JP2017022056A

JP2017022056A - Substrate processing method and airtight seal method for package

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Publication number: JP2017022056A
Application number: JP2015140752A
Authority: JP
Inventors: 難波　正和; Masakazu Nanba; 正和難波; 悠葵本田; Yuki Honda
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing method capable of uniformly processing a front face of a substrate by easily attaching/detaching a mask inside of a vacuum processing apparatus, and an airtight seal method for a package employing the substrate processing method.SOLUTION: A mask consisting of a magnetic substance is disposed on a front face of a substrate, a magnet is provided n a rear side of the substrate, the mask is held on the front face of the substrate and while holding the mask, processing such as metal deposition or sputtering is applied to the front face of the substrate within vacuum. Such a method is utilized to perform vacuum airtight sealing by joining a photoelectric conversion film glass substrate and a glass package substrate including an electron source array within high vacuum by using a metal thin film that is formed on a surface where the substrates are brought into contact with each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、基板の処理方法と、それを利用したパッケージの気密封止方法に関し、特に、真空中で基板に被膜形成処理や表面活性化処理を行う処理方法と、被膜形成処理等を行った基板を用いた、真空デバイスに適したパッケージの気密封止方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing method and a hermetic sealing method of a package using the substrate processing method, and in particular, a processing method for performing a film forming process or a surface activation process on a substrate in vacuum, a film forming process, etc. The present invention relates to a hermetic sealing method of a package suitable for a vacuum device using a substrate.

近年、小型高感度カメラの実現に向けて、画素ごとに独立に電子ビームを放出することのできる電子放出源を並べた電子源アレイと、入射光の強さに応じて電荷を生成する光電変換膜とを、近接対向配置させた平面型撮像素子が開発されている（非特許文献１）。 In recent years, with the aim of realizing a compact and high-sensitivity camera, an electron source array in which electron emission sources capable of emitting an electron beam independently for each pixel are arranged, and photoelectric conversion that generates charges according to the intensity of incident light A planar imaging device in which a film is disposed in close proximity to each other has been developed (Non-Patent Document 1).

図５に、電子放出源アレイを利用した撮像素子の概念図を示す。図５に示す撮像素子は、光電変換膜１２２を備えた透光性基板１１０、メッシュ状電極１４０、及び電子放出源アレイ２３０からなる真空デバイスであり、さらに、映像信号を読み出す外部回路を備える。 FIG. 5 shows a conceptual diagram of an image sensor using an electron emission source array. The imaging element shown in FIG. 5 is a vacuum device including a translucent substrate 110 provided with a photoelectric conversion film 122, a mesh electrode 140, and an electron emission source array 230, and further includes an external circuit that reads a video signal.

透光性基板１１０上（図では下面側）に透光性導電膜１２１が形成され、さらに、透光性導電膜１２１上に光電変換膜１２２が形成される。また、電子放出源アレイ２３０は、電子放出源がマトリクス状に配置されたものであり、陰極配線２３１、エミッタ電極２３２、ゲート電極２３３、集束電極２３４等を備えており、光電変換膜１２２と真空空間を隔てて対向するように保持されている。メッシュ状電極１４０は、光電変換膜１２２と電子放出源アレイ２３０との間に配設され、電源１５１により電子放出源アレイから電子を引き出して加速するための電圧が印加される。 A light-transmitting conductive film 121 is formed on the light-transmitting substrate 110 (the lower surface side in the drawing), and a photoelectric conversion film 122 is further formed on the light-transmitting conductive film 121. The electron emission source array 230 includes electron emission sources arranged in a matrix, and includes a cathode wiring 231, an emitter electrode 232, a gate electrode 233, a focusing electrode 234, and the like, and a photoelectric conversion film 122 and a vacuum. It is held so as to face each other with a space therebetween. The mesh electrode 140 is disposed between the photoelectric conversion film 122 and the electron emission source array 230, and a voltage for extracting and accelerating electrons from the electron emission source array is applied by the power source 151.

撮像素子の動作について説明する。レンズを通した光（入射光像）は、図５で透光性基板１１０の上面側から入射し、透光性基板１１０及び透光性導電膜１２１を透過し、ａ−Ｓｅ等の光電変換膜１２２に到達する。この透過光により、光電変換膜１２２内に電子・正孔対が生じる。電源１５２によって、高電圧が透光性導電膜１２１に印加されると、光電変換膜１２２の中を、正孔がアバランシェ増倍現象を伴いながら電子放出源アレイ２３０の側に向けて移動し、光電変換膜１２２の電子放出源アレイ側の表面に、入射光像に対応した分布で正孔が蓄積される。 The operation of the image sensor will be described. The light passing through the lens (incident light image) is incident from the upper surface side of the translucent substrate 110 in FIG. 5, passes through the translucent substrate 110 and the translucent conductive film 121, and is subjected to photoelectric conversion such as a-Se. The film 122 is reached. The transmitted light generates electron / hole pairs in the photoelectric conversion film 122. When a high voltage is applied to the translucent conductive film 121 by the power source 152, holes move in the photoelectric conversion film 122 toward the electron emission source array 230 side with an avalanche multiplication phenomenon, Holes are accumulated on the surface of the photoelectric conversion film 122 on the electron emission source array side in a distribution corresponding to the incident light image.

次に、蓄積された電荷を一画素ずつ読み取って、映像信号を作る。すなわち、電子放出源アレイ２３０の陰極２３１及びゲート電極２３３の電位を走査し、電子放出源アレイ２３０の各単位領域（画素に対応）のエミッタ電極２３２から、順次電子ビームを光電変換膜１２２に対して放出する。電子放出源アレイ２３０から放出される電子と光電変換膜１２２に蓄積された正孔とが再結合し、蓄積電荷に対応する電流が、透光性導電膜１２１を介して外部回路を流れる。 Next, the stored charge is read pixel by pixel to create a video signal. That is, the potential of the cathode 231 and the gate electrode 233 of the electron emission source array 230 is scanned, and an electron beam is sequentially applied to the photoelectric conversion film 122 from the emitter electrode 232 in each unit region (corresponding to a pixel) of the electron emission source array 230. And release. The electrons emitted from the electron emission source array 230 and the holes accumulated in the photoelectric conversion film 122 are recombined, and a current corresponding to the accumulated charge flows through the external circuit through the translucent conductive film 121.

電子放出源アレイ２３０から放射された電子ビームの位置（各画素）に対応して、抵抗１５３に流れた電流による電圧降下の変動分をコンデンサ１５４等を介して時系列の信号として出力し、この出力信号を信号増幅・処理回路１５５で増幅、処理することで、映像信号として取り出す。こうして入射光像に対応した画像を、モニタ１６０に出力することができる。 Corresponding to the position (each pixel) of the electron beam emitted from the electron emission source array 230, the fluctuation amount of the voltage drop due to the current flowing through the resistor 153 is output as a time-series signal via the capacitor 154 and the like. The output signal is amplified and processed by the signal amplification / processing circuit 155 to be taken out as a video signal. In this way, an image corresponding to the incident light image can be output to the monitor 160.

電子放出源アレイ２３０を利用した撮像デバイスは、真空デバイスであるため、真空気密封止されたパッケージ内に収められている。図６に、従来の真空気密パッケージを構成する部品を示す。構成部品は、（ａ）フェースプレート（面板、又は「パッケージを構成する第１の基板」ということがある。）、（ｂ）インジウムリング、及び（ｃ）パッケージ基板（「パッケージを構成する第２の基板」ということがある。）からなる。 Since the imaging device using the electron emission source array 230 is a vacuum device, it is housed in a vacuum hermetically sealed package. FIG. 6 shows components constituting a conventional vacuum hermetic package. The components include (a) a face plate (sometimes referred to as a face plate or “first substrate constituting a package”), (b) an indium ring, and (c) a package substrate (“second package constituting a package”). It may be referred to as a “substrate”.

図６（ａ）は、光電変換膜を形成したフェースプレート（面板）１０の平面図と断面図である。フェースプレート１０は、透光性基板（例えば、ガラス基板）１１の電子源アレイに対向する側の面（図では下面）に、光電変換膜１２を備えている。なお、透光性基板１１と光電変換膜１２との間には透光性導電膜（図示せず）が形成されており、透光性基板１１の一部に貫通孔が設けられて、光電変換膜１２（及び透光性導電膜）から外部への取り出し電極（図示せず）が引き出されている。 FIG. 6A is a plan view and a cross-sectional view of a face plate (face plate) 10 on which a photoelectric conversion film is formed. The face plate 10 includes a photoelectric conversion film 12 on a surface (a lower surface in the drawing) of a light transmitting substrate (for example, a glass substrate) 11 facing the electron source array. Note that a light-transmitting conductive film (not shown) is formed between the light-transmitting substrate 11 and the photoelectric conversion film 12, and a through-hole is provided in a part of the light-transmitting substrate 11, so that the photoelectric An external extraction electrode (not shown) is drawn out from the conversion film 12 (and the translucent conductive film).

図６（ｂ）に、インジウムリング３０の平面図と断面図を示す。インジウムリング３０は、金属のインジウム３１と、ステンレス等からなるインジウム支持リング３２とからなる。インジウム３１は比較的柔らかい金属であり、圧力により常温で変形し、フェースプレート１０及びパッケージ基板２０と密着することができる。 FIG. 6B shows a plan view and a cross-sectional view of the indium ring 30. The indium ring 30 includes a metal indium 31 and an indium support ring 32 made of stainless steel or the like. Indium 31 is a relatively soft metal, can be deformed at room temperature by pressure, and can be in close contact with the face plate 10 and the package substrate 20.

図６（ｃ）に、電子源アレイを固定したパッケージ基板２０の平面図と断面図を示す。電子源アレイ２３は、駆動回路とともに例えばシリコン基板に形成され、ガラス等からなる基板２１に固定される。電子源アレイ駆動回路に信号を印加するため、ガラス基板２１上に形成した金属薄膜配線（図示せず）と電子源アレイ２３の端子との間をワイヤ（図示せず）でつないでいる。なお、ガラス基板２１に直接電子源アレイを形成する場合もある。また、このガラス基板２１には、外囲器の一部であるガラスリング２２がフリットガラスなどで接着してある。このガラスリング２２は、メッシュ状電極を支持するのにも利用される。 FIG. 6C shows a plan view and a cross-sectional view of the package substrate 20 to which the electron source array is fixed. The electron source array 23 is formed on a silicon substrate, for example, together with a drive circuit, and is fixed to the substrate 21 made of glass or the like. In order to apply a signal to the electron source array driving circuit, a metal thin film wiring (not shown) formed on the glass substrate 21 and a terminal of the electron source array 23 are connected by a wire (not shown). An electron source array may be formed directly on the glass substrate 21. Further, a glass ring 22 as a part of the envelope is bonded to the glass substrate 21 with frit glass or the like. The glass ring 22 is also used to support the mesh electrode.

図７に、従来のパッケージを組み立て、真空気密封止する方法を示す。図７（ａ）のように、電子源アレイを固定したパッケージ基板２０と、光電変換膜を形成したフェースプレート（面板）１０との間に、インジウムリング３０を挟み、電子源アレイと光電変換膜とを位置合わせした後、上下から圧力をかけ、冷間圧着する。図７（ｂ）のように、圧力により、インジウム３１が変形し、パッケージ基板２０のガラスリング２２及びフェースプレート１０とそれぞれ密着することで、真空気密封止とともに各部品の固定を行なっている。光電変換膜が熱に弱いため、このような冷間圧着が必要となる。なお、インジウムの酸化等を防止するため、この気密封止は真空中で行うことが望ましいが、空気中でパッケージを組み立てて封止した後に、パッケージ基板２０に形成した貫通孔を通して内部の空気の排気を行い、パッケージ内部を真空とした後、排気用貫通孔を閉じて真空気密封止を完成しても良い。圧着によってつぶれたインジウム３１は、真空気密材であるとともに光電変換膜と電子源アレイとの距離を決めるためのスペーサともなっている。また、ガラスリング２２でメッシュ電極（図示せず）を支持した場合は、インジウムリング３０をメッシュ電極の電圧供給端子として利用することができる。 FIG. 7 shows a method of assembling a conventional package and vacuum-tightly sealing it. As shown in FIG. 7A, an indium ring 30 is sandwiched between a package substrate 20 on which the electron source array is fixed and a face plate (face plate) 10 on which the photoelectric conversion film is formed, and the electron source array and the photoelectric conversion film are sandwiched. Are aligned, then pressure is applied from above and below, and cold pressure bonding is performed. As shown in FIG. 7B, the indium 31 is deformed by pressure and is in close contact with the glass ring 22 and the face plate 10 of the package substrate 20, thereby fixing each component together with vacuum hermetic sealing. Since the photoelectric conversion film is vulnerable to heat, such cold pressure bonding is necessary. In order to prevent indium oxidation or the like, this hermetic sealing is preferably performed in a vacuum. However, after the package is assembled and sealed in the air, the internal air is passed through the through-hole formed in the package substrate 20. After exhausting and evacuating the inside of the package, the exhaust through hole may be closed to complete the vacuum hermetic sealing. The indium 31 crushed by the pressure bonding is a vacuum hermetic material and also serves as a spacer for determining the distance between the photoelectric conversion film and the electron source array. When the mesh electrode (not shown) is supported by the glass ring 22, the indium ring 30 can be used as a voltage supply terminal for the mesh electrode.

このような、インジウムリングを利用した従来の気密封止方法には、幾つかの課題がある。 The conventional hermetic sealing method using an indium ring has several problems.

まず、インジウムリングの切削加工について、図８に基づいて説明する。インジウムリング３０は、インジウム３１が柔らかい金属でありキズが付きやすい等の理由から、図８（ａ）のように、ステンレスなどの支持リング３２に多めに形成し、その後、圧着直前に切削することで真空気密性を損なわせる表面の酸化膜やキズ等を取り除くとともに、図８（ｂ）に示す所望の形状のインジウム３１’を得ている。このため、所望の形にするために切削するインジウムの量が非常に多く、高価なインジウムの無駄が出るという問題点がある。また、インジウムは柔らかいため切削が難しく所望の形状を高精度に得るには、高度な熟練が必要になるため、誰もが簡単に気密封止を行うことができない。 First, indium ring cutting will be described with reference to FIG. For the reason that indium 31 is a soft metal and easily scratched, the indium ring 30 is formed on the support ring 32 of stainless steel or the like as shown in FIG. As a result, the oxide film and scratches on the surface which impair the vacuum tightness are removed, and indium 31 'having a desired shape shown in FIG. 8B is obtained. For this reason, there is a problem that the amount of indium to be cut to obtain a desired shape is very large, and expensive indium is wasted. Further, since indium is soft, cutting is difficult and high skill is required to obtain a desired shape with high accuracy, so that no one can easily perform hermetic sealing.

次に、従来の冷間圧着における課題について説明する。図９に、冷間圧着により気密封止したパッケージを示す。図９（ａ）の拡大図に示すように、フェースプレート１０の透光性基板（ガラス基板）１１と、パッケージ基板２０のガラスリング２２とが、インジウム３１により密着する。このとき、圧着前のインジウム３１の量と形状、および圧着時の圧力によって、圧着後のインジウムの張り出し量ｄおよび厚みｌが決まる。そして、張り出し量ｄは真空気密に影響をおよぼし、厚みｌとガラスリングの高さｈによって素子の特性（主に解像度）を大きく左右する光電変換膜１２と電子源アレイ２３の距離Ｌが設定される。したがって、真空気密性および所望のＬを両立するために、圧着前のインジウムの量（または形状）および圧着時の圧力を、正確に制御する必要がある。しかしながら、前述のようにインジウムはやわらかく切削誤差が生じやすいため、素子間で距離Ｌの寸法誤差、すなわち特性のばらつきが大きく生じてしまい、歩留まりが悪い。 Next, problems in conventional cold press bonding will be described. FIG. 9 shows a package hermetically sealed by cold pressure bonding. As shown in the enlarged view of FIG. 9A, the translucent substrate (glass substrate) 11 of the face plate 10 and the glass ring 22 of the package substrate 20 are in close contact with the indium 31. At this time, the amount d and the thickness l of indium after pressure bonding are determined by the amount and shape of indium 31 before pressure bonding and the pressure during pressure bonding. The overhang d affects the airtightness of the vacuum, and the distance L between the photoelectric conversion film 12 and the electron source array 23 that sets the characteristics (mainly resolution) greatly depends on the thickness l and the height h of the glass ring. The Therefore, in order to achieve both vacuum tightness and desired L, it is necessary to accurately control the amount (or shape) of indium before pressure bonding and the pressure during pressure bonding. However, as described above, indium is soft and is likely to cause a cutting error. Therefore, a dimensional error of the distance L between elements, that is, a large variation in characteristics occurs, resulting in poor yield.

また、図９（ｂ）に示すように、仮にインジウムの量および形状や圧力が正確に制御できたとしても、圧着時の治工具の公差等により、圧着時に、相互の中心軸がわずかにずれることで、部分的にインジウムのつぶし量が変わり、光電変換膜と電子源アレイの間に傾きが生じて距離Ｌが不均一になり、素子の特性（解像度）の面内均一性を損なう場合もある。 Further, as shown in FIG. 9B, even if the amount, shape, and pressure of indium can be accurately controlled, the mutual central axes are slightly shifted during crimping due to the tolerance of jigs and tools during crimping. As a result, the amount of indium crushed partially changes, an inclination occurs between the photoelectric conversion film and the electron source array, the distance L becomes non-uniform, and the in-plane uniformity of element characteristics (resolution) may be impaired. is there.

このような、多くの問題点を有する従来のインジウムリングを使用した気密封止方法に代わる、新たな気密封止方法として、接合を利用して気密封止する方法が考えられる。 As a new hermetic sealing method replacing the conventional hermetic sealing method using an indium ring having many problems, a method of hermetic sealing using bonding is conceivable.

図１０に、接合によるパッケージの気密封止方法を示す。まず、図１０（ａ）に示すように、フェースプレート（面板）１０の光電変換膜１２を有する側（電子源アレイと対向する側）の接合領域に、金属薄膜４１を形成する。また、図１０（ｂ）に示すように、電子源アレイ２３を固定したパッケージ基板２０のガラスリング２２の表面に金属薄膜４２を形成する。その後、図１０（ｃ）のように、フェースプレート１０とパッケージ基板２０のガラスリング２２とを、形成した金属薄膜４１，４２が互いに密着するように組合せ、金属薄膜同士を表面活性化接合や原子拡散接合などを用いて接合し、気密封止する。この方法は、基板の接合にほとんど圧力を要さず、また、接合部の金属薄膜を極めて薄くできるため、光電変換膜と電子源アレイとの距離にばらつきが生じない等の効果がある。また、この方法は、室温での接合、若しくは処理温度を大幅に下げた接合が可能であり、例えば、光電変換膜のような熱に弱い構成部品を有する電子素子のパッケージの気密封止に適している。 FIG. 10 shows a hermetic sealing method of the package by bonding. First, as shown in FIG. 10A, a metal thin film 41 is formed in a bonding region of the face plate (face plate) 10 on the side having the photoelectric conversion film 12 (side facing the electron source array). Further, as shown in FIG. 10B, a metal thin film 42 is formed on the surface of the glass ring 22 of the package substrate 20 to which the electron source array 23 is fixed. After that, as shown in FIG. 10C, the face plate 10 and the glass ring 22 of the package substrate 20 are combined so that the formed metal thin films 41 and 42 are in close contact with each other, and the metal thin films are bonded to each other by surface activated bonding or atoms. Bonded using diffusion bonding or the like and hermetically sealed. This method requires little pressure for bonding the substrates, and has an effect that the distance between the photoelectric conversion film and the electron source array does not vary because the metal thin film at the bonding portion can be made extremely thin. In addition, this method enables bonding at room temperature or bonding at a greatly reduced processing temperature, and is suitable for hermetic sealing of electronic device packages having heat-sensitive components such as photoelectric conversion films, for example. ing.

なお、表面活性化接合とは、２つの基板の接合面を真空中で表面処理（例えば、イオンビームやプラズマなどによるスパッタエッチング等）を行うことにより、表面の原子を、化学結合を形成しやすい活性化された状態とし、その後、２つの基板を真空中で接合する方法である（非特許文献２）。また、原子拡散接合とは、接合する２つの基板の表面にスパッタ等で金属薄膜を形成し、引き続き真空中で、その金属薄膜を相互に接触させて基板を接合する方法である（非特許文献３，４）。 Surface activated bonding means that surface bonding (for example, sputter etching using an ion beam or plasma) is performed on a bonding surface of two substrates in a vacuum, thereby easily forming a chemical bond between surface atoms. In this method, the two substrates are bonded in a vacuum after being activated (Non-Patent Document 2). In addition, atomic diffusion bonding is a method in which a metal thin film is formed on the surfaces of two substrates to be bonded by sputtering or the like, and then the substrates are bonded together by bringing the metal thin films into contact with each other in a vacuum (non-patent document). 3, 4).

難波正和、他、「ＦＥＡとＨＡＲＰ光電変換膜を適用した小型超高感度撮像デバイスの開発」、表面科学、（2008年）、Vol.29、No.11、pp.707-712Masakazu Namba, et al., "Development of a compact ultra-sensitive imaging device using FEA and HARP photoelectric conversion film", Surface Science, (2008), Vol. 29, No. 11, pp.707-712 Hideki Takagi, et al., "Room-temperature bonding of lithium niobate and silicon wafers by argon-beam surface activation", Applied Physics Letters, (19 April 1999), vol.74, no.16, p.2387-2389Hideki Takagi, et al., "Room-temperature bonding of lithium niobate and silicon wafers by argon-beam surface activation", Applied Physics Letters, (19 April 1999), vol.74, no.16, p.2387-2389 島津武仁、他、「金属薄膜を用いた原子拡散接合の開発」、まてりあ、（2010年）、第49巻、第11号、p.521-527Takehito Shimazu, et al., “Development of atomic diffusion bonding using metal thin films”, Materia (2010), 49, 11, p.521-527 T. Shimatsu, et al., "Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal files", J. Vac. Sci. Technol. B, (Jun/Aug 2010), vol.28, No.4, p.706-714T. Shimatsu, et al., "Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal files", J. Vac. Sci. Technol. B, (Jun / Aug 2010), vol.28, No.4, p.706- 714

接合を利用した気密封止方法は、上述のように多くの利点を有するが、実施にあたっては、接合する領域に金属薄膜を形成し、さらに接合する金属面が清浄で活性な状態であることが求められる。したがって、真空蒸着やスパッタ法で金属薄膜を形成する場合、フェースプレート１０及びパッケージ基板２０にはマスクを用いて所望する箇所のみに薄膜を形成し、大気に触れないようそのまま接合する必要がある。接合用の膜を成膜した後大気にさらした場合は、接合直前に真空中でアルゴンスパッタやプラズマなどにより、金属薄膜を活性化させた直後に接合する必要がある。何れの方法にせよ、真空中でマスクを操作し、光電変換膜ないし電子源アレイなど接合部以外の箇所を保護して、成膜処理やスパッタ処理を行い、引き続き気密封止を行わなければならない。 As described above, the hermetic sealing method using bonding has many advantages. However, in practice, a metal thin film is formed in a bonding region, and a metal surface to be bonded is in a clean and active state. Desired. Therefore, when a metal thin film is formed by vacuum deposition or sputtering, it is necessary to form a thin film only on a desired portion on the face plate 10 and the package substrate 20 using a mask and to bond them as they are without exposure to the atmosphere. When the film for bonding is formed and then exposed to the atmosphere, it is necessary to bond immediately after the metal thin film is activated by argon sputtering or plasma in a vacuum immediately before bonding. Regardless of the method, the mask must be operated in a vacuum to protect the portions other than the junction, such as the photoelectric conversion film or the electron source array, and perform film formation or sputtering, and then perform hermetic sealing. .

図１１に、フェースプレート（パッケージを構成する第１の基板）１０に薄膜形成を行うときの従来のマスク保持方法の一例を示す。図１１（ａ）は、フェースプレート１０の透光性基板１１における、光電変換膜１２と薄膜形成する領域１３との位置関係を示す図である。図１１（ｂ）は、光電変換膜１２の保護のため、光電変換膜１２をマスク５１で覆い、薄膜形成領域１３を下に向けた状態で、真空蒸着やスパッタ等により金属薄膜４１を形成した図を示す。ここでは、光電変換膜１２を形成したフェースプレート１０を保持するホルダ６１に、ワイヤ状のマスク支持部材６５を設け、マスク５１をマスク支持部材（ワイヤ）６５で支持して、宙吊りにしている。この方法では、マスクを吊るための支持ワイヤ６５が成膜時に影となり、基板上に均一な成膜ができない。同様に、プラズマによる活性化の場合も均一に表面処理ができない。また、真空中でのマスクの取り外しが容易でなく、真空装置内での一貫操作による接合に向かない。図１１（ｃ）は、フェースプレート１０を逆向き（上向き）にし、マスク５１をその自重で基板１１上に載せる方法であるが、マスクを保持する部材がない場合は装置の振動でマスクがずれやすく、またこの向きでは真空蒸着による成膜ができない。 FIG. 11 shows an example of a conventional mask holding method when a thin film is formed on the face plate (first substrate constituting the package) 10. FIG. 11A is a diagram showing a positional relationship between the photoelectric conversion film 12 and the region 13 where a thin film is formed on the light-transmitting substrate 11 of the face plate 10. In FIG. 11B, in order to protect the photoelectric conversion film 12, the metal thin film 41 is formed by vacuum deposition, sputtering, or the like with the photoelectric conversion film 12 covered with a mask 51 and the thin film formation region 13 facing downward. The figure is shown. Here, a wire-like mask support member 65 is provided on the holder 61 that holds the face plate 10 on which the photoelectric conversion film 12 is formed, and the mask 51 is supported by the mask support member (wire) 65 and suspended in the air. In this method, the support wire 65 for suspending the mask becomes a shadow during film formation, and uniform film formation cannot be performed on the substrate. Similarly, even in the case of activation by plasma, uniform surface treatment cannot be performed. Moreover, it is not easy to remove the mask in a vacuum, and it is not suitable for bonding by an integrated operation in a vacuum apparatus. FIG. 11C shows a method in which the face plate 10 is reversed (upward) and the mask 51 is placed on the substrate 11 by its own weight. However, when there is no member for holding the mask, the mask is displaced due to vibration of the apparatus. In this direction, film formation by vacuum deposition is not possible.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、真空中でのマスクの操作を容易にするとともに、スパッタや成膜の際に陰になる部分がなく、均一な処理が可能な基板処理方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above problems is to facilitate the operation of the mask in a vacuum, and there is no shaded part during sputtering or film formation, and uniform processing is possible. It is to provide a possible substrate processing method.

また、本発明の別の目的は、半導体装置等に使用されるパッケージを、室温、若しくは処理温度を大幅に下げて、ほとんど圧力を要さず気密封止する方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for hermetically sealing a package used for a semiconductor device or the like by substantially reducing the room temperature or processing temperature and hardly requiring pressure.

上記課題を解決するために本発明に係る基板処理方法は、基板の第１の主面に磁性体からなるマスクを配置し、前記基板の第２の主面側から磁力を加えて前記マスクを前記基板に保持し、前記マスクを保持したまま真空中で前記基板の第１の主面に対して所定の処理を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a substrate processing method according to the present invention includes arranging a mask made of a magnetic material on a first main surface of a substrate, and applying the magnetic force from the second main surface side of the substrate. A predetermined process is performed on the first main surface of the substrate in a vacuum while holding the mask and holding the mask.

また、前記基板処理方法において、前記所定の処理は、金属薄膜の形成処理であることが望ましい。 In the substrate processing method, it is preferable that the predetermined process is a metal thin film forming process.

また、前記基板処理方法において、前記所定の処理は、イオンビーム又はプラズマによる表面活性化処理であることが望ましい。 In the substrate processing method, the predetermined process is preferably a surface activation process using an ion beam or plasma.

上記課題を解決するために本発明に係るパッケージの気密封止方法は、パッケージを構成する第１の基板の第１の主面に磁性体からなる第１のマスクを配置し、前記第１の基板の第２の主面側から磁力を加えて前記第１のマスクを前記第１の基板に保持し、前記第１のマスクを保持したまま真空中で前記第１の基板の第１の主面に対して金属薄膜を被着する工程と、前記パッケージを構成する第２の基板の第１の主面に磁性体からなる第２のマスクを配置し、前記第２の基板の第２の主面側から磁力を加えて前記第２のマスクを前記第２の基板に保持し、前記第２のマスクを保持したまま真空中で前記第２の基板の第１の主面に対して金属薄膜を被着する工程と、金属薄膜形成後に磁力を解除して第１と第２のマスクを外す工程と、前記金属薄膜同士を接合させて前記第１の基板と前記第２の基板を密着させる工程とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a hermetic sealing method for a package according to the present invention includes arranging a first mask made of a magnetic material on a first main surface of a first substrate constituting the package, and A magnetic force is applied from the second main surface side of the substrate to hold the first mask on the first substrate, and the first main of the first substrate is held in a vacuum while holding the first mask. A step of depositing a metal thin film on the surface, a second mask made of a magnetic material is disposed on a first main surface of the second substrate constituting the package, and a second mask of the second substrate is disposed. A magnetic force is applied from the main surface side to hold the second mask on the second substrate, and the metal is applied to the first main surface of the second substrate in a vacuum while holding the second mask. A step of depositing a thin film, a step of removing the first and second masks by releasing the magnetic force after forming the metal thin film, and the metal Characterized by comprising the steps of: by bonding a film to each other is brought into close contact with the second substrate and the first substrate.

また、上記課題を解決するために本発明に係るパッケージの気密封止方法は、パッケージを構成する第１の基板の第１の主面に磁性体からなる第１のマスクを配置し、前記第１の基板の第２の主面側から磁力を加えて前記第１のマスクを前記第１の基板に保持し、前記第１のマスクを保持したまま真空中で前記第１の基板の第１の主面に対して表面活性化処理を行う工程と、前記パッケージを構成する第２の基板の第１の主面に磁性体からなる第２のマスクを配置し、前記第２の基板の第２の主面側から磁力を加えて前記第２のマスクを前記第２の基板に保持し、前記第２のマスクを保持したまま真空中で前記第２の基板の第１の主面に対して表面活性化処理を行う工程と、表面活性化処理後に磁力を解除して第１と第２のマスクを外す工程と、表面活性化処理された領域同士を接合させて前記第１の基板と前記第２の基板を密着させる工程とを備えたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a hermetic sealing method for a package, comprising: arranging a first mask made of a magnetic material on a first main surface of a first substrate constituting the package; The first mask is held on the first substrate by applying a magnetic force from the second main surface side of the first substrate, and the first substrate of the first substrate is held in a vacuum while holding the first mask. Performing a surface activation process on the main surface of the second substrate, and disposing a second mask made of a magnetic material on the first main surface of the second substrate constituting the package, The second mask is held on the second substrate by applying a magnetic force from the main surface side of the second substrate, and the second mask is held against the first main surface of the second substrate in a vacuum while holding the second mask. Performing the surface activation process and removing the first and second masks by releasing the magnetic force after the surface activation process. , Characterized by comprising the steps of: by junction regions each other treated surface activated adhering the second substrate and the first substrate.

また、前記パッケージの気密封止方法において、第１と第２のマスクを外す工程は、前記第１のマスクを受け皿で取り出し、前記第２のマスクを磁力で引き上げて取り出すことが望ましい。 In the hermetic sealing method of the package, it is preferable that the step of removing the first and second masks is to take out the first mask with a receiving tray and pull out the second mask with a magnetic force.

また、前記パッケージの気密封止方法において、各工程を真空処理装置の内部で連続して行うことが望ましい。 Moreover, in the hermetic sealing method of the package, it is preferable that each step is continuously performed inside the vacuum processing apparatus.

また、前記パッケージの気密封止方法において、前記第１の基板には光電変換膜が形成されており、前記第２の基板には電子源アレイが固定されていることが望ましい。 In the hermetic sealing method of the package, it is preferable that a photoelectric conversion film is formed on the first substrate, and an electron source array is fixed on the second substrate.

本発明の基板処理方法によれば、マスクを基板の裏面から固定することができ、基板の表面側にはスパッタや成膜の際に陰になる部分がなく、均一な処理が可能となる。また、マスクを保持したまま基板を下に向けて成膜処理を行うことができ、真空蒸着等の利用が可能となる。 According to the substrate processing method of the present invention, the mask can be fixed from the back surface of the substrate, and the surface side of the substrate does not have a shadow portion during sputtering or film formation, and uniform processing is possible. Further, the film formation process can be performed with the substrate held downward while the mask is held, and vacuum deposition or the like can be used.

また、本発明の気密封止方法によれば、真空容器の中で、マスクの着脱を容易に操作することができ、成膜処理又は表面活性化処理と、接合処理とを連続して行うことができ、常温で容易にパッケージを真空気密封止することができる。 Further, according to the hermetic sealing method of the present invention, the mask can be easily attached and detached in the vacuum vessel, and the film forming process or the surface activation process and the bonding process are continuously performed. The package can be easily hermetically sealed in a vacuum at room temperature.

本発明に用いるマスク保持方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the mask holding | maintenance method used for this invention. 本発明に用いるマスク保持方法の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mask holding | maintenance method used for this invention. 本発明に用いるマスク保持方法の更に別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mask holding | maintenance method used for this invention. 本発明の基板処理方法及びパッケージの真空気密方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the substrate processing method of this invention, and the vacuum-sealing method of a package. 電子放出源アレイを利用した撮像素子の概念図を示す図である。It is a figure which shows the conceptual diagram of the image pick-up element using an electron emission source array. 従来のパッケージの構成部品を示す図である。It is a figure which shows the component of the conventional package. 従来のパッケージの気密封止方法を示す図である。It is a figure which shows the airtight sealing method of the conventional package. 従来のインジウムリングの切削加工を示す図である。It is a figure which shows the cutting process of the conventional indium ring. 従来の冷間圧着により気密封止したパッケージを示す図である。It is a figure which shows the package airtightly sealed by the conventional cold press. 接合を利用したパッケージの気密封止方法を示す図である。It is a figure which shows the airtight sealing method of the package using joining. 従来のマスク保持方法を示す図である。It is a figure which shows the conventional mask holding method.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

以下、撮像素子の真空気密封止を例として、本発明の基板処理方法及びパッケージの気密封止方法について説明する。なお、本発明は、撮像素子の気密封止方法に限らず、任意の基板処理、任意のパッケージの気密封止に応用できる。 Hereinafter, the substrate processing method and the package hermetic sealing method of the present invention will be described by taking vacuum hermetic sealing of the image sensor as an example. Note that the present invention is not limited to the hermetic sealing method of the image sensor, but can be applied to any substrate processing and hermetic sealing of any package.

図１に、本発明に用いるマスク保持方法の例を示す。図１（ａ）は、透光性基板（例えば、ガラス基板）１１と光電変換膜１２からなるフェースプレート（パッケージを構成する第１の基板）１０の断面図と平面図（下面図）であり、被処理領域（例えば、金属薄膜が形成される領域）１３が仮想線で示されている。なお、以後の説明にあたって、光電変換膜１２が形成されている側の主面を、フェースプレート１０の表面（第１の主面）と呼ぶ。 FIG. 1 shows an example of a mask holding method used in the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view and a plan view (bottom view) of a face plate (a first substrate constituting a package) 10 composed of a translucent substrate (for example, a glass substrate) 11 and a photoelectric conversion film 12. A region to be processed (for example, a region where a metal thin film is formed) 13 is indicated by a virtual line. In the following description, the main surface on which the photoelectric conversion film 12 is formed is referred to as the surface of the face plate 10 (first main surface).

図１（ｂ）は、フェースプレート１０の表面上に、光電変換膜１２を覆うマスク５１を保持した状態を示している。マスク５１は、被処理領域１３を露出し、且つ、光電変換膜１２を基板処理の際に保護するように機能する。ここでは、マスク５１とガラス基板１１との間に、光電変換膜１２を収容することができるよう、空間が形成されている。したがって、マスク５１は、光電変換膜１２を覆う遮蔽部と脚部又は裾部とからなる。フェースプレート１０は、必要に応じて、その周囲にホルダ６１を設け、作業時のハンドリングを容易にする。ホルダ６１は、ガラス基板１１の主面と平行な面で分離された二つの部材（境界は図示せず）からなり、基板表側を押さえる部材と基板裏面を押さえる部材の間にガラス基板１１を挟んで保持する。 FIG. 1B shows a state in which a mask 51 that covers the photoelectric conversion film 12 is held on the surface of the face plate 10. The mask 51 functions to expose the processing region 13 and protect the photoelectric conversion film 12 during substrate processing. Here, a space is formed between the mask 51 and the glass substrate 11 so that the photoelectric conversion film 12 can be accommodated. Therefore, the mask 51 includes a shielding portion that covers the photoelectric conversion film 12 and a leg portion or a skirt portion. If necessary, the face plate 10 is provided with a holder 61 around it to facilitate handling during work. The holder 61 is composed of two members (boundaries are not shown) separated by a plane parallel to the main surface of the glass substrate 11, and the glass substrate 11 is sandwiched between a member that holds the substrate front side and a member that holds the substrate back side. Hold on.

マスク５１は鉄等の磁性体より製作される。マスク５１の保持は、フェースプレート１０の光電変換膜１２が形成された面の反対面（裏面、第２の主面）に永久磁石ないし電磁石７１を配置し、磁力にてマスク５１を牽引し、保持する。マスク配置の位置決めは、フェースプレート１０を保持するホルダ６１を用いて治工具（図示せず）によりマスク５１の位置決めを行い、磁力にて固定した後、治工具を取り外す。この後は、マスク５１は磁力により基板１１上に安定に保持されるため、フェースプレート１０を自由な姿勢とすることができる。 The mask 51 is made of a magnetic material such as iron. The mask 51 is held by placing a permanent magnet or electromagnet 71 on the opposite surface (back surface, second main surface) of the face plate 10 on which the photoelectric conversion film 12 is formed, and pulling the mask 51 by magnetic force. Hold. The positioning of the mask is performed by positioning the mask 51 with a jig (not shown) using a holder 61 that holds the face plate 10 and fixing it with a magnetic force, and then removing the jig. Thereafter, since the mask 51 is stably held on the substrate 11 by the magnetic force, the face plate 10 can be in a free posture.

図２に、本発明に用いるマスク保持方法の別の例を示す。図２（ａ）は、電子源アレイ２３を固定したパッケージ基板（パッケージを構成する第２の基板）２０の断面図と平面図（上面図）であり、基板（例えば、ガラス基板）２１上には、外囲器の一部であるガラスリング２２がフリットガラスなどで接着してある。パッケージ基板２０においては、ガラスリング２２の上面が被処理領域（例えば、金属薄膜が形成される領域）２４となる。なお、以後の説明にあたって、電子源アレイ２３が固定される側の主面を、パッケージ基板２０の表面（第１の主面）と呼ぶ。 FIG. 2 shows another example of the mask holding method used in the present invention. 2A is a cross-sectional view and a plan view (top view) of a package substrate (second substrate constituting the package) 20 to which the electron source array 23 is fixed. The glass ring 22 which is a part of the envelope is bonded with frit glass or the like. In the package substrate 20, the upper surface of the glass ring 22 is a region to be processed (for example, a region where a metal thin film is formed) 24. In the following description, the main surface to which the electron source array 23 is fixed is referred to as the surface of the package substrate 20 (first main surface).

図２（ｂ）は、パッケージ基板２０上に、電子源アレイ２３を覆うマスク５２を保持した状態を示している。マスク５２は、被処理領域２４であるガラスリング２２の上面を露出し、その内側を全て覆うように、ガラスリング２２の内径とほぼ同じ外径を有している。また、マスク５２とガラス基板２１との間に、電子源アレイ２３及び電気接続用のワイヤ（図示せず）を収容することができるよう、空間が形成されている。したがって、マスク５２は、電子源アレイを覆う遮蔽部と脚部又は裾部とからなる。なお、ここでは、電子源アレイ２３上にメッシュ電極（図示せず）が近接して一体的に設けられた構造を前提としている。マスクする対象によって、マスクの形状は適宜変更できる。パッケージ基板２０の周囲（ガラスリング２２の外側の領域）には、ホルダ６２を設け、作業時のハンドリングを容易にする。なお、パッケージ基板２０のガラス基板２１上には、金属薄膜配線（図示せず）が形成されているため、ホルダ６２は、金属薄膜配線を基板処理時に保護するマスクとしての機能も備えている。ホルダ６２は、ガラス基板２１の主面と平行な面で分離された二つの部材（境界は図示せず）からなり、基板表側を押さえる部材と基板裏面を押さえる部材の間にガラス基板２１を挟んで保持する。 FIG. 2B shows a state in which a mask 52 covering the electron source array 23 is held on the package substrate 20. The mask 52 has an outer diameter that is substantially the same as the inner diameter of the glass ring 22 so as to expose the upper surface of the glass ring 22 that is the region to be processed 24 and cover the entire inside thereof. Further, a space is formed between the mask 52 and the glass substrate 21 so as to accommodate the electron source array 23 and electric connection wires (not shown). Therefore, the mask 52 includes a shielding portion and a leg portion or a skirt portion that cover the electron source array. Here, it is assumed that a mesh electrode (not shown) is provided in close proximity and integrally on the electron source array 23. The shape of the mask can be changed as appropriate depending on the object to be masked. A holder 62 is provided around the package substrate 20 (a region outside the glass ring 22) to facilitate handling during work. Since metal thin film wiring (not shown) is formed on the glass substrate 21 of the package substrate 20, the holder 62 also has a function as a mask for protecting the metal thin film wiring during substrate processing. The holder 62 is composed of two members (boundaries are not shown) separated by a plane parallel to the main surface of the glass substrate 21, and sandwiches the glass substrate 21 between a member that holds the substrate front side and a member that holds the substrate back side. Hold on.

マスク５２は鉄等の磁性体より製作される。マスク５２の保持は、パッケージ基板２０の電子源アレイ２３が形成された面の反対面（裏面、第２の主面）に永久磁石ないし電磁石７２を配置し、磁力にてマスク５２を牽引し、保持する。パッケージ基板２０はガラスリング２２を有しているため、マスク５２の位置決めは、ガラスリング２２を利用して容易にできる。マスク５２を磁力で固定した後は、マスク５２は磁力により基板２１上に安定に保持されるため、パッケージ基板２０の向きを自由に選ぶことができる。 The mask 52 is made of a magnetic material such as iron. The mask 52 is held by placing a permanent magnet or electromagnet 72 on the opposite surface (back surface, second main surface) of the surface of the package substrate 20 on which the electron source array 23 is formed, and pulling the mask 52 by magnetic force. Hold. Since the package substrate 20 includes the glass ring 22, the mask 52 can be easily positioned using the glass ring 22. After the mask 52 is fixed by a magnetic force, the mask 52 is stably held on the substrate 21 by the magnetic force, so that the orientation of the package substrate 20 can be freely selected.

図３に、本発明に用いるマスク保持方法の更に別の例を示す。図３（ａ）は、電子源アレイ２３とメッシュ電極２６を備えるパッケージ基板（パッケージを構成する第２の基板）２０’の断面図と平面図（上面図）である。基板（例えば、ガラス基板）２１上に電子源アレイ２３が固定され、その周囲に外囲器の一部である段付きガラスリング２５がフリットガラスなどで接着してある。図示のように、ガラスリング２５の上部の内側に段を設け、メッシュ電極２６とそれを保持する金属枠２７をガラスリング２５の段部に落とし込む。メッシュ電極２６への電源供給は、例えば、ガラス基板２１上に設けた配線２８をガラスリング２５の内側に金属薄膜を形成するなどして引き込み、メッシュ枠２７と接続させて行う。パッケージ基板２０’においては、段付きガラスリング２５の段部が設けられていない最上面が被処理領域（例えば、金属薄膜が形成される領域）２４となる。 FIG. 3 shows still another example of the mask holding method used in the present invention. FIG. 3A is a sectional view and a plan view (top view) of a package substrate (second substrate constituting the package) 20 ′ including the electron source array 23 and the mesh electrode 26. An electron source array 23 is fixed on a substrate (for example, a glass substrate) 21, and a stepped glass ring 25 that is a part of an envelope is adhered to the periphery thereof by frit glass or the like. As shown in the figure, a step is provided inside the upper portion of the glass ring 25, and the mesh electrode 26 and the metal frame 27 holding the mesh electrode 26 are dropped into the step portion of the glass ring 25. The power supply to the mesh electrode 26 is performed by, for example, drawing the wiring 28 provided on the glass substrate 21 by forming a metal thin film inside the glass ring 25 and connecting it to the mesh frame 27. In the package substrate 20 ′, the uppermost surface where the stepped portion of the stepped glass ring 25 is not provided is a region to be processed (for example, a region where a metal thin film is formed) 24.

図３（ｂ）は、パッケージ基板２０’上に、電子源アレイ２３及びメッシュ電極２６を覆うマスク５３を保持した状態を示している。マスク５３は、ガラスリング２５の段部とほぼ同じ外径を有し、その外周部をガラスリング２５の段部のメッシュ枠２７上に落とし込むように載置されており、被処理領域２４であるガラスリング２５の最上面を露出するとともに、その内側を全て覆っている。図３（ｂ）では、マスク５３はメッシュ電極２６を覆う遮蔽部と脚部又は裾部とからなり、内側に空間が形成されているが、ここではメッシュ枠２７と同形状の板（円盤）としても良い。マスク５３は段付きガラスリング２５の段部（メッシュ電極２６上）に保持されるため、マスク５３とガラス基板２１との間に、電子源アレイ２３及び電気接続用のワイヤ（図示せず）を収容することができる空間が自然に確保される。マスクする対象によって、マスクの形状は適宜変更できる。パッケージ基板２０’の周囲（ガラスリング２５の外側の領域）には、ホルダ６２を設け、作業時のハンドリングを容易にする。なお、パッケージ基板２０’のガラス基板２１上には、金属薄膜配線（図示せず）が形成されているため、ホルダ６２は、金属薄膜配線を基板処理時に保護するマスクとしての機能も備えている。ホルダ６２は、ガラス基板２１の主面と平行な面で分離された二つの部材（境界は図示せず）からなり、基板表側を押さえる部材と基板裏面を押さえる部材の間にガラス基板２１を挟んで保持する。 FIG. 3B shows a state in which a mask 53 covering the electron source array 23 and the mesh electrode 26 is held on the package substrate 20 ′. The mask 53 has substantially the same outer diameter as the step portion of the glass ring 25, and is placed so as to drop the outer peripheral portion onto the mesh frame 27 of the step portion of the glass ring 25. The uppermost surface of the glass ring 25 is exposed and all the inside thereof is covered. In FIG. 3 (b), the mask 53 is composed of a shielding part covering the mesh electrode 26 and a leg part or a skirt part, and a space is formed inside, but here, a plate (disk) having the same shape as the mesh frame 27. It is also good. Since the mask 53 is held on the step portion (on the mesh electrode 26) of the stepped glass ring 25, an electron source array 23 and electric connection wires (not shown) are provided between the mask 53 and the glass substrate 21. A space that can be accommodated is naturally secured. The shape of the mask can be changed as appropriate depending on the object to be masked. A holder 62 is provided around the package substrate 20 ′ (a region outside the glass ring 25) to facilitate handling during work. Since the metal thin film wiring (not shown) is formed on the glass substrate 21 of the package substrate 20 ′, the holder 62 also has a function as a mask for protecting the metal thin film wiring during the substrate processing. . The holder 62 is composed of two members (boundaries are not shown) separated by a plane parallel to the main surface of the glass substrate 21, and sandwiches the glass substrate 21 between a member that holds the substrate front side and a member that holds the substrate back side. Hold on.

マスク５３は鉄等の磁性体より製作される。マスク５３の保持は、パッケージ基板２０’の電子源アレイ２３が形成された面の反対面（裏面、第２の主面）に永久磁石ないし電磁石７２を配置し、磁力にてマスク５３を牽引し、保持する。マスク５３の位置決めは、ガラスリング２５の段差部を利用して容易に行うことができる。マスク５３を磁力で固定した後は、マスク５３は磁力により基板２０’上（段部）に安定に保持されるため、パッケージ基板２０’の向きを自由に選ぶことができる。 The mask 53 is made of a magnetic material such as iron. The mask 53 is held by placing a permanent magnet or electromagnet 72 on the opposite surface (back surface, second main surface) of the package substrate 20 ′ on which the electron source array 23 is formed, and pulling the mask 53 with magnetic force. ,Hold. The positioning of the mask 53 can be easily performed using the step portion of the glass ring 25. After the mask 53 is fixed by magnetic force, the mask 53 is stably held on the substrate 20 ′ (stepped portion) by the magnetic force, so that the orientation of the package substrate 20 ′ can be freely selected.

図４に、本発明の実施例を示す。図４では、図１のフェースプレート１０と、図２に示したパッケージ基板２０との組合せを例として説明する。なお、図１のフェースプレート１０と、図３に示したパッケージ基板２０’とを組み合せることもできる。図４（ａ）は、本発明の基板処理方法の例である。 FIG. 4 shows an embodiment of the present invention. 4, the combination of the face plate 10 of FIG. 1 and the package substrate 20 shown in FIG. 2 will be described as an example. Note that the face plate 10 of FIG. 1 and the package substrate 20 ′ shown in FIG. 3 can be combined. FIG. 4A shows an example of the substrate processing method of the present invention.

図１（ｂ）に示したように、フェースプレート１０の表面（第１の主面）にマスク５１を磁石７１からの磁力で保持したまま、フェースプレート１０の表面を下側に向け、マスク５１及びホルダ６１で覆われていない領域に、薄膜４１を形成する。薄膜４１は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど、任意の処理方法で形成することができ、例えば、Ａｕ等の金属を、５〜２０ｎｍの厚さで形成する。 As shown in FIG. 1B, while the mask 51 is held on the surface (first main surface) of the face plate 10 by the magnetic force from the magnet 71, the surface of the face plate 10 faces downward and the mask 51 And the thin film 41 is formed in the region not covered with the holder 61. The thin film 41 can be formed by any processing method such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating. For example, a metal such as Au is formed with a thickness of 5 to 20 nm.

同様に、図２（ｂ）に示した、パッケージ基板２０の表面にマスク５２を磁石７２からの磁力で保持した状態のまま、図４（ａ）のように、パッケージ基板２０の表面（第１の主面）を下側に向け、マスク５２及びホルダ６２で覆われていないガラスリング２２の表面に、薄膜４２を形成する。薄膜４２は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど、任意の処理方法で形成することができ、例えば、Ａｕ等の金属を、５〜２０ｎｍの厚さで形成する。 Similarly, with the mask 52 held on the surface of the package substrate 20 by the magnetic force from the magnet 72 shown in FIG. 2B, the surface (first surface) of the package substrate 20 as shown in FIG. The thin film 42 is formed on the surface of the glass ring 22 that is not covered with the mask 52 and the holder 62. The thin film 42 can be formed by any processing method such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating. For example, a metal such as Au is formed with a thickness of 5 to 20 nm.

なお、ここでは真空蒸着法を想定して、基板表面を下側に向けたが、スパッタリング等の基板の向きが限定されない処理では、基板表面を任意の方向に向けて基板処理を行うことができる。また、図４（ａ）では、基板の処理として、金属薄膜４１，４２を被着する処理を行ったが、後述のとおり、基板又は基板上の層をプラズマ照射して活性化する処理等、マスクを用いた任意の処理を行うことができる。 Here, assuming the vacuum deposition method, the substrate surface is directed downward. However, in a process such as sputtering in which the orientation of the substrate is not limited, the substrate surface can be processed in an arbitrary direction. . Further, in FIG. 4A, as the processing of the substrate, the processing of depositing the metal thin films 41 and 42 was performed, but as described later, the processing of activating the substrate or a layer on the substrate by plasma irradiation, etc. Arbitrary processing using a mask can be performed.

この基板処理方法では、マスク５１，５２を基板の裏面（第２の主面）に配置した磁石７１，７２による磁力で保持しているため、基板表面側にはマスクの保持部材が不要であり、保持部材の影となる領域がないから、基板の所望の領域に均一に表面処理を行うことができる。 In this substrate processing method, the masks 51 and 52 are held by the magnetic force of the magnets 71 and 72 disposed on the back surface (second main surface) of the substrate, so that no mask holding member is required on the substrate surface side. Since there is no shadow area of the holding member, the surface treatment can be uniformly performed on a desired area of the substrate.

次に、図４（ａ）乃至（ｅ）に基づいて、本発明のパッケージの気密封止方法を説明する。 Next, based on FIGS. 4A to 4E, the hermetic sealing method of the package of the present invention will be described.

初めに、図４（ａ）のとおり、各基板の接合領域に、薄膜（例えば、厚さ５〜２０ｎｍの金属薄膜）４１，４２を形成する。 First, as shown in FIG. 4A, thin films (for example, metal thin films having a thickness of 5 to 20 nm) 41 and 42 are formed in the bonding region of each substrate.

図４（ｂ）は、２つの基板を対向させた状態を示す。ここでは接合面に薄膜４１，４２を形成した後、そのまま大気にさらすことなく、真空中でフェースプレート１０とパッケージ基板２０とを向かい合わせる。 FIG. 4B shows a state where two substrates are opposed to each other. Here, after the thin films 41 and 42 are formed on the bonding surfaces, the face plate 10 and the package substrate 20 face each other in a vacuum without being exposed to the air as they are.

図４（ｃ）は、マスクの取り外しを説明する図である。フェースプレート１０とパッケージ基板２０とを対向させた状態で、外したマスクを受け取るため、移動機構を備えた受け皿８１，８２を両者の間に挿入する。その後、磁力を解除するため、ホルダに固定していた永久磁石７１，７２を遠ざける。電磁石７１，７２を用いていた場合は電流を０にして消磁させる。このとき、上側（ここでは、フェースプレート１０側）のマスク５１は自重により落下し、受け皿８１により受け止められる。また、下側（ここでは、パッケージ基板２０側）のマスク用の受け皿８２は磁石（永久磁石又は電磁石）７３を備えている。マスク固定用の磁石７２を外す（或いは、電磁石の磁力を減じる）と磁性体で作られたマスク５２は、磁石７３の磁力により受け皿８２側へと受け渡される。このようにすると真空装置内でマスクの取り外しが容易にできる。 FIG. 4C illustrates the removal of the mask. In order to receive the removed mask with the face plate 10 and the package substrate 20 facing each other, trays 81 and 82 each having a moving mechanism are inserted between the two. Thereafter, in order to release the magnetic force, the permanent magnets 71 and 72 fixed to the holder are moved away. When the electromagnets 71 and 72 are used, the current is demagnetized to 0. At this time, the mask 51 on the upper side (here, the face plate 10 side) falls due to its own weight and is received by the tray 81. Further, the mask tray 82 on the lower side (here, the package substrate 20 side) includes a magnet (permanent magnet or electromagnet) 73. When the mask fixing magnet 72 is removed (or the magnetic force of the electromagnet is reduced), the mask 52 made of a magnetic material is transferred to the tray 82 side by the magnetic force of the magnet 73. In this way, the mask can be easily removed in the vacuum apparatus.

マスク固定用の磁石７１，７２の取り外しは、機械的であってもよいし、電磁石であれば機械的移動を行うことなく、磁力を消滅させれば良い。また、下側のマスク５２の取り外しは、マスク受け皿のように移動できる機構で永久磁石７３のみを近づけてもよい。その後、真空を保ったまま、マスク受け皿８１，８２を基板の間から外へ移動させる。 The removal of the magnets 71 and 72 for fixing the mask may be mechanical or, if an electromagnet is used, the magnetic force may be extinguished without performing mechanical movement. Moreover, the removal of the lower mask 52 may bring only the permanent magnet 73 closer by a mechanism that can move like a mask tray. Thereafter, the mask trays 81 and 82 are moved out from between the substrates while maintaining the vacuum.

なお、図４の例では、フェースプレート１０とパッケージ基板２０とを対向させた状態でマスクを取り外したが、図４（ａ）の薄膜形成が終了した後直ちに、フェースプレート１０とパッケージ基板２０の下方に受け皿８１を配置し、磁力を解除する（磁石７１，７２を遠ざけるか、電磁石を消磁させる）ことにより、マスク５１，５２を自重で落下させて取り外しても良い。この後、マスクを取り外した基板を向かい合わせれば、図４（ｄ）の状態となる。 In the example of FIG. 4, the mask is removed with the face plate 10 and the package substrate 20 facing each other. However, immediately after the thin film formation in FIG. The masks 51 and 52 may be dropped and removed by their own weight by disposing the tray 81 below and releasing the magnetic force (the magnets 71 and 72 are moved away or the electromagnet is demagnetized). Thereafter, when the substrates from which the mask has been removed are brought to face each other, the state shown in FIG.

図４（ｄ）は、マスク受け皿を移動させた後の状態であり、マスクを取り外したフェースプレート１０とパッケージ基板２０とが対向している。ここで、必要に応じて、接合のための位置合わせを行う。 FIG. 4D shows a state after the mask tray is moved, and the face plate 10 from which the mask has been removed faces the package substrate 20. Here, alignment for bonding is performed as necessary.

図４（ｅ）は、接合を行った状態を示す。図４（ｄ）の対向状態から、フェースプレート１０とパッケージ基板２０とを接近させ、必要に応じて、さらに超高真空にした上で薄膜４１，４２を接触させて接合する。その後、ホルダ６１，６２を外して、真空気密封止されたパッケージが完成する。 FIG. 4E shows a state where bonding is performed. From the facing state of FIG. 4D, the face plate 10 and the package substrate 20 are brought close to each other, and if necessary, the ultrathin vacuum is further applied, and the thin films 41 and 42 are brought into contact and bonded. Thereafter, the holders 61 and 62 are removed, and a vacuum-sealed package is completed.

この方法によれば、マスク５１，５２の保持と取り外しが真空処理装置内でできるため、上述の気密封止の一連の工程を、真空中で連続して行うことができる。したがって、パッケージ内を真空に維持したまま気密封止ができ、真空気密封止が容易に完成する。また、接合を利用して気密封止を行うため、２つの基板を密着して封止する処理には高温処理も大きな圧力も不要であり、熱に弱い電子素子に悪影響を与えることなく、気密封止を行うことができる。 According to this method, since the masks 51 and 52 can be held and removed in the vacuum processing apparatus, the above-described series of hermetic sealing steps can be continuously performed in a vacuum. Therefore, hermetic sealing can be performed while maintaining the vacuum inside the package, and vacuum hermetic sealing is easily completed. In addition, since hermetic sealing is performed using bonding, the processing for sealing two substrates in close contact with each other does not require high-temperature processing or large pressure, and does not adversely affect heat-sensitive electronic elements. Sealing can be performed.

以下、図４で説明した実施例の変形例について説明する。 Hereinafter, a modification of the embodiment described with reference to FIG. 4 will be described.

図４では、薄膜（接合膜）としてＡｕを例示したが、金属薄膜を用いた原子拡散接合を行う場合には、金属としては、非特許文献３，４に記載されるように、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ等、多様な金属が利用できる。特に、Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の自己拡散係数の大きい金属は、接合強度が大きく望ましい。金属薄膜の厚さは、ほぼ一原子層の０．２ｎｍでも接合が可能であり、必要に応じて２０ｎｍを超える厚さとしても良い。原子拡散接合を用いる場合は、金属薄膜を形成した後、高真空中で接合面を重ね合わせるだけで、加圧なしに接合・気密封止ができる。また、不活性ガス中であれば、大気圧であっても接合が可能である。さらに、金属が貴金属である場合は、表面酸化の影響を受けないから、空気中での原子拡散接合も可能である。 In FIG. 4, Au is exemplified as the thin film (bonding film). However, when atomic diffusion bonding using a metal thin film is performed, the metal may be Al, Ag, as described in Non-Patent Documents 3 and 4. Various metals such as Cu, Co, Ni, Pd, Pt, Ti, Ru, Fe, Cr, Mo, Ta, and W can be used. In particular, a metal having a large self-diffusion coefficient such as Ti, Al, Au, Ag, or Cu is desirable because of its high bonding strength. The metal thin film can be bonded even when the thickness is approximately one atomic layer of 0.2 nm, and may be more than 20 nm if necessary. When atomic diffusion bonding is used, bonding and airtight sealing can be performed without applying pressure by simply overlapping the bonding surfaces in a high vacuum after forming a metal thin film. Moreover, if it is in an inert gas, joining is possible even at atmospheric pressure. Further, when the metal is a noble metal, it is not affected by surface oxidation, and therefore, atomic diffusion bonding in air is possible.

薄膜（接合膜）にインジウムを用いた場合は、従来のインジウム封止の改良方法として気密封止をすることができる。すなわち、スパッタリング等により成膜したインジウム薄膜は、表面が活性化されているため、そのまま真空中で図４（ｅ）の状態でわずかな加圧にて接合および気密封止を行うことができる。また、インジウムを接合領域に厚めに被着し、空気中に取り出した後に、従来と同様の加圧処理により気密封止をしても良い。 When indium is used for the thin film (bonding film), hermetic sealing can be performed as an improved method of conventional indium sealing. That is, since the surface of the indium thin film formed by sputtering or the like is activated, bonding and hermetic sealing can be performed with a slight pressure in the state shown in FIG. Alternatively, indium may be deposited thickly on the bonding region and taken out into the air, and then hermetically sealed by a pressure treatment similar to the conventional one.

次に、接合方法として、表面活性化接合を利用する場合は、基板又は基板上に形成した被膜を、アルゴン等の不活性ガスのビーム又はプラズマによりスパッタエッチングを行う。スパッタエッチングにより表面の酸化膜等の汚染物を除去するとともに、基板（又は被膜）の表面を活性化し、そのまま高真空中で接合することができる。活性化処理により、表面の原子の結合手同士を直接結合させることができ、強固な接合が形成される。基板が、Ｓｉ，ＧａＡｓ等の半導体である場合、又は、ＬｉＮｂＯ₃，Ａｌ₂Ｏ₃等の結晶基板である場合は、基板材料そのもので表面活性化接合することができる。図４（ａ）において、例えばアルゴンビームエッチングを行い、基板の接合表面を直接活性化処理し、以下、（ｂ）以降の工程を行って、基板同士を接合することができる。 Next, when surface activated bonding is used as a bonding method, the substrate or a film formed on the substrate is sputter-etched with a beam of inert gas such as argon or plasma. Contaminants such as an oxide film on the surface can be removed by sputter etching, and the surface of the substrate (or coating) can be activated and bonded in a high vacuum as it is. By the activation treatment, the bonds of the surface atoms can be directly bonded to each other, and a strong bond is formed. When the substrate is a semiconductor such as Si or GaAs or a crystal substrate such as LiNbO ₃ or Al ₂ O ₃ , surface activated bonding can be performed with the substrate material itself. In FIG. 4A, for example, argon beam etching is performed, the bonding surfaces of the substrates are directly activated, and then the steps after (b) are performed to bond the substrates together.

また、金属薄膜を用いた原子拡散接合と、表面活性化処理を組み合わせることもできる。図４（ａ）で金属薄膜４１，４２を形成後、金属薄膜表面を大気にさらした場合や、金属薄膜４１，４２を形成後に、基板に光電変換膜１２や電子源アレイ２３を形成した場合は、金属表面に酸化膜等の汚染物が生じる。このような場合は、基板（フェースプレート１０、パッケージ基板２０）の金属薄膜に対して、真空処理装置内で図４（ａ）又は（ｂ）の状態で、アルゴンスパッタやプラズマやイオンビームなどを用いて汚染物除去と金属表面の活性化を行う。その後、高真空中で（ｃ）以降の作業を行えばよい。したがって、本発明において、基板の表面活性化処理とは、基板材料自体の表面を活性化する処理のみならず、基板上に形成した薄膜の表面を活性化する処理も含む。 Also, atomic diffusion bonding using a metal thin film and surface activation treatment can be combined. When the metal thin film 41, 42 is formed in FIG. 4A and the metal thin film surface is exposed to the atmosphere, or after the metal thin film 41, 42 is formed, the photoelectric conversion film 12 or the electron source array 23 is formed on the substrate. In this case, contaminants such as an oxide film are generated on the metal surface. In such a case, argon sputtering, plasma, ion beam, or the like is applied to the metal thin film of the substrate (face plate 10, package substrate 20) in the state of FIG. 4 (a) or (b) in the vacuum processing apparatus. Use to remove contaminants and activate metal surfaces. Then, what is necessary is just to perform the operation | work after (c) in a high vacuum. Therefore, in the present invention, the surface activation treatment of the substrate includes not only the treatment of activating the surface of the substrate material itself but also the treatment of activating the surface of the thin film formed on the substrate.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各工程等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の工程を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the processes can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of processes can be combined into one or divided.

本発明の基板処理方法は、基板上の所定の領域をマスクし、真空処理装置内で基板又は基板上の層を処理する任意の処理に応用できる。また、本発明の気密封止方法は、撮像素子のみならず、電子ビームを用いる表示素子や進行波管の外囲器等、真空気密封止が必要なデバイスに適用できる。また、加熱を行わないことから、熱に弱い電子素子のパッケージに有用であり、広く応用が可能である。 The substrate processing method of the present invention can be applied to any processing in which a predetermined region on a substrate is masked and a substrate or a layer on the substrate is processed in a vacuum processing apparatus. The hermetic sealing method of the present invention can be applied not only to an image sensor, but also to a device that requires vacuum hermetic sealing, such as a display element using an electron beam or an envelope of a traveling wave tube. In addition, since heating is not performed, it is useful for packaging electronic devices that are vulnerable to heat, and can be widely applied.

１０フェースプレート（パッケージを構成する第１の基板）
１１透光性基板
１２光電変換膜
１３被処理領域
２０パッケージ基板（パッケージを構成する第２の基板）
２１ガラス基板
２２ガラスリング
２３電子源アレイ
２４被処理領域
２５段付きガラスリング
２６メッシュ電極
２７メッシュ枠
２８配線
３０インジウムリング
３１インジウム
３２支持リング
５１，５２，５３マスク
６１，６２ホルダ
７１，７２，７３磁石
８１，８２受け皿 10 Face plate (first substrate constituting the package)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Translucent board | substrate 12 Photoelectric conversion film 13 Processed area | region 20 Package board | substrate (2nd board | substrate which comprises a package)
21 Glass substrate 22 Glass ring 23 Electron source array 24 Processed area 25 Stepped glass ring 26 Mesh electrode 27 Mesh frame 28 Wiring 30 Indium ring 31 Indium 32 Support ring 51, 52, 53 Mask 61, 62 Holder 71, 72, 73 Magnet 81, 82 saucer

Claims

A mask made of a magnetic material is disposed on the first main surface of the substrate, a magnetic force is applied from the second main surface side of the substrate to hold the mask on the substrate, and the vacuum is maintained while holding the mask. A substrate processing method comprising: performing a predetermined process on a first main surface of a substrate.

2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the predetermined process is a metal thin film forming process.

2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the predetermined process is a surface activation process using an ion beam or plasma.

A first mask made of a magnetic material is disposed on a first main surface of a first substrate constituting a package, and a magnetic force is applied from the second main surface side of the first substrate to apply the first mask. Depositing a metal thin film on the first main surface of the first substrate in a vacuum while holding the first substrate and holding the first mask;
A second mask made of a magnetic material is disposed on a first main surface of a second substrate constituting the package, and a magnetic force is applied from the second main surface side of the second substrate to form the second mask. Depositing a metal thin film on the first main surface of the second substrate in a vacuum while holding the second mask,
Removing the first and second masks by releasing the magnetic force after forming the metal thin film;
A method of hermetically sealing a package, comprising: bonding the metal thin films to each other so that the first substrate and the second substrate are brought into close contact with each other.

A first mask made of a magnetic material is disposed on a first main surface of a first substrate constituting a package, and a magnetic force is applied from the second main surface side of the first substrate to apply the first mask. Performing a surface activation process on the first main surface of the first substrate in a vacuum while holding the first mask and holding the first mask;
A second mask made of a magnetic material is disposed on a first main surface of a second substrate constituting the package, and a magnetic force is applied from the second main surface side of the second substrate to form the second mask. Holding the second substrate and performing a surface activation process on the first main surface of the second substrate in a vacuum while holding the second mask;
Removing the first and second masks by releasing the magnetic force after the surface activation treatment;
A method of hermetically sealing a package, comprising the step of bonding the surface-activated regions to each other so that the first substrate and the second substrate are brought into close contact with each other.

6. The hermetic sealing method for a package according to claim 4 or 5, wherein the step of removing the first and second masks includes taking out the first mask with a receiving pan and pulling out the second mask with a magnetic force. And a hermetic sealing method for the package.

7. The hermetic sealing method for a package according to claim 4, wherein each step is continuously performed inside the vacuum processing apparatus.

8. The hermetic sealing method for a package according to claim 4, wherein a photoelectric conversion film is formed on the first substrate, and an electron source array is fixed on the second substrate. 9. A hermetic sealing method for a package, characterized by comprising: