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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】P2024009082
(43)【公開日】2024-01-19
(54)【発明の名称】基板接合方法および基板接合システム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240112BHJP
B23K 20/00 20060101ALI20240112BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
B23K20/00 310A
B23K20/00 310P
【審査請求】未請求
【請求項の数】30
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023194100
(22)【出願日】2023-11-15
(62)【分割の表示】P 2022553755の分割
【原出願日】2021-09-10
(31)【優先権主張番号】P 2020164962
(32)【優先日】2020-09-30
(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
(71)【出願人】
【識別番号】503177074
【氏名又は名称】須賀 唯知
(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】須賀 唯知
(57)【要約】
【課題】２つの基板を強固に接合することができる基板接合方法および基板接合システムを提供する。
【解決手段】２つの基板を接合する基板接合方法であって、２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより接合面を活性化する活性化処理工程と、活性化処理工程の後、予め設定された基準時間内に、２つの基板の接合面を、水分を含む気体に暴露する気体暴露工程と、活性化処理工程において接合面が活性化された２つの基板を接合する接合工程と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】２つの基板を接合する基板接合方法であって、２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより接合面を活性化する活性化処理工程と、活性化処理工程の後、予め設定された基準時間内に、２つの基板の接合面を、水分を含む気体に暴露する気体暴露工程と、活性化処理工程において接合面が活性化された２つの基板を接合する接合工程と、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む、
基板接合方法。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む、
基板接合方法。
【請求項2】
前記接合工程において、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
請求項１に記載の基板接合方法。
請求項１に記載の基板接合方法。
【請求項3】
前記気体暴露工程の後、前記接合工程を行うまでの間、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で維持しながら、前記２つの基板を搬送する搬送工程を更に含む、
請求項１または２に記載の基板接合方法。
請求項１または２に記載の基板接合方法。
【請求項4】
前記２つの基板のうち前記接合面が親水化された少なくとも一方の前記接合面に水を含む液体を吹き付けることにより洗浄する洗浄工程を更に含む、
請求項１から３のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項5】
前記活性化処理工程の後且つ前記２つの基板を搬送する搬送工程の前と、前記搬送工程と、の少なくとも一方において、前記２つの基板の前記接合面へ水ガスを供給する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項6】
前記活性化処理工程において、前記２つの基板の接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った後、前記２つの基板の接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項7】
前記活性化処理工程において、前記２つの基板の接合面に対して、前記窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う前に、前記２つの基板の接合面に対して、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う、
請求項６に記載の基板接合方法。
請求項６に記載の基板接合方法。
【請求項8】
前記活性化処理工程において、前記２つの基板の接合面に対して、窒素ガスを用いた粒子ビームを照射するエッチング処理を行った後、前記２つの基板の接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項9】
前記ラジカル処理において、少なくとも１つの孔が貫設され且つ接地電位で維持されたトラップ板の厚さ方向における一面側で発生したプラズマ中のイオンおよびラジカルを、前記トラップ板の孔を通過させて前記トラップ板の厚さ方向における他面側に配置された前記２つの基板の少なくとも一方の接合面へ照射させる、
請求項６から８のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項６から８のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項10】
前記エッチング処理において、少なくとも１つの孔が貫設されたトラップ板をフローティング状態で維持し、前記トラップ板の厚さ方向における一面側でプラズマを発生させるとともに、前記トラップ板の厚さ方向における他面側に前記２つの基板の少なくとも一方を配置し、
前記ラジカル処理において、前記トラップ板を接地電位で維持する、
請求項６から９のいずれか１項に記載の基板接合方法。
前記ラジカル処理において、前記トラップ板を接地電位で維持する、
請求項６から９のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項11】
前記２つの基板の少なくとも一方の接合面は、金属部分と絶縁膜とが露出している、
請求項８に記載の基板接合方法。
請求項８に記載の基板接合方法。
【請求項12】
前記２つの基板の少なくとも一方の接合面には、酸化物または窒化物を堆積することにより形成された絶縁膜が露出している、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板接合方法。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項13】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面が活性化された前記２つの基板を接合する接合工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、水分を含む気体が存在する環境下に配置することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換し、前記接合工程を行うまでの間、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で維持しながら、前記２つの基板を搬送する搬送工程と、を含み、
前記接合工程において、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面が活性化された前記２つの基板を接合する接合工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、水分を含む気体が存在する環境下に配置することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換し、前記接合工程を行うまでの間、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で維持しながら、前記２つの基板を搬送する搬送工程と、を含み、
前記接合工程において、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
【請求項14】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面に窒素酸化物を形成する活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、前記接合面に窒素酸化物が形成された状態が維持されているうちに、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、前記接合面に形成された窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む、
基板接合方法。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面に窒素酸化物を形成する活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、前記接合面に窒素酸化物が形成された状態が維持されているうちに、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、前記接合面に形成された窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む、
基板接合方法。
【請求項15】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程において、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程において、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
【請求項16】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程において、前記活性化処理工程における気圧よりも高い気圧下において、前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程において、前記活性化処理工程における気圧よりも高い気圧下において、前記２つの基板を接合する、
基板接合方法。
【請求項17】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行い、その後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える、
基板接合システム。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行い、その後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える、
基板接合システム。
【請求項18】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備える、
基板接合システム。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備える、
基板接合システム。
【請求項19】
前記基板接合装置は、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
請求項１７または１８に記載の基板接合システム。
請求項１７または１８に記載の基板接合システム。
【請求項20】
前記２つの基板を、水分を含む気体中において気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で維持しながら、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置を更に備える、
請求項１７に記載の基板接合システム。
請求項１７に記載の基板接合システム。
【請求項21】
前記２つの基板のうち前記接合面が親水化された少なくとも一方の前記接合面に水を含む液体を吹き付けることにより洗浄する洗浄装置を更に備え、
前記搬送装置は、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記洗浄装置へ搬送し、前記洗浄装置において前記２つの基板が洗浄された後、前記２つの基板を前記洗浄装置から前記基板接合装置へ搬送する、
請求項１８または２０に記載の基板接合システム。
前記搬送装置は、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記洗浄装置へ搬送し、前記洗浄装置において前記２つの基板が洗浄された後、前記２つの基板を前記洗浄装置から前記基板接合装置へ搬送する、
請求項１８または２０に記載の基板接合システム。
【請求項22】
前記活性化処理装置と、前記搬送装置と、の少なくとも一方は、前記２つの基板の前記接合面へ水ガスを供給する水ガス供給部を有する、
請求項１８、２０、２１のいずれか１項に記載の基板接合システム。
請求項１８、２０、２１のいずれか１項に記載の基板接合システム。
【請求項23】
前記活性化処理装置を制御する制御部を更に備え、
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記ステージに支持された前記基板に高周波バイアスを印加するバイアス印加部と、を有し、
前記制御部は、
前記窒素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ窒素ガスを導入してから、前記バイアス印加部を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板へ高周波バイアスを印加させることにより、前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った後、前記プラズマ発生源および前記バイアス印加部を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させるとともに前記一方の基板への高周波バイアスの印加を停止させることにより、前記接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記ステージに支持された前記基板に高周波バイアスを印加するバイアス印加部と、を有し、
前記制御部は、
前記窒素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ窒素ガスを導入してから、前記バイアス印加部を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板へ高周波バイアスを印加させることにより、前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った後、前記プラズマ発生源および前記バイアス印加部を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させるとともに前記一方の基板への高周波バイアスの印加を停止させることにより、前記接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
【請求項24】
前記活性化処理装置は、
前記チャンバ内へ酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を更に有し、
前記制御部は、
前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う前に、前記酸素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ酸素ガスを導入してから、前記バイアス印加部を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板へ高周波バイアスを印加させることにより、前記接合面に対して、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う、
請求項２３に記載の基板接合システム。
前記チャンバ内へ酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を更に有し、
前記制御部は、
前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う前に、前記酸素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ酸素ガスを導入してから、前記バイアス印加部を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板へ高周波バイアスを印加させることにより、前記接合面に対して、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う、
請求項２３に記載の基板接合システム。
【請求項25】
前記活性化処理装置を制御する制御部を更に備え、
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記ステージに支持された前記基板へ粒子ビームを照射する粒子ビーム源と、を有し、
前記制御部は、
前記粒子ビーム源を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板の前記接合面に対して、窒素ガスを用いた粒子ビームを照射するエッチング処理を行った後、前記プラズマ発生源を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させることにより、前記接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記ステージに支持された前記基板へ粒子ビームを照射する粒子ビーム源と、を有し、
前記制御部は、
前記粒子ビーム源を制御して、前記２つの基板のうち前記活性化処理を行う一方の基板の前記接合面に対して、窒素ガスを用いた粒子ビームを照射するエッチング処理を行った後、前記プラズマ発生源を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させることにより、前記接合面に対して、窒素ラジカルを照射するラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
【請求項26】
前記活性化処理装置を制御する制御部を更に備え、
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記チャンバ内に配置され少なくとも１つの孔が貫設されるとともに、接地電位で維持されたトラップ板と、を有し、
前記プラズマ発生源は、前記トラップ板の厚さ方向における一面側に前記プラズマを発生させ、
前記ステージは、前記チャンバ内の前記トラップ板の厚さ方向における他面側において前記基板を支持し、
前記制御部は、
前記窒素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ窒素ガスを導入してから、前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った後、前記プラズマ発生源を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させて前記プラズマ中のイオンおよびラジカルを、前記トラップ板の前記少なくとも１つの孔を通過させて前記基板の前記接合面へ照射させるラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
前記活性化処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
プラズマを発生させ前記ステージに支持された前記基板の接合面へ前記プラズマ中のラジカルを供給するプラズマ発生源と、
前記チャンバ内に配置され少なくとも１つの孔が貫設されるとともに、接地電位で維持されたトラップ板と、を有し、
前記プラズマ発生源は、前記トラップ板の厚さ方向における一面側に前記プラズマを発生させ、
前記ステージは、前記チャンバ内の前記トラップ板の厚さ方向における他面側において前記基板を支持し、
前記制御部は、
前記窒素ガス供給部を制御して、前記チャンバ内へ窒素ガスを導入してから、前記接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った後、前記プラズマ発生源を制御して、前記窒素ガスでプラズマを発生させて前記プラズマ中のイオンおよびラジカルを、前記トラップ板の前記少なくとも１つの孔を通過させて前記基板の前記接合面へ照射させるラジカル処理を行う、
請求項１７から２２のいずれか１項に記載の基板接合システム。
【請求項27】
前記制御部は、
前記反応性イオンエッチングにおいて、前記トラップ板をフローティング状態で維持し、
前記ラジカル処理において、前記トラップ板を接地電位で維持する、
請求項２６に記載の基板接合システム。
前記反応性イオンエッチングにおいて、前記トラップ板をフローティング状態で維持し、
前記ラジカル処理において、前記トラップ板を接地電位で維持する、
請求項２６に記載の基板接合システム。
【請求項28】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備え、
前記基板接合装置は、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
基板接合システム。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備え、
前記基板接合装置は、気圧が１Ｐａより大きく且つ１００００Ｐａ未満の状態で、前記２つの基板を接合する、
基板接合システム。
【請求項29】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備え、
前記基板接合装置は、前記活性化処理における気圧よりも高い気圧下において、前記２つの基板を接合する、
基板接合システム。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行う活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、
前記活性化処理装置による前記活性化処理の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換するように、前記２つの基板を前記活性化処理装置から前記基板接合装置へ向けて搬送する搬送装置と、を備え、
前記基板接合装置は、前記活性化処理における気圧よりも高い気圧下において、前記２つの基板を接合する、
基板接合システム。
【請求項30】
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を活性化する活性化処理を行うことにより前記接合面に窒素酸化物を形成し、その後、前記接合面に窒素酸化物が形成された状態が維持されているうちに、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、前記接合面に形成された窒素酸化物をＯＨ基に置換する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により活性化処理された前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える、
基板接合システム。
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を活性化する活性化処理を行うことにより前記接合面に窒素酸化物を形成し、その後、前記接合面に窒素酸化物が形成された状態が維持されているうちに、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、前記接合面に形成された窒素酸化物をＯＨ基に置換する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により活性化処理された前記接合面にＯＨ基が存在する状態で前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える、
基板接合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板接合方法および基板接合システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、基板同士の親水化接合は、大気中で水分子を介在した状態で基板同士を張り合わせることにより、元の基板の接合面に十分なＯＨ基ができていなくても、基板の接合面に介在している水分子がＯＨ基へと変わり加熱により強固な共有結合へと移り変わることができていた。しかし、大気中で接合すると空気の巻き込みにより大きなボイドができるため、基板の中央部を撓ましつつ基板同士を張り合わせるなどの接合方法を採用する必要があった。但し、この接合方法の場合、基板に歪みが生じたり基板同士のアライメント精度が悪化したりするなどの課題があった。また、水分子を基板の界面に介在させての接合することになるため基板を加熱することによりマイクロボイドが発生するなどの問題点もある。そのため基板同士を真空中で接合することにより、基板の間に空気の巻き込みを防ぐことによりボイドの発生を抑制できる。更に、基板同士を真空中で接合することにより、基板の間に存在する水分子を飛ばして接合することになるためマイクロボイドも発生しない。このように、基板同士を真空中で接合する方法は、基板同士の良好な接合を得るために有効な方法である。しかし、基板同士の接合前の基板の接合面を活性化する際に、基板の接合面に十分なＯＨ基を作っておかないといけない。そして、従来のように、ＲＩＥ処理を行ってから大気に曝露するだけで基板の接合面を活性化する処理では、基板の接合面に十分なＯＨ基ができず、接合された基板の接合強度が不足してしまう。上記を鑑み、基板の接合面の活性化処理として、真空中での接合に耐えうる十分なＯＨ基を生成することができる方法が要請されている。
【0003】
これに対して、接合する２つの基板の接合面に対して、反応性イオンエッチングと、ラジカルの照射と、を併用することにより、２つの基板を接合する基板接合方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この基板接合方法は、２つの基板の接合面に水酸基（ＯＨ基）を生成し、２つの基板の接合面同士を接触させて加圧することにより接合面間に水素結合を形成させて２つの基板同士を接合する方法である。そして、この基板接合方法では、接合する２つの基板の接合面を酸素プラズマに曝露させて反応性イオンエッチングを行った後、２つの基板の接合面に窒素ラジカルを照射する。その後、２つの基板の接合面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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００５－７９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された基板接合方法では、２つの基板の接合面に生成されるＯＨ基の量が不十分であり、接合された２つの基板の接合強度が十分でない場合がある。そこで、２つの基板の接合面に十分な量のＯＨ基を生成することにより、２つの基板同士をより強固に接合できる基板接合方法が要請されている。
【0006】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、２つの基板を強固に接合することができる基板接合方法および基板接合システム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】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板接合方法は、
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む。
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合方法であって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露することにより、窒素酸化物をＯＨ基に置換する気体暴露工程と、
前記活性化処理工程において前記接合面にＯＨ基が存在する前記２つの基板を接合する接合工程と、を含む。
【0008】
他の観点から見た本発明に係る基板接合システムは、
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行い、その後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える。
２つの金属元素を含まない絶縁体材料から形成された基板を接合する基板接合システムであって、
前記２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより前記接合面を窒素酸化物が形成された状態にする活性化処理を行い、その後、窒素酸化物が形成された状態が消滅しない１０ｍｉｎ未満の予め設定された基準時間内に、前記２つの基板の前記接合面を、水分を含む気体に暴露する活性化処理装置と、
前記活性化処理装置により前記接合面が活性化処理された前記２つの基板を接合する基板接合装置と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより基板の接合面を活性化する。その際、窒素プラズマ、窒素ラジカル処理により、表面に窒素が吸着されたり、酸窒化物が形成されたりするような状態が基板表面に形成される。これをここではＮ活性状態と呼ぶ。このＮ活性状態は、水と反応しＯＨ基を形成して接合強度の増加に寄与する。しかし、基板の接合面に形成されたＮ活性状態は不安定であり、そのままでは、活性状態は失活してしまう。その結果、接合強度を維持することができない。そのため、基板の接合面を活性化した後、予め設定された基準時間内に、水分子と接触させる必要がある。そこで、本発明では、基板の接合面を活性化した後、予め設定された基準時間内に、基板の接合面を、水分を含む気体に暴露する。これにより、基板の接合面がＮ活性な状態で水分子と接触させることができるので、基板の接合面に多くの酸窒化物を形成することができる。そして、２つの基板の接合面同士を接触させて２つの基板を仮接合した後、熱処理を行った場合、２つの基板の接合面間に存在する多くの酸窒化物がＯＨ基に置換されることで、比較的多くの水素結合を形成することができる。従って、互いに仮接合された２つの基板の接合面間に形成された水素結合が熱処理により共有結合へ移り変わると、２つの基板が比較的多くの共有結合を介して接合されるので、２つの基板同士の接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態に係る基板接合システムの概略構成図である。
【図2】実施の形態に係る活性化処理装置の概略正面図である。
【図3】実施の形態に係る基板接合装置の概略正面図である。
【図4A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第１搬送ユニットにより基板が搬送される様子を示す図である。
【図4B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第１搬送ユニットからロードロック室へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図5A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、ロードロック室から第２搬送ユニットへ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図5B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第２搬送ユニットから活性化処理装置へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図6A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第２搬送ユニットからロードロック室へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図6B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、ロードロック室から第１搬送ユニットへ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図7A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第１搬送ユニットから洗浄装置へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図7B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、洗浄装置から第１搬送ユニットへ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図8A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第１搬送ユニットからロードロック室へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図8B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、ロードロック室から第２搬送ユニットへ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図9A】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第２搬送ユニットから反転装置へ基板が受け渡される様子を示す図である。
【図9B】実施の形態に係る基板接合システムにおいて、第２搬送ユニットにより基板が接合装置へ搬送される様子を示す図である。
【図10A】ブレード挿入法による基板の接合強度（表面エネルギ換算）の測定方法を説明するための図である。
【図10B】実施の形態に係る接合強度の評価方法を説明するための図である。
【図11A】搬送時における気圧が１０００Ｐａの場合の基板の外観写真である。
【図11B】搬送時における気圧が１００００Ｐａの場合の基板の外観写真である。
【図12A】試料２１、２２それぞれの接合強度を示すグラフである。
【図12B】試料２２の活性化処理前の基板の接合面、活性化処理完了直後における基板の接合面および熱処理後の基板の接合面それぞれについてＸＰＳスペクトルを示す図である。
【図13】（Ａ－１）は、基板に水分子が付着した様子を示す模式図であり、（Ａ－２）は、大気圧下で基板同士を接触させた状態を示す模式図であり、（Ａ－３）は、大気圧下で熱処理を行った場合の基板の状態の推移を示す模式図であり、（Ｂ－１）は、基板に水分子が付着した様子を示す模式図であり、（Ｂ－２）は、減圧下で基板同士を互いに近づけるときの基板の状態の推移を示す模式図であり、（Ｂ－３）は、減圧下で基板同士を接触させた状態を示す模式図であり、（Ｃ－１）は、本実施の形態に係る活性化処理工程後の基板の状態を示す模式図であり、（Ｃ－２）は、本実施の形態に係る接合工程における基板の状態の推移を示す模式図であり、（Ｃ－３）は、本実施の形態に係る接合工程において基板同士を接触させた状態を示す模式図である。
【図14】変形例に係る活性化処理装置の概略正面図である。
【図15A】変形例に係る活性化処理装置の動作説明図である。
【図15B】変形例に係る活性化処理装置の一部の平面図である。
【図16A】変形例に係る活性化処理装置のステージの動作説明図である。
【図16B】変形例に係る活性化処理装置におけるラジカル処理を説明するための図である。
【図17】変形例に係る活性化処理装置の概略正面図である。
【図18】変形例に係る活性化処理装置の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態に係る基板接合システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る基板接合システムでは、減圧下のチャンバ内で、２つの基板の接合面について活性化処理を行った後、基板同士を接触させて加圧および加熱することにより、２つの基板を接合するシステムである。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の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより基板の接合面を活性化する。
【0012】
本実施の形態に係る基板接合システムは、図１に示すように、導入ポート８１１、８１２と、取り出しポート８１３と、第１搬送装置８２と、洗浄装置３と、反転装置４と、活性化処理装置２と、基板接合装置１と、第２搬送装置８４と、制御部９と、ロードロック室８３と、を備える。制御部９は、第１搬送装置８２、洗浄装置３、反転装置４、活性化処理装置２、基板接合装置１および第２搬送装置８４を制御する。第１搬送装置８２、第２搬送装置８４、洗浄装置３には、ＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air）フィルタ（図示せず）が設けられている。これにより、第１搬送装置８２、第２搬送装置８４、洗浄装置３内はパーティクルが極めて少ない大気圧環境になっている。
【0013】
第１搬送装置８２は、先端部に基板を保持する保持部が設けられたアームを有する搬送ロボット８２１を備える。搬送ロボット８２１は、導入ポート８１１、８１２および取り出しポート８１３の並び方向に沿って移動可能であるとともに、旋回することによりアームの先端部の向きを変更することができる。また、第２搬送装置８４も、先端部に基板を保持する保持部が設けられたアームを有する搬送ロボット８４１を備える。搬送ロボット８４１は、旋回することによりアームの先端部の向きを変更することができる。また、保持部は、真空チャック、静電チャック等を有し、基板における接合面側とは反対側を吸着保持する。
【0014】
ロードロック室８３は、基板Ｗ１、Ｗ２を支持するステージ（図示せず）を冷却する冷却装置（図示せず）が設けられている。そして、例えばロードロック室８３内の温度が２５℃のときに湿度が５０％となるように設定された場合、冷却装置が、ステージを１８℃に冷却することにより、ステージに載置された基板Ｗ１、Ｗ２近傍の湿度を８０％程度にする。
【0015】
洗浄装置３は、搬送されてきた基板に向けて水、洗浄液等の液体を吐出しながら洗浄する。洗浄装置は、基板を支持するステージ（図示せず）と、ステージを鉛直方向に直交し且つ互いに直交する２方向（ＸＹ方向）へ駆動するＸＹ方向駆動部（図示せず）と、超音波またはメガソニック振動を与えた水または洗浄液を吐出する洗浄ヘッド（図示せず）と、を有する。また、洗浄装置３は、ステージを鉛直方向に直交する面内で回転させる回転駆動部（図示せず）を有する。そして、洗浄装置３は、洗浄ヘッドにより超音波を印加した水を基板の接合面に吹き付けながら、ステージをＸＹ方向へスキャンさせて基板の接合面全面を洗浄する。そして、洗浄装置３は、洗浄ヘッドによる水の吐出を停止させてから、ステージを回転させることにより基板をスピン乾燥する。
【0016】
反転装置４は、搬送ロボット８４１のアームの先端部から基板を受け取って保持する基板保持部（図示せず）と、基板保持部が基板を保持した状態で基板保持部を反転させる駆動部（図示せず）と、を有する。基板保持部は、例えば基板の接合面側とは反対側を保持する真空チャック、静電チャック等を有する。反転装置４は、基板保持部が基板の接合面が鉛直上方を向く姿勢で搬送ロボット８４１のアームの先端部から基板を受け取ると、基板保持部を反転させて、基板の接合面が鉛直下方を向く姿勢で基板を保持する。そして、反転装置４は、基板の接合面が鉛直下方を向く姿勢で基板を搬送ロボット８４１のアームの先端部へ渡す。
【0017】
活性化処理装置２は、基板の接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより接合面を活性化する活性化処理を行う。基板の接合面を活性化する活性化処理を行う。活性化処理装置２は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を発生させる装置であり、図２に示すように、ステージ２１０と、チャンバ２１２と、プラズマチャンバ２１３と、プラズマチャンバ２１３の外側に巻回された誘導コイル２１５と、誘導コイル２１５へ高周波電流を供給する高周波電源２１６と、を有する。プラズマチャンバ２１３は、例えば石英ガラスから形成されている。また、活性化処理装置２は、窒素ガス供給部２２０Ａと、酸素ガス供給部２２０Ｂと、を有する。窒素ガス供給部２２０Ａは、窒素ガス貯留部２２１Ａと、供給弁２２２Ａと、供給管２２３Ａと、バイアス印加部２１７と、を有する。酸素ガス供給部２２０Ｂは、酸素ガス貯留部２２１Ｂと、供給弁２２２Ｂと、供給管２２３Ｂと、を有する。ステージ２１０には、基板Ｗ１、Ｗ２が載置される。チャンバ２１２は、プラズマチャンバ２１３内に連通している。チャンバ２１２は、排気管２０２Ａと排気弁２０３Ａとを介して真空ポンプ２０１に接続されている。排気弁２０３Ａを開状態にして真空ポンプ２０１を作動させると、チャンバ２１２内の気体が、排気管２０２Ａを通してチャンバ２１２外へ排出され、チャンバ２１２内の気圧が低減（減圧）される。
【0018】
高周波電源２１６としては、誘導コイル２１５へ例えば２７ＭＨｚの高周波電流を供給するものを採用することができる。そして、プラズマチャンバ２１３内にＮ２ガスが導入された状態で、高周波電流が誘導コイル２１５へ供給されると、プラズマチャンバ２１３内にプラズマＰＬＭが形成される。ここで、誘導コイル２１５によりプラズマチャンバ２１３内にプラズマ中に含まれるイオンがトラップされるため、プラズマチャンバ２１３とチャンバ２１２との間の部分にトラップ板が無い構成であってもよい。誘導コイル２１５と、高周波電源２１６と、窒素ガス供給部２２０Ａとから、プラズマチャンバ２１３内にプラズマＰＬＭを発生させステージ２１０に支持された基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へプラズマ中のＮ２ラジカルを供給するプラズマ発生源が構成される。なお、ここでは、活性化処理装置２として、誘導コイル２１５と、高周波電源２１６と、を備えるＩＣＰを発生させる装置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、代わりにプラズマチャンバ２１３の外側に配置された平板電極と平板電極に電気的に接続された高周波電源と、プラズマチャンバ２１３とチャンバ２１２との間の部分に配置されプラズマ中のイオンをトラップするトラップ板と、を備える容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を発生させる装置であってもよい。この場合、高周波電源としては、例えば２７ＭＨｚの高周波バイアスを印加するものを採用することができる。そして、高周波電源からプラズマチャンバ内へ供給される電力は、例えば２５０Ｗに設定される。
【0019】
バイアス印加部２１７は、ステージ２１０に支持された基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加する高周波電源である。このバイアス印加部２１７としては、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを発生させるものを採用することができる。このように、バイアス印加部２１７により基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の近傍に運動エネルギを有するイオンが繰り返し基板Ｗ１、Ｗ２に衝突するシース領域が発生する。そして、このシース領域に存在する運動エネルギを有するイオンにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面がエッチングされる。また、活性化処理装置２は、前述の活性化処理を行った後、予め設定された基準時間内に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を、水分を含む気体に暴露する。ここで、水分を含む気体としては、大気、水ガスが挙げられる。チャンバ２１２には、空気または水ガスをチャンバ２１２内へ導入するための導入管（図示せず）が接続されており、この導入管には導入弁（図示せず）が介挿されている。そして、活性化処理装置２は、排気弁２０３Ａを閉状態にして導入弁を開状態にすることによりチャンバ２１２内へ大気または水ガスを導入することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を大気または水ガスに暴露する。水ガスを導入する場合、導入管に水ガスを供給する水ガス供給部（図示せず）が接続される。水ガス供給部は、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２()）、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２()）等のキャリアガスと気化した水とを混合させることにより水ガスを生成して供給するものとすればよい。本実施の形態では、窒素をキャリアガスとして使用し、５０％の気化した水を混合したものを水ガスとして採用した。
【0020】
基板接合装置１は、活性化処理装置２において活性化処理された基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。基板接合装置１は、図３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、を備える。なお、以下の説明において、適宜図３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１２２Ｂと排気弁１２３Ｂとを介して真空ポンプ１２１に接続されている。排気弁１２３Ｂを開状態にして真空ポンプ１２１を作動させると、チャンバ１２０内の気体が、排気管１２２Ｂ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。また、排気弁１２３Ｂ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。また、チャンバ１２０には、空気導入管（図示せず）が接続されており、空気導入管には空気導入弁（図示せず）が介挿されている。そして、基板接合装置１は、排気弁１２３Ｂを閉状態にして空気導入弁を開状態にすることによりチャンバ１２０内の気圧を大気圧にする。
【0021】
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を支持し、ヘッド１４２は、その下面で基板Ｗ２を支持する。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、真空チャック等を有する。
【0022】
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。ヘッド駆動部１４４は、ヘッド１４２を上下方向（図３の矢印ＡＲ１参照）に昇降させる。ヘッド駆動部１４４は、ヘッド１４２を下方向に移動させることよりヘッド１４２をステージ１４１に近づける。また、ヘッド駆動部１４４は、ヘッド１４２を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、基板Ｗ１、Ｗ２同士が接触した状態においてヘッド駆動部１４４がヘッド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、ヘッド駆動部１４４には、ヘッド駆動部１４４がヘッド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１４８が設けられている。圧力センサ１４８は、例えばロードセルであり、この測定値から、ヘッド駆動部１４４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。
【0023】
基板加熱部１４１１、１４２１は、例えば電熱ヒータから構成される。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。この位置ずれ量測定部１５０による位置ずれ量の測定およびステージ駆動部１４３のアライメント動作は、いずれも制御部９の制御下において実行される。
【0024】
制御部９は、例えばプログラマブルロジックコントローラである。制御部９は、圧力センサ、位置ずれ量測定部１５０等から入力される測定信号に基づいて、基板Ｗ１、Ｗ２同士を圧接する際の圧力を算出したり、基板Ｗ１、Ｗ２の相対的な位置ずれ量を算出したりする。また、制御部９は、算出した圧力または位置すれ量に基づいて、ステージ駆動部１４３、ヘッド駆動部１４４へ制御信号を出力することによりステージ駆動部１４３、ヘッド駆動部１４４の動作を制御する。更に制御部９は、基板加熱部１４１１、１４２１、高周波電源２１６、バイアス印加部２１７、供給弁２２２Ａ、２２２Ｂ、搬送ロボット８２１、８４１へ制御信号を出力することによりこれらの動作を制御する。
【0025】
次に、本実施の形態に係る基板接合システムについて、基板Ｗ１、Ｗ２が基板接合システムに投入されてから基板Ｗ１、Ｗ２が接合されて基板接合システムから取り出されるまでの動作の流れを図４Ａ乃至図９を参照しながら説明する。基板Ｗ１、Ｗ２は、まず、図４Ａに示す導入ポート８１１、８１２に配置される。基板Ｗ１、Ｗ２としては、例えば、Ｓｉ基板、ガラス基板、酸化物基板（例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）基板、アルミナ基板（Ａｌ２Ｏ３）等）、窒化物基板（例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））のいずれかからなる。なお、基板Ｗ１、Ｗ２の少なくとも一方は、その接合面に金属部分と絶縁膜とが露出しているものであってもよい。或いは、基板Ｗ１、Ｗ２の少なくとも一方は、その接合面に酸化物または窒化物を堆積することにより形成された絶縁膜が露出しているものであってもよい。ここでは、基板Ｗ１がガラス基板または酸化物基板であり、基板Ｗ２がＳｉ基板または窒化物基板であるとして説明する。また、導入ポート８１１には、例えば基板接合装置１においてヘッド１４２に保持される基板Ｗ２が配置され、導入ポート８１２には、例えば基板接合装置１においてステージ１４１に載置される基板Ｗ１が配置される。そして、基板Ｗ２が導入ポート８１１に配置されている場合、搬送ロボット８２１は、図４Ａの矢印ＡＲ１１に示すように、基板Ｗ２を導入ポート８１１から取り出す。そして、搬送ロボット８２１は、図４Ａの矢印ＡＲ１２に示すように、基板Ｗ２を保持した状態で、第１搬送装置８２におけるロードロック室８３へ基板Ｗ２を搬入する位置まで移動する。なお、基板Ｗ１が、導入ポート８１２に配置されている場合、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１を導入ポート８１２から取り出した後、基板Ｗ１を保持した状態で、第１搬送装置８２におけるロードロック室８３へ基板Ｗ１を搬入する位置まで移動する。
【0026】
次に、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が開放されるとともに、搬送ロボット８２１が、図４Ａの矢印ＡＲ１３に示すように、アームの先端部がロードロック室８３側を向くように旋回する。続いて、搬送ロボット８２１は、図４Ｂの矢印ＡＲ１４に示すように、アームを伸張させることによりアームの先端部をロードロック室８３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アームの先端部からロードロック室８３内のステージへ移載される。その後、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２のロードロック室８３内のステージへの移載が完了すると、図５Ａの矢印ＡＲ１５に示すように、アームを収縮させる。そして、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が閉まる。
【0027】
続いて、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が開放された後、搬送ロボット８４１が、アームの先端部をロードロック室８３側に向けた状態でアームを伸張させる。そして、ロードロック室８３内において、基板Ｗ１、Ｗ２が、ステージからアームの先端部へ移載されると、搬送ロボット８４１は、図５Ａの矢印ＡＲ１６に示すように。アームを収縮させることにより基板Ｗ１、Ｗ２をロードロック室８３から取り出す。その後、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が閉まる。次に、搬送ロボット８４１が、図５Ｂの矢印ＡＲ１７に示すように、アームの先端部が活性化処理装置２側を向くように旋回するとともに、活性化処理装置２が基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放する。続いて、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部を活性化処理装置２内へ挿入する。そして、図５Ｂの矢印ＡＲ１８に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２が、搬送ロボット８４１のアームの先端部から活性化処理装置２のステージ２１０（図２参照）へ移載される。その後、搬送ロボット８４１がアームを収縮させた後、活性化処理装置２が基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を閉じる。
【0028】
次に、活性化処理装置２は、基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより接合面を活性化する活性化処理工程を行う。具体的には、活性化処理装置２は、接合面を活性化処理する対象となる基板の種類によって処理シーケンスが異なる。活性化処理装置２は、基板Ｗ１、即ち、ガラス基板または酸化物基板の接合面を活性化処理する場合、まず、図２に示す供給弁２２２Ａを開くことにより窒素ガス貯留部２２１Ａから供給管２２３Ａを通じてチャンバ２１２内にＮ２ガスを導入する。次に、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を停止させた状態で、バイアス印加部２１７によりステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加する。これにより、基板Ｗ１の接合面に対して、Ｎ２ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が行われる。続いて、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を開始して、Ｎ２ガスでプラズマを発生させる。このとき、活性化処理装置２は、バイアス印加部２１７による基板Ｗ１への高周波バイアスの印加を停止する。このようにして、基板Ｗ１の接合面にＮ２ラジカルが照射される。
【0029】
一方、活性化処理装置２は、基板Ｗ２、即ち、Ｓｉまたは窒化物基板の接合面を活性化処理する場合、まず、供給弁２２２Ｂを開くことにより酸素ガス貯留部２２１Ｂから供給管２２３Ｂを通じてチャンバ２１２内にＯ２ガスを導入する。次に、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を停止させた状態で、バイアス印加部２１７によりステージ２１０に載置された基板Ｗ２に高周波バイアスを印加する。これにより、基板Ｗ２の接合面に対して、Ｏ２ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が行われる。続いて、活性化処理装置２は、供給弁２２２Ｂを閉じてＯ２ガス貯留部２２１Ｂからチャンバ２１２内へのＯ２ガスの供給を停止することにより、チャンバ２１２内のＯ２ガスを排気する。その後、活性化処理装置２は、供給弁２２２Ａを開くことにより窒素ガス貯留部２２１Ａから供給管２２３Ａを通じてチャンバ２１２内にＮ２ガスを導入する。その後、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を開始して、Ｎ２ガスでプラズマを発生させる。このとき、活性化処理装置２は、バイアス印加部２１７による基板Ｗ２への高周波バイアスの印加を停止する。このようにして、基板Ｗ２の接合面にＮ２ラジカルが照射される。活性化処理装置２は、これら一連の活性化処理が完了すると、予め設定された基準時間内に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を、大気または水ガスに暴露する気体暴露工程を行う。そして、活性化処理装置２は、基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放する。
【0030】
その後、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部を活性化処理装置２内へ挿入し、基板Ｗ１、Ｗ２がステージ２１０からアームの先端部へ移載される。次に、搬送ロボット８４１は、アームを収縮させることにより、図６Ａの矢印ＡＲ１９に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を活性化処理装置２から取り出す。続いて、搬送ロボット８４１は、図６Ａの矢印ＡＲ２０に示すように、アームの先端部がロードロック室８３側を向くように旋回すると、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が開放される。その後、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部をロードロック室８３内へ挿入し、基板Ｗ１、Ｗ２がアームの先端部からロードロック室８３内のステージへ移載される。次に、搬送ロボット８４１が、図６Ｂの矢印ＡＲ２１に示すように、アームを収縮させるとともに、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が閉まる。
【0031】
続いて、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が開放された後、搬送ロボット８２１が、アームの先端部をロードロック室８３側に向けた状態でアームを伸張させてアームの先端部をロードロック室８３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、ロードロック室８３内のステージから搬送ロボット８２１のアームの先端部へ移載される。その後、搬送ロボット８２１が、図６Ｂの矢印ＡＲ２２に示すように、アームを収縮させることにより基板Ｗ１、Ｗ２をロードロック室８３から取り出した後、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が閉まる。次に、搬送ロボット８２１は、図６Ｂの矢印ＡＲ２３に示すように、アームの先端部が洗浄装置３側を向くように旋回する。続いて、搬送ロボット８２１は、図７Ａの矢印ＡＲ２４に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、第１搬送装置８２における基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３へ搬入する位置まで移動する。その後、洗浄装置３が基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放すると、搬送ロボット８２１が、アームを伸張させてアームの先端部を洗浄装置３内へ挿入する。そして、図７Ａの矢印ＡＲ２５に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２が搬送ロボット８２１のアームの先端部から洗浄装置３のステージへ移載される。
【0032】
次に、洗浄装置３は、洗浄ヘッドから超音波を印加した水を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に吹き付けながら、基板Ｗ１、Ｗ２が載置されたステージをＸＹ方向へスキャンさせて基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全面を洗浄する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した異物が除去される。続いて、洗浄装置３は、洗浄ヘッドによる水の吐出を停止させてから、ステージを回転させることにより基板をスピン乾燥することにより洗浄処理を完了する。その後、洗浄装置３は、これら一連の洗浄処理が完了すると、基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放する。
【0033】
その後、搬送ロボット８２１が、アームを伸張させてアームの先端部を洗浄装置３内へ挿入し、基板Ｗ１、Ｗ２がステージからアームの先端部へ移載される。次に、搬送ロボット８２１は、アームを収縮させることにより、図７Ｂの矢印ＡＲ２６に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３から取り出す。続いて、搬送ロボット８２１は、図７Ｂの矢印ＡＲ２７に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、第１搬送装置８２におけるロードロック室８３へ基板Ｗ１、Ｗ２を搬入する位置まで移動する。その後、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が開放されるとともに、搬送ロボット８２１が、図７Ｂの矢印ＡＲ２８に示すように、アームの先端部がロードロック室８３側を向くように旋回する。
【0034】
次に、搬送ロボット８２１は、図８Ａの矢印ＡＲ２９に示すように、アームを伸張させることによりアームの先端部をロードロック室８３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アームの先端部からロードロック室８３内のステージへ移載される。続いて、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２のロードロック室８３内のステージへの移載が完了すると、図８Ｂの矢印ＡＲ３０に示すように、アームを収縮させる。そして、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が閉まる。
【0035】
その後、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が開放された後、搬送ロボット８４１が、アームの先端部をロードロック室８３側に向けた状態でアームを伸張させる。そして、ロードロック室８３内において、基板Ｗ１、Ｗ２が、ステージからアームの先端部へ移載されると、搬送ロボット８４１は、図８Ｂの矢印ＡＲ３１に示すように。アームを収縮させることにより基板Ｗ１、Ｗ２をロードロック室８３から取り出す。そして、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が閉まる。ここで、搬送ロボット８４１は、ロードロック室８３から基板接合装置１においてヘッド１４２に支持される基板Ｗ２を取り出した場合、図９Ａの矢印ＡＲ３２に示すように、アームの先端部が反転装置４側を向くように旋回する。続いて、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部を反転装置４内へ挿入する。そして、図９Ａの矢印ＡＲ３３に示すように、基板Ｗ２が、搬送ロボット８４１のアームの先端部から反転装置４の基板保持部へ移載される。その後、搬送ロボット８４１がアームを収縮させる。次に、反転装置４は、基板保持部を反転させることにより、基板Ｗ２の接合面が鉛直下方を向く姿勢で保持する。続いて、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部を反転装置４内へ挿入し、基板Ｗ２の接合面側とは反対側を保持した状態で反転装置４から取り出す。その後、搬送ロボット８４１は、図９Ｂ矢印ＡＲ３４に示すように、アームの先端部が基板接合装置１側を向くように旋回する。また、搬送ロボット８４１は、ロードロック室８３から基板接合装置１においてステージ１４１に載置される基板Ｗ１を取り出した場合、そのままアームの先端部が基板接合装置１側を向くように旋回する。
【0036】
次に、基板接合装置１が基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放すると、搬送ロボット８４１が、アームを伸張させてアームの先端部を基板接合装置１内へ挿入する。そして、図９Ｂの矢印ＡＲ３５に示すように、基板Ｗ２が、搬送ロボット８４１のアームの先端部から基板接合装置１のヘッド１４２（図３参照）へ移載される、或いは、基板Ｗ１が、搬送ロボット８４１のアームの先端部から基板接合装置１のステージ１４１（図３参照）へ移載される。続いて、搬送ロボット８４１が、アームを収縮させると、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を閉じる。その後、基板接合装置１は、排気弁１２３Ｂを開状態にすることによりチャンバ１２０内の気圧を減圧する。なお、前述のように、第１搬送装置８２、第２搬送装置８４およびロードロック室８３において基板Ｗ１、Ｗ２が搬送される工程が搬送工程に相当する。
【0037】
次に、基板接合装置１が、活性化処理工程において接合面が活性化処理された２つの基板を接合する接合工程を行う。ここで、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２がそれぞれステージ１４１およびヘッド１４２に支持されると、基板Ｗ１、Ｗ２同士が離れた状態から基板Ｗ１、Ｗ２同士が近づく方向へ基板Ｗ２を移動させて基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させる。ここにおいて、基板接合装置１は、まず、基板Ｗ２を支持したヘッド１４２を、基板Ｗ１を支持したステージ１４１に近づけて両基板Ｗ１、Ｗ２を接近させる。次に、基板接合装置１は、両基板Ｗ１、Ｗ２が互いに近接した状態において、位置ずれ量測定部１５０により測定される位置ずれ量に基づいて、両基板Ｗ１、Ｗ２のアライメント動作を実行する。続いて、基板接合装置１は、ヘッド１４２を再びステージ１４１に近づけることにより、２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接触させる。
【0038】
その後、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させた状態で、２つの基板Ｗ１、Ｗ２が互いに密着する方向へ圧力を加えることにより、２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合する。このとき、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士は、ＯＨ基または水分子により覆われている。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士が、ＯＨ基間または水分子間の水素結合により仮接合される。次に、基板接合装置１は、基板加熱部１４１１、１４２１により基板Ｗ１、Ｗ２を、例えば１２０乃至２００℃に加熱した状態で２乃至７時間維持する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に存在するＯＨ基が水素結合から共有結合に移行する時に発生する水分子および水素又は真空中でも基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に残った水分子および水素の多くが、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面の外部に抜け出していき、接合面間に強固な共有結合が形成されると考えられる。このとき、仮接合した基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面から水分子および水素が抜け出していく過程において、仮接合時では接触していなかった部分においても基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士が接触し、実質的に接合界面が広がり接合面積が大きくなると考えられる。基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合すると、排気弁１２３Ｂを閉状態にするとともに空気導入弁を開状態にして、チャンバ１２０内へ空気を導入することによりチャンバ１２０内の気圧を大気圧にする。続いて、基板接合装置１は、再び基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放する。
【0039】
その後、図９Ｂに示す搬送ロボット８４１は、アームを伸張させてアームの先端部を基板接合装置１内へ挿入する。そして、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が、基板接合装置１のステージ１４１またはヘッド１４２から搬送ロボット８４１のアームの先端部へ移載される。次に、搬送ロボット８４１が、アームを収縮させることにより、基板接合装置１から互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を取り出す。そして、基板接合装置１は、再び基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を閉じる。続いて、搬送ロボット８４１は、アームの先端部がロードロック室８３側を向くように旋回する。その後、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が開放されると、搬送ロボット８４１が、アームの先端部をロードロック室８３側に向けた状態でアームを伸張させる。そして、ロードロック室８３内において、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が、アームの先端部からステージへ移載されると、搬送ロボット８４１は、アームを収縮させる。そして、ロードロック室８３の第２搬送装置８４側の扉が閉まる。
【0040】
次に、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が開放された後、搬送ロボット８２１が、アームの先端部をロードロック室８３側に向けた状態でアームを伸張させてアームの先端部をロードロック室８３内へ挿入する。そして、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が、ロードロック室８３内のステージから搬送ロボット８２１のアームの先端部へ移載される。その後、搬送ロボット８２１が、アームを収縮させることにより互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２をロードロック室８３から取り出した後、ロードロック室８３の第１搬送装置８２側の扉が閉まる。続いて、搬送ロボット８２１は、アームの先端部がロードロック室８３側とは反対側を向くように旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、第１搬送装置８２における取り出しポート８１３へ搬入する位置まで移動する。次に、搬送ロボット８２１が、アームを伸張させてアームの先端部を取り出しポート８１３内へ挿入して互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を取り出しポート８１３内に配置する。
【0041】
次に、本実施の形態に係る基板接合システムにより２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合してなる２２種類の試料について、接合強度を評価した結果について説明する。試料１乃至１４について、活性化処理装置２でのＳｉＯ２基板である基板Ｗ１に対するＮ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＮ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を１００Ｗに設定し、処理時間を３０ｓｅｃに設定した。また、活性化処理装置２でのＳｉ基板である基板Ｗ２に対するＯ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＯ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ２へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を１１０Ｗに設定し、処理時間を３０ｓｅｃに設定した。更に、基板Ｗ１、Ｗ２に対するＮ２ラジカル処理では、チャンバ２１２内へ導入するＮ２ガスの流量を２００ｓｃｃｍとし、誘導コイル２１５へ供給される電力を２５００Ｗに設定し、処理時間を１５ｓｅｃとした。また、試料１乃至２２について、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３から基板接合装置１へ搬送する際の第１搬送装置８２、ロードロック室８３および第２搬送装置８４における気圧は、いずれも１０００Ｐａとした。更に、試料１乃至２０について、基板接合装置１での基板Ｗ１、Ｗ２の接合処理では、いずれの試料の場合も、チャンバ１２０内の気圧を１０００Ｐａに設定した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２に１０００Ｎの圧力を加えることにより仮接合した後、処理温度１５０℃、処理時間７時間で熱処理を行うことにより行った。
【0042】
２０種類の試料のうちの試料１乃至試料４それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の曝露対象と基板Ｗ１、Ｗ２を活性化処理が完了した後最初に曝露対象に曝露した場所と、を纏めたものを以下の表１に示す。試料１乃至試料４では、基板Ｗ１をＳｉＯ２基板とし、基板Ｗ２をＳｉ基板とした。ここで、ＳｉＯ２基板として、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ２膜を形成した熱酸化膜基板を採用した。なお、表１の「曝露対象」の欄において、「水ガス」は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を水ガスに曝露したことを示し、「大気」は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を大気に曝露したことを示す。また、表１の「活性化処理後の曝露場所」の欄において、「活性化処理装置」は、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、そのまま活性化処理装置２内において曝露対象に曝露したことを示し、「第２搬送装置」は、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、搬送ロボット８４１が、基板Ｗ１、Ｗ２を活性化処理装置２から第２搬送装置８４に取り出した後、基板Ｗ１、Ｗ２を曝露対象に曝露したことを示す。また、「ロードロック室」は、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、搬送ロボット８４１が、基板Ｗ１、Ｗ２を活性化処理装置２から取り出し、その後、ロードロック室８３へ搬入された後、基板Ｗ１、Ｗ２を曝露対象に曝露したことを示す。また、試料１乃至４のいずれについても、活性化処理装置２において、基板Ｗ１に対してＮ２ガスを用いたＲＩＥ処理を行った後、Ｎ２ラジカル処理を行い、基板Ｗ２に対してＯ２ガスを用いたＲＩＥ処理を行った後、Ｎ２ラジカル処理を行った。
【0043】
【表1】
【0044】
また、２０種類の試料のうちの試料５乃至試料７それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２への活性化処理が完了した後、大気に曝露するまでの時間を纏めたものを以下の表２に示す。なお、試料５乃至７のいずれについても、活性化処理装置２において、基板Ｗ１に対してＮ２ガスを用いたＲＩＥ処理を行った後、Ｎ２ラジカル処理を行い、基板Ｗ２に対してＯ２ガスを用いたＲＩＥ処理を行った後、Ｎ２ラジカル処理を行った。
【0045】
【表2】
【0046】
更に、２０種類の試料のうちの試料２並びに試料８乃至試料９それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２への活性化処理の内容、並びに活性化処理が完了した後、大気に曝露するまでの時間を纏めたものを以下の表３に示す。なお、表３の「基板Ｗ１」、「基板Ｗ２」は、それぞれ基板Ｗ１に対する活性化処理の内容、基板Ｗ２に対する活性化処理の内容を示す。また、「Ｎ２ ＲＩＥ処理」、「Ｎ２ ラジカル処理」および「Ｏ２ ＲＩＥ処理」の欄において、「有」は当該処理を行ったことを示し、「無」は当該処理を省略したことを示す。ここで、「Ｎ２ ＲＩＥ処理」は、Ｎ２ガスを用いたＲＩＥ処理を示し、「Ｏ２ ＲＩＥ処理」は、Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ処理を示す。
【0047】
【表3】
【0048】
また、２０種類の試料のうちの試料２並びに試料１１乃至試料１４それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２を活性化処理装置２から洗浄装置３へ搬送する際の第２搬送装置８４、ロードロック室８３および第１搬送装置８２内の気圧条件を纏めたものを以下の表４に示す。
【0049】
【表4】
【0050】
更に、２０種類の試料のうちの試料１５乃至試料１８それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２に対する活性化処理の内容を纏めたものを以下の表５に示す。なお、試料１５乃至１８は、基板Ｗ１、Ｗ２の両方がガラス基板である。また、表５の「Ｎ２ ＲＩＥ処理」、「Ｎ２ ラジカル処理」および「Ｏ２ ＲＩＥ処理」は、表３の場合と同じである。ここで、Ｎ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＮ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を２５０Ｗに設定し、処理時間を６０ｓｅｃに設定した。Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＯ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１、Ｗ２へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を２５０Ｗに設定し、処理時間を６０ｓｅｃに設定した。更に、基板Ｗ１、Ｗ２に対するＮ２ラジカル処理では、プラズマチャンバ２１３の外側に配置された平板電極と平板電極に電気的に接続された高周波電源と、を備える構成を使用し、プラズマチャンバ２１３内へ導入するＮ２ガスの流量を２００ｓｃｃｍとし、平板電極間に供給する高周波電力を２７ＭＨｚ、２５０Ｗに設定し、処理時間を１５ｓｅｃとした。
【0051】
【表5】
【0052】
また、２０種類の試料のうちの試料１９および試料２０それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２に対する活性化処理の内容を纏めたものを以下の表６に示す。また、試料１９においては活性化処理後水ガスに暴露した。なお、試料１９、試料２０は、基板Ｗ１、Ｗ２の両方がＳｉ基板上にＳｉＯ２を堆積することにより形成された絶縁膜が形成された基板である。ここで、Ｎ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＮ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を５００Ｗに設定し、処理時間を６０ｓｅｃに設定した。Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＯ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１、Ｗ２へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を５００Ｗに設定し、処理時間を６０ｓｅｃに設定した。なお、基板Ｗ１、Ｗ２に対するＮ２ラジカル処理など他の条件は、試料１乃至試料１４と同じ条件で行った。また、試料１９は、接合時における気圧を１０００Ｐａに設定し、試料２０は、接合時の気圧を大気圧に設定し、熱処理における処理温度を３５０℃に設定し、処理時間を７時間に設定した。
【0053】
【表6】
【0054】
更に、２２種類の試料のうちの試料２１、２２それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２に対する活性化処理の内容を纏めたものを以下の表７に示す。なお、試料２１、２２は、基板Ｗ１、Ｗ２の両方が、その接合面の表面粗さがＲＭＳで０．４９ｎｍのガラス基板である。また、表７の「Ｎ２ ＲＩＥ処理」、「Ｎ２ ラジカル処理」および「Ｏ２ ＲＩＥ処理」は、表３の場合と同じである。ここで、Ｎ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＮ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を２５０Ｗに設定し、処理時間を１２０ｓｅｃに設定した。Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ処理では、チャンバ２１２内へ導入するＯ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、基板Ｗ１、Ｗ２へ印加する高周波バイアスのバイアス電力を２５０Ｗに設定し、処理時間を１２０ｓｅｃに設定した。更に、基板Ｗ１、Ｗ２に対するＮ２ラジカル処理では、プラズマチャンバ２１３の外側に配置された平板電極と平板電極に電気的に接続された高周波電源と、を備える構成を使用し、プラズマチャンバ２１３内へ導入するＮ２ガスの流量を２００ｓｃｃｍとし、平板電極間に供給する高周波電力を２７ＭＨｚ、２５０Ｗに設定し、処理時間を１５ｓｅｃとした。また、基板接合装置１での基板Ｗ１、Ｗ２の接合処理では、いずれの試料の場合も、チャンバ１２０内の気圧を１０００Ｐａに設定した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２に１０００Ｎの圧力を加えることにより仮接合した後、処理温度２００℃、処理時間２時間で熱処理を行うことにより行った。
【0055】
【表7】
【0056】
また、試料１乃至試料２２についての基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の評価は、ブレードを挿入するクラックアンドオープニング法を用いて接合強度（表面エネルギ換算）を測定することにより行った。このクラックアンドオープニング法では、まず、図１０Ａの矢印で示すように、互いに接合された２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁から接合部分に例えばカミソリの刃のようなブレードＢＬを挿入したときの基板Ｗ１、Ｗ２の剥離長さＬを測定する。ブレードＢＬとしては、例えば厚さ１００μｍのブレードを使用する。また、図１０Ｂに示すように、互いに接合された２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所（Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３、Ｐｏｓ４、Ｐｏｓ５、Ｐｏｓ６）にブレードＢＬを挿入（図１０Ｂ中の矢印参照）したときのブレード接点からの剥離長さＬを測定した。そして、基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所それぞれについて、剥離長さＬから、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面の強度を単位面積当たりの表面エネルギ換算で算出することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の評価を行った。なお、剥離長さＬから接合強度（表面エネルギ換算）Ｅｂを算出する際には、下記式（１）の関係式を使用した。
【0057】
【数1】
【0058】
ここで、Ｙはヤング率を示し、Ｔｓは基板Ｗ１、Ｗ２の厚さを示し、ＴｂはブレードＢＬの厚さを示す。試料１乃至１４についての基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の評価では、ヤング率Ｙを６．５×１０１０［Ｎ／ｍ２］とし、基板Ｗ１、Ｗ２の厚さＴｓを０．００１１ｍ（１．１ｍｍ）、ブレードＢＬの厚さＴｂを０．０００１ｍ（０．１ｍｍ）とした。計算式より剥離長さが短いほど接合強度が大きくなる。基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所における剥離長さおよび接合強度（表面エネルギ換算）の平均値、並びにバルク破壊が発生した測定点の数を表５に示す。なお、算出された接合強度（表面エネルギ換算）が大きいほど、基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度が大きいことを示す。また、この接合強度は、１Ｊ／ｍ２未満は強度不足とし、１Ｊ／ｍ２以上は必要であり、１．５Ｊ／ｍ２以上が通常良品と判定される大きさであり、２Ｊ／ｍ２を超えるが好ましく、また、バルク破壊するのがより好ましい。また、バルク破壊したものの中でも剥離長さが短いほど接合強度は高いと想定できるので剥離長さを併記している。
【0059】
試料１乃至試料２０についての基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の評価結果を以下の表８に示す。なお、表８において「試料名」の欄は、前述の表１の試料１乃至試料１４それぞれに対応する。「剥離長さ」の欄の値は、図１０Ｂに示す２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所（「Ｐｏｓ１」乃至「Ｐｏｓ６」）における剥離長さの平均値を示している。また、「接合強度（表面エネルギ換算）」の欄の値は、図１０Ｂに示す２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所（「Ｐｏｓ１」乃至「Ｐｏｓ６」）における接合強度（表面エネルギ換算）の平均値を示し、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所全てでバルク破壊が発生したものについては、推定の接合強度を記載している。更に、「バルク破壊箇所の数」の欄の値は、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の周縁部の６箇所のうちバルク破壊が発生した箇所の数を示している。バルク破壊強度（２．５Ｊ／ｍ２）に達した試料については、剥離長さとバルク破壊箇所の数とで比較する。但し、基板Ｗ１、Ｗ２の組み合わせとして、ＳｉＯ２基板とＳｉ基板、ガラス基板同士、酸化膜付きＳｉ基板同士、の３種類の組み合わせを採用したため、バルク破壊強度以上の場合に剥離長さで単純に比較できないため、推定の接合強度を記載している。
【0060】
【表8】
【0061】
例えば試料１、２の接合強度（表面エネルギ換算）は、いずれも２．５Ｊ／ｍ２以上であり、バルク破壊強度に達している箇所が５箇所存在した。ところで、Ｓｉ基板からなる基板Ｗ２は、接合面に自然酸化膜が形成されていないためＯ２ＲＩＥ処理を行うことにより接合面に酸化膜を形成している。そして、基板Ｗ２については、Ｎ２ＲＩＥ処理を省略しても接合面にＮ２ラジカル処理を行うので接合面が前述のＮ活性化状態となっていると考えられる。実際、試料１、２は、Ｓｉ基板である基板Ｗ１について接合面に親水化接合のための酸化膜を形成させるＯ２ＲＩＥ処理を行うが、Ｎ２ＲＩＥ処理を省略している。それにも関わらず、十分な接合強度が得られていることからも、基板Ｗ１の接合面には、Ｎ２ＲＩＥ処理を行わなくてもＮ２ラジカル処理で前述のＮ活性化状態となっていると考えられる。つまり、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面でのＮ活性化状態の実現には、Ｎ２ラジカル処理が大きく寄与していることが判った。また、試料１、２の接合強度（表面エネルギ換算）の結果から、基板Ｗ１、Ｗ２を水ガスに曝露したほうが、これらを大気に曝露した場合に比べて接合強度が向上することが判った。このことから、大気中に含まれる水分子が基板Ｗ１、Ｗ２同士の親水化接合に寄与していることが判った。また、大気には水以外の物質を含んでいるため、Ｎ活性状態の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に大気中の水以外の物質が吸着しまうため、その分、接合面に形成されるＯＨ基の数が減少してしまう。これに対して、水ガスを供給した場合、Ｎ活性状態の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に多くのＯＨ基が形成される。このため、水ガスに暴露した方が、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上したと考えられる。
【0062】
試料２乃至７の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、活性化処理装置２での活性化処理完了後から基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を大気に曝露するまでに要する時間が基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度に影響していることが判った。本実施の形態に係る基板接合システムでは、活性化処理装置２での活性化処理完了後、第２搬送装置８４において基板Ｗ１、Ｗ２を大気に曝露するまでに要する時間は約５ｍｉｎであり、活性化処理完了後、ロードロック室８３において基板Ｗ１、Ｗ２を大気に曝露するまでに要する時間は約１０ｍｉｎであり、このことから、活性化処理完了後、基板Ｗ１、Ｗ２を大気に曝露するまでの時間が長くなるほど、基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度が低下することが判った。
【0063】
試料２、８の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、Ｎ２ＲＩＥ処理よりもＮ２ラジカル処理のほうが基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度に大きく寄与していることが判った。このことから、Ｎ活性化状態の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に形成されるＯＨ基は、Ｎ２ＲＩＥ処理時よりもＮ２ラジカル処理時に多く形成されると考えられる。また、試料８、９の接合強度（表面エネルギ換算）の結果から、基板Ｗ２に対してＮ２ラジカル処理を行わない場合であってもＮ２ＲＩＥ処理を行うことにより比較的大きい接合強度が得られることが判った。このことから、基板Ｗ２にＮ２ラジカル処理またはＮ２ＲＩＥ処理を行うことが基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の向上に大きく影響することが判った。なお、試料９、１０の比較において、基板Ｗ２に対してＮ２()ラジカル処理およびＮ２()ＲＩＥ処理のいずれも行わない場合、活性化処理後に減圧下で待機する時間を変化させても接合強度に大きな変化は無かった。これより窒素によるＮ活性化状態のみが水分を含む気体に暴露するまでの時間に影響していることが分かる。また、強度差も一目瞭然であり、不安定なＮ活性化状態は、水と接触することにより、接合に寄与するＯＨ基を、Ｎ活性化状態がない通常より、数多く形成すると考えられる。
【0064】
試料２並びに試料１１乃至１４の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、活性化処理装置２での活性化処理完了後、洗浄装置３への搬送時における気圧が高いほど基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度が向上することが判った。具体的には、搬送時における気圧が１Ｐａの場合０．８１Ｊ／ｍ２と低く、１０Ｐａの場合、１．５５Ｊ／ｍ２、１００Ｐａの場合、２．１５Ｊ／ｍ２、１０００Ｐａの場合、２．８９Ｊ／ｍ２、１００００Ｐａの場合２．９８Ｊ／ｍ２と、気圧が大きくなるに伴い接合強度は向上した。但し、試料２並びに試料１１乃至１３では、基板Ｗ１、Ｗ２の接合部分にボイドが見られなかったが、試料１４では、基板Ｗ１、Ｗ２の接合部分にボイドが発生した。例えば図１１Ａに示すように、試料２では、ボイドが確認できなかったが、図１１Ｂに示すように、試料１１では、ボイドの発生が確認された。これは、基板Ｗ１、Ｗ２の搬送中における気圧が高い場合、基板Ｗ１、Ｗ２の間への空気の巻き込みによるボイドが発生し易くなるためと考えられる。或いは、基板Ｗ１、Ｗ２の搬送中における気圧が高い場合において、基板Ｗ１、Ｗ２の間の接合部分に水分が残存し基板接合装置１における熱処理時に気化した水分に起因してボイドが発生したと考えられる。なお、洗浄装置３での洗浄工程を省略して処理した場合、濡れ性の低下並びにパーティクルの付着に起因したボイドが発生したが、搬送時の気圧が低いほどボイドが減少する傾向が確認された。
【0065】
試料１５乃至１８の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、Ｏ２ＲＩＥ処理のみの場合、接合強度は０．４８Ｊ／ｍ２と低いのに対して、Ｏ２ＲＩＥ処理の後にＮ２ラジカル処理を行った場合、０．９Ｊ／ｍ２となり、Ｎ２ＲＩＥ処理の後にＮ２ラジカル処理を行った場合、２．５Ｊ／ｍ２と窒素を使用する方が接合強度が向上することが判った。なお、Ｎ２ＲＩＥ処理を行う前にＯ２ＲＩＥ処理を行ったことにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士の濡れ性が向上し、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上するとともに基板Ｗ１、Ｗ２の間で発生するボイドが低減した。これは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した有機物等の付着物がＯ２ＲＩＥ処理により除去されることにより、その後のＮ２ＲＩＥ処理、Ｎ２ラジカル処理においてＮ活性化状態の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面により多くのＯＨ基が形成されたことに起因すると考えられる。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した有機物がＯ２ＲＩＥ処理により除去されることにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の濡れ性がアップしたと考えられる。
【0066】
試料１５乃至１８および試料１９、２０の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、Ｓｉ基板とＳｉＯ２基板同士の接合のみならず、ＳｉＯ２基板同士の接合、ガラス基板および酸化膜付きＳｉ基板においても、Ｎ２()ラジカルの照射またはＮ２ＲＩＥ処理を行うことにより、Ｓｉ基板とＳｉＯ２()基板との接合と同様の傾向が見られ、他の処理条件においても同様な傾向であった。また、試料１９、２０の接合強度（表面エネルギ換算）およびバルク破壊箇所の数の結果から、Ｓｉ基板上にＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法により基板上に酸化膜を堆積形成したものの場合、従来の基板接合方法では、基板同士の接合強度が０．５９Ｊ/ｍ２だったものが、本実施の形態に係る基板接合方法を採用することにより、基板同士の接合強度がバルク破壊強度以上（２．８９Ｊ/ｍ２）に大幅に向上したことが判った。また、Ｏ２ＲＩＥ処理を行わずに、Ｎ２ＲＩＥ処理、Ｎ２ラジカル処理を行った場合でも、予め設定された時間内に基板Ｗ１、Ｗ２を大気に暴露することで従来以上の１Ｊ/ｍ２を超えるレベルの強度不足を回避する接合強度を得ることができた。
【0067】
また、図１２Ａに示すように、試料２１の接合強度（表面エネルギ換算）が、０．３１Ｊ/ｍ２、であったのに対して、試料２２の接合強度はバルク破壊強度に相当する２．０Ｊ/ｍ２となり、試料２２は、試料２１に比べて接合強度が大幅に向上することが判った。また、試料２２の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面について、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）スペクトルを測定したところ、図１２Ｂの曲線ＳＬ１、ＳＬ２に示すように、活性化処理後では活性化処理前には見られなかった３９６ｅＶ乃至３９９ｅＶ付近に酸窒化物由来のＮ１ｓピークが検出された。このことから、活性化処理により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に酸窒化物であるＳｉＯＮが形成されることが判った。そして、活性化処理後の基板Ｗ１、Ｗ２に対して、試料２１、２２における熱処理の条件と同じ条件で熱処理を行ったところ、図１２Ｂの曲線ＳＬ２、ＳＬ３に示すように、Ｎ１ｓピークの消失が確認された。このことと、図１２Ａに示すように試料２２の接合強度が試料２１の接合強度に比べて大幅に向上することから、試料２２では基板Ｗ１、Ｗ２の接合部分において酸窒化物（ＳｉＯＮ）が水素結合に寄与するＯＨ基に置換されていると考えられる。
【0068】
以上説明したように、本実施の形態に係る基板接合システムでは、２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射とを行うことにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化する。これによって形成された基板Ｗ１、Ｗ２の接合面のＮ活性状態は不安定であり、そのままでは、活性状態は失活してしまうため、強度が減少する。これを回避するため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化した後、予め設定された基準時間内に、水分子と接触させる必要がある。そこで、本実施の形態に係る基板接合システムでは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化した後、予め設定された基準時間内に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を、大気または水ガスに暴露する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面がＮ活性な状態で水分子と接触させることができるので、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に多くの酸窒化物を形成することができる。そして、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させて基板Ｗ１、Ｗ２を仮接合した後、熱処理を行った場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面間に存在する多くの酸窒化物がＯＨ基に置換されることで、比較的多くの水素結合を形成することができる。従って、互いに仮接合された基板Ｗ１、Ｗ２の接合面間に形成された水素結合が熱処理により共有結合へ移り変わると、基板Ｗ１、Ｗ２が比較的多くの共有結合を介して接合されるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。
【0069】
ところで、従来は、基板Ｗ１、Ｗ２同士を仮接合した後、熱処理を行うことで初めてＯＨ基が生成されて基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上する。これに対して、本実施の形態に係る基板接合方法では、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して活性化処理を施すことにより接合面に多数の酸窒化物（Ｎ基）を生成した状態で水分子に接触させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の多数の酸窒化物（Ｎ基）がそれぞれＯＨ基に置換される。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面には多数のＯＨ基が生成される。つまり、本実施の形態は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して活性化処理を施した後、熱処理を行う前の段階で基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に多数のＯＨ基を生成する方法の発明に関するものである。従って、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して活性化処理を施した後では、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を真空度が比較的高い環境で接触させた場合において基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水分が除去されたとしても接合面には既に多数のＯＨ基が生成されているため、基板Ｗ１、Ｗ２同士が強固に仮接合される。
【0070】
また、従来の基板同士の接合方法では、基板の接合面に対してＲＩＥ処理を行うことにより接合面の濡れ性をアップした後、接合面に水を吹き付けることにより接合面を洗浄し、その後、大気圧下において基板の接合面間に水分子を介在させた状態で２つの基板の接合面同士を接触させることにより仮接合する。そして、互いに仮接合された２つの基板を熱処理することにより２つの基板を接合するのが一般的であった。ここで、２つの基板同士の接合強度を高めるためには、熱処理時における処理温度を３５０℃程度にする必要があった。この場合、２つの基板の接合部分におけるボイドの発生を抑制するために、２つの基板のうちの少なくとも一方の中央部を押圧して撓ませた状態で２つの基板を接触させることにより２つの基板の間への空気の巻き込みを抑制する技術が採用されることが多い。但し、基板に導体パターンが形成されている場合、導体パターンに起因して基板の濡れスピードに場所依存性が生じてしまい２つの基板の間への空気の巻き込みに起因したボイドの発生を低減させることができない場合があった。また、水を基板の接合面に吹き付けることにより洗浄するため、基板の接合面に水が残存した状態で熱処理が行われると、その残存した水がボイドの発生原因となることがあった。特に、Ｓｉ基板の場合、水分子を吸収する酸化膜が薄く接合面に残存した水に起因したボイドの発生が顕著であった。このため、２つの基板同士を減圧下で接合することにより、２つの基板の間への空気の巻き込みを無くし接合面に残存した水を除去する接合方法が提供されている。従来の大気圧下で２つの基板の接合する基板接合方法では、Ｏ２ＲＩＥ処理を行うことにより基板の接合面の濡れ性を高めた後、図１３（Ａ－１）に示すように、接合面に水分子を付着させる。そして、図１３（Ａ－２）に示すように、２つの基板それぞれの接合面間に水分子を介在させた状態で基板が加熱されると、図１３（Ａ－３）に示すように、基板に付着した水分子がＯＨ基に変わり強固な共有結合へと変化する。ところが、減圧下で基板を接合する基板接合方法では、図１３（Ａ－１）に示すように、接合面に水分子を付着させた後、基板を減圧下に置くと、図１３（Ｂ－２）に示すように、基板に付着した水分子が蒸発し、基板上の水分子が減少する。その結果、基板の接合面に形成されるＯＨ基が減少してしまい、図１３（Ｂ－３）に示すように、基板の接合面にほとんどＯＨ基が形成されていない状態で基板同士を接合することなる。この場合、基板同士を強固に接合することが困難であった。特に、基板上に導体パターンを形成した後、ＣＶＤ法により基板上に酸化膜を形成し、その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨した場合、酸化膜の緻密性が低いため接合強度が１Ｊ/ｍ２以上とならなかった。
【0071】
これに対して、本実施の形態に係る基板接合システムによれば、図１３（Ｃ－１）に示すように、活性化処理において基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＯＨ基を形成する。このため、その後、減圧下において基板Ｗ１、Ｗ２に付着した水分子が蒸発したとしても、図１３（Ｃ－２）に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に比較的多くのＯＨ基が形成された状態が維持される。このため、２つの基板がＯＨ基を介して水素結合して仮接合した後、熱処理を行うことで、図１３（Ｃ－３）に示すように２つの基板同士が強固な共有結合を介して接合される。このため、基板Ｗ１、Ｗ２同士を減圧下で強固に接合することができる。従って、基板Ｗ１、Ｗ２の間への空気の巻き込み或いは基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に残存する水に起因したボイドの発生を抑制しつつ、基板Ｗ１、Ｗ２同士を堅固に接合することができる。
【0072】
また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合部分における熱処理後のボイドの発生を抑制するためには、熱処理時における処理温度を低減することも要請されている。更に、基板Ｗ１、Ｗ２の熱膨張による位置精度の低下、或いは、熱膨張係数の異なる材料から形成された基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合における基板Ｗ１、Ｗ２の反りまたは割れの発生を抑制するために、熱処理温度を２００℃未満、好ましくは１５０℃程度にすることが要請されている。これに対して、本実施の形態に係る基板接合システムによれば、前述の接合強度の評価結果で示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を仮接合した後の熱処理を処理温度１５０℃、処理時間７時間の条件で行うことにより、高い接合強度を得ることができる。つまり、熱処理の処理温度を１５０℃以下としても高い接合強度を確保することができる。
【0073】
従来は、基板Ｗ１、Ｗ２が、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、減圧下で第２搬送装置８４からロードロック室８３まで搬送されてから大気に曝露されていた。この場合、基板Ｗ１、Ｗ２が大気に曝露されるまでの時間が約１０ｍｉｎかかってしまい、十分な接合強度を得ることができなかった。これに対して、本実施の形態に係る基板接合システムでは、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、活性化処理装置２または第２搬送装置８４において大気に曝露することにより、活性化処理完了後大気曝露までの時間が短縮され、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。また、活性化処理装置２での活性化処理が完了した後、活性化処理装置２または第２搬送装置８４において水ガスに曝露することにより、更に基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。また、活性化処理装置２において水ガスに暴露した後、一旦、チャンバ２１２内を減圧状態にし、減圧下でロードロック室８３まで搬送した後、洗浄装置３へ投入するために大気に曝しても、バルク破壊は起き、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度に大きな差はなかった。このことから、Ｎ活性化状態の基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に形成されたＯＨ基は、減圧下に置かれても消滅しないということが判った。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を水ガスに暴露する場合、大気圧と同程度の水ガスをチャンバ２１２内へ供給しなくても、数％の水分子がチャンバ２１２内へ充満されれば、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に多くのＯＨ基が形成されることも判った。この場合、活性化処理装置２で短時間の水ガス暴露を行うのみで大気圧まで戻さなくともそのまま真空搬送を行えば済むので装置のタクト短縮になる。
【0074】
また、従来は、洗浄装置３から基板接合装置１へ基板Ｗ１、Ｗ２を搬送する際、１Ｐａ程度の減圧下で基板Ｗ１、Ｗ２を搬送し、基板接合装置１において１Ｐａ程度の気圧下で基板Ｗ１、Ｗ２の接合を行っていた。これに対して、本実施の形態に係る基板接合システムでは、洗浄装置３から基板接合装置１まで１０Ｐａ以上且つ１０００Ｐａ以下の気圧下で搬送する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２に付着した水分子の蒸発が抑制され、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。つまり、基板接合装置１での接合工程において、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に水分子を残すことができ、活性化処理装置２での活性化処理により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面をＮ活性化状態にすることに加えて、接合面に残存する水分子により、接合面により多くのＯＨ基を形成することができる。それ故、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度をより高めることができる。また、活性化処理において、窒素ガスを用いたエッチング処理と窒素ラジカルの照射とを行わずに酸素ガスを用いた処理のみを行った場合でも、同様な結果が得られた。
【0075】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、ロードロック室８３内または第２搬送装置８４内へ水ガスを供給する水ガス供給部（図示せず）を備えるものであってもよい。水ガス供給部は、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）等のキャリアガスと気化した水とを混合させることにより水ガスを生成して供給する。水ガス供給部は、供給弁および供給管を介してロードロック室８３に接続されている。ロードロック室８３内へ導入される水ガスおよびキャリアガスの流量は、供給弁の開度を制御することにより調整される。なお、水ガス供給部は、水（Ｈ２Ｏ）の分子やクラスタ等を加速して、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に向けて照射する構成であってもよい。ここにおいて、水ガス供給部は、加速された水（Ｈ２Ｏ）粒子を放射する粒子ビーム源から構成されていてもよい。この場合、粒子ビーム源として、例えば超音波発生素子を利用して水ガスを発生させる構成であってもよい。或いは、前述のバブリングや超音波振動などで生成したキャリアガスと水（Ｈ２Ｏ）との混合ガスを、前述の粒子ビーム源に導入することにより、水の粒子ビームを発生させて、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ照射する構成とすればよい。また、ロードロック室８３においてロードロック室８３を大気開放せずに基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を水ガスに曝露した後、ロードロック室８３を大気開放してもよい。また、水ガスの代わりに、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＨ、ＯＨ基を含むガスを供給してもよい。
【0076】
実施の形態において、活性化処理装置が、基板Ｗ１、Ｗ２に対して粒子ビームを照射することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化させる粒子ビーム源を有するものであってもよい。本変形例に係る活性化処理装置３００２は、例えば図１４に示すように、チャンバ３２１２と、基板Ｗ１、Ｗ２を保持するステージ３２１０と、粒子ビーム源３０６１と、ビーム源搬送部３０６３と、を有する。なお、図１４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。また、活性化処理装置３００２は、プラズマチャンバ３２１３と、誘導コイル２１５と、高周波電源２１６と、を有する。更に、活性化処理装置３００２は、図１４の矢印ＡＲ３０３に示すようにステージ３２１０をその厚さ方向に直交する１つの軸周りに回転駆動するステージ駆動部３６２３を有する。また、ステージ３２１０は、例えば真空チャックを有し、基板Ｗ１、Ｗ２が投入された場合、基板Ｗ１、Ｗ２を吸着保持する。
【0077】
粒子ビーム源３０６１は、例えば高速原子ビーム（ＦＡＢ、Fast Atom Beam）源であり、放電室３６１２と、放電室３６１２内に配置される電極３６１１と、ビーム源駆動部３６１３と、窒素ガスを放電室３６１２内へ供給するガス供給部３６１４と、を有する。放電室３６１２の周壁には、中性原子を放出するＦＡＢ放射口３６１２ａが設けられている。放電室３６１２は、炭素材料から形成されている。ここで、放電室３６１２は長尺箱状であり、その長手方向に沿って複数のＦＡＢ放射口３６１２ａが一直線上に並設されている。ビーム源駆動部３６１３は、放電室３６１２内に窒素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３６１１と放電室３６１２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３６１３は、放電室３６１２内に窒素ガスのプラズマを発生させた状態で、放電室３６１２の周壁と電極３６１１との間に直流電圧を印加する。このとき、プラズマ中の窒素イオンが、放電室３６１２の周壁に引き寄せられる。このとき、ＦＡＢ放射口３６１２ａへ向かう窒素イオンは、ＦＡＢ放射口３６１２ａを通り抜ける際、ＦＡＢ放射口３６１２ａの外周部の、炭素材料から形成された放電室３６１２の周壁から電子を受け取る。そして、この窒素イオンは、電気的に中性化された窒素原子となって放電室３６１２外へ放出される。但し、窒素イオンの一部は、放電室３６１２の周壁から電子を受け取ることができず、窒素イオンのまま放電室３６１２の外へ放出される。また、ＦＡＢ筐体内の一部または全部をＳｉで形成してもよい。そうすることでＡｒビームと同時にＳｉ粒子が放出されるため、界面にＳｉが打ち込まれ、打ち込まれたＳｉにもＯＨ基が付くためより多くのＯＨ基を生成でき、接合強度をアップすることができる。
【0078】
ビーム源搬送部３０６３は、長尺でありチャンバ３２１２に設けられた孔３２１２ａに挿通され一端部で粒子ビーム源３０６１を支持する支持棒３６３１と、支持棒３６３１の他端部で支持棒３６３１を支持する支持体３６３２と、支持体３６３２を駆動する支持体駆動部３６３３と、を有する。また、ビーム源搬送部３０６３は、チャンバ３２１２内の真空度を維持するためにチャンバ３２１２の孔３２１２ａの外周部と支持体３６３２との間に介在するベローズ３６３４を有する。支持体駆動部３６３３は、図１４の矢印ＡＲ３０１に示すように、支持体３６３２を支持棒３６３１がチャンバ３２１２内へ挿脱される方向へ駆動することにより、図１４の矢印ＡＲ３０２に示すようにチャンバ３２１２内において粒子ビーム源３０６１の位置を変化させる。ここで、ビーム源搬送部３０６３は、粒子ビーム源３０６１を、その複数のＦＡＢ放射口３６１２ａの並び方向に直交する方向へ移動させる。
【0079】
活性化処理装置３００２は、チャンバ３２１２内へ供給管２２３Ａを介して窒素ガスを供給する窒素ガス供給部２２０Ａを有する。そして、プラズマチャンバ２１３内にＮ２ガスが導入された状態で、高周波電流が誘導コイル２１５へ供給されると、プラズマチャンバ２１３内にプラズマＰＬＭ２が形成される。このとき、プラズマチャンバ２１３内で発生したプラズマＰＬＭ２に含まれるラジカルのみがチャンバ３２１２内におけるプラズマチャンバ２１３の下方へダウンフローする。粒子ビームを照射する際、チャンバ６４内の圧力は、例えばターボ分子ポンプを使用して１０－３Ｐａ台まで真空引きされるが、ラジカル処理時においては、チャンバ６４内の圧力を数１０Ｐａ程度まで上昇させて行う。
【0080】
本変形例に係る活性化処理装置３００２は、例えば図１５Ａおよび図１５Ｂの矢印ＡＲ３０４に示すように、粒子ビーム源３０６１を、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ粒子ビームを照射させながらＸ軸方向へ移動させていく。ここで、活性化処理装置３００２は、例えば粒子ビーム源３０６１を＋Ｘ方向へ移動させながら粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射した後、粒子ビーム源３０６１を－Ｘ方向へ移動させながら基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に粒子ビームを照射する。また、粒子ビーム源３０６１の移動速度は、例えば１．２乃至１４．０ｍｍ／ｓｅｃに設定される。また、粒子ビーム源３０６１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３０６１の放電室３６１２内へ導入される窒素ガスまたは酸素ガスの流量は、例えば１００ｓｃｃｍに設定される。
【0081】
次に、活性化処理装置３００２は、図１６Ａの矢印ＡＲ３０６に示すように、ステージ３２１０を反転させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面が鉛直上方を向く姿勢にする。そして、活性化処理装置３００２は、図１６Ｂの矢印ＡＲ３０７に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に窒素ラジカルを照射する。
【0082】
ところで、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面が、例えば電極となるＣｕから形成された領域と絶縁層となる酸化膜から形成された領域とから構成されたいわゆるハイブリッドな接合面である場合、従来のプラズマでのＲＩＥ処理を行うと、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の近傍にシース領域が形成され、全てのイオン化されたものが引き込まれて基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にアタックする。このとき、Ｃｕからなる領域がエッチングされることにより生成されたＣｕイオンまたは粒子が、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面における酸化膜から形成された領域に付着すると酸化膜での接合強度が低下してしまう。また、酸化膜がエッチングされることにより生成された酸化膜の材料からなる粒子が、電極となるＣｕからなる領域に付着すると、電極の電気抵抗が上昇してしまう。これに対して、本構成によれば、粒子ビームを用いたいわゆるＦＡＢ処理を行うため、チャンバ３２１２内で発生したプラズマがビーム照射されるため、Ｃｕからなる領域または酸化膜から形成された領域がエッチングされることにより生成されたＣｕイオン、Ｃｕ粒子または絶縁膜の材料からなる粒子が基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ戻ることなく弾き飛ばされる。従って、粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射しても基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に不純物が付着することが抑制されるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。それ故、いわゆるハイブリッドな接合面を有する基板Ｗ１、Ｗ２の活性化処理に好適である。
【0083】
また、基板Ｗ１、Ｗ２の代わりに、例えば基板をダイシングして得られるチップを粘着シートに貼着されたものを処理する場合、プラズマでのＲＩＥ処理では、その粘着シートを構成する樹脂がチップの接合面に付着してしまう。これに対して、本構成によれば、粘着シートを構成する樹脂もチップの接合面に付着することなく良好な活性化処理が可能となる。
【0084】
実施の形態では、活性化処理装置２が、プラズマ発生源がＩＣＰを発生させるもの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、プラズマ発生源がマイクロ波によりプラズマを発生させるものであってもよい。例えば図１７に示すように、本変形例に係る活性化処理装置４００２は、ステージ２１０と、チャンバ４２１２と、トラップ板４２１４と、導波管４２１５と、マグネトロン４２１６と、バイアス印加部２１７と、を有する。なお、図１７において、実施の形態に係る活性化処理装置２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。また、活性化処理装置４００２は、窒素ガス供給部２２０Ａと、酸素ガス供給部２２０Ｂと、を有する。窒素ガス供給部２２０Ａは、窒素ガス貯留部２２１Ａと、供給弁２２２Ａと、供給管２２３Ａと、を有する。酸素ガス供給部２２０Ｂは、酸素ガス貯留部２２１Ｂと、供給弁２２２Ｂと、供給管２２３Ｂと、を有する。ステージ２１０には、基板Ｗ１、Ｗ２が載置される。チャンバ４２１２は、ガラス窓４２１３を介して導波管４２１５に接続されている。チャンバ４２１２は、排気管２０２Ａと排気弁２０３Ａとを介して真空ポンプ２０１に接続されている。排気弁２０３Ａを開状態にして真空ポンプ２０１を作動させると、チャンバ４２１２内の気体が、排気管２０２Ａを通してチャンバ４２１２外へ排出され、チャンバ４２１２内の気圧が低減（減圧）される。トラップ板４２１４は、例えば金属、黒鉛等から形成され、接地電位に維持されている。
【0085】
マグネトロン４２１６で生成されるマイクロ波は、導波管４２１５を通じてチャンバ４２１２内へ導入される。マグネトロン４２１６としては、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を生成するものを採用することができる。そして、チャンバ４２１２内にＮ２()ガスが導入された状態で、導波管４２１５からマイクロ波を導入すると、マイクロ波によりチャンバ４２１２内のガラス窓４２１３近傍にプラズマＰＬＭを形成する。トラップ板４２１４は、プラズマＰＬＭ中に含まれるイオンをトラップし、ラジカルのみをステージ２１０へダウンフローさせる。マグネトロン４２１６と、窒素ガス供給部２２０Ａと、トラップ板４２１４とから、チャンバ４２１２内にプラズマＰＬＭを発生させステージ２１０に支持された基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へプラズマ中のＮ２()ラジカルを供給するプラズマ発生源が構成される。
【0086】
この活性化処理装置４００２では、バイアス印加部２１７によりステージ２１０にバイアスを印加しながら、チャンバ４２１２の上部から窒素ガス、酸素ガスを導入することにより基板Ｗ１、Ｗ２の物理的なエッチング処理（ＲＩＥ処理）が可能である。また、この活性化処理装置４００２では、チャンバ４２１２の上部に導入されるマイクロ波によりチャンバ４２１２の上部にイオンまたはラジカルを高密度に発生させ、接地電位に維持されたトラップ板４２１４を通る時にイオンをトラップし中性子を含むラジカルのみをチャンバ４２１２のステージ２１０側へダウンフローさせてステージ２１０上の基板Ｗ１、Ｗ２を化学処理する。
【0087】
また、実施の形態では、活性化処理装置２が、ＲＩＥ処理時に、チャンバ２１２の上部から窒素ガス、酸素ガスを導入しつつバイアス印加部２１７によりステージ２１０にバイアス電圧を印加し、ラジカル処理時に、ステージ２１０へのバイアス印加を停止する構成について説明した。但し、これに限定されるものではなく、例えばステージ２１０とプラズマチャンバ２１３の内側の領域との間にトラップ板（図示せず）が配置されたものであってもよい。ここで、トラップ板は、例えば接地電位で維持されている。
【0088】
ところで、実施の形態に係る活性化処理装置２では、ラジカル処理時において、誘導コイル２１５によりプラズマチャンバ２１３内に形成される電界によりイオンがＩＣＰプラズマ中にトラップされているので、トラップ板が無くてもラジカルのみをステージ２１０側へダウンフローさせることができる。但し、ラジカル処理において、イオンが完全にＩＣＰプラズマ中にトラップされるわけではなく、ある程度の数のイオンがステージ２１０側へ落ちてきてしまう。これに対して、本変形例に係る活性化処理装置では、ラジカル処理において、トラップ板によりイオンがトラップされるので、イオンがステージ２１０側へ照射されることを抑制できる。また、実施の形態で説明した活性化処理装置２において、トラップ板があると、ＲＩＥ処理時およびラジカル処理時の両方において誘導コイル２１５へ電流を供給し続けることができるので、ＲＩＥ処理からラジカル処理への切り替え時における誘導コイル２１５への電流供給の大幅な切り替えを行う必要がない。このため、基板Ｗ１、Ｗ２のＲＩＥ処理およびラジカル処理に要するタクトが短縮されたり、より多くのイオンまたはラジカルを発生させたりすることができる。
【0089】
また、前述の変形例では、トラップ板が接地電位で維持される例について説明したが、これに限らず、例えば、ＲＩＥ処理時にはトラップ板を接地電位に維持せずフローティング状態とし、ラジカル処理時のみトラップ板を接地電位で維持するようにしてもよい。この場合、プラズマチャンバ２１３内に発生したプラズマＰＬＭ中のイオンは、ＲＩＥ処理時にはトラップ板でトラップされずにステージ２１０側へ落下し、ラジカル処理時のみトラップ板にトラップされる。
【0090】
ところで、トラップ板がない場合、ラジカル処理時において、ラジカルが、窒素ガス、酸素ガスの流れに乗ってステージ２１０へ照射されることになる。これに対して、本変形例では、ラジカル処理において、プラズマチャンバ２１３内に発生したプラズマＰＬＭ中のイオンがトラップ板に引き込まれるとともに加速され、トラップ板の孔を通過する際、トラップ板から電子が供給されて中和されてからステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２へ照射される。このため、基板Ｗ１、Ｗ２により多くの中性子を含むラジカルを照射することが可能となる。
【0091】
更に、前述の変形例において、例えばステージ２１０にバイアスを印加せずに接地電位で維持し、トラップ板をフローティング状態で維持してもよい。この場合、プラズマチャンバ２１３内に発生したプラズマＰＬＭ中のイオンがそのままトラップ板の孔を通過してステージ２１０側に向けて加速された状態でステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２へ照射される。このため、ＲＩＥ処理に類似した処理を行うこととなる。そして、トラップ板を接地電位で維持すれば、イオンがトラップ板にトラップされてラジカルのみがトラップ板を通り抜けてステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２へ照射される。このため、ステージ２１０にバイアスを印加するバイアス印加部２１７を省略した構成としつつＲＩＥ処理に類似した処理とラジカル処理とが可能となる。また、ＲＩＥ処理に類似した処理では、基板Ｗ１、Ｗ２に対していわゆる弱いエッチング処理を行うことができる。
【0092】
なお、前述のＲＩＥ処理時にはトラップ板を接地電位に維持せずフローティング状態とし、ラジカル処理時のみトラップ板を接地電位で維持する構成、或いは、ステージ２１０にバイアスを印加せずに接地電位で維持し、トラップ板をフローティング状態で維持する構成については、いわゆるＩＣＰプラズマを利用した活性化処理装置に限定されるものではなく、図１７を用いて説明したいわゆるマイクロ波を用いた活性化処理装置或いは平行平板型の活性化処理装置において適用されるものであってもよい。この場合、より安価な構成とすることができる。なお、平行平板型の活性化処理装置としては、例えば図１８に示すような、プラズマチャンバ２１３内に配置された電極６２１５と、電極６２１５にバイアスを印加するバイアス印加部６２１６と、トラップ板５２１４と、を有する活性化処理装置６００２が挙げられる。この構成においてもＩＣＰプラズマ同様プラズマはシース領域における電界にイオンがトラップされる。また、ＲＩＥ処理ではバイアスの周波数が１３．５６ＭＨｚであるが、平行平板型やＩＣＰプラズマのように周波数２７ＭＨｚのバイアスを使用したり２ＧＨｚのマイクロ波を使用したりしたほうがラジカルを多く発生でき有効である。
【0093】
前述の活性化処理装置では、プラズマＰＬＭ中のイオンが、プラズマチャンバ２１３内に形成されるにシース領域または誘導コイル２１５により形成される電界にトラップされてステージ２１０側へ落ちてこない。このため、トラップ板を接地電位で維持すればプラズマＰＬＭ中のプラスイオンがトラップ板へ引き寄せられて加速しトラップ板の孔を通過する際トラップ板から電子を受け取って中性子として加速されたままステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２へ照射される。このため、イオンによるチャージアップに起因した基板Ｗ１、Ｗ２のダメージを軽減することができる。また、トラップ板をフローティング状態とすることにより、プラズマＰＬＭ中のイオンは、プラズマチャンバ２１３内に形成されるシース領域または誘導コイル２１５により形成される電界にトラップされた状態が維持されるのでプラズマＰＬＭ中のラジカルのみをトラップ板を通過してステージ２１０側へ落下させることによる化学処理が可能となる。
【0094】
即ち、前述のように、（１）トラップ板をフローティング状態にし且つステージ２１０にバイアスを印加することによるいわゆる強い物理処理、（２）トラップ板をフローティング状態にしつつステージ２１０を接地電位で維持することによるいわゆる弱い物理処理、（３）トラップ板４２１４を接地電位で維持して中性のラジカルを基板Ｗ１、Ｗ２に照射するダメージの少ない弱い物理処理、の順に処理するといった段階的な使い分けが可能となる。また、（４）トラップ板を接地電位で維持することによりラジカルをダウンフローさせる化学処理、（５）トラップ板をフローティング状態にしてラジカルを処理する化学処理も可能である。そして、（１）一番強い物理処理の次に（４）化学処理を行う方法、（２）弱い物理処理の次に（４）化学処理を行う方法、或いは、（５）基板Ｗ１、Ｗ２へのダメージが少ない弱い物理処理の次に（４）化学処理を行う方法の３通りが考えられ、これらのうちのいずれかを選択して行うことが可能となる。
【0095】
また、前述の各変形例において、トラップ板またはステージ２１０は、接地電位で維持するに限らず、バイアス電圧を印加してもよい。これにより、トラップ板を通過するイオンが更に加速されてそのエネルギを高くすることができる。
【0096】
実施の形態では、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の両方についてＮ２ＲＩＥ処理とＮ２ラジカル処理とを行う例について説明したが、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の両方に活性化処理を行うのであれば、この活性化処理の方法に限定されない。例えば２つの基板Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方のみにＮ２ＲＩＥ処理とＮ２ラジカル処理とを行い、他方はＮ２ＲＩＥ処理とＮ２ラジカル処理との少なくとも一方を行わない活性化処理を行う構成であってもよい。
【0097】
実施の形態では、基板接合装置１が、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全体が互いに接触した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２に圧力を加えるとともに、熱処理を行う例について説明した。但し、これに限らず、例えば基板接合装置１が、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全体が互いに接触した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２に圧力を加えるだけで熱処理を行わない構成であってもよい。或いは、基板接合装置１が、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全体が互いに接触した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理のみ実行し圧力を加えない構成であってもよい。また、基板接合装置１とは異なる装置において、基板Ｗ１、Ｗ２への加圧、熱処理が行われてもよい。例えば基板接合装置１が、基板Ｗ１、Ｗ２の仮接合までを実行し、その後、他の加熱装置（図示せず）において熱処理が行われてもよい。
【0098】
実施の形態では、基板Ｗ１、Ｗ２同士を真空中で接合する構成について説明したが、これに限らず、基板Ｗ１、Ｗ２同士を大気圧下で接合する構成であってもよいし、或いは、任意の気体が充填された雰囲気下で接合する構成であってもよい。
【0099】
実施の形態では、ロードロック室８３に、基板Ｗ１、Ｗ２を支持するステージを冷却する冷却装置が設けられた構成について説明したが、これに限らず、ロードロック室８３に冷却装置が設けられていない構成であってもよい。
【0100】
前述の変形例では、活性化処理装置３００２が粒子ビーム源３０６１を備える例について説明したが、これに限らず、例えば反転装置４が粒子ビーム源を備えるものであってもよい。
【0101】
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。
【0102】
本出願は、２０２０年９月３０日に出願された日本国特許出願特願２０２０－１６４９６２号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２０－１６４９６２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】
【0103】
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】
【0104】
１：基板接合装置、２，３００２，４００２，５００２，６００２：活性化処理装置、３：洗浄装置、４：反転装置、９：制御部、８２：第１搬送装置、８３：ロードロック室、８４：第２搬送装置、１２０、２１２，３２１２，４２１２：チャンバ、１２１，２０１：真空ポンプ、１２２Ｂ，２０２Ａ：排気管、１２３Ｂ，２０３Ａ：排気弁、１４１，２１０，３２１０：ステージ、１４２：ヘッド、１４３，３６２３：ステージ駆動部、１４４：ヘッド駆動部、１４８：圧力センサ、１５０：位置ずれ量測定部、２１３，３２１３：プラズマチャンバ、２１５：誘導コイル、２１６：高周波電源、２１７，６２１６：バイアス印加部、２２０Ａ：窒素ガス供給部、２２０Ｂ：酸素ガス供給部、２２１Ａ：窒素ガス貯留部、２２１Ｂ：酸素ガス貯留部、２２２Ａ，２２２Ｂ：供給弁、２２３Ａ，２２３Ｂ：供給管、８１１，８１２：導入ポート、８１３：取り出しポート、８２１，８４１：搬送ロボット、１４１１，１４２１：基板加熱部、３０６１：粒子ビーム源、３０６３：ビーム源搬送部、３２１２ａ：孔、３６１１，６２１５：電極、３６１２：放電室、３６１２ａ：ＦＡＢ放射口、３６１３：ビーム源駆動部、３６１４：ガス供給部、３６３１：支持棒、３６３２：支持体、３６３３：支持体駆動部、３６３４：ベローズ、４２１３：ガラス窓、４２１４，５２１４：トラップ板、４２１５：導波管、４２１６：マグネトロン、ＢＬ１：ブレード、Ｗ１，Ｗ２：基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】