JP5760392B2 - Bonding method, bonding system, and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、被接合物の接合表面を活性化して接合する技術に関し、特にＡｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を接合する接合技術に関する。 The present invention relates to a technique for activating and bonding a bonding surface of an object to be bonded, and particularly to a bonding technique for bonding a bonding surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper), and Al (aluminum).
２つの被接合物の接合表面をイオンビーム等を用いて表面活性化処理した後に、両被接合物を接合する技術が存在する。 There is a technique in which both surfaces to be bonded are bonded after the surface of two bonded objects is subjected to surface activation treatment using an ion beam or the like.
例えば、特許文献１には、２つの被接合物の接合表面がイオンビーム等によって洗浄された後、洗浄された２つの被接合物の接合表面が対向状態にされて接合される技術が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a technique in which after bonding surfaces of two objects to be bonded are cleaned by an ion beam or the like, the cleaned bonding surfaces of the two objects to be bonded are brought into an opposing state and bonded. ing.
ところで、シリコンの接合技術である上記従来技術を、Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合に応用することが考えられる。このような接合技術において、一般に、２つの被接合物が配置される空間には不純物が存在しないことが好ましいため、比較的高い真空度にまで一旦減圧しておくことが好ましい。 By the way, it is conceivable to apply the above-described conventional technique, which is a silicon bonding technique, to Au (gold) -Au (gold) bonding. In such a joining technique, it is generally preferable that no impurities exist in the space where the two objects to be joined are arranged, and therefore it is preferable to reduce the pressure once to a relatively high degree of vacuum.
そこで、本発明の発明者は、１０−６Ｐａ（パスカル）〜１０−８Ｐａ（パスカル）程度にまで一旦減圧した後に、Ａｕ（金）で形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を接合することを試行した。 Therefore, the inventor of the present invention once reduced the pressure to about 10 −6 Pa (pascal) to about 10 −8 Pa (pascal), and then two bonded objects each having a bonding surface formed of Au (gold). Attempted to join.
しかしながら、このような高い真空度にまで減圧した後に接合処理を行っても、両被接合物の接合表面の相互間に複数の部分的空隙（ボイド）が形成され、両被接合物を適切に接合することが困難である、との事態に直面した（図４３および図４４参照）。 However, even if the bonding process is performed after reducing the pressure to such a high degree of vacuum, a plurality of voids are formed between the bonding surfaces of both objects to be bonded. We faced a situation where it was difficult to join (see FIGS. 43 and 44).
また、このような状況は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合、Ｃｕ（銅）−Ａｕ（金）の接合、およびＡｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合等においても同様に生じる。 Such a situation also occurs in the case of Cu (copper) -Cu (copper) bonding, Cu (copper) -Au (gold) bonding, Al (aluminum) -Al (aluminum) bonding, and the like. .
そこで、この発明の課題は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を良好に接合することが可能な接合技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a bonding technique capable of satisfactorily bonding two objects to be bonded each having a bonding surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper), and Al (aluminum). Is to provide.
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合方法であって、ａ）前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物の接合表面のそれぞれに向けて、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれかの特定物質によるエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、ｃ）前記水分子吸着処理が施され水分子が付着している前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 includes a first object to be bonded and a second object each having a bonding surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper), and Al (aluminum). A bonding method for bonding an object to be bonded, comprising: a) Argon, krypton, and xenon toward each of bonding surfaces of both objects to be bonded, the first object to be bonded and the second object to be bonded. Irradiating an energy wave with any one of the specific substances to activate each of the bonding surfaces of the objects to be bonded, and b) performing the surface activation process A step of performing a water molecule adsorption process for adsorbing water molecules on the bonding surfaces of both objects to be bonded; and c) contacting the bonding surfaces of the objects to be bonded to each other to which the water molecules are adsorbed and to which water molecules are attached. Heat in a heated state Characterized in that it comprises a step, a.
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合方法において、ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the joining method according to the first aspect of the present invention, d) at a time prior to the step a), the mounting space for both the objects to be joined is 10 2 Pa (Pascal) or less and The method further includes a step of reducing the pressure to a predetermined value of 10 −5 Pa (pascal) or more.
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る接合方法において、前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the bonding method according to the first or second aspect of the present invention, the step b) includes a step of performing the water molecule adsorption process by supplying water gas. .
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る接合方法において、前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the joining method according to any one of the first to third aspects, the step c) performs a pressurizing process for applying a contact pressure between the objects to be joined. It has a step.
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る接合方法において、前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the joining method according to the fourth aspect of the present invention, the surface of each of the objects to be joined is subjected to a surface smoothing process in advance, and the pressure treatment is performed on the both surfaces to be joined. It is characterized by being carried out by applying a contact pressure of 10 MPa (megapascal) or less between the objects.
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る接合方法において、前記ステップｃ）は、ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、を有することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the joining method according to any one of the first to fifth aspects, the step c) comprises heating at a first temperature not higher than the boiling point of c-1) water for a certain period of time. A step of allowing grain boundary diffusion on the bonding surface to proceed; and c-2) a step of heating the objects to be bonded to a second temperature equal to or higher than the boiling point of water after the step c-1). It is characterized by having.
請求項７の発明は、請求項１の発明に係る接合方法において、ｅ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。 The invention of claim 7 is the joining method according to the invention of claim 1 , wherein e) at a time prior to step a 1 , the mounting space for both the objects to be joined is 10 −6 Pa (pascal) or less. And a step of reducing the pressure to a predetermined value of 10 −8 Pa (pascal) or more.
請求項８の発明は、請求項１の発明に係る接合方法において、ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係る接合方法において、前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｕ（金）およびＣｕ（銅）のいずれかで形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係る接合方法において、前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｌ（アルミニウム）で形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the joining method according to the invention of claim 1, in which f) the mounting space for the objects to be joined at the time before step a) is the surface activity of step a). And a step of reducing the pressure to a pressure value lower than the pressure value at the time of the crystallization treatment.
A ninth aspect of the present invention is the bonding method according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, wherein the first bonded object and the second bonded object are Au (gold) and Cu (copper). ), Each of the bonding surfaces is formed.
A tenth aspect of the present invention is the bonding method according to any one of the first to eighth aspects, wherein the first object to be bonded and the second object to be bonded are formed of Al (aluminum). It has the said joint surface, It is characterized by the above-mentioned.
請求項１１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合システムであって、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物の接合表面のそれぞれに向けて、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれかの特定物質によるエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、前記水分子吸着処理が施され水分子が付着している前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る接合システムにおいて、前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｕ（金）およびＣｕ（銅）のいずれかで形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１１の発明に係る接合システムにおいて、前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｌ（アルミニウム）で形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする。
The invention according to claim 11 joins the first article to be joined and the second article to be joined each having a joining surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper) and Al (aluminum). An energy wave generated by a specific substance of any one of argon, krypton, and xenon toward a bonding surface of both objects to be bonded of the first object to be bonded and the second object to be bonded. Surface activation treatment means for activating each of the bonding surfaces of both of the objects to be bonded, and water on the surfaces of both the objects to be bonded that have been subjected to the surface activation processing. A control means for performing a water molecule adsorption process for adsorbing molecules, and a heating means for heating the bonded surfaces of the objects to be bonded to each other to which the water molecules are attached and the water molecules adhering to each other. Having And features.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the joining system according to the eleventh aspect of the invention, the first article to be joined and the second article to be joined are formed of either Au (gold) or Cu (copper). Further, it has a bonding surface.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the joining system according to the eleventh aspect of the present invention, each of the first article to be joined and the second article to be joined has the joining surface made of Al (aluminum). It is characterized by.
請求項１４の発明は、半導体装置であって、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明に係る接合方法により接合されて生成される半導体装置であることを特徴とする。 A fourteenth aspect of the invention is a semiconductor device, which is a semiconductor device formed by being joined by the joining method according to any one of the first to tenth aspects of the invention.
請求項１ないし請求項１４に記載の発明によれば、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。 According to the invention described in any one of claims 1 to 14 , both objects to be joined having a joining surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper) and Al (aluminum) can be satisfactorily joined. It is possible.
特に、請求項２に記載の発明によれば、水分子を残した状態で不純物を排除することが可能であるので、水ガスの供給を必ずしも要することなく水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。 In particular, according to the invention described in claim 2, since it is possible to eliminate impurities while leaving water molecules, the water molecule adsorption process can be performed satisfactorily without necessarily supplying water gas. Is possible.
また特に、請求項６に記載の発明によれば、急激な温度上昇に起因する泡の発生を回避しつつ、適切に両被接合物を接合することが可能である。 In particular, according to the invention described in claim 6, it is possible to appropriately join both objects to be joined while avoiding the generation of bubbles due to a rapid temperature rise.
また、請求項１４に記載の発明によれば、良好に接合されて生成された半導体装置を得ることができる。 In addition, according to the invention described in claim 14 , it is possible to obtain a semiconductor device produced by being favorably bonded.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．装置＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る接合システム１（１Ａとも称する）を示す図である。図１は接合システム１の縦断面図であり、図２は当該接合システム１の横断面図である。なお、各図においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。
<1. First Embodiment>
<1-1. Device>
1 and 2 are diagrams showing a joining system 1 (also referred to as 1A) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the joining system 1, and FIG. 2 is a transverse sectional view of the joining system 1. In each figure, directions and the like are shown using an XYZ orthogonal coordinate system for convenience.
この接合システム１は、減圧下のチャンバ（真空チャンバ）２内で、被接合物９１の接合表面と被接合物９２の接合表面とを原子ビーム等で活性化させ、両被接合物９１，９２を接合する装置である。この接合システム１によれば、両被接合物９１，９２の接合表面に対して表面活性化処理を施すとともに、当該両被接合物９１，９２を固相接合することが可能である。 In the bonding system 1, the bonding surface of the object to be bonded 91 and the bonding surface of the object to be bonded 92 are activated by an atomic beam or the like in a chamber (vacuum chamber) 2 under reduced pressure, and both the objects to be bonded 91 and 92 are activated. Is a device for joining. According to the bonding system 1, it is possible to perform surface activation processing on the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 and to perform solid-phase bonding of the objects to be bonded 91 and 92.
この実施形態では、被接合物９１，９２は、それぞれ、Ａｕ（金）で形成された接合表面を有している。たとえば、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に直接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有している。または、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に形成された他の金属薄膜（Ｎｉ（ニッケル）層あるいはＴｉ（チタン）層等）の上にＡｕ（金）の金属薄膜がさらに積層された構成を有していてもよい。換言すれば、シリコンウエハ上に間接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有していてもよい。 In this embodiment, the objects to be bonded 91 and 92 each have a bonding surface made of Au (gold). For example, each of the articles 91 and 92 has a structure in which a metal thin film of Au (gold) is directly laminated on a silicon wafer. Alternatively, each of the objects to be bonded 91 and 92 is further laminated with a metal thin film of Au (gold) on another metal thin film (Ni (nickel) layer or Ti (titanium) layer) formed on the silicon wafer. You may have the structure made. In other words, an Au (gold) metal thin film may be indirectly laminated on a silicon wafer.
また、この実施形態においては、両被接合物９１，９２の各接合表面には予め表面平滑化処理（鏡面処理等）が施されているものとする。 Further, in this embodiment, it is assumed that the surface of each of the objects to be bonded 91 and 92 has been subjected to a surface smoothing process (such as a mirror surface process) in advance.
そして、被接合物９１の金属薄膜（詳細にはＡｕ）と被接合物９２の金属薄膜（詳細にはＡｕ）とが接合システム１を用いて接合される。 Then, the metal thin film (in detail, Au) of the object to be bonded 91 and the metal thin film (in detail, Au) of the object to be bonded 92 are bonded using the bonding system 1.
接合システム１は、両被接合物９１，９２の処理空間である真空チャンバ２と、当該真空チャンバ２に連結されたロードロックチャンバ３とを備える。真空チャンバ２は、排気管６と排気弁７とを介して真空ポンプ５に接続されている。真空ポンプ５の吸引動作に応じて真空チャンバ２内の圧力が低減（減圧）されることによって、真空チャンバ２は真空状態にされる。また、排気弁７は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ２内の真空度を調整することができる。 The bonding system 1 includes a vacuum chamber 2 that is a processing space for both the objects to be bonded 91 and 92, and a load lock chamber 3 connected to the vacuum chamber 2. The vacuum chamber 2 is connected to a vacuum pump 5 via an exhaust pipe 6 and an exhaust valve 7. The vacuum chamber 2 is put into a vacuum state by reducing (reducing pressure) the pressure in the vacuum chamber 2 in accordance with the suction operation of the vacuum pump 5. Further, the exhaust valve 7 can adjust the degree of vacuum in the vacuum chamber 2 by the opening / closing operation and the exhaust flow rate adjusting operation.
両被接合物９１，９２は、ロードロックチャンバ３内において導入棒４の先端部のクランピングチャック４ｃで保持された後、真空チャンバ２内に移動される。具体的には、上側の被接合物９２は、導入棒４の先端部で保持され、ヘッド２２の直下位置ＰＧ２にまでＸ方向に移動された後、ヘッド２２によって保持される。同様に、下側の被接合物９１は、導入棒４の先端部で保持された状態でＸ方向においてステージ１２に向けて位置ＰＧ１にまで移動され、当該ステージ１２によって保持される。 Both objects 91 and 92 are held in the load lock chamber 3 by the clamping chuck 4 c at the tip of the introduction rod 4 and then moved into the vacuum chamber 2. Specifically, the upper article 92 is held at the tip of the introduction rod 4, moved in the X direction to the position PG <b> 2 immediately below the head 22, and then held by the head 22. Similarly, the lower workpiece 91 is moved to the position PG <b> 1 toward the stage 12 in the X direction while being held at the tip of the introduction rod 4, and is held by the stage 12.
ヘッド２２およびステージ１２は、いずれも、真空チャンバ２内に設置されている。また、ヘッド２２は、ヒータ２４によって加熱され、ヘッド２２に保持された被接合物９２の温度を調整することができる。同様に、ステージ１２は、当該ステージ１２に内蔵されたヒータ１２ｈ（不図示）によって加熱され、ステージ１２上の被接合物９１の温度を調整することができる。 Both the head 22 and the stage 12 are installed in the vacuum chamber 2. Further, the head 22 is heated by the heater 24, and the temperature of the workpiece 92 held by the head 22 can be adjusted. Similarly, the stage 12 is heated by a heater 12 h (not shown) built in the stage 12, and the temperature of the workpiece 91 on the stage 12 can be adjusted.
ヘッド２２は、アライメントテーブル２３によってＸ方向およびＹ方向に移動（並進移動）されるとともに、回転駆動機構２５によってθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に回転される。ヘッド２２は、後述する位置認識部２８による位置検出結果等に基づいてアライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向におけるアライメント動作が実行される。 The head 22 is moved (translationally moved) in the X direction and the Y direction by the alignment table 23, and is rotated in the θ direction (rotation direction about the Z axis) by the rotation drive mechanism 25. The head 22 is driven by the alignment table 23 and the rotation drive mechanism 25 based on a position detection result by a position recognition unit 28 described later, and alignment operations in the X direction, the Y direction, and the θ direction are executed.
また、ヘッド２２は、Ｚ軸昇降駆動機構２６によってＺ方向に移動（昇降）される。Ｚ軸昇降駆動機構２６は、不図示の圧力検出センサにより検出した信号に基づいて、接合時の加圧力を制御することができる。 The head 22 is moved (lifted / lowered) in the Z direction by the Z-axis lifting / lowering drive mechanism 26. The Z-axis raising / lowering drive mechanism 26 can control the applied pressure at the time of joining based on a signal detected by a pressure detection sensor (not shown).
また、ステージ１２は、スライド移動機構１４によってＸ方向に移動（並進移動）可能である。ステージ１２は、ビーム照射部１１付近の待機位置（位置ＰＧ１付近）とヘッド２２直下の接合位置（位置ＰＧ２付近）との間でＸ方向において移動する。スライド移動機構１４は高精度の位置検出器（リニアスケール）を有しており、ステージ１２は高精度に位置決めされる。 The stage 12 can be moved (translated) in the X direction by the slide moving mechanism 14. The stage 12 moves in the X direction between a standby position (near position PG1) near the beam irradiation unit 11 and a bonding position just below the head 22 (near position PG2). The slide moving mechanism 14 has a highly accurate position detector (linear scale), and the stage 12 is positioned with high accuracy.
また、接合システム１は、被接合物９１，９２の位置を認識する位置認識部１８，２８を備えている。位置認識部１８，２８は、それぞれ、被接合物等に関する光像を画像データとして取得する撮像部（カメラ）１８ｂ，２８ｂを有する。また、両被接合物９１，９２には、それぞれ、位置識別用マーク（以下、単にマークとも称する）が付されている。例えば、一方の被接合物９１に２つの位置識別用マークが設けられ、他方の被接合物９２にも２つの位置識別用マークが設けられる。なお、当該各マークは、特定の形状を有することが好ましい。ただし、これに限定されず、ウエハーのオリフラ、あるいは、ウエハー上に形成された回路パターンなどの一部を位置識別用マークとして兼用するようにしてもよい。 Moreover, the joining system 1 includes position recognition units 18 and 28 that recognize the positions of the objects to be joined 91 and 92. The position recognizing units 18 and 28 have imaging units (cameras) 18b and 28b, respectively, that acquire optical images related to the objects to be joined as image data. Further, both the objects to be bonded 91 and 92 are each provided with a position identification mark (hereinafter also simply referred to as a mark). For example, two position identification marks are provided on one workpiece 91, and two position identification marks are provided on the other workpiece 92. Each mark preferably has a specific shape. However, the present invention is not limited to this, and a portion of the orientation flat of the wafer or a circuit pattern formed on the wafer may also be used as a position identification mark.
両被接合物９１，９２の位置決め動作は、当該位置認識部（カメラ等）により、両被接合物９１，９２に付されたマークの位置を認識することによって実行される。 The positioning operation of both the workpieces 91 and 92 is executed by recognizing the positions of the marks attached to both the workpieces 91 and 92 by the position recognition unit (camera or the like).
例えば、位置認識部１８は、位置ＰＧ１に存在する被接合物９１の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部上方に配置された光源１８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ａを透過して被接合物９１（位置ＰＧ１）に到達して反射される。そして、被接合物９１で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ａを透過して進行し、撮像部１８ｂに到達する。このようにして、位置認識部１８は、被接合物９１に関する光像を画像データとして取得する。そして、位置認識部１８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９１の位置を認識する。 For example, the position recognition unit 18 acquires an optical image of the workpiece 91 existing at the position PG1 as image data. Specifically, light emitted from the light source 18a disposed above the outside of the vacuum chamber 2 passes through the window portion 2a of the vacuum chamber 2 and reaches the object to be bonded 91 (position PG1) to be reflected. . And the light reflected by the to-be-joined object 91 permeate | transmits the window part 2a of the vacuum chamber 2, and advances again, and reaches | attains the imaging part 18b. In this way, the position recognizing unit 18 acquires an optical image related to the workpiece 91 as image data. Then, the position recognition unit 18 extracts a mark based on the image data, recognizes the position of the mark, and eventually recognizes the position of the workpiece 91.
同様に、位置認識部２８は、位置ＰＧ２に存在する被接合物９２の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して被接合物９２（位置ＰＧ２）に到達して反射される。そして、被接合物９２（詳細にはその一部）で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。このようにして、位置認識部２８は、被接合物９２に関する光像を画像データとして取得する。また、位置認識部２８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９２の位置を認識する。 Similarly, the position recognition unit 28 acquires an optical image of the object 92 present at the position PG2 as image data. Specifically, the light emitted from the light source 28a disposed below the vacuum chamber 2 passes through the window 2b of the vacuum chamber 2 and reaches the object 92 (position PG2) to be reflected. . Then, the light reflected by the object to be bonded 92 (specifically, a part thereof) travels again through the window 2b of the vacuum chamber 2 and reaches the imaging unit 28b. In this way, the position recognizing unit 28 acquires an optical image related to the workpiece 92 as image data. Further, the position recognition unit 28 extracts a mark based on the image data, recognizes the position of the mark, and consequently recognizes the position of the workpiece 92.
さらに、後述するように、この接合システム１においては、ステージ１２がＸ方向に移動することによって、被接合物９１が位置ＰＧ２に移動し、両被接合物９１，９２が対向する状態（図１０参照）に遷移する。図５に示すように、位置認識部２８は両被接合物９１，９２の対向状態において、両被接合物９１，９２に関する光像を画像データとして取得することもできる。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して両被接合物９１，９２（詳細にはその一部）で反射され、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１，９２に関する光像（反射光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。なお、光源２８ａとしては、両被接合物９１，９２およびステージ１２等を透過する光（例えば赤外光）が用いられればよい。 Further, as will be described later, in the joining system 1, the stage 12 moves in the X direction, whereby the article 91 is moved to the position PG2, and the objects 91 and 92 are opposed to each other (FIG. 10). Transition to Reference). As shown in FIG. 5, the position recognizing unit 28 can also acquire an optical image related to both the objects to be bonded 91 and 92 as image data in a state where the objects to be bonded 91 and 92 face each other. Specifically, the light emitted from the light source 28a disposed below the vacuum chamber 2 is transmitted through the window 2b of the vacuum chamber 2 to be bonded to both objects 91 and 92 (specifically, part thereof). Is transmitted through the window 2b of the vacuum chamber 2 again, and reaches the imaging unit 28b. The position recognizing unit 28 acquires, as image data, the optical images (images related to the reflected light) relating to the both objects 91 and 92 acquired in this way, and recognizes the position of the mark based on the image data. In addition, as the light source 28a, the light (for example, infrared light) which permeate | transmits both to-be-joined objects 91 and 92, the stage 12, etc. should just be used.
また、この実施形態においては、図５に示すように、位置認識部２８は、別の光源２８ｃ，２８ｄをも有している。位置認識部２８は、両被接合物９１，９２が対向する状態において、当該光源２８ｃ，２８ｄからの光の透過光に関する画像データを用いて、両被接合物９１，９２の位置を認識することも可能である。具体的には、真空チャンバ２の外部側方に配置された光源２８ｃ，２８ｄから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｃ，２ｄをそれぞれ透過し、その後、ミラー２８ｅ，２８ｆで反射されてその進行方向が変更され下方に進行する。当該光は、さらに、両被接合物９１，９２（詳細にはその一部）を透過した後、窓部２ｂを透過して撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１，９２に関する光像（透過光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, the position recognition unit 28 also has other light sources 28c and 28d. The position recognizing unit 28 recognizes the positions of the objects to be bonded 91 and 92 using image data relating to the transmitted light from the light sources 28c and 28d in a state where the objects to be bonded 91 and 92 face each other. Is also possible. Specifically, the light emitted from the light sources 28c and 28d disposed on the outer side of the vacuum chamber 2 is transmitted through the windows 2c and 2d of the vacuum chamber 2, and then reflected by the mirrors 28e and 28f. The direction of travel is changed and proceeds downward. The light further passes through both of the objects to be joined 91 and 92 (specifically, a part thereof), and then passes through the window portion 2b to reach the imaging unit 28b. The position recognizing unit 28 acquires, as image data, the optical images (images related to transmitted light) relating to the both objects 91 and 92 acquired in this way, and recognizes the position of the mark based on the image data.
このように、接合システム１は、反射光による撮像システム（光源２８ａおよび撮像部２８ｂ等を有する）と、透過光による撮像システム（光源２８ｃ，２８ｄおよび撮像部２８ｂ等を有する）との２種類の撮像システムを備えている。接合システム１は、状況に応じて、これら２種類の撮像システムを適宜に切り換えて利用し、各マークの位置を認識することが可能である。 As described above, the joining system 1 includes two types of an imaging system using reflected light (including the light source 28a and the imaging unit 28b) and an imaging system using transmitted light (including the light sources 28c and 28d and the imaging unit 28b). An imaging system is provided. The joining system 1 can recognize the position of each mark by appropriately switching between these two types of imaging systems according to the situation.
以上のような位置認識部１８，２８によって両被接合物９１，９２の位置が認識される。そして、認識された位置情報に基づいて、アライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によってヘッド２２がＸ方向、Ｙ方向、および／またはθ方向に駆動されることによって、両被接合物９１，９２の相対的に移動され、アライメント動作が実行される。例えば被接合物９１に付された２つのマークと被接合物９２に付された２つのマークとが重なるように、両被接合物９１，９２を微小移動することによって、両被接合物９１，９２を精密に位置決めすることができる。 The positions of the workpieces 91 and 92 are recognized by the position recognition units 18 and 28 as described above. Then, based on the recognized position information, the head 22 is driven in the X direction, the Y direction, and / or the θ direction by the alignment table 23 and the rotation drive mechanism 25, so And the alignment operation is performed. For example, by moving the workpieces 91 and 92 slightly so that two marks attached to the workpiece 91 and two marks attached to the workpiece 92 overlap, 92 can be precisely positioned.
また、接合システム１は、２つのビーム照射部１１，２１を備えている。接合システム１においては、これらの２つのビーム照射部１１，２１を用いて表面活性化処理が実行される。図１に示すように、ビーム照射部１１，２１は、真空チャンバ２の奥側（＋Ｙ側）の側壁面に設けられている（図２も参照）。ビーム照射部１１，２１は、それぞれ、真空チャンバ２内部の対応位置に向けて特定物質のビームを照射する。 The bonding system 1 includes two beam irradiation units 11 and 21. In the bonding system 1, the surface activation process is executed using these two beam irradiation units 11 and 21. As shown in FIG. 1, the beam irradiation units 11 and 21 are provided on the side wall surface on the back side (+ Y side) of the vacuum chamber 2 (see also FIG. 2). Each of the beam irradiation units 11 and 21 irradiates a beam of a specific substance toward a corresponding position inside the vacuum chamber 2.
より具体的には、図１および図２に示すように、ビーム照射部１１は、真空チャンバ２内の比較的左側（−Ｘ側）の位置ＰＧ１付近に配置され、ビーム照射部２１は、真空チャンバ２内の比較的右側（＋Ｘ側）の位置ＰＧ２付近に配置される。 More specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the beam irradiation unit 11 is disposed near the position PG1 on the relatively left side (−X side) in the vacuum chamber 2, and the beam irradiation unit 21 is a vacuum. It is disposed near the position PG2 on the relatively right side (+ X side) in the chamber 2.
ビーム照射部１１は、図３の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｙ側壁面の上方寄りの位置において、斜め下方を向いて設置されている。これにより、ビーム照射部１１は、ステージ１２に保持された被接合物９１が位置ＰＧ１に存在するときに、当該被接合物９１の接合表面に対して、斜め上方からビームを照射する。また、ビーム照射部１１によるビーム照射方向は、Ｘ軸に垂直な平面（ＹＺ平面）に平行な方向である。なお、図３は、図１のＩ−Ｉ断面における断面図である。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the beam irradiator 11 is installed facing obliquely downward at a position near the upper side of the + Y side wall surface of the vacuum chamber 2. Thereby, the beam irradiation part 11 irradiates a beam from diagonally upward with respect to the bonding surface of the said to-be-joined object 91, when the to-be-joined object 91 hold | maintained at the stage 12 exists in position PG1. The beam irradiation direction by the beam irradiation unit 11 is a direction parallel to a plane (YZ plane) perpendicular to the X axis. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
ビーム照射部２１は、図４の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｙ側壁面の下方寄りの位置において、斜め上方を向いて設置されている。これにより、ビーム照射部２１は、ヘッド２２に保持された被接合物９２が位置ＰＧ２に存在するときに、当該被接合物９２の接合表面に対して、斜め下方からビームを照射する。また、ビーム照射部２１によるビーム照射方向も、Ｘ軸に垂直な平面（ＹＺ平面）に平行な方向である。なお、図４は、図１のII−II断面における断面図である。 As shown also in the cross-sectional view of FIG. 4, the beam irradiation unit 21 is installed facing obliquely upward at a position closer to the lower side of the + Y side wall surface of the vacuum chamber 2. Thereby, the beam irradiation part 21 irradiates a beam from diagonally downward with respect to the joining surface of the said to-be-joined object 92, when the to-be-joined object 92 hold | maintained at the head 22 exists in position PG2. The beam irradiation direction by the beam irradiation unit 21 is also a direction parallel to a plane (YZ plane) perpendicular to the X axis. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
この接合システム１においては、後述するようなスライド配置状態（図８参照）において、ビーム照射部１１，２１を用いて特定物質（例えばアルゴン）を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する表面活性化処理が実行される。そして、接合システム１は、表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２を近接対向状態（図１０）にした後に、互いに近接させて両被接合物９１，９２を接合する（図１１および図１２）。 In this joining system 1, in a slide arrangement state (see FIG. 8) as will be described later, a specific substance (for example, argon) is released using the beam irradiation units 11 and 21, whereby both of the objects 91 and 92 are joined. A surface activation process for activating the bonding surface is performed. Then, the joining system 1 brings both the objects 91 and 92 subjected to the surface activation process into a close-to-opposed state (FIG. 10), and then brings them close to each other and joins both the objects 91 and 92 (FIG. 10). 11 and FIG. 12).
ここにおいて、ビーム照射部１１，２１は、イオン化された特定物質（ここではアルゴン）を電界で加速し両被接合物９１，９２の接合表面に向けて当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。換言すれば、ビーム照射部１１，２１は、両被接合物９１，９２の接合表面に向けてエネルギー波を照射することによって、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。 Here, the beam irradiation units 11 and 21 accelerate the ionized specific substance (in this case, argon) by an electric field and release the specific substance toward the bonding surfaces of both the objects to be bonded 91 and 92. The bonding surfaces of the bonded products 91 and 92 are activated. In other words, the beam irradiation units 11 and 21 activate the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 by irradiating energy waves toward the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92.
なお、この実施形態では、ビーム照射部１１，２１として原子ビーム照射装置を用いるものとする。ただし、これに限定されず、ビーム照射部１１，２１としてイオンビーム照射装置を用い、イオンビームを両被接合物９１，９２の接合表面に向けて照射するようにしてもよい。 In this embodiment, an atomic beam irradiation apparatus is used as the beam irradiation units 11 and 21. However, the present invention is not limited to this, and an ion beam irradiation apparatus may be used as the beam irradiation units 11 and 21 to irradiate the ion beam toward the bonding surfaces of both the objects to be bonded 91 and 92.
また、接合システム１は、コントローラＣＴを備えている。接合システム１における各種の動作は、当該コントローラＣＴの制御下において実行される。コントローラＣＴは、例えば、後述する各種の処理（バックグラウンド減圧処理、表面活性化処理、水分子吸着処理および加熱・加圧処理等）を制御する。 The joining system 1 includes a controller CT. Various operations in the bonding system 1 are executed under the control of the controller CT. For example, the controller CT controls various processes (background decompression process, surface activation process, water molecule adsorption process, heating / pressurization process, and the like) described later.
＜１−２．動作＞
次に、接合システム１における接合動作について、図６のフローチャートおよび図７〜図１２の模式図を参照しながら説明する。図７〜図１２は、当該接合動作（接合方法）における時系列の各工程を順次に示す図である。なお、図７〜図１２においては、便宜上、ステージ１２およびヘッド２２等の図示を省略している。
<1-2. Operation>
Next, the joining operation in the joining system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and the schematic diagrams of FIGS. 7-12 is a figure which shows each process of the time series in the said joining operation | movement (joining method) sequentially. 7 to 12, illustration of the stage 12, the head 22 and the like is omitted for convenience.
図７は、導入棒４（図１）等を用いて両被接合物９１，９２が真空チャンバ２内に導入された状態を示している。この導入動作は減圧下において実行される。図７においては、導入直後において、上側の被接合物９２が位置ＰＧ２においてヘッド２２によって保持されており、下側の被接合物９１が位置ＰＧ１においてステージ１２によって保持されている状態を示している。 FIG. 7 shows a state in which the workpieces 91 and 92 are introduced into the vacuum chamber 2 using the introduction rod 4 (FIG. 1) or the like. This introduction operation is performed under reduced pressure. FIG. 7 shows a state in which immediately after the introduction, the upper workpiece 92 is held by the head 22 at the position PG2, and the lower workpiece 91 is held by the stage 12 at the position PG1. .
この後、ステップＳ１０（図６）において、バックグラウンド減圧処理（次述）が実行される。 Thereafter, in step S10 (FIG. 6), background decompression processing (described below) is executed.
具体的には、接合システム１は、図１３に示すように、期間ＴＭ０において真空ポンプ５による減圧動作を実行して、真空チャンバ２内の圧力を圧力値ＰＲ０にまで低減し高真空状態ないし超高真空状態にする。たとえば、１０−８Ｐａ（パスカル）〜１０−６Ｐａ（パスカル）程度にまで真空引きする。これにより、真空チャンバ２内における不要な浮遊物（不純物等）を予め低減することができる。 Specifically, as shown in FIG. 13, the bonding system 1 performs a pressure reducing operation by the vacuum pump 5 in the period TM0 to reduce the pressure in the vacuum chamber 2 to the pressure value PR0, and the high vacuum state or over Apply high vacuum. For example, vacuuming is performed to about 10 −8 Pa (pascal) to 10 −6 Pa (pascal). Thereby, unnecessary floating matters (impurities and the like) in the vacuum chamber 2 can be reduced in advance.
この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ０は、図１３に示すように、次述するビーム照射（図８）を伴う期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ１（例えば１０−２Ｐａ（パスカル））よりも低い値である。すなわち、期間ＴＭ０の真空度は、期間ＴＭ１の真空度よりも高い。換言すれば、真空チャンバ２内の真空度は、期間ＴＭ１に先立って期間ＴＭ０において予め高められる。なお、期間ＴＭ０における減圧処理は、ビーム照射（図８）よりも前に実行される処理であることから、「バックグラウンド減圧処理」とも称される。圧力値ＰＲ０は、期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ１、たとえば１０−２Ｐａ（パスカル）よりも小さな値であればよい。当該圧力値ＰＲ０は、１０−２Ｐａ（パスカル）に比べて非常に小さな値であることがさらに好ましい。たとえば、圧力値ＰＲ０は、上述のように、１０−８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−６Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよく、あるいは、１０―８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−４Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよい。 As shown in FIG. 13, the pressure value PR0 in this period TM0 is lower than the pressure value PR1 (for example, 10 −2 Pa (pascal)) in the period TM1 accompanied by beam irradiation (FIG. 8) described below. That is, the degree of vacuum in the period TM0 is higher than the degree of vacuum in the period TM1. In other words, the degree of vacuum in the vacuum chamber 2 is increased in advance in the period TM0 prior to the period TM1. Note that the decompression process in the period TM0 is a process executed before the beam irradiation (FIG. 8), and is also referred to as a “background decompression process”. The pressure value PR0 may be a value smaller than the pressure value PR1 in the period TM1, for example, 10 −2 Pa (pascal). The pressure value PR0 is more preferably a very small value compared to 10 −2 Pa (Pascal). For example, as described above, the pressure value PR0 may be a value in the range of 10 −8 Pa (pascal) or more and 10 −6 Pa (pascal) or less, or 10 −8 Pa (pascal) or more. And the value within the range below 10 <-4> Pa (pascal) may be sufficient.
つぎに、ステップＳ２０（図６）において、図８に示すように、接合システム１は、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理を実行する。 Next, in step S20 (FIG. 6), as shown in FIG. 8, the bonding system 1 executes a surface activation process using the beam irradiation units 11 and 21.
この表面活性化処理においては、両被接合物９１，９２は次のように配置されている。すなわち、被接合物９１，９２の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置される。詳細には、比較的下側の被接合物９１の接合表面はＸＹ平面に略平行に且つ上向きで配置され、比較的上側の被接合物９２の接合表面はＸＹ平面に略平行に且つ下向きに配置される。換言すれば、両被接合物９１，９２は互いに向かい合う向きで配置される。ただし、両被接合物９１，９２は対向状態を有していない。具体的には、両被接合物９１，９２の接合表面の法線方向（Ｚ方向）から見て、両被接合物９１，９２の接合表面が互いに重ならないように、両被接合物９１，９２は、Ｘ方向（Ｚ方向に垂直な方向）において互いにずらされて配置されている。このような配置状態は、対向状態に対して両被接合物９１，９２が相対的にスライドされた状態であることから、「スライド配置状態」とも称される。 In this surface activation treatment, both objects to be bonded 91 and 92 are arranged as follows. That is, the bonding surfaces of the workpieces 91 and 92 are arranged substantially parallel to each other and opposite to each other. Specifically, the bonding surface of the relatively lower workpiece 91 is arranged substantially parallel to the XY plane and upward, and the bonding surface of the relatively upper workpiece 92 is arranged substantially parallel and downward to the XY plane. Be placed. In other words, the objects to be joined 91 and 92 are arranged in a direction facing each other. However, both the objects to be joined 91 and 92 do not have an opposing state. Specifically, when viewed from the normal direction (Z direction) of the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92, both the objects to be bonded 91 and 92 are provided so that the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 do not overlap each other. 92 are displaced from each other in the X direction (direction perpendicular to the Z direction). Such an arrangement state is also referred to as a “slide arrangement state” since both the objects to be bonded 91 and 92 are slid relative to the opposed state.
そして、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射（ここでは原子ビーム照射）が行われる。具体的には、ビーム照射部１１によるビーム照射によって被接合物９１の接合表面が活性化され、ビーム照射部２１によるビーム照射によって被接合物９２の接合表面が活性化される。また、このビーム照射部１１，２１によるビーム照射は、同時並列的に実行される。 Then, beam irradiation (in this case, atomic beam irradiation) is performed by the beam irradiation units 11 and 21. Specifically, the bonding surface of the workpiece 91 is activated by the beam irradiation by the beam irradiation unit 11, and the bonding surface of the workpiece 92 is activated by the beam irradiation by the beam irradiation unit 21. Further, the beam irradiation by the beam irradiation units 11 and 21 is executed simultaneously in parallel.
ここでは、両被接合物９１，９２に対しては、それぞれ、各対応位置ＰＧ１，ＰＧ２付近において、両被接合物９１，９２の配列方向（Ｘ方向）に垂直な平面（ＹＺ平面に平行な平面）に沿ってビーム照射が行われる。 Here, with respect to the objects to be bonded 91 and 92, in the vicinity of the corresponding positions PG1 and PG2, respectively, a plane perpendicular to the arrangement direction (X direction) of the objects to be bonded 91 and 92 (parallel to the YZ plane). Beam irradiation is performed along a plane.
具体的には、ビーム照射部１１の照射口は、図３に示すように、位置ＰＧ１付近において、＋Ｙ側の比較的上方の位置から−Ｙ側の比較的下方の位置に向けて、被接合物９１の 接合表面に対して所定の傾斜角度（例えば４５度）で傾斜して配置されている。そして、ビーム照射部１１は、被接合物９１に対して斜め上方からビーム照射を行う。 Specifically, as shown in FIG. 3, the irradiation port of the beam irradiation unit 11 is to be joined from a relatively upper position on the + Y side to a relatively lower position on the −Y side in the vicinity of the position PG1. It is arranged so as to be inclined at a predetermined inclination angle (for example, 45 degrees) with respect to the bonding surface of the object 91. Then, the beam irradiation unit 11 performs beam irradiation on the workpiece 91 from obliquely above.
また、ビーム照射部２１の照射口は、図４に示すように、位置ＰＧ２付近において、＋Ｙ側の比較的下方の位置から−Ｙ側の比較的上方の位置に向けて、被接合物９２の接合表面に対して所定の傾斜角度（例えば３０度）で傾斜して配置されている。そして、ビーム照射部２１は、被接合物９２に対して斜め下方からビーム照射を行う。 Further, as shown in FIG. 4, the irradiation port of the beam irradiation unit 21 is located near the position PG2 from the relatively lower position on the + Y side toward the relatively upper position on the −Y side. It is arranged to be inclined at a predetermined inclination angle (for example, 30 degrees) with respect to the bonding surface. Then, the beam irradiation unit 21 performs beam irradiation on the workpiece 92 from obliquely below.
図１４は、表面活性化処理を示す模式図である。 FIG. 14 is a schematic diagram showing the surface activation treatment.
図１４に示すように、表面活性化処理においては、特定物質（例えばアルゴン）を被接合物の接合表面に衝突させることによって、接合表面の付着物９９を除去し、被接合物（例えば９１）の表面原子の未結合手であるダングリングボンド（図１４では短い線分で模式的に示す）が露出した状態が形成される。 As shown in FIG. 14, in the surface activation process, a specific substance (for example, argon) is caused to collide with the bonding surface of the object to be bonded, thereby removing the deposit 99 on the bonding surface, and the object to be bonded (for example, 91). A dangling bond (represented schematically by a short line segment in FIG. 14) that is a dangling bond of the surface atoms is exposed.
さて、図８および図１４に示すような表面活性化処理が終了すると、ステップＳ３０において、水分子吸着工程が実行される（図９参照）。 Now, when the surface activation process as shown in FIG. 8 and FIG. 14 is completed, a water molecule adsorption step is executed in step S30 (see FIG. 9).
ここでは、ステップＳ３０において、水ガスが真空チャンバ２内に供給される。水ガスとしては、水分（水分子）を含む不活性ガス（窒素ガス等）などが用いられる。 Here, water gas is supplied into the vacuum chamber 2 in step S30. As the water gas, an inert gas (nitrogen gas or the like) containing moisture (water molecules) is used.
より具体的には、水ガスは、弁３７（図１参照）の開放に応じて、水ガス供給部３５から通気路３６を経由して真空チャンバ２内に供給される。そして、各被接合物９１，９２の接合表面が所定期間（例えば、１分程度〜数分程度）にわたって水ガス雰囲気に曝されると、図１５に示すように、水ガスに含まれる水分子が各被接合物９１，９２の接合表面に吸着される。 More specifically, the water gas is supplied into the vacuum chamber 2 from the water gas supply unit 35 via the air passage 36 in response to the opening of the valve 37 (see FIG. 1). Then, when the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 are exposed to a water gas atmosphere over a predetermined period (for example, about 1 minute to several minutes), as shown in FIG. Is adsorbed on the bonding surfaces of the workpieces 91 and 92.
このように、ステップＳ３０の水分子吸着処理においては、ステップＳ２０の表面活性化処理で形成されたダングリングボンドに対して水分子が吸着される。接合表面のＡｕ（金）のダングリングボンドには水分子が吸着されるため、ステップＳ５０での処理前において不純物が当該ダングリングボンドに再結合すること（換言すれば、各被接合物９１，９２の接合表面への不純物の付着）が防止される。端的に言えば、両被接合物９１，９２の接合表面に吸着された水分子は、当該接合表面の保護機能を有している。なお、Ａｕ（金）は酸化されにくいという特質を有しているため、上記のようなＡｕ（金）に対する水分子吸着処理は特に良好に行われ得る。 Thus, in the water molecule adsorption process of step S30, water molecules are adsorbed to the dangling bonds formed by the surface activation process of step S20. Since water molecules are adsorbed to the dangling bonds of Au (gold) on the bonding surface, the impurities recombine with the dangling bonds before the treatment in step S50 (in other words, each bonded object 91, Adhering of impurities to the bonding surface of 92) is prevented. In short, the water molecules adsorbed on the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 have a function of protecting the bonding surfaces. In addition, since Au (gold) has a characteristic that it is difficult to oxidize, the water molecule adsorption treatment for Au (gold) as described above can be performed particularly well.
つぎに、ステップＳ４０（図６参照）において、図１０に示すように、ステージ１２および被接合物９１がスライド移動機構１４によってＸ方向に（＋Ｘ側に向けて）移動される。このようにして、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射によって表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２がＸ方向に相対的に移動される。そして、移動動作完了後には、両被接合物９１，９２は、その接合表面が対向する状態（対向状態）を有している。 Next, in step S40 (see FIG. 6), as shown in FIG. 10, the stage 12 and the workpiece 91 are moved in the X direction (toward the + X side) by the slide moving mechanism. In this way, both the objects 91 and 92 subjected to the surface activation process by the beam irradiation by the beam irradiation units 11 and 21 are relatively moved in the X direction. Then, after the movement operation is completed, both the objects to be bonded 91 and 92 have a state in which the bonding surfaces face each other (opposing state).
なお、ここでは、図９の状態（すなわち移動前）において大まかな位置計測動作を行っておき、その位置計測動作に基づいて図１０の移動動作を行い、移動動作完了後に更に正確な位置決め動作（ファインアライメント動作）を実行するものとする。具体的には、まず、表面活性化処理の実行後において、被接合物９１が位置ＰＧ１に存在し且つ被接合物９２が位置ＰＧ２に存在する状態で、それぞれの位置を計測しておく。そして、両被接合物９１，９２をスライド移動させて両被接合物９１，９２を近接対向状態（図１０）に遷移させる。この移動後の近接対向状態において、上述のような反射光による撮像システムと透過光による撮像システムとの一方もしくは双方を用いて位置を計測し、当該計測結果に基づいて微小位置調整動作（ファインアライメント動作）を行う。これによれば、両被接合物９１，９２の位置を非常に正確に調整することが可能である。 Here, a rough position measurement operation is performed in the state of FIG. 9 (that is, before the movement), the movement operation of FIG. 10 is performed based on the position measurement operation, and a more accurate positioning operation ( Fine alignment operation) is executed. Specifically, first, after the surface activation process is performed, each position is measured in a state where the workpiece 91 is present at the position PG1 and the workpiece 92 is present at the position PG2. Then, both the objects to be bonded 91 and 92 are slid to move both the objects to be bonded 91 and 92 to the proximity facing state (FIG. 10). After the movement, the position is measured using one or both of the reflected light imaging system and the transmitted light imaging system as described above, and a fine position adjustment operation (fine alignment) is performed based on the measurement result. Operation). According to this, it is possible to adjust the positions of the workpieces 91 and 92 very accurately.
その後、図１１に示すように、両被接合物９１，９２を互いに接近させていく。そして、図１２に示すように、両被接合物９１，９２を接触させる。 After that, as shown in FIG. 11, the objects to be joined 91 and 92 are brought closer to each other. And as shown in FIG. 12, both the to-be-joined objects 91 and 92 are made to contact.
さらに、次のステップＳ５０（図６参照）においては、水分子吸着処理がステップＳ３０で施された両被接合物９１，９２の接合表面を互いに接触させた状態で、両被接合物９１，９２の接合表面を加熱する処理（加熱処理）が実行される。この実施形態においては、上述のように水分子吸着処理がステップＳ３０で施されているため、両被接合物９１，９２の接合表面の空隙部分には、水分子ＷＭが存在する（図１６参照）。この実施形態においては、この水分子を利用してボイドを解消する処理が実行される。なお、後述するように、当該水分子は、上述の接合表面の保護機能のみならず、両被接合物９１，９２の接合界面のボイドを良好に消滅ないし縮小させる機能をも有している。 Further, in the next step S50 (see FIG. 6), both the objects to be bonded 91 and 92 are brought into contact with the bonding surfaces of the both objects 91 and 92 subjected to the water molecule adsorption process in step S30. A process (heating process) for heating the bonding surface is performed. In this embodiment, since the water molecule adsorption process is performed in step S30 as described above, water molecules WM are present in the voids on the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 (see FIG. 16). ). In this embodiment, processing for eliminating voids is performed using this water molecule. As will be described later, the water molecule has not only the function of protecting the bonding surface described above, but also the function of eliminating or reducing voids at the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92.
具体的には、図１６および図１７に示すように、接合システム１は、両被接合物９１，９２を接触させた状態で、当該両被接合物９１，９２を加熱し、両被接合物９１，９２の接合界面付近の空隙１１１から水分子を除去する。なお、水分子は、比較的小さな強度でＡｕ（金）に付着しているため、水分子とＡｕ（金）との付着状態は、比較的小さなエネルギーで解除され得る。具体的には、比較的低温（例えば１５０℃〜２００℃程度）で加熱することによって、水分子を除去することができる。 Specifically, as shown in FIGS. 16 and 17, the bonding system 1 heats both the objects to be bonded 91 and 92 in a state where both objects to be bonded 91 and 92 are in contact with each other. Water molecules are removed from the voids 111 in the vicinity of the bonding interfaces 91 and 92. Since water molecules are attached to Au (gold) with a relatively small strength, the adhesion state between water molecules and Au (gold) can be released with relatively small energy. Specifically, water molecules can be removed by heating at a relatively low temperature (for example, about 150 ° C. to 200 ° C.).
この加熱工程（水分子除去工程）においては、図１６に示すように、水分子の除去に応じて負圧が発生して空隙１１１の間隔（上下の幅）を狭める向きの力Ｆ１が作用するとともに、Ａｕ（金）原子の粒界拡散現象により空隙１１１を押し潰そうとする力Ｆ２も作用する。これらの力Ｆ１，Ｆ２が作用することにより当該空隙１１１が縮小（理想的には消滅）するとともに両被接合物９１，９２の接合界面において被接合物９１の接合表面の金と被接合物９２の接合表面の金とが結合し、図１７に示すように、両被接合物９１，９２は強固に接合される。すなわち、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。 In this heating step (water molecule removal step), as shown in FIG. 16, a negative pressure is generated in accordance with the removal of water molecules, and a force F1 is applied to narrow the gap (upper and lower width) of the gap 111. At the same time, a force F2 for crushing the voids 111 due to the grain boundary diffusion phenomenon of Au (gold) atoms also acts. When these forces F1 and F2 are applied, the gap 111 is reduced (ideally disappears), and the gold on the bonding surface of the workpiece 91 and the workpiece 92 are bonded at the bonding interface between the workpieces 91 and 92. As shown in FIG. 17, both objects to be bonded 91 and 92 are firmly bonded. That is, both the objects to be bonded 91 and 92 are favorably bonded in a state where the void is suppressed.
一方、比較例に係る処理結果を図４３および図４４に示す。この比較例に係る処理は、水分子の吸着を伴わずに両被接合物９１，９２が接合される処理である。具体的には、当該比較例に係る処理は、ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ５０の各工程が行われ且つステップＳ３０の工程が行われない処理である。図３０に示すように、両被接合物９１，９２の接合界面の空隙には水分子が存在しない。そのため、水分子の除去が行われず、多くの大きな空隙１１１が存在したままである。この結果、両被接合物９１，９２の接合界面にボイドＶＤ（１１１）が発生する（図４４参照）。 On the other hand, the processing results according to the comparative example are shown in FIGS. 43 and 44. The process according to this comparative example is a process in which both objects to be bonded 91 and 92 are bonded without adsorbing water molecules. Specifically, the process according to the comparative example is a process in which the steps S10, S20, S40, and S50 are performed and the step S30 is not performed. As shown in FIG. 30, water molecules do not exist in the voids at the bonding interface between the workpieces 91 and 92. Therefore, removal of water molecules is not performed, and many large voids 111 still exist. As a result, a void VD (111) is generated at the bonding interface between the workpieces 91 and 92 (see FIG. 44).
これに対して、この実施形態に係る処理によれば、上述のように、水分子の除去に応じた力が作用して空隙１１１が縮小（理想的には消滅）し、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。 On the other hand, according to the process according to this embodiment, as described above, a force corresponding to the removal of water molecules acts to reduce the void 111 (ideally disappear) and suppress voids. In this state, both objects to be joined 91 and 92 are well joined.
また、上記のステップＳ５０においては、所定温度ＴＨ２にまで昇温する加熱処理を行うことによって、水分子の除去処理が実行される。具体的には、このような加熱処理としては、図１８に示すように、ステップＳ４０の終了直後において例えば室温から所定温度ＴＨ２にまで急激に昇温する処理が一案として考えられる。ただし、その場合には、図２１に示すように、急激な温度上昇に伴って泡ＢＬが発生することがある。このとき、水分子が急激に除去されるため、図２２に示すように、Ａｕ（金）原子の粒界拡散の速度に比べて水分子が除去される速度が大きく、比較的大きな空隙１１１が残存してしまうことがある。したがって、図１８のような急激な加熱処理を回避することが好ましい。 Moreover, in said step S50, the removal process of a water molecule is performed by performing the heat processing which heats up to predetermined temperature TH2. Specifically, as such a heat treatment, as shown in FIG. 18, immediately after the end of step S40, for example, a process of rapidly raising the temperature from room temperature to a predetermined temperature TH2 is considered as one proposal. However, in that case, as shown in FIG. 21, bubbles BL may be generated with a rapid temperature rise. At this time, since water molecules are removed rapidly, as shown in FIG. 22, the speed at which water molecules are removed is higher than the speed of grain boundary diffusion of Au (gold) atoms, and a relatively large void 111 is formed. It may remain. Therefore, it is preferable to avoid a rapid heat treatment as shown in FIG.
そこで、この実施形態においては、ステップＳ５０の処理として、次述するような２段階の加熱処理を行うものとする。これによれば、泡の発生等を回避して、さらに良好な接合動作を実行することが可能である。 Therefore, in this embodiment, the two-step heat treatment as described below is performed as the processing in step S50. According to this, generation | occurrence | production of a bubble etc. can be avoided and it is possible to perform still more favorable joining operation | movement.
図１９は、ステップＳ５０における２段階加熱処理を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing the two-stage heating process in step S50.
まず、第１段階の処理においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ１で一定期間ＴＭ５１（例えば１時間）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ１は、水の沸点ＢＴ（１００℃）以下の温度であり、例えば約８０℃である。 First, in the first stage process, both objects 91 and 92 are heated at a temperature TH1 for a certain period TM51 (for example, 1 hour). Here, the temperature TH1 is a temperature equal to or lower than the boiling point BT of water (100 ° C.), for example, about 80 ° C.
この第１段階（期間ＴＭ５１）においては、両被接合物９１，９２が接触した状態において、加熱により水分子にエネルギーが付与される。その結果、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去されていくとともに、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散も進行する。ただし、第１段階においては、両被接合物９１，９２が比較的低温（具体的には、水の沸点ＢＴ以下の温度ＴＨ１）に維持されて両被接合物９１，９２が密着される。このように第１段階の加熱処理によれば、急激な加熱に起因する泡の発生を回避しつつ、水分子の除去を比較的緩やかに進行させるとともに両被接合物９１，９２の接合表面の粒界拡散を進行させることができる。 In the first stage (period TM51), energy is imparted to water molecules by heating in a state where the objects to be bonded 91 and 92 are in contact with each other. As a result, water molecules are removed from the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92, and grain boundary diffusion on the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92 also proceeds. However, in the first stage, the objects to be bonded 91 and 92 are maintained at a relatively low temperature (specifically, the temperature TH1 which is equal to or lower than the boiling point BT of water), and the objects to be bonded 91 and 92 are brought into close contact with each other. As described above, according to the first-stage heat treatment, the removal of water molecules proceeds relatively slowly while avoiding the generation of bubbles due to rapid heating, and the bonding surfaces of both objects 91 and 92 are bonded. Grain boundary diffusion can be advanced.
このような第１段階の処理において水除去および粒界拡散が進行することによって、接合界面において比較的広い面積にわたって存在していた空隙１１１が比較的狭い面積の空隙１１２へと縮小され、両被接合物９１，９２の接合界面は、図１６の状態から図２３の状態へと遷移する。このようにして空隙の大きさが低減されていくため、Ａｕ（金）の接触面積が増大し、密着性が増大する。なお、この段階では、接合界面には未だ水分子ＷＭが残留している。 As water removal and grain boundary diffusion proceed in such a first stage treatment, the void 111 existing over a relatively large area at the bonding interface is reduced to a void 112 having a relatively small area. The bonding interface between the bonded objects 91 and 92 transitions from the state shown in FIG. 16 to the state shown in FIG. Since the size of the gap is reduced in this way, the contact area of Au (gold) is increased and the adhesion is increased. At this stage, water molecules WM still remain at the bonding interface.
また、この実施形態では、第１段階において、両被接合物９１，９２の相互間に接触圧ＰＲ１０（ここでは、１．２５ＭＰａ（メガパスカル））を作用させる加圧処理をも行う。これによれば、粒界拡散をさらに良好に進行させることが可能である。 In this embodiment, in the first stage, a pressurizing process is also performed in which a contact pressure PR10 (here, 1.25 MPa (megapascal)) is applied between the workpieces 91 and 92. According to this, it is possible to make the grain boundary diffusion proceed better.
そして、第１段階の加熱処理が終了すると、第２段階の加熱処理が実行される。 Then, when the first stage heat treatment is completed, the second stage heat treatment is performed.
第２段階においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ２にまで昇温され、当該温度ＴＨ２で一定期間ＴＭ５２（例えば１０分）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ２は、水の沸点ＢＴ以上の温度であり、例えば約１５０℃である。この第２段階では、加熱により水分子にエネルギーを付与して、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子をさらに除去する。これによれば、第１段階の処理後においても両被接合物９１，９２の接合界面に残留していた水分子ＷＭ（図２３参照）をさらに除去することが可能である。また、この第２段階においても、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散が進行する。 In the second stage, the objects to be bonded 91 and 92 are heated to the temperature TH2 and heated at the temperature TH2 for a certain period of time TM52 (for example, 10 minutes). Here, the temperature TH2 is a temperature equal to or higher than the boiling point BT of water, and is about 150 ° C., for example. In this second stage, energy is imparted to the water molecules by heating, and the water molecules are further removed from the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92. According to this, it is possible to further remove the water molecules WM (see FIG. 23) remaining at the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92 even after the processing in the first stage. Also in this second stage, grain boundary diffusion proceeds on the bonding surfaces of both workpieces 91 and 92.
このような２段階の加熱処理によれば、図２４に示すように、水分子ＷＭの除去をさらに進行させることによって、接合界面に存在していた水分子ＷＭをさらに除去し、接合界面でのＡｕ（金）−Ａｕ（金）の結合を促進することができる（図２５も参照）。これにより、両被接合物９１，９２を非常に良好な状態で接合することが可能である。なお、図２５は、Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。図２５の撮影画像は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影されたものである。 According to such a two-stage heat treatment, as shown in FIG. 24, the water molecules WM existing at the bonding interface are further removed by further proceeding with the removal of the water molecules WM. Bonding of Au (gold) -Au (gold) can be promoted (see also FIG. 25). Thereby, it is possible to join both the to-be-joined objects 91 and 92 in a very good state. FIG. 25 is a view showing a photographed image of the Au—Au bonding interface. The captured image in FIG. 25 was captured with a transmission electron microscope (TEM).
なお、理想的には図１７に示すように、空隙１１１が消滅することが好ましいが、図２４（および図２５）に示すような非常に小さな空隙（マイクロボイドとも称する）１１２が残存していたとしても十分な接合強度を得ることが可能である。また、マイクロボイド１１２には水分子が残留していてもよく、あるいは、マイクロボイド１１２から水分子が完全に除去されていてもよい。 Ideally, it is preferable that the gap 111 disappears as shown in FIG. 17, but a very small gap (also referred to as microvoid) 112 as shown in FIG. 24 (and FIG. 25) remained. However, it is possible to obtain a sufficient bonding strength. Further, the water molecules may remain in the microvoids 112, or the water molecules may be completely removed from the microvoids 112.
また、図２６は、Ａｕ（金）の接合表面の撮影画像を示す図である。この撮影画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影されたものである。図２６においては、非常に小さな表面粗さ（詳細には、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）＝４．２ｎｍ（ナノメートル））を有するＡｕ（金）の接合表面、すなわち非常に平滑な表面が示されている。図２６に示すように、両被接合物９１，９２の接合表面は、非常に平滑な表面であるとしても微視的には凹凸を有している。 Moreover, FIG. 26 is a figure which shows the picked-up image of the joining surface of Au (gold). This photographed image was photographed with a scanning electron microscope (SEM). In FIG. 26, a bonded surface of Au (gold) with a very small surface roughness (specifically RMS (root mean square roughness) = 4.2 nm (nanometers)), ie a very smooth surface is shown. Has been. As shown in FIG. 26, the joining surfaces of both the objects to be joined 91 and 92 have microscopic irregularities even if they are very smooth surfaces.
図２３および図２４（特に図２４）においては、１つの断面での様子が示されているため、水分子が接合界面から抜けていくことが困難にも見える。しかしながら、実際には、図２６に示すように、金の接合表面は微視的に凹凸を有しており、当該凹部等が平面的に連結されることにより、両被接合物９１，９２の接合界面には、水分子が通過可能な空洞が接合界面付近において網の目状に存在している（すなわち水分子が通過可能な「道」が存在する）。水分子はこのような「道」を通過して、図２７に示すように、両被接合物９１，９２の外縁部へと到達して接合界面から除去され得る。また、一部の水分子は、Ａｕ（金）の接合表面からその内部側へと浸透（拡散）していく。 In FIGS. 23 and 24 (particularly FIG. 24), it is difficult for water molecules to escape from the bonding interface because the state in one cross section is shown. However, in practice, as shown in FIG. 26, the gold bonding surface has microscopic irregularities, and the concave parts and the like are connected in a plane, so that both of the objects to be bonded 91 and 92 are connected. At the bonding interface, cavities through which water molecules can pass exist in the form of a mesh near the bonding interface (that is, there is a “path” through which water molecules can pass). Water molecules can pass through such a “road”, reach the outer edge portions of the objects to be bonded 91 and 92, and be removed from the bonding interface as shown in FIG. Some water molecules permeate (diffuse) from the bonding surface of Au (gold) to the inside thereof.
また、上述のように、この実施形態においては、比較的小さな圧力値ＰＲ１０（約１ＭＰａ（メガパスカル））を加える加圧処理（低圧加圧処理）によって、両被接合物９１，９２が接合されている。 In addition, as described above, in this embodiment, both the workpieces 91 and 92 are joined by the pressurizing process (low pressure pressurizing process) for applying a relatively small pressure value PR10 (about 1 MPa (megapascal)). ing.
ここにおいて、仮に、上述のような水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力ＰＲ２０（例えば１５０ＭＰａ（メガパスカル）〜３００ＭＰａ（メガパスカル）程度）を加えることが求められる。特に、表面平滑化処理が施されていない接合表面同士（換言すれば、比較的粗い表面の接合表面同士）を水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力を加えることが求められる。たとえば、表面平滑化処理が施されていない比較的大きな表面粗さ（表面粗さ１００ｎｍ（ＲＭＳ））の接合表面同士を接合する場合には、３００ＭＰａ（メガパスカル）程度を加えることが求められる。 Here, if bonding is performed without the water molecule adsorption treatment as described above, it is required to apply a relatively large pressure PR20 (for example, about 150 MPa (megapascal) to 300 MPa (megapascal)). . In particular, when joining surfaces that have not been subjected to surface smoothing treatment (in other words, relatively rough joining surfaces) are joined without water molecule adsorption treatment or the like, a relatively large pressure is applied. Is required. For example, when bonding surfaces having relatively large surface roughness (surface roughness of 100 nm (RMS)) that have not been subjected to surface smoothing treatment, it is required to add about 300 MPa (megapascal).
これに対して、この実施形態のように水分子吸着処理および水分子除去処理を伴って接合する場合には、より低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度を得ることが可能である。特に、表面平滑化処理（鏡面処理等）が施された平滑な接合表面（非常に小さな表面粗さ（例えば１０ｎｍ（ＲＭＳ）以下）を有する接合表面）同士を接合する場合には、さらに低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度（例えば２Ｊ／ｍ２（ジュール／平方メートル）程度）が得られる。 On the other hand, when joining together with water molecule adsorption treatment and water molecule removal treatment as in this embodiment, sufficient joining strength can be obtained even by pressurizing at a lower pressure (joining load). Is possible. In particular, when joining smooth joint surfaces (joint surfaces having a very small surface roughness (for example, 10 nm (RMS) or less)) subjected to surface smoothing treatment (mirror finish etc.), even lower pressure A sufficient bonding strength (for example, about 2 J / m 2 (joule / square meter)) can be obtained by pressurizing with (bonding load).
たとえば、表面粗さ１０ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１０ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合圧力）を加えることにより、十分な接合強度が得られる。また、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。同様に、表面粗さ１ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、０．５ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。 For example, when bonding surfaces having a surface roughness of 10 nm (RMS) are bonded together with a water molecule adsorption process, a sufficient bonding strength can be obtained by applying a contact pressure (bonding pressure) of about 10 MPa (megapascal). It is done. Further, when bonding surfaces having a surface roughness of 4 nm (RMS) are bonded together with water molecule adsorption treatment or the like, a sufficient bonding strength can be obtained by applying a contact pressure of about 1 MPa (megapascal). Similarly, when bonding surfaces having a surface roughness of 1 nm (RMS) are bonded together with water molecule adsorption treatment or the like, sufficient bonding strength can be obtained by applying a contact pressure of about 0.5 MPa (megapascal). .
このように、上記の圧力ＰＲ２０の約１／１０程度以下の圧力（詳細には１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧）で加圧することによっても十分な接合強度が得られる。換言すれば、上記の値３００ＭＰａよりも１桁程度小さな接触圧（接合荷重）でも十分な接合強度を得ることが可能である。また特に、表面粗さを小さくするにつれて接合荷重をさらに低減することが可能である。たとえば、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）を有する接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合荷重）による低圧加圧処理を行うことにより、十分な接合強度が得られる。すなわち、上記の値３００ＭＰａよりも約２桁程度小さな接触圧を伴うことによって、十分な接合強度が得られている。 Thus, sufficient bonding strength can be obtained by pressurizing at a pressure of about 1/10 or less of the pressure PR20 (specifically, a contact pressure of 10 MPa (megapascal) or less). In other words, it is possible to obtain a sufficient bonding strength even with a contact pressure (bonding load) that is about an order of magnitude smaller than the above value of 300 MPa. In particular, it is possible to further reduce the bonding load as the surface roughness is reduced. For example, when joining surfaces having a surface roughness of 4 nm (RMS) together with a water molecule adsorption treatment or the like, by performing a low-pressure pressurizing treatment with a contact pressure (joining load) of about 1 MPa (megapascal), Sufficient bonding strength can be obtained. That is, a sufficient bonding strength is obtained by a contact pressure that is about two orders of magnitude smaller than the above value of 300 MPa.
これによれば、接合時において接合表面に作用する応力を最小限に止めることができる。したがって、接合時における変形等をより確実に防止することも可能である。 According to this, the stress acting on the bonding surface during bonding can be minimized. Therefore, it is possible to more reliably prevent deformation or the like at the time of joining.
以上のように、この接合システム１によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され（ステップＳ２０）、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される（ステップＳ３０）。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱される（ステップＳ５０）ことにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。また、加圧加熱されることにより、接合界面の固層での粒界拡散が起こり、残留応力の減少、接合面積の増大、および不純物の拡散により接合強度がアップする。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。 As described above, according to the bonding system 1, the surface activation process is performed on the workpieces 91 and 92 to clean and activate the bonding surface (step S20). Water molecules are adsorbed on the bonding surfaces of the two objects to be bonded (step S30). Then, in a state where the bonded surfaces of both objects subjected to the water molecule adsorption treatment are in contact with each other, both the objects to be bonded are heated (step S50), thereby removing water molecules at the bonding interface. (Gold) and Au (Gold) are combined. In addition, when heated under pressure, grain boundary diffusion occurs in the solid layer at the bonding interface, and the bonding strength increases due to a decrease in residual stress, an increase in bonding area, and diffusion of impurities. Therefore, it is possible to satisfactorily join both objects to be joined having a joining surface made of gold.
そして、このようにして両被接合物９１，９２を接合することによって、各種の半導体装置（デバイス）を生成（製造）することができる。 And various semiconductor devices (devices) can be produced | generated (manufactured) by joining both to-be-joined objects 91 and 92 in this way.
また、特に、上述の２段階の加熱処理によれば、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、さらに良好に接合することが可能である。なお、このような２段階加熱処理（図１９参照）ではなく、図２０に示すような加熱処理を実行するようにしてもよい。図２０においては、図１８よりも加熱時の昇温速度（昇温レート）を比較的緩やかにして１段階の加熱処理を行う場合が示されている。ただし、上述の２段階の加熱処理（図１９参照）によれば、泡の発生をより確実に防止し、両被接合物９１，９２をさらに良好に接合することが可能である。 In particular, according to the above-described two-stage heat treatment, both objects to be bonded having a bonding surface formed of gold can be bonded more satisfactorily. Instead of such a two-stage heat treatment (see FIG. 19), a heat treatment as shown in FIG. 20 may be executed. FIG. 20 shows a case where the one-step heat treatment is performed with the heating rate (heating rate) during heating being relatively gradual compared to FIG. However, according to the above-described two-stage heat treatment (see FIG. 19), the generation of bubbles can be prevented more reliably, and both the objects to be bonded 91 and 92 can be bonded more satisfactorily.
＜２．第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
<2. Second Embodiment>
The second embodiment is a modification of the first embodiment. Below, it demonstrates centering on difference with 1st Embodiment.
上記第１実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において原子ビーム照射によるエネルギー波の照射を行う場合を例示したが、この第２実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において引き込み型電界プラズマ（単に「プラズマ」とも称する）を用いてエネルギー波の照射を行う場合を例示する。 In the first embodiment, the case of performing the energy wave irradiation by the atomic beam irradiation in the surface activation process (step S20) is exemplified, but in the second embodiment, in the surface activation process (step S20). A case where energy wave irradiation is performed using a pull-in type electric field plasma (also simply referred to as “plasma”) is illustrated.
図２８は、第２実施形態に係る接合システム１（１Ｂとも称する）を示す図である。 FIG. 28 is a diagram illustrating a bonding system 1 (also referred to as 1B) according to the second embodiment.
図２８に示すように、第２実施形態に係る接合システム１Ｂは、第１実施形態に係る接合システム１Ａと類似の構成を有している。ただし、この接合システム１Ｂにおいては、接合システム１Ａにおけるビーム照射部１１，２１は設けられていない。一方、接合システム１Ｂのヘッド２２Ｂおよびステージ１２Ｂは、それぞれ、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。 As shown in FIG. 28, the joining system 1B according to the second embodiment has a configuration similar to that of the joining system 1A according to the first embodiment. However, in this joining system 1B, the beam irradiation units 11 and 21 in the joining system 1A are not provided. On the other hand, the head 22B and the stage 12B of the bonding system 1B are each electrically connected to a voltage applying unit (not shown), and also function as a plasma electrode (plasma generating unit).
接合システム１Ｂにおいては、ステージ１２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９１の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。また、ヘッド２２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９２の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。 In the bonding system 1 </ b> B, the stage 12 </ b> B functions as a plasma electrode, so that it is possible to perform plasma processing (surface activation processing) on the bonding surface of the workpiece 91. Further, since the head 22B functions as a plasma electrode, it is possible to perform plasma treatment (surface activation treatment) on the bonding surface of the article 92 to be bonded.
そして、このような接合システム１Ｂにおいて、上記第１実施形態の動作に類似する動作が実行される。 And in such a joining system 1B, operation | movement similar to the operation | movement of the said 1st Embodiment is performed.
具体的には、まず、この第２実施形態においてもバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）が実行される（図３０参照）。ただし、この第２実施形態に係るバックグラウンド減圧処理においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、第１実施形態における圧力値ＰＲ０までは低減されない。具体的には、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、上記の圧力値ＰＲ０よりも大きな圧力値ＰＲ２にまで低減される。圧力値ＰＲ２は、表面活性化処理時（ステップＳ２０）の圧力値ＰＲ３と同等以下であり、且つ、所定値よりも大きな値である。たとえば、圧力値ＰＲ２は、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の値である。このように、次の表面活性化処理の実行時点よりも前の時点において、両被接合物９１，９２の載置空間は、圧力値ＰＲ２にまで一旦減圧される（図３０参照）。これにより、真空チャンバ２内における不要な浮遊物（不純物等）を予め低減することができる。また、値ＰＲ０よりも大きな値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、（不要な不純物を除去しつつ）水分子を残留させておくことが可能である。なお、後述するように、この残留した水分子は、ステップＳ３０での水分子吸着処理に利用される。 Specifically, first, the background decompression process (step S10) is also executed in the second embodiment (see FIG. 30). However, in the background decompression process according to the second embodiment, the pressure value P in the vacuum chamber 2 is not reduced to the pressure value PR0 in the first embodiment. Specifically, the pressure value P in the vacuum chamber 2 is reduced to a pressure value PR2 larger than the pressure value PR0. The pressure value PR2 is equal to or less than the pressure value PR3 at the time of the surface activation process (step S20), and is larger than a predetermined value. For example, the pressure value PR2 is a value of 10 2 Pa (pascal) or less and 10 −5 Pa (pascal) or more. Thus, at the time before the next surface activation processing is performed, the placement space for both the objects 91 and 92 is once depressurized to the pressure value PR2 (see FIG. 30). Thereby, unnecessary floating matters (impurities and the like) in the vacuum chamber 2 can be reduced in advance. Further, by reducing the pressure only to a value PR2 larger than the value PR0, it is possible to leave water molecules (while removing unnecessary impurities). As will be described later, the remaining water molecules are used for the water molecule adsorption process in step S30.
なお、この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ２は、図３０に示すように、次のプラズマ照射を伴う期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ３（例えば数十Ｐａ（パスカル））よりも低い値あるいは同等の値である。本願では、このような減圧処理も、表面活性化処理（ステップＳ２０）よりも前に実行される処理であることから、「バックグラウンド減圧処理」とも称するものとする。 Note that, as shown in FIG. 30, the pressure value PR2 in the period TM0 is a value lower than or equivalent to the pressure value PR3 (for example, several tens Pa (pascal)) in the period TM1 accompanied by the next plasma irradiation. In the present application, such a decompression process is also a process performed before the surface activation process (step S20), and is also referred to as a “background decompression process”.
その後、期間ＴＭ１において、プラズマ処理による表面活性化処理が両被接合物９１，９２に施される。詳細には、真空チャンバ２内にプラズマ反応ガス（例えばアルゴン）が供給され、低真空状態（例えば数十Ｐａ（パスカル）程度）でステージ１２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによって、プラズマが発生する。このとき、発生したプラズマイオン（換言すれば、イオン化された特定物質）（例えば、アルゴンイオン）が被接合物９１に引き込まれて当該被接合物９１に照射されることによって、被接合物９１の表面活性化処理が行われる。また、同様に、ヘッド２２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによってプラズマを発生させ、発生したプラズマイオンによって被接合物９２の表面活性化処理が行われる。このようにして、両被接合物９１，９２の接合表面のそれぞれに向けてプラズマを用いたエネルギー波が照射されることにより、両被接合物９１，９２の各接合表面が活性化される。なお、この表面活性化処理は、両被接合物９１，９２の「スライド配置状態」で実行される。 Thereafter, in the period TM1, the surface activation treatment by the plasma treatment is performed on both the objects to be bonded 91 and 92. Specifically, a plasma reaction gas (for example, argon) is supplied into the vacuum chamber 2 and plasma is applied by applying an alternating voltage to the stage 12B (plasma electrode) in a low vacuum state (for example, about several tens of Pa (pascal)). Will occur. At this time, the generated plasma ions (in other words, ionized specific substance) (for example, argon ions) are drawn into the workpiece 91 and irradiated to the workpiece 91, thereby A surface activation treatment is performed. Similarly, plasma is generated by applying an alternating voltage to the head 22B (plasma electrode), and the surface activation treatment of the workpiece 92 is performed by the generated plasma ions. In this way, energy surfaces using plasma are irradiated toward the bonding surfaces of both objects to be bonded 91 and 92, so that the bonding surfaces of both objects to be bonded 91 and 92 are activated. This surface activation process is executed in the “slide arrangement state” of the objects to be bonded 91 and 92.
図２９は、プラズマ洗浄を用いた表面活性化処理について説明する図である。図２９に示すように、プラズマ洗浄を用いた表面活性化処理においては、被処理物（被接合物）の接合表面に電気的な極性（例えば負極性）が付与される。そして、当該接合表面の極性とは逆の極性を有する特定物質（例えば正極性を有するアルゴン）が当該接合表面に向けてクーロン力で引き込まれて当該接合表面に衝突し、その衝突力によって不純物９９の除去が行われる。第２実施形態に係る表面活性化処理においては、このような処理が実行される。 FIG. 29 is a diagram illustrating a surface activation process using plasma cleaning. As shown in FIG. 29, in the surface activation process using plasma cleaning, electrical polarity (for example, negative polarity) is imparted to the bonding surface of the object to be processed (bonded object). Then, a specific substance having a polarity opposite to the polarity of the bonding surface (for example, positive polarity argon) is drawn toward the bonding surface by a Coulomb force and collides with the bonding surface. Is removed. Such a process is executed in the surface activation process according to the second embodiment.
次に、表面活性化処理の直後において、水分子の吸着処理が実行される。 Next, immediately after the surface activation treatment, a water molecule adsorption treatment is performed.
ただし、この第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、水ガスの供給を伴わずに水分子の吸着処理が実行される。 However, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the water molecule adsorption process is performed without supplying water gas.
具体的には、上述のように、ステップＳ１０のバックグラウンド減圧において値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、不要な不純物を除去しつつ水分子を残留させておく。そして、ステップＳ２０のプラズマ処理（表面活性化処理）の直後において、一定期間（例えば１分〜数分）にわたって両被接合物９１，９２を放置しチャンバ２の雰囲気に曝しておく。これによれば、雰囲気内に含まれる水分子を、表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２の接合表面に吸着させることができる。すなわち、水分子吸着処理を実行することができる。 Specifically, as described above, the pressure is reduced only to the value PR2 in the background pressure reduction in step S10, thereby leaving water molecules while removing unnecessary impurities. Immediately after the plasma treatment (surface activation treatment) in step S20, the objects to be bonded 91 and 92 are left to be exposed to the atmosphere of the chamber 2 for a certain period (for example, 1 minute to several minutes). According to this, water molecules contained in the atmosphere can be adsorbed on the bonding surfaces of both objects 91 and 92 subjected to the surface activation treatment. That is, the water molecule adsorption process can be executed.
なお、この第２実施形態においては、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、水ガスの供給と値ＰＲ２へのバックグラウンド減圧とを併用することによって、水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。 In addition, in this 2nd Embodiment, although the case where a water molecule adsorption process is performed without supply of water gas was illustrated, it is not limited to this. For example, the water molecule adsorption process may be executed by using both the supply of water gas and the background decompression to the value PR2.
その後、ステップＳ４０の移動処理が実行される。具体的には、被接合物９１はスライド移動機構１４を用いてＸ方向に被接合物９２の直下位置にまでスライド移動され、両被接合物９１，９２が対向する（図１０参照）。 Then, the movement process of step S40 is performed. Specifically, the workpiece 91 is slid in the X direction to a position directly below the workpiece 92 using the slide moving mechanism 14, and the workpieces 91 and 92 face each other (see FIG. 10).
そして、ヘッド２２Ｂが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。 Then, the heating process of step S50 is performed in a state where the head 22B is lowered, the workpieces 91 and 92 are approached, and the workpieces 91 and 92 are in contact (see FIG. 11). Thereby, water molecules are removed from the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92, and the objects to be bonded 91 and 92 are bonded well. Note that, as the heat treatment in step S50, it is preferable to employ the same two-stage heat treatment as in the first embodiment.
この第２実施形態においては、以上のような動作が実行される。このような動作によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱されることにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。 In the second embodiment, the operation as described above is executed. According to such an operation, the surface activation process is performed on both the objects to be bonded 91 and 92 to clean and activate the bonding surface, and both the objects to be bonded that have been subjected to the surface activation process have been activated. Water molecules are adsorbed on the bonding surface. Then, in a state where the bonded surfaces of both objects subjected to water molecule adsorption treatment are in contact with each other, both the objects to be bonded are heated, so that water molecules are removed at the bonding interface and Au (gold) and Au (gold) is combined. Therefore, it is possible to satisfactorily join both objects to be joined having a joining surface made of gold.
また、図３１は、参考例を示す図である。図３１は、Ｓｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合に関して、バックグラウンド減圧値ＶＰと接合強度（接合エネルギー）ＢＥとの関係を示す図である。図３１に示すように、当該参考例に係るＳｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合においては、（Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合等に関する本願発明とは逆に、）雰囲気中の残存水分量が少ない方が好ましいことが判っている。そして、図３１においては、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−３程度である場合には、未だ水分子の残存量が多いため、非常に低い接合強度しか得られないことが示されている。また、図３１においては、水分子の残存量を十分に低減して、十分な接合強度（例えば２．０Ｊ／ｍ２）を得るためには、１０−５Ｐａよりも低い値まで減圧することが好ましいことが示されている。このことは、１０−５Ｐａ以上の減圧雰囲気中には或る程度の水分子が未だ残存していることを示している。 FIG. 31 is a diagram showing a reference example. FIG. 31 is a diagram showing the relationship between the background reduced pressure value VP and the bonding strength (bonding energy) BE with respect to the Si (silicon) -Si (silicon) bond. As shown in FIG. 31, in the Si (silicon) -Si (silicon) bonding according to the reference example (in contrast to the present invention relating to the Au (gold) -Au (gold) bonding, etc.) It has been found that it is preferable that the amount of residual water in the water is small. FIG. 31 shows that when the background reduced pressure value VP is about 10 −3 , the remaining amount of water molecules is still large, so that only a very low bonding strength can be obtained. In FIG. 31, the pressure is reduced to a value lower than 10 −5 Pa in order to sufficiently reduce the remaining amount of water molecules and obtain a sufficient bonding strength (for example, 2.0 J / m 2 ). Is shown to be preferred. This indicates that a certain amount of water molecules still remain in the reduced-pressure atmosphere of 10 −5 Pa or higher.
したがって、上記第２実施形態のように、バックグラウンド減圧値として、１０−５Ｐａ以上の圧力値ＰＲ２を用いることによれば、水ガスの供給を伴わずとも、水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。 Therefore, as in the second embodiment, by using the pressure value PR2 of 10 −5 Pa or more as the background decompression value, the water molecule adsorption process is satisfactorily performed without the supply of water gas. Is possible.
また、図３２は、上記第２実施形態におけるバックグラウンド減圧値ＶＰと接合面積率ＲＳとの関係（実験結果）を示す図である。ここで、接合面積率ＲＳは、実際に接合されている接合面積ＳＳを全面積ＴＳで除した値（ＲＳ＝ＳＳ／ＴＳ）である。また、接合面積ＳＳは、全面積ＴＳからボイド部分（後述する図３４の白色部分）の面積ＶＳ等を除いた面積である（ＳＳ＝ＴＳ−ＶＳ）。接合面積率ＲＳが大きくなるにつれて、接合強度（接合エネルギー）ＢＥも大きくなる。 FIG. 32 is a diagram showing a relationship (experimental result) between the background reduced pressure value VP and the junction area ratio RS in the second embodiment. Here, the bonding area ratio RS is a value obtained by dividing the bonding area SS that is actually bonded by the total area TS (RS = SS / TS). Further, the junction area SS is an area obtained by excluding an area VS of a void portion (a white portion in FIG. 34 described later) from the total area TS (SS = TS−VS). As the bonding area ratio RS increases, the bonding strength (bonding energy) BE also increases.
図３２に示すように、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）よりも小さいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）に対して小さくなるにつれて接合面積率ＲＳは徐々に低くなる。また、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）よりも大きいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）に対して大きくなるにつれて接合面積率ＲＳは急激に低くなる。例えば、図３４に示すように、ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳが比較的大きく、接合面積率ＲＳは比較的小さくなる。なお、図３４は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０＋３での実験結果を示す図である。 As shown in FIG. 32, when the background decompression value VP is smaller than 10 −5 Pa (Pascal), the junction area ratio RS has a relatively low value, and the value VP becomes 10 −5 Pa (Pascal). On the other hand, the junction area ratio RS gradually decreases as it decreases. Further, when the background reduced pressure value VP is larger than 10 2 Pa (pascal), the junction area ratio RS has a relatively low value, and the junction area increases as the value VP becomes larger than 10 2 Pa (pascal). The rate RS decreases rapidly. For example, as shown in FIG. 34, the area VS of the void portion (shown in white in the figure) is relatively large, and the junction area ratio RS is relatively small. FIG. 34 is a diagram showing experimental results when the background reduced pressure value VP = 5 × 10 +3 .
一方、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０＋２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であるときには、接合面積率ＲＳは比較的大きな値（約９７％以上の値）になる。例えば、図３３に示すように、（図３４と比較すると、）ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳは比較的小さくなり、接合面積率ＲＳは比較的大きくなる。なお、図３３は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０−４での実験結果を示す図である。 On the other hand, when the background decompression value VP is a value in the range of 10 −5 Pa (pascal) or more and 10 +2 Pa (pascal) or less, the junction area ratio RS is a relatively large value (a value of about 97% or more). become. For example, as shown in FIG. 33, the area VS of the void portion (shown in white in the figure) is relatively small (compared to FIG. 34), and the junction area ratio RS is relatively large. FIG. 33 is a diagram showing experimental results when the background reduced pressure value VP = 5 × 10 −4 .
このような実験結果からも判るように、バックグラウンド減圧値ＶＰは１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値に設定されることが好ましい。 As can be seen from the experimental results, the background decompression value VP is preferably set to a value in the range of 10 −5 Pa (pascal) or more and 10 2 Pa (pascal) or less.
ところで、接合システム１においては、例えばステージ１２にアライメント用の窓（開口部）が設けられることがある。しかしながら、このようなアライメント用の窓がステージ１２に存在する場合には、一般的には、被接合物９１の反対側の面（すなわち接合表面）のうち当該窓部分に対応する領域には十分な接合圧力を作用させることができない。なお、本願発明者らは、本願明細書の課題の欄で述べたように、高い真空度にまで減圧しても、両被接合物を良好に接合することができないことを経験した。そして、このような現象は、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し十分な接合圧力を作用させることができない場合には特に顕著であった。 Incidentally, in the bonding system 1, for example, an alignment window (opening) may be provided on the stage 12. However, when such an alignment window is present on the stage 12, in general, it is sufficient for a region corresponding to the window portion on the opposite surface (that is, the bonding surface) of the workpiece 91. It is not possible to apply a proper bonding pressure. In addition, as described in the column of the subject matter of the present specification, the inventors of the present application have experienced that even if the pressure is reduced to a high degree of vacuum, both objects to be bonded cannot be bonded satisfactorily. Such a phenomenon is particularly remarkable when an alignment window exists on the stage 12 and a sufficient bonding pressure cannot be applied.
これに対して、この実施形態のように、バックグラウンド減圧値ＶＰを適宜の値に設定して両被接合物９１，９２の接合表面に水分子を吸着させることによれば、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し比較的小さな接合圧力しか作用させることができない場合であっても、両被接合物９１，９２を良好に接合することが可能である。 On the other hand, according to this embodiment, the background decompression value VP is set to an appropriate value and water molecules are adsorbed on the bonding surfaces of the objects to be bonded 91 and 92. Even if there is a window for use and only a relatively small bonding pressure can be applied, both the objects to be bonded 91 and 92 can be bonded satisfactorily.
＜３．第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態の変形例である。第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、表面活性化処理としてプラズマ処理が採用される場合を例示する。
<3. Third Embodiment>
The third embodiment is a modification of the second embodiment. In the third embodiment, similarly to the second embodiment, a case where a plasma treatment is employed as the surface activation treatment is illustrated.
ただし、この第３実施形態においては、表面活性化処理と接合処理とは互いに異なる処理室で実行される。具体的には、表面活性化処理は洗浄処理部１２０（次述）で実行され、接合処理は接合処理部１４０（次述）で実行される。また、洗浄処理部１２０では水分子吸着処理も実行され、接合処理部１４０では水分子除去処理も実行される。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。 However, in the third embodiment, the surface activation process and the bonding process are performed in different process chambers. Specifically, the surface activation process is performed by the cleaning processing unit 120 (described below), and the bonding process is performed by the bonding processing unit 140 (described below). The cleaning processing unit 120 also executes water molecule adsorption processing, and the bonding processing unit 140 also executes water molecule removal processing. Hereinafter, the difference from the second embodiment will be mainly described.
図３５は、第３実施形態に係る接合システム１（１Ｃとも称する）を示す上面図である。 FIG. 35 is a top view showing the joining system 1 (also referred to as 1C) according to the third embodiment.
図３５に示すように、この接合システム１Ｃは、導入部１１０と洗浄処理部１２０と反転部１３０と接合処理部１４０と搬送部１５０と搬送ロボット（搬送装置）ＲＢ１とを備えている。これらの各処理部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０は、それぞれ、減圧装置に接続されており真空状態を形成することが可能である。 As shown in FIG. 35, the joining system 1C includes an introduction unit 110, a cleaning processing unit 120, a reversing unit 130, a joining processing unit 140, a transport unit 150, and a transport robot (transport device) RB1. Each of these processing units 110, 120, 130, 140, 150 is connected to a decompression device and can form a vacuum state.
搬送部１５０は、その他の処理部１１０，１２０，１３０，１４０に接続される被接合物搬送用の処理室であり、搬送ロボットＲＢ１を備えている。搬送部１５０に設置された搬送ロボットＲＢ１は、被接合物を複数の処理部１１０，１２０，１３０，１４０の相互間で移動させることができる。ここでは、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）するものとする。 The transport unit 150 is a processing chamber for transporting a workpiece to be connected to the other processing units 110, 120, 130, and 140, and includes a transport robot RB1. The transfer robot RB1 installed in the transfer unit 150 can move the object to be joined between the plurality of processing units 110, 120, 130, and 140. Here, from the viewpoint of preventing re-adhesion during transportation, the transportation robot RB1 transports the workpieces in a vacuum state (vacuum transportation).
導入部１１０は、被接合物を装置外部から搬入すること、及び被接合物を装置外部へと搬出することを行うチャンバ（処理室）である。 The introduction unit 110 is a chamber (processing chamber) that carries in the object to be bonded from the outside of the apparatus and carries the object to be bonded out of the apparatus.
洗浄処理部１２０は、被接合物に対してプラズマ処理（表面活性化処理）を行うチャンバ（処理室）である。洗浄処理部１２０は、図３６に示すように、被接合物を保持するステージ１２１Ｃを有している。当該ステージ１２１Ｃは、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。 The cleaning processing unit 120 is a chamber (processing chamber) that performs plasma processing (surface activation processing) on an object to be bonded. As shown in FIG. 36, the cleaning processing unit 120 includes a stage 121C that holds an object to be joined. The stage 121C is electrically connected to voltage applying means (not shown), and also functions as a plasma electrode (plasma generating means).
反転部１３０は、被接合物の上下を反転させる処理部である。反転部１３０は、被接合物を回転して反転する反転部材を有している。 The reversing unit 130 is a processing unit that reverses the top and bottom of the workpiece. The reversing unit 130 has a reversing member that rotates and reverses the workpiece.
また、接合処理部１４０は、水分子吸着処理が施された両被接合物９１，９２の接合処理を行うチャンバ（処理室）である。この接合処理部１４０は、第２実施形態の真空チャンバ２内の構成と類似の構成を有している。ただし、接合処理部１４０は、スライド移動機構１４を有しない点、ならびにヘッド２２Ｃおよびステージ１２Ｃがプラズマ電極として機能しない点で、第２実施形態の接合システム１Ｂのチャンバ２内の構成と相違する。接合処理部１４０においては、ヘッド２２Ｃとステージ１２Ｃとが常に対向している。 Further, the bonding processing unit 140 is a chamber (processing chamber) that performs the bonding process of both the objects to be bonded 91 and 92 that have been subjected to the water molecule adsorption process. The bonding processing unit 140 has a configuration similar to that in the vacuum chamber 2 of the second embodiment. However, the bonding processing unit 140 is different from the configuration in the chamber 2 of the bonding system 1B of the second embodiment in that the slide moving mechanism 14 is not provided and the head 22C and the stage 12C do not function as plasma electrodes. In the bonding processing unit 140, the head 22C and the stage 12C always face each other.
次に、第３実施形態に係る動作について説明する。 Next, an operation according to the third embodiment will be described.
まず、導入部１１０に搬入された被接合物９２が、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。洗浄処理部１２０においては、被接合物９２の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置される。そして、被接合物９２の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０へと搬送され、反転部１３０内に設けられた反転装置によって被接合物９２の上下が反転される。反転後の被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０から取り出され、今度は接合処理部１４０へと搬送される。このように、被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１および反転部１３０によって、洗浄処理部１２０から接合処理部１４０へと反転を伴って移動される。移動後の被接合物９２は、その接合表面が下側を向いた状態で、接合処理部１４０内のヘッド２２Ｃ（図３７参照）によって保持される。 First, the workpiece 92 carried into the introduction unit 110 is transported to the cleaning processing unit 120 by the transport robot RB1. In the cleaning processing unit 120, each object to be bonded is placed so that the bonding surface of the object to be bonded 92 faces upward. Then, plasma processing (surface activation processing) is performed on the bonding surface on the upper side of the workpiece 92, and water molecule adsorption processing is performed. The workpiece 92 that has been subjected to the plasma treatment and the water molecule adsorption treatment is transported to the reversing unit 130 by the transport robot RB1, and the top and bottom of the workpiece 92 is reversed by the reversing device provided in the reversing unit 130. . The to-be-joined object 92 after being reversed is taken out from the reversing unit 130 by the transport robot RB1 and is then transported to the joining processing unit 140. In this way, the workpiece 92 is moved by the transfer robot RB1 and the reversing unit 130 from the cleaning processing unit 120 to the bonding processing unit 140 with reversal. The moved object 92 after being moved is held by the head 22C (see FIG. 37) in the bonding processing unit 140 with the bonding surface facing downward.
つぎに、もう一方の被接合物９１は、導入部１１０に搬入された後、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。そして、洗浄処理部１２０において、被接合物９１の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置され、被接合物９１の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。そして、プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９１は、搬送ロボットＲＢ１によって、洗浄処理部１２０から取り出され、その接合表面が上側を向いた状態のまま、接合処理部１４０へと移動される。移動後においては、図３７に示すように、被接合物９１は、その接合表面が上側を向いた状態で、接合処理部１４０内のステージ１２Ｃによって保持される。これにより、ヘッド２２Ｃによって保持された被接合物９２と、ステージ１２Ｃによって保持された被接合物９１とは、接合処理部１４０内において所定の間隙を空けて対向する状態で配置される。 Next, the other workpiece 91 is carried into the introduction unit 110 and then conveyed to the cleaning processing unit 120 by the transfer robot RB1. In the cleaning processing unit 120, each object to be bonded is placed so that the bonding surface of the object to be bonded 91 faces upward, and plasma processing (surface activation process) is performed on the bonding surface on the upper side of the object to be bonded 91. And a water molecule adsorption treatment are performed. Then, the workpiece 91 that has been subjected to the plasma treatment and the water molecule adsorption treatment is taken out from the cleaning processing unit 120 by the transfer robot RB1, and the joining surface is left facing upward to the joining processing unit 140. Moved. After the movement, as shown in FIG. 37, the object to be bonded 91 is held by the stage 12C in the bonding processing unit 140 with the bonding surface facing upward. As a result, the workpiece 92 held by the head 22C and the workpiece 91 held by the stage 12C are arranged in a state of facing each other with a predetermined gap in the bonding processing unit 140.
その後、ヘッド２２Ｃが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。 Thereafter, in the state where the head 22C is lowered so that both the objects to be bonded 91 and 92 are close to each other and the objects to be bonded 91 and 92 are in contact with each other (see FIG. 11), the heat treatment in step S50 is performed. Thereby, water molecules are removed from the bonding interface between the objects to be bonded 91 and 92, and the objects to be bonded 91 and 92 are bonded well. Note that, as the heat treatment in step S50, it is preferable to employ the same two-stage heat treatment as in the first embodiment.
第３実施形態においては、以上のような動作が実行される。 In the third embodiment, the operation as described above is executed.
このような動作によれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to such an operation, an effect similar to that of the second embodiment can be obtained.
なお、この第３実施形態においては、２つの被接合物９１，９２に対する表面活性化処理がそれぞれ異なる期間に実行される場合（すなわち時間をずらして実行される場合）を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０内において、両被接合物９１，９２を対向配置し、当該対向配置状態で両被接合物９１，９２に対するプラズマ洗浄処理を同時に実行するようにしてもよい。また、その後は、水分子吸着処理を両被接合物９１，９２に対して施すとともに、両被接合物９１，９２を洗浄処理部１２０から同時に取り出し、両被接合物９１，９２を同時に接合処理部１４０へと搬送し、ステージ１２Ｃおよびヘッド２２Ｃにそれぞれ装着するようにしてもよい。具体的には、そのアーム先端部の上下両側に被接合物の保持チャックを有する搬送ロボットＲＢ１（ＲＢ１ｄ）を用いて、両被接合物９２，９１をそれぞれ保持することによって、このような搬送動作を実現すればよい。 In the third embodiment, the case where the surface activation processes for the two objects 91 and 92 are executed in different periods (that is, executed at different times) is exemplified. It is not limited. For example, in the cleaning processing unit 120, both the objects to be bonded 91 and 92 may be disposed to face each other, and the plasma cleaning process for both the objects to be bonded 91 and 92 may be simultaneously performed in the facing arrangement state. After that, the water molecule adsorption process is performed on both the objects to be bonded 91 and 92, and both the objects to be bonded 91 and 92 are simultaneously taken out from the cleaning processing unit 120, and both the objects to be bonded 91 and 92 are simultaneously bonded. It may be conveyed to the section 140 and mounted on the stage 12C and the head 22C, respectively. Specifically, by using the transfer robot RB1 (RB1d) having holding workpiece holding chucks on the upper and lower sides of the arm tip portion, both the workpieces 92 and 91 are held, respectively. Should be realized.
また、この第３実施形態においては、洗浄処理部１２０においてプラズマ処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０において、原子ビームあるいはイオンビームを用いて、表面活性化処理を行うようにしてもよい。 Moreover, in this 3rd Embodiment, although the case where the plasma processing was performed in the washing | cleaning process part 120 was illustrated, it is not limited to this. For example, the cleaning processing unit 120 may perform surface activation processing using an atomic beam or an ion beam.
＜４．その他＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
<4. Other>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the contents described above.
たとえば、上記第１および第２実施形態においては、スライド配置状態で各被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行する場合を例示したが、これに限定されず、対向状態の両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行するようにしてもよい。 For example, in the first and second embodiments, the case where the surface activation process is performed on the workpieces 91 and 92 in the slide arrangement state is illustrated. A surface activation process may be performed on the workpieces 91 and 92.
また、上記第３実施形態においては、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は処理室１５０内において被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）する場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、図３８に示すように、洗浄処理部１２０にて表面活性化処理と水分子吸着処理との双方が施された両被接合物９１，９２を、接合処理部１４０へと大気圧中で搬送（大気搬送）するようにしてもよい。このような大気搬送を伴う場合においても、接合表面に吸着された水分子によって接合表面が保護されているため、接合表面への不純物の再付着を抑制することが可能である。 Further, in the third embodiment, from the viewpoint of preventing re-adhesion during transfer, the transfer robot RB1 illustrated a case where the workpiece is transferred in a vacuum state (vacuum transfer) in the processing chamber 150. It is not limited. Specifically, as shown in FIG. 38, both the objects to be bonded 91 and 92 that have been subjected to both the surface activation process and the water molecule adsorption process in the cleaning processing unit 120 are largely transferred to the bonding processing unit 140. You may make it convey in atmospheric | air pressure (atmospheric conveyance). Even in the case where such atmospheric transport is involved, since the bonding surface is protected by the water molecules adsorbed on the bonding surface, it is possible to suppress reattachment of impurities to the bonding surface.
また、上記各実施形態において複数組の被接合物（９１，９２）を処理する場合には、各組の被接合物（９１，９２）のそれぞれについて上記のステップＳ１０〜Ｓ５０の工程を順次に実行する動作が繰り返し実行されればよい。特に、ステップＳ５０に関しても、各組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理と第２段階の処理とを順次に実行する動作が、複数組の被接合物（９１，９２）に対して繰り返し実行されればよい。ただし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、複数組の被接合物（９１，９２）に対して、第１段階の処理を逐次的に処理する一方で、第２段階の処理を一括的に処理するようにしてもよい。詳細には、上記第３実施形態等において複数組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理を接合処理部１４０で順次に施した後に、バッチ式の加熱処理部１６０（不図示）に順次に搬送し、当該加熱処理部１６０において第２段階の処理を当該複数組の被接合物（９１，９２）に対して同時に施すようにしてもよい。このように第２段階の加熱処理をバッチ方式で実行することによれば、複数組の被接合物に対する総処理時間を短縮することが可能である。 Further, when a plurality of sets of workpieces (91, 92) are processed in each of the above-described embodiments, the above steps S10 to S50 are sequentially performed for each set of workpieces (91, 92). The operation to be executed may be executed repeatedly. In particular, also regarding step S50, the operation of sequentially executing the first-stage processing and the second-stage processing on each set of objects (91, 92) is performed by a plurality of sets of objects (91, 92). 92). However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the first-stage processing may be sequentially performed on a plurality of sets of objects (91, 92), while the second-stage processing may be performed collectively. Specifically, in the third embodiment and the like, after the first stage processing is sequentially performed on the plurality of sets of objects (91, 92) by the bonding processing unit 140, the batch-type heat processing unit 160 ( The heat treatment unit 160 may perform the second stage process on the plurality of sets (91, 92) at the same time. As described above, by performing the second stage heat treatment in a batch manner, it is possible to shorten the total treatment time for a plurality of sets of objects to be joined.
また、上記各実施形態においては、ステップＳ５０において、加熱処理と加圧処理との双方を伴って両被接合物９１，９２を接合する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ステップＳ５０において加圧処理を行わず加熱処理のみを行うようにしてもよい。 Moreover, in each said embodiment, although the case where both the to-be-joined objects 91 and 92 were joined in step S50 with both heat processing and pressurization processing was illustrated, it is not limited to this. For example, only the heat treatment may be performed without performing the pressure treatment in step S50.
また、上記第１実施形態のバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐが圧力値ＰＲ０まで低減される場合を例示したが、これに限定されず、第２実施形態と同様の圧力値ＰＲ２にまで低減するようにしてもよい。そして、第２実施形態と同様に、真空チャンバ２内の雰囲気中に残留した水分子を用いて、（表面活性化処理後の）水分子吸着処理を行うようにしてもよい。なお、この場合、さらに水ガスの供給を伴って水分子吸着処理を実行するようにしてもよく、あるいは、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。 Further, in the background decompression process (step S10) of the first embodiment, the case where the pressure value P in the vacuum chamber 2 is reduced to the pressure value PR0 is exemplified, but the present invention is not limited to this, and the second embodiment. You may make it reduce to pressure value PR2 similar to a form. Then, similarly to the second embodiment, the water molecule adsorption process (after the surface activation process) may be performed using the water molecules remaining in the atmosphere in the vacuum chamber 2. In this case, the water molecule adsorption process may be further performed with the supply of water gas, or the water molecule adsorption process may be performed without the supply of water gas.
また、各実施形態においては、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理においてのみ低圧加圧処理を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理と第２段階の加熱処理との双方において加圧処理（特に低圧加圧処理）を行うようにしてもよい。 Moreover, in each embodiment, although the case where a low pressure pressurization process was performed only in the 1st step heat processing among 2 steps heat processing of step S50 was illustrated, it is not limited to this. For example, the pressure treatment (particularly, the low pressure treatment) may be performed in both the first-stage heat treatment and the second-stage heat treatment in the two-stage heat treatment in step S50.
また、上記各実施形態等においては、Ａｕ（金）とＡｕ（金）との接合を行う場合を例示したが、これに限定されない。 Moreover, in each said embodiment etc., although the case where Au (gold) and Au (gold) were joined was illustrated, it is not limited to this.
例えば、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ｃｕ（銅）は、（シリコン等よりは酸化しにくいが、）金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程において、銅の酸化物、銅の水酸化物あるいは銅の水和物が接合表面に形成される。そして、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合の際には、銅の当該酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し（図３９参照）、銅の酸化物等同士の結合が実現される（図４０参照）。なお、図３９は、上述の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理後の接合界面を示す図であり、図４０は、上述の２段階加熱処理のうち第２段階の加熱処理後の接合界面を示す図である。図３９および図４０においては、銅の酸化物として、ＣｕＯ（酸化銅）が生成される場合が模式的に示されている。 For example, when joining Cu (copper) and Cu (copper), the same idea as described above may be applied. However, Cu (copper) is easier to oxidize than gold (although it is more difficult to oxidize than silicon), so in the water molecule adsorption process, copper oxide, copper hydroxide or copper hydrate Is formed on the bonding surface. When Cu (copper) and Cu (copper) are joined, water molecules are adsorbed on the copper oxide and the like, and the water molecules are removed to reduce or eliminate the voids (FIG. 39). (See FIG. 40). 39 is a diagram showing a bonding interface after the first stage heat treatment in the above-described two-stage heat treatment, and FIG. 40 is a diagram after the second stage heat treatment in the above-described two-stage heat treatment. It is a figure which shows a joining interface. 39 and 40 schematically show the case where CuO (copper oxide) is generated as the copper oxide.
このような変形例に係るＣｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合処理は、上述のＡｕ（金）−Ａｕ（金）の接合処理と比較すると、銅の酸化物等が比較的多く形成される点で相違しているが、水分子の付着処理および除去処理によってボイドを縮小（ないし消滅）させて、強固な接合を実現する点で共通している。なお、図４１は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４１に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）に銅の酸化物等が形成された状態で、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の強固な接合が実現される。 The Cu (copper) -Cu (copper) bonding process according to such a modified example includes a relatively large amount of copper oxide or the like compared to the above-described Au (gold) -Au (gold) bonding process. However, they are common in that the voids are reduced (or eliminated) by the water molecule adhesion treatment and removal treatment, thereby realizing strong bonding. FIG. 41 is a photographed image showing the vicinity of a Cu (copper) -Cu (copper) bonding interface. As shown in FIG. 41, a strong bonding of Cu (copper) -Cu (copper) is realized in the state where a copper oxide or the like is formed in the vicinity of the bonding interface (in the figure, a linear region including the bonding interface). The
あるいは、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ａｌ（アルミニウム）は、Ｃｕ（銅）と同様に、金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程においてアルミニウムの酸化物、アルミニウムの水酸化物あるいはアルミニウムの水和物が接合表面に形成される。そして、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合の際には、アルミニウムの酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し、Ａｌ（アルミニウム）の酸化物等同士の結合が実現される。なお、図４２は、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４２に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）にアルミニウムの酸化物等が形成された状態で、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の強固な接合が実現される。 Or when joining Al (aluminum) and Al (aluminum), you may make it apply the thought similar to the above. However, Al (aluminum), like Cu (copper), is easier to oxidize than gold, so in the water molecule adsorption process, aluminum oxide, aluminum hydroxide or aluminum hydrate is present on the bonding surface. It is formed. When Al (aluminum) and Al (aluminum) are joined, water molecules are adsorbed on aluminum oxide and the voids are reduced or eliminated by removing the water molecules. Bonding between oxides) is realized. FIG. 42 is a photographed image showing the vicinity of an Al (aluminum) -Al (aluminum) bonding interface. As shown in FIG. 42, strong bonding of Al (aluminum) -Al (aluminum) is realized in the state in which aluminum oxide or the like is formed in the vicinity of the bonding interface (in the figure, the linear region including the bonding interface). The
あるいは、Ｃｕ（銅）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。この場合、Ｃｕ（銅）の表面には銅の酸化物等（たとえばＣｕＯ（酸化銅））が形成される。そして、接合界面において当該銅の酸化物等とＡｕ（金）とのそれぞれに水分子が吸着された後に当該水分子が除去されることによって、ボイドが縮小ないし消滅されるとともにＡｕ（金）と銅の酸化物等とが結合される。これにより、強固な接合が実現される。 Or when joining Cu (copper) and Au (gold), you may make it apply the thought similar to the above. In this case, a copper oxide or the like (for example, CuO (copper oxide)) is formed on the surface of Cu (copper). Then, after the water molecules are adsorbed to each of the copper oxide and the like and Au (gold) at the bonding interface, the water molecules are removed, so that the voids are reduced or eliminated, and Au (gold) and Copper oxide and the like are combined. Thereby, strong joining is realized.
同様に、Ａｌ（アルミニウム）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。さらには、Ａｌ（アルミニウム）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。 Similarly, the above concept may be applied when joining Al (aluminum) and Au (gold). Furthermore, you may make it apply said idea, when joining Al (aluminum) and Cu (copper).
また、エネルギー波照射における特定物質としては、上記各実施形態のようにアルゴンを使用することが好ましい。アルゴンは、他の物質と反応しにくく、且つ、分子重量も大きいため、被接合物の表面分子を衝突により切り離して結合手を露出させること（ダングリングボンドを生成すること）、すなわち表面活性化処理に特に適している。そして、このようなダングリングボンドが適切に生成された両被接合表面を接合することによって、良好な接合状態を実現することが可能である。ただし、これに限定されず、クリプトン（Ｋｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）などの他の物質を、エネルギー波の照射における特定物質として用いるようにしてもよい。 Moreover, as a specific substance in energy wave irradiation, it is preferable to use argon like said each embodiment. Since argon is difficult to react with other substances and has a large molecular weight, the surface molecules of the object to be bonded are separated by collision to expose the bonds (generate dangling bonds), that is, surface activation. Particularly suitable for processing. And it is possible to implement | achieve a favorable joining state by joining both the to-be-joined surfaces in which such a dangling bond was produced | generated appropriately. However, the present invention is not limited to this, and another substance such as krypton (Kr) or xenon (Xe) may be used as the specific substance in the energy wave irradiation.
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 接合システム
２ 真空チャンバ
１１，２１ ビーム照射部
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２１Ｃ
ステージ
２２，２２Ｂ，２２Ｃ
ヘッド
９１，９２ 被接合物
９９ 付着物
１１１，１１２ 空隙
１２０ 洗浄処理部
１３０ 反転部
１４０ 洗浄処理部
１５０ 搬送部
ＶＰ バックグラウンド減圧値
ＷＭ 水分子
1, 1A, 1B, 1C Bonding system 2 Vacuum chamber 11, 21 Beam irradiation unit 12, 12B, 12C, 121C
Stage 22, 22B, 22C
Head 91, 92 Bonded object 99 Adhered substance 111, 112 Void 120 Cleaning processing unit 130 Inversion unit 140 Cleaning processing unit 150 Conveying unit VP Background decompression value WM Water molecule
Claims (14)
ａ）前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物の接合表面のそれぞれに向けて、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれかの特定物質によるエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、
ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、
ｃ）前記水分子吸着処理が施され水分子が付着している前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、
を備えることを特徴とする接合方法。 A bonding method for bonding a first object to be bonded and a second object to be bonded each having a bonding surface formed of one of Au (gold), Cu (copper), and Al (aluminum),
a) irradiating an energy wave of a specific substance of any one of argon, krypton, and xenon toward each of the bonding surfaces of both the first and second objects to be bonded; Performing a surface activation treatment for activating each of the bonding surfaces of the objects to be bonded;
b) performing a water molecule adsorption process for adsorbing water molecules on the bonding surfaces of the objects to be bonded that have been subjected to the surface activation process;
c) heating the bonded surfaces of the objects to be bonded to each other to which the water molecules are adsorbed and adhered to each other;
A joining method comprising:
ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。 The bonding method according to claim 1,
d) a step of depressurizing the mounting space of the objects to be bonded to a predetermined value of 10 2 Pa (pascal) or less and 10 −5 Pa (pascal) or more at a time prior to step a);
A joining method, further comprising:
前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。 In the joining method according to claim 1 or 2,
The step b) includes a step of performing the water molecule adsorption process by supplying water gas.
前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。 In the joining method in any one of Claims 1 thru | or 3,
The step c) includes a step of performing a pressurizing process for applying a contact pressure between the two objects to be bonded.
前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、
前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする接合方法。 The joining method according to claim 4,
Each of the surfaces to be bonded is subjected to a surface smoothing treatment in advance.
The said pressurization process is performed by making the contact pressure of 10 Mpa (megapascal) or less act between the said to-be-joined objects.
前記ステップｃ）は、
ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、
ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、
を有することを特徴とする接合方法。 In the joining method according to any one of claims 1 to 5,
Said step c)
c-1) heating at a first temperature not higher than the boiling point of water for a certain period to advance grain boundary diffusion on the bonding surface;
c-2) after the step c-1), heating both the workpieces to a second temperature not lower than the boiling point of water;
A bonding method characterized by comprising:
ｅ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。 The bonding method according to claim 1 ,
e) a step of depressurizing the mounting space of the objects to be bonded to a predetermined value of 10 −6 Pa (pascal) or lower and 10 −8 Pa (pascal) or higher at a time prior to step a );
A joining method, further comprising:
ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。 The bonding method according to claim 1,
f) Depressurizing the mounting space of the objects to be bonded to a pressure value lower than the pressure value at the time of the surface activation process of the step a) at a time prior to the step a).
A joining method, further comprising:
前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｕ（金）およびＣｕ（銅）のいずれかで形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする接合方法。 The first bonding object and the second bonding object each have the bonding surface formed of either Au (gold) or Cu (copper).
前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｌ（アルミニウム）で形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする接合方法。 The first bonding object and the second bonding object each have the bonding surface made of Al (aluminum), respectively.
前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物の接合表面のそれぞれに向けて、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれかの特定物質によるエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、
前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、
前記水分子吸着処理が施され水分子が付着している前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする接合システム。 A bonding system for bonding a first object to be bonded and a second object to be bonded each having a bonding surface formed of any one of Au (gold), Cu (copper), and Al (aluminum),
By irradiating an energy wave of a specific substance of any one of argon, krypton, and xenon toward each of the bonding surfaces of both the objects to be bonded of the first object to be bonded and the second object to be bonded, Surface activation processing means for performing a surface activation process for activating each of the bonding surfaces of the objects to be bonded;
Control means for performing a water molecule adsorption process for adsorbing water molecules on the surfaces of the objects to be bonded subjected to the surface activation process;
Heating means for heating in a state where the bonding surfaces were brought into contact with each other of the two objects to be bonded to the water molecule water molecule adsorption treatment is performed is attached,
A joining system comprising:
前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｕ（金）およびＣｕ（銅）のいずれかで形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする接合システム。 The first bonding object and the second bonding object each have the bonding surface formed of any one of Au (gold) and Cu (copper).
前記第１の被接合物および前記第２の被接合物は、Ａｌ（アルミニウム）で形成された前記接合表面をそれぞれ有することを特徴とする接合システム。 The first bonding object and the second bonding object each have the bonding surface formed of Al (aluminum).
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の接合方法により接合されて生成される半導体装置。 A semiconductor device,
A semiconductor device produced by joining by the joining method according to claim 1 .
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