JP4969211B2 - 改質方法、改質装置及び接合方法、接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば密閉された内部空間に電子素子を備えた加速度センサ、圧力センサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタなどの電子素子パッケージの製造方法においての基板（ウエハ）の改質方法、改質装置及び接合方法、接合装置に関するものである。

従来、半導体素子、弾性表面波素子、その他、様々な電子素子を、大気中に存在する水分や酸素などの影響から守る一手法として、容器内部に電子素子を収納し、さらに容器内部を密閉して電子素子を封止する技術が知られている。

このような電子素子を内部空間に配置して封止した電子デバイスでは、容器内部の気密性（密閉性）を向上させて水分などの浸入をより確実に防止するための様々な技術が提案されている。例えば、底面に電子素子が実装されたキャビティー部（凹部）を有するセラミック基板の開口部を金属製の蓋で覆い、セラミック基板と金属蓋とをはんだやガラスパウダーなどを用いて接合及び封止することが行われている。

一方、フリップチップボンディングにより搭載された電子素子と基板との空隙を密閉して電子素子を封止する技術も利用されている。例えば、特許文献１では、表面弾性波デバイスの製造において、表面弾性波チップがフリップチップ接続されたパッケージ基板上を、低融点ガラスを用いて封止することにより、樹脂を用いて封止する場合に比べて高い気密性を得る技術が開示されている。

ところで、特許文献１に開示されているように低融点ガラスにより封止したり、あるいは容器を構成する部材をはんだやガラスパウダーにて接合する場合は、高い気密性を得ることができる反面、高温で低融点ガラスやはんだを溶融するための加熱処理が必要となり、耐熱性の低い電子素子の封止には適していない。特に、化合物半導体などの電子素子は耐熱性が低いため、高温加熱により損傷する可能性が高い。

また、シリコン基板に直接電子素子を形成し、ガラスの蓋を用いて、４００℃で加熱して陽極接合でシリコン基板とガラスを接合し、密閉する方法もある。この場合は、直接基板同士を密閉接合後、ダイシング法により個片に分離する。しかし、陽極接合では、温度が高いため、耐熱性の低い部品は熱損傷を受ける可能性がある。

そして、温度を低下して接合するための処理方法として、基板表面を改質して低温で接合する方法が特許文献２に開示されている。この特許文献２で開示されている接合方法では、接合基板の処理は時間で管理されており、接合基板の汚染度合いによっては、所定の処理時間では処理しきれず、汚染物が残り接合信頼性が低下する。また、逆に処理時間が長くなりすぎると、汚染はなくなるが接合基板の表面が荒れ、接合強度が低下し接合の信頼性が低下するという現象が起こる。

この処理時間を決定する方法として、特許文献３には、薄膜トランジスタ製造において、結晶質の薄膜と非晶質の薄膜との間で特徴的に表れる半導体の分光特性から結晶状態と非晶質状態との判別法として、光の反射率を用いる技術が開示されている。

さらに、特許文献４には、シリコン膜の結晶状態の膜質を、特定波長の光を照射し、反射強度または、反射率からシリコンの膜質を識別する技術が開示されている。
特開２００３−１１０４０２号公報 特開平１０−９２７０２号公報 特開平１１−２７４０９３号公報 特開２００２−３５９１９４号公報

電子素子パッケージにおいて、特許文献２に記載された温度を下げて接合を行うためは基板表面の改質が必要となる。しかしながら、改質した基板表面の判別を行う方法として、特許文献３と特許文献４で開示される技術では、基板の結晶状態が、結晶状態か非晶質かを識別するために適用できるが、基板表面の清浄化が終了したこと、すなわちシリコン基板の表面の汚染状態を判断することはできないという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、電子素子パッケージにおいて、基板の接合面での品質を向上して信頼性の高い接合を可能とする改質方法、改質装置及び接合方法、接合装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した改質方法は、基板を改質するための改質方法であって、エネルギー供給源によりプラズマ化したエネルギー波を基板に照射して洗浄する洗浄工程と、基板に光を照射して基板から反射された反射光の強度を観測する観測工程と、反射光の強度が所定量に達しているか否かを判定する判定工程とを有し、前記観測工程の前記基板からの反射光の強度を観測する発光強度測定手段は、前記エネルギー波を停止したときに前記基板面上に移動し、前記観測の終了後には前記基板面上から前記エネルギー波が照射されない位置に移動し、洗浄工程による基板の洗浄後に、観測工程で観測した反射光の強度が、判定工程において所定量以下のとき反射光の強度が所定量以上になるまで洗浄工程を繰り返し、所定量以上のとき処理完了と判定して洗浄工程を終了することを特徴とする。

また、請求項２に記載した改質方法は、請求項１記載の改質方法であって、基板に光を照射する位置は、基板の外周部であることを特徴とする。

また、請求項３に記載した改質方法は、請求項１または請求項２記載の改質方法であって、エネルギー波を照射する前に、基板に照射した光の反射光の強度を観測して、エネルギー波の停止を判定するための反射光強度の所定量を決定することを特徴とする。

また、請求項４に記載した改質方法は、請求項３記載の改質方法であって、エネルギー波の停止を判定するための反射光強度の所定量を、反射光強度から算出した反射率として、反射率を１．０２以上としたことを特徴とする。

また、請求項５に記載した改質方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の改質方法であって、基板からの反射光を観測する波長は、４５０〜７５０ｎｍの波長領域であることを特徴とする。

また、請求項６に記載した接合方法は、２枚の基板を接合するための接合方法であって、電子素子パッケージを形成する複数個の電子素子が形成された第１の基板と蓋となる第２の基板との接合面を、それぞれ第１のエネルギー供給源と第２のエネルギー供給源によりプラズマ化したエネルギー波を照射して洗浄する第１の工程と、第１の基板と第２の基板それぞれに光を照射し、第１の基板と第２の基板から反射されたそれぞれの反射光の強度を観測する第２の工程と、観測したそれぞれの反射光の強度が所定量に達しているか否かを判定する第３の工程と、洗浄した接合面で第１の基板と第２の基板を接合する第４の工程とを有し、前記第２の工程の前記基板からの反射光の強度を観測する発光強度測定手段は、前記エネルギー波を停止したときに前記接合面上に移動し、前記観測の終了後には前記接合面上から前記エネルギー波が照射されない位置に移動し、第１の工程でエネルギー波の所定時間の照射後に、照射を停止して第２の工程で観測したそれぞれの反射光の強度が、第３の工程において所定量以下のときには反射光の強度が所定量以上になるまで第１の工程の洗浄処理を繰り返し、所定量以上のときには処理完了と判定して、第４の工程で第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする。

また、請求項７に記載した接合方法は、請求項６記載の接合方法であって、第１の基板と第２の基板それぞれに光を照射する位置は、第１の基板と第２の基板それぞれの外周部であることを特徴とする。

また、請求項８に記載した接合方法は、請求項６または請求項７記載の接合方法であって、エネルギー波を照射する前に、第１の基板と第２の基板それぞれに照射した光の反射光の強度を観測して、エネルギー波の停止を判断するための反射光強度の所定量をそれぞれ決定することを特徴とする。

また、請求項９に記載した接合方法は、請求項８記載の接合方法であって、エネルギー波の停止を判断するための反射光強度の所定量を、第１の基板と第２の基板それぞれの反射光強度から算出した反射率として、反射率が１．０２以上としたことを特徴とする。

また、請求項１０に記載した改質装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の改質方法により基板を改質する改質装置であって、基板を搬入する反応室と、基板を設置する基板台と、基板にエネルギー波を照射するエネルギー照射源と、反応室を真空に保つ真空手段と、基板に光を照射する手段と、基板から反射された反射光の強度を観測する測定手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項１１に記載した接合装置は、請求項６〜９のいずれか１項に記載の接合方法により２枚の基板を接合する接合装置であって、２枚の基板を搬入する反応室と、互いに対面する位置に第１の基板と第２の基板を設置する基板台と、第１の基板と第２の基板それぞれにエネルギー波を照射するエネルギー照射源と、反応室を真空に保つ真空手段と、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる貼合機構と、第１の基板と第２の基板それぞれに光を照射する手段と、第１の基板と第２の基板から反射されたそれぞれの反射光の強度を観測する測定手段とを備えたことを特徴とする。

前記構成によれば、基板の接合面での品質を向上することができ、かつ接合面により信頼性の高い接合ができる。

本発明によれば、電子素子パッケージを形成する複数個の電子素子が形成された基板と、蓋となる基板との接合面の品質を確保することができ、この接合面により高品質な接合を実現することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における電子素子パッケージの構成を示す断面図である。図１に示すように、電子素子パッケージ１は、内部に電子素子である半導体素子１１が複数個形成された基板１２と、半導体素子１１を収納するための複数個の凹部構造のキャビティー部１４を有する蓋部材１３からなる。蓋部材１３には、キャビティー部１４と、最終的に基板１２と蓋部材１３を接合後、チップにダイシング加工するための溝加工１５が施されている。基板１２と蓋部材１３は、Ｓｉ（シリコン）からなる。

基板１２には、半導体素子１１からの電気信号を受発信するための電気回路（図示せず）が形成されており、銅が埋め込まれたスルーホール１６を通して外部と電気的に接続されている。また、電子素子パッケージ１をダイシング加工した後の個片のチップを外部基板に実装するための電極１７を有する。

（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１における改質処理に用いる改質装置を示す断面図である。図２において、２１は反応室、Ｓｉ（シリコン）からなる基板１２は、基板台２４の上に載置され、同様にＳｉからなる蓋部材１３は、上部基板台２５に固定される。

上部基板台２５には、静電チャック２６が埋め込まれており、静電チャック２６に電圧を印加することで蓋部材１３は、静電チャック２６に吸着される。上部基板台２５にはベローズ２７に取り付けられている。ベローズ２７を上下することにより上部基板台２５は上下に可動できる。

また、２８は反応室２１内を真空とする真空手段に接続の真空排気口、２９は基板１２を改質する基板用の中性ビーム源、３０は蓋部材１３を改質する蓋部材用の中性ビーム源である。エネルギー照射源である中性ビーム源２９，３０には、それぞれガス供給配管３１，３２と電力供給配線３３，３４が接続されている。ガス供給配管３１，３２及び電力供給配線３３，３４は、供給コネクタ３５，３６により反応室２１との真空度を保っている。

３７は、基板１２に光を照射し、かつ基板１２からの反射光を受光するための光ファイバー、３８は光ファイバー３７を反応室２１内で直線方向に移動するためのベローズ、３９は、基板１２に光を供給するための光源（図示せず）及び光の強度を測定し、反射光の強度から反射率を計算する第１光ファイバーシステムである。

同様に、４０は、蓋部材１３に光を照射し、かつ蓋部材１３からの反射光を受光するための光ファイバー、４１は光ファイバー４０を反応室２１内で直線方向に移動するためのベローズ、４２は、蓋部材１３に光を供給するための光源（図示せず）及び反射光の強度を測定し、反射率を計算する第２光ファイバーシステムである。基板１２，蓋部材１３に光を照射する手段と反射光を測定する手段を兼ねている。

また、図３は基板を改質し接合する処理を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートに基づき図２の改質装置を参照しながら処理を説明する。

まず、図２に示す反応室２１内の基板台２４に基板１２、上部基板台２５に静電チャック２６を介して蓋部材１３を載置し（Ｓ１）、光ファイバー３７，４０により基板１２，蓋部材１３に光を照射して、エネルギー波の停止を判定するための反射光強度の所定量を決定する（Ｓ２）。

反応室２１内を真空手段により真空度１０^−５Ｐａまで真空引きした後、中性ビーム源２９，３０のそれぞれにガス供給配管３１，３２からＡｒ（アルゴン）ガスを２０ｓｃｃｍ供給し、電力供給配線３３，３４から電圧１．２ＫＶを印加する。反応室２１は、Ａｒガスが供給されているため、真空度は１０^−２Ｐａに保たれている。エネルギー供給源である中性ビーム源２９，３０の中にプラズマを発生させて、中性ビーム源２９，３０のそれぞれから中性のＡｒがエネルギー波として引き出される（Ｓ３）。

基板１２は中性ビーム源２９により、蓋部材１３は中性ビーム源３０により、それぞれＡｒ原子が照射される。これにより、基板１２及び蓋部材１３の表面は、スパッタリング作用で洗浄される。一定時間、例えば６０秒処理後にエネルギー波を停止する（Ｓ４）。

その後、光ファイバー３７，４０のそれぞれを基板１２及び蓋部材１３の表面上まで移動し、ハロゲンランプ（図示せず）からの光を、光ファイバー３７，４０を通して基板１２及び蓋部材１３の表面上に照射して、基板１２及び蓋部材１３の表面上からの反射光を同じ光ファイバー３７，４０で受光し、第１，第２光ファイバーシステム３９，４２で反射率を測定する（Ｓ５）。

反射率を確認して（Ｓ６）、所定の反射率（例えば１．０２未満）であれば（処理Ｓ６のＮｏ）、光ファイバー３７，４０を基板１２及び蓋部材１３の表面上から離して、基板１２は中性ビーム源２９により、また蓋部材１３は中性ビーム源３０により、それぞれＡｒ原子を一定時間照射する（Ｓ３〜Ｓ４）。

再度、光ファイバー３７，４０のそれぞれを基板１２及び蓋部材１３の表面上まで移動して、ハロゲンランプ（図示せず）からの光を、光ファイバー３７，４０を通して基板１２及び蓋部材１３の表面上に照射し、基板１２及び蓋部材１３の表面上からの反射光を同じ光ファイバー３７，４０で受光し、第１，第２光ファイバーシステム３９，４２で反射光強度から反射率を測定する（Ｓ６）。

所定量の反射率となったとき（処理Ｓ６のＹｅｓ）、この反射率測定で基板１２及び蓋部材１３の表面上でそれぞれ両方を測定し（Ｓ７）、一方の反射率が、所定の反射率（例えば１．０２以上）になったとき（処理Ｓ７のＮｏ）、なった方の中性ビーム源２９（または中性ビーム源３０）を停止し（Ｓ８）、まだ所定の反射率以上になっていない他方は、前述と同じように再度光ファイバー３７，４０を基板１２及び蓋部材１３の表面上から離し、反射率が一定以上になっていない方の基板１２または蓋部材１３を中性ビーム源２９または中性ビーム源３０により、Ａｒ原子を一定時間照射する（Ｓ３〜Ｓ４）。

この方法を繰り返して、所定量となって（処理Ｓ６のＹｅｓ）、基板１２及び蓋部材１３の両方の表面からの光の反射率が所定の反射率（例えば１．０２以上）になったとき中性ビーム源２９，３０を停止する（処理Ｓ７のＹｅｓ）。

その後、蓋部材１３を固定している上部基板台２５を下降し、蓋部材１３を基板１２に接触させ、５×１０^３Ｎ／ｍ^２の圧力で加圧して接合する（Ｓ９）。これにより、電子素子パッケージを作成する。

また、図４には処理時間と接合強度を測定したグラフを示す。洗浄する処理時間が長くなれば、逆に基板１２及び蓋部材１３の表面粗さが粗くなり、接合強度が低下するという現象が生ずる。実際、図４に示すように４分処理した場合は、表面粗さが０．３５ｎｍとなり、処理する前の２倍の表面粗さとなった。これは、基板１２や蓋部材１３の表面に付着した汚染物が改質除去され、さらに下地をスパッタリングするため表面粗さが粗くなったと考えられ得る。また、図５に処理後の基板に照射する光の波長と反射率の関係を示す。図５に示すように、光の波長が４５０〜７５０ｎｍの範囲内であれば、処理と反射率の関係が明確に出てくることがわかる。

そして、反射率が１．０２以上であれば、良好な接合強度が得られた。このため反射率が１．０２未満であれば、基板１２及び蓋部材１３の表面上には、まだ汚染物が残存して接合強度が低下し、これに対して、反射率が１．０２以上であれば、汚染物が除去されていると考えられる。

なお、反射率が変わる理由として汚染物の除去によると説明したが、その理由として以下のことが考えられる。表面粗さが変化したことにより反射率が変化することも考えられるが、処理時間と表面粗さの関係を調べた結果、図６に示すように反射率が向上している処理時間２分までは、表面粗さは、ほとんど変わらないことがわかった。

また、図７は、表面処理後の基板１２表面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）分析した結果を示し、Ｓｉからなる基板１２表面上のＣ（カーボン）の濃度換算値を表す。図７は、Ａｒビームを照射して基板１２の深さ方向の分析を行ったもので、基板１２表面上に約１０ｎｍのＣ化合物である有機物が堆積していることを表す。

以上のことから、反射率が変化するのは、有機物が除去されたためと考えられる。すなわちＣ（カーボン），Ｈ（水素），Ｏ(酸素)からなる有機物は光を吸収するため、表面処理後は有機物が除去され、結果として反射率が上がることになる。

以上のように、本実施の形態１によれば、基板１２及び蓋部材１３に対して、光を照射して反射率が所定以上になったときに、基板１２及び蓋部材１３表面上の汚染物は除去され、基板１２及び蓋部材１３の品質を確保することができ、高品質な接合を実現することができる。特に、片方ずつで、それぞれの基板１２及び蓋部材１３の表面を管理することにより、より接合信頼性が上がる。

（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における改質処理に用いる改質装置を示す断面図である。本実施の形態２において使用した改質装置は、前述の実施の形態１で説明した接合装置と構成は略同じであり、図２の光ファイバー３７，４０に代えて、発光用の光ファイバー４３，４５と受光用の光ファイバー４４，４６を設けた点で異なる。

図８に示すように、反応室２１の内部において、基板１２は基板台２４の上に載置され、蓋部材１３は上部基板台２５に固定される。上部基板台２５には静電チャック２６が埋め込まれており、静電チャック２６に電圧を印加することで蓋部材１３は、静電チャック２６に吸着される。また、上部基板台２５にはベローズ２７が取り付けられ、ベローズ２７を上下することで、上部基板台２５が上下に可動する。

また、２８は真空排気口、２９は基板１２を改質する基板用の中性ビーム源、３０は蓋部材１３を改質する蓋部材用の中性ビーム源である。この中性ビーム源２９，３０には、それぞれガス供給配管３１，３２及び電力供給配線３３，３４が接続されている。ガス供給配管３１，３２及び電力供給配線３３，３４は、供給コネクタ３５，３６により反応室２１との真空度を保っている。

４３は、基板１２に斜めに入射して光を照射するための光ファイバー（発光側）でハロゲンランプ（図示せず）の光を供給し、４４は、基板１２から反射された光を受光するための光ファイバー（受光側）である。光を受光するための光ファイバー４４は、光の強度を測定して反射率を計算する光ファイバーシステム（図示せず）に接続されている。

同様に４５は、蓋部材１３に斜めに入射して光を照射するための光ファイバー（発光側）でハロゲンランプ（図示せず）の光を供給し、４６は、蓋部材１３から反射された光を受光するための光ファイバー（受光側）である。光を受光するための光ファイバー４６は、光の強度を測定して反射率を計算する光ファイバーシステム（図示せず）に接続されている。

また、光を供給する光ファイバー４３，４５と光を受光する光ファイバー４４，４６は、反応室２１内を真空に保つため、Ｏリング（図示せず）等を介して取り付けられている。

以上のように構成された改質装置について、図８を参照しながら説明する。図８に示す反応室２１を真空度１０^−５Ｐａまで真空引きした後、中性ビーム源２９，３０のそれぞれにガス供給配管３１，３２からＡｒ（アルゴン）ガスを２０ｓｃｃｍ供給し、電力供給配線３３，３４から電圧１．２ＫＶを印加する。反応室２１は、Ａｒガスが供給されているため、真空度は１０^−２Ｐａに保たれている。中性ビーム源２９，３０の中にプラズマを発生させて、中性ビーム源２９，３０のそれぞれから中性のＡｒが引き出される。基板１２は中性ビーム源２９により、蓋部材１３は中性ビーム源３０により、それぞれＡｒ原子が照射される。

これにより、基板１２及び蓋部材１３の表面は、スパッタリング作用で洗浄される。そして、中性ビームの照射中において、基板１２及び蓋部材１３の表面に対して、光ファイバー４３，４５からハロゲンランプの光を照射し、同時に基板１２及び蓋部材１３の表面からの反射光を光ファイバー４４，４６で受光して、光ファイバーシステムにより反射率を計測する。

この反射率が、所定の反射率（例えば１．０２以上）になった方の中性ビーム源２９（または中性ビーム源３０）を停止し、まだ所定の反射率以上になっていない方は、さらに所定の反射率（例えば１．０２以上）になるまで中性ビームを照射する。そして、基板１２及び蓋部材１３の表面からの反射率の両方が所定の反射率（例えば１．０２以上）になったときに、中性ビーム源２９，３０を停止する。

その後、蓋部材１３を固定している上部基板台２５を下降して、蓋部材１３を基板１２に接触させ、５×１０^３Ｎ／ｍ^２の圧力で加圧して接合する。これにより、電子素子パッケージを作成する。

以上のように、本実施の形態２によれば、基板１２及び蓋部材１３に対して、光を照射して反射率が所定値以上になったときに改質処理を終了する方法によって、リアルタイムに改質状況を観測し処理することができる。

また、リアルタイムで反射率を観測することにより、基板１２及び蓋部材１３表面上の汚染物が除去されたかどうかを判断でき、さらに基板１２及び蓋部材１３の品質を確保することも可能となって、高品質な接合を実現することができる。特に、片方ずつでそれぞれ基板１２及び蓋部材１３の表面をリアルタイムに管理することで、より接合信頼性を向上させることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における改質処理について説明する。本実施の形態３における改質装置の構成は、前述した実施の形態２の図８に示した改質装置と構成は同じである。異なる点は、光ファイバー４３，４５からの光を基板１２及び蓋部材１３に照射する位置が、基板１２及び蓋部材１３の外周部としたことである。これは、中性ビーム源２９，３０の照射の性質上、基板１２及び蓋部材１３の中央部が外周部より、より照射されることになるためである。改質能力の少ない外周部を観測することにより、汚染物の未除去を防止することができる。そして、本実施の形態３では、基板１２及び蓋部材１３の外周から内側に１５ｍｍの位置で測定を実施した。

以上のように構成された改質装置について、図８を参照しながら説明する。図８に示す反応室２１を真空度１０^−５Ｐａまで真空引きした後、中性ビーム源２９，３０のそれぞれにガス供給配管３１，３２からＡｒ（アルゴン）ガスを２０ｓｃｃｍ供給し、電力供給配線３３，３４から電圧１．２ＫＶを印加する。反応室２１は、Ａｒガスが供給されているため、真空度は１０^−２Ｐａに保たれている。中性ビーム源２９，３０の中にプラズマを発生させて、中性ビーム源２９，３０のそれぞれから中性のＡｒが引き出される。基板１２は中性ビーム源２９により、また蓋部材１３は中性ビーム源３０により、それぞれＡｒ原子が照射される。

これにより、基板１２及び蓋部材１３の表面は、スパッタリング作用で洗浄される。そして、中性ビームの照射中において、基板１２及び蓋部材１３の表面の外周部に対して、光ファイバー４３，４５からハロゲンランプの光を照射し、同時に基板１２及び蓋部材１３の反射光を光ファイバー４４，４６で受光して、光ファイバーシステムにより反射率を計測する。

この反射率が、所定の反射率（例えば１．０２以上）になった方の中性ビーム源２９（または中性ビーム源３０）を停止し、まだ所定の反射率以上になっていない方は、さらに所定の反射率（例えば１．０２以上）になるまで照射する。そして、基板１２及び蓋部材１３表面からの反射率の両方が所定の反射率（例えば１．０２以上）になったときに、中性ビーム源２９，３０を停止する。

その後、蓋部材１３を固定している上部基板台２５を下降して、蓋部材１３を基板１２に接触させ、５×１０^３Ｎ／ｍ^２の圧力で加圧して接合する。これにより、電子素子パッケージを作成する。

以上のように本実施の形態３によれば、光ファイバー４３，４５からの光を基板１２及び蓋部材１３に照射する位置を、基板１２及び蓋部材１３の外周部とすることによって、基板１２及び蓋部材１３の全面を完全に改質することができ、汚染物の残存を防止することが可能となる。その結果、基板１２及び蓋部材１３の品質を確保することができ、さらに高品質な接合を実現することができる。

なお、本実施の形態３において実施した基板１２及び蓋部材１３の外周部に光を照射して反射光の観測を行う処理を、前述した実施の形態１における光ファイバー３７，４０において実施しても良く、あるいは光ファイバー３７，４０における反射光の観測として、基板１２及び蓋部材１３表面の外周部から中央部を経て、さらに別方向の外周部に渡る複数箇所を観測しても良いことは言うまでもない。

以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

実施の形態１〜３において、アルゴンガスを用いたが、アルゴンの変わりに酸素ガスでもスパッタリング効果や有機物を除去する効果があるため、同様の効果が得られ、アルゴンガスに限定されるものではない。

また、エネルギー波として中性ビームとしたが、中性ビームによる改質に限定されず、他の手法、例えばイオンビーム，原子ビーム，ラジカルビーム、一般的に用いられる１３．５６ＭＨの高周波放電によるプラズマにより改質されても良い。

また、基板１２と蓋部材１３の材質としてシリコンとしたが、セラミック，ガラス（ＳｉＯ_２）などの他の絶縁材料にも適用できる。

また、基板１２と蓋部材１３との接合としたが、蓋部材１３を別の基板として、基板と基板の接合としても同様である。

また、基板１２と蓋部材１３との接合面を洗浄する場合としたが、プラズマ洗浄のような基板１枚を処理するような場合にも、改質ができたかどうか判断する改質方法として適用できることは言うまでもない。

また、実施の形態１において、光ファイバー３７，４０は、反応室２１内としたが、反応室２１に基板１２と蓋部材１３を供給するための予備室を設けて、この予備室内に光ファイバー３７，４０を設置し、改質の判断をしても同様の効果を有する。

本発明に係る改質方法、改質装置及び接合方法、接合装置は、電子素子パッケージを形成する複数個の電子素子が形成された基板と、蓋となる基板との接合面の品質を確保することができ、より高品質な接合を実現でき、電子素子パッケージの製造方法において有用である。

本発明の実施の形態における電子素子パッケージの構成を示す断面図 本発明の実施の形態１における改質処理に用いる改質装置を示す断面図 本実施の形態１における基板を改質し接合する処理を示すフローチャート 処理時間と接合強度を測定したグラフを示す図 処理後の基板に照射する光の波長と反射率の関係を示す図 処理時間と表面粗さの関係を示す図 表面処理後の基板表面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）分析した結果で、Ｓｉからなる基板１２表面上のＣ（カーボン）の濃度換算値を表す図 本発明の実施の形態２における改質処理に用いる改質装置を示す断面図

符号の説明

１ 電子素子パッケージ
１１ 半導体素子
１２ 基板
１３ 蓋部材
１４ キャビティー部
１５ 溝加工
１６ スルーホール
１７ 電極
２１ 反応室
２４ 基板台
２５ 上部基板台
２６ 静電チャック
２７，３８，４１ ベローズ
２８ 真空排気口
２９ 基板用の中性ビーム源
３０ 蓋部材用の中性ビーム源
３１，３２ ガス供給配管
３３，３４ 電力供給配線
３５，３６ 供給コネクタ
３７，４０ 光ファイバー
３９ 第１光ファイバーシステム
４２ 第２光ファイバーシステム
４３，４５ 光ファイバー（発光側）
４４，４６ 光ファイバー（受光側）

Claims (11)

1. 基板を改質するための改質方法であって、エネルギー供給源によりプラズマ化したエネルギー波を前記基板に照射して洗浄する洗浄工程と、前記基板に光を照射して前記基板から反射された反射光の強度を観測する観測工程と、前記反射光の強度が所定量に達しているか否かを判定する判定工程とを有し、
   前記観測工程の前記基板からの反射光の強度を観測する発光強度測定手段は、前記エネルギー波を停止したときに前記基板面上に移動し、前記観測の終了後には前記基板面上から前記エネルギー波が照射されない位置に移動し、
   前記洗浄工程による基板の洗浄後に、前記観測工程で観測した前記反射光の強度が、前記判定工程において前記所定量以下のとき前記反射光の強度が前記所定量以上になるまで前記洗浄工程を繰り返し、前記所定量以上のとき処理完了と判定して前記洗浄工程を終了することを特徴とする改質方法。
2. 請求項１記載の改質方法であって、前記基板に光を照射する位置は、前記基板の外周部であることを特徴とする改質方法。
3. 請求項１または請求項２記載の改質方法であって、前記エネルギー波を照射する前に、前記基板に照射した光の反射光の強度を観測して、前記エネルギー波の停止を判定するための前記反射光強度の所定量を決定することを特徴とする改質方法。
4. 請求項３記載の改質方法であって、前記エネルギー波の停止を判定するための反射光強度の所定量を、前記反射光強度から算出した反射率として、前記反射率を１．０２以上としたことを特徴とする改質方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の改質方法であって、前記基板からの反射光を観測する波長は、４５０〜７５０ｎｍの波長領域であることを特徴とする改質方法。
6. ２枚の基板を接合するための接合方法であって、電子素子パッケージを形成する複数個の電子素子が形成された第１の基板と蓋となる第２の基板との接合面を、それぞれ第１のエネルギー供給源と第２のエネルギー供給源によりプラズマ化されたエネルギー波を照射して洗浄する第１の工程と、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれに光を照射し、前記第１の基板と前記第２の基板から反射されたそれぞれの反射光の強度を観測する第２の工程と、観測したそれぞれの反射光の強度が所定量に達しているか否かを判定する第３の工程と、洗浄した前記接合面で前記第１の基板と前記第２の基板を接合する第４の工程とを有し、
   前記第２の工程の前記基板からの反射光の強度を観測する発光強度測定手段は、前記エネルギー波を停止したときに前記接合面上に移動し、前記観測の終了後には前記接合面上から前記エネルギー波が照射されない位置に移動し、
   前記第１の工程でエネルギー波の所定時間の照射後に、前記照射を停止して前記第２の工程で観測したそれぞれの反射光の強度が、前記第３の工程において前記所定量以下のときには前記反射光の強度が前記所定量以上になるまで前記第１の工程の洗浄処理を繰り返し、前記所定量以上のときには処理完了と判定して、前記第４の工程で前記第１の基板と前記第２の基板を接合することを特徴とする接合方法。
7. 請求項６記載の接合方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれに光を照射する位置は、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれの外周部であることを特徴とする接合方法。
8. 請求項６または請求項７記載の接合方法であって、前記エネルギー波を照射する前に、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれに照射した光の反射光の強度を観測して、前記エネルギー波の停止を判断するための前記反射光強度の所定量をそれぞれ決定することを特徴とする接合方法。
9. 請求項８記載の接合方法であって、前記エネルギー波の停止を判断するための反射光強度の所定量を、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれの前記反射光強度から算出した反射率として、前記反射率が１．０２以上としたことを特徴とする接合方法。
10. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の改質方法により基板を改質する改質装置であって、
    前記基板を搬入する反応室と、前記基板を設置する基板台と、前記基板にエネルギー波を照射するエネルギー照射源と、前記反応室を真空に保つ真空手段と、前記基板に光を照射する手段と、前記基板から反射された反射光の強度を観測する測定手段とを備えたことを特徴とする改質装置。
11. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の接合方法により２枚の基板を接合する接合装置であって、
    前記２枚の基板を搬入する反応室と、互いに対面する位置に第１の基板と第２の基板を設置する基板台と、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれにエネルギー波を照射するエネルギー照射源と、前記反応室を真空に保つ真空手段と、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる貼合機構と、前記第１の基板と前記第２の基板それぞれに光を照射する手段と、前記第１の基板と前記第２の基板から反射されたそれぞれの反射光の強度を観測する測定手段とを備えたことを特徴とする接合装置。

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