(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、前記第１基板表面と前記第２基板表面とを活性化させる活性化装置と、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板を保持する第１保持機構と、
前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板を保持する第２保持機構と、
前記活性化装置によって活性化された前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触するように、前記第１基板と前記第２基板とを駆動する圧接機構とを備える接合装置であって、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率は異なっており、前記第１材料の熱伝導率と前記第２材料の熱伝導率との差は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内であるとともに、前記第１材料がステンレス鋼であり、かつ前記第２材料がアルミナ系セラミックスである接合装置。
【請求項２】
接合装置と、前記接合装置を制御する制御装置とを備えた接合システムであって、
前記接合装置は、
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、前記第１基板表面と前記第２基板表面とを活性化させる活性化装置と、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板を保持する第１保持機構と、
前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板を保持する第２保持機構と、
前記活性化装置によって活性化された前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触するように、前記第１基板と前記第２基板とを駆動する圧接機構とを備え、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率は異なっており、前記第１材料の熱伝導率と前記第２材料の熱伝導率との差は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内であるとともに、前記第１材料がステンレス鋼であり、かつ前記第２材料がアルミナ系セラミックスである接合システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記活性化により生じた前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差が接合チャンバー内にて５度以下になった後に、前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触するように、前記圧接機構を制御する、請求項２に記載の接合システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第１基板表面と前記第２基板表面とが未接触の状態で、前記第１基板表面と前記第２基板表面とに前記粒子を照射し終わってから５分以上経過するように制御する、請求項２に記載の接合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を接合して１枚の基板とする接合装置および接合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、超小型モーターなどが例示される。このようなＭＥＭＳは、複数のウェハを常温で接合することにより作製することができる。２枚のウェハを常温接合する常温接合装置は、公知であり、たとえば、特許第３９７０３０４号公報（特許文献１）に開示されている。その常温接合された基板には、反りが発生することがある。このため、常温接合後の基板に発生する反りを低減することが望まれている。
【０００３】
特開２００９−１７７０３４号公報（特許文献２）には、半導体ウエハレベルパッケージの製造方法が開示されている。特許文献２に記載の方法は、半導体ウエハを支持基板と接合した後で、支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行う半導体ウエハレベルパッケージの製造方法において、半導体ウエハに支持基板を接合した後に、接合した状態で支持基板または半導体ウエハの表面から一定深さのカットラインを形成し、その後で支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行うことを特徴としている。
【０００４】
特開２００８−３００４００号公報（特許文献３）には、半導体パッケージ基板の製造方法が開示されている。特許文献３に記載の方法は、一方の面側に電極層を備える半導体基板の前記一方の面側に、樹脂層を介して、または前記一方の面に対して直接、キャップ材を接合し、前記電極層を前記半導体基板とキャップ材との間に封止する工程と、前記半導体基板の他方の面側より前記半導体基板を貫通して前記電極層の一部を露呈する貫通孔を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面より、前記半導体基板のダイシング部に対応する位置に前記半導体基板を貫通しない非貫通の溝部を形成する工程と、前記貫通孔および非貫通の溝部を有する半導体基板において前記貫通孔に前記電極層と導通される貫通配線を形成する工程とを有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７０３０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１７７０３４号公報
【特許文献３】特開２００８−３００４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来とは異なるアプローチで、接合基板に発生する反りを低減する接合装置および接合システムを提供することを目的とする。
【０００７】
以下に、本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。
【０００８】
本発明による接合装置（１）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、第１基板表面と第２基板表面とを活性化させる活性化装置（１６）と、第１基板表面が活性化されるときに第１基板を保持する第１保持機構（８，９）と、第２基板表面が活性化されるときに第２基板を保持する第２保持機構（１３）と、活性化装置（１６）によって活性化された第１基板表面と第２基板表面とが接触するように、第１基板と第２基板とを駆動する圧接機構（１４）とを備える。この接合装置（１）では、第１基板表面が活性化されるときに第１基板に接触する第１材料（１１，８，６１）の熱伝導率と第２基板表面が活性化されるときに第２基板に接触する第２材料（１３，５１）の熱伝導率は異なっているが、本発明では第１材料の熱伝導率と第２材料の熱伝導率との差を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内とする。具体的には、第１材料（１１，８，６１）はステンレス鋼であり、第２材料（１３，５１）はアルミナ系セラミックスである。
第１材料（１１，８，６１）の熱伝導率と第２材料（１３，５１）の熱伝導率が相違しているために、活性化装置（１６）が第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射すると、第１基板表面の温度と第２基板表面の温度は相違することになるが、第１材料の熱伝導率と第２材料の熱伝導率との差を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内とすることで、この温度差を低減することができる。
【００１０】
また、本発明は、接合装置（１）と、接合装置（１）を制御する制御装置（１０）とを備えた接合システムを提供する。接合装置（１）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、第１基板表面と第２基板表面とを活性化させる活性化装置（１６）と、第１基板表面が活性化されるときに第１基板を保持する第１保持機構（８，９）と、第２基板表面が活性化されるときに第２基板を保持する第２保持機構（１３）と、活性化装置（１６）によって活性化された第１基板表面と第２基板表面とが接触するように、第１基板と第２基板とを駆動する圧接機構（１４）とを備える。この接合装置（１）では、第１基板表面が活性化されるときに第１基板に接触する第１材料（１１，８，６１）の熱伝導率と第２基板表面が活性化されるときに第２基板に接触する第２材料（１３，５１）の熱伝導率は異なっているが、本発明では第１材料の熱伝導率と第２材料の熱伝導率との差を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内とする。具体的には、第１材料（１１，８，６１）はステンレス鋼であり、第２材料（１３，５１）はアルミナ系セラミックスである。
【００１１】
本発明の接合システムにおいて、制御装置（１０）は、活性化により生じた第１基板の温度と第２基板の温度との温度差が接合チャンバー内にて５度以下になった後に、第１基板表面と第２基板表面とが接触するように、圧接機構を制御することができる。
【００１２】
また、本発明の接合システムにおいて、制御装置（１０）は、第１基板表面と第２基板表面とが未接触の状態で、第１基板表面と第２基板表面とに粒子を照射し終わってから５分以上経過するように制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による接合装置および接合システムでは、第１基板表面が活性化されるときに第１基板に接触する第１材料（１１，８，６１）の熱伝導率と第２基板表面が活性化されるときに第２基板に接触する第２材料（１３，５１）の熱伝導率との差を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内とするようにした。これにより、活性化により生じる第１基板表面と第２基板表面との温度差を低減することができる。本発明による接合装置および接合システムでは、上記温度差が所定の温度差（たとえば、５度）以下になるまでの時間を短時間化することができるため、高速の接合を可能としつつ、第１基板と第２基板第１基板と第２基板とが接合された接合基板に発生する反りを従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による接合装置を示す断面図である。
【図２】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】図３は、本発明による接合方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、比較例の接合基板に発生する反りを模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による接合装置により接合された接合基板に発生する反りを模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、冷却装置を備えた他の静電チャックを示す断面図である。
【図７】図７は、加熱装置を備えた他の静電チャックを示す断面図である。
【図８】図８は、冷却装置を備えた他のステージキャリッジを示す断面図である。
【図９】図９は、加熱装置を備えた他のステージキャリッジを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照して、本発明による接合システムの実施の形態を記載する。
接合装置制御装置１０（以下、「制御装置１０」という）は、図１に示されているように、本実施形態における接合システムに適用されている。すなわち、接合システムは、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は、チャンバー内部を密閉するように構成される。接合装置１は、さらに、ゲートバルブ４を備えている。ゲートバルブ４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形成している。ゲートバルブ４は、制御装置１０により制御されることにより、そのゲートを開放または閉鎖する。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開放または閉鎖する際や、接合基板を取り出す際に開閉される。
【００１６】
ロードロックチャンバー３は、真空ポンプ５を備えている。真空ポンプ５は、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５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、制御装置１０により制御されることにより、ゲートバルブ４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４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。
【００１７】
接合チャンバー２は、真空ポンプ７を備えている。真空ポンプ７は、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７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。
【００１８】
接合チャンバー２は、さらに、ステージキャリッジ８と位置合わせ機構９とを備えている。ステージキャリッジ８は、接合チャンバー２の内部に配置され、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支持されている。ステージキャリッジ８は、カートリッジ１１を保持するために利用される。カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から形成することができ、概ね円盤状に形成されている。カートリッジ１１には、ウェハが載せられる。搬送機構６がウェハに接触しないでウェハを搬送するために、カートリッジ１１が設けられている。位置合わせ機構９は、制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８が水平方向に平行移動するように、または、ステージキャリッジ８が上記した回転移動するように、ステージキャリッジ８を駆動する。
【００１９】
接合チャンバー２は、さらに、圧接軸１２と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とを備えている。圧接軸１２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１３は、圧接軸１２の下端に配置されている。静電チャック１３は、誘電層の内部に内部電極が配置されている。その誘電層は、アルミナ系セラミックから形成され、平坦な面が形成されている。静電チャック１３は、制御装置１０により制御されることにより、その内部電極に所定の電圧が印加される。静電チャック１３は、その内部電極に所定の電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦な面の近傍に配置されるウェハを静電力によって吸着する。圧接機構１４は、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１２を平行移動させる。圧接機構１４は、さらに、静電チャック１３が配置される位置を測定し、その位置を制御装置１０に出力する。荷重計１５は、圧接軸１２に印加される荷重を測定することにより、静電チャック１３により保持されたウェハに印加される荷重を測定し、その荷重を制御装置１０に出力する。
【００２０】
位置合わせ機構９は、図示されていない複数のアライメント機構をさらに備えている。
その複数のアライメント機構は、それぞれ、制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８に保持されるウェハの画像を撮影し、静電チャック１３に吸着されるウェハの画像を撮影する。
【００２１】
接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１６と電子源１７とを備えている。イオンガン１６は、静電チャック１３が上方に配置されているときに、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。イオンガン１６は、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９と静電チャック１３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１７は、イオンガン１６と同様にして、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。電子源１７は、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９と静電チャック１３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。
【００２２】
イオンガン１６は、さらに、図示されていない金属ターゲットを備えている。その金属ターゲットは、複数の金属から形成され、アルゴンイオンが照射される位置に配置されている。金属ターゲットは、アルゴンイオンが照射されたときに、複数の金属の粒子を接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出する。金属ターゲットは、金属グリッドに置換されることもできる。その金属グリッドは、開口を有する金属部材であり、イオンガン１６の出射端に配置されている。金属ターゲットと同様にして、金属グリッドにアルゴンイオンが照射されると、接合チャンバー２の内部の雰囲気に金属グリッドを構成する複数の金属の粒子が放出される。なお、金属ターゲットおよび金属グリッドは、ウェハの接合面に金属を付着させることが不要であるときに、省略することもできる。
【００２３】
接合チャンバー２は、さらに、温度計１８を備えている。温度計１８は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定する。また、温度計１８は、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定する。
【００２４】
制御装置１０は、コンピュータであり、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。ＣＰＵは、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、記憶装置と入力装置とインターフェースとを制御する。記憶装置は、コンピュータプログラムを記録し、ＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。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、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。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、コンピュータプログラムを制御装置１０にインストールするときに利用される。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ＣＰＵに出力する。入力装置としては、キーボードが例示される。インターフェースは、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ＣＰＵに出力し、ＣＰＵにより生成された情報を外部機器に出力する。外部機器は、真空ポンプ５と搬送機構６と真空ポンプ７と位置合わせ機構９と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とイオンガン１６と電子源１７とを含んでいる。
【００２５】
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、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てもよい。その複数の機能は、図２に示されているように、搬送部２１と活性化部２２と温度調節部２３と接合部２４とを含んでいる。
【００２６】
搬送部２１は、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が開閉するように、ゲートバルブ４を制御する。搬送部２１は、さらに、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、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が生成されるように、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が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。搬送部２１は、ゲートバルブ４が開放されているときに、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１１がステージキャリッジ８に保持されるように、または、ステージキャリッジ８に保持されているカートリッジ１１がロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００２７】
搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハが所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。搬送部２１は、さらに、静電チャック１３が平行移動するように、圧接機構１４を制御する。搬送部２１は、静電チャック１３がウェハを保持するように、または、静電チャック１３がウェハをデチャックするように、静電チャック１３を制御する。
【００２８】
活性化部２２は、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。活性化部２２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、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハにアルゴンイオンが照射されるように、または、静電チャック１３に保持されるウェハにアルゴンイオンが照射されるように、イオンガン１６を制御する。活性化部２２は、さらに、アルゴンイオンが照射される領域に電子が放出されるように、電子源１７を制御する。
【００２９】
温度調節部２３は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の値以下となるタイミングを算出する。
【００３０】
接合部２４は、静電チャック１３が上ウェハを保持している場合で、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に下ウェハが載っているときに、上ウェハと下ウェハとが所定の距離まで接近するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離まで接近しているときに、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っている上ウェハの画像が撮影されるように、かつ、静電チャック１３に保持される下ウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合部２４は、さらに、その上ウェハとその下ウェハとがその所定の距離だけ離れているときに、上ウェハに対する下ウェハ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９を制御する。接合部２４は、さらに、温度調節部２３により算出されたタイミングでその上ウェハとその下ウェハとが接触するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、荷重計１５により測定された荷重に基づいて、その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１３が停止するように、圧接機構１４を制御する。
【００３１】
図３は、本発明による接合方法を示すフローチャートである。作業者は、まず、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを接続するゲートが閉鎖されるようにゲートバルブ４を制御し、接合チャンバー２の内部に真空雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御し、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るように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、カートリッジ１１に上ウェハを載せ、別のカートリッジ１１に下ウェハを載せる。作業者は、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の蓋を開けて、ロードロックチャンバー３の内部に、カートリッジ１１とともにその上ウェハを搬入し、カートリッジ１１とともにその下ウェハを搬入する。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。
【００３２】
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４を開放する。制御装置１０は、まず、その上ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。制御装置１０は、搬送機構６がロードロックチャンバー３の内部に移動するように、搬送機構６を制御する。制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。制御装置１０は、その上ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。制御装置１０は、静電チャック１３の誘電層がその上ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御し、静電チャック１３がその上ウェハを吸着するように、静電チャック１３を制御する。制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れるように、圧接機構１４を制御する。制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れた後で、その上ウェハが載せられていないカートリッジ１１がステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００３３】
制御装置１０は、その上ウェハが静電チャック１３に保持された後に、その下ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。制御装置１０は、次いで、その下ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。制御装置１０は、その下ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する（ステップＳ１）。
【００３４】
制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を閉鎖し、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。制御装置１０は、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、静電チャック１３に保持されたその上ウェハとステージキャリッジ８に保持されたその下ウェハとが離れた状態で、その上ウェハとその下ウェハとの間に向けて粒子が放出されるように、イオンガン１６を制御する。その粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに照射され、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。その粒子は、さらに、イオンガン１６が備える金属ターゲットに照射される。すると、その金属ターゲットを構成する金属の粒子が接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出される。金属ターゲットは、複数の金属から形成されていてもよい。放出された金属の粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに堆積する（ステップＳ２）。
【００３５】
制御装置１０は、次いで、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。制御装置１０は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の値以下となるタイミングを算出する（ステップＳ３）。
【００３６】
制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離だけ離れるように、圧接機構１４を制御する。制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークとその下ウェハに形成されたアライメントマークとが映し出される画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが設計通りに接合されるように、その撮影された画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。なお、このような高度な位置合わせは、必要でないときには、省略してもよい。高度な位置合わせが必要でない場合としては、その上ウェハまたはその下ウェハに構造体が形成されていない場合が例示される。
【００３７】
制御装置１０は、ステップＳ３で算出されたタイミングでその上ウェハがその下ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御する。上ウェハと下ウェハは、その接触により接合され、１枚の接合基板を形成する（ステップＳ４）。
【００３８】
制御装置１０は、静電チャック１３が接合基板４１をデチャックするように、静電チャック１３を制御し、静電チャック１３が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１４を制御する。制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を開放し、接合基板３１が載せられているカートリッジ１１がステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３に搬送されるように、搬送機構６を制御する。制御装置１０は、ゲートバルブ４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が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、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の蓋を開けて、接合基板３１を取り出す（ステップＳ５）。
【００３９】
その上ウェハとその下ウェハは、アルゴンビームが照射されることにより、温度上昇する。上ウェハに接触している材料の熱伝導率と下ウェハに接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、上ウェハの温度と下ウェハの温度とは、アルゴンビームが照射された直後に、異なっている。
【００４０】
常温接合では、一般的に、接合強度を向上させるために、上ウェハと下ウェハとにアルゴンビームが照射されてからその上ウェハとその下ウェハとが接合されるまでの時間が短時間化されている。図４は、活性化から接合までの時間が比較的短時間である比較例の接合基板の断面を模式的に示している。接合基板３１は、下ウェハ３２と上ウェハ３３とが接合されることにより作製される。下ウェハ３２の温度と上ウェハ３３の温度との温度差は、下ウェハ３２に接触している材料の熱伝導率と上ウェハ３３に接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、比較的大きい。このとき、下ウェハ３２の伸び量と上ウェハ３３の伸び量との差Δｄ１は、比較的大きい。このため、接合基板３１が冷却された後の接合基板３４には、比較的大きい反りが発生する。
【００４１】
これに対し、本発明では下ウェハに接触している材料の熱伝導率と上ウェハに接触している材料の熱伝導率との差を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内とすることで、活性化後に生じる下ウェハと上ウェハとの温度差を低減し、接合基板における反りを従来よりも低減することができる。
図５は、本発明による接合装置で接合された接合基板の断面を模式的に示している。接合基板４１は、下ウェハ４２と上ウェハ４３とが接合されることにより作製される。下ウェハ４２の伸び量と上ウェハ４３の伸び量との差Δｄ２は、下ウェハ４２の温度と上ウェハ４３の温度との温度差が比較的小さいために、差Δｄ１に比較して小さい。このため、接合基板４１が冷却された後の接合基板４４は、従来の接合基板３４に比較して、反りがより低減されている。
【００４２】
すなわち、本発明による接合装置では、接合ウェハ（接合基板）の反りをより低減することができる。その結果、接合ウェハを処理する後工程の機器は、接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。その後工程としては、接合ウェハをさらに他のウェハに接合する工程、接合ウェハの配線管を接合する工程、検査工程、ダイシング工程が例示される。
【００４３】
下ウェハ４２は、活性化されてから接合されるまでの期間に、カートリッジ１１に接触している。カートリッジ１１を形成するステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率は、概ね１６．３Ｗ／ｍ・Ｋである。上ウェハ４３は、活性化されてから接合されるまでの期間に、静電チャック１３の誘電層に接触している。その誘電層を形成するアルミナ系セラミックの熱伝導率は、概ね３２Ｗ／ｍ・Ｋである。ここで、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率は、概ね１５０Ｗ／ｍ・Ｋである。すなわち、アルミナ系セラミックの熱伝導率は、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率に比較して、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率に近い。このため、本発明による接合装置１は、静電チャック１３の誘電層が窒化アルミニウム系セラミックスから形成されている他の接合装置に比較して、下ウェハ４２の温度と上ウェハ４３の温度との温度差が低減され、活性化されてから下ウェハ４２の温度と上ウェハ４３の温度との温度差が所定の温度差（たとえば、５度）以下になるまでの時間を短時間化することができ、下ウェハ４２と上ウェハ４３とをより高速に接合することができる。
【００４４】
なお、カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４とは異なる他の材料で構成してもよい。その材料の熱伝導率は、静電チャック１３の誘電層を構成する材料の熱伝導率に近く、所定の範囲に含まれているものが好ましい。その所定の範囲としては、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の１／２より大きく、かつ、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の２倍より小さい範囲が例示される。本発明では、カートリッジ１１の熱伝導率と、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率との差が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内となるように、カートリッジ１１および静電チャック１３の誘電層の材料を選択する。具体的には、静電チャック１３の誘電層をアルミナ系セラミックで構成し、カートリッジ１１をステンレス鋼ＳＵＳ４３０で構成する組合せが好ましい。
【００４５】
なお、ステージキャリッジ８を、カートリッジ１１を介さないでウェハに直接に接触してウェハを保持する他のステージキャリッジに置換してもよい。この場合、そのステージキャリッジは、カートリッジ１１を構成する材料と同じ材料から構成される。このようなステージキャリッジを備える接合装置でも、既述の実施の形態における接合装置１と同様に、活性化ステップの後に下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の値以下になるまでの時間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００４６】
静電チャック１３とステージキャリッジ８とを他の静電チャックと他のステージキャリッジとに置換した例を図６〜図９に示す。
静電チャック５１は、図６に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路５２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。クーラント流路５２は、静電チャック５１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路５２に所定の温度のクーラントを流すことにより、静電チャック５１に保持されるウェハを冷却する。
【００４７】
また、静電チャック５１は、図７に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ５４と電線５５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ５４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線５５は、ヒータ５４に電気的に接続されている。加熱装置本体は、電線５５を介してヒータ５４に電圧を印加することにより、静電チャック５１に保持されるウェハを加熱する。
【００４８】
ステージキャリッジ６１は、図８に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路６２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。そのクーラント流路６２は、ステージキャリッジ６１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。その冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路６２に所定の温度のクーラントを流すことにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを冷却する。
【００４９】
また、ステージキャリッジ６１は、図９に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ６４と電線６５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ６４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線６５は、ヒータ６４に電気的に接続されている。加熱装置本体は、電線６５を介してヒータ６４に電圧を印加することにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを加熱する。
【００５０】
制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度が所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の冷却装置または加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、ステージキャリッジ６１に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置または加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、静電チャック５１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれ、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるタイミングを算出する。その所定の温度範囲としては、接合された接合ウェハが後工程で取り扱われる雰囲気の温度の範囲が例示され、その接合ウェハから作製されるＭＥＭＳが使用される雰囲気の温度の範囲が例示される。
【００５１】
このような接合装置は、図１に示した接合装置１と同様にして、その所定の温度範囲で接合ウェハに発生する反りを従来よりも低減することができる。このような接合装置は、後工程の雰囲気の温度が常温と異なる場合であっても、後工程での接合ウェハの反りを低減し、後工程で接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。このような接合装置は、さらに、静電チャック５１またはステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度をより高速に所定の温度に変化させることができ、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の値以下になるまでの時間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。このような接合装置は、さらに、下ウェハと上ウェハとが互いに熱伝導率が異なる材料からそれぞれ形成されている場合でも、その温度差が所定の値以下になるまでの時間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００５２】
なお、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より低い温度に温度制御する必要がないときには、静電チャック５１とステージキャリッジ６１は、それぞれ、冷却装置を省略してもよい。同様に、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より十分に高い温度に温度制御する必要がないときには、静電チャック５１とステージキャリッジ６１は、それぞれ、加熱装置を省略してもよい。
【００５３】
なお、図１に示した接合装置１において、静電チャック１３のみを静電チャック５１に置換してもよい。このとき、制御装置１０の温度調節部２３は、ステージキャリッジ８に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度とステージキャリッジ８に保持されるウェハの温度との温度差が所定の値以下となるように、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の冷却装置または加熱装置を制御する。冷却装置または加熱装置を備えた静電チャック５１を用いた接合装置は、静電チャック１３を用いた接合装置１と同様に反りを低減することができ、接合装置１と比較して、温度制御ステップ（Ｓ３）での所用時間を短くできるために、より高速に接合することができる。
【００５４】
なお、図１に示した接合装置１において、ステージキャリッジ８のみをステージキャリッジ６１に置換してもよい。このとき、制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の値以下となるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置または加熱装置を制御する。冷却装置または加熱装置を備えたステージキャリッジ６１を用いた接合装置は、ステージキャリッジ８を用いた接合装置１と同様に反りを低減することができ、接合装置１と比較して、温度制御ステップ（Ｓ３）での所用時間を短くできるために、より高速に接合することができる。
【００５５】
静電チャック１３と同様に、静電チャック５１の誘電層はアルミナ系セラミックスで構成することができる。また、ステージキャリッジ８およびカートリッジ１１と同様に、ステージキャリッジ６１はステンレス鋼で構成することができる。
【００５６】
さらに他の形態としては、図１に示した接合装置１から温度計１８を省略してもよい。このとき、ユーザは、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の値以下になるまでの期間を事前の実験に基づいて算出する。その期間は、活性化されてから下ウェハと上ウェハとの活性化の効果が消去するまでの期間（たとえば、１０分）より短い。その期間は、ウェハ、静電チャック、ステージキャリッジの属性によらず概ね一定であり、５分以上が例示される。制御装置１０の温度調節部２３は、ウェハの活性化ステップが終了してからその期間だけ経過したタイミングを算出する。このような接合装置でも、温度計１８を備えた接合装置１と同様にして、反りを低減することができる。
【００５７】
以上の他にも、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。
【符号の説明】
【００５８】
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：ゲートバルブ
５：真空ポンプ
６：搬送機構
７：真空ポンプ
８：ステージキャリッジ
９：位置合わせ機構
１０：接合装置制御装置（制御装置）
１１：カートリッジ
１２：圧接軸
１３：静電チャック
１４：圧接機構
１５：荷重計
１６：イオンガン
１７：電子源
１８：温度計
２１：搬送部
２２：活性化部
２３：温度調節部
２４：接合部
３１：接合基板
３２：下ウェハ
３３：上ウェハ
３４：接合基板
４１：接合基板
４２：下ウェハ
４３：上ウェハ
４４：接合基板
５１：静電チャック
５２：クーラント流路
５４：ヒータ
５５：電線
６１：ステージキャリッジ
６２：クーラント流路
６４：ヒータ
６５：電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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