JP2005294824A

Ultrasonic joining method and ultrasonic joining device in vacuum

Abstract

Problem to be solved.To provide a method of joining a plurality of objects to be joined having a surface shape which are in close contact with each other with a solid layer, and there is a problem that large voids remain due to particles on the surface when a large area such as a wafer is surface-bonded. .. In addition, a high load of 300 MPa was indispensable, which hindered mass production.

Solution.After surface activation, objects to be joined which are arranged facing each other in a vacuum chamber under reduced pressure are contact-pressurized and ultrasonic vibration is applied to join them, thereby forming a voidless with a pressing force of 300 Mpa or less. It becomes possible to join. Al, Si, and oxides, which were difficult to bond, can be bonded, and can be applied to large-area wafer bonding. [Selection diagram] Fig. 1

JP2005294824A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 10

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35 claims: 5 independent, 30 dependent

  1. 1
    複数の被接合物を接合する方法であって、減圧下の真空チャンバー内で対向配置された被接合物同士を接触加圧し、超音波振動を印加して接合する方法。
  2. 2
    前記被接合物の接合表面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により表面活性化した後、両被接合物を接触加圧し、超音波振動を印加し固層で接合する請求項1に記載の方法。
  3. 3
    前記接合時の加圧力が300Mpa以下の加圧力で接合する請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  4. 4
    前記被接合物がお互いに密着し合う面形状をした複数の被接合物であり、接合表面にパーティクルが1つ以上乗っている請求項1~3のいずれかに記載の方法。
  5. 5
    前記被接合物がウエハーからなる請求項1~4のいずれかに記載の方法
  6. 6
    前記エネルギー波による洗浄工程と超音波振動による接合工程を同一チャンバーで行う請求項1~5のいずれかに記載の方法。
  7. 7
    前記エネルギー波を照射しながら接触させる請求項1~6のいずれかに記載の方法。
  8. 8
    前記エネルギー波が大気圧プラズマである請求項1~7のいずれかに記載の方法。
  9. 9
    前記エネルギー波が減圧プラズマである請求項1~8のいずれかに記載の方法。
  10. 10
    少なくとも前記一方の被接合物が半導体であり、各被接合物の接合面を+-両電界に切り替わるRFプラズマ電源またはパルス波によるプラズマ電源からなるプラズマで洗浄する請求項9に記載の方法。
  11. 11
    前記接合時に180°C以内に加熱する請求項1~10のいずれかに記載の方法。
  12. 12
    前記超音波振動が縦振動である請求項1~11のいずれかに記載の方法。
  13. 13
    両被接合物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被接合物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結された接合機構において、両被接合物を接触加圧した状態で、ピエゾアクチュエータの伸縮動作にて縦振動を印加し接合する請求項12に記載の方法。
  14. 14
    前記両被接合物を接触加圧した状態で、複数のピエゾアクチュエータ間の振動位相を制御し、回転方向に順次波がながれるように伸縮動作させ接合する請求項13に記載の方法。
  15. 15
    前記超音波振動を印加して接合する接合過程において加圧力及び/又は超音波振動エネルギーを上昇するカーブで増大させる請求項1~14のいずれかに記載の方法。
  16. 16
    振幅検出手段を有し、前記超音波振動を印加して接合する接合過程において、振動物の振幅を測定し、目的値となるように超音波振動エネルギーを制御する請求項1~15のいずれかに記載の方法。
  17. 17
    前記被接合物が複数の微少バンプを備えた半導体ウエハーまたはチップからなる請求項1~16のいずれかに記載の方法。
  18. 18
    前記請求項1~17の方法で作られた被接合物が複数の微少バンプを備えた半導体ウエハーまたはチップからなる半導体装置。
  19. 19
    複数の被接合物を接合する接合装置であって、真空チャンバーと、真空チャンバー内に超音波振動ヘッドとヘッド昇降軸とステージを備え、減圧下の真空チャンバー内でヘッドとステージに保持され、対向配置された被接合物同士を接触加圧し、超音波振動を印加して接合する接合装置。
  20. 20
    エネルギー波による洗浄手段を備え、前記被接合物の接合表面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により表面活性化した後、両被接合物を接触加圧し、超音波振動を印加し固層で接合する請求項19に記載の接合装置。
  21. 21
    前記接合時の加圧力が300Mpa以下の加圧力で接合する請求項19または20のいずれかに記載の接合装置。
  22. 22
    前記前記被接合物がお互いに密着し合う面形状をした複数の被接合物であり、接合表面にパーティクルが1つ以上乗っている請求項19~21のいずれかに記載の接合装置。
  23. 23
    前記被接合物がウエハーからなる請求項19~22のいずれかに記載の接合装置
  24. 24
    前記エネルギー波による洗浄工程と超音波振動による接合工程を同一チャンバーで行う請求項19~23のいずれかに記載の接合装置。
  25. 25
    前記エネルギー波を照射しながら接触させる請求項19~24のいずれかに記載の接合装置。
  26. 26
    前記エネルギー波が大気圧プラズマである請求項19~25のいずれかに記載の接合装置。
  27. 27
    前記エネルギー波が減圧プラズマである請求項19~26のいずれかに記載の接合装置。
  28. 28
    少なくとも前記一方の被接合物が半導体であり、各被接合物の接合面を+-両電界に切り替わるRFプラズマ電源またはパルス波によるプラズマ電源からなるプラズマで洗浄する請求項27に記載の接合装置。
  29. 29
    前記接合時に180°C以内に加熱する請求項19~28のいずれかに記載の接合装置。
  30. 30
    前記超音波振動が縦振動である請求項19~29のいずれかに記載の接合装置。
  31. 31
    対向する2つの被加圧物を保持する2つの保持ツールと、少なくとも一方の保持ツールを加圧軸方向へ移動および加圧する昇降軸と、複数のピエゾアクチュエータと、複数のピエゾアクチュエータを振動制御する振動印加手段を備え、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結された接合機構において、両被加圧物を接触加圧した状態で、ピエゾアクチュエータの伸縮動作にて縦振動を印加する請求項30に記載の接合装置。
  32. 32
    複数のピエゾアクチュエータ間の振動位相を制御する手段を備え、前記両被接合物を接触加圧した状態で、複数のピエゾアクチュエータ間の振動位相を制御し、回転方向に順次波がながれるように伸縮動作させ接合する請求項31に記載の接合装置。
  33. 33
    前記超音波振動を印加して接合する接合過程において加圧力及び/又は超音波振動エネルギーを上昇するカーブで増大させる請求項19~32のいずれかに記載の接合装置。
  34. 34
    振幅検出手段を有し、前記超音波振動を印加して接合する接合過程において、振動物の振幅を測定し、目的値となるように超音波振動エネルギーを制御する請求項19~33のいずれかに記載の接合装置。
  35. 35
    前記被接合物が複数の微少バンプを備えた半導体ウエハーまたはチップからなる請求項19~34のいずれかに記載の接合装置。
Independent claims35