JP4288297B1 - 圧力制御装置および圧力制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバーの内部の圧力をより高精度に制御すること。
【解決手段】チャンバー２の内部から気体を排気する排気装置２４と、チャンバー２の内部に導入ガスを供給するガス供給装置２５と、チャンバー２の内部の圧力を測定する圧力計２３と、圧力コントローラ２２とを備えている。このとき、圧力コントローラ２２は、その目標圧力に基づいて排気装置２４がチャンバー２の内部から気体を排気する排気速度を制御し、かつ、チャンバー２の内部の圧力がその目標圧力に一致するように、その測定された圧力に基づいてガス供給装置２５がチャンバー２の内部に導入ガスを供給する供給流量を制御する。このとき、圧力制御装置２１は、ガス供給装置２５または排気装置２４の一方だけを制御することに比較して、チャンバー２の内部の圧力をより広範囲かつ高精度に制御することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力制御装置および圧力制御方法に関し、特に、チャンバーの内部の圧力を制御するときに利用される圧力制御装置および圧力制御方法に関する。
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのＭＥＭＳは、カンチレバーに例示される振動構造が封止されて形成されている。このようなＭＥＭＳは、その振動構造の振動の減衰率が様々になるように製造されることが望まれている。その振動構造は、その振動構造が封止される雰囲気に充填される気体の圧力により、その振動の減衰率が変化することが知られている。その圧力は、基板がＭＥＭＳに常温接合されるときの雰囲気の圧力に概ね一致している。このため、常温接合する雰囲気を生成するチャンバーの内部の圧力をより広範囲でより高精度に制御することが望まれている。
特開２００６−１３４９００号公報には、接合前には接合部同士を確実に接合に適した清浄な状態にし、容易に常温接合までを可能とすることのできる接合方法が開示されている。その接合方法は、基材の表面に接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、減圧下で前記接合部の表面をエネルギー波により洗浄した後接合部同士を接合する接合方法であって、洗浄に適した所定の真空度にて洗浄を行った後、さらに真空度を高めてから接合部同士を接合することを特徴としている。
特開平０９−１５８８３３号公報には、１０−４Ｐａ以上という真空容器内圧力を形成でき、それに加え１０−５Ｐａ〜１０−２Ｐａという広範囲の圧力にも調整ができ、更に真空容器内の圧力を測定し、高精度に制御することが可能である真空排気装置が開示されている。その真空排気装置は、試料を内部に装着する真空容器と、該真空容器と仕切弁を介して接続され、該真空容器内を真空排気する第１の真空ポンプと、ガス供給源からのガスを該真空容器内に導入する質量流量制御器と、該質量流量制御器と前記真空容器との間に位置し、前記第１の真空ポンプとは独立した第２の真空ポンプで内部が真空排気される中間室と、前記真空容器と前記中間室との間に位置し、コンダクタンスの調整が可能な第１の可変コンダクタンスバルブとを備えている。
特開昭６０−０２５２３２号公報には、可変コンダクタンスバルブの開閉動作によらず真空室内の圧力を調整することで、圧力調整時間を短縮でき、スループットを向上できる半導体製造装置が開示されている。その半導体製造装置は、ウェハを加工処理する真空室と、該真空室を真空排気する排気手段と、前記ウェハの加工処理に必要なガスを前記真空室に供給するガス供給手段とを有する半導体製造装置において、前記排気手段により前記真空室の真空排気を定常的に行いつつ、前記ガス供給手段から真空室に供給されるガス量を制御して真空室内の圧力を調整することを特徴としている。
特開２００７−４７９１０号公報には、制御回路や増幅回路などの回路群が併用できるのでコンパクトになり、経済的にも有利である圧力・流量コントロールシステムが開示されている。その圧力・流量コントロールシステムは、圧力・流量を計測できるセンサと、圧力・流量を制御する手段と、圧力・流量の値を表示する手段を備えている。
特開２００６−１３４９００号公報 特開平０９−１５８８３３号公報 特開昭６０−０２５２３２号公報 特開２００７−４７９１０号公報
本発明の課題は、チャンバーの内部の圧力をより高精度に制御する圧力制御装置および圧力制御方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、チャンバーの内部の圧力がより安定するようにその圧力を制御する圧力制御装置および圧力制御方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、制御される圧力の範囲がより広い圧力制御装置および圧力制御方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、チャンバーの内部の圧力をより速くより高精度に制御する圧力制御装置および圧力制御方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御する常温接合装置および常温接合方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、より確実に常温接合し、かつ、その常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御する常温接合装置および常温接合方法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。
本発明による圧力制御装置（２１）は、チャンバー（２）の内部から気体を排気する排気装置（２４）と、チャンバー（２）の内部に導入ガスを供給するガス供給装置（２５）（４１）と、チャンバー（２）の内部の圧力を測定する圧力計（２３）と、目標圧力にその圧力が一致するように、排気装置（２４）とガス供給装置（２５）（４１）との両方を制御する圧力コントローラ（２２）とを備えている。このとき、圧力制御装置（２１）は、ガス供給装置（２５）（４１）または排気装置（２４）の一方だけを制御することに比較して、チャンバー（２）の内部の圧力をより広範囲かつ高精度に制御することができる。
圧力コントローラ（２２）は、その目標圧力に基づいて排気装置（２４）がチャンバー（２）の内部から気体を排気する排気速度を制御し、かつ、その圧力がその目標圧力に一致するように圧力に基づいてガス供給装置（２５）（４１）がチャンバー（２）の内部に導入ガスを供給する供給流量を制御する。このとき、圧力制御装置（２１）は、排気装置（２４）を制御することに比較して、チャンバー（２）の内部の圧力がより安定するように、チャンバー（２）の内部の圧力をより速く制御することができる。
排気装置（２４）は、チャンバー（２）の内部を真空ポンプ（３２）に接続する流路の開度を変更するバルブ（３１）を備えていることが好ましい。このとき、圧力コントローラ（２２）は、その開度を制御することにより、その排気速度を制御する。
排気装置（２４）は、チャンバー（２）の内部を真空ポンプ（３２）に並列に接続する複数の流路（５１、５２、５３）をそれぞれ開閉する複数のバルブ（５７、５８、５９）とを備えていることが好ましい。このとき、圧力コントローラ（２２）は、複数のバルブ（５７、５８、５９）の開閉を制御することにより、その排気速度を制御する。
ガス供給装置（２５）は、導入ガス供給源（３５）をチャンバー（２）の内部に接続する供給側流路を流れる気体の流量を変更する流量調整バルブ（３６）を備えていることが好ましい。このとき、圧力コントローラ（２２）は、流量調整バルブ（３６）を制御することにより供給流量を制御する。
ガス供給装置（４１）は、導入ガス供給源（４１）をチャンバー（２）の内部に接続する第１供給側流路（４３）を流れる気体の流量を変更する第１流量調整バルブ（５４）と、導入ガス供給源（４１）をチャンバー（２）の内部に接続する第２供給側流路（４４）を流れる気体の流量を変更する第２流量調整バルブ（４６）とを備えていることが好ましい。このとき、圧力コントローラ（２２）は、第１流量調整バルブ（４５）と第２流量調整バルブ（４６）との両方を制御することにより供給流量を制御する。
本発明による圧力制御装置（２１）は、チャンバー（２）の内部から気体を排気する粗引き排気装置（２６）をさらに備えている。本発明による圧力制御装置（２１）は、チャンバー（２）の内部の圧力が排気装置（２４）により排気することができない圧力であるときに、粗引き排気装置（２６）を用いて排気することにより、チャンバー（２）の内部の圧力をより速く制御することができる。
本発明による圧力制御方法は、目標圧力に基づいて排気装置（２４）がチャンバー（２）の内部から気体を排気する排気速度を制御するステップ（Ｓ１１）と、チャンバー（２）の内部の圧力を測定するステップ（Ｓ１２）と、圧力が目標圧力に一致するように圧力に基づいてガス供給装置（２５）（４１）がチャンバー（２）の内部に導入ガスを供給する供給流量を制御するステップ（Ｓ１３）とを備えている。このような圧力制御方法は、ガス供給装置（２５）（４１）または排気装置（２４）の一方だけを制御することに比較して、チャンバー（２）の内部の圧力がより安定するように、チャンバー（２）の内部の圧力をより広範囲かつ高精度に制御することができる。
その供給流量を制御する動作（Ｓ１３）は、その排気速度が一定であるときに、実行される。このような圧力制御方法は、その測定された圧力に基づいて排気速度を変化させる制御に比較して、チャンバー（２）の内部の圧力がより安定するように、チャンバー（２）の内部の圧力をより速く制御することができる。
そのガス供給装置（４１）は、ガス供給源（４２）をチャンバー（２）の内部に接続する第１供給側流路（４３）を流れる気体の第１流量を変更する第１流量調整バルブ（４５）と、導入ガス供給源（４２）をチャンバー（２）の内部に接続する第２供給側流路（４４）を流れる気体の第２流量を変更する第２流量調整バルブ（４６）とを備えている。このとき、その供給流量は、目標圧力が所定圧力より高いときに、第１流量調整バルブ（４５）を用いて第１供給側流路（４３）が閉鎖されている状態で、第２流量調整バルブ（４６）を用いて第２流量が制御されることにより制御され、目標圧力が所定圧力より低いときに、第２流量調整バルブ（４６）を用いて第２供給側流路（４４）が閉鎖されている状態で、第１流量調整バルブ（４５）を用いて第１流量が制御されることにより制御される。このような制御によれば、チャンバー（２）の内部の圧力がより高精度に制御されることができる。
その供給流量は、目標圧力が所定圧力（たとえば、排気装置（２４）の上限圧力）より高いときに、排気装置（２４）を用いてチャンバー（２）の内部から気体を排気しない状態で、その圧力が目標圧力になるタイミングで、導入ガスの供給が停止されることにより制御される。
そのガス供給装置（２５）（４１）は、導入ガス供給源（４２）をチャンバー（２）の内部に接続する第１供給側流路（４３）を流れる気体の第１流量を変更する第１流量調整バルブ（４５）と、導入ガス供給源（４２）をチャンバー（２）の内部に接続する第２供給側流路（４４）を流れる気体の第２流量を変更する第２流量調整バルブ（４６）とを備えている。このとき、その供給流量は、第１流量調整バルブ（４５）を用いて第１供給側流路（４３）が閉鎖された後に、第２流量調整バルブ（４６）を用いて第２供給側流路（４４）が閉鎖されることにより制御される。このような制御によれば、チャンバー（２）の内部の圧力が目標圧力に速く高精度に制御されることができる。
本発明による圧力制御方法は、圧力が排気装置（２４）の上限圧力より高いときに、排気装置（２４）と別個の粗引き排気装置（２６）を用いてチャンバー（２）の内部から気体を排気するステップをさらに備えていることが好ましい。このとき、排気装置（２４）は、圧力が排気装置（２４）の上限圧力より低くなった後でチャンバー（２）の内部から気体を排気する。このような圧力制御方法によれば、チャンバー（２）の内部の圧力をその上限圧力に関係なく、広範囲に制御することができる。
本発明による常温接合装置（１）は、チャンバー（２）の内部から気体を排気する排気装置（２４）と、チャンバー（２）の内部に導入ガスを供給するガス供給装置（２５）（４１）と、チャンバー（２）の内部の圧力を測定する圧力計（２３）と、目標圧力に圧力が一致するように、排気装置（２４）と排気装置（２４）との両方を制御する圧力コントローラ（２２）と、圧力が目標圧力に一致するときに、チャンバー（２）の内部で基板を常温接合する常温接合装置本体とを備えている。常温接合装置（１）は、ガス供給装置（２５）（４１）または排気装置（２４）の一方だけを制御することに比較して、チャンバー（２）の内部の圧力をより高精度に制御することができ、この結果、その常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御することができる。
本発明による常温接合方法は、目標圧力に基づいて排気装置（２４）がチャンバー（２）の内部から気体を排気する排気速度を制御するステップ（Ｓ１１）と、チャンバー（２）の内部の圧力を測定するステップ（Ｓ１２）と、その圧力が目標圧力に一致するように、その測定された圧力に基づいてガス供給装置（２５）（４１）がチャンバー（２）の内部に導入ガスを供給する供給流量を制御するステップ（Ｓ１３）と、圧力が目標圧力に一致するときに基板を常温接合するステップ（Ｓ５）とを備えている。このような常温接合方法によれば、ガス供給装置（２５）（４１）または排気装置（２４）の一方だけを制御することに比較して、チャンバー（２）の内部の圧力をより高精度に制御することができ、その常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御することができる。
その供給流量を制御するステップ（Ｓ１３）は、基板を清浄化した後に基板を位置合わせする動作と並行して実行される。このような常温接合方法によれば、基板を清浄化してからその基板を常温接合するまでの時間を低減することができ、その結果、その基板をより確実に常温接合することができ、かつ、その常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御することができる。
本発明による圧力制御装置および圧力制御方法は、ガス供給装置または排気装置の一方だけを制御することに比較して、チャンバーの内部の圧力をより高精度に制御することができる。本発明による常温接合装置および常温接合方法は、本発明による圧力制御装置および圧力制御方法が適用されることにより、常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御することができる。
図面を参照して、本発明による圧力制御装置の実施の形態を記載する。その圧力制御装置は、常温接合装置に適用されている。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とは、内部を環境から密閉する容器である。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、図示されていない蓋と真空ポンプとを備えている。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、または、開放する。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、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。
ロードロックチャンバー３は、さらに、搬送装置６を内部に備えている。搬送装置６は、ゲートバルブ５を介してロードロックチャンバー３の内部に配置された基板を接合チャンバー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に配置された基板をロードロックチャンバー３の内部に搬送することに利用される。
接合チャンバー２は、上側ステージ７と下側ステージ８と圧接機構１１と位置合わせ機構１２とを備えている。下側ステージ８は、接合チャンバー２の内部に配置され、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に接合チャンバー２に支持されている。位置合わせ機構１２は、下側ステージ８により支持される基板が水平方向に平行移動し、または、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、下側ステージ８を駆動する。上側ステージ７は、接合チャンバー２の内部に配置され、鉛直方向に平行移動可能に接合チャンバー２支持されている。上側ステージ７は、その下端に誘電層を備え、その誘電層と基板の間に電圧を印加し、静電力によって基板をその誘電層に吸着する。圧接機構１１は、上側ステージ４により支持される基板が鉛直方向に平行移動するように、上側ステージ４を駆動する。
接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１４を備えている。イオンガン１４は、アルゴンイオンを加速して放出する。イオンガン１４は、上側ステージ７に支持される基板と下側ステージ８に支持される基板とが離れているときに、上側ステージ７に支持される基板と下側ステージ８に支持される基板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１４の照射方向は、上側ステージ７に支持される基板と下側ステージ８に支持される基板との間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する。なお、イオンガン１４は、基板表面を清浄化する他の清浄化装置に置換することができる。その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。
図２は、本発明による圧力制御装置を示している。その圧力制御装置２１は、圧力コントローラ２２と圧力計２３と排気装置２４と導入ガス供給装置２５と粗引き排気装置２６とを備えている。
圧力コントローラ２２は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置とを備えている。そのＣＰＵは、圧力コントローラ２２にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と圧力計２３と排気装置２４と導入ガス供給装置２５と粗引き排気装置２６とを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を生成し、その情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボードが例示される。
圧力計２３は、接合チャンバー２の内部の圧力を測定し、その圧力を圧力コントローラ２２に出力する。
排気装置２４は、バタフライバルブ３１と真空ポンプ３２と補助ポンプ３３とを備えている。バタフライバルブ３１は、接合チャンバー２を真空ポンプ３２に接続する流路の途中に配置され、ボディ内に回転可能であるディスクを備えている。バタフライバルブ３１は、圧力コントローラ２２により制御されて、そのディスクが回転することにより、開度が変化する。真空ポンプ３２は、圧力コントローラ２２により制御されて、バタフライバルブ３１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３２としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。補助ポンプ３３は、圧力コントローラ２２により制御されて、バタフライバルブ３１を介して接合チャンバー２の内部から気体を排気する。補助ポンプ３３としては、ロータリポンプ、ドライポンプが例示される。
導入ガス供給装置２５は、ガス供給源３５と流量調整バルブ３６とを備えている。ガス供給源３５は、高圧のアルゴンガスを貯蔵するボンベから形成され、圧力コントローラ２２により制御されて、そのアルゴンガスを一定の圧力で流量調整バルブ３６に供給する。流量調整バルブ３６は、ガス供給源３５を接合チャンバー２に接続する流路の途中に配置され、その流路の開度を変更するマスフローコントローラから形成されている。流量調整バルブ３６は、圧力コントローラ２２により制御されて、所定の流量のアルゴンガスを接合チャンバー２に供給する。流量調整バルブ３６としては、バタフライバルブ３１に比較して、開度が変化する応答がより速いものが適用されている。
粗引き排気装置２６は、粗引きバルブ３８と補助ポンプ３９とを備えている。粗引きバルブ３８は、接合チャンバー２を補助ポンプ３９に接続する流路の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御されて、その流路を開放し、または、その流路を閉鎖する。補助ポンプ３９は、圧力コントローラ２２により制御されて、粗引きバルブ３８がその流路を開放しているときに、粗引きバルブ３８を介して接合チャンバー２の内部から気体を排気する。補助ポンプ３９としては、ロータリポンプ、ドライポンプが例示される。
圧力コントローラ２２は、入力装置を介して入力された目標圧力に基づいてバタフライバルブ３１の開度を制御することにより、排気装置２４が接合チャンバー２の内部から気体を排気する排気速度を制御する。圧力コントローラ２２は、さらに、その排気速度が概ね一定であるときに、圧力計２３を用いて接合チャンバー２の内部の圧力を測定し、その測定された圧力に基づいて流量調整バルブ３６の開度をフィードバック制御することにより、接合チャンバー２の内部の圧力がその目標圧力に一致するように、ガス供給装置２５が接合チャンバー２の内部に導入ガスを供給する供給流量を制御する。
図３は、圧力コントローラ２２に入力される目標圧力をバタフライバルブ３１の開度に対応付ける関係を示している。バタフライバルブ３１の開度としては、全開と中開と小開と閉との４つの状態を含んでいる。その全開は、その開度の最大値を示している。その中開は、その全開が示す開度より小さい開度を示している。その小開は、その中開が示す開度より小さい開度を示している。その閉は、その開度の最小値を示し、接合チャンバー２を真空ポンプ３２に接続する流路を閉鎖することを示している。
その目標圧力の範囲は、第１高真空域と第２高真空域と中真空域と低真空域とを含んでいる。その第１高真空域は、排気装置２４により生成されることができる最低の圧力から所定の圧力までの連続した区間を示している。その第２高真空域は、その第１高真空域のうちのある圧力からその第１高真空域より高い圧力までの連続した区間を示している。その中真空域は、その第２高真空域のうちのある圧力からその第２高真空域より高い圧力までの連続した区間を示している。その中真空域の上限は、排気装置２４により排気することができる上限圧力と等しく、または、その上限圧力より低い。その低真空域は、その中真空域のうちのある圧力からガス供給装置２５により生成されることができる最高の圧力までの範囲を示している。その低真空域の下限は、排気装置２４により排気することができる上限圧力と等しく、または、その上限圧力より低い。このような第１高真空域と第２高真空域と中真空域と低真空域とは、ユーザにより設計される。
すなわち、圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第１高真空域に含まれるときに、開度が全開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が第２高真空域に含まれるときに、開度が中開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が中真空域に含まれるときに、開度が小開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、開度が閉になるようにバタフライバルブ３１を制御する。
図３は、さらに、圧力コントローラ２２に入力される目標圧力とバタフライバルブ３１の開度との組み合わせを流量調整バルブ３６の流量に対応付ける関係を示している。接合チャンバー２の内部の圧力ｐは、一般に、排気装置２４の排気速度Ｓとガス供給装置２５の供給流量Ｑとを用いて、次式：
ｐ＝Ｑ／Ｓ
により表現される。その目標圧力をバタフライバルブ３１の開度に対応付ける関係は、バタフライバルブ３１の開度と排気装置２４の排気速度Ｓとの関係を予め測定した測定結果に基づいて、その目標圧力とバタフライバルブ３１の開度との組み合わせが流量調整バルブ３６の流量が変化する範囲（たとえば、０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ）に対応付けることができるように算出される。
本発明による圧力制御方法の実施の形態は、常温接合方法に適用されている。その常温接合方法は、圧力制御装置１により実行される。図４に示されるように、ユーザは、まず、常温接合より封止される雰囲気の圧力を示す目標圧力を圧力コントローラ２２に入力する。ユーザは、次いで、ゲートバルブ５を閉鎖して、排気装置２４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。ユーザは、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、複数の基板をロードロックチャンバー３の内部に配置する。ユーザは、ロードロックチャンバー３の蓋を閉めて、真空ポンプを用い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する。
ユーザは、ゲートバルブ５を開放した後に、搬送装置６を用いて、ロードロックチャンバー３の内部に配置された基板の１枚を上側ステージ７に配置し、ロードロックチャンバー３の内部に配置された基板の他の１枚を下側ステージ８に配置する（ステップＳ１）。ユーザは、ゲートバルブ５を閉鎖して、排気装置２４を用いて、排気装置２４を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成する（ステップＳ２）。
ユーザは、上側ステージ７に搭載された基板と下側ステージ８に搭載された基板とが離れた状態で、上側ステージ７に搭載された基板と下側ステージ８に搭載された基板との間にイオンガン１４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（ステップＳ３）。
ユーザは、圧接機構１１を操作して、上側ステージ７を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ７に搭載された基板と下側ステージ８に搭載された基板とを近づける。ユーザは、位置合わせ機構１２を操作して、上側ステージ７に搭載された基板と下側ステージ８に搭載された基板の水平面内の相対位置が設計通りに接合されるように、下側ステージ８に搭載された基板の位置を移動する。このとき、圧力コントローラ２２は、基板が位置合わせされている最中に、接合チャンバー２の内部の圧力が目標圧力になるように、圧力計２３と排気装置２４と導入ガス供給装置２５とを制御する（ステップＳ４）。
ユーザは、基板が位置合わせされ、かつ、接合チャンバー２の内部の圧力が目標圧力で安定したときに、圧接機構１１を操作して、上側ステージ７を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ７に搭載された基板を下側ステージ８に搭載された基板に接触させる。上側ステージ７に搭載された基板と下側ステージ８に搭載された基板とは、その接触により接合され、１枚の接合基板が生成される（ステップＳ５）。
圧力コントローラ２２は、基板が常温接合された後に、圧力計２３を用いて接合チャンバー２の内部の圧力を測定する（ステップＳ６）。圧力コントローラ２２は、接合チャンバー２の内部の圧力が排気装置２４により排気することができる上限圧力より高いときに（ステップＳ６、ＮＯ）、粗引き排気装置２６を用いて接合チャンバー２の内部から気体を排気して、接合チャンバー２の内部を減圧する（ステップＳ７）。圧力コントローラ２２は、接合チャンバー２の内部の圧力がその上限圧力より低くなったときに、排気装置２４を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成する（ステップＳ８）。
ユーザは、接合チャンバー２の内部に真空雰囲気が生成された後に、圧接機構１１を用いて上側ステージ７を鉛直上方向に上昇させて、ゲートバルブ５を開放する。ユーザは、搬送装置６を用いて、下側ステージ８に搭載されている接合基板をロードロックチャンバー３の内部に搬送する（ステップＳ９）。ステップＳ１〜ステップＳ９の動作は、ロードロックチャンバー３の内部に初期的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。
ユーザは、ロードロックチャンバー３の内部に初期的に装填された基板がすべて常温接合されると、ゲートバルブ５を閉鎖して、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。ユーザは、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、常温接合された複数の接合基板をロードロックチャンバー３から取り出す。
図５は、本発明による圧力制御方法の実施の形態を示し、ステップＳ４で圧力コントローラ２２により実行される動作を示している。圧力コントローラ２２は、まず、ユーザにより入力された目標圧力に基づいて、排気装置２４を制御する（ステップＳ１１）。すなわち、圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第１高真空域に含まれるときに、開度が全開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が第２高真空域に含まれるときに、開度が中開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が中真空域に含まれるときに、開度が小開になるようにバタフライバルブ３１を制御し、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、開度が閉になるようにバタフライバルブ３１を制御する。
圧力コントローラ２２は、圧力計２３を用いて、接合チャンバー２の内部の圧力を測定する（ステップＳ１２）。圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第１高真空域または第２高真空域または中真空域に含まれるときに、接合チャンバー２の内部の圧力がその目標圧力になるように、その測定された圧力に基づいてガス供給装置２５をフィードバック制御する（ステップＳ１３）。そのフィードバック制御としては、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が例示される。すなわち、圧力コントローラ２２は、ステップＳ１２〜ステップＳ１３の動作を所定のサンプリング周期で繰り返し実行する。
圧力コントローラ２２は、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、その測定された圧力がその目標圧力に一致すると推測されるタイミングでアルゴンガスの供給が停止されるように、ガス供給装置２５を制御する（ステップＳ１３）。
このような圧力制御方法によれば、その目標圧力は、排気装置２４により生成されることができる最低の圧力から、ガス供給装置２５により生成されることができる最高の圧力までの広い範囲に設定することができる。その目標圧力は、さらに、接合チャンバー２が大気圧以上の圧力の雰囲気に耐久するすることができる場合で、ガス供給源３５が供給するアルゴンガスの供給圧力が大気圧より高いときに、大気圧より高い値を設定することもできる。
接合チャンバー２の内部の圧力は、その排気速度が概ね一定であるときに、導入ガスの流量に関して一次遅れ系である。このため、このようなフィードバック制御によれば、圧力制御装置２１は、接合チャンバー２の内部の圧力が十分に安定するように、その圧力をより高精度に制御することができる。
このような圧力制御方法が適用された常温接合方法によれば、常温接合により封止される雰囲気の圧力を広い範囲に設定することができ、常温接合により封止される雰囲気の圧力をその範囲のうちの任意の値に制御することができる。このような常温接合方法によれば、さらに、基板が常温接合される瞬間の圧力を十分に安定させることができ、常温接合により封止される雰囲気の圧力を高精度に制御することができる。
このような常温接合方法によれば、接合チャンバー２の内部の圧力が排気装置２４の上限圧力より高いときであっても、排気装置２４の真空ポンプ３２を停止することなく、排気装置２４の補助ポンプ３３が作動することなく、粗引き排気装置２６を用いて接合チャンバー２の内部の圧力をその上限圧力より低く減圧することができる。このため、接合チャンバー２の内部の圧力をより速く真空雰囲気に制御することができ、常温接合１回あたりの所要時間を低減することができる。
なお、ユーザは、接合チャンバー２の内部の圧力が圧力制御装置２１により圧力制御されている最中に、基板を常温接合するように常温接合装置１を操作することもできる。このような動作によれば、基板が常温接合される瞬間の圧力をより安定させることができ、常温接合により封止される雰囲気の圧力をより高精度に制御することができる。
なお、ガス供給装置２５から接合チャンバー２の内部に供給されるアルゴンガスは、アルゴンと異なる他の導入ガスに置換されることもできる。その導入ガスとしては、窒素、キセノン、空気が例示される。このような置換によれば、そのＭＥＭＳは、設計の自由度が増加し、様々な導入ガスが用いられることにより、様々な用途に適用されることができる。振動構造が封止されて形成されているＭＥＭＳは、その封止されている雰囲気に充填されている気体の粘度により、その雰囲気に配置される振動構造の振動の減衰率が異なる。たとえば、そのＭＥＭＳは、様々な導入ガスが用いられることにより、その振動の減衰率が異なる振動構造を備えることができる。
本発明による圧力制御装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるガス供給装置２５が他のガス供給装置に置換されている。そのガス供給装置４１は、図６に示されているように、ガス供給源４２と流路４３と流路４４と第１流量調整バルブ４５と第２流量調整バルブ４６とを備えている。流路４３は、ガス供給源４２を接合チャンバー２に接続している。流路４４は、流路４３と別個であり、流路４３と並列にガス供給源４２を接合チャンバー２に接続している。ガス供給装置４１は、圧力コントローラ２２により制御されて、流路４３と流路４４とを介してアルゴンガスを一定の圧力で接合チャンバー２に供給する。流量調整バルブ４５は、流路４３の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御されて、アルゴンガスが流路４３を通過する流量を制御する。流量調整バルブ４６は、流路４４の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御されて、アルゴンガスが流路４４を通過する流量を制御する。流量調整バルブ４６は、流量調整バルブ４５に比較して、最大の流量が小さく、より高精度にその流量を制御することができる。
このような圧力制御装置により実行される圧力制御方法は、既述の実施の形態における圧力制御方法のステップＳ１３が他の処理に置換されている。その処理では、圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第１高真空域に含まれるときに、流量調整バルブ４５を用いて流路４３を閉鎖し、接合チャンバー２の内部の圧力がその目標圧力になるように、その測定された圧力に基づいて流量調整バルブ４６をフィードバック制御する。圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第２高真空域または中真空域に含まれるときに、流量調整バルブ４６を用いて流路４４を閉鎖し、接合チャンバー２の内部の圧力がその目標圧力になるように、その測定された圧力に基づいて流量調整バルブ４５をフィードバック制御する。圧力コントローラ２２は、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、その測定された圧力とその目標圧力との差が所定の値に到達したときに、流量調整バルブ４５を用いて流路４３を閉鎖し、その測定された圧力とその目標圧力に一致すると推測されるタイミングで流量調整バルブ４６を用いて流路４４を閉鎖する。
このような動作によれば、このような圧力制御装置は、既述の実施の形態における圧力制御装置２１と同様にして、目標圧力を広い範囲で設定することができ、接合チャンバー２の内部の圧力が十分に安定するように、その圧力を高精度に制御することができる。このような動作によれば、このような圧力制御装置は、その目標圧力が第１高真空域に含まれるときに、さらに、既述の実施の形態における圧力制御装置２１に比較して、その圧力をより高精度に制御することができる。このような動作によれば、このような圧力制御装置は、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、さらに、既述の実施の形態における圧力制御装置２１に比較して、より速くアルゴンガスを接合チャンバー２の内部に供給することができ、その圧力をより速く目標圧力に制御することができる。
本発明による圧力制御装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるバタフライバルブ３１が他の排気速度調整装置に置換されている。その排気速度調整装置５０は、図７に示されているように、複数の流路５１、５２、５３と複数のオリフィス５４、５５、５６と複数のバルブ５７、５８、５９とを備えている。流路５１は、接合チャンバー２を真空ポンプ３２に接続している。流路５２は、流路５１と別個であり、流路５１と並列に接合チャンバー２を真空ポンプ３２に接続している。流路５３は、流路５１と流路５２と別個であり、流路５１と流路５２と並列に接合チャンバー２を真空ポンプ３２に接続している。オリフィス５４は、流路５１の途中に配置されている。オリフィス５５は、流路５２の途中に配置され、流路５２を通過する気体の流量が流路５１を通過する気体の流量より小さくなるように形成されている。オリフィス５６は、流路５３の途中に配置され、流路５３を通過する気体の流量が流路５２を通過する気体の流量より小さくなるように形成されている。バルブ５７は、流路５１の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御され、流路５１を開放し、または、流路５１を閉鎖する。バルブ５８は、流路５２の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御され、流路５２を開放し、または、流路５２を閉鎖する。バルブ５９は、流路５３の途中に配置され、圧力コントローラ２２により制御され、流路５３を開放し、または、流路５３を閉鎖する。
このような圧力制御装置により実行される圧力制御方法は、既述の実施の形態における圧力制御方法のステップＳ１１が他の処理に置換されている。その処理では、圧力コントローラ２２は、その目標圧力が第１高真空域に含まれるときに、流路５１〜５３のうちの流路５１だけが開放されるように、バルブ５７〜５９を制御し、その目標圧力が第２高真空域に含まれるときに、流路５１〜５３のうちの流路５１だけが開放されるように、バルブ５７〜５９を制御し、その目標圧力が中真空域に含まれるときに、流路５１〜５３のうちの流路５１だけが開放されるように、バルブ５７〜５９を制御し、その目標圧力が低真空域に含まれるときに、流路５１〜５３の全部が閉鎖されるように、バルブ５７〜５９を制御する。
排気速度調整装置５０は、既述の実施の形態におけるバタフライバルブ３１に比較して、制御がより簡単であり、より安価に製造することができ、好ましい。さらに、このような動作によれば、このような圧力制御装置は、既述の実施の形態における圧力制御装置２１と同様にして、目標圧力を広い範囲で設定することができ、接合チャンバー２の内部の圧力が十分に安定するように、その圧力を高精度に制御することができる。なお、流路５１〜５３のうちの開放される流路の個数が変化するように制御することもできる。このような動作でも、同様にして、目標圧力を広い範囲で設定することができ、接合チャンバー２の内部の圧力が十分に安定するように、その圧力を高精度に制御することができる。
なお、排気装置２４は、真空ポンプ３２を制御することにより、排気速度を変化されることもできる。たとえば、圧力コントローラ２２は、真空ポンプ３２がターボ分子ポンプであるときに、回転数を変更することにより、排気装置２４の排気速度を制御することもできる。このような制御は、既述の実施の形態における圧力制御方法に比較して、応答が遅くなるが、既述の実施の形態における圧力制御方法と同様にして、目標圧力を広い範囲で設定することができ、接合チャンバー２の内部の圧力が十分に安定するように、その圧力を高精度に制御することができる。
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、本発明による圧力制御装置の実施の形態を示す回路図である。 図３は、目標圧力とバタフライバルブの開度との関係を示し、目標圧力と流量調整バルブの流量との関係を示すグラフである。 図４は、本発明による常温接合方法の実施の形態を示すフローチャートである。 図５は、本発明による圧力制御方法の実施の形態を示すフローチャートである。 図６は、他の導入ガス供給装置を示す回路図である。 図７は、他の排気装置を示す回路図である。
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
４ ：上側ステージ
５ ：ゲートバルブ
６ ：搬送装置
７ ：上側ステージ
８ ：下側ステージ
１１：圧接機構
１２：位置合わせ機構
１４：イオンガン
２１：圧力制御装置
２２：圧力コントローラ
２３：圧力計
２４：排気装置
２５：ガス供給装置
２６：粗引き排気装置
３１：バタフライバルブ
３２：真空ポンプ
３３：補助ポンプ
３５：ガス供給源
３６：流量調整バルブ
３８：粗引きバルブ
３９：補助ポンプ
４１：ガス供給装置
４２：ガス供給源
４３：流路
４４：流路
４５：流量調整バルブ
４６：流量調整バルブ
５０：排気速度調整装置
５１〜５３：流路
５４〜５６：オリフィス
５７〜５９：バルブ

Claims (2)

  1. 圧力制御装置と、
    チャンバー内に設けられた清浄化装置と圧接機構とを具備し、
    前記圧力制御装置は、
    前記チャンバーの内部から気体を排気する排気装置と、
    前記チャンバーの内部に導入ガスを供給するガス供給装置と、
    前記チャンバーの内部の圧力を測定する圧力計と、
    前記排気装置と前記ガス供給装置とを制御する圧力コントローラと、
    前記チャンバーの内部から気体を排気する前記排気装置と別個の粗引き排気装置とを具備し、
    前記清浄化装置は、前記圧力が所定の真空度にあるときに、前記チャンバーの内部で第１基板と第２基板とを清浄化し、
    前記圧力コントローラは、前記圧力が目標圧力になるように、前記排気装置と前記ガス供給装置の両方を制御し、
    前記圧接機構は、前記圧力が前記目標圧力であるときに、前記チャンバーの内部で前記第１基板と前記第２基板とを圧接し、
    前記排気装置は、
    前記チャンバーの内部を真空ポンプに接続する流路と、
    前記流路の開度を変更するバルブとを備え、
    前記ガス供給装置は、導入ガス供給源を前記チャンバーの内部に接続する供給側流路を流れる気体の流量を変更する流量調整バルブを備え、
    前記圧力コントローラは、前記目標圧力に基づいて前記開度を制御することにより、前記排気装置が前記チャンバーの内部から気体を排気する排気速度を制御し、かつ、前記圧力に基づいて前記流量調整バルブを制御することにより、前記ガス供給装置が前記チャンバーの内部に導入ガスを供給する供給流量を制御し、前記目標圧力が前記排気装置の上限圧力より高いときに、前記排気装置を用いて前記チャンバーの内部から気体を排気しない状態で、前記圧力が前記目標圧力になるタイミングで前記導入ガスの供給が停止するように、前記流量調整バルブを制御する
    常温接合装置。
  2. 請求項１において、
    前記流量調整バルブは、
    前記導入ガス供給源を前記チャンバーの内部に接続する第１供給側流路を流れる気体の流量を変更する第１流量調整バルブと、
    前記導入ガス供給源を前記チャンバーの内部に接続する第２供給側流路を流れる気体の流量を前記第１流量調整バルブより高精度に変更する第２流量調整バルブとを含み、
    前記圧力コントローラは、
    前記目標圧力が所定圧力より低いときに、前記第１流量調整バルブを用いて前記第１供給側流路が閉鎖されている状態で、前記圧力に基づいて前記第２流量調整バルブを制御し、
    前記目標圧力が前記所定圧力より高いときに、前記第２流量調整バルブを用いて前記第２供給側流路が閉鎖されている状態で、前記圧力に基づいて前記第１流量調整バルブを制御する
    常温接合装置。
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