JP2015130415A - 常温接合装置及び常温接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの直径が大きい場合であっても、ウェハ表面を均一に活性化することが可能な装置及び方法を提供する。
【解決手段】常温接合方法が、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面を活性化する１回目の活性化を行うステップと、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）を回転した後、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面の活性化を行う回転／活性化工程を、１回目の活性化の後、少なくとも１回行うステップと、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の表面を接触させて第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを接合するステップとを具備する。活性化は、接合チャンバ（５）の内部で一のイオンガン（２２）を用いて行われる。第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の回転は、接合チャンバ（５）の内部ではない空間で行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、常温接合装置及び常温接合方法に関する。

２枚のウェハ（基板）を接合するための技術として、常温接合が知られている。常温接合とは、接合すべき２枚のウェハの表面を真空雰囲気で活性化し、活性化されたウェハ表面を接触させることで該２枚のウェハを接合する技術である。ウェハ表面を活性化する手法としては、イオンビームを用いる方法と中性原子ビームを用いる方法とが知られている。

常温接合技術は、例えば、下記の特許文献に知られている。特開２００３−３１８２１９号公報（特許文献１）は、常温接合を用いる実装方法および装置が開示されている。この実装方法は、対向する両被接合物間に形成される間隙内に、一つの照射手段によりエネルギー波もしくはエネルギー粒子を照射して両被接合物の接合面を実質的に同時洗浄する。それとともに、洗浄中に少なくとも一方の被接合物を回転させ、洗浄された被接合物間の相対位置をアライメント後、被接合物同士を接合する。

また、特許第３９７０３０４号（特許文献２）は、常温接合装置を開示している。この常温接合装置は、接合チャンバと、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している。接合チャンバは、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機構とは、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し、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。

更に、特許第４１７２８０６号（特許文献３）は、他の常温接合方法及び常温接合装置を開示している。この常温接合方法は、複数の基板を中間材を介して常温で接合する方法である。この方法は、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。

特開２００３−３１８２１９号公報 特許第３９７０３０４号 特許第４１７２８０６号

常温接合について発明者が見出した課題の一つは、ウェハ径が大きい場合であっても、ウェハ表面を均一に活性化することである。近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）や半導体デバイスの製造時に使用されるウェハの直径の増大に伴い、常温接合装置でも、直径の大きいウェハを接合する必要性が生じている。このためには、直径が大きいウェハのウェハ表面を均一に活性化する技術が必要になる。

ウェハ表面を均一に活性化するための一つの手法としては、常温接合装置に複数の活性化手段（例えば、イオンガンやＦＡＢ（Fast Atom Beam）ガン）を設けることも考えられる。複数の活性化手段を適切に配置すれば、ウェハ表面の均一な活性化が可能になる。しかしながら、常温接合装置に、複数の活性化手段を設けることは、コスト増大の要因になり、好ましくない。

なお、特許文献１（特開２００３−３１８２１９号公報）は、均一な洗浄効果を得る目的で、チャンバ内で被接合物（ウェハ）を回転させる技術を開示している。しかし、接合を行うチャンバ内にウェハを回転させる回転機構を設けることは、下記の観点から好適ではない。まず、接合させる２枚のウェハを回転させる場合には、接合の失敗（基板の割れ、接合ずれ）を回避すべく、それら２枚のウェハの接合される面の平行を正確に維持しつつ回転させる必要がある。これは、極めて高精度な回転機構が必要となることを意味している。加えて、チャンバ内に回転機構を設けると、該回転機構や周辺部材から微細な塵が発生し得る。これは、ウェハの汚染の原因になり得る。更に、チャンバ内にウェハを回転させる回転機構を設ける場合には、ウェハを保持するチャック機構も回転することになる。これは、チャック機構に対する給電のために複雑な構造の給電システムを設けることが必要になることを意味している。

従って、本発明の目的は、低コストでありながら、直径が大きいウェハの表面を均一に活性化することが可能な常温接合装置及び常温接合方法を提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。

本発明の一の観点では、常温接合装置（１）が、接合チャンバ（５）と、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）を接合チャンバ（５）の内部に保持するように構成されたウェハ保持機構（２３、２４）と、単一のイオンガンと、接合チャンバ（５）の内部ではない空間に設けられた少なくとも一の回転機構（１５、１２Ａ、１３Ａ、１４ａ）とを具備する。当該常温接合装置（１）は、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面を活性化する１回目の活性化を行い、更に、回転機構（１５、１２Ａ、１３Ａ、１４ａ）によって第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）を回転した後、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面の活性化を行う回転／活性化工程を、１回目の活性化の後、少なくとも１回行う。１回目の活性化と回転／活性化工程における活性化では、ウェハ保持機構（２３、２４）によって接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）を対向させて保持した状態で、イオンガン（２２）からイオンビーム（２２ａ）を第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の間の空間にイオンビーム（２２ａ）のビーム中心軸（２２ｃ）が第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の表面を通過しないように出射して第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面にイオンビーム（２２ａ）を照射することで第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面を活性化する。当該常温接合装置（１）は、１回目の活性化及び回転／活性化工程が行われた後、ウェハ保持機構（２３、２４）により、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の表面を接触させて第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを接合する。

一実施形態では、回転／活性化工程は、（ｎ−１）回行われる（ｎは、２以上の整数）。この場合、回転／活性化工程における第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の回転では、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とが３６０／ｎ°だけ回転される。

好適には、１回目の活性化及び回転／活性化工程における活性化では、ウェハ保持機構（２３、２４）により、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の中心（４３ｂ、４４ｂ）が鉛直方向に平行な特定直線（Ａ）の上に位置するように第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）が保持され、且つ、イオンビーム（２２ａ）のビーム中心軸（２２ｃ）が特定直線（Ａ）と交わるようにイオンビーム（２２ａ）がイオンガン（２２）から出射される。このとき、イオンビーム（２２ａ）のビーム中心軸（２２ｃ）と特定直線（Ａ）の交点（Ｂ）が、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の中心（４３ｂ、４４ｂ）からの距離が等しい位置にあるようにイオンビーム（２２ａ）が出射されることが好ましい。

一実施形態では、常温接合装置（１）が、更に、接合チャンバ（５）とは別に設けられた回転チャンバ（８）を具備する。この場合、回転機構（１５）が、回転チャンバ（８）に設けられる。このとき、回転チャンバ（８）は、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバ（４）に接続されることが好ましい。

他の実施形態では、常温接合装置（１）が、更に、接合チャンバ（５）に接続された、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバ（４）と、ロードロックチャンバ（４）の内部に設けられ、第１ウェハ（４３）を保持する第１カートリッジ（４１）を載せるための第１カートリッジ台（１２Ａ）と、ロードロックチャンバ（４）の内部に設けられ、第２ウェハ（４４）を保持する第２カートリッジ（４２）を載せるための第２カートリッジ台（１３Ａ）とを具備する。この場合、回転機構が、第１カートリッジ台（１２Ａ）及び第２カートリッジ台（１３Ａ）のそれぞれに設けられてもよい。

更に他の実施形態では、常温接合装置（１）が、更に、接合チャンバ（５）に接続された、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバ（４）と、ロードロックチャンバ（４）に設けられ、ウェハ保持機構（２３、２４）とロードロックチャンバ（４）との間で第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）を搬送する搬送機構（１４）とを具備する。この場合、回転機構が搬送機構（１４）に設けられてもよい。

本発明の他の観点では、常温接合方法が、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面を活性化する１回目の活性化を行うステップと、第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）を回転した後、第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面の活性化を行う回転／活性化工程を、１回目の活性化の後、少なくとも１回行うステップと、１回目の活性化及び回転／活性化工程が行われた後、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の表面を接触させて第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）とを接合するステップとを具備する。１回目の活性化と回転／活性化工程における活性化では、接合チャンバ（５）の内部で第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）を対向させて保持した状態で、一のイオンガン（２２）からイオンビーム（２２ａ）を第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の間の空間にイオンビーム（２２ａ）のビーム中心軸（２２ｃ）が第１ウェハ（４３）と第２ウェハ（４４）の表面を通過しないように出射して第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面にイオンビーム（２２ａ）を照射することで第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の表面を活性化する。回転／活性化工程における第１ウェハ（４３）及び第２ウェハ（４４）の回転は、接合チャンバ（５）の内部ではない空間で行われる。

本発明によれば、ウェハの直径が大きい場合であっても、ウェハ表面を均一に活性化することが可能な常温接合装置及び常温接合方法が提供される。

本発明の第１の実施形態の常温接合装置の構成を模式的に示す断面図である。 第１の実施形態における接合チャンバの構造を模式的に示す断面図である。 第１の実施形態における制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 イオンガンから出射されたイオンビームの形状を示す図である。 第１の実施形態における常温接合方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態における常温接合方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態の常温接合装置の構成の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態の常温接合装置の構成の変形例を示す断面図である。 第３の実施形態の常温接合装置の構成の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の常温接合装置および常温接合方法の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は対応する構成要素は、同一又は対応する符号で参照されることに留意されたい。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明においては、必要に応じて、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｚ軸は、鉛直方向に規定され、Ｘ軸は、水平面に平行な面内の特定方向に規定され、Ｙ軸は、Ｘ軸、Ｚ軸に垂直な方向に規定される。

常温接合装置１は、常温接合を実施するプロセスモジュール２と、プロセスモジュール２を制御する制御装置（制御盤）３とを具備している。

プロセスモジュール２は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５とを具備している。ロードロックチャンバ４は、外部環境と接合チャンバ５との間のウェハの受け渡しに用いられるチャンバであり、接合チャンバ５は、ウェハの接合が実際に行われるチャンバである。

プロセスモジュール２は、更に、搬送通路６とゲートバルブ７とを備えている。搬送通路６は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５との間に介設され、接合チャンバ５の内部空間とロードロックチャンバ４の内部空間とを接続している。ゲートバルブ７は、制御装置３による制御の下、搬送通路６を閉鎖し、または、搬送通路６を開放する。即ち、ゲートバルブ７は、ロードロックチャンバ４の内部空間を、接合チャンバ５の内部空間と連通させ、又は、分離する機能を有している。ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５の間のウェハの搬送は、搬送通路６に設けられたゲートバルブ７を通して行われる。

ロードロックチャンバ４は、蓋（図示されない）と真空排気装置１１とを備えている。その蓋は、ユーザに操作されることにより、外部環境とロードロックチャンバ４の内部とを接続する開口部（図示されず）を閉鎖し、または、その開口部を開放する。真空排気装置１１は、制御装置３による制御の下、ロードロックチャンバ４の内部から気体を排気する。

ロードロックチャンバ４は、さらに、カートリッジ台１２、１３と搬送ロボット１４とを内部に収容している。カートリッジ台１２、１３には、それぞれ、接合されるウェハを保持するカートリッジ４１、４２が載せられる。ここで、カートリッジ４１は、ウェハの接合の際に、下側に位置するウェハ（以下、下側ウェハ４３ということがある）を保持するカートリッジであり、カートリッジ４２は、ウェハの接合の際に、上側に位置するウェハ（以下、上側ウェハ４４ということがある）を保持するカートリッジである。搬送ロボット１４は、ゲートバルブ７が開放されているときに、搬送通路６を介してカートリッジ台１２、１３に配置されたカートリッジ４１、４２を接合チャンバ５の内部に搬送し、または、接合チャンバ５の内部にあるカートリッジ４１、４２をカートリッジ台１２、１３に搬送する。本実施形態では、下側ウェハ４３、上側ウェハ４４は、いずれも、略円形の板である。なお、半導体プロセスで用いられるウェハは、その方位を示すオリエンテーションフラットやノッチを有していることがあるが、本明細書でいう「略円形」とは、オリエンテーションフラットやノッチを有しているような構造も含むことに留意されたい。

ロードロックチャンバ４には、回転チャンバ８が接合されている。回転チャンバ８の内部には、回転機構１５が設けられている。後述されるように、回転機構１５は、カートリッジ４１又は４２に保持されたウェハ（下側ウェハ４３又は上側ウェハ４４）を、ウェハの中心を通過し、ウェハの表面に垂直な中心軸の周りに所望の角度だけ回転可能に構成されている。ここで、本実施形態では、下側ウェハ４３、上側ウェハ４４は、「略円形」を有しており、下側ウェハ４３、上側ウェハ４４の中心とは、オリエンテーションフラットやノッチの存在を無視した場合に想定される仮想的な円の中心を意味している。

接合チャンバ５は、真空排気装置２１を備えている。真空排気装置２１は、制御装置３による制御の下、接合チャンバ５の内部から気体を排気する。

図２は、接合チャンバ５の構造を模式的に示す断面図である。図２に図示されているように、接合チャンバ５は、さらに、イオンガン２２と、下側ステージ機構２３と、上側ステージ機構２４とを備えている。イオンガン２２は、ウェハの表面の活性化に用いられるイオンビーム２２ａを出射する。イオンビーム２２ａが照射されることで、下側ステージ機構２３に保持される下側ウェハ４３と、上側ステージ機構２４に保持される上側ウェハ４４の活性化が行われる。下側ステージ機構２３と上側ステージ機構２４とは、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を対向させて接合チャンバ５の内部に保持するウェハ保持機構を構成している。

詳細には、下側ステージ機構２３は、下側ウェハ４３の位置合わせを行うための機構であり、キャリッジ２６と位置合わせ機構２５とを備えている。キャリッジ２６は、その上に載せられたカートリッジ４１を保持し、これにより、該カートリッジ４１の上に保持された下側ウェハ４３を保持する。位置合わせ機構２５は、制御装置３による制御の下、キャリッジ２６をＸＹ面内（水平面に平行な平面）の所望の位置に移動し、また、Ｚ軸方向を中心軸としてキャリッジ２６を回転するように構成されている。

上側ステージ機構２４は、上側ウェハ４４の位置合わせを行うための機構であり、静電チャック２７と圧接機構２８とを備えている。静電チャック２７は、キャリッジ２６の鉛直上方に配置されている。静電チャック２７は、誘電体層を備えており、その誘電体層の下端に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に概ね垂直な平坦な面を有している。静電チャック２７は、さらに、その誘電体層の内部に配置される内部電極を備えている。静電チャック２７は、制御装置３による制御の下、その内部電極に所定の印加電圧を印加して、その誘電層の平坦な面の近傍に配置される上側ウェハ４４を静電力によって保持する。

圧接機構２８は、制御装置３による制御の下、鉛直方向（Ｚ軸方向）に静電チャック２７を昇降させる。一実施形態では、圧接機構２８は、制御装置３による制御の下、静電チャック２７を所望の位置に位置合わせする。圧接機構２８は、さらに、制御装置３による制御の下、静電チャック２７の位置（即ち、上側ウェハ４４の位置）を測定し、その位置を示すデータを制御装置３に出力する。圧接機構２８は、さらに、制御装置３による制御の下、静電チャック２７により保持された上側ウェハ４４に印加される荷重を測定し、その荷重を示すデータを制御装置３に出力する。

図３は、本実施形態における制御装置３の構成を模式的に示すブロック図である。制御装置３は、コンピュータに例示される情報処理装置であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、メモリ３２と、入力装置３３と、出力装置３４と、インターフェース３５と、外部記憶装置３６と、ドライブ３７とを備えている。ＣＰＵ３１、メモリ３２、入力装置３３、出力装置３４、インターフェース３５、外部記憶装置３６及びドライブ３７は、互いに通信可能に接続されている。

ＣＰＵ３１は、外部記憶装置３６にインストールされたコンピュータプログラム３６ａをメモリ３２に展開する。ＣＰＵ３１は、更に、展開されたコンピュータプログラム３６ａを実行して、必要に応じて入力装置３３、出力装置３４、外部記憶装置３６等のハードウェアを制御しながら、コンピュータプログラム３６ａの情報処理を実現する。

外部記憶装置３６は、コンピュータプログラム３６ａを記録するとともに、ＣＰＵ３１が利用する情報や生成する情報を記録する。外部記憶装置３６へのコンピュータプログラム３６ａのインストールには、例えば、コンピュータプログラム３６ａを記録した記録媒体３８が用いられてもよい。ドライブ３７によってコンピュータプログラム３６ａが読み込まれ、読み込まれたコンピュータプログラム３６ａが外部記憶装置３６に書き込まれる。

入力装置３３は、ユーザに操作されることにより生成される情報をＣＰＵ３１や外部記憶装置３６に出力する。出力装置３４は、ＣＰＵ３１により生成された情報や外部記憶装置３６の情報をユーザに認識可能に出力する。

インターフェース３５は、プロセスモジュール２の各機器と制御装置３との間の通信に用いられる。具体的には、インターフェース３５は、ゲートバルブ７、搬送ロボット１４、真空排気装置１１、２１、イオンガン２２、位置合わせ機構２５、静電チャック２７及び圧接機構２８を制御する制御信号を送信し、また、これらの機器から送信される信号を受け取る。

制御装置３にインストールされるコンピュータプログラム３６ａは、制御装置３に所望の機能を実現させるためのプログラムコード群を含んでいる。第１に、該プログラムコード群は、ウェハ４３、４４の搬送、設置および取り出しに関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１の制御、ゲートバルブ７の開閉の制御、搬送ロボット１４によるカートリッジ４１、４２の搬送の制御、静電チャック２７の制御及び圧接機構２８の制御が行われる。第２に、該プログラムコード群は、ウェハ４３、４４の活性化に関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、接合チャンバ５の真空排気装置２１の制御、圧接機構２８の制御、イオンガン２２の制御が行われる。第３に、該プログラムコード群は、ウェハ４３、４４の接合に関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、静電チャック２７の制御及び圧接機構２８の制御及び位置合わせ機構２５の制御が行われる。

続いて、本実施形態の常温接合装置１の動作について説明する。本実施形態の常温接合装置１では、ロードロックチャンバ４のカートリッジ台１２、１３に載せられたカートリッジ４１、４２にそれぞれ保持された下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が、接合チャンバ５の内部に搬送され、接合チャンバ５の内部で常温接合によって接合される。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の接合では、まず、下側ウェハ４３の表面４３ａ及び上側ウェハ４４の表面４４ａの活性化が行われる。ここで、表面４３ａとは、下側ウェハ４３の上側ウェハ４４に対向する面であり、表面４４ａとは、上側ウェハ４４の下側ウェハ４３に対向する面である。その後、活性化された表面４３ａ、４４ａが接触され、これにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が接合される。

下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａの活性化においては、図２に図示されているように、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａが互いに平行であり、且つ、下側ウェハ４３の中心４３ｂ及び上側ウェハ４４の中心４４ｂが、いずれも、鉛直方向（Ｚ軸方向）に平行な特定の直線Ａの上にあるように保持される。即ち、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａの活性化においては、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４は、それらの中心４３ｂ、４４ｂが、いずれも、直線Ａを通過するように位置合わせされる。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の位置合わせは、それぞれ、上述の下側ステージ機構２３及び上側ステージ機構２４によって行われる。

下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａの活性化は、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が上記のように保持された状態で、イオンガン２２からイオンビーム２２ａを出射することで行われる。図４は、イオンガン２２から出射されたイオンビーム２２ａを示す図である。イオンガン２２は、照射孔２２ｂからイオンビーム２２ａを出射する。イオンビーム２２ａは、イオンビーム２２ａを構成するイオン同士が電気的に互いに反発し合うことにより、照射孔２２ｂから離れるに連れて、徐々に広がって行く（即ち、ビーム径が徐々に大きくなって行く）。このときの広がり方の目安を広がり角度αとすると、広がり角度αは例えば６０度程度である。イオンの濃度分布は、概ね、ビーム中心軸２２ｃを中心とするガウス分布になる。このように、イオンビーム２２ａは、指向性が低いという特徴がある。これは、イオンビーム２２ａを用いてウェハ４３、４４を活性化する場合には、ビーム中心軸２２ｃをウェハ４３、４４の表面４３ａ、４４ａに交差するように向ける必要がないことを意味している。

本実施形態では、単一のイオンガン２２しか用いずに下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化を行うために、図２に図示されているように、イオンガン２２が、イオンビーム２２ａを、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の間の空間にイオンビーム２２ａのビーム中心軸２２ｃが下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の表面を通過しないように出射する。このような向きでイオンビーム２２ａが出射されることにより、単一のイオンガン２２しか用いずに下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の表面にイオンビーム２２ａが照射される。

一実施形態では、イオンビーム２２ａのビーム中心軸２２ｃが、直線Ａと垂直であり（即ち、ビーム中心軸２２ｃが、水平方向に平行であり）、且つ、直線Ａと交わるように向けられる。図２では、ビーム中心軸２２ｃと直線Ａの交点が、記号Ｂで参照されている。このような方向にイオンビーム２２ａのビーム中心軸２２ｃが向けられることにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の両方の表面４３ａ、４４ａにイオンビーム２２ａが照射される。イオンビーム２２ａを下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の両方の表面４３ａ、４４ａに照射することにより、イオンビーム２２ａのエネルギー粒子の衝突による物理スパッタ効果によって下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の両方の表面４３ａ、４４ａがエッチングされる。即ち、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の両方の表面４３ａ、４４ａが、イオンビーム２２ａの照射により、清浄化され、活性化される。このように、単一のイオンガン２２しか用いずに下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化を行うことは、常温接合装置１のコストの低減に有効である。下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の間で均一な活性化を行うためには、ビーム中心軸２２ｃが、ビーム中心軸２２ｃと直線Ａ（即ち、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の中心４３ｂ、４４ｂを通過する直線）の交点Ｂが、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４それぞれの中心４３ｂ、４４ｂからの距離が等しい位置になるように向けられることが好ましい。

図４に示されているように、イオンガン２２に位置調整機構２２ｄが設けられている場合には、ビーム中心軸２２ｃの位置合わせを位置調整機構２２ｄによって行っても良い。位置調整機構２２ｄは、イオンガン２２の位置及び姿勢を調節するための機構である。位置調整機構２２ｄにより、イオンビーム２２ａを出射する照射孔２２ｂの位置は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のうちの少なくとも一つの方向に対して調節可能である。また、位置調整機構２２ｄにより、ビーム中心軸２２ｃの向きは、図３のθ角方向、及び、φ角方向の少なくとも一つの方向に対して調節可能である。ここで、θ角方向とは、ＸＹ平面内の角度方向であり、φ角方向とは、ＹＺ平面内の角度方向である。位置調整機構２２ｄにより、イオンビーム２２ａの照射位置や照射方向の調整を行うことができる。

単一のイオンガン２２しか用いずに下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面の活性化を行う場合に発生し得る一つの問題は、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４のイオンビーム２２ａの上流側に位置する部分（即ち、イオンガン２２に近い部分）と、イオンビーム２２ａの下流側に位置する部分（即ち、イオンガン２２から遠い部分）の間で、活性化が不均一になり得る（即ち、エッチング深さが不均一になり得る）ことである。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４のイオンビーム２２ａの上流側に位置する部分では、エッチング深さが深くなり、逆に、下流側に位置する部分では、エッチング深さが深くなる。このような問題は、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４のウェハ径が増大すると顕著になる。

このような問題に対処するために、本実施形態では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の向きを変えて、複数回の活性化が行われる。詳細には、まず、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が下側ステージ機構２３及び上側ステージ機構２４にセットされ、１回目の活性化が行われる。１回目の活性化が行われた後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が、それぞれ下側ステージ機構２３、上側ステージ機構２４から取り外され、更に、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が所定角度だけ回転される。下側ウェハ４３の回転は、下側ウェハ４３の表面４３ａに垂直で、且つ、中心４３ｂを通過する直線を中心軸として行われ、上側ウェハ４４の回転は、上側ウェハ４４の表面４４ａに垂直で、且つ、中心４４ｂを通過する直線を中心軸として行われる。その後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が、再度、下側ステージ機構２３、上側ステージ機構２４にセットされて２回目の活性化が行われる。以下、必要な場合には、同様の手順により、所望の回数だけ活性化が行われまで、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転と、該回転に続く活性化の工程（回転／活性化工程）が、繰り返して行われる。ｎ回の活性化が行われる場合（即ち、回転／活性化工程がｎ−１回行われる場合）、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４は、１回の回転で３６０／ｎ°だけ回転される。２回の活性化が行われる場合には、１回目の活性化の後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が１８０°だけ回転され、その後、２回目の活性化が行われる。このような手順で活性化を行うことにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を均一に活性化することができる。

ただし、本実施形態の常温接合装置１では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転は、接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構、本実施形態では、ロードロックチャンバ４に接続された回転チャンバ８に設けられた回転機構１５によって行われる。このような構成は、下記の理由から好ましい。

まず、接合チャンバ５の内部で下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させる場合、接合の失敗（下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の割れ、及び、接合ずれ）を回避すべく、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａを平行に正確に維持しつつ回転させる必要がある。これは、極めて高精度な回転機構が必要となることを意味している。接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構で下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させる本実施形態では、該回転機構の精度は低くてもよい。

接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構で下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させることは、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の汚染の低減にも有用である。接合チャンバ５の内部に回転機構を設けると、該回転機構や周辺部材から微細な塵が発生することがあり、これは、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の汚染の原因になり得る。接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構で下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させる本実施形態では、該回転機構からの汚染の問題は発生しない。

更に、接合チャンバ５の内部に下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させる回転機構を設ける場合には、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を保持するチャック機構（本実施形態では、キャリッジ２６及び静電チャック２７）も回転させる必要が生じる。これは、当該チャック機構に対する給電のために複雑な構造の給電システムを設けることが必要になることを意味している。本実施形態では、キャリッジ２６及び静電チャック２７を回転させる必要はなく、簡単な構造の給電システムでキャリッジ２６及び静電チャック２７に給電することができる。

以下では、本実施形態における常温接合方法（即ち、常温接合装置１の動作）について説明する。図５Ａ、図５Ｂ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。

初期状態では、ユーザによって、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４１がロードロックチャンバ４のカートリッジ台１２に載せられ、上側ウェハ４４がカートリッジ４２がカートリッジ台１３に載せられているとする。

まず、ロードロックチャンバ４の蓋が閉鎖され、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１により、ロードロックチャンバ４の内部に予備雰囲気が生成される（ステップＳ０１）。予備雰囲気とは、ゲートバルブ７が開放されてロードロックチャンバ４と接合チャンバ５とが搬送通路６を介して連通させることが可能な程度の真空度の雰囲気である。

続いて、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が接合チャンバ５に搬送される（ステップＳ０２）。具体的には、まず、ゲートバルブ７が開放され、搬送ロボット１４により、上側ウェハ４４を載せたカートリッジ４２が、ロードロックチャンバ４のカートリッジ台１３から接合チャンバ５のキャリッジ２６の上に搬送される。続いて、圧接機構２８によって静電チャック２７が下降される。静電チャック２７の下降は、カートリッジ４２に載っている上側ウェハ４４が静電チャック２７に接触するタイミングで停止される。続いて、静電チャック２７に上側ウェハ４４が保持される。次に、圧接機構２８により、静電チャック２７が所定の待機位置に位置するまで上昇される。続いて、搬送ロボット１４により、カートリッジ４２がキャリッジ２６からカートリッジ台１３に搬送される。その後、搬送ロボット１４により、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４２がカートリッジ台１２からキャリッジ２６の上に搬送される。続いて、ゲートバルブ７が閉鎖される。

次に、接合チャンバ５の内部に活性化雰囲気が生成される（ステップＳ０３）。より具体的には、真空排気装置２１の制御により、接合チャンバ５の内部の真空度が１０^−５〜１０^−６Ｐａ程度に調節される。

続いて、下側ウェハ４３の表面４３ａと、上側ウェハ４４の表面４４ａとが活性化される（ステップＳ０４）。具体的には、イオンガン２２からイオンビーム２２ａが出射され、イオンビーム２２ａが、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに照射される。これにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａとがエッチングされる。イオンビーム２２ａの照射中、接合チャンバ５の内部の真空度は、１０^−２〜１０^−３Ｐａ程度となる。

続いて、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が回転される（ステップＳ０５〜Ｓ１１）。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転は、回転チャンバ８に設けられた回転機構１５によって行われる。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転が、接合チャンバ５の内部ではない空間に設けられた回転機構で行われることに留意されたい。一例では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転は、以下の手順で行われる。

まず、活性化された下側ウェハ４３がロードロックチャンバ４に搬送される（ステップＳ０５）。具体的には、ゲートバルブ７が開放された後、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４１が、搬送ロボット１４により、搬送通路６を介してロードロックチャンバ４に搬送される。

更に、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４１が回転チャンバ８の回転機構１５に搬送され、カートリッジ４１が、回転機構１５によって１８０°回転される（ステップＳ０６）。これにより、下側ウェハ４３も１８０°回転される。下側ウェハ４３の回転は、下側ウェハ４３の表面４３ａに垂直で、中心４３ｂを通過する直線を中心軸として行われる。その後、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４１が、一旦、カートリッジ台１２に戻される（ステップＳ０７）。

続いて、活性化された上側ウェハ４４がロードロックチャンバ４に搬送される（ステップＳ０８）。より具体的には、搬送ロボット１４により、（上側ウェハ４４が載せられていない）カートリッジ４２が、ロードロックチャンバ４のカートリッジ台１３から接合チャンバ５のキャリッジ２６の上に搬送される。続いて、圧接機構２８によって静電チャック２７が下降され、上側ウェハ４４が静電チャック２７からカートリッジ４２に移される。続いて、搬送ロボット１４により、上側ウェハ４４が載せられたカートリッジ４２がキャリッジ２６からロードロックチャンバ４に搬送される。

更に、上側ウェハ４４が載せられたカートリッジ４２が回転チャンバ８の回転機構１５に搬送され、カートリッジ４２が、回転機構１５によって１８０°回転される（ステップＳ０９）。これにより、上側ウェハ４４も１８０°回転される。上側ウェハ４４の回転は、上側ウェハ４４の表面４４ａに垂直で、中心４４ｂを通過する直線を中心軸として行われる。

続いて、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が、再度、接合チャンバ５に搬送される（ステップＳ１０）。下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の搬送の手順は、ステップＳ０２と同様である。具体的には、まず、ゲートバルブ７が開放され、搬送ロボット１４により、上側ウェハ４４を載せたカートリッジ４２が、回転チャンバ８の回転機構１５から接合チャンバ５のキャリッジ２６の上に搬送される。続いて、圧接機構２８によって静電チャック２７が下降される。静電チャック２７の加工は、カートリッジ４２に載っている上側ウェハ４４が静電チャック２７に接触するタイミングで停止される。続いて、静電チャック２７に上側ウェハ４４が保持される。次に、圧接機構２８により、静電チャック２７が所定の待機位置に位置するまで上昇される。続いて、搬送ロボット１４により、カートリッジ４２がキャリッジ２６からカートリッジ台１３に搬送される。その後、搬送ロボット１４により、下側ウェハ４３が載せられたカートリッジ４２がカートリッジ台１２からキャリッジ２６の上に搬送される。続いて、ゲートバルブ７が閉鎖される。

続いて、２度目の活性化が行われる（ステップＳ１１、Ｓ１２）。より具体的には、ステップＳ０３と同様に、接合チャンバ５の内部に活性化雰囲気が生成される（ステップＳ１１）。このとき、真空排気装置２１の制御により、接合チャンバ５の内部の真空度は１０^−５〜１０^−６Ｐａ程度に調節される。

続いて、下側ウェハ４３の表面４３ａと、上側ウェハ４４の表面４４ａとが活性化される（ステップＳ１２）。具体的には、イオンガン２２からイオンビーム２２ａが出射され、イオンビーム２２ａが、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに照射される。これにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａとがエッチングする。イオンビーム２２ａの照射中、接合チャンバ５の内部の真空度は、１０^−２〜１０^−３Ｐａ程度となる。

続いて、下側ステージ機構２３と上側ステージ機構２４により、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４との位置合わせが行われる（ステップＳ１３）。具体的には、上側ステージ機構２４の圧接機構２８によって静電チャック２７が下降され、静電チャック２７が所定のアライメント位置に配置される。このとき、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４とは、所定の位置合わせ距離だけ離れている。更に、下側ステージ機構２３の位置合わせ機構２５により、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４との水平面内での位置合わせが行われる。

続いて、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４とが接触され、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４とが接合される（ステップＳ１４）。具体的には、圧接機構２８によって静電チャック２７が下降され、上側ウェハ４４の表面４４ａが下側ウェハ４３の表面４３ａに接触される。静電チャック２７の下降は、静電チャック２７に印加される荷重が所定の接合荷重に到達するタイミングで停止される。すなわち、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４とに接合荷重が印加される。下側ウェハ４３と上側ウェハ４４とは、接合荷重が印加されることによって接合され、１枚の接合ウェハに形成される。接合ウェハへの接合荷重の印加は、所定の接合時間だけ継続して行われる。

続いて、接合ウェハがロードロックチャンバ４に搬送される（ステップＳ１５）。具体的には、接合ウェハが静電チャック２７から離脱された後、圧接機構２８により、静電チャック２７が上昇される。このとき、接合ウェハは、カートリッジ４１の上に載せられた状態になる。その後、ゲートバルブ７が開放されると、搬送ロボット１４により、接合ウェハが載せられたカートリッジ４１が、キャリッジ２６からロードロックチャンバ４に搬送され、カートリッジ台１２に戻される。

続いて、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１が制御され、ロードロックチャンバ４の内部に大気圧雰囲気が生成される（ステップＳ１６）。これにより、ユーザは、ロードロックチャンバ４の蓋を開けて、接合ウェハが載せられたカートリッジ４１及び何も載せられていないカートリッジ４２を、カートリッジ台１２、１３から取り出すことができるようになる。以上で、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の接合の手順が完了する。なお、上述されたステップＳ０１〜Ｓ１６は、制御装置３においてコンピュータプログラム３６ａが実行されることで実現される。

初期状態において、カートリッジ台１２に複数の下側ウェハ４３がセットされ、カートリッジ台１３に複数の上側ウェハ４４がセットされてもよい。この場合、ステップＳ０２〜Ｓ１５の手順が、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の枚数と同じ回数だけ繰り返される。

また、図５Ａ、図５Ｂの手順では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化が２回行われるが、３回以上の活性化が行われてもよい。ｎ回（ｎは、２以上の整数）の活性化が行われる場合、ステップＳ０５〜Ｓ１２の手順が、ｎ−１回行われる。このとき、ステップＳ０６の下側ウェハ４３の回転では、下側ウェハ４３が３６０／ｎ°だけ回転され、ステップＳ０９の上側ウェハ４４の回転では、上側ウェハ４４が３６０／ｎ°だけ回転される。

以上に説明されているように、本実施形態の常温接合装置１では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させながら、複数回の活性化が行われる。詳細には、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の１回目の活性化が行われる。その後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が所定角度だけ回転され、２回目の活性化が行われる。以下、必要な場合には、同様の手順により、所望の回数だけ活性化が行われるまで、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転と活性化とが繰り返し行われる。このような手順で活性化を行うことにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を均一に活性化することができる。

ただし、本実施形態の常温接合装置１では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転は、接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構、本実施形態では、ロードロックチャンバ４に接続された回転チャンバ８に設けられた回転機構１５によって行われる。これにより、高精度な回転機構を設ける必要性を無くし、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の汚染を低減し、また、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を保持するチャック機構への給電システムの構成を簡素化できる。

なお、上記の実施形態においては、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化においてイオンビーム２２ａの照射のみが行われているが、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化の際、同時に、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに中間層が形成されてもよい。中間層が形成された表面４３ａ、４４ａを貼り合わせることにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の接合強度を向上させることができる。例えば、図６に図示されているように、中間層の材料で形成された少なくとも一のターゲット２９を接合チャンバ５のイオンビーム２２ａが照射される位置に配置することにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化と同時に、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに中間層を形成することができる。図６の構成では、２つのターゲット２９が配置されている。一方のターゲット２９は、下側ステージ機構２３とイオンガン２２の間の位置に配置され、他方のターゲット２９は、上側ステージ機構２４とイオンガン２２の間の位置に配置されている。ただし、ターゲット２９の数は２に限定されない。また、ターゲット２９の位置は、図６に図示されている位置に限定されず、イオンビーム２２ａが照射される位置であればよい。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態における常温接合装置１の構成を示す図である。第２の実施形態の常温接合装置１の構成は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成と類似している。相違点は、第２の実施形態では、回転機構を備えたカートリッジ台１２Ａ、１３Ａがロードロックチャンバ４に設けられ、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の回転が、（回転チャンバ８に設けられた回転機構１５ではなく）カートリッジ台１２Ａ、１３Ａの回転機構によって行われる点にある。ここで、第２の実施形態においても、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転が、接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構によって行われることに留意されたい。第２の実施形態の常温接合装置１の他の構成は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成と同一である。

第２の実施形態における常温接合方法（即ち、常温接合装置１の動作）は、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の回転が、カートリッジ台１２Ａ、１３Ａに設けられた回転機構によって行われる点を除けば第１の実施形態における常温接合方法と同様である（図５Ａ、図５Ｂ参照）。ただし、第２の実施形態では、図５ＡのステップＳ０５において、下側ウェハ４３及びそれを保持するカートリッジ４１がロードロックチャンバ４のカートリッジ台１２Ａに搬送され、ステップＳ０６においては、カートリッジ台１２Ａの回転機構によって下側ウェハ４３が回転される。この時点で、下側ウェハ４３を保持するカートリッジ４１がカートリッジ台１２Ａに位置しているので、ステップＳ０７は行われない。また、ステップＳ０８においては、上側ウェハ４４及びそれを保持するカートリッジ４２がロードロックチャンバ４のカートリッジ台１３Ａに搬送され、ステップＳ０９においては、カートリッジ台１３Ａの回転機構によって上側ウェハ４４が回転される。

このように、第２の実施形態の常温接合装置１においても、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させながら、複数回の活性化が行われる。詳細には、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の１回目の活性化が行われた後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が所定角度だけ回転され、２回目の活性化が行われる。以下、必要な場合には、同様の手順により、所望の回数だけ活性化が行われるまで、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転と活性化とが繰り返し行われる。このような手順で活性化を行うことにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を均一に活性化することができる。

また、第２の実施形態の常温接合装置１では、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転のための専用の回転チャンバ８及び回転機構１５を設ける必要がない。これは、常温接合装置１の占有面積を低減するために有用である。

なお、第２の実施形態においても、図６に図示されているように、中間層の材料で形成された少なくとも一のターゲット２９を接合チャンバ５のイオンビーム２２ａが照射される位置に配置してもよい。これにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化と同時に、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに中間層を形成することができる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態における常温接合装置１の構成を示す図である。第２の実施形態の常温接合装置１の構成は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成と類似している。相違点は、第３の実施形態では、搬送ロボット１４にウェハを回転する回転機構が設けられ、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の回転が、（回転チャンバ８に設けられた回転機構１５ではなく）搬送ロボット１４の回転機構によって行われる点にある。詳細には、搬送ロボット１４は、下側ウェハ４３又は上側ウェハ４４の搬送の際にカートリッジ４１、又は４２を保持する搬送ロボットフォーク１４ａを備えている。この搬送ロボットフォーク１４ａにカートリッジ４１又は４２（及び、その上に載せられた下側ウェハ４３又は上側ウェハ４４）を回転する回転機構が設けられる。ここで、第３の実施形態においても、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転が、接合チャンバ５の内部ではない空間にある回転機構によって行われることに留意されたい。第３の実施形態の常温接合装置１の他の構成は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成と同一である。

第３の実施形態における常温接合方法（即ち、常温接合装置１の動作）は、下側ウェハ４３と上側ウェハ４４の回転が、搬送ロボットフォーク１４ａに設けられた回転機構で行われる点を除けば第１の実施形態における常温接合方法と同様である（図５Ａ、図５Ｂ参照）。ただし、第３の実施形態では、図５ＡのステップＳ０５において、下側ウェハ４３及びそれを保持するカートリッジ４１がロードロックチャンバ４の内部に搬送され、ステップＳ０６においては、搬送ロボットフォーク１４ａに設けられた回転機構によって下側ウェハ４３が回転される。その後、ステップＳ０７では、下側ウェハ４３を保持するカートリッジ４１がカートリッジ台１２に搬送される。また、ステップＳ０８においては、上側ウェハ４４及びそれを保持するカートリッジ４２がロードロックチャンバ４の内部に搬送され、ステップＳ０９においては、搬送ロボットフォーク１４ａに設けられた回転機構によって上側ウェハ４４が回転される。

このように、第３の実施形態の常温接合装置１においても、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を回転させながら、複数回の活性化が行われる。詳細には、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の１回目の活性化が行われた後、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４が所定角度だけ回転され、２回目の活性化が行われる。以下、必要な場合には、同様の手順により、所望の回数だけ活性化が行われるまで、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転と活性化とが繰り返し行われる。このような手順で活性化を行うことにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４を均一に活性化することができる。

また、第３の実施形態の常温接合装置１においても、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の回転のための専用の回転チャンバ８及び回転機構１５を設ける必要がない。これは、常温接合装置１の占有面積を低減するために有用である。加えて、第３の実施形態の常温接合装置１の構成は、第２の実施形態の常温接合装置１の構成のようにカートリッジ台１２、１３の構成の自由度を損なわない。例えば、カートリッジ台１２、１３として、複数のカートリッジを装填可能なカセットチャンバーを設置することができる。

なお、第４の実施形態においても、図６に図示されているように、中間層の材料で形成された少なくとも一のターゲット２９を接合チャンバ５のイオンビーム２２ａが照射される位置に配置してもよい。これにより、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の活性化と同時に、下側ウェハ４３及び上側ウェハ４４の表面４３ａ、４４ａに中間層を形成することができる。

以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。

１ ：常温接合装置
２ ：プロセスモジュール
３ ：制御装置
４ ：ロードロックチャンバ
５ ：接合チャンバ
６ ：搬送通路
７ ：ゲートバルブ
８ ：回転チャンバ
１１ ：真空排気装置
１２ ：カートリッジ台
１２Ａ ：カートリッジ台
１３ ：カートリッジ台
１３Ａ ：カートリッジ台
１４ ：搬送ロボット
１４ａ ：搬送ロボットフォーク
１５ ：回転機構
２１ ：真空排気装置
２２ ：イオンガン
２２ａ ：イオンビーム
２２ｂ ：照射孔
２２ｃ ：ビーム中心軸
２２ｄ ：位置調整機構
２３ ：下側ステージ機構
２４ ：上側ステージ機構
２５ ：位置合わせ機構
２６ ：キャリッジ
２７ ：静電チャック
２８ ：圧接機構
２９ ：ターゲット
３１ ：ＣＰＵ
３２ ：メモリ
３３ ：入力装置
３４ ：出力装置
３５ ：インターフェース
３６ ：外部記憶装置
３６ａ ：コンピュータプログラム
３７ ：ドライブ
３８ ：記録媒体
４１ ：カートリッジ
４２ ：カートリッジ
４３ ：下側ウェハ
４３ａ ：表面
４３ｂ ：中心
４４ ：上側ウェハ
４４ａ ：表面
４４ｂ ：中心

Claims (12)

1. 接合チャンバと、
   第１ウェハ及び第２ウェハを前記接合チャンバの内部に保持するように構成されたウェハ保持機構と、
   単一のイオンガンと、
   前記接合チャンバの内部ではない空間に設けられた少なくとも一の回転機構
   とを具備し、
   前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面を活性化する１回目の活性化を行い、
   前記回転機構によって前記第１ウェハと前記第２ウェハを回転した後、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面の活性化を行う回転／活性化工程を、前記１回目の活性化の後、少なくとも１回行い、
   前記１回目の活性化と前記回転／活性化工程における活性化では、前記ウェハ保持機構によって前記接合チャンバの内部で前記第１ウェハ及び前記第２ウェハを対向させて保持した状態で、前記イオンガンからイオンビームを前記第１ウェハと前記第２ウェハの間の空間に前記イオンビームのビーム中心軸が前記第１ウェハと前記第２ウェハの表面を通過しないように出射して前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面に前記イオンビームを照射することで前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面を活性化し、
   前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程が行われた後、前記ウェハ保持機構により、前記接合チャンバの内部で前記第１ウェハと前記第２ウェハの表面を接触させて前記第１ウェハと前記第２ウェハとを接合する
   常温接合装置。
2. 請求項１に記載の常温接合装置であって、
   前記回転／活性化工程は、（ｎ−１）回行われ（ｎは、２以上の整数）、
   前記回転／活性化工程における前記第１ウェハと前記第２ウェハの回転では、前記第１ウェハと前記第２ウェハとが３６０／ｎ°だけ回転される
   常温接合装置。
3. 請求項１又は２に記載の常温接合装置であって、
   前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程における活性化では、前記ウェハ保持機構により、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの中心が鉛直方向に平行な特定直線の上に位置するように前記第１ウェハ及び前記第２ウェハが保持され、且つ、前記イオンビームの前記ビーム中心軸が前記特定直線と交わるように前記イオンビームが前記イオンガンから出射される
   常温接合装置。
4. 請求項３に記載の常温接合装置であって、
   前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程における活性化では、前記イオンビームの前記ビーム中心軸と前記特定直線の交点が、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの中心からの距離が等しい位置にあるように前記イオンビームが出射される
   常温接合装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の常温接合装置であって、
   更に、
   前記接合チャンバとは別に設けられた回転チャンバ
   を具備し、
   前記回転機構が、前記回転チャンバに設けられる
   常温接合装置。
6. 請求項５に記載の常温接合装置であって、
   更に、
   前記第１ウェハと前記第２ウェハとを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバを具備し、
   前記回転チャンバが前記ロードロックチャンバに接続された
   常温接合装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載の常温接合装置であって、
   更に、
   前記接合チャンバに接続された、前記第１ウェハと前記第２ウェハとを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバと、
   前記ロードロックチャンバの内部に設けられ、前記第１ウェハを保持する第１カートリッジを載せるための第１カートリッジ台と、
   前記ロードロックチャンバの内部に設けられ、前記第２ウェハを保持する第２カートリッジを載せるための第２カートリッジ台
   とを具備し、
   前記回転機構が、前記第１カートリッジ台及び前記第２カートリッジ台のそれぞれに設けられる
   常温接合装置。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載の常温接合装置であって、
   更に、前記接合チャンバに接続された、前記第１ウェハと前記第２ウェハとを外部環境との間で受け渡すためのロードロックチャンバと、
   前記ロードロックチャンバに設けられ、前記ウェハ保持機構と前記ロードロックチャンバとの間で前記第１ウェハと前記第２ウェハを搬送する搬送機構とを具備し、
   前記回転機構が前記搬送機構に設けられた
   常温接合装置。
9. 接合チャンバの内部で第１ウェハ及び第２ウェハの表面を活性化する１回目の活性化を行うステップと、
   前記第１ウェハと前記第２ウェハを回転した後、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面の活性化を行う回転／活性化工程を、前記１回目の活性化の後、少なくとも１回行うステップと、
   前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程が行われた後、前記接合チャンバの内部で前記第１ウェハと前記第２ウェハの表面を接触させて前記第１ウェハと前記第２ウェハとを接合するステップとを具備し、
   前記１回目の活性化と前記回転／活性化工程における活性化では、前記接合チャンバの内部で前記第１ウェハ及び前記第２ウェハを対向させて保持した状態で、一のイオンガンからイオンビームを前記第１ウェハと前記第２ウェハの間の空間に前記イオンビームのビーム中心軸が前記第１ウェハと前記第２ウェハの表面を通過しないように出射して前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面に前記イオンビームを照射することで前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの表面を活性化し、
   前記回転／活性化工程における前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの回転は、前記接合チャンバの内部ではない空間で行われる
   常温接合方法。
10. 請求項９に記載の常温接合方法であって、
    前記回転／活性化工程は、（ｎ−１）回行われ（ｎは、２以上の整数）、
    前記回転／活性化工程における前記第１ウェハと前記第２ウェハの回転では、前記第１ウェハと前記第２ウェハとが３６０／ｎ°だけ回転される
    常温接合方法。
11. 請求項９又は１０に記載の常温接合方法であって、
    前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程における活性化では、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの中心が鉛直方向に平行な特定直線の上に位置するように前記第１ウェハ及び前記第２ウェハが保持され、且つ、前記イオンビームの前記ビーム中心軸が前記特定直線と交わるように前記イオンビームが前記イオンガンから出射される
    常温接合方法。
12. 請求項１１に記載の常温接合方法であって、
    前記１回目の活性化及び前記回転／活性化工程における活性化では、前記イオンビームの前記ビーム中心軸と前記特定直線の交点が、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの中心からの距離が等しい位置にあるように前記イオンビームが出射される
    常温接合方法。

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