(57)【要約】【課題】異種材料の複数の基板をより適切に接合すること。【解決手段】常温接合装置は、第１ビーム源１８と、第２ビーム源１７と、圧接機構１５とを具備する。第１ビーム源１８は、第１基板５２の第１表面に照射される第１活性化ビームＢｂを出射する。第２ビーム源１７は、第２基板４２の第２表面に照射される第２活性化ビームＢａを出射する。圧接機構１５は、第１表面に第１活性化ビームＢｂが照射され、第２表面に第２活性化ビームＢａ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。第１活性化ビームＢｂを第１表面に照射する第１照射と、第２活性化ビームＢａを第２表面に照射する第２照射とは個別に行われる。【選択図】図９
2014072249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の第１表面に照射される第１活性化ビームを出射する第１ビーム源と、
第２基板の第２表面に照射される第２活性化ビームを出射する第２ビーム源と、
前記第１表面に前記第１活性化ビームが照射され、前記第２表面に前記第２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、
前記第１活性化ビームを前記第１表面に照射する第１照射と、前記第２活性化ビームを前記第２表面に照射する第２照射とは個別に行われる
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照射の第１照射時間は、前記第２照射の第２照射時間に比べて長い
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、
前記第１照射時間および前記第２照射時間は、前記第１照射および前記第２照射が同時時行われる時間と、前記第１照射および前記第２照射のうちのいずれか一方しか行われない時間とを含む
常温接合装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の常温接合装置において、
前記第１照射時間および前記第２照射時間の開始時刻が等しい、または、前記第１照射時間および前記第２照射時間の終了時刻が等しい
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、
前記第１照射時間および前記第２照射時間のうちのいずれか一方はゼロである
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、
前記第１表面に前記第１活性化ビームを照射することと、前記第２表面に前記第２活性化ビームを照射することとを個別に行うように前記第１ビーム源と前記第２ビーム源とを制御する制御装置をさらに具備する
常温接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の常温接合装置において、
前記制御装置は、前記第１活性化ビームと前記第２活性化ビームとが互いに異なるように、前記第１ビーム源と前記第２ビーム源とを制御する
常温接合装置。
【請求項８】
第１基板の第１表面に第１活性化ビームを照射する工程と、
第２基板の第２表面に第２活性化ビームを照射する工程と、
前記第１表面に前記第１活性化ビームが照射され、前記第２表面に前記第２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基板とを接合する工程と
を具備し、
前記第１活性化ビームを前記第１表面に照射する第１照射と、前記第２活性化ビームを前記第２表面に照射する第２照射とは個別に行われる
常温接合方法。
【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照射の第１照射時間は、前記第２照射の第２照射時間に比べて長い
常温接合方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の常温接合方法において、
前記第１照射時間および前記第２照射時間は、前記第１照射および前記第２照射が同時時行われる時間と、前記第１照射および前記第２照射のうちのいずれか一方しか行われない時間とを含む
常温接合方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の常温接合方法において、
前記第１照射時間および前記第２照射時間の開始時刻が等しい、または、前記第１照射時間および前記第２照射時間の終了時刻が等しい
常温接合方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の常温接合方法において、
前記第１照射時間および前記第２照射時間のうちのいずれか一方はゼロである
常温接合方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１１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活性化ビームと前記第２活性化ビームとは互いに異なる
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。例えば、第２７９１４２９号公報（特許文献１）にシリコンウェハーの接合方法が開示されている。そのシリコンウェハーの常温接合方法は、シリコンウェハーとシリコンウェハーとを接合する方法である。そのシリコンウェハーの常温接合方法は、両方のシリコンウェハー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また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。
【０００４】
また、特開２００４−３５８６０２号公報（特許文献２）に積層構造体の製造方法および積層構造体が開示されている。この積層構造体の製造方法では、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材が形成されたドナー基板を準備し、前記ドナー基板にターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を前記断面パターン部材に位置合わせして圧接したのち離間を行う。以上の処理を繰り返すことによって、前記断面パターン部材を転写、積層して接合された積層構造体を製造する。前記ドナー基板の準備は、前記構造体の断面パターンを反転した反転パターン層を前記ドナー基板上に形成する第１の工程と、前記反転パターン層の前記構造体の断面パターンに対応する空間部分にメッキにより前記複数の断面パターン部材を形成する第２の工程と、前記反転パターン層を除去する第３の工程を含む。
【０００５】
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、中間材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、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、前記基板の被接合面上に前記中間材を形成する工程と、前記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と、を含む。
【０００６】
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。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。
【０００７】
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。そのため、互いに異なる材料で形成された２枚のウェハ（基板）の表面を同一条件でエッチングすると（特許文献１）、各ウェハ表面の酸化膜・吸着層を適切に除去することができず、両ウェハを接合することが困難となる場合がある。例えば、一方のウェハでは表面の酸化膜が除去されるが、他方のウェハでは表面の酸化膜が残存している場合が考えられる。あるいは、一方のウェハでは表面の酸化膜が除去され、基板の表面粗さも適正であるが、他方のウェハでは表面の酸化膜が除去され過ぎてしまい、基板の表面粗さが悪化してしまう場合が考えられる。いずれの場合にも両ウェハを接合することができなくなる。なお、吸着層とは、接合対象ウェハ（基板）の表面に堆積し、接合の障害となる汚染物質を含んだ吸着膜や、自然酸化膜の層のような除去すべき不活性な層を示す。また、異種材料という場合、材料そのものは同じでも、表面の状態が明らかに異なる場合には異種材料として取り扱う。
【０００８】
また、互いに異なる材料で形成された２枚のウェハ（基板）の表面（被接合面）に積極的に中間層を形成してそれを接着層として接合させる場合（特許文献３）、中間層の形成時に両ウェハ表面で同時に行われるエッチングは概ね同一条件になると考えられる。従って、この場合にも、特許文献１の技術を用いた場合と同様に、各ウェハ表面の酸化膜・吸着層を適切に除去することができず、両ウェハを接合することが困難となる場合がある。
【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】特開２００４−３５８６０２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、異種材料の複数の基板をより適切に接合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、異種材料の複数の基板を接合するとき、基板毎により適切に表面を活性化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、接合における基板の材料の依存性を低く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、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）と、第２ビーム源（１７−１〜１７−２）と、圧接機構（１５）とを具備している。第１ビーム源（１８−１〜１８−２）は、第１基板（５２）の第１表面に照射される第１活性化ビーム（Ｂｂ）を出射する。第２ビーム源（１７−１〜１７−２）は、第２基板（４２）の第２表面に照射される第２活性化ビーム（Ｂａ）を出射する。圧接機構（１５）は、第１表面に第１活性化ビーム（Ｂｂ）が照射され、第２表面に第２活性化ビーム（Ｂａ）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。第１活性化ビーム（Ｂｂ）を第１表面に照射する第１照射と、第２活性化ビーム（Ｂａ）を第２表面に照射する第２照射とは個別に行われる。このような常温接合装置は、第１表面（５０）と第２表面（４０）とを同一の条件で照射する他の常温接合装置と比較して、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをそれぞれに適した照射条件で照射することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）とが異種材料であったとしても、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをいずれも接合に適した表面状態にすることができ、第１基板（５２）と第２基板（４２）とをより適切に接合することができる。ここで、第１照射と第２照射とが個別に行われる、とは、第１照射と第２照射とが同一の条件で行う必要が無く、異なる条件で行っても良いという意味である。すなわち、第１照射の照射条件と第２照射の照射条件とを個別に設定して照射を行うという意味である。第１照射の照射条件と第２照射の照射条件とを独立に設定して照射を行う、ということもできる。ただし、照射条件としては、照射時間、照射開始タイミング、照射終了タイミング、第１ビーム源や第２ビーム源の電極に加える電圧値、電流値、ガス種、ガス流量、第１ビーム源や第２ビーム源の活性化ビームの密度、速さ、エネルギー、に例示される。したがって、第１照射の照射条件と第２照射の照射条件とは、これらの各条件が全て同じになる場合もあるし、一部は同じでその他は異なる場合もあるし、全て異なる場合もある。さらに、第１照射は所望の照射条件で照射し、第２照射は行わない、という場合も含んでいる。
【００１３】
本発明による常温接合装置において、第１照射の第１照射時間は、第２照射の第２照射時間に比べて長いことが好ましい。このような常温接合装置は、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）で第１表面（５０）を活性化される第１基板（５２）が、第２ビーム源（１７−１〜１７−２）で第２表面（４０）を活性化される第２基板（４２）よりも活性化し難い（例示：酸化膜／吸着層が相対的に厚い）材料であっても、第１表面（５０）を第２表面（４０）と同等に活性化することができる。それにより、第１基板（５２）と第２基板（４２）とが表面状態の異なる異種材料であったとしても、第１基板（５２）と第２基板（４２）とをより適切に接合することができる。
【００１４】
本発明による常温接合装置において、第１照射時間および第２照射時間は、第１照射および前記第２照射が同時時行われる時間と、前記第１照射および前記第２照射のうちのいずれか一方しか行われない時間とを含むことが好ましい。このような常温接合装置は、第１基板（５２）および第２基板（４２）のうちのいずれか一方の基板に活性化ビームを照射することにより発生した粒子を、照射が行われていない他方の基板により付着させることができる。それにより、その他方の基板上に中間層（接着層）を形成することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）との接着性を向上させることができる。
【００１５】
本発明による常温接合装置において、第１照射時間および第２照射時間の開始時刻が等しい、または、第１照射時間および第２照射時間の終了時刻が等しいことが好ましい。このような常温接合装置は、異種材料の接合においても、第１ビーム源（１７−１〜１７−２）および第２ビーム源（１８−１〜１８−２）による活性化を容易に行うことができる。
【００１６】
本発明による常温接合装置において、第１照射時間および第２照射時間のいずれか一方はゼロであることが好ましい。このような常温接合装置は、異種材料の接合であっても一方の基板のスパッタ（エッチング）だけで十分である場合に、電力を削減できる。
【００１７】
本発明による常温接合装置は、第１表面（５０）に第１活性化ビーム（Ｂｂ）を照射することと、第２表面（４０）に第２活性化ビーム（Ｂａ）を照射することとを個別に行うように第１ビーム源（１８−１〜１８−２）と第２ビーム源（１７−１〜１７−２）とを制御する制御装置（７１）をさらに具備することが好ましい。このような常温接合装置は、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをそれぞれに適した照射条件で照射することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）とが異種材料であったとしても、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをいずれも適切な表面状態にすることができ、第１基板（５２）と第２基板（４２）とをより適切に接合することができる。
【００１８】
本発明による常温接合装置において、制御装置（７１）は、第１活性化ビーム（Ｂｂ）と第２活性化ビーム（Ｂａ）とが互いに異なるように、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）と第２ビーム源（１７−１〜１７−２）とを制御することが好ましい。このような常温接合装置は、第１基板（５２）および第２基板（４２）のうちのいずれか一方の基板に活性化ビームを照射することにより発生した粒子を、例えばエネルギーが相対的に小さい（ゼロを含む）活性化ビームが照射される他方の基板により付着させることができる。それにより、その他方の基板上に中間層（接着層）を形成することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）との接着性を向上させることができる。なお、第１活性化ビーム（Ｂｂ）と第２活性化ビーム（Ｂａ）とが互いに異なるとは、活性化ビームの密度、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。
【００１９】
本発明による常温接合方法は、第１基板（５２）の第１表面に第１活性化ビーム（Ｂｂ）を照射する工程と；第２基板（４２）の第２表面に第２活性化ビーム（Ｂａ）を照射する工程と；第１表面（５０）に第１活性化ビーム（Ｂｂ）が照射され、第２表面（４０）に第２活性化ビーム（Ｂａ）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）とを接合する工程とを具備している。第１活性化ビーム（Ｂｂ）を第１表面（５０）に照射する第１照射と、第２活性化ビーム（Ｂａ）を第２表面（４０）に照射する第２照射とは個別に行われる。このような常温接合方法は、第１表面（５０）と第２表面（４０）とを同一の条件で照射する他の常温接合方法と比較して、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをそれぞれに適した照射条件で照射することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）とが異種材料であったとしても、第１表面（５０）と第２表面（４０）とをいずれも接合に適した表面状態にすることができ、第１基板（５２）と第２基板（４２）とをより適切に接合することができる。
【００２０】
本発明の常温接合方法において、第１照射の第１照射時間は、第２照射の第２照射時間に比べて長いことが好ましい。このような常温接合方法は、第１ビーム源（１８−１〜１８−２）で第１表面（５０）を活性化される第１基板（５２）が、第２ビーム源（１７−１〜１７−２）で第２表面（４０）を活性化される第２基板（４２）よりも活性化し難い材料であっても、第１表面（５０）を第２表面（４０）と同等に活性化することができる。それにより、第１基板（５２）と第２基板（４２）とが表面状態の異なる異種材料であったとしても、第１基板（５２）と第２基板（４２）とをより適切に接合することができる。
【００２１】
本発明の常温接合方法において、第１照射時間および第２照射時間は、第１照射および第２照射が同時時行われる時間と、第１照射および第２照射のうちのいずれか一方しか行われない時間とを含むことが好ましい。このような常温接合方法は、第１基板（５２）および第２基板（４２）のうちのいずれか一方の基板に活性化ビームを照射することにより発生した粒子を、照射が行われていない他方の基板により付着させることができる。それにより、その他方の基板上に中間層（接着層）を形成することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）との接着性を向上させることができる。
【００２２】
本発明の常温接合方法において、第１照射時間および第２照射時間の開始時刻が等しい、または、第１照射時間および第２照射時間の終了時刻が等しいことが好ましい。このような常温接合方法は、異種材料の接合においても、第１ビーム源（１７−１〜１７−２）および第２ビーム源（１８−１〜１８−２）による活性化を容易に行うことができる。
【００２３】
本発明の常温接合方法において、第１照射時間および第２照射時間のうちのいずれか一方はゼロである。このような常温接合方法は、異種材料の接合であっても一方の基板のスパッタ（エッチング）だけで十分である場合に、電力を削減できる。
【００２４】
本発明の常温接合方法において、第１活性化ビーム（Ｂｂ）と第２活性化ビーム（Ｂａ）とは互いに異なることが好ましい。このような常温接合方法は、第１基板（５２）および第２基板（４２）のうちのいずれか一方の基板に活性化ビームを照射することにより発生した粒子を、例えばエネルギーが相対的に小さい（ゼロを含む）活性化ビームが照射される他方の基板により付着させることができる。それにより、その他方の基板上に中間層（接着層）を形成することができる。その結果、第１基板（５２）と第２基板（４２）との接着性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の常温接合装置および常温接合方法は、異種材料の複数の基板をより適切に接合することが可能とある。異種材料の複数の基板を接合するとき、基板毎により適切に表面を活性化することが可能となる。接合における基板の材料の依存性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１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２】図２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３】図３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４】図４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５】図５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６】図６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７】図７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８】図８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９】図９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１０】図１０は、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１１】図１１は、第１の実施の形態に係る活性化方法を示すタイミングチャートの一例である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態に係る活性化方法を示すタイミングチャートの他の例である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態に係る活性化方法を示すタイミングチャートの一例である。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態に係る活性化方法を示すタイミングチャートの他の例である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態に係る活性化方法を示すタイミングチャートのさらに他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（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。
【００２９】
図２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は、環境から内部を密閉する容器を備えている。接合チャンバー３は、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、または、ゲート５を開放する。
【００３０】
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、環境とロードロックチャンバー２の内部とを接続する開口部（図示されず）を閉鎖し、または、その開口部を開放する。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。
【００３１】
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。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、または、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。
【００３２】
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。
【００３３】
図３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１１は、ウェハ（または基板）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１１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１１を移動させる。
【００３４】
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１４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印加電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦な面の近傍に配置されるウェハ（または基板）５２を静電力によって保持する。
【００３５】
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。
【００３６】
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に出力する。
【００３７】
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または上側ビーム源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。
【００３８】
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４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、それぞれアルゴンガスＡｒ、ネオンガスＮｅ、クリプトンガスＫｒ、キセノンガス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、または、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。
【００３９】
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４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。
【００４０】
図５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に制御されることにより、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（ＦＡＢ：ＦＡＳＴ  ＡＴＯＭ  ＢＥＡＭ）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。
【００４１】
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る。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。
【００４２】
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。
【００４３】
図６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に制御されることにより、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（ＦＡＢ）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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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ることにより、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ることにより、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。
【００４７】
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とを備えることにより、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。
【００４８】
図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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８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。
【００５６】
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を制御することにより、ゲート５を閉鎖する。搬送部７２は、ゲート５が閉鎖されているときに、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御することにより、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を制御することにより、接合チャンバー３の内部に接合雰囲気を生成する。
【００５７】
ユーザは、複数の下側ウェハと複数の上側ウェハと複数の下側カートリッジと複数の上側カートリッジとを準備する。その複数の下側ウェハは、下側ウェハ４２を含んでいる。その複数の上側ウェハは、上側ウェハ５２を含んでいる。その複数の下側カートリッジは、その複数の下側ウェハに対応している。その複数の上側カートリッジとその複数の上側ウェハに対応している。ユーザは、次いで、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に、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。その複数の下側カートリッジのうちの下側ウェハ４２に対応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。その複数の上側カートリッジのうちの上側ウェハ５２に対応す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。
【００５８】
ユーザは、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が配置された後に、ロードロックチャンバー２の蓋を閉鎖する。搬送部７２は、ロードロックチャンバー２の蓋が閉鎖されているときに、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御することにより、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）。
【００５９】
搬送部７２は、ロードロックチャンバー２の内部にその予備雰囲気が生成されているときに、ゲートバルブ６を制御することにより、ゲート５を開放する。搬送部７２は、ゲート５が開放しているときに、搬送ロボット８を制御することにより、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に搬送する。搬送部７２は、上側ウェハ５２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、圧接機構１５を制御することにより、静電チャック１４を下降させる。搬送部７２は、静電チャック１４が下降しているときに、圧接機構１５を制御することにより、静電チャック１４に印加される荷重を測定する。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を制御することにより、そのタイミングで静電チャック１４の下降を停止させる。
【００６０】
搬送部７２は、上側ウェハ５２に静電チャック１４が接触しているときに、静電チャック１４を制御することにより、静電チャック１４に上側ウェハ５２を保持させる。搬送部７２は、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、圧接機構１５を制御することにより、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。搬送部７２は、静電チャック１４がホーム位置に配置された後に、搬送ロボット８を制御することにより、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。
【００６１】
搬送部７２は、その上側カートリッジが複数の棚７に搬送された後に、搬送ロボット８を制御することにより、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。搬送部７２は、その下側カートリッジが位置決めステージキャリッジ１１に保持された後に、ゲートバルブ６を制御することにより、ゲート５を閉鎖する（ステップＳ２）。
【００６２】
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、ゲート５が閉鎖されているときに、圧接機構１５を制御することにより、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、真空排気装置１０を制御することにより、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）。第１活性化部７３−１と第２活性化部７３−２は、さらに、接合チャンバー３の内部にその活性化雰囲気が生成されているときに、活性化装置１６を制御することにより、上側ウェハ５２の活性化表面５０全部と下側ウェハ４２の活性化表面４０の全部とを活性化させる（ステップＳ４）。活性化の具体的方法については後述される。
【００６３】
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を制御することにより、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。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を制御することにより、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）。
【００６４】
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を制御することにより、静電チャック１４を下降させる。接合部７４は、静電チャック１４が下降しているときに、圧接機構１５を制御することにより、静電チャック１４に印加される荷重を測定する。接合部７４は、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。接合部７４は、圧接機構１５を制御することにより、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。
【００６５】
接合部７４は、その接合ウェハにその接合荷重が所定の接合時間印加された後に、静電チャック１４を制御することにより、その接合ウェハを静電チャック１４から離脱させる。接合部７４は、その接合ウェハが静電チャック１４から離脱された後に、圧接機構１５を制御することにより、静電チャック１４を上昇させる。搬送部７２は、静電チャック１４が十分に上昇した後に、ゲートバルブ６を制御することにより、ゲート５を開放する。搬送部７２は、ゲート５が開放されているときに、搬送ロボット８を制御することにより、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）。
【００６６】
搬送部７２は、その複数の下側カートリッジのうち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その複数の上側カートリッジのうち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。
【００６７】
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を制御することにより、ゲート５を閉鎖する。搬送部７２は、ゲート５が閉鎖された後に、ロードロックチャンバー２の真空排気装置を制御することにより、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）。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た後に、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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９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。
【００７０】
図１０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、一方のウェハの表面を活性化させるステップ（ステップＳ１１）と、他方のウェハの表面を活性化させるステップ（ステップＳ１２）とを備えている。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。そして、下側ウェハ４２の活性化表面４０を活性化するステップと、上側ウェハ５２の活性化表面５０とを活性化させるステップとは、ウェハ毎に個別の活性化条件で行う。言い換えると、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とは、活性化条件、すなわち、高速原子ビームＢａ１、Ｂａ２と高速原子ビームＢｂ１、Ｂｂ２とに関する、照射時間、照射開始タイミング、照射終了タイミング、各原子ビーム源の電極に加える電圧値、電流値、ガス種、ガス流量、各高速原子ビームの密度、速さ、エネルギーなどが個別に設定される。
【００７１】
図１１は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すタイミングチャートの一例である。以下では、説明のために、「一方のウェハ」（図１１では「ウェハｗ１」）を上側ウェハ５２とし、「他方のウェハ」（図１１では「ウェハｗ２」）を下側ウェハ４２とする。
【００７２】
（１）ステップＳ１１
第１活性化部７３−１は、複数のガス種切替機構６１を制御することにより、所定のガス（例えば、アルゴンガス）を複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２に供給する。第１活性化部７３−１は、活性化装置１６を制御することにより、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、１つずつ順番に、または、２つ同時に高速原子ビームを出射させる（時刻ｔ０）。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、１つずつ順番に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の合計の出射時間が照射時間Ｔ１になったとき、出射を停止する（時刻ｔ１）。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、２つ同時に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の出射時間がいずれも照射時間Ｔ１になったとき、出射を停止する（時刻ｔ１）。
【００７３】
（２）ステップＳ１２
一方、第２活性化部７３−２は、複数のガス種切替機構６１を制御することにより、所定のガス（例えば、アルゴンガス）を複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２に供給する。第２活性化部７３−２は、活性化装置１６を制御することにより、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、１つずつ順番に、または、２つ同時に高速原子ビームを出射させる（時刻ｔ０）。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、１つずつ順番に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の合計の出射時間が照射時間Ｔ２になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２）。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、２つ同時に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の出射時間がいずれも照射時間Ｔ２になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２）。
【００７４】
上記の活性化方法（ステップＳ４）の例では、ステップＳ１１とステップＳ１２とは、同時に開始されている（時刻ｔ０）。すなわち、照射開始タイミングは同じである。また、ステップＳ１１が先に終了し（時刻ｔ１）、ステップＳ１２が後に終了している（時刻ｔ２）。すなわち、照射終了タイミングは異なっており、それゆえ照射時間は異なっている。この場合では、ステップＳ１２の照射時間Ｔ２が、ステップＳ１１の照射時間Ｔ１に比べて長い。このとき、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の出射する高速原子ビームと、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の出射する高速原子ビームとは、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とが異なっていること対応して、互いに異なっていても良い。すなわち、各原子ビーム源の電極に加える電圧値、電流値、ガス種、ガス流量、高速原子ビームの密度、速さ、エネルギーが互いに異なっていても良い。
【００７５】
このように、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とで活性化条件を個別に設定することで、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とにおいて、エッチグレートや酸化層・吸着層の厚みが異なる場合であっても、両ウェハの表面をいずれも良好に活性化させることができる。それにより、両ウェハを良好に接合することが可能となる。このような効果は、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とが異種材料である場合に特に著しい。
【００７６】
また、上記の活性化方法では、一方のウェハ（図１１の例では下側ウェハ４２）に高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）し、他方のウェハ（図１１の例では上側ウェハ５２）の高速原子ビームを照射しない時間（時刻ｔ１〜ｔ２）を設けている。このようにすることで、一方のウェハへの高速原子ビームの照射によって発生したスパッタ粒子（例示：メタルやＳｉ）を、エッチング（スパッタ）済みの活性化した他方のウェハの表面へ付着させることができる。それにより、一方のウェハの材料による中間層（接着層）を両ウェハ間に設けることができる。その結果、両ウェハを接合したときの接合強度を高めることができる。
【００７７】
上記の活性化方法の場合、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、高速原子ビームの出射を停止している。しかし、高速原子ビームの出射を停止せず、時刻ｔ１までの場合と比較して高速原子ビームのエネルギーを低くするようにしても良い。
【００７８】
この場合、例えば、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の高速原子ビームのエネルギーがある程度高い場合、上側ウェハ５２に付着した下側ウェハ４２からのスパッタ粒子をエッチング（スパッタ）することができる。それにより、上側ウェハ５２の活性化表面５０をエッチングし過ぎること無く、活性化表面５０を活性な状態に保つことができる。また、例えば、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の高速原子ビームのエネルギーがある程度低い場合、下側ウェハ４２への高速原子ビームの照射によって発生したスパッタ粒子（例示：メタルやＳｉ）を、エッチング（スパッタ）中の上側ウェハ５２に付着させることができる。それにより、接合に中間層（接着層）を介在させることができ、接合強度を高めることができる。
【００７９】
図１２は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すタイミングチャートの他の例である。図１１の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２と複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２とで、照射開始タイミングを合わせている（いずれも時刻ｔ０）。すなわち、照射開始の時刻が等しい。一方、図１２の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２と複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２とで、照射終了タイミングを合わせている（いずれも時刻ｔ１２）。すなわち、照射終了の時刻が等しい。
【００８０】
この場合、照射終了（時刻ｔ１２）直前まで、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２が上側ウェハ５２を活性化し、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２が下側ウェハ４２を活性化している。したがって、照射終了時点において、上側ウェハ５２の活性化表面５０の活性化状態と、下側ウェハ４２の活性化表面４０との活性化状態とを概ね揃えることができる。それにより、活性化条件を揃った状態で、両ウェハを接合することができる。
【００８１】
（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、一方のウェハに高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）する照射時間Ｔ１と、他方のウェハの高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）する照射時間Ｔ２とが部分的に重なっているが、照射開始の時刻や照射終了の時刻がずれている点で、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。
【００８２】
本実施の形態の常温接合装置の構成（図１〜図７）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。
【００８３】
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、図８〜図１０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。
【００８４】
図１３は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すタイミングチャートの一例である。以下では、説明のために、「一方のウェハ」（図１３では「ウェハｗ２」）を上側ウェハ５２とし、「他方のウェハ」（図１３では「ウェハｗ１」）を下側ウェハ４２とする。
【００８５】
（１）ステップＳ１１
第１活性化部７３−１は、複数のガス種切替機構６１を制御することにより、所定のガス（例えば、アルゴンガス）を複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２に供給する。第１活性化部７３−１は、活性化装置１６を制御することにより、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、１つずつ順番に、または、２つ同時に高速原子ビームを出射させる（時刻ｔ０）。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、１つずつ順番に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の合計の出射時間が照射時間Ｔ２になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２２）。複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、２つ同時に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の出射時間がいずれも照射時間Ｔ２になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２２）。
【００８６】
（２）ステップＳ１２
一方、第２活性化部７３−２は、複数のガス種切替機構６１を制御することにより、所定のガス（例えば、アルゴンガス）を複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２に供給する。第２活性化部７３−２は、活性化装置１６を制御することにより、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、１つずつ順番に、または、２つ同時に高速原子ビームを出射させる（時刻ｔ２１）。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、１つずつ順番に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の合計の出射時間が照射時間Ｔ１になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２２）。複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２について、２つ同時に高速原子ビームを出射させる場合には、例えば、２つの下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の出射時間がいずれも照射時間Ｔ１になったとき、出射を停止する（時刻ｔ２３）。
【００８７】
上記の活性化方法（ステップＳ４）の例では、ステップＳ１１が最初に開始され（時刻ｔ０）、それに遅れてステップＳ１２がその後に開始されている（時刻ｔ２１）。すなわち、照射開始タイミングは異なっている。また、ステップＳ１１が先に終了し（時刻ｔ２２）、ステップＳ１２が後に終了している（時刻ｔ２３）。すなわち、照射終了タイミングも異なっている。照射時間は異なっていても良いし、同じであっても良い。この場合では、ステップＳ１２の照射時間Ｔ１が、ステップＳ１１の照射時間Ｔ２とほぼ同じである。このとき、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の出射する高速原子ビームと、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の出射する高速原子ビームとは、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とが異なっていること対応して、互いに異なっていても良い。すなわち、各原子ビーム源の電極に加える電圧値、電流値、ガス種、ガス流量、高速原子ビームの密度、速さ、エネルギーが互いに異なっていても良い。
【００８８】
このように、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とで活性化条件を個別に設定することで、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とにおいて、エッチグレートや酸化層・吸着層の厚みが異なる場合であっても、両ウェハの表面をいずれも良好に活性化させることができる。それにより、両ウェハを良好に接合することが可能となる。このような効果は、上側ウェハ５２と下側ウェハ４２とが異種材料である場合に特に著しい。
【００８９】
また、上記の活性化方法では、一方のウェハ（図１３の例では上側ウェハ５２）に高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）し、他方のウェハ（図１３の例では下側ウェハ４２）の高速原子ビームを照射しない時間（時刻ｔ０〜ｔ２１）を設けている。このようにすることで、一方のウェハへの高速原子ビームの照射によって発生したスパッタ粒子（例示：メタルやＳｉ）を他方のウェハの表面へ付着させることができる。このスパッタ粒子は活性であるため、他方のウェハの表面に堆積することで、他方のウェハの表面の酸化層・吸着層を活性化することができる。それにより、その後の他方のウェハのエッチング工程で、他方のウェハの表面の酸化層・吸着層をエッチングし易くすることができる。
【００９０】
さらに、他方のウェハに高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）し、一方のウェハの高速原子ビームを照射しない時間（時刻ｔ２２〜ｔ２３）を設けている。このようにすることで、他方のウェハへの高速原子ビームの照射によって発生したスパッタ粒子（例示：メタルやＳｉ）を、エッチング（スパッタ）済みの一方のウェハの表面へ付着させることができる。それにより、一方のウェハの材料による中間層（接着層）を両ウェハ間に設けることができる。その結果、両ウェハを接合したときの接合強度を高めることができる。
【００９１】
上記の活性化方法の場合、時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３において、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２について、高速原子ビームの出射を停止している。しかし、高速原子ビームの出射を停止せず、時刻ｔ２２までの場合と比較して高速原子ビームのエネルギーを小さくするようにしても良い。
【００９２】
この場合、例えば、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の高速原子ビームのエネルギーがある程度高い場合、上側ウェハ５２に付着した下側ウェハ４２からのスパッタ粒子をエッチング（スパッタ）することができる。それにより、上側ウェハ５２の活性化表面５０をエッチングし過ぎること無く、活性化表面５０を活性な状態に保つことができる。また、例えば、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の高速原子ビームのエネルギーがある程度低い場合、下側ウェハ４２への高速原子ビームの照射によって発生したスパッタ粒子（例示：メタルやＳｉ）を、エッチング（スパッタ）中の上側ウェハ５２に付着させることができる。それにより、接合に中間層（接着層）を介在させることができ、接合強度を高めることができる。
【００９３】
図１４は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すタイミングチャートの他の例である。図１３の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２が、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２と比較して、先に照射を開始し（時刻ｔ０）、先に照射を終了している（時刻ｔ２２）。一方、図１４の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の照射中に、一時的に複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２を照射している。すなわち、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の照射時間Ｔ２（時刻ｔ０〜ｔ３３）の途中に、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の照射時間Ｔ１（時刻ｔ３１〜ｔ３２）が設けられている。そのため、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の照射開始の時刻が相対的に遅く、照射終了の時刻が相対的に早い。この場合でも、図１３場合と同様の効果が得られる
【００９４】
図１５は、本実施の形態に係る活性化方法（ステップＳ４）を示すタイミングチャートのさらに他の例である。図１３の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の照射時間Ｔ１と、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の照射時間Ｔ２とが重なっている。一方、図１５の場合では、複数の上側原子ビーム源１８−１〜１８−２の照射時間Ｔ２（時刻ｔ０〜ｔ４１）の終了直後に、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の照射時間Ｔ１（時刻ｔ４１〜ｔ４２）が設けられている。すなわち、複数の下側原子ビーム源１７−１〜１７−２の照射開始および照射終了の時刻が相対的に遅い。この場合でも、図１３場合と同様の効果が得られる。
【００９５】
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態のいずれにおいても、ウェハの状況に応じて、一方のウェハのみ高速原子ビームを照射してエッチング（スパッタ）し、他方のウェハに高速原子ビームを照射せずエッチング（スパッタ）をしない、という方法を採用しても良い。
【００９６】
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】
【００９７】
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
１９：複数の取付位置調整機構
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】
2014072249.tif 000003
【図２】
2014072249.tif 000004
【図３】
2014072249.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014072249.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014072249.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014072249.tif 000011
【図１０】
2014072249.tif 000012
【図１１】
2014072249.tif 000013
【図１２】
2014072249.tif 000014
【図１３】
2014072249.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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