離への依存度が低いので、上記のように異なる距離の条件においても、所望の洗浄特性およびエッチング/スパッタ特性をそれぞれ発揮することができる。
【0012】
上記エッチング/スパッタ用プラズマは、たとえば不活性ガス雰囲気中で用いることができる。不活性ガスとしては、たとえばArガスを用いることができる。
【0013】
また、エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度としては、比較的低い真空度でよく、たとえば、10−5〜1Torrの範囲の真空度を採用できる。比較的低い真空度でよいため、量産性とコストダウンの達成も容易になる。
【0014】
本発明に係る接合方法は、表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる場合にも適用できる。従来は、所定の金属同士(たとえば、金同士、銅同士)でないと、表面活性化による低温接合が難しく、また酸化物の低温接合も難しかったが、本発明では、一方がアルミニウムまたはアルミニウム同士、一方が非金属(たとえば、ガラスやセラミック、サファイヤなど)や酸化物であっても、スパッタすることにより金属膜を形成でき、接合時には良好な接合が可能な金属対金属の接合となる。
【0015】
上記エッチング/スパッタ後には、両被接合物の接合部同士が接合されるが、この接合は、たとえば不活性ガス中で行うことができる。あるいは、エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス(たとえば、窒素ガス)中で接合することもできる。さらに、エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合することもできる。大気中で接合する場合、たとえば、エッチング/スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合することもできる。
【0016】
このような本発明に係る接合方法では、接合部の表面が互いに接合の容易な、不純物の少ない、実質的に活性化された金属表面として形成されるので、両被接合物の接合部同士の接合は、比較的低温で、つまり、常温あるいはそれに近い温度で、たとえば100℃以下の温度で行うことが可能となる。
【0017】
また、両被接合物間で上記エッチング/スパッタを行う方向を切り替えながら、該エッチング/スパッタを繰り返し行うこともできる。このようにスパッタする方向を切り替えながら繰り返し行うことで、上下の異種金属を混ぜ合わせた合金層を成立させてから接合することが可能となる。そうすることにより、より接合させやすくなることと、拡散接合させた場合と同じ状態を作ることが可能になる。また、上下のエッチング/スパッタの時間比や、事前に表面の材料比を調整すれば、合金比率を決めることが可能である。
【0018】
本発明に係る接合装置は、少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段による洗浄後に両被接合物の接合部同士を接合する接合手段とを備えた接合装置において、前記洗浄手段による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で対向させて保持する一対のプラズマ電極を備え、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成するエッチング/スパッタ手段を設けたことを特徴とするものからなる。
【0019】
上記洗浄手段は、プラズマ照射手段から構成することができる。このプラズマ照射手段としては、たとえばRFプラズマ照射手段や、プラズマ電極の極性を切り替え可能な手段から構成することができる。
【0020】
また、プラズマ洗浄する場合には、エッチング/スパッタ手段としては、プラズマ洗浄時に対しエッチング/スパッタ時には前記一対のプラズマ電極間の距離を縮めることが可能な手段からなることが好ましい。つまり、プラズマ洗浄時とエッチング/スパッタ時とに、それぞれ最適な距離に制御できることが好ましい。
【0021】
上記エッチング/スパッタ手段としては、エッチング/スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる手段から構成できる。不活性ガスとしては、たとえばArガスを用いることができる。
【0022】
また、上記エッチング/スパッタ手段としては、前記エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度を10−5〜1Torrの範囲に制御する手段を有することが好ましい。
【0023】
また、上記エッチング/スパッタ手段は、前記エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気を形成する、局部的な密閉空間を形成可能なローカルチャンバを有することが好ましい。これによって、効率よく所望の減圧雰囲気を形成することができる。
【0024】
前述の如く、表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部は、元々接合が容易な金属以外、アルミニウム、金属酸化物、または非金属などから構成することができる。
【0025】
上記接合手段としては、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する手段から構成できる。あるいは、接合手段を、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する手段から構成することもできる。さらに、接合手段を、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段から構成することもできる。接合手段を大気中で接合する手段から構成する場合、該接合手段を、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段として構成することもできる。
【0026】
また、前述の如く、両被接合物の接合部同士の接合は、比較的低温で、つまり、常温あるいはそれに近い温度で行うことが可能となるので、上記接合手段を、両被接合物の接合部同士の接合を100℃以下の温度で行う手段から構成することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る接合装置1を示しており、図2は、その装置におけるエネルギー波による洗浄工程の様子、図3は、洗浄後のエッチング/スパッタ工程の様子をそれぞれ示している。図1は、ウエハー同士を接合する場合の接合装置1を示しており、本実施態様は、一方の被接合物であるウエハー2が、その基材の表面に接合部3を有しており、他方の被接合物であるウエハー4が、その基材の表面(ウエハー2への対向面)に接合部5を有しており、両被接合物が近接されて接合部3、5同士が接合されるようになっている。ウエハー4は一方の被接合物保持手段としての保持手段6に保持されており、ウエハー2は他方の被接合物保持手段としての保持手段7に保持されている。本実施態様では、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、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。
【0028】
なお、上記において、ウエハー4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、ウエハー2と接合させる側の全てのものをいう。接合部5とは、たとえば、素材やハンダバンプ、スタッドバンプなどウエハー2に設けられた接合部3と接合する全てのものをいう。また、ウエハー2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、ウエハー4と接合される側の全てのものをいう。接合部3とは、たとえば、電気配線を伴った電極、電気配線につながっていないダミー電極など、ウエハー4に設けられた接合部5と接合する全てのものをいう。また、ウエハー全面で面接合する場合も含む。
【0029】
また、本実施態様では、保持手段6において直接ウエハー4を保持する部分、および、保持手段7において直接ウエハー2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とともに、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。すなわち、これら電極ツール8、9が、本発明で言う一対のプラズマ電極を構成している。この一対のプラズマ電極(電極ツール8、9)は、本実施態様では、本発明におけるエッチング/スパッタの際に用いられる一対のプラズマ電極であるとともに、その前に行われるエネルギー波洗浄用のプラズマ電極としても兼用され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が、ともに、市販の周知のものを採用できる。図1における10a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、11aはプラズマ電極用の端子、12a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13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、10b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、11bはプラズマ電極用の端子、12bはヒーター用の端子を、それぞれ示している。
【0030】
両被接合物2、4の周囲には、一方の被接合物保持手段(本実施態様では保持手段6)に当接するまで移動して内部に両被接合物2、4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1に2点鎖線の引出線にてローカルチャンバ14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(本実施態様では保持手段6)の下降に追従してローカルチャンバ14の容積を縮小する方向、つまり本発明における両被接合物間の距離を縮める方向(本実施態様では下降方向)に移動可能な可動壁15が設けられている。この可動壁15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16、可動壁下降ポート17および内部シール機構18を備えたシリンダ手段19により、図1の上下方向に移動可能となっている。可動壁15の先端部には、弾性変形可能なシール材20が設けられており、上記当接状態にて、ローカルチャンバ14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。
【0031】
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14に対し、該ローカルチャンバ14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21が接続されている。ローカルチャンバ14内の空気あるいはガスは、吸引路22を通して真空ポンプ21により吸引される。また、この吸引路22とは別に、あるいはこの吸引路22と兼用させて、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14内に供給するガス供給路23が設けられている。
【0032】
このように構成された接合装置1を用いて、本発明に係る接合方法は、たとえば次のように実施される。
まず図1に示したように、被接合物セット工程において、保持手段6側にウエハー4を保持し、保持手段7側にウエハー2を保持する。次に、たとえば、アライメント工程で、両被接合物2、4間に認識手段(たとえば、上下2視野の認識手段、図示略)を挿入し、位置合わせ用の上下の認識マークを読み取り、その読み取り情報に基づいて、保持手段7をX、Y方向、さらに必要に応じてθ方向に調整して、両被接合物2、4間の相対位置を所定の精度範囲内に納める。ただし、このアライメントは後述の洗浄工程後、あるいはエッチング/スパッタ工程後に行ってもよい。
【0033】
アライメント後、可動壁上昇ポート16を介してシリンダ手段19に可動壁15の上昇移動のための圧力を供給し、可動壁15の先端が保持手段6の下面に当接するまで可動壁15を移動させる。これによって、周囲に対して実質的に密閉されたローカルチャンバ14が形成され、両被接合物2、4がこの局部的な密閉空間内に閉じ込められる。ローカルチャンバ14を形成した状態にて、吸引路22を通して真空ポンプ21により吸引することにより、ローカルチャンバ14内が減圧され(真空引きされ)、所定の真空状態とされる。ウエハー4やウエハー2の保持に静電チャックを使用しているので、高真空度とされても問題なく被接合物の保持状態が維持される。なお、これ以降、ローカルチャンバ14をこの真空度に維持する場合には、可動壁15の保持手段6への当接力を適切な大きさに保持しておくことにより、ローカルチャンバ14内を外部から確実にシールし、内部を所定の真空状態に維持することができる。
【0034】
次に、被接合物の接合面を、エネルギー波により洗浄する。この洗浄は、上記の高真空状態中でも可能であるが、本実施態様ではエネルギー波としてプラズマを用いるので、効率よく容易にプラズマを発生させるために、ローカルチャンバ14内を所定の真空度に減圧後、ガス供給路23を介してローカルチャンバ14内に必要量のArガスを供給し、ローカルチャンバ14内を所定の真空度を保ちつつArガス雰囲気にする。
【0035】
この状態で、ローカルチャンバ14内にて、上下のプラズマ電極(電極ツール8、9)間で図2に示すようにプラズマ31を発生させ、発生したプラズマ31により被接合物の接合面上の有機物や異物を飛ばして接合面を洗浄する。この洗浄時には、後述のエッチング/スパッタ工程時に比べ、相対的に両被接合物2、4間の距離は大きくとられる。したがって、プラズマ洗浄により飛ばされた不純物は、対向する被接合物の接合部には到達しにくくなり、洗浄段階での不純物の付着が抑えられる。また、洗浄用プラズマとしてRFプラズマを使用する場合には、実質的に同時に両被接合物2、4の接合部の洗浄が可能である。通常のプラズマを使用する場合には、前述したように、先にウエハー2側の接合部3表面を洗浄し、その後にウエハー4の接合部5表面を洗浄することが好ましく、接合部5表面に不純物がない状態で次のエッチング/スパッタ工程に入ることが好ましい。洗浄の順序は、上下のプラズマ電極8、9の極性を交互に切り替えることにより、プラズマの照射方向を交互に切り替えることができる。このようなArガス雰囲気下でのプラズマ洗浄(エネルギー波洗浄)により、接合面の表面は不純物が飛ばされて実質的に活性化された状態となる。
【0036】
次に、上記プラズマ洗浄により接合面の表面が活性化されたウエハー4とウエハー2は、上記洗浄工程に比べ、相対的に両被接合物2、4間の距離を縮めた状態とされた後、図3に示すようにエッチング/スパッタ工程に入る。このエッチング/スパッタ工程では、所定の減圧雰囲気中にて、一対のプラズマ電極8、9に保持され、洗浄工程時よりも近接されて対向された両被接合物2、4のうち、本実施態様では、ウエハー2の接合部3に向けてプラズマ32が照射され、接合部としての接合部3の表面がエッチングされる。このエッチングにより、接合部3の表面を形成していた金属が、微粒子形態にて、他方の被接合物の接合部としてのウエハー4の接合部5の表面へと飛翔され、該表面に付着して該表面上に同一の金属からなる金属膜が形成される。
【0037】
したがって、このエッチング/スパッタ工程後には、ウエハー2の接合部3の表面(一方の接合面)とウエハー4の接合部5の表面(他方の接合面)とは、同一の金属から形成され、しかも、プラズマ照射により両接合面は実質的に表面活性化された状態となっている。さらに、エッチングされるウエハー2の接合部3の表面は事前にエネルギー波洗浄されているから、エッチングされ他方の接合面へとスパッタされる金属中には不純物は極めて少なく、また、スパッタされるウエハー4の接合部5の表面も事前にエネルギー波洗浄されているから、活性化され、不純物の極めて少ない表面に対してスパッタされることになり、容易にかつ高い付着強度をもって、所望の金属膜33が形成されることになる。しかも、プラズマエッチングとそれによるスパッタとにより両接合面が形成されるので、両接合面ともに接合に極めて適した平滑な面に容易に形成される。
【0038】
さらに、本実施態様では、距離に依存しにくいプラズマを、洗浄工程とエッチング/スパッタ工程の両方に適用し、両プラズマを同じ一対のプラズマ電極8、9で発生させるように構成したので、洗浄時には両被接合物間の距離を大きく保って不純物の付着を避け、エッチング/スパッタ時には両被接合物を近接させてエッチング/スパッタを効率よく効果的に行わせることができ、洗浄、エッチング/スパッタともに最適な条件で行うことが可能となる。
【0039】
上記エッチング/スパッタ工程後、保持手段6がさらに下降され両被接合物2、4がさらに近接されて、金属膜33が形成されたウエハー4の接合部5が、表面活性化され同一の金属からなるウエハー2の接合部3に接合される。同一の金属からなり実質的に活性化され、しかも不純物の極めて少ない表面同士の接合となるから、低温、たとえば、常温あるいはそれに近い温度で容易にかつ極めて強固に接合されることになる。多少の加熱が望まれる場合にあっても、高々100℃までの加熱で十分である。
【0040】
このように、エッチング/スパッタ工程により、他方の被接合物であるウエハー4の接合部5が、たとえば従来常温接合には不向きであると考えられていたアルミニウムなどの金属からなる場合にあっても、常温接合に適した金属(たとえば、金や銅)を一方の被接合物であるウエハー2の接合部3からエッチングしてスパッタすることにより、容易に優れた接合を達成することが可能になる。また、他方の被接合物の接合部が、酸化物や非金属からなる場合にあっても、望ましい金属膜を形成できるので、同様に容易に優れた接合を達成することが可能になる。
【0041】
【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、一方の被接合物の接合部が、従来低温での接合が困難とされてきたアルミニウムや酸化物、非金属からなる場合にあっても、容易に優れた接合を達成することができるようになる。また、接合面の望ましい平滑化も容易に達成でき、接合を一層容易化できる。
【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縦断面図である。
【図2】図1の接合装置におけるエネルギー波洗浄時の様子を示す拡大部分縦断面図である。
【図3】図1の接合装置におけるエッチング/スパッタ時の様子を示す拡大部分縦断面図である。
【符号の説明】
1 接合装置
2 一方の被接合物としてのウエハー
3 一方の被接合物の接合部
4 他方の被接合物としてのウエハー
5 他方の被接合物の接合部
6、7 保持手段
8、9 電極ツール(一対のプラズマ電極)
10a、10b 静電チャック用の電極端子
11a、11b プラズマ電極用の端子
12a、12b ヒーター用の端子
13 電極コネクター
14 ローカルチャンバ
15 可動壁
16 可動壁上昇ポート
17 可動壁下降ポート
18 内部シール機構
19 シリンダ手段
20 弾性変形可能なシール材
21 真空ポンプ
22 吸引路
23 ガス供給路
31 洗浄用プラズマ
32 エッチング/スパッタプラズマ
33 金属膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a joining method and an apparatus for joining objects such as chips, wafers, and various circuit boards, each having a joint on the surface of a base material.
[0002]
[Prior art]
As a method of joining objects to be joined having a metal joint, Patent Document 1 discloses a method of joining the joining surfaces of silicon wafers together with an inert gas ion beam or an inert gas in a vacuum at room temperature prior to joining. There is disclosed a method for bonding silicon wafers in which a high-speed atomic beam is irradiated and sputter-etched. In this bonding method, oxides, organic substances, and the like on the bonding surface of the silicon wafer are blown by the above-described beam to form a surface with activated atoms, and the surfaces are bonded by a high bonding force between the atoms. . Therefore, this method basically eliminates the need for heating for bonding, and enables bonding at room temperature or a low temperature close thereto by merely bringing the activated surfaces into contact with each other.
[0003]
However, in this bonding method using surface activation, in order to perform bonding at a low temperature, it is basically necessary that the bonded portion of both workpieces be formed of a metal bonded portion suitable for bonding. . If the surface of the joining portion is formed of a material that is difficult to join, joining must be performed at a considerably high temperature, and there are some materials that are difficult to join even at a high temperature. For example, in the case of a joint made of aluminum, it is often difficult to oxidize immediately after cleaning, so that joining is difficult. Also, oxides and nonmetals are not suitable for bonding.
[0004]
To solve such a problem, in order to enable bonding between bonding portions that are relatively difficult to bond, Patent Document 2 discloses that two bonding surfaces are irradiated with a particle beam in an ultra-high purity atmosphere. Thereafter, one of the bonding surfaces is again sputtered (actually etched) with the particle beam to form an ultrafine particle film on the other bonding surface (sputtering the other bonding surface to form an ultrafine particle film) A joining method is disclosed in which both joining surfaces are overlapped and joined by slightly applying pressure.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2791429 (Claims)
[Patent Document 2]
JP-A-6-99317 (Claims)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the bonding method described in Patent Literature 2, since a particle beam is used for cleaning and sputtering of a bonding surface, the distance between both bonded objects cannot be easily changed. Therefore, at the time of cleaning, it is preferable that impurities blown off from the surface of one joint surface are not attached to the surface of the other joint surface as much as possible. On the other hand, at the time of sputtering, since it is preferable that the ultrafine particles blown off from the surface of one joint surface adhere well to the surface of the other joint surface, sputtering is performed with a relatively small distance between both objects to be joined. It is desirable that the distances between the two objects be opposite to each other, so that these cleaning and sputtering cannot be performed under optimum conditions. In other words, either one will be insufficient.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for joining objects to be joined whose surfaces have been cleaned by an energy wave. It is therefore an object of the present invention to provide a bonding method and apparatus which can securely bond not only metals which are originally easy to join but also metals, oxides and non-metals which were conventionally difficult to join at low temperature.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the joining method according to the present invention is characterized in that at the time of joining objects to be joined having a metal joint on at least one substrate surface, at least the surface of the metal joint is cleaned by an energy wave. And bonding the bonded parts of the two bonded objects to each other. After the cleaning by the energy wave, the two bonded objects are held in a reduced-pressure atmosphere so as to face a pair of plasma electrodes, and By etching the surface of the metal joint of the object with plasma, the metal forming the surface is sputtered on the joint of the other object, and the metal is formed on the surface of the joint of the other object. The method is characterized in that a film is formed, and the objects are brought close to each other to join the joined parts. The surface of the metal joint etched by the plasma is formed as a substantially activated metal surface, and the surface of the joint of the other object on which the metal film is formed by sputtering is also cleaned with less impurities. In addition, since it is formed as a substantially activated metal surface made of the same metal, the two bonding portions can be bonded easily and in an extremely good state. In addition, since the metal surfaces of both joints are formed by etching and sputtering, both metal surfaces are easily formed as smooth surfaces, and this also facilitates the joint between the two joints. In the present invention, "sputtering" means "sputter deposition", that is, deposition, and means that the etched metal is deposited on the surface of the joint of the other object.
[0009]
In this bonding method, it is possible to use other than the plasma as the cleaning energy wave. However, since plasma is used for etching / sputtering, the cleaning energy wave is used in order to simplify the entire apparatus. It is preferable to use plasma also for the waves. RF plasma can be used as the cleaning plasma. Although it is possible to use RF plasma as the etching / sputtering plasma, the etching / sputtering plasma has a specific direction due to the operation of etching one metal joint and sputtering the other joint. It is preferable to use plasma having properties.
[0010]
Further, when cleaning both joints of the objects to be joined by the energy wave, it is preferable to wash the metal joint side to be etched by the plasma first. If the cleaning is performed in this order, even if some impurities adhere to the surface of the bonding portion of the other workpiece from the metal bonding side by the cleaning performed earlier, the other workpiece to be subsequently performed is performed. The impurities adhering at the time of cleaning the surface of the bonding portion are removed, and the surface becomes an activated and clean surface, and the metal film by the above-mentioned sputtering is favorably formed on the surface. In the case of cleaning the joint between the two articles by plasma, for example, the polarity of the plasma electrode can be switched to sequentially clean both joints in a predetermined order. Further, in the present invention, it is also possible to take out the two objects to be cleaned, each of which has been previously washed one by one using a trap dummy, and to arrange them facing each other to be subjected to the etching / sputtering.
[0011]
In the case where the cleaning is performed by plasma and the etching / sputtering is subsequently performed by plasma, the distance between the two workpieces (the distance between the bonding surfaces of the two workpieces) is reduced during the etching / sputtering compared with the plasma cleaning. Is preferred. In other words, the distance between the objects to be bonded is made relatively large during plasma cleaning so that impurities do not easily fly to the other surface when cleaning one surface, and the two objects are bonded during etching / sputtering. The distance between the objects is relatively small, so that the metal that has been blown off from one of the metal joints by etching easily reaches the joint surface of the other object, and a metal film is easily and well formed by sputtering. So that Therefore, optimal distance conditions can be adopted for both plasma cleaning and etching / sputtering, and both plasma cleaning and etching / sputtering are performed under optimal conditions. In particular, the plasma is less dependent on the distance than the particle beam in the conventional method, so that the desired cleaning characteristics and etching / sputtering characteristics can be exhibited even under the conditions of different distances as described above.
[0012]
The etching / sputtering plasma can be used, for example, in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, Ar gas can be used.
[0013]
The degree of vacuum in the reduced-pressure atmosphere for generating the plasma for etching / sputtering may be a relatively low degree of vacuum. -5 A degree of vacuum in the range of 11 Torr can be employed. Since a relatively low degree of vacuum is sufficient, mass productivity and cost reduction can be easily achieved.
[0014]
The bonding method according to the present invention can also be applied to a case where a bonding portion of the other object to be bonded, on which a metal film is formed by sputtering, is made of aluminum, oxide, or a nonmetal. Conventionally, low-temperature bonding by surface activation was difficult and low-temperature bonding of oxides was difficult unless the metals were predetermined metals (for example, gold and copper). However, in the present invention, one of aluminum or aluminum is used. Even if one of them is a non-metal (for example, glass, ceramic, sapphire, etc.) or an oxide, a metal film can be formed by sputtering, and a good metal-to-metal bond can be obtained at the time of bonding.
[0015]
After the above-mentioned etching / sputtering, the joined portions of the two articles are joined to each other. This joining can be performed, for example, in an inert gas. Alternatively, after the etching / sputtering, the joined portions of the two objects can be joined in a non-oxidizing gas (for example, nitrogen gas). Furthermore, after the etching / sputtering, the joined portions of the two objects can be joined in the air. In the case of joining in the air, for example, after etching / sputtering, alignment for aligning the two objects can be performed in the air, and subsequently, the joints of the two objects can be joined in the air.
[0016]
In such a bonding method according to the present invention, since the surfaces of the bonding portions are formed as metal surfaces that are easy to bond to each other and have few impurities, and are substantially activated, the bonding portions of the two workpieces can be bonded to each other. Bonding can be performed at a relatively low temperature, that is, at or near normal temperature, for example, at a temperature of 100 ° C. or less.
[0017]
Further, the etching / sputtering can be repeated while switching the direction of the etching / sputtering between the two objects. By repeating the process while switching the sputtering direction in this manner, it is possible to establish an alloy layer in which upper and lower dissimilar metals are mixed, and then join. By doing so, it becomes easier to join, and it is possible to create the same state as in the case of diffusion joining. The alloy ratio can be determined by adjusting the upper / lower etching / sputtering time ratio or the material ratio of the surface in advance.
[0018]
The joining apparatus according to the present invention is an apparatus for joining objects to be joined having a metal joint on the surface of at least one base material, and cleaning means for washing at least the surface of the metal joint with an energy wave, A joining device for joining the joined portions of the two articles to be joined together after the cleaning by the washing means, wherein a pair of the articles to be joined are held in a reduced-pressure atmosphere so as to face each other after the washing by the washing means. A plasma electrode is provided, and by etching the surface of the metal joint of one of the objects by plasma, the metal forming the surface is sputtered on the joint of the other object to be bonded to the other object. An etching / sputtering means for forming a metal film on the surface of the joint of the joint is provided.
[0019]
The cleaning means can be constituted by plasma irradiation means. The plasma irradiating means can be composed of, for example, an RF plasma irradiating means or a means capable of switching the polarity of the plasma electrode.
[0020]
In the case of performing plasma cleaning, it is preferable that the etching / sputtering means include means capable of reducing the distance between the pair of plasma electrodes at the time of etching / sputtering compared to the time of plasma cleaning. That is, it is preferable that the distances can be controlled to be optimum for the plasma cleaning and for the etching / sputtering, respectively.
[0021]
The etching / sputtering means can be constituted by means using plasma for etching / sputtering in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, Ar gas can be used.
[0022]
Further, the etching / sputtering means may be a vacuum atmosphere of a reduced pressure atmosphere for generating the etching / sputtering plasma of 10 degrees. -5 It is preferable to have a means for controlling the pressure within a range of 1 Torr.
[0023]
Further, the etching / sputtering means preferably has a local chamber capable of forming a local closed space for forming a reduced-pressure atmosphere for generating the etching / sputtering plasma. Thus, a desired reduced-pressure atmosphere can be efficiently formed.
[0024]
As described above, the joining portion of the other object to be joined, on which the metal film is formed on the surface by sputtering, can be made of aluminum, metal oxide, nonmetal, or the like, other than the metal which is originally easy to join.
[0025]
The above-mentioned joining means can be constituted by means for joining the joined portions of the two objects in an inert gas after the etching / sputtering. Alternatively, the joining means may be constituted by means for joining the joined portions of the two objects in a non-oxidizing gas after the etching / sputtering. Further, the joining means may be constituted by means for joining the joined portions of the two objects in the air after the etching / sputtering. When the joining means is constituted by means for joining in the atmosphere, the joining means is subjected to alignment in the atmosphere after the etching / sputtering to align the two objects to be joined, and then the joining portion of the two objects is joined. It can also be configured as means for joining them together in the atmosphere.
[0026]
Further, as described above, the joining between the joining portions of the two joined objects can be performed at a relatively low temperature, that is, at a normal temperature or a temperature close to the room temperature. It can be constituted by means for joining the parts at a temperature of 100 ° C. or lower.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a bonding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state of a cleaning step using energy waves in the apparatus, and FIG. 3 shows a state of an etching / sputtering step after cleaning. Is shown. FIG. 1 shows a bonding apparatus 1 for bonding wafers to each other. In this embodiment, a wafer 2 which is one of the objects to be bonded has a bonding portion 3 on the surface of its base material, A wafer 4, which is the other object to be bonded, has a bonding portion 5 on the surface of the base material (the surface facing the wafer 2). Is to be done. The wafer 4 is held by a holding unit 6 as one of the holding units, and the wafer 2 is held by a holding unit 7 as the other holding unit. In this embodiment, the position of the holding means 6 can be adjusted in the Z direction (vertical direction), and the position of the holding means 7 can be adjusted in the X and Y directions (horizontal direction) and / or the rotation direction (θ direction). It has become.
[0028]
In the above description, the wafer 4 refers to, for example, everything on the side to be bonded to the wafer 2 irrespective of the type and size, such as an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, and a wafer. The bonding portion 5 means, for example, any material that is bonded to the bonding portion 3 provided on the wafer 2 such as a material, a solder bump, and a stud bump. In addition, the wafer 2 refers to, for example, a resin substrate, a glass substrate, a film substrate, a chip, and a wafer, all of which are bonded to the wafer 4 irrespective of type and size. The bonding part 3 refers to anything that is bonded to the bonding part 5 provided on the wafer 4, such as an electrode with electric wiring and a dummy electrode not connected to the electric wiring. In addition, the case where surface bonding is performed on the entire surface of the wafer is also included.
[0029]
Further, in this embodiment, the part for directly holding the wafer 4 in the holding means 6 and the part for directly holding the wafer 2 in the holding means 7 are constituted by electrode tools 8 and 9, respectively. As well as being capable of heating a workpiece through at least one of the electrode tools, and having at least one electrostatic chuck means to hold at least one workpiece electrostatically. It can be held in a proper manner. That is, these electrode tools 8 and 9 constitute a pair of plasma electrodes referred to in the present invention. In the present embodiment, the pair of plasma electrodes (electrode tools 8 and 9) are a pair of plasma electrodes used for etching / sputtering in the present invention, and a plasma electrode for energy wave cleaning performed before the pair. It is also used as Although illustration is omitted for the heater and the electrostatic chucking means, both commercially available known ones can be adopted. 1, reference numeral 10a denotes an electrode terminal for an electrostatic chuck built in the substrate holding means 7 side, 11a denotes a terminal for a plasma electrode, and 12a denotes a terminal for a heater, and power is supplied through an electrode connector 13. It has become so. As the pattern, it is preferable that the surface layer forms an electrostatic chuck, a plasma electrode, and a heater. Similarly, reference numeral 10b denotes an electrode terminal for an electrostatic chuck built in the chip holding means 6, 11b denotes a terminal for a plasma electrode, and 12b denotes a terminal for a heater.
[0030]
A local seal around the two workpieces 2 and 4 that moves until it comes into contact with one of the workpiece holding means (in the present embodiment, the holding means 6) to confine the two workpieces 2 and 4 therein. It is possible to form a local chamber structure having a space (the local chamber 14 is shown by a two-dot chain line in FIG. 1), and in the contact state, the object holding means (the In the embodiment, the movable body is movable in the direction of reducing the volume of the local chamber 14 following the lowering of the holding means 6), that is, in the direction of reducing the distance between the objects to be bonded in the present invention (in the embodiment, the downward direction). A wall 15 is provided. The movable wall 15 has a cylindrical rigid wall structure, and can be moved in the vertical direction of FIG. 1 by a cylinder means 19 having a movable wall rising port 16, a movable wall descending port 17, and an internal sealing mechanism 18. It has become. An elastically deformable seal member 20 is provided at the distal end of the movable wall 15 so that the inside of the local chamber 14 can be more securely sealed and sealed from the outside in the contact state. Has become.
[0031]
A vacuum pump 21 is connected to the holding means 7 as a vacuum suction means for reducing the pressure in the local chamber 14 to a predetermined vacuum state with respect to the local chamber 14 formed as described above. Air or gas in the local chamber 14 is sucked by the vacuum pump 21 through the suction passage 22. Further, a gas supply path for supplying a specific inert gas such as an argon gas (Ar gas) into the local chamber 14 is provided on the holding means 7 side separately from or in combination with the suction path 22. 23 are provided.
[0032]
Using the bonding apparatus 1 configured as described above, the bonding method according to the present invention is implemented, for example, as follows.
First, as shown in FIG. 1, in the workpiece setting step, the wafer 4 is held on the holding means 6 side, and the wafer 2 is held on the holding means 7 side. Next, for example, in the alignment step, a recognition means (for example, a recognition means for two upper and lower visual fields, not shown) is inserted between the two objects 2 and 4, and the upper and lower recognition marks for alignment are read and read. Based on the information, the holding means 7 is adjusted in the X and Y directions and, if necessary, in the θ direction, so that the relative position between the two workpieces 2 and 4 falls within a predetermined accuracy range. However, this alignment may be performed after a cleaning step described later or after an etching / sputtering step.
[0033]
After the alignment, a pressure for moving up the movable wall 15 is supplied to the cylinder means 19 through the movable wall rising port 16, and the movable wall 15 is moved until the tip of the movable wall 15 contacts the lower surface of the holding means 6. . This forms a local chamber 14 which is substantially sealed with respect to the surroundings, and the two articles 2, 4 are confined in this local enclosed space. In a state in which the local chamber 14 is formed, the inside of the local chamber 14 is depressurized (evacuated) by suction by the vacuum pump 21 through the suction path 22, and a predetermined vacuum state is set. Since the electrostatic chuck is used to hold the wafer 4 and the wafer 2, the holding state of the workpiece can be maintained without any problem even when the degree of vacuum is high. After that, when the local chamber 14 is maintained at this degree of vacuum, the contact force of the movable wall 15 to the holding means 6 is maintained at an appropriate level, so that the inside of the local chamber 14 is externally controlled. Sealing is ensured, and the inside can be maintained in a predetermined vacuum state.
[0034]
Next, the joining surface of the article is cleaned with an energy wave. This cleaning can be performed even in the above-mentioned high vacuum state. However, in this embodiment, plasma is used as an energy wave, so that the inside of the local chamber 14 is depressurized to a predetermined degree of vacuum in order to efficiently and easily generate plasma. Then, a required amount of Ar gas is supplied into the local chamber 14 through the gas supply path 23, and the inside of the local chamber 14 is brought into an Ar gas atmosphere while maintaining a predetermined degree of vacuum.
[0035]
In this state, a plasma 31 is generated between the upper and lower plasma electrodes (electrode tools 8, 9) in the local chamber 14 as shown in FIG. Clean the joint surface by blowing away foreign substances. At the time of this cleaning, the distance between the two articles 2 and 4 is relatively large as compared with the etching / sputtering step described later. Therefore, the impurities blown off by the plasma cleaning hardly reach the joints of the objects to be bonded, and the adhesion of the impurities in the cleaning step is suppressed. Further, when RF plasma is used as the cleaning plasma, it is possible to substantially simultaneously clean the bonded portions of the objects 2 and 4 to be bonded. In the case where ordinary plasma is used, as described above, it is preferable to first clean the surface of the bonding portion 3 on the wafer 2 side, and then clean the surface of the bonding portion 5 of the wafer 4. It is preferable to enter the next etching / sputtering step without any impurities. The order of cleaning can be alternately switched by switching the polarity of the upper and lower plasma electrodes 8 and 9 alternately. By such plasma cleaning (energy wave cleaning) in an Ar gas atmosphere, the surface of the bonding surface is substantially activated with impurities being removed.
[0036]
Next, the wafer 4 and the wafer 2 having the surfaces of the bonding surfaces activated by the plasma cleaning are set in a state in which the distance between the workpieces 2 and 4 is relatively reduced as compared with the cleaning process. Then, an etching / sputtering process is started as shown in FIG. In the etching / sputtering step, the present embodiment is performed on the two bonded objects 2 and 4 which are held by the pair of plasma electrodes 8 and 9 in a predetermined reduced-pressure atmosphere and which are closer and opposed to each other than in the cleaning step. Then, the plasma 32 is irradiated toward the bonding portion 3 of the wafer 2 to etch the surface of the bonding portion 3 as the bonding portion. As a result of this etching, the metal forming the surface of the bonding portion 3 flies in the form of fine particles to the surface of the bonding portion 5 of the wafer 4 as the bonding portion of the other workpiece, and adheres to the surface. Thus, a metal film made of the same metal is formed on the surface.
[0037]
Therefore, after this etching / sputtering step, the surface of bonding portion 3 of wafer 2 (one bonding surface) and the surface of bonding portion 5 of wafer 4 (the other bonding surface) are formed of the same metal, and The two bonding surfaces are substantially surface activated by plasma irradiation. Further, since the surface of the bonding portion 3 of the wafer 2 to be etched has been subjected to energy wave cleaning in advance, the metal to be etched and sputtered to the other bonding surface has very few impurities. Since the surface of the bonding portion 4 of FIG. 4 has also been subjected to energy wave cleaning in advance, it is activated and sputtered on the surface with very few impurities, so that the desired metal film 33 can be formed easily and with high adhesion strength. Is formed. In addition, since both the joining surfaces are formed by the plasma etching and the sputtering thereby, both the joining surfaces can be easily formed on a smooth surface which is extremely suitable for the joining.
[0038]
Furthermore, in this embodiment, the plasma which is hardly dependent on the distance is applied to both the cleaning step and the etching / sputtering step, and both plasmas are generated by the same pair of plasma electrodes 8 and 9, so that the cleaning is performed at the time of cleaning. The distance between the two objects is kept large to prevent the adhesion of impurities, and the two objects are brought close to each other at the time of etching / sputtering, so that the etching / sputtering can be performed efficiently and effectively. This can be performed under optimal conditions.
[0039]
After the above-mentioned etching / sputtering step, the holding means 6 is further lowered to bring the two bonded objects 2 and 4 closer to each other, so that the bonded portion 5 of the wafer 4 on which the metal film 33 is formed is activated and the same metal is used. To the bonding portion 3 of the wafer 2. Since the surfaces are made of the same metal, are substantially activated, and have a very small amount of impurities, they are easily and very strongly joined at a low temperature, for example, at or near room temperature. Even if some heating is desired, heating to at most 100 ° C. is sufficient.
[0040]
As described above, even if the bonding portion 5 of the wafer 4 which is the other object to be bonded is made of a metal such as aluminum which is conventionally considered to be unsuitable for room temperature bonding by the etching / sputtering process. By etching and sputtering a metal (for example, gold or copper) suitable for room-temperature bonding from the bonding portion 3 of the wafer 2 as one of the objects to be bonded, excellent bonding can be easily achieved. . Further, even when the joining portion of the other object is made of an oxide or a non-metal, a desirable metal film can be formed, and similarly, excellent joining can be easily achieved.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the bonding method and the apparatus according to the present invention, when the bonding portion of one of the objects to be bonded is made of aluminum, an oxide, or a nonmetal which has conventionally been difficult to bond at a low temperature. Even so, excellent bonding can be easily achieved. In addition, desired smoothness of the joining surface can be easily achieved, and the joining can be further facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a joining device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a state at the time of energy wave cleaning in the bonding apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a state at the time of etching / sputtering in the bonding apparatus of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Joining equipment
2 Wafer as one of the objects to be bonded
3 Joint of one workpiece
4 Wafer as the other workpiece
5 Joints of the other workpiece
6, 7 holding means
8, 9 electrode tool (a pair of plasma electrodes)
10a, 10b Electrode terminals for electrostatic chuck
11a, 11b Terminal for plasma electrode
12a, 12b Terminal for heater
13 Electrode connector
14 Local chamber
15 Moving Wall
16 Moving wall rising port
17 Movable wall lowering port
18 Internal seal mechanism
19 Cylinder means
20 Elastically deformable sealing material
21 Vacuum pump
22 Suction path
23 Gas supply path
31 Cleaning Plasma
32 Etching / sputter plasma
33 Metal film

Claims (32)

少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後、両被接合物の接合部同士を接合する方法であって、前記エネルギー波による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で一対のプラズマ電極に対向させて保持し、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成し、両被接合物を近接させて接合部同士を接合することを特徴とする接合方法。At the time of joining objects to be joined having a metal joint to the surface of at least one base material, at least after cleaning the surface of the metal joint with an energy wave, a method of joining the joints of both objects to be joined. Then, after the cleaning by the energy wave, by holding both objects to be opposed to a pair of plasma electrodes in a reduced pressure atmosphere, by etching the surface of the metal joint of one of the objects by plasma, The metal forming the surface is sputtered on the joint of the other object to form a metal film on the surface of the joint of the other object. A joining method characterized by joining. 前記洗浄用エネルギー波としてプラズマを用いる、請求項1の接合方法。The bonding method according to claim 1, wherein plasma is used as the energy wave for cleaning. 前記洗浄用プラズマとしてRFプラズマを用いる、請求項2の接合方法。3. The bonding method according to claim 2, wherein RF plasma is used as the cleaning plasma. 両被接合物の接合部をエネルギー波により洗浄し、前記プラズマによりエッチングする金属接合部側を先に洗浄する、請求項1または2の接合方法。The bonding method according to claim 1, wherein a bonding portion between the two objects is cleaned by an energy wave, and a metal bonding portion to be etched by the plasma is cleaned first. 両被接合物の接合部をプラズマにより洗浄し、プラズマ電極の極性を切り替えて両接合部を順次洗浄する、請求項4の接合方法。5. The joining method according to claim 4, wherein the joint between the two articles is cleaned with plasma, and the polarity of the plasma electrode is switched to sequentially clean both joints. 両被接合物を事前にトラップ用ダミーを用いて一方づつ洗浄したものを取り出し、対向配置する、請求項1〜5のいずれかに記載の接合方法。The joining method according to any one of claims 1 to 5, wherein both objects to be joined are washed one by one by using a trap dummy in advance and taken out, and arranged to face each other. 前記洗浄をプラズマにより行い、続いて前記エッチング/スパッタをプラズマにより行い、プラズマ洗浄時に対しエッチング/スパッタ時には両被接合物間の距離を縮める、請求項1〜6のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 6, wherein the cleaning is performed by plasma, and subsequently, the etching / sputtering is performed by plasma, and the distance between the objects to be bonded is reduced during etching / sputtering compared with the plasma cleaning. 前記エッチング/スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる、請求項1〜7のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to claim 1, wherein the etching / sputtering plasma is used in an inert gas atmosphere. 前記不活性ガスがArガスからなる、請求項8の接合方法。9. The bonding method according to claim 8, wherein said inert gas comprises Ar gas. 前記エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度が10−5〜1Torrの範囲にある、請求項1〜9のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 9, wherein a degree of vacuum in a reduced-pressure atmosphere for generating the etching / sputtering plasma is in a range of 10 -5 to 1 Torr. 表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる、請求項1〜10のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 10, wherein a bonding portion of the other object on which a metal film is formed on a surface by sputtering is made of aluminum, oxide, or a nonmetal. 前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する、請求項1〜11のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 11, wherein after the etching / sputtering, the bonding portions of the two objects are bonded in an inert gas. 前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する、請求項1〜11のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 11, wherein after the etching / sputtering, the bonding portions of both the objects to be bonded are bonded in a non-oxidizing gas. 前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する、請求項1〜11のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 11, wherein after the etching / sputtering, the bonding portions of the two objects are bonded in the air. 前記エッチング/スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する、請求項14の接合方法。The bonding method according to claim 14, wherein after the etching / sputtering, alignment for aligning the two workpieces is performed in the air, and then the bonding portions of the two workpieces are bonded in the air. 両被接合物の接合部同士の接合を100℃以下の温度で行う、請求項1〜15のいずれかに記載の接合方法。The joining method according to any one of claims 1 to 15, wherein the joining portions of the two articles are joined at a temperature of 100 ° C or lower. 両被接合物間で前記エッチング/スパッタを行う方向を切り替えながら、該エッチング/スパッタを繰り返し行う、請求項1〜16のいずれかに記載の接合方法。The bonding method according to any one of claims 1 to 16, wherein the etching / sputtering is repeatedly performed while switching the direction in which the etching / sputtering is performed between the two objects. 少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段による洗浄後に両被接合物の接合部同士を接合する接合手段とを備えた接合装置において、前記洗浄手段による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で対向させて保持する一対のプラズマ電極を備え、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成するエッチング/スパッタ手段を設けたことを特徴とする接合装置。An apparatus for joining objects to be joined having a metal joint on at least one surface of a substrate, comprising: a cleaning unit for cleaning at least a surface of the metal joint by an energy wave; A joining device for joining the joined portions of the joined objects, comprising: a pair of plasma electrodes for holding both objects to be opposed to each other in a reduced-pressure atmosphere after cleaning by the cleaning means; By etching the surface of the metal joint of the joint with plasma, the metal forming the surface is sputtered on the joint of the other object to be bonded to the surface of the joint of the other object. A bonding apparatus comprising an etching / sputtering means for forming a metal film. 前記洗浄手段がプラズマ照射手段からなる、請求項18の接合装置。19. The bonding apparatus according to claim 18, wherein said cleaning means comprises plasma irradiation means. 前記洗浄手段がRFプラズマ照射手段からなる、請求項19の接合装置。20. The bonding apparatus according to claim 19, wherein said cleaning means comprises RF plasma irradiation means. 前記プラズマ照射手段が、プラズマ電極の極性を切り替え可能な手段からなる、請求項19の接合装置。20. The bonding apparatus according to claim 19, wherein said plasma irradiation means comprises means capable of switching the polarity of a plasma electrode. 前記エッチング/スパッタ手段が、プラズマ洗浄時に対しエッチング/スパッタ時には前記一対のプラズマ電極間の距離を縮めることが可能な手段からなる、請求項19〜21のいずれかに記載の接合装置。22. The bonding apparatus according to claim 19, wherein said etching / sputtering means comprises means capable of reducing a distance between said pair of plasma electrodes at the time of etching / sputtering relative to the time of plasma cleaning. 前記エッチング/スパッタ手段が、前記エッチング/スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる手段からなる、請求項18〜22のいずれかに記載の接合装置。23. The bonding apparatus according to claim 18, wherein said etching / sputtering means comprises means for using said etching / sputtering plasma in an inert gas atmosphere. 前記不活性ガスがArガスからなる、請求項23の接合装置。24. The bonding apparatus according to claim 23, wherein the inert gas comprises Ar gas. 前記エッチング/スパッタ手段が、前記エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度を10−5〜1Torrの範囲に制御する手段を有する、請求項18〜24のいずれかに記載の接合装置。25. The bonding apparatus according to claim 18, wherein said etching / sputtering means has means for controlling a degree of vacuum of a reduced-pressure atmosphere for generating said etching / sputtering plasma in a range of 10 < -5 > to 1 Torr. 前記エッチング/スパッタ手段が、前記エッチング/スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気を形成する、局部的な密閉空間を形成可能なローカルチャンバを有する、請求項18〜25のいずれかに記載の接合装置。26. The bonding apparatus according to claim 18, wherein the etching / sputtering unit has a local chamber capable of forming a local closed space for forming a reduced-pressure atmosphere for generating the etching / sputtering plasma. 表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる、請求項18〜26のいずれかに記載の接合装置。The joining device according to any one of claims 18 to 26, wherein a joining portion of the other object to be joined, on which a metal film is formed by sputtering, is made of aluminum, oxide, or a nonmetal. 前記接合手段が、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する手段からなる、請求項18〜27のいずれかに記載の接合装置。The bonding apparatus according to any one of claims 18 to 27, wherein the bonding unit includes a unit configured to bond the bonded portions of the two bonded objects in an inert gas after the etching / sputtering. 前記接合手段が、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する手段からなる、請求項18〜27のいずれかに記載の接合装置。The joining apparatus according to any one of claims 18 to 27, wherein the joining means comprises means for joining the joined portions of the two objects in a non-oxidizing gas after the etching / sputtering. 前記接合手段が、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段からなる、請求項18〜27のいずれかに記載の接合装置。The bonding apparatus according to any one of claims 18 to 27, wherein the bonding unit includes a unit configured to bond the bonded portions of the objects to be bonded in the air after the etching / sputtering. 前記接合手段が、前記エッチング/スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段からなる、請求項30の接合装置。31. The joining means comprises means for performing alignment for aligning the two objects in the atmosphere after the etching / sputtering in the air, and subsequently joining the joints of the two objects in the air. Joining equipment. 前記接合手段が、両被接合物の接合部同士の接合を100℃以下の温度で行う手段からなる、請求項18〜31のいずれかに記載の接合装置。The joining apparatus according to any one of claims 18 to 31, wherein the joining means comprises means for joining the joined portions of both the objects to be joined at a temperature of 100 ° C or lower.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005071735A1 (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Bondtech Inc. Joining method and device produced by this method and joining unit
WO2018020781A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 三菱重工工作機械株式会社 Substrate joining device and substrate joining method using same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005071735A1 (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Bondtech Inc. Joining method and device produced by this method and joining unit
US7784670B2 (en) 2004-01-22 2010-08-31 Bondtech Inc. Joining method and device produced by this method and joining unit
US8091764B2 (en) 2004-01-22 2012-01-10 Bondtech, Inc. Joining method and device produced by this method and joining unit
US8651363B2 (en) 2004-01-22 2014-02-18 Bondtech, Inc. Joining method and device produced by this method and joining unit
WO2018020781A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 三菱重工工作機械株式会社 Substrate joining device and substrate joining method using same

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