JP5429926B2 - 接合装置、接合方法および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、被接合物の接合表面を活性化して接合する技術に関する。

２つの被接合物を対向配置した状態で両被接合物の接合表面をプラズマ洗浄（表面活性化処理）した後に、両被接合物を接合する技術が存在する。

しかしながら、このような対向配置状態で両被接合物の表面活性化処理を施すと、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着するという問題がある。

そこで、このような問題を解消する技術として、特許文献１に記載の技術が存在する。

特許文献１の技術においては、両被接合物同士がその接合面が（上面視にて）重ならない側方位置へ移動した状態で互いに向かう合うように配置され、両被接合物の接合表面がプラズマ洗浄された後に、当該両被接合物が相対的にスライドされて対向する。その後、両被接合物が接合面に垂直な方向に相対的に移動されて、両被接合物が接合される。

特開２００５−２６８７６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の引き込み型電界プラズマ（以降、単に「プラズマ」とも称する）を用いた接合技術は、金あるいは銅を被接合物とする場合には適用可能であるが、他の種類の物質（例えばサファイア等）を被接合物とする場合には適用することが困難である。

ここにおいて、プラズマを用いた接合技術においては、被接合物を保持する電極に交番電圧を印加して電気的な極性（例えば負極性）を付与し、逆極性を有する特定物質（例えばアルゴンイオン）を引き込むことによって、当該特定物質接合表面に衝突させ、その衝突力によって不純物を除去することが行われる。しかしながら、被接合物を保持する電極には交番電圧（交番電界）が付与されるため当該電極はさらに逆極性を有することもあり、特定物質以外のイオン化された物質が存在していれば、その物質も引き込むこととなってしまう。但し、金および銅は、他物質との反応が鈍い物質であるため、プラズマ処理における特定物質（例えばアルゴン）とは異なる他の物質（例えば酸素）が存在しているときでも当該他の物質と反応しにくい。したがって、金あるいは銅を被接合物とする場合には、プラズマによって表面活性化処理を行うことが可能である。一方、他の種類の物質（例えば酸素）と反応しやすい物質の場合には、特定物質（アルゴン等）のみならず、当該他の物質とも反応してしまうため、表面活性化処理を適切に行うことができない。

このように、特許文献１に記載のプラズマによる接合技術は、限定された種類の被接合物にしか適用できないという問題がある。

そこで、この発明は、様々な種類の被接合物に対して表面活性化処理を施す際に、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを防止することが可能な接合技術を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、接合装置であって、第１の被接合物と第２の被接合物との両被接合物の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置されるとともに、前記接合表面の法線方向から見て前記両被接合物の接合表面が重ならないように前記両被接合物が第１の方向において互いにずらされて配置される第１の状態において、イオン化された特定物質を電界で加速し前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれに向けて当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれを活性化する第１および第２の表面活性化手段と、前記第１および第２の表面活性化手段を用いて表面活性化処理が施された前記両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して、前記両被接合物の接合表面を対向させる第１の相対的移動手段と、前記第１の相対的移動手段により対向状態にされた前記両被接合物を接近させるように前記両被接合物を相対的に移動して、前記両被接合物を接合する第２の相対的移動手段とを備え、前記第１の表面活性化手段は、第１のビーム照射手段を有し、前記第２の表面活性化手段は、第２のビーム照射手段を有し、前記第１および第２のビーム照射手段は、それぞれ、イオン化された特定物質を電界で加速した後にイオン化されたまま放出するイオンビーム照射手段と、イオン化された特定物質を電界で加速した後にその電気特性を中和して放出する原子ビーム照射手段と、の少なくとも一方であり、前記第１のビーム照射手段は、前記第１の方向と前記接合表面の前記法線方向との双方に垂直な方向である第２の方向において前記第１の被接合物に対して離間した位置に配置され、前記第２のビーム照射手段は、前記第２の方向において前記第２の被接合物に対して離間した位置に配置され、前記第１のビーム照射手段と前記第２のビーム照射手段とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置され、前記第１のビーム照射手段は、前記第１の状態において、前記特定物質のビームを前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射して、前記第１の被接合物に対する表面活性化処理を行い、前記第２のビーム照射手段は、前記第１の状態において、前記特定物質のビームを前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射して、前記第２の被接合物に対する表面活性化処理を行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合装置において、前記対向状態を有する前記両被接合物の対向空間の側方から当該対向空間に向けて、イオン化された特定物質を電界で加速して当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とを活性化する第３の表面活性化手段、をさらに備え、前記第２の相対的移動手段は、前記第３の表面活性化手段による表面活性化処理が施された後に前記両被接合物を接合することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明に係る接合装置において、前記第２の相対的移動手段は、前記第３の表面活性化手段による表面活性化処理に並行して、前記両被接合物を接近させるように前記両被接合物を相対的に移動することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る接合装置において、前記両被接合物が配置される処理空間の圧力を、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理の前において、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理時における圧力値よりも低い値にまで低減する減圧手段、をさらに備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る接合装置において、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理中においては、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とは、前記第１の方向において互いにずらされ且つ互いに向かい合う向きで配置されるとともに、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面とは近接して配置されることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明に係る接合装置において、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理中においては、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面との距離は２０ミリメートル以下であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る接合装置において、前記第１のビーム照射手段は、前記第１の被接合物の接合表面に対して斜め上方から前記特定物質のビームを照射し、前記第２のビーム照射手段は、前記第２の被接合物の接合表面に対して斜め下方から前記特定物質のビームを照射することを特徴とする。

請求項８の発明は、接合方法であって、ａ）第１の被接合物と第２の被接合物との両被接合物の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置されるとともに、当該接合表面の法線方向から見て前記両被接合物の接合表面が重ならないように前記両被接合物が第１の方向において互いにずらされて配置される状態において、イオン化された特定物質を電界で加速し前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれに向けて当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれを活性化する工程と、ｂ）前記工程ａ）の後に、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して前記両被接合物の接合表面を対向させるとともに、前記両被接合物を前記法線方向に相対的に移動して前記両被接合物を接合する工程とを含み、前記ステップａ）における前記特定物質の放出は、前記第１の方向と前記接合表面の前記法線方向との双方に垂直な方向である第２の方向において前記第１の被接合物に対して離間した位置に配置された第１のビーム照射手段と、前記第２の方向において前記第２の被接合物に対して離間した位置に配置された第２のビーム照射手段とを用いて行われ、前記第１のビーム照射手段と前記第２のビーム照射手段とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置され、前記第１および第２のビーム照射手段は、それぞれ、イオン化された特定物質を電界で加速した後にイオン化されたまま放出するイオンビーム照射手段と、イオン化された特定物質を電界で加速した後にその電気特性を中和して放出する原子ビーム照射手段と、の少なくとも一方であり、前記ステップａ）においては、前記第１のビーム照射手段によって前記特定物質のビームが前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射されて、前記第１の被接合物に対する表面活性化処理が行われ、且つ、前記第２のビーム照射手段によって前記特定物質のビームが前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射されて、前記第２の被接合物に対する表面活性化処理が行われることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８の発明に係る接合方法において、前記工程ｂ）は、ｂ−１）前記工程ａ）の後に、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して前記両被接合物の接合表面を対向させる工程と、ｂ−２）前記両被接合物の接合表面を対向させた状態で、前記両被接合物の対向空間の側方から当該対向空間に向けて、イオン化された特定物質を電界で加速して当該特定物質を放出することにより、前記両被接合物の接合表面を活性化する工程と、ｂ−３）前記工程ｂ−２）の後に、前記両被接合物を接合する工程とを含むことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る接合方法において、前記工程ｂ−２）は、ｂ−２−１）前記両被接合物に対する表面活性化処理を実行しつつ、前記両被接合物の相互間の距離を低減させるように前記両被接合物を相対的に移動させる工程、を含むことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項８ないし請求項１０のいずれかの発明に係る接合方法において、前記工程ａ）と前記工程ｂ）とはいずれも同一の接合装置内で実行されることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る接合方法において、ｃ）前記工程ａ）の前において、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物とが配置される処理空間の圧力を、前記工程ａ）における前記処理空間の圧力値よりも低い値にまで低減する工程、をさらに含むことを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項８ないし請求項１２のいずれかの発明に係る接合方法において、前記工程ａ）においては、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とは、前記第１の方向において互いにずらされ且つ互いに向かい合う向きで配置されるとともに、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面とは近接して配置されることを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項８ないし請求項１３のいずれかの発明に係る接合方法において、前記第１のビーム照射手段は、前記第１の被接合物の接合表面に対して斜め上方から前記特定物質のビームを照射し、前記第２のビーム照射手段は、前記第２の被接合物の接合表面に対して斜め下方から前記特定物質のビームを照射することを特徴とする。
請求項１５の発明は、半導体装置であって、請求項８ないし請求項１４のいずれかの発明に係る接合方法により接合されて生成された半導体装置であることを特徴とする。

請求項１ないし請求項１４に記載の発明によれば、両被接合物に対する表面活性化処理は、両被接合物が第１の方向において互いにずらされて配置された状態で行われるため、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを防止することが可能である。また特に、様々な種類の被接合物を良好に接合することが可能である。さらに、第１のビーム照射手段は、第１の方向と接合表面の前記法線方向との双方に垂直な方向である第２の方向において第１の被接合物に対して離間した位置に配置され、第２のビーム照射手段は、第２の方向において第２の被接合物に対して離間した位置に配置され、第１および第２のビーム照射手段は、第１の状態において、特定物質のビームを第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射して表面活性化処理を行う。そのため、一方の被接合物から除去された物質は、第１の方向に垂直な平面に沿う方向を中心に飛散し、他方の被接合物が存在する第１の方向には飛散しにくい。これによれば、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを、さらに確実に防止することが可能である。

また、請求項１４に記載の発明によれば、不純物の少ない状態で良好に接合されて生成された半導体装置を得ることができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理終了後に付着した付着物を第３の表面活性化手段による表面活性化処理によって低減することができるので、被接合物をさらに良好に接合することが可能である。同様に、請求項９に記載の発明によれば、工程ａ）の移動後に再付着した付着物を低減することによって、被接合物をさらに良好に接合することができる。

また特に、請求項３および請求項１０に記載の発明によれば、接合直前まで被接合物を表面活性化することにより再付着の機会が最低限となるため、被接合物をさらに良好に接合することができる。

また特に、請求項４および請求項１１に記載の発明によれば、あらかじめ真空度を高めておくことによって、不要な浮遊物を低減することができる。

接合装置の全体構成を示す縦断面図である。 接合装置の横断面図である。 Ｉ−Ｉ断面を示す断面図である。 II−II断面を示す断面図である。 III−III断面を示す断面図である。 位置認識部の構成等を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 接合装置における動作を示す図である。 圧力変化を示す図である。 表面活性化処理の原理を示す模式図で イオンビーム照射の原理を示す模式図である。 原子ビーム照射の原理を示す模式図である。 プラズマを用いた表面活性化処理を示す図である。 変形例に係る動作を示す図である。 変形例に係る接合装置を示す図である。 変形例に係る動作を示す図である。 変形例に係る動作を示す図である。 変形例に係る表面活性化処理を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．装置＞
図１および図２は、本発明に係る接合装置１を示す図である。図１は接合装置１の縦断面図であり、図２は当該接合装置１の横断面図である。なお、各図においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。

この接合装置１は、減圧下のチャンバ（真空チャンバ）２内で、被接合物９１の接合表面と被接合物９２の接合表面とを原子ビーム等で活性化させ、両被接合物９１，９２を接合する装置である。この装置１によれば、両被接合物９１，９２の接合表面に対して表面活性化処理を施すとともに、当該両被接合物９１，９２を固相接合することが可能である。なお、両被接合物９１，９２としては、様々な材料（例えば半導体ウエハーなど）が用いられる。

接合装置１は、両被接合物９１，９２の処理空間である真空チャンバ２と、当該真空チャンバ２に連結されたロードロックチャンバ３とを備える。真空チャンバ２は、排気管６と排気弁７とを介して真空ポンプ５に接続されている。真空ポンプ５の吸引動作に応じて真空チャンバ２内の圧力が低減（減圧）されることによって、真空チャンバ２は真空状態にされる。また、排気弁７は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ２内の真空度を調整することができる。

両被接合物９１，９２は、ロードロックチャンバ３内において導入棒４の先端部のクランピングチャック４ｃで保持された後、真空チャンバ２内に移動される。具体的には、上側の被接合物９２は、導入棒４の先端部で保持され、ヘッド２２の直下位置ＰＧ２にまでＸ方向に移動された後、ヘッド２２によって保持される。同様に、下側の被接合物９１は、導入棒４の先端部で保持された状態でＸ方向においてステージ１２に向けて位置ＰＧ１にまで移動され、当該ステージ１２によって保持される。

ヘッド２２およびステージ１２は、いずれも、真空チャンバ２内に設置されている。また、ヘッド２２は、ヒータ２４によって加熱され、ヘッド２２に保持された被接合物９２の温度を調整することができる。同様に、ステージ１２は、当該ステージ１２に内蔵されたヒータ１２ｈ（不図示）によって加熱され、ステージ１２上の被接合物９１の温度を調整することができる。

ヘッド２２は、アライメントテーブル２３によってＸ方向およびＹ方向に移動（並進移動）されるとともに、回転駆動機構２５によってθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に回転される。ヘッド２２は、後述する位置認識部２８による位置検出結果等に基づいてアライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向におけるアライメント動作が実行される。

また、ヘッド２２は、Ｚ軸昇降駆動機構２６によってＺ方向に移動（昇降）される。Ｚ軸昇降駆動機構２６は、不図示の圧力検出センサにより検出した信号に基づいて、接合時の加圧力を制御することができる。

また、ステージ１２は、スライド移動機構１４によってＸ方向に移動（並進移動）可能である。ステージ１２は、ビーム照射部１１付近の待機位置（位置ＰＧ１付近）とヘッド２２直下の接合位置（位置ＰＧ２付近）との間でＸ方向において移動する。スライド移動機構１４は高精度の位置検出器（リニアスケール）を有しており、ステージ１２は高精度に位置決めされる。

また、接合装置１は、被接合物９１，９２の位置を認識する位置認識部１８，２８を備えている。位置認識部１８，２８は、それぞれ、被接合物等に関する光像を画像データとして取得する撮像部（カメラ）１８ｂ，２８ｂを有する。また、両被接合物９１，９２には、それぞれ、位置識別用マーク（以下、単にマークとも称する）が付されている。例えば、一方の被接合物９１に２つの位置識別用マークが設けられ、他方の被接合物９２にも２つの位置識別用マークが設けられる。なお、当該各マークは、特定の形状を有することが好ましい。ただし、これに限定されず、ウエハーのオリフラ、あるいは、ウエハー上に形成された回路パターンなどの一部を位置識別用マークとして流用するようにしてもよい。

両被接合物９１，９２の位置決め動作は、当該位置認識部（カメラ等）により、両被接合物９１，９２に付されたマークの位置を認識することによって実行される。

例えば、位置認識部１８は、位置ＰＧ１に存在する被接合物９１の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部上方に配置された光源１８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ａを透過して被接合物９１（位置ＰＧ１）に到達して反射される。そして、被接合物９１で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ａを透過して進行し、撮像部１８ｂに到達する。このようにして、位置認識部１８は、被接合物９１に関する光像を画像データとして取得する。そして、位置認識部１８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９１の位置を認識する。

同様に、位置認識部２８は、位置ＰＧ２に存在する被接合物９２の光像を画像データとして取得する。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して被接合物９２（位置ＰＧ２）に到達して反射される。そして、被接合物９２（詳細にはその一部）で反射された光は、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。このようにして、位置認識部２８は、被接合物９２に関する光像を画像データとして取得する。また、位置認識部２８は、当該画像データに基づいてマークを抽出するとともに、当該マークの位置を認識し、ひいては被接合物９２の位置を認識する。

さらに、後述するように、この接合装置１においては、ステージ１２がＸ方向に移動することによって、被接合物９１が位置ＰＧ２に移動し、両被接合物９１，９２が対向する状態（図１０参照）に遷移する。図６に示すように、位置認識部２８は両被接合物９１，９２の対向状態において、両被接合物９１，９２に関する光像を画像データとして取得することもできる。具体的には、真空チャンバ２の外部下方に配置された光源２８ａから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して両被接合物９１，９２（詳細にはその一部）で反射され、再び真空チャンバ２の窓部２ｂを透過して進行し、撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１，９２に関する光像（反射光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。なお、光源２８ａとしては、両被接合物９１，９２およびステージ１２等を透過する光（例えば赤外光）が用いられればよい。

また、この実施形態においては、図６に示すように、位置認識部２８は、別の光源２８ｃ，２８ｄをも有している。位置認識部２８は、両被接合物９１，９２が対向する状態において、当該光源２８ｃ，２８ｄからの光の透過光に関する画像データを用いて、両被接合物９１，９２の位置を認識することも可能である。具体的には、真空チャンバ２の外部側方に配置された光源２８ｃ，２８ｄから出射された光は、真空チャンバ２の窓部２ｃ，２ｄをそれぞれ透過し、その後、ミラー２８ｅ，２８ｆで反射されてその進行方向が変更され下方に進行する。当該光は、さらに、両被接合物９１，９２（詳細にはその一部）を透過した後、窓部２ｂを透過して撮像部２８ｂに到達する。位置認識部２８は、このようにして取得された両被接合物９１，９２に関する光像（透過光に関する画像）を画像データとして取得し、当該画像データに基づいてマークの位置を認識する。

このように、接合装置１は、反射光による撮像システム（光源２８ａおよび撮像部２８ｂ等を有する）と、透過光による撮像システム（光源２８ｃ，２８ｄおよび撮像部２８ｂ等を有する）との２種類の撮像システムを備えている。接合装置１は、状況に応じて、これら２種類の撮像システムを適宜に切り換えて利用し、各マークの位置を認識することが可能である。

以上のような位置認識部１８，２８によって両被接合物９１，９２の位置が認識される。そして、認識された位置情報に基づいて、アライメントテーブル２３および回転駆動機構２５によってヘッド２２がＸ方向、Ｙ方向、および／またはθ方向に駆動されることによって、両被接合物９１，９２の相対的に移動され、アライメント動作が実行される。例えば被接合物９１に付された２つのマークと被接合物９２に付された２つのマークとが重なるように、両被接合物９１，９２を微小移動することによって、両被接合物９１，９２を精密に位置決めすることができる。

また、接合装置１は、３つのビーム照射部１１，２１，３１を備えている。接合装置１においては、これらの３つのビーム照射部１１，２１，３１を用いて表面活性化処理が実行される。図１に示すように、ビーム照射部１１，２１は、真空チャンバ２の奥側（＋Ｙ側）の側壁面に設けられており、ビーム照射部３１は、真空チャンバ２の右側（＋Ｘ側）の側壁面に設けられている（図２も参照）。ビーム照射部１１，２１，３１は、それぞれ、真空チャンバ２内部の対応位置に向けて特定物質のビームを照射する。

より具体的には、図１および図２に示すように、ビーム照射部１１は、真空チャンバ２内の比較的左側（−Ｘ側）の位置ＰＧ１付近に配置され、ビーム照射部２１は、真空チャンバ２内の比較的右側（＋Ｘ側）の位置ＰＧ２付近に配置される。

ビーム照射部１１は、図３の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｙ側壁面の上方寄りの位置において、斜め下方を向いて設置されている。これにより、ビーム照射部１１は、ステージ１２に保持された被接合物９１が位置ＰＧ１に存在するときに、当該被接合物９１の接合表面に対して、斜め上方からビームを照射する。また、ビーム照射部１１によるビーム照射方向は、Ｘ軸に垂直な平面（ＹＺ平面）に平行な方向である。なお、図３は、図１のＩ−Ｉ断面における断面図である。

ビーム照射部２１は、図４の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｙ側壁面の下方寄りの位置において、斜め上方を向いて設置されている。これにより、ビーム照射部２１は、ヘッド２２に保持された被接合物９２が位置ＰＧ２に存在するときに、当該被接合物９２の接合表面に対して、斜め下方からビームを照射する。また、ビーム照射部２１によるビーム照射方向も、Ｘ軸に垂直な平面（ＹＺ平面）に平行な方向である。なお、図４は、図１のII−II断面における断面図である。

ビーム照射部３１は、図５の断面図にも示すように、真空チャンバ２の＋Ｘ側壁面において、水平面に平行に設置されている。これにより、ビーム照射部３１は、ステージ１２に保持された被接合物９１とヘッド２２に保持された被接合物９２との両者が位置ＰＧ２において対向配置される状態において、当該両者９１，９２の対向空間ＳＰ（図１１参照）の側方から、当該対向空間ＳＰに向けてビームを照射する。ビーム照射部３１によるビーム照射方向は、Ｘ軸に平行な方向である。なお、図５は、図２のIII−III断面における断面図である。

この接合装置１においては、後述するようなスライド配置状態（図８参照）において、ビーム照射部１１，２１を用いて特定物質（例えばアルゴン）を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する表面活性化処理が実行される。そして、接合装置１は、表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２を近接対向状態（図１０）にした後に、互いに近接させて両被接合物９１，９２を接合する（図１２および図１３）。

また、この実施形態においては、両被接合物９１，９２を近接対向状態にした後に、さらにビーム照射部３１を用いて特定物質（例えばアルゴン）を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する表面活性化処理をも実行する（図１１）。

ここにおいて、ビーム照射部１１，２１，３１は、イオン化された特定物質（ここではアルゴン）を電界で加速し両被接合物９１，９２の接合表面に向けて当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。

この実施形態では、ビーム照射部１１，２１として原子ビーム照射装置を用い、ビーム照射部３１としてイオンビーム照射装置を用いるものとする。

図１５は、表面活性化処理の原理を示す模式図である。また、図１６は、イオンビーム照射の原理を示す模式図であり、図１７は、原子ビーム照射の原理を示す模式図である。

図１５に示すように、この表面活性化処理においては、特定物質（例えばアルゴン）を被接合物の接合表面に衝突させることによって、接合表面の付着物９９を除去し、被接合物（例えば９１）の表面原子の未結合手であるダングリングボンド（図１５では短い線分で示す）が露出した状態を形成する。そして、このような状態を２つの被接合物９１，９２の双方の接合表面に形成した後に、当該被接合物９１の接合表面を互いに接触させることによって、ダングリングボンド同士を接合させる。これにより、両被接合物９１，９２が原子レベルで接合される。これによれば、非常に強固な接合状態を実現することができる。

このように特定物質を接合表面に衝突させる技術としては、例えば、イオンビーム照射技術および原子ビーム照射技術が存在する。

図１６に示すように、イオンビーム照射においては、イオン化された特定物質（アルゴン等）が電界Ｅで加速された後にイオン化されたまま放出される。そして、当該特定物質はイオン状態のまま被接合物へと向かう。なお、イオン状態のアルゴン等は、被接合物の表面に到達するまでに電荷と結合して電気的に中和される。

一方、図１７に示すように、原子ビーム照射においては、イオン化された特定物質（アルゴン等）が電界Ｅで加速された後に、ビーム照射部内で供給された電荷と直ちに結合して、その電気特性が中和される。そして、電気的に中和された特定物質が高速で被接合物へと向かう。

このように、イオンビームと原子ビームとでは、その電気的中和のタイミングが異なっているが、イオン化された特定物質（アルゴン等）が電界Ｅで加速される点で共通する。そして、加速された特定物質が高速で接合表面に衝突することによって、図１５に示すような表面活性化処理が実行される点でも共通する。

この実施形態においては、このようなビーム照射を用いて表面活性化処理等を実行する。これによれば、上述のプラズマ洗浄による表面活性化処理に比べて、より多様な種類の被接合物に対して適用することが可能である。以下では、その原理について説明する。

図１８は、プラズマ洗浄を用いた表面活性化処理について説明する図である。図１８に示すように、プラズマ洗浄を用いた表面活性化処理においては、被処理物（被接合物）の接合表面に電気的な極性（例えば負極性）が付与される。そして、当該接合表面の極性とは逆の極性を有する特定物質（例えば正極性を有するアルゴン）が当該接合表面に向けてクーロン力で引き込まれて当該接合表面に衝突し、その衝突力によって不純物の除去が行われる。このとき、当該特定物質（アルゴン等）以外のイオン化された他の物質（例えば正極性を有する酸素）が存在していれば、その物質も引き込むこととなってしまう。すなわち、当該特定物質（アルゴン等）のみならず、他の物質（例えば正極性を有する酸素）もが当該被接合物の表面に衝突する。また、被接合物を保持する電極には交番電圧（交番電界）が付与されるため、当該電極および被接合物の接合表面はさらに逆極性（例えば正極性）を有することもある。したがって、当該逆極性のさらに逆極性を有する他の物質（例えば負極性を有する酸素）もが当該被接合物の表面に衝突する。

ここにおいて、金および銅は、プラズマ処理における特定物質（例えばアルゴン）とは異なる他の物質（例えば酸素）が存在しているときでも当該他の物質と反応しにくい。したがって、金あるいは銅を被接合物とする場合には、特定物質のプラズマによって比較的良好に表面活性化処理を行うことが可能である。

一方、被接合物が上記特定物質以外の物質（例えば酸素）と反応しやすい物質である場合には、当該被接合物は特定物質（アルゴン等）のみならず当該他の物質とも反応してしまう。そのため、被接合物に関する表面活性化処理を適切に行うことができない。

これに対して、この実施形態においては、原子ビームおよびイオンビームが用いられる。これらのビームでは、上述のように、イオン化された特定物質（アルゴン等）が電界で加速されて、被接合物の表面に向けて放出される。したがって、ダングリングボンド生成には不適切な物質（例えば酸素）ではなく所望の特定物質（例えばアルゴン）を、選択的に被接合物の接合表面に照射することが可能である。換言すれば、不適切な物質の供給を抑制しつつ、所望の特定物質を当該接合表面上に潤沢に（多量に）供給することができる。

したがって、この実施形態によれば、当該他の種類の物質（酸素等）と反応しやすい物質（酸化しやすい物質等）を被接合物とする場合においても、当該被接合物の接合表面に対する表面活性化処理を良好に行うことが可能である。すなわち、様々な物質の表面活性化処理を良好に実行することが可能である。たとえば、酸化しやすいＡｌ（アルミニウム）などの金属、シリコン、化合物半導体（例えば、ＧａＳ（ガリウム砒素））、ＳｉＯ２（二酸化珪素）、サファイアなどを被接合物とする場合にも、その表面を良好に活性化させて接合することが可能である。また、同種の両被接合物を接合する場合だけでなく、互いに異なる種類の両被接合物を接合する場合にも適用することができる。特に両被接合物が異種材料であるときには、当該両被接合物間の熱膨張差により反りや割れが発生し易いため、当該両被接合物を低温で接合することが好ましい。したがって、異種材料の接合には、上述のようなダングリングボンドによる直接接合が非常に適する。そして、このような各種の両被接合物９１，９２を接合することによって、各種の半導体装置を生成（製造）することができる。

＜２．動作＞
次に、接合装置１における接合動作について、図７〜図１３の模式図を参照しながら説明する。図７〜図１３は、当該接合動作（接合方法）における時系列の各工程を順次に示す図である。なお、図７〜図１３においては、便宜上、ステージ１２およびヘッド２２等の図示を省略している。

図７は、導入棒４（図１）等を用いて両被接合物９１，９２が真空チャンバ２内に導入された状態を示している。この導入動作は減圧下において実行される。図７においては、導入直後において、上側の被接合物９２が位置ＰＧ２においてヘッド２２によって保持されており、下側の被接合物９１が位置ＰＧ１においてステージ１２によって保持されている状態を示している。

この後、図１４に示すように期間ＴＭ０において接合装置１は、さらに真空ポンプ５による減圧動作を実行して、真空チャンバ２内の圧力を圧力値ＰＲ０にまで低減し高真空状態ないし超高真空状態にする。たとえば、１０^−１０Torr〜１０^−６Torr程度にまで真空引きする。これにより、真空チャンバ２内における不要な浮遊物（不純物等）を減少させることができる。この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ０は、図１４に示すように、次述するビーム照射（図８）を伴う期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ１（例えば１０^−４Torr）よりも低い値である。すなわち、期間ＴＭ０の真空度は、期間ＴＭ１の真空度よりも高い。換言すれば、真空チャンバ２内の真空度は、期間ＴＭ１に先立って期間ＴＭ０において予め高められる。なお、期間ＴＭ０における減圧処理は、ビーム照射（図８）よりも前に実行される処理であることから、「バックグラウンド減圧処理」とも称される。

つぎに、図８に示すように、接合装置１は、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理（以下、第１の表面活性化処理とも称する。）Ｆ１を実行する。

この第１の表面活性化処理Ｆ１においては、両被接合物９１，９２は次のように配置されている。すなわち、被接合物９１，９２の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置される。詳細には、比較的下側の被接合物９１の接合表面はＸＹ平面に略平行に且つ上向きで配置され、比較的上側の被接合物９２の接合表面はＸＹ平面に略平行に且つ下向きに配置される。換言すれば、両被接合物９１，９２は互いに向かい合う向きで配置される。ただし、両被接合物９１，９２は対向状態を有していない。具体的には、両被接合物９１，９２の接合表面の法線方向（Ｚ方向）から見て、両被接合物９１，９２の接合表面が互いに重ならないように、両被接合物９１，９２は、Ｘ方向（Ｚ方向に垂直な方向）において互いにずらされて配置されている。このような配置状態は、対向状態に対して両被接合物９１，９２が相対的にスライドされた状態であることから、「スライド配置状態」とも称される。

そして、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射（ここでは原子ビーム照射）が行われる。具体的には、ビーム照射部１１によるビーム照射によって被接合物９１の接合表面が活性化され、ビーム照射部２１によるビーム照射によって被接合物９２の接合表面が活性化される。また、このビーム照射部１１，２１によるビーム照射は、同時並列的に実行される。

ここでは、両被接合物９１，９２に対しては、それぞれ、各対応位置ＰＧ１，ＰＧ２付近において、両被接合物９１，９２の配列方向（Ｘ方向）に垂直な平面（ＹＺ平面に平行な平面）に沿ってビーム照射が行われる。

具体的には、ビーム照射部１１の照射口は、図３に示すように、位置ＰＧ１付近において、＋Ｙ側の比較的上方の位置から−Ｙ側の比較的下方の位置に向けて、被接合物９１の接合表面に対して所定の傾斜角度（例えば４５度）で傾斜して配置されている。そして、ビーム照射部１１は、被接合物９１に対して斜め上方からビーム照射を行う。

また、ビーム照射部２１の照射口は、図４に示すように、位置ＰＧ２付近において、＋Ｙ側の比較的下方の位置から−Ｙ側の比較的上方の位置に向けて、被接合物９２の接合表面に対して所定の傾斜角度（例えば３０度）で傾斜して配置されている。そして、ビーム照射部２１は、被接合物９２に対して斜め下方からビーム照射を行う。

さて、図８に示すような第１の表面活性化処理Ｆ１が終了（図９参照）すると、図１０に示すように、ステージ１２および被接合物９１がスライド移動機構１４によってＸ方向に（＋Ｘ側に向けて）移動される。このようにして、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射によって表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２がＸ方向に相対的に移動される。そして、移動動作完了後には、両被接合物９１，９２は、その接合表面が対向する状態（対向状態）を有している。

なお、ここでは、図９の状態（すなわち移動前）において大まかな位置計測動作を行っておき、その位置計測動作に基づいて図１０の移動動作を行い、移動動作完了後に更に正確な位置決め動作（ファインアライメント動作）を実行するものとする。具体的には、まず、第１の表面活性化処理Ｆ１の実行後において、被接合物９１が位置ＰＧ１に存在し且つ被接合物９２が位置ＰＧ２に存在する状態で、それぞれの位置を計測しておく。そして、両被接合物９１，９２をスライド移動させて両被接合物９１，９２を近接対向状態（図１０）に遷移させる。この移動後の近接対向状態において、上述のような反射光による撮像システムと透過光による撮像システムとの一方もしくは双方を用いて位置を計測し、当該計測結果に基づいて微小位置調整動作（ファインアライメント動作）を行う。これによれば、両被接合物９１，９２の位置を非常に正確に調整することが可能である。

次に、図１１に示すように、第２の表面活性化処理Ｆ２をさらに実行する。

第２の表面活性化処理Ｆ２は、対向状態を有する両被接合物９１，９２の対向空間の側方から当該対向空間に向けて、イオン化された特定物質を電界で加速して当該特定物質を放出することにより、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する処理である。具体的には、ビーム照射部３１によるビーム照射によって両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。ここでは、ビーム照射部３１によってイオンビームを照射する場合を例示する。

その後、図１２に示すように第２の表面活性化処理Ｆ２が終了した後に、両被接合物９１，９２を互いに接近させていく。そして、図１３に示すように、両被接合物９１，９２を接合する。これにより、両被接合物９１，９２が良好な状態で接合される。

この実施形態においては、以上のような動作が実行される。

ここにおいて、図８に示すような表面活性化処理を行うことによれば、接合表面が活性化される。そして、当該表面活性化処理後に両被接合物９１，９２をＸ方向にスライド移動させ更にＺ方向に接近させて接合することによって、両被接合物９１，９２が良好に接合される。特に、図８に示すように、両被接合物９１，９２がＸ方向において互いにずらされて配置された状態で行われるため、一方の被接合物に付着していた付着物が跳ね返ったとしても他方の被接合物へ向けて飛散する可能性が低下する。したがって、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物に再付着することを防止することが可能である。

また特に、特定物質のビーム照射（ここでは原子ビーム照射）を用いた表面活性化処理が実行されるため、プラズマを用いた表面活性処理を実行する場合に比べて、様々な種類の被接合物を良好に接合することが可能である。詳細には、上記実施形態においては、特定物質のみがイオン化されて加速され、イオンのままあるいは中和されて原子の状態で被接合物に衝突する照射方式が採用されるため、当該特定物質以外の物質の再付着を防止することが可能である。

また、特定物質としては例えば他の物質と反応しないアルゴンが使用されることが好ましい。また、アルゴンは、分子重量も大きいため、被接合物の表面分子を衝突により切り離して結合手を露出させること（ダングリングボンドを生成すること）、すなわち表面活性化処理に特に適している。そして、このようなダングリングボンドが適切に生成された両被接合表面を接合することによって、良好な接合状態を実現することが可能である。

なお、上記のようなビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理（図８）中においては、被接合物９１の接合表面を含む平面ＰＬ１と被接合物９２の接合表面を含む平面ＰＬ２とは、近接して配置されることが好ましい。これによれば、一方の被接合物に付着していた付着物が跳ね返ったとしても他方の被接合物へ向けて飛散する可能性がさらに低下する。したがって、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物に再付着することを、より確実に防止することが可能である。

より詳細には、被接合物９１の接合表面を含む平面ＰＬ１と被接合物９２の接合表面を含む平面ＰＬ２との距離Ｄ１（図８参照）は２０ミリメートル以下であることが好ましい。

対向配置された両被接合物に対してプラズマ洗浄による表面活性化処理を行った後に被接合物を接合する上述の従来技術に係る装置においては、通常、対向する両被接合物９１，９２が少なくとも３０ｍｍ程度離して配置される。

これに対して、平面ＰＬ１，ＰＬ２の相互間の距離Ｄ１が２０ミリメートル以下である場合には、さらに接近した状態で第１の表面活性化処理Ｆ１が実行される。したがって、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを、より確実に防止することが可能である。

また、距離Ｄ１が比較的大きいときには、Ｚ軸の傾き等に起因して、ヘッド下降時に位置ずれが発生することがある。これに対して、当該両平面ＰＬ１，ＰＬ２相互間の距離を２０ミリメートル以下にすることによれば、ヘッド下降時における位置ずれを抑制して、アライメント精度の向上を図ることも可能である。

以上のように、距離Ｄ１は小さいことが好ましい。

また、この距離Ｄ１はさらに小さいことが好ましく、例えば５μｍ以下であることが好ましい。これによれば、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを、さらに確実に防止することが可能である。

また、この実施形態においては、第１の表面活性化処理Ｆ１において、図３、図４および図８に示すように、両被接合物９１，９２の配列方向（Ｘ方向）に垂直な平面（ＹＺ平面に平行な平面）に沿って、斜め上方および斜め下方からビーム照射が行われる。そのため、一方の被接合物から除去された物質は、Ｙ方向およびＺ方向を中心に飛散し、他方の被接合物が存在するＸ方向には飛散しにくい。これによれば、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することを、さらに確実に防止することが可能である。

なお、第１の表面活性化処理Ｆ１において、仮に被接合物に対して真横からビーム照射を行う場合には、被接合物に対して均一な処理を施すことが困難である。特に、第１の表面活性化処理Ｆ１においては比較的大きな出力でのビーム照射を伴うことが好ましく、そのような状況では、ビーム照射口に近い部分とビーム照射口から離れた部分とで表面活性化処理の程度を同程度にすることは困難である。これに対して、上記実施形態においては、両被接合物９１，９２に対して斜めからビーム照射が行われる。したがって、被接合物に対して均一な表面活性化処理を施すことが比較的容易である。これにより、比較的大きな接合表面を有する被接合物を処理対象とする場合にも、良好な接合を実現することができる。例えば、チップ単位ではなく基板（半導体ウエハー）単位での接合を良好に行うことが可能である。さらには、より大きな基板に関する接合を良好に行うことが可能である。

また、この実施形態においては、第１の表面活性化処理Ｆ１（図８）が終了して対向状態への移動動作が実行された後に、第２の表面活性化処理Ｆ２（図１１）が実行される。すなわち、両被接合物９１，９２に対する表面活性化処理が移動期間後に再び実行される。そして、その後に被接合物９２が接合される。そのため、仮に、表面活性化処理Ｆ１後の移動期間（図１０）等において、不要な物質が両被接合物９１，９２の各接合表面に再付着する場合であっても、表面活性化処理Ｆ１の終了後に付着した付着物等をビーム照射部３１による表面活性化処理によってさらに除去できる。端的に言えば、ビーム照射部３１による表面活性化処理が接合直前に実行され、表面活性化処理終了時点から接合時点までの期間が短くなるため、付着物を抑制した状態で接合を行うことができる。したがって、両被接合物９１，９２を非常に良好な状態で接合することが可能である。

また、この実施形態のように、第１の表面活性化処理Ｆ１と第２の表面活性化処理Ｆ２との２回に分けて表面活性化処理を実行することによれば、両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制することが可能である。

例えば、仮に、１回の表面活性化処理のみで同程度の効果を得るために所定時間Ｔ１０（例えば１０分程度）の処理を行う場合を想定する。この場合には両被接合物９１，９２の温度が例えば比較的高い温度（例えば１２０℃程度）にまで上昇する。

これに対して、上記実施形態のように、２回に分けて表面活性化処理を実行することによれば両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制することが可能である。例えば、１回目の時間Ｔ１１（例えば８分）の処理では１００℃程度、そして２回目の時間Ｔ１１（例えば２分）の処理では８０℃程度に抑制することが可能である。

また、この実施形態では、第１の表面活性化処理Ｆ１にて原子ビームが用いられ、第２の表面活性化処理Ｆ２にてイオンビームが用いられている。ここにおいて、イオンビームによるエネルギーは、原子ビームによるエネルギーよりも小さい。そのため、特に、接合直前における両被接合物９１，９２の温度上昇、より詳細にはファインアライメント（図１０）後における両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制できる。したがって、両被接合物９１，９２の温度上昇に起因する変形等を抑制することが可能である。

仮に、比較的大きな温度上昇が生じた場合には、基板の反り或いは割れが発生することがある。このような反りは接合時の位置ずれ等を誘発する。また、反りが発生しないとしても、例えば、両被接合物９１，９２が互いに異なる種類の材料であるときには、当該両被接合物９１，９２の熱膨張率の差異に起因して、両被接合物９１，９２の相互間に位置ずれが生じることがある。これに対して、両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制することによれば、このような事態を回避することができる。特に、異種材料間での熱膨張差によるそりや割れを防ぐことができるとともに、被接合物同士での位置合わせ精度であるアライメント精度を向上することができる。

また、上記実施形態においては、ビーム照射部１１，２１，３１は、同一の接合装置１内（詳細には同一の真空チャンバ２内）に設けられている。換言すれば、この実施形態においては、第１の表面活性化処理Ｆ１と第２の表面活性化処理Ｆ２と接合処理とが同一の装置内において実行される。そのため、両被接合物９１，９２を別の装置に移動することを要さず、第１の表面活性化処理Ｆ１の終了後の比較的短い期間において、第２の表面活性化処理Ｆ２をも実行して両被接合物９１，９２を接合することができる。例えば表面活性化処理Ｆ１を行う処理室と接合処理を行う接合室とが別個に設けられ且つ搬送ロボット等を用いて当該処理室から当該接合室へと被接合物を搬送する場合に比べて、第１の表面活性化処理の終了時点から接合完了までの時間が短縮される。したがって、再付着を抑えて良好な接合を行うことが可能である。

また特に、第１の表面活性化処理Ｆ１が終了した後に、同一の接合装置１内において両被接合物をスライドさせることによって両被接合物を対向させ接合可能な状態にすることができるので、接合までの時間をさらに短縮することができる。したがって、再付着をさらに抑制して良好な接合を行うことが可能である。

また、上記実施形態においては、ビーム照射部１１，２１，３１は、それぞれ、接合装置１に固定されている。そして、ビーム照射部１１，２１，３１に対する電力供給は、真空チャンバ２の外部から行うことが可能である。そのため、真空チャンバ２内に電力供給経路を設けることを要しない。一方、上記特許文献１に記載の技術においては、プラズマ処理のために可動ステージ等に電力を供給する必要があるため、電気的構成が比較的複雑である。このように、上記実施形態によれば、特許文献１に記載の技術よりも電気的構成を簡易に構築することができる。

また、上記実施形態においては、期間ＴＭ０においてバックグラウンド減圧処理（図１４）を予め実行しているため、不要な浮遊物等を予め低減することができる。そのため、非常に良好に両被接合物９１，９２を接合することができる。また特に、このバックグラウンド減圧処理が実行されることによって、第２の表面活性化処理Ｆ２の際に比較的大きな浮遊物、不純物が存在する確率は、非常に低くなる。そして、第２の表面活性化処理Ｆ２においては、比較的小さな衝撃力で除去することが可能な不純物（例えば水分やハイドロカーボン（水とカーボンとの反応物）等）が主要な浮遊物になる。そのため、第２の表面活性化処理Ｆ２における照射エネルギーを低減し、両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制しつつ、ビーム照射部３１による比較的小さなエネルギーのビーム照射によって付着物を除去することが可能である。このように、バックグラウンド減圧処理は、上述のような第１の表面活性化処理Ｆ１と第２の表面活性化処理Ｆ２とを有する２段階処理には特に有効な手法である。

また、原子ビーム照射処理およびイオンビーム照射処理は、プラズマ処理に比べて、比較的高い真空状態（比較的低圧力）での処理が可能である。したがって、バックグラウンド減圧処理と原子ビーム照射処理（および／またはイオンビーム照射処理）とを組み合わせて実行することによれば、不要な浮遊物等を予め低減した後において当該浮遊物等が少ない状態を維持しつつ、表面活性化処理および接合処理を非常に良好に行うことが可能である。

さらに、ビーム照射処理とバックグラウンド減圧処理との組み合わせに係る思想は、プラズマ処理とバックグラウンド処理とを組み合わせる思想に比べて、複数組の両被接合物の連続処理に対しても良好に適用される。具体的には、或る両被接合物に対する表面活性化処理と次の両被接合物に対するバックグラウンド減圧処理とが引き続いて実行される技術において、当該表面活性化処理としてビーム照射処理が採用される場合には、当該表面活性化処理としてプラズマ処理が採用される場合に比べて、比較的高い真空状態での表面活性化処理が実行されるため、当該表面活性化処理時の圧力と当該バックグラウンド減圧処理時の圧力との差（圧力差）は比較的小さい。そのため、或る両被接合物に対する表面活性化処理後において、再び真空引きし、次の両被接合物に対するバックグラウンド減圧処理での所定の圧力状態（高真空状態等）を実現するための時間を短縮することが可能である。このように、バックグラウンド減圧処理とビーム照射処理とを組み合わせる技術は、複数組の両被接合物の連続処理、すなわち量産に適している。

また、上記実施形態に係る処理は、金（および銅）以外の上述のような物質（アルミニウム等）の接合にも適しているが、金（および銅）の接合にも好適に用いることが可能である。

＜３．変形例等＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態においては、第２の表面活性化処理Ｆ２中は、両被接合物９１，９２を移動させず、第２の表面活性化処理Ｆ２が終了した後に、両被接合物９１，９２を互いに接近させる動作を開始する場合（図１１〜図１３）を例示したが、これに限定されない。

具体的には、図１９に示すように、ビーム照射部３１による第２の表面活性化処理Ｆ２を実行しつつ両被接合物９１，９２を互いに接近させていき、両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。換言すれば、ビーム照射部３１による第２の表面活性化処理Ｆ２に並行して、両被接合物９１，９２を互いに接近させるように両被接合物９１，９２を相対的に移動するようにしてもよい。これによれば、接合完了時点もしくは当該接合完了時点の直前の時点まで表面活性化処理が継続される。そのため、付着物が再付着する機会が最低限となるため、さらに良好な状態で両被接合物９１，９２を接合することができる。なお、特に、接合完了時点まで表面活性化処理が継続されることが好ましい。

また、このような変形例において、さらに、両被接合物９１，９２のＺ方向における相対移動に応じてビーム照射部３１をＺ方向に移動するように改変してもよい。

具体的には、図２０に示すように、接合装置１において、ビーム照射部３１をＺ方向に駆動する駆動部３３を設ける。そして、図２１および図２２に示すように、第２の表面活性化処理Ｆ２と両被接合物９１，９２の接近動作とが並行して実行される際には、ビーム照射部３１の照射口が両被接合物９１，９２相互間の中央位置ＣＴに存在するように、当該照射口と両被接合物９１，９２とが相対的に移動される。

より詳細には、例えば、まずＺ方向の移動直前（図１９参照）においてビーム照射部３１の照射口を両被接合物９１，９２相互間の中央位置に配置した後、ヘッド２２の下降開始に応じてビーム照射部３１をヘッド２２の下降速度の半分の速度で下降させればよい。このとき、ステージ１２は停止したままである。これによれば、ヘッド２２とビーム照射部３１とが下降する際において、常に、ビーム照射部３１の照射口が両被接合物９１，９２相互間の中央位置ＣＴに存在する（図２１参照）。したがって、ビーム照射部３１からのビームを両被接合物９１，９２に対して均等に照射することができる。

また、上記実施形態においては、ビーム照射部１１，２１によって原子ビームを照射し、ビーム照射部３１によってイオンビームを照射する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ビーム照射部１１，２１，３１が全てイオンビームを照射するものであってもよい。あるいは、逆に、ビーム照射部１１，２１，３１が全て原子ビームを照射するものであってもよい。換言すれば、第１の表面活性化処理Ｆ１と第２の表面活性化処理Ｆ２とは、同じ種類のビームを照射する処理であってもよい。

また、特にこのような場合においては、ビーム照射部３１によるビーム照射時間（特定物質の放出時間）は、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射時間よりも短いことが好ましい。換言すれば、第２の表面活性化処理Ｆ２におけるビーム照射時間は、第１の表面活性化処理Ｆ１におけるビーム照射時間よりも短いことが好ましい。例えば、ビーム照射部３１のビーム照射時間Ｔ３を、ビーム照射部１１，２１のビーム照射時間Ｔ１，Ｔ２よりも短く設定すればよい。例えば、値Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ８分であるときには、値Ｔ３は２分に設定されればよい。これによれば、接合直前における両被接合物９１，９２の温度上昇、特に、ファインアライメント（図１０）後における両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制できる。したがって、両被接合物９１，９２の温度上昇に起因する変形等を抑制することが可能である。

同様に、ビーム照射部３１によるビーム照射出力（特定物質の放出強度）は、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射出力よりも小さいことが好ましい。換言すれば、第２の表面活性化処理Ｆ２におけるビーム照射出力は、第１の表面活性化処理Ｆ１におけるビーム照射出力よりも小さいことが好ましい。具体的には、ビーム照射部３１のビーム照射出力電圧Ｖ３を、ビーム照射部１１，２１のビーム照射出力電圧Ｖ１，Ｖ２よりも小さく設定すればよい。例えば、値Ｖ１，Ｖ２がともに８０Ｖ（ボルト）であるときには、値Ｖ３は２０Ｖ（ボルト）に設定されればよい。これによれば、特に、接合直前における両被接合物９１，９２の温度上昇、より詳細にはファインアライメント後における両被接合物９１，９２の温度上昇を抑制できる。したがって、両被接合物９１，９２の温度上昇に起因する変形等を抑制することが可能である。

また、上記実施形態においては、ビーム照射部１１，２１によるビーム照射は、それぞれ、両被接合物９１，９２の配列方向（Ｘ方向）に垂直な平面（ＹＺ平面に平行な平面）に沿って行われる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図２３に示すように、両被接合物９１，９２の配列方向（Ｘ方向）に平行な平面（ＸＺ平面に平行な平面）に沿って、斜め上方および斜め下方からビーム照射が実行されるようにしてもよい。この場合においても両被接合物９１，９２の接合表面を互いに近接させることによって、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することをより確実に防止することが可能である。

ただし、上記実施形態のような態様（図３、図４および図８参照）でビーム照射が行われることがより好ましい。上記実施形態によれば、ビームの照射方向には他方の被接合物が存在しないため、図２３のような態様に比べて、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着することをより確実に防止することが可能である。

また、上記実施形態においては、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理中においては、両被接合物９１，９２の接合表面は、Ｘ方向において互いにずらされた状態において互いに向かい合う向きで近接して配置される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被接合物９２の接合表面が被接合物９１の接合表面よりも下側に存在する状態で、両被接合物９１，９２が配置されるようにしてもよい。具体的には、被接合物９２の接合表面は、被接合物９１の接合表面よりもＺ方向下向き（−Ｚ方向）に所定距離（例えば数ミリメートル）シフトして配置されるようにしてもよい。これによれば、上記と同様に、一方の被接合物に付着していた付着物が他方の被接合物へと再付着するという問題を回避することが可能である。

なお、この場合には、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理Ｆ１後において、両被接合物９１，９２をＸ方向とＺ方向との双方に相対的に移動することによって、両被接合物９１，９２の接合表面を対向させた後に、両被接合物９１，９２を接合するようにすればよい。詳細には、被接合物９１を＋Ｘ方向に移動するとともに被接合物９２を＋Ｚ方向に移動（上昇）することによって、両被接合物９１，９２を対向させればよい。ただし、動作簡略化等の観点からは、Ｚ方向の移動を伴うことなく、両被接合物９１，９２を対向状態に遷移させることが好ましい。

また、上記実施形態においては、被接合物９１を＋Ｘ方向にスライド移動させて両被接合物９１，９２を対向状態にする場合を例示したが、これに限定されない。例えば、逆に、被接合物９２をＸ方向にスライド移動させることによって、両被接合物９１，９２をＸ方向に相対的に移動して両被接合物９１，９２を対向状態にするようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、被接合物９２を−Ｚ方向に移動させて両被接合物９１，９２を接合する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、逆に被接合物９１を＋Ｚ方向に移動させて両被接合物９１，９２をＺ方向に相対的に移動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、第１の表面活性化処理Ｆ１の後に第２の表面活性化処理Ｆ２をさらに実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第２の表面活性化処理Ｆ２を実行することなく両被接合物９１，９２を接合するようにしてもよい。具体的には、第１の表面活性化処理Ｆ１を実行した後に、両被接合物９１，９２をＸ方向にスライド移動させて対向させる。そして、第２の表面活性化処理Ｆ２を伴うことなく、対向状態の両被接合物９１，９２をＺ方向に相対移動して接合するようにしてもよい。このような変形例によっても両被接合物９１，９２を良好に接合することができる。また、当該変形例に係る処理は、金（および銅）以外の上述のような物質（アルミニウム等）の接合にも適しているが、金（および銅）の接合にも好適に用いることが可能である。

例えば、第１の表面活性化処理Ｆ１としてイオンビーム照射等を用いた当該変形例に係る処理は、次述する比較例に係るプラズマ処理を用いた表面活性化処理に比べても、良好な接合状態を実現することが可能である。ここで、当該比較例は、第１の表面活性化処理Ｆ１を「プラズマ」を用いて実行した後に、両被接合物９１，９２をＸ方向にスライド移動させて対向させて、第２の表面活性化処理Ｆ２を伴うことなく、対向状態の両被接合物９１，９２をＺ方向に相対移動して接合する技術である。例えば、当該比較例に係る処理（接合温度＝２５℃）による接合結果においては比較的大きな面積のボイド（両被接合物相互間に生じる空隙）が生じるとしても、当該変形例に係る処理（接合温度＝２５℃）による接合結果においてはボイドの面積を比較的小さくすることが可能である。

なお、ボイドを小さくためには、両被接合物９１，９２の温度は室温（２５℃）よりも高い方が好ましい。例えば、ヒータ１２ｈ，２４（図１）を用いて両被接合物９１，９２の温度を適切な温度（ボイド消滅温度とも称する）ＴＥにまで上昇させた状態で、当該両被接合物を接合することにより、ボイドをほぼ消滅させることが可能である。比較例に係るボイド消滅温度ＴＥは比較的高い温度ＴＥ２（例えば１５０℃）であるのに対して、当該変形例に係るボイド消滅温度ＴＥは比較的低い温度ＴＥ１（例えば８０℃）（＜ＴＥ２）である。すなわち、このような加熱処理を行う場合において、当該変形例によれば、比較的低い温度ＴＥ１でボイドをほぼ消滅させることが可能である。換言すれば、ボイドをほぼ消滅をさせるための温度が比較的低い温度ＴＥ１で済む。したがって、被接合物における反り等の発生を抑制ないし回避しつつ、良好な接合状態を実現することが可能である。

また、上記実施形態においては、ビーム照射において放出される特定物質としてアルゴン（Ａｒ）を例示したが、これに限定されず、クリプトン（Ｋｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）などの他の物質であってもよい。

１ 接合装置
２ 真空チャンバ
５ 真空ポンプ
６ 排気管
７ 排気弁
１１，２１，３１ ビーム照射部
１２ ステージ
１４ スライド移動機構
１８，２８ 位置認識部
２２ ヘッド
２３ アライメントテーブル
２５ 回転駆動機構
２６ Ｚ軸昇降駆動機構
２８ｅ，２８ｆ ミラー
３３ 駆動部
９１，９２ 被接合物
９９ 付着物

Claims (15)

1. 第１の被接合物と第２の被接合物との両被接合物の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置されるとともに、前記接合表面の法線方向から見て前記両被接合物の接合表面が重ならないように前記両被接合物が第１の方向において互いにずらされて配置される第１の状態において、イオン化された特定物質を電界で加速し前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれに向けて当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれを活性化する第１および第２の表面活性化手段と、
   前記第１および第２の表面活性化手段を用いて表面活性化処理が施された前記両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して、前記両被接合物の接合表面を対向させる第１の相対的移動手段と、
   前記第１の相対的移動手段により対向状態にされた前記両被接合物を接近させるように前記両被接合物を相対的に移動して、前記両被接合物を接合する第２の相対的移動手段と、
   を備え、
   前記第１の表面活性化手段は、第１のビーム照射手段を有し、
   前記第２の表面活性化手段は、第２のビーム照射手段を有し、
   前記第１および第２のビーム照射手段は、それぞれ、
   イオン化された特定物質を電界で加速した後にイオン化されたまま放出するイオンビーム照射手段と、
   イオン化された特定物質を電界で加速した後にその電気特性を中和して放出する原子ビーム照射手段と、
   の少なくとも一方であり、
   前記第１のビーム照射手段は、前記第１の方向と前記接合表面の前記法線方向との双方に垂直な方向である第２の方向において前記第１の被接合物に対して離間した位置に配置され、
   前記第２のビーム照射手段は、前記第２の方向において前記第２の被接合物に対して離間した位置に配置され、
   前記第１のビーム照射手段と前記第２のビーム照射手段とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置され、
   前記第１のビーム照射手段は、前記第１の状態において、前記特定物質のビームを前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射して、前記第１の被接合物に対する表面活性化処理を行い、
   前記第２のビーム照射手段は、前記第１の状態において、前記特定物質のビームを前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射して、前記第２の被接合物に対する表面活性化処理を行うことを特徴とする接合装置。
2. 請求項１に記載の接合装置において、
   前記対向状態を有する前記両被接合物の対向空間の側方から当該対向空間に向けて、イオン化された特定物質を電界で加速して当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とを活性化する第３の表面活性化手段、
   をさらに備え、
   前記第２の相対的移動手段は、前記第３の表面活性化手段による表面活性化処理が施された後に前記両被接合物を接合することを特徴とする接合装置。
3. 請求項２に記載の接合装置において、
   前記第２の相対的移動手段は、前記第３の表面活性化手段による表面活性化処理に並行して、前記両被接合物を接近させるように前記両被接合物を相対的に移動することを特徴とする接合装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接合装置において、
   前記両被接合物が配置される処理空間の圧力を、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理の前において、前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理時における圧力値よりも低い値にまで低減する減圧手段、
   をさらに備えることを特徴とする接合装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の接合装置において、
   前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理中においては、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とは、前記第１の方向において互いにずらされ且つ互いに向かい合う向きで配置されるとともに、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面とは近接して配置されることを特徴とする接合装置。
6. 請求項５に記載の接合装置において、
   前記第１および第２の表面活性化手段による表面活性化処理中においては、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面との距離は２０ミリメートル以下であることを特徴とする接合装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の接合装置において、
   前記第１のビーム照射手段は、前記第１の被接合物の接合表面に対して斜め上方から前記特定物質のビームを照射し、
   前記第２のビーム照射手段は、前記第２の被接合物の接合表面に対して斜め下方から前記特定物質のビームを照射することを特徴とする接合装置。
8. ａ）第１の被接合物と第２の被接合物との両被接合物の接合表面が互いに略平行に且つ互いに逆向きに配置されるとともに、当該接合表面の法線方向から見て前記両被接合物の接合表面が重ならないように前記両被接合物が第１の方向において互いにずらされて配置される状態において、イオン化された特定物質を電界で加速し前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれに向けて当該特定物質を放出することにより、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とのそれぞれを活性化する工程と、
   ｂ）前記工程ａ）の後に、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して前記両被接合物の接合表面を対向させるとともに、前記両被接合物を前記法線方向に相対的に移動して前記両被接合物を接合する工程と、
   を含み、
   前記ステップａ）における前記特定物質の放出は、前記第１の方向と前記接合表面の前記法線方向との双方に垂直な方向である第２の方向において前記第１の被接合物に対して離間した位置に配置された第１のビーム照射手段と、前記第２の方向において前記第２の被接合物に対して離間した位置に配置された第２のビーム照射手段とを用いて行われ、
   前記第１のビーム照射手段と前記第２のビーム照射手段とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置され、
   前記第１および第２のビーム照射手段は、それぞれ、
   イオン化された特定物質を電界で加速した後にイオン化されたまま放出するイオンビーム照射手段と、
   イオン化された特定物質を電界で加速した後にその電気特性を中和して放出する原子ビーム照射手段と、
   の少なくとも一方であり、
   前記ステップａ）においては、
   前記第１のビーム照射手段によって前記特定物質のビームが前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射されて、前記第１の被接合物に対する表面活性化処理が行われ、且つ、
   前記第２のビーム照射手段によって前記特定物質のビームが前記第１の方向に垂直な平面に沿う方向に照射されて、前記第２の被接合物に対する表面活性化処理が行われることを特徴とする接合方法。
9. 請求項８に記載の接合方法において、
   前記工程ｂ）は、
   ｂ−１）前記工程ａ）の後に、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物との両被接合物を前記第１の方向に相対的に移動して前記両被接合物の接合表面を対向させる工程と、
   ｂ−２）前記両被接合物の接合表面を対向させた状態で、前記両被接合物の対向空間の側方から当該対向空間に向けて、イオン化された特定物質を電界で加速して当該特定物質を放出することにより、前記両被接合物の接合表面を活性化する工程と、
   ｂ−３）前記工程ｂ−２）の後に、前記両被接合物を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする接合方法。
10. 請求項９に記載の接合方法において、
    前記工程ｂ−２）は、
    ｂ−２−１）前記両被接合物に対する表面活性化処理を実行しつつ、前記両被接合物の相互間の距離を低減させるように前記両被接合物を相対的に移動させる工程、
    を含むことを特徴とする接合方法。
11. 請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の接合方法において、
    前記工程ａ）と前記工程ｂ）とはいずれも同一の接合装置内で実行されることを特徴とする接合方法。
12. 請求項１１に記載の接合方法において、
    ｃ）前記工程ａ）の前において、前記第１の被接合物と前記第２の被接合物とが配置される処理空間の圧力を、前記工程ａ）における前記処理空間の圧力値よりも低い値にまで低減する工程、
    をさらに含むことを特徴とする接合方法。
13. 請求項８ないし請求項１２のいずれかに記載の接合方法において、
    前記工程ａ）においては、前記第１の被接合物の接合表面と前記第２の被接合物の接合表面とは、前記第１の方向において互いにずらされ且つ互いに向かい合う向きで配置されるとともに、前記第１の被接合物の接合表面を含む平面と前記第２の被接合物の接合表面を含む平面とは近接して配置されることを特徴とする接合方法。
14. 請求項８ないし請求項１３のいずれかに記載の接合方法において、
    前記第１のビーム照射手段は、前記第１の被接合物の接合表面に対して斜め上方から前記特定物質のビームを照射し、
    前記第２のビーム照射手段は、前記第２の被接合物の接合表面に対して斜め下方から前記特定物質のビームを照射することを特徴とする接合方法。
15. 請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載の接合方法により接合されて生成された半導体装置。

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