特許 6103919 高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6103919

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 3/02 20060101AFI20170316BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20170316BHJP

【ＦＩ】

   H05H3/02

   H01L21/02 B

【請求項の数】15

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2012-276259(P2012-276259)

(22)【出願日】2012年12月18日

(65)【公開番号】特開2014-120402(P2014-120402A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】315017775

【氏名又は名称】三菱重工工作機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102864

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 実

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(74)【代理人】

【識別番号】100196003

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 太郎

(72)【発明者】

【氏名】津野 武志

(72)【発明者】

【氏名】木ノ内 雅人

(72)【発明者】

【氏名】後藤 崇之

(72)【発明者】

【氏名】井手 健介

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 毅典

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２９６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８０９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８８９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０２３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３８０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０５４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０９２７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ ３／０２

Ｇ２１Ｋ １／００

Ｇ２１Ｋ ５／０４

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｂ２３Ｋ ２０／２０

Ｂ２３Ｋ ２０／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸の回りに設けられ、内部空間を有する筒状のリング形状を有し、前記リングの前記中心軸側の内側面に等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部を備える筐体と、
前記筐体の前記内部空間の延伸方向に沿って伸びるように前記内部空間に設けられた電極体と
を具備し、
前記筐体および前記電極体は、それぞれ前記筐体の前記内部空間にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として構成され、
前記筐体の前記内部空間から放出されるビームは、前記複数の照射孔部の各々を通過して前記リングの前記中心軸に向いている
高速原子ビーム源。

【請求項2】

請求項１に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の照射孔部に対応する前記リングの前記内側面の中心の法線としての複数の照射軸は、前記リングの前記中心軸上の一点で交わる
高速原子ビーム源。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の高速原子ビーム源において、
前記筐体は、前記リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体を備え、
前記電極体は、前記複数の部分筐体の内部に設けられ、前記円弧に沿って伸びる複数の電極体を備える
高速原子ビーム源。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源において、
前記電極体は、前記リングの前記内部空間の延伸方向に沿って伸び、上下に平行に並んだ二本の電極棒を含む
高速原子ビーム源。

【請求項5】

請求項３に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の部分筐体の各々は、
前記リングの前記内側面が、前記リングの前記中心軸を中心とする円に外接するように並んだ複数の平面で形成されている
高速原子ビーム源。

【請求項6】

請求項３に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の部分筐体の各々は、複数の箱形筐体を含み、
前記複数の箱形筐体は、前記リングの前記中心軸を中心とする円に外接するように並んで配置される
高速原子ビーム源。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の照射孔部の各々は、前記リングの円周に沿った横長の形状を有する
高速原子ビーム源。

【請求項8】

第１基板の第１表面に照射される複数の第１活性化ビームをそれぞれ出射する第１高速原子ビーム源と、
第２基板の第２表面に照射される複数の第２活性化ビームをそれぞれ出射する第２高速原子ビーム源と、
前記第１活性化ビームと前記第２活性化ビームとがそれぞれ照射された前記第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高速原子ビーム源は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源を含み、
前記複数の第１活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの前記中心軸は、前記第１基板の中心と重なり、
前記第２高速原子ビーム源は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源を含み、
前記複数の第２活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの前記中心軸は、前記第２基板の中心と重なる
常温接合装置。

【請求項9】

請求項８の常温接合装置において、
前記第１高速原子ビーム源と前記第２高速原子ビーム源とに対応する複数の位置調整機構を更に具備し、
前記複数の位置調整機構のうちの前記第１高速原子ビーム源に対応する位置調整機構は、前記第１高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の複数の法線が前記第１表面と所定の第１角度で交わるように、前記第１基板へ向け、
前記複数の位置調整機構のうちの前記第２高速原子ビーム源に対応する位置調整機構は、前記第２高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の前記複数の法線が前記第２表面と所定の第２角度で交わるように、前記第２基板へ向ける
常温接合装置。

【請求項10】

請求項９の常温接合装置において、
前記第１高速原子ビーム源の前記複数の照射孔部の前記複数の法線と前記第１表面とは、前記第１基板の中心近傍で交わり、
前記第２高速原子ビーム源の前記複数の照射孔部の前記複数の法線と前記第２表面とは、前記第２基板の中心近傍で交わる
常温接合装置。

【請求項11】

第１基板の第１表面に照射される複数の第１活性化ビームをそれぞれ出射する第１高速原子ビーム源と、
第２基板の第２表面に照射される複数の第２活性化ビームをそれぞれ出射する第２高速原子ビーム源と、
前記第１活性化ビームと前記第２活性化ビームとがそれぞれ照射された前記第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高速原子ビーム源は、請求項３に記載の高速原子ビーム源を含み、
前記複数の第１活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの前記中心軸は、前記第１基板の中心と重なり、
前記第２高速原子ビーム源は、請求項３に記載の高速原子ビーム源を含み、
前記複数の第２活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの前記中心軸は、前記第２基板の中心と重なる
前記第１高速原子ビーム源と前記第２高速原子ビーム源とは一体であり、
当該一体の高速原子ビーム源としての単一高速原子ビーム源は、
当該一体の高速原子ビーム源としての単一高速原子ビーム源に対応する複数の位置調整機構を更に具備し、
前記複数の位置調整機構は、
前記単一高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の前記複数の法線が前記第１表面と所定の第１角度で交わるように、前記第１基板へ向け、
前記単一高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の前記複数の法線が前記第２表面と所定の第２角度で交わるように、前記第２基板へ向ける
常温接合装置。

【請求項12】

請求項８乃至１１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高速原子ビーム源および前記第２高速原子ビーム源は、前記複数の照射孔部が前記第１高速原子ビーム源又は前記第２高速原子ビーム源の前記中心軸に対して線対称となるように配置される
常温接合装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の常温接合装置において、
前記第１高速原子ビーム源および前記第２高速原子ビーム源の各々は、前記複数の照射孔部が前記リングの内周に概ね２０個以上等分配置される、あるいは照射孔が連続して形成された形状を有する
常温接合装置。

【請求項14】

請求項３に記載の高速原子ビーム源における前記複数の部分筐体のうちの一つとしての円弧の形状を有する単一の部分筺体を含む
高速原子ビーム源。

【請求項15】

請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の常温接合装置を用いた常温接合方法であって、
第１高速原子ビーム源で、複数の第１活性化ビームを、それぞれ第１基板の第１表面に照射する工程と、
第２高速原子ビーム源で、複数の第２活性化ビームを、それぞれ第２基板の第２表面に照射する工程と、
圧接機構で、前記複数の第１活性化ビームと前記複数の第２活性化ビームとがそれぞれ照射された前記第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
を具備する
常温接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法に関し、特に、基板の表面を活性化する高速原子ビーム源と、活性化された表面を接触させて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とに関する。

【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）が知られている。そのＭＥＭＳ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を作製することに好適であり、半導体デバイスを作製することに好適である。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（例示：１２インチ）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。

【0004】

関連する技術として特許第２７９１４２９号公報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接合方法は、大きな接合強度を持ち、かつ荷重による押し付けや加熱処理を必要としない。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って、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とを特徴としている。この方法では、接合前のウェハ表面の活性化として、１つのウェハに対して、１つの方向から活性化する。

【0005】

また、特許第４９９２６０４号公報に接合装置、接合方法が開示されている。この接合装置は、２体のウェハを接合する。この接合装置は、平坦化装置と、活性化装置と、搬送装置とを備える。平坦化装置は、前記２体のウェハの接合面をそれぞれ平坦化する。活性化装置は、前記平坦化された前記接合面を活性化する。搬送装置は、前記平坦化装置から前記活性化装置に前記接合面の酸化を抑制する雰囲気中で前記ウェハを搬送する。この装置では、接合前のウェハ表面の活性化として、１つのウェハに対して、１つの方向から活性化する。

【0006】

また、特許第３９７０３０４号公報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する。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、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する。キャリッジは、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持する。弾性案内は、前記キャリッジに同体に接合される。位置決めステージは、前記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前記弾性案内を支持する。第１機構は、前記弾性案内を駆動して前記水平方向に前記キャリッジを移動する。第２機構は、前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する。キャリッジ支持台は、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記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。前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが接触しないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持する。前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する。この装置では、接合前の基板（ウェハ）表面の活性化として、２つの基板に対して、１つの方向から活性化する。

【0007】

また、特許第４１７２８０６号公報（ＵＳ２０１００００６６３（Ａ１））に常温接合方法及び常温接合装置が開示されている。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。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、を含むことを特徴としている。この装置では、接合前の基板（ウェハ）表面の活性化として、２つの基板に対して、１つの方向から活性化する。

【0008】

常温接合装置を大口径のウェハで使用可能にするために必要な技術の一つとして、ウェハ全面を均一に活性化する技術が挙げられる。上記の常温接合装置や常温接合方法では、接合前のウェハ（基板）表面の活性化として、表面活性化源１台で１方向からのビーム照射により１枚もしくは２枚のウェハをエッチングしているか、又は、表面活性化源２台でそれぞれ１方向からのビーム照射により２枚の基板をエッチングしている。しかし、ウェハが大口径化するに従い、上記の装置や方法では均一かつ十分にウェハ表面をエッチングすることが困難になってきている。装置を大型化する方法も考えられるが、均一かつ十分にウェハ表面をエッチングするためには装置を非常に大きくする必要があり、非常にコストがかかる等の問題がある。大口径のウェハを常温接合することができ、かつ、よりコンパクトである常温接合装置が望まれている。

【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４９９２６０４号公報

【特許文献3】特許第３９７０３０４号公報

【特許文献4】特許第４１７２８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、複数の大口径の基板をより適切に接合するための高速原子ビーム源、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。本発明の他の目的は、複数の大口径の基板を接合するための、よりコンパクトな高速原子ビーム源、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。本発明の更に他の目的は、大口径の基板の表面をより均一かつ十分に活性化する高速原子ビーム源と、複数の大口径の基板をより均一かつ十分に接合する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・実施例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・実施例の記載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】

本発明による高速原子ビーム源は、筐体（２０）と、電極体（２１）とを具備している。筐体（２０）は、リング形状を有し、リングの内側の面（２０ｐ）に等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部（２２）を備える。電極体（２１）は、筐体（２０）の内部に設けられ、リングの円周に沿って伸びる。筐体（２０）および電極体（２１）は、それぞれ筐体（２０）の内部にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として構成されている。複数の照射孔部（２２）の各々におけるリングの内側の面は、リングの中心軸（Ｄ）に向く。
このような高速原子ビーム源では、複数の照射孔部（２２）から、サドルフィールド型の電界で加速された活性化ビームが、リングの中心軸へ向かって出射される。したがって、このような高速原子ビーム源は、その筐体（２０）（リング）の中心軸上にウェハの中心が来るように大口径ウェハが設置されたとき、その大口径ウェハの表面に活性化ビームを、複数の照射孔部（２２）から均一かつ十分に照射することができる。それにより、大口径ウェハの表面をより均一かつ十分に活性化することができる。ただし、その筐体（２０）（リング）の内径は、大口径ウェハの直径よりも大きいものとする。このような高速原子ビーム源は、活性化ビームを出射する筐体（２０）が大口径ウェハを囲むようなリングの形状を有しているので、その大きさを、大口径ウェハを一回り大きくした程度に収めることができる。それにより、高速原子ビーム源の大きさをコンパクトにすることができる。

【0013】

上記の高速原子ビーム源において、複数の照射孔部（２２）におけるリングの内側の面の法線としての複数の照射軸（Ｂ）は、リングの中心軸（Ｄ）上の一点で交わることが好ましい。
このような高速原子ビーム源では、その筐体（２０）（リング）の中心にウェハの中心が来るように大口径ウェハが設置されたとき、複数の照射孔部（２２）は、ウェハの中心に対して、同心となる円周上に位置する。そして、複数の照射孔部（２２）の照射軸（Ｂ）は活性化対象であるウェハの表面に対し、一定の角度（α）をもって入射する。したがって、このような高速原子ビーム源は、その大口径ウェハの表面に活性化ビームを、複数の照射孔部（２２）からより均一かつ十分に照射することができる。それにより、大口径ウェハの表面を更により均一かつ十分に活性化することができる。

【0014】

上記の高速原子ビーム源において、筐体（２０）は、リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）を備えていることが好ましい。その場合、電極体（２１）は、複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）の内部に設けられ、円弧に沿って伸びる複数の電極体（２１−１〜２１−４）を備えていることが好ましい。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体（２０−ｉ）の複数の照射孔部（２２）の向き（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）の変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。すなわち、活性化ビームの向きの変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。このことは、ビーム照射軸（Ｂ）のウェハに対する入射角（α）およびビームとウェハとが交差する点の位置座標の調整を調整可能であり、それゆえ、これら２つを合わせると、ビーム照射孔部（２２）の中心点（２４）からビームとウェハとが交差する点までの距離を調整可能であることを意味している。そのため、大口径のウェハ（基板）の表面をより容易に均一かつ十分に活性化することができる。また、このような高速原子ビーム源は、部分筐体（２０−ｉ）が円弧状なので、リング状の筐体よりも製造が容易であり、量産にも向いている。なお、照射孔部（２２）の中心点（２４）とは、照射孔部（２２）にビームを放出するための開孔が複数集合している場合、それら全体を１つの開孔群と捉え、その見かけ上の幾何的な中心点を指すものとする。

【0015】

上記の高速原子ビーム源において、アノード電極体（２１）は、リングの円周に沿って伸び、上下に平行に並んだ二本の電極棒（２１）であることが好ましい。
このような高速原子ビーム源は、サドルフィールド型の電界を安定的に発生できる。その結果、大口径のウェハ（基板）の表面をより均一かつ十分に活性化することができる。

【0016】

上記の高速原子ビーム源において、複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）の各々は、リングの内側の面が、リングの中心軸（Ｄ）を中心とする円（Ｌ）に外接する複数の平面（２０ｐｓ）で形成されていても良い。
このような高速原子ビーム源は、リングの内側の面が平面を連続的に接合して形成できるので、曲面よりも製造が容易である。この場合、リングの外側の面は、同様に平面を連続的に接合して形成しても良いし、曲面を用いて形成しても良い。

【0017】

上記の高速原子ビーム源において、複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）の各々は、複数の箱形筐体（２０−ｉｊ）を含んでも良い。その場合、複数の箱形筐体（２０−１ｊ〜２０−４ｊ）は、中心軸（Ｄ）を中心とする円（Ｌ）に外接するように並んで配置されることが好ましい。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体（２０−ｉ）が平面を組み合わせて形成できるので、そうでない場合よりも製造が容易である。

【0018】

上記の高速原子ビーム源において、複数の照射孔部の各々は、リングの円周に沿った横長の形状を有していてもよい。
このような高速原子ビーム源は、周囲から活性化ビームをウェハへ照射するので、大口径ウェハの表面を、より均一かつ十分に活性化することができる。

【0019】

本発明の常温接合装置は、第１高速原子ビーム源（１８）と、第２高速原子ビーム源（１７）と、圧接機構（１５）とを具備している。第１高速原子ビーム源（１８）は、第１基板の第１表面に照射される複数の第１活性化ビームをそれぞれ出射する。第２高速原子ビーム源（１７）は、第２基板の第２表面に照射される複数の第２活性化ビームをそれぞれ出射する。圧接機構（１５）は、第１表面と第２表面とが照射された後に、第１活性化表面と第２活性化表面とを接触させることにより、第１基板と第２基板とを接合する。第１高速原子ビーム源（１８）は、上記各段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源を含む。複数の第１活性化ビームは、複数の照射孔部（２２）から照射される。リングの中心軸（Ｄ）は、第１基板の中心と重なる。第２高速原子ビーム源（１７）は、上記段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源を含む。複数の第２活性化ビームは、複数の照射孔部（２２）から照射される。リングの中心軸（Ｄ）は、第２基板の中心と重なる。
このような常温接合装置では、上記各段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源の複数の照射孔部（２２）から、サドルフィールド型の電界で加速された第１、第２活性化ビームが、上側および下側の大口径ウェハへ出射される。したがって、このような常温接合装置は、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。また、このような常温接合装置は、上記各段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源を用いているので、その高速原子ビーム源を含む装置全体の大きさをコンパクトにすることができる。

【0020】

上記の常温接合装置は、第１高速原子ビーム源（１８）と第２高速原子ビーム源（１７）とに対応する複数の位置調整機構（３１）を更に具備していることが好ましい。この場合、複数の位置調整機構のうちの第１高速原子ビーム源（１８）に対応する位置調整機構（３１）は、第１高速原子ビーム源（１８）を、複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）が第１活性化表面と所定の第１角度で交わるように、第１基板へ向ける。また、複数の位置調整機構のうちの第２高速原子ビーム源（１７）に対応する位置調整機構（３１）は、第２高速原子ビーム源（１７）を、複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）が第２活性化表面と所定の第２角度で交わるように、第２基板へ向ける。
このような常温接合装置は、第１高速原子ビーム源（１８）および第２高速原子ビーム源（１７）の向きを所望の向きに調整することができる。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ更により均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。
また、上記の常温接合装置は、上記の高速原子ビーム源（１７）（１８）において、筐体（２０）が、リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）を備えていることが好ましい。複数の部分筐体が個々に位置調整機構（３１）を具備することにより、ビーム照射軸（Ｂ）のウェハに対する入射角（α）およびビームとウェハとが交差する点の位置座標の調整、またこの２つを合わせて、ビーム照射孔部（２２）の中心（２４）から、ビームとウェハとが交差する点までの距離を調整可能となる。
このような常温接合装置は、第１高速原子ビーム源（１８）および第２高速原子ビーム源（１７）を、より簡便に所望の向き、位置に調整することができる。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ更により容易に均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。

【0021】

上記の常温接合装置において、第１高速原子ビーム源（１８）の複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）と第１活性化表面とは、第１基板の中心近傍で交わっても良い。第２高速原子ビーム源（１７）の複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）と第２活性化表面とは、第２基板の中心近傍で交わっても良い。
このような常温接合装置は、ウェハ外周辺に位置する金属部材にまでビームスパッタ効果が及ぶことが抑制され、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ、より確実に、更により均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。

【0022】

上記の常温接合装置において、第１高速原子ビーム源（１８）と第２高速原子ビーム源（１７）とが、筐体（２０）として、リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）を備えているとき、第１高速原子ビーム源（１８）と第２高速原子ビーム源（１７）とは一体であっても良い。その場合、当該一体の高速原子ビーム源としての単一高速原子ビーム源（１９）に対応する複数の位置調整機構（３１）を更に具備する。複数の位置調整機構（３１）は、単一高速原子ビーム源（１９）を、複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）が第１活性化表面と所定の第１角度で交わるように、第１基板へ向ける。単一高速原子ビーム源（１９）を、複数の照射孔部（２２）の複数の法線（Ｂ）が第２活性化表面と所定の第２角度で交わるように、第２基板へ向ける。
このような常温接合装置は、高速原子ビーム源および位置調整機構の数を相対的に減らすことができる。それにより、常温接合装置の大きさを更にコンパクトにすることができる。

【0023】

上記の常温接合装置において、第１高速原子ビーム源（１８）および第２高速原子ビーム源（１７）は、複数の照射孔部（２２）が第１高速原子ビーム源（１８）又は第２高速原子ビーム源（１７）の中心軸に対して線対称となるように配置されることが好ましい。
このような常温接合装置は、複数の照射孔部（２２）の各々から各基板へ概ね均等に活性化ビームが照射される。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。

【0024】

上記の常温接合装置において、前記第１高速原子ビーム源（１８）および前記第２高速原子ビーム源（１７）の各々は、前記複数の照射孔部（２２）が前記リングの内周に概ね２０個以上等分配置される、あるいは照射孔が連続して形成された形状を有することが好ましい。
このような常温接合装置は、概ね２０個以上の方向から活性化ビームをウェハへ照射するので、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ、より確実に、より均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。

【0025】

本発明の高速原子ビーム源は、上述の高速原子ビーム源における複数の部分筐体（２０−１〜２０−４）のうちの一つとしての円弧の形状を有する部分筺体（２０−ｉ）を含むことが好ましい。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体（２０−ｉ）の複数の照射孔部（２２）の向き（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）の変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。すなわち、活性化ビームの向きの変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。そして、複数個組み合わせて常温接合装置に組み込むことで、大口径のウェハ（基板）の表面をより容易に均一かつ十分に活性化することができる。

【0026】

本発明による常温接合方法は、上記各段落のいずれか一項に記載の常温接合装置を用いた常温接合方法である。その常温接合方法は、少なくとも３つの工程を具備している。第１の工程は、第１高速原子ビーム源（１８）で、複数の第１活性化ビームを、それぞれ第１基板の第１活性化表面に照射する工程である。第２の工程は、第２高速原子ビーム源（１７）で、複数の第２活性化ビームを、それぞれ第２基板の第２活性化表面に照射する工程である。第３の工程は、圧接機構（１５）で、第１活性化表面と第２活性化表面とが照射された後に、記第１活性化表面と第２活性化表面とを接触させることにより、第１基板と前記第２基板とを接合する工程である。
このような常温接合方法は、上記各段落のいずれかに記載の常温接合装置を用いているので、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。このような常温接合方法は、上記各段落のいずれかに記載の常温接合装置を用いているので、コンパクトに実施することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明により、複数の大口径の基板をより適切に接合するための高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法を提供することができる。複数の大口径の基板を接合するための、よりコンパクトな高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法を提供することができる。大口径の基板の表面をより均一かつ十分に活性化する高速原子ビーム源と、複数の大口径の基板をより均一かつ十分に接合する常温接合装置および常温接合方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１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ＸＹ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ＹＺ断面図である。

【図3】図３は、第１の実施の形態に係るガス種切替機構の構成を模式的に示すブロック図である。

【図4A】図４Ａは、第１の実施の形態に係る高速原子ビーム源を模式的に示す斜視図である。

【図4B】図４Ｂは、第１の実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。

【図4C】図４Ｃは、第１の実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。

【図5】図５は、第１の実施の形態に係る高速原子ビーム源を模式的に示す斜視図である。

【図6】図６は、実施の形態に係る常温接合装置の常温接合装置制御装置を示すブロック図である。

【図7】図７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8A】図８Ａは、第１の実施の形態に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。

【図8B】図８Ｂは、第１の実施の形態に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。

【図9】図９は、第１の実施の形態に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。

【図10】図１０は、比較例に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。

【図11A】図１１Ａは、第２の実施の形態に係る高速原子ビーム源を模式的に示す斜視図である。

【図11B】図１１Ｂは、第２の実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。

【図11C】図１１Ｃは、第２の実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。

【図12】図１２は、第３の実施の形態に係る高速原子ビーム源を模式的に示す斜視図である。

【図13A】図１３Ａは、第２、第３の実施の形態に係る高速原子ビーム源の構成を模式的に示す平面図である。

【図13B】図１３Ｂは、第４の実施の形態に係る高速原子ビーム源の構成を模式的に示す平面図である。

【図13C】図１３Ｃは、第４の実施の形態に係る高速原子ビーム源の他の構成を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。

【0030】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。図１および図２は、それぞれ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ＸＹ断面図およびＹＺ断面図である。その常温接合装置１は、ロードロックチャンバー２と接合チャンバー３とを備えている。ロードロックチャンバー２および接合チャンバー３は、いずれも環境から内部を密閉する容器に形成されている。常温接合装置１は、更に、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、その常温接合装置１の常温接合装置制御装置（後述）に制御されることにより、ゲート５を閉鎖又は開放する。

【0031】

ロードロックチャンバー２は、蓋および真空排気装置（図示されず）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を閉鎖又は開放する。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、常温接合装置制御装置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。その真空排気装置としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。

【0032】

ロードロックチャンバー２は、更に、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、複数のカートリッジが載せられる。カートリッジは、概ね円盤状に形成されている。カートリッジが形成される材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、窒化アルミニウム、シリコン、石英、グラッシーカーボンが例示される。カートリッジは、そ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、常温接合装置制御装置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。

【0033】

接合チャンバー３は、蓋９および真空排気装置１０を備えている。蓋９は、ユーザに操作されることにより、環境と接合チャンバー３の内部とを接続する開口部を閉鎖又は開放する。真空排気装置１０は、ゲート５が閉鎖されているときに、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。真空排気装置１０としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。

【0034】

接合チャンバー３は、更に、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ｗ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ｗを保持する。位置合わせ機構１２は、常温接合装置制御装置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。

【0035】

接合チャンバー３は、更に、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、アルミナ系セラミックに例示される絶縁体である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で平坦な面が下端に形成されている。静電チャック１４は、更に、その誘電層の内部に配置される内部電極（図示されず）を備えている。静電チャック１４では、常温接合装置制御装置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ｗ又は基板を静電力によって保持する。

【0036】

圧接機構１５は、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、その常温接合装置制御装置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、下側のウェハｗ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、上側のウェハｗ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ｗと上側ウェハｗとが所定の距離（例示：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更に鉛直上方である。その活性化位置は、そのホーム位置より更に鉛直上方である。圧接機構１５は、更に、常温接合装置制御装置に制御されることにより、上側ウェハｗが下側ウェハｗに圧接されるように、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。圧接機構１５は、更に、常温接合装置制御装置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に出力する。圧接機構１５は、更に、常温接合装置制御装置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に印加される荷重を測定し、その荷重を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、更に、活性化装置１６を備えている。活性化装置１６は、下側原子ビーム源１７と上側原子ビーム源１８と位置調整機構３１とを備えている。下側原子ビーム源１７は、リングの形状を有し、接合チャンバー３の内部であって上側原子ビーム源１８よりも下側に配置されている。下側原子ビーム源１７は、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）源に例示される高速原子ビーム源であり、下側ウェハｗへ活性化ビームとして高速原子ビームを照射する。上側原子ビーム源１８は、リングの形状を有し、接合チャンバー３の内部であって下側原子ビーム源１７よりも上側に配置されている。上側原子ビーム源１８は、ＦＡＢ源に例示される高速原子ビーム源であり、上側ウェハｗへ活性化ビームとして高速原子ビームを照射する。ただし、下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８は、イオンビーム源であっても良い。その場合には、下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８は、ウェハｗへ活性化ビームとしてイオンビームを照射する。以下では、高速原子ビーム源として説明する。

【0038】

位置調整機構３１は、接合チャンバー３の内部に設けられ、下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８を接合チャンバー３に移動可能に保持する。この図の例では、位置調整機構３１のうちの位置調整機構３１ａは、下側原子ビーム源１７のリングの直径方向の両端を支持するように２箇所に設けられている。その２箇所の位置調整機構３１ａは互いに連動して、下側原子ビーム源１７をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能に保持している。位置調整機構３１のうちの位置調整機構３１ｂは、上側原子ビーム源１８のリングの直径方向の両端を支持するように２箇所に設けられている。その２箇所の位置調整機構３１ｂは互いに連動して、上側原子ビーム源１８をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能に保持している。

【0039】

常温接合装置１は、更に下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８に対応する複数のガス種切替機構を備えている。図３は、本実施の形態に係る常温接合装置におけるガス種切替機構の構成を模式的に示すブロック図である。下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８に対応するガス種切替機構６１は、いずれも同じ構造を有しているので、この図では、下側原子ビーム源１７に対応するガス種切替機構６１について示している。

【0040】

下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８に対応するガス種切替機構６１は、常温接合装置制御装置に制御されることにより、それぞれ所定のガスをそれぞれ下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８に供給する。詳細には、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、６２−２、６２−３、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−ｉ（ｉ＝１，２，３，４）は、その常温接合装置制御装置に制御されることにより、複数のガス供給装置６２−ｉ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と下側原子ビーム源１７又は上側原子ビーム源１８とを接続している。このとき、下側原子ビーム源１７又は上側原子ビーム源１８は、常温接合装置制御装置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を用いて高速原子ビームを生成し、出射する。

【0041】

次に、本実施の形態に係る高速原子ビーム源について更に説明する。
高速原子ビーム源としての下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８は、上下の向きが逆であることを除いては同じ構造を有している。そのため、以下では、高速原子ビーム源として、下側原子ビーム源１７について説明する。

【0042】

図４Ａは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源としての下側原子ビーム源１７を模式的に示す斜視図である（なお、上下の向きを逆にすれば、上側原子ビーム源１８と見ることができる）。

【0043】

筐体２０は、リングの形状を有し、そのリングの内側の面２０ｐに等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部２２を備えている。電極体２１は、筐体２０の内部に設けられ、筐体２０のリングの円周に沿って伸びている。この筐体２０および電極体２１は、それぞれ筐体２０の内部にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として機能する。複数の照射孔部２２の各々におけるリングの内側の面は、リングの中心軸Ｄに向いている。この電極体２１は、リングの円周に沿って伸び、上下に平行に並んだ二本の電極棒であることが好ましい。各照射孔部２２の面の中心２４におけるリングの内側方向へ向かう法線を照射軸Ｂとすると、その照射軸Ｂは各照射孔部２２から照射される高速原子ビームの照射方向と同じである。複数の照射孔部２２の照射軸Ｂは、リングの中心軸Ｄの一点で交わる。言い換えると、複数の照射孔部２２は、リングの中心軸Ｄに対して線対称に配置されている。又は、複数の照射孔部２２は、リングの中心軸Ｄに対して回転対称に配置されている。

【0044】

ここで、常温接合装置１では、筐体２０のリングの中心軸Ｄとウェハｗの中心Ｃ１とが交わるように、ウェハｗが配置される。そして、この図の例では、複数の照射孔部２２の照射軸Ｂは、リングの中心軸Ｄの一点で交わると同時に、下側のウェハｗの中心Ｃ１で交わっている。ただし、複数の照射孔部２２の照射軸Ｂは、リングの中心軸Ｄを中心とするウェハｗ内の円Ｃ２の位置で、下側のウェハｗと交わってもよい。言い換えると、少なくとも照射軸Ｂとウェハｗとの交点は、全てウェハｗ上にある。

【0045】

図４Ｂおよび図４Ｃは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。各照射孔部２２の形状は特に制限はないが、後述されるように、筐体２０のリングの円周に沿って伸びる横長の形を有することが好ましい。図４Ｂでは、一例として、横長の矩形の照射孔部２２を示している。図示されないが、照射孔部２２の形状は、角に丸みのある矩形や横長の楕円であっても良い。図４Ｃでは、他の例として、その横長の矩形が更に伸びて帯の形の照射孔部２２を示している。この場合、端部が無くても良い。

【0046】

図５は、図４Ａに示される下側原子ビーム源１７の一部分を模式的に示す斜視図である。筐体２０は、陰極２０ａと被覆部２０ｂとを備えている。陰極２０ａは、リングの形状を有し、そのリングの内側の面に等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部２２を備えている。照射孔部２２は、陰極２０ａの一部であり、等間隔又は連続的に配置された複数の照射孔２３を有する導体である。照射孔部２２は、格子状又は網状の導体（グリッド）や、複数の孔が開口した導体板に例示される。照射孔部２２としては、陰極２０ａの側面を直接加工して形成しても良いし、陰極２０ａに開口部を設けて、別に作成した照射孔部用部材を取り付けても良い。照射孔部２２の面は、その格子や網や板により形成される面である。照射孔２３の形状は円形や楕円形や正方形や矩形など特に制限はない。ただし、照射孔部２２と同様に、筐体２０のリングの円周に沿って伸びる横長の形を有してもよい。

【0047】

照射孔部２２の複数の照射孔２３をひとまとまりの照射孔群と考えたとき、その照射孔群の領域の概ね中心点（＝照射孔部２２の中心点）２４を通り、照射孔部２２の面に概ね垂直な方向の軸が、既述の照射軸Ｂとなる。この照射軸Ｂの方向は、高速原子ビームが照射される方向と見ることもできる。全ての照射孔群の中心点（全ての照射孔部２２の中心点）２４は、照射対象（エッチング対象）であるウェハｗの中心Ｃ１と同心となる円Ｌの円周上に配置されている。言い換えると、照射孔部２２の複数の照射孔２３は、ウェハｗの中心Ｃ１と同心を成す円Ｌの円周上又はその近傍に配置されている。

【0048】

また、電極体２１としての二本の電極棒は、照射孔部２２や照射孔２３と同様に、照射対象（エッチング対象）であるウェハｗの中心Ｃ１と同心となる円の円周に沿って、リング状又は円弧状に、互いに平行に形成されている。その電極体２１としての二本の電極棒は、照射孔部２２の面と平行に略Ｚ方向の上下に並んでいる。

【0049】

筐体２０において、照射孔部２２の面は、照射孔部２２の面の方向（法線方向）が、筐体２０の下側に配置されたウェハｗに向くように、鉛直方向に対して予め規定された角度αだけ傾いている。言い換えると、照射軸Ｂの方向は、下側のウェハｗに向くように、鉛直方向に対して予め規定された角度αだけ傾いている。それは、例えば、筐体２０を、平面上に矩形とそれに交わらず、矩形の一辺に対して角度αだけ傾いた直線があるとき、この直線を軸にしてその矩形を回転したときできる回転体の形状とすることで実現される。あるいは、例えば、筐体２０を、平面上に矩形とそれに交わらず、矩形の一辺に平行な直線があるとき、この直線を軸にしてその矩形を回転したときできる回転体について、矩形断面の形状を維持しながらその内側を下側へひねるような形状とすることで実現される。この筐体２０は、矩形断面の内側の面を予め下側へ傾けたような形状である。

【0050】

その筐体２０の形状に伴い、電極体２１としての二本の電極棒は、上側の電極棒の中心と下側の電極棒の中心とを結ぶ線分の傾きが、所定の角度αだけ傾いている。言い換えると、上側の電極棒が形成するリングの直径は、下側の電極棒が形成するリングの直径よりも小さい。それゆえ、全ての照射軸Ｂは活性化対象（エッチング対象）であるウェハｗの表面に対し、予め規定された角度αをもって入射する。

【0051】

筐体２０は、更に、ガス導入口２０ｃを有している。ガス導入口２０ｃは、筐体２０のリングの外側の面２０ｑに設けられ、陰極２０ａと被覆部２０ｂとを貫通する孔である。ガス導入口２０ｃは、ガス種切替機構６１から供給されるガスを陰極２０ａ内に導入する。被覆部２０ｂは、複数の照射孔部２２を除く陰極２０ａの外表面を覆う陰極２０ａと同電位のケーシングである。

【0052】

下側原子ビーム源１７は、常温接合装置制御装置に制御されることにより、陰極２０ａおよび電極体２１にそれぞれ接地電圧および直流電圧Ｅを印加され、ガス種切替機構６１からガス（例示：アルゴン（Ａｒ））を供給される。それにより、筐体２０の内部にサドルフィールド型の電界が発生し、筐体２０内に導入したガスがプラズマ化されそのイオンがその電界により外側へ向かって加速される。加速されたイオンの一部は、筐体２０の内壁や照射孔部２２とのイオン衝突により発生した電子と結合して、中性原子ビーム（高速原子ビームＦＡＢ）を生成する。その中性原子ビーム（高速原子ビーム）は、複数の照射孔部２２の複数の照射孔２３から照射軸Ｂに沿ってウェハｗ方向へ活性化ビームとして放出される。

【0053】

次に、本実施の形態に係る常温接合装置１の常温接合装置制御装置７１について説明する。図６は、本実施の形態に係る常温接合装置１の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、コンピュータに例示される情報処理装置であり、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。

【0054】

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。その通信装置は、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やコンピュータプログラムを記憶装置へ読み出すことやインストールすることに利用される。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。

【0055】

そのインターフェースは、更に、常温接合装置１の各構成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。更に、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と下側原子ビーム源１７と上側原子ビーム源１８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。

【0056】

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と活性化部７３と接合部７４とを含んでいる。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。活性化部７３は、ウェハの活性化に関して常温接合装置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、上側原子ビーム源１８および下側原子ビーム源１７の制御を主に行う。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。

【0057】

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７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１を用いて実行される。

【0058】

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の内部を大気圧雰囲気にし、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。

【0059】

ユーザは、複数の下側ウェハおよび複数の上側ウェハと、それらに対応した複数の下側カートリッジおよび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ｗを含み、その複数の上側ウェハは上側ウェハｗを含む。ユーザは、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。下側ウェハｗに対応する下側カートリッジには、活性化表面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ｗが載せられている。上側ウェハｗに対応する上側カートリッジには、活性化表面がその上側カートリッジに対向するように、上側ウェハｗが載せられている。ユーザは、その後、ロードロックチャンバー２の蓋を閉鎖する。搬送部７２は、そ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の内部を予備雰囲気にする（ステップＳ１）。

【0060】

搬送部７２は、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、搬送ロボット８を制御することにより、上側ウェハｗ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、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、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ｗ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。

【0061】

搬送部７２は、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ｗを保持させる。搬送部７２は、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、その後、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。

【0062】

搬送部７２は、その後、搬送ロボット８を制御することにより、下側ウェハｗ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、その後、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）。

【0063】

常温接合装置制御装置７１の活性化部７３は、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）。活性化部７３は、更に、活性化装置１６を制御することにより、上側ウェハｗの活性化表面全部と下側ウェハｗの活性化表面の全部とを活性化させる（ステップＳ４）。すなわち、下側ウェハｗの活性化表面は、下側原子ビーム源１７から照射される高速原子ビームにより活性化される。上側ウェハｗの活性化表面は、上側原子ビーム源１８から照射される高速原子ビームにより活性化される。

【0064】

常温接合装置制御装置７１の接合部７４は、その後、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、位置合わせ機構１２を制御することにより、下側ウェハｗを上側ウェハｗに対して所定の位置合わせ位置に配置する（ステップＳ５）。

【0065】

接合部７４は、その後、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、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ｗと下側ウェハｗとにその接合荷重を印加する（ステップＳ６）。下側ウェハｗと上側ウェハｗ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。

【0066】

接合部７４は、その後、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、その後、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、その後、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、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）。

【0067】

搬送部７２は、下側ウェハが載せられている他の下側カートリッジと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。

【0068】

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、その後、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の内部を大気圧雰囲気にする（ステップＳ９）。ユーザは、その後、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。

【0069】

ユーザは、更に他の複数の下側ウェハと他の複数の上側ウェハとを更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。

【0070】

以上のようにして、本実施の形態に係る常温接合装置の動作が実施される。

【0071】

図８Ａおよび図８Ｂは、本実施の形態に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびウェハ中心を通る断面方向のプロファイルを示すグラフである。この図では、下側原子ビーム源１７で下側ウェハｗをエッチングした場合（ウェハ半径方向に外周から複数の高速原子ビームを照射した場合）での、ウェハ面内エッチングレートの分布を示している。また、下側原子ビーム源１７は、筐体２０のリングの内側の面２０ｐを３６等分し、その３６等分されて形成された３６面の各々に一つの照射孔部２２を設けている。すなわち、３６方向から同じ高速原子ビームを照射している。

【0072】

この場合、エッチングレートは同心円状に変化しているが、その変化は小さく、グラフも全体的に平坦になっている。そのエッチングレートの最大値は、ウェハ中心付近の２．３ｎｍ／ｍｉｎ．である。そのエッチングレートの最小値は、ウェハ端部付近の０．８ｎｍ／ｍｉｎ．である。エッチングレート比（最大値／最小値）は、２．９である。すなわち、最大値と最小値の差が小さく、概ね均一なエッチングレートの分布である。すなわち、このエッチングレートの分布は、十分に許容できる範囲ということができる。

【0073】

このように、３６個の照射孔部２２からウェハ全面にわたって偏りなく高速原子ビームが照射されることで、活性化の均一性の指標であるエッチングレート比を小さくすることができる。その結果、ウェハの円周方向から均等に照射される高速原子ビームにより、大面積（大口径）ウェハに均質なエッチング面を形成することができる。

【0074】

このとき、各照射孔部２２から照射される高速原子ビームの広がる範囲は、ウェハ表面において、概ねウェハの形状と重なる程度と考えられる。したがって、エッチング対象とするウェハのみを集中的にエッチング（スパッタ）し、ウェハ以外の部品をエッチングすることが少なくなる。その結果、不純物のウェハへのデポジションが防止される。そして、パーティクルがウェハ上に飛散することを防止でき、接合品質が向上する。

【0075】

図９は、本実施の形態に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。この図では、下側原子ビーム源１７は、筐体２０のリングの内側の面２０ｐを２４等分し、その２４等分されて形成された２４面の各々に一つの照射孔部２２を設けている。すなわち、２４方向から同じ高速原子ビームを照射している。ただし、照射孔部２２の大きさは、図８Ａの場合と同様である。また、ウェハへのビーム入射角α、ウェハｗ上のビーム照射点を結んだ仮想円Ｃ２の径、および照射孔部中心２４から照射軸Ｂがウェハｗと交差する点までの距離といった幾何的な配置を除く、その他の印加電圧等のビーム源照射条件については図８Ａの場合と同じである。

【0076】

エッチングレートは概ね同心円状に変化しているが、その変化は小さい。ただし、その変化は図８Ａと比較してやや大きく、特にウェハ端部で波打ったような不均一部分が発生している。そのエッチングレートの最大値は、ウェハ中心付近の３．１ｎｍ／ｍｉｎ．である。そのエッチングレートの最小値は、ウェハ端部付近の１．７ｎｍ／ｍｉｎ．である。エッチングレート比（最大値／最小値）は、１．８である。すなわち、最大値と最小値の差が小さく、概ね均一なエッチングレートの分布である。ウェハ端部で波打ったような不均一部分が発生しているが、その不均一部分が小さいことにから、このエッチングレートの分布は、許容できる範囲ということができる。

【0077】

図１０は、比較例に係る常温接合装置で活性化されたウェハのエッチングレートの分布を示す分布図およびグラフである。ここの図では、下側原子ビーム源１７は、筐体２０のリングの内側の面２０ｐを１２等分し、その１２等分されて形成された１２面の各々に一つの照射孔部２２を設けている。すなわち、１２方向から同じ高速原子ビームを照射している。ただし、照射孔部２２の大きさは、図８Ａの場合と同様である。また、ウェハへのビーム入射角α、ウェハｗ上のビーム照射点を結んだ仮想円Ｃ２の径、および照射孔部中心２４から照射軸Ｂがウェハｗと交差する点までの距離といった幾何的な配置を除く、その他の印加電圧等のビーム源照射条件については図８Ａの場合と同じである。

【0078】

エッチングレートは、中心付近では概ね同心円状に変化しているが、その外側の領域ではで波打ったような著しい不均一部分が発生している。そのエッチングレートの最大値は、ウェハ中心付近の５．４ｎｍ／ｍｉｎ．である。そのエッチングレートの最小値は、ウェハ端部付近の０．１ｎｍ／ｍｉｎ．である。エッチングレート比（最大値／最小値）は、５４である。すなわち、最大値と最小値の差が、図８Ａ、図９と比較した場合一桁大きく、不均一なエッチングレートの分布である。すなわち、エッチングレートは、ウェハ中心付近で同心円状に大きく変化し、その外側の領域で波打ったような不均一部分が発生しており、全体的に不均一になっている。したがって、予め設定する許容範囲にもよるが、このエッチングレートの分布は、許容できない範囲ということができる。なお、エッチングレートのウェハ面内均一性の許容範囲は、接合後のウェハの接合強度の均一性から、接合体の用途に応じて定める。

【0079】

以上のことから、ウェハ表面を均一に活性化するには、下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８は、複数の照射孔部２２から同じ高速原子ビームを照射するとき、複数の照射孔部２２を概ね２０個又はそれ以上に多く（連続的な照射孔群と）することが好ましいと考えられる。言い換えると、ウェハ表面を安定的に均一に活性化するには、同じ高速原子ビームを用いて複数の方向から照射するとき、概ね２０方向又はそれ以上に多くの方向から照射することが好ましいと考えられる。このような常温接合装置は、上側および下側の大口径ウェハ（基板）の表面を、それぞれ、より確実に、より均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハ（基板）をより適切に接合することが可能となる。

【0080】

以上述べたように、本実施の形態では、高速原子ビームのような活性化ビームによる偏りのないエッチングが可能となる。それにより、大口径ウェハ表面をより均一な活性化状態とすることができる。その結果、ウェハ表面の粗さの均一化や清浄度の均質化を図ることができる。そして、ウェハ全面にわたって接合強度のバラツキが抑えられ、接合品質が向上する。

【0081】

また、本実施の形態では、活性化対象であるウェハ以外の部品をエッチング（スパッタ）することが少なくなる。すなわち、ウェハ以外の部品がスパッタされ、その粒子がウェハ表面へ付着し、接合面のボイドとなることがなくなる。そのため、不純物のデポジションが防止され、パーティクル飛散が防止でき、接合品質が向上する。

【0082】

以上の作用効果によりウェハに形成されるデバイスの歩留りを向上させることができる。

【0083】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。第１の実施の形態では一つのリング形状の高速原子ビーム源を用いているが、本実施の形態ではリングを分割した円弧の形状の複数の高速原子ビーム源を用いている。以下では、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。

【0084】

本実施の形態に係る高速原子ビーム源について説明する。高速原子ビーム源としての下側原子ビーム源１７および上側原子ビーム源１８は、上下の向きが逆の他は同じ構造を有している。そのため、以下では、高速原子ビーム源として、下側原子ビーム源１７について説明する。

【0085】

図１１Ａは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源としての下側原子ビーム源１７を模式的に示す斜視図である（なお、上下の向きを逆にすれば、上側原子ビーム源１８と見ることができる）。

【0086】

本実施の形態に係る下側原子ビーム源（高速原子ビーム源）１７は、第１の実施の形態のリング形状の高速原子ビーム源を分割した円弧の形状（分割型リング形状）および構成を有している。ただし、分割数は任意である。以下では、一例として、この図に示すように、第１の実施の形態のリング形状の高速原子ビーム源を４つに分割した円弧の形状を有する下側原子ビーム源１７について説明する。

【0087】

下側原子ビーム源１７は、下側原子ビーム源１７−１、１７−２、１７−３、１７−４を備えている。各下側原子ビーム源１７−ｋ（ｋ＝１〜４：整数）は、部分筐体２０−ｋと、電極体２１−ｋとを備えている。部分筐体２０−ｋは、リングを分割した円弧の形状を有し、その円弧の内側の面２０ｐに等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部２２を備えている。電極体２１−ｋは、部分筐体２０−ｋの内部に設けられ、その部分筐体２０−ｋのリングの円弧に沿って伸びている。この筐体２０−ｋおよび電極体２１−ｋは、それぞれ部分筐体２０−ｋの内部にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として機能する。この電極体２１は、その円弧に沿って伸び、上下に平行に並んだ二本の電極棒であることが好ましい。各照射孔部２２の面の中心２４におけるリングの円弧の内側方向へ向かう法線を照射軸Ｂとすると、複数の照射孔部２２の照射軸Ｂは、リングの中心軸Ｄ上の一点で交わる。

【0088】

位置調整機構３１のうちの位置調整機構３１ｂは、下側原子ビーム源１７−ｋの円弧の形状の外側を支持するように１箇所設けられ、下側原子ビーム源１７−ｋをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能に、かつ所望の角度θの傾きとなるよう回転移動可能に設けられている。この図の例では、下側原子ビーム源１７−２に取り付けられた位置調整機構３１ｂのみを示しているが、他の下側原子ビーム源１７−１、１７−３、１７−４についても同様に位置調整機構３１ｂが取り付けられている。位置調整機構３１のうちの上側原子ビーム源１８−ｋの位置調整機構３１ａについても同様である。下側原子ビーム源１７−ｋを、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能で、かつ所望の角度θの傾きとなるよう回転移動可能であるため、高速原子ビームの照射条件の変更が容易となる。そのため、より容易に均一かつ十分に高速原子ビームをウェハｗに照射することができる。

【0089】

なお、第１の実施の形態では、筐体２０を、例えば、平面上に矩形とそれに交わらず、矩形の一辺に対して角度αだけ傾いた直線があるとき、この直線を軸にしてその矩形を回転したときできる回転体の形状としている。これは、照射軸Ｂの方向を、下側のウェハｗに向くように、鉛直方向に対して予め規定された角度αだけ傾けるためである。しかし、本実施の形態では、位置調整機構３１で筐体２０−ｋの角度θを所望の傾きに設定できるため、照射軸Ｂの方向を所望の角度αとすることができる。したがって、矩形断面の円弧の内側の面を必ずしも予め下側へ傾けたような形状にする必要はない。すなわち、筐体２０−ｋとして、矩形断面のリングをそのまま分割した形状を用いることができる。

【0090】

図１１Ｂおよび図１１Ｃは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源の照射孔部の形状を模式的に示す斜視図である。各照射孔部２２の形状は特に制限はないが、第１の実施の形態で記載されているように、筐体２０−ｋのリングの円周に沿って伸びる横長の形を有することが好ましい。図９Ｂでは、一例として、横長の矩形の照射孔部２２を示している。図示されないが、照射孔部２２の形状は、角に丸みのある矩形や横長の楕円であっても良い。図９Ｃでは、他の例として、その横長の矩形が更に伸びて帯の形の照射孔部２２を示している。

【0091】

ここで、第１の実施の形態のリング形状の高速原子ビーム源を分割する分割数は、位置調整機構３１で筐体２０−ｋの角度θを所望の傾きに設定し易い点や、位置調整機構３１を含めた接合チャンバー３内への設置のし易さの点から、４〜８であることが好ましい。分割数が大き過ぎると設置が困難となり、常温接合装置全体の大きさを大きくせざるを得ず、高コストとなってしまう。分割数が小さすぎると、筐体２０−ｋの角度θを所望の傾きに設定し難くなり、エッチングレートの均一性が保てなくなる。

【0092】

その他の構成や常温接合方法（常温接合装置の動作）については、第１の実施の形態と同様である。

【0093】

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、第１の実施の形態の効果に加えて、高速原子ビーム源の角度と距離を調節可能とすることで、エッチングの分布を微調整することが可能となり、より容易に均一な活性化面が得られるよう調整することができる。ウェハｗ面上でのエッチングレートおよびその分布は、高速原子ビーム源（表面活性化源）とウェハとの距離と照射軸の入射角とに相関があるためである。

【0094】

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る高速原子ビーム源、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の実施の形態ではリングを複数に分割した形状の複数の上側原子ビーム源および複数の下側原子ビーム源を用いているが、本実施の形態では上側と下側とで高速原子ビーム源を分けず、上側と下側とに共通の高速原子ビーム源を用いている。以下では、第２の実施の形態との相違点について主に説明する。

【0095】

図１２は、本実施の形態に係る高速原子ビーム源１９を模式的に示す斜視図である。

【0096】

本実施の形態では、第２の実施の形態において、例えば上側原子ビーム源１８を取り除き、下側原子ビーム源１７を、上側原子ビーム源１８と下側原子ビーム源１７とを合わせた機能を実行する単一の高速原子ビーム源１９としている。すなわち、上側原子ビーム源１８−１〜１８−４を取り除き、上下ウェハの間隔を調整してビーム源と上ウェハとの距離Ｂｂが、下側ウェハとの距離Ｂａと一致し、それぞれの入射角がαとなるように設定することで、高速原子ビーム源１９−１〜１９−４と設定できる。

【0097】

この場合、下側ウェハｗへ高速原子ビームを照射する場合、高速原子ビーム源１９−ｋは、下側を向くように位置調整機構３１により傾いて、高速原子ビーム源１９−ｋａの状態になる。その結果、高速原子ビーム源１９−ｋａの照射軸Ｂａは、所望の角度αで下側ウェハｗと交わることができる。同様に、上側ウェハｗへ高速原子ビームを照射する場合、高速原子ビーム源１９−ｋは、上側を向くように位置調整機構３１により傾いて、高速原子ビーム源１９−ｋｂの状態になる。その結果、高速原子ビーム源１９−ｋｂの照射軸Ｂｂは、所望の角度αで上側ウェハｗと交わることができる。

【0098】

その他の構成や常温接合方法（常温接合装置の動作）については、第２の実施の形態と同様である。

【0099】

本実施の形態についても、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、分割型リング形状の高速原子ビーム源を上側および下側のウェハの活性化源として共用することで、ウェハ毎に高速原子ビーム源一式を備える第２の実施の形態の構成に比して、コストを削減可能であり、常温接合装置を小型化可能である。

【0100】

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る高速原子ビーム源、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、第３の実施の形態ではリングを複数に分割した形状の高速原子ビーム源を用いているが、本実施の形態ではその高速原子ビーム源の形状を製造が容易になるように変更している。以下では、第２、３の実施の形態との相違点について主に説明する。

【0101】

図１３Ａは、第２、第３の実施の形態に係る高速原子ビーム源の構成を模式的に示す平面図である。第２、第３の実施の形態において記載されたように、部分筐体２０−ｋの照射孔部２２が形成されている、円弧の形状の内側の面２０ｐは、ウェハｗの中心に対して同心となる円Ｌの外周に沿った曲面である。

【0102】

図１３Ｂは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源の構成を模式的に示す平面図である。本実施の形態の部分筐体２０−ｋの照射孔部２２が形成されている、円弧の形状の内側の面２０ｐｓは、ウェハｗの中心に対して同心となる円Ｌの円周に外接する複数の平面である。その複数の平面は円周に沿って並び、両隣と互いに結合されている。その複数の平面は、円Ｌの円周に外接する多面体の一部分の形状と見ることもできる。各平面には、一つの照射孔部２２が含まれる。そのとき、各平面の法線は、照射孔部２２の照射軸Ｂと平行である。この場合にも、照射孔部２２内の照射孔（２３）は、等間隔もしくは連続的に配置されることが望ましい。なお、部分筐体２０−ｋの照射孔部２２が形成されていない、円弧の形状の外側の面２０ｑは、ウェハｗの中心に対して同心となる他の円の円周に沿った曲面であっても良いし、その円周に外接する複数の平面であってもよい。

【0103】

図１３Ｃは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源の他の構成を模式的に示す平面図である。この場合での部分筐体２０−ｋは、図１３Ｂの部分筐体２０−ｋを更に分割した複数の部分筐体を含んでいる。この図の例では、部分筐体２０−ｋは、部分筐体２０−ｋ１、２０−ｋ２、２０−ｋ３、２０−ｋ４、２０−ｋ５を含んでいる。部分筐体２０−ｋｊ（ｊ＝１〜５）は、箱型形状を有し、一つの照射孔部２２を有している。照射孔部２２を有する面２０ｐｓは、ウェハｗの中心に対して同心となる円Ｌの円周に外接する平面である。その複数の部分筐体２０−ｋ１〜２０−ｋ５は、面２０ｐが円周に沿って並び、両隣と互いに接するように配置されている。

【0104】

その他の構成や常温接合方法（常温接合装置の動作）については、第２、第３の実施の形態と同様である。

【0105】

本実施の形態についても、第２、第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、高速原子ビームやイオンビームの照射孔２３を備える照射孔部２２をカーボン材料のような曲面加工が難しい材料で製造する場合、面２０ｐを平面にすることにより、照射孔部２２を容易に製造することができる。それにより、高速原子ビーム源の製造コストを低減することができる。

【0106】

以上のように、上記各実施の形態の高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置では、大口径のウェハ表面を均一な活性状態とすることが可能となる。それにより、接合ウェハ（基板）の表面粗さの均一化、清浄度の均質化を図ることができる。その結果、ウェハ（基板）全面に渡って接合強度のばらつきが抑えられ、接合品質が向上する。

【0107】

また、上記各実施の形態の高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置では、活性化対象であるウェハ（基板）に高速原子ビームを集中させることができる。そのため、ウェハ（基板）以外の部品をエッチングすることが少なくなる。したがって、接合ウェハ（基板）への不純物のデポジションが防止される。その結果、接合ウェハ（基板）へのパーティクル飛散が防止でき、接合品質が向上する。

【0108】

そして、上記各実施の形態の高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置では、上記の各作用効果により、ウェハ（基板）に形成されるデバイスの歩留りが向上する。

【0109】

なお、本発明による常温接合装置は、その複数のガス種切替機構を省略することもできる。この場合も、その常温接合装置は、既述の実施の形態と同様にして、下側ウェハと上側ウェハとをより均一に活性化させることができ、その下側ウェハと上側ウェハとをより適切に常温接合することができる。

【0110】

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。また、各実施の形態に記載された技術は、矛盾の発生しない限り、他の実施の形態に利用することが可能である。

【符号の説明】

【0111】

１ ：常温接合装置
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 ：棚
８ ：搬送ロボット
９ ：蓋
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、１７−ｋ、１７−１〜１７−４：下側原子ビーム源
１８、１８−ｋ、１８−１〜１８−４：上側原子ビーム源
１９、１９−ｋ、１９−ｋａ、１９−ｋｂ、１９−１〜１９−４：高速原子ビーム源
２０：筐体
２０−ｋ、２０−ｋｊ、２０−ｋ１〜２０−ｋ５：部分筐体
２０ａ：陰極
２０ｂ：被覆部
２０ｃ：ガス導入口
２０ｐ、２０ｐｓ：面
２０ｑ、２０ｑｓ：面
２１、２１−ｋ：電極体
２２：照射孔部
２３：照射孔
２４：中心点
３１、３１ａ、３１ｂ：位置調整機構
６１：ガス種切替機構
６２−ｉ、６２−１〜６２−４：ガス供給装置
６３−ｉ、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：活性化部
７４：接合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】