JP4672793B2 - 接合装置制御装置および接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合装置制御装置および接合方法に関し、特に、接合対象を接合するときに利用される接合装置制御装置および接合方法に関する。

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、超小型モータなどが例示される。複数のパターンが形成された２枚の基板を１枚の接合基板に接合することにより、このようなデバイスをその接合基板に複数形成する接合方法が知られている。その接合方法は、その２枚の基板の表面を活性化する工程と、その活性化された表面同士を圧接する工程とを備えている。その表面を活性化してから基板を接合するまでの時間が長時間化することは、その接合の品質に悪影響を与えることが知られている。接合対象を接合することにより作製される製品の品質を向上させることが望まれている。

特開２００６−１１４５６０号公報には、作業性を向上させて低コスト化を図ると共に、電子部品が回路基板に接触した時にダメージを与えず安定した加圧が得られる電子部品接合装置が開示されている。その電子部品接合装置は、電子部品のバンプを基板のランド部に加圧、接合し実装する電子部品接合装置であって、前記電子部品を吸着する吸着支持面を有する接合ヘッドと、前記吸着支持面に保持された電子部品と共に、前記接合ヘッドを支持する軸受ブロックと、Ｚ軸ステージ上に垂下された一対のガイドレールと、このガイドレールに沿ってスライド自在に支持された可動コラムと、この可動コラムに連結された加圧用モータと、前記接合ヘッドに対向し、回路基板が位置決め載置されたＸ−Ｙ移動テーブルとを備えた電子部品接合装置において、前記Ｘ−Ｙ移動テーブル上に振動を検出するセンサが設けられ、このセンサにより前記電子部品と回路基板との接触状況を監視するようにしたことを特徴としている。

特開２００６−８６３４５号公報には、超音波印加直後のバンプが潰れる速度を制御することで、バンプに十分に超音波を印加し、接合強度の高い超音波接合方法が開示されている。その超音波接合方法は、一方主面と他方主面とを持つ部品の他方主面にボンディングツールを接触させ、部品に押圧力と超音波振動とを印加して、部品の一方主面をバンプを介して被接合面に接合する超音波接合方法において、上記バンプを被接合面に接合する初期に、上記超音波を印加しながらボンディングツールを所定の速度で降下させ、バンプの潰れ速度を制御する第１の工程と、上記第１の工程の後、上記超音波を印加しながらボンディングツールに対して所定の押圧荷重を印加し、部品の一方主面をバンプを介して被接合面に接合する第２の工程と、を有することを特徴としている。

特開２００４−３０３７５７号公報には、小さい押圧力にしか耐えられない非常に薄い半導体チップなどのチップを基板やリードフレーム等のチップ取付け体に、チップを損傷することなく、固着し得るダイボンディング装置が開示されている。そのボンディング装置は、上下方向に往復運動をする出力軸を有する往復運動駆動装置と、該出力軸に連結部を介して連結され、下端でチップを把持する把持部と、該連結部に設けられ、該出力軸から該把持部へ伝達される力を、基板などのチップ取付け体に前記チップを押圧する押圧力として検知するロードセルとを有するボンディング装置において、前記連結部は、前記チップが前記チップ取付け体に接触したことを検知する接触検知センサを有し、前記接触検知センサは、互いに対面する固定電極および可動電極並びに該両電極間に介在するダイアフラムを有し、該固定電極と該可動電極との間の静電容量の変化により、該固定電極に対する該可動電極の変位を検知し、前記固定電極および前記可動電極は、上下方向に緩みなく前記ロードセル及び前記連結部材にそれぞれ連結され、前記ダイアフラムは、上下方向の力に応じて所定範囲内で上下方向に相対移動が可能なように前記固定電極および前記可動電極を連結し、前記押圧力に基づき前記変位が生じたときに、該変位に基づき前記接触検知センサで検知される該押圧力の閾値は、前記ロードセルで検知される該押圧力の閾値より小さいことを特徴としている。

特開平０８−９７５９６号公報には、高速制御を行っても微細なはんだペーストを崩すことなく電子部品リードをはんだに確実に保持させ、歩留良く電子部品を基板上へ搭載できる電子部品搭載機が開示されている。その電子部品搭載機は、電子部品を保持したノズルを基板上面に駆動し、保持を解除することによって基板上のはんだペーストに電子部品を搭載するものにおいて、前記ノズルを支持する支持部と、該支持部を基板面に対し垂直方向に移動させる支持部移動手段と、前記ノズルが電子部品を介してはんだペーストに加える押圧を検出する押圧検出手段と、前記押圧検出手段の検出値の変化により前記支持部移動手段を駆動して前記ノズルの押圧を制御する手段を設けたことを特徴としている。

特開２００６−１１４５６０号公報 特開２００６−８６３４５号公報 特開２００４−３０３７５７号公報 特開平０８−９７５９６号公報

本発明の課題は、接合対象を接合することにより作製される製品の品質を向上させる接合装置制御装置および接合方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、接合対象をより高速に取り扱う接合装置制御装置および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、接触センサを別途設けることなく、接合対象をより高速に取り扱う接合装置制御装置および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。

本発明による接合装置制御装置（１０）は、荷重計（１９）を用いて、接合対象（７）を保持するチャック（１８）に印加される荷重（３１）（６１）を計測する荷重測定部（２２）と、荷重（３１）（６１）を微分することにより変化率を算出する微分部（２３）と、その変化率の変化（４１）（７１）（８１）（９１）に基づいて算出されたタイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいて、チャック（１８）を駆動する圧接機構（１１）を制御する駆動部（２５）とを備えている。その変化率の変化（４１）（７１）（８１）（９１）により算出されたタイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）によれば、荷重（３１）（６１）の変化により算出されたタイミング（６７）に比較して、チャック（１８）に対向する対向体（１２）が保持する物体がチャック（１８）に接触したりチャック（１８）から物体が対向体（１２）に解放されたりするタイミングをより正確に推測することができる。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、接触センサを別途設けることなく、接合対象（７）をより高速に取り扱うことができ、接合対象（７）を接合することにより作製される製品の品質を向上させることができる。

圧接機構（１１）は、チャック（１８）に対向する対向体（１２）に接近するようにチャック（１８）が駆動されているときに、接触検知用閾値（４２）（８２）より小さい状態から接触検知用閾値（４２）（８２）より大きい状態に変化率が変化する接触タイミング（４４）（８４）でチャック（１８）が減速するように、制御される。このような接触タイミング（４４）（８４）は、対向体（１２）が保持する物体がチャック（１８）に接触するタイミングをより正確に示している。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、接触タイミング（４４）（８４）の前に接合対象（７）をより高速に取り扱うことができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

圧接機構（１１）は、さらに、荷重（３１）（６１）が接合荷重に到達する接合タイミング（３４）でチャック（１８）の駆動が停止するように、制御されることが好ましい。

圧接機構（１１）は、さらに、対向体（１２）から遠ざかるようにチャック（１８）が駆動されているときに、接触検知用閾値（４２）（８２）と異なる解放検知用閾値（４３）（８２）より小さい状態から解放検知用閾値（４３）（８２）より大きい状態に変化率が変化する解放タイミング（４５）（８５）でチャック（１８）が加速するように、制御される。このような解放タイミング（４５）（８５）は、チャック（１８）が物体を解放するタイミングをより正確に示している。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、チャック（１８）が物体を解放した後に接合対象（７）をより高速に取り扱うことができる。

本発明による接合装置制御装置（１０）は、タイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいて荷重計（１９）を制御する荷重計制御部（２４）をさらに備えていることが好ましい。

荷重計制御部（２４）は、荷重計（１９）の測定レンジが接触タイミング（４４）（８４）の後に拡大するように、荷重計（１９）を制御する。このような接合装置制御装置（１０）は、１つの荷重計（１９）を用いて、接触タイミング（４４）（８４）と接合タイミング（３４）との両方をより正確に検出することができ、別途に他のセンサを設けることなく、接合対象（７）を高速に取り扱うことができる。

荷重計制御部（２４）は、接触タイミング（４４）（８４）に測定された荷重が０になるように、荷重計（１９）を校正する。このような接合装置制御装置（１０）は、接合対象（７）を接合するときの荷重（３１）（６１）をより正確に制御することができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合装置制御装置（１０）は、タイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいてチャック（１８）を制御するチャック制御部（２６）をさらに備えていることが好ましい。

その変化率は、荷重（３１）（６１）を１階微分した微分値を示している。荷重（３１）（６１）をｎ階微分した微分値は、ｎが大きいほど、荷重（３１）（６１）に含まれるノイズによる影響が大きい。このような接合装置制御装置（１０）は、このようなノイズの影響を低減することができ、物体がチャック（１８）に接触したりチャック（１８）から物体が解放されたりするタイミングをより正確に推測することができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合方法は、荷重計（１９）を用いて、接合対象（７）を保持するチャック（１８）に印加される荷重（３１）（６１）を計測するステップと、荷重（３１）（６１）を微分することにより変化率を算出するステップと、その変化率の変化（４１）（７１）（８１）（９１）に基づいて算出されたタイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいて、チャック（１８）を駆動する圧接機構（１１）を制御するステップとを備えている。その変化率の変化（４１）（７１）（８１）（９１）により算出されたタイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）によれば、荷重（３１）（６１）の変化により算出されたタイミング（６７）に比較して、チャック（１８）に対向する対向体（１２）が備える物体がチャック（１８）に接触したりチャック（１８）から物体が解放されたりするタイミングをより正確に推測することができる。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、接触センサを別途設けることなく、接合対象（７）をより高速に取り扱うことができ、接合対象（７）を接合することにより作製される製品の品質を向上させることができる。

圧接機構（１１）は、チャック（１８）に対向する対向体（１２）に接近するようにチャック（１８）が駆動されているときに、接触検知用閾値（４２）（８２）より小さい状態から接触検知用閾値（４２）（８２）より大きい状態に変化率が変化する接触タイミング（４４）（８４）でチャック（１８）が減速するように、制御される。このような接触タイミング（４４）（８４）は、対向体（１２）が保持する物体がチャック（１８）に接触するタイミングをより正確に示している。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、接触タイミング（４４）（８４）の前に接合対象（７）をより高速に取り扱うことができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

圧接機構（１１）は、さらに、荷重（３１）（６１）が接合荷重に到達する接合タイミング（３４）でチャック（１８）の駆動が停止するように、制御されることが好ましい。

圧接機構（１１）は、さらに、対向体（１２）から遠ざかるようにチャック（１８）が駆動されているときに、接触検知用閾値（４２）（８２）と異なる解放検知用閾値（４３）（８２）より小さい状態から解放検知用閾値（４３）（８２）より大きい状態に変化率が変化する解放タイミング（４５）（８５）でチャック（１８）が加速するように、制御される。このような解放タイミング（４５）（８５）は、対向体（１２）とチャック（１８）とが解放するタイミングをより正確に示している。このため、このような接合装置制御装置（１０）は、対向体（１２）とチャック（１８）とが解放した後に接合対象（７）をより高速に取り扱うことができる。

本発明による接合方法は、タイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいて荷重計（１９）を制御するステップをさらに備えていることが好ましい。

荷重計（１９）は、荷重計（１９）の測定レンジが接触タイミング（４４）（８４）で拡大するように、制御される。このような接合方法によれば、１つの荷重計（１９）を用いて、接触タイミング（４４）（８４）と接合タイミング（３４）との両方をより正確に検出することができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

荷重計（１９）は、接触タイミング（４４）（８４）に測定された荷重が０になるように、校正される。このような接合装置制御装置（１０）は、接合対象（７）を接合するときの荷重（３１）（６１）をより正確に制御することができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合方法は、タイミング（４４）（４５）（７２）（７３）（８４）（８５）（９４）（９５）に基づいてチャック（１８）を制御するステップをさらに備えていることが好ましい。

その変化率は、荷重（３１）（６１）を１階微分した微分値を示している。荷重（３１）（６１）をｎ階微分した微分値は、ｎが大きいほど、荷重（３１）（６１）に含まれるノイズによる影響が大きい。このような接合方法によれば、このようなノイズの影響を低減することができ、対向体（１２）が保持する物体がチャック（１８）に接触したりチャック（１８）から物体が解放されたりするタイミングをより正確に推測することができ、接合対象（７）から作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合装置制御装置および接合方法は、接合対象が接触したり解放されたりするタイミングをより正確に検出することができる。このため、本発明による接合装置制御装置および接合方法は、接合対象をより高速に取り扱うことができ、接合対象を接合することにより作製される製品の品質を向上させることができる。

図１は、接合システムの実施の形態を示すブロック図である。 図２は、本発明による接合装置制御装置を示すブロック図である。 図３は、上ウェハ吸着シーケンスを示すフローチャートである。 図４は、上下ウェハ圧接シーケンスを示すフローチャートである。 図５は、荷重計により測定された荷重の変化を示すグラフである。 図６は、荷重計により測定された荷重の変化率の変化を示すグラフである。 図７は、静電チャックの位置の変化を示すグラフである。 図８は、ドリフトがある荷重の変化を示すグラフである。 図９は、ドリフトがある荷重の変化率の変化を示すグラフである。 図１０は、荷重計により測定された荷重を２階微分した値の変化を示すグラフである。 図１１は、ドリフトがある荷重を２階微分した値の変化を示すグラフである。

図面を参照して、本発明による接合装置制御装置の実施の形態を記載する。その接合装置制御装置１０は、図１に示されているように、接合システムに適用されている。すなわち、その接合システムは、接合装置制御装置１０と接合装置１とを備えている。接合装置１は、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。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との間に介設されている。ゲートバルブ５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、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、そのゲートを開放する。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、そのゲートを開放する。

ロードロックチャンバー３は、真空ポンプ４を備えている。真空ポンプ４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。真空ポンプ４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、搬送機構６を内部に備えている。搬送機構６は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、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ウェハを接合チャンバー２に搬送し、または、ゲートバルブ５を介して接合チャンバー２に配置されたウェハをロードロックチャンバー３の内部に搬送する。

接合チャンバー２は、真空ポンプ９を備えている。真空ポンプ９は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、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９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。

接合チャンバー２は、さらに、位置合わせ機構１２を備えている。位置合わせ機構１２は、接合チャンバー２の内部でカートリッジ１６を保持し、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カートリッジ１６を支持する。カートリッジ１６は、概ね円盤状に形成され、上ウェハ７または下ウェハ８を載せるために利用される。位置合わせ機構１２は、さらに、接合装置制御装置１０により制御されることにより、カートリッジ１６が水平方向に平行移動し、または、カートリッジ１６が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、カートリッジ１６を駆動する。

接合チャンバー２は、さらに、圧接機構１１と圧接軸１７と静電チャック１８と荷重計１９とを備えている。圧接軸１７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。静電チャック１８は、圧接軸１７の下端に配置され、位置合わせ機構１２に対向する面に誘電層を備えている。静電チャック１８は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、静電力によって上ウェハ７を保持する。圧接機構１１は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２に対して鉛直方向に圧接軸１７を平行移動させる。圧接機構１１は、さらに、静電チャック１８が配置される位置を測定し、その位置を接合装置制御装置１０に出力する。荷重計１９は、圧接軸１７に印加される荷重を測定することにより、静電チャック１８により保持されたウェハに印加される荷重を測定し、その荷重を接合装置制御装置１０に出力する。

荷重計１９は、接合装置制御装置１０により制御されることによりゼロリセットされ、接合装置制御装置１０により指示された測定レンジで静電チャック１８に印加される荷重を測定する。たとえば、荷重計１９は、図示されていない圧電体と変換器とＡ／Ｄコンバータとを備えている。その圧電体は、圧接軸１７に設けられ、静電チャック１８に印加される荷重に対応する電圧を出力する。その電圧は、その荷重に比例している。その変換器は、その圧電体から出力された電圧に対応する出力電圧を出力する。その出力電圧は、その圧電体により出力された電圧に概ね比例している。その変換器は、さらに、接合装置制御装置１０によりゼロリセットされたときに、その圧電体から出力された電圧が下限値に等しいときにその出力電圧が０を示すように、校正される。その下限値は、接合装置制御装置１０によりゼロリセットされたタイミングでその圧電体から出力された電圧である。その変換器は、さらに、その圧電体から出力された電圧が上限値に等しいときにその出力電圧が最大値を示すように、接合装置制御装置１０により校正される。その上限値は、接合装置制御装置１０により指示された測定レンジの最大値である。そのＡ／Ｄコンバータは、接合装置制御装置１０により指示された測定レンジとその変換器から出力される出力電圧とに基づいて荷重を算出し、その荷重を接合装置制御装置１０に出力する。その荷重は、その出力電圧に比例している。すなわち、その荷重は、その出力電圧が０であるときに０を示し、その出力電圧がその測定レンジの最大値を示すときにその測定レンジの最大値に対応する荷重を示している。

接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１４と電子源１５とを備えている。イオンガン１４は、静電チャック１８が上方に配置されているときに、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間に向くように配置されている。イオンガン１４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する照射軸に沿って、アルゴンイオンを加速して放出する。電子源１５は、イオンガン１４と同様にして、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間に向くように配置されている。電子源１５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する他の照射軸に沿って、電子を加速して放出する。

上ウェハ７は、互いに形状が合同である複数の矩形領域が形成されている。下ウェハ８は、上ウェハ７に形成される複数の矩形領域に対応する複数の矩形領域が形成されている。下ウェハ８の複数の矩形領域は、上ウェハ７と下ウェハ８とが設計通りに接合されたときに、上ウェハ７の複数の矩形領域にそれぞれ接合されるように、形成されている。下ウェハ８は、上ウェハ７と設計通りに接合された後に、その複数の矩形領域ごとに切断されることにより、複数のデバイスにそれぞれ形成されるように形成されている。

その複数のデバイスは、それぞれ、気密封止された空間が形成され、その空間の圧力に所定の真空度が要求されている。このようなデバイスとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モータなどが例示される。たとえば、下ウェハ８は、その複数の矩形領域の各々に隔壁部分とカンチレバー部分とが形成されている。その隔壁部分は、下ウェハ８がそのデバイスに形成されたときに、上ウェハ７の一部に接合され、その一部とともにその気密封止された空間を環境から隔離する隔壁の一部を形成している。そのカンチレバー部分は、下ウェハ８がそのデバイスに形成されたときに、その気密封止された空間に配置されるように、かつ、その空間で振動することができるように、形成されている。

図２は、接合装置制御装置１０を示している。接合装置制御装置１０は、図示されていないＣＰＵと記憶装置とリムーバルメモリドライブと入力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、接合装置制御装置１０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インターフェースとを制御する。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。そのリムーバルメモリドライブは、記録媒体が挿入されたときに、その記録媒体に記録されているデータを読み出すことに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、特に、コンピュータプログラムが記録されている記録媒体が挿入されたときに、そのコンピュータプログラムを接合装置制御装置１０にインストールするときに利用される。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。そのインターフェースは、接合装置制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、真空ポンプ４と搬送機構６と真空ポンプ９と圧接機構１１と位置合わせ機構１２とイオンガン１４と電子源１５と静電チャック１８と荷重計１９とを含んでいる。

接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムは、接合装置制御装置１０に複数の機能を実現させるための複数のコンピュータプログラムから形成されている。その複数の機能は、搬送部２１と荷重測定部２２と微分部２３と荷重計制御部２４と駆動部２５と静電チャック制御部２６と活性化部２７と位置合わせ部２８とを含んでいる。

搬送部２１は、ゲートバルブ５を閉鎖する。搬送部２１は、ゲートバルブ５が閉鎖されているときに、真空ポンプ４を用いてロードロックチャンバー３の内部に所定の真空度の予備雰囲気を生成し、または、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。搬送部２１は、ロードロックチャンバー３の内部にその所定の真空度の雰囲気が生成されているときに、ゲートバルブ５を開放し、または、ゲートバルブ５を閉鎖する。搬送部２１は、ゲートバルブ５が開放されているときに、搬送機構６を用いてロードロックチャンバー３の内部に配置されているカートリッジ１６を位置合わせ機構１２に搬送し、または、搬送機構６を用いて位置合わせ機構１２に保持されているカートリッジ１６をロードロックチャンバー３の内部に搬送する。

荷重測定部２２は、荷重計１９を用いて、静電チャック１８に印加される荷重を測定する。

微分部２３は、荷重測定部２２により測定された荷重に基づいて変化率を算出する。その変化率は、その荷重を時間で微分した値を示し、たとえば、荷重測定部２２により所定の間隔で複数の荷重が測定されたときに、その複数の荷重のうちのある時刻で測定された荷重とその直前に測定された荷重との差をその間隔で割った商を示している。微分部２３は、さらに、その算出された変化率の変化に基づいてタイミングを算出する。そのタイミングは、接触タイミングと解放タイミングとを含んでいる。

荷重計制御部２４は、微分部２３により算出される接触タイミングでゼロリセットされるように荷重計１９を制御する。荷重計制御部２４は、さらに、微分部２３により算出されるタイミングに基づいて複数の測定レンジから１つの測定レンジを選択し、その選択された測定レンジを荷重計１９に指示することにより、荷重計１９を校正する。その複数の測定レンジは、接合荷重検知用測定レンジと接触検知用測定レンジとを含んでいる。その接合荷重検知用測定レンジの最大値は、上ウェハ７と下ウェハ８とが接合するときに必要である接合荷重より大きい荷重に対応し、その荷重が静電チャック１８に印加されたときに荷重計１９の圧電体から出力される電圧を示している。その接触検知用測定レンジの最大値は、その接合荷重検知用測定レンジの最大値より小さく、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触することを検知するときに必要である接触荷重より大きい荷重に対応し、その荷重が静電チャック１８に印加されたときに荷重計１９の圧電体から出力される電圧を示している。

駆動部２５は、静電チャック１８が平行移動するように、圧接機構１１を制御する。駆動部２５は、さらに、静電チャック１８が所定の位置に到達するタイミングを算出し、そのタイミングで静電チャック１８が停止するように、圧接機構１１を制御する。駆動部２５は、さらに、荷重測定部２２により測定された荷重が所定の荷重に到達するタイミングを算出し、そのタイミングで静電チャック１８が停止するように、圧接機構１１を制御する。

駆動部２５は、さらに、微分部２３により算出されたタイミングに基づいて複数の速度から１つの速度を選択する。その複数の速度は、高速下降と低速下降と極低速下降と極低速上昇と低速上昇と高速上昇とを含んでいる。その高速下降は、高速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２に接近することを示している。その低速下降は、その高速下降の速さより遅い低速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２に接近することを示している。その極低速下降は、その低速下降の速さより遅い極低速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２に接近することを示している。その極低速上昇は、極低速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２遠ざかることを示している。その低速上昇は、その極低速上昇の速さより速い低速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２遠ざかることを示している。その高速上昇は、その低速上昇の速さより速い高速で静電チャック１８が位置合わせ機構１２遠ざかることを示している。駆動部２５は、さらに、その選択された速度で静電チャック１８が一定に移動するように圧接機構１１を制御する。

静電チャック制御部２６は、さらに、微分部２３により算出された接触タイミングで静電チャック１８が上ウェハ７を保持するように、静電チャック１８を制御する。

活性化部２７は、ゲートバルブ５が閉鎖されているときに、真空ポンプ９を用いて接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気を生成する。活性化部２７は、さらに、接合チャンバー２の内部にその接合雰囲気が生成されているときに、イオンガン１４を用いて上ウェハ７と下ウェハ８との間に向けてアルゴンイオンを放出する。活性化部２７は、さらに、そのアルゴンイオンが放出されている最中に、電子源１５を用いて上ウェハ７と下ウェハ８との間に向けて電子を放出する。

位置合わせ部２８は、静電チャック１８が上ウェハ７を保持し、位置合わせ機構１２が下ウェハ８を保持しているときに、上ウェハ７と下ウェハ８とが所定の距離まで接近するように圧接機構１１を制御する。位置合わせ部２８は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とがその所定の距離に離れているときに、上ウェハ７に対する下ウェハ８の水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、位置合わせ機構１２を制御する。

本発明による接合方法の実施の形態は、その接合システムにより実行される。接合装置制御装置１０は、まず、ゲートバルブ５を閉鎖した後に、真空ポンプ９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の蓋を開放し、２つのカートリッジ１６をロードロックチャンバー３の内部に配置し、ロードロックチャンバー３の蓋を閉鎖する。その２つのカートリッジ１６のうちの一方のカートリッジ１６は、上ウェハ７が載せられ、その２つのカートリッジ１６のうちの他方のカートリッジ１６は、下ウェハ８が載せられている。接合装置制御装置１０は、ロードロックチャンバー３の蓋が閉鎖された後に、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気が生成するように真空ポンプ９を制御する。

接合装置制御装置１０は、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気が生成された後に、ゲートバルブ５を開放し、搬送機構６を用いて上ウェハ７が載っているカートリッジ１６を位置合わせ機構１２に配置する。接合装置制御装置１０は、カートリッジ１６が位置合わせ機構１２に配置された後に、上ウェハ吸着シーケンスを実行することにより、上ウェハ７を静電チャック１８に保持させる。

接合装置制御装置１０は、上ウェハ７が静電チャック１８に保持された後に、搬送機構６を用いて下ウェハ８が載っているカートリッジ１６を位置合わせ機構１２に配置する。接合装置制御装置１０は、カートリッジ１６が位置合わせ機構１２に配置された後に、ゲートバルブ５を閉鎖して、真空ポンプ９を用いて接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気を生成する。

接合装置制御装置１０は、その接合雰囲気が生成された後に、イオンガン１４を用いて上ウェハ７と下ウェハ８との間に向けてアルゴンイオンを所定の活性化時間だけ放出する。そのアルゴンイオンは、上ウェハ７のうちの下ウェハ８に対向する表面に照射され、下ウェハ８のうちの上ウェハ７に対向する表面に照射される。このとき、そのアルゴンイオンは、上ウェハ７の表面に形成される酸化物等を除去し、上ウェハ７の表面に付着している不純物を除去し、上ウェハ７のうちの下ウェハ８に対向する表面を活性化する。そのアルゴンイオンは、さらに、下ウェハ８の表面に形成される酸化物等を除去し、下ウェハ８の表面に付着している不純物を除去し、下ウェハ８のうちの上ウェハ７に対向する表面を活性化する。

接合装置制御装置１０は、そのアルゴンイオンが放出されている最中に、電子源１５を用いて上ウェハ７と下ウェハ８との間に向けて電子を放出する。その電子は、上ウェハ７と下ウェハ８とに照射される。上ウェハ７と下ウェハ８とは、そのアルゴンイオンの照射により、チャージアップされ、すなわち、正電荷に帯電する。その電子は、そのアルゴンイオンの照射によりチャージアップされた上ウェハ７の電荷を中和し、下ウェハ８の電荷を中和する。

接合装置制御装置１０は、そのアルゴンイオンの照射が終了した後に、上下ウェハ圧接シーケンスを実行することにより、上ウェハ７と下ウェハ８とが接合された１枚の接合ウェハを形成する。

接合装置制御装置１０は、その上下ウェハ圧接シーケンスが実行された後に、ゲートバルブ５を開放し、搬送機構６を用いてその接合ウェハが載っているカートリッジ１６をロードロックチャンバー３の内部に搬送する。接合装置制御装置１０は、カートリッジ１６がロードロックチャンバー３に搬送された後に、ゲートバルブ５を閉鎖する。

接合装置制御装置１０は、ゲートバルブ５が閉鎖された後に、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の内部に大気圧雰囲気が生成された後に、ロードロックチャンバー３の蓋を開放し、その接合ウェハをロードロックチャンバー３から取り出す。ユーザは、その接合ウェハを上ウェハ７（下ウェハ８）に形成される複数の矩形領域ごと切断することにより、その接合ウェハから複数のデバイスを作製する。

図３は、その上ウェハ吸着シーケンスを示している。接合装置制御装置１０は、上ウェハ７が載っているカートリッジ１６が位置合わせ機構１２に配置されたときに、まず、荷重計１９の測定レンジとして接触検知用測定レンジが適用されるように、荷重計１９を制御し、静電チャック１８と上ウェハ７とが所定の距離（例示：２ｍｍ）だけ離れる所定の位置まで静電チャック１８が高速に下降するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ１）。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８がその所定の位置まで下降した後に、静電チャック１８が低速で下降するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ２）。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が低速で下降している最中に、荷重計１９を用いて静電チャック１８に印加される荷重を測定し、その荷重の変化率を算出する（ステップＳ３）。

接合装置制御装置１０は、その変化率に基づいて接触タイミングを算出する（ステップＳ４）。接合装置制御装置１０は、その接触タイミングで荷重計１９がゼロリセットされるように荷重計１９を制御する。接合装置制御装置１０は、さらに、その接触タイミングで静電チャック１８が停止するように圧接機構１１を制御し、静電チャック１８が上ウェハ７を保持するように静電チャック１８を制御する（ステップＳ５）。

接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が上ウェハ７を所定時間だけ保持した後に、上ウェハ７とカートリッジ１６とが所定の距離だけ離れる所定の位置まで静電チャック１８が低速に上昇するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ６）接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が所定の位置まで上昇した後に、静電チャック１８が高速で上昇するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ７）。

図４は、その上下ウェハ圧接シーケンスを示している。接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と下ウェハ８とにアルゴンイオンが照射された後に、まず、荷重計１９の測定レンジとして接触検知用測定レンジが適用されるように、荷重計１９を制御し、上ウェハ７と下ウェハ８とが所定の距離だけ離れる所定の位置まで静電チャック１８が高速に下降するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ１１）。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が高速で下降した後に、上ウェハ７と下ウェハ８との水平面内の相対位置が設計通りに接合されるように、位置合わせ機構１２を用いて下ウェハ８を駆動する。

接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と下ウェハ８とが位置合わせされた後に、静電チャック１８が低速で下降するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ１２）。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が低速で下降している最中に、荷重計１９を用いて静電チャック１８に印加される荷重を測定し、その荷重の変化率を算出する（ステップＳ１３）。接合装置制御装置１０は、その変化率に基づいて接触タイミングを算出する（ステップＳ１４）。接合装置制御装置１０は、その接触タイミングで荷重計１９がゼロリセットされるように、かつ、その接触タイミングで荷重計１９の測定レンジとして接合荷重検知用測定レンジが適用されるように、荷重計１９を制御する。接合装置制御装置１０は、さらに、その接触タイミングで静電チャック１８が極低速で下降するように圧接機構１１を制御する（ステップＳ１５）。

接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が低速で下降している最中に、荷重計１９を用いて静電チャック１８に印加される荷重を測定する。接合装置制御装置１０は、その荷重が接合荷重に到達する接合タイミングを算出し、その接合タイミングで静電チャック１８が停止するように圧接機構１１を制御する（ステップＳ１６）。上ウェハ７と下ウェハ８とは、このような動作により接合され、１枚の接合ウェハに形成される。

接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が停止してから所定の接合時間が経過した後に、荷重計１９の測定レンジとして接触検知用測定レンジが適用されるように荷重計１９を制御し、静電チャック１８がその接合ウェハを解放するように静電チャック１８を制御し、静電チャック１８が極低速で上昇するように圧接機構１１を制御する（ステップＳ１７）。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が極低速で上昇している最中に、荷重計１９を用いて静電チャック１８に印加される荷重を測定し、その荷重の変化率を算出する（ステップＳ１８）。接合装置制御装置１０は、その変化率に基づいて解放タイミングを算出する（ステップＳ１９）。接合装置制御装置１０は、その解放タイミングで静電チャック１８が低速で上昇するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ２０）。接合装置制御装置１０は、さらに、その接合ウェハと静電チャック１８とが所定の距離だけ離れる所定の位置まで静電チャック１８が低速で上昇するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８がその所定の位置まで上昇した後に、静電チャック１８が高速で上昇するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ２１）。

図５は、その上下ウェハ圧接シーケンスで、荷重計１９により測定された荷重の変化を示している。その変化３１は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始したときにその荷重が０を示すことを示し、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触していないことを示している。変化３１は、さらに、接触タイミング３３以降にその荷重が増加することを示し、接触タイミング３３に上ウェハ７と下ウェハ８とが接触したことを示している。変化３１は、さらに、接合タイミング３４以降にその荷重が接合荷重３２を示すことを示し、上ウェハ７と下ウェハ８とが接合荷重３２で圧接されていることを示している。変化３１は、さらに、接合タイミング３４から所定の接合時間だけ経過したタイミング３５でその荷重が減少することを示している。変化３１は、さらに、タイミング３５の後の解放タイミング３６以降にその荷重が０を示すことを示し、上ウェハ７と下ウェハ８とから形成された接合された接合ウェハが静電チャック１８に接触していないことを示している。

すなわち、変化３１は、図４の上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１６で、接合装置制御装置１０がその荷重が接合荷重３２に到達する接合タイミング３４を算出し、静電チャック１８が停止するように圧接機構１１を制御することを示している。

図６は、その上下ウェハ圧接シーケンスで、荷重計１９により測定された荷重に基づいて算出された変化率の変化を示している。その変化４１は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始するときにその変化率が０を示すことを示している。変化４１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触し始めたときにその変化率が増加することを示している。変化４１は、さらに、そのタイミングの後の接触タイミング４４でその変化率が接触検知用閾値４２より小さい状態から接触検知用閾値４２より大きい状態に変化することを示している。接触タイミング４４は、接触タイミング３３に概ね一致している。変化４１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了したときにその変化率が接触検知用閾値４２より大きい一定の正の値を示すことを示し、接触タイミング４４の後のタイミングで上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了することを示している。

変化４１は、さらに、圧接のために静電チャック１８が停止し始めたとき、その変化率が減少することを示している。変化４１は、さらに、静電チャック１８が停止しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化４１は、さらに、静電チャック１８が上昇し始めたときに、その変化率が減少することを示している。変化４１は、さらに、静電チャック１８が上昇しているときに、その変化率が一定の負の値を示すことを示している。変化４１は、さらに、その接合ウェハと静電チャックとが離れ始めたときに、その変化率が増加することを示している。変化４１は、さらに、そのタイミングの後の解放タイミング４５でその変化率が解放検知用閾値４３より小さい状態から解放検知用閾値４３より大きい状態に変化することを示している。解放タイミング３５は、解放タイミング４５に概ね一致している。変化４１は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８から離れたときにその変化率が０を示すことを示し、解放タイミング４５の後のタイミングでその接合ウェハが静電チャック１８から離れることを示している。

すなわち、変化４１は、図４の上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１４で、接合装置制御装置１０が、その変化率が接触検知用閾値４２より小さい状態から接触検知用閾値４２より大きい状態に変化する接触タイミング４４を算出し、静電チャック１８が移動する速度が接触タイミング４４で低速下降から極低速下降に変化するように圧接機構１１を制御することを示している。変化４１は、さらに、その上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１９で、接合装置制御装置１０が、その変化率が解放検知用閾値４３より小さい状態から解放検知用閾値４３より大きい状態に変化する解放タイミング４５を算出し、静電チャック１８が移動する速度が解放タイミング４５で極低速上昇から低速上昇に変化するように圧接機構１１を制御することを示している。

図７は、その上下ウェハ圧接シーケンスで、静電チャック１８が配置される位置の変化を示している。その変化５０は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始するときに静電チャック１８が高速で下降することを示している。変化５０は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが所定の距離だけ離れる所定の位置まで静電チャック１８が下降したタイミング５１で、静電チャック１８が高速下降から低速下降に減速することを示している。変化５０は、さらに、タイミング５１の後の接触タイミング５２で、静電チャック１８が低速下降から極低速下降に減速することを示している。接触タイミング５２は、図６の接触タイミング４４に概ね一致している。

変化５０は、さらに、接触タイミング５２の後の接合タイミング５３で、静電チャック１８が停止することを示している。接合タイミング５３は、図５の接合タイミング３４に概ね一致している。変化５０は、さらに、接合タイミング５３から接合時間だけ経過したタイミング５４で、静電チャック１８が極低速で上昇することを示している。タイミング５４は、図５のタイミング３５に概ね一致している。変化５０は、さらに、タイミング５４の後の解放タイミング５５で、静電チャック１８が極低速上昇から低速上昇に加速することを示している。変化５０は、さらに、解放タイミング５５の後のタイミング５６で、静電チャック１８が低速上昇から高速上昇に加速することを示している。

荷重計１９は、様々な事象により出力値がドリフトすることがある。その事象としては、電子源１５から放出された電子により荷重計１９に電荷が帯電することが例示される。図８は、そのドリフトされた荷重の変化の例を示している。その変化６１は、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触していない期間６３に、その荷重が徐々に増加することを示している。変化６１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触した接触タイミング６２以降にその荷重が増加することを示している。変化６１は、さらに、その荷重が接合荷重３２に到達した接合タイミング６４以降に、上ウェハ７と下ウェハ８とが接合荷重３２で圧接されていることを示している。変化６１は、さらに、接合タイミング６４から所定の接合時間だけ経過したタイミング６５でその荷重が減少することを示している。変化６１は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８から解放された解放タイミング６５以降にその荷重が０を示すことを示している。

本発明による接合装置制御装置の比較例は、荷重計１９により測定された荷重に基づいて上ウェハ７と下ウェハ８とが接触する接触タイミングを算出する。たとえば、その比較例は、その荷重が接触検知用閾値より小さい状態からその接触検知用閾値より大きい状態に変化する接触タイミングを算出し、その接触タイミングで静電チャック１８が低速下降から極低速下降に減速するように圧接機構１１を制御する。

このような比較例の接合装置制御装置は、変化６１に示されるようなドリフトされた荷重が測定されたときに、その荷重が接触検知用閾値６６より小さい状態から接触検知用閾値６６より大きい状態に変化する接触タイミング６７を算出する。ここで、変化６１は、上ウェハ７と下ウェハ８とが実際に接触する真の接触タイミング６２が接触タイミング６７と異なっていることを示している。すなわち、変化６１は、このような比較例の接合装置制御装置が、変化６１に示されるような荷重が測定されたときに、上ウェハ７と下ウェハ８とが実際に接触する接触タイミングを正確に算出することができないことを示している。変化６１は、さらに、接触タイミング６７が真の接触タイミング６２より前のタイミングを示すことを示している。このとき、その比較例の接合装置制御装置は、真の接触タイミング６２より前の接触タイミング６７で静電チャック１８が低速下降から極低速下降に減速する。このため、変化６１は、その比較例の接合装置制御装置がその上下ウェハ圧接シーケンスを実行する時間を無駄に長時間化していることを示している。

図９は、変化６１が示す荷重の変化率の変化を示している。その変化７１は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始してから上ウェハ７と下ウェハ８とが接触し始めるまでにその変化率が接触検知用閾値４２より小さい正の値を示すことを示している。変化７１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触し始めたときにその変化率が増加することを示している。変化７１は、さらに、そのタイミングの後の接触タイミング７２でその変化率が接触検知用閾値４２より小さい状態から接触検知用閾値４２より大きい状態に変化することを示している。変化７１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了したときにその変化率が接触検知用閾値４２より大きい一定の正の値を示すことを示し、接触タイミング７２の後のタイミングで上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了することを示している。

変化７１は、さらに、圧接のために静電チャック１８が停止し始めたとき、その変化率が減少することを示している。変化７１は、さらに、静電チャック１８が停止しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化７１は、さらに、静電チャック１８が上昇し始めたときに、その変化率が減少することを示している。変化７１は、さらに、静電チャック１８が上昇しているときに、その変化率が解放検知用閾値４３より小さい一定の負の値を示すことを示している。変化７１は、さらに、その接合ウェハと静電チャックとが離れ始めたときに、その変化率が増加することを示している。変化７１は、さらに、そのタイミングの後の解放タイミング７３でその変化率が解放検知用閾値４３より小さい状態から解放検知用閾値４３より大きい状態に変化することを示している。変化７１は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８から離れたときにその変化率が０を示すことを示し、解放タイミング４５の後のタイミングでその接合ウェハが静電チャック１８から離れることを示している。

すなわち、荷重のドリフトによる変化率の増加は、一般的に、接触・解放による変化率の増加に比較して、十分に小さい。このため、変化７１は、変化６１に示されるようなドリフトがある荷重が測定された場合であっても、図４の上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１４で、接合装置制御装置１０が、上ウェハ７と下ウェハ８とが実際に接触したタイミングに概ね一致する接触タイミング７２を算出することができることを示している。変化７１は、さらに、変化６１に示されるようなドリフトがある荷重が測定された場合であっても、その上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１９で、接合装置制御装置１０が、その接合ウェハが静電チャック１８から実際に解放されたタイミングに概ね一致する解放タイミング７３を算出することができることを示している。

接合装置制御装置１０は、その上ウェハ吸着シーケンスを実行するときに、その上下ウェハ圧接シーケンスと同様にして、接触タイミングと解放タイミングとを算出し、その接触タイミングと解放タイミングとを用いて接合装置１を制御する。すなわち、接合装置制御装置１０は、図３の上ウェハ吸着シーケンスのステップＳ４で、その変化率が接触検知用閾値４２より小さい状態から接触検知用閾値４２より大きい状態に変化する接触タイミングを算出する。

本発明による接合方法によれば、接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と静電チャック１８とが接触するタイミングとをより正確に算出することができ、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触するタイミングとをより正確に算出することができ、静電チャック１８が接合ウェハを解放するタイミングとをより正確に算出することができる。このため、本発明による接合方法によれば、接合装置制御装置１０は、上ウェハ７をより高速に取り扱うことができ、その接合ウェハをより高速に取り扱うことができる。その結果、本発明による接合方法によれば、接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と下ウェハ８とをより高速に接合することができる。さらに、本発明による接合方法によれば、接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と下ウェハ８とが活性化されてから接合されるまでの時間を短縮することができ、上ウェハ７と下ウェハ８との接合の品質を向上させることができ、その接合により作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合方法によれば、接合装置制御装置１０は、接触・解放を検出するときとウェハを接合するときとで、荷重計１９の測定レンジを切り換えている。このような切り換えによれば、接合装置１は、静電チャック１９に接触センサを別途設けることなく、ウェハを接合する荷重を測定するための既存の荷重計１９を用いて、その接触・解放を検出することができる。本発明による接合方法によれば、さらに、接合装置制御装置１０は、その接触タイミングごとに荷重計１９をゼロリセットしている。このようなゼロリセットよれば、荷重計１９は、常時に、静電チャック１８に印加される荷重をより正確に測定することができる。その結果、接合装置制御装置１０は、上ウェハ７と下ウェハ８とを接合するときに、所定の接合荷重をより正確に印加することができ、その接合により作製される製品の品質を向上させることができる。

なお、その接触タイミングと解放タイミングとは、その変化率の変化に基づいてその接触タイミングと解放タイミングとに到達する前に推測することもできる。このとき、接合装置制御装置１０は、その推測された接触タイミングと解放タイミングとに所定の動作を開始するように、接合装置１を制御する。このような動作であっても、その変化率に所定の変化が出現した直後に所定の動作を開始することと同様にして、上ウェハ７またはその接合ウェハをより高速に取り扱うことができ、その結果、上ウェハ７と下ウェハ８との接合の品質を向上させることができ、その接合により作製される製品の品質を向上させることができる。

本発明による接合装置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微分部２３が他の微分部に置換されている。その微分部は、荷重測定部２２により測定された荷重を時間で２階微分した変化率を算出する。すなわち、その変化率は、荷重測定部２２により所定の間隔で複数の荷重が測定されたときに、第１商と第２商とをその間隔で割った商を示しているその第１商は、その複数の荷重のうちのある時刻で測定された第１荷重とその時刻の直前に測定された第２荷重との差をその間隔で割った商を示している。その第２商は、その複数の荷重のうちのその第２荷重の直前に測定された第３荷重と第２荷重との差をその間隔で割った商を示している。その微分部は、さらに、その算出された変化率の変化に基づいて接触タイミングと解放タイミングとを算出する。

図１０は、図５の変化３１が示す荷重を２階微分した変化率の変化を示している。その変化８１は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始するときにその変化率が０を示すことを示している。変化８１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触し始めたときにその変化率が増加することを示している。変化８１は、さらに、そのタイミングの後の接触タイミング８４でその変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化することを示している。変化８１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了したときにその変化率が０を示すことを示し、接触タイミング８４の後のタイミングで上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了することを示している。

変化８１は、さらに、圧接のために静電チャック１８が停止し始めたとき、その変化率が一時的に減少することを示している。変化８１は、さらに、静電チャック１８が停止しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化８１は、さらに、静電チャック１８が上昇し始めたときに、その変化率が一時的に減少することを示している。変化８１は、さらに、静電チャック１８が上昇しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化８１は、さらに、その接合ウェハと静電チャックとが離れ始めたときに、その変化率が増加することを示している。変化８１は、さらに、そのタイミングの後の解放タイミング８５でその変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化することを示している。変化８１は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８から離れたときにその変化率が０を示すことを示し、解放タイミング８５の後のタイミングでその接合ウェハが静電チャック１８から離れることを示している。

すなわち、変化８１は、図４の上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１４で、その接合装置制御装置が、その変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化する接触タイミング８４を算出し、静電チャック１８が移動する速度が接触タイミング８４で低速下降から極低速下降に変化するように圧接機構１１を制御することを示している。変化８１は、さらに、その上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１９で、その接合装置制御装置が、その変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化する解放タイミング８５を算出し、静電チャック１８が移動する速度が解放タイミング８５で極低速上昇から低速上昇に変化するように圧接機構１１を制御することを示している。

図１１は、ドリフトがある荷重を２階微分した変化率の変化を示し、図８の変化３１が示す荷重を２階微分した変化率の変化を示している。その変化９１は、その上下ウェハ圧接シーケンスが開始するときにその変化率が概ね０を示すことを示している。変化９１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８とが接触し始めたときにその変化率が増加することを示している。変化９１は、さらに、そのタイミングの後の接触タイミング９４でその変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化することを示している。変化９１は、さらに、上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了したときにその変化率が０を示すことを示し、接触タイミング９４の後のタイミングで上ウェハ７と下ウェハ８との接触が完了することを示している。

変化９１は、さらに、圧接のために静電チャック１８が停止し始めたとき、その変化率が一時的に減少することを示している。変化９１は、さらに、静電チャック１８が停止しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化９１は、さらに、静電チャック１８が上昇し始めたときに、その変化率が一時的に減少することを示している。変化９１は、さらに、静電チャック１８が上昇しているときに、その変化率が０を示すことを示している。変化９１は、さらに、その接合ウェハと静電チャックとが離れ始めたときに、その変化率が増加することを示している。変化９１は、さらに、そのタイミングの後の解放タイミング９５でその変化率が接触検知用閾値８２より小さい状態から接触検知用閾値８２より大きい状態に変化することを示している。変化９１は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８から離れたときにその変化率が０を示すことを示し、解放タイミング９５の後のタイミングでその接合ウェハが静電チャック１８から離れることを示している。

すなわち、荷重のドリフトによるその変化率の増加は、一般的に、接触・解放によるその変化率の増加に比較して、十分に小さい。このため、変化９１は、変化６１に示されるようなドリフトがある荷重が測定された場合であっても、図４の上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１４で、その接合装置制御装置が、上ウェハ７と下ウェハ８とが実際に接触したタイミングに概ね一致する接触タイミング９４を算出することができることを示している。変化９１は、さらに、変化６１に示されるようなドリフトがある荷重が測定された場合であっても、その上下ウェハ圧接シーケンスのステップＳ１９で、その接合装置制御装置が、その接合ウェハが静電チャック１８から実際に解放されたタイミングに概ね一致する解放タイミング９５を算出することができることを示している。

このため、このような接合装置制御装置は、既述の実施の形態の接合装置制御装置１０と同様にして、上ウェハ７またはその接合ウェハをより高速に取り扱うことができ、その結果、上ウェハ７と下ウェハ８との接合の品質を向上させることができ、その接合により作製される製品の品質を向上させることができる。

なお、本発明による接合装置制御装置は、さらに、その荷重をｎ階微分（ｎは、３以上の自然数。）した変化率を用いて接触タイミングと解放タイミングを算出することができる。このような変化率は、荷重のドリフトによる増加が接触・解放による増加に比較して十分に小さい。このため、このような接合装置制御装置は、既述の実施の形態の接合装置制御装置１０と同様にして、上ウェハ７またはその接合ウェハをより高速に取り扱うことができ、その結果、上ウェハ７と下ウェハ８との接合の品質を向上させることができ、その接合により作製される製品の品質を向上させることができる。このとき、その荷重をｎ階微分した変化率は、一般的に、ｎが大きいほど、その荷重に含まれるノイズにより大きく増減する。すなわち、その接触タイミングの誤差と解放タイミングの誤差とは、ｎが大きいほど、大きくなる可能性が大きい。このため、その接触タイミングと解放タイミングとを算出するために適用される変化率としては、その荷重を１階微分した変化率が好ましい。

１ ：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 ：真空ポンプ
５ ：ゲートバルブ
６ ：搬送機構
７ ：上ウェハ
８ ：下ウェハ
９ ：真空ポンプ
１０：接合装置制御装置
１１：圧接機構
１２：位置合わせ機構
１４：イオンガン
１５：電子源
１６：カートリッジ
１７：圧接軸
１８：静電チャック
１９：荷重計
２１：搬送部
２２：荷重測定部
２３：微分部
２４：荷重計制御部
２５：駆動部
２６：静電チャック制御部
２７：活性化部
２８：位置合わせ部
３１：変化
３２：接合荷重
３３：接触タイミング
３４：接合タイミング
３５：タイミング
４１：変化
４２：接触検知用閾値
４３：解放検知用閾値
４４：接触タイミング
４５：解放タイミング
５０：変化
５１：タイミング
５２：接触タイミング
５３：接合タイミング
５４：タイミング
５５：解放タイミング
５６：タイミング
６１：変化
６２：真の接触タイミング
６３：接触していない期間
６４：接合タイミング
６５：タイミング
６６：接触検知用閾値
６７：接触タイミング
７１：変化
７２：接触タイミング
７３：解放タイミング
８１：変化
８２：接触検知用閾値
８４：接触タイミング
８５：解放タイミング
９１：変化
９４：接触タイミング
９５：解放タイミング

Claims (12)

1. 荷重計を用いて、接合対象を保持するチャックに印加される荷重を計測する荷重測定部と、
   変化率を算出する微分部と、
   前記チャックを駆動する圧接機構を制御する駆動部とを具備し、
   前記変化率は、
   前記荷重を１階微分した第１微分値と、
   前記荷重を２階微分した第２微分値と、
   前記荷重をｎ階微分した第３微分値とから選択される１つの微分値を示し、
   ｎは、３以上の自然数であり、
   前記圧接機構は、
   前記チャックに対向する対向体に接近するように前記チャックが駆動されているときに、接触検知用閾値より小さい状態から前記接触検知用閾値より大きい状態に前記変化率が変化する接触タイミングで前記チャックが減速するように、制御され、
   前記荷重が荷重閾値に到達する接合タイミングで前記チャックの駆動が停止するように、制御される
   接合装置制御装置。
2. 請求項１において、
   前記圧接機構は、さらに、前記対向体から遠ざかるように前記チャックが駆動されているときに、前記接触検知用閾値と異なる解放検知用閾値より小さい状態から前記解放検知用閾値より大きい状態に前記変化率が変化する解放タイミングで前記チャックが加速するように、制御される
   接合装置制御装置。
3. 請求項２において、
   前記荷重計の測定レンジが前記接触タイミングの後に拡大するように、前記荷重計を制御する荷重計制御部
   をさらに具備する接合装置制御装置。
4. 請求項２において、
   前記接触タイミングに測定された荷重が０になるように、前記荷重計を校正する荷重計制御部
   をさらに具備する接合装置制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
   前記接触タイミングで前記接合対象が前記チャックに保持されるように前記チャックを制御するチャック制御部
   をさらに具備する接合装置制御装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
   前記変化率は、前記荷重を１階微分した微分値を示す
   接合装置制御装置。
7. 荷重計を用いて、接合対象を保持するチャックに印加される荷重を計測するステップと、
   変化率を算出するステップと、
   前記チャックを駆動する圧接機構を制御するステップとを具備し、
   前記変化率は、
   前記荷重を１階微分した第１微分値と、
   前記荷重を２階微分した第２微分値と、
   前記荷重をｎ階微分した第３微分値とから選択される１つの微分値を示し、
   ｎは、３以上の自然数であり、
   前記圧接機構は、
   前記チャックに対向する対向体に接近するように前記チャックが駆動されているときに、接触検知用閾値より小さい状態から前記接触検知用閾値より大きい状態に前記変化率が変化する接触タイミングで前記チャックが減速するように、制御され、
   前記荷重が荷重閾値に到達する接合タイミングで前記チャックの駆動が停止するように、制御される
   接合方法。
8. 請求項７において、
   前記圧接機構は、さらに、前記対向体から遠ざかるように前記チャックが駆動されているときに、前記接触検知用閾値と異なる解放検知用閾値より小さい状態から前記解放検知用閾値より大きい状態に前記変化率が変化する解放タイミングで前記チャックが加速するように、制御される
   接合方法。
9. 請求項７において、
   前記荷重計の測定レンジが前記接触タイミングで拡大するように、前記荷重計を制御するステップ
   をさらに具備する接合方法。
10. 請求項７において、
    前記接触タイミングに測定された荷重が０になるように、前記荷重計を校正するステップ
    をさらに具備する接合方法。
11. 請求項７〜請求項１０のいずれかにおいて、
    前記接触タイミングで前記接合対象が前記チャックに保持されるように前記チャックを制御するステップ
    をさらに具備する接合方法。
12. 請求項７〜請求項１１のいずれかにおいて、
    前記変化率は、前記荷重を１階微分した微分値を示す
    接合方法。

Images