JP2015085343A - 常温接合装置及び常温接合方法 - Google Patents
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Description
このような常温接合装置は、複数のイオンビーム源(17)を用いて複数の方向から第1基板及び第2基板にイオンビーム(B)を照射することができる。すなわち、第1基板及び第2基板の表面をより均一にエッチングすることができる。それにより、第1基板及び第2基板が大口径であっても、第1基板及び第2基板の表面をより均一に活性化でき、接合ウェハでの接合品質を向上することができる。
このような常温接合装置は、2台のイオンビーム源(17)を対向するように配置して、対向する2方向からイオンビーム(B)を第1基板及び第2基板へ照射することにより、イオンビーム源(17)の数が少なくても、第1基板及び第2基板の表面をより均一に活性化することができる。
このような常温接合装置は、イオンビーム源本体(20)の位置を微調整できるので、イオンビーム(B)の照射位置や照射方向を微調整でき、第1基板及び第2基板の表面をより均一に活性化することができる。
このような常温接合装置は、複数のイオンビーム源(17)を用いて複数の方向から第1基板及び第2基板にイオンビーム(B)を照射しつつ、スパッタ材料を供給することができる。すなわち、第1基板及び第2基板の表面をより均一にエッチングしつつ、第1基板及び第2基板の表面に中間材料をより均一に成膜することができる。それにより、第1基板及び第2基板が大口径であり、かつ、接合し難い基板であっても、第1基板と第2基板の表面の均一な中間材層により、接合が可能となり、接合強度が向上し、接合ウェハでの接合品質を向上することができる。
このような常温接合装置は、複数のイオンビーム源(17)が同時にイオンビーム(B)を照射しないので、照射時間中において、真空チャンバ(3)から排気すべきイオンビーム(B)の粒子を少なく抑えることができる。それにより、真空排気装置(10)の負担を軽減することができ、排気能力の小さい真空排気装置(10)を用いることもできる。
このような常温接合装置は、イオンビーム源(17)が、他のイオンビーム源(17)のイオンビーム(B)を照射されても、所定材料で構成されたシャッター機構(23)でそのイオンビーム(B)を遮断できる。それにより、イオンビーム源(17)を構成する元素が第1基板や第2基板の表面に付着することを抑制することができる。
このような常温接合装置は、イオンビーム源(17)が、他のイオンビーム源(17)のイオンビーム(B)を照射されても、所定材料で構成された面でそのイオンビーム(B)を遮断できる。それにより、イオンビーム源(17)を構成する元素が第1基板や第2基板の表面に付着することを抑制することができる。
常温接合方法は、第1保持機構(11)で第1基板を保持するステップと、第2保持機構(14)で第2基板を前記第1基板と対向するように保持するステップとを具備している。さらに、複数のイオンビーム源(17)で第1基板と第2基板との間の方向へイオンビーム(B)を照射するステップと、圧接機構(15)でイオンビーム(B)の照射後の第1基板と前記第2基板とを重ね合わせて接合するステップとを具備している。
このような常温接合方法は、複数のイオンビーム源(17)を用いて複数の方向から第1基板及び第2基板にイオンビーム(B)を照射することができる。すなわち、第1基板及び第2基板の表面をより均一にエッチングすることができる。それにより、第1基板及び第2基板が大口径であっても、第1基板及び第2基板の表面をより均一に活性化でき、接合ウェハでの接合品質を向上することができる。
本実施の形態に係る常温接合装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示すブロック図である。常温接合装置100は、常温接合を実施する常温接合装置本体1と、常温接合装置本体1を制御する常温接合装置制御装置71とを具備している。
位置調整機構22は、照射軸Cの方向、照射軸Cに直交する略水平な方向、照射軸Cに直交する略鉛直な方向、旋回角方向、及び、仰角方向の少なくとも一つの方向に対して、イオンビーム源本体20を移動可能に、接合チャンバ3の内部に支持している。言い換えると、位置調整機構22は、図におけるx軸方向、y軸方向、z軸方向、θ角方向、及び、φ角方向の少なくとも一つの方向に対して、イオンビーム源本体20を移動可能に、接合チャンバ3の内部に支持している。それにより、イオンビームBの照射位置や照射横行の調整を行うことができ、ウェハでの活性化をより均一に行うことができる。
図8は、本実施の形態に係る常温接合方法を示すフローチャートである。この常温接合方法は、上述された常温接合装置100を用いて実行される。
なお、ユーザは、さらに他の複数の下側のウェハと他の複数の上側のウェハとをさらに常温接合したい場合には、その複数の下側のウェハに対応する複数の下側カートリッジとその複数の上側のウェハに対応する複数の上側カートリッジとを準備し、このような常温接合方法を再度実行することができる。
領域P1は、エッチングレートが8.50〜9.00nm/min.の領域である。領域P2は、エッチングレートが8.00〜8.50nm/min.の領域である。領域P3は、エッチングレートが7.50〜8.00nm/min.の領域である。領域P4は、エッチングレートが7.00〜7.50nm/min.の領域である。領域P5は、エッチングレートが6.50〜7.00nm/min.の領域である。領域P6は、エッチングレートが6.00〜6.50nm/min.の領域である。領域P7は、エッチングレートが5.50〜6.00nm/min.の領域である。領域P8は、エッチングレートが5.00〜5.50nm/min.の領域である。領域P9は、エッチングレートが4.50〜5.00nm/min.の領域である。領域P10は、エッチングレートが4.00〜4.50nm/min.の領域である。領域P11は、エッチングレートが3.50〜4.00nm/min.の領域である。領域P12は、エッチングレートが3.00〜3.50nm/min.の領域である。領域P13は、エッチングレートが2.50〜3.00nm/min.の領域である。領域P14は、エッチングレートが2.00〜2.50nm/min.の領域である。領域P15は、エッチングレートが1.50〜2.00nm/min.の領域である。領域P16は、エッチングレートが1.00〜1.50nm/min.の領域である。領域P17は、エッチングレートが0.50〜1.00nm/min.の領域である。領域P18は、エッチングレートが0.00〜0.50nm/min.の領域である。エッチングレートは、イオンビーム源17の出射端の近傍(図9Aの左端中央(−200、0)、図9Bの左端中央(−200、0)及び右端中央(200、0))で高く、そこから離れるに連れて単調に減少する。
第2の実施の形態に係る常温接合装置について説明する。本実施の形態の常温接合装置は、ウェハ(基板)の接合面に中間材層を形成可能である点で、第1の実施の形態の常温接合装置と相違している。以下、その相違点について主に説明する。
また、本実施の形態では、複数の種類の材料で構成可能なターゲットを備え、イオンビーム源がウェハだけでなくそのターゲットを物理スパッタリングすることで、ウェハ表面の活性化とウェハ表面(被接合面)への中間材層の形成とを複数の方向から同時に実施することができる。それにより、ウェハが大口径であっても、被接合面へ中間材層をより均一に形成できる。その結果、ウェハが大口径であっても、接合時に加熱したり大きな圧力を印加したりすることなく、接合し難いウェハ(基板)同士の常温接合を行うことが可能となる。
第3の実施の形態に係る常温接合装置について説明する。本実施の形態の常温接合装置は、複数のイオンビーム源を同時に使用するのではなく、時間をずらして少しずつ使用する点で、第1の実施の形態の常温接合装置と相違している。以下、その相違点について主に説明する。
図12は、本実施の形態に係る活性化方法(ステップS4)を示すフローチャートである。下側のウェハ42の表面と上側のウェハ52の表面とを活性化させる方法は、一方のイオンビームでウェハ42、52の表面を活性化させるステップ(ステップS11)と、他方のイオンビームでウェハ42、52の表面を活性化させるステップ(ステップS12)とを備えている。ただし、「一方のイオンビーム」はイオンビームB1およびイオンビームB2のいずれか一方であり、「他方のイオンビーム」は他方である。各ステップは、排他的に実行される。すなわち、まずステップS11を実行し、その終了後にステップS12を実行する。そして、ステップS11と、ステップS12とは、ほぼ同じ活性化条件で行う。言い換えると、イオンビーム源17−1とイオンビーム源17−2とは、活性化条件、すなわち、イオンビームB1とイオンビームB2とに関する、照射時間、各イオンビーム源の電極に加える電圧値、電流値、ガス種、ガス流量、各イオンビームの密度、速さ、エネルギーなどがおおむね同じに設定される。
第1活性化部73−1は、ガス種切替機構61を制御することにより、所定のガス(例えば、アルゴンガス)をイオンビーム源17−1に供給する。第1活性化部73−1は、活性化装置16を制御することにより、イオンビーム源17−1にイオンビームB1を出射させる(時刻t0)。イオンビーム源17−1は、イオンビームB1を下側のウェハ42及び上側のウェハ52へ出射する。それにより、下側のウェハ42及び上側のウェハ52の表面がエッチングされて活性化される。第1活性化部73−1は、出射時間が照射時間T1になったとき、イオンビームB1の出射を停止させる(時刻t1)。
ステップS11後、第2活性化部73−2は、ガス種切替機構61を制御することにより、所定のガス(例えば、アルゴンガス)をイオンビーム源17−2に供給する。第2活性化部73−2は、活性化装置16を制御することにより、イオンビーム源17−2にイオンビームB2を出射させる(時刻t1)。イオンビーム源17−2は、イオンビームB2を下側のウェハ42及び上側のウェハ52へ出射する。それにより、下側のウェハ42及び上側のウェハ52の表面がエッチングされて活性化される。第2活性化部73−2は、出射時間が照射時間T2になったとき、イオンビームB2の出射を停止させる(時刻t2)。このとき、照射時間T1=照射時間T2である。
また、真空排気装置10のポンプの排気速度を、イオンビーム源が1台の場合と同程度の排気速度に抑えることができ、真空排気装置10のサイズを大型化せず、コストを抑えたまま、大口径ウェハの接合が可能となる。
第4の実施の形態に係る常温接合装置について説明する。本実施の形態の常温接合装置は、イオンビーム源の前にシャッターを設けている点で、第1の実施の形態の常温接合装置と相違している。以下、その相違点について主に説明する。
2 :ロードロックチャンバ
3 :接合チャンバ
5 :ゲート
6 :ゲートバルブ
7 :棚
8 :搬送ロボット
10 :真空排気装置
11 :位置決めステージキャリッジ
12 :位置合わせ機構
14 :静電チャック
15 :圧接機構
16 :活性化装置
17 :イオンビーム源
18 :ターゲット基板
19 :ターゲット
19a :ターゲット
20 :イオンビーム源本体
21 :照射孔
22 :位置調整機構
23 :シャッター機構
24 :シャッター本体
25 :支持部材
26 :駆動部
28 :正面部分
42 :ウェハ
52 :ウェハ
61 :ガス種切替機構
64 :管路
71 :常温接合装置制御装置
72 :搬送部
73 :活性化部
74 :接合部
100 :常温接合装置
B :イオンビーム
B1 :イオンビーム
B1T :イオンビーム
B1W :イオンビーム
B2 :イオンビーム
B2T :イオンビーム
B2W :イオンビーム
C :照射軸
D :中心軸
P1〜P18 :領域
T1 :照射時間
T2 :照射時間
α :広がり角度
Claims (8)
- 第1基板を保持する第1保持機構と、
前記第1基板と対向するように第2基板を保持する第2保持機構と、
互いに異なる方向から前記第1基板と前記第2基板との間の方向へイオンビームを照射する複数のイオンビーム源と、
前記イオンビームの照射後の前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせて接合する圧接機構と
を具備し、
前記複数のイオンビーム源は、
照射孔の中心から前記照射孔が形成された面の法線の方向に伸びる仮想の照射軸が、前記第1基板及び前記第2基板とは交差せず、前記第1基板と前記第2基板との間を通る
常温接合装置。 - 請求項1に記載の常温接合装置において、
前記複数のイオンビーム源は、
第1イオンビーム源と、
前記第1イオンビーム源と対向するように配置された第2イオンビーム源と
を備える
常温接合装置。 - 請求項1又は2に記載の常温接合装置において、
前記複数のイオンビーム源の各々は、
前記イオンビームを照射するイオンビーム源本体と、
前記照射軸の方向、前記照射軸に直交する略水平な方向、前記照射軸に直交する略鉛直な方向、旋回角方向、及び、仰角方向の少なくとも一つの方向に対して、前記イオンビーム源本体を移動可能とする位置調整機構と
を備える
常温接合装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記第1保持機構及び前記第2保持機構の少なくとも一方と、前記複数のイオンビーム源との間に設けられ、前記複数のイオンビーム源からのイオンビームでスパッタされる複数のターゲットを更に具備する
常温接合装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記複数のイオンビーム源の各々は、照射時間が互いに重ならないようにイオンビームを照射する
常温接合装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記複数のイオンビーム源の各々は、前記照射孔が形成された面を覆うことが可能なシャッター機構を備え、
前記シャッター機構は、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方と同じ材料、イオンビームに対してスパッタされ難い材料及び前記第1基板と前記第2基板との接合強度を高める材料の少なくとも一つで形成されている
常温接合装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記複数のイオンビーム源の各々は、前記照射孔が設けられたイオンビーム源の筐体正面部分が、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方と同じ材料、イオンビームに対してスパッタされ難い材料及び前記第1基板と前記第2基板との接合強度を高める材料の少なくとも一つで形成されている
常温接合装置。 - 常温接合装置を用いた常温接合方法であって、
ここで、前記常温接合装置は、
第1基板を保持する第1保持機構と、
前記第1基板と対向するように第2基板を保持する第2保持機構と、
互いに異なる方向から前記第1基板と前記第2基板との間の方向へイオンビームを照射する複数のイオンビーム源と、
前記イオンビームの照射後の前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせて接合する圧接機構と
を具備し、
前記複数のイオンビーム源は、
照射孔の中心から前記照射孔が形成された面の法線の方向に伸びる仮想の照射軸が、前記第1基板及び前記第2基板とは交差せず、前記第1基板と前記第2基板との間を通り、
前記常温接合方法は、
前記第1保持機構で第1基板を保持するステップと、
前記第2保持機構で第2基板を前記第1基板と対向するように保持するステップと、
前記複数のイオンビーム源で前記第1基板と前記第2基板との間の方向へイオンビームを照射するステップと、
前記圧接機構で前記イオンビームの照射後の前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせて接合するステップと
を具備する
常温接合方法。
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