JP2009200156A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンなどの粒子を衝突させて接合面を活性化する際、その活性化状態を基板全
体にわたり均一にすることができ、広い面積にわたり均一な接合が可能となり接合精度を
向上できる接合装置を提供する。
【解決手段】基板同士を接合して一体化する接合装置であって、真空槽１２にカソード１
３とアノード１４とを対向して設け、このカソード１３とアノード１４間にプラズマを形
成すると共に、カソード１３の近傍に磁力線同士が反発するように磁力発生機構２０ａ、
２０ｂを設け、磁力により平板状のプラズマ領域１１を形成する手段と、前記平板状のプ
ラズマ領域１１を挟んで対向する位置に配置され、電圧を印加することが可能な一対の基
板ホルダー１６ａ、１６ｂと、を有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、接合装置に係るものであり、特に接合する二つの基板の接合表面を清浄化し
た後に、二つの基板を接触させて接合を完成させる接合装置に関するものである。

近年、電子デバイス形成においてＭＥＭＳ技術などウエハ処理を利用した手法が用いら
れるようになってきている。これら電子デバイスの形成においては、ウエハ処理した基板
同士を積層、一体化する技術が必須のものとなってきている。

このような電子デバイスの形成におけるウエハ処理した基板同士を接合して一体化する
技術として、例えば特許文献１に示すような接合装置が開示されている。図２は従来例に
おける接合装置を示す説明図である。以下、従来の接合装置について図を用いて説明する
。

図２は真空槽２３の内部に対向して位置する一対の基板ホルダー２４ａ、２４ｂが設け
られ、この一対の基板ホルダー２４ａ、２４ｂに取り付けられる基板２５ａ、２５ｂそれ
ぞれに対して斜め方向からイオンなどの粒子を照射できる二つの粒子源２６ａ、２６ｂを
備える接合装置２２である。

図２に示す接合装置２２においては、まず、基板２５ａを真空槽２３の内部に搬送し、
その基板２５ａを真空槽２３の上方に設けられた基板ホルダー２４ａに取り付け、次に、
基板２５ｂを真空槽２３の内部に搬送し、その基板２５ｂを真空槽２３の下方に設けられ
た基板ホルダー２４ｂに取り付け、排気口２７から図示していない真空ポンプにより真空
層２３の内部を減圧する。

これに引き続き、基板２５ａ、２５ｂそれぞれの接合面に対して斜め方向に取り付けら
れた二つの粒子源２６ａ、２６ｂからイオンなどの粒子を基板２５ａ、２５ｂそれぞれの
接合面に照射し、基板２５ａ、２５ｂそれぞれの接合面の活性化を行う。

基板２５ａ、２５ｂそれぞれの接合面の活性化の後に、加圧機構２８により基板ホルダ
ー２４ａが対向する他方の基板ホルダー２４ｂに向かって移動し、基板２５ａ、２５ｂそ
れぞれの接合面を重ね合わせることで接合が完了する。なお、基板２５ａ、２５ｂそれぞ
れの接合面を重ね合わせる際、必要に応じて所定の力で加圧する。

特開平１０−９２７０２号公報

しかしながら、図２に示すように基板の斜め方向からイオンを照射する場合には、基板
の接合面近傍において、粒子源に近い側ではイオンの分布密度が高くなり、粒子源から離
れた側ではイオンの分布密度が低くなるので、基板面に対してイオンの分布を均一にする
ことは困難である。その結果、基板の接合面の活性化状態が不均一となってしまい、広い
面積の基板ほど不均一性は増大する。

このため、二つの基板同士を接合して一体化する場合、その接合の強さが基板の場所に
より不均一となってしまうため、たとえば、電子デバイスを構成するために、少なくとも
一方の基板が配列されたキャビティを有する基板の場合には、配列された各々のキャビテ
ィ部分の接合後の気密性にバラツキを生じることになる。したがって、気密性が特性に影
響するようなデバイスにおいては、デバイス特性もばらついてしまうという課題を有して
いた。

そこで本発明は、イオンなどの粒子を衝突させて接合面を活性化する際、その活性化状
態を基板全体にわたり均一にすることができ、広い面積にわたり均一な接合が可能となり
基板同士の接合精度を向上できる接合装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の接合装置は、真空槽にカソードとアノードとを対向
して設け、このカソードとアノード間にプラズマを形成すると共に、このプラズマ領域を
磁力により平板状に形成するプラズマ領域形成手段と、前記平板状のプラズマ領域を挟ん
で対向する位置に配置され、電圧を印加することが可能な一対の基板ホルダーとを有する
ことを特徴とする。

このような構成にすれば、平板状に均一に形成されたプラズマ領域を挟んで対向する位
置に設置される基板に電圧を印加することで、平板状のプラズマ領域から均一にイオンな
どの粒子を引き出し、それぞれの基板の接合面に照射させることが可能であるため、接合
面の活性化を均一に行え、基板全体にわたり均一な接合を達成することが可能となる。

本発明の接合装置は、一対の基板ホルダーの少なくとも一方が対向する基板ホルダーに
向かって移動可能な移動機構を有することができる。

このような構成にすれば、接合面の活性化に引き続いて、装置の外部に基板を取り出す
ことなく、基板の接合面同士を接触させることができるため、活性化の効果が高い状態で
接合することが可能となる。また、必要に応じて接合面同士を加圧することも可能となる
。

さらに、本発明の接合装置は、一対の基板ホルダーの少なくとも一方にアライメント機
構を有することができる。

このような構成にすれば、一対の基板ホルダーの少なくとも一つにアライメント機構を
有しているため、一対の基板の接合面の活性化の後、装置の外部に基板を取り出すことな
く、一対の基板の位置合わせをすることが可能となるため、活性化された接合面が外気と
反応して活性化の効果が失われることがなくなる。

さらに、本発明の接合装置の一対の基板ホルダーは、基板の非接合面を保持する基板保
持機構を有することができる。

このような構成にすれば、一対の基板ホルダーは基板の接合面とは反対の面（非接合面
）を保持する機構のため、基板の接合面に接触することがなく、基板の接合面への異物付
着を防ぐことが可能となる。

さらに、本発明の接合装置は、一対の基板ホルダーが加熱機構および冷却機構を有する
ことができる。

このような構成にすれば、一対の基板ホルダーが加熱機構および冷却機構を備えている
ため、接合作業の前に加熱処理による基板の吸着成分の脱離除去が可能となる。また、冷
却機構もあわせ持つため、熱膨張の異なる材料同士の基板の接合であっても、加熱処理の
後、直ちに冷却でき、常温での接合が可能となるので、熱膨張の違いによる接合界面への
応力発生がなくなり、強度的に強い接合を実現することが可能となる。

さらに、本発明の接合装置は、一対の基板ホルダーに印加する電圧は、それぞれ独立し
た任意の電圧とすることができる。

このような構成にすれば、一対の基板ホルダーに印加する電圧は、それぞれ独立して任
意の電圧を印加できるため、接合する二つの基板の材料が異種の材料であっても、それぞ
れの材料に最適な活性化の条件を独立して設定可能となり、接合可能な基板の材料の組み
合わせの自由度を増すことが可能となる。

本発明によれば、平板状に均一に形成されたプラズマ領域を挟んで対向する位置に設置
される基板に電圧を印加することで、平板状のプラズマ領域から均一にイオンなどの粒子
を引き出し、それぞれの基板の接合面に照射させることが可能であるため、接合面の活性
化を均一に行え、基板全体にわたり均一な接合を達成することが可能となる。

本発明の最良の実施形態について図１を用いて説明する。
図１は本実施例における接合装置の断面図であり、図１（ａ）は本実施例における接合
装置の側面から見た断面図、図１（ｂ）は本実施例における接合装置の上面から見た断面
図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の接合装置１０は、真空槽１２にカソード
１３とアノード１４とが対向して設けられ、平板状のプラズマ領域１１を形成するために
同じ極同士の面を向い合せた構造の磁力発生機構２０ａ、２０ｂがカソード１３の近傍の
プラズマを挟む位置に設けられている。カソード１３で発生する電子はアノード１４に引
き込まれるが、カソード１３からアノード１４への移動の際、真空槽１２内に存在するガ
ス粒子の電離を引き起こして、通常は円筒状のプラズマが形成される。しかしながら、本
発明においては、磁力線同士が反発するようにカソード１３の近傍に磁力発生機構２０ａ
、２０ｂを設けているため、プラズマの電場と磁力発生機構の磁場の相対的な関係で、電
子が通る領域が規制され平板状となり、結果として平板状のプラズマ領域１１を形成する
ことができる。この平板状のプラズマ領域１１を挟んで対向する位置に一対の基板ホルダ
ー１６ａ、１６ｂが設けられている。この基板ホルダー１６ａ、１６ｂは電圧を印加でき
る構造となっているとともに、一対の基板ホルダー１６ａ、１６ｂの少なくとも一方には
移動機構１９が備わっており、他方の基板ホルダーとを結ぶ軸上を移動することが可能な
構造となっている。また、図示していないが、基板ホルダー１６ａ、１６ｂには、基板１
７ａ、１７ｂを加熱あるいは冷却するための加熱機構ならびに冷却機構が備わった構造と
なっている。

次に本実施例の接合装置により、基板同士を接合する方法について説明する。
まず、基板１７ａを真空槽１２の内部に搬送し、その基板１７ａを真空槽１２の上方に
設けられた基板ホルダー１６ａに取り付ける。取り付け手段としては、基板ホルダー１６
ａに設けた基板保持機構、例えば、静電チャック手法により、基板１７ａの非接合面を静
電気力により貼り付け保持する構成とすることができる。次に、基板１７ｂを真空槽１２
の内部に搬送し、その基板１７ｂを真空槽１２の下方に設けられた基板ホルダー１６ｂに
取り付ける。取り付け手段は、前記した基板１７ａの基板ホルダー１６ａへの取り付け手
段と同様の構成とすることができる。これら二枚の基板１７ａ、１７ｂは、対向するカソ
ード１３とアノード１４とを結ぶ仮想線を挟んで向かい合う位置に配備される。

その後、真空槽１２の内部を図示していない真空ポンプ等で排気口１８から減圧した後
、この対向する二枚の基板１７ａ、１７ｂの間に平板状のプラズマ領域１１を形成し、基
板ホルダー１６ａ、１６ｂそれぞれにプラズマ電位に対して負の電圧を印加することで、
プラズマ領域１１からイオンを基板１７ａ、１７ｂそれぞれに衝突させ、基板１７ａ、１
７ｂそれぞれの接合面を活性化する。

基板１７ａ、１７ｂそれぞれの接合面を活性化した後、プラズマを停止して、例えば、
一方の基板ホルダー１６ａが移動機構１９により対向する他方の基板ホルダー１６ｂの方
向に移動し、二枚の基板１７ａ、１７ｂの活性化した接合面を接触させ、二枚の基板１７
ａ、１７ｂの接合を完了する。なお、基板１７ａ、１７ｂそれぞれの接合面を重ね合わせ
る際、必要に応じて所定の力で加圧することもできる。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の接合装置１０においては、広い範囲に渡
り均一な平板状のプラズマ領域１１を二枚の基板１７ａ、１７ｂの間に形成しているため
、広い面積の基板であっても、図１（ｂ）に示すように、前記基板１７ａ、１７ｂは、そ
の基板面全域に渡って均一な平板状のプラズマ領域１１に覆われた構成となるので、基板
の均一な活性化が可能となる。よって、基板の全域に渡り、均一な接合を達成することが
可能となる。

また、二枚の基板１７ａ、１７ｂは、図示していないアライメント機構により、接合す
る前に位置合わせをすることも可能である。

図１では、基板ホルダー１６ａ、１６ｂの一方が他方に向かって移動する場合を示した
が、基板ホルダー１６ａ、１６ｂの双方が互いに近づく場合でも、同様に接合を達成する
ことが可能である。

また、図１に示すように、二つの基板ホルダー１６ａ、１６ｂに電圧を印加する電源２
１ａ、２１ｂを設け、各印加電圧をそれぞれ独立に制御することにより、二枚の基板１７
ａ、１７ｂがそれぞれ異なる材料であっても、基板１７ａ、１７ｂそれぞれの活性化に適
する電圧を選択することが可能となり、接合できる材料の組み合わせの範囲を拡大するこ
とも可能となる。

図１には図示していないが、二つの基板ホルダー１６ａ、１６ｂにヒーター等を設ける
ことにより、接合前に基板１７ａ、１７ｂを加熱することが可能となり、基板に吸着して
いる水分等の脱ガス処理を行うことが可能である。また、水冷等による冷却機構を備える
ことにより、加熱処理後、直ちに常温まで戻すことが可能となり、二つの基板の材質が異
なる場合など、熱膨張率の差に起因する残留応力の発生による接合強度の劣化を抑えるこ
とができる。

本発明の一実施例における接合装置を側面および上面から見た断面図。 従来例における接合装置を示す断面図。

符号の説明

１０ 接合装置
１１ プラズマ領域
１２ 真空槽
１３ カソード
１４ アノード
１６ａ、１６ｂ 基板ホルダー
１７ａ、１７ｂ 基板
１８ 排気口
１９ 移動機構
２０ａ、２０ｂ 磁力発生機構
２１ａ、２１ｂ 電源
２２ 接合装置
２３ 真空槽
２４ａ、２４ｂ 基板ホルダー
２５ａ、２５ｂ 基板
２６ａ、２６ｂ 粒子源
２７ 排気口
２８ 加圧機構

Claims (6)

1. 基板同士を接合して一体化する接合装置であって、真空槽にカソードとアノードとを対
   向して設け、このカソードとアノード間にプラズマを形成すると共に、このプラズマ領域
   を磁力により平板状に形成するプラズマ領域形成手段と、前記平板状のプラズマ領域を挟
   んで対向する位置に配置され、電圧を印加することが可能な一対の基板ホルダーとを有す
   ることを特徴とする接合装置。
2. 前記一対の基板ホルダーの少なくとも一方が対向する基板ホルダーに向かって移動可能
   な移動機構を有することを特徴とする請求項1に記載する接合装置。
3. 前記一対の基板ホルダーの少なくとも一方にアライメント機構を有することを特徴とす
   る請求項１又は２に記載する接合装置。
4. 前記一対の基板ホルダーは、前記基板の非接合面を保持する基板保持機構を有すること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載する接合装置。
5. 前記一対の基板ホルダーは、加熱機構および冷却機構を有することを特徴とする請求項
   １〜４の何れか１つに記載する接合装置。
6. 前記一対の基板ホルダーに印加する電圧は、それぞれ独立して任意の電圧を印加できる
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載する接合装置。

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