JP2007237266A - 陽極接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の試料であっても高品質で効率的に接触面の接合を行う。
【解決手段】本発明の陽極接合は、ハロゲンヒ−タによる加熱機構を持ち、試料交換チャンバに試料をセットし、サンプル温度が設定温度の±１０％以内に到達したことを測定器で確認し、自動でゲートを開け、搬送機構で接合チャンバに試料を保持部にセットし、荷重、温度、電圧を負荷し、接合し、搬送機構で試料交換チャンバにセットし、が窒素、不活性Ｇａｓの冷却ブロ−により、酸化が生じないレベルに試料を冷却し、大気開放する。これにより、試料の温度上昇、電圧印加、試料の冷却、チャンバの大気開放の時間に影響されず接合を実施することができるため、全体の接合時間が短く、生産性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマおよびラジカル等の粒子ビームを試料の表面に照射した後に、チップやウエハ、各種回路基板等の、試料の表面同士を重ね合わせて試料を接合する陽極接合装置に関するものである。

図５に示すように、従来の陽極接合装置は、ひとつの接合チャンバ１０１内に、シリコンやその他の半導体基板等の試料１０２と、ガラス等の試料１０３とを重ね合わせ、図示していない加熱手段により両試料を加熱し、その試料の接触面に対し電極１０４を介して数百ボルトの直流電源１０５により電圧を印加することにより、両試料の当接面を接合するものである。この陽極接合では、接着剤を用いずに接合できるため両試料の接合距離を高精度に管理することが出来る。
特開２０００−２９４４６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、チャンバの減圧、試料の温度上昇、電圧印加、試料の冷却、チャンバの大気開放が順番に実施されているため、全体の接合時間が長く、生産性が悪いという課題を持っていた。

また、チャンバがひとつで早く処理をしようとする場合、試料の冷却が不十分になるため、デバイス（試料）の電極材料が酸化し、性能が劣化する問題もあった。

また、近年試料であるウエハのサイズは拡大の一途をたどっており、接触面積が物理的に大きくなると接合状態を均一化するのが困難になり接合面に気泡が発生する場合がある。このことで、さらに接合時間が長くなる課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱機構を持ち、大気圧から減圧し、温度上昇させる試料交換チャンバと荷重、温度、電圧を負荷し、接合するメインチャンバとサンプルを冷却する冷却機構を持つ大気圧開放する試料交換チャンバとそれぞれのチャンバ間を仕切るゲ−トと試料を搬送する機構を備えたものである。

本構成によってチャンバの減圧、試料の温度上昇、電圧印加、試料の冷却、チャンバの大気開放の時間に影響されず接合を実施することができるため、全体の接合時間が短く、生産性を向上を提供することを目的とする。

また、全体の生産性を落とさず、試料の冷却時間を十分にとることができるため、デバイスの金属電極が酸化することなく、接合を進めることができる。さらに、電極を接合状態により移動させることで、効率よく試料の接合を行うことが出来る。

上記目的を達成するために、本発明の陽極接合装置は、加減圧手段と、加熱手段と、試料交換手段と、を有する第１試料交換チャンバと、前記試料を保持する保持手段と、前記試料を載置する載置手段と、前記試料を加熱する加熱手段と、前記試料を加圧する加圧手段と、前記試料に電圧を負荷する電圧負荷手段と、を有し前記第１試料交換チャンバと接続した接合チャンバと、加減圧手段と、冷却手段と、試料交換手段と、を有し前記接合チャンバと接続した第２試料交換チャンバと、により構成することで、効率よくかつ品質の高い資料の接合を実施することが出来る。

さらに上記構成に加えて、電圧負荷手段は、電圧印加する複数の電極と、撮像手段を有し、前記試料の接合状態を前記撮像手段からの撮像情報により、電極に印加する電圧と電流を制御するかまたは電極を移動させる、制御部を有することで、更に効率よくかつ品質の高い資料の接合を実施することが可能となる。

以上のように、本発明の陽極接合によれば、試料の温度上昇、電圧印加、試料の冷却、チャンバの大気開放の時間に影響されず接合を実施することができるため、全体の接合時間が短く、生産性を向上しかつ接合品質を安定化させることができる。

以下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。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における陽極接合の断面図である。図１において、第１試料交換チャンバ１と接合チャンバ２は、ゲート３により開閉自在に接続している。同様に第２試料交換チャンバ４と接合チャンバ２は、ゲート３により開閉自在に接続している。

次にこの陽極接合装置を用いたウエハやガラス等の試料の接合方法の詳細を記載する。

接合される複数の試料５を第１試料交換チャンバ１内の載置台に置き、図示していないか減圧手段により第１試料交換チャンバ１内の気圧を大気圧から所望の真空圧まで減圧する。そして、ハロゲンヒ−タ等の加熱手段６により、試料の温度があらかじめ定めた設定温度の±１０％以内になるように加熱する。ここで、試料の温度が設定温度の±１０％以内になったことを温度測定器で確認しても良い。また、試料を第１試料交換チャンバ１内に載置した後に、第１試料交換チャンバ１内の減圧と同時に行うことも可能である。さらに、反射板７を設置するとより効率的に試料を加熱することが出来る。

試料の加熱後、ゲート３を開き図示していない試料交換手段で試料５を接合チャンバ２内の保持手段８に保持させる。保持手段８を下降させ載置手段９に試料を載置し加熱手段１０により試料を所望の温度に加熱しつつ、保持手段８により加圧する。この状態で図１（ｂ）に示す電圧負荷手段の一部である電極１１により数百ボルトの直流電源より電圧を印加し、複数の試料の互いの接触面を接合する。

その後、ゲート１２を開き、接合した試料を図示していない試料交換手段により接合チャンバ２内と同等の真空雰囲気である第２試料交換チャンバ４内に接合した試料を載置する。冷却手段１３により窒素等の不活性Ｇａｓの冷却ブロ−により、酸化が生じないレベルに試料を冷却する。最後に、第２試料交換チャンバ４を大気開放し試料を取り出す。

ここで、保持手段８の上下移動は、直動ガイド１４により上下に保持手段を規制した状態で、モータ１５によりボールネジ１６を回転させ、保持手段８を上下に移動させる。

なお図示していないが、試料の接合前に第１試料交換チャンバに配置したエネルギー波照射手段（表面処理手段）により接合する方の試料の表面に、電子線、原子線、光、紫外線、原子ビーム、イオンビームまたはＡｒ，Ｏ２，Ｎ２などのプラズマなどのエネルギー波照射し、試料の接合表面の酸化物や有機物を除去すると、試料の接合後の試料の接合面同士の結合力がさらに向上する。また、このエネルギー波照射手段（表面処理手段）は接合チャンバの中に配置し上記と同様な処理を試料の表面に施しても良い。

また、表面処理手段は、溶剤、超臨界水、酸または超音波水を試料の接合表面に作用させ試料の接合表面の酸化物や有機物を除去しても同様の効果が得られる。

これにより、試料の温度上昇、電圧印加、試料の冷却、チャンバの大気開放の時間に影響されず接合を実施することができるため、全体の接合時間が短く、生産性を向上させることができるとともに接合品質を安定化させることが出来る。

さらに、接合チャンバを常に減圧状態に維持できるため、チャンバ内のゴミなどの汚染や、不純物の存在を防ぐことができ、高品質の接合が実現できる。

（実施の形態２）
図２は接合チャンバ内に配置した、電圧負荷手段の一部である電極の動作を示す模式図である。まず、少なくとも２つの試料を重ね合わせた材料の表面に複数の電極２０を接触させて図示していない電圧負荷手段により電圧を印加し、重ね合わせた試料の接触面に電圧を作用させ接合を開始する。この時試料の接合状態を、試料に作用する電圧や電流の状態を、モニタ２１により監視することにより、その監視した情報にもとづき接合制御部により、試料の接合済みの領域２２から未接合の領域２３に電極２０を移動させることで、効率的かつ高品質な陽極接合を実現することができる。また、電圧や電流の状態をモニタするかわりに、図３に示すように、画像撮像手段により撮像した画像３０の情報にもとづいて、試料の接合済みの領域２２から未接合の領域２３に電極２０を移動させてもよい。

また、加圧手段を制御して重ねた試料の接触圧力や、電極を制御して印加する電流電圧を、個別あるいは同時に接合制御部により、接合の進行度合いにより所望の値に制御しても、均質で効率的な接合を実現できる。

さらに電極を移動させることで、固定電極では生じやすい気泡の発生を防ぐことができるため、高品質の接合が実現できる。

これにより接合が終了したことを確認することができ、不必要な接合時間を設けることが必要ないため、効率的接合ができ、生産性や接合品質を向上することができる。また可動電極を複数有することにより、さらに効率的な接合が実現できる。

また図４に示すように、接合状態をモニタしなくても、実験やシミュレーション等で接合条件が十分把握できている場合は、接合される複数の試料５を回転させ複数の電極２０を中心から外側に放射状に移動させ、電極と試料の位置関係を相対的に移動させても良い。なお、電極と試料の相対移動は本実施例に限定される物ではなく、試料の接合が出来る条件であれば電極と試料との相対移動はどのように動かしても良い。

この接合方法だと、試料のサイズが大きくなり接合される試料の接触面積が物理的に大きくなればなるほど、接合状態を把握しながら電極を動かし接合することで接合状態を均一化することができる。さらにそれと同時に接合時間の短縮も可能になる。

なお、実施の形態１と実施の形態２を同時に行い試料を接合することによりさらに効率的かつ高品質な陽極接合を実現することが可能となる。

本発明は、マイクロマシンニング（ＭＥＭＳ）分野の要素技術の一つである、一方の試料ともう一方の試料の表面を接触させて接合する陽極接合技術に適用できる。また容量検出センサーの製造方法としても適用可能である。

本発明の実施の形態１における陽極接合装置を示す図 本発明の実施の形態２における接合の状態を示す模式図 本発明の実施の形態２における接合を撮像した画像を示す図 本発明の実施の形態２における電極と試料の相対移動を示す図 従来の陽極接合装置を示す図

符号の説明

１ 第１試料交換チャンバ
２ 接合チャンバ
３ ゲート
４ 第２試料交換チャンバ
５ 複数の試料
６ (ハロゲンヒ−タ等の)加熱手段
８ 保持手段
９ 載置手段
１０ 加熱手段
１１ 電極
１２ ゲート
１３ 冷却手段

Claims (8)

1. 少なくとも２つの試料を重ね合わせ電圧を負荷し前記試料を接合する陽極接合装置において、
   加減圧手段と、加熱手段と、試料交換手段と、を有する第１試料交換チャンバと、
   前記試料を保持する保持手段と、前記試料を載置する載置手段と、前記試料を加熱する加熱手段と、前記試料を加圧する加圧手段と、前記試料に電圧を負荷する電圧負荷手段と、を有し前記第１試料交換チャンバと接続した接合チャンバと、
   加減圧手段と、冷却手段と、試料交換手段と、を有し前記接合チャンバと接続した第２試料交換チャンバと、
   により構成したことを特徴とする陽極接合装置。
2. 前記第１試料交換チャンバの減圧レベルが設定値±１０％以内に到達した、加熱手段により前記試料の温度が設定温度の±１０％以内に到達するまで加熱し、前記接合チャンバに前記試料を搬送する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の陽極接合装置。
3. 第２試料交換チャンバの前記冷却手段は不活性ガスを放出することを特徴とする請求項１から２に記載の陽極接合装置。
4. 第１試料交換チャンバの中に前記試料の接合予定面の表面処理を行う表面処理手段を設けることを特徴とする請求項１から３に記載の陽極接合装置。
5. 前記表面処理手段はエネルギー波を前記試料の接合予定面に照射することを特徴とする請求項１から４に記載の陽極接合装置。
6. 前記表面処理手段は、溶剤、超臨界水、酸、超音波水のなかの少なくとも１つを前記試料の接合予定面に作用させることを特徴とする請求項１から４に記載の陽極接合装置。
7. 前記電圧負荷手段は、電圧印加する複数の電極と、撮像手段を有し、前記試料の接合状態を前記撮像手段からの撮像情報により、電極に印加する電圧と電流を制御するかまたは電極を移動させる、制御部を有することを特徴とする請求項１記載の陽極接合装置。
8. 前記撮像手段からの撮像情報により、前記加圧手段の加圧力を調整する制御部を有することを特徴とする請求項７記載の陽極接合装置。

Images