| ボンドテックは、半導体の3次元積層化技術でキーポイントとなる「表面活性化による常温接合プロセス」の第一人者、東京大学の須賀唯知教授の指導のもと、量産への移行を実現する、低真空化や大気中での常圧接合を可能とする技術に注力し開発してきました。SABのメリットとして、まずは異種材料同志が常温で接着剤を介さずに直接接合できる点が上げられる。これは太陽電池やソーフィルターのようにエピタキシャル成長でなく直接異種材料を張り合わせることで新たな材料が作れる分野や3次元実装において新たな画期的な分野を創造するだろう。現実、特に材料の分野では、既に量産がスタートしている。 さらに、接合材料により最適な表面活性化方法を使い分けを行っています。 また、従来の原子ビームによる方法を応用し、特異な処理をすることで真空度を超高真空から低下させ、異種材料の接合を実現しました。 SABのメリットとして、まずは異種材料同志が常温で接着剤を介さずに直接接合できる点が上げられる。これは太陽電池やソーフィルターのようにエピタキシャル成長でなく直接異種材料を張り合わせることで新たな材料が作れる分野や3次元実装において新たな画期的な分野を創造するだろう。現実、特に材料の分野では、既に量産がスタートしている。 ①Ar照射による超高真空中での常温接合|化合物半導体など異種材料や金属の接合 従来から研究されてきている常温接合といえば、この方式であり、超高真空中でのFABによるAr中性原子の照射により、接合表面の酸化膜や付着物(コンタミ)を除去し、表面原子の結合手であるダングリングボンドを露出した状態を作ります。これはプラズマに比べ弱いAr中性原子による表面層のみのエッチングにより新生面を出し、最表面の分子や原子の結合を切り、活性な表面を露出させる方法である。 これを両接合面に施した後、超高真空中で接合面同士を接触させ、原子レベルでの接合を得る方法で普通では接合できない化合物半導体など異種材料間や金属間での常温接合を達成します。ただし、再付着分子を抑えるためには、10-10乗torrという超高真空が要求され量産への移行の妨げとなっていました。 ボンドテックではこの超高真空中での処理においても特異な処理を行うことで真空レベルの低下を達成し、かつ大面積においても均一な処理が可能となりました。 ②Siナノ接着層による酸化物接合 2つ目にSABではイオン結晶性の材料が接合できない点がある。これは酸化膜や窒化膜などであり、半導体では接合したい材料となり、半導体への適用が遅れている原因でもあった。 これに対応すべく一つは親水化接合への適用であるが、もう一つの方法として活性化処理の間に中間層としてSi-FABやSiスパッタする方式である。 本方式においては1層に満たない程度のSi原子を界面に介在させることでイオン結晶性の材料でも接合を可能とした。 また、いかなる材料へも適用することができアプリケーションが広がっている。 |
| 例えば、現在使用されているプロセスにおいても表面を活性化することで、低温、短時間接合できるようになり、アライメント精度の向上やスループットの向上、酸化膜の介在しない理想的な接合界面を得ることができる。 このように既に量産されているプロセスの改善にも有効である。 3次元実装やMEMSの分野においては現状プロセスの改良のかたちでスタートしている。 ①Ar FABによる大気中での金属電極常温接合(光素子、Memory) 接合面を酸化や付着がしにくい材料であるAuに限定することでFABで処理後、かつ、1時間以内なら大気中でも常温で接合できる方法です。 ![]() ②Cuの親水化(OH基)接合 真空チャンバーの中でCu電極表面をFABで活性化処理し、界面に水分子をベーパアシストすることでOH基で終端・大気中でも 150℃,1sで接合し、200℃,1hのアニール処理で作られた酸化膜は消滅します。 ③ 表面活性化Au-Au接合による真空封止 FABによる真空中での常温接合(仮接合)後に本接合(高加圧)と分離することで、量産化へ耐えうるプロセスとして確率しました。 ![]() ④プラズマ陽極接合(MEMS) MEMSの封止に使われる陽極接合(アルカリガラスとSiを400度程度の加熱のもと1000V程度の電圧を印加することでガラス中のアルカリを酸素とナトリウムに分離して界面で酸素とSiの接合する技術)と表面活性化を前処理として併用することで、低温、ボイドレス、低アウトガスを達成します。 陽極接合で必要だったアルカリの分解は低減するため結果として、酸素によるアウトガスが激減し、真空度を保つためのゲッター材が不要になるという相乗効果が生まれます。 ⑤プラズマ親水化接合(CIS、MEMORY) 5つ目に従来の水を介在させた大気中での親水化接合への適用がある。 この分野はRIEプラズマを使用して活性化はするが十分なOH基の生成ができないために水を介在した大気中でしか接合強度を確保することができない。大気中でウエハを張り合わせると空気を巻き込んでボイドとなるため、ウエハを撓ませてセンタープッシュによる方法で中央から外周へ接合を押し広げることで空気の巻き込みを防止しようとしているがウエハのそりが発生する。アニール時に余分な水分もマイクロボイド化する。 また、パーティクルや濡れ速度にも大きく影響されるため、どうしても外周部などにボイドが残るため真空接合が求められる。 それに対し、シーケンシャルプラズマと呼ばれるRIE処理の後にラジカル処理を施す方法でOH基を事前に生成することができ、真空中での接合強度をアップさせることが可能となる。この分野にSABを適用すると前述の発表にあったようにN2ビーム処理と同時にSi粒子ビームを照射することで接合界面のOH基の量を増やすことで真空中でも接合強度を確保することができる。 また、真空中で接合させることで空気の巻き込みなく、水分を除去するためマイクロボイドの発生もおさえられる。 ウエハを撓ませないので反りは発生しなく、アライメント精度も向上する。 |
| 次にSABに対応した装置展開について解説する。まずUHVの真空化でアライメント接合できる装置を紹介する。従来は大気中でアライメントしてジグでウエハをクランプし、真空チャンバーへ移載した後にスペーサを外して真空中で接合する方式であった。 しかし、真 空チャンバー中でスペーサを抜く時のずれやスペーサを挟んだ状態で加熱すると位置ずれを発生する課題があった。 弊社方式では直接真空チャンバー中で接合直前に赤外透過認識してアライメントすることで位置ずれなく接合することができる。 また、接触時の位置ずれを修正する機能もあり300mmウエハでも±0.2μmの接合後精度をキープすることができる。UHVという真空化でアライメントできるアクチュエータとしてピエゾを使用し、チャンバーの外から赤外透過カメラで認識する画像処理を使用する。 赤外透過ではコントラストが悪い画像でも高精度に認識するMagicVisionと呼ぶソフトウェアと6軸方向のアライメント機構を持つピエゾアクチュエータにより構成される。露光機のような平面的なX,Y、θの3軸アライメントに対し、2つの面を合わせて加圧しても位置ずれさせないためには各あおり方向も含めた6軸の位置合わせが重要となる。 ![]() |
| ①超高真空環境の量産化対応 / Equipment for mass production in UHV SABのデメリットとしては1つ目にUHVという真空度が必要なことである。これは折角、活性化して結合手を露出させても不純物が存在する環境では対象ウエハと接合前に不純物と結合して活性化能力が落ちるためである。 このUHVという環境は真空引きにベーキングや時間を要するため、研究開発用途では使われても量産装置では使いにくいという課題があった。しかし、現在では接合チャンバーに高効率なロードロックチャンバーを設けることでスループット向上に成功している。 ②大口径対応Arビームソース(FAB) / Ar Beam Source for Scanning Large Area up to 12' 2つ目に従来のArビームソースでは小さなサンプルは処理できてもウエハのような大きな表面を均一に処理することができなかった。2インチウエハぐらいが限度であり、そのため研究開発の域を抜け出る妨げとなっていた。そこで、今回スキャン可能なArビームソースを開発し大面積を均一に処理することが可能となった。12“ウエハの量産機へも適用している。 ③Siナノ接着層対応ビームソース / Special Beam Source for Si Nano-adhesion Layes 3つ目にSABではイオン結晶性の材料が接合できない点がある。これは酸化膜や窒化膜などであり、半導体では接合したい材料となり、半導体への適用が遅れている原因でもあった。 これに対応すべく一つは上述した親水化接合への適用であるが、もう一つの方法として活性化処理の間に中間層としてSiスパッタする方式である。 本方式においては1層に満たない程度のSi原子を界面に介在させることでイオン結晶性の材料でも接合を可能とした。また、いかなる材料へも適用することができアプリケーションが広がっている。 ![]() ④Si-FAB ArやN2によるビーム照射時にSi原子を同時に照射することでSiが層になることができずSiリッチな表面を生成します。 電極を伴う接合においてもショートすることなく絶縁性もキープしたまま接合強度をUPさせます。 また選択的エッチングによりSi空気層発生するSICの接合にも好適です。 ![]() |






