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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024083495
(43)【公開日】2024-06-21
(54)【発明の名称】接合装置および接合方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240614BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20240614BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
H01L21/68 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024061924
(22)【出願日】2024-04-08
(62)【分割の表示】P 2023567191の分割
【原出願日】2023-06-21
(31)【優先権主張番号】P 2022100457
(32)【優先日】2022-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】304019355
【氏名又は名称】ボンドテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174388
【弁理士】
【氏名又は名称】龍竹 史朗
(72)【発明者】
【氏名】山内 朗
(72)【発明者】
【氏名】川崎 朋義
(57)【要約】
【課題】被接合物の接合面全体を均一に活性化処理できる接合装置および接合方法を提供する。
【解決手段】接合装置は、基板Ｗ１を保持するステージ１４１と、ステージ１４１に対向して配置され、基板Ｗ２を保持するヘッド１４２と、ステージ１４１に固定され、ステージ１４１における基板Ｗ１が配置される領域の外側から基板Ｗ２の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する粒子ビーム源１６１と、ヘッド１４２を、基板Ｗ１、Ｗ２が互いに近づく第１方向または基板Ｗ１、Ｗ２が離れる第２方向へ移動させるヘッド駆動部１４４と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】接合装置は、基板Ｗ１を保持するステージ１４１と、ステージ１４１に対向して配置され、基板Ｗ２を保持するヘッド１４２と、ステージ１４１に固定され、ステージ１４１における基板Ｗ１が配置される領域の外側から基板Ｗ２の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する粒子ビーム源１６１と、ヘッド１４２を、基板Ｗ１、Ｗ２が互いに近づく第１方向または基板Ｗ１、Ｗ２が離れる第２方向へ移動させるヘッド駆動部１４４と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの被接合物を接合する接合装置であって、
前記２つの被接合物のうちのいずれか一方の被接合物を保持する第１被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方の被接合物を保持する第２被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に固定され、前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物が配置される領域の外側から前記他方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する第１粒子ビーム源と、
前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが互いに近づく第１方向または前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を備える、
接合装置。
前記２つの被接合物のうちのいずれか一方の被接合物を保持する第１被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方の被接合物を保持する第２被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に固定され、前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物が配置される領域の外側から前記他方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する第１粒子ビーム源と、
前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが互いに近づく第１方向または前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を備える、
接合装置。
【請求項2】
前記第２被接合物保持部に固定され、前記第２被接合物保持部における前記他方が配置される領域の外側から前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する第２粒子ビーム源を更に備える、
請求項１に記載の接合装置。
請求項１に記載の接合装置。
【請求項3】
前記第１粒子ビーム源の粒子ビームの照射方向は、前記他方の被接合物の接合面の垂線に対して傾斜しており、
前記第２粒子ビーム源の粒子ビームの照射方向は、前記一方の被接合物の接合面の垂線に対して傾斜している、
請求項２に記載の接合装置。
前記第２粒子ビーム源の粒子ビームの照射方向は、前記一方の被接合物の接合面の垂線に対して傾斜している、
請求項２に記載の接合装置。
【請求項4】
前記第１粒子ビーム源と前記第２粒子ビーム源との少なくとも一方は、粒子ビームを放射する列状に配置された複数の放射口を有し、前記複数の放射口の並び方向が前記２つの被接合物のうちの、前記放射口から放射される粒子ビームが照射される被接合物の接合面と平行になる姿勢で配置されている、
請求項２または３に記載の接合装置。
請求項２または３に記載の接合装置。
【請求項5】
前記第１粒子ビーム源と前記第２粒子ビーム源との少なくとも一方は、
粒子ビームが照射される被接合物の接合面に沿った方向に配列する複数の放射口を有し、
前記複数の放射口それぞれの開口面積は、前記複数の放射口の並び方向における中央部から離れた位置に配置される放射口ほど大きく設定されている、
請求項２または３に記載の接合装置。
粒子ビームが照射される被接合物の接合面に沿った方向に配列する複数の放射口を有し、
前記複数の放射口それぞれの開口面積は、前記複数の放射口の並び方向における中央部から離れた位置に配置される放射口ほど大きく設定されている、
請求項２または３に記載の接合装置。
【請求項6】
前記第１粒子ビーム源と前記第２粒子ビーム源との少なくとも一方は、
粒子ビームが照射される被接合物の接合面に沿った方向に配列する複数の放射口を有し、
前記複数の放射口それぞれの粒子ビームの放射方向は、前記複数の放射口の並び方向における中央部から離れた位置に配置される放射口ほど前記並び方向と直交する方向から前記並び方向における一方の端部側への傾斜角度が大きく設定されている、
請求項２または３に記載の接合装置。
粒子ビームが照射される被接合物の接合面に沿った方向に配列する複数の放射口を有し、
前記複数の放射口それぞれの粒子ビームの放射方向は、前記複数の放射口の並び方向における中央部から離れた位置に配置される放射口ほど前記並び方向と直交する方向から前記並び方向における一方の端部側への傾斜角度が大きく設定されている、
請求項２または３に記載の接合装置。
【請求項7】
前記駆動部は、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との間の距離が長くなるほど移動速度が遅くなるように、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を移動させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の接合装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項8】
前記２つの被接合物の少なくとも一方は、直径６インチ以下の平面視円形の基板である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の接合装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項9】
２つの被接合物のうちのいずれか一方の被接合物を第１被接合物保持部に保持させ、前記２つの被接合物のうちの他方の被接合物を、前記第１被接合物保持部に対向して配置された第２被接合物保持部に保持させた状態で、前記第１被接合物保持部に固定された第１粒子ビーム源が、前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物が配置される領域の外側から前記第２被接合物保持部における前記他方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを照射しながら、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが互いに近づく第１方向または前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが離れる第２方向へ移動させることにより、前記２つの被接合物それぞれの接合面を活性化させる活性化工程と、
接合面が活性化された前記２つの被接合物の接合面同士を接触させることにより、前記２つの被接合物同士を接合する接合工程と、を含む、
接合方法。
接合面が活性化された前記２つの被接合物の接合面同士を接触させることにより、前記２つの被接合物同士を接合する接合工程と、を含む、
接合方法。
【請求項10】
前記接合工程において、前記第２被接合物保持部に固定された第２粒子ビーム源が、前記第２被接合物保持部における前記他方の被接合物が配置される領域の外側から前記一方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを照射しながら、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１方向または前記第２方向へ移動させる、
請求項９に記載の接合方法。
請求項９に記載の接合方法。
【請求項11】
前記２つの被接合物の少なくとも一方は、直径６インチ以下の平面視円形の基板である、
請求項９または１０に記載の接合方法。
請求項９または１０に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合装置および接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一対の基板の接合面へ粒子ビームを照射することにより一対の基板の接合面それぞれを活性化させる表面活性化処理を行った後、一対の基板の接合面同士を接触させることにより一対の基板同士を接合する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法では、チャンバ内において、一対の基板それぞれを保持したステージを互いに離間した状態で配置し、チャンバ内で定位置に固定された粒子ビーム源からステージに保持された基板ぞれぞれの接合面に向けて粒子ビームを照射することにより基板の接合面を活性化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１５－８２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、基板の接合面に対して粒子ビームの照射方向が傾斜していることから基板における粒子ビームの入射面に平行な方向において基板に入射する粒子ビームのドーズ量が不均一になってしまう。また、粒子ビーム源としては、ライン状であり、その長手方向が基板に接合面に平行となる姿勢で配置される放電室を有するものが採用される場合がある。しかしながら、このような粒子ビーム源の場合、放電室内で発生させるプラズマ密度が放電室の長手方向において不均一になり、これに伴い、基板の接合面における粒子ビームの入射面と直交する方向における粒子ビームのドーズ量が不均一になってしまう。このように、基板の接合面における粒子ビームの入射面に平行な方向並びに入射面と直交する方向において基板の接合面に入射する粒子ビームのドーズ量が不均一になると、接合面全体を均一に活性化できない虞がある。
【0005】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、被接合物の接合面全体を均一に活性化処理できる接合装置および接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る接合装置は、
２つの被接合物を接合する接合装置であって、
前記２つの被接合物のうちのいずれか一方の被接合物を保持する第１被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方の被接合物を保持する第２被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に固定され、前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物が配置される領域の外側から前記他方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する第１粒子ビーム源と、
前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが互いに近づく第１方向または前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を備える。
２つの被接合物を接合する接合装置であって、
前記２つの被接合物のうちのいずれか一方の被接合物を保持する第１被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方の被接合物を保持する第２被接合物保持部と、
前記第１被接合物保持部に固定され、前記第１被接合物保持部における前記一方の被接合物が配置される領域の外側から前記他方の被接合物の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射する第１粒子ビーム源と、
前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部との少なくとも一方を、前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが互いに近づく第１方向または前記第１被接合物保持部と前記第２被接合物保持部とが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、被接合物の接合面全体を均一に活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の形態に係る接合装置の概略正面図である。
【図2】実施の形態に係る接合装置の一部を示す図である。
【図3】実施の形態に係る放電室の概略正面図である。
【図4A】実施の形態に係る接合装置の一部を示し、ステージ-ヘッド間距離が最短になった状態を示す図である。
【図4B】実施の形態に係る接合装置の一部を示し、ステージ-ヘッド間距離が最長になった状態を示す図である。
【図5A】実施の形態に係るステージにおける粒子ビームの照射領域を示す図である。
【図5B】実施の形態に係るヘッドにおける粒子ビームの照射領域を示す図である。
【図6】実施の形態に係る接合装置の動作説明図である。
【図7】比較例１に係る放電室の概略正面図である。
【図8】活性化処理における粒子ビームのドーズ量の均一性の評価に用いた基板の膜厚測定箇所を示す図である。
【図13A】比較例２に係る接合装置の一部を示す図である。
【図13B】比較例２に係る接合装置で基板に粒子ビームを照射したときのドーズ量の分布を示す図である。
【図14】比較例１、２および実施の形態に係る粒子ビーム源におけるプラズマの分布の模式図である。
【図15】変形例に係る接合装置の一部を示す図である。
【図16】変形例に係る接合装置の動作説明図である。
【図17】変形例に係る放電室の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態１に係る接合装置について、図を参照しながら説明する。本実施の形態に係る接合装置は、減圧雰囲気にあるチャンバ内で、２つの基板の接合面に対して活性化処理を行い、その後、基板同士を接触させて加圧することにより、２つの基板を接合する。ここで、基板としては、例えば、Ｓｉ基板、ＳｉＯ２ガラス基板等のガラス基板、酸化物基板（例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）基板、サファイア基板を含むアルミナ基板（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）等）、窒化物基板（例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ））、ＧａＡｓ基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板、ニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）、ダイヤモンド基板などのいずれかからなる被接合物である。或いは、基板Ｗ１、Ｗ２として、接合面にＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の金属から形成された電極が設けられた基板であってもよい。また、基板Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ、直径６インチ以下の平面視円形の基板であることが好ましい。活性化処理では、２つの基板それぞれの互いに接合される接合面に対して、粒子ビームを照射することにより基板の接合面を活性化する。なお、活性化処理の前に基板を加熱してもよいし、２つの基板同士を接触させて加圧する際に加熱してもよい。
【0010】
本実施の形態に係る接合装置は、図１に示すように、チャンバ１２０と、ステージ１４１と、ヘッド１４２と、ステージ駆動部１４３と、ヘッド駆動部１４４と、基板加熱部１４１１、１４２１と、位置ずれ量測定部１５０と、粒子ビーム源１６１、１６２と、を備える。なお、以下の説明において、適宜図２の±Ｚ方向を上下方向、ＸＹ方向を水平方向として説明する。チャンバ１２０は、排気管１２１ｂと排気弁１２１ｃとを介して真空ポンプ１２１ａに接続されている。排気弁１２１ｃを開状態にして真空ポンプ１２１ａを作動させると、チャンバ１２０内の気体が、排気管１２１ｂを通してチャンバ１２０外へ排出され、チャンバ１２０内の気圧が低減（減圧）される。なお、チャンバ１２０内の気圧は、１０－５Ｐａ以下にすることができる。また、排気弁１２１ｃの開閉量を変動させて排気量を調節することにより、チャンバ１２０内の気圧（真空度）を調節することができる。
【0011】
ステージ１４１とヘッド１４２とは、チャンバ１２０内において、Ｚ方向において互いに対向するように配置されている。ステージ１４１は、その上面で基板Ｗ１を保持する第１被接合物保持部であり、ヘッド１４２は、その下面で基板Ｗ２を保持する第２被接合物保持部である。なお、ステージ１４１の上面とヘッド１４２の下面とは、基板Ｗ１、Ｗ２のステージ１４１、ヘッド１４２との接触面が鏡面でステージ１４１、ヘッド１４２から剥がれにくい場合を考慮して、粗面加工が施されていてもよい。ステージ１４１およびヘッド１４２は、それぞれ基板Ｗ１、Ｗ２を保持する保持機構（図示せず）を有する。保持機構は、静電チャック、機械式クランプ等を有する。また、ステージ１４１は、周部に段部１４１ａが形成された形状を有する。そして、ステージ１４１に基板Ｗ１、Ｗ２が載置された状態において、基板Ｗ１、Ｗ２の周部が段部１４１ａの上方に配置される。
【0012】
ステージ駆動部１４３は、ステージ１４１をＸＹ方向へ移動させたり、Ｚ軸周りに回転させたりすることができる。
【0013】
ヘッド駆動部１４４は、矢印ＡＲ１に示すようにヘッド１４２を昇降させる昇降駆動部１４４１と、ヘッド１４２をＸＹ方向へ移動させるＸＹ方向駆動部１４４２と、ヘッド１４２をＺ軸周りの回転方向に回転させる回転駆動部１４４３と、を有する。また、ヘッド駆動部１４４は、ヘッド１４２のステージ１４１に対する傾きを調整するためのピエゾアクチュエータ１４４４と、ヘッド１４２に加わる圧力を測定するための圧力センサ１４４５と、を有する。ＸＹ方向駆動部１４４２および回転駆動部１４４３が、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ軸周りの回転方向において、ヘッド１４２をステージ１４１に対して相対的に移動させることにより、ステージ１４１に保持された基板Ｗ１とヘッド１４２に保持された基板Ｗ２とのアライメントが可能となる。なお、ステージ駆動部１４３は、ステージ１４１の鉛直下方に配置された構成に限定されるものではなく、例えば、ステージ１４１の鉛直下方に圧力を受けるバックアップ部（図示せず）を設け、ステージ駆動部１４３が、ステージ１４１の外周部に配置し、ステージ１４１の側方からステージ１４１を駆動する構成であってもよい。
【0014】
昇降駆動部１４４１は、ヘッド１４２を鉛直下方向へ移動させることにより、ヘッド１４２をステージ１４１に近づける。また、昇降駆動部１４４１は、ヘッド１４２を鉛直上方向に移動させることにより、ヘッド１４２をステージ１４１から遠ざける。そして、昇降駆動部１４４１は、基板Ｗ１、Ｗ２同士が接触した状態においてヘッド１４２に対してステージ１４１に近づく方向への駆動力を作用させると、基板Ｗ２が基板Ｗ１に押し付けられる。また、昇降駆動部１４４１には、ヘッド１４２に対してステージ１４１に近づく方向へ作用させる駆動力を測定する圧力センサ１４４１ａが設けられている。圧力センサ１４４１ａによる測定値から、昇降駆動部１４４１により基板Ｗ２が基板Ｗ１に押し付けられたときに基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に作用する圧力が検出できる。圧力センサ１４４１ａは、例えば圧電素子を有する。
【0015】
ピエゾアクチュエータ１４４４と圧力センサ１４４５との組は、ヘッド１４２とＸＹ方向駆動部１４４２との間に複数組配置されている。圧力センサ１４４５は、ピエゾアクチュエータ１４４４の上端部とＸＹ方向駆動部１４４２の下側との間に介在している。ピエゾアクチュエータ１４４４は、各別に上下方向に伸縮可能であり、これらが伸縮することにより、ヘッド１４２のＸ軸周りおよびＹ軸周りの傾きとヘッド１４２の上下方向の位置とが微調整される。また、圧力センサ１４４５は、例えば圧電素子を有し、ヘッド１４２の下面における複数箇所での加圧力を測定する。そして、複数の圧力センサ１４４５で測定された加圧力が等しくなるように複数のピエゾアクチュエータ１４４４それぞれを駆動することにより、ヘッド１４２の下面とステージ１４１の上面とを平行に維持しつつ基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させることができる。
【0016】
基板加熱部１４１１、１４２１は、例えば前述の保持機構が静電チャックの場合、ステージ１４１、ヘッド１４２における、基板Ｗ１、Ｗ２が当接する面側から見て保持機構の裏側に埋め込まれた電熱ヒータを有する第１被接合物加熱部である。基板加熱部１４１１、１４２１は、ステージ１４１、ヘッド１４２に支持されている基板Ｗ１、Ｗ２に熱を伝達することにより基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する。また、基板加熱部１４１１、１４２１の発熱量を調節することにより、基板Ｗ１、Ｗ２またはそれらの接合面の温度を調節できる。位置ずれ量測定部１５０は、基板Ｗ１、Ｗ２それぞれに設けられた位置合わせ用のマーク（アライメントマーク）の位置を認識することにより、基板Ｗ１の基板Ｗ２に対する水平方向の位置ずれ量を測定する。位置ずれ量測定部１５０は、例えば基板Ｗ１、Ｗ２を透過する光（例えば赤外光）を用いて基板Ｗ１、Ｗ２のアライメントマークを認識する。ステージ駆動部１４３は、位置ずれ量測定部１５０により測定された位置ずれ量に基づいて、ステージ１４１を水平方向に移動させたり回転させたりすることにより、基板Ｗ１、Ｗ２の相互間の位置合わせ動作（アライメント動作）を実行する。
【0017】
粒子ビーム源１６１、１６２は、例えば高速原子ビーム（ＦＡＢ、Fast Atom Beam）源であり、それぞれ、ビーム源支持部１２２Ａ、１２２Ｂを介してステージ１４１、ヘッド１４２に固定されている。ここで、粒子ビーム源１６１の粒子ビームの照射軸Ｊ１に沿った照射方向ＡＲ２１は、基板Ｗ２の接合面の垂線ｎ２に対して傾斜している。また、粒子ビーム源１６２の粒子ビームの照射軸Ｊ２に沿った照射方向ＡＲ２２は、基板Ｗ１の接合面の垂線ｎ１に対して傾斜している。粒子ビーム源１６１、１６２は、それぞれ、例えば図２に示すように、放電室１６０１と、放電室１６０１内に配置される電極１６０２と、ビーム源駆動部（図示せず）と、アルゴンガスを放電室１６０１内へ供給するガス供給部１６０４と、を有する。放電室１６０１は、炭素材料から長尺箱状に形成され、その周壁には、中性原子を含む粒子ビームを放射する複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃが設けられている。
【0018】
複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃは、例えば図３に示すように、それぞれ、放電室１６０１の長手方向に沿って列状に配置されている。ここで、放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃそれぞれの並び方向は、放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃから放射される粒子ビームが照射される基板Ｗ１、Ｗ２の接合面と平行になる姿勢で配置されている。即ち、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃは、粒子ビームが照射される基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に沿った方向に配列している。また、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃそれぞれの開口面積は、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃの並び方向、即ち、放電室１６０１の長手方向における中央部から離れた位置に配置される放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃほど大きくなるように設定されている。放電室１６０１の長手方向における中央部の領域Ｐｏ１に隣接する領域Ｐｏ２に配設される複数の放射口１６０１ｂの開口径Ｄ２は、領域Ｐｏ１に配設される複数の放射口１６０１ａの開口径Ｄ１に比べて大きい。また、放電室１６０１の長手方向における両端部の領域Ｐｏ３に配設される複数の放射口１６０１ｃの開口径Ｄ３は、領域Ｐｏ２に配設される複数の放射口１６０１ｃの開口径Ｄ２に比べて大きい。
【0019】
ビーム源駆動部は、放電室１６０１内にアルゴンガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部（図示せず）と、電極１６０２と放電室１６０１の周壁との間に直流電圧を印加する直流電源（図示せず）と、を有する。ビーム源駆動部は、放電室１６０１内にアルゴンガスのプラズマを発生させた状態で、放電室１６０１の周壁と電極１６０２との間に直流電圧を印加する。このとき、プラズマ中のアルゴンイオンが、放電室１６０１の周壁に引き寄せられる。このとき、放射口１６０１ａへ向かうアルゴンイオンは、放射口１６０１ａを通り抜ける際、放射口１６０１ａの外周部の、炭素材料から形成された放電室１６０１の周壁から電子を受け取る。そして、このアルゴンイオンは、電気的に中性化されたアルゴン原子となって放電室１６０１外へ放出される。ここで、粒子ビーム源１６１、１６２への供給電力は、例えば１ｋＶ、１００ｍＡに設定されている。そして、粒子ビーム源１６１、１６２それぞれの放電室１６０１内へ導入されるアルゴンガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍに設定される。また、放電室１６０１内で発生するアルゴンを含むプラズマは、放電室１６０１の長手方向における両端部の密度が放電室１６０１の中央部の密度に比べて小さくなる。これに対して、放電室１６０１の複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃは、前述のように、放電室１６０１の長手方向における中央部（領域Ｐｏ１）から離れた位置に配置される放射口１６０１ｂ、１６０１ｃほど開口径Ｄ２、Ｄ３が大きくなるように設定されている。このため、粒子ビーム源１６１から基板Ｗ１における領域Ｐ１１、Ｐ２１に照射される粒子ビームのドーズ量を、領域Ｐ１１、Ｐ２１におけるＸ軸方向において均一にすることができる。また、粒子ビーム源１６１から基板Ｗ２における領域Ｐ１２、Ｐ２２に照射される粒子ビームの密度が、領域Ｐ１２、Ｐ２２におけるＸ軸方向において均一にすることができる。
【0020】
次に、本実施の形態に係る接合装置の動作について説明する。図４Ａに示すように、粒子ビーム源１６１は、粒子ビームをヘッド１４２に保持された基板Ｗ２へ照射し、粒子ビーム源１６２は、粒子ビームをステージ１４１に保持された基板Ｗ１へ照射する。ここで、粒子ビーム源１６１は、基板Ｗ２における－Ｙ方向側の領域Ｐ１２に粒子ビームを照射し、粒子ビーム源１６２は、基板Ｗ１における＋Ｙ方向側の領域Ｐ１１に粒子ビームを照射しているとする。この状態から、接合装置が、矢印ＡＲ１１に示すように、ヘッド１４２をステージ１４１から離れる方向へ移動させると、基板Ｗ２における粒子ビームが照射される領域が、図５Ａの矢印ＡＲ２１に示すように、領域Ｐ１２から＋Ｙ方向へ移動する。また、基板Ｗ１における粒子ビームが照射される領域が、図５Ｂの矢印ＡＲ２２に示すように、領域Ｐ１１から－Ｙ方向へ移動する。そして、図４Ｂに示すように、粒子ビーム源１６１が、基板Ｗ２における＋Ｙ方向側の領域Ｐ２２に粒子ビームを照射し、粒子ビーム源１６２が、基板Ｗ１における－Ｙ方向側の領域Ｐ２１に粒子ビームを照射している状態となる。次に、接合装置が、矢印ＡＲ１２に示すように、ヘッド１４２をステージ１４１に近づく方向へ移動させると、基板Ｗ２における粒子ビームが照射される領域が、領域Ｐ２２から－Ｙ方向へ移動し、基板Ｗ１における粒子ビームが照射される領域が、領域Ｐ１２から＋Ｙ方向へ移動する。そして、再び図４Ａに示す状態になる。ここで、ヘッド１４２は、ステージ１４１から距離Ｈ１だけ離間した位置と、ステージ１４１から距離Ｈ２だけ離間した位置と、の間で繰り返し昇降する。また、距離Ｈ１と距離Ｈ２とは、例えば１：３となるように設定される。具体的には、距離Ｈ１が５０ｍｍ、距離Ｈ２が１５０ｍｍとなるように設定される。なお、ヘッド１４２は、基板Ｗ１、Ｗ２における粒子ビームが照射される領域のーＹ方向側の端縁が基板Ｗ１、Ｗ２の＋Ｙ方向側の端と一致した状態から、その＋Ｙ方向側の端縁が基板Ｗ１、Ｗ２の－Ｙ方向側の端縁と一致した状態となるまで移動するように昇降させるのが好ましい。
【0021】
また、接合装置は、図６に示すように、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離に応じて、ヘッド１４２の移動速度を変化させる。具体的には、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離が比較的長く、基板Ｗ１、Ｗ２に到達する粒子ビームの密度が小さい状態では、ヘッド１４２の移動速度を遅くする。一方、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離が比較的短く、基板Ｗ１、Ｗ２に到達する粒子ビームの密度が大きい状態では、ヘッド１４２の移動速度を早くする。これにより、ステージ１４１に対するヘッド１４２の位置に関わらず、単位時間当たりに基板Ｗ１、Ｗ２に到達する粒子ビームの量を均一にすることができるので、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面内における粒子ビームによるエッチングレートを均一にすることができる。
【0022】
ここで、本実施の形態に係る接合装置を用いて、活性化処理における基板Ｗ１、Ｗ２の接合面への粒子ビームのドーズ量の均一性を、比較例１に係る接合装置の場合と比較しながら評価した結果について説明する。比較例１に係る接合装置は、例えば図７に示すように、炭素材料から長尺箱状に形成され、その周壁に粒子ビームを放射する同一の開口径Ｄ１を有する複数の放射口９１６０１ａが設けられた放電室９１６０１を有する粒子ビーム源９１６１、９１６２を備える。なお、比較例１、２に係る接合装置は、粒子ビーム源９１６１、９１６２のみが実施の形態に係る接合装置と相違しその他の構成並びに動作は実施の形態に係る接合装置と同様である。そこで、以下、比較例１に係る接合装置の構成について、適宜、実施の形態に係る接合装置の各構成について用いた符号と同一の符号を用いて説明する。但し、比較例１に係る接合装置は、ヘッド１４２を一定の移動速度で昇降させる。また、この評価では、基板Ｗ１、Ｗ２として、Ｓｉ基板上に熱酸化処理によりＳｉＯ２膜が形成された直径４インチの基板を使用した。そして、比較例に係る粒子ビーム源９１６１、９１６２を用いて基板のＳｉＯ２膜側を活性化処理した前後のＳｉＯ２膜の膜厚分布と、実施の形態に係る粒子ビーム源１６１、１６２を用いて基板Ｗ１、Ｗ２のＳｉＯ２膜側を活性化処理した前後のＳｉＯ２膜の膜厚分布と、を比較した。ここで、比較例１、実施の形態に係る接合装置のステージ１４１とヘッド１４２とのそれぞれに、基板Ｗ１、Ｗ２におけるＳｉＯ２膜側が粒子ビーム源９１６１、９１６２、１６１、１６２側に向くようにして保持させた。また、比較例１に係る接合装置では、ヘッド１４２を移動速度３．５ｍｍ／ｓｅｃで１０回繰り返し昇降させた。実施の形態に係る接合装置では、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離に応じて、ヘッド１４２の移動速度を３．５ｍｍ／ｓｅｃ乃至１．５ｍｍｓｅｃの間で変化させながら１０回繰り返し昇降させた。
【0023】
基板Ｗ１、Ｗ２のＳｉＯ２膜の膜厚分布は、図８に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２上の１３個の領域Ｐ１乃至Ｐ１３で膜厚の測定を行うことにより行った。なお、領域Ｐ１乃至Ｐ１３それぞれの中心位置は、それぞれ、基板Ｗ１、Ｗ２の中心のＰ軸座標、Ｑ軸座標をそれぞれ０［ｍｍ］とした場合、下記表１に示す座標となるようにした。
【0024】
【表1】
【0025】
比較例１では、ヘッド１４２に保持された基板Ｗ２のＳｉＯ２膜について、活性化処理前後で図９Ａおよび図９Ｂに示すような膜厚分布が得られ、ステージ１４１に保持された基板Ｗ１のＳｉＯ２膜について、活性化処理前後で図１０Ａおよび図１０Ｂに示すような膜厚分布が得られた。ここで、ヘッド１４２に保持された基板Ｗ２のＳｉＯ２膜の活性化処理後の膜厚の面内均一性は、４．０％であり、ステージ１４１に保持された基板Ｗ１のＳｉＯ２膜の活性化処理後の膜厚の面内均一性は、４．０％であった。なお、「面内均一性」は、基板Ｗ１、Ｗ２の領域Ｐ１乃至Ｐ１３それぞれにおけるＳｉＯ２膜の膜厚のメジアンの領域Ｐ１乃至Ｐ１３それぞれにおけるＳｉＯ２膜の膜厚の平均値に対する比率に相当する。
【0026】
また、実施の形態では、ヘッド１４２に保持された基板Ｗ２のＳｉＯ２膜について、活性化処理前後で図１１Ａおよび図１１Ｂに示すような膜厚分布が得られ、ステージ１４１に保持された基板Ｗ１のＳｉＯ２膜について、活性化処理前後で図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような膜厚分布が得られた。ここで、ヘッド１４２に保持された基板Ｗ２のＳｉＯ２膜の活性化処理後の膜厚の面内均一性は、１．２％であり、ステージ１４１に保持された基板Ｗ１のＳｉＯ２膜の活性化処理後の膜厚の面内均一性は、１．１％であった。比較例１および実施の形態に係る結果から、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離に応じてヘッド１４２の移動速度を変化させるとともに、実施の形態に係る粒子ビーム源１６１、１６２のように、放電室１６０１の複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃが、放電室１６０１の長手方向における中央部から離れた位置に配置される放射口１６０１ｂ、１６０１ｃほど開口径が大きくなるように設定されているほうが基板Ｗ１、Ｗ２のＳｉＯ２膜の面内均一性が向上することが判る。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２のＳｉＯ２膜の面内均一性は、基板Ｗ１、Ｗ２に照射される粒子ビームのドーズ量の均一性に依存することから、実施の形態に係る粒子ビーム源１６１、１６２は、比較例１に係る粒子ビーム源９１６１、９１６２と比べて、基板Ｗ１、Ｗ２の面内に照射される粒子ビームのドーズ量の均一性が向上していることが判る。つまり、実施の形態では、比較例１に比べて基板Ｗ１、Ｗ２の面内に照射される粒子ビームのドーズ量の均一性が向上していることが判る。
【0027】
ところで、図１３Ａに示すような従来の接合装置では、粒子ビーム源１６１、１６２の位置が固定されており、基板Ｗ１、Ｗ２の外側から基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に向かって粒子ビームを照射する。この構成では、基板Ｗ１、Ｗ２における粒子ビーム源１６１、１６２に近い側のほうのドーズ量が粒子ビーム源の遠い側のドーズ量に比べて大きくなる。このため、基板Ｗ１、Ｗ２における粒子ビーム源１６１、１６２に近い側のほうのエッチング量が粒子ビーム源の遠い側のエッチング量に比べて大きくなり、基板Ｗ１、Ｗ２の±Ｙ方向の両端部でエッチング量に差異が生じてしまう。また、図１３Ｂに示すように、従来の粒子ビーム源９１６１が、長尺箱状の放電室９１６０１を有する場合、放電室９１６０１内で発生したプラズマは、放電室１６０１の長手方向における中央部の密度に比べて長手方向における両端部の密度が小さくなる。このため、放電室９１６０１の長手方向に沿って列状に設けられた放射口９１６０１ａの開口面積が等しい場合、放電室９１６０１の長手方向における両端部近傍に設けられた放射口９１６０１ａから放射される粒子ビームのドーズ量が、放電室９１６０１の中央部近傍に設けられた放射口９１６０１ａから放射される粒子ビームのドーズ量に比べて小さくなってしまう。このため、基板Ｗ１、Ｗ２のＸ軸方向における中央部とＸ軸方向における両端部とで基板Ｗ１、Ｗ２のエッチング量に差異が生じてしまう。このため、図１４に示すように基板Ｗ１、Ｗ２それぞれのＸ方向およびＹ方向でエッチング量の斑が生じてしまう。
【0028】
これに対して、本実施の形態に係る接合装置では、粒子ビーム源１６１が、ステージ１４１に固定され、ステージ１４１における基板Ｗ１が配置される領域の外側から基板Ｗ２の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射しながら、ヘッド駆動部１４４が、ヘッド１４２を±Ｚ方向へ移動させる。これにより、ヘッド１４２が±Ｚ方向へ移動するのに伴い、基板Ｗ２の接合面における粒子ビームが照射される領域が基板Ｗ２の接合面内において移動する。従って、ヘッド１４２の±Ｚ方向への移動を繰り返すことにより、基板Ｗ２のＹ軸方向において均一に粒子ビームを照射することができる。また、本実施の形態に係る粒子ビーム源１６１、１６２は、粒子ビームが照射される基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に沿った方向に配列する複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃを有し、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃそれぞれの開口面積が、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃの並び方向、即ち、放電室１６０１の長手方向における中央部から離れた位置に配置される放射口（例えば１６０１ｃ）ほど大きくなるように設定されている。これにより、複数の放射口１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃそれぞれから放射される粒子ビームのドーズ量が均一になるので、基板Ｗ１、Ｗ２のＸ軸方向において均一に粒子ビームを照射することができる。従って、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全体を均一に活性化することができる。
【0029】
本実施の形態に係る接合装置は、粒子ビームを照射できる範囲がある程度限定されることから、特に、基板Ｗ１、Ｗ２が４インチ未満のいわゆる小径基板について適用されることが好ましい。
【0030】
また、本実施の形態に係る接合装置は、粒子ビーム源１６１が、ステージ１４１に固定され、ステージ１４１における基板Ｗ１が配置される領域の外側から基板Ｗ２の接合面の一部を含む領域へ粒子ビームを放射しながら、ヘッド駆動部１４４が、ヘッド１４２を±Ｚ方向へ移動させる。これにより、ヘッド１４２が±Ｚ方向へ移動するのに伴い、基板Ｗ２の接合面における粒子ビームが照射される領域が基板Ｗ２の接合面内において移動する。従って、ヘッド１４２の±Ｚ方向への移動を繰り返すことにより、基板Ｗ２の接合面全体に均一に粒子ビームを照射することができ、接合面全体を均一に活性化することができる。そして、粒子ビーム源１６１を支持しつつ粒子ビーム源１６１を基板Ｗ２に対して水平な方向へ移動させるための搬送機構が不要なので、その分、装置全体の小型化を図ることができる。
【0031】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば図１５に示すように、粒子ビーム源１６１、１６２が、それぞれ、ステージ１４１、ヘッド１４２に固定されていないものであってもよい。なお、図１５において、実施の形態と同様の構成については図２と同一の符号を付している。本変形例に係る接合装置は、粒子ビーム源１６１、１６２を纏めて支持し、粒子ビーム源１６１、１６２を基板Ｗ１、Ｗ２の対向方向と直交する水平方向へ移動させる水平駆動部３１６３を備える。本変形例に係る接合装置では、図１６に示すように、粒子ビーム源１６１、１６２は、それぞれ、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ粒子ビームを照射させながら矢印ＡＲ３２に示すように移動していく。なお、本変形例に係る接合装置が、粒子ビーム源１６１、１６２に代えて、後述の図１７に示す放電室２１６０１を有する粒子ビーム源２１６１、２１６２を備えるものであってもよい。
【0032】
前述の実施の形態で説明した接合装置では、粒子ビームの基板Ｗ１、Ｗ２への照射中において、粒子ビーム１６１、１６２と基板Ｗ１、Ｗ２との間の距離が変化するために、基板Ｗ１、Ｗ２へ照射される粒子ビームのドーズ量が変化しこれに伴い基板Ｗ１、Ｗ２表面のエッチングレートが変化してしまう。これに対して、本構成によれば、粒子ビーム源１６１、１６２と基板Ｗ１、Ｗ２との間の距離を一定に維持しながら粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２に照射することができるので、粒子ビーム１６１、１６２の移動速度を一定としつつ、基板Ｗ１、Ｗ２に照射される粒子ビームのドーズ量を均一にできる。
【0033】
実施の形態において、例えば図１７に示す粒子ビーム源２１６１、２１６２のように、放電室２１６０１が、放射方向が異なる複数種類の放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃを有するものであってもよい。ここで、放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃそれぞれの並び方向は、放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃから放射される粒子ビームが照射される基板Ｗ１、Ｗ２の接合面と平行になる姿勢で配置されている。即ち、複数の放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃは、粒子ビームが照射される基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に沿った方向に配列している。また、複数の放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃそれぞれの開口面積は、複数の放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃの並び方向、即ち、放電室２１６０１の長手方向における中央部から離れた位置に配置される放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃほど放電室２１６０１の長手方向と直交する方向から長手方向における一方の端部側への傾斜角度が大きく設定されている。具体的には、放電室２１６０１の長手方向における中央部の領域Ｐｏ２１に配設される複数の放射口２１６０１ａの粒子ビームの放射軸Ｊ２１は、放電室２１６０１の長手方向と直交する方向に略平行である。また、放電室２１６０１の長手方向で領域Ｐｏ２１に隣接する領域Ｐｏ２２に配設される複数の放射口２１６０１ｂの放射軸Ｊ２２は、放電室２１６０１の長手方向に直交する方向、即ち、放射軸Ｊ２１に対して角度θ２１だけ傾斜している。更に、放電室２１６０１の長手方向の両端部の領域Ｐｏ２３に配設される複数の放射口２１６０１ｃの放射軸Ｊ２３は、放電室２１６０１の長手方向に直交する方向、即ち、放射軸Ｊ２１に対して角度θ２２だけ傾斜しており、角度θ２２は、角度θ２１よりも大きい。
【0034】
本変形例に係る粒子ビーム源２１６１、２１６２では、放電室２１６０１内で発生するプラズマの密度が比較的高い放電室２１６０１の長手方向における中央部に近いところから、放電室２１６０１の長手方向における両端部に配設された放射口２１６０１ｃを通じて粒子ビームが放射される。このため、放射口２１６０１ａ、２１６０１ｂ、２１６０１ｃから放射される粒子ビームのドーズ量の差異を低減することができる。これにより、粒子ビーム源２１６１、２１６２それぞれから基板Ｗ２、Ｗ１に到達する粒子ビームのドーズ量を、基板Ｗ２、Ｗ１における粒子ビームが照射される領域Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ１１、Ｐ２１でＸ軸方向において均一にすることができる。従って、基板Ｗ１の領域Ｐ１１、Ｐ２１、基板Ｗ２の領域Ｐ１２、Ｐ２２のＹ軸方向において基板Ｗ１、Ｗ２のエッチングレートを均一にすることができる。
【0035】
実施の形態において、ステージ１４１とヘッド１４２との間の距離に応じて、粒子ビーム源１６１、１６２の少なくとも一方の粒子ビームの放射方向を変更する放射方向変更部（図示せず）を備えるものであってもよい。
【0036】
実施の形態では、ステージ１４１、ヘッド１４２のそれぞれに固定された２つの粒子ビーム源１６１、１６２を備える例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば接合装置が、ステージ１４１に固定された１つの粒子ビーム源を備えるものであってもよいし、ヘッド１４２に固定された１つの粒子ビーム源を備えるものであってもよい。
【0037】
実施の形態では、ヘッド１４２を昇降させる例について説明したが、これに限らず、例えばヘッド１４２の鉛直方向への移動を規制した状態で、ステージ１４１を昇降させるものであってもよいし、或いは、ステージ１４１とヘッド１４２との両方が昇降するものであってもよい。
【0038】
実施の形態において、活性化処理工程において、粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射する例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばイオンガンを用いてイオンビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射するようにしてもよい。また、各実施の形態において、粒子ビーム源１６１、１６２が、アルゴンとともにＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ照射するものであってもよい。
【0039】
各実施の形態では、被接合物が、基板Ｗ１、Ｗ２である例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、被接合物が、チップおよび基板であってもよい。
【0040】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【0041】
本出願は、２０２２年６月２２日に出願された日本国特許出願特願２０２２－１００４５７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２２－１００４５７号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明は、例えばＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサやメモリ、演算素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造に好適である。
【符号の説明】
【0043】
１２０：チャンバ、１２１ａ：真空ポンプ、１２１ｂ：排気管、１２１ｃ：排気弁、１２２Ａ、１２２Ｂ：ビーム源支持部、１４１：ステージ、１４２：ヘッド、１４３：ステージ駆動部、１４４：ヘッド駆動部、１５０：位置ずれ量測定部、１６１，１６２，２１６１，２１６２：粒子ビーム源、１４１１，１４２１：基板加熱部、１４４１：昇降駆動部、１４４１ａ，１４４５：圧力センサ、１４４２：ＸＹ方向駆動部、１４４３：回転駆動部、１４４４：ピエゾアクチュエータ、１６０１：放電室、１６０１ａ，２１６０１ａ：放射口、１６０２：電極、Ｊ１，Ｊ２：照射軸、ｎ１，ｎ２：垂線、Ｗ１，Ｗ２：基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
