JP2007301600A - Joining method and its device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の接合対象物を互いの接合面で接合する陽極接合における接合品質及び接合効率を向上させる接合方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a bonding method and apparatus for improving bonding quality and bonding efficiency in anodic bonding in which a plurality of objects to be bonded are bonded to each other at their bonding surfaces.
ウエハ同士あるいはウエハとチップなど、複数の接合対象物を互いの接合面で接合するとき、接合面を酸素プラズマやイオンビームなどにより表面処理した後、複数の接合対象物を互いの接合面で対面させ、加圧して接合面間で接合する方法が知られている。しかし、加圧だけでは安定した接合状態が得難いため、より有効な接合方法が要求されている。その要求に応えるべく開発された陽極接合装置が知られている。 When a plurality of objects to be bonded such as wafers or wafers and chips are bonded to each other at the bonding surface, the bonding surfaces are surface-treated with oxygen plasma, ion beam, etc. And a method of joining between the joining surfaces by applying pressure is known. However, since it is difficult to obtain a stable bonding state only by pressurization, a more effective bonding method is required. An anodic bonding apparatus developed to meet the demand is known.
陽極接合装置は、図5に示すように、第1接合対象物101と第2接合対象物102とを互いの接合面で対面するように重ね合わせた状態でチャンバ103内に配置し、両接合対象物101,102に荷重を加えて加圧し、ヒータ106によって両接合対象物101,102を加熱し、両接合対象物101,102の接合面に対して、直流電源105から供給される数百ボルトの直流電圧を電極104から印加する(特許文献1参照)。
As shown in FIG. 5, the anodic bonding apparatus is arranged in the
接合面に直流電圧が印加されることにより、接合界面に空間電荷層が形成され高電界が発生する。この高電界により加圧された接合界面に静電引力が発生して第1及び第2の各接合対象物は接合面間で接合される。
しかしながら、従来技術における陽極接合方法では、接合面の条件負荷に対する均一性が低く、接合面に部分的な接合不良が発生する。特に、接合対象物がウエハであるとき、ウエハは大型化する傾向にあり、そのような大きな接合面を有するウエハ同士を接合面で接合しようとする場合には、接合対象物に印加する加圧を大きくする必要がある。一方でウエハは薄型化する傾向にもあり、徒に大きな荷重を加えることはウエハに損傷を与える恐れがある。 However, in the anodic bonding method in the prior art, the uniformity of the bonding surface with respect to the condition load is low, and partial bonding failure occurs on the bonding surface. In particular, when the object to be bonded is a wafer, the wafer tends to increase in size. When wafers having such a large bonding surface are to be bonded to each other at the bonding surface, pressure applied to the bonding object is applied. Need to be larger. On the other hand, the wafer also tends to be thinned, and applying a large load may damage the wafer.
本発明が目的とするところは、複数の接合対象物に印加する加圧を低く抑えた状態でも接合品質を向上させ得るようにした接合方法及びその装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a bonding method and apparatus capable of improving the bonding quality even when the pressure applied to a plurality of bonding objects is kept low.
上記目的を達成するための本願第1発明は、複数の接合対象物を互いの接合面で面接触するように加圧し、複数の接合対象物を接合面間で接合する接合方法において、接合面に超音波振動を印加することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first invention of the present application is a bonding method in which a plurality of objects to be bonded are pressurized so as to come into surface contact with each other, and a plurality of objects to be bonded are bonded between the bonding surfaces. It is characterized by applying ultrasonic vibration.
上記接合方法によれば、複数の接合対象物が互いの接合面で接触加圧された状態で接合面に超音波振動が印加されるので、接合対象物を加圧する荷重を小さくしても超音波接合の作用により接合面間が均一な接合状態にして接合される。均一な接合が得られない面積が大きいウエハであっても、超音波接合の作用が併せて加えられるので、ウエハのように大型化、薄型化する傾向にある接合対象物であっても加圧荷重を大きくして接合面に対する接触の均等化を図ることなく、超音波接合の作用で接合領域を均一に接合することが可能となる。従って、接合時間の短縮化や接合の安定化、装置の簡略化を図ることができる。 According to the above-described joining method, since ultrasonic vibration is applied to the joining surfaces in a state where a plurality of joining objects are contact-pressed on each other's joining surfaces, even if the load for pressing the joining objects is reduced, The bonding surfaces are bonded in a uniform bonding state by the action of sonic bonding. Even for wafers with a large area where uniform bonding cannot be obtained, the action of ultrasonic bonding is also added, so even bonding objects that tend to become larger and thinner like wafers are pressurized. The joining region can be uniformly joined by the action of ultrasonic joining without increasing the load and equalizing the contact with the joining surface. Accordingly, it is possible to shorten the bonding time, stabilize the bonding, and simplify the apparatus.
上記接合方法において、接合面上の直行する2軸をX軸及びY軸とし、接合面に垂直な軸をZ軸として、X軸、Y軸及びZ軸の各軸方向の少なくとも1軸方向の超音波振動を印加することにより、接合対象物の接合面材質や接合面サイズなどに応じて最適の加振方向を選択組み合わせることができる。 In the above-described joining method, the two orthogonal axes on the joining surface are the X-axis and the Y-axis, the axis perpendicular to the joining surface is the Z-axis, and at least one axial direction of each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. By applying ultrasonic vibrations, it is possible to selectively combine the optimal excitation directions according to the joining surface material and joining surface size of the joining object.
また、X軸、Y軸、Z軸の各方向の超音波振動のうち少なくとも2方向の振動を同期させると共に、超音波振動の強度を制御しながら印加することにより、接合面に三次元的な超音波振動を加えることによって超音波接合の作用を増大させ、超音波振動の強度を制御することにより接合対象物の接合面材質や接合面サイズに適合する接合状態を得ることができる。 In addition, by synchronizing at least two of the ultrasonic vibrations in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and applying the ultrasonic vibration while controlling the intensity, the joint surface is three-dimensional. By applying ultrasonic vibration, the action of ultrasonic bonding can be increased, and by controlling the intensity of ultrasonic vibration, it is possible to obtain a bonded state that matches the bonding surface material and bonding surface size of the object to be bonded.
また、振動周波数は、20〜70KHzの超音波振動を印加するのがウエハ同士あるいはウエハとチップなどの接合に好適である。 In addition, it is preferable to apply ultrasonic vibration of 20 to 70 KHz as a vibration frequency for bonding between wafers or between a wafer and a chip.
また、振動振幅は、5μm以下の超音波振動を印加するのが好適で、大きな振動振幅の超音波振動の印加は位置ずれが発生する恐れがあり、特に接合面に直交する縦方向の振動は振幅が大きくなると接合面にダメージを与える恐れがあり、ウエハやチップなどの精密部品を接合する場合には小さい振動振幅の超音波振動の印加が適したものとなる。 In addition, it is preferable to apply ultrasonic vibration with a vibration amplitude of 5 μm or less, and application of ultrasonic vibration with a large vibration amplitude may cause displacement. In particular, vibration in the vertical direction perpendicular to the joint surface is If the amplitude is increased, the bonding surface may be damaged, and application of ultrasonic vibration with a small vibration amplitude is suitable when bonding precision parts such as wafers and chips.
また、超音波振動子のインピーダンスを検出して、インピーダンスが初期印加時から20%以上に増加したとき超音波振動の印加を停止するように制御することが好適で、超音波接合による接合面積が拡大するのに伴ってインピーダンスが増加するが、接合面積以上の振動エネルギーが加わると、接合部や接合対象物自体に余分なエネルギーが印加されることによるダメージが発生しやすいので、インピーダンスの検出により、それが所定量以上に増加したとき超音波振動の印加を停止することが好ましいものとなる。 In addition, it is preferable to detect the impedance of the ultrasonic transducer and control to stop the application of ultrasonic vibration when the impedance increases to 20% or more from the initial application, and the bonding area by ultrasonic bonding is reduced. Impedance increases as it expands, but if vibration energy exceeding the joint area is applied, damage due to excess energy being applied to the joint and the object itself is likely to occur. It is preferable to stop the application of ultrasonic vibration when it increases above a predetermined amount.
また、超音波振動の印加時に、加圧を徐々に増加させることが好適で、超音波接合による接合面積が拡大するのに伴って加圧を増加させるようにすると、適正な超音波接合の状態が得られる。印加初期から大きな加圧が加えられていると、接合面間で超音波接合に必要な滑り摩擦が得られ難いが、加圧を徐々に増加させると接合面積に同調した滑り摩擦を得ることができる。 In addition, when applying ultrasonic vibration, it is preferable to gradually increase the pressure, and if the pressure is increased as the bonding area by ultrasonic bonding increases, the state of proper ultrasonic bonding Is obtained. If large pressure is applied from the beginning of application, it is difficult to obtain the sliding friction necessary for ultrasonic bonding between the joint surfaces, but if the pressure is gradually increased, sliding friction synchronized with the bonding area may be obtained. it can.
また、接合対象物を加熱して接合することにより、常温では接合し難い接合対象物に対して有効であり、加熱を併用することにより接合界面での拡散が促進されて接合が容易となる。 Also, heating and bonding the bonding target object is effective for a bonding target object that is difficult to bond at room temperature, and the combined use of heating promotes diffusion at the bonding interface and facilitates bonding.
また、真空雰囲気中で接合対象物を接合することが好適で、大気中で超音波接合したときに接合界面に気泡が生じることに伴う接合の不均一が発生するような場合でも、真空中では気泡の発生はないので、安定した接合状態を得ることができる。 In addition, it is preferable to bond the objects to be bonded in a vacuum atmosphere, and even when non-uniform bonding occurs due to bubbles generated at the bonding interface when ultrasonic bonding is performed in the air, Since no bubbles are generated, a stable bonded state can be obtained.
また、本願第2発明は、複数の接合対象物を互いの接合面で面接触するように加圧し、複数の接合対象物を接合面間で接合する接合装置において、前記接合面間で面接触する複数の接合対象物に超音波振動を印加する超音波振動印加手段が設けられてなることを特徴とする。 Moreover, this invention 2nd invention pressurizes so that a several joining target object may surface-contact with each other's joining surface, and in a joining apparatus which joins a several joining target object between joining surfaces, surface contact between the said joining surfaces. An ultrasonic vibration applying means for applying ultrasonic vibration to a plurality of objects to be joined is provided.
上記接合装置によれば、複数の接合対象物が互いの接合面で面接触するように加圧された状態で直流電圧の印加に併せて超音波振動印加手段から接合面に超音波振動を印加すると、超音波接合の作用が接合面間に及んで接合面の全面にわたって均一に接合される。接合面の面積が大きくなると接合できない部位が発生しやすいが、超音波振動が加えられることにより、加圧力を抑えても面積が大きい接合面に対する接合品質の向上を図ることができる。 According to the above bonding apparatus, ultrasonic vibration is applied from the ultrasonic vibration applying means to the bonding surface in conjunction with the application of the DC voltage in a state where a plurality of objects to be bonded are pressed so as to be in surface contact with each other. Then, the action of ultrasonic bonding extends between the bonding surfaces, and the entire bonding surfaces are bonded uniformly. When the area of the bonding surface is increased, a portion that cannot be bonded is likely to be generated. However, by applying ultrasonic vibration, it is possible to improve the bonding quality for a bonding surface having a large area even if the pressing force is suppressed.
上記構成において、少なくとも保持手段及び荷重印加手段は真空チャンバ内に配設することにより、接合対象物は真空中で保持されて接触加圧することができ、大気中で超音波接合したときに接合界面に気泡が生じることに伴う接合の不均一が発生するような場合でも、真空中では気泡の発生はないので、安定した接合状態を得ることができる。超音波振動印加手段は真空チャンバの外部から印加するのが簡単であるが、真空チャンバ内に配設すると、装置の小型化を図ることができる。 In the above configuration, at least the holding means and the load applying means are disposed in the vacuum chamber, so that the objects to be joined can be held in a vacuum and contacted and pressurized, and the bonding interface can be obtained when ultrasonic bonding is performed in the atmosphere. Even in the case where non-uniform bonding occurs due to the generation of bubbles, no bubbles are generated in vacuum, so that a stable bonding state can be obtained. The ultrasonic vibration applying means can be easily applied from the outside of the vacuum chamber. However, if the ultrasonic vibration applying means is disposed in the vacuum chamber, the apparatus can be miniaturized.
また、真空チャンバ内に、接合面を表面改質する表面改質手段の少なくともそのエネルギー照射口を設けることにより、真空中で清浄化あるいは活性化した状態が維持され、付着物がない状態で超音波接合がなされ、活性化すると大気中では接合できなかったものも超音波接合することが可能となる。 In addition, by providing at least the energy irradiation port of the surface modification means for modifying the bonding surface in the vacuum chamber, the state cleaned or activated in vacuum is maintained, and the surface is superficial with no deposits. Sonic bonding is performed, and when activated, even those that could not be bonded in the atmosphere can be ultrasonic bonded.
本発明によれば、複数の接合対象物の接合面間の接合において、接合面の面積が大きくなったときに接合の不均一が生じやすくなる状態を超音波振動の印加による超音波接合の作用により補うことができるので、安定した接合状態が得られ、面積が大きくなり厚さが薄くなる傾向にあるウエハ同士の接合などに有効である。 According to the present invention, in joining between joining surfaces of a plurality of joining objects, a state in which joining non-uniformity is likely to occur when the area of the joining surface becomes large is an action of ultrasonic joining by applying ultrasonic vibration. Therefore, a stable bonded state can be obtained, which is effective for bonding wafers that tend to increase in area and thickness.
図1は、第1の実施形態に係る接合装置の構成を示すもので、陽極接合方法を用いて接合対象物とする第1のウエハ11と第2のウエハ12とを互いの接合面で接合できるように構成されている。尚、陽極接合に必要な加熱手段及び電圧印加手段の構成は、従来技術と同様なので図示省略し、特徴的な構成部分のみを示している。
FIG. 1 shows a configuration of a bonding apparatus according to the first embodiment, and a
図1において、真空チャンバ1内に配設されたステージ5上には、第2のウエハ12を保持した保持手段7が配置され、第2のウエハ12の上に第1のウエハ11が載置されている。前記ステージ5の上方には接合ヘッド4が配設され、加圧軸8から加えられる荷重により下降移動して第1及び第2の各ウエハ11,12を加圧すると共に、図示しない電極が第1のウエハ11に接触して直流電圧を印加し、加熱手段により第1及び第2の各ウエハ11,12を所定温度に加熱する。また、接合ヘッド4には、X軸超音波振動子2からX軸方向の超音波振動が印加され、Z軸超音波振動子3からZ軸方向の超音波振動が印加される。
In FIG. 1, a
接合面を清浄化及び活性化させた第1及び第2の各ウエハ11,12を真空チャンバ1内に搬入し、互いの接合位置が精密に対面するようにアライメントした後、真空チャンバ1内を減圧して所定の真空状態にし、図示しない加熱手段により第1及び第2の各ウエハ11,12が所定温度になるように加熱する。次いで、図示しない加圧手段により加圧軸8に荷重を加えることにより、接合ヘッド4が下降動作し、第1のウエハ11と第2のウエハ12の両接合面に所定圧力の加圧を加える。この加圧状態で図示しない電圧印加手段から接合面に直流電圧を印加することにより、接合界面に空間電荷層が形成され高電界が発生して静電引力が生じることにより第1及び第2の各ウエハ11,12は接合面間で接合される。
The first and
この直流電圧の印加に並行してX軸超音波振動子2及びZ軸超音波振動子3から接合ヘッド4にX軸方向及びZ軸方向の超音波振動を印加することにより、超音波振動は接合ヘッド4から加圧された状態の第1のウエハ11及び第2のウエハ12に伝達されるので、第1のウエハ11と第2のウエハ12との接合面に超音波振動が印加され、接合界面での応力が増加することにより、接合面間は低荷重であっても超音波振動により接合が進行する。
By applying ultrasonic vibrations in the X-axis direction and the Z-axis direction from the X-axis ultrasonic transducer 2 and the Z-axis
上記接合方法では、直流電圧の印加に加えて超音波接合の作用がなされるので、第1及び第2の各ウエハ11,12の接合面間に加える加圧は低い荷重でよく、第1及び第2の各ウエハ11,12に対する負荷を小さく抑えることができ、薄型化の傾向にあるウエハの接合に好適なものとなる。また、大型化するウエハの大きな接合面に対する加圧を小さくしたことによる加圧状態の偏りがあっても超音波接合により補うことができるので、接合面の全面にわたって均一な接合状態が得られる。
In the above bonding method, since the action of ultrasonic bonding is performed in addition to the application of the DC voltage, the pressure applied between the bonding surfaces of the first and
また、減圧された真空チャンバ1内で接合がなされるので、接合界面に気泡が残って隙間を生じさせることがなく、接合面の全面にわたって均一性の高い接合がなされる。 Further, since the bonding is performed in the vacuum chamber 1 having a reduced pressure, bubbles remain at the bonding interface and no gap is formed, and a highly uniform bonding is performed over the entire bonding surface.
接合対象物の接合面の面積が大きい場合、X軸方向(横方向)の超音波振動だけでは超音波接合の作用が小さくなる恐れがあるが、その場合でも本構成のようにZ軸方向(縦方向)の超音波振動を併用することにより、大きな面積の接合面に対しても均一な接合状態を得ることができる。 When the area of the joining surface of the object to be joined is large, there is a risk that the action of ultrasonic joining is reduced only by ultrasonic vibration in the X-axis direction (lateral direction), but even in this case, the Z-axis direction ( By jointly using (longitudinal direction) ultrasonic vibration, a uniform joining state can be obtained even for a joining surface having a large area.
また、超音波振動の印加は、図示したX軸方向及びZ軸方向だけでなく、それらに直交するY軸方向の超音波振動を印加することもできる。また、半導体チップのように接合面積が比較的小さいものを接合する場合には、横方向振動(図示状態では、X軸方向またはY軸方向)の超音波振動の印加が機械的なダメージを与えることが少ない場合がある。従って、超音波振動の方向は、接合対象物の種類に応じてX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の超音波振動を1つ選択するか、複数方向の超音波振動を組み合わせて印加するように設定することが好ましいものとなる。 Further, the ultrasonic vibration can be applied not only in the illustrated X-axis direction and Z-axis direction but also in the Y-axis direction orthogonal to them. In addition, when bonding a semiconductor chip having a relatively small bonding area, such as a semiconductor chip, application of ultrasonic vibration in a lateral direction (X-axis direction or Y-axis direction in the illustrated state) causes mechanical damage. Sometimes there are few things. Accordingly, the ultrasonic vibration direction is selected by selecting one ultrasonic vibration in the X-axis direction, Y-axis direction, or Z-axis direction according to the type of the object to be joined, or applying a combination of ultrasonic vibrations in a plurality of directions. Such a setting is preferable.
また、X軸、Y軸、Z軸の各方向の超音波振動のうち少なくとも2方向の振動を同期させることにより、接合面に三次元的な超音波振動を加えることができるので、超音波接合の作用を増大させることができる。また、それら各軸方向の超音波振動の強度を制御しながら印加することにより、接合対象物の接合面材質や接合面サイズに適合する接合状態を得ることができる。 In addition, by synchronizing at least two directions of ultrasonic vibrations in each direction of the X axis, Y axis, and Z axis, it is possible to apply three-dimensional ultrasonic vibrations to the bonding surface, so that ultrasonic bonding Can be increased. Moreover, the joining state which adapts to the joining surface material and joining surface size of a joining target object can be obtained by applying, controlling the intensity | strength of the ultrasonic vibration of these each axial directions.
また、超音波振動の振動周波数は、20〜70KHzの超音波振動を印加するのが半導体ウエハやチップなどの精密部品を接合する場合に好適である。また、振動振幅は、5μm以下の超音波振動を印加するのが好適で、大きな振動振幅の超音波振動の印加は位置ずれが発生する恐れがあり、特に接合面に対するZ軸方向の振動は振幅が大きくなると接合面にダメージを与える恐れがあり、ウエハやチップなどの精密部品を接合する場合には小さい振動振幅の超音波振動の印加が適したものとなる。 In addition, it is preferable to apply an ultrasonic vibration of 20 to 70 KHz for bonding a precision component such as a semiconductor wafer or a chip. In addition, it is preferable to apply ultrasonic vibration of 5 μm or less as the vibration amplitude, and application of ultrasonic vibration having a large vibration amplitude may cause displacement. In particular, vibration in the Z-axis direction with respect to the joint surface is amplitude. If the height of the wafer is increased, the bonding surface may be damaged. When a precision component such as a wafer or a chip is bonded, application of ultrasonic vibration having a small vibration amplitude is suitable.
また、超音波振動子2,3のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を設けて、検出されたインピーダンスが初期印加時から20%以上に増加したとき超音波振動の印加を停止するように制御することが好適である。超音波接合による接合面積が拡大するのに伴ってインピーダンスが増加するが、接合面積以上の振動エネルギーが加わると、接合部や接合対象物自体に余分なエネルギーが印加されることによるダメージが発生しやすいので、インピーダンスの検出により、それが所定量以上に増加したとき超音波振動の印加を停止することが好ましいものとなる。
Further, an impedance detection means for detecting the impedance of the
また、超音波振動の印加時に、接合ヘッド4から第1及び第2の各ウエハ11,12に加える加圧は、超音波振動の印加初期から徐々に増加させることが好適で、超音波接合による接合面積が拡大するのに伴って加圧を増加させるようにすると、適正な超音波接合の状態が得られる。印加初期から大きな荷重が加えられていると、接合面間で超音波接合に必要な滑り摩擦が得られ難いが、加圧を徐々に増加させると接合面積に同調した滑り摩擦を得ることができる。
In addition, it is preferable that the pressure applied from the
平滑に磨き上げられた接合面であってもミクロ的に見ると、接合面には小さな凹凸や接合部位の高さの差があり、点接触している部位から接合が始まり、それらが押し潰されて周囲に接合部分が拡大し、接合の進行に伴って接合面積が拡大していくので、超音波振動が印加された初期状態から加圧を徐々に増加させると、接触面積の拡大を補うことができ、より短時間に接合がなされる。 Even if the joint surface is polished smoothly, when viewed microscopically, the joint surface has small unevenness and a difference in height of the joint part, and the joint starts from the point contact part, and they are crushed. As the bonding area expands and the bonding area expands as the bonding progresses, gradually increasing the pressure from the initial state where ultrasonic vibration is applied compensates for the expansion of the contact area. And can be joined in a shorter time.
また、超音波振動の印加時に加熱することにより、常温では接合し難い接合対象物に対して有効であり、加熱を併用することにより接合界面での拡散が促進されて接合が容易となる。陽極接合においては、接合対象物が接合に適した温度になるように加圧をくわえる以前から加熱手段によって加熱しているが、超音波振動の印加時にも所定温度に加熱することにより超音波接合の作用を向上させることができる。 In addition, heating at the time of application of ultrasonic vibration is effective for an object to be bonded that is difficult to bond at room temperature. By using heating together, diffusion at the bonding interface is promoted and bonding becomes easy. In anodic bonding, heating is performed by a heating means before applying pressure so that the objects to be bonded are at a temperature suitable for bonding, but ultrasonic bonding is also performed by heating to a predetermined temperature even when ultrasonic vibration is applied. It is possible to improve the function.
尚、上記構成では真空チャンバ1内で接合を行うように説明したが、接合対象物の種類や接合面の状態などに応じて大気圧下で接合することも可能である。 In addition, although it demonstrated that it joined in the vacuum chamber 1 in the said structure, it is also possible to join under atmospheric pressure according to the kind of joining target object, the state of a joining surface, etc.
図2は、第2の実施形態に係る接合装置の構成を示すもので、真空チャンバ1内に超音波振動子2,3を配設し、装置全体の小型化を図っている。
FIG. 2 shows the configuration of the bonding apparatus according to the second embodiment.
本構成では、Z軸超音波振動子3から接合ヘッド4に超音波振動を伝達するホーン3aを真空チャンバ1の壁面を貫通させる必要がなくなるので、真空チャンバ1の構成を複雑化させることがなく、気密性を維持する構造を簡略化することができる。また、真空チャンバ1内に超音波振動を印加する構成要素を配設する場合、接合ヘッド4に超音波振動を印加するための構成要素を配置することもできる。
In this configuration, the horn 3a that transmits ultrasonic vibration from the Z-axis
図3は、第3の実施形態に係る接合装置の構成を示すもので、真空チャンバ1内に第1及び第2の各ウエハ11,12それぞれの接合面を改質するための構成を配している。
FIG. 3 shows a configuration of a bonding apparatus according to the third embodiment. A configuration for modifying the bonding surfaces of the first and
第1の表面改質装置9及び第2の表面改質装置10は、原子ビームあるいはイオンビームを接合対象物の接合表面に照射して接合面を清浄化、活性化するもので、第1の表面改質装置9は上部保持手段6に保持された第1のウエハ11の接合面を改質し、第2の表面改質装置10は下部保持手段7に保持された第2のウエハ12の接合面を改質する。
The first
第1及び第2の各実施形態に示した構成では、接合対象物は真空チャンバ1の外部所要場所で接合面の改質を受けた後、真空チャンバ1内に搬入されることになるので、事前に接合面を清浄化しても、真空チャンバ1に搬入されるまでに大気に触れるので、クリーンルーム内で作業が実施されるとしても接合面には僅かであっても有機物や何らかの異物が付着する恐れがある。本実施形態においては、接合対象物とするウエハはシリコンなどの酸化物であるが、接合対象物を金属とした場合には酸化膜が発生する恐れがある。有機物などの付着や酸化膜などの発生は、接触加圧して接合するときの接合面全体にわたる接合均一性を損なうことになるので、本実施形態のように真空チャンバ1内で表面改質を行うことは、接合品質を向上させるのに有効となる。 In the configuration shown in each of the first and second embodiments, the object to be joined is carried into the vacuum chamber 1 after undergoing modification of the joining surface at a required location outside the vacuum chamber 1. Even if the bonding surface is cleaned in advance, it is exposed to the atmosphere before being carried into the vacuum chamber 1, so even if work is performed in a clean room, organic matter or some foreign matter adheres to the bonding surface even if it is small. There is a fear. In the present embodiment, the wafer to be bonded is an oxide such as silicon. However, when the bonding target is a metal, an oxide film may be generated. The adhesion of organic substances and the generation of an oxide film or the like impair the bonding uniformity over the entire bonding surface when bonded by contact pressure, so that surface modification is performed in the vacuum chamber 1 as in this embodiment. This is effective in improving the bonding quality.
接合対象物の接合面に対して表面改質を行うとき、接合対象物である第1及び第2の各 ウエハ11,12は、それぞれ上部及び下部の各保持手段6,7に保持され、それぞれの接合面は小さい離隔距離で対面した状態になるので、接合面に表面改質のための原子ビームやイオンビームを照射することが困難になる。そこで、本構成においては、図示するようにステージ5を昇降移動可能に構成し、接合工程の前に実施する表面改質の工程においては、ステージ5を下降移動させて第1及び第2の各ウエハ11,12それぞれの接合面上が充分に開放されるようにする。
When surface modification is performed on the bonding surfaces of the objects to be bonded, the first and
第1及び第2の各表面改質装置9,10は、ビーム照射方向がそれぞれ第1のウエハ11及び第2のウエハ12の接合面に向き、接合面にムラなくビーム照射できる位置に配置される。第1及び第2の各表面改質装置9,10からそれぞれ原子ビーム又はイオンビームが第1及び第2の各ウエハ11,12に照射されることにより、接合面に付着した有機物などの異物は除去されて清浄化されると同時に、イオン分子が表面層に衝突することによる表面分子の置き換わりや、イオンにより表面層が化学処理されて接合面は活性化される。
Each of the first and second
尚、第1及び第2の各表面改質装置9,10を真空チャンバ1内に配設したとき、真空チャンバ1が大型化する場合には、第1及び第2の各表面改質装置9,10は真空チャンバ1の外部に設置して、それらのエネルギー照射口が真空チャンバ1内の所定位置になるように配置することもできる。
When the first and second
また、表面改質に用いるエネルギーは、プラズマエネルギーや光エネルギーを適用しても同様の効果が得られる。 Further, the same effect can be obtained by applying plasma energy or light energy as the energy used for the surface modification.
このように真空チャンバ1内で接合面の表面改質がなされることにより、陽極接合による接合が良好になされると同時に超音波振動による接合が併用されるので、接合対象物の接合面積が大きくなった場合でも、加圧するための荷重を増大させることなく、第1及び第2の各ウエハ11,12をその接合面間で接合する接合の均一性を向上させることができる。
As described above, the surface modification of the joining surface is performed in the vacuum chamber 1, so that the joining by the anodic joining is performed at the same time and the joining by the ultrasonic vibration is used together, so that the joining area of the joining object is large. Even in such a case, it is possible to improve the uniformity of bonding for bonding the first and
図4は、第4の実施形態に係る接合方法の手順を示すもので、これに適用する接合装置は、図1又は図2に示した第1又は第2の実施形態の構成が適用される。尚、図中に示すS1,S2…は工程手順を示すステップ番号であって、本文中に添記する番号と一致する。 FIG. 4 shows the procedure of the bonding method according to the fourth embodiment, and the configuration of the first or second embodiment shown in FIG. 1 or 2 is applied to the bonding apparatus applied to this. . In the figure, S1, S2,... Are step numbers indicating process procedures, and coincide with numbers added in the text.
接合対象物とする第1のウエハ11及び第2のウエハ12は、真空チャンバ1内に搬入する前に、所定の洗浄場所において洗浄処理を行う(S1)。洗浄は大気中で超音波水、超臨界水、大気圧プラズマ、光エネルギーのうち少なくとも1つを用いて洗浄処理がなされる。この洗浄処理により、接合面に付着している有機物やパーティクルなどが除去され、接合面の表面が活性化され、より低温での接合強度を得ることができるようになる。
The
洗浄処理がなされた第1及び第2の各ウエハ11,12は真空チャンバ1内に搬入され(S2)、所定の接合位置にセットされた後(S3)、接合位置を精密に位置決めするアライメントが実施される(S4)。
The first and
次いで、第1及び第2の各ウエハ11,12を接合に適した温度に加熱するため加熱手段による加熱を開始すると共に(S5)、真空チャンバ1内から排気して所定の真空度が得られるように減圧がなされる。次に、加圧軸8により接合ヘッド4を下降させて第1のウエハ11の接合面と第2のウエハ12の接合面とが所定圧力で面接触するように加圧される(S6)。
Next, heating by the heating means is started to heat the first and
加圧された第1及び第2の各ウエハ11,12に対し、電圧印加手段から所定電圧の直流電圧を印加する陽極接合を開始すると共に(S7)、X軸超音波振動子2及びZ軸超音波振動子を動作させて第1及び第2の各ウエハ11,12の接合面間に超音波振動を印加する(S8)。この直流電圧の印加に併せた超音波振動の印加により、接合面全体にわたって均一な接合がなされる(S9)。また、第1及び第2の各ウエハ11,12は、予め洗浄処理により、その接合面が清浄化され、活性化されているので、加圧力を大きくすることなく陽極接合が円滑になされると同時に、超音波振動の印加により均一な接合状態が得られる。
Anodic bonding for applying a predetermined DC voltage from the voltage applying means to the pressurized first and
以上説明した実施形態においては、接合対象物としてSi又はSiO2であるウエハを適用した例について述べたが、接合対象物としては、金属やセラミクス、ガラス、石英、化合物半導体を、その接合面で接合することにも同様に適用することができる。 In the embodiment described above, an example in which a wafer that is Si or SiO 2 is applied as an object to be bonded has been described. The same applies to bonding.
以上の説明の通り本発明によれば、複数の接合対象物の接合面間の接合において、接合面の面積が大きくなったときに接合の不均一が生じやすくなる状態を超音波振動の印加による超音波接合の作用によって補うことができるので、陽極接合における直流電圧の印加や加熱などの時間に影響されることなく安定した接合状態が得られる。大型化するウエハを接合対象物とした場合に特に有効で、大きな面積のウエハ同士を接合するような場合に接合面の全面にわたって均一に接合することができ、半導体技術の進展に対応する接合方法及びその装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in joining between joining surfaces of a plurality of joining objects, a state where joining non-uniformity is likely to occur when the joining surface area is increased is due to application of ultrasonic vibration. Since it can be compensated by the action of ultrasonic bonding, a stable bonding state can be obtained without being affected by the time of application of DC voltage or heating in anodic bonding. A bonding method that is particularly effective when a wafer to be enlarged is used as an object to be bonded, and can be bonded uniformly over the entire bonding surface when bonding large-area wafers to each other. And an apparatus thereof.
1 真空チャンバ
2 X軸超音波振動子
3 Z軸超音波振動子
4 接合ヘッド
5 ステージ
8 加圧軸
11 第1のウエハ(接合対象物)
12 第2のウエハ(接合対象物)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 X-axis ultrasonic transducer 3 Z-axis
12 Second wafer (joining object)
Claims (12)
接合面に超音波振動を印加することを特徴とする接合方法。 In a bonding method in which a plurality of objects to be bonded are pressurized so as to be in surface contact with each other's bonding surfaces, and a plurality of objects to be bonded are bonded between bonding surfaces.
A bonding method comprising applying ultrasonic vibration to a bonding surface.
前記接合面間で面接触する複数の接合対象物に超音波振動を印加する超音波振動印加手段が設けられてなることを特徴とする接合装置。 In a bonding apparatus that pressurizes a plurality of objects to be bonded in surface contact with each other in a bonding surface, and bonds the plurality of objects to be bonded between bonding surfaces,
2. A bonding apparatus comprising ultrasonic vibration applying means for applying ultrasonic vibration to a plurality of objects to be bonded that are in surface contact between the bonding surfaces.
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Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010207885A (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Ultrasonic joining method |
JP2012086268A (en) * | 2010-09-22 | 2012-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | Method of joining and device therefor |
CN102456598A (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-16 | 东京毅力科创株式会社 | Bonding apparauts and bonding method |
JP2014113633A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Bondtech Inc | Bonding method and bonding device |
JP2014519700A (en) * | 2011-05-11 | 2014-08-14 | エリッヒ・タールナー | Method and device for bonding two wafers |
JP2016034656A (en) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 株式会社アドウェルズ | Face joining method |
KR101794834B1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-11-07 | 현대자동차주식회사 | Ultrasonic Bonding Machine Moving Both Sides |
CN110902648A (en) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 太原科技大学 | Ultrasonic auxiliary anodic bonding device and method for polymer electrolyte and metal |
CN111217325A (en) * | 2019-12-06 | 2020-06-02 | 太原科技大学 | Ultrasonic auxiliary anodic bonding method and ultrasonic auxiliary anodic bonding system thereof |
JP2022020710A (en) * | 2019-02-07 | 2022-02-01 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | Method for performing surface treatment of substrate, and device |
CN115232957A (en) * | 2022-07-27 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Method for strengthening surface deformation of high-temperature alloy by ultrasonic vibration friction |
US11581188B2 (en) | 2019-10-02 | 2023-02-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate bonding apparatus |
US11776842B2 (en) | 2014-06-24 | 2023-10-03 | Ev Group E. Thallner Gmbh | Method and device for surface treatment of substrates |
JP7476156B2 (en) | 2021-10-28 | 2024-04-30 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | Method and apparatus for surface treating a substrate - Patents.com |
-
2006
- 2006-05-11 JP JP2006132797A patent/JP2007301600A/en active Pending
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010207885A (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Ultrasonic joining method |
JP2012086268A (en) * | 2010-09-22 | 2012-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | Method of joining and device therefor |
CN102456598A (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-16 | 东京毅力科创株式会社 | Bonding apparauts and bonding method |
JP2012099531A (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-24 | Tokyo Electron Ltd | Adhering device and adhering method |
KR101299758B1 (en) * | 2010-10-29 | 2013-08-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Bonding apparatus and bonding method |
JP2014519700A (en) * | 2011-05-11 | 2014-08-14 | エリッヒ・タールナー | Method and device for bonding two wafers |
JP2014113633A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Bondtech Inc | Bonding method and bonding device |
US11776842B2 (en) | 2014-06-24 | 2023-10-03 | Ev Group E. Thallner Gmbh | Method and device for surface treatment of substrates |
JP2016034656A (en) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 株式会社アドウェルズ | Face joining method |
KR101794834B1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-11-07 | 현대자동차주식회사 | Ultrasonic Bonding Machine Moving Both Sides |
JP2022020710A (en) * | 2019-02-07 | 2022-02-01 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | Method for performing surface treatment of substrate, and device |
US11581188B2 (en) | 2019-10-02 | 2023-02-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate bonding apparatus |
CN111217325A (en) * | 2019-12-06 | 2020-06-02 | 太原科技大学 | Ultrasonic auxiliary anodic bonding method and ultrasonic auxiliary anodic bonding system thereof |
CN110902648B (en) * | 2019-12-06 | 2023-01-17 | 太原科技大学 | Ultrasonic auxiliary anodic bonding device and method for polymer electrolyte and metal |
CN110902648A (en) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 太原科技大学 | Ultrasonic auxiliary anodic bonding device and method for polymer electrolyte and metal |
JP7476156B2 (en) | 2021-10-28 | 2024-04-30 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | Method and apparatus for surface treating a substrate - Patents.com |
CN115232957A (en) * | 2022-07-27 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Method for strengthening surface deformation of high-temperature alloy by ultrasonic vibration friction |
CN115232957B (en) * | 2022-07-27 | 2024-02-23 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Method for strengthening high-temperature alloy surface deformation by adopting ultrasonic vibration friction |
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