(57)【要約】【課題】  発生するボイドを低減させ、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げる接合方法を提供すること。【解決手段】  第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面を、プラズマを照射することにより平滑化するとともに活性化させた後、第１の板状部材１０と前記第２の板状部材１１とを大気中で密着させて接合する接合方法において、プラズマで平滑化及び活性化された第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に大気中で付着する水分の量を減少させて第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との接合を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の板状部材と第２の板状部材との表面を、プラズマを照射することにより平滑化するとともに活性化させた後、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを大気中で密着させて接合する接合方法において、
前記プラズマで平滑化及び活性化された前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面に大気中で付着する水分の量を減少させて前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との接合を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記プラズマは酸素プラズマまたは窒素プラズマであって、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記プラズマにより平滑化及び活性化し、前記表面の前記プラズマによる原子と前記表面に大気中で付着する水分とを反応させることにより前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材とを接合することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記プラズマは希ガスプラズマである第１のプラズマと、酸素プラズマまたは窒素プラズマである第２のプラズマから成り、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記第１のプラズマにより平滑化及び活性化した後に、該第１の板状部材と該第２の板状部材とを前記第２のプラズマにより平滑化及び活性化することにより、前記表面の前記第２のプラズマによる原子と前記表面に大気中で付着する水分とを反応させ、前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材とを接合を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記プラズマは希ガスプラズマであって、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記プラズマにより平滑化及び活性化した後、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材を加熱して前記表面に大気中で付着した水分を除去することにより前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材との接合を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２枚の板状部材の表面をプラズマで平滑化するとともに活性化することにより接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる固体撮像装置の製造工程においては、例えばＳｉにより形成された板状部材と、ガラスにより形成された板状部材とを接合する接合工程が実施される。近年、このような２種類の板状部材の接合においては、板状部材の表面をプラズマ等により活性化させて接合する直接接合方法が知られている。
【０００３】
このような接合方法では、例えば図１に示すように、ガラス等から成る第１の板状部材１とＳｉ等から成る第２の板状部材２との表面が減圧環境下でプラズマ処理される。表面がプラズマ処理された第１の板状部材１と第２の板状部材２は、大気中で仮接合された後に加圧、昇温されて接合される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
接合の際には第１の板状部材１と第２の板状部材２との接合面が平滑（例えば表面粗さが１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下）であることが望ましく、板状部材の表面を平滑にする方法としては、プラズマ等によりエッチングを行う平滑化方法が知られており、例えば低エネルギーのプラズマにより原子スケールで平滑化を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１１９４３０号公報
【特許文献２】特開２００４−２５０７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、引用文献１や引用文献２に記載される方法により板状部材の表面を平滑化するとともに活性化させて接合を行った場合、接合自体は可能であるものの、接合後の加熱工程において接合面にボイド（未接合部分）が発生しやすく、生産得率を低下させて大きな問題となる。
【０００６】
これは板状部材の表面を不活性な希ガスプラズマにより処理することで板状部材表面が完全に新生面となり、大気中に移動した際に大気中の水分が多量に表面に吸着される事が原因である。
【０００７】
本発明はこのような問題に対して成されたものであり、２枚の板状部材の表面をプラズマで平滑化するとともに活性化することにより接合する際の加熱工程において、発生するボイドを低減させ、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げる接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１の板状部材と第２の板状部材との表面を、プラズマを照射することにより平滑化するとともに活性化させた後、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを大気中で密着させて接合する接合方法において、前記プラズマで平滑化及び活性化された前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面に大気中で付着する水分の量を減少させて前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との接合を行うことを特徴としている。
【０００９】
請求項１の発明によれば、まず第１の板状部材と第２の板状部材との表面が減圧下でプラズマにより処理されて平滑化されるとともに活性化される。表面が平滑化及び活性化された第１の板状部材と第２の板状部材とは大気中で接合される。
【００１０】
このとき、第１の板状部材と第２の板状部材との表面には大気中の水分が吸着しており、吸着している水分を減少させてから加熱工程が行われて第１の板状部材と第２の板状部材とが接合される。
【００１１】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて第１の板状部材と第２の板状部材とが接合されるので、発生するボイドを低減させ、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プラズマは酸素プラズマまたは窒素プラズマであって、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記プラズマにより平滑化及び活性化し、前記表面の前記プラズマによる原子と前記表面に大気中で付着する水分とを反応させることにより前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材とを接合することを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明によれば、第１の板状部材と第２の板状部材とは酸素プラズマまたは窒素プラズマにより平滑化及び活性化された後に加熱工程が行われて接合される。このとき、酸素プラズマまたは窒素プラズマにより平滑化及び活性化することにより、第１の板状部材と第２の板状部材との表面に吸着する酸素原子または窒素原子と水分が反応して表面の水分量が減少する。
【００１４】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プラズマは希ガスプラズマである第１のプラズマと、酸素プラズマまたは窒素プラズマである第２のプラズマから成り、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記第１のプラズマにより平滑化及び活性化した後に、該第１の板状部材と該第２の板状部材とを前記第２のプラズマにより平滑化及び活性化することにより、前記表面の前記第２のプラズマによる原子と前記表面に大気中で付着する水分とを反応させ、前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材とを接合を行うことを特徴としている。
【００１６】
請求項３によれば、第１の板状部材と第２の板状部材は、まず減圧環境下で希ガスプラズマから成る第１のプラズマにより表面が平滑化及び活性化される。続けて第１の板状部材と第２の板状部材の表面は酸素プラズマまたは窒素プラズマからなる第２のプラズマにより平滑化及び活性化理される。これにより、酸素プラズマまたは窒素プラズマにより平滑化及び活性化された第１の板状部材と第２の板状部材との表面では、吸着する酸素原子または窒素原子と水分が反応して表面の水分量が減少する。
【００１７】
よって、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて発生するボイドが低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プラズマは希ガスプラズマであって、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との表面を前記プラズマにより平滑化及び活性化した後、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材を加熱して前記表面に大気中で付着した水分を除去することにより前記表面の水分量を減少させて該第１の板状部材と該第２の板状部材との接合を行うことを特徴としている。
【００１９】
請求項４によれば、第１の板状部材と第２の板状部材は減圧環境下で希ガスプラズマにより表面が平滑化及び活性化される。表面が平滑化及び活性化された第１の板状部材と第２の板状部材は大気中に搬出され、接合される前にそれぞれ加熱処理されて表面に吸着した大気中の水分が除去される。
【００２０】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の接合方法によれば、２枚の板状部材の表面をプラズマで平滑化するとともに活性化することにより接合する接合方法における加熱工程において、板状部材表面の水分量が接合に適した量に調整され、発生するボイドが低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下添付図面に従って本発明に係る接合方法の好ましい実施の形態について詳説する。図２は板状部材にプラズマの照射を行う装置の模式図、図３は本発明に係る第１の接合方法の接合工程の概略を示したものである。
【００２３】
図２に示す第１の板状部材１０と第２の板状部材１１はＳｉＯ膜付きの部材であって、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、またはガラス等により形成されている。第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とにプラズマを照射する装置は、内部を減圧環境下にすることが可能なチャンバー３０と、板状部材を固定するテーブル２０Ａ、２０Ｂと、テーブル２０Ａ、２０Ｂ上の板状部材に各種のプラズマを照射するプラズマ発生源２２Ａ、２２Ｂ、と、テーブル２０Ａ、２０Ｂを移動させてテーブル２０Ａ、２０Ｂ上の板状部材を密着させるシリンダー２１Ａ、２１Ｂとを備えている。
【００２４】
第１の接合方法では、図３に示すように、まずチャンバー３０内に設けられたテーブル２０Ａ、２０Ｂ上に第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とを固定し、チャンバー３０内を減圧した後にプラズマ発生源２２Ａ、２２Ｂより第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に酸素プラズマまたは窒素プラズマを照射する。これにより、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面が平滑化（例えば表面粗さが１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下）されるとともに活性化される。第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面の平滑化及び活性化後は、チャンバー３０内を大気状態に戻し、シリンダー２１Ａ、２１Ｂを移動させて、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との接合面全面を密着させて仮接合を行う。
【００２５】
このとき、大気内に戻された第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面の水分量は、プラズマにより表面に付着した原子と表面に付着した大気中の水分とが反応することにより１平方ミリメートル当たり２５０ｎｇ以下、好ましくは５０ｎｇ以下の範囲となるように減少していることが望ましく、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に照射される酸素プラズマまたは窒素プラズマの照射の条件はこの条件を満たすように任意に設定される。プラズマの照射条件としては、例えば単位面積当たりの出力が０．０１Ｗ／ｃｍ２から１Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり０．１％から１０％、圧力が５Ｐａから１３０Ｐａ、照射時間は板状部材の材質にもよるが５秒から１２０分の条件で行われる。
【００２６】
仮接合後、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とは、必要に応じて加圧（例えば０．５ＭＰａ以下）されるとともに、不図示の加熱装置により加熱され温度上昇（例えば２０℃から４００℃まで）される。
【００２７】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とが接合され、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【００２８】
次に、本発明に係わる第２の接合方法の実施の形態について詳説する。図４は本発明に係わる第２の接合方法の接合工程の概略を示したものである。
【００２９】
第２の接合方法では、図４に示すように、まずチャンバー３０内に設けられたテーブル２０Ａ、２０Ｂ上に第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とを固定し、チャンバー３０内を減圧した後に発生源２２Ａ、２２Ｂより第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に第１のプラズマであるアルゴン等による希ガスプラズマを照射する。第１のプラズマを照射した後、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に第２のプラズマである酸素プラズマまたは窒素プラズマを照射する。
【００３０】
これにより、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面が平滑化（例えば表面粗さが１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下）されるとともに活性化される。第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面の平滑化及び活性化後は、チャンバー３０内を大気状態に戻し、シリンダー２１Ａ、２１Ｂを移動させて、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との接合面全面を密着させて仮接合を行う。
【００３１】
このとき、大気内に戻された第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面の水分量は、プラズマにより表面に付着した原子と表面に付着した大気中の水分とが反応することにより１平方ミリメートル当たり２５０ｎｇ以下、好ましくは５０ｎｇ以下の範囲となるように減少していることが望ましく、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面に照射される酸素プラズマまたは窒素プラズマの照射の条件はこの条件を満たすように任意に設定される。
【００３２】
プラズマの照射条件としては、例えば第１のプラズマはアルゴンプラズマであって、単位面積当たりの出力が０．０１Ｗ／ｃｍ２から１Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり０．１％から１０％、圧力が５Ｐａから１３０Ｐａ、照射時間は板状部材の素材にもよるが５秒から１２０分、第２のプラズマが酸素プラズマであって、単位面積当たりの出力が０．０１Ｗ／ｃｍ２から１Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり０．１％から１０％、圧力が５Ｐａから１３０Ｐａ、照射時間が板状部材の素材にもよるが５秒から１２０分の条件で行われる。
【００３３】
仮接合後、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とは、必要に応じて加圧（例えば０．５ＭＰａ以下）されるとともに、不図示の加熱装置により加熱され温度上昇（例えば２０℃から４００℃まで）される。
【００３４】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とが接合され、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【００３５】
なお、本実施の形態ではエッチングレートが高く短時間で平滑化が可能な第１のプラズマと、照射後に表面に付着した原子が表面の水分と反応して水分量を調整することが可能である第２のプラズマとを使用して、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とを平滑化及び活性化しているが、必要に応じて更に多数のプラズマを用いて処理を行っても好適に実施可能である。
【００３６】
次に、本発明に係わる第３の接合方法の実施の形態について詳説する。図５は本発明に係わる第３の接合方法の接合工程の概略を示したものである。
【００３７】
第３の接合方法では、図４に示すように、まずチャンバー３０内に設けられたテーブル２０Ａ、２０Ｂ上に第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とを固定し、チャンバー３０内を減圧した後に発生源２２Ａ、２２Ｂより第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面にアルゴン等による希ガスプラズマを照射する。プラズマの照射条件としては、例えば単位面積当たりの出力が０．０１Ｗ／ｃｍ２から１Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり０．１％から１０％、圧力が５Ｐａから１３０Ｐａ、照射時間が板状部材の素材にもよるが５秒から１２０分の条件で行われる。これにより、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面が平滑化（例えば表面粗さが１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下）されるとともに活性化される。
【００３８】
希ガスプラズマを照射した後は、チャンバー３０内を大気状態に戻し、不図示の加熱手段により第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とを加熱（例えば２０℃から４００℃まで）し、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との表面の水分が１平方ミリメートル当たり２５０ｎｇ以下、好ましくは５０ｎｇ以下の範囲となるように除去する。加熱後はシリンダー２１Ａ、２１Ｂを移動させて、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との接合面全面を密着させて仮接合を行う。
【００３９】
仮接合後、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とは、必要に応じて加圧（例えば０．５ＭＰａ以下）されるとともに、不図示の加熱装置により加熱され温度上昇（例えば２０℃から４００℃まで）される。
【００４０】
これにより、ボイドの原因となる表面に多量に吸着した水分が接合に適した状態に調整されて第１の板状部材１０と第２の板状部材１１とが接合され、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【実施例】
【００４１】
次に本発明に係わる転写方法の具体的な実施例を説明する。まず第１の実施の形態による接合方法の具体的な実施例を示す。
【００４２】
第１の実施の形態に係わる実施例では、単位面積当たりの出力が０．４Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり１％、圧力が３０Ｐａ、照射時間が１２０分の条件で酸素プラズマを照射した後に大気中で仮接合し、２００度まで昇温して本接合を行った。比較として、単位面積当たりの出力が０．４Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり１％、圧力が２０Ｐａ、照射時間が１２０分の条件でアルゴンプラズマを照射した後に大気中で仮接合し、２００度まで昇温して本接合を行った物を用意する。
【００４３】
この結果、図６に示すように、酸素プラズマで接合された物は接合後にボイドの発生は確認されないが、アルゴンプラズマによる物は多数のボイドが発生していることが確認できる。これにより、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能であることが確認された。
【００４４】
次に、第２の実施の形態による接合方法の具体的な実施例を示す。第２の実施の形態に係わる実施例では、第１のプラズマとして、単位面積当たりの出力が０．４Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり１％、圧力が２０Ｐａ、照射時間が６０分の条件でアルゴンプラズマを照射する。第２のプラズマとして、単位面積当たりの出力が０．４Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり１％、圧力が３０Ｐａ、照射時間が６０分の条件で酸素プラズマが照射する。照射後は大気中で仮接合し、２００度まで昇温して本接合を行った。
【００４５】
この結果、接合面にボイドは確認されず、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能であることが確認された。
【００４６】
次に、第３の実施の形態による接合方法の具体的な実施例を示す。第３の実施の形態に係わる実施例では、単位面積当たりの出力が０．４Ｗ／ｃｍ２、処理室のガス交換回数が１分当たり１％、圧力が２０Ｐａ、照射時間が１２０分の条件でアルゴンプラズマを照射し、第１の板状部材と第２の板状部材をそれぞれ２００度で１時間加熱した後に大気中で仮接合し、再び２００度まで昇温して本接合を行った。比較として同様の条件でアルゴンプラズマを照射し、加熱を行わずに大気中で仮接合し、２００度まで昇温して本接合を行ったものを用意する。
【００４７】
この結果、図７に示すように、加熱が行なわれた物は接合後にボイドの発生は確認されないが、未加熱の物は多数のボイドが発生していることが確認できる。これにより、発生するボイドを低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能であることが確認された。
【００４８】
以上説明したように、本発明の接合方法によれば、２枚の板状部材の表面をプラズマで平滑化するとともに活性化することにより接合する接合方法における加熱工程において、板状部材表面の水分量が接合に適した量に調整され、発生するボイドが低減し、接合信頼性を向上させるとともに、生産得率を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の接合方法における接合工程の概略図。
【図２】板状部材の活性化を行う装置の模式図。
【図３】本発明に係わる接合方法の第１の実施の形態を示した概略図。
【図４】本発明に係わる接合方法の第２の実施の形態を示した概略図。
【図５】本発明に係わる接合方法の第３の実施の形態を示した概略図。
【図６】第１の実施の形態による接合と通常の接合を比較した図。
【図７】第３の実施の形態による接合と通常の接合を比較した図。
【符号の説明】
【００５０】
１、１０…第１の板状部材，２、１１…第２の板状部材，２０Ａ，２０Ｂ…テーブル，２１Ａ、２１Ｂ…シリンダー，２２Ａ、２２Ｂ…プラズマ発生源，３０…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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