(57)【要約】  【課題】適用範囲の広い基板接合技術を提供する。  【解決手段】    接合面内にシリコン薄膜を形成し、基板との境界はエネルギー粒子、金属粒子により、表面処理する。  【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製方法であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第１の表面処理ステップと、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第２の表面処理ステップを有し、
前記第１の表面処理ステップおよび第２の表面処理ステップの実施結果として前記接合基板が作製され、
前記第１の表面処理ステップおよび前記第２の表面処理ステップは、前記接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、実施がコントロールされる、接合基板作製方法。
【請求項２】
前記接合基板の表面上に金属層が形成されることなく実施がコントロールされる、請求項１に記載の接合基板作製方法。
【請求項３】
前記第１の表面処理ステップと前記第２の表面処理ステップは同時に実施される、請求項１に記載の接合基板作製方法。
【請求項４】
前記第１の表面処理ステップの実施後、前記第２の表面処理ステップが実施される、請求項１に記載の接合基板作製方法。
【請求項５】
前記第１の表面処理ステップは、エネルギー粒子源を使用し、前記エネルギー粒子源から前記基板表面に向けて、エネルギー粒子を含む粒子が放射され、
前記第２の表面処理ステップは、金属粒子源を使用し、前記金属粒子源から前記基板表面に向けて、金属粒子を含む粒子が放射される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の接合基板作製方法。
【請求項６】
前記金属粒子源は、金属体を有する、請求項５に記載の接合基板作製方法。
【請求項７】
前記金属体は、移動可能である、請求項６に記載の接合基板作製方法。
【請求項８】
前記基板表面層の母材はシリコンである、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の接合基板作製方法。
【請求項９】
前記第１の表面処理ステップは、１０−５Ｐａ以下の気圧下で開始する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の接合基板作製方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法により作製された接合基板を用意するステップと、
前記接合基板と接合すべき基板（「Ｍ基板」を用意するステップと、
前記接合基板と前記Ｍ基板とを接合する接合ステップと、
を有する基板接合方法。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法により作製された接合基板を用意するステップと、
前記接合基板同士を接合する接合ステップと、
を有する基板接合方法。
【請求項１２】
前記接合ステップは、１０−５Ｐａ以上の真空下または大気中で実施される、請求項１０または１１に記載の基板接合方法。
【請求項１３】
前記接合ステップは、−６０℃ないし＋２００℃の温度下、好ましくは室温下で、実施される、
請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１４】
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、を備え、
前記金属粒子源は、金属体を有し、
前記金属体は移動可能である、
接合基板作製装置。
【請求項１５】
プロセス制御装置を備え、
前記プロセス制御装置は、前記接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源をコントロールする、請求項１４に記載の接合基板作製装置。
【請求項１６】
前記プロセス制御装置は、前記接合基板の表面上に金属層が形成されることなく前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源をコントロールする、請求項１５に記載の接合基板作製装置。
【請求項１７】
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板の表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、
目標とする接合基板のプロパティ（「目標プロパティ」）を満足するプロセス条件を記憶するプロセス条件メモリと、
前記メモリを参照し、前記目標プロパティを満たすプロセス条件に基づいて、前記エネルギー粒子源と前記金属粒子源をコントロールする制御装置と、
を備える、
接合基板作製装置。
【請求項１８】
前記目標プロパティは、接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、請求項１７に記載の接合基板作製装置。
【請求項１９】
前記目標プロパティは、（Ａ）接合基板の表面層に金属層が存在しないこと、および（Ｂ）接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、
前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、請求項１７に記載の接合基板作製装置。
【請求項２０】
前記プロセス条件は、前記エネルギー粒子源によって、前記エネルギー粒子が獲得するエネルギー条件を含んでいる、請求項１７ないし１９のいずれか一項に記載の接合基板作製装置。
【請求項２１】
前記エネルギー条件は、３０ｅＶ以上ないし５０００ｅＶ以下である、請求項２０に記載の接合基板作製装置。
【請求項２２】
前記目標プロパティは、（Ｔ１）接合基板が所定の接合強度能力を有すること、を含んでおり、
前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、請求項１７に記載の接合基板作製装置。
【請求項２３】
前記プロセス条件は、前記エネルギー粒子源によって、前記エネルギー粒子が獲得するエネルギー条件を含んでいる、請求項２２に記載の接合基板作製装置。
【請求項２４】
前記エネルギー粒子源の姿勢を制御する姿勢制御装置を備え、
前記姿勢制御装置は、
エネルギーベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第１の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記基板表面に向け、
金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第２の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記金属粒子源に向け、
前記金属粒子源は、
前記金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子に応答して、前記基板表面に向けて金属粒子を放射する姿勢におかれる、
請求項１７に記載の接合基板作製装置。
【請求項２５】
前記金属粒子源は金属体を有する、請求項１７ないし１９のいずれか一項に記載の接合基板作製装置。
【請求項２６】
前記姿勢制御装置は、前記エネルギー粒子源を回転可能に支持する機構部品を備える、請求項２４または２５に記載の接合基板作製装置。
【請求項２７】
前記エネルギー粒子源は、ライン式イオンソースである、請求項１７に記載の接合基板作製装置。
【請求項２８】
基板接合体であって、
一対の、互いに接合された基板と、
前記一対の基板の間に形成された界面層と、
を有し、
前記界面層には、金属層が形成されず、前記界面層の母材中に、金属粒子が分布する、
基板接合体。
【請求項２９】
前記界面層の母材中に分布する金属粒子は、前記界面層の深さ方向に、濃度勾配を有する、請求項２８に記載の基板接合体。
【請求項３０】
前記界面層の中央部に、前記金属粒子の濃度ピークが存在する、請求項２８または２９に記載の基板接合体。
【請求項３１】
前記界面層の厚みは、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項２８に記載の基板接合体。
【請求項３２】
前記界面層の厚みは、前記母材中に分布する金属の、界面層深さ方向における、濃度プロファイルの半値幅で規定される、請求項３１に記載の基板接合体。
【請求項３３】
前記界面層が含有する金属は、遷移金属である、請求項２８ないし３２のいずれか一項に記載の基板接合体。
【請求項３４】
前記界面層が含有する遷移金属は、鉄である、請求項３３に記載の基板接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板（固体材料）同士を接合する接合技術（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に関し、特に、接合用基板の接合面の作製方法、基板接合方法及び基板接合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子部品の分野において、固体材料同士の接合は、シリコン基板、シリコンその他の基板上に酸化物層や窒化物層を形成した基板、あるいはガラス材料の基板などを接合するウエハの接合技術、フリップチップ方法における電子部品間の金属材料の接合技術、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を作成する際のパッケージ封止技術などにおいて行われている。【０００３】
基板を接合するにあたり、接触後に高温で加熱し、接合する基板間で化学反応や接合界面近傍での原子拡散を促進することで、接合界面の強度を高めること（加熱処理を伴う接合方法）が一般的に行われている。【０００４】
たとえば、シリコンウエハの接合方法では、シリコンウエハの表面を親水化処理した後、一対のウエハをヴァンデルワールス力で接合し、１０００℃程度で加熱処理を行うことで、強固な接合が得られる。また、陽極接合方法では、４００℃、１ｋＶの高電圧を印加することにより、シリコンと耐熱ガラスを強固に接合することができる。【０００５】
しかしながら、加熱処理を伴う接合方法は、適用できる基板の種類に制約がある。特に、異種材料の基板同士を接合する場合は、熱膨張係数が材料間で異なるため、高温で強固な接合が得られた後に、温度が常温まで下がる過程で、熱残留応力が増加し、接合体が機械的損傷を受け、さらに残留応力が高くなると接合体が破壊に至る可能性がある。また、加熱処理を伴う接合方法はＭＥＭＳなどのように、耐熱性、耐電圧特性の低い素子を有する部材の接合には適用困難である。【０００６】
加熱処理を伴う接合方法が基板材料に及ぼす悪影響を改善するために、常温で基板接合を行う常温接合法が提案されている。この種の常温接合法では、前処理として、基板に粒子ビームを照射することにより基板表面を清浄、活性化などの表面処理を行い、表面処理した基板表面同士を常温下、真空下で接触させ、接合させる。【０００７】
この種の常温接合法は、加熱処理を伴う接合方法に比べ、適用できる基板材料の種類を広げ、ある程度の成功を収めている。しかし、この種の常温接合法では、表面活性化された基板表面の再酸化等を最小限にとどめるために、表面活性化処理後、雰囲気を高真空に保ち、極力短時間内に接合プロセスに移行しなければならないなど、接合環境要件に制約があり、改善が求められている。また、接合機構をプロセス真空システムの一部として設ける必要があるため、接合機構が複雑、高価になる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−９２７０２
【特許文献２】特開平０６−０９９３１７
【特許文献３】特開２００４−３３７９２７
【特許文献４】特開２００７−３２４１９５
【特許文献５】特開２００８−２０７２２１
【特許文献６】特開２０１０−４６６６９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、接合環境要件を緩和し、改良された基板接合技術のニーズに応えんとするものである。
具体的には、本発明は、接合時の雰囲気が高真空でなくとも、十分な接合強度を担保する接合面を形成する、接合基板の作製方法を提供することを目的とする。【００１０】
さらに、本発明は、接合時の雰囲気が高真空でなくとも、十分な接合強度能力を有する接合面が作製された接合用基板を提供することを目的とする。同じく、この種の接合用基板を接合した基板接合体を提供することを目的とする。【００１１】
さらに、本発明は、十分な接合強度のポテンシャルを有する接合面を有する接合用基板を作製するとともに、表面処理をするプロセス室と接合機構とを個別柔軟に配置することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面は、
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製方法であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第１の表面処理ステップと、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第２の表面処理ステップを有し、
前記第１の表面処理ステップおよび第２の表面処理ステップの実施結果として前記接合基板が作製され、
前記第１の表面処理ステップおよび前記第２の表面処理ステップは、前記結合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、実施がコントロールされる、接合基板作製方法
を提供する。【００１３】
また、本発明の他の側面は、
前記方法により作製された接合基板を用意するステップと、
前記接合基板と接合すべき基板（「Ｍ基板」：これは前記方法により作製された接合基板であってよい）を用意するステップと、
前記接合基板と前記Ｍ基板とを接合する接合ステップと、
を有する基板接合方法
を提供する。
好ましくは、雰囲気要件に関して、前記接合ステップは、１０−５Ｐａ以上かつ大気圧以下の範囲にある雰囲気で実施される。好ましくは、前記接合ステップは、酸素を含有するガス環境下で実施される。さらに好ましくは、前記接合ステップは、大気中で実施される。【００１４】
また、本発明の他の側面は、
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、を備え、
前記金属粒子源は、金属体を有し、
前記金属体は移動可能である、
接合基板作製装置を提供する。
さらに、本発明の他の側面は、
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板の表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、
目標とする接合基板のプロパティ（「目標プロパティ」）を満足するプロセス条件を記憶するプロセス条件メモリと、
前記メモリを参照し、前記目標プロパティを満たすプロセス条件に基づいて、前記エネルギー粒子源と前記金属粒子源をコントロールする制御装置と、
を備える、
接合基板作製装置を提供する。
好ましい形態において、前記目標プロパティは、（Ａ）接合基板の表面層に金属層が存在しないこと、および（Ｂ）接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる。別の好ましい形態において、前記目標プロパティは、（Ｔ１）接合基板が所定の接合強度能力を有すること、を含んでおり、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる。
さらにまた、本発明の他の側面は、
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
エネルギー粒子を含む放射粒子を放射するエネルギー粒子源と、
金属粒子を含む放射粒子を放射する金属粒子源と、
前記エネルギー粒子源の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
を備え、
前記姿勢制御装置は、
非金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第１の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を基板表面に向け、
金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第２の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記エネルギー粒子源に向け、
前記エネルギー粒子源は、
前記金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子に応答して、前記基板表面に向けて金属粒子を放射する姿勢におかれる、
接合基板作製装置を提供する。【００１５】
さらにまた、本発明の他の側面は、
接合面が形成された基板（「接合基板」）であって、
基板の表面上に金属層が形成されず、かつ基板表面層の母材中に金属粒子が分布する、
接合基板を提供する。【００１６】
さらにまた、本発明の他の側面は、
基板接合体であって、
一対の、互いに接合された基板と、
前記一対の基板の間に形成された界面層と、
を有し、
前記界面層には、金属層が形成されず、前記界面層の母材中に、金属粒子が分布する、
基板接合体を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ロードロック装置Ｇ０２、接合基板作製装置Ｇ０１および基板接合装置Ｇ０３を備える基板接合システムＧ００の外観図である。
【図２】基板に接合面を作製する、複数種類のプロセス（接合基板作製法）を示したフローチャートであり、これらのプロセスには、本発明の異なる実施形態に基づいて、接合面層内にシリコン薄膜が形成されるプロセス（接合基板作製法）が含まれる。
【図３】（Ａ）は、基板作製装置Ｇ０１のうち、本発明の実施形態に基づいて、図２の照射工程(表面処理Ｆ０３、Ｆ０５)を実施するための関連部分を示す模式図、（Ｂ）は、基板作製装置Ｇ０１のうち、本発明の実施形態に基づいて、図２のシリコン薄膜形成工程(処理Ｆ０４)を実施するための関連部分を示す模式図である。
【図４】図２の各プロセスＡ−Ｅより得られた接合基板Ａ−Ｅの接合強度を示すグラフである。
【図５】接合基板同士を接合する基板接合装置Ｇ０３の機構部品を示し、（Ａ）は、機構部品による接合する前の一対の接合基板を、（Ｂ）は、機構部品による接合時の接合基板を示す模式図である。
【図６】（Ａ）は、実施形態に基づいて、図２のプロセスＥより得られた接合基板Ｅの断面構造を示す模式図、（Ｂ）は、実施形態に基づいて、接合基板Ｅ同士を接合して得られる基板接合体の断面構造を示す模式図、（Ｃ）他の実施形態に基づいた基板接合体の断面構想を示す模式図である。
【図７】（Ａ）は、図２のプロセスＡより得られた基板接合体Ａの、ボイドＭ１２の形成を示す赤外線透過画像、（Ｂ）は、図２のプロセスＡより得られた基板接合体Ｅの、ボイドの形成が認められない赤外線透過画像である。
【図８】基板接合体Ｅの接合界面近傍の断面の微細構造を示す透過型電子顕微鏡写真である。
【図９】基板接合体Ｅの界面層とその近傍の、接合界面に垂直方向の鉄の濃度分布を表す透過型電子顕微鏡法によるＥＥＬＳスキャンである。
【図１０】本発明の実施例に係る、基板材料の組み合わせＮ０１、Ｎ０２、Ｎ０３およびＮ０４、ならびに接合時真空度の各条件（Ｎ０４およびＮ０５）における接合強度を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）は、本発明の実施例に係る、粒子ビーム源Ｈ０３から放射される粒子ビームＨ０５による、基板Ｈ０６上のエッチング量を測定する位置１から５を模式的に表す正面図である。（Ｂ）は、その平面図である。
【図１２】粒子ビームＨ０５の加速電圧と、基板Ｈ０６上の位置１から５おけるエッチング量との関係を示すグラフである。
【図１３】実施形態に基づく、ライン式粒子ビーム源Ｈ０３の斜視図である。
【図１４】図１３のライン式粒子ビーム源Ｈ０３の、Ｐ１Ｐ２Ｐ３線断面図である。
【図１５】実施形態に基づく、接合表面作製装置の構成と動作を示す模式図である。
【図１６】実施形態に基づく、接合表面作製装置の構成と動作を示す模式図である。
【図１７】実施形態に基づく、接合表面作製装置の構成と動作を示す模式図である。
【図１８】ルックアップテーブルを格納したメモリＳＳ０１と制御装置ＳＳ０２と、粒子ビーム源ＦＧ２０と粒子源ＦＧ３０との関係を示すダイアグラム。
【図１９】コンピュータＳ０１と、その指示Ｓ０３に基づいて加速電圧を印加する電源Ｓ０２と粒子ビーム源Ｈ０３との関係を示すダイアグラムである。
【図２０】使用する粒子ビーム源Ｇ１、Ｇ２などに応じて、それぞれの材料について、所定の接合強度を得るために必要な加速電圧Ｅ（Ｖ）を与えるルックアップテーブルである。
【図２１】（Ａ）は、１つの粒子ビーム源ＦＧ１０からエネルギー粒子を放射して、基板ＦＧ０１の表面にある酸化膜ＦＧ０２や不純物ＦＧ０３を除去するプロセス、（Ｂ）は、その後、基板ＦＧ０１上に接合層ＦＧ０４が形成されるプロセスを示す模式図である。
【図２２】（Ａ）は、第１ステップとして、１つの粒子ビーム源ＦＧ２０から粒子ビームを放射して、基板ＦＧ０１の表面にある酸化膜ＦＧ０２や不純物ＦＧ０３を除去するプロセス、（Ｂ）は、その後、１つの粒子ビーム源ＦＧ２０からエネルギー粒子を放射して、表面にアモルファス状の接合層を形成するプロセス、（Ｃ）は、その後、第２ステップとして、金属粒子の放射量のことなる粒子源３０を用いて、金属粒子ＦＧ３１を基板ＦＧ０１上に放射することで、最終接合層ＦＧ０４を形成するプロセスを示す模式図である。
【図２３】本発明の実施形態に基づいて、金属粒子をエネルギー粒子によるスパッタにより放出するプロセスを示す模式図である。
【図２４】アモルファス化した表面層ＦＧ０４に金属粒子Ｆ２２が含まれている様子を模式的に表す断面図である。
【図２５】本発明の実施例に基づいて、シリコン基板の表面層に鉄のピーク濃度があることを示す、鉄の深さ方向濃度分布の測定結果である。
【図２６】本発明に係る接合面作製、基板接合を実施するための装置の具体例を示す模式図である。
【図２７】図２６の装置における粒子放射の一実施形態と接合機構を示す模式図である。
【図２８】図２６の装置における位置認識部の構成等を示す図である。
【図２９】エネルギー粒子源の具体例を示す模式図である。
【図３０】エネルギー粒子源がさらにホーン状の金属体を有する場合の具体例を示す模式図である。
【図３１】エネルギー粒子の加速電圧と接合強度の関係の具体例を示すグラフである。
【図３２】異なる条件で接合した基板を分離した後の基板表面の鉄２ｐスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
最初に、本書で使用する基本用語について説明する。「基板」とは、「固体材料」と同義であり、基板は任意の形状を持ちうる。以下に説明する好適な実施形態において、基板はウエハの形態をとることがある。しかしながら、これは単に、例示を目的とするもので、限定されることを意図していない。「エネルギー粒子」は、不活性ガスイオンおよび／または中性原子であり得る。「金属粒子」は金属イオン、金属中性原子および／またはクラスタであり得る。エネルギー粒子源は、エネルギー粒子を放射するデバイスである。「放射する」とは「放出する」と同義である。「エネルギー放射粒子」または「放射エネルギー粒子」とは、エネルギー粒子源から放射または放出された粒子である。たとえば、典型的なエネルギー粒子源において、プラズマ空間に存在する粒子(プラズマ粒子)は電界により加速されてエネルギーを獲得して、エネルギー粒子になり、プラズマ空間の外に放出（放射）される。「金属粒子源」は、金属粒子を放射、放出するデバイスである。たとえば、金属体は、エネルギー粒子放射に反応して金属粒子を放射、放出する。この場合、金属体にエネルギー粒子放射を行うエネルギー粒子源と金属体との組み合わせが金属粒子源を構成する。この種の金属粒子源はスパッタ式金属粒子源と呼ばれる。
以下、好ましい実施形態について本発明を詳細に説明する。しかしながら、これらの特定の実施形態は、単に例示を目的としたものであり、本発明を限定する意図でなされたものではない。本発明の諸原理、上記およびその他の目的、特徴、利点は、図面を参照してなされる以下の詳細な説明から一層明らかになろう。
【００１９】
＜全体システム＞
図１は、基板接合システムＧ００の外観を示したものである。同システムＧ００は、典型的に、ロードロック装置Ｇ０２、接合基板作製装置Ｇ０１および基板接合装置Ｇ０３を備える。なお、システムＧ００の外観自体または外観の詳細は、本発明の一部を構成しない。
【００２０】
ロードロック装置Ｇ０２は、基板の搬入、および、接合基板または基板接合体の搬出ポートである。接合基板作製装置Ｇ０１は、搬入された基板に接合面を形成して接合基板を作製するプロセス（接合基板作製方法）を実施する。一般に、このプロセスは、高い真空環境を要件とする。このため、接合基板作製装置Ｇ０１は、プロセス室Ｈ０２内を高真空にした状態（たとえば、気圧１０−７Ｐａ）でプロセスを実施する。通常、プロセス室Ｈ０２内に基板を導入する前に、基板のロードされたロードロック装置Ｇ０２内が大気から所定の真空へ下げる減圧操作が行われる。
【００２１】
基板接合装置Ｇ０３は、接合基板同士を接合して基板接合体を作製するものである。典型的な基板接合システムＧ００（図１）において、基板接合装置Ｇ０３は接合基板作製装置Ｇ０１に連結しており、雰囲気が連通した状態下で、接合基板作製装置Ｇ０１からの接合基板の供給を受け、作製した基板接合体を、接合基板作製装置Ｇ０１を経由して、搬出ポートであるロードロック装置Ｇ０２に渡すことが可能である。通常、基板接合システムＧ００において、基板、接合基板、基板接合体等の処理デバイスの受け渡しは図示しないロボットが行うようになっている。
従来技術において、基板接合装置Ｇ０３は、真空状態の雰囲気をプロセス要件とし、接合基板同士の接合（貼り合わせ）は、所定の真空下で実施される。後述するように、本発明の一側面によれば、基板接合装置Ｇ０３は、真空の雰囲気を要しない。本発明の好ましい実施形態において、接合基板作製装置Ｇ０１が作製する接合基板は、真空の雰囲気下での接合を要しない。したがって、本発明の実施形態において、基板接合装置Ｇ０３は、接合基板作製装置Ｇ０１から分離した独立装置であってよい。
【００２２】
上記のように接合基板作製装置Ｇ０１は、与えられた基板に接合面を形成して接合基板を作製するものである。以下、接合基板作製装置Ｇ０１が実施する接合基板作製方法、および、同方法の実施に関与する接合基板作製装置の関連部分について、いくつかの実施形態を説明する。
【００２３】
図２は、本発明の異なる実施形態に基づいて、基板に、シリコン薄膜埋め込み式接合面を作製する、複数種類のプロセス（接合基板作製法）を示したフローチャートである。これらのプロセスは、接合基板作製装置Ｇ０１により実施される。まず、最初のステップで出発基板を取得し（Ｆ０１）、次に前処理（Ｆ０２）を行って、接合面を形成すべき基板を得る。
【００２４】
特定の具体例において、出発基板としては、直径１５０ｍｍの市販の産業用シリコン基板を用いた。また、前処理としては、このシリコン基板を、一般の熱酸化手法により、シリコン基板表面に酸化膜を形成した。
【００２５】
図２のフローに戻り、前処理Ｆ０２の後、本発明の異なる実施形態に基づいて、基板に、シリコン薄膜埋め込み式接合面を形成する接合基板作製プロセスが実施される。選択可能なプロセスとして、図２には、５つのプロセスＡ〜Ｅが示されている。
【００２６】
プロセスＡは、基板表面に対して表面処理（“照射”ステップＦ０３）のみを実施したプロセス（接合基板作製方法）である。他のプロセスＢ−Ｅとは異なり、接合面における、シリコン薄膜の形成（Ｆ０４）は実施しない。このプロセスで作製した基板を接合基板Ａと呼ぶこととする。したがって、プロセスＡは、比較参照プロセスであり、基板Ａは比較参照基板である。
【００２７】
プロセスＥは、基板表面に対して表面処理（Ｆ０３）した後、表面処理された基板表面上にシリコン薄膜を形成し（Ｆ０４）、さらに形成したシリコン薄膜表面を表面処理（Ｆ０５）したプロセスである。このプロセスで作製した基板を、基板Ｅと呼ぶこととする。具体例において、図６（Ａ）が示すように、接合基板Ｅ（Ｌ００）は、シリコン酸化膜Ｌ０１の表面が、表面処理され（Ｌ０２）、その表面にシリコン薄膜（Ｌ０３）が形成され、そのシリコン薄膜が表面処理された（Ｌ０４）基板である。
【００２８】
プロセスＣは、基板表面の表面処理Ｆ０３、シリコン薄膜形成Ｆ０４までは、プロセスＥと同様であるが、最後のシリコン薄膜表面処理Ｆ０５は実施しないプロセスである。これにより得られる接合基板Ｃと呼ぶこととする。具体例において、接合基板Ｃは、シリコン酸化膜表面が表面処理され、その表面にシリコン薄膜が形成された基板である。
【００２９】
プロセスＤは、基板表面の表面処理Ｆ０３を実施せず、直接、シリコン薄膜を形成し（Ｆ０４）、形成したシリコン薄膜表面を表面処理（Ｆ０５）したプロセスである。これにより作製された基板を接合基板Ｄと呼ぶこととする。具体例において、接合基板Ｄは、シリコン酸化膜表面が、表面処理されることなく、シリコン薄膜が形成され、さらに表面処理された基板である。
【００３０】
プロセスＢは、基板表面上に直接、シリコン薄膜を形成した（Ｆ０４）だけのプロセスである。これにより得られた基板を接合基板Ｂと呼ぶこととする。
【００３１】
後述の図４に示すように、実施形態にかかる接合基板ＢからＥの接合強度は、比較参照基板Ａに対して、予想外の差を示した。
【００３２】
なお、以下の説明では、基板表面の表面処理Ｆ０３を「工程１」、シリコン薄膜形成処理Ｆ０４を「工程２」、シリコン薄膜表面の表面処理Ｆ０５を「工程３」と呼ぶことがある。
【００３３】
図３は、接合基板作製装置Ｇ０１のうち、図２の工程１、３と、工程２（表面処理と、シリコン薄膜形成処理）を実施するのに適した関連部分をプロセス室Ｈ０２とともに、模式的に示したものである。基本的に、表面処理のためには、基板上にエネルギー粒子を放射する粒子源（Ｈ０３参照）が必要である。また、シリコン薄膜の形成は、シリコン源として、ＣＶＤ装置を用いたＣＶＤ法、ＰＶＤ装置を用いたＰＶＤ法などで実現できるが、スパッタ式シリコン源（Ｈ１０参照）を図３では示している。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、プロセス室Ｈ０２は、プロセス開始前の真空度として気圧１０−７Ｐａを有している。プロセス室Ｈ０２内には、基板Ｈ０６は基板支持部Ｈ０８に支持されている。さらに、エネルギー粒子源Ｈ０３がエネルギー粒子や金属粒子を含む放射粒子Ｈ０５を、基板Ｈ０６上に照射することができるように、設けられている。エネルギー粒子源Ｈ０３は、図面に垂直方向に回転軸Ｈ０４を有して、当該回転軸Ｈ０４周りにエネルギー粒子源Ｈ０３の姿勢を制御できるようになっている。これは、簡単な姿勢制御装置を構成するものである。所望であれば、姿勢制御装置は、複数の軸について、エネルギー粒子源Ｈ０３の姿勢を制御するものが使用できる。
【００３５】
したがって、図３において、接合基板作製装置は、エネルギー粒子を含む放射粒子を放射するエネルギー粒子源Ｈ０３と、シリコン源Ｈ１０と、エネルギー粒子源Ｈ０３の姿勢を制御する姿勢制御装置Ｈ０４と、を備えており、姿勢制御装置Ｈ０４は、工程１、３に係る表面処理モードにおいて、エネルギー粒子源Ｈ０３に第１の姿勢をとらせて、エネルギー粒子源Ｈ０３からの放射粒子を基板Ｈ０６表面に向け、工程２に係る、基板表面にシリコン薄膜が形成されるシリコン薄膜形成モードにおいて、エネルギー粒子源に第２の姿勢をとらせて、エネルギー粒子源Ｈ０３からの放射粒子をシリコン源Ｈ１０に向け、シリコン源Ｈ１０は、シリコン薄膜形成モードにおいて、エネルギー粒子源Ｈ０３からの放射粒子に応答して、基板Ｈ０６表面に向けてシリコン粒子を放射する姿勢におかれる、ことが理解される。
【００３６】
また、好ましくは、基板支持部Ｈ０８は、基板Ｈ０６に加え複数の基板を支持することができる。例えば、図３（Ａ）では、基板Ｈ０７がさらに支持されている。
【００３７】
さらに好ましくは、基板支持部Ｈ０８は、図３（Ａ）で横方向に移動する機構Ｈ０９を備えており、移動機構Ｈ０９によりエネルギー粒子源Ｈ０３に対して基板支持部Ｈ０８を平行移動することにより、基板Ｈ０６とＨ０７とを順次、放射粒子により照射することが可能となる。
【００３８】
移動機構Ｈ０９を有することで、プロセス上、様々な利点をもたらす。
【００３９】
例えば、移動機構Ｈ０９により、エネルギー粒子源Ｈ０３を点火する時点で、基板Ｈ０６を、放射粒子Ｈ０５の照射範囲の外に移動することができる。エネルギー粒子源Ｈ０３を点火直後の、不安定など好ましくない条件で、基板Ｈ０６を照射することを回避することができる。
【００４０】
また例えば、移動機構Ｈ０９により、基板Ｈ０６を処理した後に、基板支持部Ｈ０８が保持する他の基板Ｈ０７を、順次あるいは連続して、放射粒子Ｈ０５により照射することが可能となる。そうすることで、プロセス全体の速度、効率などを向上することができる。
【００４１】
さらには例えば、図１３に示すような、位置方向に長いライン式の粒子源（ライン式イオンソース）を使用し、図３（Ａ）において紙面垂直方向に配置することで、寸法の大きい基板を、効率よく処理することも可能となる。
【００４２】
エネルギー粒子源Ｈ０３は、エネルギー粒子を含む放射粒子を放射することができる。このエネルギー粒子は、不活性粒子であってよく、好ましくはアルゴンを含む。
【００４３】
エネルギー粒子源Ｈ０３は、さらに金属粒子を含む放射粒子を放射することができる。この金属粒子は、好ましくは遷移金属であり、さらに好ましくは鉄である。
【００４４】
エネルギー粒子および金属粒子の両方を放射する粒子源Ｈ０３（エネルギー粒子源兼金属粒子源）は、いくつかの構成を取り得る。
【００４５】
一構成例において、エネルギー粒子および金属粒子の両方を放出する、この種の粒子源Ｈ０３は、不活性粒子（アルゴン）のプラズマを発生し、このプラズマに電界Ｅを掛けることで、プラズマ不活性粒子を電界方向へ加速し、不活性粒子を含むエネルギー粒子の放射を生成する。粒子源Ｈ０３内において、不活性粒子（アルゴン）のプラズマが発生する領域に、所望の金属を含む、出没自在な金属体を配置することで、当該プラズマ由来のエネルギー粒子により金属体から金属粒子が放出され、放射粒子の一部となる。この構成の粒子源は、動作モードの選択により、金属体が退却位置にあるときは、主としてエネルギー粒子を放射する粒子源として機能し、金属体が進出位置（プラズマ空間内の位置）にあるときは、エネルギー粒子とともに金属粒子を放射する粒子源として機能する。
【００４６】
この種の粒子源Ｈ０３において、全放射粒子に含まれる金属粒子の割合、もしくはエネルギー粒子（ここでは不活性粒子）に対する量は、様々な方法で増強ないし制御することができる。
【００４７】
一構成例において、粒子源Ｈ０３の出口に、コーン形状の金属体をさらに設けて、エネルギー粒子（ここではプラズマ状態の不活性粒子）が金属体をスパッタすることにより、粒子源から放出される金属粒子の量を増加させることができる。
【００４８】
別の構成例において、粒子源Ｈ０３の出口に、グリッド状の金属体をさらに設けて、エネルギー粒子（ここではプラズマ状態の不活性粒子）が金属グリッドをスパッタすることにより、金属粒子の放出量を増加させることができる。
【００４９】
全放射粒子に含まれる金属粒子の割合、ないし、エネルギー粒子（たとえば、不活性エネルギー粒子）に対する量は、上記の構成例に限られない。例えば、金属粒子を発生させる金属体は、粒子源から離れた位置であっても、粒子源と照射対象である基板との間であって、エネルギー粒子を含む粒子放射に曝される位置であれば、任意の位置に配置してもよい。また、金属体の形状も、同様の目的を達成するためには、任意の形状であってよい。
【００５０】
次に、本発明に係るシリコン薄膜をスパッタ蒸着するための方法と装置の一実施態様を、図３（Ｂ）を用いて、説明する。
【００５１】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すプロセス室Ｈ０２に、さらにシリコン源Ｈ１０を有する構成を示すものである。ここで、シリコン源Ｈ１０は、シリコンＨ１１を、シリコンが蒸着される基板Ｈ０６の方角に放射できるように配置され、さらに、シリコンを放射するために粒子イオンビームＨ０３からの放射粒子Ｈ０５を受けることができるように配置されている。ここで、粒子イオンビームＨ０３は、図３（Ａ）に示す位置から回転軸Ｈ０４周りに回転し、シリコン源Ｈ１０の方向に放射される。
【００５２】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す態様で、プロセス室Ｈ０２内で、エネルギー粒子源Ｈ０３とシリコン源Ｈ１０とを、基板Ｈ０６に対して配置することで、一のエネルギー粒子源Ｈ０３を用いて、基板Ｈ０６の放射粒子による照射と、基板Ｈ０６上へのシリコン薄膜のスパッタ蒸着とを行うことが可能になる。そうすることで、プロセス室Ｈ０２内の部品の構成が簡略化することができる。
【００５３】
上記のように、基板接合装置Ｇ０３は、接合基板同士を接合するためのものである。基板接合機構Ｇ０３は、限定されないが、例えば、図５に示すように機能する機構が好ましい。すなわち、基板支持部Ｈ０８は、基板Ｈ０６と基板Ｈ０７とをそれぞれ支持する支持部Ｈ０８ａと支持部Ｈ０８ｂとを有している。支持部Ｈ０８ａと支持部Ｈ０８ｂとは、それぞれ図５の紙面に垂直な方向を回転軸Ｈ１２として回転し、基板Ｈ０６と基板Ｈ０７の接合面同士を面接触させることができる。この機構を接合作製装置Ｇ００が有することで、プロセス室Ｈ０２内あるいはその他の真空室（図示せず）で、基板を接合面作製装置Ｇ００から取り出さずに、所望の時間や条件で、張り合わせることを可能にする。
【００５４】
具体例において、図２の各プロセスＡからＥに基づいて、接合基板作成装置Ｇ０１により、接合基板を作製した後、基板接合装置Ｇ０３において、同じプロセスに係る一対の基板ＡからＥ同士を、図５に示すような機構を用い、図５（Ｂ）のように接合した。接合された一対の基板を、以降、基板接合体ＡからＥと呼ぶこととする。
【００５５】
基板接合体Ｅの構造を、図６（Ｂ）に示す。具体例において、基板Ｅには、シリコン酸化膜Ｌ０１の表面が、工程１により照射され（Ｌ０２）、その表面にシリコン薄膜（Ｌ０３）が形成され、そのシリコン薄膜が工程１により照射され（Ｌ０４）ている。同様に処理した一対の基板Ｅ同士を接合することにより、それぞれの表面Ｌ０４同士が接合し、基板接合体Ｅ（Ｌ１０）が構成されている。
【００５６】
＜接合エネルギーの測定＞
接合プロセス後、基板接合体ＡからＥを、基板接合システムＧ００から大気中へ取り出し、ブレード挿入法により、各基板接合体の接合エネルギーを測定した。基板接合体ＡからＥそれぞれについての、複数の測定による平均値を、図４に示す。
【００５７】
図４を参照して、接合強度の測定結果を説明する。まず、シリコン膜を形成せず、シリコン酸化膜を工程１により照射した基板同士を接合した基板接合体Ａは、最も低い接合強度（０．０５Ｊ／ｍ２以下）を示した。次に、工程１を一切経ず、シリコン膜が形成された基板同士を接合した基板接合体Ｂは、接合強度（０．３７Ｊ／ｍ２）を示し、基板接合体Ａより高い接合強度を示した。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の１５％程度の接合強度である。次に、工程１を経ずにシリコン膜が形成された後に、工程１を経た基板同士を接合した基板接合体Ｄは、接合強度（０．５１Ｊ／ｍ２）を示し、基板接合体Ｂより高い接合強度を示した。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の２０％程度の接合強度である。次に、工程１を経た後にシリコン膜が形成された後に、工程１を経ずに基板同士を接合した基板接合体Ｃは、接合強度（１．１７Ｊ／ｍ２）を示し、基板接合体Ｄよりさらに高い接合強度を示した。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の４０％程度の接合強度である。最後に、工程１を経た後にシリコン膜が形成された後に、さらに工程１を経た基板同士を接合した基板接合体Ｅは、最も高い接合強度（１．５５Ｊ／ｍ２）を示した。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の６０％程度の接合強度である。
【００５８】
図４に示す接合強度の結果は、シリコン膜を形成した基板の方が、シリコン膜を形成しない基板よりも明らかに高い接合強度を示し、シリコン膜の形成の前後での工程１が実施される程、接合強度が高くなることを示している。
【００５９】
上記実施例においては、同種の処理をした一対の基板同士を接合し、各処理方法間での基板接合体の有する接合強度を比較したが、一方の基板を処理した場合でも、同様の効果を奏することは明らかである。
【００６０】
上記実施例においては、基板（の表層部）として酸化シリコンを用いたが、これに限られないことは明らかである。また、接合面層内に、シリコン薄膜形成することで、基板自体の材質に制約が原理的に存在しないという、適用範囲の広さが認められる。結果として、エネルギー粒子による基板表面の照射と、シリコン薄膜の生成が可能であれば、本発明は、任意の基板の材質に適用することができる。
【００６１】
また上記実施例においては、粒子源Ｈ０３として、エネルギー粒子と金属粒子を含んでいる放射粒子を使用した。しかし、金属粒子を含まない、あるいはグリッドやホーン形状の金属体の設置により意図的に金属粒子をエネルギー粒子に含ませない場合でも、同様の効果が得られることは、これまでの常温接合法の諸成果から明らかである。
【００６２】
＜赤外線透過法による接合界面の評価＞
可視光はシリコン基板を透過しないが、赤外線は透過する。したがって、接合状態をしらべるために赤外線の透過を観察する手法を用いることができる。基板が密接に接合していない箇所は、空隙いわゆるボイドが形成されるので、基板が密接に接合している箇所と比べて、赤外線の光路長が異なる。基板の赤外線の透過画像をみると、基板が密接に接合しているか否かは、透過光の濃淡として表れる。
【００６３】
ボイドの形成は、接合面に付着した望まない粒子などが接合界面に存在することで、基板間に空隙ができたこと、また接合強度が弱いことを示している。
【００６４】
図７（Ａ）は、基板接合体Ａ（Ｍ１１）の赤外線透過画像を、図７（Ｂ）は、基板接合体Ｅ（Ｍ２１）の赤外線透過画像を、示している。図７（Ａ）において、Ｍ１２により示される箇所でボイドが形成されていることが確認された。一方。図７（Ｂ）においては、図７（Ａ）においてＭ１２により示されるようなボイドが形成は認めることができなかった。
【００６５】
基板Ｅは、基板Ａと比べて、工程数が多く、したがって望まない粒子などが接合前に接合表面に付着する確率は高いと考えられる。しかしながら、基板接合体Ｅで、ボイドの形成がなかったということは、基板接合体Ｅの接合強度が、基板接合体Ａと比べ、著しく高いことを示唆しており、図４に示す接合強度の結果と整合している。
【００６６】
＜透過型電子顕微鏡法による接合界面の評価＞
図８は、基板接合体Ｅの接合界面付近の透過型電子顕微鏡法による微細構造を示すものである。具体例において、基板Ｅは、出発材料であるシリコン基板（Ｌ１０）上に、シリコン酸化膜Ｌ０１の表面が形成され、工程１により照射され（Ｌ０２）、その表面にシリコン薄膜（Ｌ０３）が形成され、そのシリコン薄膜が工程１により照射された（Ｌ０４）基板である。同様に処理した一対の基板Ｅ同士を接合することにより、それぞれの表面Ｌ０４同士が接合し、基板接合体Ｅ（Ｌ１０）が構成されている。
【００６７】
さらに、図９に示す、基板接合体Ｅの接合界面近傍における、鉄濃度を、透過型電子顕微鏡法におけるＥＥＬＳという手法を用いて測定した。ＥＥＬＳスキャン法により、原子サイズの極小領域ごとの原子の濃度を測定することが可能である。図９は、接合界面Ｌ０４に垂直な方向にラインスキャンして測定した、鉄の接合界面に垂直な方向の濃度プロファイルを示す（Ｋ３１）。
【００６８】
具体例において、接合界面Ｌ０４に垂直方向のＥＥＬＳラインスキャンでは、工程１でエネルギー粒子を照射した箇所Ｌ０２およびＬ０４に鉄が存在し、他の箇所では測定されなかった。さらには、接合界面Ｌ０４における鉄の濃度は、シリコン薄膜Ｌ０３を蒸着する前にエネルギー粒子を照射した箇所Ｌ０２に比べ、高い。これは、工程１において同じ条件下でエネルギー粒子を照射した表面合わさっていることにより、鉄がおよそ２倍含まれていることと対応すると考えられる。
【００６９】
上記実施例においては、同種の処理をした一対の基板Ｅ同士を接合し、基板接合体Ｅの接合界面近傍での接合界面に垂直方向の鉄の濃度分布を表したが、図６（Ｃ）に示すように、一方の基板のみを処理した場合でも、同様の鉄分布が得られることは明らかである。
【００７０】
図６（Ｃ）を説明する。一の基板Ｌ０１の表面が、工程１により照射され（Ｌ０２）、その表面にシリコン薄膜（Ｌ０３）が形成され、そのシリコン薄膜が工程１により照射された（Ｌ０４）後に、他の基板Ｌ４１と接合された場合である。しかし、基板Ｌ０１とＬ４１とが区別できる場合を除き、界面構造を観察したのみでは、接合界面がＬ０２にあるのか、Ｌ０４にあるのか区別することが困難であり、基板Ｌ０１と基板Ｌ４１のどちらかの上に、工程１および工程２が施されたかは問われない。
【００７１】
そして、Ｌ０２およびＬ０４に該当する箇所では、その他のエネルギー粒子に含まれる金属が他の箇所よりも高い濃度で存在している。
【００７２】
この金属は、好ましくは遷移金属であり、さらに好ましくは鉄である。
【００７３】
なお、粒子源の作動条件として、具体例では、工程１は、加速電圧が、１．５から２．５ｋＶ、電流が３５０から４００ｍＡで実施され、工程２は、加速電圧が、１．０から２．０ｋＶ、電流が３００から５００ｍＡで実施された。
【００７４】
以上、接合面層内に「シリコン薄膜層」を形成する種類の接合基板作製方法（図２参照）、装置および生産物である接合基板（図６）、基板接合体（図６）について、説明した。図４において示されたように、接合面層内に、シリコン薄膜を形成することで、それがない場合に比べて、接合基板に高い接合能力がもたらされることが判明した。また、本方法、装置は、適用できる基板の材質に制限がなく、有効性が非常に高い。
【００７５】
以下においては、接合面層内に、「シリコン薄膜層」を形成するアプローチを取りやめ、なおかつ、上記基板に対する表面処理（図６の層Ｌ０２、Ｌ０４参照）について工夫を行って十分な接合強度を実現した。
【００７６】
＜接合面作製プロセス＞
以降、実施形態に基づいた表面処理について、詳細に説明する。
実施形態によれば、接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製方法が提供される。この方法では、基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第１の表面処理ステップと、基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第２の表面処理ステップを有する。そして、これらステップの実施結果として前記接合基板が作製されるとともに、各ステップは、結合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、実施がコントロールされる。ここにおいて、第１の表面処理ステップと前記第２の表面処理ステップは同時に実施することができる。これについては、既に図３で述べたエネルギー粒子源兼金属粒子源Ｈ０３について説明した。同時実施ではなく、エネルギー粒子放射を基板表面に当てた後で、金属粒子放射を基板表面に与える順次プロセスが使用できる。アプリケーションにあわせて、エネルギー粒子源兼金属粒子源Ｈ０３の使用、または、エネルギー粒子源の動作に続けられる金属粒子源の動作を使用することができる。
【００７７】
基板の接合面を形成する接合基板作製装置Ｇ０１として、図１８に示すように、基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源ＦＧ２０と、基板の表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源ＦＧ３０と、目標とする接合基板のプロパティ（「目標プロパティ」）を満足するプロセス条件を記憶するプロセス条件メモリＳＳ０１と、当該メモリＳＳ０１を参照し、目標プロパティを満たすプロセス条件に基づいて、エネルギー粒子源ＦＧ２０と金属粒子源ＦＧ３０をコントロールする制御装置とＳＳ０２、を備える、接合基板作製装置が示されている。
【００７８】
たとえば、上記目標プロパティは、接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、エネルギー粒子源ＦＧ２０および金属粒子源ＦＧ３０は、前記制御装置ＳＳ０２の制御の下に、目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる。
【００７９】
目標プロパティは、（Ａ）接合基板の表面層に金属層が存在しないこと、および（Ｂ）接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでよく、エネルギー粒子源ＦＧ２０および金属粒子源ＦＧ３０は、制御装置ＳＳ０２の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる。
【００８０】
構成例において、前記プロセス条件は、エネルギー粒子源ＦＧ２０によって、エネルギー粒子が獲得するエネルギー条件を含んでいてよい。ここに、エネルギー条件は、３０ｅＶ以上であり得る。
【００８１】
別の構成例において、前記目標プロパティは、「接合基板が所定の接合強度能力を有すること」を含んでおり、エネルギー粒子源ＦＧ２０および金属粒子源ＦＧ３０は、制御装置ＳＳ０２の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる。たとえば、プロセス条件メモリＳＳ０１内に、図２０に示すようなルックアップテーブルＴ０１、Ｔ０２を用意し、接合強度（たとえば、基板破壊強度比で表現される）を提示できるようにしてよい。
【００８２】
代替として、図１９に示すように、ＰＣ形式で示した制御部Ｓ０１は内部にエネルギー要件に関するプロセス要件を記憶したメモリを内蔵しており、電源Ｓ０２に対して、求められる加速エネルギーに対応する電圧指示をデータバスＳ０３経由で与える。そして、これを受けて、電源線Ｓ０４を介して、電源Ｓ０２から要求された加速エネルギーに対応する電圧にエネルギー粒子源Ｈ０３を動作させる。
【００８３】
＜エネルギー放射粒子による表面処理プロセス＞
一実施形態に基づいた表面処理は、エネルギー放射粒子で基板表面を照射するプロセスである。一般に、基板本来の固体材料の表面には、一定量の酸化物と、酸化物以外のものが形成あるいは付着している。酸化物は、基板材料が、大気中の酸素や、ウェットプロセス中の水と反応することで形成されることが多い。シリコンの場合、ほとんどがＳｉＯ２である。酸化物以外のものは、大気中の微細粒子が付着したり、種々のプロセス中の化学物質が表面に付着あるいは基板材料と反応し形成するものである。様々の形態、種類があり、本明細書では、単に「不純物」と呼ぶこととする。
【００８４】
「表面処理」の目的は、まず第１に、上記酸化物や不純物を、エネルギー粒子を含む放射粒子の衝突により除去して、基板材料自体の清浄表面を暴露させることである。基板材料自体の表面は、ダングリングボンドが存在しエネルギー的に高く不安定な状態にあり、酸化や不純物の付着を回避して、他のエネルギー的に不安定な清浄表面と接触させることにより、ダングリングボンド同士が結合しエネルギー的に安定することで、強固な結合が得られる。
【００８５】
「表面処理」の第２の目的は、清浄表面をさらに、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射することで、基板材料の結晶性が乱され、ダングリングボンドの形成が進むので、さらに表面エネルギーが高くなる。したがって、この表面を接合することで、さらに強固な結合が得られる。
【００８６】
「表面処理」で使用されるエネルギー粒子を含む放射粒子には、以下の実施例では不活性ガス、特にアルゴンを用いたがこれに限られない。例えば、他の不活性ガスを用いてもよく、さらには不活性ガスでなくても、窒素分子、酸素分子など、粒子源に加速されることで得た運動エネルギーを基板材料に伝達する粒子であればその種類を問わない。運動エネルギー以外に、基板材料と化学反応性のあるものでも、よい。
【００８７】
さらに、「表面処理」の粒子放射で使用する粒子には、複数の種類の粒子を含んでいてもよい。例えば、上記あるいは以下述べるように、金属粒子を含んでいてもよい。この場合、基板材料の表面に到達した金属粒子は、接合の際に何らかの化学反応をすると考えられており、結果的に接合強度がさらに高くなる。
【００８８】
「表面処理」は、接合する一対の基板表面の両方に施しても、また一方に施してもよい。
【００８９】
本実施形態に係る表面処理方法により、表面処理された基板表面層（接合面層）内に金属粒子が含有されることが測定を通じて確認された。表面処理中に、基板表面層で実際に起きている現象の詳細は不明であるものの、測定結果から見て、エネルギー粒子と金属粒子の放射を受けて、基板表面に存在する酸化物や不純物が除去され、粒子のエネルギーによって基板表面層がアモルファス化し、このアモルファス化した層内の母材に金属粒子が結合したと考えられる。なお、現象の説明は、単に説明を目的として、測定結果から想定された推論にすぎず、現象自体、現象の推論自体、物理的／化学的考察自体は、特許の保護対象になり得ないことから、本発明の一部を構成するものではない、また、本願発明の範囲を解釈するために使用されることを意図していない。本願発明の範囲は、法が規定するように、特許請求の範囲に基づいて定められるべきものである。
【００９０】
本実施形態に基づいた表面処理方法の具体例として、基板材料としてシリコンを用い、エネルギー粒子をアルゴンとし、金属として鉄原子の場合を、図２４を参照して、説明する。すなわち、基板ＦＧ０１においては、シリコン原子ＦＦ１１はダイヤモンド結晶構造で並んでいる。本実施形態に基づいた表面処理方法により、当該シリコン基板表面層ＦＧ０４では、ダイヤモンド結晶構造が失われ、シリコン原子ＦＦ２１はアモルファス層ＦＧ０４を形成すると考えられる。鉄原子ＦＦ２２は、主にこのアモルファス層ＦＧ０４内に存在していると考えられる。
【００９１】
図２５は、エネルギー粒子および鉄粒子を照射した後のシリコン基板を、高周波グロー放電発光分析により、深さ方向の組成分析結果を示す。この結果は、表面層中に、鉄の濃度ピークが存在し、ピーク濃度が４．５ａｔｏｍｉｃ％（以降、「原子％」と記載する。）であることを示している。
【００９２】
鉄原子は、アモルファス層ＦＧ０４以外、例えば基板ＦＧ０１に存在していてもかまわない。半導体材料中の遷移金属の拡散係数は、一般に高く、例えばシリコン内の鉄の拡散係数は非常に高いからである（Ｓｚｅ，  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）。したがって、常温であっても、鉄を代表とする遷移金属の拡散係数は、高い。また、基板全体の温度を、常温あるいは常温より低い温度に保ったとしても、エネルギー粒子を照射している間は、エネルギー粒子のエネルギーが衝突により熱エネルギーに変換され、表面近傍の温度が、数原始レベルの範囲で局所的に上がるといわれている。したがって、鉄の拡散距離は表面近傍で増加すると考えられるからである。しかし、接合プロセスに関与するのは、基板表面近傍に位置する鉄原子であり、一方、表面から見てアモルファス層ＦＧ０４より深い位置にある鉄原子は、接合プロセスに直接関与することはない。
【００９３】
また、鉄原子の加速エネルギーは、エネルギー粒子であるアルゴンの加速エネルギーよりも、低くてもよい。鉄原子の拡散速度は、結晶シリコン中よりも、アモルファスシリコン中の方が、高いから、十分な鉄原子の拡散が考えられる。
【００９４】
十分な接合強度を得るために、本実施形態に係る表面処理方法により生成した表面層ＦＧ０４が、金属を０．１〜３０原子％含んでいることが好ましい。
【００９５】
またさらには、本実施形態に係る表面処理方法により生成した表面層ＦＧ０４が、金属を３〜１０原子％含んでいることが好ましい。
【００９６】
金属の含有量が所定量より小さいと、金属の存在により期待される十分な接合強度が得られない。
【００９７】
また、金属の含有量が所定量より大きいことは、好ましくない場合がある。
【００９８】
第一に、金属の含有量が所定量より大きいと、十分な接合強度が得られない場合がある。
例えば、本表面処理後、表面層ＦＧ０４の鉄含有量５原子％の基板を、気圧を真空から大気圧にした後に、接合した場合、高い接合強度が得られた。
【００９９】
また、表面層ＦＧ０４の鉄含有量５原子％の基板は、測定の結果、鉄金属膜の場合と比べ、酸化速度が遅いことが分かった。
【０１００】
鉄の酸化速度が遅い理由として、様々なメカニズムが考えられる。例えば、シリコン中の鉄含有量が小さい場合、鉄原子同士が近接する確率が非常に小さくなり、鉄原子は、他の鉄原子から孤立していると考えてよい。この場合、鉄原子はシリコン原子と結合し、シリコン合金を形成する。シリコン合金は、鉄が隣接して金属膜を形成している場合と比べ、酸化しにくいと考えられる。さらに、鉄原子が表面層ＦＧ０４にある場合、この鉄原子の一端はシリコン原子と結合しているが、他端は表面に露出しており、シリコン原子などとは結合していないので所定の活性を有している。すなわち、この表面処理後の最表面にある鉄原子は、含有量が所定量を超えないことで、酸化しにくい性質を有する一方で、他の基板表面と接触したときは十分な強度の接合を生じる程度に活性をも有していると考えることができる。
【０１０１】
また、金属の含有量が所定量より大きいことは、好ましくない第２の場合として、導電性が生じることが挙げられる。
【０１０２】
例えば、表面層ＦＧ０４での金属の含有量が増加することにより、金属原子同士が連続し金属結合を形成する。表面層ＦＧ０４内での連続的な金属結合により、当該層は、導電性を有することになる。また、完全に連続的でなくても、原子レベルで近傍に金属原子が存在すると、トンネル効果により導電性が生じる場合もある。またあるいは、表面層ＦＧ０４単体が導電性を有しない場合でも、同様の表面層ＦＧ０４一対を接合することにより、導電性が生じる場合がある。
【０１０３】
本実施形態に係る一実施例においては、粒子源からエネルギー粒子と金属粒子が放射されるので、粒子源の駆動条件がエネルギー粒子と金属粒子のエネルギーを規定する。しかるに、上述の通り、エネルギー粒子と金属粒子は、基板材料に対する作用において異なる役割を担っていると考えられる。もし、金属粒子の基板材料表面への到達量が、エネルギー粒子の基板材料の除去量を超えていると、金属粒子は基板材料表面へ堆積することになる。この場合、金属膜が形成される。一方、もし、金属粒子の基板材料表面への到達量が、エネルギー粒子の基板材料の除去量より小さいと、金属粒子は基板材料表面へ堆積せず、基板材料の除去が進行することになる。すなわち、エネルギー粒子の運動エネルギーと、金属粒子の基板材料表面への到達量とのバランスが、所望の薄膜を形成するための要素になっている。
【０１０４】
次に、基板材料として１５０ｍｍシリコンウエハを用いた際の、エネルギー粒子の加速エネルギー、具体的には、加速電圧８０Ｖと１００Ｖと、その接合強度の関係に関する実験結果を示す。
【０１０５】
まず、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、上記２加速電圧の場合のエネルギー粒子による基板材料の除去量を測定した。図１１（Ａ）は、基板Ｈ０６とエネルギー粒子源Ｈ０３とエネルギー粒子Ｈ０５の照射方向との位置関係を示す側面図である。図１１（Ｂ）は、その平面図である。基板Ｈ０６としては、シリコン基板上に熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜の厚さをエネルギー粒子照射前後で測定し、この厚さの差異を、エッチング量とした。エネルギー粒子源Ｈ０３を、基板表面に対し、斜め方向から、基板の中心３を含むように、エネルギー粒子Ｈ０５を照射した。そして、基板Ｈ０６上の直径方向の点１から５、すなわち、エネルギー粒子Ｈ０５の照射方向Ｏ０１にそって、熱酸化膜の厚さを測定した。この際、図１１（Ｂ）に示すように、ノッチＯ０２の位置決めをすることで、測定点１から５の位置決めを行った。
【０１０６】
まず、図１２は、各測定点１から５における、８０Ｖおよび１００Ｖにおけるエッチング量（ｎｍ）を示すものである。８０Ｖにおいては、照射量１５および３０Ａｍｉｎの２条件で、エッチング量を測定し、エッチング量は照射量にほぼ比例していることを確認した。１００Ｖにおいては、測定点１から３では、８０Ｖ、３０Ａｍｉｎの場合のエッチング量にほぼ同じ結果が測定され、位置４および５では８０Ｖの上記２条件の結果の中間のエッチング量が測定された。いずれの場合も、上記８０Ｖと１００Ｖでのエネルギー粒子照射は、ほぼ同等の熱酸化膜のエッチング量を与えることが分かった。
【０１０７】
同じエネルギー粒子の加速電圧で、シリコン基板を表面処理し、接合した。この際、シリコン基板表面には、酸化膜その他のシリコン以外の薄膜は形成せず、シリコン材料同士の接合をした。加速電圧８０Ｖで、エネルギー粒子を加速し、表面処理した場合は、十分な接合強度は得られず、加速電圧１００Ｖで、エネルギー粒子を加速し、表面処理した場合は、十分な接合強度が得られた。この測定結果は、同等のエッチング量を与えるエネルギー粒子照射条件であっても、ある粒子源における加速電圧、すなわちエネルギー粒子の有する運動エネルギーによって、接合強度が異なることを示している。
【０１０８】
上記の実施例では、所定の粒子源を用いて、エネルギー粒子の加速電圧８０Ｖと１００Ｖとの間に接合強度の差異が認められたが、これは種々の条件により異なりうる。例えば、照射する材料によっては、加速電圧は３０Ｖであってもよい（図３１参照）。また例えば、エネルギー粒子の運動エネルギーは、詳細にいえば、使用する粒子源の構成に依存する。さらには、上記実施例ではシリコンを用いたが、接合強度は、運動エネルギー（粒子のエネルギー）のほかにも、エネルギー粒子を照射する材料の種類（半導体、セラミック、誘電体材料、有機材料、など）や形態（単結晶材料、材料表面での結晶方位、多結晶、結晶粒の大きさ、など）に依存する。したがって、得られる接合強度というのは、粒子のエネルギー、照射する材料、粒子源などのパラメータに依存するといえる。
【０１０９】
例えば、図２０に示すように、使用する粒子源Ｇ１、Ｇ２などに応じて、それぞれの材料ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＮ、Ｍ４などについて、所定の接合強度ＢＳ（％）（＝接合強度（Ｊ／ｍ２）／バルク破壊強度（Ｊ／ｍ２））を得るために必要な加速電圧Ｅ（Ｖ）を、あらかじめルックアップテーブルＴ０１、Ｔ０２として作成する。
【０１１０】
図１９に示すように、これらルックアップテーブルを、コンピュータＳ０１のメモリに保存しておけば、ユーザが所望のパラメータを入力すると、コンピュータＳ０１は、必要な加速電圧の値に関する指示Ｓ０３を、電源Ｓ０２に出力する。電源Ｓ０２は、当該指示に従い、エネルギー粒子源Ｈ０３の加速電圧の電極板Ｓ０５に指示電圧を印可する。その結果、当該所定の電圧で加速された粒子Ｈ０５が、エネルギー粒子源Ｈ０３から放射される。金属体Ｓ０６を粒子Ｈ０５の経路上に設けることでエネルギー粒子は金属粒子を含むことになる。
【０１１１】
以上のように、本発明により、上記の各パラメータを適切化することで、基板の表面層における、金属の含有量が所定の範囲内にある場合は、十分な接合強度を得ることができる。
【０１１２】
次に本発明に係る他の実施例として、エネルギー粒子と金属粒子の照射量の比率を、異なる２つのステップで調節する方法を示す。図２１を参照して、上記の実施例（図２１（Ａ）および（Ｂ））と、本実施例（図２２（Ａ）から（Ｃ））との差異を、説明する。
【０１１３】
上記の実施例では、１つの粒子源ＦＧ１０からエネルギー粒子を放射して、基板ＦＧ０１の表面にある酸化膜ＦＧ０２や不純物ＦＧ０３（図２１（Ａ））を除去し、基板ＦＧ０１上に接合層ＦＧ０４が形成される（図２１（Ｂ））。エネルギー粒子が金属粒子を含んでいる場合は、形成された接合層ＦＧ０４にはこの金属が含まれる。
【０１１４】
別の実施例においては、まず第１ステップとして、１つの粒子源ＦＧ２０からエネルギー粒子を放射して、基板ＦＧ０１の表面にある酸化膜ＦＧ０２や不純物ＦＧ０３（図２２（Ａ））を除去し、基板ＦＧ０１上に接合層ＦＧ０５が形成される（図２２（Ｂ））。次に、第２ステップとして、金属粒子の放射量のことなる粒子源ＦＧ３０を用いて、金属粒子ＦＧ３１を基板ＦＧ０１上に放射することで、最終接合層ＦＧ０４を形成する（図２２（Ｃ））。本実施例においては、第１ステップでのエネルギー粒子が、金属粒子を含んでいても、いなくてもよい。そして、第２ステップでの、粒子源ＦＧ３０は、上記の実施例で用いたような、エネルギー粒子と金属粒子を同時に放射するものでもよい。金属粒子の放射量は、種々の方法で増減することが考えられる。また、この粒子源ＦＧ３０は、粒子を加速する機構を備えていなくてもよい。要は、本実施例で例示された態様により、第１ステップと第２ステップとで、エネルギー粒子の照射条件と金属粒子の照射条件を、比較的自由に設定し、各々の作用をよりよく制御することが可能となる。
【０１１５】
図２３に示す装置構成では、エネルギー粒子源は、基板Ｈ０６に向かってエネルギー粒子を放射するのでなく、金属粒子源ＦＧ３０に向けて放射する。金属粒子源ＦＧ３０は、エネルギー粒子ＦＧ２１と反応して金属粒子ＦＧ３１がスパッタされ、基板Ｈ０６に向かって放射される。
【０１１６】
したがって、金属粒子源ＦＧ３０は、エネルギー粒子ＦＧ２１のスパッタターゲットである。金属粒子とシリコンがプロセスに応じて適宜、切り替えてスパッタされるスパッタターゲットは有効である。たとえば、スパッタターゲットは、複数の面を有する多角柱形状であって回転可能であり、少なくとも一面にはシリコンターゲットが設けられ、他の少なくとも一面には金属粒子ターゲットが設けられる。金属粒子源ＦＧ３０に代えて、このような回転式スパッタターゲットを用いることにより、シリコンターゲットにエネルギー粒子を放射してシリコンをスパッタさせて基板にシリコン膜を形成した後、回転式スパッタターゲットを回転させ、金属粒子ターゲットにエネルギー粒子を放射して金属粒子（たとえば、鉄粒子）をスパッタさせて基板に金属粒子に放射することが容易になる。
【０１１７】
＜基板の材料と接合強度の関係＞
図４に関してシリコン薄膜挿入式の形成について説明した。特に、図４のグラフに示した例では、基板（表層部）材料は酸化シリコンであった。すなわち、出発基板の材料は、シリコンであるが、表面を熱酸化し酸化シリコンを形成しており、本願発明の構成上、基板は酸化シリコンとしての実施例である。これに対して、接合面にシリコン薄膜挿入を行わない、以下の具体例では、酸化シリコン以外の材料を基板として用いた。
【０１１８】
以下の具体例のいずれにおいても、両基板は、それぞれ図２に示す基板Ｅの接合表面作製過程と同じ過程の処理が施された後、接合された。したがって、基板接合体の界面の構造は、上記の基板接合体Ｅと同じ構造である。接合後、基板接合体の接合強度を、図４の接合強度における測定と同じ、ブレード挿入法により測定した。
【０１１９】
実施例：シリコン―窒化シリコン
本実施例では、一の基板としてシリコン基板を用い、熱酸化等のプロセスをせずに、接合表面作製を行い、他の基板として、シリコン基板を用い、シリコン基板表面に窒化シリコンを形成した後に、接合表面作製を行った。したがって、本実施例は、実質的に、シリコンと窒化シリコンとの接合表面作製、接合、および接合強度の測定結果を示すものである。
【０１２０】
図１０のＮ０２に示すように、本実施例の接合強度は、２．５Ｊ／ｍ２と推定された。実際には、ブレード挿入法により、通常の方法でブレードを当該二枚の基板間に挿入した際、基板は剥離せず、シリコン基板が破壊したので、実際の本実施例の接合強度は測定されていない。しかし、シリコン基板の破壊は、強度の高い接合面が形成していたことを示している。すなわち、本実施例での接合強度は、少なくともシリコンのバルク材料の破壊強度を有する。図面には、このときの接合強度を下限値で見積もり、シリコンのバルク破壊強度２．５Ｊ／ｍ２として記載した。
【０１２１】
図１０の一番左に示す基板接合体Ｎ０１は、図４における基板接合体Ｅと同じものであり、比較のために記載する。
【０１２２】
本接合強度の測定および推定により、本実施例における基板接合体Ｎ０２の強度は、基板接合体Ｅ（図１０のＮ０１）より高く、少なくともシリコン基板接合体の接合強度であることが分かった。
【０１２３】
実施例：酸化シリコン―窒化シリコン
本実施例では、一の基板としてシリコン基板を用い、シリコン基板表面を熱酸化した後に、接合表面作製を行い、他の基板としてシリコン基板を用い、シリコン基板表面に窒化シリコンを形成した後に、接合表面作製を行った。したがって、本実施例は、実質的に、酸化シリコンと窒化シリコンとの接合表面作製、接合、および接合強度の測定結果を示すものである。
【０１２４】
図１０のＮ０３に示すように、本実施例の接合強度は、２．５Ｊ／ｍ２と推定された。Ｎ０２と同様に、ブレード挿入の際、基板は剥離せず、シリコン基板が破壊したので、シリコン材料の接合界面強度である、２．５Ｊ／ｍ２を推定値として記載した。
【０１２５】
本接合強度の測定および推定により、本実施例における基板接合体Ｎ０３の強度は、基板接合体Ｅ（図１０のＮ０１）より高く、少なくともシリコン基板接合体の接合強度であることが分かった。
【０１２６】
実施例：窒化シリコン―窒化シリコン
本実施例では、両方の基板としてシリコン基板を用い、いずれのシリコン基板表面に窒化シリコンを形成した後に、接合表面作製を行った。したがって、本実施例は、実質的に、窒化シリコンと窒化シリコンとの接合表面作製、接合、および接合強度の測定結果を示すものである。
【０１２７】
図１０のＮ０４に示すように、本実施例の接合強度は、２．２５Ｊ／ｍ２と測定された。ブレード挿入の際、シリコン基板は破壊しなかった。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の９０％程度の接合強度である。
【０１２８】
本接合強度の測定により、本実施例における基板接合体Ｎ０４の強度は、基板接合体Ｅ（図１０のＮ０１）より高いことが分かった。
【０１２９】
図１０に示すように、以上の実施例における基板接合体Ｎ０２、Ｎ０３およびＮ０４の接合強度の測定結果は、いずれも、基板接合体Ｎ０１より高い。このことは、本発明に係る方法により、基板の種類に依存せず、高い接合強度を得ることが可能であることを示している。
【０１３０】
＜接合時の真空度と接合強度の関係＞
以上の実施例のいずれにおいても、基板は、本発明に係る接合表面作製の処理が施された後に、真空中で、接合された。以下の実施例では、上記の窒化シリコン―窒化シリコンの実施例（図１０のＮ０４）と同様の接合表面作製の処理の後に、大気圧の雰囲気中で基板を接合した。
【０１３１】
大気圧の雰囲気中での接合により作製された基板接合体Ｎ０５の接合強度は、図１０の一番右に示すように、０．９Ｊ／ｍ２であった。これは、シリコンのバルク材料の破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）の３５％程度の接合強度である。図１０に示すように、基板接合体Ｎ０５の接合強度は、基板接合体Ｎ０４の接合強度より低くなっているものの、図４に示す基板接合体ＡまたはＢの接合強度より高い。したがって、この接合強度の測定結果より、本発明に係る方法を用いることで、接合時の気圧が大気圧でも、十分に高い接合強度が得られる。さらには、接合時の気圧が大気圧より低い場合の接合強度は、基板接合体Ｎ０５よりもさらに高くなることが当然に予測される。
【０１３２】
＜装置の構成＞
本詳細な説明の冒頭に、表面処理、接合面作製を実施し、基板同士を接合するための装置の構成の一実施例を述べた。以下、その他の装置構成の実施例について説明する。
【０１３３】
装置構成の一実施例を図１５（Ａ）に示す。本実施例においては、真空雰囲気にすることのできるプロセス室Ｈ０２内に、一対の基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂが、接合面同士を対向させて配置される。エネルギー粒子源Ｈ０３は、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂの面に水平方向に、かつ、両基板接合面の間の空間にむけて、エネルギー粒子Ｈ０５を放射することで、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂの両接合面は、同時に表面処理される。本実施例では、さらに、接合機構Ｈ１３を設けて、表面処理後に両基板を互いに接触し接合することができる。一つのエネルギー粒子源Ｈ０３により、一対の基板に対して表面処理を行うことができ、基板間の距離も小さいことから、装置構成も簡単であり経済的である。また、表面処理後に直ちに接合することができるので表面処理後に不純物が再付着する機会を削減することができる。
【０１３４】
装置構成の他の実施例を図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）に示す装置構成では、基板表面がエネルギー粒子Ｈ０５の方向にほぼ平行であるため、基板表面上でのエネルギー粒子の強度分布の差が大きく、したがって基板表面のエネルギー粒子照射が均一とはいいがたい。また、基板間距離が小さいため、一の基板表面から除去された不純物等が他の基板表面に付着するといった問題もある。そこで、図１５（Ｂ）に示す装置構成では、各基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂごとに、エネルギー粒子源Ｈ０３を設け、基板間隔を広げて、エネルギー粒子Ｈ０５が基板に対してより大きい角度で照射されるように配置されている。その結果、本実施例の装置構成では、上記の実施例にくらべ、エネルギー粒子の基板表面での強度分布差が小さい。またさらに、接合機構Ｈ１３を設けて、表面処理後に両基板を直ちに互いに接触し接合することができる。
【０１３５】
装置構成の他の実施例を図１５（Ｃ）に示す。プロセス室Ｈ０２内には、基板Ｈ０６の表面に対向して一つのエネルギー粒子源Ｈ０３が配置されている。このエネルギー粒子源Ｈ０３は、エネルギー粒子Ｈ０５を基板Ｈ０６の表面に対しほぼ垂直方向に放射することで、上記の実施例よりもよりよいエネルギー粒子の強度分布を達成することができる。接合機構としては、プロセス室Ｈ０２に真空を破らずに連結される接合室Ｈ１４を設けて、プロセス室Ｈ０２で表面処理が終了した基板ごとに、この接合室Ｈ１４へ搬送し、接合機構Ｈ１３を用いて、基板Ｈ０６同士を接触、接合することができる。シングルウエハプロセスであるために、上記の実施例に比べて、処理から接合までに時間がかかる場合がある。
【０１３６】
装置構成の他の実施例を図１６（Ｄ）に示す。プロセス室Ｈ０２内には、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂがその接合面を対向するように配置されている。そして両基板間に、可動なライン式エネルギー粒子源Ｈ０３が設けられている。例えば図１５（Ａ）に示されるように、エネルギー粒子が一点から放射されるのでなく、線状すなわちライン状の放射源から放射されるもので、幅広の基板を一度に表面処理するのに適している。図１６（Ｄ）においては、紙面に垂直方向にライン状に長いライン式粒子源を想定している。エネルギー粒子源Ｈ０３を、一点鎖線で示す方向に移動させ、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂ上をエネルギー粒子Ｈ０５でスキャンすることができる。エネルギー粒子源Ｈ０３が一の基板Ｈ０６ａの終端に到達したときは、ライン式ビーム源Ｈ０３を反転して、他の基板Ｈ０６ｂ上をエネルギー粒子でスキャンする。本実施例の構成により、エネルギー粒子強度が均一な表面処理を行い、したがって接合面層の厚さも均一にすることができる。またさらに、接合機構Ｈ１３を設けて、表面処理後に両基板を直ちに互いに接触し接合することができる。
【０１３７】
装置構成の他の実施例を図１６（Ｅ）に示す。図１６（Ｄ）に示す装置構成と同様に、プロセス室Ｈ０２内には、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂがその接合面を対向するように配置されている。そして両基板間に、可動なライン式エネルギー粒子源Ｈ０３が設けられている。しかし、図１６（Ｄ）の装置構成においては、ライン式ビーム源Ｈ０３を反転する機構が必要である。本実施例の装置構成では、この反転機構を用いず、一対の粒子源を用いる。すなわち、一対のエネルギー粒子源Ｈ０３ｃ、Ｈ０３ｄを設け、各粒子源がそれぞれの基板に対してエネルギー粒子Ｈ０５ｃ、Ｈ０５ｄを照射する。エネルギー粒子源Ｈ０３ｃ、Ｈ０３ｄを、一点鎖線で示す方向に移動させ、基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂ上をエネルギー粒子Ｈ０５ｃ、Ｈ０５ｄでスキャンすることができる。先の実施例と同様、本実施例の構成により、エネルギー粒子強度が均一な表面処理を行い、したがって接合面層の厚さも均一にすることができる。またさらに、接合機構Ｈ１３を設けて、表面処理後に両基板を互いに接触し接合することができる。また、上下の基板を同時に処理することができるので、図１６（Ｄ）の装置構成に比べて表面処理から接合までの暴露時間を短くすることができる。
【０１３８】
装置構成の他の実施例を図１７（Ｆ）に示す。プロセス室Ｈ０２内に、ライン式エネルギー粒子源Ｈ０３は固定され、基板Ｈ０６が図面右側に移動することで、エネルギー粒子Ｈ０５が基板Ｈ０６上をスキャンする。さらに他の基板Ｈ０６も同様に図面右側へ移動することで、表面処理が行われる。この一対の基板の内の一つを反転し、基板接合面同士を対向させ、接合機構Ｈ１３により接触し接合することができる。また、接合チャンバへウエハを搬送する手段、例えばロボットなどを用い、ハンドリング途中で表面処理することができるので効率的で装置が簡易化できる。
【０１３９】
装置構成の他の実施例を図１７（Ｇ）に示す。プロセス室Ｈ０２内に、一対の基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂが、表面処理を施す面を外側にして平行に配置される。エネルギー粒子源Ｈ０３ｃ、Ｈ０３ｄは、当該一対の基板の外側から、それぞれの基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂに対向して配置され、プロセス室Ｈ０２に対して固定されている。基板Ｈ０６ａ、Ｈ０６ｂが図面右側へ移動することにより、基板Ｈ０６上をエネルギー粒子Ｈ０５でスキャンされ、表面処理が行われる。本実施例によりは、基板を反転する機構は必要ない。表面処理が終了した基板は、接合室Ｈ１４において、接合機構Ｈ１３を用いて接合される。
【０１４０】
図２６は、本発明の第１実施形態に係る接合装置１（１Ａとも称する）の縦断面図である。なお、各図においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。
【０１４１】
この接合装置１は、減圧下のチャンバ（真空チャンバ）２内で、被接合物９１の接合表面と被接合物９２の接合表面とを原子ビーム等で活性化させ、両被接合物９１、９２を接合する装置である。この装置１によれば、両被接合物９１、９２の接合表面に対して表面活性化処理を施すとともに、当該両被接合物９１、９２を固相接合することが可能である。なお、両被接合物９１、９２としては、様々な材料（例えば半導体ウエハーなど）が用いられる。
【０１４２】
接合装置１は、両被接合物９１、９２の処理空間である真空チャンバ２と、当該真空チャンバ２に連結されたロードロックチャンバ３とを備える。真空チャンバ２は、排気管６と排気弁７とを介して真空ポンプ５に接続されている。真空ポンプ５の吸引動作に応じて真空チャンバ２内の圧力が低減（減圧）されることによって、真空チャンバ２は真空状態にされる。また、排気弁７は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ２内の真空度を調整することができる。
【０１４３】
両被接合物９１、９２は、ロードロックチャンバ３内において導入棒４の先端部のクランピングチャック４ｃで保持された後、真空チャンバ２内に移動される。具体的には、上側の被接合物９２は、導入棒４の先端部で保持され、ヘッド２２の直下位置ＰＧ２にまでＸ方向に移動された後、ヘッド２２によって保持される。同様に、下側の被接合物９１は、導入棒４の先端部で保持された状態でＸ方向においてステージ１２に向けて位置ＰＧ１にまで移動され、当該ステージ１２によって保持される。
【０１４４】
ヘッド２２およびステージ１２は、いずれも、真空チャンバ２内に設置されている。
【０１４５】
ヘッド２２は、アライメントテーブル２３によってＸ方向およびＹ方向に移動（並進移動）されるとともに、回転駆動機構２５によってθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に回転される。ヘッド２２は、後述する位置認識部２８による位置検出結果等に基づいてアライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向におけるアライメント動作が実行される。
【０１４６】
また、ヘッド２２は、Ｚ軸昇降駆動機構２６によってＺ方向に移動（昇降）される。Ｚ軸昇降駆動機構２６は、不図示の圧力検出センサにより検出した信号に基づいて、接合時の加圧力を制御することができる。
【０１４７】
また、ステージ１２は、スライド移動機構１４によってＸ方向に移動（並進移動）可能である。ステージ１２は、ビーム照射部１１付近の待機位置（位置ＰＧ１付近）とヘッド２２直下の接合位置（位置ＰＧ２付近）との間でＸ方向において移動する。スライド移動機構１４は高精度の位置検出器（リニアスケール）を有しており、ステージ１２は高精度に位置決めされる。
【０１４８】
また、接合装置１は、被接合物９１、９２の位置を認識する位置認識部１８、２８を備えている。位置認識部１８、２８は、それぞれ、被接合物等に関する光像を画像データとして取得する撮像部（カメラ）１８ｂ、２８ｂを有する。また、両被接合物９１、９２には、それぞれ、位置識別用マーク（以下、単にマークとも称する）が付されている。例えば、一方の被接合物９１に２つの位置識別用マークが設けられ、他方の被接合物９２にも２つの位置識別用マークが設けられる。なお、当該各マークは、特定の形状を有することが好ましい。ただし、これに限定されず、ウエハのオリフラ、あるいは、ウエハ上に形成された回路パターンなどの一部を位置識別用マークとして流用するようにしてもよい。
【０１４９】
両被接合物９１、９２の位置決め動作は、当該位置認識部（カメラ等）により、両被接合物９１、９２に付されたマークの位置を認識することによって実行される。
【０１５０】
例えば、位置認識部１８は、位置ＰＧ１に存在する被接合物９１の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部上方に配置された光源１８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ａを透過して被接合物９１（位置ＰＧ１）に到達して反射される。そして、被接合物９１で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ａを透過して進行し、撮像部１８ｂに到達する。このようにして、位置認識部１８は、被接合物９１に関する光像を画像データとして取得する。そして、位置認識部１８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９１の位置を認識する。
【０１５１】
同様に、位置認識部２８は、位置ＰＧ２に存在する被接合物９２の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して被接合物９２（位置ＰＧ２）に到達して反射される。そして、被接合物９２（詳細にはその一部）で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。このようにして、位置認識部２８は、被接合物９２に関する光像を画像データとして取得する。また、位置認識部２８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９２の位置を認識する。
【０１５２】
さらに、後述するように、この接合装置１においては、ステージ１２がＸ方向に移動することによって、被接合物９１が位置ＰＧ２に移動し、両被接合物９１、９２が対向する状態に遷移する。図２８に示すように、位置認識部２８は両被接合物９１、９２の対向状態において、両被接合物９１、９２に関する光像を画像データとして取得することもできる。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して両被接合物９１、９２（詳細にはその一部）で反射され、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１、９２に関する光像（反射光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。なお、光源２８ａとしては、両被接合物９１、９２およびステージ１２等を透過する光（例えば赤外光）が用いられればよい。
【０１５３】
また、この実施形態においては、図２８に示すように、位置認識部２８は、別の光源２８ｃ、２８ｄをも有している。位置認識部２８は、両被接合物９１、９２が対向する状態において、当該光源２８ｃ、２８ｄからの光の透過光に関する画像データを用いて、両被接合物９１、９２の位置を認識することも可能である。具体的には、真空チャンバ２の外部側方に配置された光源２８ｃ、２８ｄから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｃ、２ｄをそれぞれ透過し、その後、ミラー２８ｅ、２８ｆで反射されてその進行方向が変更され下方に進行する。当該光は、さらに、両被接合物９１、９２（詳細にはその一部）を透過した後、窓部２ｂを透過して撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１、９２に関する光像（透過光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。
【０１５４】
このように、接合装置１は、反射光による撮像システム（光源２８ａおよび撮像部２８ｂ等を有する）と、透過光による撮像システム（光源２８ｃ、２８ｄおよび撮像部２８ｂ等を有する）との２種類の撮像システムを備えている。接合装置１は、状況に応じて、これら２種類の撮像システムを適宜に切り換えて利用し、各マークの位置を認識することが可能である。
【０１５５】
以上のような位置認識部１８、２８によって両被接合物９１、９２の位置が認識される。そして、認識された位置情報に基づいて、アライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によってヘッド２２がＸ方向、Ｙ方向、および／またはθ方向に駆動されることによって、両被接合物９１、９２の相対的に移動され、アライメント動作が実行される。例えば被接合物９１に付された２つのマークと被接合物９２に付された２つのマークとが重なるように、両被接合物９１、９２を微小移動することによって、両被接合物９１、９２を精密に位置決めすることができる。
【０１５６】
また、接合装置１は、３つのビーム照射部１１、２１、３１を備えている。接合装置１においては、これらの３つのビーム照射部１１、２１、３１を用いて表面活性化処理が実行される。図２６に示すように、ビーム照射部１１、２１は、真空チャンバ２の奥側（＋Ｙ側）の側壁面に設けられており、ビーム照射部３１は、真空チャンバ２の右側（＋Ｘ側）の側壁面に設けられている。ビーム照射部１１、２１、３１は、それぞれ、真空チャンバ２内部の対応位置に向けて特定物質のビームを照射する。
【０１５７】
より具体的には、図２６に示すように、ビーム照射部１１は、真空チャンバ２内の比較的左側（−Ｘ側）の位置ＰＧ１付近に配置され、ビーム照射部２１は、真空チャンバ２内の比較的右側（＋Ｘ側）の位置ＰＧ２付近に配置される。
【０１５８】
ビーム照射部３１は、図２７の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｘ側壁面において、水平面に平行に設置されている。これにより、ビーム照射部３１は、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２との両者が位置ＰＧ２において対向配置される状態において、当該両者９１、９２の対向空間ＳＰの側方から、当該対向空間ＳＰに向けてビームを照射する。ビーム照射部３１によるビーム照射方向は、Ｘ軸に平行な方向である。
【０１５９】
この接合装置１においては、後述するようなスライド配置状態において、ビーム照射部１１、２１を用いて特定物質（例えばアルゴン）を放出することにより、両被接合物９１、９２の接合表面を活性化する表面活性化処理が実行される。そして、接合装置１は、表面活性化処理が施された両被接合物９１、９２を近接対向状態にした後に、互いに近接させて両被接合物９１、９２を接合する。
【０１６０】
また、この実施形態においては、両被接合物９１、９２を近接対向状態にした後に、さらにビーム照射部３１を用いて特定物質（例えばアルゴン）を放出することにより、両被接合物９１、９２の接合表面を活性化する表面活性化処理をも実行する。
【０１６１】
ここにおいて、ビーム照射部１１、２１、３１は、イオン化された特定物質（ここではアルゴン）を電界で加速し両被接合物９１、９２の接合表面に向けて当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１、９２の接合表面を活性化する。換言すれば、ビーム照射部１１、２１、３１は、エネルギー波を放出することによって、両被接合物９１、９２の接合表面を活性化する。また、ビーム照射部１１、２１の組と３１は粒子ビーム、金属ビームと分離することができる。例えばビーム照射部１１、２１を金属粒子を含まない中性原子ビーム（ＦＡＢ）とし、ビーム照射部３１を金属粒子を多く含む図２９に示すようなイオンビームとしてもよい。また、ビーム照射部１１、２１も図２９に示すようなイオンビームとしてもよく、ビーム照射部３１と比べて金属粒子を含む量を調整すればよい。
【０１６２】
図２９に示すように、ビーム照射部３１Ｄは、アノード５１とカソード５２とマグネット５４とを備えている。アノード５１およびカソード５２はそれぞれ適宜の金属材料で構成される電極（電極部材ないし金属部材とも称される）である。例えば、アノード５１は鉄（Ｆｅ）で構成され、カソード５２はタングステン（Ｗ）で構成される。また、アノード５１は、ホーン形状（略円錐形状）を有しており、カソード５２は、フィラメント形状（コイル形状）を有している。また、ビーム照射部３１Ｄの本体部５９は、略円柱形状を有しており、その正面中央部において凹部５８を有している。当該凹部５８は、ホーン形状（メガホン形状）のアノード５１によって囲まれた空間として形成されている。なお、アノード５１とカソード５２とは互いに電気的に絶縁されて設けられ、アノード５１はアノード電位を有し、カソード５２はカソード電位を有する。
【０１６３】
ビーム照射部３１Ｄの照射口付近では、カソード５２から供給された電子が、マグネット５４の磁場によってトラップ（捕捉）されており、照射口付近で回転している（図２９の円形状の細破線参照）。また、さらに供給されたアルゴンは、当該電子の作用を受けてプラズマ状態で存在する。そして、プラズマ状態のアルゴンイオンは、両電極５１、５２の相互間の印加電圧による電界Ｅで（特にアノード５１に対する反発力が作用して）加速されてカソード５２に向けて移動し、当該カソード５２の位置を通過してビーム照射部３１Ｄの外部へと放出される。この際、アルゴンイオンは、アノード５１およびカソード５２に衝突し、アノード５１およびカソード５２の一部をスパッタリングする。そして、スパッタリングされた金属原子が、両被接合物９１、９２の接合表面へと移動して、当該接合表面に付着し堆積する。
【０１６４】
具体的には、上記実施形態においては、ビーム照射部３１Ｄとして、比較的コンパクトなアノード５１を有するものを例示したが、当該ビーム照射部３１Ｄに代えて、図３０に示すようなビーム照射部３１Ｅを用いるようにしてもよい。このビーム照射部３１Ｅにおいては、略円錐状のアノード５１がカソード５２側に向けて長く伸びている。より詳細には、ビーム照射部３１Ｅにおいては、本体部５９の開口部側の端（前側端）５９ｆよりもさらに前方側（−Ｘ側）の位置にまで伸びるように当該アノード５１（５１Ｅ）が構成されている。換言すれば、アノード５１Ｅは、ビーム照射部３１Ｅの照射口付近にて当該照射部３１Ｅの本体部５９の前端面５９ｆよりも前方側に突出する案内部５１ｇを有している。
【０１６５】
そのため、ビーム照射部３１Ｅのアノード５１Ｅは、ビーム照射部３１Ｄのアノード５１（５１Ｄ）に比べて、アルゴンおよび金属の飛散範囲（照射範囲）の指向性を高めることができる。これによれば、アルゴンおよび金属が不本意な部分（両被接合物９１、９２の接合表面以外の部分）にまで飛散することを抑制できる。また、案内部５１ｇを有するアノード５１Ｅを用いることによれば、アルゴンイオンとアノードとの衝突面積が増大するため、比較的多量の金属が削り取られ、当該比較的多量の金属が接合表面へ向けて移動する。そのため、ビーム照射部３１Ｅによれば、ビーム照射部３１Ｄよりも多量の金属原子を両被接合物９１、９２に向けて効率的に供給することも可能である。これらの観点からは、ビーム照射部３１Ｄよりもビーム照射部３１Ｅを用いることが好ましい。また、カソード５２は別途電子放出器（フォローカソード）をビーム照射部とは別に設けてもよい。カソードから放出される電子は照射面をイオン的に中性にする働きもある。
【０１６６】
また、図３１に示すように、本実施例においては、エネルギー粒子の加速電圧が３６、９４Ｖにおいては比較的高い接合強度が得られたが、３０Ｖにおいては、接合することができなった（接合強度＝０Ｊ／ｍ２）。
【０１６７】
このように、ある閾値を境に、接合が得られないほど接合強度が低下するのには、幾つかの原因が考えられる。その原因の一つとして、照射条件により、不純物の除去量が十分でなく、また、アモルファス化も不十分であるために、鉄と基材との接合強度不足や、表面層に含まれる鉄原子が酸化しやすく、接合前にこの鉄原子が酸化することで、接合強度が低下することが考えられる。
【０１６８】
また、図３２は、接合強度測定の場合と同様に、接合した基板同士を再び分離し、接合界面を構成していた基板表面の鉄２ｐスペクトルを測定したものである。表面処理後の基板表面は、接合されることにより、酸化や不純物の再付着から保護され、表面処理後の状態をほぼ保持している。したがって、接合した基板の分離後の基板表面の状態を調べることにより、表面処理後の基板表面の状態を知ることができる。図３２は、粒子源の駆動条件を同じであっても、他の二つの条件が異なる（Ｃ１、Ｃ２）場合の基板接合体の分離後の基板表面の鉄２ｐスペクトルを示すものである。条件Ｃ１は、高い接合強度を与えた条件を示し、条件Ｃ２は、比較的低い接合強度を与えた条件を示す。ＦｅＯおよびＦｅ２Ｏ３に対応するスペクトル成分を観察すると、高い接合強度を与える表面処理（Ｃ１）に比べて、比較的低い接合強度を与える表面処理（Ｃ２）をした基板表面の鉄が、酸化していることが分かる。したがって、接合強度を低下させる原因の一つとして、接合前の基板表面層の鉄が酸化していたことが考えられる。
【０１６９】
また、本発明の実施形態において、接合プロセスを常温で実施することが好ましいが、接合基板を加熱してもよい。約２００℃以下程度の低温であれば、従来の加熱接合に比べて大きなメリットがある。また、従来のハンダ融点の１８３℃以下であればより好ましい。
【０１７０】
以上で、実施形態の説明を終えるが、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の変形が容易である。
【０１７１】
以下に、いくつかの実施形態を付記の形式で示す。
（付記１）
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製方法であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第１の表面処理ステップと、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する第２の表面処理ステップを有し、
前記第１の表面処理ステップおよび第２の表面処理ステップの実施結果として前記接合基板が作製され、
前記第１の表面処理ステップおよび前記第２の表面処理ステップは、前記接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、実施がコントロールされる、接合基板作製方法。
（付記２）
前記接合基板の表面上に金属層が形成されることなく実施がコントロールされる、付記１に記載の接合基板作製方法。
（付記３）
前記第１の表面処理ステップと前記第２の表面処理ステップは同時に実施される、付記１に記載の接合基板作製方法。
（付記４）
前記第１の表面処理ステップの実施後、前記第２の表面処理ステップが実施される、付記１に記載の接合基板作製方法。
（付記５）
前記第１の表面処理ステップは、エネルギー粒子源を使用し、前記エネルギー粒子源から前記基板表面に向けて、エネルギー粒子を含む粒子が放射され、
前記第２の表面処理ステップは、金属粒子源を使用し、前記金属粒子源から前記基板表面に向けて、金属粒子を含む粒子が放射される、付記１ないし４のいずれか一つに記載の接合基板作製方法。
（付記６）
前記金属粒子源は、金属体を有する、付記５に記載の接合基板作製方法。
（付記７）
前記金属体は、移動可能である、付記６に記載の接合基板作製方法。
（付記Ｒ７）
前記金属体が退避位置にあるとき、前記金属体から前記基板表面への金属粒子放射は抑制される、付記７に記載の接合基板作製方法。
（付記Ｒ８）
前記第２の表面処理ステップを実施するために、前記金属体が進出位置にあるとき、前記金属体から前記基板表面へ金属粒子放射が行われる、付記７またはＲ７に記載の接合基板作製方法。
（付記８）
前記基板表面層の母材はシリコンである、付記１ないし７のいずれか一つに記載の接合基板作製方法。
（付記９）
前記第１の表面処理ステップは、１０−５Ｐａ以下の気圧下で開始する、付記１ないし８のいずれか一つに記載の接合基板作製方法。
（付記１０）
付記１ないし９のいずれか一つに記載の方法により作製された接合基板を用意するステップと、
前記接合基板と接合すべき基板（「Ｍ基板」を用意するステップと、
前記接合基板と前記Ｍ基板とを接合する接合ステップと、
を有する基板接合方法。
（付記１１）
付記１ないし９のいずれか一つに記載の方法により作製された接合基板を用意するステップと、
前記接合基板同士を接合する接合ステップと、
を有する基板接合方法。
（付記１２）
前記接合ステップは、１０−５Ｐａ以上の真空下または大気中で実施される、付記１０または１１に記載の基板接合方法。
（付記Ｒ１４）
前記接合ステップは、酸素を含有するガス環境下で実施される、付記１０または１１に記載の基板接合方法。
（付記Ｒ１５）
前記接合ステップは、大気中で実施される、付記１０または１１に記載の基板接合方法。
（付記１３）
前記接合ステップは、−６０℃ないし＋２００℃の温度下、好ましくは室温下で、実施される、付記１０ないし１２のいずれか一つに記載の基板接合方法。
（付記１４）
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、を備え、
前記金属粒子源は、金属体を有し、
前記金属体は移動可能である、
接合基板作製装置。
（付記１５）
プロセス制御装置を備え、
前記プロセス制御装置は、前記接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布するように、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源をコントロールする、
付記１４に記載の接合基板作製装置。
（付記１６）
前記プロセス制御装置は、前記接合基板の表面上に金属層が形成されることなく前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源をコントロールする、付記１５に記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ１９）
前記金属体が退避位置にあるとき、前記金属体から前記基板表面への金属粒子放射は抑制され、
前記金属体が進出位置にあるとき、前記金属体から前記基板表面へ金属粒子放射が行われる、
付記１４ないし１６のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ２０）
前記金属体は、グリッド形状である、付記１４ないし１６のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ２１）
前記金属体は、ホーン形状である、付記１４ないし１６のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記１７）
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
基板の表面を、エネルギー粒子を含む放射粒子で照射して表面処理するエネルギー粒子源と、
前記基板の表面を、金属粒子を含む放射粒子で照射して表面処理する金属粒子源と、
目標とする接合基板のプロパティ（「目標プロパティ」）を満足するプロセス条件を記憶するプロセス条件メモリと、
前記メモリを参照し、前記目標プロパティを満たすプロセス条件に基づいて、前記エネルギー粒子源と前記金属粒子源をコントロールする制御装置と、
を備える、
接合基板作製装置。
（付記１８）
前記目標プロパティは、接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、付記１７に記載の接合基板作製装置。
（付記１９）
前記目標プロパティは、（Ａ）接合基板の表面層に金属層が存在しないこと、および（Ｂ）接合基板の表面層の母材中に金属粒子が分布すること、を含んでおり、
前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、付記１７に記載の接合基板作製装置。
（付記２０）
前記プロセス条件は、前記エネルギー粒子源によって、前記エネルギー粒子が獲得するエネルギー条件を含んでいる、付記１７ないし１９のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記２１）
前記エネルギー条件は、３０ｅＶ以上である、付記２０に記載の接合基板作製装置。
（付記２２）
前記目標プロパティは、（Ｔ１）接合基板が所定の接合強度能力を有すること、を含んでおり、
前記エネルギー粒子源および前記金属粒子源は、前記制御装置の制御の下に、前記目標プロパティを満足するプロセス条件に基づいて、動作がコントロールされる、付記１７に記載の接合基板作製装置。
（付記２３）
前記プロセス条件は、前記エネルギー粒子源によって、前記エネルギー粒子が獲得するエネルギー条件を含んでいる、付記２２に記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ２８）
前記プロセス条件メモリはルックアップテーブルを含む、付記１７ないし２３に記載の接合基板作製装置。
（付記２４）
前記エネルギー粒子源の姿勢を制御する姿勢制御装置を備え、
前記姿勢制御装置は、
エネルギーベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第１の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記基板表面に向け、
金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第２の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記金属粒子源に向け、
前記金属粒子源は、
前記金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子に応答して、前記基板表面に向けて金属粒子を放射する姿勢におかれる、
付記１７に記載の接合基板作製装置。
（付記２５）
前記金属粒子源は金属体を有する、付記１７ないし１９のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ３１）
前記基板を移動可能に支持するキャリアを備える、付記１７ないし１９のいずれか一つに記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ３２）
接合面が形成された基板（「接合基板」）を作製する接合基板作製装置であって、
エネルギー粒子を含む放射粒子を放射するエネルギー粒子源と、
金属粒子を含む放射粒子を放射する金属粒子源と、
前記エネルギー粒子源の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
を備え、
前記姿勢制御装置は、
エネルギーベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第１の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を基板表面に向け、
金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源に第２の姿勢をとらせて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子を前記金属粒子源に向け、
前記金属粒子源は、
前記金属ベースの表面処理モードにおいて、前記エネルギー粒子源からの放射粒子に応答して、前記基板表面に向けて金属粒子を放射する姿勢におかれる、
接合基板作製装置。
（付記２６）
前記姿勢制御装置は、前記エネルギー粒子源を回転可能に支持する機構部品を備える、付記２４または２５に記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ３４）
前記金属粒子源は、金属体を有する、付記Ｒ３２に記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ３５）
前記基板を移動可能に支持するキャリアを備える、付記Ｒ３２に記載の接合基板作製装置。
（付記２７）
前記エネルギー粒子源は、ライン式イオンソースである、付記１７に記載の接合基板作製装置。
（付記Ｒ３７）
接合面が形成された基板（「接合基板」）であって、
基板の表面上に金属層が形成されず、かつ、基板表面層の母材中に金属粒子が分布する、接合基板。
（付記Ｒ３８）
前記基板表面層の母材中に、３％原子ピーク濃度ないし１０％原子ピーク濃度の金属が存在する、付記Ｒ３７に記載の接合基板。
（付記Ｒ３９）
前記基板表面層の母材中に分布する金属粒子は、基板深さ方向に、濃度勾配を有する、付記Ｒ３７またはＲ３８に記載の接合基板。
（付記Ｒ４０）
基板のバルク破壊強度の２０％以上の接合強度能力を有する付記Ｒ３７ないしＲ３９のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４１）
基板のバルク破壊強度の４０％以上の接合強度能力を有する付記Ｒ３７ないしＲ３９のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４２）
基板のバルク破壊強度の６０％以上の接合強度能力を有する付記Ｒ３７ないしＲ３９のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４３）
前記基板表面層は、非導電性である付記Ｒ３７ないしＲ４２のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４４）
前記基板表面層の母材は、シリコンである、付記Ｒ３７ないしＲ４２のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４５）
接合基板は、基板接合装置により、接合基板同士を大気中で接合可能なプロパティを有する、付記Ｒ３７ないしＲ４３のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４６）
前記基板表面層が含有する金属は、遷移金属である、付記Ｒ３７ないしＲ４５のいずれか一つに記載の接合基板。
（付記Ｒ４７）
前記基板表面層が含有する前記遷移金属は、鉄である、付記Ｒ４５に記載の接合基板。
（付記２８）
基板接合体であって、
一対の、互いに接合された基板と、
前記一対の基板の間に形成された界面層と、
を有し、
前記界面層には、金属層が形成されず、前記界面層の母材中に、金属粒子が分布する、
基板接合体。
（付記Ｒ４８）
基板接合体の前記基板間の接合強度は、基板バルク材破壊強度の２０％以上である、付記２８に記載の基板接合体。
（付記４９）
基板接合体の前記基板間の接合強度は、基板バルク材破壊強度の４０％以上である、付記２８に記載の基板接合体。
（付記Ｒ５０）
基板接合体の前記基板間の接合強度は、基板バルク材破壊強度の６０％以上である、付記２８に記載の基板接合体。
（付記２９）
前記界面層の母材中に分布する金属粒子は、前記界面層の深さ方向に、濃度勾配を有する、付記２８ないしＲ４８のいずれか一つに記載の基板接合体。
（付記３０）
前記界面層の中央部に、前記金属粒子の濃度ピークが存在する、付記２８ないしＲ４８のいずれか一つに記載の基板接合体。
（付記３１）
前記界面層の厚みは、２０ｎｍ以下である、付記２８に記載の基板接合体。
（付記３２）
前記界面層の厚みは、前記母材中に分布する金属の、界面層深さ方向における、濃度プロファイルの半値幅で規定される、付記３１に記載の基板接合体。
（付記３３）
前記界面層が含有する金属は、遷移金属である、付記２８ないし３２のいずれか一つに記載の基板接合体。
（付記３４）
前記界面層が含有する遷移金属は、鉄である、付記３３に記載の基板接合体。
【図１】
2012105473.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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