JP2008302370A - Bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method.
従来から、たとえば、半導体装置を製造するに際し、シリコンまたはその他の金属からなる２つの部品を接合することが行われている。接合方法としては、たとえば、加圧接合法、加熱接合法などが挙げられる。しかしながら、これらの接合方法で部品を接合すると、部品の変形、破損、変質などが発生するおそれがある。したがって、極めて高い寸法精度が要求される半導体装置の製造において、これらの接合方法を利用すると、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。また、不良品率が高くなり、製品歩留まりを低下させるおそれもある。 Conventionally, for example, when a semiconductor device is manufactured, two parts made of silicon or other metal have been joined. Examples of the bonding method include a pressure bonding method and a heat bonding method. However, when parts are joined by these joining methods, the parts may be deformed, damaged, or altered. Therefore, if these bonding methods are used in the manufacture of a semiconductor device that requires extremely high dimensional accuracy, the reliability of the semiconductor device may be reduced. In addition, the defective product rate is increased, which may reduce the product yield.
このため、部品の変形、破損、変質などの不具合が発生し難い常温接合法について、種々の提案がなされている。たとえば、２つのシリコンウエハを接合する前に、室温下真空中にて、それぞれのシリコンウエハの接合面に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リングを行う接合方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図１２は、特許文献１の接合方法を実施するためのウエハ接合装置１０１の構成を模式的に示す縦断面図である。図１３は、図１２に示すウエハ接合装置１０１の要部の構成を拡大して示す縦断面図である。ウエハ接合装置１０１は、真空チャンバ１０２、ウエハ搬出入口１０３、扉１０４、排気口１０５、プッシュロッド１０６、保持部材１０７、１０８およびビーム照射装置１０９、１１０を含む。 For this reason, various proposals have been made for room temperature bonding methods in which defects such as deformation, breakage, and alteration of parts are unlikely to occur. For example, before bonding two silicon wafers, a bonding method is proposed in which sputtering is performed by irradiating the bonding surface of each silicon wafer with an inert gas ion beam or an inert gas fast atom beam in a vacuum at room temperature. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 12 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a wafer bonding apparatus 101 for performing the bonding method of Patent Document 1. FIG. 13 is an enlarged longitudinal sectional view showing a configuration of a main part of the wafer bonding apparatus 101 shown in FIG. The wafer bonding apparatus 101 includes a vacuum chamber 102, a wafer loading / unloading port 103, a door 104, an exhaust port 105, a push rod 106, holding members 107 and 108, and beam irradiation devices 109 and 110.
真空チャンバ１０２は耐圧性容器部材であり、その側面にウエハ搬出入口１０３、扉１０４および排気口１０５が設けられている。ウエハ搬出入口１０３は、真空チャンバ１０２にウエハ１１１、１１２を出し入れする開口である。扉１０４はウエハ搬出入口１０３を開閉する。排気口１０５には図示しない真空ポンプが接続され、真空チャンバ１０２内部を真空にする。プッシュロッド１０６は、真空チャンバ１０２の上面に挿通され、上下動可能に設けられている。保持部材１０７、１０８は、真空チャンバ１０２の内部において鉛直方向に対向するように設けられ、それぞれウエハ１１１、１１２を保持している。保持部材１０７は、真空チャンバ１０２内部の鉛直方向下部に固定されている。保持部材１０８は、プッシュロッド１０６によって上下動可能に支持されている。ビーム照射装置１０９、１１０も真空チャンバ１０２内部に設けられている。ビーム照射装置１０９、１１０は保持部材１０７、１０８に保持されるウエハ１１１、１１２にビーム１１３、１１４を照射する。 The vacuum chamber 102 is a pressure-resistant container member, and a wafer carry-in / out port 103, a door 104, and an exhaust port 105 are provided on a side surface thereof. The wafer carry-in / out port 103 is an opening through which the wafers 111 and 112 are taken in and out of the vacuum chamber 102. The door 104 opens and closes the wafer loading / unloading port 103. A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 105 to evacuate the vacuum chamber 102. The push rod 106 is inserted into the upper surface of the vacuum chamber 102 and is provided to be movable up and down. The holding members 107 and 108 are provided in the vacuum chamber 102 so as to face each other in the vertical direction, and hold the wafers 111 and 112, respectively. The holding member 107 is fixed to the lower part in the vertical direction inside the vacuum chamber 102. The holding member 108 is supported by the push rod 106 so as to be movable up and down. Beam irradiation devices 109 and 110 are also provided inside the vacuum chamber 102. The beam irradiation devices 109 and 110 irradiate the wafers 111 and 112 held by the holding members 107 and 108 with the beams 113 and 114, respectively.
ウエハ接合装置１０１においては、保持部材１０７、１０８によりウエハ１１１、１１２を保持し、真空チャンバ１０２内部を真空とし、ウエハ１１１、１１２の接合面にビーム１１３、１１４を照射してスパッタリングを行う。その後、プッシュロッド１０６を下降させ、ウエハ１１１、１１２の接合面を接触させてこれらを接合する。 In the wafer bonding apparatus 101, the wafers 111 and 112 are held by the holding members 107 and 108, the inside of the vacuum chamber 102 is evacuated, and the bonding surfaces of the wafers 111 and 112 are irradiated with beams 113 and 114 to perform sputtering. Thereafter, the push rod 106 is lowered and the bonding surfaces of the wafers 111 and 112 are brought into contact with each other to bond them.
特許文献１の接合方法には、次の（１）〜（４）の技術的課題がある。
（１）ウエハ１１１、１１２はそれぞれの接合面が鉛直方向に対向するように保持されている。このため、たとえば、ウエハ１１２にビーム１１４を照射すると、ウエハ１１２の接合面に付着していた汚染物１２０がウエハ１１２の鉛直方向下方で浮遊しつつ、矢符１２１の方向に下降し、ビーム１１３に衝突する。このとき、汚染物１２０にはウエハ１１１の接合面に向かう力が付与されるので、最終的にウエハ１１１の接合面に再付着する。同様に、ウエハ１１１の接合面から除去される図示しない汚染物質も、ウエハ１１２の接合面に再付着し易い。特に、特許文献１の方法では、ウエハ１１１、１１２の接合面の全面にビーム１１３、１１４を照射するので、除去される汚染物１２０は、ウエハ１１１、１１２の接合面近傍に浮遊して再付着し易い。
The joining method of Patent Document 1 has the following technical problems (1) to (4).
(1) The wafers 111 and 112 are held so that their bonding surfaces face each other in the vertical direction. For this reason, for example, when the wafer 112 is irradiated with the beam 114, the contaminant 120 adhering to the bonding surface of the wafer 112 floats in the lower vertical direction of the wafer 112 and descends in the direction of the arrow 121, and the beam 113. Collide with. At this time, a force directed toward the bonding surface of the wafer 111 is applied to the contaminant 120, so that the contaminant 120 finally reattaches to the bonding surface of the wafer 111. Similarly, contaminants (not shown) that are removed from the bonding surface of the wafer 111 are easily reattached to the bonding surface of the wafer 112. In particular, in the method of Patent Document 1, since the beams 113 and 114 are irradiated on the entire bonding surfaces of the wafers 111 and 112, the contaminant 120 to be removed floats in the vicinity of the bonding surfaces of the wafers 111 and 112 and reattaches. Easy to do.
（２）図１４は、ビーム照射装置１０９によるウエハ１１１へのビーム１１３の照射を示す側面図である。ビーム照射装置１０９は、ウエハ１１１の鉛直方向斜め上方からウエハ１１１の接合面に向けてビーム１１３を照射する。したがって、特に、ウエハ１１１のビーム照射装置１０９側の端部１１１ａと、反対側の端部１１１ｂとではビーム１１３の強度、照射量などが異なり、接合面を均一に清浄化することができない。ビーム照射装置１１０によるウエハ１１２へのビーム１１４の照射でも、同様のことが起こる。
（３）また、ウエハ１１１、１１２の接合面の全面に、ビーム１１３、１１４を照射する場合には、真空チャンバ１０２内部における不活性ガスの流量が多くなり、真空チャンバ１０２内部の真空度が低下する。これによって、接合品質が低下する。
(2) FIG. 14 is a side view showing irradiation of the beam 113 onto the wafer 111 by the beam irradiation device 109. The beam irradiation device 109 irradiates the beam 113 toward the bonding surface of the wafer 111 from obliquely above the wafer 111 in the vertical direction. Therefore, in particular, the intensity and irradiation amount of the beam 113 are different between the end 111a of the wafer 111 on the beam irradiation device 109 side and the end 111b on the opposite side, and the bonding surface cannot be uniformly cleaned. The same thing occurs when the beam 114 is irradiated onto the wafer 112 by the beam irradiation device 110.
(3) Further, when the beams 113 and 114 are irradiated on the entire bonding surfaces of the wafers 111 and 112, the flow rate of the inert gas inside the vacuum chamber 102 increases, and the degree of vacuum inside the vacuum chamber 102 decreases. To do. As a result, the bonding quality decreases.
（４）図１５は、接合面にＡｕ突起電極１２６が設けられたウエハ１２５へのビーム１２８の照射を示す側面図である。特許文献１のように、ウエハ１２５に対して鉛直方向斜め上方に配置されたビーム照射装置１２７からビーム１２８を照射する方式では、ビーム１２８が直進性を有するため、ビーム１２８の非照射部分１２６ａが生じる。結果として良好な接合品質を得ることができない。
図１６は単結晶シリコンウエハの表面状態を概略的に示す側面図である。シリコンウエハの表面には、図１６に示すように、厚さ数ｎｍ程度の自然酸化膜が存在している。さらに自然酸化膜の表面には、空気中の二酸化炭素などの有機汚染物が分子間力で吸着して形成される厚さ数ｎｍ程度の有機汚染物層が存在している。したがって、シリコン同士を直接接合させるためには、自然酸化膜および有機汚染物を除去する必要がある。除去したＳｉＯ2、有機汚染物などのシリコンウエハ表面への再付着を防止するためには、特許文献１の技術と同様に、真空チャンバ内でシリコンウエハ表面に原子ビームを照射し、自然酸化膜および有機汚染物を物理的に除去するスパッタリングが有効である。
図１７〜１９は、スパッタリングによるシリコンウエハ表面の清浄化を概略的に示す側面図である。図１７に示すように、シリコンウエハ表面に原子ビームを照射すると、有機汚染物が除去される。次に、図１８に示すように自然酸化膜が除去され、図１９に示すようにシリコン面が露出する。
FIG. 16 is a side view schematically showing the surface state of a single crystal silicon wafer. As shown in FIG. 16, a natural oxide film having a thickness of about several nanometers is present on the surface of the silicon wafer. Furthermore, on the surface of the natural oxide film, there is an organic contaminant layer having a thickness of several nanometers formed by adsorbing organic contaminants such as carbon dioxide in the air by intermolecular force. Therefore, in order to directly bond silicon to each other, it is necessary to remove a natural oxide film and organic contaminants. In order to prevent the removed SiO 2 and organic contaminants from reattaching to the surface of the silicon wafer, as in the technique of Patent Document 1, the surface of the silicon wafer is irradiated with an atomic beam in a vacuum chamber to form a natural oxide film. Sputtering that physically removes organic contaminants is effective.
17 to 19 are side views schematically showing cleaning of the silicon wafer surface by sputtering. As shown in FIG. 17, when the surface of the silicon wafer is irradiated with an atomic beam, organic contaminants are removed. Next, the natural oxide film is removed as shown in FIG. 18, and the silicon surface is exposed as shown in FIG.
スパッタリングを行う場合、原子ビームのシリコンウエハに対する照射角度によってスパッタ率が変化する。照射角度が小さいとスパッタ率が低い。また、照射角度が大きいとスパッタ率は向上するが、除去された物質が原子ビームを遮るので、スパッタ率は次第に低下する。ここで、スパッタ率はエッチング速度と同義である。図２０は、エッチング速度と照射角度との関係を示すグラフである。図２０から、照射角度が６０°を超えると、エッチング速度がほとんど向上せず、汚染物再付着が起こり易くなることがわかる。したがって、エッチング速度を出来るだけ大きくし、かつ汚染物再付着を防止するという観点から、照射角度の適正範囲は４５〜６０°であり、さらに好ましくは５０°程度である。 When sputtering is performed, the sputtering rate varies depending on the irradiation angle of the atomic beam to the silicon wafer. When the irradiation angle is small, the sputtering rate is low. Further, when the irradiation angle is large, the sputtering rate is improved, but the removed material blocks the atomic beam, so that the sputtering rate gradually decreases. Here, the sputtering rate is synonymous with the etching rate. FIG. 20 is a graph showing the relationship between the etching rate and the irradiation angle. As can be seen from FIG. 20, when the irradiation angle exceeds 60 °, the etching rate is hardly improved, and contaminant reattachment is likely to occur. Therefore, from the viewpoint of increasing the etching rate as much as possible and preventing the reattachment of contaminants, the appropriate range of the irradiation angle is 45 to 60 °, and more preferably about 50 °.
しかしながら、前記のように照射角度を調整しても、シリコンウエハ表面への浮遊汚染物の再付着を完全に防止することは困難である。原子ビームの照射によってシリコンウエハ表面から除去された汚染物は、シリコンウエハ表面近傍の空間に浮遊している。この浮遊汚染物に原子ビームが当たると、浮遊汚染物にシリコンウエハ表面に向かう力が付加され、浮遊汚染物のシリコンウエハ表面への再付着が起こる。 However, even if the irradiation angle is adjusted as described above, it is difficult to completely prevent re-deposition of floating contaminants on the silicon wafer surface. Contaminants removed from the silicon wafer surface by the irradiation of the atomic beam are floating in a space near the silicon wafer surface. When an atomic beam hits this floating contaminant, a force directed to the surface of the silicon wafer is applied to the floating contaminant, and reattachment of the floating contaminant to the silicon wafer surface occurs.
また、スパッタリング時には真空チャンバ内の圧力は、たとえば、１０ｅ-2Ｐａに設定されている。したがって、真空チャンバ内における不活性ガスの分子量は、大気圧下に比べて１／（１０ｅ7）になる。一方、大気圧下で２２．４リットル当たり６×e23個の気体分子が存在しているから、真空チャンバ内でも２２．４リットル当たり６×ｅ18個の気体分子が存在している。これだけの気体分子が存在していると、真空チャンバ内で不活性ガスの気流が発生するのを避けることができない。一方、シリコンウエハ表面から除去された浮遊汚染物はｎｍレベルの極めて微細な大きさを有している。したがって、浮遊汚染物がシリコンウエハ近傍から排除されたとしても、完全に排気されずに真空チャンバ中に残り、真空チャンバ内部の気流に乗って、真空チャンバ内部を浮遊し、シリコンウエハ表面に瞬間的に近接または接触するものもある。浮遊汚染物は、ナノ秒程度の極めて短い時間でシリコンウエハ表面に吸着するので、再付着が起こる可能性がある。 Further, during sputtering, the pressure in the vacuum chamber is set to, for example, 10e −2 Pa. Therefore, the molecular weight of the inert gas in the vacuum chamber is 1 / (10e 7 ) compared to that under atmospheric pressure. On the other hand, since there are 6 × e 23 gas molecules per 22.4 liters under atmospheric pressure, there are 6 × e 18 gas molecules per 22.4 liters in the vacuum chamber. When such gas molecules are present, it is inevitable that an inert gas stream is generated in the vacuum chamber. On the other hand, floating contaminants removed from the silicon wafer surface have a very fine size of nm level. Therefore, even if floating contaminants are removed from the vicinity of the silicon wafer, they remain in the vacuum chamber without being completely evacuated, float on the air flow inside the vacuum chamber, float inside the vacuum chamber, and instantaneously touch the silicon wafer surface. Some may be close to or in contact with. Since the suspended contaminants are adsorbed on the silicon wafer surface in a very short time of about nanoseconds, reattachment may occur.
このような現象が生じることにより、結果として、浮遊汚染物のシリコンウエハへの再吸着が発生する。真空チャンバ内でのスパッタリングでは、シリコンウエハ表面の有機汚染物などの除去、除去された汚染物の浮遊、および浮遊汚染物の再付着といった一連のプロセスが繰返されるため、シリコンウエハ表面を十分に清浄化することが困難になり、接合品質が低下する。
本発明の目的は、接合対象物表面から除去された汚染物が該表面に再付着するのを防止し、該表面を効率良くかつ確実に清浄化し、清浄化された表面を接触させるだけで容易に接合できる接合方法を提供することである。
The occurrence of such a phenomenon results in re-adsorption of floating contaminants to the silicon wafer. Sputtering in a vacuum chamber repeats a series of processes such as removal of organic contaminants on the silicon wafer surface, floating of removed contaminants, and reattachment of suspended contaminants, so that the silicon wafer surface is sufficiently cleaned. It becomes difficult to reduce the bonding quality.
The object of the present invention is to prevent the contaminants removed from the surfaces to be joined from re-adhering to the surface, clean the surface efficiently and reliably, and easily contact the cleaned surface. It is providing the joining method which can be joined to.
本発明は、第１対象物の接合面と第２対象物の接合面とが対向するように第１対象物および第２対象物を配置し、前記第１対象物の接合面および前記第２対象物の接合面にエネルギー波をライン状に照射する清浄化工程と、前記清浄化工程に引き続いて行われ、前記第１対象物の接合面と前記第２対象物の接合面とを接触させる接合工程とを含む接合方法において、
清浄化工程は、
前記第１対象物および前記第２対象物の接合面における前記エネルギー波の照射された領域から前記エネルギー波の照射されていない領域に向けて前記エネルギー波の照射位置を移動させるとともに、前記エネルギー波の照射中心線と、前記エネルギー波の照射位置移動方向の前記接合面と、のなす角の角度が９０°より大きく１８０°より小さくなるようにして行われる接合方法に係る。
In the present invention, the first object and the second object are arranged so that the joint surface of the first object and the joint surface of the second object face each other, and the joint surface of the first object and the second object are arranged. A cleaning step of irradiating the joint surface of the target object with energy waves in a line, and the cleaning step performed following the cleaning step, bringing the joint surface of the first target object into contact with the joint surface of the second target object. In a joining method including a joining step,
The cleaning process
The energy wave irradiation position is moved from the region irradiated with the energy wave on the joint surface of the first object and the second object toward the region not irradiated with the energy wave, and the energy wave The angle between the irradiation center line and the bonding surface in the direction of movement of the energy wave irradiation position relates to a bonding method performed such that the angle formed is greater than 90 ° and smaller than 180 °.
前記エネルギー波の照射方向と直交する方向における、前記エネルギー波の幅は１０ｍｍ以下であることが好ましい。 The width of the energy wave in a direction perpendicular to the irradiation direction of the energy wave is preferably 10 mm or less.
前記第１対象物と前記第２対象物とを鉛直方向に対向配置するとともに、前記第１対象物の接合面に照射されるエネルギー波の照射範囲の延長線上の範囲の外に前記第２対象物を配置し、かつ前記第２対象物の接合面に照射されるエネルギー波の照射範囲の延長線上の範囲の外に前記第１対象物を配置して前記エネルギー波を照射することが好ましい。 The first object and the second object are arranged to face each other in the vertical direction, and the second object is outside the range on the extension line of the irradiation range of the energy wave irradiated to the joint surface of the first object. It is preferable to irradiate the energy wave by disposing an object and disposing the first object outside a range on an extension line of an irradiation range of the energy wave irradiated on the joint surface of the second object.
前記第１対象物と前記第２対象物とを鉛直方向に対向配置するとともに、前記第１対象物および前記第２対象物の接合面にそれぞれ対向するように設けられて、前記第１対象物および前記第２対象物の接合面に第１および第２エネルギー波をそれぞれ照射する第１および第２エネルギー波発生源をさらに含み、
前記第１エネルギー波の照射中心線と前記第２エネルギー波の照射中心線との水平平面への投影図において、前記第１エネルギー波の照射中心線と前記第２エネルギー波の照射中心線とのなす角の角度が３０°〜９０°であることが好ましい。
The first object and the second object are arranged so as to face each other in the vertical direction, and are provided so as to face the joint surfaces of the first object and the second object, respectively. And a first and a second energy wave generating source for irradiating the joining surface of the second object with a first and a second energy wave, respectively.
In the projection view on the horizontal plane of the irradiation center line of the first energy wave and the irradiation center line of the second energy wave, the irradiation center line of the first energy wave and the irradiation center line of the second energy wave The angle formed is preferably 30 ° to 90 °.
前記第１対象物の接合面および前記第２対象物の接合面に対する前記エネルギー波の入射角度が４５°〜６０°であることが好ましい。 It is preferable that the incident angle of the energy wave with respect to the joint surface of the first object and the joint surface of the second object is 45 ° to 60 °.
前記エネルギー波の照射により前記第１対象物の接合面および前記第２対象物の接合面から除去された汚染物を回収する集塵工程をさらに含むことが好ましい。 It is preferable that the method further includes a dust collection step of collecting contaminants removed from the joint surface of the first object and the joint surface of the second object by the energy wave irradiation.
前記エネルギー波が原子ビームであることが好ましい。 The energy wave is preferably an atomic beam.
本発明の接合方法によれば、対象物の接合面から除去した浮遊汚染物が該接合面に再付着することが防止されるので、対象物の接合面を効率良く清浄化することができる。また、対象物の接合面は清浄化によって活性化された状態にあるので、２つの対象物の接合面を接触させるだけで、接合強度が高く、外部からの応力を受けても接合状態が解けることのない、接合品質の高い接合体を工業的に有利に得ることができる。 According to the joining method of the present invention, since floating contaminants removed from the joint surface of the object are prevented from reattaching to the joint surface, the joint surface of the object can be efficiently cleaned. In addition, since the joint surface of the object is in an activated state by cleaning, the joint strength is high just by bringing the joint surfaces of the two objects into contact, and the joint state can be solved even when subjected to external stress. A bonded body having high bonding quality without any problems can be advantageously obtained industrially.
図１は、本発明の実施の第１形態である接合方法を実施するための接合装置１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す接合装置１の要部の構成を模式的に示す断面図である。図３は、図１に示す接合装置１に備えられるビーム照射装置９の構成を模式的に斜視図である。接合装置１は、真空チャンバ２、搬出入口３、扉４、排気口５、プッシュロッド６、保持部材７、８、ビーム照射装置９、１０および集塵器１１、１２を含む。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a bonding apparatus 1 for performing the bonding method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of the bonding apparatus 1 shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the beam irradiation device 9 provided in the bonding apparatus 1 shown in FIG. The joining device 1 includes a vacuum chamber 2, a carry-in / out port 3, a door 4, an exhaust port 5, a push rod 6, holding members 7 and 8, beam irradiation devices 9 and 10, and dust collectors 11 and 12.
真空チャンバ２は内部空間を有する耐圧性の容器状部材であり、その鉛直方向側面に搬出入口３、扉４および排気口５が設けられている。搬出入口３は、接合対象部材（以下「被接合部材」とする）を真空チャンバ２内に出し入れするための開口である。被接合部材としては、たとえば、シリコンウエハ、シリコン以外の金属からなる各種部品などが挙げられる。本実施の形態では、被接合部材１３、１４としていずれもシリコンウエハを用い、以下単にウエハ１３、１４と標記する。扉４は開閉自在に設けられて、搬出入口３を開閉する。排気口５には図示しない真空ポンプが接続される。真空ポンプは真空チャンバ２内部の気体を排気し、真空チャンバ２内部を真空にする。プッシュロッド６は、真空チャンバ２の鉛直方向上面に形成された貫通孔に挿通され、図示しない駆動手段によって上下動可能に設けられ、保持部材８を支持している。 The vacuum chamber 2 is a pressure-resistant container-like member having an internal space, and a carry-in / out port 3, a door 4 and an exhaust port 5 are provided on the side surface in the vertical direction. The carry-in / out port 3 is an opening through which a member to be joined (hereinafter referred to as “joined member”) is taken in and out of the vacuum chamber 2. Examples of the member to be joined include a silicon wafer and various parts made of metal other than silicon. In the present embodiment, silicon wafers are used as the members to be joined 13 and 14 and are simply referred to as wafers 13 and 14 below. The door 4 is provided so as to be openable and closable, and opens and closes the carry-in / out entrance 3. A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 5. The vacuum pump evacuates the gas inside the vacuum chamber 2 and evacuates the inside of the vacuum chamber 2. The push rod 6 is inserted into a through hole formed in the upper surface of the vacuum chamber 2 in the vertical direction, is provided so as to be movable up and down by a driving means (not shown), and supports the holding member 8.
真空チャンバ２の内部には、保持部材７、８、ビーム照射装置９、１０および集塵器１１，１２が設けられている。
保持部材７、８は、鉛直方向に対向するように設けられている。また、保持部材７は、ウエハ１３を回転自在に保持する部材であり、図示しない支持部材によって、真空チャンバ２内部の鉛直方向下部に固定されている。保持部材８は、ウエハ１４を回転自在に保持する部材であり、プッシュロッド６によって上下動可能に支持され、保持部材７の鉛直方向上方に配置されている。このように保持部材７、８を配置することによって、保持部材７、８に保持されるウエハ１３、１４も、鉛直方向に対向配置されることになる。このとき、ウエハ１３の接合面に照射されるエネルギー波１５の、エネルギー波照射方向における照射範囲の延長線上の範囲外に、ウエハ１４を配置し、かつウエハ１４の接合面に照射されるエネルギー波１６の、エネルギー波照射方向における照射範囲の延長線上の範囲外に、ウエハ１３を配置するのが好ましい。すなわち、ウエハ１３にエネルギー波１６が照射されず、ウエハ１４にエネルギー波１５が照射されないように、ウエハ１３、１４ひいては保持部材７、８を配置することが好ましい。これにより、一旦除去された汚染物のウエハ１３、１４への再付着が一層防止される。
Holding members 7 and 8, beam irradiation devices 9 and 10, and dust collectors 11 and 12 are provided inside the vacuum chamber 2.
The holding members 7 and 8 are provided to face each other in the vertical direction. The holding member 7 is a member that rotatably holds the wafer 13, and is fixed to the lower portion in the vertical direction inside the vacuum chamber 2 by a support member (not shown). The holding member 8 is a member that rotatably holds the wafer 14, is supported by the push rod 6 so as to be vertically movable, and is disposed above the holding member 7 in the vertical direction. By arranging the holding members 7 and 8 in this way, the wafers 13 and 14 held by the holding members 7 and 8 are also arranged to face each other in the vertical direction. At this time, the energy wave 15 irradiated to the bonding surface of the wafer 14 is disposed outside the range of the extension of the irradiation range in the energy wave irradiation direction of the energy wave 15 irradiated to the bonding surface of the wafer 13. It is preferable to arrange the wafer 13 outside the range on the extended line of the irradiation range of 16 in the energy wave irradiation direction. That is, it is preferable to arrange the wafers 13 and 14 and thus the holding members 7 and 8 so that the wafer 13 is not irradiated with the energy wave 16 and the wafer 14 is not irradiated with the energy wave 15. Thereby, the re-adhesion of the contaminant once removed to the wafers 13 and 14 is further prevented.
保持部材７、８がウエハ１３、１４を回転自在に保持することによって、ウエハ１３、１４の接合面に、たとえば、Ａｕ突起電極などが形成されて凹凸がある場合に、エネルギー波未照射部分が発生するのを防止できる。より具体的には、たとえば、エネルギー波の照射毎にウエハ１３、１４を９０°、１８０°、２７０°と回転させることによって、エネルギー波の直進性によってエネルギー波未照射部分が発生するのを防止できる。 When the holding members 7 and 8 hold the wafers 13 and 14 in a freely rotatable manner, for example, when an Au protruding electrode or the like is formed on the bonding surface of the wafers 13 and 14 and there are irregularities, the portions not irradiated with the energy wave are It can be prevented from occurring. More specifically, for example, by rotating the wafers 13 and 14 to 90 °, 180 °, and 270 ° for each irradiation of the energy wave, the energy wave non-irradiated portion is prevented from being generated due to the straightness of the energy wave. it can.
ビーム照射装置９、１０は、保持部材７、８により保持されているウエハ１３、１４の接合面に対向するように設けられ、ウエハ１３、１４の接合面にエネルギー波をライン状に照射する。本実施の形態では、エネルギー波には中性化された原子ビーム（以下単に「原子ビーム」とする）１５、１６が使用されている。ビーム照射装置９のウエハ１３接合面への対向面には、図３に示すように、スリット状のビーム照射孔が設けられ、これによって、ライン状の原子ビーム１５をウエハ１３接合面に照射できる。図示しないが、ビーム照射装置１０のウエハ１４接合面にも、ビーム照射装置９と同様のライン状ビーム照射孔が設けられている。原子ビーム１５、１６をライン状に照射することにより、原子ビーム源であるＡｒガスなど不活性ガス流量を少なくすることができ、結果として真空チャンバ２内に導入されるガス量が少なくなり、真空チャンバ２内部の圧力上昇が少なくなる。真空チャンバ２の内部圧力は真空チャンバ２内に存在する気体の分子量の合計に比例し、圧力が低い程、浮遊する汚染物を少なくし、原子ビーム１５、１６照射の際に汚染物がウエハ１３、１４接合面に再付着するのを防ぐことができる。 The beam irradiation devices 9 and 10 are provided so as to face the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 held by the holding members 7 and 8 and irradiate the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 with energy waves in a line shape. In the present embodiment, neutralized atomic beams (hereinafter simply referred to as “atomic beams”) 15 and 16 are used as energy waves. As shown in FIG. 3, a slit-shaped beam irradiation hole is provided on the surface of the beam irradiation device 9 facing the wafer 13 bonding surface, so that a line-shaped atomic beam 15 can be irradiated onto the wafer 13 bonding surface. . Although not shown in the drawing, a linear beam irradiation hole similar to that of the beam irradiation apparatus 9 is also provided on the wafer 14 bonding surface of the beam irradiation apparatus 10. By irradiating the atomic beams 15 and 16 in a line shape, the flow rate of an inert gas such as Ar gas which is an atomic beam source can be reduced, and as a result, the amount of gas introduced into the vacuum chamber 2 is reduced, and the vacuum The pressure rise inside the chamber 2 is reduced. The internal pressure of the vacuum chamber 2 is proportional to the total molecular weight of the gas present in the vacuum chamber 2, and the lower the pressure, the smaller the contaminants that float, and the contaminants are exposed to the wafer 13 during irradiation with the atomic beams 15 and 16. , 14 can be prevented from reattaching to the joint surface.
ビーム照射孔の形状は図３に示すものに限定されず、図４（ａ）に示すものでもよい。図４は、別形態のビーム照射装置２０および従来のビーム照射装置１３０の構成を模式的に示す斜視図である。図４（ａ）は別形態のビーム照射装置２０である。図４（ｂ）は従来のビーム照射装置１３０である。ビーム照射装置２０は、ウエハ接合面への対向面に、複数の円形の孔が一列に直線状に並ぶドットライン状のビーム照射孔２０ａが形成されている。ビーム照射孔２０ａによっても、原子ビームをライン状に照射することができる。一方、従来のビーム照射装置１３０では、ウエハ接合面への対向面全域に複数の円形の孔が形成されている。このような構成では、原子ビームをライン状に照射することはできない。 The shape of the beam irradiation hole is not limited to that shown in FIG. 3, but may be that shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of another embodiment of the beam irradiation apparatus 20 and the conventional beam irradiation apparatus 130. FIG. 4A shows another type of beam irradiation apparatus 20. FIG. 4B shows a conventional beam irradiation device 130. In the beam irradiation apparatus 20, dot line-shaped beam irradiation holes 20 a in which a plurality of circular holes are arranged in a line in a line are formed on the surface facing the wafer bonding surface. The atomic beam can also be irradiated in a line shape by the beam irradiation hole 20a. On the other hand, in the conventional beam irradiation apparatus 130, a plurality of circular holes are formed in the entire area facing the wafer bonding surface. In such a configuration, the atomic beam cannot be irradiated in a line shape.
また、ビーム照射装置９、１０は、図示しない駆動手段によって水平方向および水平方向に垂直な方向（図１および図２に対して垂直な方向）に往復動可能に支持されている。これによって、原子ビーム１５、１６をウエハ１３、１４にライン状に照射する際に、ウエハ１３、１４の接合面における原子ビーム１５、１６の照射された領域から照射されていない領域に向けて原子ビーム１５、１６の照射位置を移動させることができる。この時、原子ビーム１５、１６の照射中心線と、原子ビーム１５、１６の照射位置の移動方向の接合面と、のなす角の角度が９０°より大きく、かつ１８０°よりも小さくする。この角度が９０°未満では、接合面から一旦除去された汚染物の接合面への再付着が起こり易くなる。ここで、照射中心線とは、ライン状に照射される原子ビーム１５、１６の幅方向（照射方向に直交する方向）において、原子ビーム１５、１６をそれぞれ２等分する線を意味する。 Further, the beam irradiation devices 9 and 10 are supported by a driving unit (not shown) so as to be able to reciprocate in a horizontal direction and a direction perpendicular to the horizontal direction (direction perpendicular to FIGS. 1 and 2). Thus, when the atomic beams 15 and 16 are irradiated on the wafers 13 and 14 in a line shape, the atoms are directed from the irradiated region of the atomic beams 15 and 16 to the unirradiated region on the bonding surface of the wafers 13 and 14. The irradiation positions of the beams 15 and 16 can be moved. At this time, the angle formed by the irradiation center line of the atomic beams 15 and 16 and the joint surface in the moving direction of the irradiation position of the atomic beams 15 and 16 is larger than 90 ° and smaller than 180 °. If the angle is less than 90 °, the contaminant once removed from the joint surface is likely to be reattached to the joint surface. Here, the irradiation center line means a line that bisects each of the atomic beams 15 and 16 in the width direction of the atomic beams 15 and 16 irradiated in a line shape (a direction orthogonal to the irradiation direction).
本実施の形態では、原子ビーム１５のライン状の照射は、ウエハ１３の集塵器１１側の端部から、ウエハ１３のビーム照射装置１０側の端部に向けて行うのが好ましい。すなわち、原子ビーム１５のウエハ１３接合面に対する入射角が鈍角になる方向に、原子ビーム１５を照射するのが好ましい。同様に、原子ビーム１６の照射は、ウエハ１４の集塵器１２側の端部から、ウエハ１４のビーム照射装置９側の端部に向けて行うのが好ましい。これによって、ウエハ１３、１４接合面から除去された汚染物の大部分が、原子ビーム１５、１６の移動方向のみに浮遊することになるので、汚染物のウエハ１３、１４接合面への再付着が防止される。 In the present embodiment, the linear irradiation of the atomic beam 15 is preferably performed from the end of the wafer 13 on the dust collector 11 side toward the end of the wafer 13 on the beam irradiation apparatus 10 side. That is, it is preferable to irradiate the atomic beam 15 in a direction in which the incident angle of the atomic beam 15 with respect to the wafer 13 bonding surface becomes an obtuse angle. Similarly, the irradiation of the atomic beam 16 is preferably performed from the end of the wafer 14 on the dust collector 12 side toward the end of the wafer 14 on the beam irradiation device 9 side. As a result, most of the contaminants removed from the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 are floated only in the moving direction of the atomic beams 15 and 16, so that the contaminants reattach to the bonding surfaces of the wafers 13 and 14. Is prevented.
また、ビーム照射装置９、１０の、原子ビーム１５、１６の照射方向に垂直な方向における両側の側面に、該側面から外方に向けて垂直に延びる図示しない軸体が設けられている。この軸体には図示しない駆動手段が接続されている。ビーム照射装置９、１０は、この軸体を中心にして、矢符９ｘ、１０ｘの方向に回転する。ビーム照射装置９、１０を回転させることによっても、原子ビーム１５、１６をライン状に照射することができる。また、図５に示すように、前記軸体を回転中心にしてビーム照射装置９を回転させることによって、原子ビーム１５のウエハ１３接合面に対する入射角θ１を適宜調整できる。これはビーム照射装置１０においても同様である。図５はビーム照射装置９の回転動作を示す側面図である。また、ウエハ１３、１４接合面に対して原子ビーム１５、１６の照射を複数回実施する場合は、１回の照射毎に入射角を調整すれば、ウエハ１３、１４接合面の汚染物を一層効率良くかつ一層確実に除去できる。ビーム照射装置９、１０を回転させながら原子ビーム１５、１６を照射する場合、照射移動速度は特に制限はないが、一定速度に制御するのが好ましい。なお、本実施の形態では、ビーム照射装置９、１９は水平方向および水平方向に垂直な方向の往復動機能および回転機能の両方を有しているが、いずれか一方の機能を有していれば、原子ビーム１５、１６の照射を支障なく実施することができる。 Further, on the side surfaces of the beam irradiation devices 9 and 10 on both sides in the direction perpendicular to the irradiation direction of the atomic beams 15 and 16, shaft bodies (not shown) extending vertically from the side surfaces to the outside are provided. A driving means (not shown) is connected to the shaft body. The beam irradiation devices 9 and 10 rotate in the directions of arrows 9x and 10x around the shaft body. The atomic beams 15 and 16 can also be irradiated in a line shape by rotating the beam irradiation devices 9 and 10. As shown in FIG. 5, the incident angle θ1 of the atomic beam 15 with respect to the bonding surface of the wafer 13 can be appropriately adjusted by rotating the beam irradiation device 9 with the shaft body as the rotation center. The same applies to the beam irradiation apparatus 10. FIG. 5 is a side view showing the rotation operation of the beam irradiation device 9. In addition, when the irradiation of the atomic beams 15 and 16 is performed a plurality of times on the bonding surfaces of the wafers 13 and 14, the contamination on the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 can be further increased by adjusting the incident angle for each irradiation. Efficient and more reliable removal. When irradiating the atomic beams 15 and 16 while rotating the beam irradiation devices 9 and 10, the irradiation moving speed is not particularly limited, but is preferably controlled to a constant speed. In the present embodiment, the beam irradiation devices 9 and 19 have both the reciprocating function and the rotating function in the horizontal direction and the direction perpendicular to the horizontal direction, but they may have either function. In this case, irradiation with the atomic beams 15 and 16 can be performed without any trouble.
また、ビーム照射装置９、１０は、それぞれから照射される原子ビーム１５、１６が一部でも交わらないように配置される。また、ビーム照射装置９、１０は、好ましくは、原子ビーム１５、１６のウエハ１３、１４の接合面に対する入射角θ１、θ２が、４５°〜６０°になるように配置される。入射角θ１、θ２が４５°未満では、原子ビーム１５、１６によるウエハ１３、１４の接合面における汚染物の除去速度が遅くなり、生産効率が低下するおそれがある。一方、入射角θ１、θ２が６０°を超えると、汚染物の除去速度が上がらない上、汚染物の再付着が起こり易くなるおそれがある。
なお、ビーム照射装置９、１０のビーム照射孔近傍には図示しないシャッタが設けられ。原子ビーム１５、１６の照射を行わない場合には、シャッタによってビーム照射孔から照射される原子ビーム１５、１６を遮るように構成されている。また、ビーム照射装置９、１０は、保持部材７、８に出来るだけ近接させて配置するのが望ましい。
Further, the beam irradiation devices 9 and 10 are arranged so that the atomic beams 15 and 16 irradiated from each of them do not intersect even partly. Further, the beam irradiation devices 9 and 10 are preferably arranged such that the incident angles θ1 and θ2 of the atomic beams 15 and 16 with respect to the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 are 45 ° to 60 °. When the incident angles θ1 and θ2 are less than 45 °, the removal rate of contaminants on the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 by the atomic beams 15 and 16 is slow, which may reduce the production efficiency. On the other hand, if the incident angles θ1 and θ2 exceed 60 °, the removal rate of contaminants does not increase and the reattachment of contaminants may easily occur.
A shutter (not shown) is provided in the vicinity of the beam irradiation holes of the beam irradiation devices 9 and 10. When the atomic beams 15 and 16 are not irradiated, the atomic beams 15 and 16 irradiated from the beam irradiation holes are blocked by the shutter. Further, it is desirable that the beam irradiation devices 9 and 10 be arranged as close to the holding members 7 and 8 as possible.
原子ビーム１５、１６の照射幅は、１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。なお、照射幅の下限は、清浄化効率などを考慮すると１００μｍ程度に設定するのが好ましい。なお、照射幅とは、原子ビーム１５、１６の照射方向に対して垂直な方向の幅を意味する。原子ビーム１５、１６の照射幅を１０ｍｍ以下に設定することによって、ウエハ１３、１４接合面から除去されて浮遊する汚染物が、原子ビーム１５、１６によってウエハ１３、１４接合面に再付着するのが防止される。より具体的には、ウエハの全面に原子ビームを照射する場合に比べて、再付着の可能性が４インチウエハで１／１０程度、６インチウエハで１／１５程度に低下する。 The irradiation width of the atomic beams 15 and 16 is 10 mm or less, preferably 1 mm or less. The lower limit of the irradiation width is preferably set to about 100 μm in view of the cleaning efficiency. The irradiation width means a width in a direction perpendicular to the irradiation direction of the atomic beams 15 and 16. By setting the irradiation width of the atomic beams 15 and 16 to 10 mm or less, contaminants that are removed from the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 and float are reattached to the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 by the atomic beams 15 and 16. Is prevented. More specifically, the possibility of redeposition is reduced to about 1/10 for a 4-inch wafer and to about 1/15 for a 6-inch wafer, compared to the case of irradiating the entire surface of the wafer with an atomic beam.
次に、図６〜９を参照して、ビーム照射装置９によるウエハ１３接合面の清浄化をさらに具体的に説明する。図６は、ビーム照射装置９によるウエハ１３接合面への原子ビーム１５の照射を示す側面図である。図６（ａ）は図６（ｂ）よりも入射角θ１の角度が大きい場合を示している。図７は、図６において一点破線で示される領域ＡおよびＢを拡大して示す側面図である。図６（ａ）と図７（ａ）および図６（ｂ）と図７（ｂ）がそれぞれ対応している。図８は、ビーム照射装置９によるウエハ１３接合面に対する原子ビーム１５の照射を説明する側面図である。図９は、ウエハ１３接合面に対して原子ビーム１５を照射したときの、ウエハ１３接合面の表面状態を示す側面図である。なお、図６〜９においては、説明を簡略化するために、ビーム照射装置９とウエハ１３との水平方向における位置関係を逆転させて図示している。 Next, with reference to FIGS. 6 to 9, the cleaning of the bonded surface of the wafer 13 by the beam irradiation device 9 will be described in more detail. FIG. 6 is a side view showing irradiation of the atomic beam 15 to the bonding surface of the wafer 13 by the beam irradiation device 9. FIG. 6A shows a case where the incident angle θ1 is larger than that in FIG. 6B. FIG. 7 is an enlarged side view showing regions A and B indicated by a dashed line in FIG. FIG. 6A and FIG. 7A correspond to FIG. 6B and FIG. 7B, respectively. FIG. 8 is a side view for explaining irradiation of the atomic beam 15 on the bonding surface of the wafer 13 by the beam irradiation apparatus 9. FIG. 9 is a side view showing the surface state of the wafer 13 bonding surface when the atomic beam 15 is irradiated to the wafer 13 bonding surface. 6 to 9, the positional relationship in the horizontal direction between the beam irradiation apparatus 9 and the wafer 13 is reversed and illustrated for the sake of simplicity.
図６および図７に示すように、ビーム照射装置９によって、ウエハ１３接合面に対して入射角θ１が４５〜６０°の範囲で原子ビーム１５を照射すると、該接合面上の汚染物３０は入射角θ１と同じ角度の放射角θ３で該接合面からはじき飛ばされる。これはニュートンの法則により入射角と放射角とが等しくなるためである。このように、原子ビーム１５の入射角θ１と汚染物３０の放射角θ３とが等しいことに基づいて、原子ビーム１５の照射方向が決定される。 As shown in FIGS. 6 and 7, when the beam irradiation device 9 irradiates the atomic beam 15 with respect to the bonding surface of the wafer 13 in the range of the incident angle θ <b> 1 of 45 to 60 °, the contaminant 30 on the bonding surface is It is repelled from the joint surface at a radiation angle θ3 that is the same as the incident angle θ1. This is because the incident angle and the emission angle become equal according to Newton's law. Thus, the irradiation direction of the atomic beam 15 is determined based on the fact that the incident angle θ1 of the atomic beam 15 is equal to the radiation angle θ3 of the contaminant 30.
図８（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ウエハ１３に対する原子ビーム１５は、水平方向におけるウエハ１３の集塵器１１側の端部を始点とし、ウエハ１３のビーム照射装置１０側の端部を終点とし、始点から終点に向けて照射位置を移動させながら、ライン状に照射される。すなわち、原子ビーム１５は、原子ビーム１５とその照射位置移動方向の接合面とのなす角の角度（１８０−θ１）が９０°を超え、１８０°未満になるようにライン状に照射される。なお、原子ビーム１５の接合面に対する入射角θ１は、好ましくは４５〜６０°である。原子ビーム１５の照射によって、ウエハ１３接合面上の汚染物３０は、放射角θ３で原子ビーム１５の照射位置移動方向に弾き飛ばされる。このように原子ビーム１５を照射すると、汚染物３０がこれから照射しようとする方向に飛ばされる。したがって、汚染物３０が原子ビーム１５の照射が終わって清浄化されたウエハ１３接合面である領域Ｃの部分に落下し、再付着することが著しく防止される。また、汚染物３０が飛ばされた方向でウエハ１３接合面に落下して再付着しても、その部分はこれから原子ビーム１５の照射を受ける部分であるから、汚染物３０の再付着によるウエハ１３接合面の汚染が防止される。 As shown in FIGS. 8A and 7B, the atomic beam 15 with respect to the wafer 13 starts from the end of the wafer 13 on the dust collector 11 side in the horizontal direction, and the beam irradiation apparatus 10 side of the wafer 13 Irradiation is performed in a line while moving the irradiation position from the start point to the end point. That is, the atomic beam 15 is irradiated in a line shape so that the angle (180-θ1) between the atomic beam 15 and the bonding surface in the irradiation position movement direction is greater than 90 ° and less than 180 °. In addition, the incident angle θ1 with respect to the bonding surface of the atomic beam 15 is preferably 45 to 60 °. By the irradiation of the atomic beam 15, the contaminant 30 on the bonding surface of the wafer 13 is blown off in the direction of movement of the irradiation position of the atomic beam 15 at the radiation angle θ3. When the atomic beam 15 is irradiated in this way, the contaminant 30 is blown in the direction to be irradiated. Therefore, the contaminant 30 is remarkably prevented from dropping and reattaching to the region C, which is the bonded surface of the wafer 13 that has been cleaned after the irradiation of the atomic beam 15. Further, even if the contaminant 30 falls on the bonding surface of the wafer 13 and reattaches in the direction in which the contaminant 30 is blown, the portion is a portion that will be irradiated with the atomic beam 15 from now on. Contamination of the joint surface is prevented.
図８（ｃ）に示すように、原子ビーム１５の照射位置が終点に達すると、シャッタ３２によって原子ビーム１５の照射を遮った状態で、ビーム照射装置９を原子ビーム１５の商社位置の始点まで戻す。この動作を繰り返すことを、本明細書では、原子ビーム１５の間欠照射という。これによって、ウエハ１３接合面近傍に汚染物３０が浮遊し、原子ビーム１５の照射を受けても、これから清浄化される接合面に付着するので、清浄化された接合面への汚染物３０の再付着が大幅に減少する。したがって、原子ビーム１５の照射を受けたウエハ１３接合面を清浄な状態に保つことができる。原子ビーム１５により除去された汚染物３０は除去後に排気口５、後述する集塵器１１、１２などによって回収される。 As shown in FIG. 8C, when the irradiation position of the atomic beam 15 reaches the end point, the beam irradiation apparatus 9 is moved to the starting point of the trading position of the atomic beam 15 with the irradiation of the atomic beam 15 blocked by the shutter 32. return. Repeating this operation is referred to as intermittent irradiation of the atomic beam 15 in this specification. As a result, the contaminant 30 floats in the vicinity of the bonding surface of the wafer 13 and adheres to the cleaned bonding surface even when irradiated with the atomic beam 15. Reattachment is greatly reduced. Therefore, the bonded surface of the wafer 13 that has been irradiated with the atomic beam 15 can be kept clean. The contaminant 30 removed by the atomic beam 15 is collected by the exhaust port 5 and the dust collectors 11 and 12 described later after the removal.
一方、図８（ｄ）に示すように、原子ビーム１５の入射角θ１＝４５〜６０°とし、原子ビーム１５の照射位置始点をウエハ１３の図示しないビーム照射装置１０側の端部、照射位置終点をウエハ１３の図示しない集塵器１１側の端部にして照射を行うと、ウエハ１３接合面の清浄化された部分に一旦除去された汚染物３０が落下し、再付着が起こり易くなる。これは、ウエハ１３接合面の清浄化された部分の鉛直方向上方に汚染物３０が弾き飛ばされるからである。したがって、原子ビーム１５の照射移動方向は、原子ビーム１５と原子ビーム１５の照射移動方向の接合面とのなす角の角度（１８０−θ１）が９０°を超え、１８０°未満になるのが好ましく、１２０°を超え、１３５°未満になるのがさらに好ましい。換言すれば、原子ビーム１５の照射移動方向と、汚染物３０の放射方向（弾き飛ばされる方向）とが同じ方向になるように、原子ビーム１５の照射位置の移動を行うのが好ましい。これにより、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、図９（ａ）から図９（ｃ）という順番で、ウエハ１３上の珪素酸化物および汚染物が徐々にかつ確実に除去される。 On the other hand, as shown in FIG. 8D, the incident angle θ1 of the atomic beam 15 is set to 45 to 60 °, and the irradiation position start point of the atomic beam 15 is the end of the wafer 13 on the side of the beam irradiation apparatus 10 (not shown), the irradiation position. When irradiation is performed with the end point of the wafer 13 on the side of the dust collector 11 (not shown), the contaminant 30 once removed falls on the cleaned portion of the bonded surface of the wafer 13 and reattachment is likely to occur. . This is because the contaminant 30 is blown off vertically above the cleaned portion of the bonded surface of the wafer 13. Accordingly, the irradiation movement direction of the atomic beam 15 is preferably such that the angle (180-θ1) between the atomic beam 15 and the bonding surface in the irradiation movement direction of the atomic beam 15 is greater than 90 ° and less than 180 °. More preferably, it is more than 120 ° and less than 135 °. In other words, it is preferable to move the irradiation position of the atomic beam 15 so that the irradiation movement direction of the atomic beam 15 and the radiation direction of the contaminant 30 (direction to be blown off) are the same direction. As a result, as shown in FIGS. 9A to 9C, the silicon oxide and contaminants on the wafer 13 are gradually and reliably removed in the order of FIGS. 9A to 9C. The
原子ビーム１６のウエハ１４接合面への照射も、同様に行われる。すなわち、水平方向におけるウエハ１４の集塵器１２側の端部を始点、ウエハ１４のビーム照射装置９側の端部を終点とし、始点から終点に向けて照射位置を移動させながら、ライン状に照射される。このとき、原子ビーム１６は、原子ビーム１６とその照射位置移動方向のウエハ１４接合面とのなす角の角度（１８０−θ２）が９０°を超え、１８０°未満になり、好ましくは１２０°を超え、１３５°未満になる。原子ビーム１６の照射位置が終点に達すると、ビーム照射装置１０に設けられる図示しないシャッタによって原子ビーム１６の照射が遮断された状態で、始点まで戻り、水平方向に垂直な方向に所定量移動して同じ動作を繰返し実行する。
なお、本実施の形態では、ビーム照射装置９、１０に移動機能を付加して原子ビーム１５、１６の照射位置を移動する構成を採るが、それに限定されず、保持部材７、８に移動機能および／または回転機能を付加し、ウエハ１３、１４を移動および／または回転させても良い。
Irradiation of the atomic beam 16 to the bonding surface of the wafer 14 is performed in the same manner. That is, the end of the wafer 14 on the dust collector 12 side in the horizontal direction is the start point, the end of the wafer 14 on the beam irradiation device 9 side is the end point, and the irradiation position is moved from the start point to the end point in a line shape Irradiated. At this time, the angle (180-θ2) of the angle formed between the atomic beam 16 and the wafer 14 bonding surface in the irradiation position moving direction is more than 90 °, less than 180 °, and preferably 120 °. Exceeding 135 degrees. When the irradiation position of the atomic beam 16 reaches the end point, the irradiation of the atomic beam 16 is interrupted by a shutter (not shown) provided in the beam irradiation apparatus 10, and returns to the starting point and moves by a predetermined amount in a direction perpendicular to the horizontal direction. Repeat the same operation.
In the present embodiment, the beam irradiation devices 9 and 10 are added with a moving function to move the irradiation position of the atomic beams 15 and 16, but the present invention is not limited to this, and the holding members 7 and 8 have a moving function. Further, a rotation function may be added to move and / or rotate the wafers 13 and 14.
ここで、図１および図２に戻る。接合装置１は、集塵器１１、１２を含む。集塵器１１は、保持部材７とビーム照射装置９との間の空間において、保持部材８によって保持されるウエハ１４接合面を臨むように設けられている。集塵器１１は、ビーム照射装置１０からウエハ１４接合面に向けて照射される原子ビーム１６によって該接合面から弾き飛ばされる汚染物１６ｘの進行方向に設置され、汚染物１６ｘを効率良く回収する。同様に、集塵器１２は、保持部材８とビーム照射装置１０との間の空間において、保持部材７によって保持されるウエハ１３接合面を臨むように設けられている。集塵器１２は、ビーム照射装置９からウエハ１３接合面に向けて照射される原子ビーム１５によって該接合面から弾き飛ばされる汚染物１５ｘの進行方向に設置され、汚染物１５ｘを効率良く回収する。 Here, it returns to FIG. 1 and FIG. The joining device 1 includes dust collectors 11 and 12. The dust collector 11 is provided so as to face the bonding surface of the wafer 14 held by the holding member 8 in the space between the holding member 7 and the beam irradiation device 9. The dust collector 11 is installed in the traveling direction of the contaminant 16x blown off from the bonding surface by the atomic beam 16 irradiated from the beam irradiation device 10 toward the bonding surface of the wafer 14, and efficiently collects the contaminant 16x. . Similarly, the dust collector 12 is provided so as to face the bonding surface of the wafer 13 held by the holding member 7 in the space between the holding member 8 and the beam irradiation device 10. The dust collector 12 is installed in the traveling direction of the contaminant 15x blown off from the bonding surface by the atomic beam 15 irradiated from the beam irradiation device 9 toward the bonding surface of the wafer 13, and efficiently collects the contaminant 15x. .
また、集塵器１１、１２は、図示しない駆動手段によって、ウエハ１４、１３に対して近接および離反可能に設けられている。集塵器１１、１２に近接および離反動作を実行させることによって得られる効果を、図１０に基づいて説明する。図１０は、ウエハ１３に対して原子ビーム１５の照射を行う際の、集塵器１２の近接および離反動作の効果を説明する図面である。図１０（ａ）は斜視図である。図１０（ｂ）は第１回目の原子ビーム１５の照射を示す側面図である。図１０（ｃ）はｎ回目の原子ビーム１５の照射を示す側面図である。なお、図１０では、説明を簡略化するために、ビーム照射装置９と集塵器１２との水平方向の位置関係を逆にしている。 The dust collectors 11 and 12 are provided so as to be close to and away from the wafers 14 and 13 by a driving means (not shown). An effect obtained by causing the dust collectors 11 and 12 to perform the approach and separation operations will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the proximity and separation operation of the dust collector 12 when the wafer 13 is irradiated with the atomic beam 15. FIG. 10A is a perspective view. FIG. 10B is a side view showing the first irradiation with the atomic beam 15. FIG. 10C is a side view showing the n-th irradiation of the atomic beam 15. In FIG. 10, the horizontal positional relationship between the beam irradiation device 9 and the dust collector 12 is reversed in order to simplify the description.
図１０（ｂ）に示すように、原子ビーム１５の照射を行う前のウエハ接合面１３には、多量の汚染物３７が付着している。このため、第１回目の原子ビーム１５の照射によって汚染物３７がウエハ接合面１３から除去されても、真空チャンバ２内に多く浮遊し、清浄化面に再付着物３８として付着することがある。この場合には、集塵器１２をウエハ１３からある程度離隔させ、集塵器１２近傍のある程度広い領域の雰囲気を吸引し、除去された汚染物３０を回収する。一方、図１０（ｃ）に示すように、ｎ回目の原子ビーム１５の照射では、真空チャンバ２内に浮遊する汚染物３０の量が排気および集塵器１１、１２による回収によって少なくなっている。また、ウエハ１３接合面に付着する再付着物３８の量も減少している。したがって、集塵器１２をウエハ１３接合面に近接させ、ウエハ１３接合面から除去される汚染物３０を確実に捕集することによって、真空チャンバ２内に汚染物３０が浮遊し、ウエハ１３接合面に付着するのを防止する。このようにして、原子ビーム１５、１６の照射を複数回繰り返して実施することにより、ウエハ１３、１４接合面を確実に清浄化できる。 As shown in FIG. 10B, a large amount of contaminants 37 are attached to the wafer bonding surface 13 before the irradiation with the atomic beam 15. For this reason, even if the contaminants 37 are removed from the wafer bonding surface 13 by the first irradiation with the atomic beam 15, the contaminants 37 may float a lot in the vacuum chamber 2 and adhere to the cleaned surface as a reattachment 38. . In this case, the dust collector 12 is separated from the wafer 13 to some extent, the atmosphere in a certain wide area in the vicinity of the dust collector 12 is sucked, and the removed contaminant 30 is recovered. On the other hand, as shown in FIG. 10 (c), in the n-th irradiation with the atomic beam 15, the amount of the contaminant 30 floating in the vacuum chamber 2 is reduced by exhaust and collection by the dust collectors 11 and 12. . Further, the amount of the reattachment 38 attached to the bonded surface of the wafer 13 is also reduced. Accordingly, by bringing the dust collector 12 close to the wafer 13 bonding surface and reliably collecting the contaminants 30 removed from the wafer 13 bonding surface, the contaminants 30 float in the vacuum chamber 2 and the wafer 13 bonding. Prevent sticking to the surface. In this way, by repeatedly irradiating the atomic beams 15 and 16 a plurality of times, the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 can be reliably cleaned.
原子ビーム１５、１６によって除去される汚染物１５ｘ、１６ｘは、前述したように、ニュートン力学に従って入射角に対応する放射角で弾き飛ばされ、除去される。したがって、原子ビーム１５、１６の入射角を設定すれば、汚染物１５ｘ、１６ｘが除去される方向を予測することができ、その場所に集塵器１１、１２を設置すれば汚染物１５ｘ、１６ｘが真空チャンバ２内に浮遊し、ウエハ１３、１４接合面に再付着することを防ぐことができる。また、原子ビーム１５、１６の物理エネルギーによって、除去される汚染物１５ｘ、１６ｘの量が決定される。原子ビーム１５、１６の入射角はエネルギー量と除去される汚染物の放射角に影響を与え、入射角が小さいとエネルギーが小さくなり、汚染物の除去能力が低くなる一方で、汚染物の再付着の可能性は低くなる。入射角が大きいとエネルギーが大きくなり、汚染物１５ｘ、１６ｘの除去能力が大きくなるが汚染物１５ｘ、１６ｘの再付着の確率が高くなる。このように原子ビーム１５、１６をライン状にし、複数回照射することによって、一度除去した汚染物に再度原子ビーム１５、１６が当たるを確率が減少し、ウエハ１３、１４への再付着が発生しにくくなる。 As described above, the contaminants 15x and 16x removed by the atomic beams 15 and 16 are blown off at a radiation angle corresponding to the incident angle according to Newtonian mechanics and removed. Therefore, if the incident angles of the atomic beams 15 and 16 are set, the direction in which the contaminants 15x and 16x are removed can be predicted, and if the dust collectors 11 and 12 are installed at the locations, the contaminants 15x and 16x. Can be prevented from floating in the vacuum chamber 2 and reattaching to the bonding surfaces of the wafers 13 and 14. Further, the amount of contaminants 15x and 16x to be removed is determined by the physical energy of the atomic beams 15 and 16. The incident angle of the atomic beams 15 and 16 affects the amount of energy and the radiation angle of the removed contaminant. When the incident angle is small, the energy is reduced and the ability to remove contaminants is reduced. The possibility of adhesion is reduced. When the incident angle is large, the energy is increased and the removal ability of the contaminants 15x and 16x is increased, but the probability of the reattachment of the contaminants 15x and 16x is increased. By thus irradiating the atomic beams 15 and 16 in a line shape and irradiating a plurality of times, the probability that the atomic beams 15 and 16 will again hit the contaminants once removed decreases, and reattachment to the wafers 13 and 14 occurs. It becomes difficult to do.
本実施の形態のように、ウエハ１３、１４を鉛直方向に対向配置し、かつ、ウエハ１３、１４の接合面に対向するようにエネルギー波発生源であるビーム照射装置９、１０を配置する場合、図１１に示すように、位置調整を行うのが好ましい。図１１は、ビーム照射装置９、１０とウエハ１３、１４との位置関係を示す上面図である。なお、図１１においては、プッシュロッド６および保持部材７、８の図示を省略する。図示しない原子ビーム１５、１６の照射中心線４０、４１を、鉛直方向に垂直な水平面に投影した場合に、照射中心線４０、４１の投影線がなす角の角度θ４が３０°〜９０°になるように、位置調整を行うのが好ましい。これによって、ビーム照射装置９、１０から照射される原子ビーム１５、１６同士の緩衝が防止され、ひいては汚染物の再付着が防止される。なお、水平面への投影図は、上面図と同じになる。 As in the present embodiment, the wafers 13 and 14 are arranged to face each other in the vertical direction, and the beam irradiation devices 9 and 10 that are energy wave generation sources are arranged to face the bonding surfaces of the wafers 13 and 14. As shown in FIG. 11, it is preferable to adjust the position. FIG. 11 is a top view showing the positional relationship between the beam irradiation devices 9 and 10 and the wafers 13 and 14. In FIG. 11, illustration of the push rod 6 and the holding members 7 and 8 is omitted. When the irradiation center lines 40 and 41 of the atomic beams 15 and 16 (not shown) are projected on a horizontal plane perpendicular to the vertical direction, the angle θ4 formed by the projection lines of the irradiation center lines 40 and 41 is 30 ° to 90 °. Therefore, it is preferable to adjust the position. As a result, the buffering between the atomic beams 15 and 16 irradiated from the beam irradiation devices 9 and 10 is prevented, thereby preventing the reattachment of contaminants. The projection on the horizontal plane is the same as the top view.
角度θ４が３０°未満では、たとえば、ビーム照射装置９から原子ビーム１５の照射を受けてウエハ１３表面から除去される汚染物が、ビーム照射装置１０からの原子ビーム１６によりウエハ１４表面に打ち付けられ、除去した汚染物質が再付着する可能性が高まるおそれがある。同様に、ウエハ１４表面から除去される汚染物がビーム照射装置９からの原子ビーム１５によりウエハ１３表面に打ち付けられるおそれがある。これにより、除去した汚染物質の再付着の可能性が高まる。 When the angle θ4 is less than 30 °, for example, contaminants that are removed from the surface of the wafer 13 by being irradiated with the atomic beam 15 from the beam irradiation device 9 are struck against the surface of the wafer 14 by the atomic beam 16 from the beam irradiation device 10. There is a possibility that the possibility that the removed pollutant will re-adhere is increased. Similarly, there is a possibility that contaminants removed from the surface of the wafer 14 may be struck against the surface of the wafer 13 by the atomic beam 15 from the beam irradiation device 9. This increases the possibility of reattachment of removed contaminants.
一方、角度θ４が９０°を超えると、ビーム照射装置９、１０から照射されるビーム１５、１６の干渉によって、ビーム１５、１６のビーム強度が不安定になり、処理工程において、ウエハ１３、１４の清浄化度が不十分になるおそれがある。また、ビーム照射装置９、１０からの原子ビーム照射方向がほぼ同じ方向になる。その結果、ウエハ１３、１４表面における汚染物の除去度合が、ビーム照射装置９、１０に近接する部分の方がビーム照射装置９、１０から離反する部分よりも大きくなるおそれがある。ウエハ１３、１４は対向配置されているので、これらを接合する際には、ビーム照射装置９、１０に近接する部分同士およびビーム照射装置９、１０から離反する部分同士が接合される可能性が高い。その結果、接合部位によって汚染物の除去量に差が生じ、ウエハ１３、１４の接合品質が低下するおそれがある。 On the other hand, when the angle θ4 exceeds 90 °, the beam intensity of the beams 15 and 16 becomes unstable due to the interference of the beams 15 and 16 irradiated from the beam irradiation apparatuses 9 and 10, and the wafers 13 and 14 are processed in the processing step. There is a risk that the degree of cleanliness will be insufficient. Moreover, the atomic beam irradiation directions from the beam irradiation apparatuses 9 and 10 are substantially the same. As a result, the degree of removal of contaminants on the surfaces of the wafers 13 and 14 may be larger in the portion close to the beam irradiation devices 9 and 10 than in the portion separated from the beam irradiation devices 9 and 10. Since the wafers 13 and 14 are opposed to each other, when bonding them, there is a possibility that portions close to the beam irradiation devices 9 and 10 and portions separated from the beam irradiation devices 9 and 10 may be bonded. high. As a result, there is a difference in the removal amount of contaminants depending on the bonding site, and there is a possibility that the bonding quality of the wafers 13 and 14 is deteriorated.
接合装置１によれば、清浄化工程と接合工程とが行われる。
清浄化工程では、真空チャンバ２内にウエハ１３、１４が搬入され、それぞれ保持部材７、８に保持され、鉛直方向に対向配置される。次に、真空チャンバ２内が真空またはそれに近い状態まで減圧される。次に、ビーム照射装置９からウエハ１３に原子ビーム１５をライン状に照射し、ビーム照射装置１０からウエハ１４に原子ビーム１６をライン状に照射する。これによって、ウエハ１３、１４の接合面を清浄化する。接合工程は、清浄化工程に引き続いて行われ、ウエハ１３およびウエハ１４の清浄化された接合面を接触させて接合する。すなわち、プッシュロッド６を下降させることによって、プッシュロッド６に支持された保持部材８ひいてはウエハ１４を下降させて、ウエハ１３の接合面とウエハ１４の接合面とを接触させて接合し、接合体を得る。この接合体は真空チャンバ２外に搬出され、新しいウエハ１３、１４が搬入され、同じ動作が繰り返される。
なお、接合装置１は、清浄化工程と並行して、または清浄化工程と接合工程との間に、集塵工程を行うこともできる。集塵工程では、原子ビーム１５、１６の照射によりウエハ１３、１４の接合面から除去された汚染物を回収する。
According to the joining apparatus 1, a cleaning process and a joining process are performed.
In the cleaning process, the wafers 13 and 14 are carried into the vacuum chamber 2 and are held by the holding members 7 and 8, respectively, and are arranged to face each other in the vertical direction. Next, the pressure in the vacuum chamber 2 is reduced to a vacuum or a state close thereto. Next, the beam irradiation device 9 irradiates the wafer 13 with the atomic beam 15 in a line shape, and the beam irradiation device 10 irradiates the wafer 14 with the atomic beam 16 in a line shape. Thereby, the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 are cleaned. The bonding process is performed subsequent to the cleaning process, and the bonded bonding surfaces of the wafer 13 and the wafer 14 are brought into contact with each other and bonded. That is, by lowering the push rod 6, the holding member 8 supported by the push rod 6, and thus the wafer 14, is lowered, and the bonding surface of the wafer 13 and the bonding surface of the wafer 14 are brought into contact and bonded to each other. Get. The bonded body is unloaded from the vacuum chamber 2, new wafers 13 and 14 are loaded, and the same operation is repeated.
In addition, the joining apparatus 1 can also perform a dust collection process in parallel with a cleaning process or between a cleaning process and a joining process. In the dust collection process, contaminants removed from the bonding surfaces of the wafers 13 and 14 by the irradiation of the atomic beams 15 and 16 are collected.
本構成によって、清浄化処理した後に再度チャンバ内を浮遊する汚染質が再付着することを防き、清浄化処理した接合面を接触させるだけで容易に接合できる接合方法を提供できる。その結果、常温で良好な接合品質を得ることができる。 With this configuration, it is possible to provide a bonding method in which contaminants floating in the chamber again after the cleaning process are prevented from reattaching, and can be easily bonded simply by contacting the cleaned bonding surfaces. As a result, good bonding quality can be obtained at room temperature.
本発明の接合方法は、ライン状の原子ビームを照射しかつ照射動作のできるビーム照射装置と、除去された汚染物を回収するための集塵器とを有し、Ｓｉ−Ｓｉ接合、金属間接合などの低温接合の用途にも適用できる。 The bonding method of the present invention includes a beam irradiation apparatus that can irradiate a line-shaped atomic beam and can perform an irradiation operation, and a dust collector for recovering removed contaminants. It can also be used for low-temperature bonding applications.
１ 接合装置
２ 真空チャンバ
３ 搬出入口
４ 扉
５ 排気口
６ プッシュロッド
７、８ 保持部材
９、１０、２０ ビーム照射装置
１１、１２ 集塵器
１３、１４ ウエハ
１５、１６ 原子ビーム
１５ｘ、１６ｘ、３０ 汚染物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joining device 2 Vacuum chamber 3 Carrying in / out port 4 Door 5 Exhaust port 6 Push rod 7, 8 Holding member 9, 10, 20 Beam irradiation device 11, 12 Dust collector 13, 14 Wafer 15, 16 Atomic beam 15x, 16x, 30 Pollutant
Claims (7)
清浄化工程は、
前記第１対象物および前記第２対象物の接合面における前記エネルギー波の照射された領域から前記エネルギー波の照射されていない領域に向けて前記エネルギー波の照射位置を移動させるとともに、前記エネルギー波の照射中心線と、前記エネルギー波の照射位置移動方向の前記接合面と、のなす角の角度が９０°より大きく１８０°より小さくなるようにして行われる接合方法。 The first object and the second object are arranged so that the bonding surface of the first object and the bonding surface of the second object are opposed to each other, and the bonding surface of the first object and the bonding of the second object are arranged. A cleaning step of irradiating the surface with energy waves in a line shape, and a bonding step performed subsequent to the cleaning step and bringing the bonding surface of the first object into contact with the bonding surface of the second object In a joining method including:
The cleaning process
The energy wave irradiation position is moved from the region irradiated with the energy wave on the joint surface of the first object and the second object toward the region not irradiated with the energy wave, and the energy wave The joining method is performed in such a manner that the angle formed by the irradiation center line and the joining surface in the direction of movement of the energy wave irradiation position is greater than 90 ° and smaller than 180 °.
前記第１エネルギー波の照射中心線と前記第２エネルギー波の照射中心線との水平平面への投影図において、前記第１エネルギー波の照射中心線と前記第２エネルギー波の照射中心線とのなす角の角度が３０°〜９０°である請求項１または３記載の接合方法。 The first object and the second object are arranged so as to face each other in the vertical direction, and are provided so as to face the joint surfaces of the first object and the second object, respectively. And a first and second energy wave generation source for irradiating the first and second energy waves to the joint surface of the second object,
In the projection view on the horizontal plane of the irradiation center line of the first energy wave and the irradiation center line of the second energy wave, the irradiation center line of the first energy wave and the irradiation center line of the second energy wave The joining method according to claim 1 or 3, wherein the angle formed is 30 ° to 90 °.
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