JP4984259B2 - サンプル保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、主として半導体ウェーハ、ガラス板などの板状の基板サンプルを処理するプロセスで使用するサンプル保持機構に関するものである。

半導体のプロセス処理装置では、サンプルウェーハを固定して使用しなければならない場合がある。たとえば、ターゲットが上向きにあるスパッタ装置では、サンプルウェーハの処理面を下に向けて置かなければならず、このため、サンプルウェーハを基板ホルダーと言われる冶具に固定する。この他にも、イオンミリングなどのエッチング装置、陽極接合装置などの接合装置など、多くの装置でもサンプルウェーハの処理面を下に向けたり、横方向に向けたりする必要があり、ウェーハを固定しなければならない。また、装置内の処理する場所に単に載せるだけでは動いてしまうような場合にも固定が必要不可欠である。

従来、たとえば接合装置を用いて同一口径の２枚のサンプルウェーハを接合する場合、両者のアライメント（位置合わせ）操作をするために、少なくとも１枚のウェーハは固定しなければならない。前記基板ホルダーなどに固定してから接合処理する場合、代表的な方法としては、押さえ冶具で固定する方法、ウェーハ外周部分を受け縁で保持する方法や、真空吸引や静電力などによって基板ホルダーに吸着する方法がある。

受け縁方式による一例を図８（Ａ）に示す。この図は、ウェーハ接合装置の模式断面図であり、下側サンプルウェーハ８８５は加熱サセプター８５０上に載置されている。また、２枚のサンプルウェーハのアライメントのために、加熱サセプターは微動機構８９５に固定されている。一方、接合時に上側に位置するサンプルウェーハ８８０は、基板ホルダー８００を用いてウェーハエッジに近い外周部を受け縁部８０５によって保持されている。

赤外線顕微鏡ヘッド８６０とモニター８６５によって２枚のサンプルウェーハのアライメントを行った後、赤外線顕微鏡ヘッドを退避させ、圧着用のプレスヘッド（図示せず）による圧着操作に移る。しかし、図８（Ａ）に示すように、上下方向から接合する場合に、上側サンプルウェーハの口径が下側サンプルウェーハの口径に比べて同じか小さい場合には、サンプルウェーハ同士を合わせて押圧するときに、たとえ基板ホルダーの厚さをサンプルウェーハよりも薄くしたとしても、受け縁部８０５が邪魔になるので、アライメント操作が終了した時点で直ちに圧着操作に移行することが出来ない。

上記問題の解決手段として、たとえば円環状の基板ホルダーであれば、これを扇状の幾つかの部分に分割して個々に独立したホルダーとし、アライメントが終了した時点で分割・独立ホルダーを直径方向に順次引き抜いていけば、上側サンプルウェーハを外周部分から順次下側サンプルウェーハの上に接触させていくことが出来る。これにより、基板ホルダーが介在しない状態で圧着操作に移行することが可能となる。しかしながら、上記手段では独立ホルダーを引き抜いていく過程で上側サンプルウェーハの位置ズレが起きやすく、高精度アライメントによる圧着接合がきわめて困難であった。

一方、吸着方式を用いた固定方式のうち、真空吸着方式は真空雰囲気では使用することが出来ないので、減圧下での圧着には静電チャックが多用されている。一例を図８（Ｂ）に示す。上側サンプルウェーハ８８０は、静電チャックヘッド８１０に静電吸着により保持されている。図中の電源８１５は静電チャック用の電源である。図示のように、静電チャックヘッドは上部サンプルウェーハの裏面全面を吸着するのではなく、ウェーハの外周部にアライメントのためのモニター領域８８２を確保しており、残りの中央部分を吸着領域としている。

しかし、上記のように、アライメント用のモニター領域が限定されるので、ウェーハ全面をモニターする場合に比べてアライメント精度が低下する場合がある。また、静電チャック機構は、構造が複雑であり、機構コストも高い、という難点がある。さらに、アライメント終了後に、赤外線顕微鏡ヘッド８６０に加えて静電チャック機構も退避させねばならず、圧着接合装置が複雑化する。
特開平０８−１８６０６５

本発明の目的は、サンプル保持機構に基板サンプル（ウェーハなど）を装着したままの状態で圧着操作に移行しても、サンプル保持機構の存在がなんら障害にならないサンプル保持機構を提供することにある。

本発明の最大の特徴は、板状枠体とプッシングユニットとで基板サンプルの保持機構を構成し、板状枠体で囲まれた領域に基板サンプルが保持され、基板サンプルの周縁部端面のみが保持機構と接触している点にある。これによって、サンプル保持機構の厚みを保持すべき基板サンプルよりも薄くすれば、基板サンプル（ウェーハなど）をサンプル保持機構に装着したままの状態で圧着操作に移行しても、サンプル保持機構の存在がなんら障害にはならない。

上述の『サンプル保持機構の厚みを保持すべき基板サンプルよりも薄くすれば』とは、より正確に表現すれば、『板状枠体で囲まれた領域中に装着された基板サンプルの表面を含む仮想平面と、基板サンプルの裏面を含む仮想平面とで規定される二つの仮想平面で挟まれた領域の中にサンプル保持機構が収まっている』状況を指す。

本発明の実施例を示す図面を援用して、本発明の詳細を以下に説明する。本発明の板状枠体とは、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）示すようなドーナッツ状の薄い板状枠体１１０を指す。板状枠体で囲まれた領域１４０の中に、図１（Ｂ）〔平面図〕に示すように基板サンプル１８０を保持する。

図１（Ｃ）〔拡大断面図〕に示すように、板状枠体１１０に配設されたプッシングユニット１３０中のバネ体１３６の復元力により、ピストン１３２の先端が基板サンプル１８０の周縁部端面を押圧することにより、基板サンプルを保持している。

プッシングユニット１３０は、シリンダー１３４、バネ体１３６、ピストン１３２とで構成されている。ピストンはシリンダー内で回転が可能であり、また、ピストンをシリンダー内に押し込んでいった時に、バネ体の圧縮が始まる寸前の状態でシリンダーから所定の長さのピストンが突き出るように設定されている。

プッシングユニットは、ピストンが摺動する軸方向線と板状枠体の表面（又は裏面）とが平行となるような状態で、かつ、板状枠体で囲まれた領域にピストンの所定長さを突き出した状態でプッシングユニットの一部又は全部が板状枠体に３個以上埋設・固定されている。

プッシングユニットのレイアウトとしては、基板サンプルの各周縁部端面を押圧する力の総和（ベクトル和）と基板サンプルに作用する偶力の総和（ベクトル和）が、ともに零となる位置にプッシングユニットを配置すればよい。必ずしも各バネ体のバネ定数を同じにする必要はなく、プッシングユニットを所望の位置に配置した後、上記の条件に見合うように各バネ体のバネ定数を設定すればよい。

また、図１（Ｂ）に示すような円形基板サンプル１８０の場合のように、保持すべき基板サンプルが２本の直行する平面形状対称軸を持っている場合には、２本の直行する平面形状対称軸の延長線上の所定位置にプッシングユニットを配置し、等しいバネ定数を持つバネ体により基板サンプルを保持するのが典型的な方式である。

また、ピストンの移動軸線と基板サンプルの周縁部端面の接線方向が、大略、直交することが好ましい。これにより、より安定した基板サンプルの保持が出来る。さらに、バネ体としては、ピストンをシリンダーに押し込んだときに反発力を発生するものであればよく、特に限定されるものではないが、好ましくはコイルバネである。

また、各ピストンの先端と基板サンプル周縁部端面との接触点を点状の１点であると仮定したとき、これらの仮想点を順次結んで得られる多角形を想定し、各ピストンによって保持されている基板サンプルの重心を上記想定多角形を含む平面内に投影したときに、基板サンプルの重心が想定多角形の内側に存在することが好ましい。これにより、サンプル面に直交する方向への回転力（基板サンプルの自重に起因するもの）が低減できるので、基板サンプルの安定した保持が可能になる。

さらに、より好ましくは、基板サンプルの上記投影重心と上記想定多角形の重心とを、大略、一致させることである。これにより、上記の回転力を最小限に抑制できるので、より安定した基板サンプルの保持が可能になる。

また、保持すべき基板サンプルの周縁部端面の形状に応じて、図２〜図４に示すようにピストンの先端形状を、Ｖ字溝、十字型Ｖ字溝、又は先鋭な針状としている。さらに、基板サンプルの脱着時にピストンをシリンダー内に押し込む操作が必要になるので、図３に示すように、フォーク状ジグの引掛け用突起又は溝（図示なし）をピストンの側面に設けることが望ましい。

また、本発明のサンプル保持機構の構成材料は、構築可能であれば特に限定されるものではない。加熱を要する処理工程に使用する場合には、金属材料若しくはセラミックス材料、又は前記の二つの材料を組み合わせて構成する。

（１）本発明のサンプル保持機構を用いることにより、基板サンプル（ウェーハなど）を保持機構に装着したままの状態で、そのまま圧着操作に移行することが可能となる。圧着操作に対して、サンプル保持機構の存在がなんら障害にならない。従って、例えば上下にある２枚のウェーハの圧着に際して、保持している上側のウェーハサイズが下側に比べて小さい場合にも、ウェーハを保持機構に装着したままで圧着操作を行うことが可能となる。また、真空雰囲気での使用も可能である。

（２）本発明のサンプル保持機構を用いることにより、ハンドリング領域を実際の基板サンプルのサイズよりも大きく採ることができる。これにより、通常、ハンドリング可能なウェーハサイズを限定している自動又は半自動方式のプロセス装置であっても、例えば、口径Φ７０ｍｍのサンプルウェーハを外径Φ１００ｍｍのサンプル保持機構に装着すれば、Φ１００ｍｍ専用装置を用いてΦ７０ｍｍのサンプルウェーハをハンドリングすることが可能になる。口径変換用のトレーを用いる必要がなくなるので、トレー使用時にしばしば問題となる加熱・冷却時の熱伝導に起因する問題も解消される。

以下に本発明の幾つかの実施例を図面を用いて説明する。なお、図面を見やすくするために、平面図における基板サンプルには点状の模様を付けている。

主として、円形基板サンプルを保持するためのサンプル保持機構を図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１（Ａ）は本実施例におけるサンプル保持機構の模式斜視図、図１（Ｂ）は円形基板サンプルを保持した状態のサンプル保持機構の模式平面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）におけるＳ−Ｓ断面拡大図である。

サンプル保持機構は、板状枠体１１０とプッシングユニット１３０とで構成されており、板状枠体で囲まれた領域１４０に基板サンプル１８０が保持される。図１（Ｃ）に示すようにプッシングユニット１３０は、シリンダー１３４と、シリンダー中に収められたバネ体であるコイルバネ１３６と、ピストン１３２とで構成されている。ピストンをシリンダー内に押し込んで行くとコイルバネが圧縮され、その復元力によりピストンの先端（露出側）には押圧力が発生する。

このプッシングユニットは、図示のように板状枠体の内周縁部分に取り付け・固定されている。本例では、板状枠体の一部を切削加工した部分にプッシングユニットを位置決めし、溶接、ロウ付、又はカシメなどの適切な方法により固定した。

また、プッシングユニットを含む板状枠体の厚みは基板サンプルの厚み以下になるように設定されている。すなわち、板状枠体で囲まれた領域１４０の中に装着された基板サンプルの表面を含む仮想平面と、基板サンプルの裏面を含む仮想平面とで規定される二つの平面で挟まれた領域の中に、本発明のサンプル保持機構、すなわちプッシングユニットを含む板状枠体が完全に収まっているということである。

以下では、基板サンプル１８０として、直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウェーハを例に採り、本例のサンプル保持機構を説明する。図１（Ｂ）に示すように、板状枠体の外周と内周の形状は同心円状であり、内周円の直径寸法は約１１０ｍｍである。板状枠体１１０は約０．４ｍｍ厚のステンレス鋼板で作製したドーナッツ状の枠体であり、これに金属製のプッシングユニット１３０が取り付けられている。

プッシングユニットはシリコンウェーハの２本の直交する形状対称軸線上の相当位置に、合計４個が配設されている。各プッシングユニットにあるピストン１３２の先端は、枠体内周縁部１２０（シリンダー開放端）から７ｍｍ突き出した状態（ただし、コイルバネの圧縮による復元力が発生する寸前のピストン位置）に調整されている。各コイルバネのバネ定数は同一とし、バネ定数を約２０ｇｆ／ｍｍとした。保持すべきシリコンウェーハは、図１（Ｃ）に示すように周縁部分が面取りをされて丸みを帯びている。一方、シリコンウェーハの周縁部端面に押し付けられるピストンの先端にはＶ字溝１３８が設けられている。

本例のサンプル保持機構にシリコンウェーハを装着するには、平坦な台（図示せず）上にサンプル保持機構を載置した後、板状枠体内周縁部にある４本のピストンを各シリンダー内に、適量、押し込む。次いで、図１（Ｂ）に示すようにシリコンウェーハを板状枠体で囲まれた領域に載置した後、ピストン先端部のＶ字溝がシリコンウェーハの周縁部端面に接触するように、各シリンダー内に押し込んでいたピストンを元の位置に戻す。

これにより、シリコンウェーハは周縁部端面に接触する４個のＶ字溝により保持される。各ピストンには押圧力（コイルバネの復元力：約４０ｇｆ）が加わっているので、シリコンウェーハがサンプル保持機構の自重でピストンから脱離することはない。同様に、板状枠体のみを支持した場合であっても、自重によりシリコンウェーハがサンプル保持機構から脱離することもない。さらには、ウェーハを含む保持機構が通常の搬送動作中に受ける加速度による荷重負荷に対しても、これによりウェーハが保持機構から脱落することもない。

本実施例からもわかるように、本発明の最大の特徴は、基板サンプルを保持するに際して、保持具たるピストンが基板サンプルの周縁部端面だけを接触・押圧してサンプルを保持し、かつ、サンプルの外周縁部より外側の領域に位置するサンプル保持機構の厚さを基板サンプルよりも薄くしたことにある。

以下に、２枚の同一口径シリコンウェーハを重ね合わせ接着（熱圧着）する場合における本例のサンプル保持機構の応用例を、図７により説明する。図７（Ａ）は、本例のサンプル保持機構を用いて２枚のウェーハのパタン合わせ（各ウェーハ上にあるパタンを上下に重ね合わせるためのアライメント操作）をする場合の熱圧着装置の模式断面図である。また、図７（Ｂ）は上記のパタン合わせ操作が終了後、引き続き連続して熱圧着操作を行っている状態の模式断面図である。

まず、図７（Ａ）に示すように、基台７５５に設置されている加熱サセプター７５０の上に下側ウェーハ７８５を載置する。次に、本例のサンプル保持機構７００で上方に位置する上側ウェーハ７８０を保持する。次いで、保持機構の外周に近い部分を支持体７９０で支持する。そして、支持体に接続している微動機構７９５を用いて上側ウェーハを下降させて、上側・下側ウェーハの間隔をパタン合わせが可能となる距離にまで接近させる。次いで、微動機構を操作して上側・下側ウェーハの間のパタン合わせを行う。この間のパタン合せの状況については、赤外線顕微鏡ヘッド７６０とモニター７６５で構成されたモニターシステムを用いて監視する。

パタン合わせが完了したら、微動機構を操作して、上側ウェーハをさらに下降させ、下側ウェーハと完全に密着させる。次いで、図７（Ｂ）に示すように、赤外線顕微鏡ヘッドを退避させ、代わりに熱圧着用のプレス板７７０を上側ウェーハ７８０に押し当て、所定条件で熱圧着を行い、上下２枚のウェーハを接合する。上側ウェーハがプレス板で押し付けられる場合にも、サンプル保持機構７００を取り外す必要がないので、パタン合わせ後の上下ウェーハの位置ズレを抑制できる。また、サンプル保持機構にウェーハを装着したままで、圧着すべきウェーハ口径よりも大きなプレス板を用いた熱圧着が可能になるので、圧着の信頼性が向上する。

本例では、円形の基板サンプルに適用するサンプル保持機構について説明したが、これに限定されるものではない。楕円形、正方形、長方形など、平面形状において２本の直行する対称軸を有する（上下・左右が対称な形状）基板サンプルであれば、本実施例に示したサンプル保持機構を適用できる。この場合、板状枠体の内周縁部の形状を円形ではなく、基板サンプルの形状に対応させる必要がある。しかし、必ずしも相似形に近い形状である必要はなく、プッシングユニットが取り付けられている付近だけが基板サンプルと適切な隙間を保った形状であれば充分である。

本発明の第２の実施例として、プッシングユニットの構成要素である「ピストン」についての実施例を以下に述べる。まず、ピストンがシリンダー内で回転可能なように円柱状のピストン形状とした。これは、ピストンの先端に設けたＶ字溝が基板サンプルの周縁部端面と接触した際に、ピストンが回転することによりＶ字溝がサンプル端面にピッタリと整合する・・・・・いわゆる「馴染み」が良くなるからである。

さらに、ピストンの先端に十字型のＶ字溝を設けた実施例を図２に示す。図２（Ａ）は、先端に十字型Ｖ字溝を持つピストン２３２の断面図、図２（Ｂ）は、ピストン先端の十字型Ｖ字溝を示す端面の図である。図示のように、シリンダー内を回転可能なピストン先端に２本の直行するＶ字溝２３８が設けられている。

十字型Ｖ字溝の採用により、１本のＶ字溝を持つ場合に比べて保持機構への基板サンプルのセッティングが容易になった。回転可能な１本Ｖ字溝式ピストンの場合には、セッティングする際のＶ字溝の方向が必ずしも基板サンプルの周縁部位置と一致していない場合があり、方向調整が必要であった。

一方、本例の十字型Ｖ字溝式の場合には、Ｖ字溝が２本あるので、基板サンプル装着操作時のピストン先端と基板サンプルの周縁部端面との「馴染み」がより簡単にできる。すなわち、ピストン先端が基板サンプルの周縁部端面に接触した際、Ｖ字溝とサンプル周縁部の方向が大幅にずれていない限り、どちらかのＶ字溝にサンプル周縁部が入り込めば、その後はピストンが回転することによりＶ字溝方向とサンプル周縁部方向が自動的に整合するからである。

本発明の第３の実施例を図３に示す。図３（Ａ）は、プッシングユニット３３０の模式断面図である。シリンダー３３４内には、コイルバネ３３６が収まっている。また、シリンダー内を摺動・回転可能なピストン３３２があり、その先端にはＶ字溝３３８が設けられている。さらに、ピストン先端付近の側面には２個の突起３３３が対称的に配設されている。

この突起を利用することにより、サンプル保持機構への基板サンプルの装着・離脱操作がきわめて簡単になる。以下に、図３（Ｂ）により上記を説明する。図３（Ｂ）は、基板サンプルの装着・離脱の際に必要となるピストンの移動（シリンダー側への押し込み）操作を説明するための斜視図である。ピストン３３２の側面には上述の突起３３３が設けられている。

基板サンプルの装着・離脱に際してピストンをシリンダー側に移動するには、図示のように二又フォーク３５０をセットした後、二又フォークで突起を引っ掛けて矢印の方向に移動することにより、ピストンをシリンダー方向に移動することができる。なお、図示していないが、空気圧や電磁的駆動方法などにより、ピストン毎にセットをした複数個の二又フォークを一斉に移動させることができるので、これにより、基板サンプルの装着・離脱操作の自動化も可能になる。

本発明の第４の実施例を図４を用いて説明する。図４（Ａ）は、長方形の基板サンプル４８０を本例のサンプル保持機構に装着した状態を示す模式平面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＱ−Ｑ断面拡大図である。

本例が実施例１と大きく異なる点は、プッシングユニットを構成するピストンの先端形状と、プッシングユニットの個数・レイアウトである。図４（Ｂ）に示すように、板状枠体４１０に取り付けられたプッシングユニット４３０は、実施例１と同様にシリンダー４３４、コイルバネ４３６、ピストン４３２とで構成されているが、基板サンプル４８０と接触するピストン先端の形状を鋭い針状にしている。これにより、周縁部端面が平面になっている基板サンプルに対して、保持を容易にしている。

さらに本例では、プッシングユニットを基板サンプルの形状対称軸線上に置かずに、図４（Ａ）に示すように３点配置としている。この場合、各ピストンの押圧力のベクトル和と各偶力のベクトル和とがともにゼロになるように、各プッシングユニットの配置とバネ定数を調整する。図４（Ａ）の例では、下方に配置したプッシングユニット中の２本のコイルバネについては、同一のバネ定数のものを用い、また、上方に位置する１本のコイルバネについては、下方に配置したコイルバネのバネ定数の２倍の値をもつコイルバネを用いた。これにより、基板サンプルは板状枠体で囲まれた所定の領域に釣り合いを保って安定に保持される。

なお、本例において実施例１と同様な条件については記載を省略した。また、上記で説明した長方形基板サンプルの保持方法は、上記の３点支持に限定されるものではない。実施例１と同様に、上記サンプルの直交する２本の形状対称軸線上の相当位置に、合計４個のプッシングユニットを配設したサンプル保持機構を用いることも可能である。また、基板サンプルの周縁部端面が面取りされており、丸みを帯びた凸面状である場合には、実施例１と同様に先端形状をＶ字溝としたピストンが適用できる。

本発明の第５の実施例を図５を用いて説明する。図５は、先の実施例４と同様に長方形の基板サンプル５８０を本例のサンプル保持機構に装着した状態を示す模式平面図である。板状枠体５１０に合計８個のプッシングユニット５３０が配設されている。基板サンプルの周縁部端面は面取りされており、丸みを帯びた凸面状になっている。このため、先端形状をＶ字溝としたピストン５３２により、基板サンプルを保持している。その他の条件は、他の実施例に類似しているので、詳細な記載を省略する。

本実施例では、８個のプッシングユニット中のコイルバネのバネ定数は同一であり、プッシングユニットの配置形状と基板サンプルとからなる近似的な図形は、左右・上下に対称である。このように、プッシングユニットの配置については、基板サンプルが直交する２本の対称軸を持つ場合であっても、必ずしも対称軸線上にプッシングユニットを配置する必要はない。

なお、本実施例では、プッシングユニット中の各ピストンの先端と基板サンプル周縁部端面との接触点を点状の１点であると仮定した場合に、これらの仮想点を順次結んで得られる多角形を想定したとき、上記想定多角形を含む平面内に投影した基板サンプルの重心位置は想定多角形の重心位置と大略一致している。

本発明の第６の実施例を以下に説明する。なお、上述の幾つかの実施例と同様の部分については説明を省略する。図６は、サンプルの平面形状が対称軸を持たない不定形の基板サンプル６８０を本発明のサンプル保持機構により保持した一例を示す平面図である。サンプル保持機構は板状枠体６１０と、これに取り付けられた４本のプッシングユニット６３０とで構成されている。

各ピストン６３２の先端にはＶ字溝が設けられており、実施例１〜５と同様に、各ピストンは、サンプル周縁部端面をほぼ垂直に押圧している。基板サンプルを図示のように釣り合いを保って保持するには、各ピストンの押圧力を個別に調整する必要がある。すなわち、各ピストンがサンプル周縁部端面を押圧する力の総和（ベクトル和）と、サンプル面内に作用する偶力の総和（ベクトル和）とが、ともに零となるように各ピストンの押圧力を個別に調整する必要がある。

図６に示す実施例においては、図面の上側に位置する２本のピストン６３２の個々の押圧力は、図面下側に位置するピストン６３２の個々の押圧力よりも大きくする必要がある。個々のピストンの押圧力を調整するには、コイルバネのバネ定数若しくはバネのたわみ量を調整するか、又は、バネ定数とたわみ量の両方を調整すればよく、これにより、基板サンプルを板状枠体で囲まれた領域に安定して保持することが出来る。

なお、上述の実施例１〜６では、サンプル保持機構の板状枠体の外周縁部の形状を円形や長方形としているが、これに限定されるものではなく、サンプル保持機構の用途に応じた形状とすることが出来る。さらに、板状枠体の内周縁部の形状は、板状枠体で囲まれる領域に基板サンプルを保持できるような空きスペースが確保されるものであれば充分である。また、プッシングユニットを配置すべき箇所において、ピストンの所望のストローク量が確保されていれば、板状枠体の内縁部の形状は必ずしも基板サンプルの形状と大略相似形である必要はない。

なお、さらに、上述の実施例１〜６では、ピストンの押圧方向を基板サンプルの外縁部端面にほぼ垂直になるようにしているが、ピストン先端がサンプル端面との接触点において摩擦抗力を上回る「滑り」を発生しない限り、サンプル面内と平行であれば端面を斜めに押圧することも可能である（ただし、押圧力のベクトル和と偶力のベクトル和とをともに零とすることは必要）。

なおまた、板状枠体の中にピストンを収容するシリンダーの内径と同一寸法の空洞を板状枠体に設けることが可能であれば、この空洞をシリンダーとして代替出来ることは、言うまでもない。さらに、プッシングユニットを下記のような別構成とすることも可能である。すなわち、ピストンがシリンダーから抜け落ちるのを防止するために、シリンダーに格納されている部分のピストンの側面に段差を設け、また、シリンダーの開放端の一部又は全部にピストン側面の段差を受け止めるための「ツバ状ストッパー」を設けて、プッシングユニットを構成すればよい。

上記構成のプッシングユニットでは、ピストンの段差が「ツバ状ストッパー」に突当っている初期状態で、予めピストンにコイルバネの復元力を一定量だけ加えておくことが可能になる。これを利用すれば、弱いバネ定数のコイルバネを用いたサンプル保持機構に基板サンプルをセッティングする場合においても、比較的短いストロークのピストンの押戻しだけで所望の押圧力が得られるので好都合である。

さらにはまた、本発明のサンプル保持機構の構成材料は、機能構築が可能であれば特に限定されるものではない。加熱を要する処理工程に使用する場合には、金属材料若しくはセラミックス材料、又は前記の二つの材料を組み合わせて構成する。

本発明は、特に自動・半自動の電子デバイス製造プロセス装置において、ハンドリング可能な標準サイズ（ウェーハ口径など）を下回る異径サイズのサンプルを、標準サイズのサンプルと同様にハンドリングするために利用できる。また、圧着用接合装置などにおける２枚の基板サンプルのアライメント操作にも利用できる。

（Ａ）実施例１におけるサンプル保持機構の模式斜視図 （Ｂ）実施例１におけるサンプル保持機構の模式平面図 （Ｃ）図１（Ｂ）におけるＳ−Ｓ断面拡大図 （Ａ）ピストンの断面図 （Ｂ）ピストン先端の端面図 （Ａ）プッシングユニットの模式断面図 （Ｂ）ピストンの押し込み操作を説明する斜視図 （Ａ）実施例４におけるサンプル保持機構の模式平面図 （Ｂ）図４（Ａ）におけるＱ−Ｑ断面拡大図 実施例５におけるサンプル保持機構の模式平面図 実施例６におけるサンプル保持機構の模式平面図 （Ａ）本発明によるサンプル保持機構を用いた熱圧着接合装置の模式断面図 （Ｂ）本発明によるサンプル保持機構を用いた熱圧着装置における、圧着操作時の模式断面図 （Ａ）受け縁方式を用いた従来のウェーハ接合装置の模式断面図 （Ｂ）静電チャックを用いた従来のウェーハ接合装置の模式断面図

符号の説明

１１０，４１０，５１０，６１０――板状枠体
１２０――枠体内周縁部
１３０，３３０，４３０，５３０，６３０――ブッシングユニット
１３２，２３２，３３２，４３２，５３２，６３２――ピストン
１３４，３３４，４３４――シリンダー
１３６――バネ体
１３８，２３８，３３８――V字溝
１４０――板状枠体で囲まれた領域
１８０，４８０，５８０，６８０――シリコンウェーハ
１９０，１９５――形状対称軸線
３３３――突起
３３６，４３６――コイルバネ
３５０――二又フォーク
７００――サンプル保持機構
７５０，８５０――加熱サセプタ−
７５５――基台
７６０，８６０――赤外線顕微鏡ヘッド
７６５，８６５――モニター
７７０――プレス板
７８０――上側ウェーハ
７８５――下側ウェーハ
７９０――支持体
７９５，８９５――微動機構
８００――サンプルホルダー
８０５――受け縁部
８１０――静電チャック
８１５――静電チャック用電源
８８０――上側サンプルウェーハ
８８２――モニター領域
８８５――下側サンプルウェーハ

Claims (7)

1. 板状枠体とプッシングユニットとで構成され、板状枠体で囲まれた領域にプッシングユニットによって基板サンプルを保持するためのサンプル保持機構であって、
   前記プッシングユニットは、一端が閉じられたシリンダーと、シリンダー内に収容されたバネ体と、シリンダー内で摺動・回転可能であってシリンダーの開放端から突き出るピストン先端にＶ字溝又は十字型Ｖ字溝を持つピストンとで構成され、ピストンによるバネ体の圧縮が始まる時点においては、シリンダーの開放端からピストンの一部が所定長さだけ突き出ている構造であって、
   前記ピストンが摺動する軸方向線と前記板状枠体の表面（又は裏面）とが平行、かつ、前記板状枠体で囲まれた領域にピストンの所定長さを突き出した状態でプッシングユニットの一部又は全部を板状枠体に３個以上埋設・固定し、
   前記プッシングユニットが有するバネ体の復元力によりピストンの先端で基板サンプルの外周縁部端面を押圧することによって基板サンプルを保持し、
   また、基板サンプルの各外周縁部端面を押圧する力の総和（ベクトル和）と基板サンプルに作用する偶力の総和（ベクトル和）が、ともに零となるような位置に前記プッシングユニットを配置し、
   さらに、前記板状枠体で囲まれた領域中に装着された前記基板サンプルの表面を含む仮想平面と基板サンプルの裏面を含む仮想平面とで規定される二つの仮想平面で挟まれた領域の中に板状枠体（プッシングユニットを含む）が収まっていることを特徴とするサンプル保持機構。
2. ピストンの先端形状を先鋭な針状としたことを特徴とする請求項１に記載のサンプル保持機構。
3. プッシングユニットに内装されているバネ体をコイルバネとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサンプル保持機構。
4. 基板サンプルを保持した状態において露出しているピストン側面の部分にフォーク状ジグの引掛け用突起又は溝を設け、
   Ｖ字溝又は十字型Ｖ字溝を有するピストンについてはＶ字溝の谷線に対応させた位置に２個若しくは４個の突起を、又は２本若しくは４本の溝を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサンプル保持機構。
5. 保持すべき基板サンプルが２本の直行する平面形状対称軸を有しており、基板サンプルの２本の直行する平面形状対称軸の延長線上の所定位置にプッシングユニットを配設して基板サンプルを保持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサンプル保持機構。
6. 各ピストンの先端と基板サンプル外周縁部端面との接触点を１点であると仮定したとき、これらの仮定した点を順次結んで得られる多角形を想定し、
   各ピストンによって保持されている基板サンプルの重心を上記想定多角形を含む平面内に投影したときに、基板サンプルの重心が想定多角形の内側に存在し、好ましくは、基板サンプルの上記投影重心と上記想定多角形の重心とが、大略、一致することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサンプル保持機構。
7. 金属材料若しくはセラミックス材料、又は前記の二つの材料を組み合わせて構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のサンプル保持機構。