JP7460095B2 - 接合方法、接合装置および接合システム - Google Patents

接合方法、接合装置および接合システム Download PDF

Info

Publication number
JP7460095B2
JP7460095B2 JP2022576760A JP2022576760A JP7460095B2 JP 7460095 B2 JP7460095 B2 JP 7460095B2 JP 2022576760 A JP2022576760 A JP 2022576760A JP 2022576760 A JP2022576760 A JP 2022576760A JP 7460095 B2 JP7460095 B2 JP 7460095B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
objects
bonding
bonded
substrates
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022576760A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2022158563A1 (ja
JPWO2022158563A5 (ja
Inventor
朗 山内
唯知 須賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BONDTECH CO Ltd
Original Assignee
BONDTECH CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/JP2022/001970 external-priority patent/WO2022158520A1/ja
Application filed by BONDTECH CO Ltd filed Critical BONDTECH CO Ltd
Publication of JPWO2022158563A1 publication Critical patent/JPWO2022158563A1/ja
Publication of JPWO2022158563A5 publication Critical patent/JPWO2022158563A5/ja
Priority to JP2024034755A priority Critical patent/JP2024056041A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7460095B2 publication Critical patent/JP7460095B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/008—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating pressure combined with radiant energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/023—Thermo-compression bonding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/006—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by plasma or corona discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0075—Cleaning of glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/06—Joining glass to glass by processes other than fusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2007—Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67161—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers
    • H01L21/67167—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers surrounding a central transfer chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67742—Mechanical parts of transfer devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67748—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber horizontal transfer of a single workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

本発明は、接合方法、接合装置および接合システムに関する。
互いに接合する２つの基板それぞれの接合面に対して予め設定された運動エネルギを有する粒子を衝突させることにより接合面を活性化させた後、２つの基板それぞれの活性化した接合面同士を接触させることにより２つの基板を接合する接合方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１４－１１３６３３号公報
ところで、特許文献１に記載された接合方法では、２つの基板それぞれの接合面に不純物が付着している場合、粒子を衝突させることによりその不純物を除去してから接合面を活性化させる。しかしながら、不純物の付着強度にはばらつきがあるため、不純物を除去するために粒子を照射する時間を適当な時間に設定することが難しく、接合面に対して粒子を必要以上に照射してしまうと、接合面が荒れてしまい、その結果、２つの基板を接合したときの接合強度が低下してしまう虞がある。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、２つの被接合物を強固に接合することができる接合方法、接合装置および接合システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る接合方法は、
２つの被接合物を接合する接合方法であって、
１０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物の接合面の内側に存在する水分を除去する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理工程と、
前記熱処理工程の後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記２つの被接合物を接合する接合工程と、を含む。
他の観点から見た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、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、
前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、
前記チャンバまたは前記チャンバに連結された待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される少なくとも一方の接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する第１被接合物加熱部と、
前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理を行う活性化処理部と、
前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、
前記第１被接合物加熱部、前記活性化処理部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、１０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気で維持した状態で、前記２つの被接合物が離間した状態で、前記第１被接合物加熱部を制御して前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物内部の接合面側に存在する水分を除去した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記活性化処理部を制御して前記接合面に対して前記活性化処理を行い、その後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合する。
本発明によれば、２つの被接合物が離間した状態で、減圧雰囲気下において２つの被接合物それぞれの接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程を行った後、減圧雰囲気下において２つの被接合物を接合する。これにより、減圧雰囲気下において２つの被接合物それぞれの接合面を６０℃よりも高い温度に加熱することにより被接合物の接合面に存在する水或いは不純物が気化して除去される、或いは、被接合物の接合面の近傍に浮遊する水或いは不純物の付着が抑制できるので、被接合物の接合面が活性化または親水化され易くなる。従って、２つの被接合物を接合したときの２つの被接合物同士の接合強度を高めることができる。
本発明の実施の形態１に係る接合システムの概略構成図である。 実施の形態１に係る接合装置の概略正面図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部の概略構成図である。 実施の形態１に係る接合装置の一部を示す図である。 実施の形態１に係る接合装置の動作説明図である。 実施の形態１に係る接合装置の動作説明図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置の保持部が接合装置内に配置された状態を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置の保持部がロードロック部に配置された状態を示す図である。 実施の形態１に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、第２搬送装置がロードロック部から基板を受け取る様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、第２搬送装置が基板を接合装置へ搬送する様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、接合装置に基板が搬送された状態を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、接合装置内において基板がヘッドに保持される様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、第２搬送装置がロードロック部から基板を受け取る様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、接合装置が第２搬送装置から基板を受け取る様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、接合装置内において基板がステージに保持される様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、接合装置内において接合処理を行う様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、第２搬送装置が接合装置から基板を受け取る様子を示す図である。 実施の形態１に係る第２搬送装置、接合装置およびロードロック部を示し、第２搬送装置が基板を接合装置からロードロック部へ搬送する様子を示す図である。 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。 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。 実施の形態１における基板同士の接合強度と接合時におけるチャンバ内の気圧との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る親水化接合方法の流れを示すフローチャートである。 比較例に係る活性化処理工程の前に熱処理工程を行わない親水化接合方法により接合された２つの基板の写真である。 実施の形態２に係る親水化接合方法により接合された２つの基板の写真である。 変形例に係る接合システムの概略構成図である。 変形例に係る活性化処理装置の概略構成図である。 変形例に係る親水化接合方法の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る接合装置の一部を示す図である。 変形例に係る接合装置の一部を示す図である。 変形例に係る接合装置の一部を示す図である。 変形例に係る接合装置の一部を示す図である。 変形例に係る接合装置の一部を示す図である。
（実施の形態１）
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つの基板の接合面を加熱した後、活性化処理を行い、その後、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。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２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。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。
本実施の形態に係る接合システムは、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、接合装置１と、ロードロック部８３と、第２搬送装置８４と、制御部９と、を備える。制御部９は、第１搬送装置８２、洗浄装置３、接合装置１およびロードロック部８３を制御する。第１搬送装置８２および洗浄装置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および洗浄装置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。
第１搬送装置８２は、先端部に基板を保持する保持部８２１ａ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。保持部８２１ａ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。
洗浄装置３は、搬送されてきた基板に向けて水、洗浄液またはＮ２ガスを吐出しながら洗浄する。洗浄装置３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する面内で回転させる回転駆動部（図示せず）と、超音波またはメガソニック振動を与えた水、洗浄液またはＮ２ガスを吐出する洗浄ノズル（図示せず）と、を有する。そして、洗浄装置３は、洗浄ノズルを基板Ｗ１、Ｗ２の径方向へ揺動させながら洗浄ノズルから超音波を印加した水を基板の接合面に吹き付けながら、ステージを回転させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全面を洗浄する。そして、洗浄装置３は、洗浄ノズルによる水の吐出を停止させた状態でステージを回転させることにより基板Ｗ１、Ｗ２をスピン乾燥する。
接合装置１は、図２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。また、接合装置１は、チャンバ１２０に配置されたカバー１２２Ａ、１２２Ｂと、カバー１２２Ａ、１２２Ｂを加熱するカバー加熱部１２３Ａ、１２３Ｂと、を備える。カバー１２２Ａ、１２２Ｂは、それぞれ、ステージ１４１、ヘッド１４２の周囲の活性化処理工程における活性化処理領域を含む形で配置されている。カバー加熱部１２３Ａ、１２３Ｂは、それぞれ、カバー１２２Ａ、１２２Ｂにおける粒子ビーム源１６１、１６２側とは反対側に固定されたヒータである。更に、接合装置１は、図３に示すように、ステージ１４１の近傍に配置され、ロードロック部８３からチャンバ１２０内へ搬送される基板Ｗ１、Ｗ２を受け取る支持機構１４６を備える。図２に戻って、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。
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、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。
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、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。
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。
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４１１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。
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。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。
粒子ビーム源１６１、１６２は、それぞれ、例えば高速原子ビーム（ＦＡＢ、Fast Atom Beam）源であり、例えば図４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１６０３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、を有する活性化処理部である。放電室１６０１の周壁には、中性原子を放出するＦＡＢ放射口１６０１ａが設けられている。放電室１６０１は、炭素材料から形成されている。ここで、放電室１６０１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１６０１ａが一直線上に並設されている。ビーム源駆動部１６０３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１６０３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、ＦＡＢ放射口１６０１ａへ向かうアルゴンイオンは、ＦＡＢ放射口１６０１ａを通り抜ける際、ＦＡＢ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は、例えば図５に示すように、それぞれ、矢印ＡＲ２１に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ粒子ビームを照射させながら矢印ＡＲ２２に示すように移動していく。ここで、粒子ビーム源１６１、１６２は、その粒子ビーム単体の投影面内における移動方向での強度にバラツキがあるため、基板Ｗ１、Ｗ２全体に確実に粒子ビームを照射するために、粒子ビーム源１６１、１６２の移動方向における基板Ｗ１の両端縁の外側のカバー１２２Ａ、１２２Ｂ部分を含む領域まで粒子ビームを照射する。また、粒子ビーム源１６１の放電室１６０１の長手方向、即ち、Ｘ軸方向における両端部における粒子ビームの強度が低下する傾向にある。そこで、放電室１６０１のＸ軸方向の長さは、例えば図６に示すように、Ｚ軸方向において基板Ｗ１、Ｗ２と重なるように配置された状態で、基板Ｗ１、Ｗ２のＸ軸方向全体を覆い且つ基板Ｗ１、Ｗ２におけるＸ軸方向の長さよりも長い長さに設定されている。または、基板Ｗ１、Ｗ２が平面視円形であるのに対して粒子ビーム源１６１、１６２の照射領域は平面視矩形状であるため、基板Ｗ１、Ｗ２以外の領域が照射される訳である。ここで、接合装置１は、例えば粒子ビーム源１６１、１６２を矢印ＡＲ２２に示すように＋Ｙ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１６１、１６２を－Ｙ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。この粒子ビーム源１６１、１６２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。
図３に戻って、カバー１２２Ａ、１２２Ｂは、例えば金属から形成され、それぞれ、チャンバ１２０内におけるステージ１４１、ヘッド１４２の周囲に配置されている。カバー加熱部１２３Ａは、例えば電熱ヒータを有し、カバー１２２Ａにおける－Ｚ方向側においてカバー１２２Ａに近接して配置されている。このカバー１２２Ａは、ステージ１４１に固定されており、ステージ１４１とともに移動する。また、カバー加熱部１２３Ｂも、例えば電熱ヒータを有し、カバー１２２Ｂにおける＋Ｚ方向側においてカバー１２２Ｂに近接して配置されている。このカバー１２２Ｂは、ヘッド１４２に固定されており、ヘッド１４２とともに移動する。
支持機構１４６は、基板Ｗ１、Ｗ２を支持する支持部材１４６１と、支持部材１４６１を昇降させる支持部材駆動部１４６２と、を有する。支持部材１４６２は、略Ｌ字状の形状を有し、先端部がステージ１４１の周部に形成された段部１４１ａまで延在している。また、支持機構１４６は、例えば３つ設けられ、この場合、支持部材１４６１は、例えば図７Ａに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の周部における３箇所を支持する。また、支持部材１４６２の先端部には、先端部で基板Ｗ１、Ｗ２を支持する突起１４６１ａが配設されている。そして、支持機構１４６は、図３に示すように、支持部材１４６２の先端部がステージ１４１に載置された基板Ｗ１、Ｗ２の周部に当接した状態で、支持部材１４６２を＋Ｚ方向へ駆動することにより、基板Ｗ１、Ｗ２を持ち上げる。この支持機構１４６は、ステージ１４１に固定されており、ステージ１４１とともに移動する。
ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１と、待機チャンバ８３１内に連通する排気管８３２ｂと、排気管８３２ｂを通じて待機チャンバ８３１内の気体を排出する真空ポンプ８３２ａと、排気管８３２ｂに介挿された排気弁８３２ｃと、を備える。排気弁８３２ｃを開状態にして真空ポンプ８３２ａを作動させると、チャンバ８３１内の気体が、排気管８３２ｂを通してチャンバ８３１外へ排出され、チャンバ８３１内の気圧が低減（減圧）される。なお、チャンバ８３１内の気圧は、１０－２Ｐａ以下にすることができる。また、ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１における第１搬送装置８２側に配設されたゲート８３３ａと、待機チャンバ８３１における接合装置１側に配設されたゲート８３３ｂと、ゲート８３３ａ、８３３ｂそれぞれを各別に開閉駆動するゲート駆動部８３４と、を備える。また、ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１内に搬送される基板Ｗ１、Ｗ２を保持する基板保持機構８３６と、基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する基板加熱部８３５と、を備える。ゲート８３３ａ、８３３ｂは、それぞれ、待機チャンバ８３１における第１搬送装置８２側に貫設された開口８３１ａと接合装置１側に貫設された開口８３１ｂとを覆うように設けられている。基板保持機構８３６は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持するカセット８３６１と、カセット８３６１の最下段に保持される基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する基板加熱部８３６３と、矢印ＡＲ４に示すようにカセット８３６１を昇降させる昇降駆動部８３６２と、を有する。カセット８３６１は、複数（図３では３つ）のスロットＳＬＴ１、ＳＬＴ２、ＳＬＴ３を有する。そして、最上段のスロットＳＬＴ３と最下段のスロットＳＬＴ１には、それぞれ、接合前の基板Ｗ１、Ｗ２が保持され、最上段から２段目、即ち、中央のスロットＳＬＴ２には、接合工程後の互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が保持される。これにより、ロードロック部８３における基板Ｗ１、Ｗ２の基板加熱部８３５、８３６３による熱処理工程が可能となる。また、カセット８３６１が、接合処理後の互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２をスロットＳＬＴ２に保持することができるので、接合装置１において接合工程を行った後の互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２をカセット８３６１の中央のスロットＳＬＴ２に戻した後、スロットＳＬＴ１、ＳＬＴ３に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を待機チャンバ８３１から接合装置１へ搬送して接合装置１において接合工程を行うことができる。これにより、接合装置１において接合工程を行っている最中に、待機チャンバ８３１を大気開放して、互いに接合された基板Ｗ１，Ｗ２を取り出して、新たな基板Ｗ１、Ｗ２を待機チャンバ８３１内へ搬送することができ、１回のサイクル内で複数回大気解放する必要なく、かつ、接合中に１回分の基板の交換を効率よくできるので、処理時間を短縮することができる。ここで、基板加熱部８３５、８３６３は、例えばランプヒータを有する第２被接合物加熱部である。なお、基板加熱部８３６３は、例えば電熱ヒータを有するものであってもよい。カセット８３６１は、例えば図７Ｂに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の挿入方向と直交する方向における基板Ｗ１、Ｗ２の両側から基板Ｗ１、Ｗ２の周部を支持する支持片８３６１ａを有する。また、支持片８３６１ａの先端部には、先端部で基板Ｗ１、Ｗ２を支持する突起８３６１ｂが配設されている。
図３に戻って、第２搬送装置８４は、長尺であり接合装置１のチャンバ１２０に設けられた開口１２０ａに挿通され一端部に基板Ｗ１、Ｗ２を保持する保持部８４５が設けられた支持棒８４１と、支持棒８４１の他端部で支持棒８４１を支持する支持体８４２と、支持体８４２を駆動する支持体駆動部８４３と、を有する。また、第２搬送装置８４は、チャンバ１２０内の真空度を維持するためにチャンバ１２０の開口１２０ａの外周部と支持体８４２との間に介在するベローズ８４４を有する。支持体駆動部８４３は、例えば支持体８４２が固定されたスライダ（図示せず）をＸ軸方向へ摺動自在に支持するレール（図示せず）と、スライドをＸ軸方向へ駆動するためのボール螺子機構（図示せず）と、を有する。支持体駆動部８４３は、矢印ＡＲ３に示すように、支持体８４２を支持棒８４１がチャンバ１２０内へ挿脱される方向へ駆動することにより、基板Ｗ１、Ｗ２をロードロック部８３と接合装置１とのいずれか一方から他方へ搬送する。ここで、保持部８４５は、例えば図７Ａおよび図７Ｂに示すように、主部８４５２と、主部８４５２から同一方向へ延在する２つの長尺の支持片８４５１と、を有する。そして、主部８４５２の幅方向における中央部および２つの支持片８４５１の先端部それぞれには、先端部で基板Ｗ１、Ｗ２を支持する突起８４５３が配設されている。保持部８４５は、接合装置１の２つの支持機構１４６の間およびロードロック部８３のカセット８３６１の一対の支持片８３６１ａの間に挿入可能な大きさおよび形状を有する。
図１に戻って、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１４８、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、支持機構１４６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、支持機構１４６の動作を制御する。更に制御部９は、基板加熱部１４１１、１４２１、粒子ビーム源１６１、１６２、第２搬送装置８４、第１搬送装置８２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。
次に、本実施の形態に係る接合システムを用いた基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合方法について、図８乃至図１３を参照しながら説明する。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２は、図１に示す導入ポート８１１、８１２に接合面が鉛直上方となる姿勢で配置されているものとする。なお、導入ポート８１１には、例えば接合装置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。また、本実施の形態に係る接合方法を行う前に事前にチャンバ１２０の内壁を加熱するチャンバ加熱工程を行う。具体的には、チャンバ１２０の周壁にヒータジャケット（図示せず）を巻回してチャンバ１２０内を１５０℃で２４時間程度の間チャンバ１２０の内壁を加熱（ベーキング）する。これにより、チャンバ１２０内の気圧は、１０－５Ｐａ以下にすることができる。このチャンバ１２０をベーキングする際、同時にカバー１２２Ａ、１２２Ｂを加熱するカバー加熱工程を行ってもよい。ここで、チャンバ加熱工程によるチャンバ１２０のベーキングを行うベーキング時間の長さが、カバー加熱工程におけるカバー１２２Ａ、１２２Ｂの加熱を行うカバー加熱時間の長さ以上であってもよいし、カバー加熱時間の長さ未満であってもよい。これにより、カバー１２２Ａ、１２２Ｂに付着した水或いは不純物を除去することができる。特に、チャンバ１２０をベーキングすると、チャンバ１２０から脱離した水或いは不純物がチャンバ１２０よりも比較的温度の低いカバー１２２Ａに付着する。この場合、活性化処理工程を行うと、カバー１２２Ａに付着した水或いは不純物に粒子ビームが照射され、カバー１２２に付着した水或いは不純物がチャンバ１２０内に浮遊してしまい、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着してしまう。このため、チャンバ１２０のベーキングと同時にカバー加熱工程を行うことにより、カバー１２２Ａに付着したチャンバ１２０から脱離した水或いは不純物も一緒に除去することが好ましい。
本実施の形態に係る接合方法では、図８に示すように、まず、第１搬送装置８２が、導入ポート８１１、８１２に配置されている基板Ｗ２を取り出して洗浄装置３へ搬送する（ステップＳ１０１）。ここで、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を導入ポート８１１、８１２から取り出した後、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が洗浄装置３側を向くように旋回する。次に、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８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部から洗浄装置３のステージへ移載される。
次に、洗浄装置３が、基板Ｗ１、Ｗ２を水洗浄する水洗浄工程を実行する（ステップＳ１０２）。ここでは、洗浄装置３が、洗浄ノズル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回転させることにより基板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。次に、洗浄装置３は、洗浄ノズル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水洗浄工程が完了する。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。
続いて、第１搬送装置８２が、水洗浄工程が完了した基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ１０３）。ここで、第１搬送装置８２の搬送ロボット８２１は、洗浄装置３の基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口が開放された状態で、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入し、洗浄装置３内のステージから基板Ｗ１、Ｗ２を受け取る。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを収縮させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３から取り出す。続いて、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１の第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放すると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部がロードロック部８３側を向くように旋回する。このとき、搬送ロボット８２１は、洗浄装置３から基板Ｗ２を受け取った場合、基板Ｗ２の接合面側が鉛直下方を向く姿勢となるようにアーム８２１ａ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基板Ｗ２を保持した状態で旋回する。一方、搬送ロボット８２１は、洗浄装置３から基板Ｗ１を受け取った場合、基板Ｗ２の姿勢をその接合面側が鉛直上方を向いた姿勢で維持した状態で旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部から待機チャンバ８３１内に配置された基板保持機構８３６のカセット８３６１へ移載される。このとき、基板Ｗ１、Ｗ２は、例えば図９Ａに示すように、カセット８３６１の最上段のスロットＳＬＴ３と最下段のスロットＳＬＴ１とに保持される。次に、搬送ロボット８２１は、基板保持機構８３６のカセット８３６１への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。そして、ゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１のゲート８３３ａを閉じる。
図８に戻って、その後、減圧雰囲気の待機チャンバ８３１内において、２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程を行う（ステップＳ１０４）。ここで、減圧雰囲気とは、例えばチャンバ１２０内の気圧が１０－２Ｐａ以下の状態である。また、ロードロック部８３の基板加熱部８３５が、基板Ｗ２を加熱し、基板加熱部８３６３が、基板Ｗ１を加熱する。例えば、待機チャンバ８３１の上側に配置された基板加熱部８３５と、下側に配置された基板加熱部８３６３と、により基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する。
次に、第２搬送装置８４が、基板保持機構８３６のカセット８３６１に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送する（ステップＳ１０５）。ここで、ロードロック部８３は、まず、待機チャンバ８３１内を接合装置１のチャンバ１２０と略同じ真空度となるまで減圧する。次に、ゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３の接合装置１側のゲート８３３ｂを開放する。続いて、ロードロック部８３の昇降駆動部８３６２が、図９Ａに示すようにカセット８３６１を、その基板Ｗ２を保持するスロットＳＬＴ３の下側に第２搬送装置８４の保持部８４５の挿入が可能となる位置へ移動させる。その後、第２搬送装置８４は、矢印ＡＲ３１に示すように、支持棒８４１をロードロック部８３側へ移動させることにより保持部８４５をカセット８３６１における基板Ｗ２を保持するスロットＳＬＴ３の下側に挿入する。次に、ロードロック部８３の昇降駆動部８３６２が、矢印ＡＲ４１に示すように、カセット８３６１を鉛直下方へ移動させることにより、基板Ｗ２がカセット８３６１から保持部８４５に移載される。ここで、基板Ｗ２は、その接合面側が鉛直下方を向く姿勢で保持部８４５に保持されるが、例えば図４Ａおよび図４Ｂに示すように、保持部８４５は、基板Ｗ２の接合面の外周部を点接触で保持するため基板Ｗ１、Ｗ２の接合には影響はない。続いて、第２搬送装置８４は、図９Ｂの矢印ＡＲ３２に示すように、支持棒８４１をロードロック部８３から遠ざかる方向へ移動させることにより、保持部８４５を接合装置１のチャンバ１２０内に配置する。その後、ゲート駆動部８３４が、ゲート８３３ｂを閉じる。
次に、図１０Ａの矢印ＡＲ５１に示すように、支持機構１４６の支持部材駆動部１４６２が、支持部材１４６１を上昇させることにより、基板Ｗ２を持ち上げる。そして、第２搬送装置８４が、基板Ｗ２が支持部材１４６１により持ち上げられた状態で、支持棒８４１をロードロック部８３から遠ざかる方向へ移動させることにより、保持部８４５を予め設定された待機位置に配置する。続いて、接合装置１のヘッド駆動部１４４が、図１０Ｂの矢印ＡＲ１１に示すように、ヘッド１４２を鉛直下方へ移動させることにより、ヘッド１４２を支持部材１４６１により支持された基板Ｗ２に当接させてから基板Ｗ２をヘッド１４２に保持させる。ここで、ロードロック部８３は、矢印ＡＲ４２に示すように、カセット８３６１を、その基板Ｗ１を保持するスロットＳＬＴ１の下側に第２搬送装置８４の保持部８４５の挿入が可能となる位置へ移動させる。
その後、ヘッド駆動部１４４は、図１１Ａの矢印ＡＲ１２に示すようにヘッド１４２を上昇させる。このとき、支持部材駆動部１４６２は、矢印ＡＲ５２に示すように、支持部材１４６１を下降させる。次に、ゲート駆動部８３４は、待機チャンバ８３の接合装置１側のゲート８３３ｂを再び開放する。続いて、第２搬送装置８４は、矢印ＡＲ３４に示すように、支持棒８４１をロードロック部８３側へ移動させることにより保持部８４５をカセット８３６１における基板Ｗ１を保持するスロットＳＬＴ１の下側に挿入する。次に、ロードロック部８３の昇降駆動部８３６２が、矢印ＡＲ４３に示すように、カセット８３６１を鉛直下方へ移動させることにより、基板Ｗ１がカセット８３６１から保持部８４５に移載される。
続いて、第２搬送装置８４は、図１１Ｂの矢印ＡＲ３５に示すように、支持棒８４１をロードロック部８３から遠ざかる方向へ移動させることにより、保持部８４５を接合装置１のチャンバ１２０内に配置する。その後、ゲート駆動部８３４が、ゲート８３３ｂを閉じる。次に、支持機構１４６の支持部材駆動部１４６２が、矢印ＡＲ５３に示すように、支持部材１４６１を上昇させることにより、基板Ｗ１を持ち上げる。そして、第２搬送装置８４が、基板Ｗ１が支持部材１４６１により持ち上げられた状態で、図１２Ａの矢印ＡＲ３６に示すように、支持棒８４１をロードロック部８３から遠ざかる方向へ移動させることにより、保持部８４５を予め設定された待機位置に配置する。次に、支持機構１４６の支持部材駆動部１４６２が、矢印ＡＲ５４に示すように、支持部材１４６１を下降させることにより、基板Ｗ１をステージ１４１上に載置された後、ステージ１４１が基板Ｗ１に保持された状態となる。
図８に戻って、次に、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程が行う（ステップＳ１０６）。ここで、減圧雰囲気とは、例えばチャンバ１２０内の気圧が１０－６Ｐａ以下の状態である。また、基板加熱部１４１１、１４２１は、それぞれ、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６０℃よりも高い温度にまで加熱する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水を主成分とする異物が除去される。
続いて、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う（ステップＳ１０７）。ここでは、接合装置１が、図５の矢印ＡＲ２１に示すように、粒子ビーム源１６１、１６２から放射される粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ照射することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して活性化処理を行う。なお、熱処理工程の後、活性化処理工程の前に、基板Ｗ１、Ｗ２の温度を６０℃以下の温度に冷却する冷却工程を行ってもよい。
図８に戻って、その後、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合工程を行う（ステップＳ１０８）。ここでは、接合装置１のヘッド駆動部１４４が、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。続いて、ヘッド駆動部１４４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。このように、ヘッド駆動部１４４が、活性化処理工程の後にアライメント動作を実行することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の位置ずれを低減することができる。その後、ヘッド駆動部１４４は、図１２Ｂの矢印ＡＲ１２に示すように、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。次に、ヘッド駆動部１４４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。続いて、ヘッド駆動部１４４は、ヘッド１４２による基板Ｗ２の保持が解除された後、図１３Ａの矢印ＡＲ１３に示すようにヘッド１４２を上昇させる。このとき、支持機構１４６の支持部材駆動部１４６２が、矢印ＡＲ５５に示すように、支持部材１４６１を上昇させることにより、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を持ち上げる。また、ロードロック部８３は、矢印ＡＲ４４に示すように、カセット８３６１を、その最上段から２段目、即ち、中央のスロットＳＬＴ２の上側に第２搬送装置８４の保持部８４５の挿入が可能となる位置へ移動させる。
図７に戻って、次に、第２搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ１０９）。ここでは、まず、第２搬送装置８４が、図１３Ａの矢印ＡＲ３７に示すように、支持棒８４１を待機位置からロードロック部８３に近づく方向へ移動させることにより、保持部８４５をチャンバ１２０内における基板Ｗ１、Ｗ２の下方に配置する。次に、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１における接合装置１側のゲート８３３ｂを開放する。続いて、支持機構１４６の支持部材駆動部１４６２が、図１３Ｂの矢印ＡＲ５６に示すように、支持部材１４６１を下降させることにより、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を保持部８４５に移載する。その後、第２搬送装置８４が、矢印ＡＲ３８に示すように、支持棒８４１を待機位置からロードロック部８３に近づく方向へ移動させることにより、保持部８４５を、カセット８３６１の中央のスロットＳＬＴ２の上側に挿入する。そして、ロードロック部８３の昇降駆動部８３６２が、矢印ＡＲ４５に示すように、カセット８３６１を予め設定された距離だけ上昇させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２が保持部８４５からカセット８３６１に移載される。その後、第２搬送装置８４は、支持棒８４１を待機位置まで移動させる。次に、ゲート駆動部８３４はゲート８３３ｂを閉じる。
図８に戻って、続いて、第１搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から取り出しポート８１３へ搬送する（ステップＳ１１０）。ここでは、まず、ロードロック部８３が、待機チャンバ８３１内を大気開放する。次に、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１における第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放するとともに、搬送ロボット８２１が、アーム８２１ａの先端部をロードロック部８３側に向けた状態でアーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が、待機チャンバ８３１内のステージから搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部へ移載される。次に、搬送ロボット８２１が、アーム８２１ａを収縮させることにより互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を待機チャンバ８３１から取り出した後、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、ゲート８３３ａを閉じる。続いて、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａの先端部が取り出しポート８１３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、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａ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。
なお、前述の接合方法を行う前に、チャンバ１２０内を減圧した状態で、チャンバ１２０を加熱する工程、即ち、チャンバ１２０をベーキングする工程の後、カバー加熱部１２３Ａ、１２３Ｂによりカバー１２２Ａ、１２２Ｂを加熱するカバー加熱工程を行ってもよい。或いは、基板Ｗ１、Ｗ２が未だチャンバ１２０内に配置されていない前述の活性化処理工程を行う前に、チャンバ１２０内を減圧した状態でカバーを加熱するカバー加熱工程を行ってもよい。
次に、本実施の形態に係る接合システムにより２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合してなる１０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。各試料について、活性化処理工程における粒子ビーム源１６１、１６２それぞれへアルゴンガスの供給量は、５０ｓｃｃｍに設定した。また、粒子ビーム源１６１、１６２から基板Ｗ１、Ｗ２へ粒子ビームを照射する直前におけるチャンバ１２０内の真空度は、２×１０－６Ｐａに設定した。また、基板Ｗ１、Ｗ２を互いに接合する際、２つの基板Ｗ１、Ｗ２が互いに密着する方向へ２００００Ｎの圧力を加えながら６０ｓｅｃ維持した。また、基板Ｗ１、Ｗ２としては、いずれもＳｉ基板を採用した。
１０種類の試料のうちの試料１乃至試料７それぞれについて、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前のこれらのステージ（ヘッド）温度と、ロードロック部８３から接合装置１のステージ１４１へ搬送された直後のステージ温度と、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させる前の離間した状態での接触前温度と、基板Ｗ１、Ｗ２を接触させた後の接触後温度と、を纏めたものを以下の表１に示す。なお、試料１乃至７については、ロードロック部８３から接合装置１のステージ１４１およびヘッド１４２へ基板Ｗ１、Ｗ２が搬送された後、活性化処理工程を含む接合工程を行うまでの間の放置時間は、いずれも３０ｓｅｃとした。また、試料１，２については、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前の状態でステージ１４１およびヘッド１４２を３００℃まで加熱した後、それぞれ、２５℃、１５０℃まで冷却し、その後、ロードロック部８３から接合装置１へ基板Ｗ１、Ｗ２を搬送した。更に、試料７については、活性化処理後、接触工程が完了した後、互いに接触した基板Ｗ１、Ｗ２を１５０℃まで加熱した。また、試料３については、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された後、対向した基板が離間した状態でステージ１４１およびヘッド１４２の温度を１５０℃まで上昇させた後、活性化処理を行い、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させ、接合した。
また、１０種類の試料のうちの試料６および８それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２がロードロック部８３から接合装置１へ搬送された後、接合工程を行うまでの間の放置時間を纏めたものを以下の表２に示す。なお、試料８について、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２がセットされる前のステージ１４１およびヘッド１４２の温度は、試料６と同様に８０℃とした。また、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度と基板Ｗ１、Ｗ２の接合時の温度とは、それぞれ、試料６と同様に８０℃とした。
更に、１０種類の試料のうちの試料９および試料１０それぞれについて、基板Ｗ１、Ｗ２を待機チャンバ８３１内へ搬送した後の熱処理の有無について纏めたものを以下の表３に示す。ここで、「熱処理有り」とは、ロードロック部８３において、基板加熱部８３５により１００℃で１０ｍｉｎ加熱を行ったことを示す。また、試料９および試料１０については、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された後、接合工程を行うまでの間の放置時間は、いずれも３０ｓｅｃとした。更に、試料９および試料１０について、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２がセットされる前のステージ１４１およびヘッド１４２の温度、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度、および、基板Ｗ１、Ｗ２の接合時の温度は、いずれも、２５℃とした。また、ロードロック部８３の待機チャンバ８３１内の真空度は、１０－２Ｐａに設定した。更に、接合装置１のステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前のこれらのステージ（ヘッド）温度、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度、前述の接触前温度および接触後温度は、いずれも常温、即ち、２５℃に設定した。
また、試料１乃至試料１０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１４Ａ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１４Ｂ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１４Ｂ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。
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。通常、２Ｊ／ｍ２を超えてバルク破壊するのが好ましい。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
試料１乃至試料１０についての基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度の評価結果を以下の表４に示す。なお、表４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１４Ｂ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１４Ｂ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は「バルク破壊」と記載している。なお、試料２、３、５、６、８、９それぞれに対応する「接合強度（表面エネルギ換算）」の欄内の括弧書き記載の数値は、剥離長さの平均値から式（１）を用いて算出された理論値であり、実際には存在しない値であるが参考のために記載している。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。
表４に示すように、試料２、３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、６箇所全てがバルク破壊強度に達していたのに対して、試料１、７の接合強度（表面エネルギ換算）は、いずれも２．５Ｊ／ｍ２未満であった。一方、試料３の結果から、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前のこれらの温度を常温、即ち、２５℃程度で維持した場合であっても、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度および接触前温度を１５０℃まで上昇させることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が大きく増加することが判った。これらの結果から、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前にこれらの温度を３００℃に上昇させてベーキングを行うことは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度向上に寄与しないことが判った。また、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させた後において、基板Ｗ１、Ｗ２を１５０℃まで加熱することも基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度向上に寄与しないことが判った。即ち、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度および基板Ｗ１、Ｗ２の接触前温度を上昇させることが基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の向上に寄与することが判った。つまり、活性化処理工程を行う直前に熱処理工程を行うことが基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高める上で重要であることが判った。
また、試料４の接合強度（表面エネルギ換算）は、２．５Ｊ／ｍ２未満であったのに対して、試料３、５、６の接合強度（表面エネルギ換算）は、いずれも２．５Ｊ／ｍ２以上であった。特に、試料３、５では、６箇所全てがバルク破壊強度に達していた。これらの結果から、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送された直後の温度、即ち、基板Ｗ１、Ｗ２の接合直前の温度および接合時の温度を６０℃よりも高い温度まで上昇させることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が増加し、特に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合直前の温度を１００℃以上の温度まで上昇させることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が大きく増加することが判った。
更に、試料６のバルク破壊強度に達した箇所が２箇所であったのに対して、試料８のバルク破壊強度に達した箇所が４箇所であった。この結果から、ステージ１４１およびヘッド１４２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持される前のこれらの温度、即ち、基板Ｗ１、Ｗ２の接合直前の温度が８０℃である場合、基板Ｗ１、Ｗ２がロードロック部８３から接合装置１へ搬送された後、接合工程を行うまでの間の放置時間を長くすると、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上することが判った。
また、試料１０の接合強度（表面エネルギ換算）が、２．５Ｊ／ｍ２未満であるのに対して、試料９の接合強度（表面エネルギ換算）は、２．５Ｊ／ｍ２以上であり、２箇所においてバルク破壊強度に達していた。このことから、ロードロック部８３において基板Ｗ１、Ｗ２を加熱することも基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の向上に寄与することが判った。また、熱処理工程における気圧は、１０－２Ｐａ以下であれば良いことも判った。なお、試料９の接合強度は、試料５の接合強度に比べれば低い。このことから、熱処理工程における気圧は、１０－５Ｐａ以下であることがより好ましいことが判った。基板Ｗ１、Ｗ２の表面に付着した水分子を主成分とする不純物がより多く除去され、再付着が防がれたことが反映されていると考えられる。１０－２Ｐａ程度では１０－５Ｐａ以下に比べて雰囲気中に水分や不純物が含まれているためも起因していると考えられる。
ところで、本活性化処理により直接接合を行う原理としてはＡｒ粒子ビームにより表面の不純物が除去され、かつ、分子結合が外されることで結合手となるダングリングボンドが露出され、他の不純物となる分子が浮遊していない環境であれば他方の基板のダングリングボンド同士を常温で直接接合ができることである。よって、不純物が浮遊する真空度ではダングリングボンドが不純物により終端されてしまい、接合できなくなる訳である。
また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合強度（表面エネルギ換算）は、活性化処理工程におけるチャンバ１２０内の気圧に対して、例えば図１５に示すような依存性を示す。図１５に示す結果は、基板Ｗ１、Ｗ２がいずれもＳｉ基板である場合の結果である。図１５に示す結果から、活性化処理工程におけるチャンバ１２０内の気圧は、１０－５Ｐａ以下から強度が急速に上がっていく。なお、チャンバ１２０内を１０－５Ｐａ以下にするためには、チャンバ１２０の周壁にヒータジャケット（図示せず）を巻回してチャンバ１２０内を１５０℃で２４時間程度の間熱処理（ベーキング）することでチャンバ１２０内の水分を主体として不純物を除去することで達成される。この図１５に示すような結果が得られたのは、チャンバ１２０内の気圧が１０－５Ｐａ以下であれば、チャンバ１２０内に浮遊する水分を主成分とする不純物が熱処理工程において除去され、基板Ｗ１、Ｗ２に付着することなく、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上したことを示していると考えられる。但し、基板Ｗ１、Ｗ２そのものは大気から搬入しているので表面には水分を主体とした不純物が付着しており、除去して接合することが好ましい。このことからも基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する前に、基板Ｗ１、Ｗ２そのものも同様に熱処理をかけることで水分を主体とした不純物を除去できるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度がより向上している理屈が理解できる。
また、試料１乃至１０では、基板Ｗ１、Ｗ２としてＳｉ基板を採用したが、基板Ｗ１、Ｗ２が、例えば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（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板、ダイヤモンド基板等が採用されてもよい。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の金属から形成された電極が設けられた各種基板であっても、前述のように熱処理工程において基板Ｗ１、Ｗ２の表面に付着した水分子を主成分とする不純物が除去される効果が得られるものと考えられる。
また、線膨張係数の違う材料から形成された基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した場合についても評価した。基板Ｗ１として、Ｓｉ基板、基板Ｗ２として、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）を採用して、前述の接合方法を行った。ここで、基板Ｗ１，Ｗ２を１００℃で熱処理した後、基板Ｗ１、Ｗ２の温度を１００℃で維持した状態で基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合すると、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）は、１．０Ｊ／ｍ２であった。一方、基板Ｗ１，Ｗ２を１００℃で熱処理した後、基板Ｗ１、Ｗ２の温度を６０℃まで冷却してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合すると、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）は、１．６Ｊ／ｍ２に上昇した。即ち、基板Ｗ１、Ｗ２の温度が、熱処理後、熱処理時の温度よりも低い温度にまで低下してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した方が基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上した。これは、基板Ｗ１、Ｗ２が熱処理時における比較的高い温度で維持された状態で基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合すると、基板Ｗ１、Ｗ２での線膨張係数の差に起因して、基板Ｗ１、Ｗ２の熱膨張による膨張度合に差が生じてしまい、基板Ｗ１、Ｗ２に対して基板Ｗ１が基板Ｗ２から剥がれる方向へ力が加わり、基板Ｗ１、Ｗ２の反りまたは割れが生じ、それのみならず、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が低下してしまっていることを示していると考えられる。よって、線膨張係数が異なる材料からなる２つの基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する場合、熱処理工程の後、基板Ｗ１、Ｗ２を冷却してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合するのが好ましい。
また、洗浄装置３において水洗浄を行い、スピンドライ法により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水を除去した後、直ぐにロードロック部８３へ搬入し、その後、熱処理工程を行わずに基板Ｗ１、Ｗ２を接合した。この場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）は、０．５Ｊ／ｍ２以下であった。これに対して、洗浄装置３において水洗浄を行い、スピンドライ法により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水を除去した後、ロードロック部８３へ搬入し、ロードロック部８３または接合装置１において１００℃で３０ｓｅｃ維持する熱処理工程を行った場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）は、２．５Ｊ／ｍ２よりも大きくなった。即ち、接合処理前に水洗浄を行っても基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させることができた。これは、洗浄装置３における水洗浄後スピンドライ法により水を除去するが、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理工程を行わない場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に水分子が薄い層として残っており、これに起因して基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が水洗浄を行わなかった場合の基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度に比べて低下したと考えられる。一方、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理工程を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に残っていた水が略全て除去されることで基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上したと考えられる。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に水が残った場合、基板Ｗ１、Ｗを真空雰囲気に放置するだけでは基板Ｗ１、Ｗ２に残った水が完全には無くならないことがこの結果からも分かる。真空雰囲気においても基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に水が残っており、この水を完全に飛ばすには真空雰囲気で基板Ｗ１、Ｗ２を加熱することが有効であることがこの結果から判る。
更に、基板Ｗ１、Ｗ２としてＳｉ基板を用いて、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に粒子ビームを照射してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合したときの接合強度の経時的な変化について、前述の熱処理工程を行った場合と熱処理工程を行わなかった場合とで比較した。なお、粒子ビームの照射は、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度をある程度低下させて基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の経時的な変化を確認し易くするために照射回数を低減した。この結果、熱処理工程を行った場合の基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度は、熱処理工程を行わなかった場合のそれに比べて約２倍以上になった。
以上説明したように、本実施の形態に係る接合システムでは、接合装置１において、２つの基板Ｗ１、Ｗ２が離間した状態で、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化す活性化処理工程を行う。その後、接合装置１は、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合する。これにより、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を６０℃よりも高い温度に加熱することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に存在する水或いは不純物が気化して除去されるので、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面が活性化処理により活性化され易くなる。従って、活性化処理後の２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合したときの２つの基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。
基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した不純物を除去する方法として、粒子ビームを照射することにより除去することが考えられる。この場合、粒子ビーム源１６１、１６２の電極１６０２と放電室１６０１の周壁との間に引加する直流電圧を１ｋＶ、電極１６０２と放電室１６０１の周壁との間を流れる電流値を１００ｍＡ、放電室１６０１に導入するＡｒガス流量を５０ｓｃｃｍに設定して粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ照射し続ける。しかしながら、この方法の場合、不純物を除去するために余分に粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射する必要があり、その分、粒子ビームの照射時間が長くなってしまう。例えば基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に数ｎｍ程度の厚さの不純物が付着している場合、粒子ビームを照射する時間が５ｍｉｎ程度長くなってしまう。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した不純物は、その厚さ或いは付着強度にばらつきがあるため、不純物を除去するのに必要な粒子ビームの照射時間を設定するのが難しい。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に必要以上に粒子ビームを照射してしまう場合があり、この場合、基板Ｗ１、Ｗ２が粒子ビームにより削られてしまい、接合面の平坦性が損なわれてしまい、その結果、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が低下してしまう。
これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、活性化処理前に２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を６０℃よりも高い温度に加熱することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に存在する不純物が除去する。これにより、活性化処理において、粒子ビームを２乃至３ｍｉｎ程度照射するだけで、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面が１ｎｍ程度、即ち、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に露出する１原子層に相当する厚さだけエッチングされ、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の平坦性を維持しつつ、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合を高めるために必要なダングリングボンドを露出させることができる。このため、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。
基板Ｗ１、Ｗ２は大気中から投入されるため基板Ｗ１、Ｗ２の接合面には水分や不純物が付着している。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の表面には、水分子を主成分とする不純物が付着していると考えられる。これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、活性化処理前に基板Ｗ１、Ｗ２を加熱するので、基板Ｗ１、Ｗ２に水分子を主成分とする不純物が付着している場合、これらを効果的に除去することができる。特に、水は減圧雰囲気下においては結晶化しているため、基板Ｗ１、Ｗ２を加熱することにより気化（昇華）して容易に除去することができる。実験結果からも１００℃近辺で除去されていることから水分を主とした不純物であると考えられる。つまり、水分子を主成分とする不純物は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を荒らす可能性のある粒子ビームの照射等のエッチングによる除去方法よりも、減圧雰囲気での加熱による除去のほうが好ましい。
また、従来の接合方法では、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合を行う直前に水による洗浄を行うと、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の低下を招く虞があるため、洗浄を行うことが難しかった。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着したパーティクルに起因したボイドの発生を避けるのが難しかった。これに対して、本実施の形態に係る接合システムでは、洗浄装置３において洗浄を行った後、接合装置１に投入される。洗浄装置３での洗浄において水分子が基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に多く付着することになるが、接合装置１において熱処理工程を行うことで除去できる。従って、水により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面からパーティクルを除去する洗浄工程を、接合工程を行う前に行うことができるので、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２に生じるボイドの抑制の観点からも好ましい。
また、本実施の形態に係る活性化処理工程では、基板Ｗ１全体に確実に粒子ビームを照射するために、粒子ビーム源１６１、１６２から放射される粒子ビームが、粒子ビーム源１６１、１６２の移動方向における基板Ｗ１、Ｗ２の両端縁の外側のカバー１２２Ａ、１２２Ｂ部分を含む領域に照射される。また、粒子ビーム源１６１、１６２は、長尺の放電室１６０１の長手方向における両端部における粒子ビームの強度が大きく低下する傾向にある。そこで、粒子ビーム源１６１、１６２の長さは、図６に示すうに、基板Ｗ１、Ｗ２における粒子ビーム源１６１、１６２の長手方向の長さよりも長く設定されている。このため、粒子ビーム源１６１、１６２から放射される粒子ビームが、粒子ビーム源１６１、１６２の長手方向における基板Ｗ１、Ｗ２の両端縁の外側のカバー１２２Ａ、１２２Ｂ部分を含む領域に照射される。従って、カバー１２２Ａ、１２２Ｂの表面に不純物が付着していると、活性化処理工程を行う際、カバー１２２Ａ、１２２Ｂに照射される粒子ビームによりカバー１２２Ａ、１２２Ｂ表面に付着した不純物がはじき飛ばされて基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着してしまう虞がある。
これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、活性化処理工程を行う前にカバー１２２Ａ、１２２Ｂを加熱することにより、カバー１２２Ａ、１２２Ｂ表面に付着した不純物を除去する。これにより、活性化処理工程中にカバー１２２Ａ、１２２Ｂ表面に付着した不純物が粒子ビームによりはじき飛ばされることに起因した基板Ｗ１、Ｗ２接合面への不純物の付着を抑制することができる。
更に、本実施の形態に係る接合方法では、ロードロック部８３において熱処理工程を行った後、更に、活性化処理工程の直前にも熱処理工程を行う。これにより、ロードロック部８３で予め水分を主成分とする不純物がある程度除去された後、接合装置１内での熱処理工程で更に水分を主成分とする不純物の除去を行うことになるため、接合装置１内での熱処理工程に要する時間を短縮することができる。従って、接合装置１において基板Ｗ１、Ｗ２に対して行う処理全体に要する時間を短縮することができるので、その分、処理効率を高めることができる。
ところで、ロードロック部８３においてのみ熱処理工程を行い、接合装置１において熱処理工程を行わない場合、接合装置１において熱処理工程を行った場合に比べて基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が低下してしまう。従って、ロードロック部８３において熱処理工程を行った後、更に、接合装置１においても熱処理工程を行うのが好ましい。また、基板Ｗ１、Ｗ２は、大気中からロードロック部８３内へ搬送されるため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面には水分を主成分とした不純物が付着している。このため、ロードロック部８３において、１０－２Ｐａの減圧雰囲気で一次的に熱処理工程を行い、その後、接合装置１において、更に、１０－５Ｐａの減圧雰囲気で熱処理工程を行うことが好ましい。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した不純物を略完全に除去することができるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させることができる。また、試料８ではロードロック部８３において１０ｍｉｎ間の熱処理を施したが、本実施の形態に係る接合システムの１サイクルは約１５ｍｉｎである。このように、本実施の形態に係る接合システムでは、ロードロック部８３での１０ｍｉｎ間の熱処理を、１サイクルのサイクルタイムを低下させることなく行える。
ここで、基板Ｗ１，Ｗ２同士の接合強度の評価を行う環境に含まれる水分の基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度への影響を調べるために、ＳｉＮから形成された基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を、大気中、Ｎ２雰囲気中および真空中（１×１０－３Ｐａ）で、前述のクラックアンドオープニング法を用いて評価した結果について説明する。ここで、Ｎ２雰囲気中では大気中に比べて少ないが水分が含まれており、環境中の水分量をより低下させるために１×１０－３Ｐａの真空中とした。大気中では、接合強度が１．１Ｊ／ｍ２であったのに対して、Ｎ２雰囲気中では１．５Ｊ／ｍ２、真空中では２．５Ｊ／ｍ２以上となった。これは、接合強度の評価を行う環境に水分が含まれると、その水分が基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に拡散することにより接合界面の応力腐食が進展し接合強度が低下していることを示していると考えられる。このことから、前述の熱処理を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水分を除去することで、接合界面に存在する水分の影響を受けやすい領域の応力腐食が抑制され、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上すると考えられる。但し、これは、前述の熱処理による接合強度向上効果の要因の一例を示すものであり、接合強度向上効果は、この要因に限定されるものではない。
（実施の形態２）
本実施の形態に係る接合システムは、基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる親水化接合する点で実施の形態１と相違する。本実施の形態に係る接合システムは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化する活性化処理工程を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を水洗浄する水洗浄工程を行う。
本実施の形態に係る接合システムの構成は、実施の形態１で説明した接合システムと同様である。以下、実施の形態１と同様の構成については図１乃至図３に示す符号と同様の符号を用いて説明する。なお、接合装置１のチャンバ１２０内の気圧は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内に設定することができる。
次に、本実施の形態に係る接合システムが基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる親水化接合する親水化接合方法について、図１６を参照しながら説明する。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２は、図１に示す導入ポート８１１、８１２に接合面が鉛直上方となる姿勢で配置されているものとする。なお、導入ポート８１１には、例えば接合装置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。まず、第１搬送装置８２が、導入ポート８１１、８１２に配置されている基板Ｗ２を取り出してロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２０１）。ここで、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を導入ポート８１１、８１２から取り出す。そして、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１の第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放すると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部がロードロック部８３側を向くように旋回する。このとき、搬送ロボット８２１は、導入ポート８１２から基板Ｗ２を取り出した場合、基板Ｗ２の接合面側が鉛直下方を向く姿勢となるようにアーム８２１ａ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基板Ｗ２を保持した状態で旋回する。一方、搬送ロボット８２１は、導入ポート８１１から基板Ｗ１を取り出した場合、基板Ｗ２の姿勢をその接合面側が鉛直上方を向いた姿勢で維持した状態で旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部から待機チャンバ８３１内に配置された基板保持機構８３６のカセット８３６１へ移載される。次に、搬送ロボット８２１は、基板保持機構８３６のカセット８３６１への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。そして、ゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１のゲート８３３ａを閉じる。
その後、第２搬送装置８４が、基板保持機構８３６のカセット８３６１に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０２における動作は、実施の形態で説明したステップＳ１０５における動作と同様である。
次に、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０３における動作は、実施の形態で説明したステップＳ１０７における動作と同様である。
続いて、第２搬送装置８４が、基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２０４）。ここで、第２搬送装置８４は、例えば、基板Ｗ１、Ｗ２を、それぞれ、カセット８３６１の最下段のスロットＳＬＴ１と最上段のスロットＳＬＴ３とに移載する。その後、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３へ搬送する（ステップＳ２０５）。ここで、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が待機チャンバ８３１の第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放すると、搬送ロボット８２１が、待機チャンバ８３１内のカセット８３６１から基板Ｗ１、Ｗ２を取り出す。そして、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、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が洗浄装置３側を向くように旋回する。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部から洗浄装置３のステージへ移載される。
続いて、洗浄装置３が、基板Ｗ１、Ｗ２を水洗浄する水洗浄工程を実行する（ステップＳ２０６）。この水洗浄工程が、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を親水化する親水化処理工程に相当する。そして、洗浄装置３が、水を使用して親水化する親水化処理装置に相当する。その後、第１搬送装置８２が、水洗浄工程が完了した基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２０７）。次に、減圧雰囲気の待機チャンバ８３１内において、２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程を行う（ステップＳ２０８）。続いて、第２搬送装置８４が、基板保持機構８３６のカセット８３６１に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送する（ステップＳ２０９）。続いて、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程が行う（ステップＳ２１０）。ここで、チャンバ１２０内は空気の巻き込みボイドを削減すべく１００００Ｐａ以下の範囲内の減圧下で維持されているので、この熱処理工程を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した余分な水分子のみが除去され、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合に寄与するＯＨ基のみが多く存在する状態となる。但し、チャンバ１２０内を大気開放された状態から真空引きして１００００Ｐａの減圧状態にした場合、チャンバ１２０内には水分が多く含まれているため、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理により十分に水分子を除去することができない。そのため、チャンバ１２０内の真空度は、１０００Ｐａ以下とすることが好ましく、１Ｐａ以下とすることがより好ましく、１０－２Ｐａ以下とすることがより好ましい。また、本実施の形態のように、ロードロック部８３を設けて、接合装置１のチャンバ１２０内に水分を含まない窒素のような気体を導入することによりチャンバ１２０内を１００００Ｐａ以下に減圧することが好ましい。なお、ステップＳ２０７乃至Ｓ２１０における動作は、それぞれ、実施の形態で説明したステップＳ１０３乃至Ｓ１０６における動作と同様である。その後、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合工程を行う（ステップＳ２１１）。
次に、第２搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２１２）。続いて、第１搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から取り出しポート８１３へ搬送する（ステップＳ２１３）。なお、ステップＳ２１２、Ｓ２１３における動作は、実施の形態で説明したステップＳ１０９、Ｓ１１０における動作と同様である。
ところで、従来の減圧下での親水化接合方法では、大気中での親水化接合方法を行った場合における基板Ｗ１、Ｗ２の間への空気の巻き込みに起因したボイドの発生が抑制できなかった。また、従来の親水化接合方法では、水洗浄工程においてボイドの発生の要因となるパーティクルは除去できるものの、余分な水が基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着してしまい、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した後に行うアニール処理においてマイクロボイド化してしまうこともあった。これに対して、本実施の形態に係る親水化接合方法では、基板Ｗ１、Ｗ２の間への空気の巻き込みを避けるために、チャンバ１２０内の気圧を１０００Ｐａ以下にして基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。これにより、チャンバ１２０内での基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させる前に行う熱処理工程により、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着したマイクロボイドの原因となる余分な水を飛ばすことができる。また、基板Ｗ１、Ｗ２の接合時において、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に形成されたＯＨ基同士が直接接触するため、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した後に基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した余分な水を除去するためのアニール処理を行う工程における処理温度を低減したり処理時間を短縮したりすることができる。例えばアニール処理における処理温度を３５０℃から１５０℃に低減することができる。このため、基板Ｗ１、Ｗ２同士を比較的低温の状態且つ短時間で接合することが可能となる。また、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する前に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に十分な量のＯＨ基を生成するための活性化処理工程を行うことで、基板Ｗ１、Ｗ２の間に介在する水、不純物を略無くすことができ、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に形成されたＯＨ基同士が直接結合するため、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の増加も見込める。
ここで、本実施の形態に係る親水化接合方法において、接合工程を行う前に熱処理工程を行った場合と行わなかった場合とで互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２の外観並びに接合強度（表面エネルギ換算）の比較を行った結果について説明する。まず、接合工程を行う前に熱処理工程を行わなかった場合、図１７Ａに示すように、マイクロボイドの発生が確認された。そして、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）は、１．９ｍＪ／ｍ２であった。これに対して、本実施の形態に係る親水化接合方法のように熱処理工程を行った後活性化処理工程を行った場合、図１７Ｂに示すようにマイクロボイドの発生が確認されなくなった。そして、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度（表面エネルギ換算）も、２．５ｍＪ／ｍ２よりも大きくなった。このことから、接合工程を行う前に熱処理工程を行うことにより、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面におけるマイクロボイドの発生を抑制され、これに伴い基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が高まることが判った。
また、本実施の形態に係る接合方法についても、線膨張係数の違う材料から形成された基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した場合についても評価した。実施の形態１と同様に、基板Ｗ１として、Ｓｉ基板、基板Ｗ２として、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）を採用して、前述の接合方法を行った。その結果、実施の形態１と同様に、基板Ｗ１、Ｗ２の温度が、熱処理工程後、熱処理工程時の温度よりも低い温度にまで低下してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した方が基板Ｗ１、Ｗ２の反りまたは割れが生じなくなり、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度も向上した。
なお、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に余分な水分が残留している場合、その水分の拡散に起因した接合界面の応力腐食が生じ、熱処理による接合強度向上の効果が持続しない虞がある。このため、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水分を除去することで、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に余分な水分が残留しないようにすることが好ましい。これは親水化接合においても同様であり、接合前に余分な水分を熱処理により除去することで良好な結果が得られた。例えば、親水化処理工程の後、減圧雰囲気で、２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱した後、減圧雰囲気を維持した状態で、２つの被接合物を接合すればよい。
ところで、大気中で基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士の間に空気または余分な水が巻き込まれ、ボイドが発生する原因となる。これに対して、本実施の形態に係る親水化接合方法によれば、空気または水分が少ない減圧雰囲気で基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合するので、前述のようなボイドの発生が抑制される。また、本実施の形態に係る親水化接合方法によれば、接合工程を行う前に、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程が行う。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した余分な水分子を除去して、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合に寄与するＯＨ基のみが多く存在する状態とすることができる。従って、基板Ｗ１、Ｗ２同士を強固に接合することができる。
更に、本実施の形態に係る親水化接合方法によれば、ロードロック部８３を備える接合システムを用いて基板Ｗ１、Ｗ２同士の親水下接合を行う。このため、接合装置１のチャンバ１２０を大気開放する必要が無くなるので、その分、処理時間を短縮することができる。
以上、本発明の各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、接合システムが、例えば図１８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、接合装置１と、ロードロック部８３と、第２搬送装置８４と、活性化処理装置２００２と、制御部９と、を備えるものであってもよい。なお、図１８において、実施の形態と同様の構成については図１と同一の符号を付している。
活性化処理装置２００２は、基板Ｗ１、Ｗ２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２００２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１９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。なお、活性化処理装置２としては、例えばチャンバの上部でプラズマを発生させてイオントラップ板に形成された孔を通してプラズマに含まれるラジカルのみをダウンフローさせる方式のものであってもよい。また、プラズマ発生源としては、平行平板型のプラズマ発生源であってもよいし、マイクロ波を利用したプラズマ発生源であってもよい。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２００２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。また、ステージ２１０には、基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する基板加熱部２１０ａが設けられている。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２０１ｂと排気弁２０１ｃとを介して真空ポンプ２０１ａに接続されている。排気弁２０１ｃを開状態にして真空ポンプ２０１ａを作動させると、チャンバ２１２内の気体が、排気管２０１ｂ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。なお、チャンバ２１２内の気圧は、１０－２Ｐａ以下にすることができる。
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。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。
ここで、本変形例に係る接合システムが基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる親水化接合する親水化接合方法について、図２０を参照しながら説明する。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２は、図１に示す導入ポート８１１、８１２に接合面が鉛直上方となる姿勢で配置されているものとする。なお、導入ポート８１１には、例えば接合装置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。
まず、第１搬送装置８２が、導入ポート８１１、８１２に配置されている基板Ｗ２を取り出して活性化処理装置２００２へ搬送する（ステップＳ３０１）。ここで、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を導入ポート８１１、８１２から取り出す。そして、活性化処理装置２００２の導入口が開放されると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が活性化処理装置２００２側を向くように旋回する。このとき、搬送ロボット８２１は、導入ポート８１１、８１２から取り出した基板Ｗ１、Ｗ２をその接合面側が鉛直上方を向いた姿勢で維持した状態で旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部をチャンバ２１２内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部からチャンバ２１２内のステージ２１０へ移載される。次に、搬送ロボット８２１は、ステージ２１０への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。
次に、活性化処理装置２００２のチャンバ２１２内を減圧した後、基板加熱部２１０ａが、ステージ２１０に基板Ｗ１、Ｗ２が載置された状態で基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する。続いて、減圧雰囲気下において基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う（ステップＳ３０２）。ここで、減圧雰囲気とは、例えばチャンバ２１２内の気圧が１×１０－２Ｐａ以下の状態である。また、活性化処理装置２００２は、例えば図１６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２００２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２００２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２００２は、バイアス引加部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。
一方、活性化処理装置２００２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２００２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２００２は、供給弁６２２Ｂを閉じてＯ２ガス貯留部６２１Ｂからチャンバ６１２内へのＯ２ガスの供給を停止することにより、チャンバ６１２内のＯ２ガスを排気する。その後、活性化処理装置２００２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２００２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２００２は、バイアス引加部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。なお、活性化処理工程と同時、または、活性化処理工程の前に、活性化処理する基板Ｗ１、Ｗ２の周囲の活性化処理領域を含む形でチャンバ２１２内に配置されたカバー（図示せず）を加熱するカバー加熱工程を同時に行ってもよい。
その後、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３へ搬送する（ステップＳ３０３）。ここで、活性化処理装置２００２の導入口が開放されると、搬送ロボット８２１が、活性化処理装置２００２のチャンバ２１２内のステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２を取り出す。そして、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、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が洗浄装置３側を向くように旋回する。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部から洗浄装置３のステージへ移載される。
続いて、洗浄装置３が、基板Ｗ１、Ｗ２を水洗浄する水洗浄工程を実行する（ステップＳ３０４）。その後、第１搬送装置８２が、水洗浄工程が完了した基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ３０５）。ここで、搬送ロボット８２１は、洗浄装置３から基板Ｗ２を受け取った場合、基板Ｗ２の接合面側が鉛直下方を向く姿勢となるようにアーム８２１ａ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基板Ｗ２を保持した状態で旋回してからロードロック部８３へ搬送する。次に、減圧雰囲気の待機チャンバ８３１内において、２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程が行う（ステップＳ３０６）。続いて、第２搬送装置８４が、基板保持機構８３６のカセット８３６１に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から接合装置１へ搬送する（ステップＳ３０７）。その後、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの互いに接合される接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程が行う（ステップＳ３０８）。次に、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合工程を行う（ステップＳ３０９）。
その後、第２搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ３１０）。次に、第１搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から取り出しポート８１３へ搬送する（ステップＳ３１１）。なお、ステップＳ３１０、Ｓ３１１における動作は、実施の形態で説明したステップＳ１０９、Ｓ１１０における動作と同様である。
本構成によれば、基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる親水化接合する場合に工程数を低減することができるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合に要する時間を短縮することができる。
実施の形態では、活性化処理工程を行った後、接合工程において、ヘッド駆動部１４４が、基板Ｗ１、Ｗ２が互いに近接した状態で、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例について説明した。但し、これに限らず、例えばヘッド駆動部１４４が、活性化処理工程を行う前に、基板Ｗ１、Ｗ２のアライメント動作を実行するものであってもよい。この場合、活性化処理工程の直後に接合工程を行うことができるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士をそれらの接合面が活性化した状態で接合することができる。
実施の形態では、カバー１２２Ａ、１２２Ｂが、それぞれ、チャンバ１２０内におけるステージ１４１、ヘッド１４２の周囲に配置されている例について説明したが、これに限らず、例えばチャンバ１２０内におけるカバー１２２Ａまたはヘッド１４２の周囲のみに配置されていてもよい。
実施の形態に係る図８に示す接合方法において、ステップＳ１０４における熱処理工程またはステップＳ１０６における熱処理工程が省略されてもよい。なお、ステップＳ１０４では、１０－２Ｐａ程度の減圧雰囲気で熱処理を行うのに対して、ステップＳ１０６で行う熱処理は、１０－６Ｐａ程度の減圧雰囲気で熱処理を行う。ここで、図１５に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度は、１０－６Ｐａの減圧雰囲気下で大きく上昇することから、基板Ｗ１、Ｗ２同士を強固に接合する観点からすれば、ステップＳ１０６の熱処理工程を省略するよりもステップＳ１０４での熱処理工程省略するほうが好ましい。
図１６乃至図２０を用いて説明した前述の親水化接合方法の変形例において、ロードロック部８３が省略された構成であってもよい。前述の親水化接合方法の変形例では、接合装置１のチャンバ１２０内の気圧が１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内に設定すればよいため、チャンバ１２０内を大気開放した状態でチャンバ１２０内へ基板Ｗ１、Ｗ２を搬送する方法を採用しても処理時間が極端に長くなることはない。このため、前述の親水下接合方法の変形例では、ロードロック部８３を省略することができる。
実施の形態２では、活性化処理工程の後、水洗浄を行う水洗浄工程を行ってから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する例について説明したが、これに限らず、例えば、活性化処理工程において、ウェット処理を利用して基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を化学的に処理することにより、ＯＨ基を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に生成してから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合してもよい。或いは、活性化処理工程を省略して水洗浄工程のみを行った後、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合してもよい。
各実施の形態において、カバー１２２Ａ、１２２Ｂを熱処理する方法は、チャンバ１２０をベーキングする際に同時に行っても良いし、活性化処理工程を行う前に行う基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理工程を行う際に同時に行ってもよい。
各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。更に、実施の形態１において、粒子ビーム源１６１、１６２の代わりにプラズマ発生源を採用してもよい。
各実施の形態において、ロードロック部８３において熱処理工程を行わず、接合装置１内においてのみ熱処理工程を行うようにしてもよい。
また、各実施の形態において、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の少なくとも一方の接合面にＳｉ粒子を堆積させるＳｉ粒子堆積工程を行ってもよい。この場合、例えば、２つの粒子ビーム源１６１、１６２を用いて、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射するようにしてもよい。この場合、例えば図２１に示すように、Ｓｉから形成されたターゲット材ＴＡを粒子ビーム源１６１の側面に固定し、粒子ビーム源１６２が、矢印ＡＲ４１に示すように、粒子ビーム源１６１に固定されたターゲット材ＴＡに向けて粒子ビームを照射することによりターゲット材ＴＡをスパッタリングする。このとき、粒子ビーム源１６１に固定されたターゲット材ＴＡが粒子ビーム源１６２から入射する粒子ビームによりスパッタリングされ、矢印ＡＲ４２に示すように、ターゲット材ＴＡから基板Ｗ１の接合面へＳｉ粒子が照射される。ここで、ターゲット材ＴＡが固定された２つの粒子ビーム源１６１、１６２が、Ｓｉ粒子照射部に相当する。そして、２つの粒子ビーム源１６１、１６２を矢印ＡＲ４３に示すように移動させることにより、基板Ｗ１の接合面上にＳｉ層が形成される。また、例えば図２２に示すように、Ｓｉから形成されたターゲット材ＴＡを粒子ビーム源１６２の側面に固定し、粒子ビーム源１６１が、矢印ＡＲ４４に示すように、粒子ビーム源１６２に固定されたターゲット材ＴＡに向けて粒子ビームを照射することによりターゲット材ＴＡをスパッタリングする。このとき、粒子ビーム源１６２に固定されたターゲット材ＴＡが粒子ビーム源１６１から入射する粒子ビームによりスパッタリングされ、矢印ＡＲ４５に示すように、ターゲット材ＴＡから基板Ｗ２の接合面へＳｉ粒子が照射される。そして、２つの粒子ビーム源１６１、１６２を矢印ＡＲ４４に示すように移動させることにより、基板Ｗ２の接合面上にＳｉ層が形成される。なお、基板Ｗ１、Ｗ２上にＳｉ層を形成した後、Ｓｉ層に粒子ビームを照射することにより、Ｓｉ層をエッチングするようにしてもよい。
基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉＯ２から形成されている場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対してＳｉ層を形成した後に基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が更に向上した。ところで、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２上に堆積させることによるＳｉ層の形成とＡｒを含む粒子ビームを照射することによるＳｉ層のエッチングとを同時に行う場合、Ｓｉ粒子の堆積量とＳｉ層のエッチング量とのバランスを調整することが難しい。これに対して、基板Ｗ１、Ｗ２上にＳｉ層を形成した後、Ｓｉ層に粒子ビームを照射することにより、Ｓｉ層をエッチングする方法では、粒子ビーム源１６１によるターゲットＴＡのスパッタリング時間と基板Ｗ１、Ｗ２に粒子ビームを照射する時間とを制御することにより、前述のようにスパッタリングにより形成されるＳｉ層の厚さと、粒子ビームによるエッチング量とのバランスを適切に調整すれば、最適な厚さのＳｉ層或いはＳｉから形成されたアイランド状の領域を形成することができる。例えば、基板Ｗ１、Ｗ２上に電極が露出している構造であっても、最適な厚さのＳｉ層或いはＳｉから形成されたアイランド状の領域を形成することにより、電極同士が導通せず且つ基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を高めることができる。
ところで、実施の形態１において図１５を用いて説明したように、基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉ基板である場合において、チャンバ１２０内に浮遊する水分を主成分とする不純物が真空度を上げることにより除去されることで急激に強度が向上する。この結果に基づいて、本変形例では、特に基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉ以外の材料から形成されている場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を照射してＳｉ層を形成することにより、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行う接合方法により接合された基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させることができた。
ここで、基板Ｗ１、Ｗ２が、ＳｉＯ２から形成されている場合について、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ層が形成されている場合とＳｉ層が存在しない場合とで基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合したときの接合強度を比較した結果について説明する。ここでは、４つの試料１１乃至１４を作製してそれらの接合強度を評価した。なお、試料１１乃至１４は、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の経時的な変化を確認し易くするために、実施の形態で説明した条件に比べて接合強度が低下する条件で作製されたものである。試料１１は、図２２に示す姿勢に設定された２つの粒子ビーム源１６１、１６２を基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの上で複数回走査させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ層を形成した後、粒子ビーム源１６１、１６２を基板Ｗ１、Ｗ２へ粒子ビームを照射する姿勢にして基板Ｗ１、Ｗ２上で１回走査させることにより作製した。試料１２は、試料１１と同様の処理を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２に対して１５０℃で１０ｍｉｎ維持する熱処理を行った。また、試料１３は、図２２に示す姿勢に設定された２つの粒子ビーム源１６１、１６２を基板Ｗ１、Ｗ２上で複数回走査させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ層を形成した後、粒子ビーム源１６１、１６２を基板Ｗ１、Ｗ２へ粒子ビームを照射する姿勢にして基板Ｗ１、Ｗ２上で複数回走査させることにより作製した。試料１４は、試料１３と同様の処理を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２に対して１５０℃で１０ｍｉｎ維持する熱処理を行った。ここで、試料１１、１２のＳｉ層は、試料１３、１４のＳｉ層に比べて薄い。具体的には、試料１１、１２のＳｉ層は３ｎｍ未満であり、試料１３、１４のＳｉ層は３ｎｍ以上である。
試料１１乃至試料１４について、実施の形態１で説明したクラックアンドオープニング法を用いて、基板Ｗ１，Ｗ２同士の接合直後の接合強度と、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合後１週間乃至４週間経過後の接合強度と、を評価した。その結果、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合直後では、試料１２の接合強度（０．４８ｍＪ／ｍ２）は試料１１の接合強度（０．２５ｍＪ／ｍ２）に比べて大きく、試料１４の接合強度（１．１ｍＪ／ｍ２）は試料１３の接合強度（０．７ｍＪ／ｍ２）に比べて大きかった。但し、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合後１週間乃至４週間経過後では、試料１１、１２の接合強度が、０．５ｍＪ／ｍ２程度で略等しい。一方、試料１４の接合強度（１．４９ｍＪ／ｍ２）は、試料１３の接合強度（１．１５ｍＪ／ｍ２）よりも大きくなった。このことから、Ｓｉ層が比較的薄い場合、熱処理による基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度向上の効果が持続せず、Ｓｉ層がある程度厚くなると、熱処理による基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度向上の効果が持続することが判る。これは、試料１１、１２の場合、Ｓｉ層が比較的薄いため基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分により基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面にＳｉＯ２領域が形成され易くなっている。そして、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分が前述のＳｉＯ２領域を介して経時的に拡散することにより接合界面の応力腐食が進展し、熱処理による基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度向上の効果が、応力腐食による接合強度の低下により相殺されたと考えられる。一方、試料１３、１４の場合、Ｓｉ層が比較的厚いため基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面ではＳｉ－Ｓｉの結合が支配的であるため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面にＳｉＯ２領域が形成されにくい。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分の拡散が抑制され、これに起因した接合界面の応力腐食が抑制され、その結果、熱処理による基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度向上の効果が持続されると考えられる。言い換えると、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面においてＳｉＯ２領域が支配的である場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分の拡散に起因した接合界面の応力腐食が生じ、熱処理による接合強度向上の効果が持続しないと言える。なお、基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉＮから形成されている場合も同様な結果が得られた。このことから、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面においてＳｉＮが支配的である場合も、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分の拡散に起因した接合界面の応力腐食が生じ、熱処理による接合強度向上の効果が持続しないと言える。つまり、親水化接合では接合界面にＳｉＯ２領域のような酸化物或いは窒化物のような水分の影響を受け易い領域が支配的であると、接合界面に残留する水分の拡散に起因した経時的な応力腐食が生じて、基板Ｗ１，Ｗ２同士の接合の強度が低下してしまう。これに対して、前述の熱処理を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残留する水分が低減することで、接合界面に存在する水分の影響を受けやすい領域の応力腐食が抑制され、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上するという原理が前述の試料１１乃至１４の評価結果から導き出すことができる。但し、この評価結果は、前述の熱処理による接合強度向上効果の要因の一例を示すものであり、接合強度向上効果は、この要因に限定されるものではない。
また、基板Ｗ１、Ｗ２が、サファイア基板である場合について、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に炭素を含む粒子ビームを照射した場合とＳｉ粒子を含む粒子ビームを照射した場合とで基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合したときの接合強度を比較した結果について説明する。ここでは、４つの試料１５乃至１８を作製してそれらの接合強度を評価した。なお、試料１５乃至１８は、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の経時的な変化を確認し易くするために、実施の形態で説明した条件に比べて接合強度が低下する条件で作製されたものである。試料１５は、粒子ビーム源１６１、１６２から基板Ｗ１、Ｗ２へ炭素を含む粒子ビームを照射する活性化処理工程を行うことにより作製した。試料１６は、試料１５と同様の処理を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２に対して１１０℃で１０ｍｉｎ維持する熱処理を行った。また、試料１７は、粒子ビーム源１６１、１６２から基板Ｗ１、Ｗ２へＳｉ粒子を含む粒子ビームを照射する活性化処理工程を行うことにより作製した。試料１８は、試料１７と同様の処理を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２に対して１１０℃で１０ｍｉｎ維持する熱処理を行った。
試料１５乃至１８について、前述のクラックアンドオープニング法を用いて、基板Ｗ１，Ｗ２同士の接合直後の接合強度と、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合後１週間乃至４週間経過後の接合強度と、を評価した。その結果、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合直後では、試料１６の接合強度（２．４ｍＪ／ｍ２）は試料１５の接合強度（２．０ｍＪ／ｍ２）に比べて大きく、試料１８の接合強度は、１．８ｍＪ／ｍ２であった。但し、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合後１週間乃至４週間経過後では、試料１５、１６の接合強度は、０．９ｍＪ／ｍ２まで低下して略等しくなった。また、試料１７、１８の接合強度も、０．６乃至０．７ｍＪ／ｍ２まで低下して略等しくなった。このことから、基板Ｗ１、Ｗ２がサファイア基板の場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合界面に残存する水分の接合強度への影響は少ないと考えられる。
以上の結果から、本変形例に係るＳｉ粒子堆積工程を含む接合方法は、基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉＯ２から形成されている場合に有効である。
なお、本変形例において、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を照射する方法としては、前述のＳｉ粒子の照射方法に限定されるものではなく、例えば、接合装置１とは別の成膜装置において、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を照射してもよい。このように、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ層を形成することは、実施の形態１で説明したように基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる直接接合する場合のみならず、実施の形態２で説明したように基板Ｗ１、Ｗ２同士を親水化接合する場合においても打ち込まれたＳｉにもＯＨ基が生成されることで、より強度アップし、有効である。
図２１および図２２を用いて説明した変形例とは別に、例えば実施の形態１の活性化処理工程において、基板Ｗ１、Ｗ２のうちの少なくとも一方の接合面に、図２３の矢印ＡＲ５１に示すように粒子ビームとともにＳｉ粒子を照射するようにしてもよい。ここで、例えば図５を用いて説明した粒子ビーム源１６１、１６２の放電室１６０１の内壁の一部または全部をＳｉから形成すれば、粒子ビーム源１６１、１６２からＡｒビームと同時にＳｉ粒子が放出されるようにすることができる。このように、粒子ビームを照射すると同時にＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子が打ち込まれる。そして、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込まれたＳｉ粒子は、ＡｒまたはＮ２を含む粒子ビームによりエッチングされるためＳｉ粒子が堆積してＳｉ層を形成することが無く、接合面をＳｉリッチな表面に改質することができる。
ところで、実施の形態１において図１５を用いて説明したように、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面がＳｉである場合において、チャンバ１２０内に浮遊する水分を主成分とする不純物が真空度を上げることにより除去されることで急激に強度が向上する。この結果に基づいて、本変形例では、特に基板Ｗ１、Ｗ２がＳｉ以外の材料から形成されている場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を打ち込むことにより、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行う接合方法により接合された基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させる。
また、本変形例において、熱処理工程は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を打ち込んだ後に行うのが好ましい。更に、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２の温度を６０℃まで冷却せずに、熱処理工程における処理温度近傍の温度で維持した状態でＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込みながら活性化処理工程を行い、その後、基板Ｗ１、Ｗ２同士を熱処理工程における処理温度近傍の温度で接触させるのが好ましい。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水分を主成分とする不純物を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面から除去することができるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させることができる。例えば基板Ｗ１、Ｗ２が、それぞれ、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板、Ｓｉ基板である場合、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込む処理を行わずに基板Ｗ１、Ｗ２を接合した場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度は１，６ｍＪ／ｍ２であった。これに対して、本変形例のように、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込む処理を行ってから基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合した場合、基板Ｗ１，Ｗ２同士の接合強度は２．５Ｊ／ｍ２以上（１４．３Ｊ／ｍ２）でありバルク破壊箇所が４箇所存在した。即ち、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上した。なお、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理工程を行わない場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度は、１．３Ｊ／ｍ２であった。これらのことから、本変形例のように活性化処理工程においてＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込むことにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が１Ｊ／ｍ２から１．３Ｊ／ｍ２に向上し、更に、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行うことにより接合強度が１４．３Ｊ／ｍ２にまで向上することが判った。即ち、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ粒子を打ち込むだけでは基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度は０．３Ｊ／ｍ２程度しか向上しなかったが、基板Ｗ１、Ｗ２に対する熱処理工程を行うことにより基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が１３．３Ｊ／ｍ２と大きく向上することが判った。
更に、本変形例では、活性化処理工程においてＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込む際、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＳｉ層が形成されない。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に電極と絶縁層が混在する場合においても、電極同士を電気的に短絡させることが無いという利点がある。
ところで、酸化膜、窒化膜等からなる絶縁膜はイオン結晶性であり、粒子ビームによる活性化処理工程を行ういわゆる直接接合では接合できず、また、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込むだけでは、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が出せなかった。これに対して、本変形例では、Ｓｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ打ち込むとともに、基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程を行うことにより、酸化膜、窒化膜等からなる絶縁膜同士でも接合させることができた。それ故、例えばＳＡＷフィルタに使用されるタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）等からなる酸化膜同士を強固に接合することが可能となるので、ＳＡＷフィルタの性能を向上させることができる。また、Ｃｕ、Ａｕ等から形成された金属電極と酸化膜、窒化膜等からなる絶縁膜とが略同一面に混在する接合面同士を接合するいわゆるハイブリッドボンディングを、金属電極同士の短絡を生じさせること無く実現することができた。
なお、本変形例のような、活性化処理工程においてＳｉ粒子を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込む方法は、実施の形態１で説明した基板Ｗ１、Ｗ２同士をいわゆる直接接合する場合のみならず、この方法によりＳｉ粒子が接合面に打ち込まれた基板Ｗ１、Ｗ２を用いて親水化接合する場合にも基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を向上させることができる。この場合、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して親水化処理を行うことにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に打ち込まれたＳｉ粒子にＯＨ基が付着することで、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に存在するＯＨ基の量が増加する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が向上する。
また、接合システムは、例えば、２つの被接合物のいずれか一方にイオン注入するイオン注入装置と、減圧雰囲気下において２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面を加熱する第１熱処理装置と、２つの被接合物の少なくとも一方の接合面を活性化する活性化処理装置と、接合装置と、第１熱処理装置、駆動部および第２熱処理装置それぞれの動作を制御する制御部と、を備えるものであってもよい。ここで、２つの被接合物の少なくとも一方は、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板であってもよい。或いは、接合された２つの被接合物は、弾性波デバイスまたは光変調器であってもよい。ここで、２つの被接合物の少なくとも一方には、事前にイオン注入が行われている。また、２つの被接合物の両方にイオン注入されていても良い。通常イオン注入装置は、前述の接合システムとは別に設けられることが多い。
接合装置は、例えば、チャンバと、チャンバ内に配置され、２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、チャンバ内においてステージに対向して配置され、２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、ステージとヘッドとの少なくとも一方を、ステージとヘッドとが互いに近づく第１方向またはステージとへッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を有するものであってもよい。そして、制御部は、第１熱処理装置を制御して、減圧雰囲気下において２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面を６０℃以上且つ１５０℃未満の温度に加熱し、その後、活性化処理装置を制御して、減圧雰囲気を維持した状態で、２つの被接合物それぞれの接合面を活性化した後、減圧雰囲気で維持した状態で、駆動部を制御してステージとヘッドとの少なくとも一方を第１方向へ移動させることにより２つの被接合物を接合し、その後、第２熱処理装置を制御して、互いに接合された２つの被接合物を２１０℃以上且つ３００℃未満の温度に加熱するものであってもよい。また、第１熱処理装置は、ヘッドとステージの少なくとも一方にヒータを設けたものであってもよく、前述の第２熱処理装置としても使用されるものであってもよい。
また、本変形例に係る接合システムは、第１熱処理装置で２つの被接合物に対する少なくとも一方に対して熱処理を行った後、第２熱処理装置において２つの被接合物に対する熱処理を行うまでの間において、第１熱処理装置、活性化処理装置、接合装置および第２熱処理装置のうちのいずれか２つの間で接合された２つの被接合物を搬送する搬送装置を備えるものであってもよい。この場合、搬送装置は、接合された２つの被接合物を搬送する際、搬送する接合された２つの被接合物を５０℃以上の温度で維持するものであってもよい。
ところで、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板と、Ｓｉ基板、ＳｉＯ２基板、サファイア基板等と、を互いに接合することにより作製されるＳＡＷフィルタのような弾性波デバイスでは、周波数特性を向上させるためにタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板の厚さを数μｍ程度に薄くする必要がある。一方、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板とＳｉ基板、ＳｉＯ２基板、サファイア基板等との線膨張係数の違いから、これらの被接合物を１５０℃以上の温度で接合すると、接合後常温に戻った段階で反りが発生したり割れが発生したりする。そこで、従来は、超高真空環境下で粒子ビームを照射することによる被接合物の接合面の活性化処理を行った後に常温で接合し、接合後に研磨処理によりタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板を薄く削るのが一般的である。しかしながら、この場合、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板の厚さは、５０μｍ程度が限界であり、十分に周波数特性を向上させることができない。特に高周波領域における周波数特性を向上させるためには、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板の厚さを少なくとも１０μｍ以内にする必要がある。
また、ニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板をＳｉ基板等に接合することにより、ニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板を光導波路とする光変調器を作製する場合がある。この場合、光導波路を透過する光の波長に応じてニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板を薄くする必要があり、同じく高周波領域の光変調特性を向上させるために厚さを１０μｍ以内にする必要がある。なお、ニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板の代わりにタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板をＳｉ基板等に接合することにより、にタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板を光導波路とする光変調器としてもよい。
ところで、従来、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板の製造技術として採用されている技術としてスマートカット技術がある。このスマートカット技術は、イオン注入法によりＳｉ単結晶基板に水素原子を数μｍの深さまで高濃度に注入した後、Ｓｉ単結晶基板を２００℃以上の温度で熱処理することで、Ｓｉ単結晶におけるＳｉ同士の結合を切断して、Ｓｉ単結晶基板の全表面を数μｍの厚さ分だけ剥離する微細加工技術である。ＳＯＩ素子、次世代太陽電池用の単結晶Ｓｉ薄膜等の作製への応用が進められている。
但し、このスマートカット技術を、Ｓｉ基板等に接合されたタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板に適用しようとした場合、接合後に２００℃以上の温度で熱処理する必要があり、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板の反りや割れが発生してしまう。このため、このようなアプリケーションには、スマートカット技術を適用することができなかった。
これに対して、本変形例に係る接合方法は、これらのアプリケーションに対応すべく開発された方法であり、前述の熱処理の手法を用いることで、事前に薄くしたい側の材料にイオン注入しておき、６０℃以上且つ１５０℃未満の温度で熱処理した後、活性化処理を行ってから接合する。そして、被接合物の温度が、割れまたは反りが発生する温度まで低下させることなく、割れまたは反りが発生しない温度で維持しつつ、２００℃以上の温度に加熱する熱処理を行う。これにより、割れまたは反りを発生させることなくイオンが注入された数μｍ程度の深さのところで剥離させることができるので、薄いタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板を簡単に製造することができる。また、接合工程を行う前に熱処理する手法を用いているのでタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板とＳｉ基板等のいわゆる支持基板との接合強度を高くすることもできるという従来の常温接合ではできなかった新たな手法である。
ここで、熱処理の温度が高すぎると常温に戻った時の線膨張差で割れてしまう。このため、熱処理における温度は６０℃以上且つ１５０℃未満であることが好ましい。また、熱処理後の接合時における温度とスマートカットのための追加熱処理を行う際の温度の差も、同様に、１５０℃未満でなければ反りまたは割れが発生するため、２１０℃以上且つ３００℃未満が好ましい。なお、熱処理の温度が６０℃の場合は、２１０℃、１５０℃の場合は、３００℃に加熱することによりスマートカットすることができる。その結果、支持基板に数μｍmの薄いタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板を強固に接合したものができる。また、スマートカットにより剥離された残りのタンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）基板は、追加熱処理の工程で分離して、接合された基板と残りの基板とを個別に排出するようにしてもよい。或いは、第２熱処理装置から排出した後に剥離しても良い。更に、数μｍの厚さに薄く剥離されたものは、いわゆる支持基板との間で線膨張係数の差があったとしても支持基板よりも極端に薄いため、反り又は割れは生じにくく、たとえ熱処理後に常温にしたとしても問題ないことが多い。
なお、同じ熱処理装置において、前述の熱処理と追加熱処理を行うこともできるが、温度を上昇させたり低下させたりするのに時間を要するため、量産性向上の観点から２つの熱処理を異なる熱処理装置で実施することが好ましい。但し、被接合物を搬送する際に被接合物の温度が低下してしまうため、搬送の際に被接合物を加熱することが好ましい。そして、前述の熱処理後、追加熱処理を行うまでの温度を５０℃以上で維持することにより追加熱処理時における反りまたは割れの発生を抑制できる。
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。
各実施の形態では、水洗浄工程において水を基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に吹き付けて洗浄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、基板Ｗ１、Ｗ２を水に浸漬させるいわゆるウェット処理方式で水洗浄をおこなってもよい。或いは、フッ酸その他の酸、有機溶剤等により基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を処理した後に水洗浄処理をおこなってもよい。即ち、少なくとも水を使って洗浄することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着したパーティクルその他付着物が除去されるのであれば水洗浄処理の方法は特に限定されない。
各実施の形態では基板Ｗ１、Ｗ２に対して熱処理工程、冷却工程、親水化工程、洗浄工程、Ｓｉを接合面に打ち込む工程、Ｓi粒子を接合面に堆積するＳｉ粒子堆積工程を行ったが、必ずしも基板Ｗ１、Ｗ２の両方にこれらの一連の工程全てを行う方法に限られない。例えば基板Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方のみに前述の一連の工程全てを行うようにしてもよい。
各実施の形態では、カバー加熱部１２３Ａ、１２３Ｂが、それぞれ、カバー１２２Ａ、１２２Ｂにおける粒子ビーム源１６１、１６２側とは反対側に固定されたヒータである例について説明した。但し、これに限らず、例えば図２４Ａに示すように、カバー５１２２Ａ、５１２２Ｂが、それぞれ、ガラスから板状に形成され、ステージ１４１、ヘッド１４２の周囲の活性化処理工程における活性化処理領域を含む形で配置されており、カバー加熱部５１２３Ａ、５１２３Ｂが、カバー５１２２Ａ、５１２２Ｂに埋設された導体パターンからなるヒータであってもよい。ここで、カバー加熱部５１２３Ａ、５１２３Ｂは、図２４Ｂに示すように、カバー５１２２Ａ、５１２２Ｂ全体を網羅するように敷設された導体パターンから構成されている。
また、本変形例では、チャンバ１２０をベーキングする際、同時にカバー５１２２Ａ、５１２２Ｂを加熱するカバー加熱工程を行う。このとき、カバー加熱部５１２３Ａ、５１２３Ｂがカバー５１２２Ａ、５１２２Ｂに埋設されていることにより、カバー５１２２Ａ、５１２２Ｂが均一に効率良く加熱される、そして、カバー加熱部５１２３Ａ、５１２３Ｂは、カバー５１２２Ａ、５１２２Ｂ全体の温度をチャンバ１２０の温度よりも高い温度まで加熱する。
ところで、実施の形態で説明したように、基板Ｗ１、Ｗ２を接合する工程を行う前に事前にチャンバ１２０をベーキングしたときに、カバー１２２Ａ、１２２Ｂの温度がチャンバ１２０の温度よりも低いと、チャンバ１２０に付着していた水或いは不純物がチャンバ１２０から脱離してカバー１２２Ａ、１２２Ｂに付着してしまう場合がある。この場合、粒子ビームで活性化処理を行う際、粒子ビームによりカバー１２２Ａ、１２２Ｂに付着した不純物がスパッタリングされてチャンバ１２０内に浮遊してしまう。そうすると、チャンバ１２０内に浮遊する水或いは不純物が基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着してしまい、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合の強度が低下してしまう虞がある。これに対して、チャンバ１２０をベーキングした後、例えばステージ１４１、ヘッド１４２にダミーの基板を保持させた状態で、粒子ビームをダミーの基板およびカバー１２２Ａ、１２２Ｂに照射するいわゆる空打ちを行うことによりカバー１２２Ａ、１２２Ｂに付着した水或いは不純物を除去する工程が行われる。しかしながら、このいわゆる空打ちの工程には、１時間乃至４時間程度の時間を要するため、その分、処理時間のロスが発生してしまう。また、粒子ビーム１６１、１６２を空打ちに使用する分だけ、炭素材料から形成された放電室１６０１が余計に摩耗してしまう。
これに対して、本変形例では、チャンバ１２０をベーキングする際、カバー加熱部５１２３Ａ、５１２３Ｂによりカバー５１２２Ａ、５１２２Ｂ全体の温度をチャンバ１２０の温度よりも高い温度まで加熱するカバー加熱工程を行う。これにより、チャンバ１２０から脱離した水或いは不純物のカバー５１２２Ａ、５１２２Ｂへの付着を抑制できる。また、実施の形態で説明した熱処理工程による効果と同様に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した水或いは不純物を除去することができる。従って、前述のいわゆる空打ちの工程を行う時間を短縮したり、省略したりしても、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合の強度を確保することができる。
各実施の形態において、接合工程の後、真空中（例えば１×１０－３Ｐａ以下）の環境で、前述のクラックアンドオープニング法を用いて基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を評価する接合強度評価工程を行ってもよい。ところで、接合強度の評価を行う環境に水分が含まれると、その水分に起因した接合界面の応力腐食が進展し得られる接合強度が実際の接合強度よりも低くなってしまう。これに対して、本構成によれば、環境に含まれる水分の接合強度への影響を抑制できるので、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度を精度良く評価することができる。
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。
本出願は、２０２１年１月２１日に出願された日本国特許出願特願２０２１－００８２７５号、２０２１年１０月１日に出願された日本国特許出願特願２０２１－１６２５０９号および２０２２年１月２０日に出願された、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２２／００１９７０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２１－００８２７５号の明細書、特許請求の範囲および図面全体、日本国特許出願特願２０２１－１６２５０９号の明細書、特許請求の範囲および図面全体並びに国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２２／００１９７０号の明細書、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。
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。
１：接合装置、３：洗浄装置、９：制御部、８２：第１搬送装置、８３：ロードロック部、８４：第２搬送装置、１２０，２１２：チャンバ、１２０ａ，８３１ａ，８３１ｂ：開口、１２１ａ，２０１ａ，８３２ａ：真空ポンプ、１２１ｂ，２０１ｂ，８３２ｂ：排気管、１２１ｃ，２０１ｃ，８３２ｃ：排気弁、１２２Ａ、１２２Ｂ，５１２２Ａ，５１２２Ｂ：カバー、１２３Ａ、１２３Ｂ，５１２３Ａ，５１２３Ｂ：カバー加熱部、１４１，２１０：ステージ、１４２：ヘッド、１４３：ステージ駆動部、１４４：ヘッド駆動部、１４６：支持機構、１５０：位置ずれ量測定部、１６１，１６２：粒子ビーム源、２１０ａ，１４１１，１４２１，８３５，８３６３：基板加熱部、２１３：プラズマチャンバ、２１５：誘導コイル、２１６：高周波電源、２１７：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：搬送ロボット、８２１ａ：アーム、８３１：待機チャンバ、８３３ａ，８３３ｂ：ゲート、８３４：ゲート駆動部、８３６：基板保持機構、８４１：支持棒、８４２：支持体、８４３：支持体駆動部、８４４：ベローズ、８４５：保持部、１４４１，８３６２：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、１４６１，１４６２：支持部材、１４６１ａ，８３６１ｂ：突起、２００２：活性化処理装置、８３６１：カセット、８３６１ａ，８４５１：支持片、８４５２：主部、ＰＬＭ：プラズマ、ＴＡ：ターゲット材、Ｗ１，Ｗ２：基板

Claims (46)

  1. ２つの被接合物を接合する接合方法であって、
    １０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物内部の接合面側に存在する水分を除去する熱処理工程と、
    前記熱処理工程の後、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理工程と、
    前記熱処理工程の後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記２つの被接合物を接合する接合工程と、を含む、
    接合方法。
  2. 前記接合工程において、前記２つの被接合物は、前記２つの被接合物の接合面に存在するダングリングボンドを介して直接接合される、
    請求項１に記載の接合方法。
  3. 前記接合工程における気圧は、１０－５Ｐａ以下である、
    請求項１または２に記載の接合方法。
  4. 前記熱処理工程において、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱した状態を３０秒以上維持する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の接合方法。
  5. 前記熱処理工程における気圧は、１０－５Ｐａ以下である、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の接合方法。
  6. 前記熱処理工程は、前記活性化処理工程と前記接合工程との少なくとも１つと並行して行う、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の接合方法。
  7. 前記活性化処理工程において、前記接合面に粒子ビームを照射する、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の接合方法。
  8. 前記熱処理工程の前に、前記２つの被接合物の少なくとも一方の前記接合面にＳｉを堆積させるＳｉ粒子堆積工程を更に含む、
    請求項７に記載の接合方法。
  9. 前記活性化処理工程は、前記Ｓｉ粒子堆積工程の後に行われる、
    請求項８に記載の接合方法。
  10. 前記活性化処理工程において、前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面に、前記粒子ビームとともにＳｉ粒子を照射する、
    請求項７に記載の接合方法。
  11. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面側に酸化膜または窒化膜を有する、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の接合方法。
  12. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面側に酸化膜を有し、
    前記酸化膜の表面には、厚さ３ｎｍ以上のＳｉ層が形成されている、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の接合方法。
  13. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面に絶縁膜と金属電極とが露出している、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の接合方法。
  14. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面にＳｉ層が露出している、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の接合方法。
  15. 前記熱処理工程の後、前記活性化処理工程の前に、加熱した前記被接合物を６０℃以下の温度に冷却する冷却工程を更に含む、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の接合方法。
  16. 前記熱処理工程の前に、前記２つの被接合物の少なくとも一方の接合面に少なくとも水を使用して洗浄する洗浄工程を更に含む、
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の接合方法。
  17. 前記接合工程において、前記熱処理工程の後、前記２つの被接合物の少なくとも一方の加熱された前記接合面の温度が６０℃以下の温度に冷却された後、前記２つの被接合物を接合する、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の接合方法。
  18. ２つの被接合物を接合する接合方法であって、
    減圧雰囲気下において前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱する熱処理工程と、
    前記熱処理工程の後、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理工程と、
    前記活性化処理工程の後、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物を接合する接合工程と、を含み、
    前記活性化処理工程は、前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の周囲の活性化処理領域を含む形でカバーが配置されたチャンバ内において行われ、
    前記活性化処理工程の前に行われ且つ前記チャンバ内を減圧雰囲気にした状態で前記カバーを加熱するカバー加熱工程を更に含み、
    前記熱処理工程は、前記カバー加熱工程と同時に行う、
    接合方法。
  19. ２つの被接合物を接合する接合方法であって、
    前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の周囲の活性化処理領域を含む形でカバーが配置されたチャンバ内を減圧雰囲気にした状態で前記カバーを加熱するカバー加熱工程と、
    前記カバー加熱工程の後、前記２つの被接合物それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程と、
    前記カバー加熱工程の後、前記２つの被接合物を接合する接合工程と、を含み、
    前記接合工程は、前記活性化処理工程の後に行う、
    接合方法。
  20. 前記カバー加熱工程と同時に前記チャンバの内壁を加熱するチャンバ加熱工程を更に含む、
    請求項１９に記載の接合方法。
  21. 前記カバー加熱工程における前記カバーの温度は、前記チャンバ加熱工程における前記チャンバの内壁の温度よりも高い、
    請求項２０に記載の接合方法。
  22. 前記接合工程の前に、前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面にＳｉ粒子を照射する、
    請求項１から２１のいずれか１項に記載の接合方法。
  23. ２つの被接合物を接合する接合装置であって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、
    前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、
    前記チャンバまたは前記チャンバに連結された待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される少なくとも一方の接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する第１被接合物加熱部と、
    前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理を行う活性化処理部と、
    前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、
    前記第１被接合物加熱部、前記活性化処理部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、１０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気で維持した状態で、前記２つの被接合物が離間した状態で、前記第１被接合物加熱部を制御して前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物内部の接合面側に存在する水分を除去した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記活性化処理部を制御して前記接合面に対して前記活性化処理を行い、その後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合する、
    接合装置。
  24. 前記２つの被接合物は、前記２つの被接合物の接合面に存在するダングリングボンドを介して直接接合される、
    請求項２３に記載の接合装置。
  25. 前記チャンバの外側に設けられた待機チャンバと、
    前記待機チャンバ内に配置された前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の前記接合面を加熱する第２被接合物加熱部と、を更に備え、
    前記制御部は、前記待機チャンバ内に前記２つの被接合物が配置され且つ前記待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を加熱するよう前記第２被接合物加熱部を制御する、
    請求項２３または２４に記載の接合装置。
  26. 前記活性化処理部は、前記接合面に粒子ビームを照射する粒子ビーム源を有する、
    請求項２３から２５のいずれか１項に記載の接合装置。
  27. 前記２つの被接合物の少なくとも一方の前記接合面にＳｉ粒子を堆積させるＳｉ粒子照射部を更に備える、
    請求項２３から２６のいずれか１項に記載の接合装置。
  28. 前記粒子ビーム源は、前記２つの被接合物のうちの少なくとも一方の接合面に、前記粒子ビームとともにＳｉ粒子を照射する、
    請求項２６に記載の接合装置。
  29. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面に酸化膜または窒化膜が露出している、
    請求項２３から２８のいずれか１項に記載の接合装置。
  30. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、前記接合面に絶縁膜と金属電極とが露出している、
    請求項２３から２８のいずれか１項に記載の接合装置。
  31. 前記制御部は、減圧雰囲気で維持した状態で、前記２つの被接合物が離間した状態で、前記第１被接合物加熱部を制御して前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱した後、前記活性化処理部による前記活性化処理の前に、前記加熱された被接合物を６０℃以下の温度に冷却する、
    請求項２３から３０のいずれか１項に記載の接合装置。
  32. 前記チャンバ内の気圧は、１０－５Ｐａ以下である、
    請求項２３から３１のいずれか１項に記載の接合装置。
  33. ２つの被接合物を接合する接合装置であって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、
    前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、
    前記チャンバまたは前記チャンバに連結された待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される少なくとも一方の接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する第１被接合物加熱部と、
    前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理を行う活性化処理部と、
    前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、
    前記チャンバ内における、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方の周囲に配置されたカバーと、
    前記カバーを加熱するカバー加熱部と、
    前記第１被接合物加熱部、前記活性化処理部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記カバー加熱部が、前記活性化処理を行う前に、前記チャンバ内を減圧雰囲気にした状態で前記カバーを加熱した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記２つの被接合物が離間した状態で、前記第１被接合物加熱部を制御して前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱した後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記活性化処理部を制御して前記接合面に対して前記活性化処理を行い、その後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合する、
    接合装置。
  34. 前記カバーは、ガラスから板状に形成され、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方の周囲における前記活性化処理において活性化される活性化処理領域を含む形で配置され、
    前記カバー加熱部は、前記チャンバの内壁を加熱するチャンバ加熱工程が行われる際に、前記カバーを加熱する、
    請求項３３に記載の接合装置。
  35. 前記カバー加熱部は、前記カバーを、前記チャンバ加熱工程において加熱された前記チャンバの内壁の温度よりも高い温度に加熱する、
    請求項３４に記載の接合装置。
  36. ２つの被接合物を接合する接合システムであって、
    前記２つの被接合物の少なくとも一方の接合面を少なくとも水を使用して親水化する親水化処理装置と、
    チャンバと、前記チャンバまたは前記チャンバに連結された待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱する第１被接合物加熱部と、前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を有する接合装置と、
    前記チャンバ内における、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方の周囲に配置されたカバーと、
    前記カバーを加熱するカバー加熱部と、
    前記第１被接合物加熱部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記カバー加熱部が、前記接合面を親水化する親水化処理を行う前に、前記チャンバ内を減圧雰囲気にした状態で前記カバーを加熱した後、減圧雰囲気において、前記第１被接合物加熱部を制御して、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱し、その後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合する、
    接合システム。
  37. 前記２つの被接合物の少なくとも一方に前記接合面に少なくとも水を使用して洗浄する洗浄装置を更に備え、
    前記制御部は、前記洗浄装置を制御して前記接合面を洗浄した後、減圧雰囲気において前記２つの被接合物が離間した状態で、前記第１被接合物加熱部を制御して、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を６０℃よりも高い温度に加熱する、
    請求項３６に記載の接合システム。
  38. ２つの被接合物を接合する接合システムであって、
    前記２つの被接合物の少なくとも一方の接合面を少なくとも水を使用して親水化する親水化処理装置と、
    チャンバと、前記チャンバまたは前記チャンバに連結された待機チャンバ内を減圧雰囲気下にした状態で、前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱する第１被接合物加熱部と、前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を有する接合装置と、
    前記チャンバの外側に設けられた待機チャンバと、
    前記待機チャンバ内に配置され前記２つの被接合物の少なくとも一方を保持する保持機構と、
    前記第１被接合物加熱部および前記駆動部それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、減圧雰囲気において、前記第１被接合物加熱部を制御して、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面の少なくとも一方を６０℃よりも高い温度に加熱し、その後、減圧雰囲気で維持した状態で、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合し、
    前記保持機構は、
    鉛直方向に並んで配置された複数のスロットを有するカセットと、
    前記カセットを昇降させる昇降駆動部と、を有し、
    前記複数のスロットのうちの最も鉛直下側に位置するスロットと最も鉛直上側に位置するスロットとに、接合される前の前記２つの被接合物の少なくとも１つが保持され、前記複数のスロットのうちの最も鉛直下側に位置するスロットと最も鉛直上側に位置するスロットとを除くスロットに互いに接合された前記２つの被接合物が保持される、
    接合システム。
  39. ２つの被接合物を接合する接合方法であって、
    前記２つの被接合物の少なくとも一方にイオン注入するイオン注入工程と、
    前記イオン注入工程の後、１０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面を６０℃以上且つ１５０℃未満の温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物内部の接合面側に存在する水分を除去する熱処理工程と、
    前記熱処理工程の後、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化する活性化処理工程と、
    前記熱処理工程の後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記２つの被接合物を接合する接合工程と、
    前記接合工程の後、接合された前記２つの被接合物を２１０℃以上且つ３００℃未満の温度に加熱する追加熱処理工程と、を含む、
    接合方法。
  40. 前記熱処理工程と前記追加熱処理工程とを異なる場所で行い、前記熱処理工程を行う場所から前記追加熱処理工程を行う場所まで搬送する際、前記２つの被接合物を５０℃以上の温度で維持する、
    請求項３９に記載の接合方法。
  41. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）またはニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）である、
    請求項３９または４０に記載の接合方法。
  42. 前記追加熱処理工程の後にイオン注入された基板を厚さ１０μｍ以内の薄膜を残して剥離された接合物は、弾性波デバイスまたは光変調器である、
    請求項３９から４１のいずれか１項に記載の接合方法。
  43. ２つの被接合物を接合する接合システムであって、
    減圧雰囲気下において、少なくとも一方にイオン注入された前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面を加熱する第１熱処理装置と、
    前記２つの被接合物の少なくとも一方の接合面を活性化する活性化処理装置と、
    チャンバと、前記チャンバ内に配置され、前記２つの被接合物のうちのいずれか一方を支持するステージと、前記チャンバ内において前記ステージに対向して配置され、前記２つの被接合物のうちの他方を支持するヘッドと、前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を、前記ステージと前記ヘッドとが互いに近づく第１方向または前記ステージと前記ヘッドとが離れる第２方向へ移動させる駆動部と、を有する接合装置と、
    前記２つの被接合物を加熱する第２熱処理装置と、
    前記第１熱処理装置、前記活性化処理装置、前記駆動部および前記第２熱処理装置それぞれの動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第１熱処理装置を制御して、１０－２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において、少なくとも一方にイオン注入された前記２つの被接合物それぞれの互いに接合される接合面を６０℃以上且つ１５０℃未満の温度に加熱することにより前記被接合物の接合面および前記被接合物内部の接合面側に存在する水分を除去し、その後、前記活性化処理装置を制御して、減圧雰囲気を維持した状態で、前記２つの被接合物それぞれの前記接合面を活性化した後、減圧雰囲気であり且つ前記２つの被接合物それぞれの前記接合面から水分が除去された状態を維持しつつ、前記駆動部を制御して前記ステージと前記ヘッドとの少なくとも一方を前記第１方向へ移動させることにより前記２つの被接合物を接合し、その後、前記第２熱処理装置を制御して、互いに接合された前記２つの被接合物を２１０℃以上且つ３００℃未満の温度に加熱する、
    接合システム。
  44. 前記第１熱処理装置で前記２つの被接合物に対する少なくとも一方に対して熱処理を行った後、前記第２熱処理装置において接合された前記２つの被接合物に対する熱処理を行うまでの間において、前記第１熱処理装置、前記活性化処理装置、前記接合装置および前記第２熱処理装置のいずれかの間で接合された前記２つの被接合物を搬送する搬送装置を更に備え、
    前記搬送装置は、接合された前記２つの被接合物の少なくとも一方を搬送する際、搬送する前記２つの被接合物の少なくとも一方を５０℃以上の温度で維持する、
    請求項４３に記載の接合システム。
  45. 前記２つの被接合物の少なくとも一方は、タンタル酸リチウム（Ｌｔ：ＬｉＴａＯ３）またはニオブ酸リチウム基板（Ｌｎ：ＬｉＮｂＯ３）である、
    請求項４３または４４に記載の接合システム。
  46. 前記第２熱処理装置による熱処理を行った後にイオン注入された基板を厚さ１０μｍ以内の薄膜を残して剥離された接合物は、弾性波デバイスまたは光変調器である、
    請求項４３から４５のいずれか１項に記載の接合システム。
JP2022576760A 2021-01-21 2022-01-21 接合方法、接合装置および接合システム Active JP7460095B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024034755A JP2024056041A (ja) 2021-01-21 2024-03-07 接合方法

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021008275 2021-01-21
JP2021008275 2021-01-21
JP2021162509 2021-10-01
JP2021162509 2021-10-01
PCT/JP2022/001970 WO2022158520A1 (ja) 2021-01-21 2022-01-20 接合方法、接合装置および接合システム
JPPCT/JP2022/001970 2022-01-20
PCT/JP2022/002175 WO2022158563A1 (ja) 2021-01-21 2022-01-21 接合方法、接合装置および接合システム

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024034755A Division JP2024056041A (ja) 2021-01-21 2024-03-07 接合方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2022158563A1 JPWO2022158563A1 (ja) 2022-07-28
JPWO2022158563A5 JPWO2022158563A5 (ja) 2023-08-25
JP7460095B2 true JP7460095B2 (ja) 2024-04-02

Family

ID=82548797

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022576760A Active JP7460095B2 (ja) 2021-01-21 2022-01-21 接合方法、接合装置および接合システム
JP2024034755A Pending JP2024056041A (ja) 2021-01-21 2024-03-07 接合方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024034755A Pending JP2024056041A (ja) 2021-01-21 2024-03-07 接合方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240066624A1 (ja)
EP (1) EP4282572A1 (ja)
JP (2) JP7460095B2 (ja)
TW (1) TW202245178A (ja)
WO (1) WO2022158563A1 (ja)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004297693A (ja) 2003-03-28 2004-10-21 Fujitsu Media Device Kk 弾性表面波デバイスの製造方法及び弾性表面波デバイス
JP2008071787A (ja) 2006-09-12 2008-03-27 Ushio Inc 光照射式加熱装置および光照射式加熱方法
JP2010109949A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Murata Mfg Co Ltd 電子デバイスの製造方法および圧電デバイスの製造方法
WO2010098151A1 (ja) 2009-02-24 2010-09-02 日本電気株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2012105474A1 (ja) 2011-01-31 2012-08-09 ボンドテック株式会社 接合面作製方法、接合基板、基板接合方法、接合面作製装置、及び基板接合体
JP2014103291A (ja) 2012-11-21 2014-06-05 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法
JP2014220364A (ja) 2013-05-08 2014-11-20 株式会社豊田自動織機 半導体基板の製造方法
WO2015163461A1 (ja) 2014-04-25 2015-10-29 須賀　唯知 基板接合装置および基板接合方法
WO2017155002A1 (ja) 2016-03-11 2017-09-14 ボンドテック株式会社 基板接合方法
JP2017168801A (ja) 2016-03-11 2017-09-21 株式会社Sumco ｐｎ接合シリコンウェーハの製造方法
JP2018074050A (ja) 2016-10-31 2018-05-10 ボンドテック株式会社 基板接合方法および基板接合装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014113633A (ja) 2012-12-12 2014-06-26 Bondtech Inc 接合方法及び接合装置
JP7376263B2 (ja) 2019-06-28 2023-11-08 株式会社吉野工業所 吐出器
JP6931730B1 (ja) 2020-04-01 2021-09-08 浜松ホトニクス株式会社 光学測定装置及び光学測定方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004297693A (ja) 2003-03-28 2004-10-21 Fujitsu Media Device Kk 弾性表面波デバイスの製造方法及び弾性表面波デバイス
JP2008071787A (ja) 2006-09-12 2008-03-27 Ushio Inc 光照射式加熱装置および光照射式加熱方法
JP2010109949A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Murata Mfg Co Ltd 電子デバイスの製造方法および圧電デバイスの製造方法
WO2010098151A1 (ja) 2009-02-24 2010-09-02 日本電気株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2012105474A1 (ja) 2011-01-31 2012-08-09 ボンドテック株式会社 接合面作製方法、接合基板、基板接合方法、接合面作製装置、及び基板接合体
JP2014103291A (ja) 2012-11-21 2014-06-05 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法
JP2014220364A (ja) 2013-05-08 2014-11-20 株式会社豊田自動織機 半導体基板の製造方法
WO2015163461A1 (ja) 2014-04-25 2015-10-29 須賀　唯知 基板接合装置および基板接合方法
WO2017155002A1 (ja) 2016-03-11 2017-09-14 ボンドテック株式会社 基板接合方法
JP2017168801A (ja) 2016-03-11 2017-09-21 株式会社Sumco ｐｎ接合シリコンウェーハの製造方法
JP2018074050A (ja) 2016-10-31 2018-05-10 ボンドテック株式会社 基板接合方法および基板接合装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20240066624A1 (en) 2024-02-29
EP4282572A1 (en) 2023-11-29
TW202245178A (zh) 2022-11-16
JP2024056041A (ja) 2024-04-19
WO2022158563A1 (ja) 2022-07-28
JPWO2022158563A1 (ja) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4695014B2 (ja) 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに接合装置
JP4133333B2 (ja) 被処理体の処理方法及びその処理装置
KR102258659B1 (ko) 기판 접합 방법, 기판 접합 시스템 및 친수화 처리 장치의 제어 방법
JP6395333B2 (ja) 基板接合装置および基板接合方法
KR101153330B1 (ko) 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법, 그 클리닝 방법을 실행하는 플라즈마 처리 장치 및 그 클리닝 방법을 실행하는 프로그램을 기억하는 기억 매체
JP3751972B2 (ja) 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに表面活性化装置及びこの装置を備えた接合装置
US7192841B2 (en) Method of wafer/substrate bonding
JP6994210B2 (ja) 接合システムおよび接合方法
WO2005054147A1 (ja) 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに接合装置
WO2005055293A1 (ja) 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに表面活性化装置及びこの装置を備えた接合装置
WO2022158520A1 (ja) 接合方法、接合装置および接合システム
JP3820409B2 (ja) 接合方法及びこの方法により作成されるデバイス並びに接合装置
JP7460095B2 (ja) 接合方法、接合装置および接合システム
JP7440047B2 (ja) 基板接合方法および基板接合システム
JP2019204832A (ja) 部品実装システム、基板接合システム、部品実装方法および基板接合方法
CN117121158A (zh) 接合方法、接合装置及接合系统
US8821644B2 (en) Bevel/backside polymer removing method and device, substrate processing apparatus and storage medium
JP2018074050A (ja) 基板接合方法および基板接合装置
JP2006134900A (ja) 接合方法および装置
WO2024147351A1 (ja) 接合方法、接合システム、照射装置および活性化処理装置
JP2006073780A (ja) 常温接合方法と装置及びデバイス
JP5535610B2 (ja) Ｓｏｉ半導体基板製造方法
TW202247301A (zh) 接合方法、基板接合裝置以及基板接合系統
JPH02164784A (ja) セラミック回路基板の製造方法
KR20200052080A (ko) 본딩 장치 및 본딩 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230704

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230704

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7460095

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150