JP3970304B1 - 常温接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を長寿命化すること。
【解決手段】真空雰囲気を生成する接合チャンバ２と、ロードロックチャンバー３と接合チャンバ２との間を開閉するゲートバルブ５と、ゲートバルブ５を介して上側基板と下側基板とをロードロックチャンバー３から接合チャンバ２に搬送する搬送機構８と、上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を真空雰囲気で照射するイオンガン３２とを備えている。このとき、イオンガン３２は、接合チャンバ２の内側表面のうちのゲートバルブ５を除く領域に向いている。このような常温接合装置１は、ゲートバルブ５の汚染が防止されて、長寿命化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、常温接合装置に関し、特に、常温接合を用いて製品を大量に生産する常温接合装置に関する。

微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロリレー、圧力センサ、加速度センサなどが例示される。そのＭＥＭＳは、大きな接合強度を持ち、かつ荷重による押し付けや加熱処理を必要としない常温接合が用いられて製造されることが望まれている。その常温接合装置は、長寿命であることが望まれ、よりコンパクトであることが望まれている。常温接合装置は、より速く常温接合することが望まれている。

特許２７９１４２９号公報には、大きな接合強度を持ち、かつ荷重による押し付けや加熱処理を必要としないシリコンウェハーの接合方法が開示されている。そのシリコンウェハーの常温接合法は、シリコンウェハーとシリコンウェハーとを接合する方法であって、両方のシリコンウェハーの接合面を接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームで照射してスパッタエッチングすることを特徴とする。

特開２００１−３５１８９２号公報には、その接合法を大量生産が要求される現実の実装工程により便利に適合させるとともに、実装工程全体のタクトタイムの短縮をはかった実装方法が開示されている。その実装方法は、複数の被接合物同士を接合する実装方法であって、各被接合物の表面にエネルギー波を照射することにより洗浄する洗浄工程と、洗浄された被接合物を実装工程に搬送する搬送工程と、搬送された各被接合物の洗浄された表面同士を常温接合する実装工程とを有することを特徴とする。

特開２００２−０６４０４２号公報には、最終的に極めて高精度で信頼性の高い接合状態を得ることができる実装方法が開示されている。その実装方法は、複数の被接合物同士を接合する実装方法であって、第１の被接合物と、第２の被接合物およびその保持手段と、位置決め基準面を有するバックアップ部材とをこの順に互いに離間させて配置し、第２の被接合物またはその保持手段のバックアップ部材の位置決め基準面に対する平行度を調整するとともに、第１の被接合物またはその保持手段の第２の被接合物またはその保持手段に対する平行度を調整し、第１の被接合物を第２の被接合物に接触させて両被接合物を仮接合した後、第２の被接合物の保持手段をバックアップ部材の位置決め基準面に接触させ、両被接合物を加圧して本接合することを特徴とする。

特開２００３−３１８２１９号公報には、エネルギー波もしくはエネルギー粒子により効率よくかつ均一に接合面を洗浄できるようにし、また、チャンバ内で洗浄する際にも、対向チャンバ壁面エッチングによる不純物付着の問題を回避できるようにした実装方法が開示されている。その実装方法は、対向する両被接合物間に形成される間隙内に、一つの照射手段によりエネルギー波もしくはエネルギー粒子を照射して両被接合物の接合面を実質的に同時洗浄するとともに、洗浄中に少なくとも一方の被接合物を回転させ、洗浄された被接合物間の相対位置をアライメント後、被接合物同士を接合することを特徴とする。

特許２７９１４２９号公報 特開２００１−３５１８９２号公報 特開２００２−０６４０４２号公報 特開２００３−３１８２１９号公報

上記特許公報には、基板の表面を真空中で洗浄した後に、被接合面同士を重ね合わせ、接合を行う常温接合法を用いたＭＥＭＳ実装方法および装置が記載されているが、生産機に求められる用件を満たすためには、要素配列および要素構造の適切化といった観点も含めて、更なる信頼性、コンパクト化、量産性向上を指向する必要がある。
本発明は、上記のごとき事情に鑑み為されたものであり、長寿命である常温接合装置を提供することを目的とするものである。
本発明の他の課題は、よりコンパクトで低コストである常温接合装置を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、真空雰囲気を生成する接合チャンバ（２）と、ロードロックチャンバー（３）と接合チャンバ（２）との間を開閉するゲートバルブ（５）と、ゲートバルブ（５）を介して上側基板と下側基板とをロードロックチャンバー（３）から接合チャンバ（２）に搬送する搬送機構（８）と、上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を真空雰囲気で照射する表面清浄化装置（３２）とを備えている。表面清浄化装置（３）としては、イオンガン、プラズマガン、高速原子ビーム源などが例示される。このとき、イオンガン（３２）は、接合チャンバ（２）の内側表面のうちのゲートバルブ（５）を除く領域に向いている。このような常温接合装置（１）（８１）は、ゲートバルブ（５）の汚染が防止されて、長寿命化する。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、接合チャンバ（２）と、接合チャンバ（２）に形成される排気口（３５）を介して接合チャンバ（２）の内部から気体を排気して接合チャンバ（２）の内部に真空雰囲気を生成する真空ポンプ（３１）と、真空雰囲気で上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を照射するイオンガン（３２）と、イオンガン（３２）は、接合チャンバ（２）の内側表面のうちの排気口（３５）を除く領域に向いている。このような常温接合装置（１）（８１）は、真空ポンプ（３１）の汚染が防止されて、長寿命化する。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、接合チャンバ（２）に形成される排気口（３５）を介して接合チャンバ（２）の内部から気体を排気して真空雰囲気を生成する真空ポンプ（３１）と、真空雰囲気で上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を照射するイオンガン（３２）とをさらに備えている。このとき、イオンガン（３２）は、接合チャンバ（２）の内側表面のうちの排気口（３５）とゲートバルブ（５）とを除く領域に向いている。このような常温接合装置（１）（８１）は、真空ポンプ（３１）とゲートバルブ（５）との汚染が防止されて、長寿命化する。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバ（２）と、上側基板を真空雰囲気に支持する上側ステージ（４１）と、下側基板を真空雰囲気に支持するキャリッジ（４６）と、キャリッジ（４６）に同体に接合される弾性案内（４７）と、水平方向に摺動可能に弾性案内（４７）を支持する位置決めステージと、水平方向にキャリッジ（４６）を移動する第１機構と、水平方向に垂直である上下方向に上側ステージ（４１）を移動する第２機構と、下側基板と上側基板とが圧接されるときに、上側ステージ（４１）が移動する方向にキャリッジ（４６）を支持するキャリッジ支持台（４５）とを備えている。このとき、弾性案内（４７）は、下側基板と上側基板とが接触しないときにキャリッジ（４６）がキャリッジ支持台（４５）に接触しないようにキャリッジ（４６）を支持し、下側基板と上側基板とが圧接されるときにキャリッジ（４６）がキャリッジ支持台（４５）に接触するように弾性変形する。このような常温接合装置（１）（８１）は、常温接合するときに、位置決めステージ（４４）にかかる荷重を抑え、上側基板と下側基板とに、位置決めステージの耐荷重を越えたより大きな荷重を加えることができる。これによって、位置決めステージ（４４）をコンパクト化、低コスト化でき、常温接合装置（１）（８１）もコンパクト化、低コスト化することができる。また、ステージ耐荷重の制約を受けなくなることで圧接荷重の上限値が広域化でき、接合時に高荷重が求められる対象へ適用する際の信頼性が増す。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバ（２）と、上側基板を真空雰囲気に支持する上側ステージ（４１）と、下側基板を真空雰囲気に支持するキャリッジ（４６）と、水平方向にキャリッジ（４６）を移動する第１機構と、水平方向に垂直である上下方向に上側ステージ（４１）を移動する第２機構と、下側基板と上側基板とが圧接されるときに、上側ステージ（４１）が移動する方向にキャリッジ（４６）を支持するキャリッジ支持台（４５）とを備えている。このとき、キャリッジ（４６）は、キャリッジ（４６）がキャリッジ支持台（４５）に摺動して水平方向に移動する。このような常温接合装置（１）（８１）は、常温接合するときに、位置決めステージ（４４）にかかる荷重を抑え、上側基板と下側基板とにより大きな荷重を加えることができる。これによって、位置決めステージ（４４）をコンパクト化、低コスト化でき、常温接合装置（１）（８１）もコンパクト化、低コスト化することができる。また、ステージ耐荷重の制約を受けなくなることで圧接荷重の上限値が広域化でき、接合時に高荷重が求められる対象へ適用する際の信頼性が増す。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、ロードロックチャンバー（３）と接合チャンバ（２）との間を開閉するゲートバルブ（５）と、ゲートバルブ（５）を介して上側基板と下側基板とをロードロックチャンバー（３）から接合チャンバ（２）に搬送する搬送機構（８）と、接合チャンバ（２）に形成される排気口（３５）を介して接合チャンバ（２）の内部から気体を排気して真空雰囲気を生成する真空ポンプ（３１）と、真空雰囲気で上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を照射するイオンガン（３２）とをさらに備えている。このとき、イオンガン（３２）は、接合チャンバ（２）の内側表面のうちの排気口（３５）とゲートバルブ（５）とを除く領域に向いている。このような常温接合装置（１）（８１）は、真空ポンプ（３１）とゲートバルブ（５）との汚染が防止されて、長寿命化する。

本発明による常温接合装置（１）（８１）は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバ（２）と、上側基板の常温接合される表面と下側基板の常温接合される表面とに粒子を真空雰囲気で照射するイオンガン（３２）とを備えている。このとき、イオンガン（３２）は、接合チャンバ（２）を形成する壁（３４）の一部分を向いている。このような常温接合装置（１）（８１）は、その壁（３４）一部分が選択的に汚染され、接合チャンバ（２）が備える機器（５、３１、３２）等の汚染が防止されて、長寿命化する。

本発明による常温接合装置は、長寿命化、コンパクト化、低コスト化できる。

図面を参照して、本発明による常温接合装置の実施の形態を記載する。その常温接合装置１は、図１に示されているように、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを備えている。接合チャンバー２とロードロックチャンバー３は、内部を環境から密閉する容器であり、一般的には、ステンレス鋼、アルミ合金などにより形成されている。常温接合装置１は、さらに、ゲートバルブ５を備えている。ゲートバルブ５は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設され、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、開放する。

ロードロックチャンバー３は、第１カートリッジ台６と第２カートリッジ台７と搬送装置８とを内部に備えている。第１カートリッジ台６は、第１カートリッジ１１が配置される。第１カートリッジ１１は、基板１４を載せるために利用される。第２カートリッジ台７は、第２カートリッジ１２が配置される。第２カートリッジ１２は、基板１４を載せるために利用される。このとき、カートリッジ台６、７、カートリッジ１１、１２は、複数個あっても構わない。

ロードロックチャンバー３は、さらに、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。その真空ポンプは、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。その真空ポンプとしては、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。その蓋は、ロードロックチャンバー３の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、大気雰囲気にすることで開放することができる。そのゲートの大きさは、第１カートリッジ１１と第２カートリッジ１２とより大きい。

搬送装置８は、第１アーム１５と第２アーム１６と第３アーム１７と第１節１８と第２節１９と第３節２０とを備えている。第１アーム１５と第２アーム１６と第３アーム１７とは、それぞれ、棒状に形成されている。第１節１８は、ロードロックチャンバー３の床板に支持され、回転軸２２を中心に回転可能に第１アーム１５を支持している。回転軸２３は、鉛直方向に平行である。第２節１９は、第１節１８に支持され、回転軸２３を中心に回転可能に第２アーム１６を支持している。回転軸２３は、鉛直方向に平行であり、すなわち、回転軸２２に平行である。第３節２０は、第２節１９に支持され、回転軸２４を中心に回転可能に第３アーム１７を支持している。回転軸２４は、鉛直方向に平行であり、すなわち、回転軸２３に平行である。第３アーム１７は、第３節２０に接合される端と反対側の端に、爪２１が形成されている。爪２１は、基板１４または、基板１４を搭載可能なカートリッジ１１またはカートリッジ１２を把持するために利用される。

搬送装置８は、さらに、図示されていない昇降機構と伸縮機構とを備えている。その昇降機構は、ユーザの操作により、第１アーム１５を昇降させて、爪２１により把持される基板１４または、基板１４を搭載可能なカートリッジ１１またはカートリッジ１２を昇降させる。その伸縮機構は、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御して第３アーム１７の長手方向に平行に第３アーム１７を平行移動させる。

搬送装置８は、ゲートバルブ５を介して第１カートリッジ１１または第２カートリッジ１２に配置された基板１４を接合チャンバー２に搬送すること、または、ゲートバルブ５を介して接合チャンバー２に配置された基板１４を第１カートリッジ１１または第２カートリッジ１２に搬送することに利用される。

接合チャンバー２は、真空ポンプ３１とイオンガン３２と電子銃３３とを備えている。接合チャンバー２は、容器を形成する壁３４の一部分に排気口３５が形成されている。真空ポンプ３１は、接合チャンバー２の外部に配置され、排気口３５を介して接合チャンバー２の内部から気体を排気する。真空ポンプ３１としては、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。イオンガン３２は、１つの照射方向３６に向けられて配置され、照射方向３６に向けて加速された荷電粒子を放出する。その荷電粒子としては、アルゴンイオンが例示される。イオンガン３２は、基板１４の表面を清浄化する他の表面清浄化装置に置換することができる。その表面清浄化装置としては、プラズマガン、高速原子ビーム源などが例示される。電子銃３３は、イオンガン３２により荷電粒子が照射される対象に向けられて配置され、その対象に向けて加速された電子を放出する。

壁３４は、一部分に扉３７が形成されている。扉３７は、ヒンジ３８を備えている。ヒンジ３８は、壁３４に対して回転可能に扉３４を支持している。壁３４は、さらに、一部分に窓３９が形成されている。窓３９は、気体を透過しないで可視光を透過する材料から形成されている。窓３９は、ユーザがイオンガン３２により荷電粒子が照射される対象または、接合状態を接合チャンバー２の外部から見えるように配置されていれば壁３４のどこでもかまわない。

接合チャンバー２は、図２に示されているように、さらに、上側ステージ４１と下側ステージ４２とを内部に備えている。上側ステージ４１は、試料台４３−１と圧接機構４３−２とを備えている。試料台４３−１は、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。試料台４３−１は、その下端に誘電層を備え、その誘電層と基板１４の間に電圧を印加し、静電力によって基板１４をその誘電層に吸着する。圧接機構４３−２は、ユーザの操作により、試料台４３−１を接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動させる。

下側ステージ４２は、基板１４または、基板１４を搭載したカートリッジ１１またはカートリッジ１２を上端に支持する。イオンガン３２は、上側ステージ４１に支持される基板１４と下側ステージ４２に支持される基板１４とが離れているときに、上側ステージ４１に支持される基板１４と下側ステージ４２にカーリッジ１１または１２で支持される基板１４との間の空間に向けられ、接合チャンバー２の内側表面に向けられている。すなわち、イオンガン３２の照射方向３６は、上側ステージ４１に支持される基板１４と下側ステージ４２にカーリッジ１１または１２で支持される基板１４との間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する。

図３は、下側ステージ４２を詳細に示している。下側ステージ４２は、位置決めステージ４４とキャリッジ支持台４５とキャリッジ４６と弾性案内４７とを備えている。位置決めステージ４４は、接合チャンバー２の底板４８に支持されている。キャリッジ支持台４５は、例えば、円柱状に形成され、接合チャンバー２の底板４８に支持されている。キャリッジ支持台４５は、その円柱の上端に滑らかな支持面５２を有している。支持面５２は、鉛直方向に垂直である。

キャリッジ４６は、例えば、円柱状に形成される。また場合によっては、その円柱の上端に誘電層５３を備え、その誘電層５３と基板１４の間に電圧を印加し、静電力によって基板１４をその誘電層に吸着する保持機構を有してもよい。キャリッジ４６は、その円柱の下端に滑らかな支持面５４を有している。弾性案内４７は、弾性体から形成され、キャリッジ４６の側面に同体に接合されている。弾性案内４７は、キャリッジ４６の支持面５４がキャリッジ支持台４５の支持面５２に接触しないようにキャリッジ４６を水平方向に平行移動可能に支持している。このとき、支持面５４と支持面５２とは、１００μｍ程度離れている。弾性案内４７は、さらに、上側ステージ４１によりキャリッジ４６が鉛直下方向に押されたときに、キャリッジ４６の支持面５４がキャリッジ支持台４５の支持面５２に接触するように弾性変形する。

下側ステージ４２は、さらに、図示されていない位置決め機構を備えている。その位置決め機構は、ユーザの操作によりキャリッジ４６を水平方向に平行な方向に平行移動させ、キャリッジ４６を鉛直方向に平行な回転軸を中心に回転移動させる。

このような下側ステージ４２は、キャリッジ４６が上側ステージ４１により鉛直下方向に押されたときに、押付け荷重がキャリッジ４６を支持する弾性案内に加わることで、キャリッジ支持台４５がキャリッジ４６を支持する。このため、常温接合装置１は、位置決めステージ４４に大きな荷重をかけずに上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とに、位置決めステージ４４の耐荷重を越えるより大きな荷重を加えることができる。

なお、下側ステージ４２は、位置決めステージ４４と弾性案内４７とを省略することもできる。このとき、キャリッジ支持台４５は、支持面５２がキャリッジ４６の支持面５４に接触してキャリッジ４６を支持する。

図４は、ゲートバルブ５を示している。ゲートバルブ５は、ゲート６１と扉６２とを備えている。ゲート６１は、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続する開口部を形成し、その開口部の周辺に封止面６３を有している。扉６２は、ユーザの操作に基づいて図示されていない機構により移動されて、封止面６３に密着してゲート６１の開口部を閉鎖し、ゲート６１の開口部から離れてゲート６１の開口部を開放する。

常温接合装置１は、イオンガン３２から放出される粒子に強く曝されないように、かつ、イオンガン３２から放出される粒子により壁３４の表面や内蔵物の表面、基板１４の表面から弾き飛ばされた粒子に強く曝されないように、ゲートバルブ５と真空ポンプ３１とが配置されるように製造される。

ゲートバルブ５は、イオンガン３２から放出される粒子に強く曝され、または、イオンガン３２から放出される粒子により基板１４の表面から弾き飛ばされた粒子に強く曝されると、封止面６３周辺にその粒子による汚染膜ができる。その汚染膜が、ゲートバルブ５の開閉により剥れ、汚染物が封止面６３に入り込み、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを密閉することができなくなる。このような常温接合装置１は、ゲートバルブ５の封止面６３の汚染を防止して、長寿命化することができる。

真空ポンプ３１は、排気口３５がイオンガン３２から放出される粒子に強く曝され、または、イオンガン３２から放出される粒子により壁３４の表面や内蔵物の表面、基板１４の表面から弾き飛ばされた粒子に強く曝されると、内部の金属製の複数の羽根が損傷、または羽根に汚染膜ができる。その羽根の損傷・汚染膜の固化堆積により、真空ポンプ３１の排気性能の低下を引き起こす可能性がある。また、汚染膜が剥れると真空ポンプ３１がそれを吸い込んでしまい、真空ポンプ３１を壊す可能性がある。このような常温接合装置１は、真空ポンプ３１の羽根の損傷、汚染を防止して、長寿命化することができる。

図５は、常温接合装置１を用いて常温接合するときの動作を示している。作業者は、まず、ゲートバルブ５を閉鎖して（ステップＳ１）、真空ポンプ３１を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気を生成する。作業者は、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、基板１４が装填された第１カートリッジ１１を第１カートリッジ台６に配置し、基板１４が装填された第２カートリッジ１２を第２カートリッジ台７に配置する。カートリッジ台６、７とカートリッジ１１、１２が複数個ある場合は、それらも配置する。（ステップＳ２）作業者は、ロードロックチャンバー３の蓋を閉めて、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気を生成し、ゲートバルブ５を開放する（ステップＳ３）。

作業者は、搬送機構８を用いて、第１カートリッジ１１に装填された基板１４を上側ステージ４１にセットし、第２カートリッジ１２に装填された基板１４を下側ステージ４２にセットする（ステップＳ４）。作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して（ステップＳ５）、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを常温接合する。すなわち、作業者は、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とが離れた状態で、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板との間にイオンガン３２を向けて粒子を放出する。その粒子は、その基板に照射され、その基板の表面に形成される酸化物等を除去し、その基板の表面に付着している不純物を除去する。作業者は、上側ステージ４１の圧接機構４３−２を操作して、試料台４３−１を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを近づける。作業者は、下側ステージ４２の位置決め機構を操作して、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とが設計通りに接合されるように、下側ステージ４２にセットされた基板の位置を移動する。作業者は、上側ステージ４１の圧接機構４３−２を操作して、試料台４３−１を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４１にセットされた基板を下側ステージ４２にセットされた基板に接触させる。このとき、下側ステージ４２の弾性案内４７は弾性変形し、下側ステージ４２のキャリッジ４６はキャリッジ支持台４５に接触してキャリッジ支持台４５に支持される。上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とは、その接触により接合され、１枚の接合基板が生成される。

作業者は、上側ステージ４１を鉛直上方向に上昇させて、ゲートバルブ５を開放する（ステップＳ７）。作業者は、搬送機構８を用いて、空いているカセット台に、下側ステージ４２にセットされている接合基板をカセットごと搬送する（ステップＳ８）。カートリッジ台６、７とカートリッジ１１、１２が複数個ある場合は、ステップＳ４〜ステップＳ８の動作は、装填された基板がすべて常温接合されるまで（ステップＳ９、ＹＥＳ）繰り返し実行される。

作業者は、装填された基板がすべて常温接合されると（ステップＳ９、ＹＥＳ）、ゲートバルブ５を閉鎖して（ステップＳ１０）、ロードロックチャンバー３の内部に大気を供給してロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気を生成する。作業者は、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、接合基板とカートリッジ６、７をカートリッジ台１１、１２から取り出す（ステップＳ１１）。

図６〜図８は、搬送装置８が基板１４をロードロックチャンバー３から接合チャンバー２に搬送するときの動作を示している。搬送装置８は、初期的に、図１に示されているように、回転軸２２が第３アームの中央に交差するように、第１アーム１５と第２アーム１６と第３アーム１７とが配置されている。搬送装置８は、第１カートリッジ１１にセットされている基板１４を接合チャンバー２の上側ステージ４１（または下側ステージ４２）に搬送するときに、まず、図６に示されているように、第１節１８を制御して、第３アーム１７の爪２１を第１カートリッジ１１に向ける。

搬送装置８は、次いで、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御して、図７に示されているように、第３アーム１７の長手方向に第３アーム１７を直線的に平行移動させて、第３アーム１７の爪２１を用いて第１カートリッジ１１にセットされる基板１４をカートリッジごと把持する。搬送装置８は、次いで、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御して、第３アーム１７の爪２１に基板１４を把持させたまま第３アーム１７の長手方向に第３アーム１７を平行移動させて、図６に示されているように、回転軸２２が第３アームの中央に交差するように第１アーム１５と第２アーム１６と第３アーム１７とを移動する。

搬送装置８は、次いで、第１節１８を制御して、図１に示されているように、第３アーム１７の爪２１に基板１４を把持させたまま第３アーム１７の爪２１を上側ステージ４１に向ける。搬送装置８は、次いで、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御して、図８に示されているように、第３アーム１７の長手方向に第３アーム１７を直線的に平行移動させて、第３アーム１７の爪２１により把持される基板１４を上側ステージ４１にセットする。搬送装置８は、次いで、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御して、第３アーム１７の長手方向に第３アーム１７を直線的に平行移動させて、図１に示されているように、回転軸２２が第３アームの中央に交差するように第１アーム１５と第２アーム１６と第３アーム１７とを移動する。

本発明による常温接合装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態における常温接合装置１のロードロックチャンバー３が第１カートリッジ台６と第２カートリッジ台７とを内部に備えないで、代わりに複数のカセットチャンバーを備えている。すなわち、その常温接合装置８１は、図９に示されているように、その複数のカセットチャンバー８２−１〜８２−４を備えている。カセットチャンバー８２−１〜８２−４は、それぞれ、内部を環境から密閉する容器であり、一般に、ステンレス鋼により形成されている。常温接合装置８１は、さらに、複数のゲートバルブ８３−１〜８３−４を備えている。ゲートバルブ８３−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、ロードロックチャンバー３とカセットチャンバー８２−ｉの間に介設され、カセットチャンバー８２−ｉの内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、開放する。

カセットチャンバー８２−ｉは、カセット８４−ｉが配置される。カセット８４−ｉは、水平である２５個の棚が鉛直方向に１列に並んで配置されているケースであり、その棚に１枚ずつ基板１４、または基板１４を載せたカセットを載せるために利用される。

カセットチャンバー８２−ｉは、さらに、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。その真空ポンプは、カセットチャンバー８２−ｉの内部から気体を排気する。その真空ポンプとしては、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。その蓋は、カセットチャンバー８２−ｉの外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、大気雰囲気にすることで開放できる。その蓋の大きさは、カセット８４−ｉより大きい。

常温接合装置８１を用いて３枚以上の基板を１つの基板に常温接合するときの動作では、作業者は、まず、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−１〜８３−４とを閉鎖して、真空ポンプ３１を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気を生成し、カセットチャンバー８２−１〜８２−４の内部に大気圧雰囲気を生成する。作業者は、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の蓋を開けて、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−１をカセットチャンバー８２−１に配置し、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−２をカセットチャンバー８２−２に配置する。作業者は、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の蓋を閉めて、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の内部に真空雰囲気を生成し、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−１〜８３−２とを開放する。

作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１に装填された基板１４のうちの１枚の基板を上側ステージ４１にセットし、カセット８４−２に装填された基板１４のうちの１枚の基板を下側ステージ４２にセットする。作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを常温接合して、上側ステージ４１を鉛直上方向に上昇させて、下側ステージ４２にセットされた接合基板を生成する。作業者は、次いで、ゲートバルブ５を開放する。作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１のうちの空いている棚に下側ステージ４２にセットされている接合基板を搬送する。このような接合動作は、カセット８４−１とカセット８４−２に装填された基板がすべて常温接合されるまで繰り返し実行される。

作業者は、このような接合動作が実行されている間に、カセットチャンバー８２−３の蓋を開けて、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−３をカセットチャンバー８２−３に配置する。作業者は、カセットチャンバー８２−３の蓋を閉めて、カセットチャンバー８２−３の内部に真空雰囲気を生成し、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−３とを開放する。

作業者は、カセット８４−１に装填された基板１４とカセット８４−２に装填された基板１４との常温接合が完了し、かつ、カセットチャンバー８２−３の内部に真空雰囲気を生成された後に、カセット８４−１に装填され常温接合された接合基板とカセット８４−３に装填された基板１４とを常温接合する。すなわち、作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１に装填された接合基板のうちの１枚の基板を上側ステージ４１にセットし、カセット８４−３に装填された基板１４のうちの１枚の基板を下側ステージ４２にセットする。この時、接合された基板を下側ステージ４２、装填された基板１４を上側ステージ４１としてもよい。作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを常温接合して、上側ステージ４１を鉛直上方向に上昇させて、下側ステージ４２にセットされた接合基板を生成する。作業者は、次いで、ゲートバルブ５を開放する。作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１のうちの空いている棚に下側ステージ４２にセットされている接合基板を搬送する。このような接合動作は、カセット８４−１、カセット８４−３に装填された基板がすべて常温接合されるまで繰り返し実行される。

このように、常温接合装置８１を用いて３枚以上の基板を１つの基板に常温接合するときの動作では、２つの基板が常温接合されている間に、その２つの基板がそれぞれ配置される２つのカセットチャンバー以外のカセットチャンバーに次に常温接合される基板が装填されるカセットがセットされる。既述の実施の形態における常温接合装置１では、３枚以上の基板を１つの基板に常温接合するときに、２枚の基板が常温接合された接合基板が生成された後に３枚目の基板をセットするためにロードロックチャンバー３の内部を大気圧雰囲気にして再度真空雰囲気にする必要がある。常温接合装置８１は、ロードロックチャンバー３の内部を大気圧雰囲気にして再度真空雰囲気にする必要がなく、タクトタイムを短縮して常温接合装置１より速く常温接合することができる。

常温接合装置８１を用いて２枚の基板を１つの基板に常温接合するときの動作では、作業者は、まず、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−１〜８３−４とを閉鎖して、真空ポンプ３１を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気を生成し、カセットチャンバー８２−１〜８２−４の内部に大気圧雰囲気を生成する。作業者は、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の蓋を開けて、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−１をカセットチャンバー８２−１に配置し、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−２をカセットチャンバー８２−２に配置する。作業者は、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の蓋を閉めて、カセットチャンバー８２−１〜８２−２の内部に真空雰囲気を生成し、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−１〜８３−２とを開放する。

作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１に装填された基板１４のうちの１枚の基板を上側ステージ４１にセットし、カセット８４−２に装填された基板１４のうちの１枚の基板を下側ステージ４２にセットする。作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを常温接合して、上側ステージ４１を鉛直上方向に上昇させて、下側ステージ４２にセットされた接合基板を生成する。作業者は、次いで、ゲートバルブ５を開放する。作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−１のうちの空いている棚に下側ステージ４２にセットされている接合基板を搬送する。このような接合動作は、カセット８４−１、カセット８４−２に装填された基板がすべて常温接合されるまで繰り返し実行される。

作業者は、このような接合動作が実行されている間に、カセットチャンバー８２−３〜８２−４の蓋を開けて、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−３をカセットチャンバー８２−３に配置し、２５枚の基板１４が装填されたカセット８４−４をカセットチャンバー８２−４に配置する。作業者は、カセットチャンバー８２−３〜８２−４の蓋を閉めて、カセットチャンバー８２−３〜８２−４の内部に真空雰囲気を生成し、ゲートバルブ５とゲートバルブ８３−３〜８２−４とを開放する。

作業者は、カセット８４−１に装填された基板１４とカセット８４−２に装填された基板１４との常温接合が完了し、かつ、カセットチャンバー８２−３〜８２−４の内部に真空雰囲気を生成された後に、カセット８４−３に装填された基板１４とカセット８４−４に装填された基板１４とを常温接合する。すなわち、作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−３に装填された基板１４のうちの１枚の基板を上側ステージ４１にセットし、カセット８４−４に装填された基板１４のうちの１枚の基板を下側ステージ４２にセットする。作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して、上側ステージ４１にセットされた基板と下側ステージ４２にセットされた基板とを常温接合して、上側ステージ４１を鉛直上方向に上昇させて、下側ステージ４２にセットされた接合基板を生成する。作業者は、次いで、ゲートバルブ５を開放する。作業者は、搬送機構８を用いて、カセット８４−３のうちの空いている棚に下側ステージ４２にセットされている接合基板を搬送する。このような接合動作は、カセット８４−３、カセット８４−４に装填された基板がすべて常温接合されるまで繰り返し実行される。

このように、常温接合装置８１を用いて２枚の基板を１つの基板に常温接合するときの動作では、２つの基板が常温接合されている間に、その２つの基板がそれぞれ配置される２つのカセットチャンバー以外の２つのカセットチャンバーに次に常温接合される基板が装填される２つのカセットがそれぞれセットされる。既述の実施の形態における常温接合装置１では、２枚の基板を１つの基板に常温接合するときに、２枚の基板が常温接合された接合基板が生成された後に次の基板をセットするためにロードロックチャンバー３の内部を大気圧雰囲気にして再度真空雰囲気にする必要がある。常温接合装置８１は、ロードロックチャンバー３の内部を大気圧雰囲気にして再度真空雰囲気にする必要がなく、タクトタイムを短縮して常温接合装置１より速く常温接合することができる。

なお、カセットチャンバー８２−１〜８２−４は、２つまたはそれ以上のカセットを内部に配置することができる１つのカセットチャンバーに置換することもできる。

図１は、本発明による常温接合装置の実施の形態を示す断面図である。 図２は、本発明による常温接合装置の実施の形態を示す断面図である。 図３は、下側ステージを示す断面図である。 図４は、ゲートバルブを示す断面図である。 図５は、本発明による常温接合装置を用いて基板を常温接合する動作を示すフローチャートである。 図６は、搬送装置の動作を示す断面図である。 図７は、搬送装置の動作を示す断面図である。 図８は、搬送装置の動作を示す断面図である。 図９は、本発明による常温接合装置の実施の他の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ ：常温接合装置
２ ：接合チャンバー
３ ：ロードロックチャンバー
５ ：ゲートバルブ
６ ：第１カートリッジ台
７ ：第２カートリッジ台
８ ：搬送装置
１１：第１カートリッジ
１２：第２カートリッジ
１４：基板
１５：第１アーム
１６：第２アーム
１７：第３アーム
１８：第１節
１９：第２節
２０：第３節
２１：爪
２２：回転軸
２３：回転軸
２４：回転軸
３１：真空ポンプ
３２：イオンガン
３３：電子銃
３４：壁
３５：排気口
３６：照射方向
３７：扉
３８：ヒンジ
３９：窓
４１：上側ステージ
４２：下側ステージ
４３−１：試料台
４３−２：圧接機構
４４：位置決めステージ
４５：キャリッジ支持台
４６：キャリッジ
４７：弾性案内
４８：底板
５２：支持面
５３：誘電層
５４：支持面
６１：ゲート
６２：扉
６３：封止面
８１：常温接合装置
８２−１〜８２−４：カセットチャンバー
８３−１〜８３−４：ゲートバルブ
８４−１〜８４−４：カセット

Claims (8)

1. 上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバーと、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する上側ステージと、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持するキャリッジと、
   前記キャリッジに同体に接合される弾性案内と、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、水平方向に移動可能に前記弾性案内を支持する位置決めステージと、
   前記弾性案内を駆動して前記水平方向に前記キャリッジを移動する第１機構と、
   前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する第２機構と、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記上側ステージが移動する方向に前記キャリッジを支持するキャリッジ支持台とを具備し、
   前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが接触しないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持し、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する
   常温接合装置。
2. 請求項１において、
   前記接合チャンバーに形成される排気口を介して前記接合チャンバーの内部から気体を排気して前記接合チャンバーの内部に前記真空雰囲気を生成するターボ分子ポンプと、
   ロードロックチャンバーと前記接合チャンバーとの間を開閉するゲートバルブと、
   前記ゲートバルブを介して上側基板と下側基板とを前記ロードロックチャンバーから前記接合チャンバーに搬送する搬送機構と、
   前記上側基板の常温接合される第１表面と前記下側基板の常温接合される第２表面とが平行になるように離れているときに、一箇所から放出される粒子を前記真空雰囲気で前記第１表面と前記第２表面との間に向けて照射する表面清浄化装置とを具備し、
   前記粒子のビームの中心線は、前記接合チャンバーの内側表面のうちの前記排気口と前記ゲートバルブとを除く領域に向いている
   常温接合装置。
3. 請求項２において、
   互いに独立して減圧可能である複数のカセットチャンバーを更に具備し、
   前記搬送機構は、前記下側基板と前記上側基板とを前記カセットチャンバーから前記接合チャンバーに搬送し、前記下側基板と前記上側基板とが常温接合された接合基板を前記接合チャンバーから前記カセットチャンバーに搬送する
   常温接合装置。
4. 請求項３において、
   前記カセットチャンバーの内部に出し入れ可能に配置される複数カセットを更に具備し、
   前記複数カセットは、それぞれ、前記下側基板または前記上側基板または前記接合基板が配置される複数の棚が形成される
   常温接合装置。
5. 上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバーと、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する上側ステージと、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持するキャリッジと、
   水平方向に前記キャリッジを移動する第１機構と、
   前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する第２機構と、
   前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記上側ステージが移動する方向に前記キャリッジを支持するキャリッジ支持台とを具備し、
   前記キャリッジは、前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に摺動して前記水平方向に移動する
   常温接合装置。
6. 請求項５において、
   前記接合チャンバーに形成される排気口を介して前記接合チャンバーの内部から気体を排気して前記接合チャンバーの内部に前記真空雰囲気を生成するターボ分子ポンプと、
   ロードロックチャンバーと前記接合チャンバーとの間を開閉するゲートバルブと、
   前記ゲートバルブを介して上側基板と下側基板とを前記ロードロックチャンバーから前記接合チャンバーに搬送する搬送機構と、
   前記上側基板の常温接合される第１表面と前記下側基板の常温接合される第２表面とが平行になるように離れているときに、一箇所から放出される粒子を前記真空雰囲気で前記第１表面と前記第２表面との間に向けて照射する表面清浄化装置とを具備し、
   前記粒子のビームの中心線は、前記接合チャンバーの内側表面のうちの前記排気口と前記ゲートバルブとを除く領域に向いている
   常温接合装置。
7. 請求項６において、
   互いに独立して減圧可能である複数のカセットチャンバーを更に具備し、
   前記搬送機構は、前記下側基板と前記上側基板とを前記カセットチャンバーから前記接合チャンバーに搬送し、前記下側基板と前記上側基板とが常温接合された接合基板を前記接合チャンバーから前記カセットチャンバーに搬送する
   常温接合装置。
8. 請求項７において、
   前記カセットチャンバーの内部に出し入れ可能に配置される複数カセットを更に具備し、
   前記複数カセットは、それぞれ、前記下側基板または前記上側基板または前記接合基板が配置される複数の棚が形成される
   常温接合装置。

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