WO2010067656A1 - 常温接合装置 - Google Patents

Abstract

本発明による常温接合装置は、内部の雰囲気が減圧されるロードロックチャンバーと、そのロードロックチャンバーの内部に配置されるカートリッジとを備えている。このとき、そのカートリッジは、その基板がそのカートリッジに載せられるときにその基板に接触する島部分が形成されている。その島部分は、その基板が載せられているときにそのカートリッジとその基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている。そのカートリッジとその基板とに挟まれる空間に充填された気体は、そのロードロックチャンバーの内部の雰囲気が減圧されるときに、その流路を通って外部に排気される。このため、このような常温接合装置は、その雰囲気が減圧されるときに、その気体がそのカートリッジに対してその基板を移動させることを防止することができる。

Description

常温接合装置

　本発明は、常温接合装置に関し、特に、常温接合を用いて製品を大量に生産する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が知られている。その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。真空雰囲気で活性化されたウェハ表面同士を接触させ、２枚のウェハを接合する常温接合が知られている。このような常温接合は、そのＭＥＭＳを作製することに好適である。このような常温接合では、ウェハの接合面の汚染を防止することが重要である。さらに、このような常温接合する常温接合装置は、量産性向上を指向する必要があり、信頼性の向上、コスト低減、コンパクト化、メンテナンスの軽減が望まれている。

　特許第３９７０３０４号公報には、長寿命である常温接合装置が開示されている。その常温接合装置は、接合チャンバーと上側ステージとキャリッジと弾性案内と位置決めステージと第１機構と第２機構とキャリッジ支持台とを具備している。その接合チャンバーは、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。その上側ステージは、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する。そのキャリッジは、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持する。その弾性案内は、前記キャリッジに同体に接合される。その位置決めステージは、前記接合チャンバーの内部に設置され、水平方向に移動可能に前記弾性案内を支持する。その第１機構は、前記弾性案内を駆動して前記水平方向に前記キャリッジを移動する。その第２機構は、前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する。そのキャリッジ支持台は、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記上側ステージが移動する方向に前記キャリッジを支持する。前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが接触しないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持し、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する。

　特開２００４－２０７６０６号公報には、薄くなった半導体ウェハの取り扱いを容易とすると共に、常に結晶方位を認識できるようにするウェハサポートプレートが開示されている。そのウェハサポートプレートは、半導体ウェハを支持する支持面を有するウェハサポートプレートであって、支持された半導体ウェハの結晶方位を示す結晶方位マークが形成されていることを特徴としている。

特許第３９７０３０４号公報 特開２００４－２０７６０６号公報

　本発明の課題は、接合される基板の位置ずれを防止する常温接合装置を提供することにある。
　本発明の他の課題は、接合される基板の汚染を防止する常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、基板が接合される雰囲気の汚染を防止する常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、製造コストがより小さい常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、メンテナンスが軽減される常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、接合される基板の破損を防止する常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、より薄い基板を搬送・接合することに好適である常温接合装置を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、様々な形状の基板を搬送・接合することに好適である常温接合装置を提供することにある。

　本発明による常温接合装置は、内部の雰囲気が減圧されるロードロックチャンバーと、そのロードロックチャンバーの内部に配置されるカートリッジとを備えている。このとき、そのカートリッジは、その基板がそのカートリッジに載せられるときにその基板に接触する島部分が形成されている。その島部分は、その基板が載せられているときにそのカートリッジとその基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている。そのカートリッジとその基板とに挟まれる空間に充填された気体は、そのロードロックチャンバーの内部の雰囲気が減圧されるときに、その流路を通って外部に排気される。このため、このような常温接合装置は、その雰囲気が減圧されるときに、その気体がそのカートリッジに対してその基板を移動させることを防止することができる。

　本発明による常温接合装置は、接合チャンバーと、そのロードロックチャンバーとその接合チャンバーとのゲートを開閉するゲートバルブと、そのゲートが開放されているときにそのロードロックチャンバーからその接合チャンバーにそのカートリッジを搬送する搬送装置とをさらに備えている。このとき、その接合チャンバーは、その基板がその接合チャンバーの内部に配置されているときに、その基板を他の基板に接合する。そのカートリッジは、このような常温接合装置に適用されることが好ましい。

　そのカートリッジは、フランジが形成されている。このとき、その搬送装置は、そのフランジのうちの下向きの支持面に接触することにより、そのカートリッジを保持する。このような常温接合装置は、その搬送装置がその基板に直接に接触しないで、その基板をより確実に保持することができる。このため、このような常温接合装置は、その基板の汚染を防止することができる。

　そのカートリッジは、そのフランジにハンド位置決め手段が形成されている。このとき、その搬送装置は、そのカートリッジを搬送するときに、そのハンド位置決め手段に嵌合する他のハンド位置決め手段が形成されている。このような常温接合装置は、その搬送装置に対するそのカートリッジの位置が常時に等しくなるように、その搬送装置がそのカートリッジを保持することができる。このため、このような常温接合装置は、その基板をより高精度に搬送することができる。そのハンド位置決め手段は、ピンである。その他のハンド位置決め手段は、切り欠きであることが好ましい。

　その接合チャンバーは、そのカートリッジを保持する下側ステージを備えている。このとき、そのカートリッジは、ステージ位置決め手段が形成されている。その下側ステージは、その下側ステージがそのカートリッジを保持するときに、そのステージ位置決め手段に嵌合する他のステージ位置決め手段が形成されている。このような常温接合装置は、その下側ステージに対するそのカートリッジの位置が常時に等しくなるように、その下側ステージがそのカートリッジを保持することができる。このため、このような常温接合装置は、その基板をより高精度に接合することができる。

　そのステージ位置決め手段は、孔である。その他のステージ位置決め手段は、その孔に嵌まる突起であることが好ましい。

　本発明による常温接合装置は、撮影装置と、アライメント装置とをさらに備えている。このとき、そのカートリッジは、アライメント用孔が形成されている。その撮影装置は、その基板がそのカートリッジに載せられる場合で、その下側ステージがそのカートリッジを保持しているときに、そのアライメント用孔を介してその基板の画像を撮影する。そのアライメント装置は、その画像に基づいてその下側ステージを駆動する。このような常温接合装置は、その基板がそのカートリッジに載せられている状態で、その基板を高精度に位置決めすることができる。このため、このような常温接合装置は、その基板がそのカートリッジに載せられている状態で、その基板をより高精度に接合することができる。

　その島部分は、その基板の一方の面の概ね全部に接触する接触面が形成されている。このとき、その接触面には、その流路である溝が形成されている。このような常温接合装置は、その基板がそのカートリッジに載せられている状態でその基板を接合するときに、その基板の破損を防止することができ、その基板により大きい荷重を印加することができる。

　そのカートリッジは、複数の基板位置決めピンを備えている。このとき、その複数の基板位置決めピンは、その基板がそのカートリッジに載せられたときに、その基板の縁がその複数の基板位置決めピンの全部に接触するように、配置されている。このような常温接合装置は、そのカートリッジに対するその基板の位置が常時に等しくなるように、その基板がそのカートリッジに載せられることができる。このため、このような常温接合装置は、その基板をより高精度に搬送することができる。

　その複数の基板位置決めピンは、その基板がそのカートリッジに載せられたときに、その基板の表面のうちのそのカートリッジに接触する面の裏面からその複数の基板位置決めピンの先端が突出しないように、その基板の表面のうちのそのカートリッジに接触する面とその面の裏面との間にその複数の基板位置決めピンの先端が配置されるように、形成されている。このような常温接合装置は、その下側ステージに対向する上側ステージをその基板に接近させるときに、その上側ステージがその複数の基板位置決めピンに接触することを防止することができ、その上側ステージにその基板をより確実に接触させることができる。このような常温接合装置は、その基板が他の基板に接合されるときに、その複数の基板位置決めピンがその接合を阻害することを防止することができ、その基板をより確実に接合させることができる。

　その島部分は、その基板の一方の面の中央部分に接触しないで、その基板の一方の面の外周部分に接触する。このようなカートリッジは、２つの基板を接合するときに、その２つの基板のうちのその上側ステージにより保持される一方の上側基板が載せられることに利用される。このとき、このような常温接合装置は、その上側基板の接合面の汚染を防止することができる。

　本発明による常温接合方法は、基板が載せられているカートリッジが配置されているロードロックチャンバーの内部を減圧するステップと、そのロードロックチャンバーの内部が減圧された後に、そのロードロックチャンバーの内部から接合チャンバーにそのカートリッジを搬送するステップとを備えている。そのカートリッジは、その基板がそのカートリッジに載せられるときにその基板に接触する島部分が形成されている。その島部分は、その基板が載せられているときにそのカートリッジとその基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている。そのカートリッジとその基板とに挟まれる空間に充填された気体は、そのロードロックチャンバーの内部の雰囲気が減圧されるときに、その流路を通って外部に排気される。このため、このような常温接合方法によれば、その雰囲気が減圧されるときに、その気体がそのカートリッジに対してその基板を移動させることを防止することができる。

　その接合チャンバーは、上側ステージと下側ステージとを備えている。その基板は、上側基板と下側基板とを含んでいる。そのカートリッジは、上側カートリッジと下側カートリッジとを含んでいる。このとき、本発明による常温接合方法は、さらに、その上側基板がその上側カートリッジに載せられている場合で、かつ、その下側ステージがその上側カートリッジを保持しているときに、その上側ステージとその下側ステージとを接近させることによりその上側基板をその上側ステージに保持させるステップと、その上側基板がその上側ステージに保持された後に、その下側基板がその下側カートリッジに載せられている場合で、かつ、その下側ステージがその下側カートリッジを保持しているときに、その上側ステージとその下側ステージとを接近させることによりその上側基板とその下側基板とを接合するステップとを備えている。すなわち、そのカートリッジは、このような常温接合方法に適用されることが好ましい。

　本発明による常温接合装置は、接合される基板の位置ずれを防止することができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、搬送装置が基板に直接に接触することなく、基板を搬送することができ、接合される基板の汚染を防止することができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、基板が接合される雰囲気の汚染を防止することができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、製造コストがより小さくすることができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、メンテナンスを軽減することができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、接合される基板の破損を防止することができる。
　本発明による常温接合装置は、さらに、より薄い基板を搬送・接合することに好適である。
　本発明による常温接合装置は、さらに、様々な形状の基板を搬送・接合することに好適である。

図１は、常温接合装置を示す断面図である。 図２は、常温接合装置を示す断面図である。 図３は、ステージキャリッジを示す斜視図である。 図４は、搬送装置のハンドを示す平面図である。 図５は、上側カートリッジを示す平面図である。 図６は、上側カートリッジを示す断面図である。 図７は、ウェハ位置決めピンを示す断面図である。 図８は、位置決め用ピンを示す断面図である。 図９は、下側カートリッジを示す平面図である。 図１０は、下側カートリッジを示す断面図である。 図１１は、ウェハがカートリッジに載った状態を示す断面図である。 図１２は、上側ウェハを搬送する動作を示す図である。 図１３は、下側ウェハを搬送する動作を示す図である。

　図面を参照して、本発明による常温接合装置の実施の形態を記載する。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、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ー３は、さらに、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。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、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。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、大気雰囲気にすることで開放することができる。そのゲートの大きさは、上側カートリッジ１１と下側カートリッジ１２とより大きい。

　搬送装置８は、第１アーム１５と第２アーム１６とハンド１７と第１節１８と第２節１９と第３節２０とを備えている。第１アーム１５と第２アーム１６とハンド１７とは、それぞれ、棒状に形成されている。第１節１８は、ロードロックチャンバー３の床板に支持され、回転軸２２を中心に回転可能に第１アーム１５を支持している。回転軸２３は、鉛直方向に平行である。第２節１９は、第１節１８に支持され、回転軸２３を中心に回転可能に第２アーム１６を支持している。回転軸２３は、鉛直方向に平行であり、すなわち、回転軸２２に平行である。第３節２０は、第２節１９に支持され、回転軸２４を中心に回転可能にハンド１７を支持している。回転軸２４は、鉛直方向に平行であり、すなわち、回転軸２３に平行である。

　搬送装置８は、さらに、図示されていない昇降機構と伸縮機構とを備えている。その昇降機構は、ユーザの操作により、第１アーム１５を昇降させて、ハンド１７を昇降させる。その伸縮機構は、ユーザの操作により、第１節１８を制御してハンド１７を回転させ、第１節１８と第２節１９と第３節２０とを制御してハンド１７の長手方向に平行にハンド１７を平行移動させる。

　搬送装置８は、ゲートバルブ５を介してロードロックチャンバー３から接合チャンバー２に上側カートリッジ１１または下側カートリッジ１２を搬送すること、または、ゲートバルブ５を介して接合チャンバー２からロードロックチャンバー３に上側カートリッジ１１または下側カートリッジ１２を搬送することに利用される。

　接合チャンバー２は、真空ポンプ３１とイオンガン３２と電子銃３３とを備えている。接合チャンバー２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、接合チャンバー２の外部に配置され、排気口３５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３１としては、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。イオンガン３２は、１つの照射方向３６に向けられて配置され、照射方向３６に向けて加速された荷電粒子を放出する。その荷電粒子としては、アルゴンイオンが例示される。イオンガン３２は、接合対象であるウェハの表面を活性化する他の表面活性化装置に置換することができる。その表面活性化装置としては、プラズマガン、高速原子ビーム源などが例示される。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られて配置され、その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を備えている。ヒンジ３８は、壁３４に対して回転可能に扉３７を支持している。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ー２の外部から見えるように配置されていれば壁３４のどこでもかまわない。

　接合チャンバー２は、図２に示されているように、さらに、上側ステージ４１と下側ステージ４２とを内部に備えている。下側ステージ４２は、接合チャンバー２の下部に配置されている。上側ステージ４１は、接合チャンバー２の上部に配置され、試料台４３－１と圧接機構４３－２とを備えている。試料台４３－１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。試料台４３－１は、その下端に誘電層を備え、その誘電層とウェハの間に電圧を印加し、静電力によってウェハをその誘電層に吸着する。圧接機構４３－２は、ユーザの操作により、試料台４３－１を接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動させる。

　イオンガン３２は、上側ステージ４１に支持される基板と下側ステージ４２に支持される基板とが離れているときに、上側ステージ４１に支持される基板と下側ステージ４２に支持される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、上側ステージ４１に支持される基板と下側ステージ４２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。

　下側ステージ４２は、図３に示されているように、ステージキャリッジ４５を備えている。ステージキャリッジ４５は、概ね円盤状に形成されている。ステージキャリッジ４５は、その円盤の軸が鉛直方向に平行になるように配置され、その円盤の上側の面に平坦な支持面４６が形成されている。ステージキャリッジ４５は、支持面４６に複数のアライメント用孔４７が形成されている。ステージキャリッジ４５は、さらに、支持面４６の外周部に複数の位置決めピン４８－１～４８－２が形成されている。複数の位置決めピン４８－１～４８－２は、それぞれ、円形で先細の突起に形成されている。

　下側ステージ４２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。その撮像装置は、ステージキャリッジ４５の直下に配置されている。その撮像装置は、ユーザの操作により、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用孔４７を介して、下側ステージ４２に支持される基板の画像を撮影する。その位置決め機構は、ユーザの操作により、ステージキャリッジ４５を水平方向に平行な方向に平行移動させ、ステージキャリッジ４５を鉛直方向に平行な回転軸を中心に回転移動させる。

　図４は、搬送装置８のハンド１７を示している。ハンド１７は、第３節２０に接合される端と反対側の端に、爪２１－１、２１－２が形成されている。爪２１－１、２１－２は、それぞれ、板状に形成されている。爪２１－１、２１－２は、１つの水平面に沿うように配置されている。爪２１－１は、直線状の辺縁２５－１を有している。爪２１－２は、直線状の辺縁２５－２を有している。爪２１－１、２１－２は、辺縁２５－１が辺縁２５－２に対向するように、かつ、辺縁２５－１と辺縁２５－２とが平行になるように配置されている。爪２１－１は、辺縁２５－１の一部に切り欠き４９－１が形成されている。爪２１－２は、辺縁２５－２の一部に切り欠き４９－２が形成されている。切り欠き４９－２は、切り欠き４９－１に対向するように、形成されている。

　図５は、上側カートリッジ１１を示している。上側カートリッジ１１は、アルミニウムまたはステンレス鋼から形成され、概ね円盤状に形成され、上側ウェハを載せるために利用される。上側カートリッジ１１は、複数の位置決め穴５３－１～５３－２と複数のアライメント用穴５４とが形成されている。複数の位置決め穴５３－１～５３－２は、円形に形成され、その円盤の外周の近傍に形成されている。複数の位置決め穴５３－１～５３－２の径は、それぞれ、ステージキャリッジ４５の位置決めピン４８－１～４８－２の径に概ね等しい。複数の位置決め穴５３－１～５３－２は、さらに、位置決め穴５３－１と位置決め穴５３－２との距離が位置決めピン４８－１と位置決めピン４８－２との距離に一致するように、形成されている。すなわち、複数の位置決め穴５３－１～５３－２は、上側カートリッジ１１がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数の位置決めピン４８－１～４８－２に嵌まるように、配置されている。すなわち、上側カートリッジ１１は、複数の位置決め穴５３－１～５３－２に複数の位置決めピン４８－１～４８－２が嵌まるようにステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の定位置に載せられる。

　複数のアライメント用穴５４は、貫通するように形成されている。複数のアライメント用穴５４は、上側カートリッジ１１がステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用穴４７にそれぞれ接続されるように形成されている。複数のアライメント用穴５４は、さらに、上側カートリッジ１１に上側ウェハが載せられたときに、その上側ウェハに形成されるアライメントマークに一致するように、形成されている。下側ステージ４２の２つの撮像装置は、上側カートリッジ１１がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数のアライメント用穴５４を介して、そのアライメントマークを撮影することができるように配置されている。

　上側カートリッジ１１は、さらに、その円盤の上側の面に、複数の島部分５１－１～５１－４と複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３とが形成されている。複数の島部分５１－１～５１－４は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、上側カートリッジ１１に載せられる上側ウェハの外周に沿うように形成され、上端が１つの平面に沿うように形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、上側カートリッジ１１に載せられる上側ウェハの外周に沿うように形成されている。ウェハ位置決めピン５２－２～５２－３は、特に、上側カートリッジ１１に載せられる上側ウェハのオリエンタルフラットに沿うように形成されている。このとき、上側ウェハは、オリエンタルフラットがウェハ位置決めピン５２－２～５２－３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン５２－１に接するように、上側カートリッジ１１に載せられるときに、上側カートリッジ１１の定位置に載せられる。上側カートリッジ１１は、さらに、上側ウェハがその定位置に載せられたときに、上側カートリッジ１１と上側ウェハ５０－１とに挟まれる空間が外部に通じる流路が形成されるように、複数の島部分５１－１～５１－４が形成されている。すなわち、複数の島部分５１－１～５１－４は、互いに、連ならないように形成されている。

　さらに、複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３は、複数の島部分５１－１～５１－４より高く形成され、複数の島部分５１－１～５１－４の高さとその上側ウェハの厚さとの和より低く形成されている。すなわち、複数の島部分５１－１～５１－４は、図６に示されているように、上側カートリッジ１１に上側ウェハ５０－１が載せられたときに、上側ウェハ５０－１の上側カートリッジ１１に対向する面の外周に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３は、上側カートリッジ１１に上側ウェハ５０－１が載せられたときに、上側ウェハ５０－１の側面に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３は、上側カートリッジ１１に上側ウェハ５０－１が載せられたときに、上側ウェハ５０－１の上側カートリッジ１１に対向する面の裏面から突出しないように、形成されている。

　上側カートリッジ１１は、図７に示されているように、フランジ部分５６と本体部分５７とから形成されている。本体部分５７は、円柱状に形成されている。その円柱の径は、ハンド１７の辺縁２５－１と辺縁２５－２との間隔より小さい。フランジ部分５６は、本体部分５７の円柱の側面から張り出すように形成され、円盤状に形成されている。その円盤の径は、ハンド１７辺縁２５－１と辺縁２５－２との間隔より大きい。すなわち、上側カートリッジ１１は、フランジ部分５６が爪２１－１～２１－２に載ることにより、搬送装置８に把持される。

　上側カートリッジ１１は、さらに、図８に示されているように、位置決め用ピン５９が形成されている。位置決め用ピン５９は、フランジ部分５６の下側に向いている面から突出する突起に形成されている。位置決め用ピン５９の径は、切り欠き４９－１～４９－２の径と概ね等しい。位置決め用ピン５９は、フランジ部分５６の円盤の中心に関して互いに対称である２つの部分に、２つが形成されている。すなわち、位置決め用ピン５９は、上側カートリッジ１１が搬送装置８に把持されたときに、爪２１－１～２１－２の切り欠き４９－１～４９－２にそれぞれ嵌まるように、形成されている。このとき、上側カートリッジ１１は、爪２１－１～２１－２の切り欠き４９－１～４９－２にそれぞれ嵌まるように搬送装置８に把持されるときに、ハンド１７の定位置に把持される。

　図９は、下側カートリッジ１２を示している。下側カートリッジ１２は、アルミニウムから形成され、概ね円盤状に形成され、下側ウェハを載せるために利用される。下側カートリッジ１２は、複数の位置決め穴６３－１～６３－２と複数のアライメント用穴６４とが形成されている。複数の位置決め穴６３－１～６３－２は、円形に形成され、その円盤の外周の近傍に形成されている。複数の位置決め穴６３－１～６３－２の径は、それぞれ、ステージキャリッジ４５の位置決めピン４８－１～４８－２の径に概ね等しい。複数の位置決め穴６３－１～６３－２は、さらに、位置決め穴６３－１と位置決め穴６３－２との距離が位置決めピン４８－１と位置決めピン４８－２との距離に一致するように、形成されている。すなわち、複数の位置決め穴６３－１～６３－２は、下側カートリッジ１２がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数の位置決めピン４８－１～４８－２に嵌まるように、配置されている。すなわち、下側カートリッジ１２は、複数の位置決め穴６３－１～６３－２に複数の位置決めピン４８－１～４８－２が嵌まるようにステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の定位置に載せられる。

　複数のアライメント用穴６４は、貫通するように形成されている。複数のアライメント用穴６４は、下側カートリッジ１２がステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用穴４７にそれぞれ接続されるように形成されている。複数のアライメント用穴６４は、さらに、下側カートリッジ１２に下側ウェハが載せられたときに、その下側ウェハに形成されるアライメントマークに一致するように、形成されている。下側ステージ４２の２つの撮像装置は、下側カートリッジ１２がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数のアライメント用穴６４を介して、そのアライメントマークを撮影することができるように配置されている。

　下側カートリッジ１２は、さらに、その円盤の上側の面に、島部分６１と複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３とが形成されている。島部分６１は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、下側カートリッジ１２に載せられる下側ウェハの形状と概ね等しい形状に形成され、上端が１つの平面に沿うように形成されている。島部分６１は、上端に溝６５が形成されている。溝６５は、上端に格子状に形成されている。溝６５は、さらに、島部分６１の側面に繋がるように、形成されている。

　複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、下側カートリッジ１２に載せられる下側ウェハの外周に沿うように形成されている。ウェハ位置決めピン６２－２～６２－３は、特に、下側カートリッジ１２に載せられる下側ウェハのオリエンタルフラットに沿うように形成されている。このとき、下側ウェハは、オリエンタルフラットがウェハ位置決めピン６２－２～６２－３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン６２－１に接するように、下側カートリッジ１２に載せられるときに、下側カートリッジ１２の定位置に載せられる。

　さらに、複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３は、島部分６１より高く形成され、島部分６１の高さとその下側ウェハの厚さとの和より低く形成されている。すなわち、島部分６１は、下側カートリッジ１２に下側ウェハが載せられたときに、その下側ウェハの下側カートリッジ１２に対向する面の大部分に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３は、下側カートリッジ１２に下側ウェハが載せられたときに、その下側ウェハの側面に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３は、下側カートリッジ１２に下側ウェハが載せられたときに、その下側ウェハの下側カートリッジ１２に対向する面の裏面から突出しないように、形成されている。

　下側カートリッジ１２は、図１０に示されているように、フランジ部分６６と本体部分６７とから形成されている。本体部分６７は、円柱状に形成されている。その円柱の径は、辺縁２５－１と辺縁２５－２との間隔より小さい。フランジ部分６６は、本体部分６７の円柱の側面から張り出すように形成され、円盤状に形成されている。その円盤の径は、辺縁２５－１と辺縁２５－２との間隔より大きい。すなわち、下側カートリッジ１２は、フランジ部分６６が爪２１－１～２１－２に載ることにより、搬送装置８に把持される。

　下側カートリッジ１２は、さらに、上側カートリッジ１１と同様にして、その位置決め用ピンが形成されている。その位置決め用ピンは、フランジ部分６６の下側に向いている面から突出する突起に形成されている。その位置決め用ピンの径は、切り欠き４９－１～４９－２の径と概ね等しい。その位置決め用ピンは、フランジ部分６６の円盤の中心に関して互いに対称である２つの部分に、２つが形成されている。すなわち、その位置決め用ピンは、下側カートリッジ１２が搬送装置８に把持されたときに、爪２１－１～２１－２の切り欠き４９－１～４９－２にそれぞれ嵌まるように、形成されている。このとき、下側カートリッジ１２は、爪２１－１～２１－２の切り欠き４９－１～４９－２にそれぞれ嵌まるように搬送装置８に把持されるときに、ハンド１７の定位置に把持される。

　上側カートリッジ台６と下側カートリッジ台７とは、ステージキャリッジ４５と同様にして、複数の位置決めピン４８－１～４８－２と同様な複数の位置決めピンが形成されている。すなわち、上側カートリッジ１１は、複数の位置決め穴５３－１～５３－２に上側カートリッジ台６の複数の位置決めピンが嵌まるように上側カートリッジ台６に置かれたときに、上側カートリッジ台６の定位置に載せられる。下側カートリッジ１２は、複数の位置決め穴６３－１～６３－２に下側カートリッジ台７の複数の位置決めピンが嵌まるように下側カートリッジ台７に置かれたときに、下側カートリッジ台７の定位置に載せられる。

　本発明による常温接合方法の実施の形態は、常温接合装置１を用いて実行される。作業者は、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。作業者は、ロードロックチャンバー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。作業者は、オリエンタルフラットがウェハ位置決めピン５２－２～５２－３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン５２－１に接するように、上側カートリッジ１１に上側ウェハを載せる。作業者は、オリエンタルフラットがウェハ位置決めピン６２－２～６２－３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン６２－１に接するように、下側カートリッジ１２に下側ウェハ５０－２を載せる。作業者は、次いで、ロードロックチャンバー３の蓋を閉めて、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。

　上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２に例示されるウェハ７０は、図１１に示されているように、変形していることがある。ウェハ７０は、上側カートリッジ１１と下側カートリッジ１２とに例示されるカートリッジ７１に載せられているときに、ウェハ７０とカートリッジ７１との間に空間７２を形成する。空間７２に充填されている空気は、ウェハ７０を持ち上げ、ウェハ７０をカートリッジ７１の上を移動させることがある。

　すなわち、上側カートリッジ１１と上側ウェハ５０－１とに挟まれる空間に充填された気体は、複数の島部分５１－１～５１－４の隙間を通って外部に排気される。このような排気は、上側カートリッジ１１と上側ウェハ５０－１とに挟まれた気体が上側ウェハ５０－１を持ち上げることを防止し、上側ウェハ５０－１が上側カートリッジ１１の上を移動することを防止する。さらに、下側カートリッジ１２と下側ウェハ５０－２とに挟まれる空間に充填された気体は、溝６５を通って外部に排気される。このような排気は、下側カートリッジ１２と下側ウェハ５０－２とに挟まれた気体が下側ウェハ５０－２を持ち上げることを防止し、下側ウェハ５０－２が下側カートリッジ１２の上を移動することを防止する。

　作業者は、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を開放する。作業者は、まず、上側ウェハ５０－１を試料台４３－１に保持させる。図１２は、上側ウェハ５０－１を試料台４３－１に保持させる動作を示している。作業者は、まず、図１２（ａ）に示されているように、搬送装置８を用いて、上側ウェハ５０－１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からステージキャリッジ４５の上まで搬送する。作業者は、図１２（ｂ）に示されているように、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、複数の位置決め穴５３－１～５３－２がステージキャリッジ４５の複数の位置決めピン４８－１～４８－２にそれぞれ嵌まり、ステージキャリッジ４５に保持される。

　作業者は、図１２（ｃ）に示されているように、搬送装置８のハンド１７をロードロックチャンバー３の内部に退避させる。作業者は、次いで、試料台４３－１を鉛直下方向に下降させて、試料台４３－１の誘電層を上側ウェハ５０－１に接触させ、試料台４３－１に上側ウェハ５０－１を保持させる。このとき、上側カートリッジ１１の複数のウェハ位置決めピン５２－１～５２－３は、上側ウェハ５０－１から突出しないように形成されているために、試料台４３－１に接触しない。このため、常温接合装置１は、試料台４３－１に上側ウェハ５０－１をより確実に接触させることができ、試料台４３－１に上側ウェハ５０－１をより確実に保持させることができる。作業者は、図１２（ｄ）に示されているように、試料台４３－１を鉛直上方向に上昇させて、上側ウェハ５０－１を上側カートリッジ１１から離す。作業者は、上側ウェハ５０－１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、上側ウェハ５０－１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４５から上側カートリッジ台６に搬送する。

　作業者は、上側ウェハ５０－１を試料台４３－１に保持させた後に、下側ウェハ５０－２をステージキャリッジ４５に保持させる。図１３は、下側ウェハ５０－２をステージキャリッジ４５に保持させる動作を示している。作業者は、まず、図１３（ａ）に示されているように、搬送装置８を用いて、下側ウェハ５０－２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４５の上まで搬送する。作業者は、図１３（ｂ）に示されているように、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、複数の位置決め穴６３－１～６３－２がステージキャリッジ４５の複数の位置決めピン４８－１～４８－２にそれぞれ嵌まり、ステージキャリッジ４５に保持される。作業者は、図１３（ｃ）に示されているように、搬送装置８のハンド１７をロードロックチャンバー３の内部に退避させる。

　作業者は、ゲートバルブ５を閉鎖して、試料台４３－１に保持された上側ウェハ５０－１とステージキャリッジ４５に保持された下側ウェハ５０－２とを常温接合する。すなわち、作業者は、試料台４３－１に保持された上側ウェハ５０－１とステージキャリッジ４５に保持された下側ウェハ５０－２とが離れた状態で、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２との間にイオンガン３２を向けて粒子を放出する。その粒子は、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とに照射され、その表面に形成される酸化物等を除去し、その表面に付着している不純物を除去する。作業者は、圧接機構４３－２を操作して、試料台４３－１を鉛直下方向に下降させて、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とを近づける。作業者は、ステージキャリッジ４５の位置決め機構を操作して、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とが設計通りに接合されるように、ステージキャリッジ４５に保持された下側ウェハ５０－２の位置を移動する。作業者は、試料台４３－１の圧接機構４３－２を操作して、試料台４３－１を鉛直下方向に下降させて、上側ウェハ５０－１を下側ウェハ５０－２に接触させる。上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２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。このとき、下側カートリッジ１２の複数のウェハ位置決めピン６２－１～６２－３は、下側ウェハ５０－２から突出しないように形成されているために、試料台４３－１または上側ウェハ５０－１に接触しない。このため、常温接合装置１は、上側ウェハ５０－１に下側ウェハ５０－２をより確実に接触させることができ、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とをより確実に接合させることができる。さらに、このとき、下側カートリッジ１２の島部分６１は、下側ウェハ５０－２の概ね全部に接触する。このため、下側ウェハ５０－２は、接合時に印加される荷重により破損されることが防止され、常温接合装置１は、より大きい荷重を上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とに印加することができる。

　作業者は、その接合基板を試料台４３－１からデチャックさせた後に、試料台４３－１を鉛直上方向に上昇させる。作業者は、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４５から下側カートリッジ台７に搬送する。作業者は、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。作業者は、ロードロックチャンバー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。

　このような常温接合方法によれば、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２とは、搬送装置８に接触しないで、接合面の汚染が防止され、より確実に常温接合されることができる。この結果、常温接合装置１は、信頼性がより向上する。

　常温接合するためのステージと搬送装置との間のウェハの受け渡しは、一般的に、接合チャンバー内に配置されるリフトピンを用いて実行される。このような常温接合方法によれば、常温接合装置１は、このようなリフトピンを備える必要がなく、製造コストをより小さくすることができ、メンテナンスを軽減することができる。その物体を駆動する駆動系は、一般的に、ガスを放出し、チャンバー内に配置されたときに、そのチャンバー内の雰囲気を汚染する。このため、常温接合装置１は、そのリフトピンを駆動する駆動系を備えないことにより、このような放出ガスを低減することができ、ウェハが接合される雰囲気の汚染を防止することができる。この結果、常温接合装置１は、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２との接合面の汚染を防止し、より確実に常温接合することができ、信頼性がより向上する。

　ウェハは、大口径化、極薄化している。このとき、ウェハは、搬送装置８に直接に保持されるときに、変形し、落下、破損するおそれがある。このような常温接合方法によれば、下側ウェハ５０－２は、一方の面のほとんど全体が下側カートリッジ１２に接触して下側カートリッジ１２に保持されて搬送され、変形、落下、破損のおそれを低減することができる。この結果、常温接合装置１は、より確実に常温接合することができ、信頼性がより向上する。

　なお、上側ウェハ５０－１は、円盤状と異なる形状に形成されている異形ウェハに置換されることもできる。このとき、上側カートリッジ１１は、上側ウェハ５０－１と同様にして、減圧時にその異形ウェハが移動しないように、その異形ウェハを載せることができる。この結果、常温接合装置１は、その異形ウェハの接合面の汚染を防止し、その異形ウェハをより確実に常温接合することができる。下側カートリッジ１２は、その異形ウェハごとに、作製されることもできる。

　なお、下側ウェハ５０－２は、円盤状と異なる形状に形成されている異形ウェハに置換されることもできる。このとき、下側カートリッジ１２は、下側ウェハ５０－２と同様にして、減圧時にその異形ウェハが移動しないように、その異形ウェハを載せることができる。この結果、常温接合装置１は、その異形ウェハの接合面の汚染を防止し、その異形ウェハをより確実に常温接合することができる。下側カートリッジ１２は、その異形ウェハごとに、作製されることもできる。このとき、常温接合装置１は、その異形ウェハごとにステージキャリッジ４５を作製する必要がなく、より安価に作製されることができる。

　なお、下側カートリッジ１２に形成される溝６５は、格子状と異なる他の形状に形成されることもできる。その形状としては、放射状が例示される。溝６５は、下側カートリッジ１２と下側ウェハ５０－２とに挟まれた気体の排気の効率を向上させるために、多数であることが好ましく、太いことが好ましい。溝６５は、さらに、上側ウェハ５０－１と下側ウェハ５０－２と接合時に、下側ウェハ５０－２の変形を生じさせるため、細いことが好ましく、少数であることが好ましい。このため、溝６５の形状は、下側ウェハ５０－２の属性により、適宜に設計されることが好ましい。

Claims (14)

1. 　内部の雰囲気が減圧されるロードロックチャンバーと、
   　前記ロードロックチャンバーの内部に配置されるカートリッジとを具備し、
   　前記カートリッジは、前記基板が前記カートリッジに載せられるときに前記基板に接触する島部分が形成され、
   　前記島部分は、前記基板が載せられているときに前記カートリッジと前記基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている
   　常温接合装置。
2. 　請求の範囲１において、
   　接合チャンバーと、
   　前記ロードロックチャンバーと前記接合チャンバーとのゲートを開閉するゲートバルブと、
   　前記ゲートが開放されているときに前記ロードロックチャンバーから前記接合チャンバーに前記カートリッジを搬送する搬送装置とを更に具備し、
   　前記接合チャンバーは、前記基板が前記接合チャンバーの内部に配置されているときに、前記基板を他の基板に接合する
   　常温接合装置。
3. 　請求の範囲２において、
   　前記カートリッジは、フランジが形成され、
   　前記搬送装置は、前記フランジのうちの下向きの支持面に接触することにより、前記カートリッジを保持する
   　常温接合装置。
4. 　請求の範囲３において、
   　前記カートリッジは、前記フランジにハンド位置決め手段が形成され、
   　前記搬送装置は、前記カートリッジを搬送するときに、前記ハンド位置決め手段に嵌合する他のハンド位置決め手段が形成されている
   　常温接合装置。
5. 　請求の範囲４において、
   　前記ハンド位置決め手段は、ピンであり、
   　前記他のハンド位置決め手段は、切り欠きである
   　常温接合装置。
6. 　請求の範囲２～請求の範囲５のいずれかにおいて、
   　前記接合チャンバーは、前記カートリッジを保持する下側ステージを備え、
   　前記カートリッジは、ステージ位置決め手段が形成され、
   　前記下側ステージは、前記下側ステージが前記カートリッジを保持するときに、前記ステージ位置決め手段に嵌合する他のステージ位置決め手段が形成されている
   　常温接合装置。
7. 　請求の範囲６において、
   　前記ステージ位置決め手段は、孔であり、
   　前記他のステージ位置決め手段は、前記孔に嵌まる突起である
   　常温接合装置。
8. 　請求の範囲６または請求の範囲７のいずれかにおいて、
   　撮影装置と、
   　アライメント装置とを更に具備し、
   　前記カートリッジは、アライメント用孔が形成され、
   　前記撮影装置は、前記基板が前記カートリッジに載せられる場合で、前記下側ステージが前記カートリッジを保持しているときに、前記アライメント用孔を介して前記基板の画像を撮影し、
   　前記アライメント装置は、前記画像に基づいて前記下側ステージを駆動する
   　常温接合装置。
9. 　請求の範囲８において、
   　前記島部分は、前記基板の一方の面の概ね全部に接触する接触面が形成され、
   　前記接触面には、前記流路である溝が形成されている
   　常温接合装置。
10. 　請求の範囲１～請求の範囲９のいずれかにおいて、
    　前記カートリッジは、複数の基板位置決めピンを備え、
    　前記複数の基板位置決めピンは、前記基板が前記カートリッジに載せられたときに、前記基板の縁が前記複数の基板位置決めピンの全部に接触するように、配置されている
    　常温接合装置。
11. 　請求の範囲１０において、
    　前記複数の基板位置決めピンは、前記基板が前記カートリッジに載せられたときに、前記基板の表面のうちの前記カートリッジに接触する面と前記面の裏面との間に前記複数の基板位置決めピンの先端が配置されるように、形成されている
    　常温接合装置。
12. 　請求の範囲１～請求の範囲７のいずれかにおいて、
    　前記島部分は、前記基板の一方の面の中央部分に接触しないで、前記基板の一方の面の外周部分に接触する
    　常温接合装置。
13. 　基板が載せられているカートリッジが配置されているロードロックチャンバーの内部を減圧するステップと、
    　前記ロードロックチャンバーの内部が減圧された後に、前記ロードロックチャンバーの内部から接合チャンバーに前記カートリッジを搬送するステップとを具備し、
    　前記カートリッジは、前記基板が前記カートリッジに載せられるときに前記基板に接触する島部分が形成され、
    　前記島部分は、前記基板が載せられているときに前記カートリッジと前記基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている
    　常温接合方法。
14. 　請求の範囲１３において、
    　前記接合チャンバーは、上側ステージと下側ステージとを備え、
    　前記基板は、上側基板と下側基板とを含み、
    　前記カートリッジは、上側カートリッジと下側カートリッジとを含み、
    　さらに、
    　前記上側基板が前記上側カートリッジに載せられている場合で、かつ、前記下側ステージが前記上側カートリッジを保持しているときに、前記上側ステージと前記下側ステージとを接近させることにより前記上側基板を前記上側ステージに保持させるステップと、
    　前記上側基板が前記上側ステージに保持された後に、前記下側基板が前記下側カートリッジに載せられている場合で、かつ、前記下側ステージが前記下側カートリッジを保持しているときに、前記上側ステージと前記下側ステージとを接近させることにより前記上側基板と前記下側基板とを接合するステップ
    　とを具備する常温接合方法。

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