KR101985522B1 - 접합면 제작 방법, 접합 기판, 기판 접합 방법, 접합면 제작 장치 및 기판 접합체 - Google Patents

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류이치 곤도
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다다또모 스가
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Abstract

적용 범위가 넓은 기판 접합 기술을 제공한다.
접합면 내에 실리콘 박막을 형성하고, 기판과의 경계는 에너지 입자, 금속 입자에 의해 표면 처리한다.

Description

접합면 제작 방법, 접합 기판, 기판 접합 방법, 접합면 제작 장치 및 기판 접합체{Bonding-surface fabrication method, bonded substrate, substrate bonding method, bonding-surface fabrication device, and substrate assembly}
본 발명은 기판(고체 재료)끼리를 접합하는 접합 기술(substrate bonding technology)에 관한 것으로, 특히 접합용 기판의 접합면의 제작 방법, 기판 접합 방법 및 기판 접합체에 관한 것이다.
예를 들면, 전자 부품의 분야에 있어서 고체 재료끼리의 접합은 실리콘 기판, 실리콘 외의 기판상에 산화물층이나 질화물층을 형성한 기판 혹은 유리 재료의 기판 등을 접합하는 웨이퍼의 접합 기술, 플립 칩 방법에서의 전자 부품 간의 금속 재료의 접합 기술, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)를 작성할 때의 패키지 봉지 기술 등에 있어서 행해지고 있다.
기판을 접합함에 있어서, 접촉 후에 고온으로 가열하여 접합하는 기판 간에 화학 반응이나 접합 계면 근방에서의 원자 확산을 촉진함으로써, 접합 계면의 강도를 높이는 것(가열 처리를 수반하는 접합 방법)이 일반적으로 행해지고 있다.
예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 접합 방법에서는, 실리콘 웨이퍼의 표면을 친수화 처리한 후, 한 쌍의 웨이퍼를 반데르발스 힘(van der Waals force)으로 접합하고 1000℃ 정도로 가열 처리를 행함으로써 강고한 접합이 얻어진다. 또한, 양극 접합 방법에서는 400℃, 1kV의 고전압을 인가함으로써 실리콘과 내열 유리를 강고하게 접합할 수 있다.
그러나, 가열 처리를 수반하는 접합 방법은 적용할 수 있는 기판의 종류에 제약이 있다. 특히, 이종(異種) 재료의 기판끼리를 접합하는 경우는 열팽창 계수가 재료 간에 다르기 때문에, 고온에서 강고한 접합이 얻어진 후에 온도가 상온까지 내려가는 과정에서 열 잔류응력이 증가하여 접합체가 기계적 손상을 받고, 잔류응력이 더 높아지면 접합체가 파괴에 이를 가능성이 있다. 또한, 가열 처리를 수반하는 접합 방법은 MEMS 등과 같이 내열성, 내전압 특성이 낮은 소자를 갖는 부재의 접합에는 적용하기 어렵다.
가열 처리를 수반하는 접합 방법이 기판 재료에 미치는 악영향을 개선하기 위해, 상온에서 기판 접합을 행하는 상온 접합법이 제안되어 있다. 이러한 상온 접합법에서는, 전처리(前處理)로서 기판에 입자 빔을 조사함으로써 기판 표면을 청정, 활성화 등의 표면 처리를 행하고, 표면 처리한 기판 표면끼리를 상온 하, 진공 하에서 접촉시켜 접합시킨다.
이러한 상온 접합법은, 가열 처리를 수반하는 접합 방법에 비해 적용할 수 있는 기판 재료의 종류를 넓혀 어느 정도의 성공을 거두고 있다. 그러나, 이러한 상온 접합법에서도 적용하기 어려운 기판 재료(예를 들면, 산화 규소, 질화 규소, 산화 알루미늄, 강유전체 재료, 고분자 재료, 그 밖의 일부의 세라믹 재료)가 알려져 있고 개선이 요구되고 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개 평10-92702 특허문헌 2: 일본특허공개 평06-099317 특허문헌 3: 일본특허공개 2004-337927 특허문헌 4: 일본특허공개 2007-324195 특허문헌 5: 일본특허공개 2008-207221 특허문헌 6: 일본특허공개 2010-046696
따라서, 본 발명은 기판의 적용 범위가 넓은 개량된 기판 접합 기술의 요구에 따른 것이다.
구체적으로는 본 발명은 기판 재료의 종류에 따르지 않고 충분한 접합 강도를 담보하는 접합면의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 기판 재료의 종류의 제한을 받지 않고 충분한 접합 강도 능력을 갖는 접합면이 제작된 접합용 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 마찬가지로 이러한 접합용 기판을 접합한 기판 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 여러 가지 종류의 기판에 적용할 수 있고, 충분한 접합 강도의 포텐셜을 갖는 접합면의 제작 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 방법으로서, 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 표면 처리 단계; 상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성함으로써, 상기 접합 기판을 제작하는 단계;를 갖는 접합 기판 제작 방법을 제공한다. 이 구성(실리콘 박막 인서트식 접합 기판 제작법)으로부터 얻어지는 예상 밖의 효과는, 다른 프로세스(도 2)에 대한 접합 강도 비교 그래프(도 4)로부터 판독할 수 있다.
바람직하게는, 상기 표면 처리 단계는 상기 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리를 포함한다. 이 구성의 예상 밖의 효과는, 해당 프로세스 C, E(도 2)에 대한 접합 강도 C, E(도 I)로 실증된다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서, 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버(프로세스 실(室)) 내에 배치되고, 상기 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 에너지 입자원; 상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성하는 실리콘원;을 갖는 접합 기판 제작 장치를 제공한다. 이 장치는 본 발명의 실리콘 박막 인서트식 접합 기판 제작법에 적용할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 측면은 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자를 방사하는 에너지 입자원; 실리콘원; 상기 에너지 입자원의 자세를 제어하는 자세 제어 장치;를 구비하며, 상기 자세 제어 장치는, 표면 처리 모드에서 상기 에너지 입자원에 제1 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 기판 표면으로 향하게 하고, 상기 기판 표면에 실리콘 박막이 형성되는 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원에 제2 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 상기 실리콘원으로 향하게 하며, 상기 실리콘원은 상기 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 응답하여 상기 기판 표면으로 향하여 실리콘 입자를 방사하는 자세로 놓이는 접합 기판 제작 장치를 제공한다. 이 구성은, 스퍼터 베이스의 실리콘 박막 인서트식 접합 기판 제작법을 실시하는 데에 적합한 접합 기판 제작 장치를 제공한다. 에너지 입자원은 자세 제어 장치와 협동하여 2가지 기능을 겸비하고, 표면 처리 모드 하에서는 기판에 방사되는 에너지 입자원으로서 기능함과 동시에, 실리콘 박막 형성 모드 하에서는 실리콘원에 대한 스퍼터식 구동원으로서 기능한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 기판 접합체로서, 한 쌍의 서로 접합되는 기판; 상기 한 쌍의 기판 사이에 실리콘을 주성분으로 하는 계면층;을 가지며, 상기 계면층과 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 사이에 금속이 포함되고, 상기 기판 간의 접합 강도는 0.5J/㎡ 이상인 기판 접합체를 제공한다.
도 1은 로드 록(load lock) 장치(G02), 접합 기판 제작 장치(G01) 및 기판 접합 장치(G03)를 구비하는 기판 접합 시스템(G00)의 외관도이다.
도 2는 기판에 접합면을 제작하는 복수 종류의 프로세스(접합 기판 제작법)를 도시한 흐름도이며, 이들 프로세스에는 본 발명의 다른 실시형태에 기초하여 접합면층 내에 실리콘 박막이 형성되는 프로세스(접합 기판 제작법)가 포함된다.
도 3에서 (A)는 기판 제작 장치(G01) 중에서 본 발명의 실시형태에 기초하여 도 2의 조사 공정(표면 처리 F03, F05)을 실시하기 위한 관련 부분을 도시한 모식도이고, (B)는 기판 제작 장치(G01) 중에서 본 발명의 실시형태에 기초하여 도 2의 실리콘 박막 형성 공정(처리 F04)을 실시하기 위한 관련 부분을 도시한 모식도이다.
도 4는 도 2의 각 프로세스 A-E에 의해 얻어진 접합 기판 A-E의 접합 강도를 도시한 그래프이다.
도 5는 접합 기판끼리를 접합하는 기판 접합 장치(G03)의 기구 부품을 도시하고, (A)는 기구 부품에 의한 접합하기 전의 한 쌍의 접합 기판을 도시하며, (B)는 기구 부품에 의한 접합시의 접합 기판을 도시한 모식도이다.
도 6에서 (A)는 실시형태에 기초하여 도 2의 프로세스 E에 의해 얻어진 접합 기판 E의 단면 구조를 도시한 모식도이고, (B)는 실시형태에 기초하여 접합 기판 E끼리를 접합하여 얻어지는 기판 접합체의 단면 구조를 도시한 모식도이며, (C)는 다른 실시형태에 기초한 기판 접합체의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 7에서 (A)는 도 2의 프로세스 A에 의해 얻어진 기판 접합체 A의 보이드(void; M12)의 형성을 나타내는 적외선 투과 화상이며, (B)는 도 2의 프로세스 A에 의해 얻어진 기판 접합체 E의 보이드의 형성이 인정되지 않는 적외선 투과 화상이다.
도 8은 기판 접합체 E의 접합 계면 근방의 단면의 미세 구조를 도시한 투과형 전자 현미경 사진이다.
도 9는 기판 접합체 E의 계면층과 그 근방의 접합 계면에 수직 방향의 철의 농도 분포를 도시한 투과형 전자 현미경법에 의한 EELS 스캔이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 관한 기판 재료의 조합(N01, N02, N03 및 N04) 및 접합시 진공도의 각 조건(N04 및 N05)에서의 접합 강도를 도시한 그래프이다.
도 11에서 (A)는 본 발명의 실시예에 관한 입자 빔원(H03)으로부터 방사되는 입자 빔(H05)에 의한 기판(H06) 상의 에칭량을 측정하는 위치 1 내지 5를 모식적으로 도시한 정면도이고, (B)는 그 평면도이다.
도 12는 입자 빔(H05)의 가속 전압과 기판(H06) 상의 위치 1 내지 5에서의 에칭량의 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 실시형태에 기초한 라인식 입자 빔원(H03)의 사시도이다.
도 14는 도 13의 라인식 입자 빔원(H03)의 P1P2P3선 단면도이다.
도 15는 실시형태에 기초한 접합 표면 제작 장치의 구성과 동작을 도시한 모식도이다.
도 16은 실시형태에 기초한 접합 표면 제작 장치의 구성과 동작을 도시한 모식도이다.
도 17은 실시형태에 기초한 접합 표면 제작 장치의 구성과 동작을 도시한 모식도이다.
도 18은 룩업 테이블을 저장한 메모리(SS01)와 제어 장치(SS02)와, 입자 빔원(FG20)과 입자원(FG30)의 관계를 도시한 다이어그램이다.
도 19는 컴퓨터(S01)와 그 지시(S03)에 기초하여 가속 전압을 인가하는 전원(S02)과 입자 빔원(H03)의 관계를 도시한 다이어그램이다.
도 20은 사용하는 입자 빔원(G1, G2) 등에 따라 각각의 재료에 대해 소정의 접합 강도를 얻기 위해 필요한 가속 전압(E(V))을 부여하는 룩업 테이블이다.
도 21에서 (A)는 하나의 입자 빔원(FG10)으로부터 에너지 입자를 방사하여 기판(FG01)의 표면에 있는 산화막(FG02)이나 불순물(FG03)을 제거하는 프로세스를 도시한 모식도이고, (B)는 그 후 기판(FG01) 상에 접합층(FG04)이 형성되는 프로세스를 도시한 모식도이다.
도 22에서 (A)는 제1 단계로서 하나의 입자 빔원(FG20)으로부터 입자 빔을 방사하여 기판(FG01)의 표면에 있는 산화막(FG02)이나 불순물(FG03)을 제거하는 프로세스를 도시한 모식도이고, (B)는 그 후 하나의 입자 빔원(FG20)으로부터 에너지 입자를 방사하여 표면에 아모퍼스(amorphous) 상(狀)의 접합층을 형성하는 프로세스를 도시한 모식도이며, (C)는 그 후 제2 단계로서 금속 입자의 방사량이 다른 입자원(30)을 이용하여 금속 입자(FG31)를 기판(FG01) 상에 방사함으로써 최종 접합층(FG04)을 형성하는 프로세스를 도시한 모식도이다.
도 23은 본 발명의 실시형태에 기초하여 금속 입자를 에너지 입자에 의한 스퍼터(sputter)에 의해 방출하는 프로세스를 도시한 모식도이다.
도 24는 아모퍼스화한 표면층(FG04)에 금속 입자(F22)가 포함되어 있는 모양을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 기초하여 실리콘 기판의 표면층에 철의 피크 농도가 있음을 나타내는 철의 깊이 방향 농도 분포의 측정 결과이다.
도 26은 본 발명에 관한 접합면 제작, 기판 접합을 실시하기 위한 장치의 구체예를 도시한 모식도이다.
도 27은 도 26의 장치에서의 입자 방사의 일 실시형태와 접합 기구를 도시한 모식도이다.
도 28은 도 26의 장치에서의 위치 인식부의 구성 등을 도시한 도면이다.
도 29는 에너지 입자원의 구체예를 도시한 모식도이다.
도 30은 에너지 입자원이 호른(horn) 형상의 금속체를 더 갖는 경우의 구체예를 도시한 모식도이다.
도 31은 에너지 입자의 가속 전압과 접합 강도의 관계의 구체예를 도시한 그래프이다.
도 32는 다른 조건으로 접합한 기판을 분리한 후의 기판 표면의 철(鐵) 2p 스펙트럼이다.
처음에, 본 명세서에서 사용하는 기본 용어에 대해 설명한다. 「기판」이란 「고체 재료」와 같은 뜻이며, 기판은 임의의 형상을 가질 수 있다. 이하에 설명하는 적합한 실시형태에 있어서, 기판은 웨이퍼의 형태를 취하는 경우가 있다. 그러나, 이는 단지 예시를 목적으로 하는 것으로, 한정되는 것을 의도하지 않는다. 「에너지 입자」는 불활성 가스 이온 및/또는 중성 원자일 수 있다. 「금속 입자」는 금속 이온, 금속 중성 원자 및/또는 클러스터일 수 있다. 에너지 입자원은 에너지 입자를 방사하는 디바이스이다. 「방사한다」란 「방출한다」와 같은 뜻이다. 「에너지 방사 입자」 또는 「방사 에너지 입자」란, 에너지 입자원으로부터 방사 또는 방출된 입자이다. 예를 들면, 전형적인 에너지 입자원에 있어서, 플라즈마 공간에 존재하는 입자(플라즈마 입자)는 전계에 의해 가속되어 에너지를 획득하여 에너지 입자가 되고 플라즈마 공간 밖으로 방출(방사)된다. 「금속 입자원」은 금속 입자를 방사, 방출하는 디바이스이다. 예를 들면, 금속체는 에너지 입자 방사에 반응하여 금속 입자를 방사, 방출한다. 이 경우, 금속체에 에너지 입자 방사를 행하는 에너지 입자원과 금속체의 조합이 금속 입자원을 구성한다. 이러한 금속 입자원은 스퍼터식 금속 입자원이라고 불린다.
이하, 바람직한 실시형태에 대해 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 특정의 실시형태는 단지 예시를 목적으로 한 것이며, 본 발명을 한정하는 의도로 이루어진 것은 아니다. 본 발명의 여러 가지 원리, 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 이점은 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 상세한 설명으로부터 한층 더 명확해질 것이다.
<전체 시스템>
도 1은 기판 접합 시스템(G00)의 외관을 도시한 것이다. 동 시스템(G00)은 전형적으로 로드 록 장치(G02), 접합 기판 제작 장치(G01) 및 기판 접합 장치(G03)를 구비한다. 또, 시스템(G00)의 외관 자체 또는 외관의 상세는 본 발명의 일부를 구성하지 않는다.
로드 록 장치(G02)는 기판의 반입 및 접합 기판 또는 기판 접합체의 반출 포트이다. 접합 기판 제작 장치(G01)는, 반입된 기판에 접합면을 형성하여 접합 기판을 제작하는 프로세스(접합 기판 제작 방법)를 실시한다. 일반적으로 이 프로세스는 높은 진공 환경을 요건으로 한다. 이 때문에, 접합 기판 제작 장치(G01)는 프로세스 실(H02) 안을 고진공으로 한 상태(예를 들면, 기압 10-7 Pa)로 프로세스를 실시한다. 통상 프로세스 실(H02) 내에 기판을 도입하기 전에, 기판이 로드된 로드 록 장치(G02) 안이 대기로부터 소정의 진공으로 내리는 감압 조작이 행해진다.
기판 접합 장치(G03)는 접합 기판끼리를 접합하여 기판 접합체를 제작하는 것이다. 전형적인 기판 접합 시스템(G00)(도 1)에 있어서, 기판 접합 장치(G03)는 접합 기판 제작 장치(G01)에 연결되어 있고, 분위기가 연통한 상태 하에서 접합 기판 제작 장치(G01)로부터의 접합 기판의 공급을 받아 제작한 기판 접합체를 접합 기판 제작 장치(G01)를 경유하여 반출 포트인 로드 록 장치(G02)에 건네주는 것이 가능하다. 통상 기판 접합 시스템(G00)에 있어서, 기판, 접합 기판, 기판 접합체 등의 처리 디바이스의 주고받음은 도시하지 않은 로봇이 행하도록 되어 있다.
종래 기술에 있어서, 기판 접합 장치(G03)는 진공 상태의 분위기를 프로세스 요건으로 하고, 접합 기판끼리의 접합(접착)은 소정의 진공 하에서 실시된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 접합 장치(G03)는 진공 분위기를 필요로 하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 접합 기판 제작 장치(G01)가 제작하는 접합 기판은 진공 분위기 하에서의 접합을 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 있어서, 기판 접합 장치(G03)는 접합 기판 제작 장치(G01)로부터 분리된 독립 장치이어도 된다.
상기와 같이 접합 기판 제작 장치(G01)는, 주어진 기판에 접합면을 형성하여 접합 기판을 제작하는 것이다. 이하, 접합 기판 제작 장치(G01)가 실시하는 접합 기판 제작 방법 및 동 방법의 실시에 관여하는 접합 기판 제작 장치의 관련 부분에 대해 몇 가지의 실시형태를 설명한다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 기초하여 기판에 실리콘 박막 매입식 접합면을 제작하는 복수 종류의 프로세스(접합 기판 제작법)를 도시한 흐름도이다. 이들 프로세스는 접합 기판 제작 장치(G01)에 의해 실시된다. 우선, 처음 단계에서 출발 기판을 취득하고(F01), 다음에 전처리(F02)를 행하여 접합면을 형성해야 할 기판을 얻는다.
특정의 구체예에 있어서, 출발 기판으로서는 직경 150mm의 시판(市販)되는 산업용 실리콘 기판을 이용하였다. 또한, 이 실리콘 기판의 전처리로서는 일반적인 열산화 수법에 의해 실리콘 기판 표면에 산화막을 형성하였다.
도 2의 흐름으로 돌아가, 전처리(F02) 후, 본 발명의 다른 실시형태에 기초하여 기판에 실리콘 박막 매입식 접합면을 형성하는 접합 기판 제작 프로세스가 실시된다. 선택 가능한 프로세스로서 도 2에는 5개의 프로세스 A~E가 나타나 있다.
프로세스 A는, 기판 표면에 대해 표면 처리("조사" 단계 F03)만을 실시한 프로세스(접합 기판 제작 방법)이다. 다른 프로세스 B-E와는 달리, 접합면에서의 실리콘 박막의 형성(F04)은 실시하지 않는다. 이 프로세스에서 제작한 기판을 접합 기판 A라고 부르기로 한다. 따라서, 프로세스 A는 비교 참조 프로세스이고, 기판 A는 비교 참조 기판이다.
프로세스 E는, 기판 표면에 대해 표면 처리(F03)한 후, 표면 처리된 기판 표면상에 실리콘 박막을 형성하고(F04), 형성한 실리콘 박막 표면을 더 표면 처리(F05)한 프로세스이다. 이 프로세스에서 제작한 기판을 기판 E라고 부르기로 한다. 구체예에 있어서, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이 접합 기판 E(L00)는 실리콘 산화막(L01)의 표면이 표면 처리되고(L02), 그 표면에 실리콘 박막(L03)이 형성되며, 그 실리콘 박막이 표면 처리된(L04) 기판이다.
프로세스 C는, 기판 표면의 표면 처리(F03), 실리콘 박막 형성(F04)까지는 프로세스 E와 동일하지만, 마지막의 실리콘 박막 표면 처리(F05)는 실시하지 않는 프로세스이다. 이에 의해 얻어지는 기판을 접합 기판 C라고 부르기로 한다. 구체예에 있어서, 접합 기판 C는 실리콘 산화막 표면이 표면 처리되고, 그 표면에 실리콘 박막이 형성된 기판이다.
프로세스 D는, 기판 표면의 표면 처리(F03)를 실시하지 않고 직접 실리콘 박막을 형성하고(F04), 형성한 실리콘 박막 표면을 표면 처리(F05)한 프로세스이다. 이에 의해 제작된 기판을 접합 기판 D라고 부르기로 한다. 구체예에 있어서, 접합 기판 D는 실리콘 산화막 표면이 표면 처리되지 않고 실리콘 박막이 형성되며, 더 표면 처리된 기판이다.
프로세스 B는, 기판 표면상에 직접 실리콘 박막을 형성한(F04) 것뿐인 프로세스이다. 이에 의해 얻어진 기판을 접합 기판 B라고 부르기로 한다.
후술하는 도 4에 도시된 바와 같이, 실시형태에 관한 접합 기판 B 내지 E의 접합 강도는 비교 참조 기판 A에 대해 예상 밖의 차이를 나타내었다.
또, 이하의 설명에서는 기판 표면의 표면 처리(F03)를 「공정 1」, 실리콘 박막 형성 처리(F04)를 「공정 2」, 실리콘 박막 표면의 표면 처리(F05)를 「공정 3」이라고 부르는 경우가 있다.
도 3은, 접합 기판 제작 장치(G01) 중에서 도 2의 공정 1, 3과 공정 2(표면 처리와 실리콘 박막 형성 처리)를 실시하는 데에 적합한 관련 부분을 프로세스 실(H02)과 함께 모식적으로 도시한 것이다. 기본적으로 표면 처리를 위해서는 기판상에 에너지 입자를 방사하는 입자원(H03 참조)이 필요하다. 또한, 실리콘 박막의 형성은 실리콘원으로서 CVD 장치를 이용한 CVD 법, PVD 장치를 이용한 PVD 법 등으로 실현할 수 있지만, 스퍼터식 실리콘원(H10 참조)을 도 3에서는 나타내고 있다.
도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 프로세스 실(H02)은 프로세스 개시 전의 진공도로서 기압 10-7 Pa를 갖고 있다. 프로세스 실(H02) 내에는, 기판(H06)은 기판 지지부(H08)에 지지되어 있다. 또, 에너지 입자원(H03)이 에너지 입자나 금속 입자를 포함하는 방사 입자(H05)를 기판(H06) 상에 조사할 수 있도록 마련되어 있다. 에너지 입자원(H03)은 도면에 수직 방향으로 회전축(H04)을 가지고, 그 회전축(H04) 둘레에 에너지 입자원(H03)의 자세를 제어할 수 있도록 되어 있다. 이는 간단한 자세 제어 장치를 구성하는 것이다. 원한다면, 자세 제어 장치는 복수의 축에 대해 에너지 입자원(H03)의 자세를 제어하는 것을 사용할 수 있다.
따라서, 도 3에 있어서, 접합 기판 제작 장치는 에너지 입자를 포함하는 방사 입자를 방사하는 에너지 입자원(H03)과, 실리콘원(H10)과, 에너지 입자원(H03)의 자세를 제어하는 자세 제어 장치(H04)를 구비하고 있고, 자세 제어 장치(H04)는 공정 1, 3에 관한 표면 처리 모드에서 에너지 입자원(H03)에 제1 자세를 취하게 하여 에너지 입자원(H03)으로부터의 방사 입자를 기판(H06)의 표면으로 향하게 하고, 공정 2에 관한 기판 표면에 실리콘 박막이 형성되는 실리콘 박막 형성 모드에서 에너지 입자원에 제2 자세를 취하게 하여 에너지 입자원(H03)으로부터의 방사 입자를 실리콘원(H10)으로 향하게 하며, 실리콘원(H10)은 실리콘 박막 형성 모드에서 에너지 입자원(H03)으로부터의 방사 입자에 응답해서 기판(H06)의 표면으로 향하여 실리콘 입자를 방사하는 자세로 놓이는 것이 이해된다.
또한, 바람직하게는, 기판 지지부(H08)는 기판(H06)에 덧붙여 복수의 기판을 지지할 수 있다. 예를 들면, 도 3의 (A)에서는 기판(H07)이 더 지지되어 있다.
더 바람직하게는, 기판 지지부(H08)는 도 3의 (A)에서 가로방향으로 이동하는 기구(H09)를 구비하고 있고, 이동 기구(H09)에 의해 에너지 입자원(H03)에 대해 기판 지지부(H08)를 평행 이동함으로써, 기판(H06, H07)을 순차적으로 방사 입자에 의해 조사하는 것이 가능하게 된다.
이동 기구(H09)를 가짐으로써, 프로세스상 여러 가지 이점을 가져온다.
예를 들면, 이동 기구(H09)에 의해 에너지 입자원(H03)을 점화하는 시점에서 기판(H06)을 방사 입자(H05)의 조사 범위 밖으로 이동할 수 있다. 에너지 입자원(H03)을 점화 직후의 불안정 등 바람직하지 않은 조건으로 기판(H06)을 조사하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 예를 들면, 이동 기구(H09)에 의해 기판(H06)을 처리한 후에 기판 지지부(H08)가 보유하는 다른 기판(H07)을 순차적으로 혹은 연속적으로 방사 입자(H05)에 의해 조사하는 것이 가능하게 된다. 이렇게 함으로써, 프로세스 전체의 속도, 효율 등을 향상시킬 수 있다.
또, 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같은 위치 방향으로 긴 라인식 입자원(라인식 이온 소스)을 사용하고, 도 3의 (A)에서 지면 수직 방향으로 배치함으로써 치수가 큰 기판을 효율적으로 처리하는 것도 가능하게 된다.
에너지 입자원(H03)은 에너지 입자를 포함하는 방사 입자를 방사할 수 있다. 이 에너지 입자는 불활성 입자이어도 되고, 바람직하게는 아르곤(argon)을 포함한다.
에너지 입자원(H03)은 금속 입자를 더 포함하는 방사 입자를 방사할 수 있다. 이 금속 입자는 바람직하게는 전이 금속이고, 더 바람직하게는 철(鐵; iron)이다.
에너지 입자 및 금속 입자 양자 모두를 방사하는 입자원(H03)(에너지 입자원 겸 금속 입자원)은 몇 가지의 구성을 취할 수 있다.
일 구성예에 있어서, 에너지 입자 및 금속 입자 양자 모두를 방출하는 이러한 입자원(H03)은 불활성 입자(아르곤)의 플라즈마를 발생하고, 이 플라즈마에 전계(E)를 걸어 플라즈마 불활성 입자를 전계 방향으로 가속하며, 불활성 입자를 포함하는 에너지 입자의 방사를 생성한다. 입자원(H03) 내에서 불활성 입자(아르곤)의 플라즈마가 발생하는 영역에 원하는 금속을 포함하는 출몰(出沒)이 자유자재인 금속체를 배치함으로써, 해당 플라즈마 유래의 에너지 입자에 의해 금속체로부터 금속 입자가 방출되어 방사 입자의 일부가 된다. 이 구성의 입자원은 동작 모드의 선택에 의해 금속체가 퇴각 위치에 있을 때는 주로 에너지 입자를 방사하는 입자원으로서 기능하고, 금속체가 진출 위치(플라즈마 공간 내의 위치)에 있을 때는 에너지 입자와 함께 금속 입자를 방사하는 입자원으로서 기능한다.
이러한 입자원(H03)에 있어서, 전방사 입자에 포함되는 금속 입자의 비율 혹은 에너지 입자(여기서는 불활성 입자)에 대한 양은 여러 가지 방법으로 증강 내지 제어할 수 있다.
일 구성예에 있어서, 입자원(H03)의 출구에 콘(cone) 형상의 금속체를 더 마련하여 에너지 입자(여기서는 플라즈마 상태의 불활성 입자)가 금속체를 스퍼터함으로써, 입자원으로부터 방출되는 금속 입자의 양을 증가시킬 수 있다.
다른 구성예에 있어서, 입자원(H03)의 출구에 그리드(grid) 형상의 금속체를 더 마련하여 에너지 입자(여기서는 플라즈마 상태의 불활성 입자)가 금속 그리드를 스퍼터함으로써, 금속 입자의 방출량을 증가시킬 수 있다.
전방사 입자에 포함되는 금속 입자의 비율 내지 에너지 입자(예를 들면, 불활성 에너지 입자)에 대한 양은 상기의 구성예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속 입자를 발생시키는 금속체는 입자원으로부터 떨어진 위치이어도 되고, 입자원과 조사(照射) 대상인 기판의 사이로서, 에너지 입자를 포함하는 입자 방사에 노출되는 위치이면 임의의 위치에 배치해도 된다. 또한, 금속체의 형상도 동일한 목적을 달성하기 위해서는 임의의 형상이어도 된다.
다음에, 본 발명에 관한 실리콘 박막을 스퍼터 증착하기 위한 방법과 장치의 일 실시태양을 도 3의 (B)를 이용하여 설명한다.
도 3의 (B)는, 도 3의 (A)에 도시된 프로세스 실(H02)에 실리콘원(H10)을 더 갖는 구성을 도시한 것이다. 여기서, 실리콘원(H10)은 실리콘(H11)을 실리콘이 증착되는 기판(H06)의 방향으로 방사할 수 있도록 배치되고, 또 실리콘을 방사하기 위해 입자 이온 빔(H03)으로부터의 방사 입자(H05)를 받을 수 있도록 배치되어 있다. 여기서, 입자 이온 빔(H03)은 도 3의 (A)에 도시된 위치로부터 회전축(H04) 둘레에 회전되어, 실리콘원(H10)의 방향으로 방사된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 도시된 태양에서, 프로세스 실(H02) 내에서 에너지 입자원(H03)과 실리콘원(H10)을 기판(H06)에 대해 배치함으로써, 하나의 에너지 입자원(H03)을 이용하여 기판(H06)의 방사 입자에 의한 조사와 기판(H06) 상에의 실리콘 박막의 스퍼터 증착을 행하는 것이 가능하게 된다. 이렇게 함으로써, 프로세스 실(H02) 내의 부품 구성이 간략화될 수 있다.
상기와 같이, 기판 접합 장치(G03)는 접합 기판끼리를 접합하기 위한 것이다. 기판 접합 기구(G03)는 한정되지 않지만, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 기능하는 기구가 바람직하다. 즉, 기판 지지부(H08)는 기판(H06)과 기판(H07)을 각각 지지하는 지지부(H08a)와 지지부(H08b)를 갖고 있다. 지지부(H08a)와 지지부(H08b)는 각각 도 5의 지면에 수직인 방향을 회전축(H12)으로서 회전하고, 기판(H06)과 기판(H07)의 접합면끼리를 면 접촉시킬 수 있다. 이 기구를 접합 제작 장치(G00)가 가짐으로써, 프로세스 실(H02) 안 혹은 그 밖의 진공 실(도시되지 않음)에서 기판을 접합면 제작 장치(G00)로부터 취출하지 않고 원하는 시간이나 조건으로 부착하는 것을 가능하게 한다.
구체예에 있어서, 도 2의 각 프로세스 A 내지 E에 기초하여 접합 기판 제작 장치(G01)에 의해 접합 기판을 제작한 후, 기판 접합 장치(G03)에서 같은 프로세스에 관한 한 쌍의 기판 A 내지 E끼리를 도 5에 도시된 바와 같은 기구를 이용하여 도 5의 (B)와 같이 접합하였다. 이후에는, 접합된 한 쌍의 기판을 기판 접합체 A 내지 E라고 부르기로 한다.
기판 접합체 E의 구조를 도 6의 (B)에 도시한다. 구체예에 있어서, 기판 E에는 실리콘 산화막(L01)의 표면이 공정 1에 의해 조사되고(L02), 그 표면에 실리콘 박막(L03)이 형성되며, 그 실리콘 박막이 공정 1에 의해 조사되어(L04) 있다. 동일하게 처리한 한 쌍의 기판 E끼리를 접합함으로써, 각각의 표면(L04)끼리가 접합하여 기판 접합체 E(L10)가 구성되어 있다.
<접합 에너지의 측정>
접합 프로세스 후, 기판 접합체 A 내지 E를 기판 접합 시스템(G00)으로부터 대기 중으로 취출하고, 블레이드 삽입법에 의해 각 기판 접합체의 접합 에너지를 측정하였다. 기판 접합체 A 내지 E 각각에 대한 복수의 측정에 의한 평균값을 도 4에 나타낸다.
도 4를 참조하여 접합 강도의 측정 결과를 설명한다. 우선, 실리콘막을 형성하지 않고 실리콘 산화막을 공정 1에 의해 조사한 기판끼리를 접합한 기판 접합체 A는 가장 낮은 접합 강도(0.05J/㎡ 이하)를 나타내었다. 다음에, 공정 1을 일절 거치지 않고 실리콘막이 형성된 기판끼리를 접합한 기판 접합체 B는 접합 강도(0.37J/㎡)를 나타내고, 기판 접합체 A보다 높은 접합 강도를 나타내었다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 15% 정도의 접합 강도이다. 다음에, 공정 1을 거치지 않고 실리콘막이 형성된 후에, 공정 1을 거친 기판끼리를 접합한 기판 접합체 D는 접합 강도(0.51J/㎡)를 나타내고, 기판 접합체 B보다 높은 접합 강도를 나타내었다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 20% 정도의 접합 강도이다. 다음에, 공정 1을 거친 후에 실리콘막이 형성된 후에, 공정 1을 거치지 않고 기판끼리를 접합한 기판 접합체 C는 접합 강도(1.17J/㎡)를 나타내고, 기판 접합체 D보다 더 높은 접합 강도를 나타내었다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 40% 정도의 접합 강도이다. 마지막으로 공정 1을 거친 후에 실리콘막이 형성된 후에, 또 공정 1을 거친 기판끼리를 접합한 기판 접합체 E는 가장 높은 접합 강도(1.55J/㎡)를 나타내었다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 60% 정도의 접합 강도이다.
도 4에 도시된 접합 강도의 결과는, 실리콘막을 형성한 기판이 실리콘막을 형성하지 않은 기판보다 명백히 높은 접합 강도를 나타내고, 실리콘막의 형성 전후에서의 공정 1이 실시될수록 접합 강도가 높아지는 것을 나타내고 있다.
상기 실시예에서는 동종의 처리를 한 한 쌍의 기판끼리를 접합하고, 각 처리 방법 간에서의 기판 접합체가 갖는 접합 강도를 비교하였지만, 한쪽 기판을 처리한 경우에서도 동일한 효과를 발휘하는 것은 명백하다.
상기 실시예에서는 기판(의 표층부)으로서 산화 실리콘을 이용하였지만, 이에 한정되지 않는 것은 명백하다. 또한, 접합면층 내에 실리콘 박막을 형성함으로써, 기판 자체의 재질에 제약이 원리적으로 존재하지 않는 것으로 적용 범위를 넓히는 것이 인정된다. 결과적으로 에너지 입자에 의한 기판 표면의 조사와 실리콘 박막의 생성이 가능하면, 본 발명은 임의의 기판의 재질에 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 입자원(H03)으로서 에너지 입자와 금속 입자를 포함하고 있는 방사 입자를 사용하였다. 그러나, 금속 입자를 포함하지 않거나 그리드나 호른 형상의 금속체의 설치에 의해 의도적으로 금속 입자를 에너지 입자에 포함시키지 않는 경우에서도 동일한 효과가 얻어지는 것은 지금까지의 상온 접합법의 여러 가지 성과로부터 명백하다.
<적외선 투과법에 의한 접합 계면의 평가>
가시광은 실리콘 기판을 투과하지 않지만, 적외선은 투과한다. 따라서, 접합 상태를 알아보기 위해 적외선의 투과를 관찰하는 수법을 이용할 수 있다. 기판이 밀접하게 접합하지 않는 개소(個所)는 공극 이른바 보이드(void)가 형성되므로, 기판이 밀접하게 접합하고 있는 개소와 비교하여 적외선의 광로 길이가 다르다. 기판의 적외선의 투과 화상을 보면, 기판이 밀접하게 접합하고 있는지는 투과광의 농담(濃淡)으로서 나타난다.
보이드 형성은 접합면에 부착된 원하지 않는 입자 등이 접합 계면에 존재함으로써 기판 간에 공극이 생긴 것, 또한 접합 강도가 약한 것을 나타내고 있다.
도 7의 (A)는 기판 접합체 A(M11)의 적외선 투과 화상을 나타내고 있고, 도 7의 (B)는 기판 접합체 E(M21)의 적외선 투과 화상을 나타내고 있다. 도 7의 (A)에서, M12에 의해 나타나는 개소에서 보이드가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 한편, 도 7의 (B)에서는, 도 7의 (A)에서 M12에 의해 나타나는 것과 같은 보이드 형성은 인정할 수 없었다.
기판 E는 기판 A에 비해 공정수가 많고, 따라서 원하지 않는 입자 등이 접합 전에 접합 표면에 부착될 확률은 높다고 생각된다. 그러나, 기판 접합체 E에서 보이드 형성이 없었다는 것은 기판 접합체 E의 접합 강도가 기판 접합체 A에 비해 현저히 높은 것을 시사하고 있고, 도 4에 도시된 접합 강도의 결과와 정합된다.
<투과형 전자 현미경법에 의한 접합 계면의 평가>
도 8은, 기판 접합체 E의 접합 계면 부근의 투과형 전자 현미경법에 의한 미세 구조를 도시한 것이다. 구체예에 있어서, 기판 E는 출발 재료인 실리콘 기판(L10) 상에 실리콘 산화막(L01)의 표면이 형성되고, 공정 1에 의해 조사되며(L02), 그 표면에 실리콘 박막(L03)이 형성되고, 그 실리콘 박막이 공정 1에 의해 조사된(L04) 기판이다. 동일하게 처리한 한 쌍의 기판 E끼리를 접합함으로써, 각각의 표면(L04)끼리가 접합하여 기판 접합체 E(L10)가 구성되어 있다.
또, 도 9에 도시된 기판 접합체 E의 접합 계면 근방에서의 철 농도를 투과형 전자 현미경법에서의 EELS라는 수법을 이용하여 측정하였다. EELS 스캔법에 의해 원자 크기의 극소 영역마다의 원자 농도를 측정하는 것이 가능하다. 도 9는, 접합 계면(L04)에 수직인 방향으로 라인 스캔하여 측정한 철의 접합 계면에 수직인 방향의 농도 프로파일을 나타낸다(K31).
구체예에 있어서, 접합 계면(L04)에 수직 방향의 EELS 라인 스캔에서는, 공정 1로 에너지 입자를 조사한 개소(L02 및 L04)에 철이 존재하고 다른 개소에서는 측정되지 않았다. 또, 접합 계면(L04)에서의 철의 농도는 실리콘 박막(L03)을 증착하기 전에 에너지 입자를 조사한 개소(L02)에 비해 높다. 이는, 공정 1에서 같은 조건 하에서 에너지 입자를 조사한 표면이 합쳐짐으로써 철이 대략 2배 포함되어 있는 것과 대응한다고 생각된다.
상기 실시예에서는, 동종의 처리를 한 한 쌍의 기판 E끼리를 접합하여 기판 접합체 E의 접합 계면 근방에서의 접합 계면에 수직 방향의 철의 농도 분포를 나타내었지만, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 한쪽 기판만을 처리한 경우에서도 동일한 철 분포가 얻어지는 것은 명백하다.
도 6의 (C)를 설명한다. 하나의 기판(L01)의 표면이 공정 1에 의해 조사되고(L02), 그 표면에 실리콘 박막(L03)이 형성되며, 그 실리콘 박막이 공정 1에 의해 조사된(L04) 후에 다른 기판(L41)과 접합된 경우이다. 그러나, 기판(L01, L41)을 구별할 수 있는 경우를 제외하고 계면 구조를 관찰한 것만으로는 접합 계면이 L02에 있는지 L04에 있는지 구별하기 어렵고, 기판(L01)과 기판(L41) 중 어느 쪽 위에 공정 1 및 공정 2가 실시되었는지는 밝혀 따지지 않는다.
그리고, L02 및 L04에 해당하는 개소에서는 그 밖의 에너지 입자에 포함되는 금속이 다른 개소보다 높은 농도로 존재하고 있다.
이 금속은 바람직하게는 전이 금속이며, 더 바람직하게는 철이다.
또, 입자원의 작동 조건으로서 구체예에서는 공정 1은 가속 전압이 1.5 내지 2.5kV, 전류가 350 내지 400mA로 실시되고, 공정 2는 가속 전압이 1.0 내지 2.0kV, 전류가 300 내지 500mA로 실시되었다.
이상, 접합면층 내에 「실리콘 박막층」을 형성하는 종류의 접합 기판 제작 방법(도 2 참조), 장치 및 생산물인 접합 기판(도 6), 기판 접합체(도 6)에 대해 설명하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 접합면층 내에 실리콘 박막을 형성함으로써, 그것이 없는 경우에 비해 접합 기판에 높은 접합 능력이 초래되는 것이 판명되었다. 또한, 본 방법 및 장치는 적용할 수 있는 기판의 재질에 제한이 없고 유효성이 매우 높다.
이하에서는, 접합면층 내에 「실리콘 박막층」을 형성하는 어프로치를 중지하고, 상기 기판에 대한 표면 처리(도 6의 층(L02, L04) 참조)에 대해 연구를 하여 충분한 접합 강도를 실현하였다.
<접합면 제작 프로세스>
이후, 실시형태에 기초한 표면 처리에 대해 상세하게 설명한다.
실시형태에 따르면, 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 제1 표면 처리 단계와, 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 제2 표면 처리 단계를 가진다. 그리고, 이들 단계의 실시 결과로서 상기 접합 기판이 제작됨과 동시에, 각 단계는 결합 기판의 표면층의 모재 중에 금속 입자가 분포하도록 실시가 컨트롤된다. 여기서, 제1 표면 처리 단계와 상기 제2 표면 처리 단계는 동시에 실시할 수 있다. 이에 대해서는, 이미 도 3에서 서술한 에너지 입자원 겸 금속 입자원(H03)에 대해 설명하였다. 동시 실시가 아니라, 에너지 입자 방사를 기판 표면에 맞춘 후에 금속 입자 방사를 기판 표면에 부여하는 순차 프로세스를 사용할 수 있다. 어플리케이션에 맞추어 에너지 입자원 겸 금속 입자원(H03)의 사용 또는 에너지 입자원의 동작에 이어지는 금속 입자원의 동작을 사용할 수 있다.
기판의 접합면을 형성하는 접합 기판 제작 장치(G01)로서, 도 18에 도시된 바와 같이 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 에너지 입자원(FG20)과, 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 금속 입자원(FG30)과, 목표로 하는 접합 기판의 프로퍼티(property)(「목표 프로퍼티」)를 만족하는 프로세스 조건을 기억하는 프로세스 조건 메모리(SS01)와, 그 메모리(SS01)를 참조하여 목표 프로퍼티를 만족하는 프로세스 조건에 기초하여 에너지 입자원(FG20)과 금속 입자원(FG30)을 컨트롤하는 제어 장치(SS02)를 구비하는, 접합 기판 제작 장치가 나타나 있다.
예를 들면, 상기 목표 프로퍼티는 접합 기판의 표면층의 모재 중에 금속 입자가 분포하는 것을 포함하고 있고, 에너지 입자원(FG20) 및 금속 입자원(FG30)은 상기 제어 장치(SS02)의 제어 하에 목표 프로퍼티를 만족하는 프로세스 조건에 기초하여 동작이 컨트롤된다.
목표 프로퍼티는 (A) 접합 기판의 표면층에 금속층이 존재하지 않는 것 및 (B) 접합 기판의 표면층의 모재 중에 금속 입자가 분포하는 것을 포함해도 되고, 에너지 입자원(FG20) 및 금속 입자원(FG30)은 제어 장치(SS02)의 제어 하에 상기 목표 프로퍼티를 만족하는 프로세스 조건에 기초하여 동작이 컨트롤된다.
구성예에 있어서, 상기 프로세스 조건은 에너지 입자원(FG20)에 의해 에너지 입자가 획득하는 에너지 조건을 포함하고 있어도 된다. 여기서, 에너지 조건은 30eV 이상일 수 있다.
다른 구성예에 있어서, 상기 목표 프로퍼티는 「접합 기판이 소정의 접합 강도 능력을 갖는 것」을 포함하고 있고, 에너지 입자원(FG20) 및 금속 입자원(FG30)은 제어 장치(SS02)의 제어 하에 상기 목표 프로퍼티를 만족하는 프로세스 조건에 기초하여 동작이 컨트롤된다. 예를 들면, 프로세스 조건 메모리(SS01) 내에 도 20에 도시된 바와 같은 룩업 테이블(T01, T02)을 준비하고, 접합 강도(예를 들면, 기판 파괴 강도비로 표현됨)를 제시할 수 있도록 해도 된다.
대체로서, 도 19에 도시된 바와 같이 PC 형식으로 나타낸 제어부(S01)는 내부에 에너지 요건에 관한 프로세스 요건을 기억한 메모리를 내장하고 있고, 전원(S02)에 대해 요구되는 가속 에너지에 대응하는 전압 지시를 데이터 버스(S03) 경유로 부여한다. 그리고, 이를 받아 전원선(S04)을 거처 전원(S02)으로부터 요구된 가속 에너지에 대응하는 전압에 에너지 입자원(H03)을 동작시킨다.
<에너지 방사 입자에 의한 표면 처리 프로세스>
일 실시형태에 기초한 표면 처리는 에너지 방사 입자로 기판 표면을 조사하는 프로세스이다. 일반적으로 기판 본래의 고체 재료의 표면에는 일정량의 산화물과 산화물 외의 것이 형성 혹은 부착되어 있다. 산화물은 기판 재료가 대기 중의 산소나 습식(wet) 프로세스 중의 물과 반응함으로써 형성되는 경우가 많다. 실리콘의 경우, 대부분이 SiO2이다. 산화물 외의 것은 대기 중의 미세 입자가 부착되거나 여러 가지 프로세스 중의 화학 물질이 표면에 부착 혹은 기판 재료와 반응하여 형성하는 것이다. 다양한 형태, 종류가 있고, 본 명세서에서는 단지 「불순물」이라고 부르기로 한다.
「표면 처리」의 목적은, 우선 첫째로, 상기 산화물이나 불순물을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자의 충돌에 의해 제거하여 기판 재료 자체의 청정 표면을 노출시키는 것이다. 기판 재료 자체의 표면은 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하여 에너지적으로 높고 불안정한 상태에 있고, 산화나 불순물의 부착을 회피하여 다른 에너지적으로 불안정한 청정 표면과 접촉시킴으로써, 댕글링 본드끼리가 결합하여 에너지적으로 안정됨으로써 강고한 결합이 얻어진다.
「표면 처리」의 제2 목적은, 청정 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 더 조사함으로써 기판 재료의 결정성이 흐트러지고, 댕글링 본드의 형성이 진행되므로 표면 에너지가 더 높아진다. 따라서, 이 표면을 접합함으로써 더욱 강고한 결합이 얻어진다.
「표면 처리」에서 사용되는 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로는 이하의 실시예에서는 불활성 가스, 특히 아르곤을 이용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 불활성 가스를 이용해도 되고, 또 불활성 가스가 아니어도 질소 분자, 산소 분자 등 입자원에 가속됨으로써 얻은 운동 에너지를 기판 재료에 전달하는 입자이면 그 종류를 밝혀 따지지 않는다. 운동 에너지 외에 기판 재료와 화학 반응성이 있는 것으로도 된다.
또, 「표면 처리」의 입자 방사에서 사용하는 입자에는 복수 종류의 입자를 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 상기 혹은 이하 서술하는 바와 같이 금속 입자를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 기판 재료의 표면에 도달한 금속 입자는 접합시에 어떠한 화학 반응을 한다고 생각되고, 결과적으로 접합 강도가 더 높아진다.
「표면 처리」는 접합하는 한 쌍의 기판 표면 양자 모두에 실시해도 되고 한쪽에 실시해도 된다.
본 실시형태에 관한 표면 처리 방법에 의해, 표면 처리된 기판 표면층(접합면층) 내에 금속 입자가 함유되는 것이 측정을 통해 확인되었다. 표면 처리 중에 기판 표면층에서 실제로 일어나고 있는 현상의 상세는 불분명하지만, 측정 결과로 보아 에너지 입자와 금속 입자의 방사를 받아 기판 표면에 존재하는 산화물이나 불순물이 제거되고, 입자의 에너지에 의해 기판 표면층이 아모퍼스화하며, 이 아모퍼스화한 층 내의 모재에 금속 입자가 결합하였다고 생각된다. 또, 현상의 설명은 단지 설명을 목적으로서 측정 결과로부터 상정된 추론에 불과하며, 현상 자체, 현상의 추론 자체, 물리적/화학적 고찰 자체는 특허의 보호 대상이 될 수 없기 때문에, 본 발명의 일부를 구성하는 것이 아니고, 또한 본원발명의 범위를 해석하기 위해 사용되는 것을 의도하지 않는다. 본원발명의 범위는 법이 규정하는 바와 같이 특허청구범위에 기초하여 정해져야 하는 것이다.
본 실시형태에 기초한 표면 처리 방법의 구체예로서, 기판 재료로서 실리콘을 이용하고, 에너지 입자를 아르곤으로 하며, 금속으로서 철 원자인 경우를 도 24를 참조하여 설명한다. 즉, 기판(FG01)에서는 실리콘 원자(FF11)는 다이아몬드 결정 구조로 나열되어 있다. 본 실시형태에 기초한 표면 처리 방법에 의해, 해당 실리콘 기판 표면층(FG04)에서는 다이아몬드 결정 구조가 없어지고, 실리콘 원자(FF21)는 아모퍼스 층(FG04)을 형성한다고 생각된다. 철 원자(F22)는 주로 이 아모퍼스 층(FG04) 내에 존재하고 있다고 생각된다.
도 25는, 에너지 입자 및 철 입자를 조사한 후의 실리콘 기판을 고주파 글로 방전 발광 분석에 의해 깊이 방향의 조성 분석 결과를 나타낸다. 이 결과는 표면층 중에 철의 농도 피크가 존재하고, 피크 농도가 4.5 atomic%(이후에는,「원자%」라고 기재함)인 것을 나타내고 있다.
철 원자는 아모퍼스층(FG04) 외에 예를 들면 기판(FG01)에 존재하고 있어도 상관없다. 반도체 재료 중의 전이 금속의 확산 계수는 일반적으로 높고, 예를 들면 실리콘 내의 철의 확산 계수는 매우 높기 때문이다(Sze, Physics of Semiconductor Devices). 따라서, 상온이어도 철을 대표로 하는 전이 금속의 확산 계수는 높다. 또한, 기판 전체의 온도를 상온 혹은 상온보다 낮은 온도로 유지하였다고 해도, 에너지 입자를 조사하고 있는 동안은 에너지 입자의 에너지가 충돌에 의해 열 에너지로 변환되고, 표면 근방 온도가 수 원시(原始) 레벨의 범위에서 국소적으로 올라간다고 한다. 따라서, 철의 확산 거리는 표면 근방에서 증가한다고 생각되기 때문이다. 그러나, 접합 프로세스에 관여하는 것은 기판 표면 근방에 위치하는 철 원자이고, 한편, 표면에서 보아 아모퍼스층(FG04)보다 깊은 위치에 있는 철 원자는 접합 프로세스에 직접 관여하는 일은 없다.
또한, 철 원자의 가속 에너지는 에너지 입자인 아르곤의 가속 에너지보다 낮아도 된다. 철 원자의 확산 속도는 결정 실리콘 중보다 아모퍼스 실리콘 중이 높기 때문에, 충분한 철 원자의 확산을 생각할 수 있다.
충분한 접합 강도를 얻기 위해, 본 실시형태에 관한 표면 처리 방법에 의해 생성한 표면층(FG04)이 금속을 0.1∼30원자% 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 관한 표면 처리 방법에 의해 생성한 표면층(FG04)이 금속을 3∼10원자% 포함하고 있는 것이 바람직하다.
금속의 함유량이 소정량보다 작으면, 금속의 존재에 의해 기대되는 충분한 접합 강도를 얻을 수 없다.
또한, 금속의 함유량이 소정량보다 큰 것은 바람직하지 않은 경우가 있다.
첫째로, 금속의 함유량이 소정량보다 크면 충분한 접합 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
예를 들면, 본 표면 처리 후, 표면층(FG04)의 철 함유량 5원자%의 기판을, 기압을 진공으로부터 대기압으로 한 후에 접합한 경우, 높은 접합 강도를 얻을 수 있었다.
또한, 표면층(FG04)의 철 함유량 5원자%의 기판은 측정 결과, 철 금속막의 경우에 비해 산화 속도가 느린 것을 알 수 있었다.
철의 산화 속도가 느린 이유로서 여러 가지 메커니즘을 생각할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 중의 철 함유량이 작은 경우, 철 원자끼리가 근접하는 확률이 매우 작아지고, 철 원자는 다른 철 원자로부터 고립되어 있다고 생각해도 된다. 이 경우, 철 원자는 실리콘 원자와 결합하여 실리콘 합금을 형성한다. 실리콘 합금은 철이 인접하여 금속막을 형성하고 있는 경우에 비해 산화하기 어렵다고 생각된다. 또, 철 원자가 표면층(FG04)에 있는 경우, 이 철 원자의 일단은 실리콘 원자와 결합하고 있지만, 타단은 표면에 노출되어 있고 실리콘 원자 등과는 결합하지 않으므로 소정의 활성을 갖고 있다. 즉, 이 표면 처리 후의 최표면에 있는 철 원자는 함유량이 소정량을 넘지 않음으로써 산화하기 어려운 성질을 갖는 반면, 다른 기판 표면과 접촉하였을 때는 충분한 강도의 접합을 발생시킬 정도로 활성도 갖고 있다고 생각된다.
또한, 금속의 함유량이 소정량보다 큰 것은 바람직하지 않은 제2 경우로서 도전성이 발생하는 것을 들 수 있다.
예를 들면, 표면층(FG04)에서의 금속의 함유량이 증가함으로써, 금속 원자끼리가 연속하여 금속 결합을 형성한다. 표면층(FG04) 내에서의 연속적인 금속 결합에 의해, 해당 층은 도전성을 가지게 된다. 또한, 완전히 연속적이지 않아도 원자 레벨에서 근방에 금속 원자가 존재하면 터널 효과에 의해 도전성이 발생하는 경우도 있다. 그리고/혹은 표면층(FG04) 단체(單體)가 도전성을 가지지 않는 경우에서도 동일한 표면층(FG04) 한 쌍을 접합함으로써 도전성이 발생하는 경우가 있다.
본 실시형태에 관한 일 실시예에서는, 입자원으로부터 에너지 입자와 금속 입자가 방사되므로, 입자원의 구동 조건이 에너지 입자와 금속 입자의 에너지를 규정한다. 그런데, 상술한 바와 같이 에너지 입자와 금속 입자는 기판 재료에 대한 작용에 있어서 다른 역할을 담당하고 있다고 생각된다. 만약 금속 입자의 기판 재료 표면에의 도달량이 에너지 입자의 기판 재료의 제거량을 넘으면, 금속 입자는 기판 재료 표면에 퇴적하게 된다. 이 경우, 금속막이 형성된다. 한편, 만약 금속 입자의 기판 재료 표면에의 도달량이 에너지 입자의 기판 재료의 제거량보다 작으면, 금속 입자는 기판 재료 표면에 퇴적하지 않고 기판 재료의 제거가 진행하게 된다. 즉, 에너지 입자의 운동 에너지와 금속 입자의 기판 재료 표면에의 도달량의 균형이, 원하는 박막을 형성하기 위한 요소가 되고 있다.
다음에, 기판 재료로서 150mm 실리콘 웨이퍼를 이용하였을 때의 에너지 입자의 가속 에너지, 구체적으로는 가속 전압 80V, 100V와 그 접합 강도의 관계에 관한 실험 결과를 나타낸다.
우선, 도 11의 (A), 도 11의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 2가지 가속 전압의 경우의 에너지 입자에 의한 기판 재료의 제거량을 측정하였다. 도 11의 (A)는, 기판(H06)과 에너지 입자원(H03)과 에너지 입자(H05)의 조사 방향과의 위치 관계를 도시한 측면도이다. 도 11의 (B)는 그 평면도이다. 기판(H06)으로서는, 실리콘 기판상에 열 산화막을 형성하고, 이 열 산화막의 두께를 에너지 입자 조사 전후에 측정하여 이 두께 차이를 에칭량으로 하였다. 에너지 입자원(H03)을 기판 표면에 대해 경사 방향으로부터 기판의 중심(3)을 포함하도록 에너지 입자(H05)를 조사하였다. 그리고, 기판(H06) 상의 직경 방향의 점 1 내지 5, 즉 에너지 입자(H05)의 조사 방향 O01에 따라 열 산화막의 두께를 측정하였다. 이때, 도 11의 (B)에 도시된 바와 같이, 노치(O02)의 위치 결정을 함으로써 측정점 1 내지 5의 위치 결정을 행하였다.
우선, 도 12는 각 측정점 1 내지 5에서의 80V 및 100V에서의 에칭량(nm)을 도시한 것이다. 80V에서는, 조사량 15 및 30Amin의 2가지 조건으로 에칭량을 측정하고, 에칭량은 조사량에 거의 비례하고 있음을 확인하였다. 100V에서는, 측정점 1내지 3에서는 80V, 30Amin의 경우의 에칭량과 거의 같은 결과가 측정되고, 위치 4 및 5에서는 80V의 상기 2가지 조건 결과의 중간 에칭량이 측정되었다. 어느 쪽의 경우도, 상기 80V와 100V에서의 에너지 입자 조사는 거의 동등한 열 산화막의 에칭량을 부여하는 것을 알 수 있었다.
같은 에너지 입자의 가속 전압으로 실리콘 기판을 표면 처리하여 접합하였다. 이때, 실리콘 기판 표면에는 산화막 그 밖의 실리콘 외의 박막은 형성하지 않고, 실리콘 재료끼리의 접합을 하였다. 가속 전압 80V에서 에너지 입자를 가속하여 표면 처리한 경우는 충분한 접합 강도는 얻을 수 없고, 가속 전압 100V에서 에너지 입자를 가속하여 표면 처리한 경우는 충분한 접합 강도를 얻을 수 있었다. 이 측정 결과는 동등한 에칭량을 부여하는 에너지 입자 조사 조건이어도 어떤 입자원에서의 가속 전압, 즉 에너지 입자가 갖는 운동 에너지에 의해 접합 강도가 다른 것을 나타내고 있다.
상기 실시예에서는, 소정의 입자원을 이용하여 에너지 입자의 가속 전압 80V와 100V 사이에 접합 강도의 차이가 인정되었지만, 이는 여러 가지 조건에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 조사하는 재료에 따라서는 가속 전압은 30V이어도 된다(도 31 참조). 또한, 예를 들면 에너지 입자의 운동 에너지는 상세하게 말하면 사용하는 입자원의 구성에 의존한다. 또, 상기 실시예에서는 실리콘을 이용하였지만, 접합 강도는 운동 에너지(입자의 에너지) 외에도 에너지 입자를 조사하는 재료의 종류(반도체, 세라믹, 유전체 재료, 유기 재료, 강유전체 재료, 고분자 재료 등)나 형태(단결정 재료, 재료 표면에서의 결정 방위, 다결정, 결정립의 크기 등)에 의존한다. 따라서, 얻어지는 접합 강도라는 것은 입자의 에너지, 조사하는 재료, 입자원 등의 파라미터에 의존한다고 할 수 있다.
예를 들면, 도 20에 도시된 바와 같이, 사용하는 입자원(G1, G2) 등에 따라 각각의 재료 SiO2, Si, SiN, M4 등에 대해 소정의 접합 강도 BS(%)(=접합 강도(J/㎡)/벌크 파괴 강도(J/㎡))를 얻기 위해 필요한 가속 전압 E(V)을 미리 룩업 테이블(T01, T02)로서 작성한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 이들 룩업 테이블을 컴퓨터(S01)의 메모리에 저장해 두면, 사용자가 원하는 파라미터를 입력하면, 컴퓨터(S01)는 필요한 가속 전압의 값에 관한 지시(S03)를 전원(S02)에 출력한다. 전원(S02)은 해당 지시에 따라 에너지 입자원(H03)의 가속 전압의 전극판(S05)에 지시 전압을 인가한다. 그 결과, 해당하는 소정의 전압으로 가속된 입자(H05)가 에너지 입자원(H03)으로부터 방사된다. 금속체(S06)를 입자(H05)의 경로 상에 마련함으로써 에너지 입자는 금속 입자를 포함하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 의해 상기 각 파라미터를 적절화함으로써, 기판의 표면층에서의 금속의 함유량이 소정의 범위 내에 있는 경우는 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명에 관한 다른 실시예로서 에너지 입자와 금속 입자의 조사량 비율을 다른 2가지의 단계에서 조절하는 방법을 나타낸다. 도 21을 참조하여 상기 실시예(도 21의 (A) 및 (B))와 본 실시예(도 22의 (A) 내지 (C))의 차이를 설명한다.
상기 실시예에서는, 하나의 입자원(FG10)으로부터 에너지 입자를 방사하여 기판(FG01)의 표면에 있는 산화막(FG02)이나 불순물(FG03)(도 21의 (A))을 제거하고, 기판(FG01) 상에 접합층(FG04)이 형성된다(도 21의 (B)). 에너지 입자가 금속 입자를 포함하고 있는 경우는 형성된 접합층(FG04)에는 이 금속이 포함된다.
다른 실시예에서는, 우선 제1 단계로서 하나의 입자원(FG20)으로부터 에너지 입자를 방사하여 기판(FG01)의 표면에 있는 산화막(FG02)이나 불순물(FG03)(도 22의 (A))을 제거하고, 기판(FG01) 상에 접합층(FG05)이 형성된다(도 22의 (B)). 다음에, 제2 단계로서 금속 입자의 방사량이 다른 입자원(FG30)을 이용하여 금속 입자(FG31)를 기판(FG01) 상에 방사함으로써 최종 접합층(FG04)을 형성한다(도 22의 (C)). 본 실시예에서는, 제1 단계에서의 에너지 입자가 금속 입자를 포함하고 있어도 되고 포함하지 않아도 된다. 그리고, 제2 단계에서의 입자원(FG30)은 상기 실시예에서 이용한 것과 같은 에너지 입자와 금속 입자를 동시에 방사하는 것으로도 된다. 금속 입자의 방사량은 여러 가지 방법으로 증감하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 이 입자원(FG30)은 입자를 가속하는 기구를 구비하지 않아도 된다. 요컨대, 본 실시예에서 예시된 태양에 의해 제1 단계와 제2 단계에서 에너지 입자의 조사 조건과 금속 입자의 조사 조건을 비교적 자유롭게 설정하여 각각의 작용을 보다 잘 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 23에 도시된 장치 구성에서는, 에너지 입자원은 기판(H06)으로 향하여 에너지 입자를 방사하는 것이 아니라 금속 입자원(FG30)으로 향하여 방사한다. 금속 입자원(FG30)은 에너지 입자(FG21)와 반응하여 금속 입자(FG31)가 스퍼터되고 기판(H06)으로 향하여 방사된다.
따라서, 금속 입자원(FG30)은 에너지 입자(FG21)의 스퍼터 타겟이다. 금속 입자와 실리콘이 프로세스에 따라 적절히 전환하여 스퍼터되는 스퍼터 타겟은 유효하다. 예를 들면, 스퍼터 타겟은 복수의 면을 갖는 다각기둥 형상으로서 회전 가능하며, 적어도 일면에는 실리콘 타겟이 마련되고, 다른 적어도 일면에는 금속 입자 타겟이 마련된다. 금속 입자원(FG30) 대신에 이러한 회전식 스퍼터 타겟을 이용함으로써, 실리콘 타겟에 에너지 입자를 방사하여 실리콘을 스퍼터시켜 기판에 실리콘막을 형성한 후, 회전식 스퍼터 타겟을 회전시키고, 금속 입자 타겟에 에너지 입자를 방사하여 금속 입자(예를 들면, 철 입자)를 스퍼터시켜 기판에 금속 입자를 방사하는 것이 용이하게 된다.
<기판의 재료와 접합 강도의 관계>
도 4에 관해 실리콘 박막 삽입식의 형성에 대해 설명하였다. 특히, 도 4의 그래프에 나타낸 예에서는, 기판(표층부) 재료는 산화 실리콘이었다. 즉, 출발 기판의 재료는 실리콘인데, 표면을 열 산화하여 산화 실리콘을 형성하고, 본원발명의 구성상 기판은 산화 실리콘으로서의 실시예이다. 이에 대해, 접합면에 실리콘 박막 삽입을 행하지 않은, 이하의 구체예에서는 산화 실리콘 외의 재료를 기판으로서 이용하였다.
이하의 구체예 중 어느 것에서도, 양 기판은 각각 도 2에 도시된 기판 E의 접합 표면 제작 과정과 같은 과정의 처리가 실시된 후 접합되었다. 따라서, 기판 접합체의 계면 구조는 상기 기판 접합체 E와 같은 구조이다. 접합 후 기판 접합체의 접합 강도를 도 4의 접합 강도에서의 측정과 같이 블레이드 삽입법에 의해 측정하였다.
실시예: 실리콘-질화 실리콘
본 실시예에서는, 하나의 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 열 산화 등의 프로세스를 하지 않고 접합 표면 제작을 행하며, 다른 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 실리콘 기판 표면에 질화 실리콘을 형성한 후에 접합 표면 제작을 행하였다. 따라서, 본 실시예는 실질적으로 실리콘과 질화 실리콘의 접합 표면 제작, 접합 및 접합 강도의 측정 결과를 나타내는 것이다.
도 10의 N02에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 접합 강도는 2.5J/㎡로 추정되었다. 실제로 블레이드 삽입법에 의해 통상의 방법으로 블레이드를 해당 2장의 기판 사이에 삽입하였을 때, 기판은 박리하지 않고 실리콘 기판이 파괴되었으므로, 실제의 본 실시예의 접합 강도는 측정되지 않는다. 그러나, 실리콘 기판의 파괴는 강도가 높은 접합면이 형성되어 있었음을 나타내고 있다. 즉, 본 실시예에서의 접합 강도는 적어도 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도를 가진다. 도면에는 이때의 접합 강도를 하한값으로 추측하여 실리콘의 벌크 파괴 강도 2.5J/㎡로서 기재하였다.
도 10의 가장 좌측에 도시된 기판 접합체(N01)는 도 4에서의 기판 접합체 E와 같은 것이고, 비교를 위해 기재한다.
본 접합 강도의 측정 및 추정에 의해, 본 실시예에서의 기판 접합체(N02)의 강도는 기판 접합체 E(도 10의 N01)보다 높고, 적어도 실리콘 기판 접합체의 접합 강도인 것을 알 수 있었다.
실시예: 산화 실리콘-질화 실리콘
본 실시예에서는, 하나의 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 실리콘 기판 표면을 열 산화한 후에 접합 표면 제작을 행하며, 다른 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 실리콘 기판 표면에 질화 실리콘을 형성한 후에 접합 표면 제작을 행하였다. 따라서, 본 실시예는 실질적으로 산화 실리콘과 질화 실리콘의 접합 표면 제작, 접합 및 접합 강도의 측정 결과를 나타내는 것이다.
도 10의 N03에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 접합 강도는 2.5J/㎡로 추정되었다. N02와 같이 블레이드 삽입시, 기판은 박리하지 않고 실리콘 기판이 파괴되었으므로, 실리콘 재료의 접합 계면 강도인 2.5J/㎡를 추정값으로서 기재하였다.
본 접합 강도의 측정 및 추정에 의해, 본 실시예에서의 기판 접합체(N03)의 강도는 기판 접합체 E(도 10의 N01)보다 높고, 적어도 실리콘 기판 접합체의 접합 강도인 것을 알 수 있었다.
실시예: 질화 실리콘-질화 실리콘
본 실시예에서는, 양자 모두의 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 어떤 실리콘 기판 표면에 질화 실리콘을 형성한 후에 접합 표면 제작을 행하였다. 따라서, 본 실시예는 실질적으로 질화 실리콘과 질화 실리콘의 접합 표면 제작, 접합 및 접합 강도의 측정 결과를 나타내는 것이다.
도 10의 N04에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 접합 강도는 2.25J/㎡로 측정되었다. 블레이드 삽입시, 실리콘 기판은 파괴되지 않았다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 90% 정도의 접합 강도이다.
본 접합 강도의 측정에 의해, 본 실시예에서의 기판 접합체(N04)의 강도는 기판 접합체 E(도 10의 N01)보다 높은 것을 알 수 있었다.
도 10에 도시된 바와 같이, 이상의 실시예에서의 기판 접합체(N02, N03 및 N04)의 접합 강도 측정 결과는 전부 기판 접합체(N01)보다 높다. 이는, 본 발명에 관한 방법에 의해 기판의 종류에 의존하지 않고 높은 접합 강도를 얻는 것이 가능함을 나타내고 있다.
<접합시의 진공도와 접합 강도의 관계>
이상의 실시예 중 어느 것에서도, 기판은 본 발명에 관한 접합 표면 제작 처리가 실시된 후에 진공 중에서 접합되었다. 이하의 실시예에서는, 상기 질화 실리콘-질화 실리콘의 실시예(도 10의 N04)와 동일한 접합 표면 제작 처리 후에 대기압 분위기 중에서 기판을 접합하였다.
대기압 분위기 중에서의 접합에 의해 제작된 기판 접합체(N05)의 접합 강도는 도 10의 가장 우측에 도시된 바와 같이 0.9J/㎡이었다. 이는 실리콘의 벌크 재료의 파괴 강도(2.5J/㎡)의 35% 정도의 접합 강도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 기판 접합체(N05)의 접합 강도는 기판 접합체(N04)의 접합 강도보다 낮아지지만, 도 4에 도시된 기판 접합체 A 또는 B의 접합 강도보다 높다. 따라서, 이 접합 강도의 측정 결과에 의해, 본 발명에 관한 방법을 이용함으로써 접합시의 기압이 대기압에서도 충분히 높은 접합 강도가 얻어진다. 또, 접합시의 기압이 대기압보다 낮은 경우의 접합 강도는 기판 접합체(N05)보다 더 높아지는 것이 당연히 예측된다.
<장치의 구성>
본 상세한 설명의 첫머리에 표면 처리, 접합면 제작을 실시하고, 기판끼리를 접합하기 위한 장치 구성의 일실시예를 서술하였다. 이하, 그 밖의 장치 구성의 실시예에 대해 설명한다.
장치 구성의 일실시예를 도 15의 (A)에 나타낸다. 본 실시예에서는, 진공 분위기로 할 수 있는 프로세스 실(H02) 내에 한 쌍의 기판(H06a, H06b)이 접합면끼리를 대향시켜 배치된다. 에너지 입자원(H03)은 기판(H06a, H06b)의 면에 수평 방향으로, 또한 양 기판 접합면 사이의 공간으로 향하여 에너지 입자(H05)를 방사함으로써, 기판(H06a, H06b)의 양 접합면은 동시에 표면 처리된다. 본 실시예에서는, 접합 기구(H13)를 더 마련하여 표면 처리 후에 양 기판을 서로 접촉하여 접합할 수 있다. 하나의 에너지 입자원(H03)에 의해 한 쌍의 기판에 대해 표면 처리를 행할 수 있고, 기판 간의 거리도 작기 때문에 장치 구성도 간단하고 경제적이다. 또한, 표면 처리 후에 바로 접합할 수 있으므로 표면 처리 후에 불순물이 재부착되는 기회를 줄일 수 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 15의 (B)에 나타낸다. 도 15의 (A)에 도시된 장치 구성에서는, 기판 표면이 에너지 입자(H05)의 방향으로 거의 평행하기 때문에, 기판 표면상에서의 에너지 입자의 강도 분포의 차가 크고, 따라서 기판 표면의 에너지 입자 조사가 균일하다고는 말하기 어렵다. 또한, 기판 간 거리가 작기 때문에, 하나의 기판 표면으로부터 제거된 불순물 등이 다른 기판 표면에 부착되는 등의 문제도 있다. 그래서, 도 15의 (B)에 도시된 장치 구성에서는, 각 기판(H06a, H06b)마다 에너지 입자원(H03)을 마련하고, 기판 간격을 넓혀 에너지 입자(H05)가 기판에 대해 보다 큰 각도로 조사되도록 배치되어 있다. 그 결과, 본 실시예의 장치 구성에서는 상기 실시예에 비해 에너지 입자의 기판 표면에서의 강도 분포 차가 작다. 또한, 접합 기구(H13)를 더 마련하여 표면 처리 후에 양 기판을 바로 서로 접촉하여 접합할 수 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 15의 (C)에 나타낸다. 프로세스 실(H02) 내에는 기판(H06)의 표면에 대향하여 하나의 에너지 입자원(H03)이 배치되어 있다. 이 에너지 입자원(H03)은 에너지 입자(H05)를 기판(H06)의 표면에 대해 거의 수직 방향으로 방사함으로써, 상기 실시예보다 좋은 에너지 입자의 강도 분포를 달성할 수 있다. 접합 기구로서는 프로세스 실(H02)에 진공을 파괴하지 않고 연결되는 접합 실(H14)을 마련하여, 프로세스 실(H02)에서 표면 처리가 종료된 기판마다 이 접합 실(H14)로 반송하고, 접합 기구(H13)를 이용하여 기판(H06)끼리를 접촉, 접합할 수 있다. 싱글 웨이퍼 프로세스이기 때문에, 상기 실시예에 비해 처리에서부터 접합에 이르기까지 시간이 걸리는 경우가 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 16의 (D)에 나타낸다. 프로세스 실(H02) 내에는 기판(H06a, H06b)이 그 접합면을 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 양 기판 사이에 가동 라인식 에너지 입자원(H03)이 마련되어 있다. 예를 들면, 도 15의 (A)에 도시된 바와 같이 에너지 입자가 일점으로부터 방사되는 것이 아니라 선형, 즉 라인형상의 방사원으로부터 방사되는 것으로, 폭이 넓은 기판을 한번에 표면 처리하는 데에 적합하다. 도 16의 (D)에서는, 지면에 수직 방향으로 라인형상으로 긴 라인식 입자원을 상정하고 있다. 에너지 입자원(H03)을 일점쇄선으로 나타내는 방향으로 이동시키고, 기판(H06a, H06b) 상을 에너지 입자(H05)로 스캔할 수 있다. 에너지 입자원(H03)이 하나의 기판(H06a)의 종단에 도달하였을 때는, 라인식 빔원(H03)을 반전하여 다른 기판(H06b) 상을 에너지 입자로 스캔한다. 본 실시예의 구성에 의해, 에너지 입자 강도가 균일한 표면 처리를 행하고, 따라서 접합면층의 두께도 균일하게 할 수 있다. 또한, 접합 기구(H13)를 더 마련하여 표면 처리 후에 양 기판을 바로 서로 접촉하여 접합할 수 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 16의 (E)에 나타낸다. 도 16의 (D)에 도시된 장치 구성과 같이, 프로세스 실(H02) 내에는 기판(H06a, H06b)이 그 접합면을 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 양 기판 사이에 가동 라인식 에너지 입자원(H03)이 마련되어 있다. 그러나, 도 16의 (D)의 장치 구성에서는 라인식 빔원(H03)을 반전하는 기구가 필요하다. 본 실시예의 장치 구성에서는, 이 반전 기구를 이용하지 않고 한 쌍의 입자원을 이용한다. 즉, 한 쌍의 에너지 입자원(H03c, H03d)을 마련하고, 각 입자원이 각각의 기판에 대해 에너지 입자(H05c, H05d)를 조사한다. 에너지 입자원(H03c, H03d)을 일점쇄선으로 나타내는 방향으로 이동시키고, 기판(H06a, H06b) 상을 에너지 입자(H05c, H05d)로 스캔할 수 있다. 앞의 실시예와 마찬가지로 본 실시예의 구성에 의해, 에너지 입자 강도가 균일한 표면 처리를 행하고, 따라서 접합면층의 두께도 균일하게 할 수 있다. 또한, 접합 기구(H13)를 더 마련하여 표면 처리 후에 양 기판을 서로 접촉하여 접합할 수 있다. 또한, 상하 기판을 동시에 처리할 수 있으므로, 도 16의 (D)의 장치 구성에 비해 표면 처리에서부터 접합에 이르기까지의 노출 시간을 짧게 할 수 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 17의 (F)에 나타낸다. 프로세스 실(H02) 내에 라인식 에너지 입자원(H03)은 고정되고, 기판(H06)이 도면 우측으로 이동함으로써 에너지 입자(H05)가 기판(H06) 상을 스캔한다. 또 다른 기판(H06)도 마찬가지로 도면 우측으로 이동함으로써 표면 처리가 행해진다. 이 한 쌍의 기판 중 하나를 반전하여 기판 접합면끼리를 대향시키고, 접합 기구(H13)에 의해 접촉하여 접합할 수 있다. 또한, 접합 챔버에 웨이퍼를 반송하는 수단, 예를 들면 로봇 등을 이용하여 핸들링 도중에 표면 처리할 수 있으므로 효율적으로 장치를 간이화할 수 있다.
장치 구성의 다른 실시예를 도 17의 (G)에 나타낸다. 프로세스 실(H02) 내에 한 쌍의 기판(H06a, H06b)이 표면 처리를 실시하는 면을 외측으로 하여 평행하게 배치된다. 에너지 입자원(H03c, H03d)은 해당하는 한 쌍의 기판의 외측으로부터 각각의 기판(H06a, H06b)에 대향하여 배치되고, 프로세스 실(H02)에 대해 고정되어 있다. 기판(H06a, H06b)이 도면 우측으로 이동함으로써, 기판(H06) 상을 에너지 입자(H05)로 스캔하고 표면 처리가 행해진다. 본 실시예에서는 기판을 반전하는 기구는 필요 없다. 표면 처리가 종료된 기판은 접합 실(H14)에서 접합 기구(H13)를 이용하여 접합된다.
도 26은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 접합 장치(1)(1A라고도 함)의 종단면도이다. 또, 각 도면에서는 편의상 XYZ 직교 좌표계를 이용하여 방향 등을 나타내고 있다.
이 접합 장치(1)는, 감압 하의 챔버(진공 챔버)(2) 내에서 피접합물(91)의 접합 표면과 피접합물(92)의 접합 표면을 원자 빔 등으로 활성화시켜 양 피접합물(91, 92)을 접합하는 장치이다. 이 장치(1)에 따르면, 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면에 대해 표면 활성화 처리를 실시함과 동시에, 해당하는 양 피접합물(91, 92)을 고상 접합하는 것이 가능하다. 또, 양 피접합물(91, 92)로서는 여러 가지 재료(예를 들면, 반도체 웨이퍼 등)가 이용된다.
접합 장치(1)는 양 피접합물(91, 92)의 처리 공간인 진공 챔버(2)와, 해당 진공 챔버(2)에 연결된 로드 록 챔버(3)를 구비한다. 진공 챔버(2)는 배기관(6)과 배기 밸브(7)를 거쳐 진공 펌프(5)에 접속되어 있다. 진공 펌프(5)의 흡인 동작에 따라 진공 챔버(2) 내의 압력이 저감(감압)됨으로써, 진공 챔버(2)는 진공 상태가 된다. 또한, 배기 밸브(7)는 그 개폐 동작과 배기 유량의 조정 동작에 의해 진공 챔버(2) 내의 진공도를 조정할 수 있다.
양 피접합물(91, 92)은 로드 록 챔버(3) 내에서 도입 막대(4)의 선단부의 클램핑 척(clamping chuck; 4c)으로 보유된 후, 진공 챔버(2) 안으로 이동된다. 구체적으로 상측의 피접합물(92)은 도입 막대(4)의 선단부에서 보유되고, 헤드(22)의 바로 아래 위치(PG2)까지 X방향으로 이동된 후 헤드(22)에 의해 보유된다. 마찬가지로 하측의 피접합물(91)은 도입 막대(4)의 선단부에서 보유된 상태로 X 방향에서 스테이지(12)로 향하여 위치(PG1)까지 이동되고, 해당 스테이지(12)에 의해 보유된다.
헤드(22) 및 스테이지(12)는 모두 진공 챔버(2) 내에 설치되어 있다.
헤드(22)는 얼라이먼트 테이블(23)에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 이동(병진 이동)됨과 동시에, 회전 구동 기구(25)에 의해 θ 방향(Z축 둘레의 회전 방향)으로 회전된다. 헤드(22)는 후술하는 위치 인식부(28)에 의한 위치 검출 결과 등에 기초하여 얼라이먼트 테이블(23) 및 회전 구동 기구(25)에 의해 구동되고, X 방향, Y 방향,θ 방향에서의 얼라이먼트 동작이 실행된다.
또한, 헤드(22)는 Z 축 승강 구동 기구(26)에 의해 Z 방향으로 이동(승강)된다. Z 축 승강 구동 기구(26)는, 도시하지 않은 압력 검출 센서에 의해 검출한 신호에 기초하여 접합시의 가압력을 제어할 수 있다.
또한, 스테이지(12)는 슬라이드 이동 기구(14)에 의해 X 방향으로 이동(병진 이동) 가능하다. 스테이지(12)는, 빔 조사부(11) 부근의 대기 위치(위치(PG1) 부근)와 헤드(22) 바로 아래의 접합 위치(위치(PG2) 부근)의 사이에서 X방향으로 이동한다. 슬라이드 이동 기구(14)는 고정밀도의 위치 검출기(리니어 스케일)를 갖고 있으며, 스테이지(12)는 고정밀도로 위치 결정된다.
또한, 접합 장치(1)는 피접합물(91, 92)의 위치를 인식하는 위치 인식부(18, 28)를 구비하고 있다. 위치 인식부(18, 28)는, 각각 피접합물 등에 관한 광상(光像)을 화상 데이터로서 취득하는 촬상부(카메라)(18b, 28b)를 가진다. 또한, 양 피접합물(91, 92)에는 각각 위치 식별용 마크(이하, 단지 마크라고도 함)가 부착되어 있다. 예를 들면, 한쪽의 피접합물(91)에 2개의 위치 식별용 마크가 설치되고, 다른 한쪽의 피접합물(92)에도 2개의 위치 식별용 마크가 설치된다. 또, 해당하는 각 마크는 특정의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 단, 이에 한정되지 않고, 웨이퍼의 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 혹은 웨이퍼 상에 형성된 회로 패턴 등의 일부를 위치 식별용 마크로서 유용하도록 해도 된다.
양 피접합물(91, 92)의 위치 결정 동작은, 해당 위치 인식부(카메라 등)에 의해 양 피접합물(91, 92)에 부착된 마크의 위치를 인식함으로써 실행된다.
예를 들면, 위치 인식부(18)는 위치(PG1)에 존재하는 피접합물(91)의 광상을 화상 데이터로서 취득한다. 구체적으로 진공 챔버(2)의 외부 상방에 배치된 광원(18a)으로부터 출사된 광은 진공 챔버(2)의 창부(2a)를 투과하여 피접합물(91)(위치(PG1))에 도달하여 반사된다. 그리고, 피접합물(91)에서 반사된 광은 다시 진공 챔버(2)의 창부(2a)를 투과하여 진행하여 촬상부(18b)에 도달한다. 이와 같이 하여, 위치 인식부(18)는 피접합물(91)에 관한 광상을 화상 데이터로서 취득한다. 그리고, 위치 인식부(18)는 그 화상 데이터에 기초하여 마크를 추출함과 동시에 해당하는 마크의 위치를 인식하고, 나아가서는 피접합물(91)의 위치를 인식한다.
마찬가지로 위치 인식부(28)는, 위치(PG2)에 존재하는 피접합물(92)의 광상을 화상 데이터로서 취득한다. 구체적으로 진공 챔버(2)의 외부 하방에 배치된 광원(28a)으로부터 출사된 광은 진공 챔버(2)의 창부(2b)를 투과하여 피접합물(92)(위치(PG2))에 도달하여 반사된다. 그리고, 피접합물(92)(상세하게는 그 일부)에서 반사된 광은 다시 진공 챔버(2)의 창부(2b)를 투과하여 진행하여 촬상부(28b)에 도달한다. 이와 같이 하여, 위치 인식부(28)는 피접합물(92)에 관한 광상을 화상 데이터로서 취득한다. 또한, 위치 인식부(28)는 그 화상 데이터에 기초하여 마크를 추출함과 동시에 해당하는 마크의 위치를 인식하고, 나아가서는 피접합물(92)의 위치를 인식한다.
또, 후술하는 바와 같이, 이 접합 장치(1)에서는 스테이지(12)가 X 방향으로 이동함으로써 피접합물(91)이 위치(PG2)로 이동하고, 양 피접합물(91, 92)이 대향하는 상태로 전이한다. 도 28에 도시된 바와 같이, 위치 인식부(28)는 양 피접합물(91, 92)의 대향 상태에서 양 피접합물(91, 92)에 관한 광상을 화상 데이터로서 취득할 수도 있다. 구체적으로 진공 챔버(2)의 외부 하방에 배치된 광원(28a)으로부터 출사된 광은 진공 챔버(2)의 창부(2b)를 투과하여 양 피접합물(91, 92)(상세하게는 그 일부)에서 반사되고, 다시 진공 챔버(2)의 창부(2b)를 투과하여 진행하여 촬상부(28b)에 도달한다. 위치 인식부(28)는 이와 같이 하여 취득된 양 피접합물(91, 92)에 관한 광상(반사광에 관한 화상)을 화상 데이터로서 취득하고, 해당하는 화상 데이터에 기초하여 마크의 위치를 인식한다. 또, 광원(28a)으로서는 양 피접합물(91, 92) 및 스테이지(12) 등을 투과하는 광(예를 들면, 적외광)이 이용되면 좋다.
또한, 이 실시형태에서는, 도 28에 도시된 바와 같이 위치 인식부(28)는 다른 광원(28c, 28d)도 갖고 있다. 위치 인식부(28)는, 양 피접합물(91, 92)이 대향하는 상태에서 해당 광원(28c, 28d)으로부터의 광의 투과광에 관한 화상 데이터를 이용하여 양 피접합물(91, 92)의 위치를 인식하는 것도 가능하다. 구체적으로는 진공 챔버(2)의 외부 측방에 배치된 광원(28c, 28d)으로부터 출사된 광은 진공 챔버(2)의 창부(2c, 2d)를 각각 투과하고, 그 후 미러(28e, 28f)에서 반사되어 그 진행 방향이 변경되어 하방으로 진행한다. 해당하는 광은 양 피접합물(91, 92)(상세하게는 그 일부)을 더 투과한 후, 창부(2b)를 투과하여 촬상부(28b)에 도달한다. 위치 인식부(28)는, 이와 같이 하여 취득된 양 피접합물(91, 92)에 관한 광상(투과광에 관한 화상)을 화상 데이터로서 취득하고, 그 화상 데이터에 기초하여 마크의 위치를 인식한다.
이와 같이, 접합 장치(1)는 반사광에 의한 촬상 시스템(광원(28a) 및 촬상부(28b) 등을 가짐)과 투과광에 의한 촬상 시스템(광원(28c, 28d) 및 촬상부(28b) 등을 가짐)의 2종류의 촬상 시스템을 구비하고 있다. 접합 장치(1)는 상황에 따라 이들 2종류의 촬상 시스템을 적절히 전환하여 이용하여 각 마크의 위치를 인식하는 것이 가능하다.
이상과 같은 위치 인식부(18, 28)에 의해 양 피접합물(91, 92)의 위치가 인식된다. 그리고, 인식된 위치 정보에 기초하여 얼라이먼트 테이블(23) 및 회전 구동 기구(25)에 의해 헤드(22)가 X 방향, Y 방향 및/또는 θ 방향으로 구동됨으로써, 양 피접합물(91, 92)이 상대적으로 이동되고, 얼라이먼트 동작이 실행된다. 예를 들면, 피접합물(91)에 부착된 2개의 마크와 피접합물(92)에 부착된 2개의 마크가 겹치도록 양 피접합물(91, 92)을 미소 이동함으로써, 양 피접합물(91, 92)을 정밀하게 위치 결정할 수 있다.
또한, 접합 장치(1)는 3개의 빔 조사부(11, 21, 31)를 구비하고 있다. 접합 장치(1)에서는, 이들 3개의 빔 조사부(11, 21, 31)를 이용하여 표면 활성화 처리가 실행된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 빔 조사부(11, 21)는 진공 챔버(2)의 안쪽(+Y 측)의 측벽면에 설치되어 있고, 빔 조사부(31)는 진공 챔버(2)의 우측(+X 측)의 측벽면에 설치되어 있다. 빔 조사부(11, 21, 31)는 각각 진공 챔버(2) 내부의 대응 위치로 향하여 특정 물질의 빔을 조사한다.
보다 구체적으로는, 도 26에 도시된 바와 같이, 빔 조사부(11)는 진공 챔버(2) 내의 비교적 좌측(-X 측)의 위치(PG1) 부근에 배치되고, 빔 조사부(21)는 진공 챔버(2) 내의 비교적 우측(+X 측)의 위치(PG2) 부근에 배치된다.
빔 조사부(31)는, 도 27의 단면도에도 도시된 바와 같이 진공 챔버(2)의 +X 측벽면에서 수평면에 평행하게 설치되어 있다. 이에 의해, 빔 조사부(31)는 스테이지(12)에 보유된 피접합물(91)과 헤드(22)에 보유된 피접합물(92) 양자 모두가 위치(PG2)에서 대향 배치되는 상태에서, 해당하는 양자 모두(91, 92)의 대향 공간(SP)의 측방으로부터 해당하는 대향 공간(SP)으로 향하여 빔을 조사한다. 빔 조사부(31)에 의한 빔 조사 방향은 X 축에 평행한 방향이다.
이 접합 장치(1)에서는, 후술하는 바와 같은 슬라이드 배치 상태에서 빔 조사부(11, 21)를 이용하여 특정 물질(예를 들면, 아르곤)을 방출함으로써, 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면을 활성화하는 표면 활성화 처리가 실행된다. 그리고, 접합 장치(1)는 표면 활성화 처리가 실시된 양 피접합물(91, 92)을 근접 대향 상태로 한 후에 서로 근접시켜 양 피접합물(91, 92)을 접합한다.
또한, 이 실시형태에서는, 양 피접합물(91, 92)을 근접 대향 상태로 한 후에 빔 조사부(31)를 이용하여 특정 물질(예를 들면, 아르곤)을 더 방출함으로써, 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면을 활성화하는 표면 활성화 처리도 실행한다.
여기서, 빔 조사부(11, 21, 31)는 이온화된 특정 물질(여기서는 아르곤)을 전계에서 가속하여 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면으로 향하여 그 특정 물질을 방출함으로써, 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면을 활성화한다. 다시 말하면, 빔 조사부(11, 21, 31)는 에너지파를 방출함으로써 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면을 활성화한다. 또한, 빔 조사부(11 및 21의 세트와 31)는 입자 빔, 금속 빔과 분리할 수 있다. 예를 들면, 빔 조사부(11, 21)를 금속 입자를 포함하지 않는 중성 원자 빔(FAB)으로 하고, 빔 조사부(31)를 금속 입자를 많이 포함하는 도 29에 도시된 바와 같은 이온 빔으로 해도 된다. 또한, 빔 조사부(11, 21)도 도 29에 도시된 바와 같은 이온 빔으로 해도 되고, 빔 조사부(31)에 비해 금속 입자를 포함하는 양을 조정하면 좋다.
도 29에 도시된 바와 같이, 빔 조사부(31D)는 애노드(51)와 캐소드(52)와 마그넷(54)을 구비하고 있다. 애노드(51) 및 캐소드(52)는 각각 적절한 금속 재료로 구성되는 전극(전극 부재 내지 금속 부재라고도 함)이다. 예를 들면, 애노드(51)는 철(Fe)로 구성되고, 캐소드(52)는 텅스텐(W)으로 구성된다. 또한, 애노드(51)는 호른 형상(대략 원뿔 형상)을 갖고 있고, 캐소드(52)는 필라멘트 형상(코일 형상)을 갖고 있다. 또한, 빔 조사부(31D)의 본체부(59)는 대략 원기둥 형상을 갖고 있고, 그 정면 중앙부에서 오목부(58)를 갖고 있다. 해당 오목부(58)는, 호른 형상(메가폰 형상)의 애노드(51)에 의해 둘러싸인 공간으로서 형성되어 있다. 또, 애노드(51)와 캐소드(52)는 서로 전기적으로 절연되어 설치되고, 애노드(51)는 애노드 전위를 가지며, 캐소드(52)는 캐소드 전위를 가진다.
빔 조사부(31D)의 조사구(照射口) 부근에서는 캐소드(52)로부터 공급된 전자가 마그넷(54)의 자장에 의해 트랩(포착)되어 있고, 조사구 부근에서 회전하고 있다(도 29의 원형의 가는 점선 참조). 또한, 추가로 공급된 아르곤은 해당 전자의 작용을 받아 플라즈마 상태로 존재한다. 그리고, 플라즈마 상태의 아르곤 이온은 양 전극(51, 52)의 상호간의 인가 전압에 의한 전계(E)에서(특히 애노드(51)에 대한 반발력이 작용하여) 가속되어 캐소드(52)로 향하여 이동하고, 해당 캐소드(52)의 위치를 통과하여 빔 조사부(31D)의 외부로 방출된다. 이때, 아르곤 이온은 애노드(51) 및 캐소드(52)에 충돌하여 애노드(51) 및 캐소드(52)의 일부를 스퍼터링한다. 그리고, 스퍼터링된 금속 원자가 양 피접합물(91, 92)의 접합 표면으로 이동하여 그 접합 표면에 부착되어 퇴적한다.
구체적으로는 상기 실시형태에서는 빔 조사부(31D)로서 비교적 콤팩트한 애노드(51)를 갖는 것을 예시하였지만, 해당 빔 조사부(31D) 대신에 도 30에 도시된 바와 같은 빔 조사부(31E)를 이용하도록 해도 된다. 이 빔 조사부(31E)에서는, 대략 원뿔형 애노드(51)가 캐소드(52) 측으로 향하여 길게 늘어나 있다. 보다 상세하게는 빔 조사부(31E)에서는, 본체부(59)의 개구부측의 단(전측단)(59f)보다 더 전방 측(-X 측)의 위치까지 늘어나도록 해당 애노드(51(51E))가 구성되어 있다. 다시 말하면, 애노드(51E)는 빔 조사부(31E)의 조사구 부근에서 해당 조사부(31E)의 본체부(59)의 전단면(59f)보다 전방 측으로 돌출하는 안내부(51g)를 갖고 있다.
그 때문에, 빔 조사부(31E)의 애노드(51E)는 빔 조사부(31D)의 애노드(51(51D))에 비해 아르곤 및 금속의 비산(飛散) 범위(조사 범위)의 지향성을 높일 수 있다. 이에 따르면, 아르곤 및 금속이 원하지 않는 부분(양 피접합물(91, 92)의 접합 표면 외의 부분)에 이르기까지 비산하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 안내부(51g)를 갖는 애노드(51E)를 이용하는 것에 따르면, 아르곤 이온과 애노드의 충돌 면적이 증대하기 때문에, 비교적 다량의 금속이 제거되고, 해당하는 비교적 다량의 금속이 접합 표면으로 향하여 이동한다. 그 때문에, 빔 조사부(31E)에 따르면, 빔 조사부(31D)보다 다량의 금속 원자를 양 피접합물(91, 92)로 향하여 효율적으로 공급하는 것도 가능하다. 이러한 관점에서는 빔 조사부(31D)보다 빔 조사부(31E)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 캐소드(52)는 별도 전자 방출기(할로우 캐소드)를 빔 조사부와는 따로 설치해도 된다. 캐소드로부터 방출되는 전자는 조사면을 이온적으로 중성으로 하는 기능도 있다.
또한, 도 31에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 에너지 입자의 가속 전압이 36, 94V에서는 비교적 높은 접합 강도를 얻을 수 있었지만, 30V에서는 접합할 수 없었다(접합 강도=0J/㎡).
이와 같이 어떤 문턱값을 경계로 접합을 얻을 수 없는 만큼 접합 강도가 저하되는 데는 몇 가지 원인을 생각할 수 있다. 그 원인의 하나로서, 조사 조건에 의해 불순물의 제거량이 충분하지 않고, 또한 아모퍼스화도 불충분하기 때문에, 철과 베이스재의 접합 강도 부족이나 표면층에 포함되는 철 원자가 산화되기 쉽고, 접합 전에 이 철 원자가 산화됨으로써 접합 강도가 저하되는 것을 생각할 수 있다.
또한, 도 32는 접합 강도 측정의 경우와 같이 접합한 기판끼리를 다시 분리하고, 접합 계면을 구성하였던 기판 표면의 철(鐵) 2p 스펙트럼을 측정한 것이다. 표면 처리 후의 기판 표면은 접합됨으로써 산화나 불순물의 재부착으로부터 보호되고, 표면 처리 후의 상태를 거의 유지하고 있다. 따라서, 접합한 기판의 분리 후의 기판 표면 상태를 조사함으로써 표면 처리 후의 기판 표면 상태를 알 수 있다. 도 32는, 입자원의 구동 조건이 같아도 다른 2가지 조건이 다른(C1, C2) 경우의 기판 접합체의 분리 후의 기판 표면의 철 2p 스펙트럼을 도시한 것이다. 조건 C1은 높은 접합 강도를 부여한 조건을 나타내고, 조건 C2는 비교적 낮은 접합 강도를 부여한 조건을 나타낸다. FeO 및 Fe2O3에 대응하는 스펙트럼 성분을 관찰하면, 높은 접합 강도를 부여하는 표면 처리(C1)에 비해 비교적 낮은 접합 강도를 부여하는 표면 처리(C2)를 한 기판 표면의 철이 산화되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 접합 강도를 저하시키는 원인의 하나로서 접합 전의 기판 표면층의 철이 산화되어 있었던 것을 생각할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 있어서, 접합 프로세스를 상온에서 실시하는 것이 바람직하지만, 접합 기판을 가열해도 된다. 약 200℃이하 정도의 저온이면, 종래의 가열 접합에 비해 큰 장점이 있다. 또한, 종래의 땜납 융점 183℃이하이면 보다 바람직하다.
이상으로 실시형태의 설명을 끝내지만, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않고 여러 가지의 변형이 용이하다.
이하, 몇 가지 실시형태를 부기의 형식으로 나타낸다.
(부기 1)
접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 방법으로서,
기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 표면 처리 단계;
상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성함으로써, 상기 접합 기판을 제작하는 단계;를 갖는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 2)
부기 1에 있어서,
상기 형성된 실리콘 박막의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리함으로써 상기 접합 기판을 제작하는 제2 표면 처리 단계를 더 갖는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 있어서,
상기 표면 처리 단계는, 상기 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리를 포함하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 3C)
부기 3에 있어서,
실리콘 타겟면과 금속 입자 타겟면을 구비한 회전식 스퍼터 타겟이 이용되고, 방사 입자에 의해 실리콘 타겟면 상의 실리콘을 스퍼터하여 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성하고, 방사 입자에 의해 금속 입자 타겟면 상의 금속 입자를 스퍼터하여 기판의 표면상에 금속 입자를 방사하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d3)
부기 3에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리는 동시에 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d4)
부기 3에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d5)
부기 3에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와 병행하여 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d6)
부기 1 내지 d5 중 어느 하나에 있어서,
상기 형성된 실리콘 박막의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리함으로써 상기 접합 기판을 제작하는 제2 표면 처리 단계를 더 갖는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d7)
부기 2에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계는, 상기 실리콘 박막 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리를 포함하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d8)
부기 d7에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리는 동시에 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d9)
부기 d7에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d10)
부기 d7에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와 병행하여 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 4)
부기 3에 있어서,
상기 금속 입자는 전이 금속인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 5)
부기 4에 있어서,
상기 전이 금속은 철인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d14)
부기 3 또는 d7에 있어서,
상기 에너지 입자는 불활성 가스 이온 및/또는 중성 원자이고, 상기 금속 입자는 금속 이온, 금속 중성 원자 및/또는 클러스터인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d15)
부기 d6에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계가 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 실리콘 박막의 표면을 조사하는 처리와, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 실리콘 박막의 표면을 조사하는 처리를 포함하는 경우에 있어서,
상기 접합 기판의 표면층은 주성분이 실리콘이고, 금속층을 형성하지 않고 금속 농도를 가지며, 금속이 깊이 방향으로 분산하여 존재하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d16)
부기 1 내지 d15 중 어느 하나에 있어서,
상기 실리콘막의 형성은 스퍼터 증착법, CVD법 또는 PVD법에 의해 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d17)
부기 1에 있어서,
상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자는 본질적으로 상기 에너지 입자만으로 이루어지는 방사 입자인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d18)
부기 3에 있어서,
상기 금속성 입자를 포함하는 방사 입자는 본질적으로 상기 금속 입자만으로 이루어지는 방사 입자인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 얻어진 접합 기판을 준비하고,
상기 접합 기판끼리를 접합하는, 기판 접합 방법.
(부기 7)
부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 얻어진 접합 기판을 준비하고,
상기 접합 기판에 접합해야 할 기판(「M 기판」)을 준비하며,
상기 접합 기판과 상기 M 기판을 접합하는, 기판 접합 방법.
(부기 8)
부기 5 또는 6에 있어서,
상기 기판의 주요 재료는 규소, 산화 규소, 질화 규소, 사파이어, 산화 알루미늄 또는 세라믹스 재료인, 기판 접합 방법.
(부기 9)
기판을 접합하는 방법으로서,
접합해야 할 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판에는 부기 1 내지 5에 기재된 방법에 의해 접합면이 형성되고,
상기 기판끼리를 10-5 Pa 이상의 진공 하에서 또는 대기 중에서 접합하는, 기판 접합 방법.
(부기 10)
접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서,
프로세스 챔버;
상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 에너지 입자원;
상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성하는 실리콘원;을 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 11)
부기 10에 있어서,
상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 금속 입자원을 더 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 11C)
부기 11에 있어서,
상기 실리콘원과 상기 금속 입자원은 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 의해 스퍼터되는 스퍼터 타겟으로 구성되고, 상기 스퍼터 타겟은 복수의 면을 갖는 다각기둥 형상으로서 회전 가능하며, 적어도 일면에는 실리콘 타겟이 설치되고, 다른 적어도 일면에는 금속 입자 타겟이 설치되어 있는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 12)
부기 11에 있어서,
상기 금속 입자원은 금속체를 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d24)
부기 12에 있어서,
상기 금속체는 콘(cone) 형상을 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d25)
부기 12에 있어서,
상기 금속체는 그리드 형상을 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 13)
부기 12에 있어서,
상기 금속체는, 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 의해 스퍼터되어 금속 방사 입자를 생성하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 14)
부기 12 또는 13에 있어서,
상기 금속체는 이동 가능하게 구성되는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d28)
부기 14에 있어서,
상기 금속체는 퇴피(退避) 위치에 있을 때, 상기 기판 표면에의 금속 방사 입자의 공급을 억제하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 15)
부기 10 내지 14 중 어느 하나에 있어서,
상기 실리콘원은 상기 실리콘 박막을 형성하는 CVD 장치인, 접합 기판 제작 장치.
(부기 16)
부기 10 내지 14 중 어느 하나에 있어서,
상기 실리콘원은 상기 실리콘 박막을 형성하는 PVD 장치인, 접합 기판 제작 장치.
(부기 17)
부기 10 내지 16 중 어느 하나에 있어서,
상기 에너지 입자원은 라인식 이온 소스를 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 18)
접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서,
에너지 입자를 포함하는 방사 입자를 방사하는 에너지 입자원;
실리콘원;
상기 에너지 입자원의 자세를 제어하는 자세 제어 장치;를 구비하며,
상기 자세 제어 장치는,
표면 처리 모드에서 상기 에너지 입자원에 제1 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 기판 표면으로 향하게 하고,
상기 기판 표면에 실리콘 박막이 형성되는 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원에 제2 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 상기 실리콘원으로 향하며,
상기 실리콘원은,
상기 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 응답하여 상기 기판 표면으로 향하여 실리콘 입자를 방사하는 자세로 놓이는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 19)
부기 18에 있어서,
상기 자세 제어 장치는, 상기 에너지 입자원을 회전 가능하게 지지하는 기구 부품을 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 20)
부기 18 또는 19에 있어서,
상기 기판 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 금속 입자원을 더 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 21)
부기 20에 있어서,
상기 금속 입자원은 금속체를 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d36)
부기 18 내지 20 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판을 이동 가능하게 지지하는 캐리어를 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 22)
기판 접합체로서,
한 쌍의 서로 접합되는 기판;
상기 한 쌍의 기판 사이에 실리콘을 주성분으로 하는 계면층;을 가지며,
상기 계면층과 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 사이에 금속이 포함되고,
상기 기판 간의 접합 강도는 0.5J/㎡ 이상인, 기판 접합체.
(부기 d37)
부기 22에 있어서,
상기 기판 간의 접합 강도는 1.0J/㎡ 이상인, 기판 접합체.
(부기 23)
부기 22에 있어서,
상기 계면층과 상기 한 쌍의 기판 각각의 기판의 사이에 금속이 포함되는, 기판 접합체.
(부기 24)
부기 22 또는 23에 있어서,
상기 계면층은 중앙부에 금속을 함유하는, 기판 접합체.
(부기 d38)
부기 22에 있어서,
상기 기판 간의 접합 강도는 1.0J/㎡ 이상인, 기판 접합체.
(부기 25)
부기 22 내지 24 중 어느 하나에 있어서,
상기 각 금속은 전이 금속인, 기판 접합체.
(부기 26)
부기 25에 있어서,
상기 전이 금속은 철인, 기판 접합체.
(부기 27)
부기 22 내지 26 중 어느 하나에 있어서,
상기 계면층에는 금속층은 형성되지 않고 금속 농도가 분산되어 있는, 기판 접합체.
d리스트
(부기 d3)
부기 2에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리는 동시에 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d4)
부기 2에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d5)
부기 2에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 기판의 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와 병행하여 상기 기판의 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 형성된 실리콘 박막의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리함으로써 상기 접합 기판을 제작하는 제2 표면 처리 단계를 더 갖는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d7)
부기 6에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계는, 상기 실리콘 박막 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리를 포함하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d8)
부기 7에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리는 동시에 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d9)
부기 7에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d10)
부기 7에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리 후, 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리와 병행하여 상기 실리콘 박막 표면을, 상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리가 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d14)
부기 2 또는 7에 있어서,
상기 에너지 입자는 불활성 가스 이온 및/또는 중성 원자이고, 상기 금속 입자는 금속 이온, 금속 중성 원자 및/또는 클러스터인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d15)
부기 6에 있어서,
상기 제2 표면 처리 단계가 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 실리콘 박막의 표면을 조사하는 처리와, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 실리콘 박막의 표면을 조사하는 처리를 포함하는 경우에 있어서,
상기 접합 기판의 표면층은 주성분이 실리콘이고, 금속층을 형성하지 않고 금속 농도를 가지며, 금속이 깊이 방향으로 분산하여 존재하는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d16)
부기 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서,
상기 실리콘막의 형성은 스퍼터 증착법, CVD법 또는 PVD법에 의해 실시되는, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d17)
부기 1에 있어서,
상기 에너지 입자를 포함하는 방사 입자는 본질적으로 상기 에너지 입자만으로 이루어지는 방사 입자인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d18)
부기 2에 있어서,
상기 금속성 입자를 포함하는 방사 입자는 본질적으로 상기 금속 입자만으로 이루어지는 방사 입자인, 접합 기판 제작 방법.
(부기 d24)
부기 12에 있어서,
상기 금속체는 콘 형상을 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d25)
부기 12에 있어서,
상기 금속체는 그리드 형상을 갖는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d28)
부기 27에 있어서,
상기 금속체는 퇴피 위치에 있을 때, 상기 기판 표면에의 금속 방사 입자의 공급을 억제하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d36)
부기 18 내지 20 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판을 이동 가능하게 지지하는 캐리어를 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
(부기 d38)
부기 22에 있어서,
상기 기판 간의 접합 강도는 1.0J/㎡ 이상인, 기판 접합체.
(부기 d41)
부기 22에 있어서,
상기 기판 간의 접합 강도는 1.5J/㎡ 이상인, 기판 접합체.

Claims (28)

  1. 동일한 챔버 내에서 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 방법으로서,
    기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 표면 처리 단계;
    상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘원을 스퍼터함으로써 실리콘 박막을 형성하여, 상기 접합 기판을 제작하는 단계;를 가지며,
    상기 표면 처리 단계 및 상기 접합 기판을 제작하는 단계는, 동일한 에너지 수단을 이용하여 행해지고, 상기 표면 처리 단계가 행해지는 경우, 상기 에너지 수단은 상기 기판의 표면으로 향하고, 상기 실리콘 박막을 형성하는 단계가 행해지는 경우, 상기 에너지 수단은 상기 에너지 수단의 회전에 의해 상기 기판의 표면으로부터 상기 실리콘원으로 향하는, 접합 기판 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 형성된 실리콘 박막의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리함으로써 상기 접합 기판을 제작하는 제2 표면 처리 단계를 더 갖는, 접합 기판 제작 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 표면 처리 단계는, 상기 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하는 처리를 포함하는, 접합 기판 제작 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 입자는 전이 금속인, 접합 기판 제작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전이 금속은 철인, 접합 기판 제작 방법.
  6. 청구항 1 또는 2에 기재된 방법에 의해 얻어진 접합 기판을 준비하고,
    상기 접합 기판끼리를 접합하는, 기판 접합 방법.
  7. 청구항 1 또는 2에 기재된 방법에 의해 얻어진 접합 기판을 준비하고,
    상기 접합 기판에 접합해야 할 기판(「M 기판」)을 준비하며,
    상기 접합 기판과 상기 M 기판을 접합하는, 기판 접합 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기판의 재료는 규소, 산화 규소, 질화 규소, 사파이어, 산화 알루미늄, 세라믹스 재료, 유전체 재료, 강유전체 재료 또는 고분자 재료인, 기판 접합 방법.
  9. 기판을 접합하는 방법으로서,
    접합해야 할 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판에는 청구항 1 또는 2에 기재된 방법에 의해 접합면이 형성되고,
    상기 기판끼리를 10-5Pa 이상의 진공 하에서 또는 대기 중에서 접합하는, 기판 접합 방법.
  10. 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서,
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 기판의 표면을, 에너지 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 에너지 입자원;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 표면 처리된 기판의 표면상에 실리콘 박막을 형성하는 실리콘원;
    상기 에너지 입자원의 자세를 제어하는 자세 제어 장치;
    를 가지며,
    상기 자세 제어 장치는,
    표면 처리 모드에서 상기 에너지 입자원에 제1 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 기판 표면으로 향하게 하고,
    상기 기판 표면에 실리콘 박막이 형성되는 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원을 회전시킴으로써 제2 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 상기 기판 표면으로부터 상기 실리콘원으로 향하게 하며,
    상기 실리콘원은,
    상기 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 응답하여 상기 기판 표면으로 향하여 실리콘 입자를 방사하는 자세로 놓이는, 접합 기판 제작 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 기판의 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 금속 입자원을 더 갖는, 접합 기판 제작 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 금속 입자원은 금속체를 갖는, 접합 기판 제작 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 금속체는, 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 의해 스퍼터되어 금속 방사 입자를 생성하는, 접합 기판 제작 장치.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 금속체는 이동 가능하게 구성되는, 접합 기판 제작 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 실리콘원은 상기 실리콘 박막을 형성하는 CVD 장치인, 접합 기판 제작 장치.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 실리콘원은 상기 실리콘 박막을 형성하는 PVD 장치인, 접합 기판 제작 장치.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 에너지 입자원은 라인식 이온 소스를 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
  18. 접합면이 형성된 기판(「접합 기판」)을 제작하는 접합 기판 제작 장치로서,
    에너지 입자를 포함하는 방사 입자를 방사하는 에너지 입자원;
    실리콘원;
    상기 에너지 입자원의 자세를 제어하는 자세 제어 장치;를 구비하며,
    상기 자세 제어 장치는,
    표면 처리 모드에서 상기 에너지 입자원에 제1 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 기판 표면으로 향하게 하고,
    상기 기판 표면에 실리콘 박막이 형성되는 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원을 회전시킴으로써 제2 자세를 취하게 하여 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자를 상기 기판 표면으로부터 상기 실리콘원으로 향하게 하며,
    상기 실리콘원은,
    상기 실리콘 박막 형성 모드에서 상기 에너지 입자원으로부터의 방사 입자에 응답하여 상기 기판 표면으로 향하여 실리콘 입자를 방사하는 자세로 놓이는, 접합 기판 제작 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 자세 제어 장치는, 상기 에너지 입자원을 회전 가능하게 지지하는 기구 부품을 구비하는, 접합 기판 제작 장치.
  20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 기판 표면을, 금속 입자를 포함하는 방사 입자로 조사하여 표면 처리하는 금속 입자원을 더 갖는, 접합 기판 제작 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 금속 입자원은 금속체를 갖는, 접합 기판 제작 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판의 재료는 규소, 산화 규소, 질화 규소, 사파이어, 산화 알루미늄, 세라믹스 재료, 유전체 재료, 강유전체 재료 또는 고분자 재료인, 기판 접합 방법.
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