JP6275632B2 - 常温接合装置及び常温接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、常温接合装置及び常温接合方法に関する。

一般に、２枚のウェハ（基板）を接合するための技術として、常温接合が知られている。常温接合とは、接合する２枚のウェハの表面を真空雰囲気で活性化し、活性化されたウェハ表面を圧接することで該２枚のウェハを接合する技術である。

この種の常温接合においては、接合される２枚のウェハを位置合わせした後に、該２枚のウェハに大きな接合圧力（例えば、最大２０トンの圧力）を作用させる必要がある。このため、従来、ウェハの位置合わせを行うステージ機構の耐荷重を高めるための技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたステージ機構では、ウェハを支持するキャリッジが弾性案内によって位置決めステージに連結されている。さらに、位置決めステージとは別にキャリッジ支持台が設けられている。キャリッジに荷重が印加されない状態では、キャリッジがキャリッジ支持台と接触しないように、位置決めステージに支持される。キャリッジに荷重が印加されると、弾性案内が弾性変形してキャリッジがキャリッジ支持台に接触され、キャリッジ支持台に荷重が分散される。これにより、位置決めステージに作用する荷重が軽減されている。

一方、近年、デバイスの小型化、高精度化が進んでおり、常温接合は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）分野に加え、ＣＭＯＳイメージセンサ（CIS）や３次元積層ＬＳＩ分野への適用拡大が要望されている。このため、接合されるウェハを精密に位置合わせすることが重要になってきている。ウェハの精密な位置合わせを実現するには、２枚のウェハ間の平行度の精度を高めることが必要である。平行度が十分でないと、ウェハ同士が接触する際に、ウェハの一端から接触するので、接合時にウェハの位置がずれる可能性があるからである。このため、従来、２枚のウェハ間の平行度を高精度に調整する技術が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２、３に開示された技術は、一方のウェハを支持する静電チャック（試料台）に複数（３つ）の圧電素子を設けた構成を有する。そして、圧電素子に印加される電圧を調整することで、２枚のウェハ間の平行度を調整している。

特許第３９７０３０４号公報 特許第４８２２５７７号公報 特許第４２０９４５７号公報

しかしながら、上述された特許文献２、３に記載の技術は、いずれも圧電素子が静電チャックの背面側に設けられているため、２枚のウェハを接合する際の圧接荷重を圧電素子が受ける形となる。従って、２枚のウェハの接合面内の荷重分布にむらが生じ、荷重が不足した部分に接合不良が生じるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大きな耐荷重の要求を満たしつつ、基板の精密な位置合わせと接合不良の防止とを可能とする常温接合装置及び常温接合方法を提供することを目的する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る常温接合装置は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバと、接合チャンバの内部に設置され、上側基板を保持する上側基板保持部を有し、上側基板保持部を上下方向に移動可能に支持する上側ステージ機構と、接合チャンバの内部に設置され、下側基板を上下方向と直交する水平方向に移動可能に支持する下側ステージ機構とを備え、下側ステージ機構は、下側基板を支持するキャリッジと、キャリッジに接合される弾性案内と、キャリッジの外側に設置され、弾性案内を介してキャリッジを支持すると共に、キャリッジを水平方向に移動する位置決めステージと、キャリッジの下方に設置され、上側基板と下側基板とが圧接されるときに、弾性案内の弾性変形により下方に変位したキャリッジを支持するキャリッジ支持台と、位置決めステージに固着されて該位置決めステージからキャリッジの周縁上に延在する少なくとも３つのフレーム部、及び、フレーム部にそれぞれ取り付けられてキャリッジの周縁を上下方向に駆動する駆動部を含み、上側基板保持部に対するキャリッジの平行度を調整する平行度調整機構と、を備えた。

本構成によれば、位置決めステージに固着されて該位置決めステージからキャリッジの周縁上に延在する少なくとも３つのフレーム部、及び、フレーム部にそれぞれ取り付けられてキャリッジの周縁を上下方向に駆動する駆動部を含み、上側基板保持部に対するキャリッジの平行度を調整する平行度調整機構を備えるため、この平行度の精度の向上を図ることができ、上側基板と下側基板との精密な位置合わせを実現することができる。

また、本構成によれば、下側ステージ機構は、キャリッジの外側に設置され、弾性案内を介してキャリッジを支持すると共に、キャリッジを水平方向に移動する位置決めステージと、キャリッジの下方に設置され、上側基板と下側基板とが圧接されるときに、弾性案内の弾性変形により下方に変位したキャリッジを支持するキャリッジ支持台とを備えるため、キャリッジに印加された荷重が、主として、キャリッジ支持台に作用され、位置決めステージに作用する荷重が軽減される。このため、下側ステージ機構の耐荷重を増大させることができる。

また、本構成によれば、平行度調整機構は、位置決めステージに固着されて該位置決めステージからキャリッジの周縁上に延在する少なくとも３つのフレーム部、及び、フレーム部にそれぞれ取り付けられてキャリッジの周縁を上下方向に駆動する駆動部を備えた構成としたため、キャリッジに印加された荷重が、駆動部に作用することを防止している。このため、上側基板と下側基板とが圧接されるときに、上側基板と下側基板との接合面内の荷重分布のむらを抑えることができ、接合不良の発生を防止することができる。

上記構成において、少なくとも３つの駆動部は、これら駆動部を結んで形成される多角形の内側に、キャリッジの中心が含まれる位置に設けられる構成としても良い。この構成によれば、駆動部をそれぞれ上下方向に駆動させることで、キャリッジの傾斜を容易に制御することができ、上側基板保持部に対するキャリッジとの平行度を容易に調整できる。

また、平行度調整機構は、フレーム部にそれぞれ取り付けられてキャリッジの変位量を測定する変位測定部と、駆動部を制御する駆動制御部とを備え、駆動制御部は、上側基板保持部を降下させて上側基板と下側基板とを当接させた際に、変位測定部がそれぞれ測定した変位量、もしくは、これら変位量間の偏差に基づき、駆動部を上下方向に駆動させる構成としても良い。この構成によれば、上側基板保持部に対するキャリッジの平行度の調整を簡単、かつ、精度良く行うことができる。

また、平行度調整機構は、上側基板保持部との距離を測定する複数の距離測定部と、駆動部を制御する駆動制御部とを備え、駆動制御部は、距離測定部がそれぞれ測定した距離のいずれかに合致するように、対応する駆動部を上下方向に駆動させる構成としても良い。この構成によれば、上側基板保持部に対するキャリッジの平行度の調整を、より簡素な手順で、かつ、精度良く行うことができる。

また、距離測定部は、駆動部にそれぞれ近接してキャリッジ上に設けられても良い。この構成によれば、駆動部を駆動させた際の、距離変化を正確に検出できるため、上側基板保持部に対するキャリッジの平行度の調整をより精度良く行うことができる。

また、キャリッジは、下側基板を保持する下側基板保持部と、下側基板保持部を位置決めステージよりも細かく水平方向に移動する微動機構とを備えても良い。この構成によれば、上側基板と下側基板との位置合わせをより精密に行うことができる。

本発明によれば、大きな耐荷重の要求を満たしつつ、基板の精密な位置合わせと接合不良の防止とを実現できる。

図１は、第１実施形態に係る常温接合装置を模式的に示す断面図である。 図２は、第１実施形態の接合チャンバを模式的に示す断面図である。 図３は、第１実施形態における下側ステージ機構を示す斜視図である。 図４は、下側ステージ機構に組み込まれるアライメント機構を示す断面図である。 図５は、駆動ユニットの構成を示す斜視図である。 図６は、駆動ユニットの動作前の状態を模式的に示す断面図である。 図７は、駆動ユニットの動作後の状態を模式的に示す断面図である。 図８は、平行度調整機構の初期状態を示す模式図である。 図９は、下側ウェハと上側ウェハとを当接させた状態の平行度調整機構を示す模式図である。 図１０は、キャリッジの平行度を調整した後の状態の平行度調整機構を示す模式図である。 図１１は、第２実施形態に係る上側ステージ機構及び下側ステージ機構を模式的に示す断面図である。 図１２は、平行度調整機構の初期状態を示す模式図である。 図１３は、キャリッジの平行度を調整した後の状態の平行度調整機構を示す模式図である。 図１４は、変形例に係るキャリッジの構成を示す平画図である。 図１５は、図１４のＡ部拡大図である。 図１６は、狭隘部の構造を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明においては、必要に応じて、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｚ軸は、上下方向（鉛直方向）に規定され、Ｘ軸は、水平面に平行な面内の特定方向に規定され、Ｙ軸は、Ｘ軸、Ｚ軸に垂直な方向に規定される。

常温接合装置１は、常温接合を実施するプロセスモジュール２と、プロセスモジュール２を制御する制御装置（制御盤）３とを備える。プロセスモジュール２は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５とを備える。ロードロックチャンバ４は、外部環境と接合チャンバ５との間のウェハの受け渡しに用いられるチャンバであり、接合チャンバ５は、ウェハの接合が実際に行われるチャンバである。

プロセスモジュール２は、さらに、搬送通路６とゲートバルブ７とを備える。搬送通路６は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５との間に介設され、接合チャンバ５の内部空間とロードロックチャンバ４の内部空間とを接続している。ゲートバルブ７は、制御装置３による制御の下、搬送通路６を閉鎖し、または、搬送通路６を開放する。すなわち、ゲートバルブ７は、ロードロックチャンバ４の内部空間を、接合チャンバ５の内部空間と連通させ、または、分離する機能を有している。

ロードロックチャンバ４は、蓋（図示略）と真空排気装置１１とを備えている。その蓋は、ユーザに操作されることにより、外部環境とロードロックチャンバ４の内部とを接続する開口部（図示略）を閉鎖し、または、その開口部を開放する。真空排気装置１１は、制御装置３による制御の下、ロードロックチャンバ４の内部から気体を排気する。

ロードロックチャンバ４は、さらに、カートリッジ台１２，１３と搬送ロボット１４とを内部に収容している。カートリッジ台１２，１３には、それぞれ接合されるウェハ（基板）を保持するカートリッジ３１，３２が載せられる。ここで、カートリッジ３１は、ウェハの接合の際に、上側に位置するウェハ（以下、上側ウェハ３３ということがある）を保持するカートリッジであり、カートリッジ３２は、下側に位置するウェハ（以下、下側ウェハ３４ということがある）を保持するカートリッジである。搬送ロボット１４は、ゲートバルブ７が開放されているときに、搬送通路６を介してカートリッジ台１２，１３に配置されたカートリッジ３１，３２を接合チャンバ５の内部に搬送し、または、接合チャンバ５の内部にあるカートリッジ３１，３２をカートリッジ台１２，１３に搬送する。

接合チャンバ５は、真空排気装置２１を備えている。真空排気装置２１は、制御装置３による制御の下、接合チャンバ５の内部から気体を排気する。

図２は、接合チャンバ５の構造を模式的に示す断面図である。接合チャンバ５は、図２に示すように、イオンガン２２と、上側ステージ機構２３と、下側ステージ機構２４と、アライメント機構２８とを備えている。イオンガン２２は、ウェハの表面の活性化に用いられるイオンビーム２２ａを出射する。イオンビーム２２ａが照射されることで、上側ステージ機構２３に支持される上側ウェハ（上側基板）３３と、下側ステージ機構２４に支持される下側ウェハ（下側基板）３４の表面の活性化が行われる。なお、本実施形態では、一つのイオンガン２２がウェハの表面の活性化に使用されるが、複数のイオンガン２２が使用されても良い。また、イオンガン２２の代わりに、他の活性化手段（例えば、中性原子ビーム源）がウェハの活性化に用いられても良い。

上側ステージ機構２３は、上側ウェハ３３の位置合わせを行うための機構であり、静電チャック２５と圧接機構２６と角度調節機構２７とを備えている。静電チャック２５は、上側ウェハ３３を保持する上側基板保持部として機能する。詳細には、静電チャック２５は、誘電体層を備えており、その誘電体層の下端に、上下方向（Ｚ軸方向）に概ね垂直な平坦な面を有している。静電チャック２５は、さらに、その誘電体層の内部に配置される内部電極を備えている。静電チャック２５は、制御装置３による制御の下、その内部電極に所定の印加電圧を印加して、その誘電層の平坦な面の近傍に配置される上側ウェハ３３を静電力によって保持する。

圧接機構２６は、制御装置３による制御の下、上下方向（Ｚ軸方向）に静電チャック２５を昇降させる。本実施形態では、圧接機構２６は、静電チャック２５を所望の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）に位置合わせする。圧接機構２６は、さらに、静電チャック２５の高さ位置（即ち、上側ウェハ３３の位置）を測定し、その位置を示すデータを制御装置３に出力する。圧接機構２６は、さらに、静電チャック２５により保持された上側ウェハ３３に印加される荷重を測定し、その荷重を示すデータを制御装置３に出力する。

角度調節機構２７は、上側ウェハ３３を保持する静電チャック２５の向きを調節する。角度調節機構２７は、圧接機構２６と静電チャック２５との間に設けられ、圧接機構２６の下端に連結された球座３５と、固定フランジ３６と、静電チャック２５に取り付けられた球フランジ３７とを備えている。球座３５は球面状に形成された球座面を有し、この休座面に球フランジ３７の球状のフランジ部分が密着する。固定フランジ３６は、ボルト等の締結具により球座３５に接合され、球フランジ３７のフランジ部分を挟持して球フランジ３７及び静電チャック２５の位置（傾斜）を固定する。これにより、球フランジ３７のフランジ部分は、固定フランジ３６によって、球座３５の球座面に摺動可能に連結されることになる。本実施形態では、角度調節機構２７を用いて静電チャック２５を支持することにより、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間の平行度を維持しながら上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とを接合することができる。これは、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間に大きな接合荷重を均一に印加するために有効である。なお、本実施形態では、圧接機構２６と静電チャック２５との間に角度調節機構２７を設ける構成を説明したが、圧接機構２６の下端に静電チャック２５を直接連結した構成としても良い。

次に、下側ステージ機構２４について説明する。下側ステージ機構２４は、図２に示すように、位置決めステージ４１と、キャリッジ支持台４２と、キャリッジ４３と、弾性案内４４とを備えている。位置決めステージ４１は、図３に示すように、接合チャンバ５の底板５ａ上に設置される矩形状のベース板５１と、このベース板５１上の四隅に立設される支柱５２と、これら支柱５２の各上端に連結される矩形状の天板５３とを備えて構成される。ベース板５１には円形開口５１ａが形成され、この円形開口５１ａの内側に、円柱形状を呈したキャリッジ支持台４２が底板５ａ上に設置されている。キャリッジ支持台４２は、その上端に平滑な支持面４２ａを有し、この支持面４２ａは、上下方向（Ｚ軸方向）に垂直である。

また、天板５３には、ベース板５１の円形開口５１ａと同様の大きさの円形開口５３ａが形成され、この円形開口５３ａの内側にキャリッジ４３が支持されている。キャリッジ４３は、円板状に形成されたキャリッジベース４３ａと、このキャリッジベース４３ａよりも小径の円板状に形成された円形段部４３ｂとを備えて一体に形成される。円形段部４３ｂは、キャリッジベース４３ａの上面中央部に配置されることにより、キャリッジ４３は段付きの同心円板を形成する。本実施形態では、円形段部４３ｂの上に、上記した下側ウェハ３４が載せられて保持され、円形段部４３ｂが下側基板保持部として機能する。なお、本実施形態では、下側ウェハ３４は、キャリッジ４３の円形段部４３ｂの上に直接載置された構成としているが、この円形段部４３ｂの上に、上記したカートリッジ３２を介して、下側ウェハ３４を載置する構成としても良い。この場合には、下側ウェハ３４とほぼ同形状に形成されたカートリッジ３２の上に下側ウェハ３４を載置した状態で、カートリッジ３２及び下側ウェハ３４を、ロードロックチャンバ４から接合チャンバ５内に搬送する。そして、下側ウェハ３４を載せたカートリッジ３２を、キャリッジ４３の円形段部４３ｂの上に載せて保持し、そのまま上側ウェハ３３との接合を行う。接合された上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４は、カートリッジ３２上に載置された状態で、ロードロックチャンバ４に搬送される。

弾性案内４４は、例えばリーフスプリングのような板ばねにより形成され、複数（本実施形態では３つ）の弾性案内４４がキャリッジベース４３ａの周縁部と天板５３とを連結している。これにより、キャリッジ４３は、弾性案内４４を介して、位置決めステージ４１に支持される。また、本実施形態では、３つの弾性案内４４は、キャリッジベース４３ａの周縁部にほぼ等間隔（中心角が約１２０度間隔）に配置されている。弾性案内４４は、キャリッジ４３に荷重が印加されていない状態では、図２に示すように、キャリッジ４３の下面４３ａ１が、キャリッジ支持台４２の支持面４２ａと接触しないようにキャリッジ４３を支持する。このとき、キャリッジ４３の下面４３ａ１とキャリッジ支持台４２の支持面４２ａの間には、１００（μｍ）程度の隙間が設けられる。一方、上側ステージ機構２３によって荷重がキャリッジ４３に鉛直下方向に印加されると、弾性案内４４は、キャリッジ４３の下面４３ａ１がキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触するように弾性変形する。キャリッジ支持台４２は、上側ステージ機構２３による荷重を受けることで、位置決めステージ４１に印加される荷重を軽減している。

位置決めステージ４１は、制御装置３の制御の下、キャリッジ４３を駆動する、より具体的には、キャリッジ４３を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動し、且つ、θ角方向に回転するように構成されている。ここで、θ角方向とは、ＸＹ平面内の角度方向である。位置決めステージ４１の支柱５２には、それぞれ、例えばボールねじ、リニアガイド、及びモータを用いた移動／回転機構（図示略）が組み込まれており、移動／回転機構を駆動することにより、天板５３及びキャリッジ４３は、ベース板５１に対し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向へ移動、もしくは、θ角方向へ回転する。このため、位置決めステージ４１は、キャリッジ４３の位置をＸＹ平面内で自在に調整することができ、キャリッジ４３上の下側ウェハ３４を大きく動かす粗動ステージとして機能する。位置決めステージ４１がキャリッジ４３を移動及び／又は回転することにより、キャリッジ４３（円形段部４３ｂ）に保持された下側ウェハ３４が移動及び／又は回転される。

次に、アライメント機構２８について説明する。図４は、下側ステージ機構のアライメント機構に関連する部分の構造を示す模式図である。アライメント機構２８は、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間のＸＹ面内の位置のずれ、及び、ＸＹ面内における向きのずれを検出するものであり、これら位置及び向きのずれは、制御装置３による位置決めステージ４１の制御に用いられる。

アライメント機構２８は、赤外線を発生する赤外照明６１と、該赤外線の向きを鉛直方向に変えるレンズ６２と、カメラ６３とを備えている。このアライメント機構２８は、キャリッジ支持台４２の下方に位置し、接合チャンバ５の底板５ａに設置されている。キャリッジ支持台４２には、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる透明部位６４が形成され、キャリッジ４３（円形段部４３ｂ）に鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる透明部位６５が形成されている。透明部位６４，６５は、いずれも赤外照明６１が照射する赤外線に対して透明な材料で形成されている。キャリッジ４３の透明部位６５は、キャリッジ支持台４２の透明部位６４の近傍に配置されている。

アライメント機構２８は、上側ウェハ３３に設けられたアライメントマーク３３ａ、及び、下側ウェハ３４に設けられたアライメントマーク３４ａを用いて、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の位置及び向きのずれを検出する。レンズ６２は、赤外照明６１により生成される赤外線の向きを鉛直方向に代えて、赤外線を、透明部位６４，６５を介して上側ウェハ３３、下側ウェハ３４に入射する。一般的に、ウェハに用いられる絶縁材料（例えば、ガラス）及び半導体（例えば、シリコン）は、赤外線を少なくとも一定程度は通過させる材料である。このため、赤外線は、下側ウェハ３４を通過して上側ウェハ３３に到達するため、上側ウェハ３３のアライメントマーク３３ａの位置についても検出することができる。

レンズ６２は、赤外線が上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４によって反射されて生成された反射光をカメラ６３に入射する。カメラ６３は、レンズ６２を通過した反射光を撮像し、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の一部分の画像（即ち、アライメントマーク３３ａ，３４ａの近傍の画像）を得る。得られた画像は制御装置３に送られ、該画像に対して制御装置３によって画像処理が行われる。この画像処理により、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の位置及び向きのずれが検出される。なお、キャリッジ支持台４２に透明部位６４を設ける代わりに、赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けても良い。同様に、キャリッジ４３に透明部位６５を設ける代わりに、赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けても良い。

上述のように、本実施形態の常温接合装置１は、下側ステージ機構２４が位置決めステージ４１を備えるため、静電チャック２５に保持された上側ウェハ３３に対するキャリッジ４３（下側ウェハ３４）の位置決めを行うことができる。さらに、上側ステージ機構２３は、上側ウェハ３３を保持する静電チャック２５の向きを調整する角度調節機構２７を備えることで、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との平行度を高めている。ここで、平行度とは、例えば、上側ウェハ３３をデータム平面（基準平面）とした場合、この上側ウェハ３３に対して、下側ウェハ３４が幾何学的に正しい平行平面からのずれ（狂い）の大きさをいう。

角度調節機構２７を備えた構成では、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との平行度として、５（μｍ）程度の精度を実現している。一方、近年、デバイスの小型化、高精度化が進んでおり、平行度をより一層高める（具体的には１（μｍ）以下）ことが要望されている。従って、下側ステージ機構２４は、図３に示すように、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との平行度の精度を高めるべく平行度調整機構４５を備えている。平行度調整機構４５は、位置決めステージ４１の天板５３の円形開口５３ａに沿って設けられた３つの駆動ユニット７０を備える。これら駆動ユニット７０は、制御装置３の制御の下、キャリッジ４３（弾性案内４４）をそれぞれ独立して上下方向に変位可能とし、キャリッジ４３を角度調節機構２７よりも細かく作動させる微動チルト機構として構成される。次に、平行度調整機構４５の駆動ユニット７０について説明する。

図５は、駆動ユニットの構成を示す斜視図である。図６は、駆動ユニットの動作前の状態を模式的に示す断面図であり、図７は、駆動ユニットの動作後の状態を模式的に示す断面図である。駆動ユニット７０は、図５に示すように、位置決めステージ４１の天板５３上に固着される固定フレーム（フレーム部）７１と、固定フレーム７１に取り付けられる圧電素子（駆動部）７４と、変位センサ（変位測定部）７５とを備える。固定フレーム７１は、剛性の高い金属材料で形成され、天板５３の円形開口５３ａの縁に立設する一対の脚部７２，７２と、これら脚部７２，７２の上端部を連結する天面部７３とを備えてＣ字型（コ字型）に一体に形成されている。天面部７３は、位置決めステージ４１の天板５３からキャリッジベース４３ａに向かって延び、このキャリッジベース４３ａの周縁上に延在する先端部７３ａを備え、この先端部７３ａに圧電素子７４が下方に向けて取り付けられている。圧電素子７４は、印加された電圧に応じて軸方向（上下方向）に伸縮（駆動）する。

また、固定フレーム７１は、弾性案内４４を囲むように配置され、弾性案内４４には、圧電素子７４を回避する切欠き４４ａが形成されている。このため、図５及び図６に示すように、圧電素子７４は、通常状態（電圧が印加されていない状態）で、自由端となる先端７４ａがキャリッジベース４３ａの上面にほぼ接した状態となる。また、圧電素子７４は、電圧が印加されると電圧に応じて下方に伸長する。これにより、図７に示すように、圧電素子７４は、先端７４ａがキャリッジベース４３ａを下方に押圧することで、弾性案内４４が弾性変形し、キャリッジベース４３ａ（キャリッジ４３）が下方向に変位量ｔだけ変位する。なお、固定フレーム７１は、少なくとも圧電素子７４が伸長した際の反力で変形しない剛性を有する。

変位センサ７５は、キャリッジ４３の変位量を測定するセンサである。本実施形態では、真空環境下で使用される点、及び、要求される精度が高いことを考慮して、静電容量型の変位センサが用いられている。一般に、静電容量は、２つの平面間距離に応じて単一の決定される値であるため、静電容量を検出することで平面間距離（変位量）を計測している。変位センサ７５は、図６に示すように、固定フレーム７１の天面部７３の内面に取り付けられ、天面部７３の下方に位置する弾性案内４４までの距離を測定する。そして、圧電素子７４が動作して、キャリッジ４３が下方に変位した場合には、図７に示すように、弾性変形した弾性案内４４までの距離を測定し、変位前後の距離の偏差からキャリッジ４３の変位量ｔを求めている。ここで、変位センサ７５は、弾性案内４４までの距離を測定し、キャリッジ４３までの距離を直接測定していない。このため、予め、弾性案内４４までの距離とキャリッジ４３までの距離との相関関係を示すデータを制御装置３の記憶部（図示略）に保存しておき、このデータによって補正することが好ましい。

変位センサ７５は、固定フレーム７１の天面部７３の内面に取り付けられる。このため、図５に示すように、変位センサ７５は、周囲を固定フレーム７１の天面部７３、両脚部７２，７２、弾性案内４４及び圧電素子７４で覆われている。このため、ウェハの表面を活性化する際に、イオンガン２２から出射されるイオンビーム２２ａ（図２）が変位センサ７５に照射されることを抑制できる。従って、変位センサ７５の検出部の活性化が抑制され、検出精度の劣化防止や長寿命化を図っている。

また、平行度調整機構４５は、図３に示すように、３つの駆動ユニット７０を備え、これら駆動ユニット７０は、弾性案内４４と共に、キャリッジベース４３ａの周縁部にほぼ等間隔（中心角が約１２０度間隔）となるように配置されている。このため、キャリッジ４３（キャリッジベース４３ａ）の中心Ｏは、３つの駆動ユニット７０がそれぞれ備える３つの圧電素子７４を結んで形成された三角形（多角形）７６の内側に位置する。このため、これら圧電素子７４をそれぞれ伸縮させることで、キャリッジ４３の傾斜を容易に制御することができる。さらに、本実施形態では、上記した三角形７６は正三角形に形成され、この正三角形７６の中心は、キャリッジ４３の中心Ｏと一致する。このため、キャリッジ４３の傾斜、すなわち静電チャック２５に対する平行度を精度良く制御することができる。

次に、平行度調整機構４５による静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度を調整する動作手順について説明する。図８は、平行度調整機構の初期状態を示す模式図である。図９は、下側ウェハと上側ウェハとを当接させた状態の平行度調整機構を示す模式図である。図１０は、キャリッジの平行度を調整した後の状態の平行度調整機構を示す模式図である。これら図８〜図１０では、平行度調整機構４５として、２つの駆動ユニット７０ａ，７０ｂしか描かれていないが、上述したように３つの駆動ユニットを備えている。図８〜図１０では、静電チャック２５やキャリッジ４３の傾斜や、弾性案内４４の変形を誇張して描いている。

平行度調整機構４５は、制御装置３により動作が制御され、具体的には、変位センサ７５による変位量の測定、及び、圧電素子７４の駆動制御を行う。このため、本実施形態では、制御装置３は、圧電素子７４の駆動制御を行う駆動制御部として機能する。

まず、上側ウェハ３３が保持され、キャリッジ４３の円形段部４３ｂには、下側ウェハ３４が載せられて支持される。ここで、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４は、実際に接合に用いられる製品を使用しても良いが、同形状を有するダミーウェハを使用することもできる。上側ステージ機構２３は、初期状態として角度調節機構２７を用いて、上側ウェハ３３を保持する静電チャック２５の向きを調節する。角度調節機構２７は、球座３５と固定フランジ３６と球フランジ３７とを備えるため、水平面に対する静電チャック２５の平行度を５（μｍ）以下に調整して固定することができる。また、制御装置３は、各変位センサ７５を用いて、初期状態（圧電素子７４に通電していない状態）での弾性案内４４までの距離までの距離を計測する。

次に、制御装置３は、上側ステージ機構２３の圧接機構２６を動作させ、図９に示すように、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが完全に当接するまで静電チャック２５を降下させる。この場合、キャリッジ４３がキャリッジ支持台４２に接触しないように注意する。制御装置３は、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが当接した状態を保持しつつ、各変位センサ７５を用いて、この状態における弾性案内４４までの距離までの距離を計測し、これら距離の偏差から変位量を求める。この場合、上述したように、弾性案内４４までの計測距離と、キャリッジベース４３ａの上面までの実際の距離との相関関係を示すデータを用いて、変位量を補正して求めれば良い。

次に、制御装置３は、各駆動ユニットで計測された各変位量から変位量間の偏差を求める。例えば、駆動ユニット７０ａで計測された変位量ｔ１が２３（μｍ）、駆動ユニット７０ｂで計測された変位量ｔ２が２０（μｍ）、及び、図示されていない駆動ユニットで計測された変位量ｔ３が２１（μｍ）であった場合、変位量ｔ１は、変位量ｔ２よりも３（μｍ）分変位が大きく、変位量ｔ３は、変位量ｔ２よりも１（μｍ）分変位が大きい。制御装置３は、この偏差を算出し、この偏差を記憶部（図示略）に記憶する。そして、制御装置３は、上側ステージ機構２３の静電チャック２５を上昇させて、図８に示す、初期状態に戻す。

次に、制御装置３は、記憶した各偏差に応じて対応する圧電素子７４をそれぞれ駆動する。具体的には、制御装置３は、図１０に示すように、駆動ユニット７０ａの圧電素子７４に対して、３（μｍ）分伸長する電圧を印加する。同様に、図示されていない駆動ユニットの圧電素子に対して、１（μｍ）分伸長する電圧を印加する。なお、駆動ユニット７０ｂの圧電素子７４に対しては、電圧を印加せず初期状態の長さを保持する。

これにより、キャリッジ４３は、３つの圧電素子７４によってそれぞれ押圧されるため、３つの圧電素子７４で形成された面に沿って傾斜される。この面は、静電チャック２５の保持面とほぼ等しいため、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度を極めて高精度に調整することができる。出願人による実験等によれば、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度として、０.０５（μｍ）を実現することが可能となった。

このように、本実施形態に係る常温接合装置１は、位置決めステージ４１に固着されて該位置決めステージ４１の天板５３からキャリッジベース４３ａの周縁上に延在する少なくとも３つの固定フレーム７１、及び、固定フレーム７１の先端部にそれぞれ取り付けられてキャリッジベース４３ａの周縁を上下方向に駆動する圧電素子７４を含み、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度を調整する平行度調整機構４５を備えるため、この平行度の精度の向上を図ることができ、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との精密な位置合わせを実現することができる。

また、本実施形態に係る常温接合装置１は、キャリッジ４３の外側に設置され、弾性案内４４を介してキャリッジ４３を支持すると共に、キャリッジ４３を水平方向に移動する位置決めステージ４１と、キャリッジ４３の下方に設置され、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが２０トンの圧力で圧接されるときに、弾性案内４４の弾性変形により下方に変位したキャリッジ４３を支持するキャリッジ支持台４２とを備えるため、キャリッジ４３に印加された荷重が、主として、キャリッジ支持台４２に作用され、位置決めステージ４１に作用する荷重が軽減される。このため、下側ステージ機構２４の耐荷重を増大させることができる。

さらに、本実施形態に係る常温接合装置１は、平行度調整機構４５が位置決めステージ４１に固着されて該位置決めステージ４１の天板５３からキャリッジベース４３ａの周縁上に延在する少なくとも３つの固定フレーム７１、及び、固定フレーム７１の先端部にそれぞれ取り付けられてキャリッジベース４３ａの周縁を上下方向に駆動する圧電素子７４を備えた構成としたため、キャリッジ４３に印加された荷重が、圧電素子７４に作用することを防止している。このため、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが２０トンの圧力で圧接されるときに、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との接合面内の荷重分布のむらを抑えることができ、接合不良の発生を防止することができる。

また、本実施形態に係る常温接合装置１では、３つの圧電素子７４は、これら圧電素子７４を結んで形成される三角形７６の内側に、キャリッジ４３の中心Ｏが含まれる位置に設けられるため、これら圧電素子７４をそれぞれ伸縮させることで、キャリッジ４３の傾斜を容易に制御することができる。さらに、本実施形態では、三角形７６は正三角形に形成され、この正三角形７６の中心は、キャリッジ４３の中心Ｏと一致する。このため、キャリッジ４３の傾斜、すなわち静電チャック２５に対する平行度を精度良く制御することができる。

また、本実施形態に係る常温接合装置１では、平行度調整機構４５は、固定フレーム７１にそれぞれ取り付けられてキャリッジ４３の変位量を測定する変位センサ７５と、圧電素子７４を制御する制御装置３とを備え、制御装置３は、静電チャック２５を降下させて上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とを当接させた際に、各変位センサ７５がそれぞれ測定した変位量間の偏差に基づき、圧電素子７４を上下方向に伸長させたため、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度の調整を簡単、かつ、精度良く行うことができる。

［第２実施形態］
図１１は、第２実施形態に係る上側ステージ機構及び下側ステージ機構を模式的に示す断面図である。第２実施形態に係る上側ステージ機構２３Ａは、第１実施形態に係る上側ステージ機構２３と、静電チャック２５の構成が異なるが、その他の構成は同一であるため、同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、第２実施形態に係る下側ステージ機構２４Ａは、第１実施形態に係る下側ステージ機構２４と、平行度調整機構４５の構成が異なるが、その他の構成は同一であるため、同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。なお、第１実施形態と同様に、下側ステージ機構２４Ａにはアライメント機構２８が組み込まれても良いが、図１１には図示されていない。

下側ステージ機構２４Ａは、図１１に示すように、平行度調整機構４５ａを備える。図１１では、平行度調整機構４５ａは、２つの駆動ユニット７０ｄ，７０ｅしか描かれていないが、第１実施形態の平行度調整機構４５と同様に、３つの駆動ユニットを備えている。第１実施形態の平行度調整機構４５では、駆動ユニット７０がそれぞれ固定フレーム７１の内側に変位センサ７５を備えていたが、第２実施形態では、駆動ユニット７０ｄ，７０ｅ（及び不図示の駆動ユニット）は、それぞれキャリッジベース４３ａ上に測長センサ（距離測定部）７７を備えている点で異なっている。この測長センサ７７は、上側ステージ機構２３Ａの静電チャック２５までの距離を測定するセンサであり、例えば、静電容量型の測長センサを用いることができる。これら測長センサ７７は、それぞれ圧電素子７４に近接して配置されているため、圧電素子７４を伸張（駆動）させた際の、距離変化（変位）を正確に検出できる。

一方、静電チャック２５は、上側ウェハ３３よりも十分に大きな径を有するフランジ部２５ａを備える。このフランジ部２５ａは、上記した測長センサ７７と対向して形成され、対向面は平坦で上下方向に垂直である。このため、フランジ部２５ａは、測長センサ７７が静電チャック２５までの距離を測定する際の対象部となる。

次に、平行度調整機構４５ａによる静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度を調整する動作手順について説明する。図１２は、平行度調整機構の初期状態を示す模式図である。図１３は、キャリッジの平行度を調整した後の状態の平行度調整機構を示す模式図である。これら図１２、１３では、平行度調整機構４５ａとして、２つの駆動ユニット７０ｄ，７０ｅしか描かれていないが、上述したように３つの駆動ユニットを備えている。また、図１２、１３についても、静電チャック２５やキャリッジ４３の傾斜や、弾性案内４４の変形を誇張して描いている。

平行度調整機構４５ａは、制御装置３により動作が制御され、具体的には、測長センサ７７による距離の測定、及び、圧電素子７４の駆動制御を行う。このため、本実施形態では、制御装置３が圧電素子７４の駆動制御を行う駆動制御部として機能する。

まず、図１２に示すように、上側ウェハ３３が保持され、キャリッジ４３の円形段部４３ｂには、下側ウェハ３４が載せられて保持される。この実施形態においても、下側ウェハ３４は、キャリッジ４３の円形段部４３ｂの上に直接載置されているが、この円形段部４３ｂの上に、上記したカートリッジ３２を介して、下側ウェハ３４を載置する構成としても良い。上側ステージ機構２３Ａは、初期状態として角度調節機構２７を用いて、上側ウェハ３３を保持する静電チャック２５の向きを調節する。角度調節機構２７は、上述のように、球座３５と固定フランジ３６と球フランジ３７とを備えるため、水平面に対する静電チャック２５の平行度を５（μｍ）以下に調整して固定することができる。

次に、制御装置３は、測長センサ７７の計測範囲内まで静電チャック２５を降下させる。静電容量型の測長センサは、計測範囲が小さいため、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが当接しない範囲で測長センサ７７の計測範囲内まで静電チャック２５を接近させる。

次に、制御装置３は、各測長センサ７７を用いて、初期状態（圧電素子７４に通電していない状態）での静電チャック２５のフランジ部２５ａまでの距離までの距離を計測する。例えば、駆動ユニット７０ｄの測長センサ７７で計測された距離をＬ１、駆動ユニット７０ｅの測長センサ７７で計測された距離をＬ２、及び、図示されていない駆動ユニットで計測された距離をＬ３とし、その大きさは、Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌ３とする。

次に、制御装置３は、各駆動ユニットで計測された各距離から１つの距離を選択する。この選択は、測定された距離の中からいずれか１つを選択すればよく、この実施形態では、例えば、最も大きな距離Ｌ２が選択される。次に、制御装置３は、各測長センサ７７と静電チャック２５のフランジ部２５ａとの距離がすべて選択された距離Ｌ２と合致するように、対応する圧電素子７４をそれぞれ駆動する。具体的には、制御装置３は、図１３に示すように、駆動ユニット７０ｄの圧電素子７４に対して、Ｌ２−Ｌ１の偏差分だけ伸長する電圧を印加する。同様に、図示されていない駆動ユニットの圧電素子に対して、Ｌ２−Ｌ３の偏差分だけ伸長する電圧を印加する。なお、駆動ユニット７０ｅの圧電素子７４に対しては、電圧を印加せず初期状態の長さを保持する。

これにより、キャリッジ４３は、３つの圧電素子７４によってそれぞれ押圧され、各測長センサ７７から静電チャック２５のフランジ部２５ａまでの距離がすべて距離Ｌ２となる。このため、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度を極めて高精度に調整することができる。また、この構成では、平行度を調整する手順が少ないため、簡単に静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度調整を行うことができる。

第２実施形態に係る平行度調整機構４５ａは、静電チャック２５のフランジ部２５ａとの距離を測定する３つの測長センサ７７と、圧電素子７４を制御する制御装置３とを備え、制御装置３は、測長センサ７７がそれぞれ測定した距離のいずれか１つに合致するように、圧電素子７４を上下方向に伸長させたため、静電チャック２５に対するキャリッジ４３の平行度の調整を簡単、かつ、精度良く行うことができる。

また、第２実施形態に係る平行度調整機構４５ａでは、測長センサ７７は、圧電素子７４にそれぞれ近接してキャリッジベース４３ａ上に設けられるため、圧電素子７４を伸張させた際の、距離変化を正確に検出できる。

第２実施形態では、キャリッジベース４３ａ上に配置した測長センサ７７から静電チャック２５のフランジ部２５ａまでの距離に基づき、キャリッジ４３の平行度調整を行っているが、測長センサ７７の位置を適宜変更することは可能である。さらに、静電チャック２５までの距離を測定できる構成であれば、例えば、アライメント機構２８の赤外照明６１（図４参照）から発せられる赤外線を利用して静電チャック２５までの距離を測定しても良い。

［キャリッジの変形例］
上記した第１実施形態及び第２実施形態では、キャリッジ４３は、円板状に形成されたキャリッジベース４３ａと、このキャリッジベース４３ａよりも小径の円板状に形成された円形段部４３ｂとを備えた、段付きの同心円板として形成されている。キャリッジ４３は、金属製の板体として一体に形成されていたが、このキャリッジの円形段部に下側ウェハ３４を小さなストロークで微動させる微動ステージの機能が組み込んだ構成とすることもできる。

図１４は、変形例に係るキャリッジの構成を示す平画図である。キャリッジ１４３は、円板状に形成されたキャリッジベース１４３ａと、このキャリッジベース１４３ａよりも小径の円板状に形成された円形段部１４３ｂとを備えた、段付きの同心円板として形成されている。円形段部１４３ｂは、フレーム８１と、このフレーム８１の内側に配置されるテーブル８２とを備える。テーブル８２の上には、下側ウェハ３４が載せられるため、テーブル８２が下側ウェハ３４を保持する下側基板保持部として機能する。この変形例においても、下側ウェハ３４は、円形段部１４３ｂ（テーブル８２）の上に直接載置されているが、この円形段部１４３ｂの上に、上記したカートリッジ３２を介して、下側ウェハ３４を載置する構成としても良い。テーブル８２は、複数のヒンジ部８３により、フレーム８１に可動に支持されている。本構成では、テーブル８２の４隅が４つのヒンジ部８３によってフレーム８１に連結されている。また、テーブル８２には、上記したアライメント機構２８の赤外照明６１（図４参照）から発せられる赤外線が透過する透明部位６５が形成されている。この透明部位６５の代わりに赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けても良い。

図１５は、図１４のＡ部拡大図である。ヒンジ部８３は、小片部材９１，９２を有している。小片部材９１は、狭隘部９３によってテーブル８２に連結されており、狭隘部９４によって小片部材９２に連結されている。また、小片部材９２は、狭隘部９５によってフレーム８１に連結されている。図１６は、狭隘部の構造を示す斜視図である。狭隘部９３は、幅が細い構造として構成されており、湾曲可能である。狭隘部９４，９５も同様に、幅が細い構造として構成されており、湾曲可能である。このような構造のヒンジ部８３は、テーブル８２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能であり、且つ、θ角方向に回転可能であるようにフレーム８１に連結している。ここで、θ角方向とは、ＸＹ平面内の角度方向である。

図１４に戻り、キャリッジ１４３の円形段部１４３ｂは、さらに、テーブル８２を駆動する３つの駆動機構８４Ａ〜８４Ｃを備えている。駆動機構８４Ａ，８４Ｂは、テーブル８２をＸ軸方向に駆動し、駆動機構８４Ｃは、テーブル８２をＹ軸方向に駆動する。本構成では、フレーム８１に複数のヒンジ部８３を介して連結されたテーブル８２と、このテーブル８２をフレーム８１に対して駆動する駆動機構８４Ａ〜８４Ｃとを備えて、該テーブル８２を微動させる微動機構８０として構成される。

駆動機構８４Ａは、圧電素子８５Ａと連結部８６Ａとを備えている。圧電素子８５Ａは、その一端がフレーム８１に連結されており、他端が連結部８６Ａに連結されている。圧電素子８５Ａは、それに供給された電圧に応じて連結部８６ＡをＸ軸方向に移動させる。連結部８６Ａは、その一端が圧電素子８５Ａに連結され、他端がテーブル８２に連結されている。ここで、連結部８６Ａは、２つの狭隘部８７が設けられ、狭隘部８７において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構８４Ｃによってテーブル８２がＹ軸方向に駆動された場合でも、テーブル８２のＹ軸方向への変位を狭隘部８７の湾曲によって吸収することができる。

駆動機構８４Ｂも、駆動機構８４Ａと同様に構成されており、圧電素子８５Ｂと連結部８６Ｂとを備えている。圧電素子８５Ｂは、その一端がフレーム８１に連結されており、他端が連結部８６Ｂに連結されている。圧電素子８５Ｂは、それに供給された電圧に応じて連結部８６ＢをＸ軸方向に移動させる。連結部８６Ｂは、その一端が圧電素子８５Ｂに連結され、他端がテーブル８２に連結されている。連結部８６Ｂは、２つの狭隘部８７が設けられており、該狭隘部８７において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構８４Ｃによってテーブル８２がＹ軸方向に駆動された場合でも、テーブル８２のＹ軸方向への変位を連結部８６Ｂの狭隘部８７の湾曲によって吸収することができる。

さらに、駆動機構８４Ｃも、テーブル８２を駆動する方向が異なる点を除けば、駆動機構８４Ａ，８４Ｂと同様に構成されている。詳細には、駆動機構８４Ｃは、圧電素子８５Ｃと連結部８６Ｃとを備えている。圧電素子８５Ｃは、その一端がフレーム８１に連結されており、他端が連結部８６Ｃに連結されている。圧電素子８５Ｃは、それに供給された電圧に応じて連結部８６ＣをＹ軸方向に移動させる。連結部８６Ｃは、その一端が圧電素子８５Ｃに連結され、他端がテーブル８２に連結されている。連結部８６Ｃは、２つの狭隘部８７が設けられており、該狭隘部８７において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構８４Ａ，８４Ｂによってテーブル８２がＸ軸方向に駆動された場合でも、テーブル８２のＸ軸方向への変位を連結部８６Ｃの狭隘部８７の湾曲によって吸収することができる。

このような構成のキャリッジ１４３は、テーブル８２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能であり、且つ、θ角方向に回転可能である微細ステージとして機能する。Ｘ軸方向にテーブル８２を移動させる場合、駆動機構８４Ａ，８４Ｂの圧電素子８５Ａ，８５Ｂに、該圧電素子８５Ａ，８５Ｂが同一の変位となるような電圧が供給される。これにより、圧電素子８５Ａ，８５Ｂに供給される電圧を適切に調節することで、テーブル８２をＸ軸方向の所望の位置に移動させることができる。また、Ｙ軸方向にテーブル８２を移動させる場合、駆動機構８４Ｃの圧電素子８５Ｃに、所定の変位となるような電圧が供給される。これにより、圧電素子８５Ｃに供給される電圧を適切に調節することで、テーブル８２をＹ軸方向の所望の位置に移動させることができる。さらに、θ角方向にテーブル８２を回転させる場合、駆動機構８４Ａ，８４Ｂの圧電素子８５Ａ，８５Ｂに、該圧電素子８５Ａ，８５Ｂが異なる所望の変位となるような電圧が供給される。圧電素子８５Ａ，８５Ｂに供給される電圧を適切に調節することで、θ角方向の所望の角度にテーブル８２を回転させることができる。

このような構成のキャリッジ１４３は、テーブル８２の移動に圧電素子８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃを用いるため、テーブル８２を高精度で移動させ、又は、回転させることができる。言い換えれば、キャリッジ１４３は、テーブル８２に保持されている下側ウェハ３４の位置合わせを高精度で行うことができる。

このような構成の下側ステージ機構２４，２４Ａによる下側ウェハ３４の位置決めにおいては、位置決めステージ４１が粗動ステージ機構として動作し、キャリッジ１４３が微動ステージ機構として動作する。すなわち、位置決めステージ４１は、キャリッジ１４３と比較して、ストロークが大きいが精度が低いステージ機構として動作する。キャリッジ１４３は、位置決めステージ４１と比較して、ストロークが小さいが精度が高いステージ機構として動作する。下側ウェハ３４を大きな変位でＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ角方向の少なくとも一方向に移動させ、又は回転させる必要がある場合、位置決めステージ４１によって下側ウェハ３４が移動され、又は回転される。また、下側ウェハ３４を小さな変位でＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ角方向の少なくとも一方向に移動させ、又は回転させる必要がある場合、キャリッジ４３によって下側ウェハ３４が移動され、又は回転される。このような動作により、下側ステージ機構２４，２４Ａは、十分に大きなストロークと、ウェハの精密な位置合わせとを実現することができる。

このため、上記した微動機構８０を有するキャリッジ１４３を、平行度調整機構４５，４５ａと組み合わせることにより、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との水平方向の位置合わせの精度を高めると共に、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の平行度の精度も高めることができ、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との精密な位置合わせを実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、平行度調整機構は、３つの駆動ユニットを備える構成としたが、駆動ユニットを４つや５つ設ける構成としても良い。

１ 常温接合装置
３ 制御装置（駆動制御部）
４ ロードロックチャンバ
５ 接合チャンバ
５ａ 底板
２２ イオンガン
２２ａ イオンビーム
２３，２３Ａ 上側ステージ機構
２４，２４Ａ 下側ステージ機構
２５ 静電チャック（上側基板保持部）
２５ａ フランジ部
２６ 圧接機構
２７ 角度調節機構
２８ アライメント機構
３３ 上側ウェハ（上側基板）
３４ 下側ウェハ（下側基板）
４１ 位置決めステージ
４２ キャリッジ支持台
４３，１４３ キャリッジ
４３ａ，１４３ａ キャリッジベース
４３ｂ，１４３ｂ 円形段部（下側基板保持部）
４４ 弾性案内
４５，４５ａ 平行度調整機構
７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｄ，７０ｅ 駆動ユニット
７１ 固定フレーム
７２ 脚部
７３ 天面部
７３ａ 先端部
７４ 圧電素子
７４ａ 先端
７５ 変位センサ（変位測定部）
７６ 三角形（多角形）
７７ 測長センサ（距離測定部）
８０ 微動機構
８１ フレーム
８２ テーブル（下側基板保持部）
８３ ヒンジ部
８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ 圧電素子

Claims (8)

1. 上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバと、
   前記接合チャンバの内部に設置され、前記上側基板を保持する上側基板保持部を有し、前記上側基板保持部を上下方向に移動可能に支持する上側ステージ機構と、
   前記接合チャンバの内部に設置され、前記下側基板を前記上下方向と直交する水平方向に移動可能に支持する下側ステージ機構と、を備え、
   前記下側ステージ機構は、前記下側基板を支持するキャリッジと、
   前記キャリッジに接合される弾性案内と、
   前記キャリッジの外側に設置され、前記弾性案内を介して前記キャリッジを支持すると共に、前記キャリッジを前記水平方向に移動する位置決めステージと、
   前記キャリッジの下方に設置され、前記上側基板と前記下側基板とが圧接されるときに、前記弾性案内の弾性変形により下方に変位した前記キャリッジを支持するキャリッジ支持台と、
   前記位置決めステージに固着されて該位置決めステージから前記キャリッジの周縁上に延在する少なくとも３つのフレーム部、及び、前記フレーム部にそれぞれ取り付けられて前記キャリッジの周縁を前記上下方向に駆動する駆動部を含み、前記上側基板保持部に対する前記キャリッジの平行度を調整する平行度調整機構と、を備え、
   前記平行度調整機構の前記フレーム部は、前記位置決めステージに立設する一対の脚部と、これら脚部の上端部を連結する天面部とを備えて前記弾性案内をそれぞれ囲むように配置され、前記弾性案内の前記キャリッジ側の端部には、前記駆動部の自由端を回避する切欠きが形成されている、ことを特徴とする常温接合装置。
2. 少なくとも３つの前記駆動部は、これら駆動部を結んで形成される多角形の内側に、前記キャリッジの中心が含まれる位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の常温接合装置。
3. 前記平行度調整機構は、前記フレーム部の前記天面部の内面にそれぞれ取り付けられて前記キャリッジの変位量を測定する変位測定部と、前記駆動部を制御する駆動制御部とを備え、前記駆動制御部は、前記上側基板保持部を降下させて前記上側基板と前記下側基板とを当接させた際に、前記変位測定部がそれぞれ測定した前記変位量、もしくは、これら変位量間の偏差に基づき、前記駆動部を前記上下方向に駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載の常温接合装置。
4. 前記平行度調整機構は、前記上側基板保持部との距離を測定する複数の距離測定部と、前記駆動部を制御する駆動制御部とを備え、前記駆動制御部は、前記距離測定部がそれぞれ測定した前記距離のいずれかに合致するように、対応する前記駆動部を前記上下方向に駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載の常温接合装置。
5. 前記距離測定部は、前記駆動部にそれぞれ近接して前記キャリッジ上に設けられることを特徴とする請求項４に記載の常温接合装置。
6. 前記キャリッジは、前記下側基板を保持する下側基板保持部と、前記下側基板保持部を前記位置決めステージよりも細かく前記水平方向に移動する微動機構と、を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の常温接合装置。
7. 請求項１に記載の常温接合装置を用いて、前記上側基板保持部に保持された上側基板と、前記キャリッジに支持された前記下側基板とを常温接合する常温接合方法であって、
   前記常温接合装置は、前記フレーム部の前記天面部の内面にそれぞれ取り付けられて前記キャリッジの変位量を測定する変位測定部を備えた構成とし、
   前記上側基板保持部を降下させて前記上側基板と前記下側基板とを当接させる工程と、
   前記上側基板と前記下側基板とが当接した際に、前記弾性案内が変形して前記キャリッジが変位した変位量を、前記変位測定部を用いてそれぞれ測定する工程と、
   前記上側基板を保持した上側基板保持部を上昇させると共に、測定した各変位量の偏差に基づいて前記駆動部を前記上下方向に駆動して、前記上側基板保持部に対する前記キャリッジの平行度を調整する工程と、
   平行度が調整された前記上側基板保持部を降下させて前記上側基板と前記下側基板とを圧接させる工程と、を備えることを特徴とする常温接合方法。
8. 請求項１に記載の常温接合装置を用いて、前記上側基板保持部に保持された上側基板と、前記キャリッジに支持された前記下側基板とを常温接合する常温接合方法であって、
   前記常温接合装置は、前記キャリッジ上に配置されて、前記上側基板保持部との距離を測定する複数の距離測定部を備えた構成とし、
   前記上側基板保持部を前記距離測定部の計測範囲内まで降下させる工程と、
   前記駆動部が駆動していない初期状態で、前記距離測定部を用いて、前記上側基板保持部との距離をそれぞれ測定する工程と、
   測定した前記距離の中から選択された一の距離に他の距離が合致するように、対応する駆動部を前記上下方向に駆動して、前記上側基板保持部に対する前記キャリッジの平行度を調整する工程と、
   平行度が調整された前記上側基板保持部を降下させて前記上側基板と前記下側基板とを圧接させる工程と、を備えることを特徴とする常温接合方法。

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