JP2017216469A - 金属領域を有する基板の接合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明によれば、図1に示すように、まず工程S1において、金属領域を有する基板の接合面を研磨し、工程S2において、研磨された金属領域の表面に対して表面活性化処理を行い、続いて親水化処理を行い、工程S3において、親水化処理された金属領域同士が接触するように、2つの基板を互いに貼り合わせることで仮接合を行い、そして、工程S4において、金属領域間での電気的接続を確立するように、仮接合された基板を加熱することで本接合を行う。
基板1の接合面2上に、めっきや蒸着などの堆積法により、金属領域3を形成すること
ができる。このようにして形成された金属領域3の表面の粗さは比較的大きい場合が多い(図2(a))。工程S1において、金属領域3を有する基板の接合面2を研磨する(図2(b))。基板の接合面の研磨には種々の研磨を適用することができる。
工程S2において、金属領域3を含む基板1の接合面2に、所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることで表面活性化処理を行う。
プラズマ発生装置を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることができる。基板の接合面に対して、交番電圧を印加することで、接合面の周りに粒子を含むプラズマを発生させ、プラズマ中の電離した粒子の陽イオンを、上記電圧により接合面に向けて加速させることで、所定の運動エネルギーを与える。プラズマは数パスカル(Pa)程度の低真空度の雰囲気で発生させることができるので、真空システムを簡易化でき、かつ真空引きなどの工程を短縮化することができる。
粒子ビーム源を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることもできる。粒子ビーム源は、例えば1×10−5Pa(パスカル)以下などの、比較的高い真空中で作動するので、表面活性化処理後に、新生表面の不要な酸化や新生表面への不純物の付着などを防ぐことができる。さらに、粒子ビーム源は、比較的高い加速電圧を印加することができるので、高い運動エネルギーを粒子に付与することができる。したがって、効率良く表面層の除去及び新生表面のアモルファス化を行うことができると考えられる。
中性原子ビーム源、イオンビーム源、高速原子ビーム源などの粒子ビーム源は、ライン型でもよい。本願におけるライン型の粒子ビーム源とは、ライン型(線状)の又は細長い粒子ビーム放射口を有する粒子ビーム源であり、この放射口からライン型(線状)に粒子ビームを放射することができる。放射口の長さは、粒子ビームが照射される基板の直径より大きいことが好ましい。基板が円形でない場合には、放射口の長さは、粒子ビーム源に対して相対的に移動させられる基板に係る放射口が延びる方向の最大寸法より大きいことが好ましい。
工程S2において、親水化処理は、好ましくは上記表面活性化処理の後に行われる。親水化処理は、上記表面活性化処理の後に続けて真空中で行われることが好ましい。しかし、表面活性化処理が完了する前に、親水化処理を開始してもよい。また、表面活性化処理と親水化処理を同時に行ってもよい。表面活性化処理が、親水化処理の完了後に行われなければ、表面活性化処理と親水化処理との時間上の前後関係は、所望の条件により調節することができる。
工程S3において、工程S3で接合面が表面活性化処理され親水化処理された一対の基板1及び11が接合(仮接合)される。ここで、一方の基板1の金属領域3が、他方の基板11の接合面2上で対応する金属領域13に向き合うように位置決めされ、金属領域3及び13上に形成された水の層4を介して接触するように仮接合が行われる。(図2(d))
工程S4では、工程S3で仮接合された基板で構成される構造体に加熱処理を行うことにより、接合された金属領域3及び13の間で清浄な接合界面5が形成され、この接合界面5により所定の導電性(抵抗率)又は接合強度(機械的強度)が得られる。
図3は、本願発明に係る接合方法を実施するための表面活性化処理と親水化処理とを行う表面処理システムの概略構成の一実施例を示す図である。
2 接合面
3、13 金属領域
4 水の層
5 接合界面
100 表面処理システム
101 真空容器
102 粒子ビーム源
103 水蒸気源
104 水蒸気導入口
105 水蒸気制御バルブ
106 真空ポンプ
107 粒子ビーム
108 水蒸気
109 基板支持体
Claims (8)
- 金属領域を有する接合面を有する基板同士を接合する方法であって、
金属領域を有する接合面を金属領域の表面粗さがRa10nm以下になるように研磨するステップと、
研磨された接合面に対して所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることにより接合面をアモルファス化させる表面活性化処理を行い、かつ水を付着させることにより親水化処理を行うステップと、
表面活性化処理と親水化処理とが行われた金属領域同士が直接接触するように基板の接合面同士を貼り合わせて基板接合体を形成するステップと、
前記基板接合体を摂氏100度以上、金属領域を形成する金属の融点未満の温度で、加熱して金属を固相拡散するステップと、
を含み、
前記基板接合体を形成するステップ、及び、前記加熱して金属を固相拡散するステップは、異なる装置中で行われること、を特徴とする、基板の接合方法。 - 前記基板接合体を形成するステップは、接触した接合面の金属領域に0.5MPa以上1MPa以下の圧力が加えられることで行われること、
を特徴とする、請求項1に記載の基板の接合方法。 - 前記金属領域が銅で形成され、
前記接合面を研磨するステップは、金属領域の表面粗さがRa5nm以下になるように接合面を研磨することで行われ、
前記基板接合体を形成するステップは、接触した接合面の金属領域に0.3MPa以上1MPa以下の圧力が加えられることで行われること、
を特徴とする、請求項1に記載の基板の接合方法。 - 前記接合面は、金属領域と非金属領域とを有し、
前記所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることは、前記接合面から離間された位置から、前記基板の接合面に向けて所定の運動エネルギーを有する粒子を放射することで行われること、を特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の基板の接合方法。 - 所定の運動エネルギーを有する粒子を、1×10−5Pa以下の真空中で放射すること、を特徴とする、請求項4に記載の基板の接合方法。
- 所定の運動エネルギーを有する粒子を、1.5kVで放射すること、を特徴とする、請求項4又は5に記載の基板の接合方法。
- 前記親水化処理は、前記表面活性化処理された接合面を大気に曝すことなく、前記接合面に水を供給すること、を特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の基板の接合方法。
- 前記金属領域の主たる成分がハンダ材料であること、を特徴とする、請求項1又は2に記載の基板の接合方法。
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