JP2005294800A - 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに表面活性化装置及びこの装置を備えた接合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 被接合物同士の接合面をプラズマにて親水化処理して接合する方法において、両被接合物を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により物理処理する物理処理工程の後、大気に暴露することなくプラズマにて親水化処理する化学処理工程を行い、両被接合物を接合することにより、有機物などの付着物なく良好な接合が可能となり、500℃以下の低温での強固な接合が可能となる。
【選択図】 図2
Description
図1に本発明の第1実施形態に係るウエハー表面活性化及び接合のための装置を示す。本実施例においては、物理処理は、OH基を付着させる前処理として不純物を除去するためのエッチングである方法について記述する。この実施形態では、被接合物であるウエハーを上下に対向して保持させた状態でチャンバーを閉じ、真空内でArプラズマ、酸素プラズマにより表面活性化処理後、接合させ、場合によっては加熱により強度アップさせる装置である。
以下に本発明の望ましい第2実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、OH基を付着させる工程において、イオン衝突力を切り替えることにより、物理処理により酸素を付着させ、化学処理によりOH基付着を増進させ、効率良くOH基を付着させる方法について記述する。
イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理として、第2実施形態ではプラズマ電極を切り替えることにより行ったが、第3実施形態では、前記減圧プラズマがVdcが調整可能であるRFプラズマ電源を備え、プラズマ処理後半においてVdc値を変化させ、イオン衝突力を弱めてプラズマ処理を行うものである。図10は、そのRFプラズマ電源の波形図である。
イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理として、第4実施形態では、前記減圧プラズマがパルス幅が調整可能であるパルス波プラズマ電源を備え、プラズマ処理後半においてパルス幅を変化させ、イオン衝突力を弱めてプラズマ処理を行うものである。図11は、そのパルス波プラズマ電源の波形図である。
第2実施形態では酸素プラズマを使用したOH基による水素結合による接合例を挙げたが、第5実施形態では、前記反応ガスが酸素と窒素を含んだ混合ガスからなり、化合物を生成して接合するものである。
第2実施形態では酸素プラズマを使用したOH基による水素結合による接合例を挙げたが、第6実施形態では、被接合物の少なくとも一方がSi、ガラス、酸化物であり、前記プラズマ反応ガスをプラズマ処理後半に異なるガスまたは異なる配合ガスを使用するものである。
第7実施形態においては、前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、2つの減圧プラズマ照射手段を切り替える手段であり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行う第1のプラズマ照射手段と、プラズマ処理後半において別室で発生したプラズマをイオンをトラップしてラジカルを照射する第2のプラズマ照射手段に切り替えて、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行うことが特徴である。
以下にイオン衝突力を弱めた化学処理に大気圧プラズマを使用した第8実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、被接合物であるウエハーを上下に対向して保持させた状態でチャンバーを閉じ、真空内で酸素プラズマにより処理後、チャンバー壁を開けて大気圧プラズマノズルを挿入し、大気圧プラズマ処理し、接合させるものである。なお、場合によっては加熱により強度アップさせるようにしてもよい。
2 ピストン型ヘッド
3 チャンバー壁
4 摺動パッキン
5 固定パッキン
6 上部電極
7 上ウエハー
8 下ウエハー
9 下部電極
10 チャンバー台
11 吸入口
12 排出口
13 吸入バルブ
14 排出バルブ
15 真空ポンプ
16 ガス切替弁
17 ガスA
18 ガスB
19 マーク読みとり用透過部
20 アライメントテーブル
21 ガラス窓
22 IR認識手段
23 上マーク
24 下マーク
25 2視野認識手段
26 プリズム
27 上マーク認識手段
28 下マーク認識手段
201 トルク制御式昇降駆動モータ
202 Z軸昇降機構
203 θ軸回転機構
204 圧力検出手段
205 ベローズ
206 XYアライメントテーブル
207 ヘッド
208 ステージ
209 下ウエハー
210 上ウエハー
211 真空チャンバー
212 ヘッド側認識手段
213 ステージ側認識手段
214 ガラス窓
215 排気管
216 排気弁
217 真空ポンプ
218 吸気管
219 吸気弁
220 吸入ガス切り替え弁
221 Ar
222 O2
223 大気
227 上アライメントマーク
228 下アライメントマーク
229 スライド移動手段
500 表面波プラズマ発生手段
501 RFプラズマ電源
502 イオントラップ板
503 ウエハー
504 ラジカル
505 イオン
506 真空チャンバー
507 反応ガス供給口
508 排気口
509 被接合物保持電極
510 マイクロウエーブ電源
511 表面波プラズマ発生領域
512 RFプラズマ発生領域
Claims (38)
- 被接合物同士の接合面をプラズマにて親水化処理して500℃以内で固層で接合する接合方法において、
両被接合物を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるイオン衝突力の強いエネルギー波により物理処理する物理処理工程の後、イオン衝突力の弱いプラズマにて化学処理する化学処理工程を行い、両被接合物を接合する接合方法。 - 前記物理処理工程のエネルギー波照射手段がプラズマである請求項1に記載の接合方法。
- 前記化学処理工程の反応ガスが酸素または窒素である請求項1または2に記載の接合方法。
- 前記物理処理工程の後、さらに真空引きした後、前記化学処理工程を行う請求項1〜3のいずれかに記載の接合方法。
- 化学処理時または処理後、H2OまたはH、OH基を含むガスを混入させた後、接合する請求項1〜4のいずれかに記載の接合方法。
- 前記物理処理工程の反応ガスが化学処理工程と異なるガスであり、ArまたはCF4である請求項1〜5のいずれかに記載の接合方法。
- 前記物理処理工程と前記化学処理工程を大気に暴露することなく行う請求項1〜6のいずれかに記載の接合方法。
- イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段を備え、プラズマ処理後半においてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進する請求項2〜5のいずれかに記載の接合方法。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、プラズマ電極を被接合物保持電極と対向面電極の2箇所に切り替え可能に配置したものからなり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行い、次いで対向面電極側に電源を印加してイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、Vdcが調整可能であるRFプラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてVdc値を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、パルス幅が調整可能であるパルス波プラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてパルス幅を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、2つの減圧プラズマ照射手段を切り替える手段であり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行う第1のプラズマ照射手段と、プラズマ処理後半において別室で発生したプラズマをイオンをトラップしてラジカルを照射する第2のプラズマ照射手段に切り替えて、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマと大気圧プラズマを切り替える手段であり、被接合物表面を減圧プラズマにてイオン衝突力を高めて処理した後、大気圧プラズマにてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
- 前記反応ガスが酸素と窒素を含んだ混合ガスからなる請求項8〜13のいずれかに記載の接合方法。
- 前記プラズマ反応ガスが、酸素を含んだ反応ガスを用い、イオン衝突力を弱めたプラズマ処理時に窒素を含んだ反応ガスに切り替える請求項8〜13のいずれかに記載の接合方法。
- 前記接合時に両被接合物間に電圧を印加し、加熱下で固層で接合する請求項1〜15のいずれかに記載の接合方法。
- 被接合物の少なくとも一方がSi、SiO2、ガラス、セラミックである請求項1〜16のいずれかに記載の接合方法。
- 被接合物がウエハーまたはウエハーから切り出されたチップである請求項1〜17のいずれかに記載の接合方法。
- 請求項1〜18のいずれかに記載の接合方法で作られた半導体デバイスまたはMEMSデバイスなどのデバイス。
- 被接合物同士の接合面をプラズマにて親水化処理して500℃以内で固層で接合するものにおいて、エネルギー波照射手段及び/またはプラズマ照射手段を備え、両被接合物を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるイオン衝突力の強いエネルギー波により物理処理する物理処理工程の後、イオン衝突力の弱いプラズマにて化学処理する化学処理工程を行う表面活性化装置。
- 前記物理処理工程のエネルギー波照射手段がプラズマである請求項20に記載の表面活性化装置。
- 前記化学処理工程の反応ガスが酸素または窒素である請求項20または21に記載の表面活性化装置。
- 前記物理処理工程の後、さらに真空引きした後、前記化学処理工程を行う請求項20〜22のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 水ガス発生手段を備え、化学処理時または処理後、H20またはH、OH基を含むガスを混入させた後、接合する請求項20〜23のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 前記物理処理工程の反応ガスが化学処理工程と異なるガスであり、ArまたはCF4である請求項20〜24のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 前記物理処理工程と前記化学処理工程を大気に暴露することなく行う請求項20〜25のいずれかに記載の表面活性化装置。
- イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段を備え、プラズマ処理後半においてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進する請求項21〜24のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、プラズマ電極を被接合物保持電極と対向面電極の2箇所に切り替え可能に配置したものからなり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行い、次いで対向面電極側に電源を印加してイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、Vdcが調整可能であるRFプラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてVdc値を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、パルス幅が調整可能であるパルス波プラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてパルス幅を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、2つの減圧プラズマ照射手段を切り替える手段であり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行う第1のプラズマ照射手段と、プラズマ処理後半において別室で発生したプラズマをイオンをトラップしてラジカルを照射する第2のプラズマ照射手段に切り替えて、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
- 前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマと大気圧プラズマを切り替える手段であり、被接合物表面を減圧プラズマにてイオン衝突力を高めて処理した後、大気圧プラズマにてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
- 前記反応ガスが酸素と窒素を含んだ混合ガスからなる請求項26〜32のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 前記プラズマ反応ガスが、酸素を含んだ反応ガスを用い、イオン衝突力を弱めたプラズマ処理時に窒素を含んだ反応ガスに切り替える請求項26〜32のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 前記接合時に両被接合物間に電圧を印加し、加熱下で固層で接合する請求項20〜34のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 被接合物の少なくとも一方がSi、SiO2、ガラス、セラミックである請求項20〜35のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 被接合物がウエハーまたはウエハーから切り出されたチップである請求項20〜36のいずれかに記載の表面活性化装置。
- 請求項20〜37のいずれかに記載の表面活性化装置を備え、前記プラズマ親水化処理から接合までを一括して行う接合装置。
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