專利名稱：接合方法、接合裝置、接合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將多個基板接合而形成一張基板的接合方法及接合裝置等。
背景技術(shù)：
已知有將微細的電氣部件或機械部件集成化而成的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems 微機電系統(tǒng))。作為該MEMS，例示有微型機械、壓カ傳感器、超小型電動機等。此種MEMS可以通過將多個晶片在常溫下接合來制作。對兩張晶片進行常溫接合的常溫接合裝置為公知，例如在專利第3970304號公報(專利文獻1)所公開。在該常溫接合的基板上有時會產(chǎn)生翹曲。因此，希望降低常溫接合后的基板上所產(chǎn)生的翹曲。在日本特開2009-177034號公報(專利文獻2)中公開了半導(dǎo)體晶片級封裝體的制造方法。專利文獻2所記載的方法涉及ー種半導(dǎo)體晶片級封裝體的制造方法，在將半導(dǎo)體晶片與支承基板接合之后，對與支承基板未接合的半導(dǎo)體晶片的面進行加工處理，所述半導(dǎo)體晶片級封裝體的制造方法的特征在干，在將支承基板與半導(dǎo)體晶片接合之后，在接合后的狀態(tài)下形成距支承基板或半導(dǎo)體晶片的表面為一定深度的切割線，然后對與支承基板未接合的半導(dǎo)體晶片的面進行加工處理。在日本特開2008-300400號公報(專利文獻3)中公開了ー種半導(dǎo)體封裝基板的制造方法。專利文獻3所記載的方法的特征在干，具有在一方的面?zhèn)染邆潆姌O層的半導(dǎo)體基板的所述一方的面?zhèn)?，隔著樹脂層或?qū)λ鲆环降拿嬷苯咏雍险稚w材料，將所述電極層密封在所述半導(dǎo)體基板與罩蓋材料之間的エ序；形成從所述半導(dǎo)體基板的另一方的面?zhèn)蓉炌ㄋ霭雽?dǎo)體基板而使所述電極層的一部分露出的貫通孔的エ序；形成從所述半導(dǎo)體基板的另一方的面在與所述半導(dǎo)體基板的切割部對應(yīng)的位置未貫通所述半導(dǎo)體基板的非貫通的槽部的エ序；及在具有所述貫通孔及非貫通的槽部的半導(dǎo)體基板上，在所述貫通孔形成與所述電極層導(dǎo)通的貫通配線的エ序。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利第3970304號公報專利文獻2 日本特開2009-177034號公報專利文獻3 日本特開2008-300400號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于提供ー種利用與以往不同的方法來降低在接合基板產(chǎn)生的翹曲的接合方法及接合裝置等。本發(fā)明的另ー課題在于提供一種更可靠地降低在接合基板產(chǎn)生的翹曲的接合方法及接合裝置等。以下，帶括號使用在用于實施本發(fā)明的方式/實施例中使用的標(biāo)號，記載用于解決課題的手段。該標(biāo)號是為了明確權(quán)利要求書的記載與用于實施發(fā)明的方式/實施例的記載的對應(yīng)而添加的，不用來解釋權(quán)利要求書所記載的發(fā)明的技術(shù)范圍。本發(fā)明的接合方法具備通過向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子來使第二基板表面和第一基板表面活化的活化步驟(S》；及在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，使第二基板表面與第一基板表面接觸，從而將第二基板與第一基板接合的接合步驟(S4)。根據(jù)此種接合方法，與在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之前將兩基板接合的以往的接合方法相比，能夠進一歩降低在得到的接合基板產(chǎn)生的翹曲。優(yōu)選的是，在活化步驟(S》之后且接合步驟(S4)之前，還具備加熱或冷卻第一基板或第二基板的溫度控制步驟(S； )。由此，能夠縮短到第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的時間，能夠更高速地將第二基板與第一基板接合。優(yōu)選的是，在第一基板的溫度或第二基板的溫度包含于規(guī)定溫度范圍內(nèi)時，實施上述的接合步驟(S4)。優(yōu)選的是，本發(fā)明的接合方法使用溫度計(18)來測定第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差。由此，能夠更可靠地檢測該溫度差成為規(guī)定值以下的情況。優(yōu)選的是，在第一基板表面被活化時與第一基板接觸的第一材料(11、8、61)的熱傳導(dǎo)率和在第二基板表面被活化時與第二基板接觸的第二材料(13、51)的熱傳導(dǎo)率之差處于規(guī)定的范圍內(nèi)。由此，縮短到第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的時間。優(yōu)選的是，第一材料(11、8、61)為不銹鋼，第二材料(13、51)為氧化鋁系陶瓷。也可以在向第二基板表面和第一基板表面照射所述粒子結(jié)束后經(jīng)過5分鐘以上之后實施上述的接合步驟(S4)。本發(fā)明的接合裝置(1)具備向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子的活化裝置(16)；及在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，驅(qū)動第二基板和第一基板以使第二基板表面與第一基板表面接觸的壓接機構(gòu)(14)。根據(jù)此種接合裝置(1)，與未考慮第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差而將第一基板與第二基板接合的以往的接合裝置相比，能夠進一歩降低在得到的接合基板產(chǎn)生的翹曲。本發(fā)明的接合裝置(1)可以還具備在第一基板表面被活化時保持第一基板的第一保持機構(gòu)(8、9)；及在第二基板表面被活化時保持第二基板的第二保持機構(gòu)(1 。優(yōu)選的是，在第一基板由第一保持機構(gòu)(8、9)保持時與第一基板接觸的第一材料(11、8、61)的熱傳導(dǎo)率和在第二基板由第二保持機構(gòu)(1 保持時與第二基板接觸的第二材料(13、51) 的熱傳導(dǎo)率之差處于規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)此種接合裝置(1)，能夠縮短到第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下為止的時間，能夠更高速地將第二基板與第一基板接合。如后述的實施例所示，第一材料(11、8、61)為不銹鋼且第二材料(13、51)為氧化鋁系陶瓷時，即使在活化處理結(jié)束后立即將第一基板與第二基板接合的情況下，與以往相比， 也能夠降低得到的接合基板的翹曲量。本發(fā)明的接合裝置(1)可以還具備對第一基板進行加熱的加熱裝置(61)。此種接合裝置(1)通過對第一基板進行加熱，而能夠縮短到第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下為止的時間。
本發(fā)明的接合裝置(1)可以還具備對第一基板進行冷卻的冷卻裝置(62)。此種接合裝置(1)通過對第一基板進行冷卻，而能夠縮短到所述溫度差成為所述規(guī)定值以下為止的時間。本發(fā)明的接合裝置(1)可以還具備對第二基板進行冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)裝置 (62) (64)。此種接合裝置(1)通過對第二基板進行冷卻或加熱，而能夠縮短到第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下為止的時間。本發(fā)明的接合裝置(1)可以還具備測定第一基板的溫度或/及第ニ基板的溫度的溫度計(18)。此種接合裝置(1)能夠更可靠地檢測第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的情況。發(fā)明效果在本發(fā)明的接合方法及接合裝置等中，在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，即在充分減小之后將第二基板表面與第一基板表面接合。由此， 與以往相比，能夠降低在將第二基板與第一基板接合而成的接合基板上產(chǎn)生的翹曲。


圖1是表示本發(fā)明的接合裝置的剖視圖。圖2是表示本發(fā)明的接合裝置控制裝置的框圖。圖3是表示本發(fā)明的接合方法的流程圖。圖4是示意性地表示在比較例的接合基板產(chǎn)生的翹曲的剖視圖。圖5是示意性地表示在通過本發(fā)明的接合方法接合的接合基板產(chǎn)生的翹曲的剖視圖。圖6是表示具備冷卻裝置的另ー靜電卡盤的剖視圖。圖7是表示具備加熱裝置的另ー靜電卡盤的剖視圖。圖8是表示具備冷卻裝置的另一臺階承載器的剖視圖。圖9是表示具備加熱裝置的另一臺階承載器的剖視圖。
具體實施例方式參照附圖，記載本發(fā)明的接合系統(tǒng)的實施方式。如圖1所示，接合裝置控制裝置10(以下，稱為“控制裝置10”)適用于本實施方式的接合系統(tǒng)。即，接合系統(tǒng)具備控制裝置10和接合裝置1。接合裝置1具備接合室2和加載互鎖真空室3。接合室2和加載互鎖真空室3以密閉室內(nèi)部的方式構(gòu)成。接合裝置1 還具備閘閥4。閘閥4夾設(shè)在接合室2與加載互鎖真空室3之間，形成將接合室2的內(nèi)部和加載互鎖真空室3的內(nèi)部連接的閘門。閘閥4利用控制裝置10控制，從而將該閘門打開或關(guān)閉。加載互鎖真空室3具備未圖示的蓋。該蓋在打開或關(guān)閉將加載互鎖真空室3的外部和內(nèi)部連接的閘門時、取出接合基板時開閉。加載互鎖真空室3具備真空泵5。真空泵5利用控制裝置10進行控制，從而自加載互鎖真空室3的內(nèi)部排出氣體。作為真空泵5，例示有渦輪分子泵、低溫泵、油擴散泵。加載互鎖真空室3在內(nèi)部還具備傳送機構(gòu)6。傳送機構(gòu)6利用控制裝置10進行控制，從而經(jīng)由閘閥4將配置在加載互鎖真空室3的內(nèi)部的晶片向接合室2傳送，或經(jīng)由閘閥4將配置于接合室2的晶片向加載互鎖真空室3的內(nèi)部傳送。接合室2具備真空泵7。真空泵7利用控制裝置10進行控制，從而自接合室2的內(nèi)部排出氣體。作為真空泵7，例示了渦輪分子泵、低溫泵、油擴散泵。接合室2還具備臺階承載器8和位置對合機構(gòu)9。臺階承載器8配置在接合室2 的內(nèi)部，被支承為能夠沿水平方向平行移動，且能夠以與鉛垂方向平行的旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)移動。臺階承載器8用于保持夾頭11。夾頭11能夠由不銹鋼SUS304形成，大致形成為圓盤狀。在夾頭11載置有晶片。為了使傳送機構(gòu)6以與晶片不接觸的方式傳送晶片而設(shè)置有夾頭11。位置對合機構(gòu)9利用控制裝置10進行控制，從而以使臺階承載器8沿水平方向平行移動的方式，或以使臺階承載器8進行上述的旋轉(zhuǎn)移動的方式，來驅(qū)動臺階承載器8。接合室2還具備壓接軸12、靜電卡盤13、壓接機構(gòu)14、載荷計15。壓接軸12被支承為相對于接合室2能夠沿鉛垂方向平行移動。靜電卡盤13配置在壓接軸12的下端。靜電卡盤13在介電層的內(nèi)部配置有內(nèi)部電極。該介電層由氧化鋁系陶瓷形成，形成有平坦的面。靜電卡盤13由控制裝置10控制，由此對該內(nèi)部電極施加規(guī)定的電壓。靜電卡盤13對該內(nèi)部電極施加規(guī)定的電壓，由此，利用靜電カ來吸附配置在該介電層的平坦面的附近的晶片。壓接機構(gòu)14由控制裝置10控制，由此使壓接軸12相對于接合室2沿鉛垂方向平行移動。壓接機構(gòu)14還測定靜電卡盤13所配置的位置，將該位置向控制裝置10輸出。載荷計15測定施加在壓接軸12上的載荷，由此來測定施加在由靜電卡盤13保持的晶片上的載荷，并將該載荷向控制裝置10輸出。位置對合機構(gòu)9還具備未圖示的多個對準(zhǔn)機構(gòu)。這多個對準(zhǔn)機構(gòu)分別由控制裝置10控制，由此來拍攝由臺階承載器8保持的晶片的圖像，拍攝由靜電卡盤13吸附的晶片的圖像。接合室2還具備離子槍16和電子源17。離子槍16配置成在靜電卡盤13配置于上方時朝向位置對合機構(gòu)9與靜電卡盤13之間的空間。離子槍16由控制裝置10控制，從而通過位置對合機構(gòu)9與靜電卡盤13之間的空間，沿著與接合室2的內(nèi)側(cè)表面交叉的照射軸，將氬離子加速放出。電子源17與離子槍16同樣地，以朝向位置對合機構(gòu)9與靜電卡盤 13之間的空間的方式配置。電子源17由控制裝置10控制，從而通過位置對合機構(gòu)9與靜電卡盤13之間的空間，沿著與接合室2的內(nèi)側(cè)表面交叉的另一照射軸，將電子加速放出。離子槍16還具備未圖示的金屬靶。該金屬靶由多個金屬形成，配置在氬離子所照射的位置。金屬靶在照射氬離子吋，將多個金屬的粒子向接合室2的內(nèi)部的氣氛放出。金屬靶也可以置換成金屬格柵。該金屬格柵是具有開ロ的金屬構(gòu)件，配置在離子槍16的出射端。與金屬靶同樣地，向金屬格柵照射氬離子吋，向接合室2的內(nèi)部的氣氛放出構(gòu)成金屬格柵的多個金屬的粒子。需要說明的是，在不需要使金屬附著于晶片的接合面吋，也可以省略金屬靶及金屬格柵。接合室2還具備溫度計18。溫度計18測定載置在由臺階承載器8保持的夾頭11 上的晶片的溫度。另外，溫度計18測定由靜電卡盤13保持的晶片的溫度?？刂蒲b置10是計算機，具備未圖示的CPU、存儲裝置、移動存儲驅(qū)動器、輸入裝置、 接ロ。CPU執(zhí)行安裝于控制裝置10的計算機程序，來控制存儲裝置、輸入裝置、接ロ。存儲裝置存儲計算機程序，臨時存儲由CPU生成的信息。移動存儲驅(qū)動器在插入記錄介質(zhì)吋，用于將記錄在記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)讀出。尤其在插入有記錄了計算機程序的記錄介質(zhì)時，在將計算機程序安裝于控制裝置10時利用移動存儲驅(qū)動器。輸入裝置由使用者操作，由此生成信息，并將該信息向CPU輸出。作為輸入裝置，例示有鍵盤。接ロ將由與控制裝置10連接的外部設(shè)備生成的信息向CPU輸出，將由CPU生成的信息向外部設(shè)備輸出。外部設(shè)備包括真空泵5、傳送機構(gòu)6、真空泵7、位置對合機構(gòu)9、靜電卡盤13、壓接機構(gòu)14、載荷計15、離子槍16、及電子源17。安裝于控制裝置10的計算機程序也可以由用于使控制裝置10實現(xiàn)多個功能的多個計算機程序形成。如圖2所示，這多個功能包括傳送部21、活化部22、溫度調(diào)節(jié)部23、及接合部24。傳送部21對閘閥4進行控制，以使得將接合室2的內(nèi)部與加載互鎖真空室3的內(nèi)部連接的閘門開閉。傳送部21還在關(guān)閉閘閥4時，控制真空泵5，以在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成規(guī)定的真空度的預(yù)備氣氛，或者在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成大氣壓氣氛。傳送部21在打開閘閥4吋，控制傳送機構(gòu)6，以將配置在加載互鎖真空室3的內(nèi)部的夾頭11 保持于臺階承載器8，或者將保持于臺階承載器8的夾頭11向加載互鎖真空室3的內(nèi)部傳
So傳送部21控制位置對合機構(gòu)9的對準(zhǔn)機構(gòu)，以便于拍攝搭載在由臺階承載器8保持的夾頭11上的晶片的圖像。傳送部21基于該圖像而控制位置對合機構(gòu)9，以便于將載置在由臺階承載器8保持的夾頭11上的晶片配置于規(guī)定的位置。傳送部21還控制壓接機構(gòu) 14，以使靜電卡盤13平行移動。傳送部21控制靜電卡盤13，以使靜電卡盤13保持晶片或使靜電卡盤13對晶片去除靜電吸附?；罨?2在閘閥4關(guān)閉時，控制真空泵7，以在接合室2的內(nèi)部生成規(guī)定的真空度的接合氣氛?；罨?2進而在接合室2的內(nèi)部生成該接合氣氛時，控制離子槍16，以將氬離子向載置在由臺階承載器8保持的夾頭11上的晶片照射，或?qū)咫x子向由靜電卡盤13 保持的晶片照射。活化部22進而控制電子源17，以將電子向照射氬離子的區(qū)域放出。溫度調(diào)節(jié)部23控制溫度計18，以便于測定載置在由臺階承載器8保持的夾頭11 上的晶片的溫度，或測定由靜電卡盤13保持的晶片的溫度。溫度調(diào)節(jié)部23基于該測定的溫度，算出載置在由臺階承載器8保持的夾頭11上的晶片的溫度與由靜電卡盤13保持的晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的時間。在靜電卡盤13保持上晶片的情況下，在由臺階承載器8保持的夾頭11上載置下晶片吋，接合部M控制壓接機構(gòu)14，以使上晶片與下晶片接近至規(guī)定的距離。接合部M在該上晶片與該下晶片接近至規(guī)定的距離時，控制位置對合機構(gòu)9的對準(zhǔn)機構(gòu)，以便于拍攝載置在由臺階承載器8保持的夾頭11上的上晶片的圖像，且拍攝由靜電卡盤13保持的下晶片的圖像。接合部對進而在該上晶片與該下晶片離開該規(guī)定的距離時，控制位置對合機構(gòu)9，以將下晶片相對于上晶片的水平方向的位置配置在規(guī)定的位置。接合部M進而控制壓接機構(gòu)14，以在由溫度調(diào)節(jié)部23算出的時間內(nèi)使該上晶片與該下晶片接觸。接合部M 基于由載荷計15測定的載荷，算出該測定到的載荷達到規(guī)定的載荷的時間，并控制壓接機構(gòu)14，以在該時間內(nèi)使靜電卡盤13停止。圖3是表示本發(fā)明的接合方法的流程圖。操作者首先控制閘閥4，以使得將接合室 2與加載互鎖真空室3連接的閘門關(guān)閉，并控制真空泵7，以在接合室2的內(nèi)部生成真空氣氛，并控制真空泵5，以在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成大氣壓氣氛。操作者在夾頭11載置上晶片，在另ー夾頭11載置下晶片。操作者在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成了大氣壓氣氛之后，將加載互鎖真空室3的蓋打開，向加載互鎖真空室3的內(nèi)部搬入夾頭11及所述上晶片，并搬入夾頭11及所述下晶片。操作者接下來將加載互鎖真空室3的蓋關(guān)閉，在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成真空氣氛?？刂蒲b置10在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成了真空氣氛之后，將閘閥4打開。控制裝置10首先控制傳送機構(gòu)6，以將載置有所述上晶片的夾頭11保持于臺階承載器8?？刂蒲b置10控制傳送機構(gòu)6，以使傳送機構(gòu)6向加載互鎖真空室3的內(nèi)部移動?？刂蒲b置10 接下來控制位置對合機構(gòu)9的對準(zhǔn)機構(gòu)，以便于拍攝在該上晶片形成的對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。 控制裝置10基于該圖像而控制位置對合機構(gòu)9，以便于將該上晶片的水平方向的位置配置在規(guī)定的位置?？刂蒲b置10控制壓接機構(gòu)14，以使靜電卡盤13的介電層與該上晶片接觸， 并控制靜電卡盤13，以使靜電卡盤13吸附該上晶片。控制裝置10控制壓接機構(gòu)14，以使該上晶片從夾頭11分離。控制裝置10在該上晶片從夾頭11分離之后，控制傳送機構(gòu)6，以便于將未載置該上晶片的夾頭11從臺階承載器8向加載互鎖真空室3的內(nèi)部傳送。控制裝置10在該上晶片由靜電卡盤13保持之后，控制傳送機構(gòu)6，以便于使載置有該下晶片的夾頭11由臺階承載器8保持?？刂蒲b置10接下來控制位置對合機構(gòu)9的對準(zhǔn)機構(gòu)，以便于拍攝形成于該下晶片的對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像?？刂蒲b置10基于該圖像而控制位置對合機構(gòu)9，以便于將該下晶片的水平方向的位置配置在規(guī)定的位置(步驟Si)?？刂蒲b置10接下來將閘閥4關(guān)閉，并控制真空泵7，以在接合室2的內(nèi)部生成規(guī)定的真空度的接合氣氛?？刂蒲b置10在接合室2的內(nèi)部生成該接合氣氛吋，在由靜電卡盤 13保持的該上晶片與由臺階承載器8保持的該下晶片分離的狀態(tài)下，控制離子槍16，以朝向該上晶片與該下晶片之間放出粒子。該粒子向該上晶片的表側(cè)的面和該下晶片的表側(cè)的面照射，將形成在該表面上的氧化物等除去，并除去附著于該表面的雜質(zhì)。該粒子還向離子槍16所具備的金屬靶照射。如此，構(gòu)成該金屬靶的金屬的粒子向接合室2的內(nèi)部的氣氛放出。金屬靶也可以由多個金屬形成。放出的金屬的粒子堆積在該上晶片的表側(cè)的面和該下晶片的表側(cè)的面上(步驟S2)?？刂蒲b置10接下來控制溫度計18，以便于測定載置在由臺階承載器8保持的夾頭 11上的晶片的溫度，或測定由靜電卡盤13保持的晶片的溫度?？刂蒲b置10基于該測定的溫度，算出載置在由臺階承載器8保持的夾頭11上的晶片的溫度與由靜電卡盤13保持的晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的時間(步驟S3)?？刂蒲b置10控制壓接機構(gòu)14，以使該上晶片與該下晶片離開規(guī)定的距離?？刂蒲b置10接下來控制位置對合機構(gòu)9的對準(zhǔn)機構(gòu)，以便于拍攝映出了形成于該上晶片的對準(zhǔn)標(biāo)記和形成于該下晶片的對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像?？刂蒲b置10基于該拍攝到的圖像來控制位置對合機構(gòu)9，以使該上晶片與該下晶片按照設(shè)計接合。需要說明的是，在不需要此種高度的位置對合吋，也可以省略。作為不需要高度的位置對合的情況，例示了在該上晶片或該下晶片未形成結(jié)構(gòu)體的情況?？刂蒲b置10控制壓接機構(gòu)14，以在通過步驟S3算出的時間內(nèi)使該上晶片與該下晶片接觸。上晶片和下晶片通過該接觸而接合，形成ー張接合基板(步驟S4)?？刂蒲b置10控制靜電卡盤13，以使靜電卡盤13對接合基板41去除靜電吸附，并控制壓接機構(gòu)14，以使靜電卡盤13沿鉛垂上方向上升。控制裝置10接下來控制傳送機構(gòu)
96，以便于打開閘閥4，將載置有接合基板31的夾頭11從臺階承載器8向加載互鎖真空室 3傳送。控制裝置10控制真空泵5，以便于關(guān)閉閘閥4，在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成大氣壓氣氛。操作者在加載互鎖真空室3的內(nèi)部生成大氣壓氣氛之后，打開加載互鎖真空室 3的蓋，將接合基板31取出(步驟S5)。該上晶片和該下晶片因被照射氬射線，因而溫度上升。由干與上晶片接觸的材料的熱傳導(dǎo)率和與下晶片接觸的材料的熱傳導(dǎo)率不同，而上晶片的溫度與下晶片的溫度在剛照射了氬射線之后不同。在常溫接合中，通常為了提高接合強度，而縮短從向上晶片和下晶片照射氬射線到該上晶片與該下晶片接合為止的時間。圖4示意性地表示從活化到接合的時間為比較短時間的接合基板的截面。接合基板31通過將下晶片32與上晶片33接合而制作。由干與下晶片32接觸的材料的熱傳導(dǎo)率和與上晶片33接觸的材料的熱傳導(dǎo)率不同，因而下晶片 32的溫度與上晶片33的溫度的溫度差比較大。此時，下晶片32的伸長量與上晶片33的伸長量之差A(yù)dl比較大。因此，在接合基板31被冷卻后的接合基板34上會發(fā)生比較大的翹曲ο圖5示意性地表示通過本發(fā)明的接合方法接合的接合基板的截面。接合基板41 通過將下晶片42與上晶片43接合而制作。由于下晶片42的溫度與上晶片43的溫度的溫度差比較小，因而下晶片42的伸長量與上晶片43的伸長量之差A(yù)d2小于差A(yù)dl。因此， 與接合基板34相比，接合基板41被冷卻后的接合基板44的翹曲更降低。S卩，本發(fā)明的接合方法能夠進一歩降低接合晶片(接合基板)的翹曲。其結(jié)果是， 根據(jù)本發(fā)明的接合方法，處理接合晶片的后エ序的設(shè)備能夠更容易地處理接合晶片。作為該后エ序，例示了將接合晶片進一歩與其他的晶片接合的エ序、對接合晶片的配線管進行接合的エ序、檢查エ序、切割エ序。下晶片42在從活化到接合為止的期間，與夾頭11接觸。形成夾頭11的不銹鋼 SUS304的熱傳導(dǎo)率大致為16. 3ff/m · K。上晶片43在從活化到接合為止的期間，與靜電卡盤13的介電層接觸。形成該介電層的氧化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率大致為32W/m· K。在此， 氮化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率大致為150W/m*K。即，氧化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率與氮化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率相比，接近不銹鋼SUS304的熱傳導(dǎo)率。因此，本發(fā)明的接合裝置1與靜電卡盤13的介電層由氮化鋁系陶瓷形成的其他的接合裝置相比，能夠減少下晶片42的溫度與上晶片43的溫度的溫度差，能夠縮短從活化到下晶片42的溫度與上晶片43的溫度的溫度差成為規(guī)定的溫度差(例如，5度)以下、進而成為3度以下的期間，能夠更高速地將下晶片 42與上晶片43接合。在夾頭11及臺階承載器8由不銹鋼SUS304構(gòu)成且靜電卡盤13的介電層由氧化鋁系陶瓷構(gòu)成吋，即使在活化處理結(jié)束后立即將下晶片42與上晶片43接合的情況下，與以往相比，也能夠降低得到的接合基板的翹曲量。由此，這種情況下，也可以省略溫度控制步驟(S3)。需要說明的是，夾頭11也可以由與不銹鋼SUS304不同的其他的材料構(gòu)成。該材料的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選接近構(gòu)成靜電卡盤13的介電層的材料的熱傳導(dǎo)率且包含在規(guī)定的范圍內(nèi)。作為該規(guī)定的范圍，例示了比靜電卡盤13的介電層的熱傳導(dǎo)率的1/2大且比靜電卡盤 13的介電層的熱傳導(dǎo)率的2倍小的范圍。作為該規(guī)定的范圍，還例示了與靜電卡盤13的介電層的熱傳導(dǎo)率之差為20W/m · K以內(nèi)的范圍。具體而言，例示了靜電卡盤13的介電層由氧化鋁系陶瓷構(gòu)成且夾頭11由不銹鋼SUS430構(gòu)成的組合。需要說明的是，也可以將臺階承載器8置換成不經(jīng)由夾頭11而與晶片直接接觸并保持晶片的其他的臺階承載器。這種情況下，該臺階承載器由與構(gòu)成夾頭11的材料相同的材料構(gòu)成。即使是具備此種臺階承載器的接合裝置，與已述的實施方式的接合裝置1同樣地，在活化步驟之后，能夠縮短到下晶片的溫度與上晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下為止的期間。圖6 圖9表示將靜電卡盤13和臺階承載器8置換成其他靜電卡盤和其他臺階承載器的例子。如圖6所示，靜電卡盤51具備冷卻裝置。該冷卻裝置具備冷卻液流路52和未圖示的冷卻裝置主體。冷卻液流路52在靜電卡盤51的內(nèi)部配置一部分，其他的一部分配置在接合裝置1的外部。冷卻裝置主體配置在接合裝置1的外部，通過使規(guī)定的溫度的冷卻液流過冷卻液流路52，來冷卻由靜電卡盤51保持的晶片。另外，如圖7所示，靜電卡盤51具備加熱裝置。該加熱裝置具備加熱器M和電線 55，且具備未圖示的加熱裝置主體。加熱器M由于被施加電壓而發(fā)熱。電線55與加熱器 54電連接。加熱裝置主體經(jīng)由電線55向加熱器M施加電壓，從而加熱由靜電卡盤51保持的晶片。如圖8所示，臺階承載器61具備冷卻裝置。該冷卻裝置具備冷卻液流路62和未圖示的冷卻裝置主體。該冷卻液流路62在臺階承載器61的內(nèi)部配置一部分，其他的一部分配置在接合裝置1的外部。該冷卻裝置主體配置在接合裝置1的外部，通過使規(guī)定的溫度的冷卻液流過冷卻液流路62，由此冷卻由臺階承載器61保持的晶片。另外，如圖9所示，臺階承載器61具備加熱裝置。該加熱裝置具備加熱器64和電線65，且具備未圖示的加熱裝置主體。加熱器64通過被施加電壓而發(fā)熱。電線65與加熱器64電連接。加熱裝置主體經(jīng)由電線65向加熱器64施加電壓，而加熱由臺階承載器61 保持的晶片?？刂蒲b置10的溫度調(diào)節(jié)部23控制溫度計18，以測定由靜電卡盤51保持的晶片的溫度。溫度調(diào)節(jié)部23基于該測定到的溫度而控制靜電卡盤51的冷卻裝置或加熱裝置，以使由靜電卡盤51保持的晶片的溫度包含在規(guī)定的溫度范圍。溫度調(diào)節(jié)部23還控制溫度計 18，以測定與臺階承載器61直接接觸而被保持的晶片的溫度。溫度調(diào)節(jié)部23基于該測定到的溫度來控制臺階承載器61的冷卻裝置或加熱裝置，以使由臺階承載器61保持的晶片的溫度包含在該規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。溫度調(diào)節(jié)部23還算出使由靜電卡盤51保持的晶片的溫度包含在該規(guī)定的溫度范圍內(nèi)并使由臺階承載器61保持的晶片的溫度包含在該規(guī)定的溫度范圍內(nèi)的時間。作為該規(guī)定的溫度范圍，例示了在后エ序中對接合了的接合晶片進行處理的氣氛的溫度的范圍，并例示了由該接合晶片制作的MEMS所使用的氣氛的溫度的范圍。此種接合裝置與圖1所示的接合裝置1同樣地，在該規(guī)定的溫度范圍內(nèi)能夠進ー 步降低在接合晶片產(chǎn)生的翹曲。此種接合裝置即使在后エ序的氣氛的溫度與常溫不同的情況下，也能夠降低后エ序中的接合晶片的翹曲，在后エ序中能夠更容易地處理接合晶片。此種接合裝置還能夠使由靜電卡盤51或臺階承載器61保持的晶片的溫度更高速地變化為規(guī)定的溫度，能夠縮短從活化到下晶片的溫度與上晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的期間，能夠更高速地將下晶片與上晶片接合。此種接合裝置進而即使在下晶片與上晶片由熱傳導(dǎo)率互不相同的材料分別形成的情況下，也能夠縮短該溫度差成為規(guī)定值以下的期間， 能夠更高速地將下晶片與上晶片接合。需要說明的是，在無需將下晶片和上晶片溫度控制成比晶片常溫低的溫度時，靜電卡盤51和臺階承載器61也可以分別省略冷卻裝置。同樣地，在無需將下晶片和上晶片溫度控制成比晶片常溫充分高的溫度時，靜電卡盤51和臺階承載器61也可以分別省略加熱裝置。需要說明的是，在圖1所示的接合裝置1中，也可以僅將靜電卡盤13置換成靜電卡盤51。此時，控制裝置10的溫度調(diào)節(jié)部23控制溫度計18，以測定與臺階承載器8直接接觸而被保持的晶片的溫度。溫度調(diào)節(jié)部23基于該測定到的溫度而控制靜電卡盤51的冷卻裝置或加熱裝置，以使由靜電卡盤51保持的晶片的溫度與由臺階承載器8保持的晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下。使用了具備冷卻裝置或加熱裝置的靜電卡盤51的接合裝置與使用了靜電卡盤13的接合裝置1同樣地能夠降低翹曲，與接合裝置1相比，能夠縮短溫度控制步驟(S； )中的所用時間，因此能夠更高速地進行接合。需要說明的是，在圖1所示的接合裝置1中，也可以僅將臺階承載器8置換成臺階承載器61。此時，控制裝置10的溫度調(diào)節(jié)部23控制溫度計18，以測定由靜電卡盤13保持的晶片的溫度。溫度調(diào)節(jié)部23基于該測定到的溫度而控制臺階承載器61的冷卻裝置或加熱裝置，以使由臺階承載器61保持的晶片的溫度與由靜電卡盤13保持的晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下。使用了具備冷卻裝置或加熱裝置的臺階承載器61的接合裝置與使用了臺階承載器8的接合裝置1同樣地能夠降低翹曲，與接合裝置1相比，能夠縮短溫度控制步驟(S； )中的所用時間，因此能夠更高速地進行接合。作為進而其他的方式，也可以從圖1所示的接合裝置1中省略溫度計18。此時，使用者基于事先的試驗而算出從活化到下晶片的溫度與上晶片的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下的期間。該期間比從活化到下晶片和上晶片的活化的效果消除為止的期間(例如，10 分鐘)短。該期間與晶片、靜電卡盤、臺階承載器的屬性無關(guān)地大致一定，例示了 5分鐘以上?？刂蒲b置10的溫度調(diào)節(jié)部23算出從晶片的活化步驟結(jié)束到經(jīng)過了該期間的時刻。即使是此種接合裝置，也與具備溫度計18的接合裝置1同樣地，能夠降低翹曲。實施例使用圖1所示的接合系統(tǒng)，按照以下的條件來制作接合基板。〈條件1(實施例)>靜電卡盤13由氧化鋁系陶瓷構(gòu)成，臺階承載器8由不銹鋼SUS304構(gòu)成。使用的氧化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率為32W/m · K，不銹鋼SUS304的熱傳導(dǎo)率為16. 3ff/m · K。將活化步驟S2中的活化時間設(shè)定為5分鐘。在活化步驟S2之后，通過使第二基板表面與第一基板表面接觸，來將兩基板接合。需要說明的是，作為第一基板及第ニ基板， 使用圓盤狀(直徑4英寸)的帶氧化膜的ニ氧化硅(SiO2)制的晶片。另外，在條件1中， 不進行加熱或冷卻第一基板及第ニ基板的處理，而在活化步驟S2與接合步驟S4之間不設(shè)置待機時間。〈條件2(比較例)>與條件1同樣地，臺階承載器8由不銹鋼SUS304構(gòu)成，但靜電卡盤13由氮化鋁系陶瓷構(gòu)成。使用的氮化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率為150W/m · K。
與條件1同樣地，將活化步驟S2中的活化時間設(shè)定為5分鐘。在活化步驟S2之后，使第二基板表面與第一基板表面接觸，從而將兩基板接合。需要說明的是，即使在條件 2中，作為第一基板及第ニ基板，也使用了圓盤狀(直徑4英寸)的帶氧化膜的ニ氧化硅 (SiO2)制的晶片。另外，即使在條件2中，也不進行加熱或冷卻第一基板及第ニ基板的處理， 在活化步驟S2與接合步驟S4之間未設(shè)置待機時間。在由條件2得到的接合基板中，如圖4所示，確認到了顯著的翹曲。具體的翹曲量 Adl 為約 100 150 μ m。相對于此，在由條件1得到的接合基板中，如圖5所示，翹曲降低。具體的翹曲量 Ad2 為約 30 μ m。需要說明的是，翹曲量Adl及Ad2是使用高低差儀計測晶片表面形狀來求出的。在條件1中，靜電卡盤13(氧化鋁系陶瓷)與臺階承載器8(不銹鋼SUS304)的熱傳導(dǎo)率之差為15. 7W/m ·Κ。另ー方面，在條件2中，靜電卡盤13(氮化鋁系陶瓷)與臺階承載器8(不銹鋼SUS304)的熱傳導(dǎo)率之差為133.7W/m*K。通過將靜電卡盤13與臺階承載器8的熱傳導(dǎo)率之差如條件1那樣減小，從而即使不進行加熱或冷卻第一基板及第ニ基板的處理且在活化步驟S2與接合步驟S4之間不設(shè)置待機時間吋，也確認到了能夠大幅降低得到的接合基板中的翹曲量。〈條件3(實施例)>與條件2同樣地，臺階承載器8由不銹鋼SUS304構(gòu)成，靜電卡盤13由氮化鋁系陶瓷構(gòu)成。使用的氮化鋁系陶瓷的熱傳導(dǎo)率為150W/m · K。將活化步驟S2中的活化時間設(shè)定為5分鐘，并設(shè)定第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值(=5°C )以下為止的待機時間。經(jīng)過待機時間后，通過使第二基板表面與第一基板表面接觸，而將兩基板接合。需要說明的是，作為第一基板及第ニ基板， 使用了圓盤狀(直徑4英寸)的帶氧化膜的ニ氧化硅(SiO2)制的晶片。即使在由條件3得到的接合基板中，如圖5所示，翹曲降低。具體的翹曲量Ad2 為約30 μ m。在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，使第二基板表面與第一基板表面接觸，從而確認到能夠大幅降低得到的接合基板中的翹曲量。標(biāo)號說明1 接合裝置2 接合室3:加載互鎖真空室4:閘閥5 真空泵6 傳送機構(gòu)7 真空泵8:臺階承載器9 位置對合機構(gòu)10 接合裝置控制裝置(控制裝置)11 夾頭0110]12壓接軸0111]13靜電卡盤0112]14壓接機構(gòu)0113]15:載7可TT0114]16離子槍0115]17電子源0116]18溫度計0117]21傳送部0118]22活化部0119]23溫度調(diào)節(jié)部0120]24接合部0121]31接合基板0122]32下晶片0123]33上曰曰門0124]34接合基板0125]41接合基板0126]42下晶片0127]43上曰曰門0128]44接合基板0129]51靜電卡盤0130]52冷卻液流路0131]54 加熱器0132]55電線0133]61臺階承載器0134]62冷卻液流路0135]64 加熱器0136]65電線
權(quán)利要求
1.ー種接合方法，具備通過向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子來使所述第二基板表面和所述第一基板表面活化的活化步驟；及在所述第一基板的溫度與所述第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，使所述第二基板表面與所述第一基板表面接觸，從而將所述第二基板與所述第一基板接合的接合
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其中，在所述活化步驟之后且所述接合步驟之前，還具備加熱或冷卻所述第一基板或所述第 ニ基板的溫度控制步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其中，在所述第一基板的溫度或所述第二基板的溫度包含于規(guī)定溫度范圍內(nèi)時，實施所述接步驟 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其中， 使用溫度計來測定所述溫度差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其中，在所述第一基板表面被活化時與所述第一基板接觸的第一材料的熱傳導(dǎo)率和在所述第二基板表面被活化時與所述第二基板接觸的第二材料的熱傳導(dǎo)率之差處于規(guī)定的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接合方法，其中， 所述第一材料為不銹鋼，所述第二材料是氧化鋁系陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其中，在向所述第二基板表面和所述第一基板表面照射所述粒子結(jié)束后經(jīng)過5分鐘以上之后實施所述接合步驟。
8.ー種接合裝置，具備向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子的活化裝置；及在所述第一基板的溫度與所述第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，驅(qū)動所述第二基板和所述第一基板以使所述第二基板表面與所述第一基板表面接觸的壓接機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接合裝置，還具備在所述第一基板表面被活化時保持所述第一基板的第一保持機構(gòu)；及在所述第二基板表面被活化時保持所述第二基板的第二保持機構(gòu)， 在所述第一基板由所述第一保持機構(gòu)保持時與所述第一基板接觸的第一材料的熱傳導(dǎo)率和在所述第二基板由所述第二保持機構(gòu)保持時與所述第二基板接觸的第二材料的熱傳導(dǎo)率之差處于規(guī)定的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接合裝置，其中， 所述第一材料為不銹鋼，所述第二材料為氧化鋁系陶瓷。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接合裝置，其中， 還具備對所述第一基板進行加熱的加熱裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接合裝置，其中， 還具備對所述第一基板進行冷卻的冷卻裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接合裝置，其中，還具備對所述第二基板進行冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接合裝置，其中，還具備測定所述第一基板的溫度或/及第ニ基板的溫度的溫度計。
15.ー種接合系統(tǒng)，具備接合裝置，該接合裝置具備向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子的活化部、以及驅(qū)動所述第二基板和所述第一基板以使所述第二基板表面與所述第一基板表面接觸的壓接機構(gòu)；及控制裝置，控制所述接合裝置，其中，所述控制裝置在所述第一基板的溫度與所述第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，控制所述壓接機構(gòu)，以使所述壓接機構(gòu)驅(qū)動所述第二基板和所述第一基板。
全文摘要
本發(fā)明具備通過向第一基板的第一基板表面和第二基板的第二基板表面照射粒子來使第二基板表面和第一基板表面活化的活化步驟(S2)；及在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之后，使第二基板表面與第一基板表面接觸，從而將第二基板與第一基板接合的接合步驟(S4)。根據(jù)此種接合方法，與在第一基板的溫度與第二基板的溫度的溫度差成為規(guī)定值以下之前將兩基板接合的其他的接合方法相比，能夠進一步降低在得到的接合基板上產(chǎn)生的翹曲。
文檔編號B23K101/40GK102598208SQ201080047559
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者井手健介, 后藤崇之, 堤圭一郎, 木之內(nèi)雅人, 津野武志, 鈴木毅典 申請人:三菱重工業(yè)株式會社