JP5822462B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる径の基板を処理することが可能な接合装置に関する。

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、特許第２７９１４２９号公報（特許文献１）の図２に記載された常温接合装置が知られている。この常温接合装置は、接合対象の基板が充填される試料導入室と、基板の表面をアルゴン高速原子ビームにより活性化させ、接合機構により基板を接合する接合室とを備えている。試料導入室には複数の基板が充填されており、この装置により複数の基板を効率的に接合することが可能であることが伺える。

また、特許第４３７７０３５号公報（特許文献２）に記載された常温接合装置は、基板の表面を活性化する洗浄部と、活性化された基板を常温接合する実装部とが別個に構成されているため、洗浄部での活性化作業と実装部での常温接合作業とを同時に進行することができる。したがって、この装置によれば、常温接合法を用いた大量生産工程における一連のタクトタイムを短縮することができる。

昨今、デバイスの製造現場では、同じ径の基板のみではなく、異なる複数の径の基板を処理することができる接合装置が求められている。しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２には接合基板を効率的に量産することができる接合装置について記載されてはいるが、いずれの接合装置も同じ径の基板を接合対象とするものであり、異なる径の基板を同一の装置で接合する方法について何ら言及されていない。

特許第２７９１４２９号公報 特許第４３７７０３５号公報

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、異なる径の基板を処理することができ、効率的な接合基板の生産が可能となる、接合装置を提供することを目的とする。

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第１被接合体と第２被接合体を接合する接合装置に関する。
この接合装置は、第１被接合体を吸着する吸着手段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、を備える。
本発明の吸着手段は、第１被接合体と接触する接触面を有し、この接触面は、吸着力が作用し第１被接合体を吸着して保持する吸着力作用領域と、吸着力が作用しない吸着力非作用領域と、に区分される。吸着力作用領域は、最小径の第１被接合体が吸着されたときに、当該最小径の第１被接合体により覆われる径に形成される。
本発明の検知センサは、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、接触面より可動部の一部が突出する。また、第２の位置は、可動部が、接合体保持部に吸着される第１被接合体に接触することにより移動される位置である。
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、吸着力作用領域内に形成される。
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、吸着力は、吸着力作用領域に対応して設けられた電極により発生されるようにすることができる。

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。

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。

本発明において、検知センサの可動部に、可動部の往復直進運動に対応して伸縮するばね要素を設けることができる。

本発明において、接合体保持部は、可動部が往復直進運動する収容路を備え、この収容路に、フッ素系樹脂からなる案内を設けることができる。

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が、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を設けることができる。

本発明によれば、異なる径の基板を処理することができ、効率的な接合基板の生産が可能となる、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）は本実施の形態における上側基板支持機構の概略図である。 第１実施形態の上側基板支持機構を示す部分断面図である。 （ａ）は本実施の形態における静電チャックの斜視図、（ｂ）は静電チャックの接触面を示す平面図、（ｃ）〜（ｅ）は静電チャックの接触面に異なる径の基板が吸着した状態を示す平面図である。 第１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）は基板が吸着していない状態、（ｂ）は基板が吸着している状態を示している。 基板が収容される治具と、カートリッジとを示す断面図である。 基板と、突起が設けられたカートリッジとを示す断面図である。 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る。 第３実施形態の上側基板支持機構を示す部分断面図である。 第４実施形態の上側基板支持機構を示す部分断面図である。

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。本実施の形態による常温接合装置は、異なる径の基板（被接合体）を処理できるものであり、例えば、４インチの基板（最小径の基板）、６インチの基板、及び８インチの基板（最大径の基板）の３種類を処理することができる。
＜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。ともに外形が円形の上側カートリッジ１１および下側カートリッジ１２は、最大径の基板に対応した径を有している。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、基板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。
図２（ｂ）に示すように、基板保持部４４の下端には、基板を吸着して保持する静電チャック（吸着手段）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の接触面４６に基板を吸着して保持する。そのために、静電チャック４５の内部には、例えば櫛歯状のパターン電極４９が埋設されている。
図３に示すように、基板保持部４４の平面方向の中心近傍には、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静電チャック４５について詳しく説明する。なお、以下、静電チャック４５により吸着、保持される上側基板ＳＡとして、最小径の上側基板ＳＡ１、上側基板ＳＡ１よりも径が大きい上側基板ＳＡ２、最大径の上側基板ＳＡ３、が用いられる。
図４（ａ）は、静電チャック４５を接触面４６側からみた斜視図である。接触面４６は、その中心部に配置される円形の吸着力作用領域４７と、その周囲に配置されるリング状の吸着力非作用領域４８とに区分される。
吸着力作用領域４７は、静電チャック４５内に埋設されるパターン電極４９に対応しており（図３）、上側基板ＳＡを吸着する力（静電力）が作用する。吸着力非作用領域４８は、パターン電極４９が配置されていない領域に対応しており、静電力、つまり吸着力は作用しない。

吸着力作用領域４７は、その径が上側基板ＳＡ１よりもわずかに小さくなるようにパターン電極４９が形成されている。よって、図４（ｃ）に示すように、吸着力作用領域４７に上側基板ＳＡ１が吸着されると、吸着力作用領域４７は上側基板ＳＡ１により覆われる。
吸着力作用領域４７の径、つまりパターン電極４９に対応する領域の径が上側基板ＳＡ１の径よりも大きいと、吸着された上側基板ＳＡ１から吸着力作用領域４７の外周部がはみ出してしまう。この状態でイオンガン３２から荷電粒子が照射されると、上側基板ＳＡ１からはみ出した吸着力作用領域４７の部分（非被覆部分）が荷電粒子によりエッチングされる。そうすると、吸着力の発生に支障をきたすことがある。また、接合チャンバ２の内側表面や接合チャンバ２内の構成物が荷電粒子によりエッチングされ、それに起因する浮遊物が非被覆部分に付着すると以下のような不具合が生ずるおそれがある。つまり、接合チャンバ２の構成要素は、ステンレス鋼やアルミニウム等の導電性材料から構成されているため、その付着物に対して電圧が印加されると、非被覆部分に対応するパターン電極４９の電荷を短絡させる。そうすると、上側基板ＳＡ１に覆われた中心部も含む、吸着力作用領域４７全体に対応するパターン電極４９の電荷が失われ、吸着力を発生させることができなくなる。
以上のような理由により、吸着力作用領域４７は、最小径の上側基板ＳＡ１が吸着されたときに、上側基板ＳＡ１により覆われる径に形成されることが好ましい。
なお、ここでは吸着力作用領域４７を、最小径の上側基板ＳＡ１よりも径を小さくしているが、本発明はこれに限定されず、吸着力作用領域４７の径を上側基板ＳＡ１の径と同じにすることもできる。また、上述した不具合が実質的に生じない程度に小さければ、非被覆部分が生じていてもかまわない。

また、吸着力作用領域４７が上側基板ＳＡ１に覆われる径に形成されているため、上側基板ＳＡ１よりも大きな径を有する上側基板ＳＡ２および上側基板ＳＡ３が吸着された場合も（図４（ｄ）、（ｅ））、吸着力作用領域４７が上側基板ＳＡ２、ＳＡ３により覆われる。したがって、処理される全ての径の基板について、吸着力作用領域４７そのものがエッチングにより損傷したり、吸着力作用領域４７にエッチングされた導電性材料が付着してパターン電極４９を短絡させることがない。よって、これらの上側基板ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３を静電チャック４５に確実に吸着、保持させることができる。

さらに、図４に示すように、吸着力作用領域４７には検知センサ５０を構成する検知窓Ｗが設けられている。検知センサ５０の詳しい構成については後に説明するが、吸着力作用領域４７内に検知窓Ｗが設けられているため、径の異なる上側基板ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３全てについて静電チャック４５への吸着、非吸着を長期間に亘って検知することができる。

なお、本実施形態の接合装置１において、静電チャック４５に吸着し、検知センサ５０で吸着、非吸着を検知することが可能な上側基板ＳＡは、上側基板ＳＡの径をＯＤ、静電チャック４５の中心から検知窓Ｗまでの距離をＤ、としたとき、以下の式を満たすものである。
ＯＤ＞２Ｄ・・・・・（式）
また、上側基板ＳＡの接合時に上側基板ＳＡの表面全体に対して荷重が付加されるため、最大径の上側基板ＳＡ３は、静電チャック４５の接触面４６の径を超えないことが好ましい。

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に示すように、検知センサ５０は、基板保持部４４の平面方向の中心近傍に設けられ、鉛直方向に往復直線運動可能に支持される可動部５３と、可動部５３が上端位置にあることを検知する固定検知部５４と、からなる。

可動部５３は、上端部に永久磁石５７が埋め込まれた第１円柱部５２と、上側基板ＳＡと接触する接触部５５を下端部に有する第２円柱部５６と、第１円柱部５２と第２円柱部５６との間に介在し、第１円柱部５２と第２円柱部５６よりも径の大きなストッパ部５８と、を備える。第１円柱部５２と、第２円柱部５６と、ストッパ部５８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５２および第２円柱部５６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５２の一端側に永久磁石５７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５６の断面積は、第１円柱部５２の断面積よりも小さくすることができる。接触部５５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。
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。

可動部５３は、基板保持部４４の内部の検知室Ｒから静電チャック４５の接触面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５８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、ストッパ部５８を収容する拡経部Ｐｅが設けられている。収容路Ｐは、接触面４６の吸着力作用領域４７に開口し、その開口した部分が接触部５５の進退を許容する検知窓Ｗを形成している。可動部５３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５８が拡経部Ｐｅの底部Ｐｅｂに保持され、接触部５５が検知窓Ｗを介し、接触面４６から突出するように設けられる。可動部５３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５４は、ホールＩＣ素子５９と、ホールＩＣ素子５９を支持する支持部７０とからなり、検知室Ｒに設けられている。支持部７０は、ホールＩＣ素子５９を可動部５３の鉛直方向の延長線上に支持する。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。

検知センサ５０による上側基板ＳＡの検出動作を説明する。
図５（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のストッパ部５８は拡経部Ｐｅの底部Ｐｅｂに保持され、接触部５５は吸着力作用領域４７内に設けられた検知窓Ｗを介し、接触面４６から突出している（第１の位置）。このとき、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。接触部５５が第１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、荷電粒子を照射できない。
図５（ｂ）に示すように、例えば、上側基板ＳＡ１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に接触して接触面４６と同一面内（第２の位置）に押し込まれ、可動部５３が上昇する。このとき、上側基板ＳＡが吸着力作用領域４７を覆う。さらに、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の照射による上側基板ＳＡ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５３は自重により下降し、接触部５５は検知窓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、荷電粒子の照射を強制的に終了する。

このように、本実施形態の検知センサ５０は、吸着力作用領域４７内に可動部５３の接触部５５が進退する検知窓Ｗが設けられているため、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、最小径の上側基板ＳＡ１だけではなく、上側基板ＳＡ１よりも径の大きな上側基板ＳＡ２、ＳＡ３の静電チャック４５への吸着または非吸着も検知することができる。

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。なお、上側基板ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３のいずれも、上側基板ＳＡに適用することができる。
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に治具を用いて上側基板ＳＡを載せる。ユーザは、下側カートリッジ１２に治具を用いて下側基板ＳＢ（第２被接合体に対応）を載せる。この治具としては、例えば図６（ａ）、（ｅ）に示すように、外形が円形の治具１３Ａ、１３Ｂを用いることができる。治具１３Ａは上側基板ＳＡに、治具１３Ｂは下側基板ＳＢに、それぞれ対応する。これらの治具１３Ａ、１３Ｂには、上側基板ＳＡまたは下側基板ＳＢを収容する円形の凹部からなる基板収容部１４Ａ、１４Ｂが設けられている。基板収容部１４Ａ、１４Ｂは、治具１３Ａ、１３Ｂの外形と同心円をなしている。また、治具１３Ａの基板収容部１４Ａは、その中心軸が、上側カートリッジ１１の中心軸に一致するように形成されている。同様に、治具１３Ｂの基板収容部１４Ｂは、その中心軸が、下側カートリッジ１２の中心軸に一致するように形成されている。治具１３Ａの基板収容部１４Ａの底部はさらに同心円状の段差を備えており、治具１３Ａの構成材料表面と上側基板ＳＡの接合面との間に空間を設けることで、治具１３Ａと上側基板ＳＡの接合面との接触を防ぎ、上側基板ＳＡの接合面の汚染を防止している。この段差によって、上側基板ＳＡは外周部のみ支持される。
図６（ｂ）に示すように、上側カートリッジ１１に上側基板ＳＡを載せる際には、上側基板ＳＡ１が基板収容部１４Ａに収容された治具１３Ａを上側カートリッジ１１の上端に嵌合する。治具１３Ａ（基板収容部１４Ａ）と上側カートリッジ１１の中心軸が一致しているので、上側基板ＳＡ１は、その中心が上側カートリッジ１１の中心と一致することになる。径の異なる上側基板ＳＡ２、ＳＡ３については、これらの上側基板ＳＡ２、ＳＡ３に対応する径の基板収容部１１４Ａ、２１４Ａを備える治具１１３Ａ、２１３Ａを用意し（図６（ｃ）、（ｄ））、治具１３Ａと同様に用いることができる。また、下側カートリッジ１２に上側基板ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３にそれぞれ対応する下側基板ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３を載せる場合も同様に、これらの基板に対応する径の基板収容部１４Ｂ、１１４Ｂ、２１４Ｂを備えた治具１３Ｂ、１１３Ｂ、２１３Ｂを用いることができる（図６（ｆ）、（ｇ）、（ｈ））。
なお、上側カートリッジ１１、下側カートリッジ１２への、上側基板ＳＡ、下側基板ＳＢのそれぞれの搭載方法は、これに限らず適宜変更可能である。例えば、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、上側基板ＳＡの径と同じ径を有し、上側基板ＳＡを接合面の外周部のみで支持するリング状の突起１１５Ａ、２１５Ａ、３１５Ａを上側カートリッジ１１１の上面に設け、上側基板ＳＡを上側カートリッジ１１１に直接載せる方法がある。また、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、下側基板ＳＢの径と同じ径を有し、下側基板ＳＢを接合面の裏側面全面で支持する円盤状の突起１１５Ｂ、２１５Ｂを下側カートリッジ１１２の上面に設け、下側基板ＳＢを下側カートリッジ１１２に直接載せる方法がある。突起１１５Ａ、２１５Ａ、３１５Ａ、１１５Ｂ、２１５Ｂの径と、上側基板ＳＡおよび下側基板ＳＢのそれぞれの径が一致するように上側カートリッジ１１１および下側カートリッジ１１２にそれぞれ載せることで、上側基板ＳＡおよび下側基板ＳＢの中心軸が、上側カートリッジ１１１および下側カートリッジ１１２の中心軸とそれぞれ一致することになる。また、下側基板ＳＢの径と下側カートリッジ１１２の径が一致する場合は、例えば図７（ｆ）に示すように、下側カートリッジ１１２に突起１１５Ｂ、２１５Ｂを設けず、下側基板ＳＢを下側カートリッジ１１２に直接載せることもできる。
なお、図７に示す方法を用いる場合、治具１３Ａ、１１３Ａ、２１３Ａ、１３Ｂ、１１３Ｂ、２１３Ｂは用いない。
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の吸着力作用領域４７に上側基板ＳＡを接触させ、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、検知センサ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。検知センサ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においては、接合の対象となる上側基板ＳＡのうち、最小径の上側基板ＳＡ１により覆われる領域に対応してパターン電極４９を埋設し、上側基板ＳＡを吸着する吸着力作用領域４７を形成している。このため、上側基板ＳＡが静電チャック４５に吸着すると、吸着力作用領域４７が上側基板ＳＡにより覆われ、吸着力作用領域４７がイオンガン３２により照射される荷電粒子にエッチングされることがなく、また照射に起因する破片や不純物等の導電性物質が吸着力作用領域４７に付着し、パターン電極４９に不具合を生じさせることもない。したがって、静電チャック４５の動作安定性を維持することができる。
また、常温接合装置１においては、吸着力作用領域４７内に検知センサ５０の検知窓Ｗを設けている。したがって、上側基板ＳＡの径が変わっても静電チャック４５への上側基板ＳＡの吸着、非吸着を検知することができる。これにより、径の異なる基板を処理することが可能となり、効率的な接合基板の生産を実現することができる。加えて、検知センサ５０は、上側基板ＳＡを静電チャック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による照射から遮断される。これにより、イオンガン３２の照射に起因する破片や不純物等が収容路Ｐを通じて検知室Ｒに達することがない。よって、検知センサ５０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。
さらに、パターン電極４９は接触面４６の中心部の限られた領域に形成されるため、接触面４６の全面にパターン電極４９を埋設し吸着力作用領域４７を設ける場合と比較して、コストを削減することもできる。
さらにまた、上側基板ＳＡは、治具１３、１１３、２１３等を用いることで、格別な位置合わせをしなくても、上側カートリッジ１１の中心に配置される。したがって、常温接合装置１は、いずれの径の上側基板ＳＡを処理する場合でもその中心を静電チャック４５の吸着力作用領域４７に一致させることができる。したがって、上側基板ＳＡをロードロックチャンバ３から接合チャンバ２に搬送するハンド１７のサイズや搬送位置決めを制御するパラメータを上側基板ＳＡの径に応じて変更する必要がない。

＜第２実施形態＞
図８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の可動部５３にばね要素Ｓを設けたことを除いて、第１実施形態と同様に構成されている。したがって、図８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８に示すように、検知センサ５０の可動部５３には、コイル状のばね要素Ｓが設けられている。ばね要素Ｓは、ストッパ部５８の上部に設けられ、上側基板ＳＡの吸着、非吸着により可動部５３が上下に進退するに従って、拡経部Ｐｅ内にて伸縮する。具体的には、上側基板ＳＡが静電チャック４５の吸着力作用領域４７に吸着しておらず、可動部５３の接触部５５が検知窓Ｗを貫通して第１の位置にあるとき、ばね要素Ｓは伸張状態にある。上側基板ＳＡが静電チャック４５の吸着力作用領域４７に吸着し、接触部５５が接触面４６と同一面内（第２の位置）に押し込まれると、ばね要素Ｓは圧縮状態とされる。上側基板ＳＡが静電チャック４５から離脱すると、ばね要素Ｓは圧縮が開放されるのに伴って伸張状態に復帰し、ストッパ部５８は押し下げられる。
可動部５３は、上側基板ＳＡが静電チャック４５から離脱すると自重により第１の位置に復帰するが、上述のようなばね要素Ｓを設けることで、上側基板ＳＡが静電チャック４５から離脱する際の可動部５３の第１の位置への復帰が確実に行われる。
また、吸着する上側基板ＳＡの径や重量に応じて変化する吸着力に対応させてばね要素Ｓのばね力を調整することにより、上側基板ＳＡの静電チャック４５からの離脱（デチャック）を補助することができ、デチャックの信頼性も向上することができる。
もちろん、本実施形態においても第１実施形態により得られる効果を得ることができるとは言うまでもない。
なお、ばね要素Ｓとしては、コイル状のばねに限らず、板ばね等公知のばねを使用することができる。ばね要素Ｓは、圧縮されたばねが原形に復帰するときの反発力が、静電チャック４５（吸着力作用領域４７）の吸着力以下であるものとする。

＜第３実施形態＞
図９に示すように、第３実施形態は、検知センサ５０の収容路Ｐに案内Ｇを設けたことの外は、第１実施形態と同様に構成されている。したがって、図９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９に示すとおり、第３実施形態の検知センサ５０は、収容路Ｐに案内Ｇが設けられている。案内Ｇは、拡経部Ｐｅを除く収容路Ｐの表面にフッ素系樹脂を塗布して形成される。案内Ｇとしては、フッ素系樹脂の他にも、摩擦係数の低い材料を用いて形成することができる。
このような構成とすることで、第１実施形態および第２実施形態で得られる効果に加えて、可動部５３の収容路Ｐにおける往復直進運動を円滑なものとすることができる。

＜第４実施形態＞
図１０に示すように、第４実施形態は、検知センサ５０を光電式の検知センサ１５０とした外は、第１実施形態と同様に構成されている。したがって、図１０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。
検知センサ１５０は、発光部１５９ａと受光部１５９ｂとからなる光電式検知部１５９を検知室Ｒに備えている。発光部１５９ａは、受光部１５９ｂに向けて検知光１５９ｃを発光している。受光部１５９ｂが検知光１５９ｃを受光しているとき、光電式検知部１５９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１５０は、可動部１５３を備えている。可動部１５３は、第１円柱部１５２に永久磁石を備えていないことを除いて、第１実施形態の可動部５３と同じ構成である。
上側基板ＳＡが静電チャック４５の吸着力作用領域４７に吸着して可動部１５３が上昇すると、第１円柱部１５２の先端が検知光１５９ｃを遮蔽し、受光部１５９ｂが検知光１５９ｃ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１５９を設けることにより、発光部１５９ａの発光面や受光部１５９ｂ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１５０の検知性能を長期に渡り維持することが可能となる。

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、あるいは接触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。
さらに、本発明の常温接合装置で接合される第１被接合体および第２被接合体の形状は円形に限られず、例えば矩形など異なる形状のものを用いることができる。また、第１被接合体および第２被接合体の径は、４インチ、６インチ、および８インチに限られず、これらよりも小さいあるいは大きな径を有するものを適用できることは言うまでもない。

１…常温接合装置、２…接合チャンバ、４…制御部、１１，１１１…上側カートリッジ、１２，１１２…下側カートリッジ、１３Ａ，１１３Ａ，２１３Ａ，１３Ｂ，１１３Ｂ，２１３Ｂ…治具、１４Ａ，１１４Ａ，２１４Ａ，１４Ｂ，１１４Ｂ，２１４Ｂ，…基板収容部、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…接触面、４７…吸着力作用領域、４８…吸着力非作用領域、４９…パターン電極、５０、１５０…検知センサ、５３、１５３…可動部、５４…固定検知部、５７…永久磁石、５９…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、７０…支持部、１１５Ａ，２１５Ａ，３１５Ａ，１１５Ｂ，２１５Ｂ…突起、１５９…光電式検知部、１５９ａ…発光部、１５９ｂ…受光部、１５９ｃ…検知光、ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３…上側基板、ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３…下側基板、Ｐ…収容路、Ｐｅ…拡経部、Ｗ…検知窓、Ｓ…ばね要素、Ｇ…案内

Claims (8)

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、
   第１被接合体を吸着する吸着手段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、を備え、
   前記吸着手段は、
   前記第１被接合体と接触する接触面を有し、前記接触面は、吸着力が作用し前記第１被接合体を吸着して保持する吸着力作用領域と、吸着力が作用しない吸着力非作用領域と、に区分され、前記吸着力作用領域は、最小径の前記第１被接合体が吸着されたときに、前記最小径の前記第１被接合体により覆われる径に形成され、
   前記検知センサは、
   前記接触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、前記吸着力作用領域内に形成される、
   ことを特徴とする接合装置。
2. 前記吸着力は、前記吸着力作用領域に対応して設けられた電極により発生される、
   請求項１に記載の接合装置。
3. 前記検知センサの前記可動部は、鉛直方向に往復直進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または２に記載の接合装置。
4. 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１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
5. 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１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記検知センサの前記可動部に、前記可動部の前記往復直進運動に対応して伸縮するばね要素が設けられている、
   請求項３に記載の接合装置。
7. 前記接合体保持部は、前記可動部が前記往復直進運動する収容路を備え、
   前記収容路には、フッ素系樹脂からなる案内が設けられている、
   請求項３に記載の接合装置。
8. 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を備える、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の接合装置。

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