(57)【要約】【課題】  基板やデバイスに変性や劣化が生じない温度において、構造物を接合する方法および装置を提供する。【解決手段】  ２つの構造物を互いに接合する方法であって、少なくとも一方の構造物の接合面にエネルギー線を照射する工程、エネルギー線を照射された構造物の接合面と他方の構造物の接合面とを接触させる工程、を含むことを特徴とする方法を用いる。また、エネルギー線発生源を備えた鏡筒、およびエネルギー線を照射する照射部を有することを特徴とする、接合装置を用いる。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの構造物を互いに接合する方法であって、
少なくとも一方の構造物の接合面にエネルギー線を照射する工程、
エネルギー線を照射された構造物の接合面と他方の構造物の接合面とを接触させる工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
２つの構造物を互いに接合する方法であって、
２つの構造物の接合面を互いに接触させる工程、
接合面の隙間から接合面にエネルギー線を照射する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
２つの構造物を互いに接合する方法であって、
２つの構造物の接合面を互いに接触させる工程、
少なくとも一方の構造物を介して接合面にエネルギー線を照射する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
接触した構造物を接合面方向に互いに押圧することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
接触した構造物を加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
減圧下で接合面を接触させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
減圧下でエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの構造物を接地することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの構造物の接合面を予めＣＭＰ処理した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
有機金属化合物および／または有機金属錯体を溶解した溶液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
金属超微粒子を分散した分散液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
接合する構造物の少なくとも一方が、プラグ、光ファイバー、半導体レーザー、フォトダイオード、および光変調器からなる群より選択される、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
エネルギー線照射部位以外の少なくとも１部分に、チャージアップ防止コーティングを行うことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
構造物の接合面をエネルギー線で走査することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
エネルギー線が、電子線、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、およびγ線からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
エネルギー線発生源を備えた鏡筒、およびエネルギー線を照射する照射部を有することを特徴とする、接合装置。
【請求項１７】
照射部に構造物を保持するホルダを有し、前記ホルダを回転する機構をさらに有する、請求項１６に記載の接合装置。
【請求項１８】
減圧することができる照射部を有する、請求項１６または１７に記載の接合装置。
【請求項１９】
差動排気開口を有することを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２０】
金属箔により鏡筒と照射部との圧力を隔絶することを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の接合装置。
【請求項２１】
金属箔がチタン箔であることを特徴とする、請求項２０に記載の接合装置。
【請求項２２】
エネルギー線が、電子線、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、およびγ線からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれかに記載の接合装置、および搬送ロボットを備えることを特徴とする、接合システム。
【請求項２４】
請求項１６〜２２のいずれかに記載の接合装置、搬送室、ロードロック室および搬送ロボットを備えることを特徴とする、接合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラグ、光ファイバー、半導体レーザー、フォトダイオード、または光変調器等の構造物を互いに接合する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウエハやプラグ等の接合には、半田付けが多く行われてきた（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、半田付けを行うためには、半田を融解させるために高温を必要とし、このために基板となる樹脂や各種デバイスが熱により変成または劣化するという問題があった。
【０００４】
また、接合の他の方法としては、（１）各々の接合面をＣＭＰ等で研磨して清浄にし、（２）接合面同士を突き当て、（３）加熱する、という方法がある。
しかし、この場合でも、熱よる変成や劣化の問題が依然存在する。
【０００５】
一方、光ファイバー同士を接合する場合には、精密位置決めロボットでファイバー接合面を向かい合わせ、大気中で被接合物に紫外線（ＵＶ）硬化接着剤を塗布した後に、紫外線照射を行い、例えば１４５℃に加熱することで接着剤をガラス転移させた後、冷却して接合する方法が知られている。
【０００６】
しかし、この方法では、（１）大気中で行うプロセスであるため、接合面へのパーティクル（不純物）混入による透過率、反射率等の光学特性が劣化する、（２）接着剤をガラス転移するために高温にまで加熱する必要があり、コアとクラッド材の組成比が変化して屈折率が変化する、（３）接着剤硬化後のファイバー同士の位置ずれによって、周波数減衰や伝達減衰など、通信特性が劣化する、等の問題があった。
【０００７】
また、光ファイバー同士を向かい合わせて、接着剤を用いずに加圧接合する方法も知られているが、上記（１）の問題点のほかに、ファイバーの繰り返し応力（曲げや引っ張り）に対して、容易に接合物が破断してしまうという問題点を有していた。
【０００８】
ところで、電子線等のエネルギー線を用いた加工技術としては、高電圧（８０〜１５０ｋＶ）のもとでフィラメントから放出された電子ビームをアノードで加速し、電磁レンズおよび偏光コイルで対象に焦点を絞り、局部的（例えば、直径１０〜５０μｍ）に高エネルギー（１０6〜１０9Ｗ／ｃｍ2）を与えて対象を加工する方法が知られている。
【０００９】
そして、この加工は、高真空中（１０-2〜１０-4Ｐａ）で行われるので、加工中の酸化などがきわめて少なく、局部的に高温加熱することができるので、硬質材料の穴あけや、薄切りなどの精密加工に利用されている。
【特許文献１】特開平５−０２１６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、基板やデバイスに変性や劣化が生じない温度において、構造物を接合する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、２つの構造物を互いに接合する方法であって、少なくとも一方の構造物の接合面にエネルギー線を照射する工程、エネルギー線を照射された構造物の接合面と他方の構造物の接合面とを接触させる工程、を含むことを特徴とする方法である。
【００１２】
また、本発明は、２つの構造物を互いに接合する方法であって、２つの構造物の接合面を互いに接触させる工程、接合面の隙間から接合面にエネルギー線を照射する工程、を含むことを特徴とする方法である。
【００１３】
さらに、本発明は、２つの構造物を互いに接合する方法であって、２つの構造物の接合面を互いに接触させる工程、少なくとも一方の構造物を介して接合面にエネルギー線を照射する工程、を含むことを特徴とする方法である。
【００１４】
また、本発明は、接触した構造物を接合面方向に互いに押圧することを特徴とする、上記の方法である。
【００１５】
さらに、本発明は、接触した構造物を加熱することを特徴とする、上記の方法である。
【００１６】
また、本発明は、減圧下で接合面を接触させることを特徴とする、上記の方法である。
【００１７】
さらに、本発明は、減圧下でエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
【００１８】
また、本発明は、少なくとも１つの構造物を接地することを特徴とする、上記の方法である。
【００１９】
さらに、本発明は、少なくとも１つの構造物の接合面を予めＣＭＰ処理した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
【００２０】
また、本発明は、有機金属化合物および／または有機金属錯体を溶解した溶液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
【００２１】
さらに、本発明は、金属超微粒子を分散した分散液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
【００２２】
また、本発明は、接合する構造物の少なくとも一方が、プラグ、光ファイバー、半導体レーザー、フォトダイオード、および光変調器からなる群より選択される、上記の方法である。
【００２３】
さらに、本発明は、エネルギー線照射部位以外の少なくとも１部分に、チャージアップ防止コーティングを行うことを特徴とする、上記の方法である。
【００２４】
また、本発明は、構造物の接合面をエネルギー線で走査することを特徴とする、上記の方法である。
【００２５】
さらに、本発明は、エネルギー線が、電子線、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、およびγ線からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、上記の方法である。
【００２６】
また、本発明は、エネルギー線発生源を備えた鏡筒、およびエネルギー線を照射する照射部を有することを特徴とする、接合装置である。
【００２７】
さらに、本発明は、照射部に構造物を保持するホルダを有し、前記ホルダを回転する機構をさらに有する、上記の接合装置である。
【００２８】
また、本発明は、減圧することができる照射部を有する、上記の接合装置である。
【００２９】
さらに、本発明は、差動排気開口を有することを特徴とする上記の接合装置である。
【００３０】
また、本発明は、金属箔により鏡筒とホルダ周囲との圧力を隔絶することを特徴とする、上記の接合装置である。
【００３１】
さらに、本発明は、金属箔がチタン箔であることを特徴とする、上記の接合装置である。
【００３２】
また、本発明は、エネルギー線が、電子線、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、およびγ線からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、上記の装置である。
【００３３】
さらに、本発明は、上記の接合装置、および搬送ロボットを備えることを特徴とする、接合システムである。
【００３４】
また、本発明は、上記の接合装置、搬送室、ロードロック室および搬送ロボットを備えることを特徴とする、接合システムである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明により、基板やデバイスに変性や劣化が生じない温度において、構造物を接合する方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の接合方法を、エネルギー線として電子線を用いた例について、以下図面を参照して説明する。
【００３７】
図１〜図５は、構造物として２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す。
図５に示すように、一方の銅プラグ１０１は、シリコンウエハ１０４のデバイス面１０５と反対側に突出しており、もう一方の銅プラグ１０２は、樹脂と銅で構成されるインターポーザまたはパッケージ１０６から突出している。
【００３８】
ここで、図１〜図４において、シリコンウエハ１０４とインターポーザまたはパッケージ１０６を重ね合わせ、銅プラグ１０１と銅プラグ１０２の接合面を互いに接触させている。
【００３９】
そして、図１において、接合面の隙間から接合面に電子線１１０を照射する。これにより、銅プラグ１０１と銅プラグ１０２とが接合されることとなる。
【００４０】
また、図２において、インターポーザまたはパッケージ１０６の電子線１１０に面した表面にチャージアップ防止コーティングを行っている。即ち、エネルギー線照射部位以外の少なくとも１部にチャージアップ防止コーティングを行っていることとなる。これにより、樹脂がチャージアップして、電子線１１０の軌道が変化することを防止することができる。
【００４１】
図３において、銅プラグ１０２を接地して、電子線１１０を照射している。これにより、ワークが帯電することによるデバイスの損傷を防止することができる。
【００４２】
図４において、銅プラグ１０１を介して接合面に電子線を照射している。これにより、接合面の隙間から電子線を照射しにくい場合でも、電子線を接合面に照射することが可能となる。
【００４３】
なお、本発明において、少なくとも１つの構造物の接合面を予めＣＭＰ処理した後にエネルギー線を照射することにより、より確実に接合することが可能となる。
【００４４】
また、本発明において、有機金属化合物および／または有機金属錯体を溶解した溶液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することにより、より確実に接合することができるようになる。これは、電子線を照射することにより有機金属化合物および／または有機金属錯体の有機成分が分解され、金属成分が析出することによるものである。
【００４５】
ここで用いられる有機金属化合物としては、例えば、シクロペンタジエニル金属等を、有機金属錯体としては、例えば、金属アルコキシド、金属βジケトネート、ジピバロイルメタナト金属塩、金属カルボン酸塩等を挙げることができる。さらに、有機金属錯体としては、アセチルアセトン金属塩、ジエタノールアミン金属塩、トリエタノールアミン金属塩、ジエチレングリコール金属塩、アセト酢酸アルキルエステル金属塩、アロン酸エステル金属塩、ヒドラゾン金属塩等の金属キレート化合物を挙げることができる。これらの中では、好ましくは、金属アルコキシド、金属βジケトネート、ジピバロイルメタナト金属塩、金属カルボン酸塩及びこれらのキレート化合物を挙げることができる。
【００４６】
また、本発明において、金属超微粒子を分散した分散液を、少なくとも１つの構造物の接合面に予め塗布した後にエネルギー線を照射することにより、より確実に接合することが可能となる。これは、電子線を照射することにより、溶媒が分解され、金属成分が析出することによるものである。
【００４７】
ここで用いられる有機金属化合物、有機金属錯体、または金属超微粒子を構成する金属としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、およびＳｎ等を挙げることができる。これらの中でも、好ましくはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌを、より好ましくは、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｌを、最も好ましくは、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌを挙げることができる。
【００４８】
次に、構造物として２つの光ファイバーを互いに接合させる例について説明する。
図１３において、光ファイバー１１２の接合面１１４には、電子線源１８８から照射された電子線１１０が照射される（図１３（３）参照）。次に、光ファイバー１１２をスライダー押圧機構１１６に保持し、光ファイバー１１２の接合面１１４を互いに接触させることにより接合が行われる。このときに、接触した接合面１１４を接合面方法に互いに押圧することにより、より確実に接合を行うことができる。また、この際に、ヒータ１１８により加熱することにより、さらに確実に接合を行うことができる（同（４）参照）。
【００４９】
なお、電子線１１０の照射前に、光ファイバー１１２をエタノール等の溶媒中で超音波洗浄する工程（同（１）参照）、および／または、接合面１１４にケイ素（Ｓｉ）の超微粒子等を触媒として塗布する工程（同（２）参照）を入れてもよい。
【００５０】
同様にして、光ファイバー、半導体レーザー部品、フォトダイオード、光変調器等を互いに接合させることができる。
【００５１】
次に本発明の接合装置について説明する。
図７に、本発明の接合装置の例を示す。図７において、本発明の接合装置１３５は、鏡筒１６０と電子線照射部１２２を備えている。鏡筒１６０は、電子銃１３８（カソード）、ウェネルト１４０、アノード１４２、コンデンサレンズ１４４、ＮＡ開口１４６、アライナ１４８、対物レンズ１５０、偏向器１５２を備えており、電子線照射部１２２は、ホルダ１５４、ＸＹステージ１５６を備えている。
【００５２】
ここで、電子銃１３８は、本発明のエネルギー線発生装置を構成する。電子銃１３８の構成材料としては、特に制限はないが、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａ、ＬａＢ6、ＺｒＯ／Ｗ、ＴｈＯ／Ｗ（トリエーテッドＷ）等が用いられる。また、加速電圧としては、特に制限はないが、５〜２００ｋＶ、好ましくは１０〜１００ｋＶ、より好ましくは３０〜７０ｋＶのものが用いられる。また、エミッション電流としては、特に制限はないが、５ｎＡ〜６００ｍＡ、好ましくは１０ｎＡ〜３００ｍＡ、より好ましくは１００ｎＡ〜１００ｍＡのものが用いられる。また、電子銃１３８付近の圧力は、図示しないターボポンプまたはイオンポンプ等を用いることにより、１０-6Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００５３】
ウェネルト１４０は、バイアス電圧を調整し、エミッションを調整する働きを有する。
【００５４】
アノード１４２は、電子銃前面に加速電界を形成する働きを有する。このときの印加電圧の範囲としては、特に制限はないが、０〜５ｋＶ、好ましくは１〜４ｋＶ、より好ましくは２〜３ｋＶのものが用いられる。
【００５５】
コンデンサレンズ１４４は、電子銃から放出された電子線を集束させ、クロスオーバーを形成する働きを有する。なお、加速電圧を２０ｋＶ以下とする場合には、コンデンサレンズに変えて静電レンズを使用してもよい。
【００５６】
ＮＡ開口１４６は、電子線の開き角を決定する働きを有する。このときの開口直径としては、特に制限はないが、１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍのものが用いられる。
【００５７】
アライナ１４８は、電子線を偏向させ、レンズ中心にビームを通す働きを有する。
【００５８】
対物レンズ１５０は、コンデンサレンズで形成されたクロスーバー像を照射面に結像させる働きを有する。このときの照射面上の電子線の径としては、特に制限はないが、１００ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５００ｎｍ〜５０μｍ、より好ましくは１〜１０μｍのものが用いられる。
【００５９】
偏向器１５２は、照射位置に電子線を偏向させる働きを有する。また、接合面が電子線の径よりも大きい場合に、接合面に電子線を走査させる働きを有する。さらに、後述するＳＥＭモードにより照射位置を確認する場合は、接合面上に電子線を二次元的に走査させる働きを有する。
【００６０】
ホルダ１５４は、接合する構造物１５８を保持する働きを有する。
【００６１】
ＸＹステージ１５６は、構造物１５８の照射面を、電子線照射が可能な位置に移動させる働きを有する。この場合の位置決めの精度としては、特に制限はないが、１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍのものが用いられる。
【００６２】
なお、電子線を照射する際に、予め設定された構造物の位置情報に基づき、電子線のＳＥＭ機能を利用して、照射位置を確認してもよい（ＳＥＭモード）。さらに、電子線照射位置と観察位置のオフセットの求まっている光学顕微鏡を用いて照射位置を確認してもよい。このための機構として、図７に図示していないが、必要に応じ、ＳＥＭモード時に使用する二次電子検出器（シンチレータ、ＭＣＰ、ＰＩＮ等）を対物レンズ１５０の下方または上方に配置してもよい。さらに、ＳＥＭモードを使用しない場合において、電子線照射位置と正確にオフセット位置が決まっている場所に、光学顕微鏡を配置してもよい。
【００６３】
図７の接合装置を用いることにより、例えば、図４に示す銅プラグを介して電子線を接合面に照射して接合する方法に用いることができる。
【００６４】
図８に、本発明の接合装置の例を示す。図８において、電子線照射部１２２に、構造物の回転機構１６２をさらに備えている点を除き、図７に示す接合装置と同様の構成であるので、他の構成については、説明を省略する。
【００６５】
回転機構１６２は、構造物を約１８０°回転させ、構造物の接合面に効率的に電子線を照射する働きを有する。
【００６６】
図８の接合装置を用いることにより、例えば、図１〜図３に示す接合面の隙間から電子線を照射して接合する方法に用いることができる。
【００６７】
図１４に、本発明の接合装置の例を示す。図１４において、本発明の接合装置１８２は、真空チャンバー１８４内に配置された押圧装置１８６と、真空チャンバー１８４の上部に配置された電子線源１８８を備えている。
【００６８】
電子線源１８８は、高圧電源１９６、および高圧電源１９６に接続された電子銃１３８、電子銃から放出された電子線１０を集束させるコイル９８を備えている。
【００６９】
押圧装置１８６は、ステージ１９０上に対向して設けた精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂに、保持具１９３ａ，１９３ｂを取り付けた構造である。試料棒Ｗ１，Ｗ２は保持具１９３ａ，１９３ｂに接合面をほぼ垂直に対向させて保持されており、上方の電子線源１８８から、接合面に対して０度に近い角度から電子線照射を受けるようになっている。なお、電子線源を斜め方向に２台設置すれば、斜めから電子線を照射することができる。精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂは、スライダー１９４により少なくとも一方が他方に向けて走行可能かつ所定圧力で押圧可能となっている。
【００７０】
保持具１９３ａ，１９３ｂの周辺を囲むようにヒータ１１８が取り付けられ、これは熱放射によって精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂを加熱し、さらに熱伝導によって構造物に熱を伝える。この装置では、接合面に対して０度に近い角度から電子線を照射して接合面を活性化し、ヒータ１１８で加熱して接合することとなる。
【００７１】
次に、図７、図８または図１４に示す接合装置を用いたシステムを、図６に示す。図６において、接合システム１２０は、接合装置１３５、搬送室１２４、ロードロック室１２６を備えており、各室の間およびロードロック室の搬入口１３０には、それぞれゲートバルブ１２７、１２８、１２９がそれぞれ配置されている。また、搬送室１２４には、搬送ロボット１３２が配置されている。
【００７２】
構造物は、ホルダに固定され、搬入口１３０からロードロック室１２６に搬入される。ゲートバルブ１２９を閉じ、ロードロック室を１Ｐａ以下の圧力にする。次に、搬送ロボット１３２を用いて、１０-3Ｐａ以下の圧力にした搬送室１２４に、ゲートバルブ１２８を介して移動する。次に、ゲートバルブ１２８を閉じ、ゲートバルブ１２９を開いて、１０-5〜１０-2Ｐａの圧力にした電子線照射部１２２にホルダを移動する。ここで、接合面に電子線を照射することにより、構造物を接合することができる。接合後、搬送ロボット１３２を用いて、ホルダをロードロック室に戻し、搬入口１３０から接合された構造物を取り出すことで、一連の接合工程が終了する。
【００７３】
次に、差動排気口を有する接合装置について説明する。
図１０に、差動排気口を有する本発明の接合装置を示す。図１０において、鏡筒１６０に差動排気口１６４を有する点を除き、図７に示す接合装置と同様の構成であるので、他の構成については、説明を省略する。
【００７４】
差動排気口１６４は、鏡筒１６０と電子線照射部１２２との境界付近に位置し、鏡筒１６０と電子線照射部１２２との圧力を隔絶する働きを有する。そして、鏡筒１６０を真空ポンプ等で排気することにより鏡筒１６０を減圧下に保持する一方、電子線照部１２２の圧力を大気圧付近に保持することが可能となる。そして、電子線は、差動排気口１６４の開口部を通って、ホルダに保持された構造物に照射されることとなる。
これにより、構造物を減圧下におくことなく、効率的に電子線を照射することが可能となる。
【００７５】
なお、図１０において、差動排気口１６４を配置することに変え、チタン箔等の金属箔を用いて、鏡筒１６０と電子線照射部１２２との圧力を隔絶することもできる。
【００７６】
この場合、電子線は、箔を通って構造物の接合面に照射されることとなる。箔の厚さとしては、圧力差に耐え、かつ電子線を透過するものであれば特に制限はないが、電子線の加速電圧に応じて、１〜１００μｍ、好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍのものが用いられる。
【００７７】
図１１に、差動排気口を有する本発明の接合装置の例を示す。図１１において、電子線照射部１２２に、構造物の回転機構１６２をさらに備えている点を除き、図１０に示す接合装置と同様の構成であるので、他の構成については、説明を省略する。
【００７８】
回転機構１６２は、構造物を約１８０°回転させ、構造物の接合面に効率的に電子線を照射する働きを有する。
【００７９】
図１２に、差動排気口を有する本発明の接合装置の例を示す。図１２において、鏡筒１６０は、３つの差動排気口１６６、１６８、１７０を有している。また、差動排気口１６６、１６８、１７０は、それぞれ２０μｍ、１００μｍ、１００μｍの直径の開口を有している。そして、鏡筒の頂部から差動排気口１６６までの間にチャンバーＰ１、差動排気口１６６から差動排気口１６８までの間にチャンバーＰ２、差動排気口１６８から差動排気口７０までの間にチャンバーＰ３を、電子線照射部２２にチャンバーＰ４を形成している。
【００８０】
チャンバーＰ１は、電子銃室を構成し、例えば排気速度２０Ｌ／ｓのスパッタイオンポンプ１７２により排気されている。
【００８１】
チャンバーＰ２は、ドリフト領域を構成し、例えば排気速度１５０Ｌ／ｓのターボ分子ポンプ１７４により排気されている。
【００８２】
チャンバーＰ３は、対物レンズ領域を構成し、例えば排気速度３０００Ｌ／ｍｉｎのドライポンプ１７６により排気されている。
【００８３】
チャンバーＰ４は、電子線照射部を構成し、大気と連通しているか、または、不活性ガス等を導入する機構を有している（図示せず）。ここで、導入される不活性ガス等の量は、差動排気口１７０から排気されるのと同一の量とする。
【００８４】
なお、上記の条件で減圧した場合の各チャンバーの圧力を表１に示す。
これにより、構造物を減圧下におくことなく、効率的に電子線を照射することが可能となる。
【００８５】
【表１】
2005305444.tif 000003
次に、図１０〜図１２に示す接合装置を用いたシステムを、図９に示す。図９において、接合システム１７８は、接合装置１３５、および搬送ロボット１３２を備えている。
【００８６】
構造物は、搬送ロボット１３２により搬入口１３０から接合装置１３５の電子線照射部に搬入される。ここで、接合面に電子線を照射することにより、構造物を接合することができる。この際、接合装置１３５の鏡筒は減圧されているが、電子線照射部は、大気圧に保持されている。接合後、搬送ロボット１３２を用いて、搬入口１３０から接合された構造物を取り出すことで、一連の接合工程が終了する。
【００８７】
なお、接合装置１３５の電子線照射部の搬入口１３０には、ゲートバルブを配置して、電子線照射部の圧力を調整できるようにしてもよい。特に、加速電圧が２０ｋｅＶを超える場合には、Ｘ線を遮蔽する目的で、ゲートバルブを配置した構成とすることが好ましい。
さらに、接合装置１３５の電子線照射部には、Ｎ2やＡｒ等の不活性ガスを導入する機構を配置してもよい。
【実施例１】
【００８８】
＜光ファイバー同士の接合＞
２本のシングルモードファイバー（コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、被覆径２４５μｍ）の試験片（長さ５０ｍｍ）について、エタノール溶媒中で５分間の超音波洗浄を行い、有機被膜の除去を行った。図１４に示す接合装置１８２を用い、精密位置決めロボット１９２ａ、１９２ｂにより２本のファイバーの接合面を、電子線照射面と対向するように把持し、固定した（ワーキングディスタンス：１００ｍｍ）。真空チャンバー１８４を１０-7Ｐａまで真空排気した後、ファイバー接合面全面に渡り（直径２４５μｍ）、スポット径５０ｎｍ、加速電圧１０ｋＶで電子線走査（電流密度０．１Ａ／ｃｍ2）を１０分間行った。さらに、精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂを用いて、２本のファイバーの電子線照射面を真空チャンバー１８４内で対向させ、ファイバー同士を高精度で位置合わせしながら（位置決め精度５０ｎｍ）、０．２ＭＰａの圧力で押圧させた。その後、接合部周囲に設置されたヒータ１１８で７０℃まで加熱し、１時間保持した。室温まで冷却して、接合したファイバーを得た。
【００８９】
得られたファイバーについて、接合強度試験機を用いて引っ張り（破断）試験を行った。同様の操作により、加熱をせずに接合させたファイバーについても引っ張り試験を行った。結果を図１５に示す。図１５より、電子線の照射量が増すにしたがい、引っ張り強度が上がることがわかる（図１５（ａ），（ｂ）参照）。また、７０℃に加熱することにより、優れた引っ張り強度が得られることがわかる（図１５（ｂ）参照）。
【実施例２】
【００９０】
＜半導体レーザー（ＧａＡｓ）と光ファイバーの接合＞
１本のシングルモードファイバー（コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、被覆径２４５μｍ）と、０．７μｍ帯波長のＧａＡｓ半導体レーザーについて、図１４に示す接合装置を用い、精密位置決めロボット１９２ａ、１９２ｂによりファイバーの接合面を、電子線照射面と対向するように把持し、固定した（ワーキングディスタンス：１００ｍｍ）。真空チャンバー１８４を１０-7Ｐａまで真空排気した後、ファイバー接合面全面に渡り（直径２４５μｍ）、スポット径５０ｎｍ、加速電圧１０ｋＶで電子線走査（電流密度０．１Ａ／ｃｍ2）を１０分間行った。さらに、精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂを用いて、ファイバーの電子線照射面とＧａＡｓ基板のレーザー出射面とを真空チャンバー１８４内で対向させ、高精度で位置合わせしながら（位置決め精度５０ｎｍ）、押圧させ接合した。さらに、真空チャンバーの圧力を常圧に戻し、半導体レーザーと光ファイバーのまわりを樹脂で覆い、固定した（図１６参照）。
【００９１】
これにより、半導体レーザーの出射光をレンズで収束し、大気中にてファイバー伝送させる場合に比べ、集光レンズが不用で、かつ伝達損失の少ない光ファイバー−レーザー基板を製作することができた。
【実施例３】
【００９２】
＜強誘電体結晶（ＬｉＮＢＯ３（ＬＮ））と光ファイバーの接合＞
１本のシングルモードファイバー（コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、被覆径２４５μｍ）と、強誘電体結晶（ＬｉＮＢＯ３（ＬＮ））を用い、光ファイバーについて実施例１と同様に超音波洗浄し、有機被膜を除去した。図１４に示す接合装置を用い、精密位置決めロボット１９２ａ、１９２ｂによりファイバーの接合面を、電子線照射面と対向するように把持し、固定した（ワーキングディスタンス：１００ｍｍ）。真空チャンバー１８４を１０-7Ｐａまで真空排気した後、ファイバー接合面全面に渡り（直径２４５μｍ）、スポット径５０ｎｍ、加速電圧１０ｋＶで電子線走査（電流密度０．１Ａ／ｃｍ2）を１０分間行った。さらに、精密位置決めロボット１９２ａ，１９２ｂを用いて、ファイバーの電子線照射面と強誘電体結晶とを真空チャンバー１８４内で対向させ、高精度で位置合わせしながら（位置決め精度５０ｎｍ）、０．３ＭＰａの圧力で押圧させ接合した。その後、接合部周囲に設置されたヒータ１１８で８０℃まで加熱し、２時間保持した。さらに、常温に冷却後、得られた光学機器を筐体に固定するために樹脂を塗布し、固定した（図１７参照）。
【００９３】
得られた光学機器は、従来の紫外線硬化樹脂を塗布して加熱接着した場合と（１４５℃、２時間保持）、同等の光強度（周波数）変調特性を有していた。また、得られた光学機器は、大気で樹脂を塗布するプロセスがないため、ファイバー接合面への不純物の混入が少なく、歩留まりがよいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す図である。
【図２】図２は、２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す図である。
【図３】図３は、２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す図である。
【図４】図４は、２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す図である。
【図５】図５は、２つの銅プラグを互いに接合させる例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の接合システムを示す図である。
【図７】図７は、本発明の接合装置を示す図である。
【図８】図８は、本発明の接合装置を示す図である。
【図９】図９は、本発明の接合システムを示す図である。
【図１０】図１０は、差動排気口を有する本発明の接合装置を示す図である。
【図１１】図１１は、差動排気口を有する本発明の接合装置を示す図である。
【図１２】図１２は、差動排気口を有する本発明の接合装置を示す図である。
【図１３】図１３は、２つの光ファイバーを互いに接合させる工程を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の接合装置を示す図である。
【図１５】図１５は、電子線照射量と引っ張り強度との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、半導体レーザー（ＧａＡｓ）と光ファイバーの接合を示す図である。
【図１７】図１７は、強誘電体結晶（ＬｉＮＢＯ３（ＬＮ））と光ファイバーの接合を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  銅プラグ１
１０２  銅プラグ２
１０４  シリコンウエハ
１０５  デバイス面
１０６  インターポーザまたはパッケージ
１１０  電子線
１１２  光ファイバー
１１４  接合面
１１５  コイル
１１６  スライダー押圧機構
１１８  ヒータ
１１９  有機溶剤
１２０  接合システム
１２２  電子線照射部
１２４  搬送
１２６  ロードロック室
１２８  ゲートバルブ
１３０  搬入口
１３２  搬送ロボット
１３５  接合装置
１３８  電子銃
１４０  ウェネルト
１４２  アノード
１４４  コンデンサレンズ
１４６  ＮＡ開口
１４８  アライナ
１５０  対物レンズ
１５２  偏光器
１５４  ホルダ
１５６  ＸＹステージ
１５８  構造物
１６０  鏡筒
１６２  回転機構
１６４、１６６、１６８、１７０  差動排気口
１７２  スパッタイオンポンプ
１７４  ターボ分子ポンプ
１７６  ドライポンプ
１７８  接合システム
１８０  ゲートバルブ
１８２  接合装置
１８４  真空チャンバー
１８６  押圧装置
１８８  電子線源
１９０  ステージ
１９２ａ，１９２ｂ  精密位置決めロボット
１９３ａ，１９３ｂ  保持具
１９４  スライダー
１９６  高圧電源
１９８  コイル
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４  チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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