JP7608120B2

JP7608120B2 - 接合装置

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Publication number: JP7608120B2
Application number: JP2020189436A
Authority: JP
Inventors: 良則五十川
Original assignee: Tazmo Co Ltd
Current assignee: Tazmo Co Ltd
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2025-01-06
Anticipated expiration: 2040-11-13
Also published as: WO2022102228A1; JP2022141756A; TWI821747B; EP4245451A1; JP7608400B2; TW202233513A; US20240009769A1; CN116367949A; EP4245451A4; JP2022078625A; KR20230066630A

Description

本発明は、レーザ光を用いた接合技術に関する。

半導体デバイス（ＭＥＭＳなど）の製造技術の１つとして、２種類の金属の共晶反応を利用して２枚のウェハを接合する技術が存在する。具体的には、この技術は、共晶反応を生じる２種類の金属のうちの一方の金属を主成分として含んだ金属層と、もう一方の金属を主成分として含んだ金属層とを、２枚のウェハの接合面にそれぞれ形成し、それらの金属層の接触及び加熱によって生じる共晶反応を利用して２枚のウェハを接合するものである。一例として、この技術は、センサ（ジャイロセンサ、バイオセンサなど）や導波路などをデバイス内に封止するために用いられる。

このような共晶反応を利用した接合技術では、２つの金属層を隙間なく接触させた状態で、それらの金属層の接触箇所を、共晶反応が生じる温度まで加熱する必要がある。そして従来は、２枚のウェハを挟圧した状態で、封止するセンサなどと共に当該２枚のウェハ全体を加熱していた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－２２０１４１号公報中国実用新案第２１０２２３９６１号明細書

しかし、上述した従来の接合技術では、封止するセンサまでもが加熱されてしまうため、当該センサが熱で破損するおそれがあった。このため、その技術でデバイス内に封止できるセンサは、高い耐熱性を持ったものに制限されていた。

そこで、近年、レーザ光を用いて、２つの金属層の接触箇所をターゲットにした局所的な加熱を行う技術が提案されている（特許文献２参照）。具体的には、この技術は、接合ステージに載置した上下２枚のウェハを石英板で加圧し（即ち、接合ステージと石英板とで２枚のウェハを挟圧し）、その状態で、２つの金属層の接触箇所に石英板を介してレーザ光を照射することで、当該接触箇所に共晶反応を生じさせるものである。

このようなレーザ光を用いた接合技術によれば、２つの金属層の接触箇所が局所的に加熱されるため、センサへの熱影響が低減され、その結果として、耐熱性の低いセンサをデバイス内に封止することが可能になる。また、２つの金属層の接合箇所をレーザ光で集中的に加熱できるため、当該接合箇所の温度を、共晶反応が生じる温度まで速く上昇させることができ、その結果として、接合処理に要する時間を短縮することが可能になる。また、上述したレーザ光を用いた接合技術は、共晶反応を利用した接合（共晶接合）に限らず、はんだ接合や溶接接合など、局所的な加熱を必要とする様々な接合において有効である。

その一方で、２つのプレス平面（接合ステージの表面と石英板の表面）で２枚のウェハを挟圧して加圧する場合、２つの金属層を隙間なく接触させるためには、当該２つの金属層（特に、そのうちの柔らかい方の金属層）を押し潰して塑性変形させことで隙間を埋める必要があり、大きな圧力が必要になる。それが故に、ウェハの全域で２つの金属層間の隙間を埋めるためには大きな荷重が必要になり、例えば、直径２００ｍｍのウェハの場合には３～６トンの荷重が必要になる。このため、石英板は、接合時の加圧に耐え得る強度となるように（即ち、加圧時に割れることがないように）厚く設計される必要があった。

そこで本発明の目的は、レーザ光を用いた接合技術において、２種類の金属を隙間なく接触させるために必要となる圧力を低減することである。

本発明に係る接合装置は、２つの接合対象の接合面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を、レーザ光を用いた接合で結合させることにより、当該２つの接合対象の接合面どうしを接合する装置であり、テーブルと、加圧機構と、レーザ光を発するレーザ光源と、制御部と、を備える。ここで、テーブルは、レーザ光に対する透過性を持ったものであり、当該テーブルには、２つの接合対象が、第１金属層と第２金属層とを対向させた状態で載置される。加圧機構は、ダイアフラムを有し、テーブルとは反対側から当該ダイアフラムで接合対象の背面に圧力を加えることが可能な機構である。そして、制御部は、２つの接合対象がテーブルに載置された状態で、当該接合対象の背面にダイアフラムで圧力を加えることにより、第１金属層と第２金属層とを接触させ、更にその状態を維持しつつ、第１金属層と第２金属層との接触箇所にテーブルを介してレーザ光を照射する。

上記接合装置において、ダイアフラムは、接合対象の背面に圧力をかけたときに、当該背面の形状に応じて柔軟に変化できるため、接合対象の背面に密着して均一な圧力をかけることができ、その圧力で接合対象を変形させることができる。また、ダイアフラムは、接合対象の変形に伴う背面の形状変化に追従することで、当該背面に均一な圧力をかけ続けることができる。従って、ダイアフラムによって接合対象の背面に均一な圧力をかけることにより、その圧力が比較的に小さくても、第１金属層と第２金属層との間に隙間がなくなるように接合対象を変形させつつ、その状態を維持することができる。よって、比較的小さな圧力でも、第１金属層と第２金属層とを広い範囲で隙間なく接触させることができる。そして、その状態で第１金属層と第２金属層との接触箇所にレーザ光を照射することにより、広い範囲で、第１金属層と第２金属層とを、レーザ光を用いた接合で結合させることができる。

本発明によれば、レーザ光を用いた接合技術において、２種類の金属を隙間なく接触させるために必要となる圧力を低減できる。

接合装置で接合される２つの接合対象を例示した概念図である。第１金属層及び第２金属層がパターニングされている場合の一例を示した（Ａ）断面図及び（Ｂ）平面図である。第１実施形態に係る接合装置を示した概念図である。第１実施形態に係る接合装置の変形例を示した概念図である。第２実施形態に係る接合装置を示した概念図である。

本発明を、レーザ光を用いた接合技術のうちの特に共晶反応を利用した接合技術に適用した場合について、具体的に説明する。

図１は、以下で説明する接合装置で接合される２つの接合対象１０１及び１０２を例示した概念図である。接合対象１０１及び１０２は、例えば半導体ウェハであり、それらの接合面１０１ａ及び１０２ａには、第１金属層２０１及び第２金属層２０２がそれぞれ形成されている。ここで、第１金属層２０１は、共晶反応を生じる２種類の金属のうちの一方の金属を主成分として含んだ層であり、第２金属層２０２は、もう一方の金属を主成分として含んだ層である。２種類の金属の組合せとして、例えば、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の組合せ、銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）の組合せ、銀（Ａｇ）とスズ（Ｓｎ）の組合せ、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）の組合せなどが挙げられる。また、これらの層は、特に限定されるものではないが、接合面１０１ａ及び１０２ａへの金属の蒸着や塗布によって形成される。

図１には、模式的に、接合面１０１ａの全域に第１金属層２０１が形成され、接合面１０１ａの全域に第２金属層２０２が形成された場合が示されているが、実際の半導体デバイス（ＭＥＭＳなど）の製造プロセスでは、第１金属層２０１及び第２金属層２０２は、デバイスの形状や用途などに応じて様々な形状にパターニングされる。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１金属層２０１及び第２金属層２０２のパターン形状の一例を示した断面図及び平面図である。尚、図２（Ｂ）は、第１金属層２０１のみを平面視した図である。この例では、第１金属層２０１及び第２金属層２０２は、各センサ１０３をデバイス内に封止することが可能となるように、各センサ１０３を包囲する四角形の枠状に形成されている。尚、第１金属層２０１及び第２金属層２０２のパターン形状は、四角形の枠状に限らず、デバイスの形状や用途などに応じて適宜変更できる。

そして、以下に説明する接合装置は、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所をレーザ光で加熱することによって生じる共晶反応（即ち、レーザ光を用いた共晶接合）を利用してそれらの金属層を結合させることにより、２つの接合対象１０１及び１０２の接合面１０１ａ及び１０２ａどうしを接合する。

［１］第１実施形態
［１－１］接合装置の構成
図３は、第１実施形態に係る接合装置を示した概念図である。図３に示されるように、本実施形態の接合装置は、チャンバ機構１と、加圧機構２と、レーザ光源３と、制御部９Ａと、を備える。以下、各部の構成について具体的に説明する。

＜チャンバ機構１＞
チャンバ機構１は、第１チャンバ構成部１１と、第２チャンバ構成部１２と、駆動部１３と、排気部１４と、を有する。

第１チャンバ構成部１１及び第２チャンバ構成部１２は、接合処理を行うための密閉空間（以下、「チャンバ１０」と称す）を構成する部分であり、鉛直方向において相対的に近接離間することでチャンバ１０の形成と開放とを選択的に実現できるように構成されている。

そして本実施形態では、第１チャンバ構成部１１は、中心軸方向を鉛直方向に一致させた状態で配置された第１円筒部１１１と、当該第１円筒部１１１に内側に水平に且つ隙間なく支持されたテーブル１１２と、で構成されている。ここで、テーブル１１２は、レーザ光に対する透過性を持ったテーブルであり、２つの接合対象１０１及び１０２が、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを対向させた状態（図１及び図２（Ａ）参照）で載置される部分である。一例として、テーブル１１２は、石英で形成されたテーブルである。第２チャンバ構成部１２は、第１円筒部１１１の上方にて当該第１円筒部１１１と同軸に配された第２円筒部１２１と、当該第２円筒部１２１の上端を塞ぐ天板１２２と、で構成されている。そして、第１円筒部１１１の上端と第２円筒部１２１の下端とが隙間なく接触することで、テーブル１１２と天板１２２との間にチャンバ１０が形成される。

駆動部１３は、第１チャンバ構成部１１及び第２チャンバ構成部１２の少なくとも何れか一方を鉛直方向において移動させることにより、それらの構成部を相対的に近接離間させる部分である。

排気部１４は、チャンバ１０（具体的には、チャンバ１０のうちの、後述するダイアフラム２１とテーブル１１２との間の空間）内が真空状態となるまで当該チャンバ１０内の気圧を低下させる部分である。排気部１４には、例えば真空ポンプなどの気圧調整装置が用いられる。尚、チャンバ機構１は、チャンバ１０内に処理用のガス（アルゴン（Ａｒ）ガスなど）を供給するガス供給部を更に含んでいてもよい。

＜加圧機構２＞
加圧機構２は、ダイアフラム２１を有し、テーブル１１２とは反対側からダイアフラム２１で接合対象１０２の背面１０２ｂに圧力を加えることが可能な機構である。本実施形態では、加圧機構２は、ダイアフラム２１と、当該ダイアフラム２１を動作させる駆動部２２と、で構成されている。具体的には、以下のとおりである。

ダイアフラム２１は、チャンバ１０が形成されたときに、テーブル１１２に載置されている２枚の接合対象１０１及び１０２のうちの上側の接合対象１０２の背面１０２ｂに接触するように、第２円筒部１２１の内側に隙間なく支持されている。

駆動部２２は、圧力媒体２２１を用いてダイアフラム２１に圧力を伝えることにより、当該ダイアフラム２１を動作させる。より具体的には、圧力媒体２２１は、第２チャンバ構成部１２内においてダイアフラム２１と天板１２２との間に充たされており、駆動部２２は、圧力媒体２２１に加える圧力を変化させることで、当該圧力媒体２２１を介してダイアフラム２１を動作させる。ここで、圧力媒体２２１は、液体であってもよいし、気体であってもよい。

＜レーザ光源３＞
レーザ光源３は、レーザ光を発する部分である。本実施形態では、レーザ光源３は、テーブル１１２の下方に配されており、当該テーブル１１２上の接合対象１０１及び１０２へ向けてレーザ光を照射しつつ、第１金属層２０１及び第２金属層２０２のパターン形状に沿ってレーザ光を水平面内で走査することが可能である。また、レーザ光源３は、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にレーザ光の焦点を合わせることができる。

＜制御部９Ａ＞
制御部９Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータなどの処理装置で構成されており、接合装置が備える様々な動作部（チャンバ機構１、加圧機構２、レーザ光源３など）を制御する。具体的には、以下のとおりである。

接合処理の実行時において、制御部９Ａは、２つの接合対象１０１及び１０２がテーブル１１２に載置された状態で、第１チャンバ構成部１１及び第２チャンバ構成部１２を近接させて合体させることでチャンバ１０を形成する。そして、制御部９Ａは、排気部１４を制御することにより、チャンバ１０（具体的には、チャンバ１０のうちの、ダイアフラム２１とテーブル１１２との間の空間）内が真空状態となるまで当該チャンバ１０内の気圧を低下させる。また、制御部９Ａは、必要に応じて、チャンバ１０内に処理用のガス（アルゴン（Ａｒ）ガスなど）を供給する。

その後、制御部９Ａは、加圧機構２を制御することにより、接合対象１０２の背面１０２ｂにダイアフラム２１で圧力を加える。

ここで、ダイアフラム２１は、接合対象１０２の背面１０２ｂに圧力をかけたときに、当該背面１０２ｂの形状に応じて柔軟に変化できるため、接合対象１０２の背面１０２ｂに密着して均一な圧力をかけることができ、その圧力で接合対象１０２を変形（弾性変形を含む）させることができる。また、ダイアフラム２１は、接合対象１０２の変形に伴う背面１０２ｂの形状変化に追従することで、当該背面１０２ｂに均一な圧力をかけ続けることができる。従って、ダイアフラム２１によって接合対象１０２の背面１０２ｂに均一な圧力をかけることにより、その圧力が比較的に小さくても、第１金属層２０１と第２金属層２０２との間に隙間がなくなるように接合対象１０２を変形させつつ、その状態を維持することができる。よって、比較的小さな圧力でも、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを広い範囲で隙間なく接触させることができる。即ち、ダイアフラム２１で加圧することにより、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを隙間なく接触させるために必要となる圧力を低減できる。例えば、接合対象１０１及び１０２が直径２００ｍｍのウェハである場合、特許文献２のようにプレス平面で挟圧すると３～６トンの荷重が必要になるが、ダイアフラム２１で加圧することにより２トン以下まで荷重を低減できる。

このように接合対象１０２の背面１０２ｂへのダイアフラム２１での加圧によって第１金属層２０１と第２金属層２０２とを隙間なく接触させた後、制御部９Ａは、その状態を維持しつつ、レーザ光源３を制御することにより、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にテーブル１１２を介してレーザ光を照射する。また、制御部９Ａは、第１金属層２０１及び第２金属層２０２のパターン形状に沿ってレーザ光を水平面内で走査する。これにより、接合対象１０１及び１０２の全域において、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを共晶接合で結合させることができる。このようにして、２つの接合対象１０１及び１０２の接合面１０１ａ及び１０２ａどうしが接合される。

また、上述したようにダイアフラム２１で加圧することにより、必要となる圧力を低減できるため、テーブル１１２に必要な強度（接合時の加圧に耐え得る強度）も小さくなり、その結果として、テーブル１１２の厚さを比較的小さくすることが可能になる。

［１－２］変形例
図４は、第１実施形態に係る接合装置の変形例を示した概念図である。図４に示されるように、接合装置は、接合対象１０１及び１０２を加熱するヒータ４を更に備えていてもよい。本実施形態では、ヒータ４は、熱伝導率の高い材料（アルミニウム（Ａｌ）など）で形成された熱交換部４１と、当該熱交換部４１に熱を与える熱媒体４２と、当該熱媒体４２の温度を調整する温度調整部４３と、で構成された熱交換器である。そして、ヒータ４は、ダイアフラム２１に対してテーブル１１２とは反対側に配置されている。具体的には、天板１２２の内面に熱交換部４１が設置され、当該天板１２２に設けられた孔を通じて、熱交換部４１と温度調整部４３との間での熱媒体４２の循環が行われる。このような構成によれば、熱交換部４１とダイアフラム２１との間に圧力媒体２２１が介在し、当該圧力媒体２２１を介して熱交換部４１とダイアフラム２１との間での熱交換が行われる。即ち、ヒータ４の熱が、圧力媒体２２１を介してダイアフラム２１に伝わることになる。

そして、制御部９Ａは、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にレーザ光を照射する際に、温度調整部４３を制御することにより、熱交換部４１を介して接合対象１０１及び１０２を加熱する。このとき、制御部９Ａは、共晶接合に必要な温度（共晶温度）よりも低い温度で接合対象１０１及び１０２を加熱する。これにより、ヒータ４による加熱で第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所の温度が上昇した分、レーザ光による加熱で上昇させる温度幅を小さくすることができる。一例として、２種類の金属の組合せがアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の組合せである場合、共晶接合に必要な温度（共晶温度）は約４５０℃であるため、ヒータ４で接合対象１０１及び１０２を例えば約９０℃まで加熱しておくことにより、レーザ光による加熱で上昇させる温度幅を約３６０℃（＝４５０℃－９０℃）まで低下させることができる。即ち、ヒータ４は、レーザ光による接触箇所の加熱を補助する。よって、レーザ出力を抑えて省エネルギを図ることや、接合処理の処理速度を高速化することなどが可能になる。

また、ヒータ４による加熱は、接合時に生じた接合対象１０１及び１０２の歪み（具体的には、ダイアフラム２１での加圧による接合対象１０２の変形が、接合でそのまま残ったもの）を緩和するためのアニール処理にも用いることができる。

このようにヒータ４を備えた構成においては、圧力媒体２２１は、気体であるよりも液体であるほうが好ましい。なぜなら、液体のほうが気体よりも熱伝導率が高いため、熱交換部４１とダイアフラム２１との間での圧力媒体２２１を介した熱交換の効率が高まり、その結果として、ヒータ４の熱がダイアフラム２１に伝わりやすくなるからである。

また、熱媒体４２は、温度調整部４３で所定温度（例えば、９０℃）に調整された恒温水であることが好ましい。なぜなら、恒温水によって熱交換部４１の温度を一定に保つことが可能になるため、接合対象１０１及び１０２を補助的に加熱するだけでなく、レーザ光での加熱によって接合対象１０１及び１０２の温度が上昇し過ぎた場合には、それらを冷却することができる（過加熱の防止）。

［２］第２実施形態
第１実施形態で説明した接合装置は、接合対象１０１及び１０２を個別に保持するチャック機構、及びそれらの位置関係を調整するアライメント機構、を何れも持たない装置である。このため、２つの接合対象１０１及び１０２は、当該接合装置での接合前に別の装置で位置関係が調整されて重ねられ、それからテーブル１１２上に搬送されて載置される。しかし、２つの接合対象１０１及び１０２を重ねただけの状態で搬送した場合、搬送時に生じる振動などで、調整された接合対象１０１及び１０２の位置関係が崩れるおそれがある。

そこで本実施形態では、第１実施形態で説明した接合装置での接合（本接合）前において、２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係の調整、及び調整後の位置関係を維持するための仮接合、を何れも行う別の接合装置について説明する。ここで、仮接合は、レーザ光を用いた共晶接合を利用して第１金属層２０１と第２金属層２０２とを数箇所で結合させることによって行われる。

図５は、第２実施形態に係る接合装置を示した概念図である。図５に示されるように、本実施形態の接合装置は、チャック機構５と、アライメント機構６と、加圧機構７と、レーザ光源８と、制御部９Ｂと、を備える。以下、各部の構成について具体的に説明する。

＜チャック機構５及び加圧機構７＞
チャック機構５は、第１チャック部５１と、第２チャック部５２と、を有する。

第１チャック部５１は、２つの接合対象１０１及び１０２のうちの一方の接合対象１０１の背面１０１ｂを吸着する吸着面５１ａを持ったテーブルであり、当該吸着面５１ａには、全域に吸着溝５１ｂが形成されている。そして、接合対象１０１を、背面１０１ｂを下にして吸着面５１ａに載置し、その状態で、真空吸引などで吸着溝５１ｂ内の気圧を低下させることにより、接合対象１０１の背面１０１ｂを吸着面５１ａに吸着させることができる。

更に、第１チャック部５１の吸着面５１ａには、複数箇所（例えば、５箇所。図５では、そのうちの３箇所が図示されている）にレーザ光を通す貫通孔５１ｃが形成されている。また、各貫通孔５１ｃには、レーザ光の球面収差を補正するための石英ブロック５１１が埋め込まれている。

第２チャック部５２は、２つの接合対象１０１及び１０２のうちの他方の接合対象１０２の背面１０２ｂを吸着する吸着面５２ａを持ち、当該吸着面５２ａを第１チャック部５１の吸着面５１ａに対向させた状態で配されている。本実施形態では、第２チャック部５２は、その土台となるベース体５２１を有しており、当該ベース体５２１の下面５２１ａのうちの貫通孔５１ｃと対向する部分のそれぞれが、加圧機構７が持つ圧接面７１ａで構成されている。また、当該圧接面７１ａには吸着溝５２ｂが形成されている。より具体的には、以下のとおりである。

加圧機構７は、圧接面７１ａを持った圧接部７１と、駆動部７２と、を有する。そして、第２チャック部５２のうちの貫通孔５１ｃと対向する箇所のそれぞれに、圧接部７１が設けられている。また、圧接部７１は、ベース体５２１の下面５２１ａに垂直な方向（ここでは、鉛直方向）への移動が可能となるように設けられており、ベース体５２１の下面５２１ａから圧接面７１ａが下方へ突出する突出位置まで移動することができる。駆動部７２は、例えばエアシリンダであり、圧接面７１ａに接触した対象への加圧を可能にするものである。本実施形態では、駆動部７２は、圧接部７１を下方へ付勢することにより、当該圧接部７１を上記突出位置まで移動させている。

そして、接合対象１０２の背面１０２ｂに圧接面７１ａを接触させ、接触させた状態で、真空吸引などで吸着溝５２ｂ内の気圧を低下させることにより、接合対象１０２の背面１０２ｂを圧接面７１ａに吸着させる。このように、本実施形態では、吸着溝５２ｂが設けられた圧接面７１ａにより、第２チャック部５２の吸着面５２ａが構成されている。

より具体的には、第１チャック部５１及び第２チャック部５２への２つの接合対象１０１及び１０２の保持（吸着）は、次のように行われる。第１チャック部５１に接合対象１０１を吸着させる前に、先ず、接合対象１０２を、その背面１０２ｂを上に向けた状態で第１チャック部５１に載置する。そして、第１チャック部５１及び第２チャック部５２の少なくとも何れか一方を鉛直方向において移動させることにより（例えば、第２チャック部５２を降下させることにより）、圧接面７１ａ（吸着面５２ａ）を接合対象１０２の背面１０２ｂに接触させ、接触させた状態で、真空吸引などで吸着溝５２ｂ内の気圧を低下させることにより、接合対象１０２の背面１０２ｂを圧接面７１ａに吸着させる。その後、第１チャック部５１及び第２チャック部５２を離間させ（例えば、第２チャック部５２を上昇させ）、それから第１チャック部５１に接合対象１０１を吸着させる。

第１チャック部５１及び第２チャック部５２への２つの接合対象１０１及び１０２の保持（吸着）後、以下で説明するアライメント機構６によって当該２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を調整し、それから第１チャック部５１及び第２チャック部５２の少なくとも何れか一方を鉛直方向において移動させることにより（例えば、第２チャック部５２を降下させることにより）、２つの接合対象１０１及び１０２（具体的には、第１金属層２０１と第２金属層２０２）を接触させる。そして、駆動部７２の付勢力に抗して第１チャック部５１及び第２チャック部５２を更に近づけることにより（例えば、第２チャック部５２を更に降下させることにより）、接合対象１０２の背面１０２ｂには、圧接部７１を介して圧力が加わる。

このように、加圧機構７によれば、第２チャック部５２に吸着された接合対象１０２の背面１０２ｂのうちの貫通孔５１ｃと重なる局所に圧力を加えることができる。これにより、当該局所にて第１金属層２０１と第２金属層２０２とを隙間なく接触させることができる。

＜アライメント機構６＞
アライメント機構６は、第１チャック部５１及び第２チャック部５２に２つの接合対象１０１及び１０２が保持（吸着）された状態で、当該２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を、第１金属層２０１と第２金属層２０２とが対向するように調整するための機構である。具体的には、アライメント機構６は、第１チャック部５１及び第２チャック部５２の少なくとも何れか一方の位置を水平面内で調整することにより、それらに保持（吸着）された２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を調整することができる。

＜レーザ光源８＞
レーザ光源８は、レーザ光を発する部分である。本実施形態では、レーザ光源８は、第１チャック部５１の下方に配されており、貫通孔５１ｃを介して、当該第１チャック部５１上の接合対象１０１及び１０２へ向けてレーザ光を照射する。ここで、レーザ光源８は、第１チャック部５１に設けられている複数の貫通孔５１ｃに同時にレーザ光を通すものであってもよいし、水平面内での移動が可能であって１つずつ順番に貫通孔５１ｃにレーザ光を通すものであってもよい。また、レーザ光源３は、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にレーザ光の焦点を合わせることができる。

＜制御部９Ｂ＞
制御部９Ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータなどの処理装置で構成されており、接合装置が備える様々な動作部（チャック機構５、アライメント機構６、加圧機構７、レーザ光源８など）を制御する。具体的には、以下のとおりである。

仮接合処理の実行時において、制御部９Ｂは、第１チャック部５１及び第２チャック部５２に２つの接合対象１０１及び１０２が保持（吸着）された状態で、アライメント機構６を制御することにより、当該２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を、第１金属層２０１と第２金属層２０２とが対向するように調整する。アライメント機構６による位置関係の調整後、制御部９Ｂは、当該位置関係を維持したまま、第１チャック部５１及び第２チャック部５２の少なくとも何れか一方を鉛直方向において移動させることにより、それらに保持（吸着）されている２つの接合対象１０１及び１０２を近づけ、それにより第１金属層２０１と第２金属層２０２とを接触させる。これにより、接合対象１０２の背面１０２ｂのうちの貫通孔５１ｃと重なる局所に、圧接部７１を介して圧力が加わり、その結果として、その局所にて第１金属層２０１と第２金属層２０２とが隙間なく接触する。このとき、制御部９Ｂは、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを接触させた状態で、加圧機構７（具体的には、駆動部７２）を制御することにより、上記局所に加える圧力を調整してもよい。

このように上記局所にて第１金属層２０１と第２金属層２０２とを隙間なく接触させた後、制御部９Ｂは、その状態を維持しつつ、レーザ光源３を制御することにより、当該局所に対応する貫通孔５１ｃを介して、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にレーザ光を照射する。これにより、接合対象１０１及び１０２の数箇所において、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを共晶接合で結合させることができる。このようにして、２つの接合対象１０１及び１０２の接合面１０１ａ及び１０２ａどうしが接合される。

このように、第１実施形態で説明した接合装置での接合（本接合）前に、２つの接合対象１０１及び１０２に対する仮接合を行うことにより、アライメント機構６で調整された２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係が固定され、その結果として、搬送時に振動などが生じた場合であっても２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係が崩れにくくなる。

［３］第３実施形態
上述した第１実施形態に係る接合装置において、テーブル１１２及びダイアフラム２１は、２つの接合対象１０１及び１０２をそれぞれ個別に吸着する吸着面を持ったものであってもよい。また、当該接合装置は、テーブル１１２及びダイアフラム２１に保持（吸着）された２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を調整するアライメント機構を更に備えていてもよい。ここで、当該アライメント機構は、第１チャンバ構成部１１及び第２チャンバ構成部１２の少なくとも何れか一方の位置を水平面内で調整することにより、テーブル１１２及びダイアフラム２１に吸着された２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を調整する。

この場合、制御部９Ａは、テーブル１１２及びダイアフラム２１に２つの接合対象１０１及び１０２が保持（吸着）された状態で、上記アライメント機構を制御することにより、当該２つの接合対象１０１及び１０２の位置関係を、第１金属層２０１と第２金属層２０２とが対向するように調整する。アライメント機構による位置関係の調整後、制御部９Ａは、当該位置関係を維持したまま、第１チャンバ構成部１１及び第２チャンバ構成部１２を近接させて合体させることでチャンバ１０を形成する。これにより、テーブル１１２及びダイアフラム２１に保持（吸着）された２つの接合対象１０１及び１０２を近づけ、それによって第１金属層２０１と第２金属層２０２とを接触（近接を含む）させることができる。

その後、制御部９Ａは、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを接触（近接を含む）させた状態で、加圧機構２を制御することにより、接合対象１０２の背面１０２ｂにダイアフラム２１で圧力を加え、それにより、第１金属層２０１と第２金属層２０２とを隙間なく接触させる。そして制御部９Ａは、その状態を維持しつつ、レーザ光源３を制御することにより、第１金属層２０１と第２金属層２０２との接触箇所にテーブル１１２を介してレーザ光を照射する。また、制御部９Ａは、第１金属層２０１及び第２金属層２０２のパターン形状に沿ってレーザ光を水平面内で走査する。

本実施形態の接合装置によれば、第２実施形態で説明した仮接合が不要となり、接合に使用するシステム全体を簡略化することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した接合装置は、共晶反応を利用した接合（共晶接合）に限らず、はんだ接合や溶接接合など、局所的な加熱を必要とする様々な接合に適用することができる。

１チャンバ機構
２加圧機構
３レーザ光源
４ヒータ
５チャック機構
６アライメント機構
７加圧機構
８レーザ光源
９Ａ、９Ｂ制御部
１０チャンバ
１１第１チャンバ構成部
１２第２チャンバ構成部
１３駆動部
１４排気部
２１ダイアフラム
２２駆動部
４１熱交換部
４２熱媒体
４３温度調整部
５１第１チャック部
５１ａ吸着面
５１ｂ吸着溝
５１ｃ貫通孔
５２第２チャック部
５２ａ吸着面
５２ｂ吸着溝
７１圧接部
７１ａ圧接面
７２駆動部
１０１、１０２接合対象
１０１ａ、１０２ａ接合面
１０１ｂ、１０２ｂ背面
１０３センサ
１１１第１円筒部
１１２テーブル
１２１第２円筒部
１２２天板
２０１第１金属層
２０２第２金属層
２２１圧力媒体
５１１石英ブロック
５２１ベース体
５２１ａ下面

Claims

２つの接合対象の接合面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を、レーザ光を用いた接合で結合させることにより、前記２つの接合対象の接合面どうしを接合する装置であって、
前記レーザ光に対する透過性を持ったテーブルであり、前記２つの接合対象が、前記第１金属層と前記第２金属層とを対向させた状態で載置されるテーブルと、
ダイアフラムを有し、前記テーブルとは反対側から前記ダイアフラムで前記接合対象の背面に圧力を加えることが可能な加圧機構と、
前記レーザ光を発するレーザ光源と、
前記２つの接合対象が前記テーブルに載置された状態で、当該接合対象の背面に前記ダイアフラムで圧力を加えることにより、前記第１金属層と前記第２金属層とを接触させ、更にその状態を維持しつつ、前記第１金属層と前記第２金属層との接触箇所に前記テーブルを介して前記レーザ光を照射することにより、当該接触箇所にてそれらの金属層どうしを結合させる制御部と、
を備える、接合装置。
前記接合対象を加熱するヒータを更に備え、
前記制御部は、前記接触箇所に前記レーザ光を照射する際に、前記ヒータにより、当該レーザ光を用いた前記接合に必要な温度よりも低い温度で前記接合対象を加熱する、請求項１に記載の接合装置。
前記加圧機構において前記ダイアフラムに圧力を伝えるための圧力媒体が液体であり、
前記ヒータは、前記ダイアフラムに対して前記テーブルとは反対側に配置され、前記ヒータと前記ダイアフラムとの間に前記圧力媒体が介在している、請求項２に記載の接合装置。
前記ヒータは、所定温度に調整された恒温水を熱媒体とする熱交換器である、請求項２又は３に記載の接合装置。
２つの接合対象の接合面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を、レーザ光を用いた接合で結合させることにより、前記２つの接合対象の接合面どうしを接合する装置であって、
前記２つの接合対象のうちの一方の接合対象の背面を吸着する吸着面を持ち、前記レーザ光を通す貫通孔が前記吸着面に設けられた第１チャック部と、
前記２つの接合対象のうちの他方の接合対象の背面を吸着する吸着面を持った第２チャック部と、
前記第１チャック部及び前記第２チャック部に前記２つの接合対象が吸着された状態で、当該２つの接合対象の位置関係を、前記第１金属層と前記第２金属層とが対向するように調整するためのアライメント機構と、
前記第２チャック部に吸着された前記接合対象の背面のうちの前記貫通孔と重なる局所に圧力を加えるための加圧機構と、
前記レーザ光を発するレーザ光源と、
前記アライメント機構による前記位置関係の調整後、前記第１金属層と前記第２金属層とを接触させた状態で、前記加圧機構によって前記局所に圧力を加え、更にその状態を維持しつつ、当該局所に対応する前記貫通孔を介して、前記第１金属層と前記第２金属層との接触箇所に前記レーザ光を照射することにより、当該接触箇所にてそれらの金属層どうしを結合させる制御部と、
を備え、
前記貫通孔は、前記第１金属層と前記第２金属層との接触箇所にのみ前記レーザ光が照射されるように前記第１チャック部の複数箇所に形成されており、
前記加圧機構は、前記貫通孔と重なる局所にのみ圧力を加えることが可能となるように構成されている、接合装置。
本接合前において、前記２つの接合対象の位置関係の調整、及び調整後の位置関係を維持するための仮接合、を行う、請求項５に記載の接合装置。
２つの接合対象の接合面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を、レーザ光を用いた接合で結合させることにより、前記２つの接合対象の接合面どうしを接合する装置であって、
前記レーザ光に対する透過性を持ち、且つ、前記２つの接合対象のうちの一方の接合対象の背面を吸着する吸着面を持ったテーブルと、
前記２つの接合対象のうちの他方の接合対象の背面を吸着する吸着面を持ったダイアフラムを有し、そのダイアフラムで当該接合対象の背面に圧力を加えることが可能な加圧機構と、
前記テーブル及び前記ダイアフラムに前記２つの接合対象が吸着された状態で、当該２つの接合対象の位置関係を、前記第１金属層と前記第２金属層とが対向するように調整するためのアライメント機構と、
前記レーザ光を発するレーザ光源と、
前記アライメント機構による前記位置関係の調整後、前記第１金属層と前記第２金属層とを接触させた状態で、前記接合対象の背面に前記ダイアフラムで圧力を加え、更にその状態を維持しつつ、前記第１金属層と前記第２金属層との接触箇所に前記テーブルを介して前記レーザ光を照射することにより、当該接触箇所にてそれらの金属層どうしを結合させる制御部と、
を備える、接合装置。