接合基板制作方法、接合基板、基板接合方法、接合基板制作装置以及基板接合体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种应用范围较广的基板接合技术。在接合面内形成硅薄膜，并利用能量粒子、金属粒子对基板与基板之间的交界处进行表面处理。
【专利说明】接合基板制作方法、接合基板、基板接合方法、接合基板制作装置以及基板接合体
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于将基板(固体材料)彼此接合起来的接合技术(substratebonding technology),特别是涉及接合用基板的接合面的制作方法、基板接合方法以及基板接合体。
【背景技术】
[0002]例如在电子零件的领域中，在将固体材料彼此接合起来时，通过这样一些技术来进行:将硅基板、在除了硅以外的其他基板上形成有氧化物层、氮化物层的基板、或者玻璃材料的基板等接合起来的晶圆的接合技术、采用倒装方法的将电子零件之间的金属材料接合起来的接合技术、制作MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)时的封装技术等。
[0003]在将基板接合时，通常是这样的过程:在使基板相接触之后利用高温进行加热，而在接合起来的基板之间促进化学反应或者接合界面附近的原子扩散，从而提高接合界面的强度(伴随有加热处理的接合方法)。
[0004]例如在硅晶圆的接合方法中，在对硅晶圆的表面进行亲水化处理之后，利用范德华力使一对晶圆接合，并在1000°c左右的条件下进行加热处理，从而能够获得牢固的接合。而且，在阳极接合方法中，通过在400°c的条件下施加IkV的高电压，从而能够使硅与耐热玻璃之间牢固地接合。
[0005]但是，伴随有加热处理的接合方法在能够应用的基板的种类方面存在限制。特别是在将不同种类的材料的基板彼此接合起来的情况下，由于不同的材料间的热膨胀系数有所不同，因此，在通过高温获得牢固的接合之后，在温度下降至常温的过程中，热残留应力增加，接合体会受到机械性的损伤，而且，当残留应力变高时，有可能导致破坏接合体。而且，伴随有加热处理的接合方法在接合像MEMS等那样的具有耐热性、耐电压特性较低的元件的构件时难以应用。
[0006]为了改善伴随有加热处理的接合方法对基板材料带来的不良影响，提出了一种在常温下进行基板接合的常温接合法。在该种常温接合法中，作为预处理而对基板照射粒子束从而对基板表面进行清洁、活性化等表面处理，再在常温、真空条件下使经过表面处理后的基板表面彼此接触并接合起来。
[0007]该种常温接合法与伴随有加热处理的接合方法相比，能够使能够应用的基板材料的种类变得广泛，且收获了某种程度的成功。但是，在该种常温接合法中，在接合环境的必要条件方面存在限制，例如为了将被表面活性化之后的基板表面被再次氧化等的情况抑制为最小限度，而必须在表面活性化处理之后将环境保持为高真空状态，并必须在极短的时间内将基板转移到接合工艺等，由此，在该方面谋求改善。而且，由于需要将接合机构设为工艺真空系统的一部分，因此，存在接合机构变复杂、价格变高的趋势。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献[0010]专利文献1:日本特开平10 - 92702
[0011]专利文献2:日本特开平06 — 099317
[0012]专利文献3:日本特开2004 - 337927
[0013]专利文献4:日本特开2007 - 324195
[0014]专利文献5:日本特开2008 - 207221
[0015]专利文献6:日本特开2010 - 466696
【发明内容】
[0016]发明要解决的问题
[0017]因而，本发明是为了缓和接合环境的必要条件、并响应改良后的基板接合技术的需要而做成的。
[0018]具体地讲，本发明的目的在于，提供一种即使在接合时的环境不是高真空的情况下也能够形成能够保证充分的接合强度的接合面的接合基板的制作方法。
[0019]而且，本发明的目的在于，提供一种即使在接合时的环境不是高真空的情况下也制成了具有充分的接合强度能力的接合面的接合用基板。同样，目的在于提供一种将该种接合用基板接合起来而成的基板接合体。
[0020]而且，本发明的目的在于，提供一种装置，其能够制作包括具有充分的接合强度能力的接合面的接合用基板，并且，能够灵活地将用于进行表面处理的工艺室与接合机构相互独立地配置。
[0021]用于解决问题的方案
[0022]本发明的一技术方案提供一种接合基板制作方法，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，该接合基板制作方法包括--第I表面处理步骤，对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及第2表面处理步骤，对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来上述基板的表面进行表面处理，上述第I表面处理步骤和第2表面处理步骤的实施结果是制成上述接合基板，上述第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤的实施被以使金属粒子分布在上述接合基板的表面层的母材中的方式控制。
[0023]而且，本发明的另一技术方案提供一种基板接合方法，其中，该基板接合方法包括如下步骤:准备通过上述方法制成的接合基板；准备待与上述接合基板相接合的基板(“M基板”:其是通过上述方法制成的接合基板则较佳)；以及接合步骤，将上述接合基板与上述M基板接合起来。
[0024]就环境的必要条件来讲，优选的是，上述接合步骤在10 —5Pa以上且大气压以下的环境下实施。优选的是，上述接合步骤在含有氧的气体环境下实施。更优选的是，上述接合步骤在大气中实施。
[0025]而且，本发明的另一技术方案提供一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，该接合基板制作装置包括:能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及金属粒子源，其用于对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板的表面进行表面处理，上述金属粒子源具有金属体，上述金属体能够移动。[0026]而且，本发明的另一技术方案提供一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，该接合基板制作装置包括:能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；金属粒子源，其用于对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来上述基板的表面进行表面处理；工艺条件存储器，其用于存储满足作为目标的接合基板的属性(“目标属性”)的工艺条件；以及控制装置，其用于参照上述存储器，并根据满足上述目标属性的工艺条件，对上述能量粒子源和上述金属粒子源进行控制。
[0027]优选的方式是，上述目标属性包含:(A)在接合基板的表面层不存在金属层；以及
(B)金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来控制。另一优选的方式是，上述目标属性包含=(Tl)接合基板具有规定的接合强度能力，上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
[0028]而且，本发明的另一技术方案提供一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，该接合基板制作装置包括:能量粒子源，其用于放射包含能量粒子的放射粒子；金属粒子源，其用于放射包含金属粒子的放射粒子；以及姿势控制装置，其用于对上述能量粒子源的姿势进行控制，上述姿势控制装置在非金属基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第I姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向基板表面放射，上述姿势控制装置在金属基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第2姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述能量粒子源放射，上述能量粒子源在上述金属基体的表面处理模式中处于与来自上述能量粒子源的放射粒子相呼应而朝向上述基板表面放射金属粒子的姿势。
[0029]而且，本发明的另一技术方案提供一种接合基板，其是形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，在基板的表面上未形成有金属层，且金属粒子分布在基板表面层的母材中。
[0030]而且，本发明的另一技术方案提供一种基板接合体，其中，该基板接合体包括:相互接合起来的一对基板；以及形成在上述一对基板之间的界面层，未在上述界面层形成有金属层，金属粒子分布在上述界面层的母材中。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是包括加载互锁真空装置G02、接合基板制作装置GOl以及基板接合装置G03的基板接合系统GOO的外观图。
[0032]图2是表示在基板上制作接合面的多种工艺(接合基板制作方法)的流程图，在这些工艺中包含本发明的不同的实施方式中的、在接合面层内形成硅薄膜的工艺(接合基板制作方法)。
[0033]图3的(A)是表示本发明的实施方式的、基板制作装置GOl中的、用于实施图2的照射工序(表面处理H)3、F05)的关联部分的示意图，图3的(B)是表示本发明的实施方式的、基板制作装置GOl中的、用于实施图2的硅薄膜形成工序(工艺H)4)的关联部分的示意图。[0034]图4是表示经过图2的各工艺A —工艺E获得的接合基板A —接合基板E的接合强度的图表。
[0035]图5表示用于将接合基板彼此接合起来的基板接合装置G03的机构零件，图5的(A)是表示在利用机构零件进行接合之前的一对接合基板的示意图，图5的(B)是表示利用机构零件进行接合时的接合基板的示意图。
[0036]图6的(A)是表示实施方式的、经过图2的工艺E获得的接合基板E的截面构造的示意图，图6的(B )是表示实施方式的、将接合基板E彼此接合起来而得到的基板接合体的截面构造的示意图，图6的(C)是表示另一实施方式的基板接合体的截面构造的示意图。
[0037]图7的(A)是表示经过图2的工艺A获得的基板接合体A的、形成气孔M12的红外线透射图像，图7的(B)是经过图2的工艺A获得的基板接合体E的、未发现形成气孔的红外线透射图像。
[0038]图8是表示基板接合体E的接合界面附近的截面的细微构造的透射电镜照片。
[0039]图9是表示通过透射电镜法获得的、基板接合体E的界面层以及其附近的垂直于接合界面的方向上的铁的浓度分布的EELS扫描图。
[0040]图10是表示本发明的实施例的、基板材料的组合N01、N02、N03、N04、以及接合时真空度的各条件(N04和N05)下的接合强度的图表。
[0041]图11的(A)是示意性地表示本发明的实施例的、对因自粒子束源H03放射的粒子束H05而产生的基板H06上的蚀刻量进行测量的位置I?位置5的主视图。图11的(B)是其俯视图。
[0042]图12是表示粒子束H05的加速电压与基板H06上的位置I?位置5处的蚀刻量之间的关系的图表。
[0043]图13是实施方式的线式粒子束源H03的立体图。
[0044]图14是图13的线式粒子束源H03的P1P2P3线剖视图。
[0045]图15是表示实施方式的接合表面制作装置的结构和动作的示意图。
[0046]图16是表示实施方式的接合表面制作装置的结构和动作的示意图。
[0047]图17是表示实施方式的接合表面制作装置的结构和动作的示意图。
[0048]图18是表示存储有查询表的存储器SSOl和控制装置SS02与粒子束源FG20和粒子源FG30之间的关系的不意图。
[0049]图19是表示计算机S01、用于根据计算机SOl的指示S03施加加速电压的电源S02与粒子束源H03之间的关系的示意图。
[0050]图20是根据所使用的粒子束源G1、G2等、针对各材料施加为了获得规定的接合强度所需的加速电压E (V)的查询表。
[0051]图21的(A)是表示自一个粒子束源FGlO放射能量粒子从而将基板FGOl的表面上的氧化膜FG02、杂质FG03除去的工艺的示意图，图21的(B)是表示之后在基板FGOl上形成接合层FG04的工艺的示意图。
[0052]图22的(A)是表示作为第I步骤的、自一个粒子束源FG20放射粒子束从而将基板FGOl的表面上的氧化膜FG02、杂质FG03除去的工艺的示意图，图22的(B)是表示之后自一个粒子束源FG20放射能量粒子而在表面形成非晶形状的接合层的工艺的示意图，图22的
(C)是表示作为第2步骤的、之后通过使用金属粒子的放射量不同的粒子源30将金属粒子FG31放射在基板FGOl上、从而形成最终接合层FG04的工艺的示意图。
[0053]图23是表示本发明的实施方式的、而利用由能量粒子进行的溅射而使金属粒子释放的工艺的示意图。
[0054]图24是示意性地表示在非晶形化后的表面层FG04中包含金属粒子F22的状态的首1J视图。
[0055]图25示出在硅基板的表面层存在铁的峰值浓度，图25是本发明的实施例的、铁在深度方向上的浓度分布的测量结果。
[0056]图26是表示本发明的用于实施接合面制作、基板接合的装置的具体例的示意图。
[0057]图27是表示图26的装置中的粒子放射的一实施方式和接合机构的示意图。
[0058]图28是表示图26的装置中的位置识别部的结构等的图。
[0059]图29是表示能量粒子源的具体例的示意图。
[0060]图30是表示能量粒子源还具有喇叭状的金属体的情况的具体例的示意图。
[0061]图31是表示能量粒子的加速电压与接合强度的关系的具体例的图表。
[0062]图32是将在不同的条件下接合起来的基板分离后的基板表面的铁2p频谱。
【具体实施方式】
[0063]首先，对本说明书所使用的基本用语进行说明。“基板”与“固体材料”同义，基板可以是任意形状。在以下说明的优选的实施方式中，有时将基板做成晶圆的形态。但是，这仅是以例示为目的，并不意味着限定于此。“能量粒子”可以是非活性气体离子和/或中性原子。“金属粒子”可以是金属离子、金属中性原子和/或金属离子团、金属中性原子团。能量粒子源是用于放射能量粒子的元件。“放射”与“释放”同义。“能量放射粒子”或者“放射能量粒子”是指自能量粒子源放射或者释放出来的粒子。例如在典型的能量粒子源中，等离子体空间中存在的粒子(等离子体粒子)通过被电场加速来获取能量，从而变成能量粒子，然后被释放(放射)到等离子体空间外部。“金属粒子源”是用于放射、释放金属粒子的元件。例如金属体通过与放射能量粒子反应而放射、释放金属粒子。在该情况下，对金属体放射能量粒子的能量粒子源与金属体的组合构成金属粒子源。该种金属粒子源被称作溅射式金属粒子源。
[0064]以下，详细地对本发明的优选的实施方式进行说明。但是，这些特定的实施方式仅以例示为目的，并不意图限定本发明。能够从参照附图进行的以下的详细的说明中更加明确本发明的各原理、上述以及其他目的、特征、优点。
[0065]糖体系统
[0066]图1表示基板接合系统GOO的外观。该系统GOO典型地包括加载互锁真空装置G02、接合基板制作装置GOl以及基板接合装置G03。此外，系统GOO的外观本身或者外观的详细结构不构成本发明的一部分。
[0067]加载互锁真空装置G02是输入基板以及输出接合基板或者基板接合体的输出端口。接合基板制作装置GOl用于实施在被输入进来的基板上形成接合面从而制作接合基板的工艺(接合基板制作方法)。通常，该工艺以较高程度的真空环境为必要条件。因此，接合基板制作装置GOl在使工艺室H02内为高真空的状态(例如气压为10 —7Pa)下实施工艺。通常，在将基板导入工艺室H02内之前，进行这样的降压操作:使载入有基板的加载互锁真空装置G02内从大气环境降至规定的真空环境。
[0068]基板接合装置G03用于将接合基板彼此接合起来从而制作基板接合体。在典型的基板接合系统GOO (图1)中，可以是基板接合装置G03连结于接合基板制作装置G01，在环境相连通的状态下，接受自接合基板制作装置GOl供给来的接合基板，并将制作好的基板接合体经由接合基板制作装置GOl而传送至作为输出端口的加载互锁真空装置G02。通常，在基板接合系统GOO中，传送基板、接合基板、基板接合体等处理元件的作业由未图示的机器人进行。
[0069]在现有技术中，基板接合装置G03以真空状态的环境为工艺必要条件，在规定的真空条件下实施将接合基板彼此接合(粘贴)起来的作业。如后述，采用本发明的一技术方案，基板接合装置G03不需要真空环境。在本发明的优选的实施方式中，由接合基板制作装置GOl制作的接合基板不需要在真空环境下接合。因而，在本发明的实施方式中，基板接合装置G03是与接合基板制作装置GOl相分离的独立装置则较佳。
[0070]如上所述，接合基板制作装置GOl用于在被供给来的基板上形成接合面从而制作接合基板。以下，针对接合基板制作装置GOl所实施的接合基板制作方法、以及参与实施该方法的接合基板制作装置的关联部分，对若干个实施方式进行说明。
[0071]图2是表示本发明的不同的实施方式的、在基板上制作硅薄膜嵌入式接合面的多种工艺(接合基板制作方法)的流程图。这些工艺由接合基板制作装置GOl实施。首先，在初始步骤获得初始基板(F01 )，接着进行预处理(F02)，而获得待形成接合面的基板。
[0072]在特定的具体例中，初始基板使用了直径150mm的市场上出售的工业用硅基板。而且，预处理是指通过通常的热氧化手法对该硅基板进行处理而在该硅基板表面形成了氧化膜。
[0073]返回至图2的流程，在预处理F02之后，实施本发明的不同的实施方式的、在基板上形成硅薄膜嵌入式接合面的接合基板制作工艺。图2示出了 5种工艺A?工艺E作为能够选择的工艺。
[0074]工艺A是对基板表面仅实施了表面处理(“照射”步骤F03)的工艺(接合基板制作方法)。与其他工艺B?工艺E不同，其未在接合面形成硅薄膜(F04)。将通过该工艺制成的基板称作接合基板A。因而，工艺A为比较参照工艺，基板A为比较参照基板。
[0075]工艺E是在对基板表面进行了表面处理(F03)之后、在经过表面处理后的基板表面上形成硅薄膜(F04)、进而对形成的硅薄膜表面进行表面处理(F05)的工艺。将通过该工艺制成的基板称作基板E。在具体例中，如图6的(A)所示，接合基板E (LOO)是通过对硅氧化膜LOl的表面进行表面处理(L02)而在该表面形成硅薄膜(L03)、并对该硅薄膜进行表面处理(L04)而获得的基板。
[0076]工艺C是直至基板表面的表面处理H)3、硅薄膜形成F04为止都与工艺E相同、但未实施最后的硅薄膜表面处理H)5的工艺。将由此获得的基板称作接合基板C。在具体例中，接合基板C是通过对硅氧化膜表面进行表面处理而在该表面形成了硅薄膜的基板。
[0077]工艺D是未实施基板表面的表面处理R)3、而直接形成硅薄膜(F04)、并对形成的硅薄膜表面进行表面处理(F05)的工艺。将由此制成的基板称作接合基板D。在具体例中，接合基板D是未对硅氧化膜表面进行表面处理而直接形成硅薄膜、然后再对该硅薄膜进行表面处理而得到的基板。[0078]工艺B是仅直接在基板表面上形成硅薄膜(F04)的工艺。将由此获得的基板称作接合基板B。
[0079]如后述的图4所示，实施方式的接合基板B?接合基板E的接合强度与比较参照基板A相比，呈现出预想之外的差别。
[0080]此外，在以下的说明中，有时将基板表面的表面处理F03称作“工序1”，将硅薄膜形成处理F04称作“工序2”，将硅薄膜表面的表面处理F05称作“工序3”。
[0081]图3与工艺室H02 —起示意性地表示接合基板制作装置GOl中的、适于实施图2的工序1、工序3、工序2 (表面处理和硅薄膜形成处理)的关联部分。基本上，为了进行表面处理而需要用于将能量粒子放射在基板上的粒子源(参照H03)。而且，在形成硅薄膜时，硅源能够通过采用了 CVD装置的CVD法、采用了 PVD装置的PVD法等实现，图3表示了溅射式硅源(参照H10)。
[0082]如图3的(A)所示，工艺室H02具有气压10 —7Pa作为工艺开始前的真空度。在工艺室H02内，基板H06被基板支承部H08支承。而且，能量粒子源H03设置为能够将包含能量粒子、金属粒子的放射粒子H05照射在基板H06上。能量粒子源H03在垂直于附图的方向上具有旋转轴H04，从而能够通过绕该旋转轴H04旋转来控制能量粒子源H03的姿势。该旋转轴H04构成简单的姿势控制装置。根据需要，姿势控制装置可以使用通过多个轴来控制能量粒子源H03的姿势的结构。
[0083]因而，在图3中能够理解为，接合基板制作装置包括:能量粒子源H03，其用于放射包含能量粒子的放射粒子；硅源HlO ;以及姿势控制装置H04，其用于控制能量粒子源H03的姿势，姿势控制装置H04在工序1、工序3的表面处理模式中使能量粒子源H03处于第I姿势，并将来自能量粒子源H03的放射粒子朝向基板H06表面放射，在工序2的、在基板表面形成硅薄膜的硅薄膜形成模式中，使能量粒子源处于第2姿势，并将来自能量粒子源H03的放射粒子朝向硅源HlO放射，硅源HlO在硅薄膜形成模式中，处于与来自能量粒子源H03的放射粒子相呼应并朝向基板H06表面放射硅粒子的姿势。
[0084]而且，优选的是，基板支承部H08除了能够支承基板H06之外还能够支承多个基板。例如，如图3的(A)所示，还支承有基板H07。
[0085]更优选的是，基板支承部H08包括在图3中横向移动的机构H09，通过利用移动机构H09使基板支承部H08相对于能量粒子源H03平行移动，能够将放射粒子依次照射在基板H06和基板H07上。
[0086]通过具有移动机构H09，能够带来工艺上的各种优点。
[0087]例如利用移动机构H09能够在对能量粒子源H03进行点火的时刻将基板H06移动到放射粒子H05的照射范围之外。从而能够避免在对能量粒子源H03刚刚进行点火之后的不稳定等并不优选的条件下照射基板H06。
[0088]还例如利用移动机构H09能够在对基板H06进行处理之后、依次或者连续地利用放射粒子H05照射在基板支承部H08所保持的另一基板H07上。这样，能够提高整个工艺的速度、效率等。
[0089]还例如，通过使用如图13所示那样的、在位置方向上较长的线式的粒子源(线式离子源)并将其配置在图3的(A)中的垂直于纸面的方向上，从而也能够高效地对尺寸较大的基板进行处理。[0090]能量粒子源H03能够放射包含能量粒子的放射粒子。该能量粒子为非活性粒子则较佳，优选的是包含氩。
[0091]能量粒子源H03还能够放射包含金属粒子的放射粒子。优选的是，该金属粒子是过渡性金属，更优选的是铁。
[0092]用于放射能量粒子和金属粒子这两者的粒子源H03 (能量粒子源兼金属粒子源)能够做成若干个结构。
[0093]在一结构例中，能够释放能量粒子和金属粒子这两者的该种粒子源H03产生非活性粒子(氩)的等离子体，通过对该等离子体施加电场E，而对等离子体非活性粒子向电场方向加速，从而能够生成包含非活性粒子的能量粒子的放射。通过在粒子源H03内的、产生非活性粒子(氩)的等离子体的区域配置包含期望的金属的、可进入以及可退避的金属体，能够利用源自该等离子体的能量粒子使金属体释放金属粒子，并使该金属粒子成为放射粒子的一部分。通过选择动作模式能够使该结构的粒子源发挥如下作用:在金属体位于退避位置时，作为主要放射能量粒子的粒子源发挥作用，在金属体位于进入位置(等离子体空间内的位置)时，作为放射能量粒子和金属粒子的粒子源发挥作用。
[0094]在该种粒子源H03中，能够通过各种方法增强和控制金属粒子占全部放射粒子的比例或者金属粒子相对于能量粒子(在此为非活性粒子)的量。
[0095]在一结构例中，在粒子源H03的出口还设有锥形状的金属体，通过使能量粒子(在此为等离子体状态的非活性粒子)溅射金属体，能够增加自粒子源释放的金属粒子的量。
[0096]在另一结构例中，在粒子源H03的出口还设有网格状的金属体，通过使能量粒子(在此为等离子体状态的非活性粒子)溅射金属网格，能够增加金属粒子的释放量。
[0097]金属粒子占全部放射粒子的比例以及金属粒子相对于能量粒子(例如为非活性能量粒子)的量不限于上述结构例。例如产生金属粒子的金属体也可以位于远离粒子源的位置，也可以位于粒子源与作为照射对象的基板之间，其只要是置于能够被包含能量粒子的粒子放射到的位置即可，也可以将其配置在任意位置。而且，为了达到同样的目的，金属体的形状也可以为任意形状。
[0098]接着，利用图3的(B)，对本发明的用于通过溅射蒸镀来形成硅薄膜的方法和装置的一实施方式进行说明。
[0099]图3的(B)表示在图3的(A)所示的工艺室H02中还具有硅源HlO的结构。在此，硅源HlO配置为能够将硅Hll放射到待被蒸镀硅的基板H06的方位，而且，为了放射硅而配置为能够接受到来自粒子离子束H03的放射粒子H05。在此，粒子离子束H03自图3的(A)所示的位置开始绕旋转轴H04旋转而朝向硅源HlO的方向放射。
[0100]在图3的(A)和图3的(B)所示的实施方式中，在工艺室H02内将能量粒子源H03和硅源HlO配置在与基板H06相对的位置，从而能够利用一个能量粒子源H03进行对基板H06照射放射粒子和通过溅射蒸镀在基板H06上形成硅薄膜的作业。这样，能够简化工艺室H02内的零件的结构。
[0101 ] 如上所述，基板接合装置G03用于将接合基板彼此接合起来。基板接合机构G03不被限定，优选的是例如像图5所示那样发挥作用的机构。即，基板支承部H08具有用于支承基板H06的支承部H08a和用于支承基板H07的支承部H08b。支承部H08a和支承部H08b均能够将垂直于图5的纸面的方向作为旋转轴H12旋转，从而能够使基板H06的接合面和基板H07的接合面彼此相面接触。通过接合制作装置GOO具有该机构，从而无需将基板从接合面制作装置GOO取出就能够在工艺室H02内或者其他真空室(未图示)内在期望的时间、条件下使基板粘合。
[0102]在具体例中，利用接合基板制作装置GOl根据图2的各工艺A?工艺E制作接合基板之后，在基板接合装置G03中，利用图5所示那样的机构将相同工艺的一对基板A?基板E彼此像图5的(B)所示那样接合起来。以下，将接合起来的一对基板称作基板接合体A?基板接合体E。
[0103]图6的(B)表示基板接合体E的构造。在具体例中，对于基板E，通过工序I照射硅氧化膜LOl的表面(L02)，从而在该表面形成硅薄膜(L03)，并通过工序I照射该硅薄膜(L04)。通过将同样地处理过的一对基板E彼此接合起来，从而使各自的表面L04彼此相接合而构成了基板接合体E (LlO)0
[0104]测暈接合能
[0105]在接合工艺之后，将基板接合体A?基板接合体E从基板接合系统GOO取出并置于大气中，并通过刀片插入法来测量各基板接合体的接合能。图4表示分别对基板接合体A?基板接合体E进行多次测量而得到的平均值。
[0106]参照图4，对接合强度的测量结果进行说明。首先，基板接合体A呈现最低的接合强度(0.05J/m2以下)，其中，基板接合体A是通过将未形成硅膜而直接通过工序I照射硅氧化膜所获得的基板彼此接合起来而得到的。接着，基板接合体B呈现了接合强度(0.37J/m2)，其呈现了高于基板接合体A的接合强度，其中，基板接合体B是通过将完全未经过工序I而直接形成了硅膜的基板彼此接合起来而得到的。该接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的15%左右的接合强度。接着，基板接合体D呈现了接合强度(0.51J/m2)，其呈现了高于基板接合体B的接合强度，其中，基板接合体D是通过将未经过工序I而形成了硅膜之后再经过工序I所获得的基板彼此接合起来而得到的。该接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的20%左右的接合强度。接着，基板接合体C呈现了接合强度(1.17J/m2)，其呈现了还高于基板接合体D的接合强度，其中，基板接合体C是通过将经过了工序I之后形成了硅膜、但未再经过工序I所获得的基板彼此接合起来而得到的。该接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的40%左右的接合强度。最后，基板接合体E呈现了最高的接合强度(1.55J/m2)，其中，基板接合体E是通过将经过了工序I之后形成了硅膜、然后还经过了工序I所获得的基板彼此接合起来而得到的。该接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的60%左右的接合强度。
[0107]图4所示的接合强度的结果呈现了如下内容:形成有硅膜的基板呈现出明显高于未形成有硅膜的基板的接合强度，而且，越是在形成硅膜之前或之后实施工序1，就越能够提高接合强度。
[0108]在上述实施例中，将经过同种处理的一对基板彼此接合起来，并对各处理方法下的基板接合体所具有接合强度进行了比较，但可知，即使仅对两个基板中的一个基板进行处理，也起到同样的效果。
[0109]在上述实施例中，基板(的表层部)使用了氧化硅，但可知不限于此。而且，能够认识到通过在接合面层内形成硅薄膜，在基板自身的材质方面理论上不存在限制这样的应用范围的广泛性。结果，只要能够将能量粒子照射在基板表面并且能够生成硅薄膜，本发明能够应用于任意的基板材质。
[0110]而且，在上述实施例中，作为粒子源H03，使用了包含能量粒子和金属粒子的放射粒子。但是，从至今为止的常温接合法的各成果可知，即使在不含金属粒子、或者通过设置网格、喇叭形状的金属体来有意地使金属粒子不包含于能量粒子的情况下，也能够获得同样的效果。
[0111]通过纟工外线透射法对接合界面进行评价
[0112]可见光不能透射硅基板，但红外线能够透射硅基板。因而，为了调查接合状态而能够采用观察红外线的透射情况的手法。由于在基板未密切地接合的位置形成有空隙即气孔，因此，与基板密切地接合的位置相比，红外线的光路长度不同。观察基板的红外线透射图像可知，基板密切地接合与否表现在透射光的浓淡程度上。
[0113]形成气孔表示由于附着在接合面上的不期望的粒子等存在于接合界面上而在基板之间产生了空隙以及接合强度较弱的情况。
[0114]图7的(A)表示基板接合体A (Mll)的红外线透射图像，图7的(B)表示基板接合体E (M21)的红外线透射图像。在图7的(A)中，能够确认在由M12表示的位置形成了气孔。另一方面，在图7的(B)中，未能确认到形成有像图7的(A)中由M12表示的那样的气孔。
[0115]基板E与基板A相比，工序数较多，因而，认为是不期望的粒子等在接合之前附着于接合表面的概率较高。但是，基板接合体E中未形成气孔这样的结果恰恰暗示了基板接合体E的接合强度明显高于基板接合体A的接合强度，这与图4所示的接合强度的结果相吻合。
[0116]通过透射电镜法对接合界面进行评价
[0117]图8表示基板接合体E的接合界面附近的通过透射电镜法观察到的细微构造。在具体例中，基板E是通过在作为初始材料的硅基板(LlO)上形成硅氧化膜LOl的表面、并通过工序I照射(L02)、而在该表面形成硅薄膜(L03)、然后通过工序I照射该硅薄膜(L04)而得到的基板。通过将同样地处理过的一对基板E彼此接合起来，而使各自的表面L04彼此相接合，从而构成了基板接合体E (LlO)0
[0118]而且，通过采用图9所示的透射电镜法的EELS这样的手法测量了基板接合体E的接合界面附近的铁浓度。通过EELS扫描法能够测量每个原子大小的极小区域的原子的浓度。图9表示沿垂直于接合界面L04的方向进行行扫描而测得的、铁在垂直于接合界面的方向上的浓度分布图(K31)。
[0119]在具体例中，在垂直于接合界面L04的方向上的EELS行扫描中，在通过工序I照射了能量粒子的位置L02和位置L04存在铁，而在其他位置未测到有铁存在。而且，接合界面L04处的铁的浓度高于在蒸镀硅薄膜L03之前照射了能量粒子的位置L02处的铁的浓度。认为该情况对应于如下情况:将工序I中在相同的条件下照射了能量粒子的表面重叠起来，从而包含了大致为原来的两倍的铁。
[0120]在上述实施例中，表示的是将经过同种处理的一对基板E彼此接合起来而获得的基板接合体E的接合界面附近的、在垂直于接合界面的方向上的铁的浓度分布情况，但可知:如图6的(C)所示，即使是在仅对两个基板中的一个基板进行处理的情况下，也能获得同样的铁分布情况。[0121]对图6的(C)进行说明。图6的(C)的情况如下:通过工序I照射一个基板LOl的表面(L02)，而在该表面形成硅薄膜(L03)，在通过工序I照射该硅薄膜(L04)之后，将其与另一基板L41接合起来。但是，除了能够区别出基板LOl和基板L41的情况之外，仅通过观察界面构造来分清楚接合界面究竟位于L02还是位于L04较为困难，无论是对基板LOl实施了工序I和工序2还是对基板L41实施了工序I和工序2。
[0122]而且，在与L02和L04相当的部位，其他能量粒子所含有的金属的浓度高于其他部位的浓度。
[0123]该金属优选的是过渡性金属，更优选的是铁。
[0124]此外，作为使粒子源的工作条件的具体例，在工序I中，以加速电压为1.5kV?
2.5kV、电流为350mA?400mA的条件实施，在工序2中，以加速电压为1.0kV?2.0kV,电流为300mA?500mA的条件实施。
[0125]以上，对在接合面层内形成“硅薄膜层”的种类的接合基板制作方法(参照图2)、装置以及作为产物的接合基板(图6)、基板接合体(图6)进行了说明。如图4所示，可知:通过在接合面层内形成娃薄膜，与未形成娃薄膜的情况相比，能够给接合基板带来较高的接合能力。而且，本方法、装置在能够应用的基板的材质方面没有限制，有效性非常高。
[0126]以下，暂且停止对在接合面层内形成“硅薄膜层”的情况进行的研究，接下来，通过在针对上述基板进行的表面处理(参照图6的层L02、L04)方面加以设计而实现充分的接合强度。
[0127]接合面制作工艺
[0128]以下，详细地对实施方式的表面处理进行说明。
[0129]根据实施方式，能够提供一种用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)的接合基板制作方法。该方法包括:第I表面处理步骤，对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及第2表面处理步骤，对基板表面照射包含金属粒子的放射粒子来对基板表面进行表面处理。而且，这些步骤的实施结果是制成上述接合基板，并且，各步骤的实施被以使金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中的方式控制。在此，第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤能够同时实施。关于该方面已经在利用图3进行描述的能量粒子源兼金属粒子源H03中有所说明。也可以不同时实施，而使用按照这样的顺序的工艺:在将能量粒子放射在基板表面之后，再将金属粒子放射在基板表面。可以按照应用程序使用能量粒子源兼金属粒子源H03，或者使用与能量粒子源的动作相连续的金属粒子源的动作。
[0130]作为用于形成基板的接合面的接合基板制作装置G01，如图18所示那样表示这样一种接合基板制作装置，其包括:能量粒子源FG20，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来进行对基板的表面表面处理；金属粒子源FG30，其用于对基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；工艺条件存储器SS01，其用于存储满足作为目标的接合基板的属性(“目标属性”)的工艺条件；以及控制装置SS02，其用于参照该存储器SSOl，并根据满足目标属性的工艺条件来控制能量粒子源FG20和金属粒子源 FG30。
[0131]例如上述目标属性包含金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，能量粒子源FG20的动作和金属粒子源FG30的动作在上述控制装置SS02的控制下根据满足目标属性的工艺条件来被控制。
[0132]目标属性也可以包含:(A)在接合基板的表面层不存在金属层；以及(B)金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，能量粒子源FG20的动作和金属粒子源FG30的动作在控制装置SS02的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
[0133]在结构例中，上述工艺条件也可以包含利用能量粒子源FG20获得能量粒子的能量条件。在此，能量条件可以是30eV以上。
[0134]在另一结构例中，上述目标属性包含“接合基板具有规定的接合强度能力”，能量粒子源FG20的动作和金属粒子源FG30的动作在控制装置SS02的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。也可以例如在工艺条件存储器SSOl内准备图20所示那样的查询表T01、T02，从而能够提示接合强度(例如以基板破坏强度比表现的)。
[0135]取而代之，如图19所示，以PC形式表示的控制部SOl在内部内置有存储器，其中，该存储器存储有与能量必要条件相关的工艺必要条件，控制部SOl将与所要求的加速能量相对应的电压指示经由数据总线S03发送至电源S02。然后，电源S02接收到该电压指示之后，借助电源线S04，自电源S02以与所要求的加速能量相对应的电压使能量粒子源H03动作。
[0136]使用能暈放射粒子进行的表面处理工艺
[0137]一实施方式的表面处理是对基板表面照射能量放射粒子的工艺。通常在基板原始的固体材料的表面形成或者附着有一定量的氧化物和氧化物以外的物质。氧化物大多是因基板材料与大气中的氧、湿法中的水反应而形成的。在基板材料是硅的情况下，氧化物几乎都是Si02。氧化物以外的物质是指附着的大气中的细微粒子、或者是各种工艺中的化学物质附着于表面、或者与基板材料反应而形成的物质。氧化物和氧化物以外的物质各式各样，种类繁多，在本说明书中仅将其称作“杂质”。
[0138]“表面处理”的目的在于，首先，第一，利用包含能量粒子的放射粒子的碰撞将上述氧化物、杂质除去，从而使基板材料自身的清洁表面暴露。基板材料自身的表面因悬挂键的存在而使能量较高，因此处于不稳定的状态，通过避免附着氧化物、杂质，而使其与其他能量上不稳定的清洁表面相接触，从而使悬挂键彼此相结合而成为能量稳定的状态，从而能够获得牢固的结合。
[0139]“表面处理”的第2目的在于，通过对清洁表面进一步照射包含能量粒子的放射粒子，从而使基板材料的结晶性紊乱，而促进悬挂键的形成，因此，能够进一步提高表面能量。因而，通过将这样的表面接合起来，能够获得更牢固的结合。
[0140]包含在“表面处理”中所使用的能量粒子的放射粒子在以下的实施例中使用了非活性气体，特别是使用了氩，但不限于此。例如也可以使用其他非活性气体，而且，也可以不使用非活性气体，其只要是氮分子、氧分子等能够将通过对粒子源加速而获得的运动能量传递至基板材料的粒子即可，放射粒子种类不被限制。除了运动能量以外，也可以是与基板材料之间存在的化学反应性。
[0141]而且，在“表面处理”的粒子放射中所使用的粒子也可以包含多种粒子。例如如上所述或者如下述，也可以包含金属粒子。在该情况下，能够想到的是到达基板材料的表面的金属粒子在接合时会产生某些化学反应，结果能够使接合强度进一步提高。
[0142]可以对要接合的一对基板的双方的表面实施“表面处理”，而且，也可以对其中一个基板的表面实施“表面处理”。
[0143]利用本实施方式的表面处理方法，通过测量能够确认的是，在表面处理后的基板表面层(接合面层)内含有金属粒子。在表面处理过程中，并不明确在基板表面层实际发生的现象的详细情况，但是，根据测量结果能够发现，接收能量粒子和金属粒子的放射之后，能够将基板表面上的氧化物、杂质除去，并且，利用粒子的能量能够使基板表面层非晶形化，在该非晶形化后的层内的母材中结合有金属粒子。此外，说明现象时，仅以说明为目的，说明内容不过是根据测量结果推定出来的推论，现象本身、现象的推论本身、物理性的/化学性的考察本身无法成为专利的保护对象，因此并不构成本发明的一部分，而且，不意味着其是为了对本发明的范围进行解释而使用的。本发明的保护范围应如法律所限定的那样、是基于权利要求书而确定的。
[0144]作为本实施方式的表面处理方法的具体例，参照图24，对将硅用作基板材料、将氩用作能量粒子、将铁原子用作金属的情况进行说明。即，在基板FGOl中，硅原子FFll以金刚石结晶构造排列。认为:利用本实施方式的表面处理方法，在该硅基板表面层FG04中，金刚石结晶构造被破坏，硅原子FF21形成非晶形层FG04。认为铁原子FF22主要存在于该非晶形层FG04内。
[0145]图25表示通过高频辉光放电发光对照射了能量粒子和铁粒子之后的硅基板进行分析而得到的深度方向上的组成分析结果。该结果示出了在表面层中存在铁的浓度峰值，峰值浓度为4.5atomic% (以后记为“原子%”。)。
[0146]铁原子除了存在于非晶形层FG04以外，也可以存在于例如基板FG01。半导体材料中的过渡性金属的扩散系数通常较高，原因在于例如硅内的铁的扩散系数非常高(Sze，Physics of Semiconductor Devices)。因而，即使在常温下，以铁为代表的过渡性金属的扩散系数也较高。而且，即使将基板整体的温度保持为常温或者低于常温的温度，但在照射能量粒子的过程中，由于能量粒子的能量因碰撞而转换成热能，因此也会使表面附近的温度在几原子能级的范围内局部地上升。因而，认为铁的扩散距离在表面附近增加。但是，参与接合工艺的是位于基板表面附近的铁原子，另一方面，从表面侧看位于比非晶形层FG04深的位置的铁原子不会直接参与接合工艺。
[0147]而且，铁原子的加速能量也可以低于作为能量粒子的氩的加速能量。原因在于，铁原子在非晶形硅中的扩散速度比在结晶硅中的扩散速度快，因此认为铁原子充分地扩散。
[0148]为了获得充分的接合强度，优选的是，通过本实施方式的表面处理方法生成的表面层FG04包含0.1原子％?30原子％的金属。
[0149]而且，优选的是，通过本实施方式的表面处理方法生成的表面层FG04包含3原子％?10原子％的金属。
[0150]当金属的含有量小于规定量时，无法获得因金属的存在而期待的充分的接合强度。
[0151]而且，金属的含有量大于规定量的情况有时也不是优选的。
[0152]第一，当金属的含有量大于规定量时，有时无法获得充分的接合强度。
[0153]例如在经过本实施方式的表面处理之后，在使气压从真空变为大气压之后接合了表面层FG04的铁含有量为5原子％的基板的情况下，获得了较高的接合强度。
[0154]而且，根据测量的结果可知，与含有铁金属膜的基板相比，表面层FG04的铁含有量为5原子％的基板的氧化速度较慢。
[0155]作为铁的氧化速度较慢的原因，考虑了各种机理。例如可以认为是在硅中的铁含有量较小的情况下，铁原子彼此靠近的概率非常小，铁原子与其他铁原子之间彼此孤立。在该情况下，铁原子与硅原子相结合而形成硅合金。认为与铁相互靠近而形成了金属膜的情况相比，硅合金更难以氧化。而且，在铁原子位于表面层FG04的情况下，该铁原子的一端与硅原子相结合，而另一端却暴露于表面而未与硅原子等相结合，因此，具有规定的活性。即，可以认为是，由于位于该表面处理后的最外层表面的铁原子的含有量未超过规定量，因此具有难以氧化的性质，另一方面，在与其他基板表面相接触时，也具有能够产生充分的接合强度的程度的活性。
[0156]而且，作为金属的含有量大于规定量并不优选的第二种情况，能够列举出产生导电性的情况。
[0157]例如通过增加表面层FG04中的金属的含有量，从而使金属原子彼此相连续而形成金属结合。由于表面层FG04内的连续的金属结合，而使得该层具有导电性。而且，即使不是完全连续，当金属原子以原子能级存在于附近时，也有时因隧道效应而产生导电性。或者，即使表面层FG04单体不具有导电性，但有时通过使一对同样的表面层FG04相接合而产生导电性。
[0158]在本实施方式的一实施例中，由于自粒子源放射能量粒子和金属粒子，因此，粒子源的驱动条件限定能量粒子和金属粒子的能量。但是，如上所述，认为能量粒子和金属粒子在针对基板材料的作用中担当不同的角色。如果金属粒子到达基板材料表面的量大于能量粒子将基板材料除去的量，则金属粒子会堆积在基板材料表面。在该情况下，会形成金属膜。另一方面，如果金属粒子到达基板材料表面的量小于能量粒子将基板材料除去的量，则金属粒子不会堆积在基板材料表面，而进行基板材料的除去动作。即，能量粒子的运动能量与金属粒子到达基板材料表面的量之间的平衡成为用于形成期望的薄膜的要素。
[0159]接着,表示将150mm娃晶圆用作基板材料时的能量粒子的加速能量、具体地讲、力口速电压为80V和100V时的加速能量与接合强度的关系的实验结果。
[0160]首先，如图11的(A)、图11的(B)所示，对上述两种加速电压的情况下的能量粒子将基板材料除去的量进行了测量。图11的(A)是表示基板H06、能量粒子源H03、能量粒子H05的照射方向之间的位置关系的侧视图。图11的(B)是其俯视图。在硅基板上形成热氧化膜而作为基板H06，在照射能量粒子之前和之后测量该热氧化膜的厚度，将该厚度的差异作为蚀刻量。使能量粒子源H03自斜向以涵盖基板的中心3的方式对基板表面照射能量粒子H05。然后，沿着基板H06上的直径方向上的点I?点5、即能量粒子H05的照射方向001测量热氧化膜的厚度。此时，如图11的(B)所示，通过定位切口 002，从而定位了测量点I?测量点5。
[0161]首先，图12表示各测量点I?测量点5处的、加速电压为80V和100V的情况下的蚀刻量(nm)。在加速电压为80V的情况下，在照射量15和30Amin这两个条件下测量蚀刻量，确认到蚀刻量与照射量大致成正比。在加速电压为100V的情况下，在测量点I?测量点3处测得的结果与条件为80V、30Amin的情况下的蚀刻量大致相同，在位置4和位置5处测得的结果为在80V、上述这两个条件下测得的蚀刻量结果中间的蚀刻量。可知，无论是上述那种情况，在上述80V和100V情况下的能量粒子照射都能够付与大致相等的热氧化膜的蚀刻量。
[0162]通过利用相同的能量粒子的加速电压来对硅基板进行表面处理并将硅基板接合了起来。此时，在娃基板表面未形成氧化膜之外的其他的娃以外的薄膜，而使娃材料彼此相接合。以加速电压80V对能量粒子加速来进行了表面处理的情况下，无法获得充分的接合强度，以加速电压100V对能量粒子加速来进行了表面处理的情况下，获得了充分的接合强度。该测量结果示出了如下内容:即使是能够付与相等的蚀刻量的能量粒子照射条件，但根据某粒子源的加速电压、即能量粒子所具有的运动能量的不同，接合强度也会不同。
[0163]在上述实施例中，在使用规定的粒子源的前提下，认为接合强度在能量粒子的加速电压为80V和100V之间存在差异，但是，接合强度也可以根据各种条件的不同而有所不同。例如根据待照射的材料的不同，加速电压也可以是30V (参照图31)。而且，若详细地讲，例如能量粒子的运动能量依赖于所使用的粒子源的结构。而且，在上述实施例中使用了硅，接合强度除了依赖于运动能量(粒子的能量)之外，还依赖于待照射能量粒子的材料的种类(半导体、陶瓷、电介质材料、有机材料等)、形态(单晶材料、材料表面的结晶定向、多晶、晶粒的大小等)。因而，可以说，获得的接合强度依赖于粒子的能量、待照射的材料、粒子源等参数。
[0164]例如，如图20所示，事先根据所使用的粒子源G1、G2等，针对各材料Si02、S1、SiN、M4等将为了获得规定的接合强度BS (%)(=接合强度(J/m2)/主体破坏强度(J/m2))而需要的加速电压E (V)做成查询表T01、T02。
[0165]如图19所示，事先将这些查询表保存在计算机SOl的存储器中，当用户输入期望的参数时，计算机SOl就将与需要的加速电压的值相关的指示S03输出至电源S02。电源S02按照该指示而将指示电压施加于能量粒子源H03的加速电压的电极板S05。其结果，以该规定的电压被加速的粒子H05自能量粒子源H03放射。通过将金属体S06设于粒子H05的路径上，从而使能量粒子中包含金属粒子。
[0166]如上所述，采用本发明，通过使上述各参数最佳化，且在基板的表面层的金属的含有量在规定的范围内的情况下，能够获得充分的接合强度。
[0167]接着，作为本发明的另一实施例，表示一种通过两个不同的步骤调节能量粒子和金属粒子的照射量的比率的方法。参照图21，对上述实施例(图21的(A)和图21的(B))与本实施例(图22的(A)?图22的(C))之间的差异进行说明。
[0168]在上述实施例中，自一个粒子源FGlO放射能量粒子，从而将基板FGOl的表面上的氧化膜FG02、杂质FG03 (图21的(A))除去，并在基板FGOl上形成接合层FG04 (图21的(B))。在能量粒子中包含金属粒子的情况下，在所形成的接合层FG04中包含该金属。
[0169]在另一实施例中，首先，作为第I步骤，自一个粒子源FG20放射能量粒子，从而将基板FGOl的表面上的氧化膜FG02、杂质FG03 (图22的(A))除去，并在基板FGOl上形成接合层FG05 (图22的(B))。接着，作为第2步骤，使用金属粒子的放射量不同的粒子源FG30将金属粒子FG31放射到基板FGOl上，从而形成最终接合层FG04 (图22的(C))。在本实施例中，第I步骤中的能量粒子既可以包含金属粒子也可以不包含金属粒子。而且，第2步骤中的粒子源FG30也可以是在上述实施例中所使用的那样的、同时放射能量粒子和金属粒子的粒子源。认为金属粒子的放射量能够通过各种方法来增加或者减少。而且，该粒子源FG30也可以不具有用于对粒子加速的机构。总之，通过采用本实施例所例示的方式，能够在第I步骤和第2步骤中较自由地设定能量粒子的照射条件和金属粒子的照射条件，能够更好地控制各自的作用。
[0170]在图23所示的装置结构中，能量粒子源未朝向基板H06放射能量粒子，而是朝向金属粒子源FG30放射能量粒子。金属粒子源FG30与能量粒子FG21反应而溅射出金属粒子FG31，并朝向基板H06放射。
[0171]因而，金属粒子源FG30是能量粒子FG21的溅射靶。金属粒子和硅是能够根据工艺而适当地切换地被溅射的溅射靶是比较有效的。例如溅射靶为具有多个面的多棱柱形状且能够旋转，在其至少一个面设有硅靶，在其他面中的至少一个面设有金属粒子靶。通过代替金属粒子源FG30，而使用这样的旋转式溅射靶，从而能够容易地在将能量粒子放射至硅靶而使硅溅射从而在基板上形成了硅膜之后，再使旋转式溅射靶旋转，将能量粒子放射至金属粒子靶而使金属粒子(例如铁粒子)溅射从而将金属粒子放射到基板上。
[0172]基板的材料与接合强度的关系
[0173]参照图4对插入硅薄膜方式的形成方法进行了说明。特别是在图4的图表所示的例子中，基板(表层部)材料是氧化硅。即，初始基板的材料是硅，但是，通过将表面热氧化而形成了氧化硅，在本发明的结构的实施例为基板为氧化硅的情况。相对于此，在未在接合面插入硅薄膜的以下的具体例中，将氧化硅以外的材料用作了基板。
[0174]在以下的所有具体例中，两个基板均是在实施了与图2所示的基板E的接合表面制作过程相同的过程的处理之后接合起来的。因而，基板接合体的界面的构造与上述基板接合体E的界面构造相同。在接合之后，与图4的接合强度的测量过程相同，通过刀片插入法测量了基板接合体的接合强度。
[0175]实施例:硅一氮化硅
[0176]在本实施例中，其中一个基板使用了硅基板，且未实施热氧化等工艺而制作了接合表面，另一基板使用了硅基板，且在硅基板表面形成了氮化硅之后制作了接合表面。因而，本实施例实质上是表示硅与氮化硅之间的接合表面制作、接合、以及接合强度的测量结果O
[0177]如图10的N02所示，将本实施例的接合强度推定为2.5J/m2。实际上，采用刀片插入法以通常的方法将刀片插入该两块基板之间时，基板未被剥离，硅基板被破坏，因此，无法测量本实施例的实际的接合强度。但是，硅基板被破坏表示了形成了强度较高的接合面。即，本实施例的接合强度至少具有硅的主体材料的破坏强度。在附图中，将此时的接合强度预估为下限值，并记作硅的主体破坏强度2.5J/m2。
[0178]图10的最左侧所示的基板接合体NOl与图4的基板接合体E相同，是为了进行比较而记载的。
[0179]通过测量和推定该接合强度可知，本实施例的基板接合体N02的强度高于基板接合体E (图10的N01)的强度，其至少是硅基板接合体的接合强度。
[0180]实施例:氧化硅一氮化硅
[0181]在本实施例中，其中一个基板使用了娃基板，且在对娃基板表面进行热氧化之后制作了接合表面，另一基板使用了硅基板，且在硅基板表面形成氮化硅之后制作了接合表面。因而，本实施例实质上是表示氧化硅与氮化硅之间的接合表面制作、接合、以及接合强度的测量结果。[0182]如图10的N03所示，将本实施例的接合强度推定为2.5J/m2。与N02同样，在插入刀片时，基板未被剥离，硅基板被破坏，因此，将硅材料的接合界面强度即2.5J/m2记作推定值。
[0183]通过测量和推定该接合强度可知，本实施例的基板接合体N03的强度高于基板接合体E (图10的N01)的强度，其至少是硅基板接合体的接合强度。
[0184]实施例:氮化硅一氮化硅
[0185]在本实施例中，两个基板均使用了硅基板，且在两个硅基板表面形成氮化硅之后制作了接合表面。因而，本实施例实质上是表示氮化硅与氮化硅之间的接合表面制作、接合、以及接合强度的测量结果。
[0186]如图10的N04所示，将本实施例的接合强度测量推定为2.25J/m2。在插入刀片时，硅基板未被破坏。本实施例的接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的90%左右。
[0187]通过测量该接合强度可知，本实施例的基板接合体N04的强度高于基板接合体E(图10的N01)的强度。
[0188]如图10所示，以上实施例的基板接合体N02、N03以及N04的接合强度的测量结果为均高于基板接合体NOl的接合强度。由此可见，采用本发明的方法，不用依赖于基板的种类就能够获得较高的接合强度。
[0189]接合时的真空度与接合强度的关系
[0190]在以上所有实施例中，基板都是在实施了本发明的接合表面制作的处理之后在真空中接合起来的。在以下的实施例中，在经过与上述的氮化硅一氮化硅的实施例(图10的N04)同样的接合表面制作的处理之后，在大气压的环境中将基板接合起来。
[0191]通过在大气压的环境中将基板接合起来而制成的基板接合体N05的接合强度如图10的最右侧所示，为0.9J/m2。该接合强度为硅的主体材料的破坏强度(2.5J/m2)的35%左右。如图10所示，基板接合体N05的接合强度虽然低于基板接合体N04的接合强度，但却高于图4所示的基板接合体A或者基板接合体B的接合强度。因而，根据该接合强度的测量结果可知，通过采用本发明的方法，即使在接合时的气压为大气压的情况下，也能够获得足够高的接合强度。而且，当然能够预测的是，接合时的气压低于大气压的情况下的接合强度更加高于基板接合体N05的接合强度。
_2] 装置的结构
[0193]在本详细的说明的开始，对用于实施表面处理、接合面制作、并将基板彼此接合起来的装置的结构的一实施例进行了描述。以下，对其他装置结构的实施例进行说明。
[0194]图15的(A)表示装置结构的一实施例。在本实施例中，一对基板H06a、H06b以使接合面彼此相对的方式配置在能够做成真空环境的工艺室H02内。能量粒子源H03以朝向水平方向上且朝向两个基板接合面之间的空间的方式将能量粒子H05放射到基板H06a、H06b的面上，从而能够同时对基板H06a、H06b的两个接合面进行表面处理。在本实施例中，还设有接合机构H13，能够在表面处理之后使两个基板彼此相接触并接合起来。由于能够利用一个能量粒子源H03对一对基板进行表面处理，且基板之间的距离也较小，因此，装置结构也简单且经济。而且，由于能够在表面处理之后立即接合，因此能够降低在表面处理之后杂质再次附着的机会。
[0195]图15的(B)表示装置结构的另一实施例。在图15的(A)所示的装置结构中，基板表面与能量粒子H05的方向大致平行，因此，基板表面上的能量粒子的强度分布之差较大，因而难以描述为基板表面的能量粒子照射均匀。而且，由于基板之间的距离较小，因此，也存在自一个基板表面除去的杂质等附着于另一基板表面这样的问题。因此，在图15的(B)所示的装置结构中，配置为分别对各基板H06a、H06b设置了能量粒子源H03，且使基板间隔扩大，能量粒子H05能够以更大的角度照射基板。其结果，在本实施例的装置结构中，与上述实施例相比，能量粒子在基板表面上的强度分布之差较小。而且，还通过设置接合机构H13，能够在表面处理之后使两个基板立即相互接触并接合起来。
[0196]图15的(C)表示装置结构的另一实施例。一个能量粒子源H03以与基板H06的表面相对的方式配置在工艺室H02内。该能量粒子源H03将能量粒子H05沿与基板H06的表面大致垂直的方向放射到基板H06的表面，从而能够实现更优于上述实施例的能量粒子的强度分布。作为接合机构，设置了以不破坏真空的方式与工艺室H02相连结的接合室H14，从而能够将每块在工艺室H02内结束表面处理之后的基板输送到该接合室H14，并利用接合机构H13使基板H06彼此相接触并接合起来。由于是单晶圆工艺，因此，与上述实施例相t匕，有时会在从处理到接合之间花费时间。
[0197]图16的(D)表示装置结构的另一实施例。基板H06a、H06b以使其接合面相对的方式配置在工艺室H02内。而且，在两个基板之间设有可动的线式能量粒子源H03。其不是例如像图15的(A)所示那样能量粒子自一点放射，而是自直线状即线状的放射源放射，因此，适用于对宽幅的基板一次性地进行表面处理。如图16的(D)所示，假想为在垂直于纸面的方向上较长的线状的线式粒子源。通过使能量粒子源H03沿单点划线所示的方向移动，能够将能量粒子H05扫在基板H06a、H06b上。当能量粒子源H03到达其中一个基板H06a的末端时，使线式能量粒子源H03翻转，而将能量粒子扫在另一基板H06b上。采用本实施例的结构，能够进行能量粒子强度均匀的表面处理，从而也能够使接合面层的厚度均匀。而且，通过设置接合机构H13，能够在表面处理之后使两个基板立即相互接触并接合起来。
[0198]图16的(E)表示装置结构的另一实施例。与图16的(D)所示的装置结构同样，基板H06a、H06b以使其接合面相对的方式配置在工艺室H02内。而且，在两个基板之间设有可动的线式能量粒子源H03。但是，在图16的(D)的装置结构中，需要用于使线式能量粒子源H03翻转的机构。在本实施例的装置结构中，不使用该翻转机构而使用一对粒子源。即，设置一对能量粒子源H03c、H03d，各粒子源对各基板照射能量粒子H05c、H05d。通过使能量粒子源H03c、H03d沿由单点划线所示的方向移动，能够将能量粒子H05c、H05d扫在基板H06a、H06b上。与之前的实施例同样，采用本实施例的结构，能够进行能量粒子强度均匀的表面处理，从而也能够使接合面层的厚度均匀。而且，通过设置接合机构H13，能够在表面处理之后使两个基板相互接触并接合起来。而且，能够同时对上下的基板进行处理，因此，与图16的(D)的装置结构相比，能够缩短从表面处理到接合之间的暴露时间。
[0199]图17的(F)表示装置结构的另一实施例。线式能量粒子源H03固定在工艺室H02内，通过使基板H06向附图右侧移动，从而将能量粒子H05扫在基板H06上。而且，通过使其他基板H06也同样地向附图右侧移动，能够进行表面处理。通过使该一对基板中的一个基板翻转，而使基板接合面彼此相对，从而能够利用接合机构H13使基板相接触并接合起来。而且，由于能够利用用于将晶圆输送至接合室的部件、例如机器人等在处理过程中进行表面处理，因此能够提高效率并使装置简化。[0200]图17的(G)表示装置结构的另一实施例。一对基板H06a、H06b以使待实施表面处理的面朝向外侧的方式平行地配置在工艺室H02内。能量粒子源H03c、H03d分别自该一对基板的外侧以与各基板H06a、H06b相对的方式配置，且固定于工艺室H02。通过使基板H06a、H06b向附图右侧移动，能够将能量粒子H05扫在基板H06上来进行表面处理。采用本实施例，无需用于使基板翻转的机构。结束了表面处理之后的基板在接合室H14中利用接合机构Hl3接合起来。
[0201]图26是本发明的第I实施方式的接合装置I (也称作1A)的纵剖视图。此外，在各附图中，为了便于表示，采用XYZ正交座标系来表示方向等。
[0202]该接合装置I是用于在降压后的室(真空室)2内利用原子束等使被接合物91的接合表面和被接合物92的接合表面活性化、然后将两个被接合物91、92接合起来的装置。采用该装置1，能够对两个被接合物91、92的接合表面实施表面活性化处理，并且能够使该两个被接合物91、92固相接合。此外，两个被接合物91、92能够使用各种材料(例如半导体晶圆等)。
[0203]接合装置I包括用于两个被接合物91、92的处理空间即真空室2和与该真空室2相连结的加载互锁真空室3。真空室2借助排气管6和排气阀7连接于真空泵5。通过真空泵5的吸引动作使真空室2内的压力降低(降压)，从而能够使真空室2成为真空状态。而且，排气阀7能够通过其开闭动作和排气流量的调整动作来调整真空室2内的真空度。
[0204]两个被接合物91、92在加载互锁真空室3内被导入棒4的顶端部的夹具4c保持之后移动到真空室2内。具体地讲，上侧的被接合物92被导入棒4的顶端部保持，在沿X方向移动至头22的正下方位置PG2之后，被头22保持。同样，下侧的被接合物91以被导入棒4的顶端部保持着状态沿X方向朝向台12移动至位置PG1，然后被该台12保持。
[0205]头22和台12均设置在真空室2内。
[0206]头22能够在对准台23的驱动下在X方向和Y方向上移动(平移)，并且能够在旋转驱动机构25驱动下沿Θ方向(绕Z轴旋转的方向)旋转。头22根据由后述的位置识别部28识别的位置检测结果等被对准台23和旋转驱动机构25驱动，从而执行X方向、Y方向、Θ方向上的对准动作。
[0207]而且，头22能够在Z轴升降驱动机构26的驱动下沿Z方向移动(升降)。Z轴升降驱动机构26能够根据由未图示的压力检测传感器检测到的信号来控制接合时的加压力。
[0208]而且，台12能够利用滑动移动机构14在X方向上移动(平移)。台12在束照射部11附近的待机位置(位置PGl附近)与头22正下方的接合位置(位置PG2附近)之间沿X方向移动。滑动移动机构14具有高精度的位置检测器(线性标尺)，从而能够将台12高精度地定位。
[0209]而且，接合装置I包括用于识别被接合物91、92的位置的位置识别部18、28。位置识别部18、28分别具有用于获取与被接合物等相关的光学图像作为图像数据的摄像部(摄像机)18b、28b。而且，分别对两个被接合物91、92标注位置标识用标记(以下也仅称作标记)。例如对一个被接合物91设置两个位置标识用标记，对另一个被接合物92也设置两个位置标识用标记。此外，优选的是，该各标记具有特定的形状。但不限于此，也可以将晶圆的定向平面、或者形成在晶圆上的电路图案等的一部分用作位置标识用标记。
[0210]两个被接合物91、92的定位动作能够通过利用该位置识别部(摄像机等)对标注在两个被接合物91、92上的标记的位置进行识别来执行。
[0211]例如位置识别部18获取存在于位置PGl的被接合物91的光学图像作为图像数据。具体地讲，自配置在真空室2的外部上方的光源18a射出的光透射真空室2的窗部2a而到达被接合物91 (位置PGl)而被反射。然后，被被接合物91反射的光再次透射真空室2的窗部2a而行进并到达摄像部18b。这样，位置识别部18获取与被接合物91相关的光学图像作为图像数据。然后，位置识别部18根据该图像数据来提取标记并且识别该标记的位置，进而识别被接合物91的位置。
[0212]同样，位置识别部28获取存在于位置PG2的被接合物92的光学图像作为图像数据，具体地讲，自配置在真空室2的外部下方的光源28a射出的光透射真空室2的窗部2b而到达被接合物92 (位置PG2)而被反射。然后，被被接合物92 (详细地讲是被接合物92的一部分)反射的光再次透射真空室2的窗部2b而行进并到达摄像部28b。这样，位置识别部28获取与被接合物92相关的光学图像作为图像数据。然后，位置识别部28根据该图像数据来提取标记并且识别该标记的位置，进而识别被接合物92的位置。
[0213]而且,如后述,在该接合装置I中，通过使台12沿X方向移动,从而使被接合物91移动至位置PG2，而过渡到两个被接合物91、92相对的状态。如图28所示，位置识别部28还能够在两个被接合物91、92相对的状态下获取与两个被接合物91、92相关的光学图像作为图像数据。具体地讲，自配置在真空室2的外部下方的光源28a射出的光透射真空室2的窗部2b而被两个被接合物91、92 (详细地讲是两个被接合物91、92的一部分)反射，并再次透射真空室2的窗部2b而行进并到达摄像部28b。位置识别部28获取通过这样的方式获取到的、与两个被接合物91、92相关的光学图像(反射光的图像)作为图像数据，并根据该图像数据识别标记的位置。此外，光源28a只要使用能够透射两个被接合物91、92以及台12等的光(例如红外光)即可。
[0214]而且，在该实施方式中，如图28所示，位置识别部28还具有其他光源28c、28d。位置识别部28还能够在两个被接合物91、92相对的状态下利用与来自该光源28c、28d的光的透射光相关的图像数据来识别两个被接合物91、92的位置。具体地讲，自配置在真空室2的外部侧方的光源28c、28d射出光分别透射真空室2的窗部2c、2d，之后，被反射镜28e、28f反射而改变了光的行进方向而向下方行进。该光继续透射两个被接合物91、92 (详细地讲是两个被接合物91、92的一部分)，之后，透射窗部2b而到达摄像部28b。位置识别部28获取通过这样的方式获取到的、与两个被接合物91、92相关的光学图像(与透射光相关的图像)作为图像数据，并根据该图像数据识别标记的位置。
[0215]这样，接合装置I包括利用反射光的摄像系统(具有光源28a和摄像部28b等)和利用透射光的摄像系统(具有光源28c、28d以及摄像部28b等)这两种摄像系统。接合装置I能够根据状况的不同适当地切换使用这两种摄像系统来识别各标记的位置。
[0216]能够利用以上那样的位置识别部18、28识别两个被接合物91、92的位置。而且，根据识别到的位置信息，并利用对准台23和旋转驱动机构25而沿X方向、Y方向、和/或Θ方向驱动头22，从而能够使两个被接合物91、92相对移动来执行对准动作。例如通过使两个被接合物91、92微小移动，以便成为标注在被接合物91上的两个标记与标注在被接合物92上的两个标记重合的状态，能够将两个被接合物91、92精密地定位。
[0217]而且，接合装置I包括三个束照射部11、21、31。在接合装置I中，使用这三个束照射部11、21、31来执行表面活性化处理。如图26所示，束照射部11、21设于真空室2的里侧(+ Y侧)的侧壁面，束照射部31设于真空室2的右侧(+ X侧)的侧壁面。束照射部11、21、31分别朝向真空室2内部的对应位置照射特定物质的束。
[0218]更具体地讲，如图26所示，束照射部11配置在真空室2内的较靠左侧(一 X侧)的位置PGl附近，束照射部21配置在真空室2内的较靠右侧(+ X侧)的位置PG2附近。
[0219]也如图27的剖视图所示，束照射部31位于真空室2的+ X侧壁面，且以与水平面平行的方式设置。由此，束照射部31在被台12保持的被接合物91和被头22保持的被接合物92这两者在位置PG2处相对地配置的状态下，自这两者91、92的相对空间SP的侧方朝向该相对空间SP照射束。束照射部31的束照射方向是与X轴平行的方向。
[0220]在该接合装置I中，在后述的滑动配置状态下，通过利用束照射部11、21释放特定物质(例如氩)，能够执行使两个被接合物91、92的接合表面活性化的表面活性化处理。而且，接合装置I在使实施过表面活性化处理的两个被接合物91、92成为相互靠近且相对状态之后，使两个被接合物91、92相互靠近并将它们接合起来。
[0221]而且，在该实施方式中，在使两个被接合物91、92成为相互靠近且相对状态之后，还使用束照射部31而释放特定物质(例如氩)，也能够执行使两个被接合物91、92的接合表面活性化的表面活性化处理。
[0222]在此，束照射部11、21、31利用电场对被离子化后的特定物质(在此是氩)加速并朝向两个被接合物91、92的接合表面释放该特定物质，从而使两个被接合物91、92的接合表面活性化。换言之，束照射部11、21、31通过释放能量波来使两个被接合物91、92的接合表面活性化。而且，束照射部11、21这一组与束照射部31能够将粒子束、金属束分离。例如也可以将束照射部11、21设为不包含金属粒子的中性原子束(FAB)，将束照射部31设为包含较多的金属粒子的、图29所示的那样的离子束。而且，也可以将束照射部11、21也设为图29所示那样的离子束，只要是与束照射部31相比能够调整包含金属粒子的量即可。
[0223]如图29所示，束照射部31D包括阳极51、阴极52、以及磁体54。阳极51和阴极52是分别由适当的金属材料构成的电极(也称作电极构件或者金属构件)。例如阳极51由铁(Fe)构成，阴极52由钨(W)构成。而且，阳极51具有喇叭形状(大致圆锥形状)，阴极52具有长丝形状(线圈形状)。而且，束照射部31D的主体部59呈大致圆柱形状，在其主视看来的中央部具有凹部58。该凹部58形成为被喇叭形状(扩音器形状)的阳极51包围起来的空间。此外，阳极51与阴极52彼此电绝缘地设置，阳极51具有阳极电位，阴极52具有阴极电位。
[0224]在束照射部31D的照射口附近，自阴极52供给来的电子被磁体54的磁场捕获(捕捉)而在照射口附近旋转(参照图29的圆形的较细的虚线)。而且，进一步被供给来的氩受到该电子的作用而以等离子体状态存在。而且，等离子体状态的氩离子被因两个电极51、52相互之间施加电压而产生的电场E (特别是针对阳极51的排斥力发挥作用)加速而朝向阴极52移动，并穿过该阴极52的位置而被释放到束照射部31D的外部。此时，氩离子与阳极51和阴极52发生碰撞，而使阳极51和阴极52的一部分溅射。而且，被溅射出来的金属原子向两个被接合物91、92的接合表面移动而附着并堆积在该接合表面。
[0225]具体地讲，在上述实施方式中，束照射部31D例示了具有较小型的阳极51的结构，但是，也可以代替该束照射部31D而使用图30所示那样的束照射部31E。在该束照射部31E中，呈大致圆锥状的阳极51朝向阴极52侧伸得较长。更详细地讲，在束照射部31E中，该阳极51 (51E)构成为延伸至比主体部59的开口部侧的端(前侧端)59f还靠前方侧(一 X侦D的位置。换言之，阳极51E在束照射部31E的照射口附近具有自该照射部31E的主体部59的前端面59f向前方侧突出的引导部51g。
[0226]因此，束照射部31E的阳极51E与束照射部31D的阳极51 (51D)相比，能够提高氩和金属的飞散范围(照射范围)的指向性。由此，能够抑制氩和金属飞散至不期望的部分(两个被接合物91、92的接合表面以外的部分)。而且，只要采用具有引导部51g的阳极51E，就能够增大氩离子与阳极碰撞面积，因此能够刮掉较多量的金属，并能够使该较多量的金属朝向接合表面移动。因此，采用束照射部31E，与采用束照射部31D相比，也能够有效地朝向两个被接合物91、92供给更多量的金属原子。从这些观点考虑，与采用束照射部31D相t匕，优选的是采用束照射部31E。而且，阴极52也可以是另外的电子释放器(空心阴极)并相对于束照射部独立地设置。自阴极释放的电子有时也发挥这样的作用:使照射面的离子成为中性。
[0227]而且，如图31所示，在本实施例中，在能量粒子的加速电压为36V、94V的情况下能够获得较高的接合强度，但是，在30V的情况下却无法接合(接合强度=OJ/m2)。
[0228]这样，当接合强度以某个阈值为界限降低到无法接合的程度时，能够考虑到若干个原因。作为该原因之一，考虑到的是，因照射条件导致杂质的除去量不充分，而且，非晶形化也不充分，因此，容易导致铁与基材之间的接合强度不足，或者表面层所含的铁原子容易被氧化，由于在接合之前该铁原子被氧化，因此接合强度降低。
[0229]而且，图32是与测量接合强度的情况同样地、将接合起来的基板彼此再次分离、并对构成了接合界面的基板表面的铁2p频谱进行测量而得到的结果。表面处理后的基板表面通过被接合起来，能够防止被氧化、杂质再次附着，从而基本上保持了表面处理之后的状态。因而，通过对将接合起来的基板分离之后的基板表面的状态进行调查，就能够了解表面处理后的基板表面的状态。图32表示粒子源的驱动条件相同但其他两个条件不同的(C1、C2)情况下的将基板接合体分离之后的基板表面的铁2p频谱。条件Cl表示付与了较高的接合强度的条件，条件C2表示付与了较低的接合强度的条件。通过对与FeO和Fe2O3相对应的频谱成分进行观察发现，与付与了较高的接合强度的表面处理(Cl)相比，经过了付与了较低的接合强度的表面处理(C2)的基板表面的铁被氧化。因而，使接合强度降低的原因之一考虑到是接合前的基板表面层的铁已经被氧化。
[0230]而且，在本发明的实施方式中，优选的是，在常温下实施接合工艺，但也可以对接合基板进行加热。只要是约200°C以下左右的低温，就会获得比以往的加热接合更大的优势。而且，只要是以往的焊料熔点183°C以下，就是更优选的。
[0231]以上，完成了对实施方式的说明，在不超出本发明的主旨范围内容易进行各种变形。
[0232]以下，以附录的形式表示若干实施方式。
[0233](附录I)
[0234]一种接合基板制作方法，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，
[0235]该接合基板制作方法包括:
[0236]第I表面处理步骤，对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及
[0237]第2表面处理步骤，对上述基板表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板表面进行表面处理，
[0238]上述第I表面处理步骤和第2表面处理步骤的实施结果是制成上述接合基板，
[0239]上述第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤的实施被控制，以使金属粒子分布在上述接合基板的表面层的母材中。
[0240](附录2)
[0241]根据附录I所述的接合基板制作方法，其中，
[0242]以未在上述接合基板的表面上形成金属层的方式控制实施。
[0243](附录3)
[0244]根据附录I所述的接合基板制作方法，其中，
[0245]上述第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤同时实施。
[0246](附录4)
[0247]根据附录I所述的接合基板制作方法，其中，
[0248]在实施上述第I表面处理步骤之后，实施上述第2表面处理步骤。
[0249](附录5)
[0250]根据附录I?4中任一项所述的接合基板制作方法，其中，
[0251]在上述第I表面处理步骤中，使用能量粒子源，自上述能量粒子源朝向上述基板表面放射包含能量粒子的粒子，
[0252]在上述第2表面处理步骤中，使用金属粒子源，自上述金属粒子源朝向上述基板表面放射包含金属粒子的粒子。
[0253](附录6)
[0254]根据附录5所述的接合基板制作方法，其中，
[0255]上述金属粒子源具有金属体。
[0256](附录7)
[0257]根据附录6所述的接合基板制作方法，其中，
[0258]上述金属体能够移动。
[0259](附录R7)
[0260]根据附录7所述的接合基板制作方法，其中，
[0261]当上述金属体位于退避位置时，能够抑制自上述金属体向上述基板表面放射金属粒子。
[0262](附录R8)
[0263]根据附录7或者R7所述的接合基板制作方法，其中，
[0264]为了实施上述第2表面处理步骤，使上述金属体位于进入位置时，自上述金属体向上述基板表面放射金属粒子。
[0265](附录8)
[0266]根据附录I?7中任一项所述的接合基板制作方法，其中，
[0267]上述基板表面层的母材是硅。
[0268](附录9)[0269]根据附录I?8中任一项所述的接合基板制作方法，其中，
[0270]上述第I表面处理步骤在10 —5Pa以下的气压条件下开始。
[0271](附录10)
[0272]—种基板接合方法，其中，
[0273]该基板接合方法包括如下步骤:
[0274]准备通过附录I?9中任一项所述的方法制成的接合基板；
[0275]准备待与上述接合基板相接合的基板(“M基板”)；以及
[0276]接合步骤,将上述接合基板与上述M基板接合起来。
[0277](附录11)
[0278]一种基板接合方法，其中，
[0279]该基板接合方法包括如下步骤:
[0280]准备通过附录I?9中任一项所述的方法制成的接合基板；以及
[0281]接合步骤,将上述接合基板彼此接合起来。
[0282](附录12)
[0283]根据附录10或者11所述的基板接合方法，其中，
[0284]上述接合步骤在10 —5Pa以上的真空条件下或者大气中实施。
[0285](附录R14)
[0286]根据附录10或者11所述的基板接合方法，其中，
[0287]上述接合步骤在含有氧的气体环境下实施。
[0288](附录Rl5)
[0289]根据附录10或者11所述的基板接合方法，其中，
[0290]上述接合步骤在大气中实施。
[0291](附录13)
[0292]根据附录10?12中任一项所述的基板接合方法，其中，
[0293]上述接合步骤在一 60°C?+ 200°C的温度条件下、优选的是室温条件下实施。
[0294](附录14)
[0295]一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，
[0296]该接合基板制作装置包括:
[0297]能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及
[0298]金属粒子源，其用于对上述基板表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板表面进行表面处理，
[0299]上述金属粒子源具有金属体，
[0300]上述金属体能够移动。
[0301](附录15)
[0302]根据附录14所述的接合基板制作装置，其中，
[0303]该接合基板制作装置包括工艺控制装置，
[0304]上述工艺控制装置以使金属粒子分布在上述接合基板的表面层的母材中的方式控制上述能量粒子源和上述金属粒子源。[0305](附录16)
[0306]根据附录15所述的接合基板制作装置，其中，
[0307]上述工艺控制装置以不在上述接合基板的表面上形成金属层的方式控制上述能量粒子源和上述金属粒子源。
[0308](附录R19)
[0309]根据附录14?16中任一项所述的接合基板制作装置，其中，
[0310]当上述金属体位于退避位置时，抑制自上述金属体向上述基板表面放射金属粒子，
[0311]当上述金属体位于进入位置时，自上述金属体向上述基板表面放射金属粒子。
[0312](附录R20)
[0313]根据附录14?16中任一项所述的接合基板制作装置，其中，
[0314]上述金属体呈网格形状。
[0315](附录R21)
[0316]根据附录14?16中任一项所述的接合基板制作装置，其中，
[0317]上述金属体呈喇叭形状。
[0318](附录17)
[0319]一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，
[0320]该接合基板制作装置包括:
[0321]能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；
[0322]金属粒子源，其用于对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板的表面进行表面处理；
[0323]工艺条件存储器，其用于存储满足作为目标的接合基板的属性(“目标属性”)的工艺条件；以及
[0324]控制装置，其用于参照上述存储器，并根据满足上述目标属性的工艺条件，对上述能量粒子源和上述金属粒子源进行控制。
[0325](附录18)
[0326]根据附录17所述的接合基板制作装置，其中，
[0327]上述目标属性包含金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
[0328](附录19)
[0329]根据附录17所述的接合基板制作装置，其中，
[0330]上述目标属性包含:(A)在接合基板的表面层不存在金属层；以及(B)金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，
[0331]上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
[0332](附录20)
[0333]根据附录17?19中任一项所述的接合基板制作装置，其中，[0334]上述工艺条件包含利用上述能量粒子源获得上述能量粒子的能量条件。
[0335](附录21)
[0336]根据附录20所述的接合基板制作装置，其中，
[0337]上述能量条件是30eV以上。
[0338](附录22)
[0339]根据附录17所述的接合基板制作装置，其中，
[0340]上述目标属性包含(Tl)接合基板具有规定的接合强度能力，
[0341]上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
[0342](附录23)
[0343]根据附录22所述的接合基板制作装置，其中，
[0344]上述工艺条件包含利用上述能量粒子源获得上述能量粒子的能量条件。
[0345](附录R28)
[0346]根据附录17?23所述的接合基板制作装置，其中
[0347]上述工艺条件存储器包含查询表。
[0348](附录24)
[0349]根据附录17所述的接合基板制作装置，其中，
[0350]该接合基板制作装置包括用于控制上述能量粒子源的姿势的姿势控制装置，
[0351]上述姿势控制装置在能量基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第I姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述基板表面放射，上述姿势控制装置在金属基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第2姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述金属粒子源放射，
[0352]上述金属粒子源在上述金属基体的表面处理模式中处于与来自上述能量粒子源的放射粒子相呼应并朝向上述基板表面放射金属粒子的姿势。
[0353](附录25)
[0354]根据附录17?19中任一项所述的接合基板制作装置，其中，
[0355]上述金属粒子源具有金属体。
[0356](附录R31)
[0357]根据附录17?19中任一项所述的接合基板制作装置，其中，
[0358]该接合基板制作装置包括以能够使上述基板移动的方式支承上述基板的载体。
[0359](附录R32)
[0360]一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板(“接合基板”)，其中，[0361 ] 该接合基板制作装置包括:
[0362]能量粒子源，其用于放射包含能量粒子的放射粒子；
[0363]金属粒子源，其用于放射包含金属粒子的放射粒子；以及
[0364]姿势控制装置，其用于对上述能量粒子源的姿势进行控制，
[0365]上述姿势控制装置在能量基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第I姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向基板表面放射，
[0366]上述姿势控制装置在在金属基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第2姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述金属粒子源放射，
[0367]上述金属粒子源在上述金属基体的表面处理模式中处于与来自上述能量粒子源的放射粒子相呼应并朝向上述基板表面放射金属粒子的姿势。
[0368](附录26)
[0369]根据附录24或者25所述的接合基板制作装置，其中，
[0370]上述姿势控制装置包括以能够使上述能量粒子源旋转的方式支承上述能量粒子源的机构零件。
[0371](附录R34)
[0372]根据附录R32所述的接合基板制作装置，其中，
[0373]上述金属粒子源具有金属体。
[0374](附录R35)
[0375]根据附录R32所述的接合基板制作装置，其中，
[0376]该接合基板制作装置包括以能够使上述基板移动的方式支承上述基板的载体。
[0377](附录27)
[0378]根据附录17所述的接合基板制作装置，其中，
[0379]上述能量粒子源为线式离子源。
[0380](附录R37)
[0381]一种接合基板，其形成有接合面，其中，
[0382]在基板的表面上未形成有金属层，而且，金属粒子分布在基板表面层的母材中。
[0383](附录R38)
[0384]根据附录R37所述的接合基板，其中，
[0385]在上述基板表面层的母材中存在3%原子峰值浓度?10%原子峰值浓度的金属。
[0386](附录R39)
[0387]根据附录R37或者R38所述的接合基板，其中，
[0388]分布在上述基板表面层的母材中的金属粒子在基板深度方向上具有浓度梯度。
[0389](附录R40)
[0390]根据附录R37?R39中任一项所述的接合基板，其中，
[0391]该接合基板具有基板的主体破坏强度的20%以上的接合强度能力。
[0392](附录R41)
[0393]根据附录R37?R39中任一项所述的接合基板，其中，
[0394]该接合基板具有基板的主体破坏强度的40%以上的接合强度能力。
[0395](附录R42)
[0396]根据附录R37?R39中任一项所述的接合基板，其中，
[0397]该接合基板具有基板的主体破坏强度的60%以上的接合强度能力。
[0398](附录R43)
[0399]根据附录R37?R42中任一项所述的接合基板，其中，
[0400]上述基板表面层呈非导电性。
[0401](附录R44)
[0402]根据附录R37?R42中任一项所述的接合基板，其中，[0403]上述基板表面层的母材是硅。
[0404](附录R45)
[0405]根据附录R37?R43中任一项所述的接合基板，其中，
[0406]接合基板具有这样的属性:能够利用基板接合装置使接合基板彼此在大气中接合起来。
[0407](附录R46)
[0408]根据附录R37?R45中任一项所述的接合基板，其中，
[0409]上述基板表面层所含有的金属是过渡性金属。
[0410](附录R47)
[0411]根据附录R45所述的接合基板，其中，
[0412]上述基板表面层所含有的上述过渡性金属是铁。
[0413](附录28)
[0414]一种基板接合体，其中，
[0415]该基板接合体包括:
[0416]相互接合起来的一对基板；以及
[0417]形成在上述一对基板之间的界面层，
[0418]在上述界面层未形成有金属层，金属粒子分布在上述界面层的母材中。
[0419](附录R48)
[0420]根据附录28所述的基板接合体，其中，
[0421]基板接合体的上述基板之间的接合强度为基板主体材料破坏强度的20%以上。
[0422](附录49)
[0423]根据附录28所述的基板接合体，其中，
[0424]基板接合体的上述基板之间的接合强度为基板主体材料破坏强度的40%以上。
[0425](附录R50)
[0426]根据附录28所述的基板接合体，其中，
[0427]基板接合体的上述基板之间的接合强度为基板主体材料破坏强度的60%以上。
[0428](附录29)
[0429]根据附录28?R48中任一项所述的基板接合体，其中，
[0430]分布在上述界面层的母材中的金属粒子在上述界面层的深度方向上具有浓度梯度。
[0431](附录30)
[0432]根据附录28?R48中任一项所述的基板接合体，其中，
[0433]在上述界面层的中央部存在上述金属粒子的浓度峰值。
[0434](附录31)
[0435]根据附录28所述的基板接合体，其中，
[0436]上述界面层的厚度为20nm以下。
[0437](附录32)
[0438]根据附录31所述的基板接合体，其中，
[0439]上述界面层的厚度限定为分布在上述母材中的金属在界面层深度方向上的浓度分布的半幅值。
[0440](附录33)
[0441]根据附录28?32中任一项所述的基板接合体，其中，
[0442]上述界面层所含有的金属是过渡性金属。
[0443](附录34)
[0444]根据附录33所述的基板接合体，其中，
[0445]上述界面层所含有的过渡性金属是铁。
【权利要求】
1.一种接合基板制作方法，其用于制作形成有接合面的基板即接合基板，其中， 该接合基板制作方法包括: 第I表面处理步骤，对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及 第2表面处理步骤，对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板的表面进行表面处理， 上述第I表面处理步骤和第2表面处理步骤的实施结果是制成上述接合基板， 上述第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤的实施被以使金属粒子分布在上述接合基板的表面层的母材中的方式控制。
2.根据权利要求1所述的接合基板制作方法，其中， 以不在上述接合基板的表面上形成金属层的方式对实施进行控制。
3.根据权利要求1所述的接合基板制作方法，其中， 上述第I表面处理步骤和上述第2表面处理步骤同时实施。
4.根据权利要求1所述的接合基板制作方法，其中， 在实施上述第I表面处理步骤之后，实施上述第2表面处理步骤。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的接合基板制作方法，其中， 在上述第I表面处理步骤中，使用能量粒子源，自上述能量粒子源朝向上述基板的表面放射包含能量粒子的粒子， 在上述第2表面处理步骤中，使用金属粒子源，自上述金属粒子源朝向上述基板的表面放射包含金属粒子的粒子。
6.根据权利要求5所述的接合基板制作方法，其中， 上述金属粒子源具有金属体。
7.根据权利要求6所述的接合基板制作方法，其中， 上述金属体能够移动。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的接合基板制作方法，其中， 上述基板的表面层的母材是硅。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的接合基板制作方法，其中， 上述第I表面处理步骤在10 —5Pa以下的气压条件下开始。
10.一种基板接合方法，其中， 基板接合方法包括如下步骤: 准备通过权利要求1~9中任一项所述的方法制成的接合基板； 准备待与上述接合基板相接合的基板即M基板；以及 接合步骤，将上述接合基板和上述M基板接合起来。
11.一种基板接合方法，其中， 该基板接合方法包括如下步骤: 准备通过权利要求1~9中任一项所述的方法制成的接合基板；以及 接合步骤，将上述接合基板彼此接合起来。
12.根据权利要求10或11所述的基板接合方法，其中，` 上述接合步骤在10 —5Pa以上的真空条件下或者大气中实施。
13.根据权利要求10~12中任一项所述的基板接合方法，其中， 上述接合步骤在一 60°C~+ 200°C的温度条件下实施，优选的是室温条件下实施。
14.一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板即接合基板，其中， 该接合基板制作装置包括: 能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理；以及 金属粒子源，其用于对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板的表面进行表面处理， 上述金属粒子源具有金属体， 上述金属体能够移动。
15.根据权利要求14所述的接合基板制作装置，其中， 该接合基板制作装置包括工艺控制装置， 上述工艺控制装置以使金属粒子分布在上述接合基板的表面层的母材中的方式控制上述能量粒子源和上述金属粒子源，。
16.根据权利要求15所述的接合基板制作装置，其中， 上述工艺控制装置以不在上述接合基板的表面上形成金属层的方式控制上述能量粒子源和上述金属粒子源。
17.一种接合基板制作装置，其用于制作形成有接合面的基板即接合基板，其中， 该接合基板制作装置包括: 能量粒子源，其用于对基板的表面照射包含能量粒子的放射粒子来对基板的表面进行表面处理； 金属粒子源，其用于对上述基板的表面照射包含金属粒子的放射粒子来对上述基板的表面进行表面处理； 工艺条件存储器，其用于存储满足作为目标的接合基板的属性即目标属性的工艺条件；以及 控制装置，其用于参照上述存储器，并根据满足上述目标属性的工艺条件，对上述能量粒子源和上述金属粒子源进行控制。
18.根据权利要求17所述的接合基板制作装置，其中， 上述目标属性包含金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中，上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
19.根据权利要求17所述的接合基板制作装置，其中， 上述目标属性包含:(A)在接合基板的表面层不存在金属层；以及(B)金属粒子分布在接合基板的表面层的母材中， 上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
20.根据权利要求17~19中任一项所述的接合基板制作装置，其中， 上述工艺条件包含利用上述能量粒子源获得上述能量粒子的能量条件。
21.根据权利要求20所述的接合基板制作装置，其中，上述能量条件是30eV~5000eV。
22.根据权利要求17所述的接合基板制作装置，其中， 上述目标属性包含=(Tl)接合基板具有规定的接合强度能力， 上述能量粒子源的动作和上述金属粒子源的动作在上述控制装置的控制下根据满足上述目标属性的工艺条件来被控制。
23.根据权利要求22所述的接合基板制作装置，其中， 上述工艺条件包含利用上述能量粒子源获得上述能量粒子的能量条件。
24.根据权利要求17所述的接合基板制作装置，其中， 该接合基板制作装置包括用于控制上述能量粒子源的姿势的姿势控制装置， 上述姿势控制装置在能量基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第I姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述基板的表面放射，上述姿势控制装置在金属基体的表面处理模式中使上述能量粒子源处于第2姿势，并将来自上述能量粒子源的放射粒子朝向上述金属粒子源放射， 上述金属粒子源在上述金属基体的表面处理模式中处于与来自上述能量粒子源的放射粒子相呼应而朝向上述基板的表面放射金属粒子的姿势。
25.根据权利要求17~19中任一项所述的接合基板制作装置，其中， 上述金属粒子源具有金属体。
26.根据权利要求24或25所述的接合基板制作装置，其中， 上述姿势控制装置包括以能够使上述能量粒子源旋转的方式支承上述能量粒子源的机构零件。
27.根据权利要求17所述的接合基板制作装置，其中， 上述能量粒子源是线式离子源。
28.—种基板接合体，其中， 该基板接合体包括: 相互接合起来的一对基板；以及 形成在上述一对基板之间的界面层， 在上述界面层未形成有金属层，金属粒子分布在上述界面层的母材中。
29.根据权利要求28所述的基板接合体，其中， 分布在上述界面层的母材中的金属粒子在上述界面层的深度方向上具有浓度梯度。
30.根据权利要求28或29所述的基板接合体，其中， 在上述界面层的中央部存在上述金属粒子的浓度峰值。
31.根据权利要求28所述的基板接合体，其中， 上述界面层的厚度为Inm~20nm。
32.根据权利要求31所述的基板接合体，其中， 上述界面层的厚度限定为分布在上述母材中的金属在界面层深度方向上的浓度分布的半幅值。
33.根据权利要求28~32中任一项所述的基板接合体，其中， 上述界面层所含有的金属是过渡性金属。
34.根据权利要求33所述的基板接合体，其中，上述界面层所含有的过渡性金属 是铁。
【文档编号】B23K20/16GK103493177SQ201280016996
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年1月30日 优先权日:2011年1月31日
【发明者】须贺唯知, 山内朗, 近藤龙一, 松本好家 申请人:须贺唯知, 邦德泰克株式会社, 网络技术服务株式会社