(57)【要約】【課題】複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上すること。【解決手段】常温接合装置は、第１基板５２の第１表面および第２基板４２の第２表面に照射される活性化ビームＢａ、Ｂｂを出射する活性化装置１６と、第１表面および第２表面４０に活性化ビームＢａ、Ｂｂが照射された後に、第１表面と第２表面とを接触させることにより、第１基板５２と第２基板４２とを接合する圧接機構１５とを具備している。活性化ビームＢａ、Ｂｂは、ネオン原子を含むビームである。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の第１表面および第２基板の第２表面に照射される活性化ビームを出射する活性化装置と、
前記第１表面および前記第２表面に前記活性化ビームが照射された後に、前記第１表面と前記第２表面とを接触させることにより、前記第１基板と前記第２基板とを接合する圧接機構と
を具備し、
前記活性化ビームは、ネオン原子を含むビームである
常温接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の常温接合装置において、
前記活性化装置は、前記活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項３】
請求項１に記載の常温接合装置において、
前記活性化装置は、前記活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項４】
請求項１に記載の常温接合装置において、
前記活性化ビームは、
前記第１表面に照射される第１活性化ビームと、
前記第２表面に照射される第２活性化ビームと
を備え、
前記活性化装置は、
前記第１活性化ビームを出射する第１ビーム源と、
前記第２活性化ビームを出射する第２ビーム源と
を備え、
前記第１活性化ビームおよび前記第２活性化ビームの少なくとも一方は、ネオン原子を含むビームである
常温接合装置。
【請求項５】
請求項４に記載の常温接合装置において、
前記第１ビーム源は、前記第１活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射し、
前記第２ビーム源は、前記第２活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項６】
請求項４に記載の常温接合装置において、
前記第１ビーム源は、前記第１活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射し、
前記第２ビーム源は、前記第２活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項７】
請求項４に記載の常温接合装置において、
前記第１ビーム源は、前記第１活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射し、
前記第２ビーム源は、前記第２活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項８】
請求項４に記載の常温接合装置において、
前記第１ビーム源は、前記第１活性化ビームとして、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、
前記第２ビーム源は、前記第２活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項９】
請求項８に記載の常温接合装置において、
前記第１ビーム源は、前記第１活性化ビームとして、前記ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームの後に、ネオン原子を含むビームを出射する
常温接合装置。
【請求項１０】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板上の凹凸を緩和するように、前記基板の表面に照射される原子ビームを出射する原子ビーム源と
を具備し、
前記原子ビームは、ネオン原子を含むビームである
平坦化装置。
【請求項１１】
第１基板の第１表面および第２基板の第２表面に照射される活性化ビームを出射するステップと、
前記第１表面および前記第２表面に前記活性化ビームが照射された後に、前記第１表面と前記第２表面とを接触させることにより、前記第１基板と前記第２基板とを接合するステップと
を具備し、
前記活性化ビームは、ネオン原子を含むビームである
常温接合方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の常温接合方法において、
前記活性化ビームを出射するステップは、
前記活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップと
前記活性化ビームとして、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップと
を備える
常温接合方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の常温接合方法において、
前記活性化ビームを出射するステップは、
前記活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップを備える
常温接合方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の常温接合方法において、
前記活性化ビームを出射するステップは、
前記第１表面に照射される第１活性化ビームを出射するステップと、
前記第２表面に照射される第２活性化ビーム出射するステップと
を備え、
前記第１活性化ビームおよび前記第２活性化ビームの少なくとも一方は、ネオン原子を含むビームである
常温接合方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の常温接合方法において、
前記第１活性化ビームを出射するステップは、
前記第１活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射するステップを備え、
前記第２活性化ビームを出射するステップは、
前記第２活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射するステップを備える
常温接合方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の常温接合方法において、
前記第１活性化ビームを出射するステップは、
前記第１活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップと、
前記第１活性化ビームとして、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップと
を備え、
前記第２活性化ビームを出射するステップは、
前記第２活性化ビームとして、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップと、
前記第２活性化ビームとして、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップと
を備える
常温接合方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の常温接合方法において、
前記第１活性化ビームを出射するステップは、
前記第１活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップを備え、
前記第２活性化ビームを出射するステップは、
前記第２活性化ビームとして、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップを備える
常温接合方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の常温接合方法において、
前記第１活性化ビームを出射するステップは、
前記第１活性化ビームとして、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップを備え、
前記第２活性化ビームを出射するステップは、
前記第２活性化ビームとして、ネオン原子を含むビームを出射するステップを備える
常温接合方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の常温接合方法において、
前記第１活性化ビームを出射するステップは、
前記第１活性化ビームとして、前記ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームの後に、ネオン原子を含むビームを出射するステップをさらに備える
常温接合方法。
【請求項２０】
基板を準備するステップと、
前記基板上の凹凸を緩和するように、前記基板の表面に原子ビームを出射するステップと
を具備し、
前記原子ビームは、ネオン原子を含むビームである
平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温接合装置、常温接合方法、平坦化装置および平坦化方法に関し、特に、真空雰囲気で基板表面を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが知られている。そのＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。半導体ウェハ上に形成されたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が積層されることにより作製される半導体デバイスが知られている。このような半導体デバイスは、リーク電流の増大や配線における信号遅延などを低減することができる。
【０００３】
真空雰囲気で活性化されたウェハ表面同士を接触させ、そのウェハを接合する常温接合が知られている。このような常温接合は、そのＭＥＭＳデバイスを作製することに好適であり、その半導体デバイスを作製することに好適である。そのため、近年、常温接合装置を使ったＭＥＭＳデバイスや半導体デバイスが生産されてきており、常温接合を利用したデバイスが普及しつつある。
【０００４】
そのＭＥＭＳおよびその半導体デバイスは、生産性の増大、低価格化が望まれている。それゆえ、そのＭＥＭＳおよびその半導体デバイスは、大口径の半導体ウェハから作製されることが望まれている。そのため、大口径の半導体ウェハをより適切に常温接合することができる常温接合装置が望まれている。それに伴い、接合信頼性向上や製造ラインにおける金属汚染の防止が求められている。
【０００５】
関連する技術として、例えば、特許第２７９１４２９号公報（特許文献１）にシリコンウェハの接合方法が開示されている。そのシリコンウェハの常温接合方法は、シリコンウェハとシリコンウェハとを接合する方法である。そのシリコンウェハの常温接合方法は、両方のシリコンウェハの接合面を接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビーム又は不活性ガス高速原子ビームで照射してスパッタエッチングする。この文献では、実験例として、不活性ガスイオンビーム又は不活性ガス高速原子ビームとして、アルゴンガスを用いたビームが開示されている。
【０００６】
また、特許第４６５４３８９号公報（特許文献２）にダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法，および半導体デバイスの放熱部が開示されている。このダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法は、半導体デバイスの放熱部において、ダイヤモンドヒートスプレッダの半導体デバイスとの接合面および金属製熱伝導体との接合面を、それぞれ表面平均粗さ（Ｒａ）３０ｎｍ以下に平坦化する。ただし、半導体デバイスの放熱部は、半導体デバイスに接合されるダイヤモンドヒートスプレッダと、ダイヤモンドヒートスプレッダの半導体デバイスの接合面とは反対側の面に接合される金属製熱伝導体により構成される。それと共に、真空又は不活性ガス雰囲気中に置かれた常温のダイヤモンドヒートスプレッダと半導体デバイスとの接合面、およびダイヤモンドスプレッダと金属製熱伝導体との接合面に、希ガスビームを照射して活性化させて接合する。この文献では、実施例において、希ガスビームとして、アルゴンガスを使用している。また、希ガスビームとして、アルゴンガスの他に、キセノンガス、クリプトンガス、又はこれらの混合ガス（これを総称して希ガスという）を使用したガスビームを照射しても良い、と述べている。
【０００７】
また、特開平７−９６３７８号公報（特許文献３）に接合方法が開示されている。この接合方法は、金属と金属、もしくは金属とセラミックスからなる接合材料の接合面をイオンもしくは中性原子で照射して清浄化した後、接合材料の融点（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）に加熱した後、拡散接合若しくは常温接合する。この文献では、照射するイオンもしくは中性原子はＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ等の不活性ガス若しくはＨ２の水素ガスのイオン若しくは中性原子とすることを好ましい態様としている。そして、実施例としてアルゴンを使用している。
【０００８】
また、特許第３９７０３０４号公報（特許文献４）に常温接合装置が開示されている。この常温接合装置は、接合チャンバーと、上側ステージと、キャリッジと、弾性案内と、位置決めステージと、第１機構と、第２機構と、キャリッジ支持台とを具備している。接合チャンバーは、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する。上側ステージは、接合チャンバーの内部に設置され、上側基板を真空雰囲気に支持する。キャリッジは、接合チャンバーの内部に設置され、下側基板を真空雰囲気に支持する。弾性案内は、キャリッジに同体に接合される。位置決めステージは、接合チャンバーの内部に設置され、水平方向に移動可能に弾性案内を支持する。第１機構は、弾性案内を駆動して水平方向にキャリッジを移動する。第２機構は、水平方向に垂直である上下方向に上側ステージを移動する。キャリッジ支持台は、接合チャンバーの内部に設置され、下側基板と上側基板とが圧接されるときに、上側ステージが移動する方向にキャリッジを支持する。弾性案内は、下側基板と上側基板とが接触しないときにキャリッジがキャリッジ支持台に接触しないようにキャリッジを支持し、下側基板と上側基板とが圧接されるときにキャリッジがキャリッジ支持台に接触するように弾性変形する。この文献では、イオンガンや高速原子ビーム源にアルゴンを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２７９１４２９号公報
【特許文献２】特許第４６５４３８９号公報
【特許文献３】特開平７−９６３７８号公報
【特許文献４】特許第３９７０３０４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｈ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｏｎ  Ｒｏｏｍ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  ｂｙ  Ａｒ  Ｂｅａｍ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．４１９７−４２０３，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ  １９９８
【非特許文献２】Ｆ  Ｆｒｏｓｔ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｌａｒｇｅ  ａｒｅａ  ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｂｙ  ｉｏｎ  ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ−ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｊ．Ｐｈｓ．Ｖｏｌ．２１（２００９）２２４０２６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上することが可能な常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、複数の基板を接合するとき、接合強度を向上することが可能な常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、複数の基板を接合するとき、接合表面の平滑性を向上することが可能な常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
本発明の別の課題は、複数の基板を接合するとき、製造ラインにおける金属汚染を抑制することが可能な常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
本発明のさらに別の課題は、複数の基板を接合するとき、ビーム照射プロセスで発生する金属汚染を抑制することが可能な常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、発明を実施するための形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明による常温接合装置は、活性化装置（１６）と、圧接機構（１５）とを具備している。活性化装置（１６）は、第１基板（５２）の第１表面（５０）および第２基板（４２）の第２表面（４０）に照射される活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）を出射する。圧接機構（１５）は、第１表面（５０）および第２表面（４０）に活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）が照射された後に、第１表面（５０）と第２表面（４０）とを接触させることにより、第１基板（５２）と第２基板（４２）とを接合する。活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）は、ネオン原子を含むビームである。すなわち、活性化装置（１６）のソースガスはネオン（Ｎｅ）を含んでいる。
このような常温接合装置は、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）がネオン（Ｎｅ）ビームであるため、後述される平坦度維持効果や平坦度改善効果により、接合される基板の表面を、表面粗さの小さい（平滑性の高い）活性化表面にすることができる。それにより、それら基板が接合された接合基板の接合強度を高くすることができる。その結果、接合の信頼性を高めることが可能となる。また、ネオン（Ｎｅ）ビームは、後述されるようにアルゴン（Ａｒ）ビーム等に比べてエッチング量が少ないため、基板周辺の金属部材の意図しないエッチング量を少なくすることができる。それにより、ビーム照射プロセスで発生する金属汚染を抑制することができる。その結果、製造ラインにおける金属汚染を抑制することができる。
【００１４】
上記の常温接合装置において、活性化装置（１６）は、活性化ビーム（Ｂｂ、Ｂａ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガスの活性化ビームにより、粗く高速に基板表面をエッチングし、その後にネオン（Ｎｅ）ビームにより、基板の表面粗さを小さくするように基板表面をエッチングする。それにより、基板表面をより高速に平滑性の高い活性化表面にすることができる。
【００１５】
上記の常温接合装置において、活性化装置（１６）は、活性化ビーム（Ｂｂ、Ｂａ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガスの活性化ビームによる粗く高速な基板表面のエッチングと、ネオン（Ｎｅ）ビームによる基板の表面粗さを低減するエッチングとを同時に行うことができる。それにより、さらにより高速に基板表面を活性化表面にすることができる。
【００１６】
上記の常温接合装置において、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）は、第１表面（５０）に照射される第１活性化ビーム（Ｂｂ）と、第２表面（４０）に照射される第２活性化ビーム（Ｂａ）とを備えていることが好ましい。活性化装置（１６）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射する第１ビーム源（１８−１〜１８−２）と、第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射する第２ビーム源（１７−１〜１７−２）とを備えていることが好ましい。第１活性化ビーム（Ｂｂ）および第２活性化ビーム（Ｂａ）の少なくとも一方は、ネオン原子を含むビームであることが好ましい。すなわち、第１ビーム源（１８）および第２ビーム源（１７）のソースガスはネオン（Ｎｅ）を含んでいることが好ましい。
このような常温接合装置は、第１基板（５２）と第２基板（４２）とで別々のビーム源（１８−１〜１８−２／１７−１〜１７−２）を有しているので、それぞれの基板に、それぞれの基板に適した条件（独立した条件）で活性化ビームを照射することができる。それにより、各基板の表面をより適切に活性化表面にすることができる。
【００１７】
上記の常温接合装置において、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。第２ビーム源（１７−１〜１７−２）は、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）がネオン（Ｎｅ）ビームであるため、平坦度維持効果や平坦度改善効果により、接合される２枚の基板の表面を、それぞれ独立に平滑性の高い活性化表面にすることができる。それにより、接合基板の接合強度を高くでき、接合の信頼性を高めることが可能となる。また、ビーム照射プロセスで発生する金属汚染を抑制することができ、製造ラインにおける金属汚染を抑制することができる。
【００１８】
上記の常温接合装置において、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。第２ビーム源（１７−１〜１７−２）は、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射し、その後にネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガスの活性化ビームにより、接合される２枚の基板の表面を、それぞれ独立に粗く高速に表面をエッチングする。その後、ネオン（Ｎｅ）ビームにより、その接合される２枚の基板の表面を、それぞれ独立に基板の表面粗さを小さくするように基板表面をエッチングする。それにより、接合される２枚の基板の表面をより高速に平滑性の高い活性化表面にすることができる。
【００１９】
上記の常温接合装置において、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射することが好ましい。第２ビーム源（１７−１〜１７−２）は、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、接合される２枚の基板の表面を、それぞれ独立に、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガスの活性化ビームによる粗く高速な表面のエッチングと、ネオン（Ｎｅ）ビームによる基板の表面粗さを低減するエッチングとを同時に行うことができる。それにより、さらにより高速に基板表面を活性化表面にすることができる。
【００２０】
上記の常温接合装置において、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射することが好ましい。第２ビーム源（１７−１〜１７−２）は、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、接合される２枚の基板の材質やその表面状態が異なる場合、例えば、一方の基板は表面の酸化層等の膜厚が厚く（例示：金属）、他方の基板は表面の酸化層等の膜厚が薄い（例示：半導体）場合、基板に応じて活性化ビームの種類を変える。具体的には表面の酸化層等の膜厚が厚い基板には、前記ネオン原子よりも原子番号の大きい希ガスの活性化ビームを用い、表面の酸化層等の膜厚が薄い基板にはネオン（Ｎｅ）ビームを用いる。それにより、基板表面状態に適した活性化表面を形成することができる。それにより、接合基板の接合強度を高めることができる。
【００２１】
上記の常温接合装置において、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームの後に、ネオン原子を含むビームを出射することが好ましい。
このような常温接合装置は、例えば、表面の酸化層等の膜厚が厚い基板の表面を希ガスの活性化ビームでエッチングし、表面粗さが大きくなった場合に、さらにネオン（Ｎｅ）ビームでエッチングすることで、平滑性の高い活性化表面を形成することができる。
【００２２】
本発明による平坦化装置は、基板保持部（１１）と、原子ビーム源（１７）とを具備している。基板保持部（１１）は、基板（４２）を保持する。原子ビーム源（１７）は、保持された基板（４２）上の凹凸を緩和するように、基板（４２）の表面（４０）に照射される原子ビーム（Ｂａ）を出射する。原子ビーム（Ｂａ）は、ネオン原子を含むビームである。
このような平坦化装置は、ネオン（Ｎｅ）ビームの平坦度改善効果を用いることで、例えば半導体製造ラインで求められる表面研磨効果と同等の表面平坦化効果を、理想的なドライ環境下で奏することができる。すなわち、ネオン（Ｎｅ）ビームを基板表面へ照射することで、ドライ環境下で、その基板表面の表面を平坦化することができる。
【００２３】
本発明による常温接合方法は、第１のステップと第２のステップとを備えている。第１のステップは、第１基板（５２）の第１表面（５０）および第２基板（４２）の第２表面（４０）に照射される活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）を出射するステップ（Ｓ４）である。第２のステップは、第１表面（５０）および第２表面（４０）に活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）が照射された後に、第１表面（５０）と第２表面（４０）とを接触させることにより、第１基板（５２）と第２基板（４２）とを接合するステップ（Ｓ６）である。活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）は、ネオン原子を含むビームである。
【００２４】
上記の常温接合方法において、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）を出射するステップ（Ｓ４）は、第３のステップと第４のステップとを備えていることが好ましい。ただし、第３のステップは、活性化ビーム（Ｂｂ、Ｂａ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２１、Ｓ２３）である。第４のステップは、活性化ビーム（Ｂｂ、Ｂａ）として、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２２、２４）である。
【００２５】
上記の常温接合方法において、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）を出射するステップ（Ｓ４）は、活性化ビーム（Ｂｂ、Ｂａ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップ（Ｓ３１、Ｓ３２）を備えていることが好ましい。
【００２６】
上記の常温接合方法において、活性化ビーム（Ｂａ、Ｂｂ）を出射するステップ（Ｓ４）は、第５のステップと第６のステップとを備えていることが好ましい。ただし、第５のステップは、第１表面（５０）に照射される第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップである。第６のステップは、第２表面（４０）に照射される第２活性化ビーム（Ｂａ）出射するステップである。第１活性化ビーム（Ｂｂ）および第２活性化ビーム（Ｂａ）の少なくとも一方は、ネオン原子を含むビームである。
【００２７】
上記の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ１１）を備えていることが好ましい。第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射するステップは、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ１２）を備えていることが好ましい。
【００２８】
上記の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップは、第７のステップと第８のステップとを備えていることが好ましい。ただし、第７のステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２１）である。第８のステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２２）である。第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射するステップは、第９のステップと第１０のステップとを備えていることが好ましい。ただし、第９のステップは、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、照射開始時にはネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２３）である。第１０のステップは、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、その後にネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ２４）である。
【００２９】
上記の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップ（Ｓ３１）を備えていることが好ましい。第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射するステップは、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子とネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子とを含むビームを出射するステップ（Ｓ３２）を備えていることが好ましい。
【００３０】
上記の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ４１、Ｓ５１）を備えていることが好ましい。第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射するステップは、第２活性化ビーム（Ｂａ）として、ネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ４２、Ｓ５３）を備えていることが好ましい。
【００３１】
上記の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射するステップは、第１活性化ビーム（Ｂｂ）として、ネオン原子よりも原子番号が大きい希ガス原子を含むビームの後に、ネオン原子を含むビームを出射するステップ（Ｓ５２）をさらに備えていることが好ましい。
【００３２】
本発明による平坦化方法は、基板（４２）を準備するステップ（Ｓ６１）と、基板（４２）上の凹凸を緩和するように、基板（４２）の表面（４０）に原子ビーム（Ｂａ）を出射するステップ（Ｓ６２）とを具備している。原子ビーム（Ｂａ）は、ネオン原子を含むビームである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の常温接合装置および常温接合方法は、複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合強度を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合表面の平滑性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、製造ラインにおける金属汚染を抑制することができる。また、複数の基板を接合するとき、ビーム照射プロセスで発生する金属汚染を抑制することができる。また、表面粗さが大きいと、接合ができた場合でも接合面近傍に歪が発生し、ＭＥＭＳやＬＳＩの性能に大きく影響する。本発明により、平坦化した表面の接合を行うことにより、これらの影響を低減し、高性能のデバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、接合基板の引張強度と表面粗さ（アルゴン（Ａｒ）ビームエッチング時間）との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、表面エネルギーとＦＡＢ照射時間との関係をガス種ごとに示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、未処理のシリコンウェハの表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ネオンを用いてシリコンウェハに活性化工程を行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、アルゴンを用いてシリコンウェハに活性化工程を行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、キセノンを用いてシリコンウェハに活性化工程を行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図４】図４は、上記のエッチング前後の表面粗さを比較した結果を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、Ｘｅビームによる前処理を行ったシリコンウェハの表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、Ｎｅビームによるエッチング時間が３分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、Ｎｅビームによるエッチング時間が５分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、Ｎｅビームによるエッチング時間が２０分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。
【図６】図６は、Ｎｅビームの照射時間と表面粗さとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、表面エネルギーとＮｅビームの照射時間との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施の形態に係る常温接合装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る常温接合装置本体を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係る接合チャンバーを示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係るガス種切替機構を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、実施の形態に係る複数の下側ビーム源を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、実施の形態に係る複数の上側ビーム源を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、実施の形態に係る常温接合装置制御装置を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、実施の形態に係る常温接合方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、実施の形態に係る活性化方法を実行中の接合チャンバーを示す断面図である。
【図１７】図１７は、第１の実施の形態に係る活性化方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、第２の実施の形態に係る活性化方法を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、第３の実施の形態に係る活性化方法を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、第４の実施の形態に係る活性化方法を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、第４の実施の形態に係る活性化方法の変形例を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、第５の実施の形態に係る活性化方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明に係る常温接合装置、常温接合方法、平坦化装置および平坦化方法の実施の形態について説明する。
【００３６】
まず、本発明に係る常温接合装置、常温接合方法、平坦化装置および平坦化方法のコンセプトについて説明する。
【００３７】
常温接合技術においては、接合する互いの物質表面の平滑化（粗さの極小化）が、接合性（接合強度）の良否、又は可否を左右する重要なファクターである。その平滑性と接合性との関係については、非特許文献１（Ｈ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．４１９７−４２０３）に開示されている。図１は、その接合基板の引張強度と表面粗さ（アルゴン（Ａｒ）ビームエッチング時間）との関係を示すグラフである。縦軸は、２枚の基板を接合した接合基板の引張強度を示している。上側の横軸は、接合直前の各基板の表面粗さを示し、下側の横軸はアルゴン（Ａｒ）ビームエッチング時間を示している。表面粗さとエッチング時間とは対応している。ただし、表面粗さは、二乗平均粗さ（Ｒｍｓ（Ｒｑ）を用いている。また、基板（母材）の引張強度は、１０ＭＰａ程度である。また、非特許文献２（Ｆｒｏｓｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｓ．Ｖｏｌ．２１（２００９）２２４０２６）にはＮ２イオン、Ａｒイオンのイオン照射による表面の平滑化が記載されている。
【００３８】
図に示されるように、長時間のアルゴン（Ａｒ）ビームエッチングを行い、基板の表面粗さが低下した状態では、引張強度（接合強度）は顕著に低下する。一方、基板の表面粗さＲｍｓが０．４ｎｍ以下では、母材と同程度の１０ＭＰａ以上の接合強度が維持される。したがって、常温接合技術において、接合基板の接合強度を高め、接合の信頼性を向上させるためには、接合する基板の表面粗さをできるだけ小さくする必要があることが分かる。
【００３９】
本発明の発明者は、常温接合装置および常温接合方法において、接合基板の接合強度を高め、接合の信頼性を向上させるために、今回様々な検討を行った。その結果、接合基板の接合強度を高め、接合の信頼性を向上させるための新たな技術を世界で初めて創出した。以下に、その技術について説明する。
【００４０】
これまで常温接合装置の表面活性化工程には、主にイオンビームや高速原子ビーム（Ｆａｓｔ  Ａｔｏｍ  Ｂｅａｍ：ＦＡＢ）が使用され、それらビームのソースガスとしてはアルゴン（Ａｒ）が使用されている。その他のソースガスとしては、特許文献１〜４に、不活性ガスや希ガスのように第１８族元素を想起させるガス種を用いることが記載されている。さらに、具体的にヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）などをソースガスの候補として挙げている場合もある。しかし、この“その他のソースガス”に関しては、すべて単なるガス種の置き換えの提案にすぎず、その具体的な使用方法や、接合性能に与える効果については何ら言及されておらず、検討もされていない。
【００４１】
今回、発明者は、接合基板の接合強度を高め、接合の信頼性を向上させるべく、基板表面を活性化する活性化ビームのソースガスとして３種のガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ））を用いた検討を行った。その結果、ソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いた場合に、以下に示すような従来には無い有利な効果又は顕著な効果を見出した。
【００４２】
（１）ネオン（Ｎｅ）をソースガスとする高速原子ビームエッチングの平坦度維持効果。
まず、活性化ビームのソースガスとして３種のガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ））を用いて、基板の接合試験を行い、ガス種ごとに得られる表面エネルギー（接合強度）とＦＡＢ照射時間との相関を求めた。図２は、表面エネルギーとＦＡＢ照射時間との関係をガス種ごとに示すグラフである。縦軸は、２枚の基板を接合した接合基板の表面エネルギー（接合強度）（Ｊ／ｍ２）を示している。基板（母材）の表面エネルギーは、２．５Ｊ／ｍ２程度である（図１の１０ＭＰａ程度に対応する）。横軸は、ＦＡＢ（活性化ビーム）照射時間（ｓ）を示している。三角印はネオン（Ｎｅ）、四角印はアルゴン（Ａｒ）、丸印はキセノン（Ｘｅ）をそれぞれ示している。
【００４３】
図２に示されるように、キセノン（Ｘｅ）を用いた場合では、非常に低い接合強度しか得られなかった。しかし、ネオン（Ｎｅ）を用いた場合では、従来標準的に用いられているアルゴン（Ａｒ）の場合と同様に、母材と同等の接合強度を達成できた。また、照射時間１００秒で概ねアルゴン（Ａｒ）の場合と同等になり、３００秒間照射してもその接合強度は維持された。このことから、ネオン（Ｎｅ）は常温接合による基板接合用の活性化ビームのソースガスとして適切であることが判明した。このように、接合基板の接合強度を高め、接合の信頼性を向上させる観点から、不活性ガスや希ガスのような第１８族元素であっても、適切であるものと、適切とは言い難いものとが存在することが判明した。
【００４４】
次に、ソースガスのガス種によって、基板表面に形成される表面粗さおよび表面性状についてＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて評価した。図３Ａは、未処理のシリコンウェハの表面形状を示すＡＦＭ像である。この図は、１μｍ（１０００ｎｍ）四方の領域を示している。この未処理のシリコンウェハ（ベアウェハ）の表面性状は、表面粗さＲｍｓ（Ｒｑ）が０．１８ｎｍである。１μｍ（１０００ｎｍ）四方のＡＦＭ像（図３Ａ）を見ると、全面均一な凹凸分布であることが分かる。
【００４５】
本試験では、この未処理のシリコンウェハを初期状態とし、このシリコンウェハに対して高速原子ビーム（ＦＡＢ）エッチングを行った。高速原子ビームエッチングは、常温接合プロセスにおける表面酸化膜等を除去する活性化工程を模擬している。高速原子ビームのソースガスは、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いた。シリコンウェハは、各ガスを用いた高速原子ビームにより、約３０ｎｍの深さまでエッチングを施されている。図３Ｂは、ネオン（Ｎｅ）を用いてエッチングを行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。図３Ｃは、アルゴン（Ａｒ）を用いてエッチングを行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。図３Ｄは、キセノン（Ｘｅ）を用いてエッチングを行った場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。いずれの図も、１μｍ（１０００ｎｍ）四方の領域を示している。
【００４６】
これら図３Ｂ〜図３Ｄによりエッチング後のシリコンウェハの表面粗さを比較すると、以下のことが判明した。まず、ネオン（Ｎｅ）の場合、図３Ｂを参照すると、約３０ｎｍの深さまでエッチング（約２０分）を進展させても、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓ（Ｒｑ）は０．１８ｎｍであり、未処理のシリコンウェハと同一である。また、ＡＦＭ像も若干の乱れが認識される程度であり、シリコンウェハ表面の面内均一性は維持されている。これに対して、キセノン（Ｘｅ）の場合、図３Ｄを参照すると、約３０ｎｍの深さまでエッチング（約１０分）を進展させると、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは１．３７ｎｍとなり、未処理のシリコンウェハと比較して大幅に粗さが悪化した。また、ＡＦＭ像では、その表面に明らかなリップル（波紋）パターンが形成されている。また、アルゴン（Ａｒ）の場合、図３Ｃを参照すると、約３０ｎｍの深さまでエッチング（約１０分）を進展させると、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓ（Ｒｑ）は０．３３ｎｍであり、表面粗さの変化はネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）との中間である。また、ＡＦＭ像では、表面性状の変化もネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）との中間である。ただし、図１のグラフと照らし合わせると、接合強度が十分発現する範囲と考えられる。
【００４７】
図４は、上記のエッチング前後の表面粗さを比較した結果を示すグラフである。縦軸は表面粗さＲｍｓ（ｎｍ）を示し、横軸には未処理、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の場合を示している。未処理のシリコンウェハ（未処理Ｓｉ）の表面粗さＲｍｓは０．１８ｎｍである。それに対して、ソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いた場合、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．１８ｎｍであり、未処理のシリコンウェハと同一である。一方、ソースガスとしてキセノン（Ｘｅ）を用いた場合、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは１．３７ｎｍであり、未処理のシリコンウェハと比較して大幅に表面粗さが悪化する。また、ソースガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いた場合、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．３３ｎｍであり、表面粗さの変化はネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）との中間となる。ただし、ネオン（Ｎｅ）寄りであり接合強度が十分発現する範囲である。
【００４８】
以上のことから、高速原子ビーム（ＦＡＢ）エッチングのソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いることで、基板表面の平坦度（表面粗さ）を維持しつつ、エッチング（表面酸化物等の除去）が可能となることが判明した。基板表面の平坦度（表面粗さ）が維持されることは、接合強度を高くし（図１）、接合の信頼性を向上することができる点で極めて好ましいといえる。発明者の研究により、このようなネオン（Ｎｅ）をソースガスとする高速原子ビームエッチングの特性である初期の表面粗さが小さい面に対する「平坦度（表面粗さ）維持効果」が今回世界で初めて見出された。
【００４９】
（２）ネオン（Ｎｅ）をソースガスとする高速原子ビームエッチングの平坦度改善効果。
次に、活性化ビームのソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いた場合での表面粗さの変化を、ＡＦＭを用いて評価した。図５Ａは、前処理を行ったシリコンウェハの表面形状を示すＡＦＭ像である。この図は、１μｍ四方の領域を示している。このシリコンウェハは、前処理として、キセノン（Ｘｅ）をソースガスとして用いた高速原子ビームを表面に１分間照射されている。そのため、表面粗さＲｍｓは０．４ｎｍまで悪化されている。前述の図３Ｄと同様に、このシリコンウェハ表面にはリップルパターンが形成されている。
【００５０】
本試験では、この前処理を行ったシリコンウェハを初期状態とし、このシリコンウェハに対して、ネオン（Ｎｅ）をソースガスとして用いた高速原子ビームエッチングを行った。エッチング時間は、３分、５分、２０分である。図５Ｂは、エッチング時間が３分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。図５Ｃは、エッチング時間が５分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。図５Ｄは、エッチング時間が２０分の場合の表面形状を示すＡＦＭ像である。いずれの図も、１μｍ四方の領域を示している。
【００５１】
これら図５Ｂ〜図５Ｄによりエッチング後のシリコンウェハの表面粗さを比較すると、以下のことが判明した。まず、図５Ｂを参照すると、３分間のエッチングにより、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．２８ｎｍまで改善した。次に、図５Ｃを参照すると、５分間のエッチングにより、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．２０ｎｍまで改善した。さらに、図５Ｄを参照すると、２０分間のエッチングにより、シリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．１７ｎｍまで改善した。また、エッチング時間（高速原子ビームの照射時間）を増していくほど、表面粗さＲｍｓが小さくなるだけでなく、リップルパターンも消失していく様子が捉えられた。図４のグラフと照らし合わせると、このエッチングにより、未処理のシリコンウェハの表面粗さと同等にまで表面粗さを改善できることが判明した。
【００５２】
図６は、Ｎｅビーム（高速原子ビーム）の照射時間と表面粗さとの関係を示すグラフである。縦軸は表面粗さＲｍｓ（ｎｍ）を示し、横軸はネオン（Ｎｅ）ビーム（高速原子ビーム）の照射時間（ｍｉｎ．）を示している。図に示されるように、シリコンウェハは、ネオン（Ｎｅ）ビームのエッチングを行う前（Ｎｅビーム照射時間０分）では、キセノン（Ｘｅ）ビームによって表面が荒れた状態である（表面粗さＲｍｓ０．４ｎｍ）。しかし、ネオン（Ｎｅ）ビームのエッチングを行うと、ネオン（Ｎｅ）ビームの照射時間が長くなるに連れて（３分、５分、２０分）、より表面が平坦化していく（表面粗さＲｍｓ０．２８ｎｍ、０．２０ｎｍ、０．１７ｎｍ）。
【００５３】
以上のことから、高速原子ビーム（ＦＡＢ）エッチングのソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いることで、基板表面の平坦度（表面粗さ）を改善できることが判明した。基板表面の平坦度（表面粗さ）が改善できることは、接合強度を高くし、接合の信頼性を向上することができる点で極めて好ましいといえる。発明者の研究により、このようなネオン（Ｎｅ）をソースガスとする高速原子ビームエッチングの特性である初期の表面粗さが大きい面に対する「平坦度（表面粗さ）改善効果」が今回世界で初めて見出された。
【００５４】
上記表面粗さの改善効果が、接合強度（表面エネルギー）の向上に対して如何に寄与するかを評価した。図７は、表面エネルギーとＮｅビーム（高速原子ビーム）の照射時間との関係を示すグラフである。縦軸は、２枚の基板を接合した接合基板の表面エネルギー（接合強度）（Ｊ／ｍ２）を示している。基板（母材）の表面エネルギーは、２．５Ｊ／ｍ２程度である（図１の１０ＭＰａ程度に対応する）。横軸は、Ｎｅビーム（高速原子ビーム）の照射時間（ｍｉｎ．）を示している。
【００５５】
図に示されるように、シリコンウェハは、ネオン（Ｎｅ）ビームのエッチングを行う前（Ｎｅビーム照射時間０分）では、キセノン（Ｘｅ）ビームによって表面が荒れている状態である。そのため、表面エネルギー（接合強度）が小さい（０．１Ｊ／ｍ２）。しかし、ネオン（Ｎｅ）ビームのエッチングを行うと、ネオン（Ｎｅ）ビームの照射時間が長くなるに連れて（０．５分、１分、２分、３分、５分）、より表面が平坦化していく（図５Ｂから図５Ｄと同様）。そのため、表面エネルギー（接合強度）が大きくなっていく（０．２Ｊ／ｍ２、０．５Ｊ／ｍ２、１．０Ｊ／ｍ２、２．４Ｊ／ｍ２、２．５Ｊ／ｍ２）。このように、荒れた表面に対するネオン（Ｎｅ）ビームの照射時間を徐々に増していくことで、図６に示されるように表面粗さが小さくなるため、図７に示すように接合強度（表面エネルギー）が向上し、ついには母材強度にまで達することが確認された。
【００５６】
上述のように、発明者は、高速原子ビームを用いたエッチングのソースガスとしてネオン（Ｎｅ）を用いることで、そのネオン（Ｎｅ）ビームに平坦度（表面粗さ）維持効果および平坦度（表面粗さ）改善効果が有ることを見出した。これらの効果は、従来技術（例示：特許文献１〜４、非特許文献１）において今まで誰も指摘していなかった、ネオン（Ｎｅ）以外の他の不活性ガス又は希ガスには存在しない有利な効果ということができる。仮にネオン（Ｎｅ）以外の他の不活性ガス又は希ガスにこのような効果があったとしても、それらとは比較にならない顕著な効果であるということもできる。
【００５７】
上記平坦度（表面粗さ）維持効果および平坦度（表面粗さ）改善効果を有するネオン（Ｎｅ）ビームを用いた表面エッチングを常温接合の表面活性化工程に組み込むことで、クリーンな環境で、高品質な表面活性化・平滑化を実現することができる。すなわち、複数の基板を接合するとき、接合表面の平滑性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合強度を向上することができる。それにより、複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上することができる。また、ネオン（Ｎｅ）ビームを用いた表面エッチングを基板表面の平坦化工程に組み込むことで、ドライ環境下で、その基板表面の凹凸を除去し平坦にすることができる。それにより、デバイス製造プロセス全体を効率化できる。
【００５８】
以下では、上記平坦度（表面粗さ）維持効果および平坦度（表面粗さ）改善効果を有するネオン（Ｎｅ）ビームを用いた表面エッチングを常温接合の表面活性化工程に組み込んだ実施の形態について主に説明する。以下の実施の形態では、基板の表面を活性化する装置として複数の原子ビーム源を有する常温接合装置について説明する。ただし、本発明はその例に限定されるものではなく、ビームのガスソースとしてネオン（Ｎｅ）を用いることで、１つ又は多数の原子ビーム源を有する常温接合装置（例示：特許文献１〜４）に対しても同様に適用可能である。
【００５９】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る常温接合装置の構成について説明する。図８は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示すブロック図である。常温接合装置１００は、常温接合を実施する常温接合装置本体１と、常温接合装置本体１を制御する常温接合装置制御装置７１とを具備している。
【００６０】
図９は、本実施の形態に係る常温接合装置本体１を示す断面図である。常温接合装置本体１は、ロードロックチャンバー２と接合チャンバー３とを具備している。ロードロックチャンバー２および接合チャンバー３は、それぞれ環境から内部を密閉する容器を備えている。常温接合装置本体１は、さらに、ゲート５とゲートバルブ６とを備えている。ゲート５は、ロードロックチャンバー２と接合チャンバー３との間に介設され、接合チャンバー３の内部とロードロックチャンバー２の内部とを接続している。ゲートバルブ６は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、ゲート５を閉鎖し、又は、開放する。
【００６１】
ロードロックチャンバー２は、蓋と真空排気装置（図示されず）とを備えている。その蓋は、ユーザに操作されることにより、ロードロックチャンバー２の開口部（図示されず）を閉鎖し、又は、開放する。その真空排気装置は、その開口部とゲート５とが閉鎖されているときに、その常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、ロードロックチャンバー２の内部から気体を排気する。
【００６２】
ロードロックチャンバー２は、さらに、複数の棚７と搬送ロボット８とを内部に備えている。複数の棚７には、カートリッジが載せられる。そのカートリッジは、概ね円盤状に形成されている。そのカートリッジは、そのカートリッジの上にウェハが載せられて利用される。搬送ロボット８は、ゲート５が開放されているときに、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、複数の棚７に配置されたカートリッジを接合チャンバー３の内部に搬送し、又は、接合チャンバー３の内部に配置されたカートリッジを複数の棚７に搬送する。
【００６３】
接合チャンバー３は、真空排気装置１０を備えている。真空排気装置１０は、ゲート５が閉鎖されているときに、その常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、接合チャンバー３の内部から気体を排気する。
【００６４】
図１０は、本実施の形態に係る接合チャンバー３を示す断面図である。接合チャンバー３は、さらに、位置決めステージキャリッジ１１と位置合わせ機構１２とを備えている。位置決めステージキャリッジ１１は、板状に形成されている。位置決めステージキャリッジ１１は、接合チャンバー３の内部に配置され、水平方向（面内方向）に平行移動可能に、かつ、鉛直方向の回転軸を中心に回転移動可能に支持されている。位置決めステージキャリッジ１１は、ウェハ（又は基板）４２が載せられたカートリッジを保持することにより、そのウェハ４２を保持する。位置合わせ機構１２は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、位置決めステージキャリッジ１１が水平方向に平行移動するように、又は、位置決めステージキャリッジ１１が鉛直方向の回転軸を中心に回転移動するように、位置決めステージキャリッジ１１を移動させる。
【００６５】
接合チャンバー３は、さらに、静電チャック１４と圧接機構１５とを備えている。静電チャック１４は、接合チャンバー３の内部に配置され、位置決めステージキャリッジ１１の鉛直上方に配置されている。静電チャック１４は、鉛直方向に平行移動可能に接合チャンバー３に支持されている。静電チャック１４は、誘電層から形成されている。静電チャック１４は、鉛直方向に概ね垂直な平坦面が下端に形成されている。静電チャック１４は、さらに、その誘電層の内部に内部電極を備えている。静電チャック１４は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、その内部電極に所定の印加電圧が印加される。静電チャック１４は、その内部電極に所定の電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦面の近傍に配置されるウェハ（又は基板）５２を静電力によって保持する。
【００６６】
圧接機構１５は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、接合チャンバー３に対して鉛直方向に静電チャック１４を平行移動させる。例えば、圧接機構１５は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、複数の位置のうちの１つの位置に静電チャック１４を配置する。その複数の位置は、アライメント位置とホーム位置と活性化位置とを含んでいる。そのアライメント位置は、下側ウェハ４２が位置決めステージキャリッジ１１に保持されている場合で、上側ウェハ５２が静電チャック１４に保持されているときに、その下側ウェハ４２と上側ウェハ５２とが所定の距離（例えば、１ｍｍ）だけ離れるように、設計される。そのホーム位置は、そのアライメント位置よりさらに鉛直上方である。その活性化位置は、そのホーム位置よりさらに鉛直上方である。
【００６７】
圧接機構１５は、さらに、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、静電チャック１４が配置される位置を測定し、その位置を常温接合装置制御装置７１に出力する。圧接機構１５は、さらに、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、静電チャック１４により保持されたウェハ５２に印加される荷重を測定し、その荷重をその常温接合装置制御装置７１に出力する。
【００６８】
接合チャンバー３は、さらに、活性化装置１６を備えている。活性化装置１６は、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２とを備えている。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、それぞれ接合チャンバー３の内部に取付位置調整機構（図示されず）を用いて配置されている。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、位置決めステージキャリッジ１１上のウェハ４２の表面を活性化するのに用いられる。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、それぞれ接合チャンバー３の内部に取付位置調整機構（図示されず）を用いて配置されている。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、静電チャック１４上のウェハ５２の表面を活性化するのに用いられる。取付位置調整機構は、対応する下側原子ビーム源１７−ｉ又は上側ビーム源１８−ｉの活性化ビームの照射角度を調整することができる。なお、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２とは、それぞれ２個ずつの例を示しているが、その数は２個に限定されるものではない。
【００６９】
常温接合装置本体１は、さらに、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２とに対応する複数のガス種切替機構を備えている。その複数のガス種切替機構のうちの下側原子ビーム源１７−ｉ（ｉ＝１，２）に対応するガス種切替機構は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、所定のガスを下側原子ビーム源１７−ｉに供給する。図１１は、本実施の形態に係るガス種切替機構を示すブロック図である。ガス種切替機構６１は、複数のガス供給装置６２−１〜６２−４と複数のバルブ６３−１〜６３−４と管路６４とを備えている。複数のガス供給装置６２−１〜６２−４は、接合チャンバー３の外部に配置されている。複数のガス供給装置６２−１〜６２−４は、例えば、複数のガスボンベから形成され、互いに異なる複数種の気体をそれぞれ放出する。例えば、ガス供給装置６２−１〜６２−４は、それぞれアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を放出する。複数のバルブ６３−１〜６３−４は、接合チャンバー３の外部に配置されている。複数のバルブ６３−１〜６３−４のうちの任意のバルブ６３−ｋ（ｋ＝１、２、３、４）は、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、複数のガス供給装置６２−ｋから放出される気体を管路６４に供給し、又は、その気体が管路６４に供給されることを停止する。管路６４は、複数のバルブ６３−１〜６３−４から管路６４に供給される気体を下側原子ビーム源１７−ｉに供給されるように、複数のバルブ６３−１〜６３−４を下側原子ビーム源１７−ｉに接続している。このとき、下側原子ビーム源１７−ｉは、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、ガス種切替機構６１から供給される気体を用いて生成される高速原子ビームを出射する。
【００７０】
上側原子ビーム源１８−ｉは、下側原子ビーム源１７−ｉと同様に、他のガス種切替機構６１を備えている。そのガス種切替機構６１は、図１１に示されるように構成され、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、所定のガスを上側原子ビーム源１８−ｉに供給する。このとき、上側原子ビーム源１８−ｉは、常温接合装置制御装置７１に制御されることにより、そのガス種切替機構６１から供給される気体を用いて生成される高速原子ビームを出射する。
【００７１】
図１２は、本実施の形態に係る複数の下側ビーム源１７−１〜１７−２を示す斜視図である。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２のうちの任意の下側原子ビーム源１７−ｉは、常温接合装置制御装置７１に制御されることで、ガス種切替機構６１から供給されるガスから形成される高速原子ビームを生成し、照射軸４１−ｉに沿ってその高速原子ビームを出射する。照射軸４１−ｉは、下側原子ビーム源１７−ｉの照射孔の概ね中心を通り、下側原子ビーム源１７−ｉの照射孔面に概ね垂直である。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、さらに、下側原子ビーム源１７−１から出射される第１高速原子ビームが下側原子ビーム源１７−２から出射される第２高速原子ビームと異なるように、互いに独立に常温接合装置制御装置７１に制御されることもできる。ここで、高速原子ビームが互いに異なるとは、高速原子ビームの密度、速さ、元素の種類、エネルギー、が互いに異なることを意味している。さらに、高速原子ビームの照射時間、照射開始タイミング、照射終了タイミングなどが異なっていても良い。
【００７２】
位置決めステージキャリッジ１１は、下側ウェハ４２が載せられているカートリッジを保持することにより、下側ウェハ４２の活性化表面４０が鉛直上方を向くように、接合チャンバー３の内部に下側ウェハ４２を保持する。下側ウェハ４２としては、金属材料、半導体材料、絶縁体材料など、製造するデバイスに応じて最適な材料の基板が選択される。例えば、下側ウェハ４２は、シリコンやサファイアの単結晶などに例示され、円板状に形成されている。下側ウェハ４２は、例えば、活性化表面４０に複数のパターンが形成されていてもよい。なお、下側ウェハ４２は、円板状に形成されていない基板に置換されることができる。その基板としては、矩形の板に形成されたものが例示される。下側原子ビーム源１７−ｉは、下側ウェハ４２が位置決めステージキャリッジ１１に保持されているときに、照射軸４１−ｉが活性化表面４０のうちの交点４３−ｉで交差するように、接合チャンバー３に固定されている。
【００７３】
複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、交点４３−１と交点４３−２とが一致しないように、かつ、交点４３−１と交点４３−２とを結ぶ線分の中点が活性化表面４０の中心４４に一致するように、配置されている。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、さらに、交点４３−１と交点４３−２とを通る直線４５が照射軸４１−１と照射軸４１−２とに垂直であるように、配置されている。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、さらに、下側原子ビーム源１７−１の照射孔から交点４３−１までの距離が下側原子ビーム源１７−２の照射孔から交点４３−２までの距離に等しくなるように、配置されている。すなわち、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、さらに、主回転軸４６に関して２回回転対称になるように、配置されている。主回転軸４６は、中心４４を通り、活性化表面４０に垂直である。すなわち、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、主回転軸４６を中心に下側原子ビーム源１７−１を１８０度（１／２回転）だけ回転させたときに、下側原子ビーム源１７−２に重なるように、配置されている。
【００７４】
図１３は、本実施の形態に係る複数の上側ビーム源１８−１〜１８−２を示す斜視図である。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２のうちの任意の上側原子ビーム源１８−ｉは、常温接合装置制御装置７１に制御されることで、ガス種切替機構６１から供給されるガスから形成される高速原子ビームを生成し、照射軸５１−ｉに沿ってその高速原子ビームを出射する。照射軸５１−ｉは、上側原子ビーム源１８−ｉの照射孔の概ね中心を通り、上側原子ビーム源１８−ｉの照射孔面に概ね垂直である。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、さらに、上側原子ビーム源１８−１から出射される第１高速原子ビームが上側原子ビーム源１８−２から出射される第２高速原子ビームと異なるように、互いに独立にその常温接合装置制御装置に制御されることもできる。ここで、高速原子ビームが互いに異なるとは、上述したとおりである。
【００７５】
静電チャック１４は、上側ウェハ５２の活性化表面５０が鉛直下方を向くように、接合チャンバー３の内部に上側ウェハ５２を保持する。上側ウェハ５２としては、金属材料、半導体材料、絶縁体材料など、製造するデバイスに応じて最適な材料の基板が選択される。例えば、上側ウェハ５２は、シリコンやサファイアの単結晶などに例示され、円板状に形成されている。上側ウェハ５２は、活性化表面５０に複数のパターンが形成されている。なお、上側ウェハ５２は、円板状に形成されていない基板に置換されることができる。その基板としては、矩形の板に形成されたものが例示される。上側原子ビーム源１８−ｉは、上側ウェハ５２が静電チャック１４に保持されている場合で、静電チャック１４がその活性化位置に配置されているときに、照射軸５１−ｉが活性化表面５０のうちの交点５３−ｉで交差するように、接合チャンバー３に固定されている。
【００７６】
複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、交点５３−１と交点５３−２とが一致しないように、かつ、交点５３−１と交点５３−２とを結ぶ線分の中点が活性化表面５０の中心５４に一致するように、配置されている。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、さらに、交点５３−１と交点５３−２とを通る直線５５が照射軸５１−１と照射軸５１−２とに垂直であるように、配置されている。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、さらに、上側原子ビーム源１８−１の照射孔から交点５３−１までの距離が上側原子ビーム源１８−２の照射孔から交点５３−２までの距離に等しくなるように、配置されている。すなわち、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、さらに、主回転軸５６に関して２回回転対称になるように、配置されている。主回転軸５６は、中心５４を通り、活性化表面５０に垂直であり、主回転軸４６に一致している。すなわち、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、主回転軸５６を中心に上側原子ビーム源１８−１を１８０度（１／２回転）だけ回転させたときに、上側原子ビーム源１８−２に重なるように、配置されている。
【００７７】
活性化装置１６は、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２が主回転軸４６に対して回転対称に配置されている。それにより、活性化装置１６は、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２が非対称に配置された他の活性化装置に比較して、活性化表面４０に高速原子ビームをより均一に照射することができ、活性化表面４０をより均一にエッチングすることができる。同様に、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２が主回転軸５６に対して回転対称に配置されている。それにより、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２が非対称に配置された他の活性化装置に比較して、活性化表面５０に高速原子ビームをより均一に照射することができ、活性化表面５０をより均一にエッチングすることができる。
【００７８】
このとき、常温接合装置本体１は、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２とをそれぞれ備えている。それにより、固定された１つの下側原子ビーム源と１つの上側原子ビーム源とを備える他の常温接合装置に比較して、より広い領域をより均一に照射することができる。このため、常温接合装置本体１は、より大型の基板の表面の全体を活性化することができ、その大型の基板をより適切に接合することができる。
【００７９】
図１４は、本実施の形態に係る常温接合装置制御装置を示すブロック図である。常温接合装置制御装置７１は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、常温接合装置制御装置７１にインストールされているコンピュータプログラムを実行することにより、その記憶装置とそのインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより作成される情報を一時的に記録する。
【００８０】
そのインターフェースは、常温接合装置制御装置７１に接続されている複数の外部機器により作成される情報をそのＣＰＵに出力したり、そのＣＰＵにより作成された情報をその複数の外部機器に出力したりする。その複数の外部機器としては、入力装置、出力装置、通信装置、リムーバルメモリドライブが例示される。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を作成し、その情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネルが例示される。その出力装置は、そのＣＰＵにより作成される情報をユーザに認識可能に出力する。その出力装置としては、ディスプレイ、音響装置、タッチパネルが例示される。その通信装置は、常温接合装置制御装置７１が通信ネットワークに接続されているときに、その通信ネットワークを介してそのＣＰＵにより作成された情報を他のコンピュータに送信し、その通信ネットワークを介して他のコンピュータから受信された情報をそのＣＰＵに出力する。その通信装置は、さらに、常温接合装置制御装置７１にインストールされるコンピュータプログラムを他のコンピュータからダウンロードすることに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、記録媒体が挿入されたときに、その記録媒体に記録されているデータを読み出すことに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、さらに、コンピュータプログラムが記録されている記録媒体が挿入されたときに、そのコンピュータプログラムを常温接合装置制御装置７１にインストールするときに利用される。その記録媒体としては、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク）、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク、フラッシュメモリが例示される。
【００８１】
そのインターフェースは、さらに、常温接合装置本体１を常温接合装置制御装置７１に接続している。具体的には、そのインターフェースは、ゲートバルブ６と搬送ロボット８とロードロックチャンバー２から排気する真空排気装置とを常温接合装置制御装置７１に接続している。そのインターフェースは、真空排気装置１０と位置合わせ機構１２と静電チャック１４と圧接機構１５と複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２と複数のバルブ６３−１〜６３−４とを常温接合装置制御装置７１に接続している。
【００８２】
常温接合装置制御装置７１にインストールされるコンピュータプログラムは、常温接合装置制御装置７１に複数の機能をそれぞれ実現させるための複数のコンピュータプログラムから形成されている。その複数の機能は、搬送部７２と第１活性化部７３−１と第２活性化部７３−２と接合部７４とを含んでいる。
【００８３】
搬送部７２は、ウェハの搬送、設置および取り出しに関して常温接合装置本体１を制御する。具体的には、ロードロックチャンバー２の真空排気装置の制御、ゲートバルブ６の開閉の制御、搬送ロボット８によるカートリッジの搬送の制御、圧接機構１５の制御、および静電チャック１４の制御を主に行う。
【００８４】
第１活性化部７３−１および第２活性化部７３−２は、ウェハの活性化に関して常温接合装置本体１を制御する。具体的には、接合チャンバー３の真空排気装置１０の制御、ガス種切替機構６１の制御、圧接機構１５の制御、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２および複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の制御を主に行う。
【００８５】
接合部７４は、ウェハの接合に関して常温接合装置１を制御する。具体的には、圧接機構１５の制御、静電チャック１４の制御、および位置合わせ機構１２を主に行う。
【００８６】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る常温接合方法（常温接合装置の動作）について説明する。図１５は、本実施の形態に係る常温接合方法を示すフローチャートである。この常温接合方法は、上述された常温接合装置１００を用いて実行される。
【００８７】
常温接合装置制御装置７１の搬送部７２は、まず、ゲートバルブ６を制御して、ゲート５を閉鎖する。その後、搬送部７２は、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御して、ロードロックチャンバー２の内部に大気圧雰囲気を生成し、真空排気装置１０を制御して、接合チャンバー３の内部に接合雰囲気を生成する。ユーザは、複数の下側ウェハが搭載された複数の下側カートリッジと、複数の上側ウェハが搭載された複数の上側カートリッジとを予め準備しておく。その複数の下側ウェハは下側ウェハ４２を含み、その複数の上側ウェハは上側ウェハ５２を含んでいる。ユーザは、ロードロックチャンバー２の内部に大気圧雰囲気が生成されているとき、ロードロックチャンバー２の蓋を開けて、複数の棚７にその複数の下側カートリッジとその複数の上側カートリッジとを配置する。下側カートリッジには、活性化表面４０の裏がその下側カートリッジに対向するように下側ウェハ４２が載せられている。上側カートリッジには、活性化表面５０がその上側カートリッジに対向するように、上側ウェハ５２が載せられている。次に、ユーザは、ロードロックチャンバー２の蓋を閉鎖する。その後、搬送部７２は、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御して、ロードロックチャンバー２の内部に予備雰囲気を生成する（ステップＳ１）。
【００８８】
続いて、搬送部７２は、ゲートバルブ６を制御して、ゲート５を開放する。次に、搬送部７２は、搬送ロボット８を制御して、上側ウェハ５２が接合チャンバー３の位置決めステージキャリッジ１１に保持されるように、その上側カートリッジを複数の棚７から位置決めステージキャリッジ１１へ搬送する。その後、搬送部７２は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４を下降させる。さらに、搬送部７２は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４に印加される荷重を測定する。そして、搬送部７２は、その荷重が所定の接触荷重に到達するタイミングをその荷重の変化に基づいて算出し、すなわち、その上側カートリッジに載っている上側ウェハ５２が静電チャック１４に接触するタイミングをその荷重の変化に基づいて算出する。搬送部７２は、圧接機構１５を制御して、そのタイミングで静電チャック１４の下降を停止させる。その結果、上側ウェハ５２に静電チャック１４が接触する。
【００８９】
次に、搬送部７２は、静電チャック１４を制御して、静電チャック１４に上側ウェハ５２を保持させる。続いて、搬送部７２は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４がそのホーム位置に配置されるまで静電チャック１４を上昇させる。そして、搬送部７２は、搬送ロボット８を制御して、上側ウェハ５２を取り上げられたその上側カートリッジを位置決めステージキャリッジ１１から複数の棚７に搬送する。次に、搬送部７２は、搬送ロボット８を制御して、下側ウェハ４２が接合チャンバー３の位置決めステージキャリッジ１１に保持されるように、その下側カートリッジを複数の棚７から位置決めステージキャリッジ１１に搬送する。その後、搬送部７２は、ゲートバルブ６を制御して、ゲート５を閉鎖する（ステップＳ２）。
【００９０】
次に、常温接合装置制御装置７１の第１活性化部７３−１および第２活性化部７３−２は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４がその活性化位置に配置されるまで静電チャック１４を上昇させる。そして、第１活性化部７３−１および第２活性化部７３−２は、真空排気装置１０を制御して、接合チャンバー３の内部にその活性化雰囲気を生成する（ステップＳ３）。続いて、第１活性化部７３−１と第２活性化部７３−２は、活性化装置１６を制御して、上側ウェハ５２の活性化表面５０と下側ウェハ４２の活性化表面４０とを活性化させる（ステップＳ４）。活性化の具体的方法については後述される。
【００９１】
次に、常温接合装置制御装置７１の接合部７４は、下側ウェハ４２の活性化表面４０と上側ウェハ５２の活性化表面５０とが活性化された後に、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４を下降させ、静電チャック１４をそのアライメント位置に配置する。続いて、接合部７４は、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とがその位置合わせ距離だけ離れているときに、位置合わせ機構１２を制御して、下側ウェハ４２を上側ウェハ５２に対して所定の位置合わせ位置に配置する（ステップＳ５）。
【００９２】
次に、接合部７４は、下側ウェハ４２がその位置合わせ位置に配置された後に、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４を下降させる。続いて、接合部７４は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４に印加される荷重を測定し、その荷重が所定の接合荷重に到達するタイミングを算出する。そして、接合部７４は、圧接機構１５を制御して、そのタイミングで静電チャック１４の下降を停止させ、すなわち、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とにその接合荷重を印加する（ステップＳ６）。下側ウェハ４２と上側ウェハ５２とは、その接合荷重が印加されることにより、接合され、１枚の接合ウェハに形成される。
【００９３】
次に、接合部７４は、静電チャック１４を制御して、その接合ウェハを静電チャック１４から離脱させる。続いて、接合部７４は、圧接機構１５を制御して、静電チャック１４を上昇させる。次に、搬送部７２は、ゲートバルブ６を制御して、ゲート５を開放する。続いて、搬送部７２は、搬送ロボット８を制御して、その接合ウェハがロードロックチャンバー２に搬送されるように、その下側カートリッジを位置決めステージキャリッジ１１から複数の棚７に搬送する（ステップＳ７）。
【００９４】
次に、搬送部７２は、他の下側ウェハが載せられている他の下側カートリッジと他の上側ウェハが載せられている他の上側カートリッジとが複数の棚７に配置されているときに（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ２〜ステップＳ７の動作を再度繰り返して実行する。
【００９５】
一方、搬送部７２は、接合することが予定されている下側ウェハと上側ウェハとが複数の棚７に配置されていないときに（ステップＳ８：ＮＯ）、ゲートバルブ６を制御して、ゲート５を閉鎖する。次に、搬送部７２は、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御して、ロードロックチャンバー２の内部に大気圧雰囲気を生成する（ステップＳ９）。その後、ユーザは、ロードロックチャンバー２の蓋を開けて、その複数の下側カートリッジとその複数の上側カートリッジとを複数の棚７から取り出すことにより、その接合ウェハを含む複数の接合ウェハをロードロックチャンバー２から取り出す。
【００９６】
ユーザは、さらに他の複数の下側ウェハと他の複数の上側ウェハとをさらに常温接合したいときに、その複数の下側ウェハに対応する複数の下側カートリッジとその複数の上側ウェハに対応する複数の上側カートリッジとを準備し、このような常温接合方法を再度実行する。
【００９７】
次に、上記常温接合方法におけるウェハ表面の活性化方法（ステップＳ４）について説明する。図１６は、実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を実行中の接合チャンバーを示す断面図である。活性化方法（ステップＳ４）を実行するとき、上側ウェハ５２は活性化位置に配置された静電チャック１４に保持され、下側ウェハ４２は位置決めステージキャリッジ１１に保持されている。活性化装置１６の複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２は、それぞれ高速原子ビームＢｂ１、Ｂｂ２を上側ウェハ５２へ出射する。それにより、上側ウェハ５２の活性化表面５０がエッチングされて活性化される。一方、活性化装置１６の複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２は、それぞれ高速原子ビームＢａ１、Ｂａ２を下側ウェハ４２へ出射する。それにより、下側ウェハ４２の活性化表面４０がエッチングされて活性化される。
【００９８】
図１７は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すフローチャートである。下側ウェハ４２の活性化表面４０と上側ウェハ５２の活性化表面５０とを活性化させる方法は、ステップＳ１１とステップＳ１２とを備えている。ステップＳ１１は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて活性化される。ステップＳ１２は、他方のウェハの表面に、高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて活性化される。ただし、「一方のウェハ」は上側ウェハ５２および下側ウェハ４２のいずれか一方であり、「他方のウェハ」はいずれか他方である。各ステップは、同時に実行しても良いし、部分的に重なって実行しても良いし、排他的に実行しても良い。各ステップのビーム条件は、接合するウェハの種類に応じて、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００９９】
以上のようにして、本実施の形態に係る常温接合装置は動作する。
【０１００】
このように、本実施の形態では、ステップＳ１１およびステップＳ１２のいずれにおいても、高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを用いている。そのネオン（Ｎｅ）ビームを用いた物理エッチングにより、ウェハ表面に付着している酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等を除去して、ウェハ表面を活性化させることができる。
【０１０１】
それに加えて、ネオン（Ｎｅ）をソースガスとして用いた場合、アルゴン（Ａｒ）やキセノン（Ｘｅ）をソースガスとして用いた場合と比較して、高速原子ビームを照射した基板の表面粗さを顕著に小さくすることができる。それは、既述のように、ネオン（Ｎｅ）ビームには、元の表面粗さが粗くない場合には平坦度（表面粗さ）維持効果があり、元の表面粗さが粗い場合には平坦度（表面粗さ）改善効果が有るからである。その結果、ウェハ表面の表面性状を、ベアウェハの表面性状と同等の表面粗さを有する高品位な平滑面に形成することが可能となる。
【０１０２】
仮に除去すべき酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等の層が厚い場合、従来用いられるアルゴン（Ａｒ）ビームでは、長時間のビーム照射が必要となる。照射時間が増加すると、基板表面の表面粗さが悪化してしまう（図３Ａ、図３Ｃ、図４）。基板表面の表面粗さが悪化すると、接合強度が低下してしまう（図１）。
【０１０３】
しかし、ネオン（Ｎｅ）をソースガスとして用いた高速原子ビーム（ネオン（Ｎｅ）ビーム）は、既述のように、元の表面粗さが小さい場合にはその表面粗さを維持する効果がある（図３Ａ、図３Ｂ、図４）。したがって、上記のステップＳ１１、Ｓ１２を踏めば、長時間のビーム照射が必要な場合であっても、元の表面粗さが小さければ、その表面粗さを小さいままに維持することができる。表面粗さを小さいままに維持できるので、高い接合強度を得ることが可能となる。その結果、接合対象材料を高い信頼性で接合することができる。
【０１０４】
また、ネオン（Ｎｅ）ビームは、既述のように、元の表面粗さが大きい場合にはその表面粗さを改善する効果がある（図５Ａ〜図５Ｄ、図６）。したがって、上記のステップＳ１１、Ｓ１２を踏めば、前処理工程などで元の表面粗さが大きければ、その表面粗さを小さくするように改善することができる。表面粗さを小さくすることができるので、高い接合強度を得ることが可能となる。その結果、接合対象材料を高い信頼性で接合することができる。
【０１０５】
以上述べたように、本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、複数の基板を接合するとき、接合表面の平滑性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合強度を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上することができる。
【０１０６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法について説明する。本実施の形態では、常温接合方法における活性化方法（ステップＳ４）が、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。
【０１０７】
図１８は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すフローチャートである。下側ウェハ４２の活性化表面４０と上側ウェハ５２の活性化表面５０とを活性化させる方法は、ステップＳ２１とステップＳ２２とステップＳ２３とステップＳ２４とを備えている。ステップＳ２１は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））ビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、高速に物理エッチングされて活性化される。ただし、表面粗さが大きくなる。ステップＳ２２は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて、表面粗さが小さくなる。ステップＳ２３は、他方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））ビームを照射するステップである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、高速に物理エッチングされて活性化される。ただし、表面粗さが大きくなる。ステップＳ２４は、他方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて、表面粗さが小さくなる。ただし、「一方のウェハ」は上側ウェハ５２および下側ウェハ４２のいずれか一方であり、「他方のウェハ」はいずれか他方である。ステップＳ２２はステップＳ２１の後に行われる。ステップＳ２４はステップＳ２３の後に行われる。ただし、ステップＳ２１、Ｓ２２とステップＳ２３、Ｓ２４とは、同時に実行しても良いし、部分的に重なって実行しても良いし、排他的に実行しても良い。各ステップのビーム条件は、接合するウェハの種類に応じて、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１０８】
以上のようにして、本実施の形態に係る常温接合装置は動作する。
【０１０９】
このように、本実施の形態では、ステップＳ２１およびステップＳ２３において、高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））ビームを用いている。そして、その後に、ステップＳ２２およびステップＳ２４において、高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを用いている。これは、以下の理由による。
【０１１０】
第１の実施の形態では、高速原子ビームとしてネオン（Ｎｅ）ビームのみを用いている。しかし、ネオン（Ｎｅ）は、アルゴン（Ａｒ）に比べて原子番号が小さく、その粒子質量も小さい。そのため、ネオン（Ｎｅ）ビームを用いた場合、アルゴン（Ａｒ）ビームを用いる場合と比較して、対象物の単位深さを除去する速度（エッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］）が低くなる。例えば、図３Ｂの場合（Ｎｅ）、同じ深さ（約３０ｎｍ）をエッチングするのに、図３Ｃの場合（Ａｒ）や図３Ｄの場合（Ｘｅ）と比較して、２倍の時間を要している。そのため、接合基板のスループット向上を目指す上ではネックになりかねない。
【０１１１】
そこで発明者は、ネオン（Ｎｅ）ビームによる表面粗さ改善効果に着目した。既述のように、ネオン（Ｎｅ）ビームは、ビーム照射時間経過と共に、荒れた表面を平滑化する作用（平坦度（表面粗さ）改善効果）を有している（図５Ａ〜図５Ｄ、図６）。本実施の形態では、その効果を考慮して、まず、エッチングレートが高いアルゴン（Ａｒ）ビームにより、高速で酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等を除去する（Ｓ２１、Ｓ２３）。その後、エッチングレートは低いが表面粗さ改善効果を持つネオン（Ｎｅ）ビームにて平滑化処理を行う（Ｓ２２、Ｓ２４）。それは、あたかも機械加工において荒加工後に仕上げ加工を行うためにツールを使い分けるかのように、高速原子ビームのソースガスを使い分ける。それにより、ウェハ表面に付着している酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等を高速に除去して、ウェハ表面を高速に活性化し、かつ、ウェハ表面の表面粗さを顕著に小さくすることができる。すなわち、活性化時間を短縮した上で平滑な面を得ることが可能である。その結果、本実施の形態により、接合強度の信頼性が高い接合基板を、高い生産性で製造することができる。
【０１１２】
本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。それに加えて、本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、活性化時間を短縮しつつ、平滑な面を得ることが可能である。その結果、高生産性と接合強度の信頼性とを両立させて、接合基板を製造することができる。
【０１１３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法について説明する。本実施の形態では、常温接合方法における活性化方法（ステップＳ４）が、第２の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。
【０１１４】
図１９は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すフローチャートである。下側ウェハ４２の活性化表面４０と上側ウェハ５２の活性化表面５０とを活性化させる方法は、ステップＳ３１とステップＳ３２とを備えている。ステップＳ３１は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとして、ネオン（Ｎｅ）とネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））との混合ガスのビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、ネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスのビームにより高速に粗く物理エッチングされつつ、ネオン（Ｎｅ）ビームにより表面粗さを改善するように物理エッチングされる。ステップＳ３２は、他方のウェハの表面に高速原子ビームとして、ネオン（Ｎｅ）とネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））との混合ガスのビームを照射するステップである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、ネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスのビームにより高速に粗く物理エッチングされつつ、ネオン（Ｎｅ）ビームにより表面粗さを改善するように物理エッチングされる。ただし、「一方のウェハ」は上側ウェハ５２および下側ウェハ４２のいずれか一方であり、「他方のウェハ」はいずれか他方である。ステップＳ３１とステップＳ３２とは、同時に実行しても良いし、部分的に重なって実行しても良いし、排他的に実行しても良い。各ステップのビーム条件は、接合するウェハの種類に応じて、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１１５】
以上のようにして、本実施の形態に係る常温接合装置は動作する。
【０１１６】
このように、本実施の形態では、ステップＳ３１およびステップＳ３２において、高速原子ビームとして、ネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスと、ネオン（Ｎｅ）との混合ガスのビームを用いている。すなわち、希ガスビームにより基板を物理エッチングすることで、基板表面に付着している酸化膜層等を高速に除去して表面活性化を行い、それと同時並行で、ネオン（Ｎｅ）ビームにより基板を物理エッチングすることで、基板表面を高品位な平滑面に形成する。言い換えると、第２の実施の形態におけるステップＳ２１とステップＳ２２とを同時に行い、ステップＳ２３とステップＳ２４とを同時に行っていると見ることもできる。
【０１１７】
すなわち、本実施の形態では、質量（≒エッチングレート）の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））と、表面平滑化効果を有するネオン（Ｎｅ）との混合ガスとを、活性化ビーム（スパッタビーム）のソースガスとして用いている。それにより、高速な物理エッチングとそれに伴って形成される粗面の平滑化を同時並行で行うことができ、第２の実施の形態よりも活性化時間と平滑化時間とを短縮した上で平滑で活性な面を得ることが可能である。その結果、本実施の形態により、接合強度の信頼性が高い接合基板を、より高い生産性で製造することができる。
【０１１８】
本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。それに加えて、本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、活性化と平滑化とを同時に行うので、より高い生産性と接合強度の信頼性とを両立させて、接合基板を製造することができる。
【０１１９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法について説明する。本実施の形態では、常温接合方法における活性化方法（ステップＳ４）が、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。
【０１２０】
図２０は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すフローチャートである。下側ウェハ４２の活性化表面４０と上側ウェハ５２の活性化表面５０とを活性化させる方法は、ステップＳ４１とステップＳ４２とを備えている。ステップＳ４１は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））ビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、高速に物理エッチングされて活性化される。ただし、表面粗さが大きくなる場合がある。ステップＳ４２は、他方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて活性化される。ただし、表面粗さは小さい。ただし、「一方のウェハ」は上側ウェハ５２および下側ウェハ４２のいずれか一方であり、「他方のウェハ」はいずれか他方である。ステップＳ４１とステップＳ４２とは、同時に実行しても良いし、部分的に重なって実行しても良いし、排他的に実行しても良い。各ステップのビーム条件は、接合するウェハの種類に応じて、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１２１】
以上のようにして、本実施の形態に係る常温接合装置は動作する。
【０１２２】
このように、本実施の形態では、接合対象の一方のウェハについては、表面を活性化する高速原子ビームのソースガスとして、ネオン（Ｎｅ）よりも原子番号が大きい希ガス（アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））を用いている。また、接合対象である他方のウェハについては、表面を活性化する高速原子ビームのソースガスとして、ネオン（Ｎｅ）を用いている。これは、以下の理由による。
【０１２３】
接合対象の基板（ウェハ）の組み合わせは様々である。例えば、接合対象面の初期の表面粗さが悪い基板と、除去すべき酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等の層が厚い基板との組み合わせが考えられる。この場合、前者に対しては表面粗さを改善する効果を有するネオン（Ｎｅ）ビームを用い、後者に対してはより効率的にエッチングを伸展させるネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスビームを用いる方法が好ましい。
【０１２４】
この例のように、一方の基板は表面の平滑性を重視し、他方の基板はエッチング深さを重視する組み合わせの場合、単一のソースガスではビーム照射条件（加速電圧、電流）の調整のみでこの要求に応えるには限界がある。このため、本実施の形態のように基板の性状に合わせてソースガスを使い分けるステップを踏むことにより、各々の基板にとって、ひいては接合性能にとって適切な活性表面を得ることが可能となる。その結果、本実施の形態により、接合強度の信頼性を向上させることができ、併せて生産性を高めることができる。
【０１２５】
あるいは、例えば、半導体基板のような表面を少量エッチングするだけで活性表面が得られる基板と、金属基板のような除去すべき酸化膜層、有機物層、付着物、汚染物等の層が厚くて表面を多量にエッチングしないと活性化表面が得られない基板との組み合わせが考えられる。この場合にも、前者に対しては相対的に少量エッチングするネオン（Ｎｅ）ビームを用い、後者に対しては相対的に多量にエッチングするネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスビームを用いる方法が好ましい。
【０１２６】
この例のように、一方の基板は薄くエッチングし、他方の基板では厚くエッチングする組み合わせの場合、単一のソースガスでビーム照射条件（加速電圧、電流）の調整のみでも対応可能である。しかし、薄くエッチングするようにエッチング深さを調整することは困難な場合が多い。そのため、ビーム照射条件の調整ではなく、ネオン（Ｎｅ）ビームを用いることで、極めて容易にエッチング深さの調整を行うことができる。それにより、各々の基板にとって、ひいては接合性能にとって適切な活性表面を得ることが可能となる。その結果、本実施の形態により、接合強度の信頼性を向上させることができ、併せて生産性を高めることができる。
【０１２７】
本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。それに加えて、本実施の形態に係る常温接合装置および常温接合方法は、基板の種類や表面状態に応じて、高速原子ビームの種類を使い分けるので、より適切に基板の表面を活性化させることができる。その結果、高生産性と接合強度の信頼性とを両立させて、接合基板を製造することができる。
【０１２８】
（変形例）
本実施の形態において、一方のウェハの表面にネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスビームを照射するステップ（Ｓ４１）で、表面粗さが大きくなる場合、さらに、そのウェハの表面にネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップを追加しても良い。図２１は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）の変形例を示すフローチャートである。
【０１２９】
本変形例は、ステップＳ５１とステップＳ５２とステップＳ５３とを備えている。ステップＳ５１は、一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）より原子番号の大きい希ガスビームを照射するステップである。すなわち、ステップＳ４１と同様である。それにより、「一方のウェハ」の表面が、高速に物理エッチングされて活性化される。ただし、表面粗さが大きくなる場合がある。ステップＳ５２は、さらに、その一方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。それにより、「一方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて表面粗さが小さくなる。すなわち、表面の平坦度が改善され、平滑化される。ステップＳ５３は、他方のウェハの表面に高速原子ビームとしてのネオン（Ｎｅ）ビームを照射するステップである。すなわち、ステップＳ４２と同じである。それにより、「他方のウェハ」の表面が、物理エッチングされて活性化される。表面粗さは小さい。ただし、「一方のウェハ」は上側ウェハ５２および下側ウェハ４２のいずれか一方であり、「他方のウェハ」はいずれか他方である。ステップＳ５１、Ｓ５２とステップＳ５３とは、同時に実行しても良いし、部分的に重なって実行しても良いし、排他的に実行しても良い。各ステップのビーム条件は、接合するウェハの種類に応じて、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１３０】
この場合にも、図２０の場合と同様の効果を奏することができる。加えて、一方のウェハの平坦度が改善されるので、より接合性能を高めることができる。
【０１３１】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る平坦化装置および平坦化方法について説明する。本実施の形態では、ネオン（Ｎｅ）ビームの平坦度（表面粗さ）改善効果を用いて基板の表面を平坦にする装置および方法について説明する。
【０１３２】
本実施の形態に係る平坦化装置は、基板保持部（１１）と、原子ビーム源（１７）とを具備している。基板保持部（１１）は、基板（４２）を保持する。原子ビーム源（１７）は、基板（４２）上の凹凸を緩和するように、基板（４２）の表面（４０）に照射される原子ビーム（Ｂａ）を出射する。ただし、原子ビーム（Ｂａ）は、ネオン原子を含むビームである。
【０１３３】
そのような平坦化装置としては、例えば、図８〜図１４を用いて説明された常温接合装置を用いることができる。その場合、この常温接合装置本体１において、位置決めステージキャリッジ１１が上記の基板保持部（１１）に対応する。また、活性化装置１６の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２が原子ビーム源（１７）に対応する。そして、平坦化装置としてのみ用いる場合には、常温接合装置本体１の静電チャック１４、圧接機構１５、および活性化装置１６の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２と、常温接合装置制御装置７１の接合部７４とは必ずしも必要ない。
【０１３４】
この装置は、基板保持部としての位置決めステージキャリッジ１１に設置された基板へ、原子ビーム源としての下側原子ビーム源１７−１〜１７−２からネオン（Ｎｅ）ビームを照射する。それにより、その基板表面の平坦度（表面粗さ）を改善して、平坦化することができる。
【０１３５】
次に、本実施の形態に係る平坦化方法について説明する。図２２は、本実施の形態に係る平坦化方法を示すフローチャートである。平坦化方法は、第１のステップＳ６１と第２のステップＳ６２とを具備している。第１のステップＳ６１は、基板（４２）を準備するステップである。第２のステップＳ６２は、基板（４２）上の凹凸を緩和するように（基板表面を平坦にするように）、基板（４２）の表面（４０）に原子ビーム（Ｂａ）を出射するステップである。ただし、原子ビーム（Ｂａ）は、ネオン原子を含むビームである。すなわち、原子ビーム（Ｂａ）のソースガスはネオン（Ｎｅ）を含んでいる。
【０１３６】
そのような平坦化方法としては、例えば、図１５で説明された常温接合装置を用いた常温接合方法を用いることができる。その場合、例えば、図１５のステップＳ１〜Ｓ３が、上記のステップＳ６１に概ね対応する。図１５のステップＳ４が上記のステップＳ６２に概ね対応する。なお、図１５のステップＳ５（位置合わせ）、ステップＳ６（接合）などは実施されない。
【０１３７】
この方法は、表面に凹凸が有る（表面粗さが大きい）基板を準備し、その基板表面へ、ネオン（Ｎｅ）ビームを照射して、その基板表面を物理エッチングする。それにより、その基板の表面の平坦度（表面粗さ）を改善して、平坦化することができる。その結果、基板表面を、ベアウェハの表面性状と同等の表面粗さを有する高品位な平滑面に形成することができる。この場合、常温接合ほどには高真空雰囲気にする必要はない。
【０１３８】
既述のように、ネオン（Ｎｅ）をソースガスとする高速原子ビームは、アルゴン（Ａｒ）やキセノン（Ｘｅ）をソースガスとする高速原子ビームよりも、照射した基板表面の表面粗さを顕著に小さくする作用を有している（図４）。例えば、ネオン（Ｎｅ）ビームを用いてシリコンウェハの自然酸化膜厚（数ｎｍ）より十分大きい３０ｎｍの深さのエッチングを施しても、そのシリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．１８ｎｍとなり、ベアウェハ（未処理ウェハ）の表面粗さと違いが無い（図３Ａ、図３Ｂ）。
【０１３９】
また、既述のように、ネオン（Ｎｅ）ビームは、ビーム照射時間が経過するに連れて、荒れた表面を平滑化していく作用、すなわち表面粗さ改善効果を有している（図６）。例えば、表面粗さＲｍｓ０．４０ｎｍのシリコンウェハをネオン（Ｎｅ）ビームを用いてエッチングした場合、そのシリコンウェハの表面粗さＲｍｓは０．１７ｎｍとなり、ベアウェハ（未処理のシリコンウェハ）の表面粗さまで表面粗さが改善される（図５Ａ〜図５Ｄ）。
【０１４０】
本実施の形態では、これらネオン（Ｎｅ）ビームの効果を用いることで、例えば半導体製造ラインで求められる表面研磨効果と同等の表面平坦化効果を、理想的なドライ環境下で達成することができる。すなわち、ネオン（Ｎｅ）ビームを基板表面へ照射することで、ドライ環境下で、その基板表面の表面粗さを低減することができる。それにより、従来ならばオフプロセスでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの手法を用いて表面研摩を行っていた工程を無くすことが可能になる。これはデバイス製造プロセス全体の効率化に繋がる効果である。
【０１４１】
上記第１〜第５の実施の形態では、さらに、以下のような共通する効果を奏することができる。半導体製造プロセス等では、製造ラインを汚染する金属汚染の防止は必須である。通常、基板表面のエッチング用の高速原子ビームは、基板表面をスパッタするのと同時に、基板周辺に位置する金属部材の表面を意図せずにスパッタしてしまう現象が起こる。しかし、上記各実施の形態では、粒子質量が小さい、すなわち衝突エネルギーが小さいネオン（Ｎｅ）ビームを用いている。それにより、基板周辺の金属部材に対するスパッタ収率を、ネオン（Ｎｅ）よりも原子番号が大きい希ガスを用いたビーム（通常はアルゴン（Ａｒ）ビーム）よりも低く抑えられる。その結果、発生する金属部材由来の金属汚染を低減することができる。すなわち、発生する金属汚染の抑制効果を奏することができる。
【０１４２】
上記各実施の形態により、複数の基板を接合するとき、接合の信頼性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合強度を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、接合表面の平滑性を向上することができる。また、複数の基板を接合するとき、製造ラインにおける金属汚染を抑制することができる。また、複数の基板を接合するとき、ビーム照射プロセスで発生する金属汚染を抑制することができる。
【０１４３】
本発明はいくつかの実施の形態と併せて上述されたが、これらの実施の形態は本発明を説明するために単に提供されたものであることは当業者にとって明らかであり、意義を限定するように添付のクレームを解釈するために頼ってはならない。また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１  ：常温接合装置本体
２  ：ロードロックチャンバー
３  ：接合チャンバー
５  ：ゲート
６  ：ゲートバルブ
７  ：複数の棚
８  ：搬送ロボット
１０：真空排気装置
１１：位置決めステージキャリッジ
１２：位置合わせ機構
１４：静電チャック
１５：圧接機構
１６：活性化装置
１７−１〜１７−２：下側原子ビーム源
１８−１〜１８−２：上側原子ビーム源
４０：活性化表面
４１−１〜４１−２：照射軸
４２：下側ウェハ
４３−１〜４３−２：交点
４４：中心
４５：直線
４６：主回転軸
５０：活性化表面
５１−１〜５１−２：照射軸
５２：上側ウェハ
５３−１〜５３−２：交点
５４：中心
５５：直線
５６：主回転軸
６１：ガス種切替機構
６２−１〜６２−４：ガス供給装置
６３−１〜６３−４：バルブ
６４：管路
７１：常温接合装置制御装置
７２：搬送部
７３−１：第１活性化部
７３−２：第２活性化部
７４：接合部
【図１】
2014160741.tif 000003
【図２】
2014160741.tif 000004
【図４】
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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】
2014160741.tif 000010
【図１１】
2014160741.tif 000011
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014160741.tif 000014
【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】
2014160741.tif 000021
【図２２】
2014160741.tif 000022
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2014160741.tif 000024
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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