接合方法、接合システムおよび半導体装置
【課題】Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を良好に接合することが可能な接合技術を提供する。
【解決手段】Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを次のようにして接合する。具体的には、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のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う（ステップＳ２０）。次に、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う（ステップＳ３０）。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する（ステップＳ５０）。
【解決手段】Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを次のようにして接合する。具体的には、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のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う（ステップＳ２０）。次に、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う（ステップＳ３０）。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する（ステップＳ５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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し、特にＡｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を接合する接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの被接合物の接合表面をイオンビーム等を用いて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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、２つの被接合物の接合表面がイオンビーム等によって洗浄された後、洗浄された２つの被接合物の接合表面が対向状態にされて接合される技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９２７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコンの接合技術である上記従来技術を、Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合に応用することが考えられる。このような接合技術において、一般に、２つの被接合物が配置される空間には不純物が存在しないことが好ましいため、比較的高い真空度にまで一旦減圧しておくことが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明の発明者は、１０−６Ｐａ（パスカル）〜１０−８Ｐａ（パスカル）程度にまで一旦減圧した後に、Ａｕ（金）で形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を接合することを試行した。
【０００７】
しかしながら、このような高い真空度にまで減圧した後に接合処理を行っても、両被接合物の接合表面の相互間に複数の部分的空隙（ボイド）が形成され、両被接合物を適切に接合することが困難である、との事態に直面した（図４３および図４４参照）。
【０００８】
また、このような状況は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合、Ｃｕ（銅）−Ａｕ（金）の接合、およびＡｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合等においても同様に生じる。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を良好に接合することが可能な接合技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合方法であって、ａ）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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、ｃ）前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合方法において、ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る接合方法において、前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする。
【００１３】
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方法において、前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る接合方法において、前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る接合方法において、前記ステップｃ）は、ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項２に記載の接合方法において、ｅ）前記ステップｄ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１に記載の接合方法において、ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合システムであって、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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、半導体装置であって、請求項１ないし請求項９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る半導体装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし請求項９に記載の発明によれば、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、水分子を残した状態で不純物を排除することが可能であるので、水ガスの供給を必ずしも要することなく水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。
【００２２】
また特に、請求項６に記載の発明によれば、急激な温度上昇に起因する泡の発生を回避しつつ、適切に両被接合物を接合することが可能である。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る接合システムの全体構成を示す縦断面図である。
【図２】接合システムの横断面図である。
【図３】Ｉ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図４】II−II断面を示す断面図である。
【図５】位置認識部の構成等を示す図である。
【図６】接合動作を示すフローチャートである。
【図７】接合システムにおける動作を示す図である。
【図８】接合システムにおける動作を示す図である。
【図９】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１０】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１１】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１２】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１３】圧力変化を示す図である。
【図１４】表面活性化処理を示す模式図である。
【図１５】水分子吸着処理を示す模式図である。
【図１６】接合界面（水分子除去前）を示す断面図である。
【図１７】接合界面（水分子除去後）を示す断面図である。
【図１８】急激な加熱処理を示す図である。
【図１９】第１実施形態における加熱処理等を示す図である。
【図２０】他の加熱処理例を示す図である。
【図２１】急激な加熱により泡が発生する様子を示す概念図である。
【図２２】急激な加熱により水分子が比較的速く除去され、比較的大きな空隙が残存する様子を示す図である。
【図２３】２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理後の接合界面の状態を示す図である。
【図２４】２段階加熱処理のうち第２段階の加熱処理後の接合界面の状態を示す図である。
【図２５】Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図２６】接合表面（Ａｕ）の撮影画像を示す図である。
【図２７】両被接合物の上面図である。
【図２８】第２実施形態に係る接合システムの全体構成を示す縦断面図である。
【図２９】プラズマを用いた表面活性化処理を示す図である。
【図３０】圧力変化を示す図である。
【図３１】Ｓｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合に関して、バックグラウンド減圧値と接合強度との関係を示す図である（参考例）。
【図３２】第２実施形態におけるバックグラウンド減圧値と接合面積率ＲＳとの関係を示す図である。
【図３３】或るバックグラウンド減圧値での実験結果を示す図である。
【図３４】別のバックグラウンド減圧値での実験結果を示す図である。
【図３５】第３実施形態に係る接合システムの全体構成を示す上面図である。
【図３６】洗浄処理部におけるプラズマ処理を示す概念図である。
【図３７】接合処理部のステージに被接合物が装着される様子を示す図である。
【図３８】変形例に係る接合システムを示す図である（大気搬送）。
【図３９】Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合状態を示す図である（第１段階後）。
【図４０】Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合状態を示す図である（第２段階後）。
【図４１】Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図４２】Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図４３】比較例に係る接合結果を示す上面図である。
【図４４】比較例に係る接合結果を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．装置＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る接合システム１（１Ａとも称する）を示す図である。図１は接合システム１の縦断面図であり、図２は当該接合システム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。
【００２７】
この接合システム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。この接合システム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。
【００２８】
この実施形態では、被接合物９１，９２は、それぞれ、Ａｕ（金）で形成された接合表面を有している。たとえば、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に直接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有している。または、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に形成された他の金属薄膜（Ｎｉ（ニッケル）層あるいはＴｉ（チタン）層等）の上にＡｕ（金）の金属薄膜がさらに積層された構成を有していてもよい。換言すれば、シリコンウエハ上に間接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有していてもよい。
【００２９】
また、この実施形態においては、両被接合物９１，９２の各接合表面には予め表面平滑化処理（鏡面処理等）が施されているものとする。
【００３０】
そして、被接合物９１の金属薄膜（詳細にはＡｕ）と被接合物９２の金属薄膜（詳細にはＡｕ）とが接合システム１を用いて接合される。
【００３１】
接合システム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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、接合システム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兼用するようにしてもよい。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
さらに、後述するように、この接合システム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５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。
【００４２】
また、この実施形態においては、図５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。
【００４３】
このように、接合システム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。接合システム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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、接合システム１は、２つのビーム照射部１１，２１を備えている。接合システム１においては、これらの２つのビーム照射部１１，２１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いる（図２も参照）。ビーム照射部１１，２１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
この接合システム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、接合システム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１１および図１２）。
【００５０】
ここにおいて、ビーム照射部１１，２１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。換言すれば、ビーム照射部１１，２１は、両被接合物９１，９２の接合表面に向けてエネルギー波を照射することによって、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。
【００５１】
なお、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るものとする。ただし、これに限定されず、ビーム照射部１１，２１としてイオンビーム照射装置を用い、イオンビームを両被接合物９１，９２の接合表面に向けて照射するようにしてもよい。
【００５２】
また、接合システム１は、コントローラＣＴを備えている。接合システム１における各種の動作は、当該コントローラＣＴの制御下において実行される。コントローラＣＴは、例えば、後述する各種の処理（バックグラウンド減圧処理、表面活性化処理、水分子吸着処理および加熱・加圧処理等）を制御する。
【００５３】
＜１−２．動作＞
次に、接合システム１における接合動作について、図６のフローチャートおよび図７〜図１２の模式図を参照しながら説明する。図７〜図１２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１２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。
【００５４】
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。
【００５５】
この後、ステップＳ１０（図６）において、バックグラウンド減圧処理（次述）が実行される。
【００５６】
具体的には、接合システム１は、図１３に示すように、期間ＴＭ０において真空ポンプ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、１０−８Ｐａ（パスカル）〜１０−６Ｐａ（パスカル）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）を予め低減することができる。
【００５７】
この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ０は、図１３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１０−２Ｐａ（パスカル））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。圧力値ＰＲ０は、期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ１、たとえば１０−２Ｐａ（パスカル）よりも小さな値であればよい。当該圧力値ＰＲ０は、１０−２Ｐａ（パスカル）に比べて非常に小さな値であることがさらに好ましい。たとえば、圧力値ＰＲ０は、上述のように、１０−８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−６Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよく、あるいは、１０―８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−４Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよい。
【００５８】
つぎに、ステップＳ２０（図６）において、図８に示すように、接合システム１は、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理を実行する。
【００５９】
この表面活性化処理においては、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１４は、表面活性化処理を示す模式図である。
【００６５】
図１４に示すように、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１４では短い線分で模式的に示す）が露出した状態が形成される。
【００６６】
さて、図８および図１４に示すような表面活性化処理が終了すると、ステップＳ３０において、水分子吸着工程が実行される（図９参照）。
【００６７】
ここでは、ステップＳ３０において、水ガスが真空チャンバ２内に供給される。水ガスとしては、水分（水分子）を含む不活性ガス（窒素ガス等）などが用いられる。
【００６８】
より具体的には、水ガスは、弁３７（図１参照）の開放に応じて、水ガス供給部３５から通気路３６を経由して真空チャンバ２内に供給される。そして、各被接合物９１，９２の接合表面が所定期間（例えば、１分程度〜数分程度）にわたって水ガス雰囲気に曝されると、図１５に示すように、水ガスに含まれる水分子が各被接合物９１，９２の接合表面に吸着される。
【００６９】
このように、ステップＳ３０の水分子吸着処理においては、ステップＳ２０の表面活性化処理で形成されたダングリングボンドに対して水分子が吸着される。接合表面のＡｕ（金）のダングリングボンドには水分子が吸着されるため、ステップＳ５０での処理前において不純物が当該ダングリングボンドに再結合すること（換言すれば、各被接合物９１，９２の接合表面への不純物の付着）が防止される。端的に言えば、両被接合物９１，９２の接合表面に吸着された水分子は、当該接合表面の保護機能を有している。なお、Ａｕ（金）は酸化されにくいという特質を有しているため、上記のようなＡｕ（金）に対する水分子吸着処理は特に良好に行われ得る。
【００７０】
つぎに、ステップＳ４０（図６参照）において、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。
【００７１】
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、表面活性化処理の実行後において、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。
【００７２】
その後、図１１に示すように、両被接合物９１，９２を互いに接近させていく。そして、図１２に示すように、両被接合物９１，９２を接触させる。
【００７３】
さらに、次のステップＳ５０（図６参照）においては、水分子吸着処理がステップＳ３０で施された両被接合物９１，９２の接合表面を互いに接触させた状態で、両被接合物９１，９２の接合表面を加熱する処理（加熱処理）が実行される。この実施形態においては、上述のように水分子吸着処理がステップＳ３０で施されているため、両被接合物９１，９２の接合表面の空隙部分には、水分子ＷＭが存在する（図１６参照）。この実施形態においては、この水分子を利用してボイドを解消する処理が実行される。なお、後述するように、当該水分子は、上述の接合表面の保護機能のみならず、両被接合物９１，９２の接合界面のボイドを良好に消滅ないし縮小させる機能をも有している。
【００７４】
具体的には、図１６および図１７に示すように、接合システム１は、両被接合物９１，９２を接触させた状態で、当該両被接合物９１，９２を加熱し、両被接合物９１，９２の接合界面付近の空隙１１１から水分子を除去する。なお、水分子は、比較的小さな強度でＡｕ（金）に付着しているため、水分子とＡｕ（金）との付着状態は、比較的小さなエネルギーで解除され得る。具体的には、比較的低温（例えば１５０℃〜２００℃程度）で加熱することによって、水分子を除去することができる。
【００７５】
この加熱工程（水分子除去工程）においては、図１６に示すように、水分子の除去に応じて負圧が発生して空隙１１１の間隔（上下の幅）を狭める向きの力Ｆ１が作用するとともに、Ａｕ（金）原子の粒界拡散現象により空隙１１１を押し潰そうとする力Ｆ２も作用する。これらの力Ｆ１，Ｆ２が作用することにより当該空隙１１１が縮小（理想的には消滅）するとともに両被接合物９１，９２の接合界面において被接合物９１の接合表面の金と被接合物９２の接合表面の金とが結合し、図１７に示すように、両被接合物９１，９２は強固に接合される。すなわち、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。
【００７６】
一方、比較例に係る処理結果を図４３および図４４に示す。この比較例に係る処理は、水分子の吸着を伴わずに両被接合物９１，９２が接合される処理である。具体的には、当該比較例に係る処理は、ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ５０の各工程が行われ且つステップＳ３０の工程が行われない処理である。図３０に示すように、両被接合物９１，９２の接合界面の空隙には水分子が存在しない。そのため、水分子の除去が行われず、多くの大きな空隙１１１が存在したままである。この結果、両被接合物９１，９２の接合界面にボイドＶＤ（１１１）が発生する（図４４参照）。
【００７７】
これに対して、この実施形態に係る処理によれば、上述のように、水分子の除去に応じた力が作用して空隙１１１が縮小（理想的には消滅）し、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。
【００７８】
また、上記のステップＳ５０においては、所定温度ＴＨ２にまで昇温する加熱処理を行うことによって、水分子の除去処理が実行される。具体的には、このような加熱処理としては、図１８に示すように、ステップＳ４０の終了直後において例えば室温から所定温度ＴＨ２にまで急激に昇温する処理が一案として考えられる。ただし、その場合には、図２１に示すように、急激な温度上昇に伴って泡ＢＬが発生することがある。このとき、水分子が急激に除去されるため、図２２に示すように、Ａｕ（金）原子の粒界拡散の速度に比べて水分子が除去される速度が大きく、比較的大きな空隙１１１が残存してしまうことがある。したがって、図１８のような急激な加熱処理を回避することが好ましい。
【００７９】
そこで、この実施形態においては、ステップＳ５０の処理として、次述するような２段階の加熱処理を行うものとする。これによれば、泡の発生等を回避して、さらに良好な接合動作を実行することが可能である。
【００８０】
図１９は、ステップＳ５０における２段階加熱処理を示す図である。
【００８１】
まず、第１段階の処理においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ１で一定期間ＴＭ５１（例えば１時間）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ１は、水の沸点ＢＴ（１００℃）以下の温度であり、例えば約８０℃である。
【００８２】
この第１段階（期間ＴＭ５１）においては、両被接合物９１，９２が接触した状態において、加熱により水分子にエネルギーが付与される。その結果、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去されていくとともに、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散も進行する。ただし、第１段階においては、両被接合物９１，９２が比較的低温（具体的には、水の沸点ＢＴ以下の温度ＴＨ１）に維持されて両被接合物９１，９２が密着される。このように第１段階の加熱処理によれば、急激な加熱に起因する泡の発生を回避しつつ、水分子の除去を比較的緩やかに進行させるとともに両被接合物９１，９２の接合表面の粒界拡散を進行させることができる。
【００８３】
このような第１段階の処理において水除去および粒界拡散が進行することによって、接合界面において比較的広い面積にわたって存在していた空隙１１１が比較的狭い面積の空隙１１２へと縮小され、両被接合物９１，９２の接合界面は、図１６の状態から図２３の状態へと遷移する。このようにして空隙の大きさが低減されていくため、Ａｕ（金）の接触面積が増大し、密着性が増大する。なお、この段階では、接合界面には未だ水分子ＷＭが残留している。
【００８４】
また、この実施形態では、第１段階において、両被接合物９１，９２の相互間に接触圧ＰＲ１０（ここでは、１．２５ＭＰａ（メガパスカル））を作用させる加圧処理をも行う。これによれば、粒界拡散をさらに良好に進行させることが可能である。
【００８５】
そして、第１段階の加熱処理が終了すると、第２段階の加熱処理が実行される。
【００８６】
第２段階においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ２にまで昇温され、当該温度ＴＨ２で一定期間ＴＭ５２（例えば１０分）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ２は、水の沸点ＢＴ以上の温度であり、例えば約１５０℃である。この第２段階では、加熱により水分子にエネルギーを付与して、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子をさらに除去する。これによれば、第１段階の処理後においても両被接合物９１，９２の接合界面に残留していた水分子ＷＭ（図２３参照）をさらに除去することが可能である。また、この第２段階においても、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散が進行する。
【００８７】
このような２段階の加熱処理によれば、図２４に示すように、水分子ＷＭの除去をさらに進行させることによって、接合界面に存在していた水分子ＷＭをさらに除去し、接合界面でのＡｕ（金）−Ａｕ（金）の結合を促進することができる（図２５も参照）。これにより、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。なお、図２５は、Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。図２５の撮影画像は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影されたものである。
【００８８】
なお、理想的には図１７に示すように、空隙１１１が消滅することが好ましいが、図２４（および図２５）に示すような非常に小さな空隙（マイクロボイドとも称する）１１２が残存していたとしても十分な接合強度を得ることが可能である。また、マイクロボイド１１２には水分子が残留していてもよく、あるいは、マイクロボイド１１２から水分子が完全に除去されていてもよい。
【００８９】
また、図２６は、Ａｕ（金）の接合表面の撮影画像を示す図である。この撮影画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影されたものである。図２６においては、非常に小さな表面粗さ（詳細には、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）＝４．２ｎｍ（ナノメートル））を有するＡｕ（金）の接合表面、すなわち非常に平滑な表面が示されている。図２６に示すように、両被接合物９１，９２の接合表面は、非常に平滑な表面であるとしても微視的には凹凸を有している。
【００９０】
図２３および図２４（特に図２４）においては、１つの断面での様子が示されているため、水分子が接合界面から抜けていくことが困難にも見える。しかしながら、実際には、図２６に示すように、金の接合表面は微視的に凹凸を有しており、当該凹部等が平面的に連結されることにより、両被接合物９１，９２の接合界面には、水分子が通過可能な空洞が接合界面付近において網の目状に存在している（すなわち水分子が通過可能な「道」が存在する）。水分子はこのような「道」を通過して、図２７に示すように、両被接合物９１，９２の外縁部へと到達して接合界面から除去され得る。また、一部の水分子は、Ａｕ（金）の接合表面からその内部側へと浸透（拡散）していく。
【００９１】
また、上述のように、この実施形態においては、比較的小さな圧力値ＰＲ１０（約１ＭＰａ（メガパスカル））を加える加圧処理（低圧加圧処理）によって、両被接合物９１，９２が接合されている。
【００９２】
ここにおいて、仮に、上述のような水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力ＰＲ２０（例えば１５０ＭＰａ（メガパスカル）〜３００ＭＰａ（メガパスカル）程度）を加えることが求められる。特に、表面平滑化処理が施されていない接合表面同士（換言すれば、比較的粗い表面の接合表面同士）を水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力を加えることが求められる。たとえば、表面平滑化処理が施されていない比較的大きな表面粗さ（表面粗さ１００ｎｍ（ＲＭＳ））の接合表面同士を接合する場合には、３００ＭＰａ（メガパスカル）程度を加えることが求められる。
【００９３】
これに対して、この実施形態のように水分子吸着処理および水分子除去処理を伴って接合する場合には、より低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度を得ることが可能である。特に、表面平滑化処理（鏡面処理等）が施された平滑な接合表面（非常に小さな表面粗さ（例えば１０ｎｍ（ＲＭＳ）以下）を有する接合表面）同士を接合する場合には、さらに低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度（例えば２Ｊ／ｍ２（ジュール／平方メートル）程度）が得られる。
【００９４】
たとえば、表面粗さ１０ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１０ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合圧力）を加えることにより、十分な接合強度が得られる。また、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。同様に、表面粗さ１ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、０．５ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。
【００９５】
このように、上記の圧力ＰＲ２０の約１／１０程度以下の圧力（詳細には１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧）で加圧することによっても十分な接合強度が得られる。換言すれば、上記の値３００ＭＰａよりも１桁程度小さな接触圧（接合荷重）でも十分な接合強度を得ることが可能である。また特に、表面粗さを小さくするにつれて接合荷重をさらに低減することが可能である。たとえば、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）を有する接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合荷重）による低圧加圧処理を行うことにより、十分な接合強度が得られる。すなわち、上記の値３００ＭＰａよりも約２桁程度小さな接触圧を伴うことによって、十分な接合強度が得られている。
【００９６】
これによれば、接合時において接合表面に作用する応力を最小限に止めることができる。したがって、接合時における変形等をより確実に防止することも可能である。
【００９７】
以上のように、この接合システム１によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され（ステップＳ２０）、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される（ステップＳ３０）。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱される（ステップＳ５０）ことにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。また、加圧加熱されることにより、接合界面の固層での粒界拡散が起こり、残留応力の減少、接合面積の増大、および不純物の拡散により接合強度がアップする。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【００９８】
そして、このようにして両被接合物９１，９２を接合することによって、各種の半導体装置（デバイス）を生成（製造）することができる。
【００９９】
また、特に、上述の２段階の加熱処理によれば、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、さらに良好に接合することが可能である。なお、このような２段階加熱処理（図１９参照）ではなく、図２０に示すような加熱処理を実行するようにしてもよい。図２０においては、図１８よりも加熱時の昇温速度（昇温レート）を比較的緩やかにして１段階の加熱処理を行う場合が示されている。ただし、上述の２段階の加熱処理（図１９参照）によれば、泡の発生をより確実に防止し、両被接合物９１，９２をさらに良好に接合することが可能である。
【０１００】
＜２．第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０１】
上記第１実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において原子ビーム照射によるエネルギー波の照射を行う場合を例示したが、この第２実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において引き込み型電界プラズマ（単に「プラズマ」とも称する）を用いてエネルギー波の照射を行う場合を例示する。
【０１０２】
図２８は、第２実施形態に係る接合システム１（１Ｂとも称する）を示す図である。
【０１０３】
図２８に示すように、第２実施形態に係る接合システム１Ｂは、第１実施形態に係る接合システム１Ａと類似の構成を有している。ただし、この接合システム１Ｂにおいては、接合システム１Ａにおけるビーム照射部１１，２１は設けられていない。一方、接合システム１Ｂのヘッド２２Ｂおよびステージ１２Ｂは、それぞれ、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。
【０１０４】
接合システム１Ｂにおいては、ステージ１２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９１の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。また、ヘッド２２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９２の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。
【０１０５】
そして、このような接合システム１Ｂにおいて、上記第１実施形態の動作に類似する動作が実行される。
【０１０６】
具体的には、まず、この第２実施形態においてもバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）が実行される（図３０参照）。ただし、この第２実施形態に係るバックグラウンド減圧処理においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、第１実施形態における圧力値ＰＲ０までは低減されない。具体的には、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、上記の圧力値ＰＲ０よりも大きな圧力値ＰＲ２にまで低減される。圧力値ＰＲ２は、表面活性化処理時（ステップＳ２０）の圧力値ＰＲ３と同等以下であり、且つ、所定値よりも大きな値である。たとえば、圧力値ＰＲ２は、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の値である。このように、次の表面活性化処理の実行時点よりも前の時点において、両被接合物９１，９２の載置空間は、圧力値ＰＲ２にまで一旦減圧される（図３０参照）。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）を予め低減することができる。また、値ＰＲ０よりも大きな値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、（不要な不純物を除去しつつ）水分子を残留させておくことが可能である。なお、後述するように、この残留した水分子は、ステップＳ３０での水分子吸着処理に利用される。
【０１０７】
なお、この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ２は、図３０に示すように、次のプラズマ照射を伴う期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ３（例えば数十Ｐａ（パスカル））よりも低い値あるいは同等の値である。本願では、このような減圧処理も、表面活性化処理（ステップＳ２０）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」とも称するものとする。
【０１０８】
その後、期間ＴＭ１において、プラズマ処理による表面活性化処理が両被接合物９１，９２に施される。詳細には、真空チャンバ２内にプラズマ反応ガス（例えばアルゴン）が供給され、低真空状態（例えば数十Ｐａ（パスカル）程度）でステージ１２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによって、プラズマが発生する。このとき、発生したプラズマイオン（換言すれば、イオン化された特定物質）（例えば、アルゴンイオン）が被接合物９１に引き込まれて当該被接合物９１に照射されることによって、被接合物９１の表面活性化処理が行われる。また、同様に、ヘッド２２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによってプラズマを発生させ、発生したプラズマイオンによって被接合物９２の表面活性化処理が行われる。このようにして、両被接合物９１，９２の接合表面のそれぞれに向けてプラズマを用いたエネルギー波が照射されることにより、両被接合物９１，９２の各接合表面が活性化される。なお、この表面活性化処理は、両被接合物９１，９２の「スライド配置状態」で実行される。
【０１０９】
図２９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２９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９９の除去が行われる。第２実施形態に係る表面活性化処理においては、このような処理が実行される。
【０１１０】
次に、表面活性化処理の直後において、水分子の吸着処理が実行される。
【０１１１】
ただし、この第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、水ガスの供給を伴わずに水分子の吸着処理が実行される。
【０１１２】
具体的には、上述のように、ステップＳ１０のバックグラウンド減圧において値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、不要な不純物を除去しつつ水分子を残留させておく。そして、ステップＳ２０のプラズマ処理（表面活性化処理）の直後において、一定期間（例えば１分〜数分）にわたって両被接合物９１，９２を放置しチャンバ２の雰囲気に曝しておく。これによれば、雰囲気内に含まれる水分子を、表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２の接合表面に吸着させることができる。すなわち、水分子吸着処理を実行することができる。
【０１１３】
なお、この第２実施形態においては、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、水ガスの供給と値ＰＲ２へのバックグラウンド減圧とを併用することによって、水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
その後、ステップＳ４０の移動処理が実行される。具体的には、被接合物９１はスライド移動機構１４を用いてＸ方向に被接合物９２の直下位置にまでスライド移動され、両被接合物９１，９２が対向する（図１０参照）。
【０１１５】
そして、ヘッド２２Ｂが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。
【０１１６】
この第２実施形態においては、以上のような動作が実行される。このような動作によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱されることにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【０１１７】
また、図３１は、参考例を示す図である。図３１は、Ｓｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合に関して、バックグラウンド減圧値ＶＰと接合強度（接合エネルギー）ＢＥとの関係を示す図である。図３１に示すように、当該参考例に係るＳｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合においては、（Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合等に関する本願発明とは逆に、）雰囲気中の残存水分量が少ない方が好ましいことが判っている。そして、図３１においては、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−３程度である場合には、未だ水分子の残存量が多いため、非常に低い接合強度しか得られないことが示されている。また、図３１においては、水分子の残存量を十分に低減して、十分な接合強度（例えば２．０Ｊ／ｍ２）を得るためには、１０−５Ｐａよりも低い値まで減圧することが好ましいことが示されている。このことは、１０−５Ｐａ以上の減圧雰囲気中には或る程度の水分子が未だ残存していることを示している。
【０１１８】
したがって、上記第２実施形態のように、バックグラウンド減圧値として、１０−５Ｐａ以上の圧力値ＰＲ２を用いることによれば、水ガスの供給を伴わずとも、水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。
【０１１９】
また、図３２は、上記第２実施形態におけるバックグラウンド減圧値ＶＰと接合面積率ＲＳとの関係（実験結果）を示す図である。ここで、接合面積率ＲＳは、実際に接合されている接合面積ＳＳを全面積ＴＳで除した値（ＲＳ＝ＳＳ／ＴＳ）である。また、接合面積ＳＳは、全面積ＴＳからボイド部分（後述する図３４の白色部分）の面積ＶＳ等を除いた面積である（ＳＳ＝ＴＳ−ＶＳ）。接合面積率ＲＳが大きくなるにつれて、接合強度（接合エネルギー）ＢＥも大きくなる。
【０１２０】
図３２に示すように、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）よりも小さいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）に対して小さくなるにつれて接合面積率ＲＳは徐々に低くなる。また、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）よりも大きいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）に対して大きくなるにつれて接合面積率ＲＳは急激に低くなる。例えば、図３４に示すように、ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳが比較的大きく、接合面積率ＲＳは比較的小さくなる。なお、図３４は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０＋３での実験結果を示す図である。
【０１２１】
一方、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０＋２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であるときには、接合面積率ＲＳは比較的大きな値（約９７％以上の値）になる。例えば、図３３に示すように、（図３４と比較すると、）ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳは比較的小さくなり、接合面積率ＲＳは比較的大きくなる。なお、図３３は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０−４での実験結果を示す図である。
【０１２２】
このような実験結果からも判るように、バックグラウンド減圧値ＶＰは１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値に設定されることが好ましい。
【０１２３】
ところで、接合システム１においては、例えばステージ１２にアライメント用の窓（開口部）が設けられることがある。しかしながら、このようなアライメント用の窓がステージ１２に存在する場合には、一般的には、被接合物９１の反対側の面（すなわち接合表面）のうち当該窓部分に対応する領域には十分な接合圧力を作用させることができない。なお、本願発明者らは、本願明細書の課題の欄で述べたように、高い真空度にまで減圧しても、両被接合物を良好に接合することができないことを経験した。そして、このような現象は、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し十分な接合圧力を作用させることができない場合には特に顕著であった。
【０１２４】
これに対して、この実施形態のように、バックグラウンド減圧値ＶＰを適宜の値に設定して両被接合物９１，９２の接合表面に水分子を吸着させることによれば、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し比較的小さな接合圧力しか作用させることができない場合であっても、両被接合物９１，９２を良好に接合することが可能である。
【０１２５】
＜３．第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態の変形例である。第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、表面活性化処理としてプラズマ処理が採用される場合を例示する。
【０１２６】
ただし、この第３実施形態においては、表面活性化処理と接合処理とは互いに異なる処理室で実行される。具体的には、表面活性化処理は洗浄処理部１２０（次述）で実行され、接合処理は接合処理部１４０（次述）で実行される。また、洗浄処理部１２０では水分子吸着処理も実行され、接合処理部１４０では水分子除去処理も実行される。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１２７】
図３５は、第３実施形態に係る接合システム１（１Ｃとも称する）を示す上面図である。
【０１２８】
図３５に示すように、この接合システム１Ｃは、導入部１１０と洗浄処理部１２０と反転部１３０と接合処理部１４０と搬送部１５０と搬送ロボット（搬送装置）ＲＢ１とを備えている。これらの各処理部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０は、それぞれ、減圧装置に接続されており真空状態を形成することが可能である。
【０１２９】
搬送部１５０は、その他の処理部１１０，１２０，１３０，１４０に接続される被接合物搬送用の処理室であり、搬送ロボットＲＢ１を備えている。搬送部１５０に設置された搬送ロボットＲＢ１は、被接合物を複数の処理部１１０，１２０，１３０，１４０の相互間で移動させることができる。ここでは、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）するものとする。
【０１３０】
導入部１１０は、被接合物を装置外部から搬入すること、及び被接合物を装置外部へと搬出することを行うチャンバ（処理室）である。
【０１３１】
洗浄処理部１２０は、被接合物に対してプラズマ処理（表面活性化処理）を行うチャンバ（処理室）である。洗浄処理部１２０は、図３６に示すように、被接合物を保持するステージ１２１Ｃを有している。当該ステージ１２１Ｃは、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。
【０１３２】
反転部１３０は、被接合物の上下を反転させる処理部である。反転部１３０は、被接合物を回転して反転する反転部材を有している。
【０１３３】
また、接合処理部１４０は、水分子吸着処理が施された両被接合物９１，９２の接合処理を行うチャンバ（処理室）である。この接合処理部１４０は、第２実施形態の真空チャンバ２内の構成と類似の構成を有している。ただし、接合処理部１４０は、スライド移動機構１４を有しない点、ならびにヘッド２２Ｃおよびステージ１２Ｃがプラズマ電極として機能しない点で、第２実施形態の接合システム１Ｂのチャンバ２内の構成と相違する。接合処理部１４０においては、ヘッド２２Ｃとステージ１２Ｃとが常に対向している。
【０１３４】
次に、第３実施形態に係る動作について説明する。
【０１３５】
まず、導入部１１０に搬入された被接合物９２が、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。洗浄処理部１２０においては、被接合物９２の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置される。そして、被接合物９２の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０へと搬送され、反転部１３０内に設けられた反転装置によって被接合物９２の上下が反転される。反転後の被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０から取り出され、今度は接合処理部１４０へと搬送される。このように、被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１および反転部１３０によって、洗浄処理部１２０から接合処理部１４０へと反転を伴って移動される。移動後の被接合物９２は、その接合表面が下側を向いた状態で、接合処理部１４０内のヘッド２２Ｃ（図３７参照）によって保持される。
【０１３６】
つぎに、もう一方の被接合物９１は、導入部１１０に搬入された後、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。そして、洗浄処理部１２０において、被接合物９１の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置され、被接合物９１の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。そして、プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９１は、搬送ロボットＲＢ１によって、洗浄処理部１２０から取り出され、その接合表面が上側を向いた状態のまま、接合処理部１４０へと移動される。移動後においては、図３７に示すように、被接合物９１は、その接合表面が上側を向いた状態で、接合処理部１４０内のステージ１２Ｃによって保持される。これにより、ヘッド２２Ｃによって保持された被接合物９２と、ステージ１２Ｃによって保持された被接合物９１とは、接合処理部１４０内において所定の間隙を空けて対向する状態で配置される。
【０１３７】
その後、ヘッド２２Ｃが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。
【０１３８】
第３実施形態においては、以上のような動作が実行される。
【０１３９】
このような動作によれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
なお、この第３実施形態においては、２つの被接合物９１，９２に対する表面活性化処理がそれぞれ異なる期間に実行される場合（すなわち時間をずらして実行される場合）を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０内において、両被接合物９１，９２を対向配置し、当該対向配置状態で両被接合物９１，９２に対するプラズマ洗浄処理を同時に実行するようにしてもよい。また、その後は、水分子吸着処理を両被接合物９１，９２に対して施すとともに、両被接合物９１，９２を洗浄処理部１２０から同時に取り出し、両被接合物９１，９２を同時に接合処理部１４０へと搬送し、ステージ１２Ｃおよびヘッド２２Ｃにそれぞれ装着するようにしてもよい。具体的には、そのアーム先端部の上下両側に被接合物の保持チャックを有する搬送ロボットＲＢ１（ＲＢ１ｄ）を用いて、両被接合物９２，９１をそれぞれ保持することによって、このような搬送動作を実現すればよい。
【０１４１】
また、この第３実施形態においては、洗浄処理部１２０においてプラズマ処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０において、原子ビームあるいはイオンビームを用いて、表面活性化処理を行うようにしてもよい。
【０１４２】
＜４．その他＞
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。
【０１４３】
たとえば、上記第１および第２実施形態においては、スライド配置状態で各被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行する場合を例示したが、これに限定されず、対向状態の両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行するようにしてもよい。
【０１４４】
また、上記第３実施形態においては、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は処理室１５０内において被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）する場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、図３８に示すように、洗浄処理部１２０にて表面活性化処理と水分子吸着処理との双方が施された両被接合物９１，９２を、接合処理部１４０へと大気圧中で搬送（大気搬送）するようにしてもよい。このような大気搬送を伴う場合においても、接合表面に吸着された水分子によって接合表面が保護されているため、接合表面への不純物の再付着を抑制することが可能である。
【０１４５】
また、上記各実施形態において複数組の被接合物（９１，９２）を処理する場合には、各組の被接合物（９１，９２）のそれぞれについて上記のステップＳ１０〜Ｓ５０の工程を順次に実行する動作が繰り返し実行されればよい。特に、ステップＳ５０に関しても、各組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理と第２段階の処理とを順次に実行する動作が、複数組の被接合物（９１，９２）に対して繰り返し実行されればよい。ただし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、複数組の被接合物（９１，９２）に対して、第１段階の処理を逐次的に処理する一方で、第２段階の処理を一括的に処理するようにしてもよい。詳細には、上記第３実施形態等において複数組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理を接合処理部１４０で順次に施した後に、バッチ式の加熱処理部１６０（不図示）に順次に搬送し、当該加熱処理部１６０において第２段階の処理を当該複数組の被接合物（９１，９２）に対して同時に施すようにしてもよい。このように第２段階の加熱処理をバッチ方式で実行することによれば、複数組の被接合物に対する総処理時間を短縮することが可能である。
【０１４６】
また、上記各実施形態においては、ステップＳ５０において、加熱処理と加圧処理との双方を伴って両被接合物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、ステップＳ５０において加圧処理を行わず加熱処理のみを行うようにしてもよい。
【０１４７】
また、上記第１実施形態のバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐが圧力値ＰＲ０まで低減される場合を例示したが、これに限定されず、第２実施形態と同様の圧力値ＰＲ２にまで低減するようにしてもよい。そして、第２実施形態と同様に、真空チャンバ２内の雰囲気中に残留した水分子を用いて、（表面活性化処理後の）水分子吸着処理を行うようにしてもよい。なお、この場合、さらに水ガスの供給を伴って水分子吸着処理を実行するようにしてもよく、あるいは、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。
【０１４８】
また、各実施形態においては、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理においてのみ低圧加圧処理を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理と第２段階の加熱処理との双方において加圧処理（特に低圧加圧処理）を行うようにしてもよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態等においては、Ａｕ（金）とＡｕ（金）との接合を行う場合を例示したが、これに限定されない。
【０１５０】
例えば、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ｃｕ（銅）は、（シリコン等よりは酸化しにくいが、）金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程において、銅の酸化物、銅の水酸化物あるいは銅の水和物が接合表面に形成される。そして、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合の際には、銅の当該酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し（図３９参照）、銅の酸化物等同士の結合が実現される（図４０参照）。なお、図３９は、上述の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理後の接合界面を示す図であり、図４０は、上述の２段階加熱処理のうち第２段階の加熱処理後の接合界面を示す図である。図３９および図４０においては、銅の酸化物として、ＣｕＯ（酸化銅）が生成される場合が模式的に示されている。
【０１５１】
このような変形例に係るＣｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合処理は、上述のＡｕ（金）−Ａｕ（金）の接合処理と比較すると、銅の酸化物等が比較的多く形成される点で相違しているが、水分子の付着処理および除去処理によってボイドを縮小（ないし消滅）させて、強固な接合を実現する点で共通している。なお、図４１は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４１に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）に銅の酸化物等が形成された状態で、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の強固な接合が実現される。
【０１５２】
あるいは、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ａｌ（アルミニウム）は、Ｃｕ（銅）と同様に、金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程においてアルミニウムの酸化物、アルミニウムの水酸化物あるいはアルミニウムの水和物が接合表面に形成される。そして、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合の際には、アルミニウムの酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し、Ａｌ（アルミニウム）の酸化物等同士の結合が実現される。なお、図４２は、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４２に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）にアルミニウムの酸化物等が形成された状態で、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の強固な接合が実現される。
【０１５３】
あるいは、Ｃｕ（銅）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。この場合、Ｃｕ（銅）の表面には銅の酸化物等（たとえばＣｕＯ（酸化銅））が形成される。そして、接合界面において当該銅の酸化物等とＡｕ（金）とのそれぞれに水分子が吸着された後に当該水分子が除去されることによって、ボイドが縮小ないし消滅されるとともにＡｕ（金）と銅の酸化物等とが結合される。これにより、強固な接合が実現される。
【０１５４】
同様に、Ａｌ（アルミニウム）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。さらには、Ａｌ（アルミニウム）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。
【０１５５】
また、エネルギー波照射における特定物質としては、上記各実施形態のようにアルゴンを使用することが好ましい。アルゴンは、他の物質と反応しにくく、且つ、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。ただし、これに限定されず、クリプトン（Ｋｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）などの他の物質を、エネルギー波の照射における特定物質として用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 接合システム
２ 真空チャンバ
１１，２１ ビーム照射部
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２１Ｃ
ステージ
２２，２２Ｂ，２２Ｃ
ヘッド
９１，９２ 被接合物
９９ 付着物
１１１，１１２ 空隙
１２０ 洗浄処理部
１３０ 反転部
１４０ 洗浄処理部
１５０ 搬送部
ＶＰ バックグラウンド減圧値
ＷＭ 水分子
【技術分野】
【０００１】
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し、特にＡｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を接合する接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの被接合物の接合表面をイオンビーム等を用いて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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、２つの被接合物の接合表面がイオンビーム等によって洗浄された後、洗浄された２つの被接合物の接合表面が対向状態にされて接合される技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９２７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコンの接合技術である上記従来技術を、Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合に応用することが考えられる。このような接合技術において、一般に、２つの被接合物が配置される空間には不純物が存在しないことが好ましいため、比較的高い真空度にまで一旦減圧しておくことが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明の発明者は、１０−６Ｐａ（パスカル）〜１０−８Ｐａ（パスカル）程度にまで一旦減圧した後に、Ａｕ（金）で形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を接合することを試行した。
【０００７】
しかしながら、このような高い真空度にまで減圧した後に接合処理を行っても、両被接合物の接合表面の相互間に複数の部分的空隙（ボイド）が形成され、両被接合物を適切に接合することが困難である、との事態に直面した（図４３および図４４参照）。
【０００８】
また、このような状況は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合、Ｃｕ（銅）−Ａｕ（金）の接合、およびＡｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合等においても同様に生じる。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する２つの被接合物を良好に接合することが可能な接合技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合方法であって、ａ）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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、ｃ）前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る接合方法において、ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る接合方法において、前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする。
【００１３】
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方法において、前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る接合方法において、前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る接合方法において、前記ステップｃ）は、ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項２に記載の接合方法において、ｅ）前記ステップｄ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１に記載の接合方法において、ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合システムであって、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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、半導体装置であって、請求項１ないし請求項９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る半導体装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし請求項９に記載の発明によれば、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、水分子を残した状態で不純物を排除することが可能であるので、水ガスの供給を必ずしも要することなく水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。
【００２２】
また特に、請求項６に記載の発明によれば、急激な温度上昇に起因する泡の発生を回避しつつ、適切に両被接合物を接合することが可能である。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る接合システムの全体構成を示す縦断面図である。
【図２】接合システムの横断面図である。
【図３】Ｉ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図４】II−II断面を示す断面図である。
【図５】位置認識部の構成等を示す図である。
【図６】接合動作を示すフローチャートである。
【図７】接合システムにおける動作を示す図である。
【図８】接合システムにおける動作を示す図である。
【図９】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１０】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１１】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１２】接合システムにおける動作を示す図である。
【図１３】圧力変化を示す図である。
【図１４】表面活性化処理を示す模式図である。
【図１５】水分子吸着処理を示す模式図である。
【図１６】接合界面（水分子除去前）を示す断面図である。
【図１７】接合界面（水分子除去後）を示す断面図である。
【図１８】急激な加熱処理を示す図である。
【図１９】第１実施形態における加熱処理等を示す図である。
【図２０】他の加熱処理例を示す図である。
【図２１】急激な加熱により泡が発生する様子を示す概念図である。
【図２２】急激な加熱により水分子が比較的速く除去され、比較的大きな空隙が残存する様子を示す図である。
【図２３】２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理後の接合界面の状態を示す図である。
【図２４】２段階加熱処理のうち第２段階の加熱処理後の接合界面の状態を示す図である。
【図２５】Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図２６】接合表面（Ａｕ）の撮影画像を示す図である。
【図２７】両被接合物の上面図である。
【図２８】第２実施形態に係る接合システムの全体構成を示す縦断面図である。
【図２９】プラズマを用いた表面活性化処理を示す図である。
【図３０】圧力変化を示す図である。
【図３１】Ｓｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合に関して、バックグラウンド減圧値と接合強度との関係を示す図である（参考例）。
【図３２】第２実施形態におけるバックグラウンド減圧値と接合面積率ＲＳとの関係を示す図である。
【図３３】或るバックグラウンド減圧値での実験結果を示す図である。
【図３４】別のバックグラウンド減圧値での実験結果を示す図である。
【図３５】第３実施形態に係る接合システムの全体構成を示す上面図である。
【図３６】洗浄処理部におけるプラズマ処理を示す概念図である。
【図３７】接合処理部のステージに被接合物が装着される様子を示す図である。
【図３８】変形例に係る接合システムを示す図である（大気搬送）。
【図３９】Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合状態を示す図である（第１段階後）。
【図４０】Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合状態を示す図である（第２段階後）。
【図４１】Ｃｕ−Ｃｕの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図４２】Ａｌ−Ａｌの接合界面の撮影画像を示す図である。
【図４３】比較例に係る接合結果を示す上面図である。
【図４４】比較例に係る接合結果を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．装置＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る接合システム１（１Ａとも称する）を示す図である。図１は接合システム１の縦断面図であり、図２は当該接合システム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。
【００２７】
この接合システム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。この接合システム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。
【００２８】
この実施形態では、被接合物９１，９２は、それぞれ、Ａｕ（金）で形成された接合表面を有している。たとえば、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に直接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有している。または、被接合物９１，９２は、それぞれ、シリコンウエハ上に形成された他の金属薄膜（Ｎｉ（ニッケル）層あるいはＴｉ（チタン）層等）の上にＡｕ（金）の金属薄膜がさらに積層された構成を有していてもよい。換言すれば、シリコンウエハ上に間接的にＡｕ（金）の金属薄膜が積層された構成を有していてもよい。
【００２９】
また、この実施形態においては、両被接合物９１，９２の各接合表面には予め表面平滑化処理（鏡面処理等）が施されているものとする。
【００３０】
そして、被接合物９１の金属薄膜（詳細にはＡｕ）と被接合物９２の金属薄膜（詳細にはＡｕ）とが接合システム１を用いて接合される。
【００３１】
接合システム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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、接合システム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兼用するようにしてもよい。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
さらに、後述するように、この接合システム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５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。
【００４２】
また、この実施形態においては、図５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。
【００４３】
このように、接合システム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。接合システム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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、接合システム１は、２つのビーム照射部１１，２１を備えている。接合システム１においては、これらの２つのビーム照射部１１，２１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いる（図２も参照）。ビーム照射部１１，２１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
この接合システム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、接合システム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１１および図１２）。
【００５０】
ここにおいて、ビーム照射部１１，２１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。換言すれば、ビーム照射部１１，２１は、両被接合物９１，９２の接合表面に向けてエネルギー波を照射することによって、両被接合物９１，９２の接合表面を活性化する。
【００５１】
なお、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るものとする。ただし、これに限定されず、ビーム照射部１１，２１としてイオンビーム照射装置を用い、イオンビームを両被接合物９１，９２の接合表面に向けて照射するようにしてもよい。
【００５２】
また、接合システム１は、コントローラＣＴを備えている。接合システム１における各種の動作は、当該コントローラＣＴの制御下において実行される。コントローラＣＴは、例えば、後述する各種の処理（バックグラウンド減圧処理、表面活性化処理、水分子吸着処理および加熱・加圧処理等）を制御する。
【００５３】
＜１−２．動作＞
次に、接合システム１における接合動作について、図６のフローチャートおよび図７〜図１２の模式図を参照しながら説明する。図７〜図１２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１２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。
【００５４】
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。
【００５５】
この後、ステップＳ１０（図６）において、バックグラウンド減圧処理（次述）が実行される。
【００５６】
具体的には、接合システム１は、図１３に示すように、期間ＴＭ０において真空ポンプ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、１０−８Ｐａ（パスカル）〜１０−６Ｐａ（パスカル）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）を予め低減することができる。
【００５７】
この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ０は、図１３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１０−２Ｐａ（パスカル））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。圧力値ＰＲ０は、期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ１、たとえば１０−２Ｐａ（パスカル）よりも小さな値であればよい。当該圧力値ＰＲ０は、１０−２Ｐａ（パスカル）に比べて非常に小さな値であることがさらに好ましい。たとえば、圧力値ＰＲ０は、上述のように、１０−８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−６Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよく、あるいは、１０―８Ｐａ（パスカル）以上且つ１０−４Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であってもよい。
【００５８】
つぎに、ステップＳ２０（図６）において、図８に示すように、接合システム１は、ビーム照射部１１，２１を用いた表面活性化処理を実行する。
【００５９】
この表面活性化処理においては、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１４は、表面活性化処理を示す模式図である。
【００６５】
図１４に示すように、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１４では短い線分で模式的に示す）が露出した状態が形成される。
【００６６】
さて、図８および図１４に示すような表面活性化処理が終了すると、ステップＳ３０において、水分子吸着工程が実行される（図９参照）。
【００６７】
ここでは、ステップＳ３０において、水ガスが真空チャンバ２内に供給される。水ガスとしては、水分（水分子）を含む不活性ガス（窒素ガス等）などが用いられる。
【００６８】
より具体的には、水ガスは、弁３７（図１参照）の開放に応じて、水ガス供給部３５から通気路３６を経由して真空チャンバ２内に供給される。そして、各被接合物９１，９２の接合表面が所定期間（例えば、１分程度〜数分程度）にわたって水ガス雰囲気に曝されると、図１５に示すように、水ガスに含まれる水分子が各被接合物９１，９２の接合表面に吸着される。
【００６９】
このように、ステップＳ３０の水分子吸着処理においては、ステップＳ２０の表面活性化処理で形成されたダングリングボンドに対して水分子が吸着される。接合表面のＡｕ（金）のダングリングボンドには水分子が吸着されるため、ステップＳ５０での処理前において不純物が当該ダングリングボンドに再結合すること（換言すれば、各被接合物９１，９２の接合表面への不純物の付着）が防止される。端的に言えば、両被接合物９１，９２の接合表面に吸着された水分子は、当該接合表面の保護機能を有している。なお、Ａｕ（金）は酸化されにくいという特質を有しているため、上記のようなＡｕ（金）に対する水分子吸着処理は特に良好に行われ得る。
【００７０】
つぎに、ステップＳ４０（図６参照）において、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。
【００７１】
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、表面活性化処理の実行後において、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。
【００７２】
その後、図１１に示すように、両被接合物９１，９２を互いに接近させていく。そして、図１２に示すように、両被接合物９１，９２を接触させる。
【００７３】
さらに、次のステップＳ５０（図６参照）においては、水分子吸着処理がステップＳ３０で施された両被接合物９１，９２の接合表面を互いに接触させた状態で、両被接合物９１，９２の接合表面を加熱する処理（加熱処理）が実行される。この実施形態においては、上述のように水分子吸着処理がステップＳ３０で施されているため、両被接合物９１，９２の接合表面の空隙部分には、水分子ＷＭが存在する（図１６参照）。この実施形態においては、この水分子を利用してボイドを解消する処理が実行される。なお、後述するように、当該水分子は、上述の接合表面の保護機能のみならず、両被接合物９１，９２の接合界面のボイドを良好に消滅ないし縮小させる機能をも有している。
【００７４】
具体的には、図１６および図１７に示すように、接合システム１は、両被接合物９１，９２を接触させた状態で、当該両被接合物９１，９２を加熱し、両被接合物９１，９２の接合界面付近の空隙１１１から水分子を除去する。なお、水分子は、比較的小さな強度でＡｕ（金）に付着しているため、水分子とＡｕ（金）との付着状態は、比較的小さなエネルギーで解除され得る。具体的には、比較的低温（例えば１５０℃〜２００℃程度）で加熱することによって、水分子を除去することができる。
【００７５】
この加熱工程（水分子除去工程）においては、図１６に示すように、水分子の除去に応じて負圧が発生して空隙１１１の間隔（上下の幅）を狭める向きの力Ｆ１が作用するとともに、Ａｕ（金）原子の粒界拡散現象により空隙１１１を押し潰そうとする力Ｆ２も作用する。これらの力Ｆ１，Ｆ２が作用することにより当該空隙１１１が縮小（理想的には消滅）するとともに両被接合物９１，９２の接合界面において被接合物９１の接合表面の金と被接合物９２の接合表面の金とが結合し、図１７に示すように、両被接合物９１，９２は強固に接合される。すなわち、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。
【００７６】
一方、比較例に係る処理結果を図４３および図４４に示す。この比較例に係る処理は、水分子の吸着を伴わずに両被接合物９１，９２が接合される処理である。具体的には、当該比較例に係る処理は、ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ５０の各工程が行われ且つステップＳ３０の工程が行われない処理である。図３０に示すように、両被接合物９１，９２の接合界面の空隙には水分子が存在しない。そのため、水分子の除去が行われず、多くの大きな空隙１１１が存在したままである。この結果、両被接合物９１，９２の接合界面にボイドＶＤ（１１１）が発生する（図４４参照）。
【００７７】
これに対して、この実施形態に係る処理によれば、上述のように、水分子の除去に応じた力が作用して空隙１１１が縮小（理想的には消滅）し、ボイドが抑制された状態で両被接合物９１，９２が良好に接合される。
【００７８】
また、上記のステップＳ５０においては、所定温度ＴＨ２にまで昇温する加熱処理を行うことによって、水分子の除去処理が実行される。具体的には、このような加熱処理としては、図１８に示すように、ステップＳ４０の終了直後において例えば室温から所定温度ＴＨ２にまで急激に昇温する処理が一案として考えられる。ただし、その場合には、図２１に示すように、急激な温度上昇に伴って泡ＢＬが発生することがある。このとき、水分子が急激に除去されるため、図２２に示すように、Ａｕ（金）原子の粒界拡散の速度に比べて水分子が除去される速度が大きく、比較的大きな空隙１１１が残存してしまうことがある。したがって、図１８のような急激な加熱処理を回避することが好ましい。
【００７９】
そこで、この実施形態においては、ステップＳ５０の処理として、次述するような２段階の加熱処理を行うものとする。これによれば、泡の発生等を回避して、さらに良好な接合動作を実行することが可能である。
【００８０】
図１９は、ステップＳ５０における２段階加熱処理を示す図である。
【００８１】
まず、第１段階の処理においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ１で一定期間ＴＭ５１（例えば１時間）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ１は、水の沸点ＢＴ（１００℃）以下の温度であり、例えば約８０℃である。
【００８２】
この第１段階（期間ＴＭ５１）においては、両被接合物９１，９２が接触した状態において、加熱により水分子にエネルギーが付与される。その結果、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去されていくとともに、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散も進行する。ただし、第１段階においては、両被接合物９１，９２が比較的低温（具体的には、水の沸点ＢＴ以下の温度ＴＨ１）に維持されて両被接合物９１，９２が密着される。このように第１段階の加熱処理によれば、急激な加熱に起因する泡の発生を回避しつつ、水分子の除去を比較的緩やかに進行させるとともに両被接合物９１，９２の接合表面の粒界拡散を進行させることができる。
【００８３】
このような第１段階の処理において水除去および粒界拡散が進行することによって、接合界面において比較的広い面積にわたって存在していた空隙１１１が比較的狭い面積の空隙１１２へと縮小され、両被接合物９１，９２の接合界面は、図１６の状態から図２３の状態へと遷移する。このようにして空隙の大きさが低減されていくため、Ａｕ（金）の接触面積が増大し、密着性が増大する。なお、この段階では、接合界面には未だ水分子ＷＭが残留している。
【００８４】
また、この実施形態では、第１段階において、両被接合物９１，９２の相互間に接触圧ＰＲ１０（ここでは、１．２５ＭＰａ（メガパスカル））を作用させる加圧処理をも行う。これによれば、粒界拡散をさらに良好に進行させることが可能である。
【００８５】
そして、第１段階の加熱処理が終了すると、第２段階の加熱処理が実行される。
【００８６】
第２段階においては、両被接合物９１，９２が温度ＴＨ２にまで昇温され、当該温度ＴＨ２で一定期間ＴＭ５２（例えば１０分）にわたって加熱される。ここで、温度ＴＨ２は、水の沸点ＢＴ以上の温度であり、例えば約１５０℃である。この第２段階では、加熱により水分子にエネルギーを付与して、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子をさらに除去する。これによれば、第１段階の処理後においても両被接合物９１，９２の接合界面に残留していた水分子ＷＭ（図２３参照）をさらに除去することが可能である。また、この第２段階においても、両被接合物９１，９２の接合表面における粒界拡散が進行する。
【００８７】
このような２段階の加熱処理によれば、図２４に示すように、水分子ＷＭの除去をさらに進行させることによって、接合界面に存在していた水分子ＷＭをさらに除去し、接合界面でのＡｕ（金）−Ａｕ（金）の結合を促進することができる（図２５も参照）。これにより、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。なお、図２５は、Ａｕ−Ａｕの接合界面の撮影画像を示す図である。図２５の撮影画像は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影されたものである。
【００８８】
なお、理想的には図１７に示すように、空隙１１１が消滅することが好ましいが、図２４（および図２５）に示すような非常に小さな空隙（マイクロボイドとも称する）１１２が残存していたとしても十分な接合強度を得ることが可能である。また、マイクロボイド１１２には水分子が残留していてもよく、あるいは、マイクロボイド１１２から水分子が完全に除去されていてもよい。
【００８９】
また、図２６は、Ａｕ（金）の接合表面の撮影画像を示す図である。この撮影画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影されたものである。図２６においては、非常に小さな表面粗さ（詳細には、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）＝４．２ｎｍ（ナノメートル））を有するＡｕ（金）の接合表面、すなわち非常に平滑な表面が示されている。図２６に示すように、両被接合物９１，９２の接合表面は、非常に平滑な表面であるとしても微視的には凹凸を有している。
【００９０】
図２３および図２４（特に図２４）においては、１つの断面での様子が示されているため、水分子が接合界面から抜けていくことが困難にも見える。しかしながら、実際には、図２６に示すように、金の接合表面は微視的に凹凸を有しており、当該凹部等が平面的に連結されることにより、両被接合物９１，９２の接合界面には、水分子が通過可能な空洞が接合界面付近において網の目状に存在している（すなわち水分子が通過可能な「道」が存在する）。水分子はこのような「道」を通過して、図２７に示すように、両被接合物９１，９２の外縁部へと到達して接合界面から除去され得る。また、一部の水分子は、Ａｕ（金）の接合表面からその内部側へと浸透（拡散）していく。
【００９１】
また、上述のように、この実施形態においては、比較的小さな圧力値ＰＲ１０（約１ＭＰａ（メガパスカル））を加える加圧処理（低圧加圧処理）によって、両被接合物９１，９２が接合されている。
【００９２】
ここにおいて、仮に、上述のような水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力ＰＲ２０（例えば１５０ＭＰａ（メガパスカル）〜３００ＭＰａ（メガパスカル）程度）を加えることが求められる。特に、表面平滑化処理が施されていない接合表面同士（換言すれば、比較的粗い表面の接合表面同士）を水分子吸着処理等を伴わずに接合する場合には、比較的大きな圧力を加えることが求められる。たとえば、表面平滑化処理が施されていない比較的大きな表面粗さ（表面粗さ１００ｎｍ（ＲＭＳ））の接合表面同士を接合する場合には、３００ＭＰａ（メガパスカル）程度を加えることが求められる。
【００９３】
これに対して、この実施形態のように水分子吸着処理および水分子除去処理を伴って接合する場合には、より低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度を得ることが可能である。特に、表面平滑化処理（鏡面処理等）が施された平滑な接合表面（非常に小さな表面粗さ（例えば１０ｎｍ（ＲＭＳ）以下）を有する接合表面）同士を接合する場合には、さらに低い圧力（接合荷重）で加圧することによっても十分な接合強度（例えば２Ｊ／ｍ２（ジュール／平方メートル）程度）が得られる。
【００９４】
たとえば、表面粗さ１０ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１０ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合圧力）を加えることにより、十分な接合強度が得られる。また、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。同様に、表面粗さ１ｎｍ（ＲＭＳ）の接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、０．５ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧を加えることにより、十分な接合強度が得られる。
【００９５】
このように、上記の圧力ＰＲ２０の約１／１０程度以下の圧力（詳細には１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧）で加圧することによっても十分な接合強度が得られる。換言すれば、上記の値３００ＭＰａよりも１桁程度小さな接触圧（接合荷重）でも十分な接合強度を得ることが可能である。また特に、表面粗さを小さくするにつれて接合荷重をさらに低減することが可能である。たとえば、表面粗さ４ｎｍ（ＲＭＳ）を有する接合表面同士を水分子吸着処理等を伴って接合するときには、１ＭＰａ（メガパスカル）程度の接触圧（接合荷重）による低圧加圧処理を行うことにより、十分な接合強度が得られる。すなわち、上記の値３００ＭＰａよりも約２桁程度小さな接触圧を伴うことによって、十分な接合強度が得られている。
【００９６】
これによれば、接合時において接合表面に作用する応力を最小限に止めることができる。したがって、接合時における変形等をより確実に防止することも可能である。
【００９７】
以上のように、この接合システム１によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され（ステップＳ２０）、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される（ステップＳ３０）。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱される（ステップＳ５０）ことにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。また、加圧加熱されることにより、接合界面の固層での粒界拡散が起こり、残留応力の減少、接合面積の増大、および不純物の拡散により接合強度がアップする。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【００９８】
そして、このようにして両被接合物９１，９２を接合することによって、各種の半導体装置（デバイス）を生成（製造）することができる。
【００９９】
また、特に、上述の２段階の加熱処理によれば、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、さらに良好に接合することが可能である。なお、このような２段階加熱処理（図１９参照）ではなく、図２０に示すような加熱処理を実行するようにしてもよい。図２０においては、図１８よりも加熱時の昇温速度（昇温レート）を比較的緩やかにして１段階の加熱処理を行う場合が示されている。ただし、上述の２段階の加熱処理（図１９参照）によれば、泡の発生をより確実に防止し、両被接合物９１，９２をさらに良好に接合することが可能である。
【０１００】
＜２．第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０１】
上記第１実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において原子ビーム照射によるエネルギー波の照射を行う場合を例示したが、この第２実施形態においては、表面活性化処理（ステップＳ２０）において引き込み型電界プラズマ（単に「プラズマ」とも称する）を用いてエネルギー波の照射を行う場合を例示する。
【０１０２】
図２８は、第２実施形態に係る接合システム１（１Ｂとも称する）を示す図である。
【０１０３】
図２８に示すように、第２実施形態に係る接合システム１Ｂは、第１実施形態に係る接合システム１Ａと類似の構成を有している。ただし、この接合システム１Ｂにおいては、接合システム１Ａにおけるビーム照射部１１，２１は設けられていない。一方、接合システム１Ｂのヘッド２２Ｂおよびステージ１２Ｂは、それぞれ、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。
【０１０４】
接合システム１Ｂにおいては、ステージ１２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９１の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。また、ヘッド２２Ｂがプラズマ電極として機能することによって、被接合物９２の接合表面にプラズマ処理（表面活性化処理）を施すことが可能である。
【０１０５】
そして、このような接合システム１Ｂにおいて、上記第１実施形態の動作に類似する動作が実行される。
【０１０６】
具体的には、まず、この第２実施形態においてもバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）が実行される（図３０参照）。ただし、この第２実施形態に係るバックグラウンド減圧処理においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、第１実施形態における圧力値ＰＲ０までは低減されない。具体的には、真空チャンバ２内の圧力値Ｐは、上記の圧力値ＰＲ０よりも大きな圧力値ＰＲ２にまで低減される。圧力値ＰＲ２は、表面活性化処理時（ステップＳ２０）の圧力値ＰＲ３と同等以下であり、且つ、所定値よりも大きな値である。たとえば、圧力値ＰＲ２は、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の値である。このように、次の表面活性化処理の実行時点よりも前の時点において、両被接合物９１，９２の載置空間は、圧力値ＰＲ２にまで一旦減圧される（図３０参照）。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）を予め低減することができる。また、値ＰＲ０よりも大きな値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、（不要な不純物を除去しつつ）水分子を残留させておくことが可能である。なお、後述するように、この残留した水分子は、ステップＳ３０での水分子吸着処理に利用される。
【０１０７】
なお、この期間ＴＭ０における圧力値ＰＲ２は、図３０に示すように、次のプラズマ照射を伴う期間ＴＭ１における圧力値ＰＲ３（例えば数十Ｐａ（パスカル））よりも低い値あるいは同等の値である。本願では、このような減圧処理も、表面活性化処理（ステップＳ２０）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」とも称するものとする。
【０１０８】
その後、期間ＴＭ１において、プラズマ処理による表面活性化処理が両被接合物９１，９２に施される。詳細には、真空チャンバ２内にプラズマ反応ガス（例えばアルゴン）が供給され、低真空状態（例えば数十Ｐａ（パスカル）程度）でステージ１２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによって、プラズマが発生する。このとき、発生したプラズマイオン（換言すれば、イオン化された特定物質）（例えば、アルゴンイオン）が被接合物９１に引き込まれて当該被接合物９１に照射されることによって、被接合物９１の表面活性化処理が行われる。また、同様に、ヘッド２２Ｂ（プラズマ電極）に交番電圧を付与することによってプラズマを発生させ、発生したプラズマイオンによって被接合物９２の表面活性化処理が行われる。このようにして、両被接合物９１，９２の接合表面のそれぞれに向けてプラズマを用いたエネルギー波が照射されることにより、両被接合物９１，９２の各接合表面が活性化される。なお、この表面活性化処理は、両被接合物９１，９２の「スライド配置状態」で実行される。
【０１０９】
図２９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２９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９９の除去が行われる。第２実施形態に係る表面活性化処理においては、このような処理が実行される。
【０１１０】
次に、表面活性化処理の直後において、水分子の吸着処理が実行される。
【０１１１】
ただし、この第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、水ガスの供給を伴わずに水分子の吸着処理が実行される。
【０１１２】
具体的には、上述のように、ステップＳ１０のバックグラウンド減圧において値ＰＲ２にまでしか減圧しないことによって、不要な不純物を除去しつつ水分子を残留させておく。そして、ステップＳ２０のプラズマ処理（表面活性化処理）の直後において、一定期間（例えば１分〜数分）にわたって両被接合物９１，９２を放置しチャンバ２の雰囲気に曝しておく。これによれば、雰囲気内に含まれる水分子を、表面活性化処理が施された両被接合物９１，９２の接合表面に吸着させることができる。すなわち、水分子吸着処理を実行することができる。
【０１１３】
なお、この第２実施形態においては、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、水ガスの供給と値ＰＲ２へのバックグラウンド減圧とを併用することによって、水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
その後、ステップＳ４０の移動処理が実行される。具体的には、被接合物９１はスライド移動機構１４を用いてＸ方向に被接合物９２の直下位置にまでスライド移動され、両被接合物９１，９２が対向する（図１０参照）。
【０１１５】
そして、ヘッド２２Ｂが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。
【０１１６】
この第２実施形態においては、以上のような動作が実行される。このような動作によれば、両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理が行われて接合表面が洗浄されるとともに活性化され、表面活性化処理が施された両被接合物の接合表面に水分子が吸着される。そして、水分子吸着処理が施された両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で、当該両被接合物が加熱されることにより、接合界面において水分子が除去されＡｕ（金）とＡｕ（金）とが結合される。したがって、金で形成された接合表面を有する両被接合物を、良好に接合することが可能である。
【０１１７】
また、図３１は、参考例を示す図である。図３１は、Ｓｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合に関して、バックグラウンド減圧値ＶＰと接合強度（接合エネルギー）ＢＥとの関係を示す図である。図３１に示すように、当該参考例に係るＳｉ（シリコン）−Ｓｉ（シリコン）の接合においては、（Ａｕ（金）−Ａｕ（金）の接合等に関する本願発明とは逆に、）雰囲気中の残存水分量が少ない方が好ましいことが判っている。そして、図３１においては、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−３程度である場合には、未だ水分子の残存量が多いため、非常に低い接合強度しか得られないことが示されている。また、図３１においては、水分子の残存量を十分に低減して、十分な接合強度（例えば２．０Ｊ／ｍ２）を得るためには、１０−５Ｐａよりも低い値まで減圧することが好ましいことが示されている。このことは、１０−５Ｐａ以上の減圧雰囲気中には或る程度の水分子が未だ残存していることを示している。
【０１１８】
したがって、上記第２実施形態のように、バックグラウンド減圧値として、１０−５Ｐａ以上の圧力値ＰＲ２を用いることによれば、水ガスの供給を伴わずとも、水分子吸着処理を良好に実行することが可能である。
【０１１９】
また、図３２は、上記第２実施形態におけるバックグラウンド減圧値ＶＰと接合面積率ＲＳとの関係（実験結果）を示す図である。ここで、接合面積率ＲＳは、実際に接合されている接合面積ＳＳを全面積ＴＳで除した値（ＲＳ＝ＳＳ／ＴＳ）である。また、接合面積ＳＳは、全面積ＴＳからボイド部分（後述する図３４の白色部分）の面積ＶＳ等を除いた面積である（ＳＳ＝ＴＳ−ＶＳ）。接合面積率ＲＳが大きくなるにつれて、接合強度（接合エネルギー）ＢＥも大きくなる。
【０１２０】
図３２に示すように、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）よりも小さいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）に対して小さくなるにつれて接合面積率ＲＳは徐々に低くなる。また、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）よりも大きいときには、接合面積率ＲＳは比較的低い値を有し、当該値ＶＰが１０２Ｐａ（パスカル）に対して大きくなるにつれて接合面積率ＲＳは急激に低くなる。例えば、図３４に示すように、ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳが比較的大きく、接合面積率ＲＳは比較的小さくなる。なお、図３４は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０＋３での実験結果を示す図である。
【０１２１】
一方、バックグラウンド減圧値ＶＰが１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０＋２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値であるときには、接合面積率ＲＳは比較的大きな値（約９７％以上の値）になる。例えば、図３３に示すように、（図３４と比較すると、）ボイド部分（図では白色で示される）の面積ＶＳは比較的小さくなり、接合面積率ＲＳは比較的大きくなる。なお、図３３は、バックグラウンド減圧値ＶＰ＝５×１０−４での実験結果を示す図である。
【０１２２】
このような実験結果からも判るように、バックグラウンド減圧値ＶＰは１０−５Ｐａ（パスカル）以上且つ１０２Ｐａ（パスカル）以下の範囲内の値に設定されることが好ましい。
【０１２３】
ところで、接合システム１においては、例えばステージ１２にアライメント用の窓（開口部）が設けられることがある。しかしながら、このようなアライメント用の窓がステージ１２に存在する場合には、一般的には、被接合物９１の反対側の面（すなわち接合表面）のうち当該窓部分に対応する領域には十分な接合圧力を作用させることができない。なお、本願発明者らは、本願明細書の課題の欄で述べたように、高い真空度にまで減圧しても、両被接合物を良好に接合することができないことを経験した。そして、このような現象は、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し十分な接合圧力を作用させることができない場合には特に顕著であった。
【０１２４】
これに対して、この実施形態のように、バックグラウンド減圧値ＶＰを適宜の値に設定して両被接合物９１，９２の接合表面に水分子を吸着させることによれば、ステージ１２にアライメント用の窓が存在し比較的小さな接合圧力しか作用させることができない場合であっても、両被接合物９１，９２を良好に接合することが可能である。
【０１２５】
＜３．第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態の変形例である。第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、表面活性化処理としてプラズマ処理が採用される場合を例示する。
【０１２６】
ただし、この第３実施形態においては、表面活性化処理と接合処理とは互いに異なる処理室で実行される。具体的には、表面活性化処理は洗浄処理部１２０（次述）で実行され、接合処理は接合処理部１４０（次述）で実行される。また、洗浄処理部１２０では水分子吸着処理も実行され、接合処理部１４０では水分子除去処理も実行される。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１２７】
図３５は、第３実施形態に係る接合システム１（１Ｃとも称する）を示す上面図である。
【０１２８】
図３５に示すように、この接合システム１Ｃは、導入部１１０と洗浄処理部１２０と反転部１３０と接合処理部１４０と搬送部１５０と搬送ロボット（搬送装置）ＲＢ１とを備えている。これらの各処理部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０は、それぞれ、減圧装置に接続されており真空状態を形成することが可能である。
【０１２９】
搬送部１５０は、その他の処理部１１０，１２０，１３０，１４０に接続される被接合物搬送用の処理室であり、搬送ロボットＲＢ１を備えている。搬送部１５０に設置された搬送ロボットＲＢ１は、被接合物を複数の処理部１１０，１２０，１３０，１４０の相互間で移動させることができる。ここでは、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）するものとする。
【０１３０】
導入部１１０は、被接合物を装置外部から搬入すること、及び被接合物を装置外部へと搬出することを行うチャンバ（処理室）である。
【０１３１】
洗浄処理部１２０は、被接合物に対してプラズマ処理（表面活性化処理）を行うチャンバ（処理室）である。洗浄処理部１２０は、図３６に示すように、被接合物を保持するステージ１２１Ｃを有している。当該ステージ１２１Ｃは、電圧付与手段（不図示）に電気的に接続されており、プラズマ電極（プラズマ発生手段）としても機能する。
【０１３２】
反転部１３０は、被接合物の上下を反転させる処理部である。反転部１３０は、被接合物を回転して反転する反転部材を有している。
【０１３３】
また、接合処理部１４０は、水分子吸着処理が施された両被接合物９１，９２の接合処理を行うチャンバ（処理室）である。この接合処理部１４０は、第２実施形態の真空チャンバ２内の構成と類似の構成を有している。ただし、接合処理部１４０は、スライド移動機構１４を有しない点、ならびにヘッド２２Ｃおよびステージ１２Ｃがプラズマ電極として機能しない点で、第２実施形態の接合システム１Ｂのチャンバ２内の構成と相違する。接合処理部１４０においては、ヘッド２２Ｃとステージ１２Ｃとが常に対向している。
【０１３４】
次に、第３実施形態に係る動作について説明する。
【０１３５】
まず、導入部１１０に搬入された被接合物９２が、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。洗浄処理部１２０においては、被接合物９２の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置される。そして、被接合物９２の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０へと搬送され、反転部１３０内に設けられた反転装置によって被接合物９２の上下が反転される。反転後の被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１によって反転部１３０から取り出され、今度は接合処理部１４０へと搬送される。このように、被接合物９２は、搬送ロボットＲＢ１および反転部１３０によって、洗浄処理部１２０から接合処理部１４０へと反転を伴って移動される。移動後の被接合物９２は、その接合表面が下側を向いた状態で、接合処理部１４０内のヘッド２２Ｃ（図３７参照）によって保持される。
【０１３６】
つぎに、もう一方の被接合物９１は、導入部１１０に搬入された後、搬送ロボットＲＢ１によって洗浄処理部１２０へと搬送される。そして、洗浄処理部１２０において、被接合物９１の接合表面が上側に向くように各被接合物が載置され、被接合物９１の上側の接合表面に対してプラズマ処理（表面活性化処理）が施されるとともに、水分子吸着処理が施される。そして、プラズマ処理および水分子吸着処理が施された被接合物９１は、搬送ロボットＲＢ１によって、洗浄処理部１２０から取り出され、その接合表面が上側を向いた状態のまま、接合処理部１４０へと移動される。移動後においては、図３７に示すように、被接合物９１は、その接合表面が上側を向いた状態で、接合処理部１４０内のステージ１２Ｃによって保持される。これにより、ヘッド２２Ｃによって保持された被接合物９２と、ステージ１２Ｃによって保持された被接合物９１とは、接合処理部１４０内において所定の間隙を空けて対向する状態で配置される。
【０１３７】
その後、ヘッド２２Ｃが下降して両被接合物９１，９２が接近し、両被接合物９１，９２が接触した状態（図１１参照）において、ステップＳ５０の加熱処理が実行される。これにより、両被接合物９１，９２の接合界面から水分子が除去され、両被接合物９１，９２が良好に接合される。なお、ステップＳ５０の加熱処理としては、第１実施形態と同様の２段階加熱処理が採用されることが好ましい。
【０１３８】
第３実施形態においては、以上のような動作が実行される。
【０１３９】
このような動作によれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
なお、この第３実施形態においては、２つの被接合物９１，９２に対する表面活性化処理がそれぞれ異なる期間に実行される場合（すなわち時間をずらして実行される場合）を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０内において、両被接合物９１，９２を対向配置し、当該対向配置状態で両被接合物９１，９２に対するプラズマ洗浄処理を同時に実行するようにしてもよい。また、その後は、水分子吸着処理を両被接合物９１，９２に対して施すとともに、両被接合物９１，９２を洗浄処理部１２０から同時に取り出し、両被接合物９１，９２を同時に接合処理部１４０へと搬送し、ステージ１２Ｃおよびヘッド２２Ｃにそれぞれ装着するようにしてもよい。具体的には、そのアーム先端部の上下両側に被接合物の保持チャックを有する搬送ロボットＲＢ１（ＲＢ１ｄ）を用いて、両被接合物９２，９１をそれぞれ保持することによって、このような搬送動作を実現すればよい。
【０１４１】
また、この第３実施形態においては、洗浄処理部１２０においてプラズマ処理を実行する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、洗浄処理部１２０において、原子ビームあるいはイオンビームを用いて、表面活性化処理を行うようにしてもよい。
【０１４２】
＜４．その他＞
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。
【０１４３】
たとえば、上記第１および第２実施形態においては、スライド配置状態で各被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行する場合を例示したが、これに限定されず、対向状態の両被接合物９１，９２に対して表面活性化処理を実行するようにしてもよい。
【０１４４】
また、上記第３実施形態においては、搬送中の再付着防止の観点から、搬送ロボットＲＢ１は処理室１５０内において被接合物を真空状態で搬送（真空搬送）する場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、図３８に示すように、洗浄処理部１２０にて表面活性化処理と水分子吸着処理との双方が施された両被接合物９１，９２を、接合処理部１４０へと大気圧中で搬送（大気搬送）するようにしてもよい。このような大気搬送を伴う場合においても、接合表面に吸着された水分子によって接合表面が保護されているため、接合表面への不純物の再付着を抑制することが可能である。
【０１４５】
また、上記各実施形態において複数組の被接合物（９１，９２）を処理する場合には、各組の被接合物（９１，９２）のそれぞれについて上記のステップＳ１０〜Ｓ５０の工程を順次に実行する動作が繰り返し実行されればよい。特に、ステップＳ５０に関しても、各組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理と第２段階の処理とを順次に実行する動作が、複数組の被接合物（９１，９２）に対して繰り返し実行されればよい。ただし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、複数組の被接合物（９１，９２）に対して、第１段階の処理を逐次的に処理する一方で、第２段階の処理を一括的に処理するようにしてもよい。詳細には、上記第３実施形態等において複数組の被接合物（９１，９２）に対して第１段階の処理を接合処理部１４０で順次に施した後に、バッチ式の加熱処理部１６０（不図示）に順次に搬送し、当該加熱処理部１６０において第２段階の処理を当該複数組の被接合物（９１，９２）に対して同時に施すようにしてもよい。このように第２段階の加熱処理をバッチ方式で実行することによれば、複数組の被接合物に対する総処理時間を短縮することが可能である。
【０１４６】
また、上記各実施形態においては、ステップＳ５０において、加熱処理と加圧処理との双方を伴って両被接合物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、ステップＳ５０において加圧処理を行わず加熱処理のみを行うようにしてもよい。
【０１４７】
また、上記第１実施形態のバックグラウンド減圧処理（ステップＳ１０）においては、真空チャンバ２内の圧力値Ｐが圧力値ＰＲ０まで低減される場合を例示したが、これに限定されず、第２実施形態と同様の圧力値ＰＲ２にまで低減するようにしてもよい。そして、第２実施形態と同様に、真空チャンバ２内の雰囲気中に残留した水分子を用いて、（表面活性化処理後の）水分子吸着処理を行うようにしてもよい。なお、この場合、さらに水ガスの供給を伴って水分子吸着処理を実行するようにしてもよく、あるいは、水ガスの供給を伴わずに水分子吸着処理を実行するようにしてもよい。
【０１４８】
また、各実施形態においては、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理においてのみ低圧加圧処理を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ステップＳ５０の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理と第２段階の加熱処理との双方において加圧処理（特に低圧加圧処理）を行うようにしてもよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態等においては、Ａｕ（金）とＡｕ（金）との接合を行う場合を例示したが、これに限定されない。
【０１５０】
例えば、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ｃｕ（銅）は、（シリコン等よりは酸化しにくいが、）金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程において、銅の酸化物、銅の水酸化物あるいは銅の水和物が接合表面に形成される。そして、Ｃｕ（銅）とＣｕ（銅）との接合の際には、銅の当該酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し（図３９参照）、銅の酸化物等同士の結合が実現される（図４０参照）。なお、図３９は、上述の２段階加熱処理のうち第１段階の加熱処理後の接合界面を示す図であり、図４０は、上述の２段階加熱処理のうち第２段階の加熱処理後の接合界面を示す図である。図３９および図４０においては、銅の酸化物として、ＣｕＯ（酸化銅）が生成される場合が模式的に示されている。
【０１５１】
このような変形例に係るＣｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合処理は、上述のＡｕ（金）−Ａｕ（金）の接合処理と比較すると、銅の酸化物等が比較的多く形成される点で相違しているが、水分子の付着処理および除去処理によってボイドを縮小（ないし消滅）させて、強固な接合を実現する点で共通している。なお、図４１は、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４１に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）に銅の酸化物等が形成された状態で、Ｃｕ（銅）−Ｃｕ（銅）の強固な接合が実現される。
【０１５２】
あるいは、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。ただし、Ａｌ（アルミニウム）は、Ｃｕ（銅）と同様に、金よりも酸化しやすいため、水分子の吸着工程においてアルミニウムの酸化物、アルミニウムの水酸化物あるいはアルミニウムの水和物が接合表面に形成される。そして、Ａｌ（アルミニウム）とＡｌ（アルミニウム）との接合の際には、アルミニウムの酸化物等に水分子が吸着され、当該水分子が除去されることによってボイドが縮小ないし消滅し、Ａｌ（アルミニウム）の酸化物等同士の結合が実現される。なお、図４２は、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の接合界面付近を示す撮影画像である。図４２に示すように、接合界面付近（図では接合界面を含む線状領域）にアルミニウムの酸化物等が形成された状態で、Ａｌ（アルミニウム）−Ａｌ（アルミニウム）の強固な接合が実現される。
【０１５３】
あるいは、Ｃｕ（銅）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記と同様の思想を適用するようにしてもよい。この場合、Ｃｕ（銅）の表面には銅の酸化物等（たとえばＣｕＯ（酸化銅））が形成される。そして、接合界面において当該銅の酸化物等とＡｕ（金）とのそれぞれに水分子が吸着された後に当該水分子が除去されることによって、ボイドが縮小ないし消滅されるとともにＡｕ（金）と銅の酸化物等とが結合される。これにより、強固な接合が実現される。
【０１５４】
同様に、Ａｌ（アルミニウム）とＡｕ（金）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。さらには、Ａｌ（アルミニウム）とＣｕ（銅）との接合を行う場合に上記の思想を適用するようにしてもよい。
【０１５５】
また、エネルギー波照射における特定物質としては、上記各実施形態のようにアルゴンを使用することが好ましい。アルゴンは、他の物質と反応しにくく、且つ、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。ただし、これに限定されず、クリプトン（Ｋｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）などの他の物質を、エネルギー波の照射における特定物質として用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 接合システム
２ 真空チャンバ
１１，２１ ビーム照射部
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２１Ｃ
ステージ
２２，２２Ｂ，２２Ｃ
ヘッド
９１，９２ 被接合物
９９ 付着物
１１１，１１２ 空隙
１２０ 洗浄処理部
１３０ 反転部
１４０ 洗浄処理部
１５０ 搬送部
ＶＰ バックグラウンド減圧値
ＷＭ 水分子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合方法であって、
ａ）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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、
ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、
ｃ）前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、
を備えることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合方法において、
ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接合方法において、
前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。
【請求項５】
請求項４に記載の接合方法において、
前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、
前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする接合方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップｃ）は、
ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、
ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、
を有することを特徴とする接合方法。
【請求項７】
請求項２に記載の接合方法において、
ｅ）前記ステップｄ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項８】
請求項１に記載の接合方法において、
ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項９】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合システムであって、
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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、
前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、
前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする接合システム。
【請求項１０】
半導体装置であって、
請求項１ないし請求項９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る半導体装置。
【請求項１】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合方法であって、
ａ）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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行うステップと、
ｂ）前記表面活性化処理が施された前記両被接合物の接合表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行うステップと、
ｃ）前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱するステップと、
を備えることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合方法において、
ｄ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０２Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−５Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接合方法において、
前記ステップｂ）は、水ガスを供給することによって前記水分子吸着処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップｃ）は、前記両被接合物の相互間に接触圧を作用させる加圧処理を行うステップを有することを特徴とする接合方法。
【請求項５】
請求項４に記載の接合方法において、
前記両被接合物の接合表面にはそれぞれ表面平滑化処理が予め施されており、
前記加圧処理は、前記両被接合物の相互間に１０ＭＰａ（メガパスカル）以下の接触圧を作用させて実行されることを特徴とする接合方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップｃ）は、
ｃ−１）水の沸点以下の第１の温度で一定期間にわたって加熱し、前記接合表面の粒界拡散を進行させるステップと、
ｃ−２）前記ステップｃ−１）の後に、水の沸点以上の第２の温度にまで前記両被接合物を加熱するステップと、
を有することを特徴とする接合方法。
【請求項７】
請求項２に記載の接合方法において、
ｅ）前記ステップｄ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、１０−６Ｐａ（パスカル）以下且つ１０−８Ｐａ（パスカル）以上の所定値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項８】
請求項１に記載の接合方法において、
ｆ）前記ステップａ）よりも前の時点において、前記両被接合物の載置空間を、前記ステップａ）の前記表面活性化処理時における圧力値よりも低い圧力値にまで減圧するステップ、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。
【請求項９】
Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）のいずれかで形成された接合表面をそれぞれ有する第１の被接合物と第２の被接合物とを接合する接合システムであって、
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の接合表面のそれぞれに向けてエネルギー波を照射することにより、前記両被接合物の接合表面のそれぞれを活性化する表面活性化処理を行う表面活性化処理手段と、
前記表面活性化処理が施された前記両被接合物表面に水分子を吸着させる水分子吸着処理を行う制御手段と、
前記水分子吸着処理が施された前記両被接合物の接合表面を互いに接触させた状態で加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする接合システム。
【請求項１０】
半導体装置であって、
請求項１ないし請求項９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る半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４３】
【図４４】
【図２５】
【図２６】
【図３３】
【図３４】
【図４１】
【図４２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４３】
【図４４】
【図２５】
【図２６】
【図３３】
【図３４】
【図４１】
【図４２】
【公開番号】特開２０１１−１１９７１６（Ｐ２０１１−１１９７１６Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７４３３（Ｐ２０１０−２４７４３３）
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３０４０１９３５５）ボンドテック株式会社 (36)
【出願人】（５０３１７７０７４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３０４０１９３５５）ボンドテック株式会社 (36)
【出願人】（５０３１７７０７４）
【Ｆターム（参考）】
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