JP7540813B1 - Bonding method, bonding system, irradiation device, and activation treatment device - Google Patents
Bonding method, bonding system, irradiation device, and activation treatment device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7540813B1 JP7540813B1 JP2024522612A JP2024522612A JP7540813B1 JP 7540813 B1 JP7540813 B1 JP 7540813B1 JP 2024522612 A JP2024522612 A JP 2024522612A JP 2024522612 A JP2024522612 A JP 2024522612A JP 7540813 B1 JP7540813 B1 JP 7540813B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding
- objects
- chip
- particle beam
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
接合方法は、2つの基板(W1、W2)を接合する接合方法であって、2つの基板(W1、W2)それぞれの接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露するガス曝露工程と、基板(W1、W2)の接合面に付着している水分を除去する水分除去工程と、2つの基板(W1、W2)同士を仮接合する仮接合工程と、を含む。また、ガス曝露工程の前に、2つの基板(W1、W2)の接合面を活性化する活性化処理工程を行う。The bonding method is a bonding method for bonding two substrates (W1, W2) and includes a gas exposure step of exposing the bonding surfaces of the two substrates (W1, W2) to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas, a moisture removal step of removing moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates (W1, W2), and a temporary bonding step of temporarily bonding the two substrates (W1, W2) together. In addition, an activation treatment step of activating the bonding surfaces of the two substrates (W1, W2) is performed prior to the gas exposure step.
Description
本発明は、接合方法、接合システム、照射装置および活性化処理装置に関する。 The present invention relates to a bonding method, a bonding system, an irradiation device and an activation processing device.
互いに接合する2つのウェハそれぞれの接合面に酸素ラジカルを照射した後、窒素ラジカルを照射することにより親水化処理を行い、その後、2つのウェハ同士を接合する接合方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。ところが、特許文献1に記載された接合方法では、ウェハの接合面に生成される、ウェハ同士の接合に寄与するOH基の量を増加させることにより、ウェハ同士の接合強度を高めることができる。A bonding method has been proposed in which the bonding surfaces of two wafers to be bonded to each other are irradiated with oxygen radicals, then irradiated with nitrogen radicals to perform a hydrophilic treatment, and then the two wafers are bonded together (see, for example, Patent Document 1). However, the bonding method described in Patent Document 1 can increase the amount of OH groups that are generated on the bonding surfaces of the wafers and contribute to bonding the wafers together, thereby increasing the bonding strength between the wafers.
一方、被成膜基体の被成膜面に酸化膜を形成する装置として、チャンバ内に酸化膜の基となる原料ガスとともに不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを導入することにより、チャンバ内にOHラジカルのような反応活性種を生成し、生成した反応活性種を原料ガスと混合して反応させることにより、反応生成物である酸化膜を効率的に形成する装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。On the other hand, as an apparatus for forming an oxide film on the surface of a substrate, an apparatus has been proposed in which an unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas are introduced into a chamber together with a raw material gas that forms the basis of the oxide film, thereby generating reactive species such as OH radicals in the chamber, and the generated reactive species are mixed with the raw material gas and reacted with each other to efficiently form an oxide film, which is the reaction product (see, for example, Patent Document 2).
発明者は、特許文献2に記載されたOHラジカルを生成する技術を、ウェハ同士の接合方法に適用することにより、ウェハの接合面に生成されるOH基の量を増加させることで、ウェハ同士の接合強度を高めることができることを見いだした。The inventors discovered that by applying the technology for generating OH radicals described in Patent Document 2 to a method for bonding wafers together, the amount of OH groups generated on the bonding surfaces of the wafers can be increased, thereby improving the bonding strength between the wafers.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、2つの被接合物を強固に接合することができる接合方法、接合システム、照射装置および活性化処理装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned reasons, and aims to provide a joining method, joining system, irradiation device, and activation processing device capable of firmly joining two objects to be joined.
上記目的を達成するため、本発明に係る接合方法は、
2つの被接合物同士を接合する接合方法であって、
前記2つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露するガス曝露工程と、
前記少なくとも一方の接合面に付着している水分を除去する水分除去工程と、
前記2つの被接合物同士を仮接合する仮接合工程と、を含む。
In order to achieve the above object, the bonding method according to the present invention comprises the steps of:
A method for joining two objects to be joined, comprising the steps of:
a gas exposure step of exposing at least one of the bonding surfaces of the two objects to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas;
a moisture removing step of removing moisture adhering to at least one of the bonding surfaces;
and a temporary joining step of temporarily joining the two objects to be joined together.
他の観点から見た本発明に係る接合システムは、
2つの被接合物を接合する接合システムであって、
前記2つの被接合物の少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスを供給する不飽和炭化水素ガス供給部と、
前記少なくとも一方の接合面へオゾンガスを供給するオゾンガス供給部と、
前記2つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、
前記ステージに対向して配置され、前記2つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、
前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第1方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第2方向へ移動させる駆動部と、
前記不飽和炭化水素ガス供給部、前記オゾンガス供給部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記不飽和炭化水素ガス供給部および前記オゾンガス供給部を制御して前記少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第1方向へ移動させることにより前記2つの被接合物を接合する。
From another aspect, the joint system according to the present invention comprises:
A joining system for joining two objects to be joined, comprising:
an unsaturated hydrocarbon gas supply unit that supplies an unsaturated hydrocarbon gas to at least one of the bonding surfaces of the two objects to be bonded;
an ozone gas supply unit for supplying ozone gas to the at least one joint surface;
a stage for supporting one of the two objects to be bonded;
a head that is disposed opposite the stage and supports the other of the two objects to be bonded;
a drive unit that moves at least one of the stage and the head in a first direction in which the stage and the head approach each other or in a second direction in which the stage and the head move away from each other;
a control unit that controls the operations of the unsaturated hydrocarbon gas supply unit, the ozone gas supply unit, and the drive unit,
The control unit controls the unsaturated hydrocarbon gas supply unit and the ozone gas supply unit to supply an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas to at least one of the joining surfaces, and then controls the drive unit to move at least one of the stage and the head in the first direction while maintaining a reduced pressure atmosphere, thereby joining the two workpieces.
本発明によれば、2つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露した後、2つの被接合物同士を仮接合する。これにより、2つの被接合物の少なくとも一方の接合面に比較的多くのOH基が生成された状態で、2つの被接合物同士を仮接合することができるので、その分、2つの被接合物同士を多くの水素結合を介して仮接合することができる。従って、2つの被接合物を接合したときの2つの被接合物同士の接合強度を高めることができる。According to the present invention, the joining surface of at least one of the two objects to be joined is exposed to an atmosphere containing unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas, and then the two objects are temporarily joined together. This allows the two objects to be temporarily joined together in a state in which a relatively large number of OH groups are generated on at least one of the joining surfaces of the two objects to be joined, and therefore the two objects can be temporarily joined together via a large number of hydrogen bonds. This makes it possible to increase the joining strength between the two objects when they are joined together.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態に係る接合装置について、図を参照しながら説明する。本実施の形態に係る接合装置は、減圧雰囲気にあるチャンバ内で、2つの基板の接合面を加熱した後、活性化処理を行い、その後、基板同士を接触させて加圧および加熱することにより、2つの基板を接合する。ここで、基板W1、W2としては、例えば、Si基板、SiO2ガラス基板等のガラス基板、酸化物基板(例えば、酸化ケイ素(SiO2)基板、サファイア基板を含むアルミナ基板(Al2O3)、酸化ガリウム(Ga2O3)等)、窒化物基板(例えば、窒化ケイ素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN))、GaAs基板、炭化ケイ素(SiC)基板、タンタル酸リチウム(Lt:LiTaO3)基板、ニオブ酸リチウム基板(Ln:LiNbO3)、ダイヤモンド基板などのいずれかからなる被接合物である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the bonding apparatus according to the present embodiment, in a chamber in a reduced pressure atmosphere, the bonding surfaces of two substrates are heated, an activation process is performed, and then the substrates are brought into contact with each other and pressurized and heated to bond the two substrates. Here, the substrates W1 and W2 are objects to be bonded, such as a Si substrate, a glass substrate such as a SiO2 glass substrate, an oxide substrate (e.g., a silicon oxide ( SiO2 ) substrate, an alumina substrate ( Al2O3 ) including a sapphire substrate, a gallium oxide ( Ga2O3 ), etc.), a nitride substrate (e.g., silicon nitride (SiN), aluminum nitride ( AlN ), gallium nitride (GaN)), a GaAs substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a lithium tantalate (Lt: LiTaO3 ) substrate, a lithium niobate substrate (Ln: LiNbO3 ), a diamond substrate, etc.
なお、互いに接合する基板W1、W2が、それぞれ、互いに線膨張係数が異なる材料から形成されていてもよい。例えば基板W1がサファイア基板であり、基板W2がSi基板であってもよい。また、基板W1、W2として、接合面にAu、Cu、Al、Ti等の金属から形成された電極が設けられた基板であってもよい。例えば接合面に金属層と絶縁体層とが露出している基板であってもよい。The substrates W1 and W2 to be joined may be made of materials having different linear expansion coefficients. For example, the substrate W1 may be a sapphire substrate, and the substrate W2 may be a Si substrate. The substrates W1 and W2 may also be substrates having electrodes formed of a metal such as Au, Cu, Al, or Ti on the joining surfaces. For example, the substrates W1 and W2 may be substrates having a metal layer and an insulator layer exposed on the joining surfaces.
図1に示すように、本実施の形態に係る接合装置1は、チャンバ120と、ステージ141と、ヘッド142と、ステージ駆動部143と、ヘッド駆動部144と、基板加熱部1411、1421と、位置ずれ量測定部150と、粒子ビーム源161、162と、を備える。なお、以下の説明において、適宜図2の±Z方向を上下方向、XY方向を水平方向として説明する。また、接合装置1は、チャンバ120に配置されたカバー122A、122Bと、カバー122A、122Bを加熱するカバー加熱部123A、123Bと、を備える。カバー122A、122Bは、それぞれ、ステージ141、ヘッド142の周囲の活性化処理工程における活性化処理領域を含む形で配置されている。更に、接合装置1は、不飽和炭化水素ガス供給部171と、オゾンガス供給部172と、制御部9と、を備える。チャンバ120は、排気管121bと排気弁121cとを介して真空ポンプ121aに接続されている。排気弁121cを開状態にして真空ポンプ121aを作動させると、チャンバ120内の気体が、排気管121bを通してチャンバ120外へ排出され、チャンバ120内の気圧が低減(減圧)される。なお、チャンバ120内の気圧は、10-5Pa以下にすることができる。また、排気弁121cの開閉量を変動させて排気量を調節することにより、チャンバ120内の気圧(真空度)を調節することができる。 As shown in FIG. 1, the bonding apparatus 1 according to the present embodiment includes a chamber 120, a stage 141, a head 142, a stage driving unit 143, a head driving unit 144, substrate heating units 1411 and 1421, a positional deviation measuring unit 150, and particle beam sources 161 and 162. In the following description, the ±Z direction in FIG. 2 is appropriately defined as the vertical direction, and the XY direction is appropriately defined as the horizontal direction. The bonding apparatus 1 also includes covers 122A and 122B disposed in the chamber 120, and cover heating units 123A and 123B for heating the covers 122A and 122B. The covers 122A and 122B are disposed so as to include activation treatment areas in the activation treatment process around the stage 141 and the head 142, respectively. Furthermore, the bonding apparatus 1 includes an unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171, an ozone gas supply unit 172, and a control unit 9. The chamber 120 is connected to a vacuum pump 121a via an exhaust pipe 121b and an exhaust valve 121c. When the exhaust valve 121c is opened and the vacuum pump 121a is operated, the gas in the chamber 120 is exhausted to the outside of the chamber 120 through the exhaust pipe 121b, and the air pressure in the chamber 120 is reduced (decompressed). The air pressure in the chamber 120 can be set to 10 -5 Pa or less. The air pressure (degree of vacuum) in the chamber 120 can be adjusted by adjusting the amount of exhaust by varying the opening/closing amount of the exhaust valve 121c.
ステージ141とヘッド142とは、チャンバ120内において、Z方向において互いに対向するように配置されている。ステージ141は、その上面で基板W1を支持し、ヘッド142は、その下面で基板W2を支持する。なお、ステージ141の上面とヘッド142の下面とは、基板W1、W2のステージ141、ヘッド142との接触面が鏡面でステージ141、ヘッド142から剥がれにくい場合を考慮して、粗面加工が施されていてもよい。ステージ141およびヘッド142は、それぞれ基板W1、W2を保持する保持機構(図示せず)を有する。保持機構は、静電チャック、機械式クランプ等を有する。The stage 141 and the head 142 are disposed in the chamber 120 so as to face each other in the Z direction. The stage 141 supports the substrate W1 on its upper surface, and the head 142 supports the substrate W2 on its lower surface. The upper surface of the stage 141 and the lower surface of the head 142 may be roughened in consideration of the case where the contact surfaces of the substrates W1 and W2 with the stage 141 and the head 142 are mirror-finished and difficult to peel off from the stage 141 and the head 142. The stage 141 and the head 142 each have a holding mechanism (not shown) for holding the substrates W1 and W2. The holding mechanism has an electrostatic chuck, a mechanical clamp, or the like.
ステージ駆動部143は、ステージ141をXY方向へ移動させたり、Z軸周りに回転させたりすることができる。ヘッド駆動部144は、矢印AR1に示すようにヘッド142を昇降させる昇降駆動部1441と、ヘッド142をXY方向へ移動させるXY方向駆動部1442と、ヘッド142をZ軸周りの回転方向に回転させる回転駆動部1443と、を有する。また、ヘッド駆動部144は、ヘッド142のステージ141に対する傾きを調整するためのピエゾアクチュエータ1444と、ヘッド142に加わる圧力を測定するための圧力センサ1445と、を有する。XY方向駆動部1442および回転駆動部1443が、X方向、Y方向、Z軸周りの回転方向において、ヘッド142をステージ141に対して相対的に移動させることにより、ステージ141に保持された基板W1とヘッド142に保持された基板W2とのアライメントが可能となる。なお、ステージ駆動部143は、ステージ141の鉛直下方に配置された構成に限定されるものではなく、例えば、ステージ141の鉛直下方に圧力を受けるバックアップ部(図示せず)を設け、ステージ駆動部143が、ステージ141の外周部に配置し、ステージ141の側方からステージ141を駆動する構成であってもよい。The stage driver 143 can move the stage 141 in the XY direction and rotate it around the Z axis. The head driver 144 has an elevation driver 1441 that raises and lowers the head 142 as shown by the arrow AR1, an XY direction driver 1442 that moves the head 142 in the XY direction, and a rotation driver 1443 that rotates the head 142 in a rotation direction around the Z axis. The head driver 144 also has a piezo actuator 1444 for adjusting the inclination of the head 142 with respect to the stage 141, and a pressure sensor 1445 for measuring the pressure applied to the head 142. The XY direction driver 1442 and the rotation driver 1443 move the head 142 relative to the stage 141 in the X direction, the Y direction, and the rotation direction around the Z axis, thereby enabling alignment between the substrate W1 held on the stage 141 and the substrate W2 held on the head 142. In addition, the stage driving unit 143 is not limited to a configuration in which it is arranged vertically below the stage 141. For example, a backup unit (not shown) that receives pressure vertically below the stage 141 may be provided, and the stage driving unit 143 may be arranged on the outer periphery of the stage 141 to drive the stage 141 from the side of the stage 141.
昇降駆動部1441は、ヘッド142を鉛直下方向へ移動させることにより、ヘッド142をステージ141に近づける。また、昇降駆動部1441は、ヘッド142を鉛直上方向に移動させることにより、ヘッド142をステージ141から遠ざける。そして、昇降駆動部1441は、基板W1、W2同士が接触した状態においてヘッド142に対してステージ141に近づく方向への駆動力を作用させると、基板W2が基板W1に押し付けられる。また、昇降駆動部1441には、ヘッド142に対してステージ141に近づく方向へ作用させる駆動力を測定する圧力センサ1441aが設けられている。圧力センサ1441aによる測定値から、昇降駆動部1441により基板W2が基板W1に押し付けられたときに基板W1、W2の接合面に作用する圧力が検出できる。圧力センサ1441aは、例えば圧電素子を有する。The lifting drive unit 1441 moves the head 142 vertically downward to bring the head 142 closer to the stage 141. The lifting drive unit 1441 also moves the head 142 vertically upward to move the head 142 away from the stage 141. When the lifting drive unit 1441 applies a driving force to the head 142 in a direction toward the stage 141 while the substrates W1 and W2 are in contact with each other, the substrate W2 is pressed against the substrate W1. The lifting drive unit 1441 is also provided with a pressure sensor 1441a that measures the driving force applied to the head 142 in a direction toward the stage 141. From the measured value by the pressure sensor 1441a, the pressure acting on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 when the substrate W2 is pressed against the substrate W1 by the lifting drive unit 1441 can be detected. The pressure sensor 1441a has, for example, a piezoelectric element.
ピエゾアクチュエータ1444と圧力センサ1445との組は、ヘッド142とXY方向駆動部1442との間に複数組配置されている。圧力センサ1445は、ピエゾアクチュエータ1444の上端部とXY方向駆動部1442の下側との間に介在している。ピエゾアクチュエータ1444は、各別に上下方向に伸縮可能であり、これらが伸縮することにより、ヘッド142のX軸周りおよびY軸周りの傾きとヘッド142の上下方向の位置とが微調整される。また、圧力センサ1445は、例えば圧電素子を有し、ヘッド142の下面における複数箇所での加圧力を測定する。そして、複数の圧力センサ1445で測定された加圧力が等しくなるように複数のピエゾアクチュエータ411それぞれを駆動することにより、ヘッド142の下面とステージ141の上面とを平行に維持しつつ基板W1、W2同士を接触させることができる。A plurality of pairs of piezo actuators 1444 and pressure sensors 1445 are arranged between the head 142 and the XY direction drive unit 1442. The pressure sensor 1445 is interposed between the upper end of the piezo actuator 1444 and the lower side of the XY direction drive unit 1442. Each piezo actuator 1444 can be expanded and contracted in the vertical direction, and by expanding and contracting, the tilt of the head 142 around the X axis and the Y axis and the vertical position of the head 142 are finely adjusted. In addition, the pressure sensor 1445 has, for example, a piezoelectric element and measures the pressure at multiple points on the lower surface of the head 142. Then, by driving each of the multiple piezo actuators 411 so that the pressures measured by the multiple pressure sensors 1445 are equal, the substrates W1 and W2 can be brought into contact with each other while maintaining the lower surface of the head 142 and the upper surface of the stage 141 parallel to each other.
基板加熱部1411、1421は、例えば前述の保持機構が静電チャックの場合、ステージ141、ヘッド142における、基板W1、W2が当接する面側から見て保持機構の裏側に埋め込まれた電熱ヒータを有する第1被接合物加熱部である。基板加熱部1411、1421は、ステージ141、ヘッド142に支持されている基板W1、W2に熱を伝達することにより基板W1、W2を加熱する。また、基板加熱部1411、1421の発熱量を調節することにより、基板W1、W2またはそれらの接合面の温度を調節できる。位置ずれ量測定部150は、基板W1、W2それぞれに設けられた位置合わせ用のマーク(アライメントマーク)の位置を認識することにより、基板W1の基板W2に対する水平方向の位置ずれ量を測定する。位置ずれ量測定部150は、例えば基板W1、W2を透過する光(例えば赤外光)を用いて基板W1、W2のアライメントマークを認識する。ステージ駆動部143は、位置ずれ量測定部150により測定された位置ずれ量に基づいて、ステージ141を水平方向に移動させたり回転させたりすることにより、基板W1、W2の相互間の位置合わせ動作(アライメント動作)を実行する。この位置ずれ量測定部150による位置ずれ量の測定およびステージ駆動部143のアライメント動作は、いずれも制御部9の制御下において実行される。 When the aforementioned holding mechanism is an electrostatic chuck, for example, the substrate heating units 1411 and 1421 are first bonded object heating units having electric heaters embedded on the back side of the holding mechanism when viewed from the side where the substrates W1 and W2 abut on the stage 141 and head 142. The substrate heating units 1411 and 1421 heat the substrates W1 and W2 by transferring heat to the substrates W1 and W2 supported by the stage 141 and head 142. In addition, the temperature of the substrates W1 and W2 or their bonding surfaces can be adjusted by adjusting the heat generation amount of the substrate heating units 1411 and 1421. The positional deviation measurement unit 150 measures the horizontal positional deviation of the substrate W1 with respect to the substrate W2 by recognizing the positions of alignment marks (alignment marks) provided on each of the substrates W1 and W2. The misalignment amount measuring unit 150 recognizes the alignment marks of the substrates W1, W2, for example, by using light (for example, infrared light) that transmits through the substrates W1, W2. The stage driving unit 143 performs an operation of aligning the substrates W1, W2 with respect to each other (alignment operation) by moving and rotating the stage 141 in the horizontal direction based on the misalignment amount measured by the misalignment amount measuring unit 150. Both the measurement of the misalignment amount by the misalignment amount measuring unit 150 and the alignment operation by the stage driving unit 143 are performed under the control of the control unit 9.
粒子ビーム源161、162は、それぞれ、例えば高速原子ビーム(FAB、Fast Atom Beam)源であり、例えば図2に示すように、放電室1601と、放電室1601内に配置される電極1602と、ビーム源駆動部1603と、アルゴンガスを放電室1601内へ供給するガス供給部1604と、を有する活性化処理部である。放電室1601の周壁には、中性原子を放出するFAB放射口1601aが設けられている。放電室1601は、炭素材料から形成されている。ここで、放電室1601は長尺箱状であり、その長手方向に沿って複数のFAB放射口1601aが一直線上に並設されている。ビーム源駆動部1603は、放電室1601内にアルゴンガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部(図示せず)と、電極1602と放電室1601の周壁との間に直流電圧を印加する直流電源(図示せず)と、を有する。ビーム源駆動部1603は、放電室1601内にアルゴンガスのプラズマを発生させた状態で、放電室1601の周壁と電極1602との間に直流電圧を印加する。このとき、プラズマ中のアルゴンイオンが、放電室1601の周壁に引き寄せられる。このとき、FAB放射口1601aへ向かうアルゴンイオンは、FAB放射口1601aを通り抜ける際、FAB放射口1601aの外周部の、炭素材料から形成された放電室1601の周壁から電子を受け取る。そして、このアルゴンイオンは、電気的に中性化されたアルゴン原子となって放電室1601外へ放出される。 The particle beam sources 161 and 162 are, for example, fast atom beam (FAB) sources, and are activation processing units having a discharge chamber 1601, an electrode 1602 arranged in the discharge chamber 1601, a beam source driving unit 1603, and a gas supply unit 1604 that supplies argon gas into the discharge chamber 1601, as shown in FIG. 2. The peripheral wall of the discharge chamber 1601 is provided with an FAB emission port 1601a that emits neutral atoms. The discharge chamber 1601 is made of a carbon material. Here, the discharge chamber 1601 is in the shape of a long box, and multiple FAB emission ports 1601a are arranged in a straight line along its longitudinal direction. The beam source driving unit 1603 has a plasma generating unit (not shown) that generates plasma of argon gas in the discharge chamber 1601, and a DC power supply (not shown) that applies a DC voltage between the electrode 1602 and the peripheral wall of the discharge chamber 1601. The beam source driving unit 1603 applies a DC voltage between the peripheral wall of the discharge chamber 1601 and the electrode 1602 while generating plasma of argon gas in the discharge chamber 1601. At this time, argon ions in the plasma are attracted to the peripheral wall of the discharge chamber 1601. At this time, the argon ions moving toward the FAB emission port 1601a receive electrons from the peripheral wall of the discharge chamber 1601 made of a carbon material at the outer periphery of the FAB emission port 1601a when passing through the FAB emission port 1601a. Then, these argon ions become electrically neutralized argon atoms and are emitted outside the discharge chamber 1601.
ここで、粒子ビーム源161、162は、例えば図3に示すように、それぞれ、矢印AR21に示すように、基板W1、W2の接合面へ粒子ビームを照射させながら矢印AR22に示すように移動していく。ここで、粒子ビーム源161、162は、その粒子ビーム単体の投影面内における移動方向での強度にバラツキがあるため、基板W1、W2全体に確実に粒子ビームを照射するために、粒子ビーム源161、162の移動方向における基板W1の両端縁の外側のカバー122A、122B部分を含む領域まで粒子ビームを照射する。また、粒子ビーム源161の放電室1601の長手方向、即ち、X軸方向における両端部における粒子ビームの強度が低下する傾向にある。そこで、放電室1601のX軸方向の長さは、例えば図4に示すように、Z軸方向において基板W1、W2と重なるように配置された状態で、基板W1、W2のX軸方向全体を覆い且つ基板W1、W2におけるX軸方向の長さよりも長い長さに設定されている。または、基板W1、W2が平面視円形であるのに対して粒子ビーム源161、162の照射領域は平面視矩形状であるため、基板W1、W2以外の領域が照射される訳である。ここで、接合装置1は、例えば粒子ビーム源161、162を矢印AR22に示すように+Y方向へ移動させながら粒子ビームを基板W1、W2の接合面に照射した後、粒子ビーム源161、162を-Y方向へ移動させながら基板W1、W2の接合面に粒子ビームを照射する。この粒子ビーム源161、162の移動速度は、例えば1.2乃至14.0mm/secに設定される。また、粒子ビーム源161、162への供給電力は、例えば1kV、100mAに設定されている。そして、粒子ビーム源161、162それぞれの放電室1601内へ導入されるアルゴンガスの流量は、例えば50sccmに設定される。Here, as shown in FIG. 3, the particle beam sources 161 and 162 move as shown by the arrow AR22 while irradiating the joint surfaces of the substrates W1 and W2 with particle beams as shown by the arrow AR21. Here, the particle beam sources 161 and 162 irradiate the particle beams to the areas including the covers 122A and 122B on the outer side of both ends of the substrate W1 in the moving direction of the particle beam sources 161 and 162, since the intensity of the particle beams alone varies in the moving direction in the projection plane, in order to reliably irradiate the entire substrates W1 and W2 with particle beams. In addition, the intensity of the particle beams tends to decrease in the longitudinal direction of the discharge chamber 1601 of the particle beam source 161, that is, at both ends in the X-axis direction. Therefore, the length of the discharge chamber 1601 in the X-axis direction is set to cover the entire X-axis direction of the substrates W1 and W2 and to be longer than the length of the substrates W1 and W2 in the X-axis direction when the discharge chamber 1601 is arranged so as to overlap the substrates W1 and W2 in the Z-axis direction, as shown in FIG. 4, for example. Or, since the substrates W1 and W2 are circular in plan view, whereas the irradiation areas of the particle beam sources 161 and 162 are rectangular in plan view, areas other than the substrates W1 and W2 are irradiated. Here, the bonding apparatus 1 irradiates the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 with the particle beam while moving the particle beam sources 161 and 162 in the +Y direction as shown by the arrow AR22, for example, and then irradiates the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 with the particle beam while moving the particle beam sources 161 and 162 in the -Y direction. The moving speed of the particle beam sources 161 and 162 is set to, for example, 1.2 to 14.0 mm/sec. The power supplied to the particle beam sources 161 and 162 is set to, for example, 1 kV and 100 mA. The flow rate of the argon gas introduced into the discharge chamber 1601 of each of the particle beam sources 161 and 162 is set to, for example, 50 sccm.
図1に戻って、カバー122A、122Bは、例えば金属から形成され、それぞれ、チャンバ120内におけるステージ141、ヘッド142の周囲に配置されている。カバー加熱部123Aは、例えば電熱ヒータを有し、カバー122Aにおける-Z方向側においてカバー122Aに近接して配置されている。このカバー122Aは、ステージ141に固定されており、ステージ141とともに移動する。また、カバー加熱部123Bも、例えば電熱ヒータを有し、カバー122Bにおける+Z方向側においてカバー122Bに近接して配置されている。このカバー122Bは、ヘッド142に固定されており、ヘッド142とともに移動する。Returning to FIG. 1, covers 122A and 122B are formed, for example, from metal, and are respectively arranged around stage 141 and head 142 in chamber 120. Cover heating unit 123A has, for example, an electric heater, and is arranged adjacent to cover 122A on the -Z direction side of cover 122A. This cover 122A is fixed to stage 141 and moves together with stage 141. Cover heating unit 123B also has, for example, an electric heater, and is arranged adjacent to cover 122B on the +Z direction side of cover 122B. This cover 122B is fixed to head 142 and moves together with head 142.
不飽和炭化水素ガス供給部171は、不飽和炭化水素ガス貯留部1711と、供給弁1712と、供給管1713と、を有する。不飽和炭化水素ガスとしては、エチレンのような2重結合を有する炭化水素(アルケン)、アセチレンのような3重結合を有する炭化水素(アルキン) を採用することができる。また、不飽和炭化水素ガスとしては、エチレン、アセチレンの他にブチレン等の低分子量の不飽和炭化水素、即ち、炭素数が4以下の不飽和炭化水素を採用してもよい。ここで、不飽和炭化水素ガス供給部171からチャンバ120内へ供給される不飽和炭化水素ガスの流量は、特に限定されるものではない。The unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171 has an unsaturated hydrocarbon gas storage unit 1711, a supply valve 1712, and a supply pipe 1713. As the unsaturated hydrocarbon gas, a hydrocarbon (alkene) having a double bond such as ethylene, or a hydrocarbon (alkyne) having a triple bond such as acetylene can be used. In addition, as the unsaturated hydrocarbon gas, in addition to ethylene and acetylene, a low molecular weight unsaturated hydrocarbon such as butylene, i.e., an unsaturated hydrocarbon having 4 or less carbon atoms, may be used. Here, the flow rate of the unsaturated hydrocarbon gas supplied from the unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171 to the chamber 120 is not particularly limited.
オゾンガス供給部172は、オゾン発生源1721と、チャンバ120内に連通しオゾン発生源1721で発生したオゾンガスをチャンバ120内へ導入する供給管1722と、を有する。オゾン発生源1721としては、周知のオゾナイザを採用することができる。オゾン発生源1721で生成されるオゾンガスのオゾン濃度は高いほど好ましい。これは、オゾン濃度が100vol%に近いほど、反応活性種であるOHをより高密度にチャンバ120内に給できるからである。また、オゾン濃度が高いほど、即ち、酸素分子の濃度が低いほど 、オゾンが分離して発生する原子状の酸素の寿命が長くなる傾向があることからも、高濃度のオゾンガスを用いることが好ましい。すなわち、オゾン濃度を高くすることで、酸素分子の濃度が低くなり、原子状の酸素が酸素分子との衝突によって失活することが抑制される。また、オゾンガスのチャンバ120への供給量は、前述の不飽和炭化水素ガスのチャンバ120への供給量の2倍以上とすることが好ましい。これは、不飽和炭化水素ガスがOH基へ分解する分解ステップが複数ステップから構成され、オゾン分子と不飽和炭化水素分子との比率を等しくした場合に、反応に必要なオゾン分子が不足し、OH基が十分な量得られない虞があるためである。The ozone gas supply unit 172 has an ozone generating source 1721 and a supply pipe 1722 that communicates with the chamber 120 and introduces the ozone gas generated by the ozone generating source 1721 into the chamber 120. A well-known ozonizer can be used as the ozone generating source 1721. The higher the ozone concentration of the ozone gas generated by the ozone generating source 1721, the more preferable it is. This is because the closer the ozone concentration is to 100 vol%, the more densely the reactive species OH can be supplied to the chamber 120. In addition, the higher the ozone concentration, that is, the lower the concentration of oxygen molecules, the longer the life of atomic oxygen generated by separation of ozone tends to be, so it is preferable to use a high-concentration ozone gas. In other words, by increasing the ozone concentration, the concentration of oxygen molecules is reduced, and the deactivation of atomic oxygen due to collision with oxygen molecules is suppressed. In addition, it is preferable that the amount of ozone gas supplied to the chamber 120 is at least twice the amount of the unsaturated hydrocarbon gas supplied to the chamber 120 described above. This is because the decomposition step in which the unsaturated hydrocarbon gas is decomposed into OH groups consists of multiple steps, and if the ratio of ozone molecules to unsaturated hydrocarbon molecules is made equal, there is a risk that there will not be enough ozone molecules required for the reaction, and a sufficient amount of OH groups will not be obtained.
制御部9は、例えばプログラマブルロジックコントローラである。制御部9は、圧力センサ148、位置ずれ量測定部150等から入力される測定信号に基づいて、基板W1、W2同士を圧接する際の圧力を算出したり、基板W1、W2の相対的な位置ずれ量を算出したりする。また、制御部9は、算出した圧力または位置すれ量に基づいて、ステージ駆動部143、ヘッド駆動部144へ制御信号を出力することによりステージ駆動部143、ヘッド駆動部144の動作を制御する。更に制御部9は、基板加熱部1411、1421、粒子ビーム源161、162、不飽和炭化水素ガス供給部171、オゾンガス供給部172へ制御信号を出力することによりこれらの動作を制御する。The control unit 9 is, for example, a programmable logic controller. Based on measurement signals input from the pressure sensor 148, the misalignment amount measurement unit 150, etc., the control unit 9 calculates the pressure when pressing the substrates W1 and W2 together, and calculates the relative misalignment amount of the substrates W1 and W2. Based on the calculated pressure or misalignment amount, the control unit 9 controls the operation of the stage drive unit 143 and the head drive unit 144 by outputting control signals to the stage drive unit 143 and the head drive unit 144. Furthermore, the control unit 9 controls the operation of the substrate heating units 1411 and 1421, the particle beam sources 161 and 162, the unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171, and the ozone gas supply unit 172 by outputting control signals to these units.
次に、本実施の形態に係る接合システムを用いた基板W1、W2同士を接合する接合方法について、図5および図6を参照しながら説明する。ここで、基板W1はステージ141に保持され、基板W2はヘッド142に保持されているものとする。まず、接合装置1は、減圧雰囲気下において2つの基板W1、W2を加熱することにより基板W1、W2の接合面に付着した水分を除去する水分除去工程を行う(ステップS1)。ここで、減圧雰囲気とは、例えばチャンバ120内の気圧が10-6Pa以下の状態である。また、接合装置1は、基板加熱部1411、1421により、ステージ141、ヘッド142に支持されている基板W1、W2に熱を伝達することにより基板W1、W2の温度を例えば60℃よりも高い温度にまで加熱する。これにより、図6Aに示すように、基板W1、W2の接合面に付着した水分が蒸発することにより接合面から除去される。 Next, a bonding method for bonding the substrates W1 and W2 using the bonding system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Here, the substrate W1 is held on the stage 141, and the substrate W2 is held on the head 142. First, the bonding apparatus 1 performs a moisture removal process for removing moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 by heating the two substrates W1 and W2 in a reduced pressure atmosphere (step S1). Here, the reduced pressure atmosphere is, for example, a state in which the air pressure in the chamber 120 is 10 −6 Pa or less. In addition, the bonding apparatus 1 heats the substrates W1 and W2 supported by the stage 141 and the head 142 with the substrate heating units 1411 and 1421 to a temperature higher than, for example, 60° C. As a result, the moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 is evaporated and removed from the bonding surfaces, as shown in FIG. 6A.
図5に戻って、次に、接合装置1は、減圧雰囲気下において2つの基板W1、W2それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う(ステップS2)。ここでは、接合装置1が、図6の矢印AR21に示すように、粒子ビーム源161、162から放射される粒子ビームを基板W1、W2の接合面へ照射しならが、粒子ビーム源161、162を矢印AR22に示すように接合面と水平に移動させることにより、基板W1、W2の接合面に対して活性化処理を行う。なお、熱処理工程の後、活性化処理工程の前に、基板W1、W2の温度を60℃以下の温度に冷却する冷却工程を行ってもよい。Returning to FIG. 5, next, the bonding apparatus 1 performs an activation process to activate the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 in a reduced pressure atmosphere (step S2). Here, the bonding apparatus 1 performs activation processing on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 by irradiating the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 with particle beams emitted from the particle beam sources 161 and 162 as shown by the arrows AR21 in FIG. 6, while moving the particle beam sources 161 and 162 horizontally to the bonding surfaces as shown by the arrows AR22. Note that after the heat treatment process, a cooling process may be performed before the activation process to cool the temperature of the substrates W1 and W2 to a temperature of 60° C. or less.
図5に戻って、続いて、接合装置1は、チャンバ120内に不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとを導入することにより、2つの基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露するガス曝露工程を行う(ステップS3)。このとき、図6Cに示すように、チャンバ120内に導入されたオゾンガスおよび不飽和炭化水素ガスが混合されて反応し、OHラジカルが発生し、発生したOHラジカルが基板W1、W2の接合面と結合してOH基として存在することになる。Returning to Figure 5, the bonding apparatus 1 then performs a gas exposure process in which the bonding surfaces of the two substrates W1, W2 are exposed to the unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas by introducing the unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas into the chamber 120 (step S3). At this time, as shown in Figure 6C, the ozone gas and the unsaturated hydrocarbon gas introduced into the chamber 120 are mixed and react with each other to generate OH radicals, which then bond with the bonding surfaces of the substrates W1, W2 and exist as OH groups.
図5に戻って、その後、接合装置1は、チャンバ120内を減圧雰囲気で維持した状態で、基板W1、W2の接合面同士を接触させて基板W1、W2同士を仮接合する仮接合工程を行う(ステップS4)。ここでは、接合装置1のヘッド駆動部144が、まず、基板W2を支持したヘッド142を、基板W1を支持したステージ141に近づけて両基板W1、W2を接近させる。そして、ヘッド駆動部144は、両基板W1、W2が互いに近接した状態において、位置ずれ量測定部150により測定される位置ずれ量に基づいて、両基板W1、W2のアライメント動作を実行する。このように、ヘッド駆動部144が、活性化処理工程の後にアライメント動作を実行することにより、基板W1、W2の位置ずれを低減することができる。その後、ヘッド駆動部144は、ヘッド142を再びステージ141に近づけることにより、2つの基板W1、W2を接触させて2つの基板W1、W2を仮接合する。このとき、図7Aに示すように、基板W1、W2の接合面同士は、OH基を介した水素結合により結合された状態となる。Returning to FIG. 5, the bonding apparatus 1 then performs a temporary bonding process in which the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are brought into contact with each other while maintaining the reduced pressure atmosphere in the chamber 120, thereby temporarily bonding the substrates W1 and W2 together (step S4). Here, the head driving unit 144 of the bonding apparatus 1 first brings the head 142 supporting the substrate W2 closer to the stage 141 supporting the substrate W1, thereby bringing the two substrates W1 and W2 closer together. Then, the head driving unit 144 performs an alignment operation of the two substrates W1 and W2 based on the positional deviation amount measured by the positional deviation amount measuring unit 150 while the two substrates W1 and W2 are in close proximity to each other. In this way, the head driving unit 144 performs an alignment operation after the activation process, thereby reducing the positional deviation of the substrates W1 and W2. Then, the head driving unit 144 brings the head 142 closer to the stage 141 again, thereby bringing the two substrates W1 and W2 into contact with each other, thereby temporarily bonding the two substrates W1 and W2 together. At this time, as shown in FIG. 7A, the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are bonded to each other by hydrogen bonds via OH groups.
図5に戻って、次に、接合装置1は、互いに仮接合された基板W1、W2を加熱する熱処理を実行することにより、基板W1、W2同士を本接合する熱処理工程を行う(ステップS5)。これにより、図7Bに示すように、基板W1、W2の接合面同士の結合が水素結合から酸素原子を介した共有結合に変化して基板W1、W2同士が堅固に接合される。Returning to Fig. 5, next, the bonding apparatus 1 performs a heat treatment process for heating the temporarily bonded substrates W1 and W2 to perform a heat treatment process for permanently bonding the substrates W1 and W2 together (step S5). As a result, as shown in Fig. 7B, the bonds between the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 change from hydrogen bonds to covalent bonds via oxygen atoms, and the substrates W1 and W2 are firmly bonded together.
以上説明したように、本実施の形態に係る接合方法によれば、2つの基板W1、W2それぞれの接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスが混在する雰囲気に曝露するガス曝露工程を行った後、2つの基板W1、W2同士を仮接合する。これにより、2つの基板W1、W2それぞれの接合面に比較的多くのOH基が生成された状態で、基板W1、W2同士を仮接合することができるので、その分、基板W1、W2同士を多くの水素結合を介して仮接合することができる。従って、互いに仮接合された基板W1、W2に対して熱処理工程を行うことにより基板W1、W2同士を本接合したときの基板W1、W2同士の接合強度を高めることができる。As described above, according to the bonding method of the present embodiment, a gas exposure process is performed in which the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 are exposed to an atmosphere containing a mixture of unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas, and then the two substrates W1 and W2 are temporarily bonded together. This allows the substrates W1 and W2 to be temporarily bonded together in a state in which a relatively large number of OH groups are generated on the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2, and therefore the substrates W1 and W2 can be temporarily bonded together through a large number of hydrogen bonds. Therefore, by performing a heat treatment process on the substrates W1 and W2 temporarily bonded together, the bonding strength between the substrates W1 and W2 when the substrates W1 and W2 are permanently bonded together can be increased.
また、本実施の形態に係る接合方法によれば、チャンバ120内の減圧下において、活性化処理工程およびガス曝露工程を行った後の水分が除去された状態で、基板W1、W2同士を接合する。このため、互いに接合された基板W1、W2の間に空気および水分が介在することを抑制できるので、その分、基板W1、W2の間に介在する空気の巻き込みに起因したボイド並びに水分に起因したマイクロボイドの発生が抑制される。 Furthermore, according to the bonding method of this embodiment, the substrates W1 and W2 are bonded together in a state in which moisture has been removed after the activation treatment step and the gas exposure step under reduced pressure in the chamber 120. This makes it possible to prevent air and moisture from being present between the bonded substrates W1 and W2, thereby suppressing the occurrence of voids caused by the entrapment of air between the substrates W1 and W2 and microvoids caused by moisture.
更に、本実施の形態に係る接合方法では、基板W1、W2が、それぞれ、接合面に金属層と絶縁体層とが露出している場合、活性化処理工程において、接合面における金属層が露出した部分および絶縁体層が露出した部分を活性化した後、ガス曝露工程において、絶縁体層が露出した部分にOH基を生成する。これにより、金属層が活性化した状態を維持しながら基板W1、W2同士を接合することができる。即ち、接合面における活性化された金属層が露出した部分同士を、OH基を介さずに接合しつつ、接合面における絶縁体層が露出した部分同士を、OH基を介して仮接合した状態とすることができる。従って、基板W1、W2同士を堅固に接合することができる。 Furthermore, in the bonding method according to the present embodiment, when the substrates W1 and W2 each have an exposed metal layer and an exposed insulator layer on the bonding surface, the activation process activates the exposed metal layer and exposed insulator layer on the bonding surface, and then the gas exposure process generates OH groups on the exposed insulator layer. This allows the substrates W1 and W2 to be bonded together while maintaining the activated state of the metal layer. That is, the exposed activated metal layer portions on the bonding surfaces can be bonded together without the OH groups, while the exposed insulator layer portions on the bonding surfaces can be temporarily bonded together via the OH groups. Therefore, the substrates W1 and W2 can be firmly bonded together.
ところで、従来の接合方法では、基板W1、W2の接合面に水分を付着することによりOH基を生成する必要があった。このため、基板W1、W2の接合面または基板W1、W2内の水分を除去することが難しかった。これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、チャンバ120内において、水分除去工程において、基板W1、W2を加熱することにより基板W1、W2の接合面に付着した水分を除去した後、活性化処理工程、ガス曝露工程、仮接合工程および熱処理工程まで行う。これにより、チャンバ120内へ基板W1、W2を投入した後、基板W1、W2同士を接合するまでの間、途中で基板W1、W2をチャンバ120外へ取り出す必要がない。従って、基板W1、W2の接合を効率的に行うことができる。なお、熱処理工程は、チャンバ120内で行う必要は無く、仮接合工程の後、チャンバ120外へ取り出してから行ってもよい。また、基板W1、W2内に存在する水分も除去することができるので、基板W1、W2同士を互いに接合したときの接合界面に基板W1、W2内に存在する水分に起因した酸化物の生成が抑制される。従って、互いに接合された基板W1、W2同士の接合強度を高めることができる。In the conventional bonding method, it was necessary to generate OH groups by attaching moisture to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. For this reason, it was difficult to remove moisture from the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 or from the substrates W1 and W2. In contrast, in the bonding method according to the present embodiment, in the moisture removal process, the substrates W1 and W2 are heated in the chamber 120 to remove moisture attached to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2, and then the activation process, gas exposure process, temporary bonding process, and heat treatment process are performed. As a result, after the substrates W1 and W2 are put into the chamber 120, it is not necessary to take the substrates W1 and W2 out of the chamber 120 during the period until the substrates W1 and W2 are bonded to each other. Therefore, the substrates W1 and W2 can be bonded efficiently. The heat treatment process does not need to be performed in the chamber 120, and may be performed after the substrates are taken out of the chamber 120 after the temporary bonding process. Moreover, since moisture present in the substrates W1 and W2 can also be removed, the generation of oxides due to moisture present in the substrates W1 and W2 at the bonding interface when the substrates W1 and W2 are bonded to each other is suppressed, and therefore the bonding strength between the bonded substrates W1 and W2 can be increased.
また、従来の接合方法では、図8Aに示すように、基板W1、W2の接合面を水洗浄する洗浄装置を用いて、基板W1、W2の接合面に強制的に水分を付着させた後、図8Bに示すように、基板W1、W2の水分が付着した接合面同士を大気中で接触させる。その後、図8Cに示すように、基板W1、W2を大気中で加熱することにより、基板W1、W2の接合面にOH基を生成させる。このとき、基板W1、W2それぞれの接合面に生成されたOH基により仮接合した状態となる。その後、図8Dに示すように、大気中で、基板W1、W2を更に加熱することにより基板W1、W2同士を接合した状態となる。この接合方法では、基板W1、W2の接合面に水分が付着した状態を維持する必要があるため、基板W1、W2を大気中に配置する必要がある。 In the conventional bonding method, as shown in FIG. 8A, a cleaning device is used to wash the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 with water, and moisture is forcibly attached to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. Then, as shown in FIG. 8B, the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 to which moisture is attached are brought into contact in the atmosphere. Then, as shown in FIG. 8C, the substrates W1 and W2 are heated in the atmosphere to generate OH groups on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. At this time, the substrates W1 and W2 are temporarily bonded by the OH groups generated on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. Then, as shown in FIG. 8D, the substrates W1 and W2 are further heated in the atmosphere to bond the substrates W1 and W2 to each other. In this bonding method, it is necessary to maintain the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 with moisture attached, so that the substrates W1 and W2 must be placed in the atmosphere.
これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、基板W1、W2の接合面に水分を付着させる工程を行うこと無く、基板W1、W2同士をいわゆる親水化接合することができる。従って、チャンバ130内を比較的高い真空度で維持することができるので、粒子ビーム161、162を用いた活性化処理工程を採用しつつ、親水化接合を実現することができる。また、水分除去工程において、基板W1、W2を加熱することにより基板W1、W2の接合面に付着した水分を除去した場合でも、基板W1、W2同士を堅固に接合することができるので、粒子ビーム161、162を使用した活性化処理工程を併用することができる。特に、粒子ビーム161、162を使用した活性化処理工程を行う場合、基板W1、W2を加熱することにより基板W1、W2の接合面または基板W1、W2内の水分を除去する水分除去工程を行うことで、基板W1、W2同士の接合強度を高めることができるので好ましい。In contrast, in the bonding method according to the present embodiment, the substrates W1 and W2 can be bonded together by hydrophilic bonding without performing a process of attaching moisture to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. Therefore, since the chamber 130 can be maintained at a relatively high degree of vacuum, hydrophilic bonding can be realized while adopting an activation process using the particle beams 161 and 162. In addition, even if the moisture attached to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 is removed by heating the substrates W1 and W2 in the moisture removal process, the substrates W1 and W2 can be firmly bonded together, so that the activation process using the particle beams 161 and 162 can be used in combination. In particular, when performing the activation process using the particle beams 161 and 162, it is preferable to perform a moisture removal process in which the substrates W1 and W2 are heated to remove moisture from the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 or from within the substrates W1 and W2, thereby increasing the bonding strength between the substrates W1 and W2.
また、従来の接合方法では、図8Cに示すように、基板W1、W2の接合面同士をOH基により水素結合した状態にするために基板W1、W2を加熱する必要があり、且つ、図8Dに示すように、基板W1、W2の接合面同士を共有結合状態とするために、200℃以上の比較的高い温度で熱処理工程を行う必要があった。従って、例えば基板W1、W2の線膨張係数が互いに異なる材料(例えばサファイヤとSi)から形成されていた場合、互いに接合された基板W1、W2の反りまたは割れが発生してしまう虞があった。これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、基板W1、W2の加熱を行うこと無く基板W1、W2の接合面同士をOH基により水素結合した状態にする仮接合工程を行うことができる。これにより、基板W1、W2に加わる熱負荷を低減することができるとともに熱処理工程における温度を低下させることができる。従って、前述のように基板W1、W2の線膨張係数が互いに異なる材料(例えばサファイヤとSi)から形成されていたとしても、基板W1、W2同士を歪みおよび割れ無く接合することができる。In addition, in the conventional bonding method, as shown in FIG. 8C, it is necessary to heat the substrates W1 and W2 in order to make the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 hydrogen-bonded by OH groups, and as shown in FIG. 8D, it is necessary to perform a heat treatment process at a relatively high temperature of 200°C or more in order to make the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 covalently bonded. Therefore, for example, if the substrates W1 and W2 are made of materials with different linear expansion coefficients (e.g., sapphire and Si), there is a risk that the bonded substrates W1 and W2 may warp or crack. In contrast, in the bonding method according to the present embodiment, a temporary bonding process can be performed in which the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are hydrogen-bonded by OH groups without heating the substrates W1 and W2. This can reduce the thermal load on the substrates W1 and W2 and can lower the temperature in the heat treatment process. Therefore, even if the substrates W1 and W2 are made of materials having different linear expansion coefficients (eg, sapphire and Si) as described above, the substrates W1 and W2 can be bonded together without distortion or cracking.
また、基板W1、W2として、例えば図9Aに示すように、接合面に金属層MEと絶縁体層INとが露出している基板を採用し、活性化処理工程においてArの粒子ビームを照射したとする。この場合、金属層MEが露出した部分が活性化される。次に、ガス曝露工程において、基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとに曝露すると、図9Bに示すように絶縁体層INが露出した部分にOH基が生成されるとともに、金属層MEが露出した部分は、活性化された状態が維持される。このとき、金属層MEがAu層である場合、金属層MEが露出した部分にはOH基が生成されず、活性化された状態が維持されるので好ましい。 For example, as shown in FIG. 9A, substrates with a metal layer ME and an insulator layer IN exposed on the bonding surface are used as substrates W1 and W2, and an Ar particle beam is irradiated in the activation process. In this case, the exposed portion of the metal layer ME is activated. Next, when the bonding surfaces of substrates W1 and W2 are exposed to unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas in the gas exposure process, OH groups are generated in the exposed portion of the insulator layer IN as shown in FIG. 9B, and the exposed portion of the metal layer ME is maintained in an activated state. In this case, if the metal layer ME is an Au layer, OH groups are not generated in the exposed portion of the metal layer ME, and the activated state is maintained, which is preferable.
また、従来は、2つの基板W1、W2それぞれの接合面をプラズマに曝露したり或いは接合面に粒子ビームを照射することにより活性化する活性化処理工程を行った後、2つの基板W1、W2それぞれの接合面にラジカルを照射するラジカル処理を行う方法が提供されていた。但し、この方法では、2つの基板W1、W2それぞれの接合面に水を付着させたり、2つの基板W1,W2を、水分を含んだ大気に曝露させたりする必要があった。これに対して、本実施の形態では、2つの基板W1、W2それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行った後、2つの基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露するガス曝露工程を行い、その後、基板W1、W2同士を真空中で接合する。これにより、基板W1、W2を一度接合装置1に投入した後は、大気に曝露することなく、活性化処理工程から接合工程までの一連の工程を行うことができるので、基板W1、W2の間への水分、不純物等の巻き込みを抑制することができる。また、ガス曝露工程では、ラジカル処理を行った場合に比べて、基板W1、W2の接合面に生成されるOH基の量を増加させることができるので、その分、基板W1、W2同士を堅固に接合することができる。また、互いに接合された基板W1、W2の間に介在する水分は、互いに接合された基板W1、W2の接合強度を低下させる要因となっていた。これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、互いに接合された基板W1、W2間への水分の介在を抑制できるので、互いに接合された基板W1、W2の接合強度を高めることができる。In addition, in the past, a method was provided in which the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 were exposed to plasma or irradiated with a particle beam to activate them, and then radical processing was performed to irradiate the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 with radicals. However, this method required that water be attached to the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2, or that the two substrates W1 and W2 be exposed to the atmosphere containing moisture. In contrast, in this embodiment, after the activation processing step to activate the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2, a gas exposure step is performed to expose the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 to unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas, and then the substrates W1 and W2 are bonded together in a vacuum. As a result, after the substrates W1 and W2 are once placed in the bonding device 1, a series of steps from the activation processing step to the bonding step can be performed without exposure to the atmosphere, so that the inclusion of moisture, impurities, etc. between the substrates W1 and W2 can be suppressed. In addition, in the gas exposure process, the amount of OH groups generated on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 can be increased compared to the case where radical treatment is performed, and therefore the substrates W1 and W2 can be bonded firmly to each other. Furthermore, moisture present between the bonded substrates W1 and W2 has been a factor in reducing the bonding strength of the bonded substrates W1 and W2. In contrast, the bonding method according to the present embodiment can suppress the presence of moisture between the bonded substrates W1 and W2, thereby increasing the bonding strength of the bonded substrates W1 and W2.
(実施の形態2)
本実施の形態に係るチップ接合システムは、基板上にチップを接合するシステムである。チップとしては、例えば半導体基板をダイシングすることにより生成される半導体チップである。ここで、ダイシングとは、複数の電子部品が作り込まれた半導体基板を縦方向および横方向に切削し半導体チップ化する処理である。また、チップとしては、その基板に接合される接合面に絶縁体材料のみが露出したチップまたは絶縁体材料と導電性材料とが露出したチップが挙げられる。ここで、絶縁体材料としては、例えばSiO2、Al2O3等の酸化物、SiN、AlN等の窒化物、SiONのような酸窒化物、或いは樹脂が挙げられる。また、導電性材料としては、Si、Ge等の半導体材料、Cu、Al、はんだ等の金属が挙げられる。つまり、チップは、その接合面に互いに材料が異なる複数種類の領域が形成されたものであってもよい。具体的には、チップが、その接合面に電極と絶縁膜とが設けられたものであり、絶縁膜が、SiO2、Al2O3等の酸化物またはSiN、AlN等の窒化物から形成されているものであってもよい。このチップ接合システムは、基板におけるチップが実装される実装面とチップの接合面とについて活性化処理を行った後、チップを基板に接触、または加圧して接合する。その後、または同時に加熱することにより、チップを基板に強固に接合する。
(Embodiment 2)
The chip bonding system according to the present embodiment is a system for bonding a chip onto a substrate. The chip is, for example, a semiconductor chip produced by dicing a semiconductor substrate. Here, dicing is a process of cutting a semiconductor substrate on which a plurality of electronic components are built in vertically and horizontally to produce a semiconductor chip. In addition, the chip may be a chip in which only an insulating material is exposed on the bonding surface to be bonded to the substrate, or a chip in which an insulating material and a conductive material are exposed. Here, examples of the insulating material include oxides such as SiO 2 and Al 2 O 3 , nitrides such as SiN and AlN, oxynitrides such as SiON, or resins. Examples of the conductive material include semiconductor materials such as Si and Ge, and metals such as Cu, Al, and solder. That is, the chip may be a chip in which a plurality of types of regions having different materials are formed on the bonding surface. Specifically, the chip may be a chip in which an electrode and an insulating film are provided on the bonding surface, and the insulating film may be formed of oxides such as SiO 2 and Al 2 O 3 , or nitrides such as SiN and AlN. This chip bonding system performs an activation process on the mounting surface of the substrate on which the chip is mounted and the bonding surface of the chip, and then bonds the chip to the substrate by contacting or applying pressure to it, and then, or at the same time, heat is applied to firmly bond the chip to the substrate.
図10に示すように、本実施の形態に係るチップ接合システム2001は、チップ供給装置2010と、チップ搬送装置2039と、ボンディング装置2030と、活性化処理装置2060と、搬送装置2070と、搬出入ユニット2080と、洗浄装置2085と、制御部2090と、を備える。搬送装置2070は、基板WTまたはチップCPが貼着されたシートTEを保持する環状のリング状の保持枠RI1を掴むアームを有する搬送ロボット2071を有する。ここで、シートTEは、例えば樹脂から形成されている。搬送ロボット2071は、矢印AR2011に示すように、搬出入ユニット2080から受け取った基板WTまたはチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を、活性化処理装置2060、洗浄装置2085、ボンディング装置2030、チップ供給装置2010それぞれへ移載する位置へ移動可能となっている。10, the chip bonding system 2001 according to the present embodiment includes a chip supply device 2010, a chip transport device 2039, a bonding device 2030, an activation processing device 2060, a transport device 2070, a carry-in/out unit 2080, a cleaning device 2085, and a control unit 2090. The transport device 2070 has a transport robot 2071 having an arm that holds a ring-shaped holding frame RI1 that holds a substrate WT or a sheet TE to which a chip CP is attached. Here, the sheet TE is formed of, for example, a resin. As shown by the arrow AR2011, the transport robot 2071 is capable of moving the holding frame RI1 that holds the substrate WT or the sheet TE to which a chip CP is attached, received from the carry-in/out unit 2080, to a position where it is transferred to each of the activation processing device 2060, the cleaning device 2085, the bonding device 2030, and the chip supply device 2010.
搬送ロボット2071は、搬出入ユニット2080から基板WTを受け取ると、受け取った基板WTを掴んだ状態で活性化処理装置2060へ移載する位置へ移動し、基板WTを活性化処理装置2060へ移載する。また、搬送ロボット2071は、活性化処理装置2060において基板WTの実装面WTfの活性化処理が完了した後、活性化処理装置2060から基板WTを受け取り、受け取った基板WTを洗浄装置2085へ移載する。更に、搬送ロボット2071は、洗浄装置2085において基板WTの水洗浄が完了した後、洗浄装置2085から基板WTを受け取り、受け取った基板WTを掴んだ状態で基板WTを反転させた後、ボンディング装置2030へ移載する位置へ移動する。そして、搬送ロボット2071は、基板WTをボンディング装置2030へ移載する。When the transport robot 2071 receives the substrate WT from the carry-in/out unit 2080, it moves to a position where it will be transferred to the activation processing device 2060 while holding the received substrate WT, and transfers the substrate WT to the activation processing device 2060. After the activation processing of the mounting surface WTf of the substrate WT is completed in the activation processing device 2060, the transport robot 2071 receives the substrate WT from the activation processing device 2060 and transfers the received substrate WT to the cleaning device 2085. After the water cleaning of the substrate WT is completed in the cleaning device 2085, the transport robot 2071 receives the substrate WT from the cleaning device 2085, and inverts the substrate WT while holding the received substrate WT, and then moves to a position where it will be transferred to the bonding device 2030. Then, the transport robot 2071 transfers the substrate WT to the bonding device 2030.
また、搬送ロボット2071は、搬出入ユニット2080からチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を受け取ると、受け取った保持枠RI1を掴んだ状態で保持枠RI1を活性化処理装置2060へ移載する位置へ移動し、保持枠RI1を活性化処理装置2060へ移載する。更に、搬送ロボット2071は、活性化処理装置2060においてシートTEに貼着されたチップCPの接合面の活性化処理が完了した後、活性化処理装置2060から保持枠RI1を受け取り、受け取った保持枠RI1をチップ供給装置2010へ移載する。また、搬送装置2070内には、例えばHEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタ(図示せず)が設置されている。これにより、搬送装置2070内は、パーティクルが極めて少ない大気圧環境になっている。 When the transport robot 2071 receives the holding frame RI1 holding the sheet TE to which the chip CP is attached from the carry-in/out unit 2080, it moves the holding frame RI1 to a position where it is transferred to the activation processing device 2060 while holding the received holding frame RI1, and transfers the holding frame RI1 to the activation processing device 2060. Furthermore, after the activation processing of the bonding surface of the chip CP attached to the sheet TE is completed in the activation processing device 2060, the transport robot 2071 receives the holding frame RI1 from the activation processing device 2060 and transfers the received holding frame RI1 to the chip supply device 2010. In addition, for example, a HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter (not shown) is installed in the transport device 2070. As a result, the inside of the transport device 2070 is an atmospheric pressure environment with extremely few particles.
洗浄装置2085は、基板WTを支持するステージ2852と、ステージ2852を回転駆動するステージ駆動部2853と、ステージ2852の鉛直上方に配置され鉛直下方に向かって水を吐出する洗浄ヘッド2851と、を有する。洗浄装置2085は、ステージ2852に基板WTが支持された状態でステージ駆動部2853によりステージ2852を回転させつつ、洗浄ヘッド2851から水を基板WTに向けて吐出することにより基板WTを水洗浄する。The cleaning device 2085 has a stage 2852 that supports the substrate WT, a stage driver 2853 that rotates the stage 2852, and a cleaning head 2851 that is disposed vertically above the stage 2852 and ejects water vertically downward. With the substrate WT supported on the stage 2852, the cleaning device 2085 rotates the stage 2852 by the stage driver 2853, while ejecting water from the cleaning head 2851 toward the substrate WT, thereby cleaning the substrate WT with water.
チップ供給装置2010は、基板をダイシングすることにより生成された複数のチップCPの中から1つのチップCPを切り出し、ボンディング装置2030へチップCPを供給する。チップ供給装置2010は、図11に示すように、チップ供給部2011を有する。チップ供給部2011は、前述の保持枠RI1を保持する枠保持部2119と、複数のチップCPの中から1つのチップCPをピックアップするピックアップ機構2111と、カバー2114と、を有する。また、チップ供給部2011は、保持枠RI1をXY方向またはZ軸周りに回転する方向へ駆動する保持枠駆動部2113を有する。枠保持部2119は、シートTEにおける複数のチップCPが貼着された面が鉛直上方(+Z方向)側となる姿勢で保持枠RI1を保持する。The chip supply device 2010 cuts out one chip CP from among the multiple chips CP generated by dicing the substrate, and supplies the chip CP to the bonding device 2030. As shown in FIG. 11, the chip supply device 2010 has a chip supply unit 2011. The chip supply unit 2011 has a frame holding unit 2119 that holds the above-mentioned holding frame RI1, a pickup mechanism 2111 that picks up one chip CP from among the multiple chips CP, and a cover 2114. The chip supply unit 2011 also has a holding frame drive unit 2113 that drives the holding frame RI1 in the XY direction or in a direction rotating around the Z axis. The frame holding unit 2119 holds the holding frame RI1 in an orientation in which the surface of the sheet TE to which the multiple chips CP are attached faces vertically upward (+Z direction).
ピックアップ機構2111は、複数のチップCPのうちの1つのチップCPを、シートTEにおける複数のチップCP側とは反対側から切り出すことにより1つのチップCPをシートTEから離脱した状態にする。ここで、ピックアップ機構2111は、チップCPの接合面CPf側とは反対側を保持して、チップCPを切り出す。ピックアップ機構2111は、ニードル2111aを有し、矢印AR2014に示すように鉛直方向へ移動可能となっている。カバー114は、複数のチップCPの鉛直上方を覆うように配置され、ピックアップ機構2111に対向する部分に孔2114aが設けられている。ニードル2111aは、例えば4つ存在する。但し、ニードル2111aの数は、3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。ピックアップ機構2111は、シートTEにおける鉛直下方(-Z方向)からニードル2111aをシートTEに突き刺してチップCPを鉛直上方(+Z方向)へ持ち上げることによりチップCPを供給する。そして、シートTEに貼着された各チップCPは、ニードル2111aによりカバー2114の孔2114aを通じて1個ずつカバー2114の上方へ突き出され、チップ搬送装置2039に受け渡される。保持枠駆動部2113は、保持枠RI1をXY方向またはZ軸周りに回転する方向へ駆動することにより、ニードル2111aの鉛直下方に位置するチップCPの位置を変化させる。The pickup mechanism 2111 separates one chip CP from the sheet TE by cutting out one chip CP from the side opposite the side of the chips CP on the sheet TE. Here, the pickup mechanism 2111 holds the side opposite the bonding surface CPf of the chip CP and cuts out the chip CP. The pickup mechanism 2111 has a needle 2111a and is movable in the vertical direction as shown by the arrow AR2014. The cover 114 is disposed so as to cover the vertical upper side of the chips CP, and a hole 2114a is provided in the portion facing the pickup mechanism 2111. There are, for example, four needles 2111a. However, the number of needles 2111a may be three or five or more. The pickup mechanism 2111 supplies the chips CP by piercing the sheet TE with a needle 2111a from the vertically downward direction (-Z direction) and lifting the chips CP vertically upward (+Z direction). Then, each chip CP attached to the sheet TE is pushed out one by one by the needle 2111a through a hole 2114a of the cover 2114 to the upper side of the cover 2114, and is delivered to the chip transport device 2039. The holding frame driving unit 2113 changes the position of the chip CP located vertically downward of the needle 2111a by driving the holding frame RI1 in the XY direction or in a direction rotating around the Z axis.
チップ搬送装置(ターレットとも称する)2039は、チップ供給部2011から供給されるチップCPを、ボンディング装置2030のボンディング部2033のヘッド2033HにチップCPを移載する移載位置Pos1まで搬送する。チップ搬送装置2039は、図10に示すように、2つの長尺のプレート2391と、プレート2391の先端部に設けられたチップ保持部2393と、2つのプレート391を一斉に回転駆動するプレート駆動部2392と、を有する。2つのプレート2391は、チップ供給部2011とヘッド2033Hとの間に位置する他端部を基点として一端部が旋回する。2つのプレート2391は、例えばそれらの長手方向が互いに90度の角度をなすように配置されている。なお、プレート2391の数は、2枚に限定されるものではなく、3枚以上であってもよい。チップ保持部2393は、例えばベルヌーイチャックを有し、チップCPを吸着保持する。ここで、ピックアップ機構2111とヘッド2033Hとは、Z軸方向において、プレート2391が回転したときにチップ保持部2393の先端部が描く軌跡OB1と重なる位置に配置されている。チップ搬送装置2039は、ピックアップ機構2111からチップCPを受け取ると、矢印AR2012に示すように、プレート391を軸AX周りに旋回させることによりチップCPをヘッド2033Hと重なる移載位置Pos1まで搬送する。The chip transport device (also called a turret) 2039 transports the chip CP supplied from the chip supply unit 2011 to a transfer position Pos1 where the chip CP is transferred to the head 2033H of the bonding unit 2033 of the bonding device 2030. As shown in FIG. 10, the chip transport device 2039 has two long plates 2391, a chip holding unit 2393 provided at the tip of the plate 2391, and a plate driving unit 2392 that rotates the two plates 391 in unison. One end of each of the two plates 2391 rotates with the other end located between the chip supply unit 2011 and the head 2033H as the base point. The two plates 2391 are arranged so that their longitudinal directions are at an angle of 90 degrees to each other, for example. The number of plates 2391 is not limited to two, and may be three or more. The chip holding unit 2393 has, for example, a Bernoulli chuck and holds the chip CP by suction. Here, the pickup mechanism 2111 and the head 2033H are arranged in a position that overlaps with a trajectory OB1 drawn by the tip of the chip holding unit 2393 when the plate 2391 rotates in the Z-axis direction. When the chip transport device 2039 receives the chip CP from the pickup mechanism 2111, as shown by the arrow AR2012, the chip transport device 2039 rotates the plate 391 around the axis AX to transport the chip CP to a transfer position Pos1 where the chip CP overlaps with the head 2033H.
ボンディング装置2030は、ステージユニット2031と、ヘッド2033Hを有するボンディング部2033と、ヘッド2033Hを駆動するヘッド駆動部2036と、を有する。ヘッド2033Hは、例えば図12Aに示すようにチップツール2411と、ヘッド本体部2413と、チップ支持部2432aと、支持部駆動部2432bと、を有する。チップツール2411は、例えばシリコン(Si)から形成されている。ヘッド本体部2413は、チップCPをチップツール411に吸着保持させるための吸着部を有する保持機構2440と、チップツール2411を真空吸着によりヘッド本体部2413に固定するための吸着部(図示せず)と、を有する。また、ヘッド本体部2413には、セラミックヒータやコイルヒータ等が内蔵されている。チップツール2411は、ヘッド本体部2413の保持機構2440に対応する位置に形成された貫通孔2411aと、チップ支持部2432aが内側に挿入される貫通孔2411bと、を有する。The bonding device 2030 has a stage unit 2031, a bonding section 2033 having a head 2033H, and a head driving section 2036 that drives the head 2033H. The head 2033H has a chip tool 2411, a head body section 2413, a chip support section 2432a, and a support section driving section 2432b, as shown in FIG. 12A, for example. The chip tool 2411 is formed of, for example, silicon (Si). The head body section 2413 has a holding mechanism 2440 having an adsorption section for adsorbing and holding the chip CP to the chip tool 411, and an adsorption section (not shown) for fixing the chip tool 2411 to the head body section 2413 by vacuum adsorption. In addition, a ceramic heater, a coil heater, etc. are built into the head body section 2413. The tip tool 2411 has a through hole 2411a formed at a position corresponding to the holding mechanism 2440 of the head body 2413, and a through hole 2411b into which the tip support portion 2432a is inserted.
チップ支持部2432aは、例えば筒状の吸着ポストであり、ヘッド2033Hの先端部に設けられ鉛直方向へ移動自在となっている。チップ支持部2432aは、チップCPの接合面CPf側とは反対側を支持する。チップ支持部2432aは、例えば図12Bに示すように、中央部に1つ設けられている。The chip support 2432a is, for example, a cylindrical suction post that is provided at the tip of the head 2033H and is movable in the vertical direction. The chip support 2432a supports the side of the chip CP opposite to the bonding surface CPf. One chip support 2432a is provided in the center, for example, as shown in FIG. 12B.
支持部駆動部2432bは、チップ支持部2432aを鉛直方向へ駆動するとともに、チップ支持部2432aの先端部にチップCPが載置された状態でチップ支持部2432aの内側を減圧することによりチップCPをチップ支持部2432aの先端部に吸着させる。支持部駆動部2432bは、チップ搬送装置2039のチップ保持部2393がチップCPを保持した状態でヘッド33Hへの移載位置(図10のPos1参照)に位置した状態で、チップ支持部2432aを鉛直上方へ移動させることでチップ支持部2432aの先端部をチップCPの接合側とは反対側に当接させて吸着保持する。この状態で、チップ保持部2393がチップCPの吸着保持を解除すると、チップCPがチップ保持部2393からヘッド2033Hへ移載される。The support drive unit 2432b drives the chip support unit 2432a in the vertical direction and, with the chip CP placed on the tip of the chip support unit 2432a, reduces the pressure inside the chip support unit 2432a to adsorb the chip CP to the tip of the chip support unit 2432a. When the chip holding unit 2393 of the chip transport device 2039 is positioned at the transfer position to the head 33H (see Pos1 in FIG. 10) while holding the chip CP, the support drive unit 2432b moves the chip support unit 2432a vertically upward to abut the tip of the chip support unit 2432a against the side opposite to the joining side of the chip CP and adsorb and hold it. In this state, when the chip holding unit 2393 releases the adsorption and holding of the chip CP, the chip CP is transferred from the chip holding unit 2393 to the head 2033H.
ヘッド駆動部2036は、移載位置Pos1(図11参照)において移載されたチップCPを保持するヘッド2033Hを鉛直上方(+Z方向)へ移動させることによりヘッド2033Hをステージ2315に近づけて基板WTの実装面WTfにチップCPを実装する。より詳細には、ヘッド駆動部2036は、チップCPを保持するヘッド2033Hを鉛直上方(+Z方向)へ移動させることによりヘッド2033Hをステージ2315に近づけて基板WTの実装面WTfにチップCPを接触させて基板WTに接合させる。ここにおいて、基板WTの実装面WTfとチップCPにおける基板WTに接合される接合面CPfとは、活性化処理装置2060により活性化処理が施されている。また、基板WTの実装面WTfは、活性化処理が施された後、洗浄装置2085により水洗浄がなされている。従って、基板WTの実装面WTfにチップCPの接合面CPfを接触させることにより、チップCPが基板WTに水酸基(OH基)を介していわゆる親水化接合される。The head driving unit 2036 moves the head 2033H holding the chip CP transferred at the transfer position Pos1 (see FIG. 11) vertically upward (+Z direction) to bring the head 2033H closer to the stage 2315 and mount the chip CP on the mounting surface WTf of the substrate WT. More specifically, the head driving unit 2036 moves the head 2033H holding the chip CP vertically upward (+Z direction) to bring the head 2033H closer to the stage 2315 and bring the chip CP into contact with the mounting surface WTf of the substrate WT and bond it to the substrate WT. Here, the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP bonded to the substrate WT have been activated by the activation processing device 2060. After the activation processing, the mounting surface WTf of the substrate WT is washed with water by the cleaning device 2085. Therefore, by bringing the bonding surface CPf of the chip CP into contact with the mounting surface WTf of the substrate WT, the chip CP is bonded to the substrate WT through the hydroxyl groups (OH groups) in a so-called hydrophilic manner.
ステージユニット2031は、基板WTにおけるチップCPが実装される実装面WTfが鉛直下方(-Z方向)を向く姿勢で基板WTを保持するステージ2315と、ステージ2315を駆動するステージ駆動部2320と、を有する。ステージ2315は、X方向、Y方向および回転方向に移動できる。これにより、ボンディング部2033とステージ2315との相対位置関係を変更することができ、基板WT上における各チップCPの実装位置を調整することができる。 The stage unit 2031 has a stage 2315 that holds the substrate WT in an orientation in which the mounting surface WTf on which the chips CP of the substrate WT are mounted faces vertically downward (-Z direction), and a stage driving section 2320 that drives the stage 2315. The stage 2315 can move in the X direction, Y direction and rotation direction. This makes it possible to change the relative positional relationship between the bonding section 2033 and the stage 2315, and to adjust the mounting position of each chip CP on the substrate WT.
活性化処理装置2060は、基板WTの実装面WTfまたはチップCPの接合面CPfを活性化する活性化処理を行う。活性化処理装置2060は、基板WTまたはチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を対向配置することなく一つの処理面にセットし活性化処理する。即ち、活性化処理装置2060は、2枚の基板WTまたは2つのチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠112を対向させた状態での活性化処理は行わない。対向配置して処理すると一方の基板WTまたはチップCPの材料が他方のチップCPまたは基板WTへ付着することにより結果的に複数材料が混ざってしまう。活性化処理装置2060は、図13に示すように、チャンバ2064と、保持枠RI1を支持する支持部2062と、粒子ビーム源2061と、ビーム源搬送部2063と、不飽和炭化水素ガス供給部171と、オゾンガス供給部172と、ガス供給ヘッド2069と、を有する。なお、図13において、実施の形態1と同様の構成については図1と同一の符号を付している。チャンバ2064は、排気管2651を介して真空ポンプ2652に接続されている。そして、真空ポンプ2652が作動すると、チャンバ2064内の気体が、排気管2651を通してチャンバ2064外へ排出され、チャンバ2064内の気圧が低減(減圧)される。The activation processing device 2060 performs an activation process to activate the mounting surface WTf of the substrate WT or the bonding surface CPf of the chip CP. The activation processing device 2060 performs the activation process by setting the holding frame RI1 holding the sheet TE to which the substrate WT or the chip CP is attached on one processing surface without arranging them opposite each other. In other words, the activation processing device 2060 does not perform the activation process in a state in which the holding frames 112 holding the two substrates WT or the sheet TE to which the two chips CP are attached are arranged opposite each other. If they are arranged opposite each other and processed, the material of one substrate WT or chip CP will adhere to the other chip CP or substrate WT, resulting in the multiple materials being mixed together. As shown in Fig. 13, the activation treatment device 2060 includes a chamber 2064, a support unit 2062 for supporting the holding frame RI1, a particle beam source 2061, a beam source transport unit 2063, an unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171, an ozone gas supply unit 172, and a gas supply head 2069. In Fig. 13, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in Fig. 1. The chamber 2064 is connected to a vacuum pump 2652 via an exhaust pipe 2651. When the vacuum pump 2652 is operated, the gas in the chamber 2064 is exhausted to the outside of the chamber 2064 through the exhaust pipe 2651, and the air pressure in the chamber 2064 is reduced (depressurized).
支持部2062は、保持枠RI1または基板WTを吸着保持する保持部2621と、カバー2622と、保持部2621を支持し矢印AR2033に示すように保持部2621をその厚さ方向に直交する1つの軸周りに回転駆動する保持部駆動部2623と、を有する。また、支持部2062は、基板WTが投入された場合、保持部2621により基板WTを吸着保持した状態で基板WTを支持する。支持部2062は、チップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を対向配置することなく、一つの処理面にセットされた状態で保持枠RI1を支持する。カバー2622は、例えばガラスから形成され、チップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1が保持部2621に保持された状態で、シートTEのチップCPが貼着された一面側におけるチップCPが貼着された部分の外側の領域および保持枠RI1を覆っている。ここで、複数のチップCPが、平面視円形の基板(図示せず)をダイシングしたものである場合、シートTEにおける平面視円形の領域に貼着された状態となっている。この場合、カバー2622は、シートTEにおける複数のチップCPが貼着された平面視円形の領域の外側の領域を覆う形状のものが採用される。これにより、粒子ビーム源2061により、シートTEにおけるチップCPが貼着された部分を除く部分に粒子ビームが照射されることが抑制される。The support unit 2062 has a holder 2621 that holds the holding frame RI1 or the substrate WT by suction, a cover 2622, and a holder drive unit 2623 that supports the holder 2621 and rotates the holder 2621 around an axis perpendicular to its thickness direction as shown by the arrow AR2033. When the substrate WT is inserted, the support unit 2062 supports the substrate WT in a state in which the holder 2621 holds the substrate WT by suction. The support unit 2062 supports the holding frame RI1 in a state in which the holding frame RI1 that holds the sheet TE to which the chip CP is attached is set on one processing surface without facing the holding frame RI1 that holds the sheet TE to which the chip CP is attached. The cover 2622 is made of, for example, glass, and covers the holding frame RI1 and the area outside the part to which the chip CP is attached on the one side of the sheet TE to which the chip CP is attached when the holding frame RI1 that holds the sheet TE to which the chip CP is attached is held by the holder 2621. Here, when the plurality of chips CP are obtained by dicing a substrate (not shown) having a circular shape in plan view, they are attached to a circular area in plan view on the sheet TE. In this case, the cover 2622 is adapted to have a shape that covers the area outside the circular area in plan view on the sheet TE to which the plurality of chips CP are attached. This prevents the particle beam source 2061 from irradiating the portion of the sheet TE other than the portion to which the chips CP are attached.
粒子ビーム源2061は、例えば高速原子ビーム源であり、放電室2612と、放電室2612内に配置される電極2611と、ビーム源駆動部2613と、Arガスまたは窒素ガスを放電室2612内へ供給するガス供給部2614と、を有する。放電室2612の周壁には、中性原子を放出するFAB放射口2612aが設けられている。放電室2612は、炭素材料から形成されている。ここで、放電室2612は長尺箱状であり、その長手方向に沿って複数のFAB放射口2612aが一直線上に並設されている。ビーム源駆動部2613は、放電室2612内に窒素ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部(図示せず)と、電極2611と放電室2612の周壁との間に直流電圧を印加する直流電源(図示せず)と、を有する。ビーム源駆動部2613は、放電室2612内に窒素ガスのプラズマを発生させた状態で、放電室2612の周壁と電極2611との間に直流電圧を印加する。このとき、プラズマ中の窒素イオンが、放電室2612の周壁に引き寄せられる。このとき、FAB放射口2612aへ向かう窒素イオンは、FAB放射口2612aを通り抜ける際、FAB放射口2612aの外周部の、炭素材料から形成された放電室2612の周壁から電子を受け取る。そして、この窒素イオンは、電気的に中性化された窒素原子となって放電室2612外へ放出される。但し、窒素イオンの一部は、放電室2612の周壁から電子を受け取ることができず、窒素イオンのまま放電室2612の外へ放出される。The particle beam source 2061 is, for example, a fast atom beam source, and includes a discharge chamber 2612, an electrode 2611 disposed in the discharge chamber 2612, a beam source drive unit 2613, and a gas supply unit 2614 that supplies Ar gas or nitrogen gas into the discharge chamber 2612. The peripheral wall of the discharge chamber 2612 is provided with an FAB emission port 2612a that emits neutral atoms. The discharge chamber 2612 is formed from a carbon material. Here, the discharge chamber 2612 is in the shape of a long box, and multiple FAB emission ports 2612a are arranged in a straight line along its longitudinal direction. The beam source drive unit 2613 includes a plasma generation unit (not shown) that generates a plasma of nitrogen gas in the discharge chamber 2612, and a DC power supply (not shown) that applies a DC voltage between the electrode 2611 and the peripheral wall of the discharge chamber 2612. The beam source driver 2613 applies a DC voltage between the peripheral wall of the discharge chamber 2612 and the electrode 2611 while generating plasma of nitrogen gas in the discharge chamber 2612. At this time, nitrogen ions in the plasma are attracted to the peripheral wall of the discharge chamber 2612. At this time, the nitrogen ions moving toward the FAB emission port 2612a receive electrons from the peripheral wall of the discharge chamber 2612 made of a carbon material at the outer periphery of the FAB emission port 2612a when passing through the FAB emission port 2612a. Then, these nitrogen ions become electrically neutralized nitrogen atoms and are emitted outside the discharge chamber 2612. However, some of the nitrogen ions cannot receive electrons from the peripheral wall of the discharge chamber 2612 and are emitted outside the discharge chamber 2612 as nitrogen ions.
ここで、粒子ビーム源2061は、シートTEに貼着された少なくとも1つのチップCPそれぞれの接合面CPfのうちの少なくとも1つを含む仮想平面に対する粒子ビームの入射角度が30度以上80度以下となるように設定されている。これにより、粒子ビームが直接シートTEに照射されることが抑制される。従って、粒子ビームがシートTEに照射されることに起因したシートTEからの不純物の発生が抑制されるので、シートTEから発生した不純物によるチップCPの接合面CPfの損傷が抑制されるという利点がある。Here, the particle beam source 2061 is set so that the angle of incidence of the particle beam with respect to a virtual plane including at least one of the bonding surfaces CPf of at least one chip CP attached to the sheet TE is 30 degrees or more and 80 degrees or less. This prevents the particle beam from being directly irradiated onto the sheet TE. Therefore, the generation of impurities from the sheet TE due to the irradiation of the particle beam onto the sheet TE is suppressed, which has the advantage of suppressing damage to the bonding surface CPf of the chip CP due to impurities generated from the sheet TE.
ビーム源搬送部2063は、長尺でありチャンバ2064に設けられた孔2064aに挿通され一端部で粒子ビーム源2061を支持する支持棒2631と、支持棒2631の他端部で支持棒2631を支持する支持体2632と、支持体2632を駆動する支持体駆動部2633と、を有する。また、ビーム源搬送部2063は、チャンバ2064内の真空度を維持するためにチャンバ2064の孔2064aの外周部と支持体2632との間に介在するベローズ2634を有する。支持体駆動部2633は、矢印AR2031に示すように、支持体2632を支持棒2631がチャンバ2064内へ挿脱される方向へ駆動することにより、矢印AR2032に示すようにチャンバ2064内において粒子ビーム源2061の位置を変化させる。ここで、ビーム源搬送部2063は、粒子ビーム源2061を、その複数のFAB放射口2612aの並び方向に直交する方向へ移動させる。The beam source transport unit 2063 has a long support rod 2631 that is inserted into a hole 2064a provided in the chamber 2064 and supports the particle beam source 2061 at one end, a support 2632 that supports the support rod 2631 at the other end of the support rod 2631, and a support drive unit 2633 that drives the support 2632. The beam source transport unit 2063 also has a bellows 2634 that is interposed between the outer periphery of the hole 2064a of the chamber 2064 and the support 2632 to maintain the vacuum level in the chamber 2064. The support drive unit 2633 changes the position of the particle beam source 2061 in the chamber 2064 as shown by the arrow AR2032 by driving the support 2632 in a direction in which the support rod 2631 is inserted and removed from the chamber 2064 as shown by the arrow AR2031. Here, the beam source transport unit 2063 moves the particle beam source 2061 in a direction perpendicular to the arrangement direction of the multiple FAB emission ports 2612a.
ところで、粒子ビーム源2061は、前述のように、一直線上に並設された複数のFAB放射口2612aを有する。そして、粒子ビーム源2061は、複数のFAB放射口2612aの並び方向に直交する方向へ移動される。これにより、粒子ビームが照射される領域の形状は、矩形状となる。これに対して、複数のチップCPが、平面視円形の基板(図示せず)をダイシングしたものである場合、シートTEにおける平面視円形の領域に貼着された状態となっている。従って、シートTEに貼着された複数のチップCP全体に粒子ビームを照射しようとすすると、粒子ビームが照射される領域を複数のチップCPが貼着された平面視円形の領域を含む矩形状の領域に設定する必要がある。この場合、前述のカバー2622が無い構成では、シートTEにおける複数のチップCPの外側の領域または保持枠RI1に粒子ビームが照射されることになりシートTEからの不純物が発生し易くなる。これに対して、本実施の形態では、カバー2622がシートTEにおける複数のチップCPの外側の領域または保持枠RI1を覆っている。これにより、シートTEにおける複数のチップCPの外側の領域または保持枠RI1へ照射される粒子ビームが遮断され、シートTEまたは保持枠RI1からの不純物の発生が抑制される。 By the way, as described above, the particle beam source 2061 has a plurality of FAB emission ports 2612a arranged in a straight line. The particle beam source 2061 is moved in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of FAB emission ports 2612a. As a result, the shape of the area irradiated with the particle beam becomes rectangular. On the other hand, when the plurality of chips CP are diced from a substrate (not shown) that is circular in plan view, they are attached to a circular area in plan view on the sheet TE. Therefore, when attempting to irradiate the entire plurality of chips CP attached to the sheet TE with a particle beam, it is necessary to set the area irradiated with the particle beam to a rectangular area including the circular area in plan view to which the plurality of chips CP are attached. In this case, in a configuration without the above-mentioned cover 2622, the particle beam is irradiated to the area outside the plurality of chips CP on the sheet TE or the holding frame RI1, which makes it easier for impurities to be generated from the sheet TE. In contrast, in this embodiment, the cover 2622 covers the outer area of the chips CP on the sheet TE or the holding frame RI1, thereby blocking the particle beam irradiated to the outer area of the chips CP on the sheet TE or the holding frame RI1, and suppresses the generation of impurities from the sheet TE or the holding frame RI1.
ガス供給ヘッド2069は、不飽和炭化水素ガス供給部171およびオゾンガス供給部172に接続されている。そして、不飽和炭化水素ガス供給部171は、不飽和炭化水素ガス貯留部1711に貯留された不飽和水素ガスを、供給管1713を通じて、ガス供給ヘッド2069内へ供給する。オゾンガス供給部172は、オゾン発生源1721で発生したオゾンガスを、供給管1722を通じて、ガス供給ヘッド2069内へ供給する。また、活性化処理装置2060は、矢印AR2039に示すように、チャンバ2064内において、ガス供給ヘッド2069を支持部2062に近づく方向または遠ざかる方向へ移動させるヘッド昇降駆動部(図示せず)を有する。The gas supply head 2069 is connected to the unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171 and the ozone gas supply unit 172. The unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171 supplies the unsaturated hydrogen gas stored in the unsaturated hydrocarbon gas storage unit 1711 to the gas supply head 2069 through the supply pipe 1713. The ozone gas supply unit 172 supplies the ozone gas generated by the ozone generation source 1721 to the gas supply head 2069 through the supply pipe 1722. The activation treatment device 2060 also has a head lifting drive unit (not shown) that moves the gas supply head 2069 in the chamber 2064 in a direction toward or away from the support unit 2062, as shown by the arrow AR2039.
制御部2090は、例えばMPU(Micro Processing Unit)とインタフェースとを有し、インタフェースを介して、ヘッド駆動部2036、ステージ駆動部2320、プレート駆動部2392、ピックアップ機構2111、保持枠駆動部2113、洗浄ヘッド2851、ステージ駆動部2853、ビーム源駆動部2613、ビーム源搬送部263、保持部駆動部2623、不飽和炭化水素ガス供給部171、オゾンガス供給部172および搬送ロボット2071それぞれへ制御信号を出力する。The control unit 2090 has, for example, an MPU (Micro Processing Unit) and an interface, and outputs control signals via the interface to the head driving unit 2036, the stage driving unit 2320, the plate driving unit 2392, the pickup mechanism 2111, the holding frame driving unit 2113, the cleaning head 2851, the stage driving unit 2853, the beam source driving unit 2613, the beam source transport unit 263, the holding unit driving unit 2623, the unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171, the ozone gas supply unit 172 and the transport robot 2071.
次に、本実施の形態に係るチップ接合システム2001の動作について図14乃至図16Bを参照しながら説明する。なお、基板WT、チップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1は、搬出入ユニット2080から投入されるものとする。まず、チップ接合システム2001は、図14に示すように、搬出入ユニット2080から投入された基板WTを活性化処理装置2060へ投入することにより基板WTの実装面WTfに対して活性化処理を施す活性化処理工程を実行する(ステップS201)。ここで、活性化処理装置2060は、まず、支持部2062に基板WTの実装面WTfが鉛直下方を向く姿勢で支持させた状態で、粒子ビーム源2061から粒子ビームを実装面WTfへ照射させる。ここで、活性化処理装置2060は、例えば図15Aおよび図15Bの矢印AR2034に示すように、粒子ビーム源2061を、基板WTの実装面WTfへ粒子ビームを照射させながらX軸方向へ移動させていく。ここで、活性化処理装置2060は、例えば粒子ビーム源2061を+X方向へ移動させながら粒子ビームを基板WTの実装面WTf全体に照射した後、粒子ビーム源2061を-X方向へ移動させながら基板WTの実装面WTfに粒子ビームを照射する。そして、粒子ビーム源2061から基板WTの実装面WTfへ粒子ビームが照射しつつ、粒子ビーム源2061を1往復させる。次に、活性化処理装置2060は、保持部2621に保持された基板WTを反転させることにより、基板WTの実装面WTfが鉛直上方を向く姿勢にする。次に、活性化処理装置2060は、ガス供給ヘッド2069を基板WTに近づける。ここで、ガス供給ヘッド2069と基板WTの実装面WTfとの間の距離は、50mm以下であることが好ましい。そして、活性化処理装置2060は、基板WTの実装面WTfをガス供給ヘッド2069から供給される不飽和水素ガスおよびオゾンガスに曝露する不飽和炭化水素ガス曝露工程を実行する(ステップS202)。Next, the operation of the chip bonding system 2001 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 16B. The holding frame RI1 that holds the substrate WT and the sheet TE to which the chip CP is attached is assumed to be inserted from the carry-in/out unit 2080. First, as shown in FIG. 14, the chip bonding system 2001 executes an activation process in which the mounting surface WTf of the substrate WT is activated by inserting the substrate WT inserted from the carry-in/out unit 2080 into the activation processing device 2060 (step S201). Here, the activation processing device 2060 first irradiates the mounting surface WTf of the substrate WT with a particle beam from the particle beam source 2061 while supporting the mounting surface WTf of the substrate WT on the support portion 2062 in a position facing vertically downward. Here, the activation processing device 2060 moves the particle beam source 2061 in the X-axis direction while irradiating the mounting surface WTf of the substrate WT with a particle beam, for example, as shown by an arrow AR2034 in Figures 15A and 15B. Here, the activation processing device 2060 irradiates the entire mounting surface WTf of the substrate WT with a particle beam while moving the particle beam source 2061 in the +X direction, for example, and then irradiates the mounting surface WTf of the substrate WT with the particle beam while moving the particle beam source 2061 in the -X direction. Then, while irradiating the particle beam from the particle beam source 2061 to the mounting surface WTf of the substrate WT, the particle beam source 2061 makes one round trip. Next, the activation processing device 2060 inverts the substrate WT held by the holder 2621, so that the mounting surface WTf of the substrate WT faces vertically upward. Next, the activation processing device 2060 brings the gas supply head 2069 closer to the substrate WT. Here, the distance between the gas supply head 2069 and the mounting surface WTf of the substrate WT is preferably 50 mm or less. Then, the activation treatment device 2060 executes an unsaturated hydrocarbon gas exposure step of exposing the mounting surface WTf of the substrate WT to the unsaturated hydrogen gas and ozone gas supplied from the gas supply head 2069 (step S202).
次に、チップ接合システム2001は、活性化処理装置2060から活性化処理が施された基板WTを、洗浄装置2085へ投入して、基板WTの実装面WTfを水洗浄する水洗浄工程を実行する(ステップS203)。ここで、洗浄装置2085は、ステージ2852に基板WTが支持された状態でステージ駆動部2853によりステージ2852を回転させつつ、洗浄ヘッド2851から水を基板WTに向けて吐出することにより基板WTを水洗浄する。これにより、基板WTの実装面WTfに水酸基(OH基)または水分子が比較的多く付着した状態となる。Next, the chip bonding system 2001 transfers the substrate WT that has been subjected to the activation process from the activation processing device 2060 into the cleaning device 2085, and executes a water cleaning process for cleaning the mounting surface WTf of the substrate WT with water (step S203). Here, the cleaning device 2085 rotates the stage 2852 with the stage drive unit 2853 while the substrate WT is supported on the stage 2852, while spraying water from the cleaning head 2851 toward the substrate WT to clean the substrate WT with water. This results in a state in which a relatively large number of hydroxyl groups (OH groups) or water molecules are attached to the mounting surface WTf of the substrate WT.
続いて、チップ接合システム2001は、ボンディング装置2030のステージ2315に基板WTを保持させて基板WTにチップCPを接合するための準備を行う基板準備工程を実行する(ステップS204)。このとき、搬送ロボット2071が、洗浄装置2085から基板WTをその実装面WTfが鉛直上方を向く姿勢で受け取る。その後、搬送ロボット2071は、受け取った基板WTを反転させて、基板WTをその実装面WTfが鉛直下方を向く姿勢で保持する。そして、搬送ロボット2071は、基板WTをその実装面WTfが鉛直下方を向く姿勢のままボンディング装置2030のステージ2315へ移載する。 Then, the chip bonding system 2001 executes a substrate preparation process in which the substrate WT is held on the stage 2315 of the bonding device 2030 to prepare for bonding the chip CP to the substrate WT (step S204). At this time, the transport robot 2071 receives the substrate WT from the cleaning device 2085 with its mounting surface WTf facing vertically upward. The transport robot 2071 then inverts the received substrate WT and holds the substrate WT with its mounting surface WTf facing vertically downward. The transport robot 2071 then transfers the substrate WT to the stage 2315 of the bonding device 2030 with its mounting surface WTf facing vertically downward.
その後、チップ接合システム2001は、搬出入ユニット80から投入されたチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を活性化処理装置2060へ投入することによりチップCPの接合面CPfに対して活性化処理を施す活性化処理工程を実行する(ステップS205)。ここで、活性化処理装置2060は、まず、図16Aに示すように、支持部2062にシートTEに貼着されたチップCPの接合面CPfが鉛直上方を向く姿勢で支持させる。次に、活性化処理装置2060は、図14に示すように、チップCPの接合面CPfを不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露する不飽和炭化水素ガス曝露工程を実行する(ステップS206)。ここで、活性化処理装置2060は、図16Aの矢印AR2035に示すように、ガス供給ヘッド2069をチップCPに近づける。このとき、ガス供給ヘッド2069とチップCPの接合面CPfとの間の距離は、50mm以下であることが好ましい。そして、活性化処理装置2060は、図16Bに示すように、チップCPの接合面CPfをガス供給ヘッド2069から供給される不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露する。Then, the chip bonding system 2001 performs an activation process to activate the bonding surface CPf of the chip CP by inserting the holding frame RI1, which holds the sheet TE to which the chip CP is attached, into the activation processing device 2060 (step S205). Here, the activation processing device 2060 first supports the bonding surface CPf of the chip CP attached to the sheet TE in a vertically upward orientation on the support part 2062, as shown in FIG. 16A. Next, the activation processing device 2060 performs an unsaturated hydrocarbon gas exposure process to expose the bonding surface CPf of the chip CP to unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas, as shown in FIG. 14 (step S206). Here, the activation processing device 2060 brings the gas supply head 2069 close to the chip CP, as shown by the arrow AR2035 in FIG. 16A. At this time, the distance between the gas supply head 2069 and the bonding surface CPf of the chip CP is preferably 50 mm or less. Then, the activation treatment device 2060 exposes the bonding surface CPf of the chip CP to the unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas supplied from the gas supply head 2069, as shown in FIG. 16B .
図14に戻って、続いて、チップ接合システム2001は、チップ供給装置2010のチップ供給部2011にチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を保持させて基板WTにチップCPを接合するための準備を行うチップ準備工程を実行する(ステップS207)。このとき、搬送ロボット2071が、活性化処理装置2060からシートTEを保持する保持枠RI1をチップCPの接合面CPfが鉛直上方を向く姿勢で受け取る。その後、搬送ロボット2071は、受け取った保持枠RI1をそのままチップ供給装置2010のチップ供給部11へ移載する。14, the chip bonding system 2001 then executes a chip preparation process in which the chip supply unit 2011 of the chip supply device 2010 holds the holding frame RI1 holding the sheet TE to which the chip CP is attached, and prepares for bonding the chip CP to the substrate WT (step S207). At this time, the transport robot 2071 receives the holding frame RI1 holding the sheet TE from the activation processing device 2060 in a position in which the bonding surface CPf of the chip CP faces vertically upward. The transport robot 2071 then transfers the received holding frame RI1 as is to the chip supply unit 11 of the chip supply device 2010.
その後、チップ接合システム2001は、チップCPを基板WTの実装面WTfに接触させることにより基板WTに接合する仮接合工程を実行する(ステップS206)。ここでは、チップ接合システム2001が、まず、チップ搬送装置2039の1つのプレート2391をチップ供給部2011の方向へ向けた状態にする。次に、ピックアップ機構2111が鉛直上方へ移動することにより、1つのチップCPをシートTEにおける複数のチップCP側とは反対側から切り出し、1つのチップCPをシートTEから離脱した状態にする。そして、チップ搬送装置2039は、チップ保持部2393によりピックアップ機構2111のニードル2111aの先端部で保持されたチップCPを吸着保持する。Then, the chip bonding system 2001 executes a temporary bonding process in which the chip CP is bonded to the substrate WT by contacting it with the mounting surface WTf of the substrate WT (step S206). Here, the chip bonding system 2001 first orients one plate 2391 of the chip transport device 2039 toward the chip supply unit 2011. Next, the pick-up mechanism 2111 moves vertically upward to cut out one chip CP from the side opposite the multiple chips CP side of the sheet TE, and releases the one chip CP from the sheet TE. Then, the chip transport device 2039 adsorbs and holds the chip CP held by the tip of the needle 2111a of the pick-up mechanism 2111 with the chip holding unit 2393.
続いて、チップ接合システム2001が、プレート2391を旋回させて、チップ保持部2393を、ボンディング部2033のヘッド2033Hの鉛直上方の移載位置Pos1に配置する。即ち、チップ搬送装置2039は、チップ供給部2011から受け取ったチップCPをヘッド2033HにチップCPを移載する移載位置Pos1まで搬送する。そして、ヘッド駆動部2036は、ボンディング部2033を鉛直上方へ移動させてヘッド2033Hをチップ搬送装置39のチップ保持部393へ近づける。次に、支持部駆動部2432bは、チップ支持部2432aを鉛直上方へ移動させてチップCPに当接させる。続いて、チップ搬送装置2039は、チップ保持部393によるチップCPの吸着保持を解除することにより、チップCPをチップ支持部2432aに移載する。その後、支持部駆動部2432bは、チップ支持部2432aを鉛直下方へ移動させる。これにより、ヘッド2033Hの先端部にチップCPが保持された状態となる。 Next, the chip bonding system 2001 rotates the plate 2391 to place the chip holding part 2393 at the transfer position Pos1 vertically above the head 2033H of the bonding part 2033. That is, the chip transport device 2039 transports the chip CP received from the chip supply part 2011 to the transfer position Pos1 where the chip CP is transferred to the head 2033H. Then, the head driving part 2036 moves the bonding part 2033 vertically upward to bring the head 2033H closer to the chip holding part 393 of the chip transport device 39. Next, the support part driving part 2432b moves the chip support part 2432a vertically upward to abut against the chip CP. Next, the chip transport device 2039 releases the suction holding of the chip CP by the chip holding part 393, thereby transferring the chip CP to the chip support part 2432a. Thereafter, the support drive unit 2432b moves the tip support unit 2432a vertically downward, whereby the tip CP is held at the tip of the head 2033H.
その後、チップ接合システム2001は、ステージ2315を駆動するとともにボンディング部2033を回転させることにより、チップCPと基板WTとの相対的な位置ずれを補正するアライメントを実行する。そして、チップ接合システム2001は、ヘッド2033Hを上昇させることにより、チップCPを基板WTに接合する。ここにおいて、基板WTの実装面WTfとチップCPの接合面CPfとは、水酸基(OH基)を介して親水化接合した状態となる。Then, the chip bonding system 2001 performs alignment to correct the relative positional deviation between the chip CP and the substrate WT by driving the stage 2315 and rotating the bonding section 2033. Then, the chip bonding system 2001 raises the head 2033H to bond the chip CP to the substrate WT. At this point, the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP are hydrophilically bonded via hydroxyl groups (OH groups).
次に、チップCPが実装された状態の基板WTは、チップ接合システム2001から取り出され、その後、熱処理装置(図示せず)に投入されて、互いに仮接合された基板WTとチップCPを加熱する熱処理を実行することにより、基板WTにチップCPを本接合する熱処理工程が行われる(ステップS209)。熱処理装置は、例えば温度350℃、1時間の条件で基板WT、チップCPの熱処理を行う。Next, the substrate WT with the chip CP mounted thereon is removed from the chip bonding system 2001 and then placed in a heat treatment device (not shown) to heat the temporarily bonded substrate WT and chip CP, thereby carrying out a heat treatment process to permanently bond the chip CP to the substrate WT (step S209). The heat treatment device performs heat treatment on the substrate WT and chip CP, for example, at a temperature of 350° C. for one hour.
以上説明したように、本実施の形態に係るチップ接合システム2001によれば、活性化処理装置2060において、支持部2062が、チップCPが貼着されたシートTEにおけるチップCPが貼着された一面側を粒子ビーム源2061側に対向させた姿勢で保持する。そして、粒子ビーム源2061が、シートTEに貼着された状態のチップCPの接合面CPfに向けて粒子ビームを照射する。即ち、シートTEに貼着されたチップCPにおける接合面CPfに対して粒子ビームを照射することにより接合面CPfを活性化させる。その後、チップCPの接合面CPfをエチレンガスおよびオゾンガスに曝露する。これにより、基板WTの実装面WTfとチップCPの接合面CPfとに比較的多くのOH基が生成された状態で、基板WTにチップCPを仮接合することができるので、その分、基板WTとチップCPとを多くの水素結合を介して仮接合することができる。従って、互いに仮接合された基板WTとチップCPとに対して熱処理工程を行うことにより基板WTとチップCPとを本接合したときの基板WTとチップCPとの接合強度を高めることができる。As described above, according to the chip bonding system 2001 of the present embodiment, in the activation processing device 2060, the support unit 2062 holds the chip CP-attached one side of the sheet TE in a position facing the particle beam source 2061. Then, the particle beam source 2061 irradiates a particle beam toward the bonding surface CPf of the chip CP in a state where the chip CP is attached to the sheet TE. That is, the bonding surface CPf of the chip CP attached to the sheet TE is activated by irradiating the particle beam to the bonding surface CPf. Then, the bonding surface CPf of the chip CP is exposed to ethylene gas and ozone gas. As a result, the chip CP can be temporarily bonded to the substrate WT in a state where a relatively large number of OH groups are generated on the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP, so that the substrate WT and the chip CP can be temporarily bonded through a large number of hydrogen bonds. Therefore, by performing a heat treatment process on the substrate WT and the chip CP temporarily bonded to each other, it is possible to increase the bonding strength between the substrate WT and the chip CP when the substrate WT and the chip CP are permanently bonded to each other.
ところで、シートTEに貼着されたチップCPに対して、プラズマへの曝露または粒子ビームの照射による活性化処理を行う場合、シートTE自体がプラズマに曝露されたり粒子ビームの照射を受けたりするため、シートTEから不純物が発生してしまう。そして、この不純物により、チップCPの接合面CPfに汚染物質が付着したり、活性化処理装置2060のチャンバ2064内が汚染されたりしてしまう。これに対して、本実施の形態では、チップ接合面活性化処理工程において、チップCPが貼着されたシートTEのプラズマへの曝露或いは粒子ビームの照射を行わないため、シートTEから発生した不純物に起因したチャンバ2064内の汚染を抑制できる。However, when an activation process is performed on the chip CP attached to the sheet TE by exposing it to plasma or irradiating it with a particle beam, the sheet TE itself is exposed to plasma or irradiated with a particle beam, which causes impurities to be generated from the sheet TE. These impurities cause contaminants to adhere to the bonding surface CPf of the chip CP or contaminate the inside of the chamber 2064 of the activation processing device 2060. In contrast, in this embodiment, the sheet TE to which the chip CP is attached is not exposed to plasma or irradiated with a particle beam in the chip bonding surface activation processing step, so that contamination in the chamber 2064 caused by impurities generated from the sheet TE can be suppressed.
また、本実施の形態では、活性化処理装置2060が、基板WTの実装面、チップCPの接合面に不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給する際、ガス供給ヘッド2069を基板WT、チップCPに近づける。これにより、ガス供給ヘッド2069から放射されたオゾンが消滅する前に基板WTの実装面WTf、チップCPの接合面CPfに到達させることができる。従って、基板WTの実装面WTf、チップCPの接合面CPfに適切にOH基を生成することができる。ここで、ガス供給ヘッド2069と基板WTの実装面WTf、チップCPの接合面CPfとの間の距離は50mm以下であることが好ましい。 In addition, in this embodiment, when the activation processing device 2060 supplies unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas to the mounting surface of the substrate WT and the bonding surface of the chip CP, the gas supply head 2069 is brought close to the substrate WT and the chip CP. This allows the ozone emitted from the gas supply head 2069 to reach the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP before it disappears. Therefore, OH groups can be appropriately generated on the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP. Here, it is preferable that the distance between the gas supply head 2069 and the mounting surface WTf of the substrate WT and the bonding surface CPf of the chip CP is 50 mm or less.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、2つの基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露するガス曝露工程を行った後、基板W1、W2を大気に曝露する大気曝露工程を行う接合方法であってもよい。この場合、図17に示すように、まず、接合装置1は、基板W1、W2それぞれを再び接合装置1のステージ141、ヘッド142に保持させてから、減圧雰囲気下において2つの基板W1、W2それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う(ステップS21)。次に、接合装置1は、チャンバ120内に不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとを導入することにより、2つの基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露するガス曝露工程を行う(ステップS22)。続いて、基板W1、W2をチャンバ120外へ取り出して基板W1、W2の接合面を大気に曝露する大気曝露工程を行う(ステップS23)。その後、接合装置1は、チャンバ120内を減圧雰囲気で維持した状態で、基板W1、W2の接合面同士を接触させて基板W1、W2同士を仮接合する仮接合工程を行う(ステップS24)。このとき、基板W1、W2の接合面同士は、OH基を介した水素結合により結合された状態となる。次に、接合装置1は、互いに仮接合された基板W1、W2を加熱する熱処理を実行することにより、基板W1、W2同士を本接合する熱処理工程を行う(ステップS5)。これにより、基板W1、W2の間に介在する水分が蒸発して除去されるとともに、基板W1、W2の接合面同士の結合が水素結合から酸素原子を介した共有結合に変化して基板W1、W2同士が堅固に接合される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configuration of each of the above-mentioned embodiments. For example, the bonding method may include a gas exposure process in which the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 are exposed to an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas, and then an air exposure process in which the substrates W1 and W2 are exposed to the atmosphere. In this case, as shown in FIG. 17, the bonding apparatus 1 first holds the substrates W1 and W2 on the stage 141 and head 142 of the bonding apparatus 1 again, and then performs an activation process in which the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 are activated under a reduced pressure atmosphere (step S21). Next, the bonding apparatus 1 performs a gas exposure process in which the bonding surfaces of the two substrates W1 and W2 are exposed to the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas by introducing the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas into the chamber 120 (step S22). Next, the substrates W1 and W2 are taken out of the chamber 120, and an air exposure process in which the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are exposed to the atmosphere is performed (step S23). Thereafter, the bonding apparatus 1 performs a temporary bonding process in which the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are brought into contact with each other while maintaining the inside of the chamber 120 in a reduced pressure atmosphere, thereby temporarily bonding the substrates W1 and W2 together (step S24). At this time, the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are bonded together by hydrogen bonds via OH groups. Next, the bonding apparatus 1 performs a heat treatment process in which the substrates W1 and W2 temporarily bonded together are heated (step S5). As a result, the moisture present between the substrates W1 and W2 is evaporated and removed, and the bond between the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 changes from hydrogen bonds to covalent bonds via oxygen atoms, thereby firmly bonding the substrates W1 and W2 together.
本構成によっても基板W1、W2同士を堅固に接合することができる。また、本構成によれば、基板W1、W2を処理の途中で大気に曝露した状態で搬送しても基板W1、W2の接合面にはガス曝露工程において既にOH基が生成されているので、その後、減圧雰囲気で仮接合工程を行っても基板W1、W2同士を堅固に接合することができる。This configuration also allows the substrates W1 and W2 to be firmly bonded together. Furthermore, with this configuration, even if the substrates W1 and W2 are transported in a state exposed to the atmosphere during processing, OH groups have already been generated on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 in the gas exposure process, so that the substrates W1 and W2 can be firmly bonded together even if a temporary bonding process is then performed in a reduced pressure atmosphere.
実施の形態において、接合装置が、例えば図18に示すように、実施の形態で説明した粒子ビーム源161、162と隣接して配置されたオゾン供給部3172を有する粒子ビーム源ユニット2161、2162を備えるものであってもよい。この場合、粒子ビーム源ユニット3161、3162は、それぞれ、活性化処理工程において、矢印AR21に示すように、粒子ビーム源161、162から基板W1、W2の接合面へ粒子ビームを照射させながら矢印AR22に示すように移動し、ガス曝露工程において、矢印AR23に示すように、オゾン供給部3172から基板W1、W2の接合面へオゾンガスを吐出しながら矢印AR22に示すように移動していくようにすればよい。In the embodiment, the bonding apparatus may include particle beam source units 2161, 2162 having an ozone supply unit 3172 arranged adjacent to the particle beam sources 161, 162 described in the embodiment, as shown in FIG. 18. In this case, the particle beam source units 3161, 3162 may move as shown by arrow AR22 while irradiating the particle beam from the particle beam sources 161, 162 to the bonding surfaces of the substrates W1, W2 as shown by arrow AR21 in the activation treatment process, and move as shown by arrow AR22 while discharging ozone gas from the ozone supply unit 3172 to the bonding surfaces of the substrates W1, W2 as shown by arrow AR23 in the gas exposure process.
また、実施の形態において、粒子ビーム源161、162のガス供給部1604が、アルゴンガスまたはオゾンガスを放電室1601内へ供給するものであってもよい。そして、粒子ビーム源161、162では、活性化処理工程において、ガス供給部1604が、アルゴンガスを放電室1601へ供給しつつ、ビーム源駆動部1603が、放電室1601内にアルゴンガスのプラズマを発生させるとともに、電極1602と放電室1601の周壁との間に直流電圧を印加する。そして、ガス曝露工程において、ガス供給部1604が、オゾンガスを放電室1601へ供給しつつ、ビーム源駆動部1603が、放電室1601内のプラズマの発生を停止させるとともに、電極1602と放電室1601の周壁との間に直流電圧の印加を停止する。つまり、粒子ビーム源161、162が、活性化処理工程において、放電室1601のFAB放射口1601aから粒子ビームを放射するモードで動作し、ガス曝露工程において、FAB放射口1601aからオゾンガスを吐出するモードで動作する。In addition, in the embodiment, the gas supply unit 1604 of the particle beam source 161, 162 may supply argon gas or ozone gas into the discharge chamber 1601. In the particle beam source 161, 162, in the activation process, the gas supply unit 1604 supplies argon gas to the discharge chamber 1601, while the beam source drive unit 1603 generates argon gas plasma in the discharge chamber 1601 and applies a DC voltage between the electrode 1602 and the peripheral wall of the discharge chamber 1601. In the gas exposure process, the gas supply unit 1604 supplies ozone gas to the discharge chamber 1601, while the beam source drive unit 1603 stops the generation of plasma in the discharge chamber 1601 and stops the application of a DC voltage between the electrode 1602 and the peripheral wall of the discharge chamber 1601. That is, the particle beam sources 161 and 162 operate in a mode for emitting a particle beam from the FAB emission port 1601a of the discharge chamber 1601 in the activation process, and operate in a mode for discharging ozone gas from the FAB emission port 1601a in the gas exposure process.
本構成によれば、オゾンガス供給部172を別途設ける必要が無くなるので、その分、接合装置の小型化を図ることができる。 With this configuration, there is no need to provide a separate ozone gas supply unit 172, which makes it possible to reduce the size of the joining device.
実施の形態では、カバー122A、122Bが、それぞれ、チャンバ120内におけるステージ141、ヘッド142の周囲に配置されている例について説明したが、これに限らず、例えばチャンバ120内におけるカバー122Aまたはヘッド142の周囲のみに配置されていてもよい。In the embodiment, an example has been described in which covers 122A and 122B are arranged around stage 141 and head 142, respectively, within chamber 120, but this is not limited thereto, and covers 122A and 122B may be arranged only around cover 122A or head 142 within chamber 120, for example.
実施の形態では、水分除去工程において、基板W1、W2を加熱することにより基板W1、W2の接合面に付着した水分を除去する例について説明したが、水分を除去する方法はこれに限定されるものではなく、基板W1、W2を減圧雰囲気下に放置することにより、基板W1、W2の接合面に付着した水分を常温で蒸発させて除去するものであってもよい。即ち、基板W1、W2を加熱することなく基板W1、W2をチャンバ120の内側に配置した状態で、チャンバ120内の真空度を高めることで基板W1、W2の接合面に付着した水分を除去するものであってもよい。また、実施の形態に係る接合方法において、例えば水分除去工程を省略した接合方法であってもよい。In the embodiment, an example has been described in which the moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 is removed by heating the substrates W1 and W2 in the moisture removal process, but the method of removing moisture is not limited to this, and the substrates W1 and W2 may be left in a reduced pressure atmosphere to evaporate and remove the moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 at room temperature. In other words, the substrates W1 and W2 may be placed inside the chamber 120 without heating the substrates W1 and W2, and the degree of vacuum in the chamber 120 may be increased to remove the moisture adhering to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. In addition, the bonding method according to the embodiment may be a bonding method in which the moisture removal process is omitted, for example.
実施の形態では、活性化処理工程を含む接合方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図19に示すように、実施の形態で説明した接合方法について、活性化処理工程を省略した接合方法であってもよい。或いは、例えば図20に示すように、前述の図9を用いて説明した変形例に係る接合方法について、活性化処理工程を省略した接合方法であってもよい。また、図21に示すように、実施の形態で説明した接合方法において、水分除去工程および活性化処理工程を省略した接合方法であってもよい。この接合方法では、チャンバ120内を減圧雰囲気で維持した状態で基板W1、W2の接合面を不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスに曝露した後、そのまま基板W1、W2同士を仮接合することができる。In the embodiment, the bonding method including the activation process has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 19, the bonding method described in the embodiment may be a bonding method in which the activation process is omitted. Alternatively, as shown in FIG. 20, the bonding method according to the modified example described with reference to FIG. 9 may be a bonding method in which the activation process is omitted. Also, as shown in FIG. 21, the bonding method described in the embodiment may be a bonding method in which the moisture removal process and the activation process are omitted. In this bonding method, the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 are exposed to unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas while maintaining the inside of the chamber 120 in a reduced pressure atmosphere, and then the substrates W1 and W2 can be temporarily bonded together.
実施の形態において、不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射する列状に配置された複数の放射口を有し、複数の放射口の並び方向が基板W1、W2の接合面と平行になる姿勢で配置されるガス供給ヘッドと、ガス供給ヘッドを基板W1、W2の接合面に沿って移動させるガス供給ヘッド搬送部と、を有するガス供給部を備えるものであってもよい。また、ガス供給部は、基板W1、W2それぞれの接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射するガス供給ヘッドを2つ有するものであってもよい。そして、ガス供給ヘッド搬送部が、2つのガス供給ヘッドそれぞれから基板W1、W2それぞれの接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射しながら、2つのガス供給ヘッドを基板W1、W2の接合面に沿って移動させるものであってもよい。また、実施の形態において、不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射する列状に配置された複数の放射口を有する1つのガス供給ヘッドと、ガス供給ヘッドを複数の放射口の並び方向と直交するに沿って基板W1、W2に対して相対的に移動させるガス供給ヘッド搬送部と、を有するガス供給部と、を備えるものであってもよい。この場合、ステージ141に基板W1、W2のうちのいずれか一方を支持した状態で、ガス供給部から基板W1、W2へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射することによりガス曝露工程を行った後、ステージ141に他方を支持した状態で、同様のガス曝露工程を行うようにすればよい。即ち、基板W1、W2に対して1枚ずつ順次ガス曝露工程を行うようにすればよい。In an embodiment, the gas supply unit may include a gas supply head having a plurality of nozzles arranged in a row for emitting the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas, the plurality of nozzles being arranged in a position parallel to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2, and a gas supply head transport unit for moving the gas supply head along the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. The gas supply unit may also include two gas supply heads for emitting the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. The gas supply head transport unit may move the two gas supply heads along the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 while emitting the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas from each of the two gas supply heads to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. In addition, in the embodiment, a gas supply unit having one gas supply head having a plurality of radiation ports arranged in a row for emitting the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas, and a gas supply head transport unit for moving the gas supply head relative to the substrates W1, W2 along a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of radiation ports may be provided. In this case, with one of the substrates W1, W2 supported on the stage 141, a gas exposure step may be performed by emitting the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas from the gas supply unit to the substrates W1, W2, and then with the other substrate supported on the stage 141, a similar gas exposure step may be performed. That is, the gas exposure step may be performed sequentially on the substrates W1, W2 one by one.
実施の形態2では、基板WTの実装面WTfに対しては、プラズマへの曝露または粒子ビームの照射による活性化処理工程を行った後、エチレンガスおよびオゾンガスに曝露する工程を行い、チップCPの接合面CPfに対しては、エチレンガスおよびオゾンガスに曝露する工程のみを行う例について説明した。但し、これに限らず、例えば、エチレンガスおよびオゾンガスに曝露する工程の前に、粒子ビームを利用した活化処理工程を行ってもよい。この場合、ここで、活性化処理装置2060は、まず、支持部2062に、保持枠RI1をシートTEにおけるチップCPが貼着された一面側を粒子ビーム源2061側に対向させた姿勢、即ち、鉛直下方を向く姿勢で支持させる。そして、活性化処理装置2060は、粒子ビーム源2061からシートTEに貼着された状態のチップCPそれぞれの接合面CPfに向けて粒子ビームを照射する。ここで、活性化処理装置2060は、複数のチップCPが貼着されたシートTEを保持する保持枠RI1を1つだけ準備し、準備した保持枠RI1に保持されたシートTEに貼着されたチップCPに対して粒子ビームを照射する。また、活性化処理装置2060は、例えば図22Aおよび図22Bの矢印AR2034に示すように、粒子ビーム源2061を、チップCPの接合面CPfへ粒子ビームを照射させながらX軸方向へ移動させていく。ここで、活性化処理装置2060は、例えば粒子ビーム源2061を+X方向へ移動させながら粒子ビームをテープTEに貼着された全てのチップCPの接合面CPfに照射した後、粒子ビーム源2061を-X方向へ移動させながらチップCPの接合面CPfに粒子ビームを照射する。更に、図22Aに示す粒子ビームの照射軸J1と仮想平面S1の法線方向N1とのなす角度(入射角度)θ1は、30度以上80度以下となるように設定される。In the second embodiment, an example was described in which the mounting surface WTf of the substrate WT is subjected to an activation process by exposure to plasma or irradiation with a particle beam, followed by a process of exposure to ethylene gas and ozone gas, and the bonding surface CPf of the chip CP is subjected to only a process of exposure to ethylene gas and ozone gas. However, this is not limited to this, and for example, an activation process using a particle beam may be performed before the process of exposure to ethylene gas and ozone gas. In this case, the activation processing device 2060 first supports the holding frame RI1 on the support part 2062 in a position in which the one side of the sheet TE to which the chip CP is attached faces the particle beam source 2061 side, that is, in a position facing vertically downward. Then, the activation processing device 2060 irradiates a particle beam from the particle beam source 2061 toward the bonding surface CPf of each chip CP attached to the sheet TE. Here, the activation processing device 2060 prepares only one holding frame RI1 that holds a sheet TE to which a plurality of chips CP are attached, and irradiates a particle beam to the chips CP attached to the sheet TE held by the prepared holding frame RI1. Also, the activation processing device 2060 moves the particle beam source 2061 in the X-axis direction while irradiating the particle beam to the bonding surface CPf of the chips CP, as shown by the arrow AR2034 in FIG. 22A and FIG. 22B. Here, the activation processing device 2060 irradiates the particle beam to the bonding surface CPf of all the chips CP attached to the tape TE while moving the particle beam source 2061 in the +X direction, for example, and then irradiates the particle beam to the bonding surface CPf of the chips CP while moving the particle beam source 2061 in the -X direction. Furthermore, the angle (incident angle) θ1 between the irradiation axis J1 of the particle beam and the normal direction N1 of the imaginary plane S1 shown in FIG. 22A is set to be equal to or greater than 30 degrees and equal to or less than 80 degrees.
ところで、プラズマへの曝露による活性化処理工程に比べて粒子ビームを利用した活性化処理工程の場合は、たとえシートTEに粒子ビームが照射されたとしても、シートTEから生じた不純物CPA1は、チップCPから離れる方向へ飛ばされ、チップCPの接合面CPf側へ戻ってこない。このため、チップCPの接合面CPfに付着することなく、チャンバ2064内の汚染に止まる。また、エチレンガスおよびオゾンガスに曝露する工程の前に、粒子ビームを利用した活性化処理工程を行ったほうが、当該活性化処理を行わない場合に比べて、チップCPと基板WTとの接合強度が高まる。従って、チレンガスおよびオゾンガスに曝露する工程の前に、チャンバ2064内の汚染を鑑みて、照射強度を低く抑えた粒子ビームをチップCPの接合面CPfに照射することが好ましい。 However, in the case of an activation process using a particle beam, even if the sheet TE is irradiated with a particle beam, the impurities CPA1 generated from the sheet TE are blown away from the chip CP and do not return to the bonding surface CPf of the chip CP. Therefore, they do not adhere to the bonding surface CPf of the chip CP and only cause contamination in the chamber 2064. In addition, performing an activation process using a particle beam before the process of exposure to ethylene gas and ozone gas increases the bonding strength between the chip CP and the substrate WT compared to the case where the activation process is not performed. Therefore, it is preferable to irradiate the bonding surface CPf of the chip CP with a particle beam with a low irradiation intensity before the process of exposure to ethylene gas and ozone gas in consideration of the contamination in the chamber 2064.
実施の形態1において、例えば図23に示すように、接合装置4001のチャンバ120が、活性化処理装置4060のチャンバ2064に接続されており、チャンバ2064からチャンバ120へ活性化処理がなされた基板W1、W2を搬送する搬送装置(図示せず)を備えるものであってもよい。なお、図23において、実施の形態1、2と同様の構成については図1および図13と同一の符号を付している。ここで、搬送装置は、基板W1、W2の活性化処理装置2060のチャンバ2064内への搬送、接合装置4001のチャンバ120からの基板W1、W2の搬出も行う。この場合、活性化処理装置3060において活性化処理が行われた後、活性化された基板W1、W2が接合装置4001のチャンバ120内へ搬送され、その後、接合装置4001が、基板W1、W2同士を接合する。In the first embodiment, as shown in FIG. 23, for example, the chamber 120 of the bonding device 4001 may be connected to the chamber 2064 of the activation treatment device 4060, and a transport device (not shown) may be provided to transport the substrates W1 and W2 that have been subjected to the activation treatment from the chamber 2064 to the chamber 120. In FIG. 23, the same components as those in the first and second embodiments are given the same reference numerals as those in FIG. 1 and FIG. 13. Here, the transport device transports the substrates W1 and W2 into the chamber 2064 of the activation treatment device 2060, and also unloads the substrates W1 and W2 from the chamber 120 of the bonding device 4001. In this case, after the activation treatment is performed in the activation treatment device 3060, the activated substrates W1 and W2 are transported into the chamber 120 of the bonding device 4001, and then the bonding device 4001 bonds the substrates W1 and W2 together.
実施の形態1において、不飽和炭化水素ガス供給部171から供給される不飽和炭化水素ガスと、オゾンガス供給部172から供給されるオゾンガスと、を混合してから基板W1、W2の接合面へ不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとの混合ガスを供給するガス供給ヘッドを備えるものであってもよい。ここで、ガス供給ヘッド内における不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが混合される位置から基板W1、W2の接合面との間の距離は、50mm以下であることが好ましい。これにより、ガス供給ヘッド内で混合された不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとを、オゾンガスが消滅する前に基板W1、W2の接合面に到達させることができる。従って、基板W1、W2の接合面に適切にOH基を生成することができる。また、ガス供給ヘッドとしては、複数のノズルを有し、不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとを複数のノズルそれぞれの出口近傍で混合する構造を有するものが好ましい。In the first embodiment, the gas supply head may be provided to mix the unsaturated hydrocarbon gas supplied from the unsaturated hydrocarbon gas supply unit 171 and the ozone gas supplied from the ozone gas supply unit 172, and then supply the mixed gas of the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. Here, the distance between the position where the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas are mixed in the gas supply head and the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 is preferably 50 mm or less. This allows the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas mixed in the gas supply head to reach the bonding surfaces of the substrates W1 and W2 before the ozone gas disappears. Therefore, OH groups can be appropriately generated on the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. In addition, the gas supply head is preferably one having a structure in which the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas are mixed near the outlets of the respective nozzles.
ところで、不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが相異なる供給口から基板W1、W2へ供給される場合、基板W1、W2内において不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとの比率のばらつきが生じてしまい、互いに接合された基板W1、W2の接合強度のばらつきの原因となる虞があった。これに対して、本構成によれば、不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとをガス供給ヘッド内において混合させてから基板W1、W2の接合面へ供給する。これにより、基板W1、W2の接合面内における不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとの比率のばらつきを低減することができる。従って、互いに接合された基板W1、W2の接合強度のばらつきを抑制することができる。However, when unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas are supplied to the substrates W1 and W2 from different supply ports, the ratio of unsaturated hydrocarbon gas to ozone gas may vary within the substrates W1 and W2, which may cause variations in the bonding strength of the substrates W1 and W2 bonded together. In contrast, according to the present configuration, the unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas are mixed in the gas supply head and then supplied to the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. This reduces the variation in the ratio of unsaturated hydrocarbon gas to ozone gas within the bonding surfaces of the substrates W1 and W2. Therefore, the variation in the bonding strength of the substrates W1 and W2 bonded together can be suppressed.
実施の形態2において、基板WTの実装面WTfに対して活性化処理を施す活性化処理工程において、プラズマへの曝露または粒子ビームの照射による活性化処理のみを行い、不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスへ曝露する工程を行わなくてもよい。In embodiment 2, in an activation treatment process for performing an activation treatment on the mounting surface WTf of the substrate WT, only the activation treatment by exposure to plasma or irradiation with a particle beam may be performed, and the process of exposure to unsaturated hydrocarbon gas and ozone gas may not be performed.
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。The present invention allows for various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Furthermore, the above-described embodiments are intended to explain the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is indicated by the claims, not the embodiments. Furthermore, various modifications made within the scope of the claims and within the scope of the meaning of the invention equivalent thereto are deemed to be within the scope of the present invention.
本出願は、2023年1月6日に出願された日本国特許出願特願2023-001038号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願2023-001038号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。This application is based on Japanese Patent Application No. 2023-001038, filed on January 6, 2023. The entire specification, claims and drawings of Japanese Patent Application No. 2023-001038 are incorporated herein by reference.
本発明は、例えばCMOS(Complementary MOS)イメージセンサやメモリ、演算素子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造に好適である。 The present invention is suitable for manufacturing, for example, CMOS (Complementary MOS) image sensors, memories, computing elements, and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
1:接合装置、9,2090:制御部、120:チャンバ、121a:真空ポンプ、121b:排気管、121c:排気弁、122A、122B:カバー、123A、123B:カバー加熱部、141:ステージ、142:ヘッド、143:ステージ駆動部、144:ヘッド駆動部、150:位置ずれ量測定部、161,162:粒子ビーム源、171:不飽和炭化水素ガス供給部、172,3172:オゾンガス供給部、411,1444:ピエゾアクチュエータ、1411,1421:基板加熱部、1441:昇降駆動部、1441a,1445:圧力センサ、1442:XY方向駆動部、1443:回転駆動部、1601:放電室、1601a:FAB放射口、1602:電極、1603:ビーム源駆動部、1604:ガス供給部、1711:不飽和炭化水素ガス貯留部、1712:供給弁、1713,1722:供給管、1721:オゾン発生源、2001:チップ接合システム、2010:チップ供給装置、2030:ボンディング装置、2039:チップ搬送装置、2060:活性化処理装置、2069:ガス供給ヘッド、2070:搬送装置、2080:搬出入ユニット、2085:洗浄装置、3161,3162:粒子ビーム源ユニット、W1,W2:基板 1: Bonding device, 9, 2090: Control unit, 120: Chamber, 121a: Vacuum pump, 121b: Exhaust pipe, 121c: Exhaust valve, 122A, 122B: Cover, 123A, 123B: Cover heating unit, 141: Stage, 142: Head, 143: Stage driving unit, 144: Head driving unit, 150: Position deviation measurement unit, 161, 162: Particle beam source, 171: Unsaturated hydrocarbon gas supply unit, 172, 3172: Ozone gas supply unit, 411, 1444: Piezo actuator, 1411, 1421: Substrate heating unit, 1441: Lifting and lowering driving unit, 1441a, 1445: Pressure sensor, 1442: XY direction Drive unit, 1443: rotation drive unit, 1601: discharge chamber, 1601a: FAB radiation port, 1602: electrode, 1603: beam source drive unit, 1604: gas supply unit, 1711: unsaturated hydrocarbon gas storage unit, 1712: supply valve, 1713, 1722: supply pipe, 1721: ozone generation source, 2001: chip bonding system, 2010: chip supply device, 2030: bonding device, 2039: chip transport device, 2060: activation processing device, 2069: gas supply head, 2070: transport device, 2080: carry-in/out unit, 2085: cleaning device, 3161, 3162: particle beam source unit, W1, W2: substrate
Claims (26)
前記2つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露するガス曝露工程と、
前記少なくとも一方の接合面に付着している水分を除去する水分除去工程と、
前記2つの被接合物同士を仮接合する仮接合工程と、を含む、
接合方法。 A method for joining two objects to be joined, comprising the steps of:
a gas exposure step of exposing at least one of the bonding surfaces of the two objects to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas;
a moisture removing step of removing moisture adhering to at least one of the bonding surfaces;
A temporary joining process of temporarily joining the two objects to be joined together.
Joining method.
請求項1に記載の接合方法。 In the moisture removing step, at least one of the two objects to be bonded is left in a reduced pressure atmosphere.
The joining method according to claim 1 .
請求項1に記載の接合方法。 In the moisture removing step, at least one of the two objects to be bonded is heated to remove moisture adhering to the bonding surface of the at least one object.
The joining method according to claim 1 .
請求項1から3のいずれか1項に記載の接合方法。 The method further includes an activation treatment step, which is performed before the gas exposure step, and activates at least one of the bonding surfaces of the two objects to be bonded.
The bonding method according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の接合方法。 In the activation treatment step, a particle beam is irradiated onto at least one of the bonding surfaces of the two objects to be bonded.
The joining method according to claim 4.
請求項1から3のいずれか1項に記載の接合方法。 The two objects to be bonded have different linear expansion coefficients.
The bonding method according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1から3のいずれか1項に記載の接合方法。 The metal layer and the insulator layer are exposed on the joining surface.
The bonding method according to any one of claims 1 to 3 .
請求項7に記載の接合方法。 The metal layer is formed of Au.
The joining method according to claim 7.
前記活性化処理工程において、前記チップの前記接合面側とは反対側が貼着されたシートの前記チップの接合面に対して粒子ビームを照射することにより前記チップの接合面を活性化させる、
請求項4に記載の接合方法。 One of the two objects to be bonded is a substrate and the other is a chip;
In the activation process, the bonding surface of the chip is activated by irradiating a particle beam onto the bonding surface of the sheet to which the opposite side of the bonding surface of the chip is attached.
The joining method according to claim 4 .
前記2つの被接合物のうちの少なくとも一方は、シートに貼着されたチップであり、
前記チップの接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露するガス曝露工程と、
前記2つの被接合物同士を仮接合する仮接合工程と、を含む、
接合方法。 A method for joining two objects to be joined, comprising the steps of:
At least one of the two objects to be bonded is a chip attached to a sheet,
a gas exposure step of exposing the bonding surface of the chip to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas;
A temporary joining process of temporarily joining the two objects to be joined together.
Joining method.
前記基板の実装面に対してプラズマへの曝露または粒子ビームの照射を行うことにより前記実装面を活性化する第1活性化処理工程を更に含む、
請求項10に記載の接合方法。 The other of the two objects to be bonded is a substrate,
The method further includes a first activation process step of activating the mounting surface of the substrate by exposing the mounting surface to plasma or irradiating the mounting surface with a particle beam.
The bonding method according to claim 10.
請求項11に記載の接合方法。 The method further includes a gas exposure step of exposing the mounting surface of the substrate to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas.
The bonding method according to claim 11.
請求項10から12のいずれか1項に記載の接合方法。 The method further includes a second activation process of activating the bonding surface of the chip by irradiating the bonding surface with a particle beam.
The bonding method according to any one of claims 10 to 12.
前記第2活性化処理工程において、前記チップの接合面に対して、前記第1活性化処理工程で前記基板の実装面に対して粒子ビームを照射する場合の粒子ビームの強度に比べて低い強度の粒子ビームを照射する、
請求項11または12に記載の接合方法。 The method further includes a second activation process of activating the bonding surface of the chip by irradiating the bonding surface with a particle beam,
In the second activation process, a particle beam having an intensity lower than that of a particle beam used in irradiating a mounting surface of the substrate in the first activation process is irradiated onto the bonding surface of the chip.
The bonding method according to claim 11 or 12.
前記2つの被接合物の少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスを供給する不飽和炭化水素ガス供給部と、
前記少なくとも一方の接合面へオゾンガスを供給するオゾンガス供給部と、
前記2つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、
前記ステージに対向して配置され、前記2つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、
前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第1方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第2方向へ移動させる駆動部と、
前記不飽和炭化水素ガス供給部、前記オゾンガス供給部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記不飽和炭化水素ガス供給部および前記オゾンガス供給部を制御して前記少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第1方向へ移動させることにより前記2つの被接合物を接合する、
接合システム。 A joining system for joining two objects to be joined, comprising:
an unsaturated hydrocarbon gas supply unit that supplies an unsaturated hydrocarbon gas to at least one of the bonding surfaces of the two objects to be bonded;
an ozone gas supply unit for supplying ozone gas to the at least one joint surface;
a stage for supporting one of the two objects to be bonded;
a head that is disposed opposite the stage and supports the other of the two objects to be bonded;
a drive unit that moves at least one of the stage and the head in a first direction in which the stage and the head approach each other or in a second direction in which the stage and the head move away from each other;
a control unit that controls the operations of the unsaturated hydrocarbon gas supply unit, the ozone gas supply unit, and the drive unit,
the control unit controls the unsaturated hydrocarbon gas supply unit and the ozone gas supply unit to supply the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas to the at least one bonding surface, and then controls the drive unit to move at least one of the stage and the head in the first direction while maintaining a reduced pressure atmosphere, thereby bonding the two workpieces.
Joining system.
前記制御部は、減圧雰囲気で維持され且つ前記2つの被接合物が離間した状態で、前記被接合物加熱部を制御して前記2つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を加熱した後、前記不飽和炭化水素ガス供給部および前記オゾンガス供給部を制御して前記少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給する、
請求項15に記載の接合システム。 The method further includes a workpiece heating unit that heats at least one of the joining surfaces of the two workpieces to be joined together under a reduced pressure atmosphere,
the control unit controls the object heating unit to heat at least one of the bonding surfaces of each of the two objects to be bonded while the reduced pressure atmosphere is maintained and the two objects to be bonded are spaced apart, and then controls the unsaturated hydrocarbon gas supply unit and the ozone gas supply unit to supply an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas to the at least one bonding surface.
The joint system of claim 15.
前記制御部は、前記少なくとも一方の接合面へ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給する前に、減圧雰囲気で維持した状態で、前記活性化処理部を制御して、前記接合面に対して前記活性化処理を行う、
請求項15または16に記載の接合システム。 The bonding method further includes the steps of: (a) providing a bonding surface for bonding at least one of the two objects to be bonded with the bonding material;
the control unit controls the activation processing unit to perform the activation processing on the bonding surface while maintaining a reduced pressure atmosphere before supplying the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas to the at least one bonding surface.
17. The joint system according to claim 15 or 16.
請求項17に記載の接合システム。 The activation processing unit has a particle beam source that irradiates the bonding surface with a particle beam.
The joint system of claim 17.
請求項15または16に記載の接合システム。 a gas supply head that mixes the unsaturated hydrocarbon gas supplied from the unsaturated hydrocarbon gas supply unit and the ozone gas supplied from the ozone gas supply unit and then supplies a mixed gas of the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas to the at least one of the bonding surfaces,
17. The joint system according to claim 15 or 16 .
前記2つの被接合物のうちの少なくとも一方は、シートに貼着されたチップであり、
前記チップの接合面を不飽和炭化水素ガスとオゾンガスとが存在する雰囲気に曝露した後、前記2つの被接合物同士を仮接合する、
接合システム。 A joining system for joining two objects to be joined, comprising:
At least one of the two objects to be bonded is a chip attached to a sheet,
exposing the bonding surface of the chip to an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas, and then temporarily bonding the two objects to be bonded together;
Joining system.
前記基板の実装面に対してプラズマへの曝露または粒子ビームの照射を行うことにより前記実装面を活性化する、
請求項20に記載の接合システム。 The other of the two objects to be bonded is a substrate,
activating the mounting surface of the substrate by exposing the mounting surface to plasma or irradiating the mounting surface with a particle beam;
The joint system of claim 20.
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記対象物を支持するステージと、
不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射する列状に配置された複数の放射口を有するガス供給ヘッドと、前記ガス供給ヘッドを前記複数の放射口の並び方向と直交する方向に沿って前記対象物に対して相対的に移動させるガス供給ヘッド搬送部と、を有するガス供給部と、を備える、
照射装置。 An irradiation device for irradiating an object with an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas, comprising:
A chamber;
a stage disposed within the chamber and supporting the object;
a gas supply unit including a gas supply head having a plurality of radiation ports arranged in a row for emitting an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas, and a gas supply head transport unit for moving the gas supply head relatively to the object along a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of radiation ports;
Irradiation device.
前記粒子ビーム源と前記ガス供給ヘッドとは、前記並び方向と直交する方向に隣接して配置される、
請求項22に記載の照射装置。 A particle beam source for performing an activation process for activating the object by irradiating the object with a particle beam,
The particle beam source and the gas supply head are disposed adjacent to each other in a direction perpendicular to the arrangement direction.
23. Illumination device according to claim 22.
前記粒子ビーム源は、前記粒子ビームを放射する第1モードと、不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射する第2モードと、のいずれかで動作する、
請求項22に記載の照射装置。 A particle beam source for performing an activation process for activating the object by irradiating the object with a particle beam,
The particle beam source is operated in either a first mode for emitting the particle beam or a second mode for emitting an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas.
23. Illumination device according to claim 22.
2つの前記対象物の他方を、前記一方に対向した姿勢で支持するヘッドを更に備え、
前記ガス供給部は、2つの前記対象物それぞれへ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射する前記ガス供給ヘッドを2つ有し、2つの前記ガス供給ヘッドそれぞれから2つの前記対象物それぞれへ不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを放射しながら、2つの前記ガス供給ヘッドを2つの前記対象物に対して相対的に移動させる、
請求項22から24のいずれか1項に記載の照射装置。 The stage supports one of the two objects,
Further comprising a head for supporting the other of the two objects in a position facing the one of the objects,
the gas supply unit has two gas supply heads that irradiate the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas toward the two objects, respectively, and moves the two gas supply heads relatively to the two objects while irradiating the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas from each of the two gas supply heads toward the two objects, respectively;
25. Irradiation device according to any one of claims 22 to 24.
前記被接合物の接合面に対して粒子ビームを照射することにより前記被接合物の接合面を活性化させる粒子ビーム源と、前記被接合物の接合面に対して不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスを供給することにより前記被接合物の接合面を活性化させるガス供給ヘッドと、を備え、
前記粒子ビーム源から照射される粒子ビームにより前記被接合物の接合面の活性化処理を実行した後、前記ガス供給ヘッドから供給される不飽和炭化水素ガスおよびオゾンガスにより前記被接合物の接合面の活性化処理を実行する、
活性化処理装置。 An activation treatment device for activating an object to be bonded, comprising:
a particle beam source for irradiating a particle beam onto the bonding surfaces of the objects to be bonded to activate the bonding surfaces of the objects to be bonded, and a gas supply head for supplying an unsaturated hydrocarbon gas and an ozone gas onto the bonding surfaces of the objects to activate the bonding surfaces of the objects to be bonded,
and after performing an activation process on the bonding surfaces of the objects to be bonded by the particle beam irradiated from the particle beam source, performing an activation process on the bonding surfaces of the objects to be bonded by the unsaturated hydrocarbon gas and the ozone gas supplied from the gas supply head.
Activation processing equipment.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023001038 | 2023-01-06 | ||
JP2023001038 | 2023-01-06 | ||
PCT/JP2024/000043 WO2024147351A1 (en) | 2023-01-06 | 2024-01-05 | Bonding method, bonding system, illumination device, and activation processing device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2024147351A1 JPWO2024147351A1 (en) | 2024-07-11 |
JP7540813B1 true JP7540813B1 (en) | 2024-08-27 |
JPWO2024147351A5 JPWO2024147351A5 (en) | 2024-12-03 |
Family
ID=91803915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2024522612A Active JP7540813B1 (en) | 2023-01-06 | 2024-01-05 | Bonding method, bonding system, irradiation device, and activation treatment device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7540813B1 (en) |
WO (1) | WO2024147351A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013243333A (en) * | 2012-04-24 | 2013-12-05 | Tadatomo Suga | Chip-on wafer bonding method and bonding device and structure including chip and wafer |
JP2015008228A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | ボンドテック株式会社 | Substrate bonding method |
-
2024
- 2024-01-05 WO PCT/JP2024/000043 patent/WO2024147351A1/en active Application Filing
- 2024-01-05 JP JP2024522612A patent/JP7540813B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013243333A (en) * | 2012-04-24 | 2013-12-05 | Tadatomo Suga | Chip-on wafer bonding method and bonding device and structure including chip and wafer |
JP2015008228A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | ボンドテック株式会社 | Substrate bonding method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024147351A1 (en) | 2024-07-11 |
JPWO2024147351A1 (en) | 2024-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3751972B2 (en) | JOINING METHOD, DEVICE PRODUCED BY THIS METHOD, SURFACE ACTIVATION DEVICE, AND JOINING DEVICE PROVIDED WITH THIS DEVICE | |
US7645681B2 (en) | Bonding method, device produced by this method, and bonding device | |
JP4695014B2 (en) | JOINING METHOD, DEVICE PRODUCED BY THIS METHOD, AND JOINING DEVICE | |
JP6429179B2 (en) | Substrate bonding apparatus and substrate bonding method | |
JP6395333B2 (en) | Substrate bonding apparatus and substrate bonding method | |
KR102258659B1 (en) | Substrate bonding method, substrate bonding system, and control method of hydrophilic treatment device | |
WO2005055293A1 (en) | Bonding method, device formed by such method, surface activating unit and bonding apparatus comprising such unit | |
CN112640039B (en) | Joining system and joining method | |
JP4671900B2 (en) | Joining method and joining apparatus | |
JP3820409B2 (en) | JOINING METHOD, DEVICE PRODUCED BY THIS METHOD, AND JOINING DEVICE | |
JP2006339363A (en) | Method and apparatus for surface activation | |
JP4377035B2 (en) | Mounting method and apparatus | |
JP2005191556A (en) | Method and apparatus for gas-filled gold bonding | |
JP7540813B1 (en) | Bonding method, bonding system, irradiation device, and activation treatment device | |
US20230307284A1 (en) | Chip bonding system and chip bonding method | |
JP2012044188A (en) | Connection method | |
JP2024056041A (en) | Joining Method | |
JP7476720B2 (en) | Substrate bonding apparatus and method for manufacturing bonded substrate | |
JP2006073780A (en) | Normal-temperature joint method, equipment, and device | |
JP2018074050A (en) | Board bonding method and board bonding device | |
JP2025087176A (en) | Joining method, structure and joining system | |
JP7495175B2 (en) | Bonding device and bonding method | |
TWI883235B (en) | Chip bonding system and chip bonding method | |
CN119057246A (en) | Method and device for removing particles from semiconductor substrate surface | |
JP2017216469A (en) | Method for bonding substrates having metal regions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240416 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240416 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20240416 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240709 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240807 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7540813 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |