(57)【要約】【課題】機能性デバイスの構成要素となる多種多様な材料組合せを接合可能とする。【解決手段】常温接合デバイスは、第１面５１ａを有する第１基板５１と、第１面５１ａと接合する第２面５２ａを有する第２基板５２とを具備している。第１面５１ａと第２面５２ａとの接合において、第１面５１ａおよび第２面５２ａのうちのいずれか一方は、シリコンやＳｉＯ２やＧａＮのような第ｎ片方材料を含み、他方は、シリコンやＳｉＯ２や石英やＡｕのような第ｎ他方材料を含み、その組み合わせは少なくとも１１５通りある。【選択図】図３Ａ
2014107393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を有する第１基板と、
前記第１面と接合する第２面を有する第２基板と
を具備し、
前記第１面と前記第２面との接合において、前記第１面および前記第２面のうちのいずれか一方は、第ｎ片方材料を含み、他方は、第ｎ他方材料を含み、前記ｎは１乃至２８のいずれかの整数であり、
前記ｎ＝１として、第１片方材料はＳｉを含み、第１他方材料はＳｉ、ＳｉＯ２、ガラス、石英、Ａｕ、ＬｉＴａＯ３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｉＮ、ＩｎＰ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ａｇ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｇｅ、Ｌａ、ＭｇＯ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃ、Ｎｉ、ＭｏおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝２として、第２片方材料はＳｉＯ２を含み、第２他方材料はＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、サファイア、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ、Ｃ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＹＡＧ、ＧａＮ、ＡｇおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝３として、第３片方材料はＧａＮを含み、第３他方材料はＡｌＮ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｍｏ、ＳｉＣ、サファイア、スピネル、Ｗ、ＳｉＮおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝４として、第４片方材料はＬｉＴａＯ３を含み、第４他方材料はサファイア、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＮｂＯ３、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ｃおよびスピネルのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝５として、第５片方材料はＬｉＮｂＯ３を含み、第５他方材料はＬｉＮｂＯ３、Ａｕ、Ｔｉ、ガラスおよび石英のグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝６として、第６片方材料はＣｕを含み、第６他方材料はＣｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ａｕ、ＡｌＣｕ、ＣｒおよびＴａのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝７として、第７片方材料はガラスまたは石英を含み、第７他方材料はガラス、石英、ＧａＡｓ、ＲＩＧ、ＳｉＮおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝８として、第８片方材料はサファイアを含み、第８他方材料はサファイア、ＹＡＧ、ＺｎＯ、ＲＩＧおよびＩＴＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝９として、第９片方材料はＹＡＧを含み、第９他方材料はＹＡＧ、Ａｌ、ＩＴＯおよびＺｎＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１０として、第１０片方材料はＡｌを含み、第１０他方材料はＡｌ、ＡｌＮおよびＧｅのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１１として、第１１片方材料はＡｌＮを含み、第１１他方材料はＡｌＮ、ＳｉＣおよびＷのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１２として、第１２片方材料はＡｕを含み、第１２他方材料はＡｕ、ＡｕＳｎ、ＩｎＰおよびＡｌサファイアのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１３として、第１３片方材料はＡｇを含み、第１３他方材料はＡｇを含み、
前記ｎ＝１４として、第１４片方材料はＡｌＣｕを含み、第１４他方材料はＡｌＣｕを含み、
前記ｎ＝１５として、第１５片方材料はＣを含み、第１５他方材料はＣを含み、
前記ｎ＝１６として、第１６片方材料はＣｒを含み、第１６他方材料はＣｒを含み、
前記ｎ＝１７として、第１７片方材料はＧａＡｓを含み、第１７他方材料はＧａＡｓまたはＩｎＰを含み、
前記ｎ＝１８として、第１８片方材料はＧａＰを含み、第１８他方材料はＧａＰを含み、
前記ｎ＝１９として、第１９片方材料はＧｅを含み、第１９他方材料はＧｅを含み、
前記ｎ＝２０として、第２０片方材料はＩｎＧａＰを含み、第２０他方材料はＩｎＧａＰを含み、
前記ｎ＝２１として、前記第２１片方材料はＭｏを含み、第２１他方材料はＭｏまたはＷを含み、
前記ｎ＝２２として、第２２片方材料はＳｉＣを含み、第２２他方材料はＳｉＣを含み、
前記ｎ＝２３として、第２３片方材料はＳｉＮを含み、第２３他方材料はＳｉＮを含み、
前記ｎ＝２４として、第２４片方材料はＳｉＯＣを含み、第２４他方材料はＳｉＯＣを含み、
前記ｎ＝２５として、第２５片方材料はＳｉＯＮを含み、第２５他方材料はＳｉＯＮを含み、
前記ｎ＝２６として、第２６片方材料はＴａを含み、第２６他方材料はＴａを含み、
前記ｎ＝２７として、第２７片方材料はＴｉを含み、第２７他方材料はＴｉを含み、
前記ｎ＝２８として、第２８片方材料はＴｉＯ２を含み、第２８他方材料はＴｉＯ２を含む
常温接合デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の常温接合デバイスにおいて、
第３面を有する第３基板を更に具備し、
前記第２基板は、前記第２面の反対側に、前記第３面と接合する第４面をさらに有し、
前記第３面と前記第４面との接合において、前記第３面および前記第４面のうちのいずれか一方は、前記第ｎ片方材料を含み、他方は、前記第ｎ他方材料を含む
常温接合デバイス。
【請求項３】
複数の請求項１又は２に記載の常温接合デバイスを具備し、
前記複数の常温接合デバイスの各々の第１基板は、前記複数の常温接合デバイスで共通で一体の第１ウェハであり、
前記複数の常温接合デバイスの各々の第２基板は、前記複数の常温接合デバイスで共通で一体の第２ウェハである
常温接合デバイスを有する接合ウェハ。
【請求項４】
真空容器と、前記真空容器内に設けられた第１保持機構と、前記真空容器内に設けられた第２保持機構と、前記真空容器に設けられ、活性化ビームを出射するビーム源と、前記真空容器に設けられた圧接機構とを具備する常温接合装置を準備する工程と、
第１基板を前記第１保持機構で保持し、第２基板を前記第２保持機構で保持する工程と、
前記第１基板および前記第２基板の被接合面に前記ビーム源で前記活性化ビームを照射する工程と、
前記活性化ビームを照射された前記第１基板および前記第２基板の前記被接合面を圧接機構で重ね合わせて接合する工程と
を具備し、
前記第１基板は第１面を有し、
前記第２基板は前記第１面と接合する第２面を有し、
前記第１面と前記第２面との接合において、前記第１面および前記第２面のうちのいずれか一方は、第ｎ片方材料を含み、他方は、第ｎ他方材料を含み、前記ｎは１乃至２８のいずれかの整数であり、
前記ｎ＝１として、第１片方材料はＳｉを含み、第１他方材料はＳｉ、ＳｉＯ２、ガラス、石英、Ａｕ、ＬｉＴａＯ３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｉＮ、ＩｎＰ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ａｇ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｇｅ、Ｌａ、ＭｇＯ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃ、Ｎｉ、ＭｏおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝２として、第２片方材料はＳｉＯ２を含み、第２他方材料はＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、サファイア、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ、Ｃ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＹＡＧ、ＧａＮ、ＡｇおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝３として、第３片方材料はＧａＮを含み、第３他方材料はＡｌＮ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｍｏ、ＳｉＣ、サファイア、スピネル、Ｗ、ＳｉＮおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝４として、第４片方材料はＬｉＴａＯ３を含み、第４他方材料はサファイア、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＮｂＯ３、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ｃおよびスピネルのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝５として、第５片方材料はＬｉＮｂＯ３を含み、第５他方材料はＬｉＮｂＯ３、Ａｕ、Ｔｉ、ガラスおよび石英のグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝６として、第６片方材料はＣｕを含み、第６他方材料はＣｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ａｕ、ＡｌＣｕ、ＣｒおよびＴａのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝７として、第７片方材料はガラスまたは石英を含み、第７他方材料はガラス、石英、ＧａＡｓ、ＲＩＧ、ＳｉＮおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝８として、第８片方材料はサファイアを含み、第８他方材料はサファイア、ＹＡＧ、ＺｎＯ、ＲＩＧおよびＩＴＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝９として、第９片方材料はＹＡＧを含み、第９他方材料はＹＡＧ、Ａｌ、ＩＴＯおよびＺｎＯのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１０として、第１０片方材料はＡｌを含み、第１０他方材料はＡｌ、ＡｌＮおよびＧｅのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１１として、第１１片方材料はＡｌＮを含み、第１１他方材料はＡｌＮ、ＳｉＣおよびＷのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１２として、第１２片方材料はＡｕを含み、第１２他方材料はＡｕ、ＡｕＳｎ、ＩｎＰおよびＡｌサファイアのグループのうちから選択される材料を含み、
前記ｎ＝１３として、第１３片方材料はＡｇを含み、第１３他方材料はＡｇを含み、
前記ｎ＝１４として、第１４片方材料はＡｌＣｕを含み、第１４他方材料はＡｌＣｕを含み、
前記ｎ＝１５として、第１５片方材料はＣを含み、第１５他方材料はＣを含み、
前記ｎ＝１６として、第１６片方材料はＣｒを含み、第１６他方材料はＣｒを含み、
前記ｎ＝１７として、第１７片方材料はＧａＡｓを含み、第１７他方材料はＧａＡｓまたはＩｎＰを含み、
前記ｎ＝１８として、第１８片方材料はＧａＰを含み、第１８他方材料はＧａＰを含み、
前記ｎ＝１９として、第１９片方材料はＧｅを含み、第１９他方材料はＧｅを含み、
前記ｎ＝２０として、第２０片方材料はＩｎＧａＰを含み、第２０他方材料はＩｎＧａＰを含み、
前記ｎ＝２１として、前記第２１片方材料はＭｏを含み、第２１他方材料はＭｏまたはＷを含み、
前記ｎ＝２２として、第２２片方材料はＳｉＣを含み、第２２他方材料はＳｉＣを含み、
前記ｎ＝２３として、第２３片方材料はＳｉＮを含み、第２３他方材料はＳｉＮを含み、
前記ｎ＝２４として、第２４片方材料はＳｉＯＣを含み、第２４他方材料はＳｉＯＣを含み、
前記ｎ＝２５として、第２５片方材料はＳｉＯＮを含み、第２５他方材料はＳｉＯＮを含み、
前記ｎ＝２６として、第２６片方材料はＴａを含み、第２６他方材料はＴａを含み、
前記ｎ＝２７として、第２７片方材料はＴｉを含み、第２７他方材料はＴｉを含み、
前記ｎ＝２８として、第２８片方材料はＴｉＯ２を含み、第２８他方材料はＴｉＯ２を含む
常温接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温接合デバイス、常温接合デバイスを有するウェハおよび常温接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の基板同士を接合する技術が知られている。その技術は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスや三次元ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）デバイスのような半導体装置に用いられている。
【０００３】
例えば、特許第３６７８０９０号公報（特許文献１）に開示された半導体加速度センサでは、シリコンで形成されたセンシングエレメントと、耐熱ガラスから形成された下部キャップとが陽極接合により接合されている。図１は、その陽極接合を説明する模式図である。まず、図１（ａ）に示すように、ガラス１０１の表面およびシリコン１０２の表面をそれぞれ研磨する。次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス１０１の研磨面とシリコン１０２の研磨面とを重ね合せ、ヒータ１０３で３００〜４００℃−２〜３時間の熱処理を行う。そのとき、ガラス１０１とシリコン１０２との間に電圧Ｅを印加しておく。そうすると、ガラス１０１中のＮａ＋が−電圧に引かれてガラス１０１とシリコン１０２との界面から離れる。そのため、その界面においてガラス１０１中のＯ−とシリコン１０２中のＳｉとの共有結合が起こる。その結果、ガラス１０１とシリコン１０２とが接合する。この陽極接合は、接合材料が限定されることや、加熱・冷却に時間がかかることや、加熱による熱歪みや熱応力が発生する問題がある。
【０００４】
また、特許第３７５１９７２号公報（特許文献２）に開示された接合方法では、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ガラスのいずれかである被接合物同士がプラズマ活性化接合により接合される。図２は、そのプラズマ活性化接合を説明する模式図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコン１０２の方面を酸素プラズマ処理して、その表面を親水化する。その表面には活性な酸素が付着している。次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン１０２の表面を純水処理して、その表面に水酸基を付ける。続いて、図２（ｃ）〜（ｄ）に示すように、その二枚のシリコン１０２の水酸基を有する面同士を重ね合わせて貼り合わせる。この場合、水分子を介した水素結合により、仮の弱い接合が起こる。その後、図２（ｅ）に示すように、その状態で２００℃−２〜１０時間の熱処理を行う。それにより、水分が飛んで強い結合ができる。このプラズマ活性化接合は、接合材料はＳｉ系に限定されることや、水素が抜けきれず接合界面にボイドが発生しやすいことや、加熱による熱歪みや熱応力が発生する問題がある。
【０００５】
また、複数の基板同士を接合する他の技術として、常温接合が知られている。例えば、特許第３９７０３０４号公報（特許文献３）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、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前記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。
【０００６】
機能性デバイスの構成要素となる多種多様な材料組合せを接合可能とする接合技術が望まれている。また、異種材料同士であっても接合界面に内部応力を発生させることなく接合可能とする接合技術が望まれている。さらに、接合工程において材料に形成された電気、機械素子に対し、高温環境への暴露を防止し得る接合技術が望まれている。さらに、多種多様な材料種の接合構造体から成る、動作信頼性、歩留りの高いＭＥＭＳ、半導体装置を提供することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６７８０９０号公報
【特許文献２】特許第３７５１９７２号公報
【特許文献３】特許第３９７０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、機能性デバイスの構成要素となる多種多様な材料組合せを接合可能とする接合技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、異種材料同士であっても接合界面に内部応力を発生させることなく接合可能とする接合技術を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、接合工程において材料に形成された電気、機械素子に対し、高温環境への暴露を防止し得る接合技術を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、多種多様な材料種の接合構造体から成る、動作信頼性、歩留りの高いＭＥＭＳ、半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・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関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、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。
【００１０】
本発明の常温接合デバイスは、第１面（５１ａ）を有する第１基板（５１）と、前記第１面（５１ａ）と接合する第２面（５２ａ）を有する第２基板（５２）とを具備している。第１面（５１ａ）と第２面（５２ａ）との接合において、第１面（５１ａ）および第２面（５２ａ）のうちのいずれか一方は、第ｎ片方材料を含み、他方は、第ｎ他方材料を含み、ｎは１乃至２８のいずれかの整数である。ｎ＝１として、第１片方材料はＳｉを含み、第１他方材料はＳｉ、ＳｉＯ２、ガラス、石英、Ａｕ、ＬｉＴａＯ３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｉＮ、ＩｎＰ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ａｇ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｇｅ、Ｌａ、ＭｇＯ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃ、Ｎｉ、ＭｏおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝２として、第２片方材料はＳｉＯ２を含み、第２他方材料はＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、サファイア、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ、Ｃ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＹＡＧ、ＧａＮ、ＡｇおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝３として、第３片方材料はＧａＮを含み、第３他方材料はＡｌＮ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｍｏ、ＳｉＣ、サファイア、スピネル、Ｗ、ＳｉＮおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝４として、第４片方材料はＬｉＴａＯ３を含み、第４他方材料はサファイア、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＮｂＯ３、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ｃおよびスピネルのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝５として、第５片方材料はＬｉＮｂＯ３を含み、第５他方材料はＬｉＮｂＯ３、Ａｕ、Ｔｉ、ガラスおよび石英のグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝６として、第６片方材料はＣｕを含み、第６他方材料はＣｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ａｕ、ＡｌＣｕ、ＣｒおよびＴａのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝７として、第７片方材料はガラスまたは石英を含み、第７他方材料はガラス、石英、ＧａＡｓ、ＲＩＧ、ＳｉＮおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝８として、第８片方材料はサファイアを含み、第８他方材料はサファイア、ＹＡＧ、ＺｎＯ、ＲＩＧおよびＩＴＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝９として、第９片方材料はＹＡＧを含み、第９他方材料はＹＡＧ、Ａｌ、ＩＴＯおよびＺｎＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１０として、第１０片方材料はＡｌを含み、第１０他方材料はＡｌ、ＡｌＮおよびＧｅのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１１として、第１１片方材料はＡｌＮを含み、第１１他方材料はＡｌＮ、ＳｉＣおよびＷのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１２として、第１２片方材料はＡｕを含み、第１２他方材料はＡｕ、ＡｕＳｎ、ＩｎＰおよびＡｌサファイアのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１３として、第１３片方材料はＡｇを含み、第１３他方材料はＡｇを含んでいる。ｎ＝１４として、第１４片方材料はＡｌＣｕを含み、第１４他方材料はＡｌＣｕを含んでいる。ｎ＝１５として、第１５片方材料はＣを含み、第１５他方材料はＣを含んでいる。ｎ＝１６として、第１６片方材料はＣｒを含み、第１６他方材料はＣｒを含んでいる。ｎ＝１７として、第１７片方材料はＧａＡｓを含み、第１７他方材料はＧａＡｓまたはＩｎＰを含んでいる。ｎ＝１８として、第１８片方材料はＧａＰを含み、第１８他方材料はＧａＰを含んでいる。ｎ＝１９として、第１９片方材料はＧｅを含み、第１９他方材料はＧｅを含んでいる。ｎ＝２０として、第２０片方材料はＩｎＧａＰを含み、第２０他方材料はＩｎＧａＰを含んでいる。ｎ＝２１として、第２１片方材料はＭｏを含み、第２１他方材料はＭｏまたはＷを含んでいる。ｎ＝２２として、第２２片方材料はＳｉＣを含み、第２２他方材料はＳｉＣを含んでいる。ｎ＝２３として、第２３片方材料はＳｉＮを含み、第２３他方材料はＳｉＮを含んでいる。ｎ＝２４として、第２４片方材料はＳｉＯＣを含み、第２４他方材料はＳｉＯＣを含んでいる。ｎ＝２５として、第２５片方材料はＳｉＯＮを含み、第２５他方材料はＳｉＯＮを含んでいる。ｎ＝２６として、第２６片方材料はＴａを含み、第２６他方材料はＴａを含んでいる。ｎ＝２７として、第２７片方材料はＴｉを含み、第２７他方材料はＴｉを含んでいる。ｎ＝２８として、第２８片方材料はＴｉＯ２を含み、第２８他方材料はＴｉＯ２を含む。このような常温接合デバイスは、常温接合により、熱による歪が発生しないので歩留りを向上できる。また、常温接合により、加熱・冷却時間が不要なので、生産性を向上できる。また、常温接合により、接合材料の選択肢を広げることができ、応用分野を広げることができる。
【００１１】
上記の常温接合デバイスは、第３面（５３ａ）を有する第３基板（５３）を更に具備していることが好ましい。第２基板（５２）は、第２面（５２ａ）の反対側に、第３面（５３ａ）と接合する第４面（５２ｂ）をさらに有していることが好ましい。第３面（５３ａ）と第４面（５２ｂ）との接合において、第３面（５３ａ）および第４面（５２ｂ）のうちのいずれか一方は、第ｎ片方材料を含み、他方は、第ｎ他方材料を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の常温接合デバイスを有する接合ウェハは、上記各段落に記載の常温接合デバイス（５０）を具備している。複数の常温接合デバイス（５０）の各々の第１基板（５１）は、複数の常温接合デバイス（５０）で共通で一体の第１ウェハ（５１ｗ）である。複数の常温接合デバイス（５０）の各々の第２基板（５２）は、複数の常温接合デバイス（５０）で共通で一体の第２ウェハ（５２ｗ）である。
【００１３】
本発明の上本接合方法は、真空容器（２）と、真空容器（２）内に設けられた第１保持機構（４３−１）と、真空容器（２）内に設けられた第２保持機構（４２）と、真空容器（２）に設けられ、活性化ビームを出射するビーム源（４）と、真空容器（２）に設けられた圧接機構（４３−２）とを具備する常温接合装置（１）を準備する工程と、第１基板（５１ｗ）を第１保持機構（４３−１）で保持し、第２基板（５２ｗ）を第２保持機構（４２）で保持する工程と、第１基板（５１ｗ）および第２基板（５２ｗ）の被接合面にビーム源（４）で活性化ビームを照射する工程と、活性化ビームを照射された第１基板（５１ｗ）および第２基板（５２ｗ）の被接合面を圧接機構（４３−２）で重ね合わせて接合する工程とを具備している。第１基板（５１ｗ）は第１面（５１ａ）を有している。第２基板（５２）は第１面（５１ａ）と接合する第２面（５２ａ）を有している。第１面（５１ａ）と第２面（５２ａ）との接合において、第１面（５１ａ）および第２面（５２ａ）のうちのいずれか一方は、第ｎ片方材料を含み、他方は、第ｎ他方材料を含み、ｎは１乃至２８のいずれかの整数である。ｎ＝１として、第１片方材料はＳｉを含み、第１他方材料はＳｉ、ＳｉＯ２、ガラス、石英、Ａｕ、ＬｉＴａＯ３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｉＮ、ＩｎＰ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ａｇ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｇｅ、Ｌａ、ＭｇＯ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃ、Ｎｉ、ＭｏおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝２として、第２片方材料はＳｉＯ２を含み、第２他方材料はＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、サファイア、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ、Ｃ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＹＡＧ、ＧａＮ、ＡｇおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝３として、第３片方材料はＧａＮを含み、第３他方材料はＡｌＮ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｍｏ、ＳｉＣ、サファイア、スピネル、Ｗ、ＳｉＮおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝４として、第４片方材料はＬｉＴａＯ３を含み、第４他方材料はサファイア、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＮｂＯ３、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ｃおよびスピネルのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝５として、第５片方材料はＬｉＮｂＯ３を含み、第５他方材料はＬｉＮｂＯ３、Ａｕ、Ｔｉ、ガラスおよび石英のグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝６として、第６片方材料はＣｕを含み、第６他方材料はＣｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ａｕ、ＡｌＣｕ、ＣｒおよびＴａのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝７として、第７片方材料はガラスまたは石英を含み、第７他方材料はガラス、石英、ＧａＡｓ、ＲＩＧ、ＳｉＮおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝８として、第８片方材料はサファイアを含み、第８他方材料はサファイア、ＹＡＧ、ＺｎＯ、ＲＩＧおよびＩＴＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝９として、第９片方材料はＹＡＧを含み、第９他方材料はＹＡＧ、Ａｌ、ＩＴＯおよびＺｎＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１０として、第１０片方材料はＡｌを含み、第１０他方材料はＡｌ、ＡｌＮおよびＧｅのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１１として、第１１片方材料はＡｌＮを含み、第１１他方材料はＡｌＮ、ＳｉＣおよびＷのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１２として、第１２片方材料はＡｕを含み、第１２他方材料はＡｕ、ＡｕＳｎ、ＩｎＰおよびＡｌサファイアのグループのうちから選択される材料を含んでいる。ｎ＝１３として、第１３片方材料はＡｇを含み、第１３他方材料はＡｇを含んでいる。ｎ＝１４として、第１４片方材料はＡｌＣｕを含み、第１４他方材料はＡｌＣｕを含んでいる。ｎ＝１５として、第１５片方材料はＣを含み、第１５他方材料はＣを含んでいる。ｎ＝１６として、第１６片方材料はＣｒを含み、第１６他方材料はＣｒを含んでいる。ｎ＝１７として、第１７片方材料はＧａＡｓを含み、第１７他方材料はＧａＡｓまたはＩｎＰを含んでいる。ｎ＝１８として、第１８片方材料はＧａＰを含み、第１８他方材料はＧａＰを含んでいる。ｎ＝１９として、第１９片方材料はＧｅを含み、第１９他方材料はＧｅを含んでいる。ｎ＝２０として、第２０片方材料はＩｎＧａＰを含み、第２０他方材料はＩｎＧａＰを含んでいる。ｎ＝２１として、第２１片方材料はＭｏを含み、第２１他方材料はＭｏまたはＷを含んでいる。ｎ＝２２として、第２２片方材料はＳｉＣを含み、第２２他方材料はＳｉＣを含んでいる。ｎ＝２３として、第２３片方材料はＳｉＮを含み、第２３他方材料はＳｉＮを含んでいる。ｎ＝２４として、第２４片方材料はＳｉＯＣを含み、第２４他方材料はＳｉＯＣを含んでいる。ｎ＝２５として、第２５片方材料はＳｉＯＮを含み、第２５他方材料はＳｉＯＮを含んでいる。ｎ＝２６として、第２６片方材料はＴａを含み、第２６他方材料はＴａを含んでいる。ｎ＝２７として、第２７片方材料はＴｉを含み、第２７他方材料はＴｉを含んでいる。ｎ＝２８として、第２８片方材料はＴｉＯ２を含み、第２８他方材料はＴｉＯ２を含む。このような常温接合方法は、常温接合により、熱による歪が発生しないので歩留りを向上できる。また、常温接合により、加熱・冷却時間が不要なので、生産性を向上できる。また、常温接合により、接合材料の選択肢を広げることができ、応用分野を広げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、機能性デバイスの構成要素となる多種多様な材料組合せが接合可能となる。また、異種材料同士であっても接合界面に内部応力を発生させることなく接合可能となる。さらに、接合工程において材料に形成された電気、機械素子に対し、高温環境への暴露を防止しすることが可能となる。さらに、多種多様な材料種の接合構造体から成る、動作信頼性、歩留りの高いＭＥＭＳ、半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来の陽極接合を説明する模式図である。
【図２】図２は、従来のプラズマ活性化接合を説明する模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係る第１の常温接合方法の概要を示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態に係る第２の常温接合方法の概要を示す模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施の形態に係る第３の常温接合方法の概要を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態に係る常温接合に用いることが可能な材料を例示する表である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態に係る常温接合に用いることが可能な材料を例示する表である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、実施の形態に係る常温接合に用いることが可能な材料を例示する表である。
【図５】図５は、実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す他の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例１の常温接合デバイスの一例を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例１の常温接合デバイスの一例を示す断面図である。
【図８】図８は、実施例２の常温接合デバイスの一例を示す断面図である。
【図９】図９は、実施例２の常温接合デバイスの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る常温接合デバイス、常温接合デバイスを有するウェハおよび常温接合方法の実施の形態について説明する。
【００１７】
本実施の形態では、複数の基板（ウェハ）同士を接合する技術として常温接合を用いる。ここでは、常温接合方法として、以下の３つの場合を考える。
【００１８】
図３Ａは、本実施の形態に係る第１の常温接合方法の概要を示す模式図である。第１の常温接合方法では、図３Ａ（ａ）に示すように、真空中に配置した接合対象の材料Ａおよび材料Ｂの表面に、イオンビームや原子ビームに代表される不活性元素の高速粒子ビームを照射する。その高速粒子ビームの粒子の衝突に応じて、材料Ａおよび材料Ｂの表面から酸化膜層や不純物層がスパッタされて除去される。これにより材料Ａおよび材料Ｂの表面は活性化し、それら表面にダングリングボンドと呼ばれる表面原子の結合手が現れる。その後、図３Ａ（ｂ）に示すように、この状態となった材料Ａの表面と材料Ｂの表面とを接触させることにより、結合手同士が結ばれエネルギー的に安定な状態になる。それにより、接合対象の材料Ａと材料Ｂとの接合が行われ、常温接合が完了する。
【００１９】
図３Ｂは、本実施の形態に係る第２の常温接合方法の概要を示す模式図である。第２の常温接合方法では、図３Ｂ（ａ）に示すように、真空中に配置した接合対象の材料Ａおよび材料Ｂの表面に、高速粒子ビームを照射する。その高速粒子ビームの粒子の衝突に応じて、材料Ａおよび材料Ｂの表面から酸化膜層や不純物層がスパッタされて除去される。そのとき、片側の材料Ｂそのものがスパッタされて、その材料Ｂの付着層がもう片方の材料Ａの接合面に堆積した状態となる。この付着層の表面は活性化した状態である。一方、材料Ａの表面は活性化し、それら表面にダングリングボンドと呼ばれる表面原子の結合手が現れる。その後、図３Ｂ（ｂ）に示すように、この状態となった材料Ａの表面と材料Ｂの表面とを接触させることにより、活性を帯びた材料Ｂの付着層を介して接合対象の材料Ａと材料Ｂとの接合が行われ、常温接合が完了する。なお、もう一方の側の材料Ａそのものもスパッタされて、その材料Ａの付着層がもう片方の材料Ｂの接合面に堆積した状態となっても良い。その場合、活性を帯びた材料Ｂの付着層と材料Ａの付着層とを介して接合対象の材料Ａと材料Ｂとの接合が行われる。
【００２０】
図３Ｃは、本実施の形態に係る第３の常温接合方法の概要を示す模式図である。第３の常温接合方法では、図３Ｃ（ａ）に示すように、真空中に配置した接合対象の材料Ａおよび材料Ｂの表面に、高速粒子ビームを照射する。その高速粒子ビームの粒子の衝突に応じて、材料Ａおよび材料Ｂの表面から酸化膜層や不純物層がスパッタされて除去される。そのとき、異種の材料Ｃ（ターゲット）の表面にも高速粒子ビームを照射し、その材料Ｃをスパッタして、材料Ａおよび材料Ｂの表面にその材料Ｃを堆積させた状態とする。この材料Ｃの表面は活性化した状態である。その後、図３Ｃ（ｂ）に示すように、この状態となった材料Ａの表面と材料Ｂの表面とを接触させることにより、活性を帯びた材料Ｃの中間層を介して接合対象の材料Ａと材料Ｂとの接合が行われ、常温接合が完了する。
【００２１】
ここで、材料Ａおよび材料Ｂの内部に電子素子や金属配線が予め形成され、材料Ａと材料Ｂと接合することで一つのデバイスが完成する場合であっても、上記いずれの常温接合方法を用いることもできる。その常温接合デバイスは、上記いずれの常温接合方法を用いても、加熱が不要な常温接合を用いて形成されるので、加熱による歪みや応力が発生しない。したがって、その歩留りを向上できる。また、常温接合の工程には加熱時間・冷却時間が不要なので、その生産性を向上できる。また、常温接合では接合可能な材料の種類が多種多様なので、接合材料の選択肢を広げることができ、応用分野を広げることができる。
【００２２】
常温接合により、複数の基板（ウェハ）同士を接合するとき、例えば図３Ａ〜図３Ｃにおける材料Ａや材料Ｂの候補としては、半導体材料や絶縁体材料や金属材料が考えられる。図４Ａ〜図４Ｃは、本実施の形態に係る常温接合に用いることが可能な材料を例示する表である。これらは、発明者によって現実に接合可能であることが確認されている。図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、材料Ａの表面と材料Ｂの表面との接合において、材料Ａの表面および材料Ｂの表面のうちのいずれか一方は、下記の第ｎ片方材料を含み、他方は、下記の第ｎ他方材料を含むことが好ましい。ただし、ｎは１乃至２８のいずれかの整数である。
【００２３】
図４Ａを参照すると、例えば材料Ａ（第１片方材料）がＳｉを含んでいる場合、材料Ｂ（第１他方材料）はＳｉ、ＳｉＯ２、ガラス、石英、Ａｕ、ＬｉＴａＯ３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｉＮ、ＩｎＰ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ａｇ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｇｅ、Ｌａ、ＭｇＯ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃ、Ｎｉ、ＭｏおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．１〜２６）。
また、材料Ａ（第２片方材料）がＳｉＯ２を含んでいる場合、材料Ｂ（第２他方材料）はＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、サファイア、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ、Ｃ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＹＡＧ、ＧａＮ、ＡｇおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．２７〜４１）。
【００２４】
図４Ｂを参照すると、材料Ａ（第３片方材料）がＧａＮを含んでいる場合、材料Ｂ（第３他方材料）はＡｌＮ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｍｏ、ＳｉＣ、サファイア、スピネル、Ｗ、ＳｉＮおよびＹＡＧのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．４２〜５１）。材料Ａ（第４片方材料）がＬｉＴａＯ３を含んでいる場合、材料Ｂ（第４他方材料）はサファイア、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＮ、ガラス、石英、ＬｉＮｂＯ３、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ｃおよびスピネルのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．５２〜６０）。材料Ａ（第５片方材料）がＬｉＮｂＯ３を含んでいる場合、材料Ｂ（第５他方材料）はＬｉＮｂＯ３、Ａｕ、Ｔｉ、ガラスおよび石英のグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．６１〜６４）。材料Ａ（第６片方材料）がＣｕを含んでいる場合、材料Ｂ（第６他方材料）はＣｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ａｕ、ＡｌＣｕ、ＣｒおよびＴａのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．６５〜７３）。材料Ａ（第７片方材料）がガラスまたは石英を含んでいる場合、材料Ｂ（第７他方材料）はガラス、石英、ＧａＡｓ、ＲＩＧ、ＳｉＮおよびＭｇＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．７４〜７８）。材料Ａ（第８片方材料）がサファイアを含んでいる場合、材料Ｂ（第８他方材料）はサファイア、ＹＡＧ、ＺｎＯ、ＲＩＧおよびＩＴＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．７９〜８３）。
【００２５】
図４Ｃを参照すると、材料Ａ（第９片方材料）がＹＡＧを含んでいる場合、材料Ｂ（第９他方材料）はＹＡＧ、Ａｌ、ＩＴＯおよびＺｎＯのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．８４〜８７）。材料Ａ（第１０片方材料）がＡｌを含んでいる場合、材料Ｂ（第１０他方材料）はＡｌ、ＡｌＮおよびＧｅのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．８８〜９０）。材料Ａ（第１１片方材料）がＡｌＮを含んでいる場合、材料Ｂ（第１１他方材料）はＡｌＮ、ＳｉＣおよびＷのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．９１〜９３）。材料Ａ（第１２片方材料）がＡｕを含んでいる場合、材料Ｂ（第１２他方材料）はＡｕ、ＡｕＳｎ、ＩｎＰおよびＡｌサファイアのグループのうちから選択される材料を含んでいる（整理Ｎｏ．９４〜９７）。材料Ａ（第１３片方材料）がＡｇを含んでいる場合、材料Ｂ（第１３他方材料）はＡｇを含んでいる（整理Ｎｏ．９８）。材料Ａ（第１４片方材料）がＡｌＣｕを含んでいる場合、材料Ｂ（第１４他方材料）はＡｌＣｕを含んでいる（整理Ｎｏ．９９）。材料Ａ（第１５片方材料）がＣを含んでいる場合、材料Ｂ（第１５他方材料）はＣを含んでいる（整理Ｎｏ．１００）。材料Ａ（第１６片方材料）がＣｒを含んでいる場合、材料Ｂ（第１６他方材料）はＣｒを含んでいる（整理Ｎｏ．１０１）。材料Ａ（第１７片方材料）がＧａＡｓを含んでいる場合、材料Ｂ（第１７他方材料）はＧａＡｓまたはＩｎＰを含んでいる（整理Ｎｏ．１０２〜１０３）。材料Ａ（第１８片方材料）がＧａＰを含んでいる場合、材料Ｂ（第１８他方材料）はＧａＰを含んでいる（整理Ｎｏ．１０４）。材料Ａ（第１９片方材料）がＧｅを含んでいる場合、材料Ｂ（第１９他方材料）はＧｅを含んでいる（整理Ｎｏ．１０５）。材料Ａ（第２０片方材料）がＩｎＧａＰを含んでいる場合、材料Ｂ（第２０他方材料）はＩｎＧａＰを含んでいる（整理Ｎｏ．１０６）。材料Ａ（第２１片方材料）がＭｏを含んでいる場合、材料Ｂ（第２１他方材料）はＭｏまたはＷを含んでいる（整理Ｎｏ．１０７〜１０８）。材料Ａ（第２２片方材料）がＳｉＣを含んでいる場合、材料Ｂ（第２２他方材料）はＳｉＣを含んでいる（整理Ｎｏ．１０９）。材料Ａ（第２３片方材料）がＳｉＮを含んでいる場合、材料Ｂ（第２３他方材料）はＳｉＮを含んでいる（整理Ｎｏ．１１０）。材料Ａ（第２４片方材料）がＳｉＯＣを含んでいる場合、材料Ｂ（第２４他方材料）はＳｉＯＣを含んでいる（整理Ｎｏ．１１１）。材料Ａ（第２５片方材料）がＳｉＯＮを含んでいる場合、材料Ｂ（第２５他方材料）はＳｉＯＮを含んでいる（整理Ｎｏ．１１２）。材料Ａ（第２６片方材料）がＴａを含んでいる場合、材料Ｂ（第２６他方材料）はＴａを含んでいる（整理Ｎｏ．１１３）。材料Ａ（第２７片方材料）がＴｉを含んでいる場合、材料Ｂ（第２７他方材料）はＴｉを含んでいる（整理Ｎｏ．１１４）。材料Ａ（第２８片方材料）がＴｉＯ２を含んでいる場合、材料Ｂ（第２８他方材料）はＴｉＯ２を含む（整理Ｎｏ．１１５）。
【００２６】
上述の図４Ａ〜図４Ｃには、材料Ａと材料Ｂとの組み合わせとして１１５通りが示されている。これらは、図３Ａ〜図３Ｃの常温接合方法のうちの少なくとも一つの方法で常温接合が可能である。なお、材料の組み合わせは、図４Ａ〜図４Ｃに限定されるものではない。
【００２７】
次に、本実施の形態において、常温接合を実施する常温接合装置について説明する。
図５は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す断面図（水平断面）である。常温接合装置１は、接合チャンバー２と、ロードロックチャンバー３とを備えている。接合チャンバー２とロードロックチャンバー３は、内部を環境から密閉する真空容器である。常温接合装置１は、さらに、ゲートバルブ５を備えている。ゲートバルブ５は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設され、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、開放する。
【００２８】
ロードロックチャンバー３は、第１カートリッジ台６と第２カートリッジ台７と搬送装置８とを内部に備えている。第１カートリッジ台６は、第１カートリッジ２０が配置される。第１カートリッジ２０は、ウェハ（基板）ｗを載せるために利用される。第２カートリッジ台７は、第２カートリッジ２１が配置される。第２カートリッジ２１は、ウェハ（基板）ｗを載せるために利用される。このとき、カートリッジ台６、７、カートリッジ２０、２１は、複数個あっても構わない。ロードロックチャンバー３は、さらに、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。その真空ポンプは、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。その蓋は、ロードロックチャンバー３の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、大気雰囲気にすることで開放することができる。第１カートリッジ２０と第２カートリッジ２１とは、その蓋を介してロードロックチャンバー３に出し入れされる。
【００２９】
搬送装置８は、第１アーム２５と第２アーム２６と第３アーム２７とを備えている。第１アーム２５と第２アーム２６と第３アーム２７とは、それぞれ、棒状に形成されている。第１アーム２５は、ロードロックチャンバー３の床板に支持された第１アーム２５の端部の第１節に、その回転軸２２を中心に回転可能に支持されている。第２アーム２６は、第１アーム２５と第２アーム２６との間の第２節に、その回転軸２３を中心に回転可能に支持されている。第３アーム２７は、第２アーム２６と第３アーム２７との間の第３節に、その回転軸２４を中心に回転可能に支持されている。各回転軸は、鉛直方向に平行である。第３アーム２７は、第３節に接合される端と反対側の端に、爪が形成されている。爪は、ウェハｗ、または、カートリッジ２０またはカートリッジ２１を把持するために利用される。
【００３０】
搬送装置８は、さらに、図示されていない昇降機構と伸縮機構とを備えている。その昇降機構は、ユーザの操作により、第１アーム２５を昇降させて、爪により把持されるウェハｗ、または、カートリッジ２０またはカートリッジ２１を昇降させる。その伸縮機構は、第１節と第２節と第３節とを制御して第３アーム２７の長手方向に平行に第３アーム２７を平行移動させる。搬送装置８は、ゲートバルブ５を介して第１カートリッジ２０または第２カートリッジ２１に配置されたウェハｗを接合チャンバー２に搬送すること、または、ゲートバルブ５を介して接合チャンバー２に配置されたウェハｗを第１カートリッジ２０または第２カートリッジ２１に搬送することに利用される。
【００３１】
接合チャンバー２は、真空ポンプ３１と高速原子ビーム源４と電子銃３３とを備えている。接合チャンバー２は、容器を形成する壁３４の一部分に排気口３５が形成されている。真空ポンプ３１は、接合チャンバー２の外部に配置され、排気口３５を介して接合チャンバー２の内部から気体を排気する。高速原子ビーム源４は、１つの照射方向３６に向けられて配置され、照射方向３６に向けて加速された高速原子ビームを放出する。その高速原子ビームとしては、中性なアルゴン原子ビームが例示される。電子銃３３は、高速原子ビーム源４により高速原子ビームが照射される対象に向けられて配置され、その対象に向けて加速された電子を放出可能である。
【００３２】
壁３４は、一部分に扉３７が形成されている。扉３７は、ヒンジ３８を備えている。ヒンジ３８は、壁３４に対して回転可能に扉３７を支持している。壁３４は、さらに、一部分に窓３９が形成されている。窓３９は、気体を透過しないで可視光を透過する材料から形成されている。窓３９は、ユーザが高速原子ビーム源４により荷電粒子が照射される対象または接合状態を接合チャンバー２の外部から見えるように配置されている。
【００３３】
図６は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す他の断面図（鉛直断面）である。接合チャンバー２は、さらに、上側ステージ４１と下側ステージ４２とを内部に備えている。上側ステージ４１は、試料台４３−１と圧接機構４３−２とを備えている。試料台４３−１は、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。試料台４３−１は、その下端に誘電層を備え、その誘電層とウェハｗとの間に電圧を印加し、静電力によってウェハｗをその誘電層に吸着する。圧接機構４３−２は、ユーザの操作により、試料台４３−１を接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動させる。
【００３４】
下側ステージ４２は、ウェハｗまたは、ウェハｗを搭載したカートリッジ２０またはカートリッジ２１を上端に支持する。下側ステージ４２は、位置決めステージ４４とキャリッジ支持台４５とキャリッジ４６と弾性案内４７とを備えている。下側ステージ４２は、さらに、図示されていない位置決め機構を備えている。高速原子ビーム源４は、上側ステージ４１に支持されるウェハｗと下側ステージ４２に支持されるウェハｗとが離れているときに、上側ステージ４１に支持されるウェハｗと下側ステージ４２にカートリッジ２０または２１で支持されるウェハｗとの間の空間に向けられ、接合チャンバー２の内側表面に向けられている。すなわち、高速原子ビーム源４の照射方向３６は、上側ステージ４１に支持されるウェハｗと下側ステージ４２にカートリッジ２０または２１で支持されるウェハｗとの間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する。
【００３５】
なお、図５および図６に図示されないが、図３Ｃの第３の常温接合方法を行う場合には、中間層を形成するための構成をさらに備えている。具体的には、接合チャンバー２は、さらに、下側ターゲット保持基板、上側ターゲット保持基板、下側ターゲット移動機構および上側ターゲット移動機構を備えている。その場合、下側ターゲット保持基板は、下側ステージ４２の高速原子ビーム源４側の水平方向横に設けられる。下側ターゲット移動機構は、下側ターゲット保持基板を、鉛直方向および水平方向に移動可能に保持し、さらに、高速原子ビーム源４の開口部に対する向き、ウェハｗに対する向きを変更可能に保持している。上側ターゲット保持基板は、試料台４３−１の高速原子ビーム源４側の水平方向横に設けられている。上側ターゲット移動機構は、上側ターゲット保持基板を、鉛直方向および水平方向に移動可能に保持し、さらに、高速原子ビーム源４の開口部に対する向き、ウェハｗに対する向きを変更可能に保持している。各ターゲット保持基板は、各ターゲット移動機構により、少なくとも高速原子ビーム源４からの高速原子ビームが、ターゲットの被照射面と交わらない位置まで移動できる。
【００３６】
ターゲットは、下側ターゲット保持基板の上面、および／または、上側ターゲット保持基板の下面に載置されている。ターゲットは、板状のバルク形状を有している。ターゲットの材料としては、上側のウェハｗと下側のウェハｗとを接合するとき、両ウェハｗの接合を補助する中間層として適切な材料を用いる。当該材料は、両ウェハｗの接合面の状況により適宜選択される。当該材料とてしは、金属材料（合金材料を含む）、半導体材料、絶縁体材料に例示される。
【００３７】
次に、常温接合装置１の動作（常温接合方法）について説明する。
接合チャンバー２内部が真空雰囲気の状態において、搬送装置８を用いて、ロードロックチャンバー３から、第１カートリッジ２０に装填されたウェハｗが上側ステージ４１にセットされ、第２カートリッジ２１に装填されたウェハｗが下側ステージ４２にセットされる。次に、上側ステージ４１のウェハｗと下側ステージ４２のウェハｗとが離れた状態で、上側ステージ４１のウェハｗと下側ステージ４２のウェハｗとの間に、高速原子ビーム源４により高速原子ビームが放出される。その高速原子ビームは、それらのウェハｗに照射され、それらのウェハｗの表面に形成される酸化物等を除去し、それらのウェハｗの表面に付着している不純物を除去する（図３Ａの場合）。ここで、図３Ｂの場合には、それに加えて、片側のウェハｗそのものがスパッタされて、そのウェハｗの付着層がもう片方のウェハｗの接合面に堆積した状態となる。さらに、図３Ｃの場合には、それに加えて、ターゲットの表面にも高速粒子ビームが照射され、ターゲットの材料がスパッタされて、両ウェハｗの表面にそのターゲットの材料を堆積させた状態となる。
【００３８】
その後、上側ステージ４１の圧接機構４３−２により、試料台４３−１が鉛直下方向に下降して、上側ステージ４１のウェハｗと下側ステージ４２のウェハｗとが接合される。接合ウェハが形成される。ここで、各ウェハｗに電子素子や金属配線の全部または一部が予め形成されていた場合、この接合により、両ウェハｗの中に常温接合デバイスが完成する。すなわち、常温接合デバイスを有する接合ウェハが形成される。その後、接合されたウェハｗは搬送装置８により、ロードロックチャンバー３へ搬出される。続いて、接合されたウェハｗ（接合ウェハ）は、所定の大きさに分割されて、複数の常温接合デバイスとなる。
【００３９】
以上のようにして、常温接合装置１の動作（常温接合方法）が実施される。
【００４０】
上記の常温接合デバイス、常温接合デバイスを有する接合ウェハ、常温接合方法を適用した実施例としては以下の例がある。
【００４１】
（実施例１）
本実施例では、上記の図４Ａ〜図４Ｃに記載された材料Ａと材料Ｂとの複数の組み合わせのいずれかを用いて、常温接合デバイスを形成する。ここでは、接合基板間にキャビティ（真空領域）が無い常温接合デバイスの一例について説明する。
【００４２】
図７Ａおよび図７Ｂは、本実施例の常温接合デバイスの一例を示す断面図である。この常温接合デバイスは、まず、図７Ａに示すように、上側の基板５１と下側の基板５２とを常温接合させる（接合面６１）。続いて、図７Ｂに示すように、下側の基板５１のさらに下側に基板５３を常温接合させる（接合面６２）。すなわち、下側の基板５２の表面５２ａと上側の基板５１の表面５１ａとが常温接合し（接合面６１）、かつ、下側の基板５２の表面５２ａとは反対側の表面５２ｂとさらに下側の基板５３の表面５３ａとが常温接合している（接合面６２）。このとき、基板５１と基板５２との関係は、図４Ａ〜図４Ｃにおける材料Ａと材料Ｂとの関係であっても良いし、材料Ｂと材料Ａとの関係であっても良い。また、基板５２と基板５３との関係は、図４Ａ〜図４Ｃにおける材料Ａと材料Ｂとの関係であっても良いし、材料Ｂと材料Ａとの関係であっても良い。
【００４３】
このような常温接合デバイスは、複数の基板または層のいずれかの層間を、常温接合して製造される接合体である。同様の構造を有する常温接合デバイスまたは基板としては、ＳＯＩウェハ、表面弾性波デバイス（ＳＡＷデバイス）、ＬＥＤ等が例示される。
【００４４】
本実施例においても、常温接合により加熱処理を用いることなく接合が行われる。その結果、熱による歪が発生しないため、常温接合デバイスの歩留りを向上できる。また、加熱・冷却時間が不要になるので、製造時間が少なくなるので、生産性を向上することができる。また、接合材料の種類が多く、選択肢が広いため、上記の例だけでなく応用分野を広くすることができる。
【００４５】
（実施例２）
本実施例では、上記の図４Ａ〜図４Ｃに記載された材料Ａと材料Ｂとの複数の組み合わせのいずれかを用いて、常温接合デバイスを形成する。ここでは、接合基板間にキャビティ（真空領域）がある常温接合デバイスの一例について説明する。
【００４６】
図８は、本実施例の常温接合デバイスの一例を示す断面図である。この常温接合デバイスは、加速度センサ５０である。この加速度センサ５０は、上側の基板５１（ウェハｗまたは材料Ａ）と、真ん中の基板５２（ウェハｗ又は材料Ｂ）と、下側の基板５３（ウェハｗまたは材料Ａ）とを常温接合させた構成を有している（接合面６１、６２）。また、図９は、本実施例の常温接合デバイスの他の一例を示す断面図である。この常温接合デバイスは、圧力センサ８０である。この圧力センサ８０は、上側の基板５１（ウェハｗまたは材料Ａ）と、下側の基板５２（ウェハｗ又は材料Ｂ）とを常温接合させた構成を有している（接合面６１）。
【００４７】
このような常温接合デバイス（例示：加速度センサ５０、圧力センサ８０）は、常温接合した基板内の所定の空間（例示：キャビティ５４）に微細構造物（例示：おもり７１、板ばね７２、圧電抵抗体７３、７０）を含み、その空間が真空または所定のガス雰囲気で封止されている。同様の構造を有する常温接合デバイスとしては、ＲＦスイッチ等が例示される。
【００４８】
本実施例では、常温接合により加熱処理を用いることなく接合が行われる。その結果、熱による歪が発生しないため、常温接合デバイスの歩留りを向上できる。また、加熱・冷却時間が不要になるので、製造時間が少なくなるので、生産性を向上することができる。また、接合材料の種類が多く、選択肢が広いため、上記の例だけでなく応用分野を広くすることができる。
【００４９】
上記実施の形態や各実施例は、上記の効果をそうすることにより、多種多様な材料の組合せ（図４Ａ〜図４Ｃ）について、所定のデバイスとして機能するよう前加工を施した基板やウェハを常温接合することにより作られた、常温接合デバイス（ＭＥＭＳおよび半導体装置を含む）を提供することができる。また、上記の材料の組合せからなる、常温接合デバイス（ＭＥＭＳおよび半導体装置を含む）の生産過程において、接合の工程に常温接合を適用した高品質なデバイス製造方法を提供することができる。
【００５０】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００５１】
１  ：常温接合装置
２  ：接合チャンバー
３  ：ロードロックチャンバー
４  ：高速原子ビーム源
５  ：ゲートバルブ
６  ：カートリッジ台
７  ：第２カートリッジ台
８  ：搬送装置
２０：カートリッジ
２１：カートリッジ
２２：回転軸
２３：回転軸
２４：回転軸
２５：第１アーム
２６：第２アーム
２７：第３アーム
３１：真空ポンプ
３３：電子銃
３４：壁
３５：排気口
３６：照射方向
３７：扉
３８：ヒンジ
３９：窓
４１：上側ステージ
４２：下側ステージ
４３−１：試料台
４３−２：圧接機構
４４：位置決めステージ
４５：キャリッジ支持台
４６：キャリッジ
４７：弾性案内
５０：加速度センサ
５０’：ＭＥＭＳデバイス本体
５０”：ＭＥＭＳデバイス
５１：基板
５１ａ：表面
５１ｗ：ウェハ
５２：基板
５２ａ：表面
５２ｂ：表面
５２ｗ：ウェハ
５３：基板
５３ａ：表面
５４：キャビティ
５５：基板
５５ａ：面
５６：基板
５６ａ：面
６１：接合面
６２：接合面
６３：接合面
７１：おもり
７２：板ばね
７３：圧電素子
７４：基板本体
７５：表層配線
７６：金属配線
７７：基板本体
７８：表層配線
７９：金属配線
１０１ｗ：ウェハ
１９０：ＭＥＭＳデバイス本体
１９１：封止材
１９５：ＭＥＭＳデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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