(57)【要約】【課題】エネルギー波により接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、接合すべき両接合面に、同一の材質で不純物の極めて少ない、実質的に活性化された金属表面を形成し、従来低温接合が困難であった金属や酸化物、非金属まで確実に接合できるようにした接合方法および装置を提供する。【解決手段】少なくとも一方が金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、少なくとも金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後、両被接合物の接合部同士を接合する方法であって、エネルギー波による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で一対のプラズマ電極に対向させて保持し、一方の被接合物の金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタしてその表面に金属膜を形成し、しかる後に両被接合物同士を接合する接合方法および装置。【選択図】  図３
2004273941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後、両被接合物の接合部同士を接合する方法であって、前記エネルギー波による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で一対のプラズマ電極に対向させて保持し、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成し、両被接合物を近接させて接合部同士を接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記洗浄用エネルギー波としてプラズマを用いる、請求項１の接合方法。
【請求項３】
前記洗浄用プラズマとしてＲＦプラズマを用いる、請求項２の接合方法。
【請求項４】
両被接合物の接合部をエネルギー波により洗浄し、前記プラズマによりエッチングする金属接合部側を先に洗浄する、請求項１または２の接合方法。
【請求項５】
両被接合物の接合部をプラズマにより洗浄し、プラズマ電極の極性を切り替えて両接合部を順次洗浄する、請求項４の接合方法。
【請求項６】
両被接合物を事前にトラップ用ダミーを用いて一方づつ洗浄したものを取り出し、対向配置する、請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
前記洗浄をプラズマにより行い、続いて前記エッチング／スパッタをプラズマにより行い、プラズマ洗浄時に対しエッチング／スパッタ時には両被接合物間の距離を縮める、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記エッチング／スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる、請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記不活性ガスがＡｒガスからなる、請求項８の接合方法。
【請求項１０】
前記エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度が１０−５〜１Ｔｏｒｒの範囲にある、請求項１〜９のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１２】
前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１３】
前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１４】
前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１５】
前記エッチング／スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する、請求項１４の接合方法。
【請求項１６】
両被接合物の接合部同士の接合を１００℃以下の温度で行う、請求項１〜１５のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１７】
両被接合物間で前記エッチング／スパッタを行う方向を切り替えながら、該エッチング／スパッタを繰り返し行う、請求項１〜１６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１８】
少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段による洗浄後に両被接合物の接合部同士を接合する接合手段とを備えた接合装置において、前記洗浄手段による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で対向させて保持する一対のプラズマ電極を備え、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成するエッチング／スパッタ手段を設けたことを特徴とする接合装置。
【請求項１９】
前記洗浄手段がプラズマ照射手段からなる、請求項１８の接合装置。
【請求項２０】
前記洗浄手段がＲＦプラズマ照射手段からなる、請求項１９の接合装置。
【請求項２１】
前記プラズマ照射手段が、プラズマ電極の極性を切り替え可能な手段からなる、請求項１９の接合装置。
【請求項２２】
前記エッチング／スパッタ手段が、プラズマ洗浄時に対しエッチング／スパッタ時には前記一対のプラズマ電極間の距離を縮めることが可能な手段からなる、請求項１９〜２１のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２３】
前記エッチング／スパッタ手段が、前記エッチング／スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる手段からなる、請求項１８〜２２のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２４】
前記不活性ガスがＡｒガスからなる、請求項２３の接合装置。
【請求項２５】
前記エッチング／スパッタ手段が、前記エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度を１０−５〜１Ｔｏｒｒの範囲に制御する手段を有する、請求項１８〜２４のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２６】
前記エッチング／スパッタ手段が、前記エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気を形成する、局部的な密閉空間を形成可能なローカルチャンバを有する、請求項１８〜２５のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２７】
表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる、請求項１８〜２６のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２８】
前記接合手段が、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する手段からなる、請求項１８〜２７のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２９】
前記接合手段が、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する手段からなる、請求項１８〜２７のいずれかに記載の接合装置。
【請求項３０】
前記接合手段が、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段からなる、請求項１８〜２７のいずれかに記載の接合装置。
【請求項３１】
前記接合手段が、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段からなる、請求項３０の接合装置。
【請求項３２】
前記接合手段が、両被接合物の接合部同士の接合を１００℃以下の温度で行う手段からなる、請求項１８〜３１のいずれかに記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップやウエハー、各種回路基板等の、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合する接合方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、特許文献１には、シリコンウエハーの接合面同士を接合するに際し、接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの接合法が開示されている。この接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、基本的に、接合のための加熱を不要化でき、活性化された表面同士を単に接触させるだけで、常温またはそれに近い低温での接合が可能になる。
【０００３】
しかし、この表面活性化による接合方法においては、低温での接合を行うには、基本的には、両被接合物の接合部が、接合に適した金属接合部で構成されている必要がある。接合しづらい材質で接合部の表面が形成されている場合には、相当高温で接合しなければならず、高温にしても接合が困難な材質もある。たとえば、アルミニウムからなる接合部の場合には、洗浄後たちまち酸化してしまうことが多いため、接合が困難である。また、酸化物や非金属も接合に向かない。
【０００４】
このような問題に対し、比較的接合が困難とされている接合部同士の接合を可能とするために、特許文献２には、超高純度雰囲気内で２つの接合面を粒子ビームで照射した後、再度、前記粒子ビームでいずれか一方の接合面をスパッタリング（実際には、エッチング）して他方の接合面へ超微粒子膜を形成し（他方の接合面へスパッタして超微粒子膜を形成し）、両接合面を重ね合わせてわずかに加圧して接合する接合方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７９１４２９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平６−９９３１７号公報（特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載の接合方法では、接合面の洗浄、スパッタリングに粒子ビームを使用しているため、両被接合物間の距離は容易には変更できないこととなっている。そのため、洗浄時には、一方の接合面の表面から飛ばされた不純物が極力他方の接合面の表面に付着しないようにすることが好ましいため比較的両被接合物間の距離を大きくとって洗浄することが望ましく、一方スパッタリング時には、一方の接合面の表面から飛ばされた超微粒子を他方の接合面の表面に良好に付着させることが好ましいため比較的両被接合物間の距離を小さくしてスパッタリングすることが望ましく、両被接合物間の距離に関して相反する好ましい値となるため、これら洗浄とスパッタリングをそれぞれ最適な条件で実施することができない。換言すれば、いずれかが不十分となる。
【０００７】
そこで本発明の課題は、エネルギー波により接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、接合すべき両接合面に、同一の材質で不純物の極めて少ない、実質的に活性化された金属表面を形成し、元々接合の容易な金属は勿論のこと、従来低温接合が困難であった金属や酸化物、非金属まで確実に接合できるようにした接合方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後、両被接合物の接合部同士を接合する方法であって、前記エネルギー波による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で一対のプラズマ電極に対向させて保持し、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成し、両被接合物を近接させて接合部同士を接合することを特徴とする方法からなる。プラズマによりエッチングされた前記金属接合部の表面は、実質的に活性化された金属表面として形成され、スパッタにより金属膜が形成された他方の被接合物の接合部の表面も、不純物の少ない清浄な、実質的に活性化された、同じ金属からなる金属表面として形成されるので、両接合部同士が容易にかつ極めて良好な状態にて接合されることになる。また、エッチングとスパッタにより両接合部の金属表面が形成されるので、両金属表面が容易に平滑な面として形成され、この点からも両接合部同士の接合が容易化される。なお、本発明において「スパッタ」とは、「ｓｐｕｔｔｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」、つまり堆積させることを意味し、上記エッチングされた金属を他方の被接合物の接合部の表面に堆積させることを意味する。
【０００９】
この接合方法においては、上記洗浄用エネルギー波としては、プラズマ以外を使用することも可能であるが、エッチング／スパッタにはプラズマを用いるので、装置全体の簡素化等のためには、洗浄用エネルギー波にもプラズマを用いることが好ましい。洗浄用プラズマにはＲＦプラズマを用いることができる。上記エッチング／スパッタ用プラズマとしても、ＲＦプラズマを用いることは可能であるが、一方の金属接合部をエッチングし、他方の接合部にスパッタするという動作上、エッチング／スパッタ用プラズマには特定の方向性を持つプラズマを用いることが好ましい。
【００１０】
また、両被接合物の接合部をともにエネルギー波により洗浄する場合、上記プラズマによりエッチングする金属接合部側を先に洗浄することが好ましい。このような順序で洗浄すれば、先に行われる洗浄により金属接合部側から多少の不純物が他方の被接合物の接合部の表面に付着したとしても、続いて行われる該他方の被接合物の接合部の表面洗浄時に付着していた不純物が飛ばされ、活性化された清浄な表面とされてその面上に上記スパッタによる金属膜が良好に形成されることになる。両被接合物の接合部をプラズマにより洗浄する場合には、たとえば、プラズマ電極の極性を切り替えて両接合部を所定の順序にて順次洗浄することができる。さらに、本発明においては、両被接合物を事前にトラップ用ダミーを用いて一方づつ洗浄したものを取り出し、それらを対向配置して上記エッチング／スパッタに供することもできる。
【００１１】
また、前記洗浄をプラズマにより行い、続いて前記エッチング／スパッタをプラズマにより行う場合、プラズマ洗浄時に対しエッチング／スパッタ時には両被接合物間の距離（両被接合物の接合面間の距離）を縮めることが好ましい。つまり、プラズマ洗浄時には両被接合物間の距離を相対的に大きくして、一方の接合面の洗浄の際に他方の接合面に不純物が飛翔しにくいようにし、エッチング／スパッタ時には、両被接合物間の距離を相対的に小さくして、エッチングにより一方の金属接合部から飛ばされた金属が他方の被接合物の接合面に容易に到達しスパッタによる金属膜が容易にかつ良好に形成されるようにする。したがって、プラズマ洗浄時とエッチング／スパッタ時の両方について、それぞれ最適な距離条件を採用することができ、プラズマ洗浄とエッチング／スパッタがともに最適な条件で行われることになる。とくにプラズマは、従来方法における粒子ビームに比べ、距離への依存度が低いので、上記のように異なる距離の条件においても、所望の洗浄特性およびエッチング／スパッタ特性をそれぞれ発揮することができる。
【００１２】
上記エッチング／スパッタ用プラズマは、たとえば不活性ガス雰囲気中で用いることができる。不活性ガスとしては、たとえばＡｒガスを用いることができる。
【００１３】
また、エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度としては、比較的低い真空度でよく、たとえば、１０−５〜１Ｔｏｒｒの範囲の真空度を採用できる。比較的低い真空度でよいため、量産性とコストダウンの達成も容易になる。
【００１４】
本発明に係る接合方法は、表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部が、アルミニウム、酸化物、または非金属からなる場合にも適用できる。従来は、所定の金属同士（たとえば、金同士、銅同士）でないと、表面活性化による低温接合が難しく、また酸化物の低温接合も難しかったが、本発明では、一方がアルミニウムまたはアルミニウム同士、一方が非金属（たとえば、ガラスやセラミック、サファイヤなど）や酸化物であっても、スパッタすることにより金属膜を形成でき、接合時には良好な接合が可能な金属対金属の接合となる。
【００１５】
上記エッチング／スパッタ後には、両被接合物の接合部同士が接合されるが、この接合は、たとえば不活性ガス中で行うことができる。あるいは、エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス（たとえば、窒素ガス）中で接合することもできる。さらに、エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合することもできる。大気中で接合する場合、たとえば、エッチング／スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合することもできる。
【００１６】
このような本発明に係る接合方法では、接合部の表面が互いに接合の容易な、不純物の少ない、実質的に活性化された金属表面として形成されるので、両被接合物の接合部同士の接合は、比較的低温で、つまり、常温あるいはそれに近い温度で、たとえば１００℃以下の温度で行うことが可能となる。
【００１７】
また、両被接合物間で上記エッチング／スパッタを行う方向を切り替えながら、該エッチング／スパッタを繰り返し行うこともできる。このようにスパッタする方向を切り替えながら繰り返し行うことで、上下の異種金属を混ぜ合わせた合金層を成立させてから接合することが可能となる。そうすることにより、より接合させやすくなることと、拡散接合させた場合と同じ状態を作ることが可能になる。また、上下のエッチング／スパッタの時間比や、事前に表面の材料比を調整すれば、合金比率を決めることが可能である。
【００１８】
本発明に係る接合装置は、少なくとも一方の基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、少なくとも前記金属接合部の表面をエネルギー波により洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段による洗浄後に両被接合物の接合部同士を接合する接合手段とを備えた接合装置において、前記洗浄手段による洗浄後に、両被接合物を減圧雰囲気中で対向させて保持する一対のプラズマ電極を備え、一方の被接合物の前記金属接合部の表面をプラズマによりエッチングすることにより、該表面を形成していた金属を他方の被接合物の接合部にスパッタして該他方の被接合物の接合部の表面に金属膜を形成するエッチング／スパッタ手段を設けたことを特徴とするものからなる。
【００１９】
上記洗浄手段は、プラズマ照射手段から構成することができる。このプラズマ照射手段としては、たとえばＲＦプラズマ照射手段や、プラズマ電極の極性を切り替え可能な手段から構成することができる。
【００２０】
また、プラズマ洗浄する場合には、エッチング／スパッタ手段としては、プラズマ洗浄時に対しエッチング／スパッタ時には前記一対のプラズマ電極間の距離を縮めることが可能な手段からなることが好ましい。つまり、プラズマ洗浄時とエッチング／スパッタ時とに、それぞれ最適な距離に制御できることが好ましい。
【００２１】
上記エッチング／スパッタ手段としては、エッチング／スパッタ用プラズマを不活性ガス雰囲気中で用いる手段から構成できる。不活性ガスとしては、たとえばＡｒガスを用いることができる。
【００２２】
また、上記エッチング／スパッタ手段としては、前記エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気の真空度を１０−５〜１Ｔｏｒｒの範囲に制御する手段を有することが好ましい。
【００２３】
また、上記エッチング／スパッタ手段は、前記エッチング／スパッタ用プラズマを発生させる減圧雰囲気を形成する、局部的な密閉空間を形成可能なローカルチャンバを有することが好ましい。これによって、効率よく所望の減圧雰囲気を形成することができる。
【００２４】
前述の如く、表面にスパッタにより金属膜が形成される前記他方の被接合物の接合部は、元々接合が容易な金属以外、アルミニウム、金属酸化物、または非金属などから構成することができる。
【００２５】
上記接合手段としては、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を不活性ガス中で接合する手段から構成できる。あるいは、接合手段を、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を非酸化性ガス中で接合する手段から構成することもできる。さらに、接合手段を、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段から構成することもできる。接合手段を大気中で接合する手段から構成する場合、該接合手段を、前記エッチング／スパッタ後、両被接合物間を位置合わせするアライメントを大気中で行い、続いて両被接合物の接合部同士を大気中で接合する手段として構成することもできる。
【００２６】
また、前述の如く、両被接合物の接合部同士の接合は、比較的低温で、つまり、常温あるいはそれに近い温度で行うことが可能となるので、上記接合手段を、両被接合物の接合部同士の接合を１００℃以下の温度で行う手段から構成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る接合装置１を示しており、図２は、その装置におけるエネルギー波による洗浄工程の様子、図３は、洗浄後のエッチング／スパッタ工程の様子をそれぞれ示している。図１は、ウエハー同士を接合する場合の接合装置１を示しており、本実施態様は、一方の被接合物であるウエハー２が、その基材の表面に接合部３を有しており、他方の被接合物であるウエハー４が、その基材の表面（ウエハー２への対向面）に接合部５を有しており、両被接合物が近接されて接合部３、５同士が接合されるようになっている。ウエハー４は一方の被接合物保持手段としての保持手段６に保持されており、ウエハー２は他方の被接合物保持手段としての保持手段７に保持されている。本実施態様では、保持手段６はＺ方向（上下方向）に位置調整できるようになっており、保持手段７はＸ、Ｙ方向（水平方向）および／または回転方向（θ方向）に位置調整できるようになっている。
【００２８】
なお、上記において、ウエハー４とは、たとえば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、ウエハー２と接合させる側の全てのものをいう。接合部５とは、たとえば、素材やハンダバンプ、スタッドバンプなどウエハー２に設けられた接合部３と接合する全てのものをいう。また、ウエハー２とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、ウエハー４と接合される側の全てのものをいう。接合部３とは、たとえば、電気配線を伴った電極、電気配線につながっていないダミー電極など、ウエハー４に設けられた接合部５と接合する全てのものをいう。また、ウエハー全面で面接合する場合も含む。
【００２９】
また、本実施態様では、保持手段６において直接ウエハー４を保持する部分、および、保持手段７において直接ウエハー２を保持する部分は、電極ツール８、９に構成されており、それぞれプラズマ発生用電極として機能可能に構成されているとともに、ヒーターが内蔵されて少なくとも一方の電極ツールを介して被接合物を加熱可能となっており、かつ、静電チャック手段を備え少なくとも一方の被接合物を静電気的に保持することができるようになっている。すなわち、これら電極ツール８、９が、本発明で言う一対のプラズマ電極を構成している。この一対のプラズマ電極（電極ツール８、９）は、本実施態様では、本発明におけるエッチング／スパッタの際に用いられる一対のプラズマ電極であるとともに、その前に行われるエネルギー波洗浄用のプラズマ電極としても兼用されるようになっている。ヒーターおよび静電チャック手段については図示を省略してあるが、ともに、市販の周知のものを採用できる。図１における１０ａは基板保持手段７側に内蔵された静電チャック用の電極端子、１１ａはプラズマ電極用の端子、１２ａはヒーター用の端子をそれぞれ示しており、電極コネクター１３を介して給電されるようになっている。パターンとしては、表層から静電チャック、プラズマ電極、ヒーターとなっていることが好ましい。同様に、１０ｂはチップ保持手段６側に内蔵された静電チャック用の電極端子、１１ｂはプラズマ電極用の端子、１２ｂはヒーター用の端子を、それぞれ示している。
【００３０】
両被接合物２、４の周囲には、一方の被接合物保持手段（本実施態様では保持手段６）に当接するまで移動して内部に両被接合物２、４を閉じ込める局部的な密閉空間を持つローカルチャンバ構造（図１に２点鎖線の引出線にてローカルチャンバ１４を示す。）を形成することが可能で、かつ、上記当接状態にて、前記被接合物保持手段（本実施態様では保持手段６）の下降に追従してローカルチャンバ１４の容積を縮小する方向、つまり本発明における両被接合物間の距離を縮める方向（本実施態様では下降方向）に移動可能な可動壁１５が設けられている。この可動壁１５は、筒状の剛体壁構造に構成されており、可動壁上昇ポート１６、可動壁下降ポート１７および内部シール機構１８を備えたシリンダ手段１９により、図１の上下方向に移動可能となっている。可動壁１５の先端部には、弾性変形可能なシール材２０が設けられており、上記当接状態にて、ローカルチャンバ１４内部を外部に対してより確実にシール、密閉することができるようになっている。
【００３１】
保持手段７側には、上記のように形成されるローカルチャンバ１４に対し、該ローカルチャンバ１４内を減圧して所定の真空状態にする真空吸引手段としての真空ポンプ２１が接続されている。ローカルチャンバ１４内の空気あるいはガスは、吸引路２２を通して真空ポンプ２１により吸引される。また、この吸引路２２とは別に、あるいはこの吸引路２２と兼用させて、保持手段７側にはアルゴンガス（Ａｒガス）などの特定の不活性ガスをローカルチャンバ１４内に供給するガス供給路２３が設けられている。
【００３２】
このように構成された接合装置１を用いて、本発明に係る接合方法は、たとえば次のように実施される。
まず図１に示したように、被接合物セット工程において、保持手段６側にウエハー４を保持し、保持手段７側にウエハー２を保持する。次に、たとえば、アライメント工程で、両被接合物２、４間に認識手段（たとえば、上下２視野の認識手段、図示略）を挿入し、位置合わせ用の上下の認識マークを読み取り、その読み取り情報に基づいて、保持手段７をＸ、Ｙ方向、さらに必要に応じてθ方向に調整して、両被接合物２、４間の相対位置を所定の精度範囲内に納める。ただし、このアライメントは後述の洗浄工程後、あるいはエッチング／スパッタ工程後に行ってもよい。
【００３３】
アライメント後、可動壁上昇ポート１６を介してシリンダ手段１９に可動壁１５の上昇移動のための圧力を供給し、可動壁１５の先端が保持手段６の下面に当接するまで可動壁１５を移動させる。これによって、周囲に対して実質的に密閉されたローカルチャンバ１４が形成され、両被接合物２、４がこの局部的な密閉空間内に閉じ込められる。ローカルチャンバ１４を形成した状態にて、吸引路２２を通して真空ポンプ２１により吸引することにより、ローカルチャンバ１４内が減圧され（真空引きされ）、所定の真空状態とされる。ウエハー４やウエハー２の保持に静電チャックを使用しているので、高真空度とされても問題なく被接合物の保持状態が維持される。なお、これ以降、ローカルチャンバ１４をこの真空度に維持する場合には、可動壁１５の保持手段６への当接力を適切な大きさに保持しておくことにより、ローカルチャンバ１４内を外部から確実にシールし、内部を所定の真空状態に維持することができる。
【００３４】
次に、被接合物の接合面を、エネルギー波により洗浄する。この洗浄は、上記の高真空状態中でも可能であるが、本実施態様ではエネルギー波としてプラズマを用いるので、効率よく容易にプラズマを発生させるために、ローカルチャンバ１４内を所定の真空度に減圧後、ガス供給路２３を介してローカルチャンバ１４内に必要量のＡｒガスを供給し、ローカルチャンバ１４内を所定の真空度を保ちつつＡｒガス雰囲気にする。
【００３５】
この状態で、ローカルチャンバ１４内にて、上下のプラズマ電極（電極ツール８、９）間で図２に示すようにプラズマ３１を発生させ、発生したプラズマ３１により被接合物の接合面上の有機物や異物を飛ばして接合面を洗浄する。この洗浄時には、後述のエッチング／スパッタ工程時に比べ、相対的に両被接合物２、４間の距離は大きくとられる。したがって、プラズマ洗浄により飛ばされた不純物は、対向する被接合物の接合部には到達しにくくなり、洗浄段階での不純物の付着が抑えられる。また、洗浄用プラズマとしてＲＦプラズマを使用する場合には、実質的に同時に両被接合物２、４の接合部の洗浄が可能である。通常のプラズマを使用する場合には、前述したように、先にウエハー２側の接合部３表面を洗浄し、その後にウエハー４の接合部５表面を洗浄することが好ましく、接合部５表面に不純物がない状態で次のエッチング／スパッタ工程に入ることが好ましい。洗浄の順序は、上下のプラズマ電極８、９の極性を交互に切り替えることにより、プラズマの照射方向を交互に切り替えることができる。このようなＡｒガス雰囲気下でのプラズマ洗浄（エネルギー波洗浄）により、接合面の表面は不純物が飛ばされて実質的に活性化された状態となる。
【００３６】
次に、上記プラズマ洗浄により接合面の表面が活性化されたウエハー４とウエハー２は、上記洗浄工程に比べ、相対的に両被接合物２、４間の距離を縮めた状態とされた後、図３に示すようにエッチング／スパッタ工程に入る。このエッチング／スパッタ工程では、所定の減圧雰囲気中にて、一対のプラズマ電極８、９に保持され、洗浄工程時よりも近接されて対向された両被接合物２、４のうち、本実施態様では、ウエハー２の接合部３に向けてプラズマ３２が照射され、接合部としての接合部３の表面がエッチングされる。このエッチングにより、接合部３の表面を形成していた金属が、微粒子形態にて、他方の被接合物の接合部としてのウエハー４の接合部５の表面へと飛翔され、該表面に付着して該表面上に同一の金属からなる金属膜が形成される。
【００３７】
したがって、このエッチング／スパッタ工程後には、ウエハー２の接合部３の表面（一方の接合面）とウエハー４の接合部５の表面（他方の接合面）とは、同一の金属から形成され、しかも、プラズマ照射により両接合面は実質的に表面活性化された状態となっている。さらに、エッチングされるウエハー２の接合部３の表面は事前にエネルギー波洗浄されているから、エッチングされ他方の接合面へとスパッタされる金属中には不純物は極めて少なく、また、スパッタされるウエハー４の接合部５の表面も事前にエネルギー波洗浄されているから、活性化され、不純物の極めて少ない表面に対してスパッタされることになり、容易にかつ高い付着強度をもって、所望の金属膜３３が形成されることになる。しかも、プラズマエッチングとそれによるスパッタとにより両接合面が形成されるので、両接合面ともに接合に極めて適した平滑な面に容易に形成される。
【００３８】
さらに、本実施態様では、距離に依存しにくいプラズマを、洗浄工程とエッチング／スパッタ工程の両方に適用し、両プラズマを同じ一対のプラズマ電極８、９で発生させるように構成したので、洗浄時には両被接合物間の距離を大きく保って不純物の付着を避け、エッチング／スパッタ時には両被接合物を近接させてエッチング／スパッタを効率よく効果的に行わせることができ、洗浄、エッチング／スパッタともに最適な条件で行うことが可能となる。
【００３９】
上記エッチング／スパッタ工程後、保持手段６がさらに下降され両被接合物２、４がさらに近接されて、金属膜３３が形成されたウエハー４の接合部５が、表面活性化され同一の金属からなるウエハー２の接合部３に接合される。同一の金属からなり実質的に活性化され、しかも不純物の極めて少ない表面同士の接合となるから、低温、たとえば、常温あるいはそれに近い温度で容易にかつ極めて強固に接合されることになる。多少の加熱が望まれる場合にあっても、高々１００℃までの加熱で十分である。
【００４０】
このように、エッチング／スパッタ工程により、他方の被接合物であるウエハー４の接合部５が、たとえば従来常温接合には不向きであると考えられていたアルミニウムなどの金属からなる場合にあっても、常温接合に適した金属（たとえば、金や銅）を一方の被接合物であるウエハー２の接合部３からエッチングしてスパッタすることにより、容易に優れた接合を達成することが可能になる。また、他方の被接合物の接合部が、酸化物や非金属からなる場合にあっても、望ましい金属膜を形成できるので、同様に容易に優れた接合を達成することが可能になる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る接合方法および装置によれば、一方の被接合物の接合部が、従来低温での接合が困難とされてきたアルミニウムや酸化物、非金属からなる場合にあっても、容易に優れた接合を達成することができるようになる。また、接合面の望ましい平滑化も容易に達成でき、接合を一層容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る接合装置の縦断面図である。
【図２】図１の接合装置におけるエネルギー波洗浄時の様子を示す拡大部分縦断面図である。
【図３】図１の接合装置におけるエッチング／スパッタ時の様子を示す拡大部分縦断面図である。
【符号の説明】
１  接合装置
２  一方の被接合物としてのウエハー
３  一方の被接合物の接合部
４  他方の被接合物としてのウエハー
５  他方の被接合物の接合部
６、７  保持手段
８、９  電極ツール（一対のプラズマ電極）
１０ａ、１０ｂ  静電チャック用の電極端子
１１ａ、１１ｂ  プラズマ電極用の端子
１２ａ、１２ｂ  ヒーター用の端子
１３  電極コネクター
１４  ローカルチャンバ
１５  可動壁
１６  可動壁上昇ポート
１７  可動壁下降ポート
１８  内部シール機構
１９  シリンダ手段
２０  弾性変形可能なシール材
２１  真空ポンプ
２２  吸引路
２３  ガス供給路
３１  洗浄用プラズマ
３２  エッチング／スパッタプラズマ
３３  金属膜
【図１】
2004273941.tif 000003
【図２】
2004273941.tif 000004
【図３】
2004273941.tif 000005