JP5773635B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板検知センサを備えた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（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が知られている。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。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法を用いて製造されることが望まれている。常温接合法は、真空雰囲気で活性化された基板表面同士を接触させ、２枚の基板を常温にて接合するものであり、広義には表面活性化接合法と称される。

このような常温接合を行う装置として、特開２００９−２０８０８４号公報（特許文献１）に記載された常温接合装置が知られている。この常温接合装置には、基板を真空雰囲気で接合する接合チャンバが設けられている。この接合チャンバには、上側基板を静電チャックにより吸着して保持する上側基板保持機構と、上側基板と接合される下側基板を保持する下側基板保持機構が備えられている。上側基板が上側基板保持機構に保持され、下側基板との間隔を空けた状態で、上側基板と下側基板の接合面がイオンガンにより照射される荷電粒子にて活性化される。その後、上側基板保持機構を鉛直下方向に移動させることにより、上側基板と下側基板とが接合される。

特開２００９−２０８０８４号公報

この常温接合装置において、基板の静電チャックへの吸着状態の確認は、接合チャンバに設けられた可視光を透過する窓を通して、ユーザの目視により行われている。このユーザの作業負担を減らし、なおかつ、基板の静電チャックへの吸着確認を確実に行い常温接合装置の信頼性を向上するために、基板の静電チャックへの吸着確認をセンサで検知することが望まれている。また、基板が静電チャックに吸着されていない状態でイオンガンの照射が行われると、照射された荷電粒子により静電チャックの表面がエッチングされたり、また、エッチングされて真空雰囲気内に浮遊した不純物等が静電チャックの表面に付着して、静電チャックが基板を吸着できなくなるという問題が生じる。したがって、静電チャックの保護という観点からも、基板の静電チャックへの吸着状態を検知するセンサを常温接合装置に搭載することが望まれている。

しかし、次のような問題があるため、基板検知センサは未搭載のままである。
接合チャンバ内に検知センサを設けると、イオンガンの照射により基板の表面から除去され、真空雰囲気中に浮遊した不純物等が検知センサに堆積し、検知センサの検知性能を維持することができなくなる。
具体的には、接合チャンバ内に光電式の検知センサを搭載する場合には、不純物等が付着して発光面と受光面を覆ってしまうとセンサとしての機能が失われてしまう。また、不純物等の発光面と受光面への付着を避けるために、接合チャンバの外部に光電式の検知センサを設置して、接合チャンバの窓を介して検知することも考えられるが、不純物等が窓にスパッタされ、基板の吸着状態を正確に検知することができなかった。
また、接合チャンバ内に機械的に動作する検知センサを搭載する場合には、不純物が検知センサに堆積して機械的な動作が妨げられ、やはりセンサとしての機能が失われてしまう。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、活性化に起因する不純物の影響を受けにくく、基板などの被接合体が静電チャックに吸着されていることを検知する検知センサを備えた、信頼性のある接合装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、第１被接合体の第１接合面と第２被接合体の第２接合面を予め活性化した後に、第１接合面と第２接合面とを付き合わせて接合する接合装置に関するものである。
この接合装置は、第１被接合体が吸着される吸着面を備える接合体保持部と、接合体保持部に対する第１被接合体の吸着の有無を検知する検知センサと、第１被接合体の第１接合面と第２被接合体の第２接合面を活性化するための活性化成分を出力する活性化部と、検知センサの検知結果に基づいて、活性化部からの活性化成分の出力を制御する制御部と、を備える。
この検知センサは、第１の位置と第２の位置との間を変位する可動部と、可動部の変位を検知する検知部と、を備える。第１の位置は、接合体保持部に第１被接合体が吸着されていない場合に対応し、吸着面より可動部の一部が突出する。また、第２の位置は、接合体保持部に吸着されている第１被接合体に接触することにより移動される位置に対応する。
本発明に係る接合体保持部は、第１の位置と第２の位置との間を変位する際に、可動部のその一部が進退する検知窓を備える。この検知窓は、接合体保持部により吸着される第１被接合体により覆われる領域に形成される。
このように、第１被接合体が接合体保持部に吸着されると、検知窓が第１被接合体に覆われる。したがって、第１接合面と第２接合面の表面を活性化することに起因する不純物が検知窓を通って検知センサに堆積するなどの影響を受けることがない。したがって、接合装置の接合チャンバ内にて検知センサを使用したとしても、被接合体が接合体保持部へ吸着されていることをユーザの手を借りることなく長期に亘って確認することが可能となり、接合装置の信頼性を向上することができる。
また、制御部は、検知センサが接合体保持部への第１被接合体の吸着を検知していないときは、活性化部をインターロックして、活性化成分を出力できない状態とする。これにより、接合体保持部に第１被接合体が吸着されていない状態で活性化が誤って行われることを未然に防ぐことができる。
なお、以上では第１被接合体についてのみ言及しているが、第２被接合体が吸着される接合体保持部をさらに備える場合には、この接合体保持部について同様の検知窓を設けるとともに、同様の検知センサを設けることができる。つまり、本発明の特徴部分は、第１被接合体及び第２被接合体の一方又は双方に適用されることを包含する。

本発明において、検知センサを設けるのに、検知センサを収容するケースを別体として設け、これを接合体保持部に近接して配置する形態と、接合体保持部の内部に検知センサを収容する領域を設ける形態と、を含む。前者の場合、検知窓は当該ケースに設けられることになる。また、後者の場合、検知窓は、吸着面に開口するように形成される。なお、検知センサを収容するケースを設ける場合、本発明の接合体保持部はこのケースを包含するものとする。

本発明において、検知センサの可動部は第１の位置と第２の位置との間を変位するが、これは揺動運動あるいは鉛直方向への往復直線運動により実現することができる。検知センサを設ける位置に応じて適宜設定すればよいが、後述する実施形態に示されるように、上述したケースを設ける形態の場合には揺動運動する可動部を適用し、接合体保持部の内部に検知センサを収容する領域を設ける形態の場合には鉛直方向への往復直線運動する可動部を適用することができる。

本発明において、可動部が第１の位置と第２の位置との間を変位することを検知する具体的な手法としては、磁気の変化、または、光の変化を利用することができる。つまり本発明による検知センサは、第１の位置と第２の位置との間で検知される磁気の変化により第１被接合体の吸着の有無を検知することができる。また、本発明による検知センサは、第１の位置と第２の位置との間で検知される光の変化により第１被接合体の吸着の有無を検知することができる。ただし、これは一例であり、後述するように、他の検出手法を利用できる。

本発明の接合装置は、検知結果に基づいて警告音などの警告情報を出力し、この出力情報に基づいてユーザが活性化部からの活性化成分の出力を制御することもできる。

本発明によれば、検知窓が第１被接合体に覆われると検知センサは吸着面に形成される検知窓を通じた外部との連通が遮蔽されるため、第１接合面と第２接合面の表面を活性化することに起因する不純物が検知センサに堆積するなどの影響を受けにくい。したがって本発明により、被接合体の吸着または非吸着を検知する検知センサを備えた、信頼性のある接合装置が提供される。イオンガンの照射による影響を受けにくく、基板の静電チャックへの吸着を自動で検知する検知センサを備えた接合装置を提供することができる。

本実施の形態における常温接合装置を示す平断面図である。 （ａ）は本実施の形態における常温接合装置を示す概略図であり、（ｂ）は第１実施形態の上側基板支持機構の概略図である。 第１実施形態の検知センサの構成を示す側断面図であり、(a)は基板が検知センサに接触していない状態を示し、（ｂ）は基板が検知センサに接触しているときの状態を示す。 第１実施形態のセンサ本体の斜視図であり、（ａ）は基板がセンサ本体に接触していない状態を示し、（ｂ）は基板がセンサ本体に接触しているときの状態を示す。 （ａ）は第１実施形態の上側基板支持機構を吸着面側からみた図であり、（ｂ）は（ａ）の検知センサ近傍を示す部分拡大図である。 第２実施形態の上側基板支持機構を示す部分断面図であり、（ａ）は基板が検知センサに接触していない状態を示し、（ｂ）は基板が検知センサに接触しているときの状態を示す。 拡経部を示す拡大断面図である。 （ａ）は第３実施形態の検知センサの概略図、(ｂ)は第４実施形態の検知センサの概略図である。 （ａ）は第５実施形態の上側基板支持機構を示す部分断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は揺動型の可動部を用いたときの概略図である。

以下、常温接合装置を例にして、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１に示されているように、常温接合装置１は、接合チャンバ２とロードロックチャンバ３とを備えている。接合チャンバ２とロードロックチャンバ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、アルミニウム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２とロードロックチャンバ３との間に介設され、接合チャンバ２の内部とロードロックチャンバ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３は、上側カートリッジ台６と下側カートリッジ台７と搬送装置８とを内部に備えている。上側カートリッジ台６には、上側カートリッジ１１が配置される。下側カートリッジ台７には、下側カートリッジ１２が配置される。ロードロックチャンバ３は、その内部が真空排気及び大気開放がされるように、図示されない真空ポンプと開閉扉とを備えている。

搬送装置８は、第１アーム１５、第２アーム１６及びハンド１７を備えている。第１アーム１５は、ロードロックチャンバ３の床板に支持される第１節１８により、回転軸２２を中心に回転可能に支持されている。第１アーム１５と第２アーム１６は、第２節１９により、回転軸２３を中心に互いに回転可能に支持されている。第２アーム１６とハンド１７は、第３節２０により、回転軸２４を中心に互いに回転可能に支持されている。なお、回転軸２２、２３及び２４は、鉛直方向を向いて配置されている。

搬送装置８において、第１アーム１５、第２アーム１６及びハンド１７は、図示されない昇降機構及び伸縮機構により、鉛直方向及び水平方向への移動が可能とされている。そして、昇降及び伸縮を制御することにより、上側カートリッジ台６に配置されている上側カートリッジ１１または下側カートリッジ台７に配置されている下側カートリッジ１２を、ゲートバルブ５を介して接合チャンバ２に搬送し、または、その逆の搬送を行う。

接合チャンバ２は、真空ポンプ３１とイオンガン（表面活性化部）３２と電子銃３３とを備えている。接合チャンバ２には、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２の外部に配置され、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する。
イオンガン３２は、照射方向３６に向けて加速された荷電粒子（活性化成分）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。ただし、イオンガン３２は、被接合体である基板（以下、単に基板と言うことがある）の表面を活性化することのできる他の表面活性化部に置換することができる。その表面活性化部としては、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により、壁３４に対して回転可能に支持されている。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のどこに配置されてもかまわない。

接合チャンバ２は、図２（ａ）に示されているように、上部に配置された上側基板支持機構４０と、接合チャンバ２の下部に配置された下側基板支持機構６０とをさらに内部に備えている。

上側基板支持機構４０は、圧接機構４１と、ロードセル４２と、角度調整機構４３と、基板保持部４４（接合体保持部に対応）とを備えている。
ロードセル４２は、接合チャンバ２に対して鉛直方向に移動可能に支持されている。
角度調整機構４３は、図２（ｂ）に示すように、基板保持部４４と接合される球フランジ４３ｂと、かしめにより球フランジ４３ｂに固定される固定フランジ４３ｃと、球フランジ４３ｂに密着する球座面を有し、ロードセル４２に接合される球座４３ａとを備える。基板保持部４４は、この角度調整機構４３を介して、任意の向きへの角変位ができるようにロードセル４２に支持されている。
基板保持部４４の下端には、切り欠き部４５ａを有する静電チャック（誘電層）４５が設けられている。静電チャック４５と静電チャック４５に吸着される基板との間に電圧が印加され、鉛直方向の上向きに作用する静電力によって静電チャック４５の吸着面４６に基板を吸着して保持する（図５も参照）。
基板保持部４４の側面であって切り欠き部４５ａの近傍には、基板が静電チャック４５へ吸着しているか否かを検知する検知センサ５０が設けられている。検知センサ５０は、図示しない配線によりイオンガン３２の動作を制御する制御部４に接続されている。制御部４は、検知センサ５０が基板（上側基板）の静電チャック４５への吸着を検知しているときは、イオンガン３２のインターロックを解除し、荷電粒子の照射を開始できる状態とし、検知センサ５０が基板の静電チャック４５への吸着を検知していないときは、イオンガン３２をインターロックして、荷電粒子を照射できない状態とする。なお、検知センサ５０と制御部４とで、基板検知部を構成する。
圧接機構４１は、ユーザの操作により、基板保持部４４を接合チャンバ２に対して鉛直方向に移動させる。

イオンガン３２は、上側基板支持機構４０に支持される上側基板と下側基板支持機構６０に支持される下側基板とが離れているときに、上側基板と下側基板との間の空間に向けられている。すなわち、イオンガン３２の照射方向３６は、上側基板と下側基板との間を通り、接合チャンバ２の内側表面に交差する。

下側基板支持機構６０は、円盤状のステージキャリッジ６１を備えている。ステージキャリッジ６１は、その中心の軸が鉛直方向になるように配置されている。搬送装置８で搬送された上側カートリッジ１１および下側カートリッジ１２は、ステージキャリッジ６１の平坦な支持面に載置される。

下側基板支持機構６０は、さらに、図示されていない２つの撮像装置と位置決め機構とを備えている。撮像装置は、周知の方法にて上側カートリッジ１１および下側カートリッジ１２に載せられた基板のアライメントマークの画像を撮影する。位置決め機構は、ユーザの操作により、ステージキャリッジ６１を水平方向に移動させる。

ここで、本実施の形態に係る検知センサ５０について詳しく説明する。
図３および図４に示すように、検知センサ５０は、静電チャック４５の吸着面４６に基板が吸着しているか否かを検知するセンサ本体５１と、センサ本体５１を内部に収容する収容ケース５２と、からなる。なお、図３は、検知センサ５０から収容ケース５２の正面部を取り除いた状態を示している。

センサ本体５１は、上側基板（以下、上側基板ＳＡ（第１被接合体に対応））に接触して変位する可動部５３と、可動部５３が上側基板ＳＡに接触して変位したことを検知する固定検知部５４と、からなる。

可動部５３は、非磁性体のステンレス鋼、アルミニウム合金、フッ素系樹脂等からなり、長手方向の一端側に埋め込まれた永久磁石５７と、他端側に設けられ可動部５３を変位可能に支持する回転軸５６と、を備える。回転軸５６は、収容ケース５２に対して固定されている。永久磁石５７としては、ネオジム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石）やサマリウムコバルト磁石（Ｓｍ−Ｃｏ系磁石）を用いることができる。
また、可動部５３には、その長手方向の中間の位置から垂直方向に突出し、静電チャック４５に吸着された上側基板ＳＡと接触する接触部５５が設けられている。接触部５５は、フッ素系樹脂や高分子材料など低摩擦係数の部材により被覆されており、接触部５５との接触による上側基板ＳＡの損傷や位置ずれを防止することができる。
可動部５３は、接触部５５が静電チャック４５に吸着された上側基板ＳＡに接触すると、回転軸５６を支点にして、永久磁石５７が埋め込まれた一端側が上方に変位する（図３（ｂ）、図４（ｂ））。

固定検知部５４は、図４に示すように、ホールＩＣ素子５９が埋め込まれた検知部７１と、上側基板ＳＡに接触していない状態の可動部５３を水平方向に支持する支持部７２と、からなる。検知部７１は、図示しない配線により制御部４に接続されている。
ホールＩＣ素子５９は、センサ本体５１の接触部５５に吸着された上側基板ＳＡが接触することで変位したときの永久磁石５７の位置に対応するように設けられている。検知部７１および支持部７２は、ともに非磁性体材料からなる。検知部７１は支持部７２にネジ止めされ、支持部７２は、収容ケース５２の内側に固定される。

ホールＩＣ素子５９は、周知のホール効果を利用して磁気を検知するホール素子とアンプ回路を備える磁気センサである。ホールＩＣ素子５９は、磁気量の変化を出力電圧の変化に変換し、制御部４の信号処理回路に送る。ホールＩＣ素子５９から出力された出力信号電圧が、しきい値としての基準信号電圧よりも大か小かを信号処理回路にて比較することにより、上側基板ＳＡの静電チャック４５への吸着有無を判定する。
ホール素子は樹脂でモールドされているが、一辺が数ｍｍ以下の小さいサイズのものを使用できるため、高真空下の接合チャンバ２の内部で用いても放出ガスは微量である。

収容ケース５２は、非磁性材料からなり、図３に示すように、吸着面４６と平行な底部に検出窓Ｗが設けられている。また、図５（ｂ）に示すように、検出窓Ｗは、接触部５５の変位を許容する大きさである。

このように、本実施形態の検知センサ５０は、放出ガスが少ない材料から構成されているため、高真空下で用いることが可能である。また、センサ本体５１の接触部５５が低摩擦係数の材料により覆われているため、接触部５５との接触による上側基板ＳＡの損傷や位置ずれを防止することができる。さらに、センサ本体５１が収容ケース５２にほぼ密閉された状態で収容されているため、センサ本体５１がイオンガン３２の照射に起因するエッチングやスパッタによるデポジションの影響を受けにくく、接合チャンバ２内で用いてもセンサ本体５１の検知性能を維持することができる。

次に、検知センサ５０の位置について説明する。
図３および図５（ａ）に示すように、検知センサ５０は、接合チャンバ２内の基板保持部４４の側面に、静電チャック４５の切り欠き部４５ａに部分的にオーバーラップするように取り付けられる。検知センサ５０は、静電チャック４５に上側基板ＳＡが吸着されていない状態では、接触部５５が静電チャック４５の吸着面４６より下方に位置し（図３（ａ）、第１の位置）、静電チャック４５に上側基板ＳＡが吸着している状態では、接触部５５が吸着面４６の同一面内に位置するように（図３（ｂ）、第２の位置）、設置される。可動部５３は、第１の位置と第２の位置との間を揺動運動する。そして、接触部５５は、第１の位置と第２の位置を変位する際に、検出窓Ｗを進退する。
検知センサ５０は、水平方向についてみると、図１、図２に示されているように、基板保持部４４及び静電チャック４５を挟んで、イオンガン３２と反対の位置に配置されている。つまり、検知センサ５０は、イオンガン３２に対して基板保持部４４及び静電チャック４５の影に隠れており、照射される荷電粒子の影響を受けにくい位置に配置されている。

検出センサ５０による上側基板ＳＡの検出動作を説明する。
図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されていないとき、可動部５３は支持部７２により水平に支持され、接触部５５は第１の位置に位置する。この位置では、永久磁石５７とホールＩＣ素子５９は互いに最も離れた位置にあり、ホールＩＣ素子５９が検知する永久磁石５７の磁気は最も弱い。このとき、イオンガン３２は、制御部４によりインターロックされており、荷電粒子を照射できない。
図３（ｂ）に示すように、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されると、接触部５５が上側基板ＳＡに接触して吸着面４６と同一面内（第２の位置）に押し込まれる。このとき、永久磁石５７とホールＩＣ素子５９が互いに最も接近して、ホールＩＣ素子５９の出力信号電圧にも変化が生じる。このホールＩＣ素子５９の出力信号電圧は、制御部４の信号処理回路においてしきい値である基準信号電圧と比較され、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されていると判定される。この判定結果に基づき、制御部４はイオンガン３２のインターロックを解除するので、イオンガン３２は荷電粒子の照射をすることができるスタンバイ状態となる。
静電チャック４５に吸着された上側基板ＳＡが吸着面４６から外れると、可動部５３が自重により変位し、接触部５５は検出窓Ｗを通って第１の位置に戻る。そうすると、制御部４は、イオンガン３２を再びインターロックし、照射のスタンバイ状態を強制的に終了する。

本実施の形態に係る常温接合装置１を用いた常温接合方法を説明する。
ユーザは、まず、ゲートバルブ５を閉鎖して、真空ポンプ３１を用いて接合チャンバ２の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバ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３の蓋を開けて、上側カートリッジ１１を上側カートリッジ台６に配置し、下側カートリッジ１２を下側カートリッジ台７に配置する。ユーザは、上側カートリッジ１１の所定の位置に上側基板ＳＡを載せる。ユーザは、下側カートリッジ１２の所定の位置に下側基板ＳＢ（第２被接合体に対応）を載せる。ユーザは、次いで、ロードロックチャンバ３の蓋を閉めて、ロードロックチャンバ３の内部に真空雰囲気を生成する。

ユーザは、ロードロックチャンバ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を開放する。ユーザは、まず、搬送装置８を用いて、上側基板ＳＡが載せられた上側カートリッジ１１を上側カートリッジ台６から下側基板支持機構６０のステージキャリッジ６１の上まで搬送する。ユーザは、搬送装置８のハンド１７を降下させる。このとき、上側カートリッジ１１は、ステージキャリッジ６１の所定の位置に保持される。

ユーザは、搬送装置８のハンド１７をロードロックチャンバ３の内部に退避させる。ユーザは、次いで、基板保持部４４を鉛直下方向に下降させて、基板保持部４４の静電チャック４５を上側基板ＳＡに接触させ、基板保持部４４に上側基板ＳＡを保持させる。ユーザは、基板保持部４４を鉛直上方向に上昇させて、上側基板ＳＡを上側カートリッジ１１から離す。所定の位置まで基板保持部４４を上昇させて上側基板ＳＡが上側カートリッジ１１から離れた後、検出センサ５０は、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着しているか否かの検知を開始する。検出センサ５０が、吸着していることを検知すると、制御部４の制御によりイオンガン３２のインターロックが解除され、荷電粒子の照射ができるスタンバイ状態となる。ユーザは、上側基板ＳＡが上側カートリッジ１１から離れた後で、搬送装置８を用いて、上側基板ＳＡが載せられていない上側カートリッジ１１をステージキャリッジ６１から上側カートリッジ台６に搬送する。

次いで、ユーザは、上側基板ＳＡを基板保持部４４に保持させた後に、下側基板ＳＢをステージキャリッジ６１に保持させる。ユーザは、搬送装置８を用いて、下側基板ＳＢが載せられた下側カートリッジ１２を下側カートリッジ台７からステージキャリッジ６１の上まで搬送する。ユーザは、搬送装置８のハンド１７を降下させる。このとき、下側カートリッジ１２は、ステージキャリッジ６１の予め定められた位置に保持される。ユーザは、搬送装置８のハンド１７をロードロックチャンバ３の内部に退避させる。

ユーザは、ゲートバルブ５を閉鎖して、基板保持部４４に保持された上側基板ＳＡとステージキャリッジ６１に保持された下側基板ＳＢとを常温接合する。すなわち、ユーザは、基板保持部４４に保持された上側基板ＳＡとステージキャリッジ６１に保持された下側基板ＳＢとが離れた状態で、上側基板ＳＡと下側基板ＳＢとの間にイオンガン３２を向けて荷電粒子を放出する。その粒子は、上側基板ＳＡと下側基板ＳＢとに照射され、その表面に形成される酸化物等の不純物を除去して活性化する。ユーザは、圧接機構４１を操作して、基板保持部４４を鉛直下方向に下降させて、上側基板ＳＡと下側基板ＳＢとを近づける。ユーザは、ステージキャリッジ６１の位置決め機構を操作して、上側基板ＳＡと下側基板ＳＢとが設計通りに接合されるように、ステージキャリッジ６１に保持された下側基板ＳＢの位置を移動する。ユーザは、基板保持部４４の圧接機構４１を操作して、基板保持部４４を鉛直下方向に下降させて、上側基板ＳＡを下側基板ＳＢに接触させる。上側基板ＳＡと下側基板ＳＢ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。

ユーザは、その接合基板を基板保持部４４からデチャックさせる。このとき、検知センサ５０は、接合基板が静電チャック４５に吸着していないことを検知し、制御部４によりイオンガン３２がインターロックされる。ユーザは、後に、基板保持部４４を鉛直上方向に上昇させる。ユーザは、次いで、ゲートバルブ５を開放し、搬送装置８を用いて、その接合基板が載せられている下側カートリッジ１２をステージキャリッジ６１から下側カートリッジ台７に搬送する。ユーザは、ゲートバルブ５を閉鎖して、ロードロックチャンバ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３の蓋を開けて、下側カートリッジ台７に配置された下側カートリッジ１２からその接合基板を取り出す。

以上説明した常温接合装置１によれば、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されると、接触部５５は上側基板ＳＡにより吸着面４６と同一面内に押し込まれ、検知センサ５０は吸着面４６を介して外部と連通する検出窓Ｗが閉じられる。したがって、上側基板ＳＡの接合面ＳＡ２に対してイオンガン３２により荷電粒子が照射されても、イオンガン３２の照射に起因する不純物が検出窓Ｗを通じて侵入して検知センサ５０に堆積するおそれがない。
このような検知センサ５０を接合チャンバ２内で使用することにより、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着したか否かをリアルタイムに検知することが可能となるので、従来のような目視による接合状態の確認は不要となり、常温接合装置１の信頼性を向上することができる。
さらに、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されていない状態では、イオンガン３２がインターロックされるため荷電粒子が誤って照射されることがない。そして、イオンガン３２の照射中に上側基板ＳＡが外れたとしても、検知センサ５０がその状態を直ちに検出し、イオンガン３２をインターロックして照射を強制的に終了する。したがって、静電チャック４５や吸着面４６がイオンガン３２の照射に直接曝されることがないので、静電チャック４５の損傷や吸着面４６の劣化が防止される。
また、検知センサ５０は、バネ等を用いることなく、可動部５３の自重による変位によってセンシングを行うという簡易な構成であるため、製作コストを抑えることができる。
さらに、検知センサ５０は、基板保持部４４の側面に外付けされるため、メンテナンスも容易に行うことができる。
なお、図３に示されるように、検知センサ５０は、その図中の下面と吸着されている上側基板ＳＡの図中の上面との間に隙間があるように配置されている。これは、検知センサ５０に上側基板ＳＡが接触するのを回避するためである。しかし、検知センサ５０は、上述したように、イオンガン３２に対して基板保持部４４及び静電チャック４５の影に隠れており、この隙間から荷電粒子が浸入するおそれはきわめて小さい。

＜第２実施形態＞
図６に示すように、第２実施形態の常温接合装置１は、検知センサ５０の構成および設置位置を変更した外は、第１実施形態と同様に構成されている。したがって、図６において、図３と同符号は図３と同じ構成部分を示している。

図６に示すように、検知センサ１５０は、鉛直方向に往復直線運動可能に支持される可動部１５３と、可動部１５３が上端位置にあることを検知する固定検知部１５４と、からなる。検知センサ１５０は、基板保持部４４の平面方向の中心近傍に設けられている。

可動部１５３は、上端部に永久磁石１５７が埋め込まれた第１円柱部１５２と、上側基板ＳＡと接触する接触部１５５を下端部に有する第２円柱部１５６と、第１円柱部１５２と第２円柱部１５６との間に介在し、第１円柱部１５２と第２円柱部１５６よりも径の大きなストッパ部１５８と、を備える。第１円柱部１５２と、第２円柱部１５６と、ストッパ部１５８は、非磁性体のステンレス鋼、アルミニウム合金、フッ素系樹脂等から一体的に形成することができる。第１円柱部１５２および第２円柱部１５６は、円柱に限らず、角柱状あるいは板状でもよく、第１円柱部１５２の一端側に永久磁石１５７を設けることができるだけのサイズがあればよい。第２円柱部１５６の断面積は、第１円柱部１５２の断面積よりも小さくすることができる。接触部１５５には、接触した上側基板ＳＡの損傷を防止するために、フッ素系樹脂などの低摩擦係数の部材を設けてもよい。

可動部１５３は、基板保持部４４の内部の検知室Ｒから静電チャック４５の吸着面４６に貫通する収容路Ｐ内に設けられている。収容路Ｐは、その断面積がストッパ部１５８の径よりも小さく形成されている。ただし、収容路Ｐの鉛直方向の中央近傍には、図７に示すように、ストッパ部１５８を収容する拡経部Ｐｅが設けられている。可動部１５３は、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着していない状態において、ストッパ部１５８が拡経部Ｐｅの底部Ｐｅｂに保持され、接触部１５５が吸着面４６から突出するように設けられる。可動部１５３は、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着すると、上側基板ＳＡに押されて上昇する。なお、検知室Ｒと収容路Ｐにより本発明の収容部を構成する。

固定検知部１５４は、ホールＩＣ素子１５９と、ホールＩＣ素子１５９を支持する支持部１７０とからなり、検知室Ｒに設けられている。支持部１７０は、ホールＩＣ素子１５９を可動部１５３の鉛直方向の延長線上に支持する。ホールＩＣ素子１５９は、第１実施形態のホールＩＣ素子５９と同様の構成ものを使用することができる。

第２実施形態の検知センサ１５０による検出動作を説明する。
図６（ａ）に示すように、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されていないとき、可動部１５３のストッパ部１５８は拡経部Ｐｅの底部Ｐｅｂに保持され、接触部１５５は吸着面４６から突出している（第３の位置）。このとき、永久磁石１５７とホールＩＣ素子１５９は互いに最も離れた位置にあり、ホールＩＣ素子１５９が検知する永久磁石１５７の磁気は最も弱い。接触部１５５が第３の位置にあるとき、イオンガン３２は制御部４によりインターロックされており、荷電粒子を照射することができない。
図６（ｂ）に示すように、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着されると、接触部１５５が上側基板ＳＡに接触して吸着面４６と同一面内に押し込まれ、可動部１５３が上昇する（第４の位置）。このとき、上側基板ＳＡが吸着面４６に開口した収容路Ｐを覆う。さらに、このとき、永久磁石１５７とホールＩＣ素子１５９が互いに最も接近してホールＩＣ素子１５９が永久磁石１５７から受ける磁気量が変化し、第１実施形態と同様に、制御部４は、イオンガン３２のインターロックを解除し、荷電粒子の照射を行えるようにスタンバイする。
イオンガン３２の照射による基板の接合面の活性化中に、上側基板ＳＡが静電チャック４５から外れると、可動部１５３は自重により下降し、接触部１５５が第３の位置に戻る。そうすると、制御部４は、イオンガン３２を再びインターロックして、荷電粒子の照射を強制的に終了する。

このように、検知センサ１５０は、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着することにより基板保持部４４の内部に密閉されるため、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着された状態で行われるイオンガン３２による照射から遮蔽される。したがって、イオンガン３２の照射に起因する不純物が収容路Ｐを通じて検知センサ１５０に達することがない。よって、検知センサ１５０は、長期間に亘って、上側基板ＳＡの静電チャック４５への吸着状態をリアルタイムに検知することが可能となる。また、上側基板ＳＡが静電チャック４５へ吸着していない状態が検知されると、制御部４によりイオンガン３２がインターロックされて照射が強制的に終了されるため、上側基板ＳＡを吸着していない静電チャック４５や吸着面４６がイオンガン３２の照射に曝されることがない。したがって、イオンガン３２の照射に起因する静電チャック４５や吸着面４６の損傷を防止することができる。
さらに、第２実施形態の検出センサ１５０は、接触部１５５が吸着面４６の中心近傍から突出するように設けられるため、基板の径が小さくなっても吸着状態を検知することができる。したがって、このような検出センサ１５０を用いれば、径の異なる基板を連続して処理することが可能となり、より自由度が高く効率的な接合基板の生産を実現することができる。
また、検出センサ１５０の可動部１５３は、鉛直垂直方向へ移動するものであるため、吸着する上側基板ＳＡと接触しても上側基板ＳＡに水平方向成分の力が加わらないので、上側基板ＳＡに位置ずれをおこされることがなく、接合作業前の位置決めが容易である。

＜第３実施形態＞
図８（ａ）に示すように、第３実施形態は、検知センサ１５０の構成を部分的に変更した外は、第２実施形態と同様に構成されている。したがって、図８（ａ）において、図６と同符号は図６と同じ構成部分を示している。
図８（ａ）に示すとおり、第３実施形態の検知センサ２５０は、一端部に永久磁石２５７を備え、他端部が検知室Ｒの底部Ｂにボルト２５６にて固定される弾性板２５１を備える。可動部２５３は、第１円柱部２５２の先端に永久磁石が設けられていないことを除いて、第２実施形態と同様に構成されている。
上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着すると、可動部２５３の図示しない接触部が基板に接触し可動部２５３が上昇する。そうすると、第１円柱部２５２の上端が弾性板２５１を押し上げるので、弾性板２５１は上向きに撓み、永久磁石２５７が検知室Ｒに設けられたホールＩＣ素子２５９に近接する。
上側基板ＳＡがもし静電チャック４５から外れると、可動部２５３（第１円柱部２５２）が自重にてより下降して弾性板２５１も元の位置に弾性復帰し、永久磁石２５７とホールＩＣ素子２５９との距離に変化が生じる。この永久磁石２５７とホールＩＣ素子２５９の距離の変化により、第２実施形態と同様に、ホールＩＣ素子２５９が磁気量の変化を出力電圧の変化に変換し、制御部４の信号回路処理にて上側基板ＳＡの静電チャック４５への吸着有無が判定される。そして、第２実施形態と同様に、この判定結果に基づき、イオンガン３２に対してインターロックおよびインターロック解除が制御部４により指示される。

＜第４実施形態＞
図８（ｂ）に示すように、第４実施形態は、検知センサ１５０の構成を変更した外は、第２実施形態と同様に構成されている。したがって、図８（ｂ）において、図６と同符号は図６と同じ構成部分を示している。
第４実施形態の検知センサ３５０は、検知室Ｒの底部Ｂに設けられた弾性板３５１の変位を歪ゲージ３５７が検知することで、上側基板ＳＡの静電チャック４５への吸着状態を検知するものである。可動部３５３は、第１円柱部３５２の先端に永久磁石が設けられていないことを除いて、第２実施形態の可動部１５３と同様に構成されている。
可動部３５３の図示しない接触部が上側基板ＳＡに接触し、可動部３５３が上昇すると、第１円柱部３５２の上端が、検知室Ｒの底部Ｂにボルト３５６にて一端が固定され、歪ゲージ３５７を備えた弾性板３５１を押し上げて、弾性板３５１が上方に撓む。この撓みを歪ゲージ３５７が検知し、この検知信号は制御部４に送られる。そうすると、制御部４は、イオンガン３２のインターロックを解除し、荷電粒子の照射をスタンバイする。上側基板ＳＡが静電チャック４５から外れると、可動部３５３（第１円柱部３５２）が自重にて下降して弾性板３５１も元の位置に弾性復帰し、歪ゲージ３５７からの信号送信は停止される。そうすると、制御部４は、イオンガン３２をインターロックする。

＜第５実施形態＞
図９（ａ）に示すように、第５実施形態は、検知センサ５０を光電式の検知センサ４５０とした外は、第２実施形態と同様に構成されている。したがって、図９（ａ）において、図６と同符号は図６と同じ構成部分を示している。
検知センサ４５０は、発光部４５９ａと受光部４５９ｂとからなる光電式検知部４５９を検知室Ｒに備えている。発光部４５９ａは、受光部４５９ｂに向けて検知光４５９ｃを発光している。受光部４５９ｂが検知光４５９ｃを受光しているとき、光電式検知部４５９からの信号により、制御部４は、イオンガン３２をインターロックする。
検知センサ４５０は、可動部４５３を備えている。可動部４５３は、第１円柱部４５２に永久磁石を備えていないことを除いて、第２実施形態の可動部１５３と同じ構成である。
上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着して可動部４５３が上昇すると、第１円柱部４５２の先端が検知光４５９ｃを遮蔽し、受光部４５９ｂが検知光４５９ｃを受光できなくなる。そうすると、制御部４は、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着していると判定し、イオンガン３２のインターロックを解除する。
このように、上側基板ＳＡが吸着されると外部から遮蔽される検知室Ｒに光電式検知部４５９を設けることにより、発光部４５９ａの発光面や受光部４５９ｂの受光面がイオンガン３２による荷電粒子の照射に起因するデポジションの影響を受けることがない。したがって、検知センサ４５０の検知性能を長期に渡り維持することが可能となる。
なお、光電式のセンサは、鉛垂直方向に昇降する可動部４５３以外にも、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、回転軸５５６を支点として変位する揺動型の可動部５５３を適用にすることもできる。図９（ｂ）に示すように、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着していない状態では、可動部５５３は発光部５５９ａから受光部５５９ｂに向けて発せられる検知光５５９ｃを遮蔽している。上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着して可動部５５３の接触部５５５が上側基板ＳＡに接触すると、可動部５５３が回転軸５５６を支点に変位し、検知光５５９ｃが受光部５５９ｂにより受光され、上側基板ＳＡの静電チャック４５への吸着を検知する。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
以上では常温接合装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、プラズマ照射により接合面を活性化した後に接合を行う方法・装置など、他の接合方法であって、被接合体が吸着されながら保持される部位を備える接合装置に広く適用することができる。
また、以上では、第１被接合体（上側基板ＳＡ）と第２被接合体（下側基板ＳＢ）とが鉛直方向に対向して配置された状態で接合面が活性化され、かつ接合される形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。要は、第１被接合体（又は第２被接合体）が吸着された状態にありながら、吸着が不十分なために第１被接合体が鉛直方向に落下し、あるいは吸着面からずれ落ちる可能性がある状態で活性化処理される接合装置に広く適用できる。例えば、第１被接合体（第１接合面）及び第２被接合体（第２接合面）がともに水平方向に沿っているが軸同士が偏心して配置されている場合、あるいは、第１被接合体及び第２被接合体がともに鉛直方向に沿って配列されている場合、も本発明に包含される。

１…常温接合装置、２…接合チャンバ、４…制御部、３２…イオンガン、４０…上側基板支持機構、４１…圧接機構、４２…ロードセル、４３…角度調整機構、４４…基板保持部、４５…静電チャック、４６…吸着面、５０、１５０、２５０、３５０、４５０…検知センサ、５１…センサ本体、５２…収容ケース、５３、１５３、２５３、３５３、４５３、５５３…可動部、５４…固定検知部、５７、１５７、２５７…永久磁石、５９、１５９，２５９…ホールＩＣ素子、６０…下側基板支持機構、６１…ステージキャリッジ、７１…検知部、７２…支持部、４５９…光電式検知部、４５９ａ、５５９ａ…発光部、４５９ｂ、５５９ｂ…受光部、４５９ｃ、５５９ｃ…検知光、Ｐ…収容路、Ｐｅ…拡経部

Claims (7)

1. 第１被接合体の第１接合面と第２被接合体の第２接合面を予め活性化した後に、前記第１接合面と前記第２接合面とを付き合わせて前記第１被接合体と前記第２被接合体を接合する接合装置であって、
   前記第１被接合体が吸着される吸着面を備える接合体保持部と、
   前記接合体保持部に対する前記第１被接合体の吸着の有無を検知する検知センサと、
   前記第１被接合体の前記第１接合面と前記第２被接合体の前記第２接合面を活性化するための活性化成分を出力する活性化部と、
   前記検知センサの検知結果に基づいて、前記活性化部からの前記活性化成分の出力を制御する制御部と、を備え、
   前記検知センサは、
   前記吸着面よりその一部が突出し、前記接合体保持部に前記第１被接合体が吸着されていない第１の位置と、前記接合体保持部に吸着されている前記第１被接合体に接触することにより移動される第２の位置と、の間を変位する可動部と、
   前記可動部の変位を検知する検知部と、
   を備え、
   前記接合体保持部は、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間を変位する際に、前記可動部の前記その一部が進退する検知窓、を備え、
   前記検知窓は、前記接合体保持部により吸着される前記第１被接合体により覆われる領域に形成されるとともに、
   前記制御部は、前記検知センサが前記接合体保持部への前記第１被接合体の吸着を検知していないときは、前記活性化部をインターロックして、前記活性化成分を出力できない状態とする、
   ことを特徴とする接合装置。
2. 前記検知センサは、
   前記接合体保持部に近接して配置され、前記検知センサを収容するケースを備え、
   前記検知窓は前記ケースに設けられる、
   請求項１に記載の接合装置。
3. 前記接合体保持部は、前記検知センサを収容する収容部を備え、
   前記検知窓は、前記吸着面に開口する、
   請求項１に記載の接合装置。
4. 前記検知センサの前記可動部は、揺動運動することにより、前記第１の位置と前記第２の位置との間を変位する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
5. 前記検知センサの前記可動部は、鉛直方向に往復直線運動することにより、前記第１の位置と前記第２の位置との間を変位する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記検知センサは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で検知される磁気の変化により前記第１被接合体の吸着の有無を検知する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
7. 前記検知センサは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で検知される光の変化により前記第１被接合体の吸着の有無を検知する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。

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