JP2004342855A - 基板接合装置および基板接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の基板接合装置のビーム照射部300は、真空チャンバ100内で第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙に挿入されて、各接合面に対して相対的に移動されつつ、両接合面に対して粒子ビームを同時に照射する。そして、加重機構121,122は、第1基板800aと第2基板800bの各接合面を重ね合わせた状態で第1基板800aと第2基板800bを加圧する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2以上の基板同士を接合する基板接合装置および接合方法に関し、特に、基板の接合面に対して均一に粒子ビームを照射することができるとともに、基板接合装置の小型化を図ることができる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種基板の接合技術の一つとして、表面活性化接合技術が注目を集めている。表面活性化接合技術によれば、真空中でアルゴン中性原子ビームなどの粒子ビームが基板の接合面へ照射される。この結果、接合面上の酸化膜などの不純物が除去され、接合面が活性化される。このように活性化された接合面同士を重ね合わせて加重することによって、複数の基板を接合することができる。
【0003】
図10は、従来の基板接合装置の一例を示している。従来の基板接合装置では、基板の接合すべき面に粒子ビームを照射するためのビーム照射部は、一つの方向へにのみ粒子ビームを照射するものであった。したがって、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するためには、2つのビーム照射部700a、700bの距離を離して別々の箇所に設置されていた(例えば、非特許文献1参照。)。
【0004】
また、従来の基板接合装置では、ビーム照射部700a、700bと基板との位置関係が固定されていた。特に、ビーム照射部700a、700bと基板との間の距離を比較的長くすることによって、基板の接合面の全体に粒子ビームが照射されるように構成されているのが通例であった。
【0005】
しかしながら、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するように2つのビーム照射部を別々に取り付けるためには、ビーム照射部の設置スペースが2倍必要となり、装置の小型化が困難となるのみならず、製造コストを低減することが難しかった。なお、この点、一つのビーム照射部を用いて各基板の接合面へ別々に粒子ビームを照射した後に、反転機構を用いて一方の基板の向きを180度反転して各基板の接合面同士を対向させる技術も開発されているが、この場合は、反転機構を別途取り付ける必要があり、小型化および製造コストの低減を実現することが難しかった。
【0006】
また、ビーム照射部700a,700bと基板との位置関係が固定されている場合には、ビーム照射部700a,700bから放射される粒子ビームの照射角度が変化しないので、基板上の凹凸によって影部が生じやすく、十分な粒子ビームが照射されない部分が生じるおそれがあった(図11参照)。さらに、ビーム照射部700a,700bと基板との位置関係が固定されている場合には、基板の接合面の全体に粒子ビームを照射するためにビーム処理部700a,700bと基板との間の距離Lを長くする必要があるため、装置の小型化が困難であった。
【0007】
【非特許文献1】
高木秀樹、前田龍太郎、および須賀唯知,「アルゴンビームエッチングによるシリコンの常温無加圧接合」,電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン準部門誌),電気学会、平成9年8月,第117−E巻,第8号,p.420−425
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のビーム照射部700a,700bを別々の場所に設置する必要をなくすことによって小型化を図ることができるとともに、製造コストの低減にも寄与することができる基板接合装置を提供することである。
【0009】
また、本発明の他の目的は、ビーム照射部700a,700bと基板との間の距離Lを短くすることによって小型化を図ることができるとともに、基板の接合面での凹凸による影部が生じることを防止することができ、基板の接合面でのすべての領域に十分に粒子ビームを照射することができる基板接合装置を提供することである。
【0010】
また、本発明の他の目的は、上記のように小型化が図られた基板接合装置であって、さらに不透明基板同士を短時間で位置合わせすることができる機能を有する基板接合装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明は、以下の構成によって達成される。
【0012】
(1)本発明の基板接合装置は、第1基板と第2基板とを接合する基板接合装置であって、搬入された第1基板および第2基板が各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔して配置される真空チャンバと、前記真空チャンバ内で前記第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、前記各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段と、第1基板と第2基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有することを特徴とする。
【0013】
(2)上記のビーム照射手段は、少なくとも2方向に粒子ビームを照射するための2以上の開口部を有する。
【0014】
(3)上記の基板接合装置は、さらに、前記ビーム照射手段を前記接合面に沿って前記第1基板および第2基板に対して相対的に移動するための走査手段を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記第1基板および第2基板に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射する。
【0015】
(4)上記の基板接合装置は、さらに、前記真空チャンバ内で前記第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、第1基板と第2基板の各接合面の画像を同時に取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得された画像に基づいて、第1基板を第2基板に対して相対的に移動して第1基板と第2基板との間の位置合わせを行う移動手段と、を有する。
【0016】
(5)上記の加重手段は、第1基板と第2基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第1基板と第2基板とを表面活性化接合するための少なくとも一組のワークローラである。
【0017】
(6)上記のワークローラが略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となる。
【0018】
(7)本発明の基板接合装置は、複数の基板同士を接合する基板接合装置であって、基板が搬入される真空チャンバと、前記真空チャンバ内で各基板の接合面へ粒子ビームを照射するビーム照射手段と、前記ビーム照射手段を基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段と、複数の基板の接合面同士を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって基板の表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする。
【0019】
(8)本発明の基板接合方法は、第1基板と第2基板とを接合する基板接合方法であって、真空チャンバ内において第1基板および第2基板を各接合面が相互に向き合わされた状態で離隔して配置するステップと、前記第1基板と第2基板との間の空隙で粒子ビーム照射源を前記接合面に沿って相対的に移動しつつ前記第1基板と第2基板の各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するステップと、第1基板と第2基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重するステップと、を有することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る基板接合装置についての好適な実施形態を詳細に説明する。この説明に使用される図面における縦方向の寸法は明細書の明確性のため誇張されて示されている場合がある。
【0021】
(第1の実施の形態)
本実施形態に係る基板接合装置は、少なくとも2方向へ粒子ビームを照射することができるビーム照射手段を用いる。一対の基板は、各接合面を相互に向き合わせた状態で所定の距離だけ離隔して配置される。この一対の基板の間の空隙にビーム照射手段を挿入し、第1基板の接合面と第2基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射する。この際に、ビーム照射手段を基板の接合面に沿って相対的に移動してスキャニングしながら、基板の接合面の全体にくまなく粒子ビームを照射する。なお、基板の「接合面」とは、基板同士が接合される面である。また、基板接合装置は、金属基板、半導体基板、セラミックス基板、およびガラス基板などの種々の基板へ適用可能である。なお、「粒子ビーム」には、たとえば、反応性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、不活性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、およびクラスター状の物質のイオンビームおよび中性原子ビームなどのすべての粒子ビームが含まれる。
【0022】
図1は、本実施形態に係る基板接合装置の概略構成を示す側面図である。基板接合装置は、真空チャンバ100を備えている。真空チャンバ100には、真空排気用の真空ポンプ101が付随しており、真空チャンバ100内は、真空ポンプ101によって真空度10−2Torr(約1Pa)よりも高真空、より好ましくは10−5Torr(約10−3Pa)以下の高真空に排気されている。
【0023】
真空チャンバ100には、第1および第2の基板800a,800bを搬入するための搬入部110が基板搬入バルブ111を介して取り付けられており、この搬入部110を通じて真空チャンバ100内に基板800a,800bが搬入される。
【0024】
真空チャンバ100内には、大別して、搬入された基板の接合面へ粒子ビームを照射するためのビーム照射部300と、粒子ビームを照射した後に、基板同士が重ねあわされた状態で加重するための加重機構が設けられている。なお、加重機構としては、加重シリンダ121と、加重シリンダ121によって上下に移動するワークローラ122が設けられている。加重機構については後述する。また、真空チャンバ100内には、第1基板800a、第2基板800bが配置される駆動ステージ210a,210bが設けられている。
【0025】
図2および図3は、本実施の形態の基板接合装置の主要部分の構成を模式的に示す図である。図2は側面方向からみた図であり、図3は、図2のA点で水平方向に切った場合の断面図である。
【0026】
駆動ステージ210a、210bは、装着された第1基板800a、および第2基板800bを水平面(X−Y平面)内で移動(X方向への移動、Y方向への移動)し、水平面内での回転(θ回転)するためのものである。また、駆動ステージ210aは、ロッド220などを介して昇降機構230に接続されている。この昇降機構230は、第1基板800aを垂直方向へ移動(Z移動)するためのものである。
【0027】
各駆動ステージ210a、210bの表面には、チャック機構240a、240bが設けられている。第1基板800aおよび第2基板800bは、このチャック機構240a、240bを介して、それぞれ駆動ステージ210a、210bに装着される。第1基板800aと第2基板800bが、駆動ステージ210a、210bに装着されることによって、第1基板800aと第2基板800bは、各接合面を相互に向き合わせた状態で一定の距離だけ離して配置される。
【0028】
一方、ビーム照射部300の全長は、対応する各駆動ステージ210a、210bの長さよりも長い。ビーム照射部300の両端部からは、脚部310a、310bが下方へ伸延しており、この脚部310aおよび310bが、真空チャンバ100の底面に敷設されたレール320に摺動自在に嵌っている。
【0029】
ここで、レール320の幅は、各駆動ステージ210a、210bのサイズよりも広く、レール320は、駆動ステージ210bを挟むようにレイアウトされている。また、ビーム照射部300の垂直方向設置位置hが、第1基板800aと第2基板800bの間の空隙の位置と同じになるように、脚部310aおよび310bの長さが設定されている。より好ましくは、ビーム照射部300と第1基板800aとの間の距離L1と、ビーム照射部300と第2基板800bとの間の距離L2が等しくなるように、ビーム照射部300の垂直方向設置位置hが決定されている。
【0030】
図3に示されるように、ビーム照射部300は、水平方向に延びたボール螺子331と連結されており、このボール螺子331を介して制御用モータ332から動力が伝えられる。具体的には、この制御用モータ332は、外部の制御装置500と通信可能に接続されており、制御装置500からの指令に応じて駆動する。制御用モータ332が駆動することによって、ビーム照射部300がレール320上を水平方向に摺動して、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙を接合面に沿って移動する。
【0031】
以上のように、レール320およびボール螺子などの動力伝達系と、制御用モータとによって、ビーム照射部300を第1基板800aおよび第2基板800bの各接合面に沿って相対的に移動するための走査機構330(走査手段)が構成される。
【0032】
次に、ビーム照射部300について説明する。図3に示されるとおり、ビーム照射部300には、配管301が取り付けられており、この配管301を介して真空チャンバ100の外部から、粒子ビーム用のガス、電気配線、および冷却水が供給される。配管301は、真空チャンバ100の壁部に設けられた配管用開口部302に摺動自在に嵌め込まれている。したがって、ビーム照射部300が移動するのに伴って、配管301も移動する。なお、配管301の外面と配管用開口部302の内面との隙間で気密を保つために、蛇腹などの伸縮自在な封止部材303が設けられている。
【0033】
図4は、ビーム照射部300の一例を示す図であり、図5は、ビーム照射部300の他例を示す図である。ビーム照射部300は、少なくとも2方向へ粒子ビームを照射する機能を有する。たとえば、粒子ビームを一方向にのみ照射可能なビーム源340a、340bを複数個にわたって一体化させたものをビーム照射部300として採用することができる。
【0034】
図4および図5では、ビーム照射部300が、アルゴンガスイオンビームおよび/またはアルゴンガス中性原子ビームを粒子ビームとして照射する場合を例にとって説明する。図4および図5では、特に、冷陰極型のビーム照射部が説明されるが、本実施の形態と異なる構成を採用することができることは、もちろんである。
【0035】
ビーム照射部300は、直流電圧が印加される電極341a,341bを有する。ビーム照射部300の内部では、印加された直流電圧によってアルゴンガスがプラズマ状態となり、アルゴンイオンが発生する。そして、発生したアルゴンイオンが上記直流電圧に基づく電界によって開口部342a、342bへ移動して、開口部342a、342bから外部に放出される。すなわち、本実施の形態のビーム照射部300は、2つの開口部342a、342bを有する。
【0036】
なお、このアルゴンイオンからなるアルゴンイオンビームをそのまま基板800a、800bの表面に照射してもよいが、基板800表面の帯電を避けるために、アルゴンイオンを、開口部342a、342b付近で中性化してもよい。言い換えれば、アルゴンイオンビームなどの不活性ガスイオンビームの少なくとも一部を中性化してなる不活性ガス中性原子ビームが基板800a、800bの表面に照射されてもよい。
【0037】
以上のとおり、本実施の形態では、少なくとも2方向へ粒子ビームを照射可能なビーム照射部300を有しており、このようなビーム照射部300を第1基板800aおよび第2基板800bの各接合面に沿って相対的に移動するための走査機構を有している。ビーム照射部300は、走査機構によって第1基板800aおよび第2基板800bに対して相対的に移動されつつ、粒子ビームを照射する。この点は、本発明の特徴の一つである。なお、図4および図5に示されるように、粒子ビームが照射される方向は、適宜に設定される。
【0038】
次に、図2および図3に戻り、粒子ビームが照射された後の基板800aおよび基板800bを取り扱うための構成について説明する。
【0039】
図2および図3に示されるとおり、本実施の形態では第1基板800aと第2基板800bとの位置合わせを行うために、第1基板800aと第2基板800bの各接合面の画像を同時に取得する撮像手段として機能する2視野カメラ400を有している。好適には2台の2視野カメラ400が備えられる。
【0040】
2視野カメラ400は、たとえば、一つの垂直軸線(Z方向)に沿って互いに反対側を向いて設けられた二つの対物レンズ系401a,401bと、対物レンズ系401a,401bから真空チャンバ100の外部へ伸延されており対物レンズ系401a,401bによって得られた各画像を外部に取り出すためのロッド部402と、2視野カメラ400を移動するための2視野カメラ駆動系403とを含む。
【0041】
この2視野カメラ400は、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙に挿入されて、第1基板800aと第2基板800bの各接合面の画像を同時に取得する。2視野カメラ400は、第1基板と第2基板の各接合面において一つの上記の垂直軸線上に存在する部分の画像を同時に取得するものであり、具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像を取得する。
【0042】
そして、この2視野カメラ400は、2視野カメラ駆動系403によって、進退移動するように構成されている。たとえば、この2視野カメラ400の進退移動と上記のビーム照射部300の移動との間では、インターロックがかかるように制御されており、たとえば、ビーム照射部300が第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙から退去された状態(図3に示される状態)で、2視野カメラ400が上記の空隙に挿入されるように構成されている。
【0043】
なお、ロッド部402は、プリズムまたは光ファイバ機構を有しており、上記の対物レンズ系401で取得された画像を外部へ取り出す。最終的には、画像はCCD素子などによって電気的に変換された電子データとして得られる。
【0044】
また、図3に示されるとおり、2視野カメラ400は、画像処理を行うための画像処理系404へ電気的に接続されている。画像処理系404は、第1基板800aと第2基板800bの各接合面の画像を照合する。具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像を照合する。たとえば、画像において輪郭線強調のためのエッジ処理、および2値化画像にするための2値化処理を行った後に、パターン認識の手法を用いてマーキング部分の位置が一致するように、第1基板800aと第2基板800bとの間の位置ずれを算出する。なお、このような画像処理の手法は、他の分野などで用いられている画像処理の手法と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【0045】
この画像処理系404は、基板接合装置の各部の制御を行う制御装置500へ接続されている。制御装置500は、図示していない通信回線を介して駆動ステージ210a,210bへ接続されている。そして、制御装置500は、画像処理系404によって算出された位置ずれの量に基づいて、上記のマーキング部分の位置が一致するように駆動ステージ210a,210bへ指令を出す。この指令に基づいて駆動ステージ210a,210bが相対的に移動し、第1基板800aと第2基板800bの位置ずれが調整される。
【0046】
このように、駆動ステージ210a,210bは、第1基板800aを第2基板800bに対して相対的に移動して第1基板800aと第2基板800bとの間の位置合わせを行う移動手段として機能する。なお、本実施の形態と異なり、第1駆動ステージ210aと第2駆動ステージ210bのどちらか一方のみを移動させてもよい。
【0047】
制御装置500は、さらに、図示していない通信回線を介して図3に示され昇降機構230へも接続されている。そして、制御装置500は、位置合わせが終了した段階で、昇降機構230へ指令信号を出力する機能を有する。昇降機構230が駆動することによって、第1基板800aと第2基板800bの各接合面同士を重ね合わせる。この結果、第1基板800aと第2基板800bとが仮接合され、以後の位置ずれが防止される。
【0048】
次に、図1に戻り、加重機構について説明する。加重機構は、上述のとおり、加重シリンダ121と、加重シリンダ121に取り付けられたワークローラ122を含む。ワークローラ122は、第1基板800aと第2基板800bとを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第1基板800aと第2基板800bとを表面活性化接合するものである。
【0049】
本実施の形態の基板接合装置は、半導体基板などの脆い基板の表面活性化接合に適用することができる。この場合、基板の破損を防ぐためには、図6に示されるとおり、ワークローラ122が略鼓形状をしていることが望ましい。特に、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となるワークローラ122を用いることが望ましい。
【0050】
しかしながら、加重機構は、第1基板800aと第2基板800bの各接合面を重ね合わせた状態で加重するものであればよく、ワークローラ122を用いる構成に限られないことはもちろんである。
【0051】
以上のように、構成される基板接合装置は、以下のような動作を有する。以下、図7に示されるフローチャートにそって基板接合装置を用いた基板節接合方法について説明する。
【0052】
まず、ステップS1では、第1基板800aと第2基板800bとが搬入されて、第1基板800aと第2基板800bとがチャック機構240a、240bを介して駆動ステージ210a,210bに装着される。この結果、第1基板800aと第2基板800bは、各接合面を相互に向き合わせた状態で一定の距離だけ離して配置される。なお、この状態では、第1基板800a,第2基板800bの搬入の邪魔にならないように、ビーム照射部300は駆動ステージ210a,210bの外側へ退去されており、初期位置に存在する(図3に示される状態に相当)。
【0053】
次に、ステップS2では、ビーム照射部300を第1基板800aと第2基板800bの各接合面に沿って移動させる。そして、ビーム照射部300は、各接合面に沿って移動しつつ、2つの開口部342a、342bから粒子ビームを各接合面へ同時に照射する(図4および図5を参照)。
【0054】
具体的には、制御装置500は、制御用モータ332へ指令を出し、制御用モータ332を駆動する。この結果、ビーム照射部300がレール320に沿って移動し、基板800aと基板800bの間の空隙にビーム照射部300の挿入が開始される。ビーム照射部300は、第1基板800aと第2基板800bの接合面全域へ粒子ビームを照射するように、第1基板800aと第2基板800bの接合面全域を横断するように移動する。すなわち、2方向への粒子ビームが走査される。
【0055】
なお、ビーム照射部300は、第1基板800aと第2基板800bの接合面全域を複数回にわたって往復しつつ粒子ビームを照射してもよく、第1基板800aと第2基板800bの接合面全域を1度だけ横断する際に粒子ビームを照射してもよい。
【0056】
図4および図5に示されるとおり、ステップS2の処理によれば、一つのビーム照射部300を移動するだけで、第1基板800aと第2基板800bの2つの接合面へ粒子ビームを同時に照射することができる。したがって、複数台のビーム照射部を別々の箇所に取り付ける必要がなく、ビーム照射部の設置スペースを小さくすることができる。また、粒子ビームの照射が終了した段階で、第1基板800aと第2基板800bの各接合面が対向した状態となる。したがって、第1基板800aと第2基板800bへ別々に粒子ビームを照射する場合と異なり、どちらかの基板の向きを180度反転させるための反転装置を設ける必要もなくなる。
【0057】
次に、図7のステップS3では、粒子ビームの照射が完了したか否かが判断される。粒子ビームの照射が完了するのを待って(S3:YES)、ステップS4へ進む。ステップS4では、ビーム照射部300は、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙から退去される。そして、代わりに、2視野カメラ400が第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙に挿入される。
【0058】
そして、ステップS5では、2視野カメラ400は、第1基板800aと第2基板800bの各接合面の画像(具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像)を同時に取得する。
【0059】
次に、ステップS6では、2視野カメラ400によって取得された画像に基づいて、第1基板800aを第2基板800bに対して相対的に移動して、第1基板800aと第2基板800bとの間の位置合わせを行う。
【0060】
具体的には、画像処理系404は、2視野カメラ400で取得された画像を画像解析することによって、第1基板800aと第2基板800bとの間のX方向、Y方向、およびθ方向のずれを算出する。そして、算出されたX方向、Y方向、およびθ方向のずれに基づいて、各駆動ステージ210a,210bへ移動指示が与えられる。そして、移動指示を受けた各駆動ステージ210a,210bが移動し、この結果、第1基板800aと第2基板800bとの間の相対的なずれが修正される。
【0061】
ステップS7では、位置合わせがされた第1基板800aと第2基板800bの各接合面を接触させて仮接合を行う。たとえば、昇降機構230は、第1基板800aを垂直方向へ移動させて、第1基板800aと第2基板800bの各接合面同士を接触させる。この結果、第1基板800aと第2基板800bとが仮接合される。
【0062】
ステップS8では、仮接合が完了した第1基板800aと第2基板800bとが加重機構へ搬送される。そして、ステップS9では、第1基板800aと第2基板800bとを重ね合わせた状態でワークローラ122により挟み込んで押圧して第1基板800aと第2基板800bとを表面活性化接合する。この際に、図6に示されるような略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となるように構成された一対のワークローラ122を用いることによって、第1基板800aおよび第2基板800bの破損が防止される。そして、最終的に、表面活性化接合の完了後の基板が搬出される。
【0063】
以上のように、本実施の形態によれば、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するために2つのビーム照射部を別々に取り付ける必要がなくなる。したがって、2つのビーム照射部を別々に取り付ける場合と比べて省スペース化を実現することができ、この結果、基板接合装置を小型化することができる。
【0064】
また、本実施の形態によれば、上下一組の基板が各接合面を相互に向き合わした状態で離隔されて配置され、この状態のまま粒子ビームが照射される。したがって、一方の基板800a,または800bの向きを180度反転するための反転機構が不要となり、基板接合装置の小型化を実現することができるとともに、反転機構を設置するための費用を節減することができる。
【0065】
また、ビーム照射部300を基板800a,800bの接合面に沿って相対的に移動しつつ、粒子ビームが照射される。したがって、基板上の凹凸による影部が生じにくく、粒子ビームが十分に照射されずに残ってしまう部分が生じない。ビーム照射部300を相対的に移動しつつ粒子ビームを照射することによって、ビーム照射部300の位置が固定された状態で粒子ビームを接合面の全体へ照射する必要がなくなるため、ビーム照射部300と第1基板800aとの間の距離L、およびビーム照射部300と第2基板800bとの間の距離Lを短くすることができ、基板接合装置の小型化に寄与することができる。また、接合面の全体へ確実に粒子ビームを照射することができる。
【0066】
特に、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙にビーム照射部300を挿入する場合、ビーム照射部300の位置を固定する構成では、第1基板800aと第2基板800bとの間の距離が長くなってしまい装置が長大化してしまうおそれがあるが、本実施の形態では、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙にビーム照射部300を挿入する構成と、粒子ビームをスキャニングする構成とを共に用いることによって、基板接合装置が長大化してしまうことを防止することができる。
【0067】
また、本実施の形態では、粒子ビームの照射が完了した時点で、第1基板800aと第2基板800bとが接合面を対向させた状態となる。この配置を利用して、そのまま、仮接合の段階に移行することができる。この際に、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙に挿入される2視野カメラ400が備えられているので、第1および第2基板800aが不透明基板である場合であっても、第1基板800aと第2基板800bとを最小限に移動させることによって、簡便に位置ずれを防止することができる。
【0068】
(第2の実施の形態)
上記の実施の形態では、第1基板800aと第2基板800bが各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔されて配置され、第1基板800aと第2基板800bとの間の空隙にビーム照射部300が挿入される場合を説明した。特に、ビーム照射部300が少なくとも2方向に粒子ビームを照射することができる場合について説明した。
【0069】
しかしながら、第1基板800aと第2基板800bに対して、同時に粒子ビームを照射せずに、一つの基板ずつ粒子ビームを照射する場合であっても、ビーム照射部を基板に対して移動しながら粒子ビームを照射するといったスキャニング手法は、基板表面の凹凸による影部に起因する粒子ビームの照射不均一性の防止、および基板接合装置の小型化の見地から有望である。本実施の形態では、基板ごとに粒子ビームを照射する場合に、スキャニング手法を用いた場合について説明する。
【0070】
図8は、本実施の形態の基板接合装置の概略を説明するための図であり、図9は、図8に示される基板接合装置の断面図である。以下、図8および図9を参照しつつ、本実施の形態の基板接合装置について説明する。なお、加重機構などの構成は、第1の実施の形態と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【0071】
図9に示されるように、第1基板800aは、チャック機構を介して、駆動ステージ210aへ装着される。同様に、第2基板800bは、駆動ステージ210bへ装着される。
【0072】
また、図8に示されるように、第1の駆動ステージ210aは、第1方向(X方向)に伸延している。そして、第1の駆動ステージ210aは、第1方向へ第1基板800aをその全長以上の長距離にわたって移動できるように構成されている。一方、第2の駆動ステージ210bは、第1方向と直交する第2方向(Y方向)に伸延している。そして、第2の駆動ステージ210bは、第2方向へ第2基板800bをその全長以上の長距離にわたって移動できるように構成されている。そして、第1方向に延びた第1の駆動ステージ210bと、第2方向に延びた第2の駆動ステージとは、図8に示されるとおり、その端部で領域が重なる重複部211を有している。
【0073】
そして、図8および図9に示されるとおり、第1基板800aの下方側(接合面側)には、第1ビーム照射部300aが設けられており、第2基板800bの上方向側(接合面側)には、第2ビーム照射部300bが設けられている。第1ビーム照射部300aおよび第2ビーム照射部300bは、第1の駆動ステージ210aおよび第2の駆動ステージ210bの上記重複部211とは反対の端部側(以下、「初期位置」という)へ設けられている。
【0074】
そして、第1ビーム照射部300aは、図9に示されるとおり、第1の実施の形態と同様の構成によって、レール320上に摺動自在に配置されている。そして、第1の実施の形態と同様にボール螺子および制御モータなどを有する走査機構が設けられており、走査機構は、第1ビーム照射部300aを第1基板800aの表面に沿って移動させる。そして、第1ビーム照射部300aは、走査機構によって第1基板800aの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを第1基板800aの表面に照射する。同様に第2ビーム照射部300bも、同様の走査機構によって、第2基板800bの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを第2基板800bの表面に照射する。
【0075】
そして、第1の駆動ステージ210aの初期位置側には、第1の駆動ステージ210aに装着された第1基板800aの接合面の画像を真空チャンバ100の外部から撮影するための第1カメラ410aが設けられている。同様に、第2の駆動ステージ210aの初期位置側には、第2の駆動ステージ210bに装着された第2基板800bの接合面の画像を真空チャンバ100の外部から撮影するための第2カメラ410bが設けられている。
【0076】
以上のように構成される本実施の形態の基板接合装置は、以下のように動作を行う。
【0077】
まず、第1の駆動ステージ210aおよび第2の駆動ステージ210bの各初期位置側では、第1ビーム照射部300aおよび第2ビーム照射部300bとによって粒子ビームが照射される。
【0078】
具体的には、走査機構によって、各ビーム照射部300a,300bが、それぞれの基板800a,800bの表面に沿って移動されながら、粒子ビームを照射する。すなわち、粒子ビームがスキャニングされながら照射される。
【0079】
そして、粒子ビームの照射が終了すると、第1カメラ410aは、初期位置側にある第1基板800aの接合面の画像を撮影する。同様に第2カメラ410bは、初期位置側にある第2基板800bの接合面の画像を撮影する。そして、第1カメラ410aおよび第2カメラ410bによって取得された画像データは、第1の実施の形態と同様の画像処理系へ共に送られる。画像処理系は、これらの画像データに基づいて第1基板800aおよび第2基板800bの位置を検出し、検出結果に基づいて、第1駆動ステージ210aおよび第2駆動ステージ210bへ移動指示を出す。
【0080】
第1駆動ステージ210aは、第1基板800aのY方向およびθ方向のずれを微調整しつつ、X方向に沿って第1基板800aを初期位置側から重複部211側へ移動する。一方、第2駆動ステージ210bは、第2基板800aのX方向およびθ方向のずれを微調整しつつ、Y方向に沿って第2基板800bを初期位置側から重複部211側へ移動する。この結果、第1基板800aと第2基板800bとは、重複部にとおいて位置合わせされた状態で把持される。そして、この状態で第1実施の形態で説明したものと同様の昇降機構を用いて、第1基板800aを垂直方向へ移動(Z移動)する。この結果、第1基板800aと第2基板800bの各接合面が位置合わせされた状態で仮接合される。
【0081】
そして、仮接合された状態の基板800a,800bは、接合面同士を重ね合わせた状態で、第1の実施の形態で説明したものと同様な図6に示されるようなワークローラ122によって挟み込まれて押圧され、最終的に表面活性化接合される。
【0082】
本実施の形態の基板接合装置によれば、第1ビーム照射部300aは、走査機構によって第1基板800aの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射し、第2ビーム照射手段300bは、走査機構によって第2基板800bの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射する。このようにスキャニングしながら粒子ビームを照射するので、基板800a,800b上の凹凸による影部が生じにくく、十分な粒子ビームが照射されずに残ってしまう部分が接合面上に生じない。また、基板800aと第1ビーム照射部800aの間の距離、および基板800bと第2ビーム照射部800bの間の距離を短くしても、スキャニングの効果によって第1基板800aおよび第2基板800bの接合面の全域にわたって十分に粒子ビームを照射することができる。したがって、基板接合装置の小型化を実現することができる。
【0083】
以上のように本発明のいくつかの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの場合に限られるものではなく、当業者が、発明の技術思想の範囲内で、種々の省略、追加、および改変をすることができることは明らかである。
【0084】
たとえば、上記の例では、ビーム照射部300を第1基板800aおよび第2基板800bの各接合面に沿って移動する場合を説明したが、ビーム照射部300の位置を固定し、第1基板800aおよび第2基板を移動してもよい。すなわち、ビーム照射部300を第1基板800aおよび第2基板800bの各接合面に沿って相対的に移動してもよい。
【0085】
また、ビーム照射部300を接合面に沿って移動しない固定型の装置であっても、ビーム照射部300が、真空チャンバ内で前記第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、第1基板の接合面と第2基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射する構成によれば、反転機構を省略することができるとともに、複数のビーム照射部を別々に取り付ける必要がなくなるといった効果が得られる。特に、基板の大きさが小さい場合などの場合には、ビーム照射部300を接合面に沿って移動するための走査手段を省略することができる。
【0086】
また、上記の説明では、1つの基板あたりに1つの粒子ビームを照射する場合を説明したが、1つの基板あたり2つ以上の粒子ビームを照射してもよい。1つの基板あたり2つ以上の粒子ビームを照射する場合には、たとえば、ビーム照射部300は、合計4方向に粒子ビームを照射するための4以上の開口部を有することとなる。
【0087】
また、粒子ビームの種類は、基板の材料および用途に応じて、反応性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、不活性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、およびクラスター状の物質のイオンビームおよび中性原子ビームのなかから適宜に選択することができる。
【0088】
【発明の効果】
本発明によれば、第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、第1基板の接合面と第2基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段を有するので、複数のビーム照射手段を別々の箇所に設置する必要がなくなり省スペース化に寄与するとともに、基板を反転する反転機構も不要となる。特に、ビーム照射手段が、少なくとも2方向に粒子ビームを照射するための2以上の開口部を有する場合には、複数方向への粒子ビームの照射部を統合化することができ、ビーム照射手段への原料ガスの供給なども一元化することができる。
【0089】
さらに、本発明によれば、ビーム照射手段を前記第1基板および第2基板の各接合面、あるいは各基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記接合面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射するので、基板表面の凹凸によって影部が生じにくく、粒子ビームが十分に照射されずに残ってしまう部分が生じない。したがって、第1基板および第2基板の各接合面のすべての領域において強力に表面活性化接合することができる。また、ビーム照射手段が走査手段によって相対的に移動されながら粒子ビームを照射するので、ビーム照射手段と各基板との間の距離Lを短くしても、基板の接合面全体に粒子ビームを照射することが可能となる。したがて、ビーム照射手段と各基板との間の距離を短くすることができ、基板接合装置を小型化することができる。
【0090】
さらに、略鼓形状のワークローラを加重機構として用いることによって、基板に対して均一な加重を加えることができ、破損されやすい基板に対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の基板接合装置の概略構成を説明するための側面図である。
【図2】図1の基板接合装置の主要部分の構成を模式的に示すための正面図である。
【図3】図1の基板接合装置の主張部分の構成を模式的に示すための上面図である。
【図4】本実施の形態のビーム照射部の一の例について説明する図である。
【図5】本実施の形態のビーム照射部の他の例について説明する図である。
【図6】本実施の形態のワークローラについて説明する図である。
【図7】図1に示される基板接合装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図8】第2の実施の形態の基板接合装置の概略を説明するための図である。
【図9】図8の基板接合装置の断面図である。
【図10】表面活性接合を用いた基板接合装置の従来例を示す図である。
【図11】従来の基板接合装置を用いた場合の基板上の凹凸の影響を説明するための図である。
【符号の説明】
100…真空チャンバ、
101…真空ポンプ、
110…搬入部、
111…基板搬入バルブ、
121…加重シリンダ、
122…ワークローラ、
210a…第1駆動ステージ(移動手段)、
210b…第2駆動ステージ(移動手段)、
211…重複部、
220…ロッド、
230…昇降機構、
240a,240b…チャック機構、
800a…第1基板、
800b…第2基板、
300…ビーム照射部、
300a…第1ビーム照射部、
300b…第2ビーム照射部、
301…配管、
302…配管用開口部、
303…封止部材、
310…脚部、
320…レール、
330…走査機構、
331…ボール螺子、
332…制御用モータ,
340a,340b…ビーム源、
341a,341b…電極、
342a,342b…開口部
400…2視野カメラ、
410a…第1カメラ、
410b…第2カメラ、
401a,401b…対物レンズ系、
402…ロッド部、
403…2視野カメラ駆動系、
404…画像処理系、
500…制御装置。
Claims (8)
- 第1基板と第2基板とを接合する基板接合装置であって、
搬入された第1基板および第2基板が各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔して配置される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内で前記第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、前記各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段と、
第1基板と第2基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、
を有することを特徴とする基板接合装置。 - 前記ビーム照射手段は、少なくとも2方向に粒子ビームを照射するための2以上の開口部を有することを特徴とする請求項1に記載の基板接合装置。
- さらに、前記ビーム照射手段を前記接合面に沿って前記第1基板および第2基板に対して相対的に移動するための走査手段を有し、
前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記第1基板および第2基板に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする請求項1または2に記載の基板接合装置。 - さらに、前記真空チャンバ内で前記第1基板と第2基板との間の空隙に挿入されて、第1基板と第2基板の各接合面の画像を同時に取得する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得された画像に基づいて、第1基板を第2基板に対して相対的に移動して第1基板と第2基板との間の位置合わせを行う移動手段と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の基板接合装置。 - 前記加重手段は、第1基板と第2基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第1基板と第2基板とを表面活性化接合するための少なくとも一組のワークローラであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の基板接合装置。
- 前記ワークローラが略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となることを特徴とする請求項5に記載の基板接合装置。
- 複数の基板同士を接合する基板接合装置であって、
基板が搬入される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内で各基板の接合面へ粒子ビームを照射するビーム照射手段と、
前記ビーム照射手段を基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段と、
複数の基板の接合面同士を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有し、
前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって基板の表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする基板接合装置。 - 第1基板と第2基板とを接合する基板接合方法であって、
真空チャンバ内において第1基板および第2基板を各接合面が相互に向き合わされた状態で離隔して配置するステップと、
前記第1基板と第2基板との間の空隙で粒子ビーム照射源を前記接合面に沿って相対的に移動しつつ前記第1基板と第2基板の各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するステップと、
第1基板と第2基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重するステップと、
を有することを特徴とする基板接合方法。
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