JP2009220151A - 接合方法およびこの方法により作成されるデバイス、接合装置並びにこの方法により接合される基板 - Google Patents
接合方法およびこの方法により作成されるデバイス、接合装置並びにこの方法により接合される基板 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】蓋基板807およびデバイス基板808に形成された外周接合部831bどうしを加圧して仮接合することで、両基板807,808の接合面間に外周接合部831bによって囲まれる空間に所定の雰囲気を封入できる。したがって、当該空間内の所定の雰囲気中で加圧することにより両基板807,808の内部接合部831aどうしの本接合を確実に行うことができるので、両基板807,808の接合面間に内部接合部831aによって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入するとともに、この空間を外部の雰囲気から確実に遮断できる。
【選択図】図3
Description
この発明の第1実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
まず、本発明の接合装置において接合される基板の構造について詳細に述べる。図1は基板の一例を示す図、図2は図1のA−A線矢視断面図、図3は基板の他の例を示す図である。
図1を参照して基板の一例について説明する。図1に示すように、デバイス基板808の基板本体808aの表面には、所定領域を囲んだ内部接合部831aと、基板本体808aの周縁部に内部接合部831aを取り囲んだ外周接合部831bとが突出形成されている。また、内部接合部831aに囲まれた領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部829が形成されている。ここで、所定領域とは、回路の動作部分や振動部分などが形成される領域のことである。
図3を参照して基板の他の例について説明する。図3に示す基板の他の例が、図1に示す基板の一例を大きく異なる点は、デバイス基板808の基板本体808aの表面に複数の内部接合部831aが形成されている点である。図3に示すように、デバイス基板808の基板本体808aの表面には、所定領域をそれぞれ囲んだ複数の内部接合部831aと、基板本体808aの周縁部に内部接合部831aのすべてを取り囲んだ外周接合部831bとが突出形成されている。また、内部接合部831aに囲まれたぞれぞれの領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部829が形成されている。
なお、上記した基板の一例および他の例では、金めっきを厚膜状に施すことにより、基板本体808aの表面に内部接合部831aおよび外周接合部831bを突出形成したが、これらの接合部831a,831bを、金属からなる母材の表面に金膜を形成して構成してもよい。その他の構成は上記した基板の一例および他の例と同様であるため、その構成についての説明は省略する。
次に、表面活性化処理(表面活性化工程)および仮接合処理(仮接合工程)を実行する表面活性化・仮接合装置(本発明の「表面活性化手段」、「仮接合手段」に相当)について説明する。図4は表面活性化・仮接合装置を示す図である。また、図5は表面活性化処理および仮接合処理の手順を示す図である。また、図6は図4の装置において2視野認識手段を用いた大気中でのアライメント処理を示す図である。
切換えて吸入バルブ813を開放することで、吸入口811を介して反応ガスとしてArガス817をチャンバー内に導入することができる。
ガス切替弁816でArガス817と窒素ガス818を選択して吸入口811に導入することで、Arガス817と窒素ガス818の2つのガスを1チャンバーで切り替えることができる。また、このガス切替弁816は大気を吸入可能に構成されているので封入ガスとしてチャンバー内に大気を導入することもできる。また、チャンバー内に大気を導入してチャンバー内を大気圧とした後に、チャンバーを開いて大気解放させることもできる。
次に、本接合工程を実行する本接合装置(本発明の「本接合手段」に相当)について説明する。図7は本接合装置を示す図であり、(a)〜(c)は本接合装置のそれぞれ異なる態様を示す。なお、図7で示すそれぞれの本接合装置21〜23は、上記した表面活性化処理による仮接合が行われた後に、大気中で当該両基板807,808の内部接合部831aどうしを接合して本接合する本接合処理(本接合工程)を行うものである。このように、本実施形態では、表面活性化・仮接合装置1および本接合装置21〜23のいずれかにより本発明の「接合装置」が構成されている。
図7(a)を参照して本接合装置21について説明する。同図(a)に示すように、本接合装置21は仮接合が行われた蓋基板807およびデバイス基板808を保持するステージ211と、当該ステージ211に保持された両基板807,808を加圧する際、加圧位置をずらしながら加圧する加圧手段210とを備えている。したがって、加圧手段210により加圧位置をずらしながら、両基板807,808を加圧することで、外周接合部831bの内側に形成された内部接合部831aのすべてを確実に接合することができる。
図7(b)を参照して本接合装置22について説明する。同図(b)に示すように、本接合装置22は仮接合が行われた蓋基板807およびデバイス基板808を保持するステージ221と、当該ステージ221に保持された両基板807,808の全面にわたって一括加圧する高圧プレス手段220とを備えている。したがって、高圧プレス手段220により両基板807,808の全面にわたって一括加圧することで、外周接合部831bの内側に形成された内部接合部831aのすべてを確実に接合することができる。
図7(c)を参照して本接合装置23について説明する。同図(c)に示すように、本接合装置23は仮接合が行われた蓋基板807およびデバイス基板808を通過させることで加圧する加圧ローラ230を備えている。したがって、加圧ローラ230間に両基板807,808を通過させて加圧することにより、外周接合部831bの内側に形成された内部接合部831aのすべてを確実に接合することができる。
この発明の第2実施形態について図8および図9を参照して説明する。本実施形態が、上記第1実施形態と異なる点は、表面活性化・仮接合装置10の構成が異なる点であり、その他の構成は上記第1実施形態と同様である。また、本実施形態の表面活性化・仮接合装置10が上記第1実施形態の本接合・仮接合装置1と大きく異なる点は、IR(赤外)光をチャンバー内に導光して両基板807,808の位置調整(アライメント)を行っている点である。その他の構成および動作は上記第1実施形態と同様であるため、以下、上記第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および動作は同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。
表面活性化工程および仮接合工程を実行する表面活性化・仮接合装置10(本発明の「表面活性化手段」、「仮接合手段」に相当)について説明する。図8は表面活性化・仮接合装置を示す図であり、両基板807,808の位置調整を行っている状態を示す図である。また、図9は図8に示す位置調整が終了した後に、仮接合が行われている状態を示す図である。
この発明の第3実施形態について図10を参照して説明する。本実施形態が、上記第1および第2実施形態と異なる点は、表面活性化・仮接合装置11および本接合装置22がチャンバー30内に収納されて接合装置3が構成されている点であり、その他の構成は上記第1実施形態と同様である。以下、上記第1および第2実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および動作は同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。
接合装置3について説明する。図10は接合装置を示す図である。図10に示すように、接合装置3は、表面活性化・仮接合装置11と、本接合装置22と、表面活性化・仮接合室11および本接合装置22が内部に収納されたチャンバー30とを備えている。また、チャンバー30の表面活性化・仮接合室に表面活性化・仮接合装置11が配設され、本接合室に本接合装置22が配設されている。
この発明の第4実施形態について図11を参照して説明する。本実施形態が、上記第3実施形態と異なる点は、両基板807,808を加熱することにより仮接合処理および本接合処理を行っている点であり、仮接合装置12のみチャンバー40内に収納されている点である。その他の構成は上記第3実施形態と同様である。以下、上記第1ないし第3実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および動作は同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。
接合装置4について説明する。図11は接合装置を示す図である。図11に示すように、接合装置4は、チャンバー40内に収納された仮接合装置12と、本接合装置22とを備えている。また、チャンバー40の入口には気密シャッター41が設けられ、この気密シャッター41を閉じることでチャンバー40を気密化して、所定の雰囲気中で仮接合処理を行うことができる。
この発明の第5実施形態について図12および図13を参照して説明する。本実施形態が、上記した実施形態と異なる点は一方の基板808の基板本体808aの表面にのみ内部接合部831cおよび外周接合部831dが形成されている点であり、しかも、これら内部接合部831cおよび外周接合部831dの断面が尖形形状に形成されている点である。また、エネルギー波(プラズマ)による表面活性化処理が他方の基板807の基板本体807aの表面に形成された接合部としての金薄膜832にのみ行われている。その他の構成は上記第1ないし第3実施形態と同様である。以下、上記第1ないし第3実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および動作は同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。なお、図12は基板の他の例を示す図、図13は図12に示す基板の接合原理を示す図である。
図12を参照して基板の他の例について説明する。図12(a)は基板の斜視図、(b)は(a)のB−B線矢視断面図である。図12に示すように、デバイス基板808の基板本体808aの表面には、所定領域を囲んだ内部接合部831cと、基板本体808aの周縁部に内部接合部831cを取り囲んだ外周接合部831dとが断面が尖形形状に突出形成されている。また、内部接合部831cに囲まれた領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部829が形成されている。ここで、所定領域とは、回路の動作部分や振動部分などが形成される領域のことである。
また、上記した「(4)基板(c)」の項で説明したデバイス基板808が有する、断面が尖形形状の内部接合部831cおよび外周接合部831dにより、図3と同様のデバイス基板808を形成してもよい。すなわち、デバイス基板808の基板本体808aの表面に複数の内部接合部831cを突出形成し、基板本体808aの周縁部に内部接合部831cのすべてを取り囲んだ外周接合部831dを突出形成してもよい。なお、内部接合部831aに囲まれたぞれぞれの領域には、表面弾性波デバイスやRFデバイスといった半導体デバイス、機械的な可動部分を有するMEMSデバイスなどのデバイスの本体部829が形成されている。
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、接合する基板807,808の種類、基板上に形成されたデバイスの種類に応じて、上記した種々の接合装置から最適なものを組み合わせることができる。以下、接合装置の変形例について図15を参照して説明する。図15は接合装置の変形例を示す図である。
接合装置5について説明する。図15(a)に示すように、接合装置5は、表面活性化装置が配設された表面活性化室と、仮接合装置が配設された仮接合室と、本接合装置が配設された本接合室とを有するチャンバー50を備えている。また、チャンバー50内には基板807,808を各室の間で搬送する搬送機構53が配設されている。また、各室の入口にはそれぞれの空間を気密化できる気密シャッター(図示省略)が配設されている。このように、各処理はすべて同一のチャンバー50内で実行される。このような構成としても上記した第1ないし第4実施形態と同様の効果を奏することができる。
接合装置6について説明する。図15(b)に示すように、接合装置5は、表面活性化装置と、仮接合装置と、本接合装置とを備えている。また、各装置の間で基板807,808を搬送可能に搬送機構63が大気中に配設されている。このような構成としても上記した第1ないし第4実施形態と同様の効果を奏することができる。
基板(e)について説明する。図16に示すように、基板(e)の外周接合部831fは、断面尖形形状を有しており、その他は第1実施形態に示した基板(a)と同様である。このような構成とすることにより、基板(e)の外周接合部831fは加圧により潰れやすい構成となる。また、外周接合部831fと内部接合部831eが同じ金属の場合でも、断面尖形形状を有する外周接合部831fのほうが潰れやすい。したがって、外周接合部831fの仮接合を容易に行うことができる。
基板(f)について説明する。図17に示すように、基板(f)の内部接合部831gは断面尖形形状をしており、その他は第1実施形態に示した基板(a)と同様である。このような構成とすることにより、基板(f)の内部接合部831gは潰れやすく、外周接合部831hの仮接合を行った後、内部接合部831gを本接合装置21ないし23により容易に潰して、確実に本接合を行うことができる。
12…仮接合装置(仮接合手段)
21,22,23…本接合装置(本接合手段)
210…加圧手段
220…高圧プレス手段
230…加圧ローラ
801…Z軸(上下駆動機構、加圧手段)
807…蓋基板(基板)
807a,808a…基板本体
808…デバイス基板(基板)
831a,831c,831e,831g…内部接合部
831b,831d,831f,831h…外周接合部
Claims (22)
- 基板本体の表面に形成された金属からなる接合部を有する基板どうしを接合する接合方法において、
少なくとも一方の前記基板の前記接合部は、前記基板本体の表面の所定領域を囲んで突出形成された少なくとも1つの内部接合部と、前記基板本体の周縁部に前記内部接合部すべてを取り囲んで突出形成された外周接合部とを有し、
前記外周接合部と他方の前記基板の前記接合部とを加圧手段により加圧して接合し、前記両基板の接合面間に前記外周接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入する仮接合工程と、
前記仮接合工程の後に、前記内部接合部と前記他方の前記接合部とを前記加圧手段により加圧して接合する本接合工程と
を備えることを特徴とする接合方法。 - 前記仮接合工程の前に、原子ビームまたはイオンビームまたはプラズマであるエネルギー波で前記少なくとも一方の基板の前記接合部を表面活性化する表面活性化工程をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。
- 前記仮接合工程において前記両基板の周縁部を、該周縁部以外よりも高くすることを特徴とする請求項1または2に記載の接合方法。
- 前記本接合工程における前記加圧手段による前記両基板の加圧の際、加圧位置をずらしながら加圧を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の接合方法。
- 前記本接合工程を、前記加圧手段としての高圧プレス手段により前記両基板の全面にわたって一括加圧することにより行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の接合方法。
- 前記本接合工程を、前記加圧手段としての加圧ローラ間に前記両基板を通過させて加圧することにより行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の接合方法。
- 前記仮接合工程を真空中で実行することにより前記空間を真空雰囲気で封止することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の接合方法。
- 前記仮接合工程を封入ガス中で実行することにより前記空間に前記封入ガスを封入することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の接合方法。
- 前記本接合工程を大気中で実行することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の接合方法。
- 前記仮接合工程および/または前記本接合工程における接合時に、前記両基板を加熱することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の接合方法。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の接合方法により形成されたデバイスであって、半導体デバイスまたはMEMSデバイスからなることを特徴とするデバイス。
- 基板本体の表面に形成された金属からなる接合部を有する基板どうしを接合する接合装置において、
少なくとも一方の前記基板の前記接合部として、前記基板本体の表面の所定領域を囲んで少なくとも1つの内部接合部を突出形成するとともに、前記基板本体の周縁部に前記内部接合部すべてを取り囲んで外周接合部を突出形成し、
一方の前記基板を保持するヘッドと、
他方の前記基板を保持するステージと、
前記ヘッドまたは前記ステージの少なくとも一方を前記基板の接合面とほぼ垂直な方向に加圧制御が可能な上下駆動機構と、
前記外周接合部と他方の前記基板の前記接合部とを加圧して接合し、前記両基板の接合面間に前記外周接合部によって輪郭状に囲まれて形成される空間に所定の雰囲気を封入して仮接合する仮接合手段と、
前記仮接合の後に、前記内部接合部と前記他方の前記接合部とを加圧して接合して本接合する本接合手段と
を備えることを特徴とする接合装置。 - 前記仮接合手段による前記仮接合に先立ち、
原子ビームまたはイオンビームまたはプラズマであるエネルギー波で前記少なくとも一方の基板の前記接合部を表面活性化する表面活性化手段をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の接合装置。 - 前記両基板を加圧する加圧位置をずらしながら加圧する加圧手段をさらに備え、
前記加圧手段により前記本接合を行うことを特徴とする請求項12または13に記載の接合装置。 - 加圧手段として前記両基板の全面にわたって一括加圧する高圧プレス手段をさらに備え、
前記高圧プレス手段により前記本接合を行うことを特徴とする請求項12または13に記載の接合装置。 - 加圧手段として前記両基板を通過させることで加圧する加圧ローラをさらに備え、
前記加圧ローラにより前記本接合を行うことを特徴とする請求項12または13に記載の接合装置。 - 前記両基板を加熱する加熱手段をさらに備え、
前記仮接合手段および/または前記本接合手段における接合時に、前記両基板を加熱することを特徴とする請求項12ないし16のいずれかに記載の接合装置。 - 請求項1ないし10のいずれかに記載の接合方法によって接合される基板であって、
前記接合部は、
前記基板本体の表面の所定領域をそれぞれ囲んで突出形成された複数の前記内部接合部と、
前記基板本体の周縁部に前記複数の内部接合部すべてを取り囲んで突出形成された前記外周接合部と
を備えることを特徴とする基板。 - 前記接合部が金で形成されている、または前記接合部表面に金膜が形成されていることを特徴とする請求項18に記載の基板。
- 前記外周接合部の硬度が、前記内部接合部の硬度よりも低く形成されていることを特徴とする請求項18または19に記載の基板。
- 前記外周接合部の前記基板本体の表面からの高さが、前記内部接合部の前記表面からの高さよりも高く形成されていることを特徴とする請求項18ないし20のいずれかに記載の基板。
- 前記内部接合部または前記外周接合部の断面が尖形形状に形成されていることを特徴とする請求項18ないし21のいずれかに記載の基板。
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