(57)【要約】【課題】基板を常温接合するとき、不純物が基板や中間層へ付着することを抑制する。【解決手段】常温接合装置は、真空容器１と、第１基板４を保持する第１保持機構３ａと、第２基板４を保持する第２保持機構３ｂと、第１基板４および第２基板４の被接合面に照射される活性化ビームを出射するビーム源６と、ターゲットの材料が付着した、両基板４の被接合面を重ね合わせて接合する圧接機構５とを具備する。真空容器１、第１、第２保持機構３ａ、３ｂ、ビーム源６および圧接機構５のうちの少なくとも一つは、活性化ビーム６によりスパッタされ難い、または、被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない第１材料で形成され、または、覆われている。【選択図】図５
2014050860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、第１基板を保持する第１保持機構と、
前記真空容器内に設けられ、第２基板を保持する第２保持機構と、
前記真空容器に設けられ、前記第１基板および前記第２基板の被接合面に照射される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、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重ね合わせて接合する圧接機構と
を具備し、
前記真空容器、前記第１保持機構、前記第２保持機構、前記ビーム源および前記圧接機構のうちの少なくとも一つは、前記活性化ビームによりスパッタされ難い、または、前記被接合面に在っても前記第１基板および前記第２基板を接合して成るデバイスの機能を阻害しない第１材料で形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆部材で前記活性化ビームの照射し得る面を覆われている
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、
前記第１材料は、前記第１基板の主成分の元素を主成分として含む
常温接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の常温接合装置において、
前記第１基板は、シリコン基板であり、
前記第１材料は、酸化シリコンを主成分として含む
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、
前記第１材料は、絶縁体を含む
常温接合装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記被覆部材は、前記活性化ビームが照射し得る面を被覆する層を含む
常温接合装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記真空容器内に設けられ、ターゲットを保持するターゲット保持機構を更に具備し、
前記ターゲット保持機構は、複数のターゲットを配置可能な複数の領域を備え、
前記複数の領域のうち、ターゲットを配置しない領域に、前記第１材料の疑似ターゲットを配置する
常温接合装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記ターゲット保持機構は、前記第１材料で形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆部材で前記活性化ビームの照射し得る面を覆われ、
前記ビーム源は、前記第１基板および前記第２基板の被接合面並びに前記ターゲットに照射される活性化ビームを出射し、
前記圧接機構は、前記ターゲットの材料が付着した前記第１基板および前記第２基板の前記被接合面を重ね合わせて接合する
常温接合装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記第１基板と前記第２基板との接合面に存在する前記不純物の存在密度は、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である
常温接合装置。
【請求項９】
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し、前記真空容器、前記第１保持機構、前記第２保持機構、前記ビーム源および前記圧接機構のうちの少なくとも一つは、前記活性化ビームによりスパッタされ難い、または、前記被接合面に在っても前記第１基板および前記第２基板を接合して成るデバイスの機能を阻害しない第１材料で形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆部材で前記活性化ビームの照射し得る面を覆われてい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
を具備する
常温接合方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の常温接合方法において、
前記第１材料は、前記第１基板の主成分の元素を主成分として含む
常温接合方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の常温接合方法において、
前記第１基板は、シリコン基板であり、
前記第１材料は、酸化シリコンを主成分として含む
常温接合方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の常温接合方法において、
前記第１材料は、絶縁体を含む
常温接合方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の常温接合方法において、
前記被覆部材は、前記活性化ビームが照射し得る面を被覆する層を含む
常温接合方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の常温接合方法において、
前記常温接合装置は、前記真空容器内に設けられ、ターゲットを保持するターゲット保持機構を更に具備し、
前記ターゲット保持機構は、複数のターゲットを配置可能な複数の領域を備え、
前記複数の領域のうち、ターゲットを配置しない領域に、前記第１材料の疑似ターゲットを配置する
常温接合方法。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の常温接合方法において、
前記ターゲット保持機構は、前記第１材料で形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆部材で前記活性化ビームの照射し得る面を覆われ、
前記常温接合方法は、
前記ビーム源で前記活性化ビームを照射する工程が、
前記ターゲットに前記ビーム源で活性化ビームを照射する工程を備え、
前記被接合面を前記圧接機構で重ね合わせて接合する工程が、
前記ターゲットの材料が付着した、前記第１基板および前記第２基板の前記被接合面を前記圧接機構で重ね合わせて接合する工程を備える
常温接合方法。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の常温接合方法において、
前記第１基板と前記第２基板との接合面に存在する前記不純物の存在密度は、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である
常温接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温接合装置および常温接合方法に関し、特に、真空雰囲気で活性化された表面を接触させることにより複数の基板を接合する常温接合装置および常温接合方法に関する。
【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。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。それに伴い、常温接合に対して、これまで接合した実績のない材料同士の接合や接合し難い材料同士の接合など、異種材料同士の接合の要求が出てきている。しかし、異種材料間ではエッチングレートや表面の酸化膜・吸着層の厚みが材料ごとに異なるため、一般的に異種材料同士は接合し難い。
【０００４】
常温接合において、接合し難い基板同士を接合するための技術として、基板の被接合面に他の物質を介在させて接合強度を向上させようとする手法が知られている。例えば、特開平６−９９３１７号公報（特許文献１）に接合方法が開示されている。この接合方法は、まず、超高純度雰囲気内で二つの接合面を粒子ビームで照射する。その後、再度、粒子ビームでいずれか一方の接合面をスパッタリングして他方の接合面へ超微粒子膜を形成する。そして、両接合面を重ね合わせてわずかに加圧して両接合面を接合する。
【０００５】
また、特開２００４−３３７９２７号公報（特許文献２）に基板接合方法が開示されている。この基板接合方法は、複数の基板同士を接合する方法である。この基板接合方法は、第１段階と第２段階とを備えている。第１段階は、真空中で各基板の接合面へ、不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス中性原子ビームと、金属イオンビームまたは金属中性原子ビームとを同時に照射して、不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス中性原子ビームによって基板表面が削り取られる作用と金属イオンビームまたは金属中性原子ビームによって金属原子が堆積する作用との均衡により、各基板の接合面上に１ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚の金属薄膜を形成する段階である。第２段階は、各基板の接合面同士を重ね合わせることによって前記金属薄膜を媒体として基板同士を表面活性化接合する段階である。
【０００６】
また、特許４１７２８０６号（特許文献３；ＵＳ２０１００００６６３（Ａ１））に常温接合方法が開示されている。この常温接合方法は、複数の基板を、中間層を介して常温で接合する方法である。この常温接合方法は、第１工程と第２工程とを備えている。第１工程は、複数のターゲットを物理スパッタリングすることによって、基板の被接合面上に中間層を形成する工程である。第２工程は、基板の被接合面を物理スパッタリングにより活性化する工程である。すなわち、この常温接合方法では、複数の種類の材料で構成されたターゲットにエネルギー線（例示：イオンビーム、原子ビーム）を照射し、その材料をスパッタリングすることにより、基板の被接合面上に中間層の膜を均一形成する。それにより、接合時の加熱が不要となり、常温にて十分な接合強度を有する接合が得られる。この場合、接合時に押圧や加熱が不要である。
【０００７】
一方、ＭＥＭＳデバイスや半導体デバイスの製造ラインでは、製造歩留まりや信頼性などの観点から、デバイス中への金属不純物の混入（金属汚染）を防止することが極めて重要である。そのため、製造工程において、デバイス中に存在する金属の飛散等により製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着して汚染される可能性をできる限り防止する必要がある。上記各常温接合方法では、何らかのビームを基板やターゲットに照射するが、そのビームの一部が基板やターゲット以外の真空容器内の他の部材に照射される可能性が考えらえる。その場合、そのような他の部材がスパッタリングされて、その部材の粒子が基板の被接合面や側面や中間層に付着する可能性が考えられる。その場合、部材は主に金属材料で形成されているので、意図していない部材からスパッタされた金属により、基板に金属不純物が付着する可能性がある。このような基板を用いた接合基板を、後段の製造ラインに流すことにより、製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着してしまう可能性がある。その結果、そのような金属不純物により、他のデバイスの機能が阻害される可能性がある。
【０００８】
また、ＭＥＭＳデバイスや半導体デバイスでは、同様の観点から、可能な限り中間層、特に金属の中間層の総量を減じたい、あるいは中間層の形成を部分的に防止したいという要求がある。特許文献３の方法では、中間層を形成するためにターゲットエッチングを行うエネルギー線と、基板の被接合面の表面をエッチングするエネルギー線とは同じである。したがって、中間層の総量を低減すべくエネルギー線のエネルギーを低下させると、被接合面の表面のエッチングも同時に弱くなる。すなわち、中間層の形成と被接合面のエッチングとを独立に制御することが困難であった。被接合面の表面のエッチングが弱くなり、活性化を十分に行えない場合、十分な接合強度が得られない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−９９３１７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７９２７号公報
【特許文献３】特許４１７２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制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、基板を常温接合する場合において、基板間に中間層を設ける場合に、中間層の形成と被接合面のエッチングとを独立に制御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、基板を常温接合する場合において、その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや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。
本発明のさらに他の課題は、基板を常温接合する場合において、その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明による常温接合装置は、真空容器（１）と、第１保持機構（３ａ）と、第２保持機構（３ｂ）と、ビーム源（６）と、圧接機構（５）とを具備している。第１保持機構（３ａ）は、真空容器（１）内に設けられ、第１基板（４）を保持する。第２保持機構（３ｂ）は、真空容器（１）内に設けられ、第２基板（４）を保持する。ビーム源（６）は、真空容器（１）に設けられ、第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面に照射される活性化ビームを出射する。圧接機構（５）は、真空容器（１）に設けられ、活性化ビームを照射された第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面を重ね合わせて接合する。真空容器（１）、第１保持機構（３ａ）、第２保持機構（３ｂ）、ビーム源（６）および圧接機構（５）のうちの少なくとも一つは、活性化ビーム（６）によりスパッタされ難い、または、前記被接合面に在っても前記第１基板（４）および前記第２基板（４）を接合して成るデバイスの機能を阻害しない第１材料で形成されている、または、第１材料を用いた被覆部材（５０、８１、９１）で活性化ビーム（６）の照射し得る面を覆われている。このような常温接合装置では、複数の部材（１、３ａ、３ｂ、６、５）のうちの少なくとも一つがスパッタされて、そのスパッタ粒子が基板に付着する、という現象を抑制することができる。または、そのスパッタ粒子が基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子をデバイスの機能を阻害しない材料に制限することができる。それにより、そのスパッタ粒子に含まれるデバイスの機能を阻害する材料（例示：金属不純物）が接合基板に残存することを抑制することができる。その結果、その接合基板を用いるデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上できると共に、そのデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。ここで、スパッタされ難い材料とは、例えばアルゴン（Ａｒ）でスパッタする場合、アルゴンスパッタ収率が相対的に低い材料（アルゴンスパッタ収率が予め設定された所定の基準値よりも低い材料）である。デバイスの機能を阻害しない材料とは、接合面に存在しても、デバイスの電気的、磁気的又は光学的機能を低下させたり阻害したりすることがない材料である。被覆部材は、照射し得る面の前に、当該面に沿って設けられた部材であり、薄板状の部材や薄膜状の部材に例示され、当該面に密接していても良いし、離間していても良い。
【００１３】
本発明の常温接合装置において、第１材料は、第１基板（４）の主成分の元素を主成分として含むことが好ましい。このような常温接合装置では、ターゲットを除く複数の部材のうちの少なくとも一つがスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００１４】
本発明の常温接合装置において、第１基板（４）はシリコン基板であり、第１材料は酸化シリコンを主成分として含むことが好ましい。このような常温接合装置では、接合基板にシリコン基板を用いている場合に、スパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。ただし、第１材料としての酸化シリコンは、石英を含む。
【００１５】
本発明の常温接合装置において、第１基板（４）はサファイア基板であり、第１材料は酸化アルミニウムを主成分として含むことが好ましい。このような常温接合装置では、接合基板にサファイア基板を用いている場合に、スパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。ただし、第１材料としての酸化アルミニウムは、サファイアを含む。
【００１６】
本発明の常温接合装置において、第１材料は、絶縁体を含むことが好ましい。このような常温接合装置では、ターゲットを除く複数の部材のうちの少なくとも一つがスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００１７】
本発明の常温接合装置において、被覆部材は、活性化ビーム（６）が照射し得る面を被覆する層を含むことが好ましい。このような常温接合装置では、被覆層は、何らかの部材を用いる場合と比較して、当該部材を設置する領域が不要になるので、装置内部の領域を他の用途に有効に用いることができる。被覆部材は、当該面に直接コーティング（成膜）した層や、当該面に材料を拡散させた拡散層に例示される。
【００１８】
本発明の常温接合装置は、真空容器（１）内に設けられ、ターゲット（７）を保持するターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）をさらに具備することが好ましい。ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）は、複数のターゲット（１１〜１５）を配置可能な複数の領域を備えることが好ましい。複数の領域のうち、ターゲット（１２〜１４）を配置しない領域に、第１材料の疑似ターゲット（１１、１５）を配置することが好ましい。このような常温接合装置では、中間層を形成するための複数のターゲット（１１〜１５）の面積や組成を調整することにより、ビーム源（６）の活性化ビームの条件を変化させずに、中間層の膜厚や組成を変化させることができる。それにより、活性化ビームによる基板のエッチング条件とは独立して、所望の特性を有する中間層を形成することができる。加えて、ターゲット保持機構におけるターゲットが配置されていない領域がスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着する、という現象を抑制することができる。
【００１９】
本発明の常温接合装置において、ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）は、第１材料で形成されている、または、第１材料を用いた被覆部材（８１）で前記活性化ビーム（６）の照射し得る面を覆われていることが好ましい。ビーム源（６）は、第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面並びにターゲット（７）に照射される活性化ビームを出射することが好ましい。圧接機構（５）は、ターゲットの材料が付着した第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面を重ね合わせて接合することが好ましい。このような常温接合装置では、ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）がスパッタされて、そのスパッタ粒子が基板に付着する、という現象を抑制することができる。または、そのスパッタ粒子が基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子をデバイスの機能を阻害しない材料に制限することができる。
【００２０】
本発明の常温接合装置において、第１基板（４）と第２基板（４）との接合面に存在する不純物の存在密度は、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満であることが好ましい。このような常温接合装置では、意図しない部材がスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着することを抑制できるので、その接合面の不純物を低く抑制することができる。
【００２１】
本発明による常温接合方法は、真空容器（１）と、真空容器（１）内に設けられた第１保持機構（３ａ）と、真空容器（１）内に設けられた第２保持機構（３ｂ）と、真空容器（１）に設けられ、活性化ビームを出射するビーム源（６）と、真空容器（１）に設けられた圧接機構（５）とを具備し、真空容器（１）、第１保持機構（３ａ）、第２保持機構（３ｂ）、ビーム源（６）および圧接機構（５）のうちの少なくとも一つは、活性化ビーム（６）によりスパッタされ難い、または、前記被接合面に在っても前記第１基板（４）および前記第２基板（４）を接合して成るデバイスの機能を阻害しない第１材料で形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆部材（５０、８１、９１）で活性化ビーム（６）の照射し得る面を覆われている常温接合装置を準備する工程と、第１基板（４）を第１保持機構（３ａ）で保持し、第２基板（４）を第２保持機構（３ｂ）で保持する工程と、第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面にビーム源（６）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（４）および第２基板（４）の被接合面を圧接機構（５）で重ね合わせて接合する工程とを具備している。このような常温接合方法では、ビーム源（６）で活性化ビームを照射する工程において、複数の部材（１、３ａ、３ｂ、６、５）のうちの少なくとも一つがスパッタされて、そのスパッタ粒子が基板に付着する、という現象を抑制することができる。または、そのスパッタ粒子が基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子をデバイスの機能を阻害しない材料に制限することができる。それにより、そのスパッタ粒子に含まれるデバイスの機能を阻害する材料が接合基板に残存することを抑制することができる。その結果、その接合基板を用いるデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上できると共に、そのデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【００２２】
本発明の常温接合方法において、第１材料は、第１基板の主成分の元素を主成分として含むことが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット（７）に活性化ビームを照射する工程において、ターゲットを除く複数の部材のうちの少なくとも一つのスパッタ粒子が中間層や基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００２３】
本発明の常温接合方法において、第１基板（４）は、シリコン基板であり、第１材料は、酸化シリコンを主成分として含むことが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット（７）に活性化ビームを照射する工程において、接合基板にシリコン基板を用いている場合に、スパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００２４】
本発明の常温接合方法において、第１基板（４）は、サファイア基板であり、第１材料は、酸化アルミニウムを主成分として含むことが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット（７）に活性化ビームを照射する工程において、接合基板にサファイア基板を用いている場合に、スパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００２５】
本発明の常温接合方法において、第１材料は、絶縁体を含むことが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット（７）に活性化ビームを照射する工程において、ターゲットを除く複数の部材のうちの少なくとも一つがスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子によるデバイスへの影響を小さく抑えることができる。
【００２６】
本発明の常温接合方法において、被覆部材は、活性化ビーム（６）が照射し得る面を被覆する層を含むことが好ましい。このような常温接合方法では、被覆層は、何らかの部材を用いる場合と比較して、当該部材を設置する領域が不要になるので、装置内部の領域を他の用途に有効に用いることができる。
【００２７】
本発明の常温接合方法において、常温接合装置は、真空容器（１）内に設けられ、ターゲット（７）を保持するターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）を更に具備していることが好ましい。ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）は、複数のターゲット（１１〜１５）を配置可能な複数の領域を備えることが好ましい。複数の領域のうち、ターゲット（１２〜１４）を配置しない領域に、第１材料の疑似ターゲット（１１、１５）を配置することが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲットに活性化ビームを照射する工程において、中間層を形成するための複数のターゲット（１１〜１５）の面積や組成を調整することにより、ビーム源（６）の活性化ビームの条件を変化させずに、中間層の膜厚や組成を変化させることができる。それにより、活性化ビームによる基板のエッチング条件とは独立して、所望の特性を有する中間層を形成することができる。加えて、ターゲット保持機構におけるターゲットが配置されていない領域がスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着する、という現象を抑制することができる。
【００２８】
本発明の常温接合方法において、ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）は、第１材料で形成されている、または、第１材料を用いた被覆部材（８１）で活性化ビーム（６）の照射し得る面を覆われていることが好ましい。常温接合方法は、ビーム源（６）で活性化ビームを照射する工程が、ターゲット（７）にビーム源（６）で活性化ビームを照射する工程を備えていることが好ましい。被接合面を圧接機構（５）で重ね合わせて接合する工程が、ターゲットの材料が付着した、第１基板（４）および第２基板（４）の被接合面を圧接機構（５）で重ね合わせて接合する工程を備えることが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット保持機構（８ａ、８ｂ）がスパッタされて、そのスパッタ粒子が基板に付着する、という現象を抑制することができる。または、そのスパッタ粒子が基板に付着したとしても、そのスパッタ粒子をデバイスの機能を阻害しない材料に制限することができる。
【００２９】
本発明の常温接合方法において、第１基板（４）と第２基板（４）との接合面に存在する不純物の存在密度は、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満であることが好ましい。このような常温接合方法では、ターゲット（７）に活性化ビームを照射する工程において、意図しない部材がスパッタされて、そのスパッタ粒子が中間層や基板に付着することを抑制できるので、その接合面の不純物を低く抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制することが可能となる。基板間に中間層を設ける場合に、中間層の形成と被接合面のエッチングとを独立に制御することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、第１の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２】図２は、実施の形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係るターゲット保持基板の構成の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る常温接合方法で製造されたデバイスの一例を示す側面図である。
【図５】図５は、第２の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６Ａ】図６Ａは、第３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６Ｂ】図６Ｂは、被覆層の一例を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ターゲット保持基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、ターゲット保持基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第４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８Ｂ】図８Ｂは、被覆層の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、実施例の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明に係る常温接合装置および常温接合方法の実施の形態について説明する。
【００３３】
（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１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である。常温接合装置は、真空容器１と排気装置２と原子ビーム源６とを具備している。真空容器１は、内部を真空に排気可能な容器である。真空容器１は、例えばステンレス製であり、直方体状又は円筒形状を有する。排気装置２は、この真空容器１の側面の一つに設けられている。排気装置２は、その真空容器１の内部の気体を排気する。図１ではその排気装置２の排気口が円形（破線）で描かれている。排気装置は、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとの組合せに例示される。原子ビーム源６は、この真空容器１の側面の他の一つに設けられている。原子ビーム源６は、高速原子ビーム（例示：ＦＡＢ（Ｆａｓｔ  Ａｔｏｍ  Ｂｅａｍ）；ガス種：アルゴンＡｒ、ネオンＮｅ、クリプトンＫｒ、キセノンガスＸｅなど）を生成し、当該側面の他の一つに設けられた開口部（出射口）１６からその高速原子ビームを真空容器１内に出射する。なお、原子ビーム源６は複数個あっても良い。
【００３４】
真空容器１は、さらに、位置決めステージキャリッジ３ａおよび位置合わせ機構１７を備えている。位置決めステージキャリッジ３ａおよび位置合わせ機構１７は、例えばステンレス製である。位置決めステージキャリッジ３ａは、板状に形成されている。位置決めステージキャリッジ３ａは、真空容器１の内部に配置され、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行な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３ａは、カートリッジ（図示されず）に載置された状態で基板４が搬送されてきたとき、基板（またはウェハ）４が載せられたカートリッジを保持することにより、その基板４を保持する。位置合わせ機構１７は、位置決めステージキャリッジ３ａが水平方向に平行な方向に平行移動するように、または、位置決めステージキャリッジ３ａが鉛直方向に平行な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３ａを移動させる。
【００３５】
真空容器１は、さらに、圧接機構５および静電チャック３ｂを備えている。圧接機構５は、例えばステンレス製である。静電チャック３ｂは、真空容器１の内部に配置され、位置決めステージキャリッジ３ａの鉛直上方に配置されている。静電チャック３ｂは、鉛直方向に平行移動可能に真空容器１に支持されている。静電チャック３ｂは、誘電層から形成されている。静電チャック３ｂは、鉛直方向に概ね垂直に配置される平坦な面が下端に形成されている。静電チャック３ｂは、さらに、その誘電層の内部に配置される内部電極を備えている。静電チャック３ｂは、その内部電極に所定の印加電圧が印加される。それにより、静電チャック３ｂは、その誘電層の平坦な面の近傍に配置される基板（またはウェハ）４を静電力によって保持する。
【００３６】
圧接機構５は、真空容器１に対して鉛直方向（図中、矢印１８）に静電チャック３ｂを平行移動させる。圧接機構５は、例えば、複数の所定位置のうちの１つの位置に静電チャック３ｂを配置する。圧接機構５は、さらに、静電チャック３ｂが配置される位置を測定して出力する。圧接機構５は、さらに、静電チャック３ｂにより保持された基板４に印加される荷重を測定して出力する。圧接機構５は、さらに、その下面が位置合わせ機構１７の上面に接触した時、位置合わせ機構１７に対して負荷を掛けることができる。したがって、圧接機構５は、その下面の静電チャック３ｂに保持された上側の基板４が、位置合わせ機構１７の上面の位置決めステージキャリッジ３ａに保持された下側の基板４に接触した時、上側の基板４を介して下側の基板４に対して負荷を掛けることができる。
【００３７】
真空容器１は、さらに、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、ターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えている。ターゲット保持基板８ａは、位置決めステージキャリッジ３ａの原子ビーム源６側の水平方向横に設けられている。ターゲット移動機構４０ａは、ターゲット保持基板８ａを、鉛直方向（１９）および水平方向（２２）に移動可能に保持し、さらに、原子ビーム源６の開口部１６に対する向き、基板４に対する向きを変更可能（２３）に保持している。ターゲット保持基板８ｂは、静電チャック３ｂの原子ビーム源６側の水平方向横に設けられている。同様に、ターゲット移動機構４０ｂは、ターゲット保持基板８ｂを、鉛直方向（１９）および水平方向（２２）に移動可能に保持し、さらに、原子ビーム源６の開口部１６に対する向き、基板４に対する向きを変更可能（２３）に保持している。ターゲット保持基板８ａ、８ｂは、ターゲット移動機構４０ａ、４０ｂにより、少なくとも原子ビーム源６からの高速原子ビーム９が、ターゲット７の被照射面と交わらない位置まで移動できる。
【００３８】
ターゲット７は、ターゲット保持基板８ａの上面、および、ターゲット保持基板８ｂの下面に載置されている。ターゲット７は、板状のバルク形状を有している。ターゲット７の材料としては、上側の基板４と下側の基板４とを接合するとき、両基板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、両基板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。原子ビーム源６から出射する高速原子ビームの向きを変更することは機構が複雑になるので、該向きはほぼ固定とし、ターゲット保持基板８ａ、８ｂの位置および向きをターゲット移動機構４０ａ、４０ｂで変えることによって、基板面上に形成する中間層の基板面方向厚さの均一性、および中間層を構成する材料の濃度の均一性を制御する。
【００３９】
図２は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示す斜視図である。この図に示すように、常温接合装置は、さらに、原子ビーム源６の正面の位置に、ターゲット保持基板８ｃ（ターゲット７を含む）を設置してもよい。原子ビーム源６から出射する高速原子ビーム９は、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、８ｃに載置されたターゲット７へ入射する。ターゲット７からは、ターゲット７の材料がスパッタリングされて出射し、位置決めステージキャリッジ３ａ上の基板４と静電チャック３ｂ上の基板４に対するスパッタ粒子１０となる。
【００４０】
さらに、ターゲット７に入射しない高速原子ビーム９は、基板４に直接入射して、その表面をスパッタエッチングする。したがって、このとき、基板４の被接合面では、ターゲット７からのスパッタ粒子１０の堆積と、スパッタエッチングによる表面の活性化とが同時に行なわれることになる。すなわち、表面の清浄化と中間層の形成という二つの反応が同時に進行する。それにより、極めて清浄で高い活性を有する中間膜を形成することができる。
【００４１】
この場合、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ（ターゲット７を含む）は、原子ビーム源６の中心軸線９ａ上には無い。ただし、原子ビーム源６の中心軸線９ａは、原子ビーム源６の開口部１６の中心１６ａから、開口部１６の面に垂直な方向（水平方向）に延びる軸である。一方、ターゲット保持基板８ｃ（ターゲット７を含む）は、その中心軸線９ａの正面にあってもよい。
【００４２】
なお、図１、図２においては、基板４の搬入、搬出については図示していない。例えば、真空容器１にゲートバルブを介して連通して設置したロードロック室を設ける。そして、そのロードロック室に設けられたロボットアームを利用して、位置決めステージキャリッジ３ａ、静電チャック３ｂへの基板４の設置および取り外しを行えばよい。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係るターゲット保持基板８（８ａ、８ｂ、８ｃ）の構成の一例を示す平面図である。ターゲット保持基板８上には、一つのターゲットを配置可能な領域の代わりに、複数のターゲットを配置可能な複数の領域が設けられている。この図の例では、５つの領域である。そして、一つのターゲット７の代わりに、その複数の領域に複数のターゲット１１〜１５が配置されている。複数のターゲット１１〜１５は、同じ材料（例示：元素、化合物、合金）であっても良いし、互いに異なる材料であっても良い。その複数の領域の面積は全て同一である必要はない。このようなターゲット保持基板８および複数のターゲット１１〜１５を用いると、ターゲットの面積とターゲットの組成とから、中間層の組成を所望の組成に制御することができる。
【００４４】
特に、原子ビーム源６から送出する高速原子ビームの条件を一定としたい場合、すなわち、基板４のスパッタエッチングの条件を一定としたい場合が考えられる。そのような場合でも、所望の特性を有する中間層を形成する方法として、以下の方法を採ることができる。中間層の膜厚については、例えば、ターゲットの面積で調整することができる。すなわち、複数の領域の全てにターゲットを配置することで最大の膜厚が得られ、複数の領域のうちの最小の領域のみにターゲットを配置することで最小の膜厚が得られる。また、中間層の組成については、複数の領域に配置されたターゲットに含まれる材料の全体的な組成で調整することができる。
【００４５】
このように、中間層を形成するためのターゲットの面積や組成を調整することにより、原子ビーム源６の高速原子ビームの条件を変化させずに、中間層の膜厚や組成を変化させることができる。それにより、高速原子ビームによる基板のエッチング条件とは独立して、所望の特性を有する中間層を形成することができる。
【００４６】
ここで、必要とされる中間層の特性（組成、膜厚等）から、複数の領域の全てにターゲットを配置する必要の無い場合が考えらえる。例えば、図３の場合、ターゲット１２、１３、１４が必要であるが、ターゲット１１、１５は必要が無い場合が考えられる。この場合、ターゲット１１、１５を取り除くことは可能であるが、ターゲット保持基板８の露出領域が大きくなってしまう。ターゲット１１、１５を取り除いても、その露出領域に高速原子ビームが照射されることに変わりはないため、露出面積が大きくなる分だけ、ターゲット保持基板８の材料がスパッタされる可能性は高くなる。そうなると、そのスパッタされた粒子は、金属不純物として、上側の基板４や下側の基板４に堆積する可能性がある。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、ターゲット保持基板８上に、ターゲット１１、１５として、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた疑似的なターゲットを配置する。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料とは、例えば、高速原子ビームのガス種がアルゴンＡｒの場合、アルゴンＡｒスパッタ収率が、ターゲット１２〜１４と比較して相対的に低い材料である。例えば、ターゲット１２〜１４が金属材料の場合、絶縁体材料やセラミックス材料に例示される。絶縁体材料としては、酸化シリコン（石英を含む）や酸化アルミニウム（サファイアを含む）に例示される。そのターゲット１２〜１４が金属材料の場合、その金属材料よりもエッチングされにくい金属材料であってもよい。そのような金属材料としては、イットリウム、タングステンに例示される。
【００４８】
あるいは、本実施の形態では、ターゲット保持基板８上に、ターゲット１１、１５として、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料を用いた疑似的なターゲットを配置してもよい。ただし、デバイスにおける機能を阻害しない材料とは、デバイスの電気的、磁気的、光学的な機能への影響が低い材料である。そのような材料としては、絶縁体材料や、基板４の主成分の元素を主成分として含む材料が例示される。ただし、主成分とは、材料中で最も割合の高い成分のことである。絶縁体材料としては、酸化シリコン（石英を含む）や酸化アルミニウム（サファイアを含む）。また、基板４の主成分の元素を主成分として含む材料としては、基板４がシリコンの場合、シリコンや酸化シリコンに例示され、基板４がサファイアの場合にはアルミニウムや酸化アルミニウムに例示される。
【００４９】
ターゲット保持基板８において、ターゲットを配置する必要の無い領域に、擬似的なターゲットとして高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料や、デバイスにおける機能を阻害しない材料を用いることで、接合面の不純物を低減したり、その影響を低減したりすることが可能になる。なお、ターゲット保持基板８（８ａ、８ｂ、８ｃ）そのものについても、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料や、デバイスにおける機能を阻害しない材料を用いてもよい。その場合にも、より接合面の不純物を低減したり、その影響を低減したりすることが可能になる。
【００５０】
次に、本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。
以上のように構成された常温接合装置を準備する。ただし、ターゲットはターゲット１１〜１５（図３）を用いる。なお、この例では、ターゲット保持基板８ｃは用いないこととする。また、ターゲット保持基板８ａ、８ｂとターゲット１１〜１５とは予め設置されているとする。
【００５１】
接合に使用される２枚の基板４は、真空排気されたロードロック室（図示されず）に予め搬入されている。その接合に使用される２枚の基板４は、カートリッジ（図示されず）に載置された状態で搬送手段（図示されず）によって、ゲートバルブ（図示されず）を介して、真空排気された真空容器１の中に搬送される。そして、カートリッジに載置された状態で１枚の基板４が静電チャック３ｂの下面に載置される。静電チャック３ｂは、静電力により、その基板４を保持する。このとき、圧接機構５の下面は、位置決めステージキャリッジ３ａの上面よりも重力方向において上の位置にある。空になったカートリッジは、前記搬送手段によりロードロック室に搬出される。また、カートリッジに載置された状態で他の１枚の基板４が位置決めステージキャリッジ３ａの上面に載置される。位置決めステージキャリッジ３ａは、その基板４が載せられたカートリッジを保持することにより、その基板４を保持する。
【００５２】
２枚の基板４を載置した後、ゲートバルブを閉じて、排気装置２を用い、真空容器１を所定の真空度にする。その後、原子ビーム源６を起動し、高速原子ビーム９を出射する。高速原子ビーム９はターゲット１１〜１５に入射し、ターゲット１２〜１４を構成している元素をスパッタする。それらターゲット１２〜１４からのスパッタ粒子１０は、基板４上に堆積し、中間層を形成する。このとき、ターゲット１１、１５は、例えば高速原子ビームでスパッタされ難い材料で形成されている場合、ターゲット１１、１５を構成している元素はほとんどスパッタされない。それらターゲット１１、１５のスパッタ粒子は極めて少ないので、基板４へほとんど到達せず、中間層を汚染することはほとんどない。
【００５３】
一方、これらの工程と並行して、ターゲット１１〜１５に入射しない高速原子ビーム９が基板４の被接合面に入射して、その表面をスパッタエッチングする。このとき、被接合面では、ターゲット１２〜１４からのスパッタ粒子１０の堆積と、スパッタエッチングによる表面の活性化とが同時に行なわれることになる。堆積と活性化との作用の大小は、ターゲット１２〜１４の材質や配置、原子ビーム源６からの高速原子ビーム９の強弱、および中心軸線９ａに垂直方向のエネルギー密度分布に依存する。したがって、それらの設定により、堆積がスパッタエッチングを上回り、所望の膜厚の中間層が形成されるように調整する。なお、スパッタエッチングとは、ある対象物に何らかのエネルギー線を照射することによってスパッタリングを生じさせ、その結果、照射された部分が物理的に削られることである。
【００５４】
堆積および活性化の終了後、原子ビーム源６を停止し、高速原子ビームの出射を止める。その後、圧接機構５を駆動し、圧接機構５の下面を位置合わせ機構１７の上面に近づける。上側の基板４および下側の基板４の被接合面同士が接したら、圧接機構５に所定の負荷を印加し、そのまま所定の時間その負荷印加を維持する。所定の時間経過後、基板４と静電チャック３ｂとの固定を解除した後、圧接機構５を駆動し、圧接機構５の下面を位置合わせ機構１７の上面から離す。そうすると、位置決めステージキャリッジ３ａの上に、中間層を介して接合された基板４が残る。図４は、本実施の形態に係る常温接合方法で製造されたデバイスの一例を示す側面図である。２枚の基板４が中間層２０を介して接合されている。この時、中間層の形成に使用しないターゲット１１、１５は、例えば高速原子ビームでスパッタされ難い材料で形成されているので、その材料が中間層に混入することはない。
【００５５】
その後、その接合された基板４を、カートリッジと共に搬送手段によってロードロック室へ搬出する。その後、その接合された基板４を、常温接合装置外へ取り出す。必要に応じて、新たな基板をロードロック室へ設置し、同じ方法によって常温接合を行なう。
【００５６】
以上のようにして常温接合すると、複数種類の材料（例示：ターゲット１２〜１４）を中間層２０の材料として基板４の被接合面へ混在させて、且つ均一に形成することができる。その結果、常温接合方法においては従来必要であった加熱および過度の押圧が不要となり、接合し難かった基板を接合できる。なお、ターゲット保持基板８ｃを用いた場合にも同様な方法で、同様の効果を奏することができる。
【００５７】
本実施の形態では、中間層２０の形成に使用しない領域（例示：ターゲット１１、１５）を、例えば高速原子ビームでスパッタされ難い材料で形成することで、その領域の材料が中間層に混入することを抑制することができる。あるいは、上記本実施の形態では、中間層２０の形成に使用しない領域（例示：ターゲット１１、１５）を、例えばバイスにおける機能を阻害しない材料で形成することで、その領域の材料に中間層が混入してもデバイスの機能に影響しないようにすることができる。
【００５８】
本実施の形態では、さらに、中間層を形成するためのターゲット（１２〜１４）の材料と中間層を形成するために使用されない擬似的なターゲット（１１、１５）の材料の配置や面積を調整することにより、原子ビーム源６の高速原子ビームの条件を変化させずに、中間層の膜厚や組成を変化させることができる。それにより、高速原子ビームによる基板４のエッチング条件とは独立して、デバイスに要求される光学特性、電気・電磁特性（絶縁性）などの物理特性を制御された中間層２０を形成することができる。
【００５９】
本実施の形態では、接合基板（その中間層を含む）へ、ターゲット保持基板８の金属元素が不純物として混入することを抑制することができる。すなわち、製造工程において、デバイス中に存在する金属の飛散等により製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着して汚染される可能性を抑制することができる。それにより、接合基板を、後段の製造ラインに流しても、製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着することがなく、他のデバイスの機能を阻害することをなくすることができる。
【００６０】
本実施の形態により、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制することが可能となる。基板間に中間層を設ける場合に、中間層の形成と被接合面のエッチングとを独立に制御することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
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。第２の実施の形態では、真空容器１の内面に、所定の特性を有する被覆部材５０を設けている点で、第１の実施の形態と相違する。以下では、第１の実施の形態と相違する点について主に説明する。
【００６２】
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である。本実施の形態では、常温接合装置の真空容器１は、その内面が、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた被覆部材５０、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料を用いた被覆部材５０で覆われている。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、および、デバイスにおける機能を阻害しない材料については、第１の実施の形態で記載したとおりである。
【００６３】
例えば、真空容器１が直方体形状の場合、被覆部材５０は、真空容器１の内側の上下の二表面および前後左右の四表面の合計六表面を覆うように、真空容器１の内部に設けられている。被覆部材５０は、真空容器１の内部に、それら六表面の近傍またはそれら六表面に接して設けられている。あるいは、例えば、真空容器１が円筒形状（上下が平面）の場合、被覆部材５０は、真空容器１の内側の上下の二表面および側方の円筒曲面の合計三表面を覆うように、真空容器１の内部に設けられている。被覆部材５０は、真空容器１の内部に、それら三表面の近傍またはそれら三表面に接して設けられている。なお、被覆部材５０は、薄板状の部材や薄膜状の部材に例示され、各内面に密接していても良いし、離間していても良い。また、被覆部材５０は、真空容器１から脱着・交換可能にも受けてもよい。また、被覆部材５０は、各面に直接コーティング（成膜）した層や、当該面に材料を拡散させた拡散層であってもよい。
【００６４】
真空容器１の内面を覆う被覆部材５０を設けていない場合、高速原子ビームの一部が真空容器１の内面に達し、真空容器１の内側がスパッタエッチングされて、その真空容器１の材料が中間層に取り込まれたり、基板４に付着したりする、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、被覆部材５０が真空容器１の内面を覆っているので、高速原子ビームの一部が真空容器１の内面に達することがなくなる。それにより、真空容器１の内側がスパッタエッチングされて、その真空容器１の材料が中間層に取り込まれたり、基板４に付着したりする、という状況を回避することができる。
【００６５】
また、常温接合装置では、ターゲットのスパッタを繰り返すことで、真空容器１の内側の表面に、中間ターゲットの材料などによる被覆膜が形成される。その被覆膜は、厚くなると、剥がれ易くなり、中間層に混入する状況が起こり得る。しかし、本実施の形態では、被覆部材５０を真空容器１から脱着・交換可能に設計することで、上記効果を維持しつつ、その被覆膜が厚くなって剥がれ易くなり、中間層に悪影響を与えることを防止することも可能となる。
【００６６】
本実施の形態の常温接合装置の構成の他の部分については、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６７】
次に、本実施の形態に係る常温接合方法（常温接合装置の動作）に関しては、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態では、被接合物のスパッタリングが行われる環境である真空容器１の内面を、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料で覆う。それにより、真空容器１の構成材料（例示：ステンレス、アルミなど）が中間層の供給源となることを防止することができる。すなわち、バックグラウンドのスパッタを防止することにより、目的とする複数のターゲット材による接合用中間層の形成の制御性をより向上させることが可能となる。
【００６９】
本実施の形態では、接合基板（その中間層を含む）へ、真空容器１の金属元素が不純物として混入することを防止することができる。すなわち、製造工程において、デバイス中に存在する金属の飛散等により製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着して汚染される可能性を抑制することができる。それにより、接合基板を、後段の製造ラインに流しても、製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着することがなく、他のデバイスの機能を阻害することをなくすることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態の常温接合装置は、ターゲット７（または１１〜１５）、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、及びターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えていなくても良い。その場合、上側の基板４と下側の基板４とを常温接合させる場合、中間層を用いず、両基板の被接合面を高速原子ビームでスパッタして清浄化させて常温接合させる。この場合にも、真空容器１の内面を覆う被覆部材５０を設けていない場合には、高速原子ビームの一部が真空容器１の内面に達し、真空容器１の内側がスパッタエッチングされて、その真空容器１の材料が基板４の被接合面に付着する、という状況が考えられる。しかし、上述のように、被覆部材５０が真空容器１の内面を覆っているので、高速原子ビームの一部が真空容器１の内面に達することがなくなる。それにより、ターゲット７（または１１〜１５）、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、及びターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えていない場合でも、真空容器１の内側がスパッタエッチングされて、その真空容器１の材料が基板４に付着する、という状況を回避することができる。
【００７１】
本実施の形態により、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
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。第３の実施の形態では、真空容器１内の各構成が所定の特性を有する材料で形成されている、または、その材料を用いた被覆部材で活性化ビームの照射し得る面を覆われている点で、第１の実施の形態と相違する。以下では、第１の実施の形態と相違する点について主に説明する。
【００７３】
図６Ａ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である。本実施の形態では、常温接合装置の真空容器１内の構成である位置決めステージキャリッジ３ａ、位置合わせ機構１７、圧接機構５、静電チャック３ｂ、ターゲット移動機構４０ａ、４０ｂは、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料で形成されている。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、および、デバイスにおける機能を阻害しない材料については、第１の実施の形態で記載したとおりである。
【００７４】
あるいは、常温接合装置の真空容器１内の構成である位置決めステージキャリッジ３ａ、位置合わせ機構１７、圧接機構５、静電チャック３ｂ、ターゲット移動機構４０ａ、４０ｂは、それらの外面が、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料を用いた被覆層で高速原子ビームの照射し得る面を覆われている。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、および、デバイスにおける機能を阻害しない材料については、第１の実施の形態で記載したとおりである。
【００７５】
図６Ｂは、その被覆層の一例を模式的に示す断面図である。位置決めステージキャリッジ３ａ、位置合わせ機構１７、圧接機構５、静電チャック３ｂ、ターゲット移動機構４０ａ、４０ｂは、本体部分の部材８２（例示：ステンレス、アルミニウム）を、被覆層８１（高速原子ビームでスパッタされ難い材料、デバイスにおける機能を阻害しない材料）が被覆する構造を備えている。被覆層８１は、第２の実施の形態の被覆部材５０とみなすことができる。被覆層８１は、本体部分の部材８２に上記材料を直接コーティング（成膜）して形成した層や、本体部分の部材８２に上記材料を拡散させた拡散層に例示される。
【００７６】
図７Ａは、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示す斜視図である。この図に示すように、常温接合装置は、さらに、原子ビーム源６の正面の位置に、ターゲット保持基板８ｃ（ターゲット７を含む）を円弧状に複数個設置してもよい。ターゲット保持基板８ｃは、基板４（円形）の周方向を囲むように配置されている。ターゲット保持基板８ｃの一つ一つは、湾曲した形状を有してもよい。さらに、ターゲット保持基板８ａ、８ｂをそれぞれ複数個接地してもよい。このように、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、８ｃをそれぞれ複数個設置することによって、スパッタリングされるターゲット７の範囲が１枚のときよりも広くなるので、上側の基板４および下側の基板４の被接合面の領域を十分に覆うように、ターゲット７のスパッタ粒子が被接合面に入射できる。よって、両基板４の被接合面上に中間層をより均等に形成できる。また、両基板４の周囲をターゲット７で物理的に囲むことによって、真空容器１の内面や他の構成等、他の部分からの、中間層としては不要な材料の混入を抑制することができる。
【００７７】
図７Ｂは、ターゲット保持基板８ａ、８ｂの一例を模式的に示す断面図である。図７Ｂに示すように、ターゲット保持基板８ａ、８ｂの被照射面の形状は、原子ビーム源６から被照射面に入射する高速原子ビーム９の射線が、ターゲット７上の各部分において正反射した場合に、反射した射線が、基板４の被接合面に向かって互いに平行となるように曲面形状を有していることが好ましい。それにより、基板４の面方向の中間層の厚さ分布を緩和することができる。また、図７Ｃは、ターゲット保持基板８ｃの一例を模式的に示す断面図である。図７Ｃに示すように、ターゲット保持基板８ｃの被照射面は、基板４の半周分を囲むように複数、かつ、基板４の被接合面に対して垂直方向に配置する。基板４の被接合面を周方向から挟む構成でターゲットを配置することによって、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ上のターゲット７からより遠い基板４の被接合面の領域にもスパッタ粒子が入射し、中間層が被接合面により均等に形成できる。
【００７８】
真空容器１内の各構成が所定の材料で形成されていない場合や、各構成の表面に被覆層８１を設けていない場合、高速原子ビームの一部がそれら各構成に達し、それら各構成がスパッタエッチングされて、それら各構成の材料が中間層に取り込まれる、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、それら各構成が所定の材料で形成されていたり、各構成の表面に被覆層８１が設けられたりしている。そのため、高速原子ビームの一部が各構成の表面に達しても、その表面がスパッタエッチングされず、または、エッチングされてもデバイスへの悪影響を回避することができる。
【００７９】
本実施の形態の常温接合装置の構成の他の部分については、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８０】
次に、本実施の形態に係る常温接合方法（常温接合装置の動作）に関しては、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８１】
基板４を物理スパッタするとき、基板４の支持部材（位置決めステージキャリッジ３ａ、位置合わせ機構１７、圧接機構５、静電チャック３ｂ）は接合環境中で最も基板４に近い位置に配置されている。したがって、本実施の形態により、これらの支持部材がスパッタターゲットとなって被接合面に形成される中間層に取り込まれるという現象を防止することができる。それにより、目的とする複数のターゲット材による接合用中間層の形成の制御性をより向上させることが可能となる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、位置決めステージキャリッジ３ａ、位置合わせ機構１７、圧接機構５、静電チャック３ｂ、およびターゲット移動機構４０ａ、４０ｂのうちの少なくとも一つが、上記のような構成を有していれば、効果の大きさは異なるが、上記の効果を奏することができる。すなわち、少なくとも一つが、高速原子ビームでスパッタされ難い材料を用いた材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料で形成されている、または、その材料を用いた被覆層で高速原子ビームの照射し得る面を覆われていれば、中間層等での不純物低減効果がある。それにより、高速原子ビームの一部が各構成の表面に達しても、その表面がスパッタエッチングされず、または、エッチングされてもデバイスへの悪影響を回避することができる。
【００８３】
本実施の形態では、接合基板（その中間層を含む）へ、真空容器１内の各構成の金属元素が不純物として混入することを防止することができる。すなわち、製造工程において、デバイス中に存在する金属の飛散等により製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着して汚染される可能性を抑制することができる。それにより、接合基板を、後段の製造ラインに流しても、製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着することがなく、他のデバイスの機能を阻害することをなくすることができる。
【００８４】
なお、本実施の形態の常温接合装置は、ターゲット７（または１１〜１５）、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、及びターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えていなくても良い。その場合、上側の基板４と下側の基板４とを常温接合させる場合、中間層を用いず、両基板の被接合面を高速原子ビームでスパッタして清浄化させて常温接合させる。このとき、真空容器１内の各構成が所定の材料で形成されていない場合や、各構成の表面に被覆層８１を設けていない場合には、高速原子ビームの一部がそれら各構成に達し、それら各構成がスパッタエッチングされて、それら各構成の材料が基板４の被接合面に取り込まれる、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、それら各構成が所定の材料で形成されていたり、各構成の表面に被覆層８１が設けられたりしている。そのため、ターゲット７（または１１〜１５）、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、及びターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えていない場合であっても、高速原子ビームの一部が各構成の表面に達しても、その表面がスパッタエッチングされず、または、エッチングされてもデバイスへの悪影響を回避することができる。
【００８５】
本実施の形態により、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【００８６】
（第４の実施の形態）
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。第４の実施の形態では、真空容器１の原子ビーム源６が所定の特性を有する材料で形成されている、または、その材料を用いた被覆部材で活性化ビームの照射し得る面を覆われている点で、第１の実施の形態と相違する。以下では、第１の実施の形態と相違する点について主に説明する。
【００８７】
図８Ａ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である。本実施の形態では、常温接合装置の真空容器１の原子ビーム源６は、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料で形成されている。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、および、デバイスにおける機能を阻害しない材料については、第１の実施の形態で記載したとおりである。
【００８８】
あるいは、常温接合装置の真空容器の原子ビーム源６は、それらの外面が、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料を用いた材料、または、上側の基板４と下側の基板４との被接合面に在っても両基板４を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料を用いた被覆層で高速原子ビームの照射し得る面を覆われている。ただし、高速原子ビームでスパッタ（エッチング）され難い材料、および、デバイスにおける機能を阻害しない材料については、第１の実施の形態で記載したとおりである。
【００８９】
図８Ｂは、その被覆層の一例を模式的に示す断面図である。原子ビーム源６は、本体部分の部材９２（例示：ステンレス、アルミニウム）を、被覆層９１（高速原子ビームでスパッタされ難い材料、デバイスにおける機能を阻害しない材料）が被覆する構造を備えている。被覆層９１は、第２の実施の形態の被覆部材５０とみなすことができる。被覆層９１は、本体部分の部材９２に上記材料を直接コーティング（成膜）して形成した層や、本体部分の部材９２に上記材料を拡散させた拡散層に例示される。
【００９０】
真空容器１の原子ビーム源６が所定の材料で形成されていない場合や、原子ビーム源６の表面に被覆層９１を設けていない場合、高速原子ビームの一部が筐体の一部に達し、その筐体の一部がスパッタエッチングされて、その筐体の材料が中間層に取り込まれる、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、その筐体が所定の材料で形成されていたり、その筐体の表面に被覆層９１が設けられていたりする。そのため、高速原子ビームの一部がその筐体の表面に達しても、その表面がスパッタエッチングされず、または、エッチングされてもデバイスへの悪影響を回避することができる。
【００９１】
本実施の形態の常温接合装置の構成の他の部分については、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
次に、本実施の形態に係る常温接合方法（常温接合装置の動作）に関しては、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９３】
原子ビーム源６本体は通常、ステンレス、アルミニウムのような金属材料の筐体に覆われている。その場合、原子ビーム源６自身が出射時に自らの筐体の一部をスパッタする不具合や、２台以上の原子ビーム源６を用いる場合では互いの金属材料の筐体をスパッタターゲットにする不具合が起こり得る。すなわち、筺体の材料が基板４の被接合面に取り込まれる、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、原子ビーム源６の筐体を上記構成とすることで、意図しない中間層成分が被接合面に形成されることを防止することができる。それにより、目的とする複数のターゲット材による接合用中間層の形成の制御性をより向上させることが可能となる。
【００９４】
本実施の形態では、接合基板（その中間層を含む）へ、真空容器１の原子ビーム源６の金属元素が不純物として混入することを防止することができる。すなわち、製造工程において、デバイス中に存在する金属の飛散等により製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着して汚染される可能性を抑制することができる。それにより、接合基板を、後段の製造ラインに流しても、製造ラインや他のデバイスに金属不純物が付着することがなく、他のデバイスの機能を阻害することをなくすることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態の常温接合装置は、ターゲット７（または１１〜１５）、ターゲット保持基板８ａ、８ｂ、及びターゲット移動機構４０ａ、４０ｂを備えていなくても良い。その場合、上側の基板４と下側の基板４とを常温接合させる場合、中間層を用いず、両基板の被接合面を高速原子ビームでスパッタして清浄化させて常温接合させる。このとき、原子ビーム源６自身が出射時に自らの筐体の一部をスパッタする不具合や、２台以上の原子ビーム源６を用いる場合では互いの金属材料の筐体をスパッタターゲットにする不具合が起こり得る。その場合、筺体の材料が基板４の被接合面に取り込まれる、という状況が考えられる。しかし、本実施の形態では、原子ビーム源６の筐体を上記構成とすることで、意図しない中間層成分が被接合面に形成されることを防止することができる。
【００９６】
本実施の形態により、基板を常温接合する場合において、不純物が基板へ付着することを抑制することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いたデバイスの製造歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。その常温接合で接合された基板を用いるデバイスの製造ラインを不純物で汚染する可能性を低減することが可能となる。
【００９７】
（実施例）
上記各実施の形態の技術を適用した常温接合装置の実施例について説明する。図９は、上記各実施の形態の技術を適用した実施例の効果を示すグラフである。横軸は、常温接合装置の条件を示し、縦軸は、中間層を介して二枚の基板を接合したときの接合面（中間層）での金属の不純物の存在量の実測値を示している。ただし、条件（１）は上記各実施の形態の技術を用いない場合、条件（２）は上記第２の実施の形態の技術を用いた場合、条件（３）は上記第１〜第４の実施の形態の技術を用いた場合をそれぞれ示している。また、接合面（中間層）での金属の不純物の存在量の実測値は、ＴＲＸＦ（Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｘ−ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）による金属汚染量実測値（平均値）であり、条件（１）の実測値を「１」として、他条件（２）、（３）の実測値を正規化して示している。
【００９８】
上記各実施の形態の技術を常温接合装置に適用することにより（条件（２）、（３））、上記各実施の形態の技術を常温接合装置に適用しない場合（条件（１））と比較して、接合面（中間層）での金属の不純物の存在量を大幅に低減することができる。すなわち、上記実施例では、基板の常温接合において、複数のターゲットをスパッタする際、ターゲットの一部、あるいはスパッタが行われる環境に置かれた基板周辺の部材に、中間層用ターゲットと比較してエッチングされ難い材料、あるいは接合界面に在っても基板を接合して成るデバイスの機能を阻害しない材料を適用している。その結果、接合界面における中間層の存在量を大幅に低減することができることが確認された。一例としては、接合面に存在する不純物の存在密度は、少なくとも１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である。それにより、デバイスに要求される光学特性、電気・電磁特性（絶縁性）などの物理特性を制御することが可能となった。
【００９９】
また、特許文献３では接合基板のエッチング条件に依存していた中間層のスパッタ量（接合面付着量）が、本実施例により、エッチング条件から独立して制御可能となり、デバイス用途毎の要求に適う任意の中間層存在量に適合させることができることが確認された。
【０１００】
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または変更され得ることは明らかである。各実施の形態の技術は、技術的矛盾の発生しない限り、他の実施の形態で用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ：真空容器
２  ：排気装置
３ａ：位置決めステージキャリッジ
３ｂ：静電チャック
４  ：基板
５  ：圧接機構
６  ：原子ビーム源
７  ：ターゲット
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  ：ターゲット保持基板
９  ：高速原子ビーム
９ａ：中心軸線
１０：スパッタ粒子
１１、１２、１３、１４、１５：ターゲット
１６：開口部
１６ａ：開口部の中心
１７：位置合わせ機構
１８：矢印
２０：中間層
４０ａ、４０ｂ：ターゲット移動機構
５０：被覆部材
８１：被覆層
８２：本体部分の部材
９１：被覆層
９２：本体部分の部材
【図１】
2014050860.tif 000003
【図２】
2014050860.tif 000004
【図３】
2014050860.tif 000005
【図４】
2014050860.tif 000006
【図５】
2014050860.tif 000007
【図６Ａ】
2014050860.tif 000008
【図６Ｂ】
2014050860.tif 000009
【図７Ａ】
2014050860.tif 000010
【図７Ｂ】
2014050860.tif 000011
【図７Ｃ】
2014050860.tif 000012
【図８Ａ】
2014050860.tif 000013
【図８Ｂ】
2014050860.tif 000014
【図９】
2014050860.tif 000015