(57)【要約】  陽極接合形成装置は、第１の材料シートを嵌め込み、これに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作させることができる第１の接合形成プレート機構、第２の材料シートを嵌め込み、これに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作させることができる第２の接合形成プレート機構、第１および第２の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第１および第２の材料シートのそれぞれの表面に沿って第１および第２の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために第１および第２の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、第１および第２の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための第１および第２の接合形成プレート機構並びに加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニットを備える。
2009534842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極接合形成装置において、
第１の材料シートを嵌め込み、該第１の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構、
第２の材料シートを嵌め込み、該第２の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれの表面に沿って、該第１の材料シートおよび該第２の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、および
前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構並びに前記加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。
【請求項２】
前記第１の材料シートが、ガラス基板およびガラス−セラミック基板の内の少なくとも１つであり、前記第２の材料シートが半導体ドナーウエハであることを特徴とする請求項１に記載の陽極接合形成装置。
【請求項３】
前記加熱プロファイルが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの内の少なくとも１つの、約６００℃より高い少なくともピーク温度を含む、
前記加熱プロファイルが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの内の少なくとも１つの、約６００℃と１０００℃の間の少なくともピーク温度を含む、
前記加熱プロファイルが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの内の少なくとも１つの、約１０００℃より高い少なくともピーク温度を含む、
前記電圧プロファイルが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの内の少なくとも１つの、約１００ＶＤＣと約２０００ＶＤＣの間の少なくともピーク電圧を含む、
前記電圧プロファイルが、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の約１０００ＶＤＣと約２０００ＶＤＣの間の少なくともピーク電位差を含む、
前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの一方が接地電位にある、
前記ピーク電位差が、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの一方に正の電位を印加し、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの他方に負の電位を印加を印加することによって達成される、
前記圧力プロファイルが、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の約１ポンド/平方インチ（ｐｓｉ）（約６.９×１０３Ｐａ）と１００ｐｓｉ（約６.９×１０５Ｐａ）の間の少なくともピーク圧力を含む、および、
前記圧力プロファイルが、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の約２０ｐｓｉ（約１.４×１０４Ｐａ）の少なくともピーク圧力を含む、
の内の少なくとも１つを特徴とする請求項１に記載の陽極接合形成装置。
【請求項４】
前記制御ユニットが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの一方からの前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの他方に接合された剥離層の分離を容易にするに十分な強制冷却プロファイルを前記第１の材料シートおよび前記第２の材料に与えるための、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構の少なくとも一方への、制御信号を生成するように動作することができることを特徴とする請求項１に記載の陽極接合形成装置。
【請求項５】
前記冷却プロファイルが、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートに相異なる冷却速度および相異なる冷却レベルの内の少なくとも１つを与えることを特徴とする請求項４に記載の陽極接合形成装置。
【請求項６】
陽極接合形成装置において、
第１の材料シートを嵌め込み、前記第１の材料シートに制御された加熱および電圧の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる、第１の接合形成プレート機構、
第２の材料シートを嵌め込み、前記第２の材料シートに制御された加熱および電圧の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる、第２の接合形成プレート機構、および
前記第１の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの陽極接合形成を補助するための、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれの表面に沿い、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる上昇−加圧機構、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。
【請求項７】
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構のそれぞれが搭載面を有し、前記搭載面のそれぞれが前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれ１つを嵌め込むための搭載平面を定める、および
前記上昇−加圧機構が前記第１の接合形成プレート機構に制御可能な力をかけるように動作することができ、前記制御可能な力が前記第１の接合形成プレート機構の前記搭載平面に実質的に垂直である、
ことを特徴とする請求項６に記載の陽極接合形成装置。
【請求項８】
前記上昇−加圧機構がベローズアクチュエータを有し、前記ベローズアクチュエータに与えられる流体圧力の変化に応答して前記ベローズアクチュエータが前記制御可能な力をかけるように動作することができることを特徴とする請求項７に記載の陽極接合形成装置。
【請求項９】
前記上昇−加圧機構が、
前記第１の接合形成プレート機構を前記第２の接合形成プレート機構に向けて移動させるための前記第１の接合形成プレート機構の粗変位を与える第１のアクチュエータ機能、および
前記第１の接合形成プレート機構に前記制御可能な力をかける第２のアクチュエータ機能、
を提供するように動作することができることを特徴とする請求項７に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１０】
前記第１のアクチュエータ機能が前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれの表面に沿う前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の初期接触を生じさせることを特徴とする請求項９に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１１】
前記上昇−加圧機構が、前記第１のアクチュエータ機能および前記第２のアクチュエータ機能をそれぞれ提供するように動作することができる第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータ、ここで前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータは前記第１の接合形成プレート機構と軸が合せられている、
前記第１のアクチュエータの作動が前記第２のアクチュエータおよび前記第１の接合形成プレート機構のいずれにも前記粗変位を与えるように、前記前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータが配置される、および
前記第２のアクチュエータの作動が前記第１のアクチュエータにいかなる変位も与えない、
の内の少なくとも１つを特徴とする請求項９に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１２】
陽極接合形成装置において、
第１の材料シートを嵌め込むように動作することができる第１の接合形成プレート機構および第２の材料シートを嵌め込むように動作することができる第２の接合形成プレート機構であって、該第１の接合形成プレート機構および該第２の接合形成プレート機構のそれぞれは搭載面を有し、該搭載面のそれぞれは前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれ１つを嵌め込むための搭載平面を定めるものである第１と第２の接合形成プレート機構、および
前記第２の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、
（ｉ）閉配置にあるときに、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれの表面に沿う前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの互いに対する制御された圧力の達成を補助し、
（ii）第１の動作は前記第２の接合形成プレート機構を前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載平面に実質的に垂直な方向に前記第１の接合形成プレート機構から分離し、第２の動作は前記第２の接合形成プレート機構の前記搭載平面が前記第１の接合形成プレート機構の前記搭載平面に対して斜角をなすように前記第２の接合形成プレート機構を傾けて前記第１の接合形成プレート機構から離す、二重開動作プロファイルを提供するように、
動作することができる開閉機構、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。
【請求項１３】
前記開閉機構が、
前記第１の接合形成プレート機構の前記搭載平面に実質的に垂直な方向への延び出しおよび引き込みを行うように動作することができる集成リフト、および
第１の終縁および第２の終縁を有するマウントプレートであって、前記第２の接合形成プレート機構は前記マウントプレートの前記第１の終縁に向けて配置されており、前記第１の終縁および前記第２の終縁の中間の位置において前記集成リフトに軸旋回可能な態様で結合されているマウントプレート、
を有し、
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構の前記搭載平面が前記第２の接合形成プレート機構の前記第１の開動作の実質的に全てにわたって実質的に平行なままである、
ことを特徴とする請求項１２に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１４】
前記開閉機構が、前記集成リフトに実質的に平行な方向に延び、前記集成リフトの第１の終端において前記マウントプレートの前記第２の終縁に滑動可能な態様で嵌合された、１本ないしさらに多くのストップアームを有し、
前記ストップアームにより、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載平面に実質的に垂直な方向に前記第２の接合形成プレート機構が前記第１の接合形成プレート機構から分離して離れるように前記第１の動作中に前記集成リフトが限定された行程にわたって延び出すような、前記マウントプレートの前記第２の終縁の運動が可能になる、
ことを特徴とする請求項１３に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１５】
前記１本ないしさらに多くのストップアームが、前記集成リフトの継続する延び出しが前記マウントプレートおよび前記集成リフトの軸旋回結合を中心とする前記マウントプレートの前記第２の終縁における梃子作用を生じさせるように、前記限定された行程をこえる前記マウントプレートの前記第２の終縁の運動を禁止するように動作することができる、
前記マウントプレートの前記第２の終縁における前記梃子作用が前記第２の接合形成プレート機構を傾けて前記第１の接合形成プレートから離す、
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構の開配置からの前記集成リフトの引き込みが前記マウントプレートの前記第２の終縁における前記梃子作用によって前記第２の接合形成プレート機構を前記第１の接合形成プレート機構に向けて傾ける、および
前記集成リフトの前記引き込みが、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載面に実質的に垂直な方向に前記第２の接合形成プレート機構が前記第１の接合形成プレート機構から分離して離れるように、前記集成リフトの引き込みを継続して前記マウントプレートの前記第２の終縁の前記限定された行程を完遂させるように動作することができる、
の内の少なくとも１つを特徴とする請求項１４に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１６】
陽極接合形成装置において、
第１の材料シートを嵌め込み、前記第１の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構
第２の材料シートを嵌め込み、前記第２の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、および
複数の可動集成間隙調整部品を有するスペーサ機構であって、前記スペーサ機構は前記第１の接合形成プレート機構に結合されており、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの周端の相互接触を防止するために、前記集成間隙調整部品を前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートに向けて、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間に、対称に移動させるように動作することができるスペーサ機構、
を備え、
前記第１の材料シートがガラス基板およびガラス−セラミック基板の内の少なくとも１つであり、前記第２の材料シートが半導体ドナーウエハである、
ことを特徴とする陽極接合形成装置。
【請求項１７】
前記スペーサ機構が、実質的に環状の構造を有し、
前記第１の接合形成プレート機構に対して固定態様で結合されたマウントリング、および
前記マウントリングに回転可能な態様で結合された回転リング、
を有し、
前記複数の集成間隙調整部品が、前記回転リングの順回転および逆回転に応答して前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の空間におよび／または前記空間から同期態様で移動できるように、前記複数の集成間隙調整部品が前記マウントリングに滑動可能な態様で取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１８】
前記回転リングが前記回転リングの終縁に配置された１つないしさらに多くのカムを有する、
前記集成間隙調整部品のそれぞれが、前記回転リングが回転すると、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の前記空間におよび／または前記空間から前記集成間隙調整部品が同期態様で移動するように、前記回転リングの前記１つないしさらに多くのカムに嵌合する１つないしさらに多くのカムガイドを有する、および
前記回転リングがそれぞれの集成間隙調整部品について１つのカムスロットを有し、前記カムスロットのそれぞれは前記スペーサ機構の中心から螺旋を描いて離れる、
の内の少なくとも１つを特徴とする請求項１４に記載の陽極接合形成装置。
【請求項１９】
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構のそれぞれが搭載面を有し、前記搭載面のそれぞれは前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートのそれぞれ１つを嵌め込むための搭載平面を定める、および
前記スペーサ機構が、前記集成間隙調整部品が少なくとも前記第１の接合形成プレート機構の前記搭載面に実質的に平行に移動して前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間に挟み込まれるかあるいは前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間から外に移動されるように、動作することができる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の陽極接合形成装置。
【請求項２０】
前記スペーサ機構が、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの中央領域における接合形成だけを可能にするために、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間に前記集成間隙調整部品を移動させるように動作することができる、
前記スペーサ機構が、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの前記中央領域における接合形成が達成された後に、前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間から前記集成間隙調整板を外に移動させるように動作することができる、
前記装置が前記第１の接合形成プレート機構の開口を通して突き出している電極を少なくとも有する少なくとも１つの予荷重プランジャーをさらに備え、前記電極は前記第１の材料シートに電気的に接続するようにはたらくことができる、
前記予荷重プランジャーは、前記第１の材料シートに力を加え、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの中央領域において前記第２の材料シートに対して動かすように動作できる、および、
前記予荷重プランジャーは、前記第１の材料シートおよび前記第２の材料シートの中央領域における前記第１の材料シートと前記第２の材料シートの間の接合形成を誘起するために、前記第１の材料シートにシード電圧を印加するように動作することができる、
の内の少なくとも１つを特徴とする請求項１６に記載の陽極接合形成装置。
【請求項２１】
装置において、
材料シートを嵌め込み、前記材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構
微細構造をその上に有する型押種型を嵌め込み、前記型押種型に制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、
前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記型押種型および前記材料シートのそれぞれの表面に沿う、前記材料シートに対する前記型押種型の制御された圧力を達成するために、前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構を互に向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、および
前記材料シートの前記型押種型の前記微細構造への流れ込みをおこさせるに十分な加熱プロファイルを与えるための前記第１の接合形成プレート機構および前記第２の接合形成プレート機構並びに前記加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、レイモンド・シー・キャディ（Raymond C. Cady）により２００６年４月２１日に出願された、名称を「陽極接合形成に用いるための接合形成プレート機構（A BONDING PLATE MECHANISM FOR USE IN ANODIC BONDING）」とする、現在係属中の、米国仮特許出願第６０/７９３９７６号の優先権を主張する。この出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は陽極接合法を用いる、例えば絶縁体上半導体（ＳＯＩ）構造を作成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで、絶縁体上半導体構造に最も普通に用いられる半導体材料はシリコンであり、略称「ＳＯＩ」がそのような構造に適用されてきた。ＳＯＩ技術は、高性能薄膜トランジスタ、太陽電池および、アクティブマトリックスディスプレイのような、ディスプレイに益々重要になっている。
【０００４】
説明を平易にするため、以下の議論では時にＳＯＩ構造を参照することになろうが、この特定のタイプの構造へのそのような言及は本発明の説明を容易にするためになされ、決して本発明の範囲を限定することは目的ではなく、またそのように解されるべきではない。本明細書において略称「ＳＯＩ」は、絶縁体上シリコンを含むがこれには限定されない、全般的な絶縁体上半導体構造を指して用いられる。同様に、略称「ＳＯＧ」は、ガラス上シリコンを含むがこれには限定されない、全般的なガラス上半導体構造を指して用いられる。呼称「ＳＯＧ」は、ガラス−セラミック上シリコン構造を含むがこれには限定されない、ガラス−セラミック上半導体構造も含むとされる。略称「ＳＯＩ」はＳＯＧ構造を包含する。
【０００５】
ＳＯＩ構造は絶縁材料上の実質的に単結晶の（一般に０.１〜０.３μｍ厚の）シリコン薄層を有することができる。ＳＯＩ構造を得る様々な方法には、（ｉ）単結晶シリコンウエハを、ＳｉＯ２の酸化物層をその上に成長させた別のシリコンウエハに接合する方法、（ii）シリコンウエハに埋込酸化物層を形成するためのイオン注入法、（iii）シリコンドナーウエハから薄いシリコン層を分離（剥離）させてこれを別のシリコンウエハに接合するためのイオン注入法がある。
【０００６】
特許文献１は熱プロセスを用いて基板上に単結晶シリコン膜を得るためのプロセスを開示している。平坦表面を有する半導体ドナーウエハが以下の工程、（ｉ）ドナーウエハの本体を構成する下層領域および比較的薄い剥離層を構成する上層領域を定める微小気泡層を形成するイオンを用いるウエハの表面のボンバードによる注入工程、（ii）ウエハの平坦表面を少なくとも１つの硬質材料層で構成された補剛材に接触させる工程、および（iii）イオンボンバードが行われた温度より高く、微小気泡内に圧力効果を生じさせて薄膜と基板の本体の間の分離をおこさせるに十分な温度におけるウエハと補剛材の集成体の第３段階温度処理工程、にかけられる。ガラスまたはガラス−セラミックの基板では、ある種のガラスおよびガラス−セラミックの接合形成にはかなりの高温が必要であることから、明らかに、このプロセスは一般にうまくいかない。
【０００７】
特許文献２はＳＯＧ構造を作成するプロセスを開示している。特許文献２の開示はその全体が本明細書に参照として含まれる。このプロセスは、（ｉ）接合形成表面を有する剥離層を形成するためにシリコンドナーウエハ表面に水素イオン注入を行う工程、（ii）シリコンドナーウエハの接合形成表面をガラス基板に接触させる工程、（iii）シリコンドナーウエハとガラス基板の間の接合形成を容易にするためにシリコンドナーウエハおよびガラス基板に圧力、温度および電圧を印加する工程、および（iv）ガラス基板およびシリコンの剥離層のシリコンドナーウエハからの分離を容易にするために、シリコンドナーウエハ−ガラス基板集成構造を共通温度に冷却する工程、を含む。
【０００８】
特許文献２に開示されるプロセスで得られるＳＯＧ構造は、例えば、ガラス基板およびガラス基板に接合された半導体層を有することができる。半導体層の特定の材料は実質的に単結晶の材料の形態にあることができる。「実質的に」は、半導体材料が通常、格子欠陥または僅かな結晶粒界のような、固有のまたは意図的に加えられた内部欠陥または表面欠陥を少なくともいくらか含んでいるという事実を考慮して、半導体層を表現するために用いられる。「実質的に」は、いくらかのドーパントがバルク結晶の結晶構造を歪ませ得るか、そうではなくとも結晶構造に影響を与え得るという事実も表している。
【０００９】
論述の目的のため、本明細書で論じられる半導体層はシリコンで形成できるとすることができる。しかし、半導体材料がシリコン系半導体または、III-Ｖ族、II-VI族、II-IV-Ｖ族、等の半導体のような、その他のいずれかのタイプの半導体とし得ることは当然である。そのような材料の例には、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウムドープシリコン（ＳｉＧｅ），炭化シリコン（ＳｉＣ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ），ＧａＰおよびＩｎＰがある。ガラス基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス−セラミックで形成することができる。必要ではないが、本明細書に説明されるＳＯＧ構造は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス−セラミックを有することができる。例として、ガラス基板は、コーニング社（Corning Incorporated）ガラス製品カタログ番号1737またはコーニング社ガラス製品カタログ番号EAGLE2000（商標）でつくられる基板のような、アルカリ土類イオンを含有するガラス基板で形成することができる。これらのガラス材料は特に、例えば、液晶ディスプレイの製造に用いられる。
【００１０】
薄い剥離半導体層（例えばＳｉ層）と、ある種のガラスおよびガラス−セラミックの基板のような、ある種の基板の間の高品質陽極接合には多くのプロセス変数の慎重な制御が必要であることが、本発明の発明者等によって見いだされた。そのような変数には、温度（特に１０００℃に近い高温および／または１０００℃以上の高温）、（半導体層と基板の間の）圧力、（電解を誘起するための）電圧、雰囲気条件（例えば、真空または非真空）、（剥離を誘起するための）冷却プロファイル、（例えば剥離を補助するための）機械的分離強化、等の内の１つないしさらに多くがある。ガラス基板またはガラス−セラミック基板への半導体層の陽極接合形成に対する従来技法は上記プロセス変数に十全には対処していない。例えば、従来の陽極接合形成プロセスの温度上限は約６００℃である。
【特許文献１】米国特許第５３７４５６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４/０２２９４４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、例えば上記プロセス変数の１つないしさらに多くを制御することによって、陽極接合形成プロセスの改善を達成できる新しい装置が技術上必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第１の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを第１の材料シートに与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構、第２の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを第２の材料シートに与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、第１および第２の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第１および第２の材料シートのそれぞれの表面に沿う第１および第２の材料シートの互いに対する制御された圧力を達成するために第１および第２の接合形成プレート機構を相互に押し付けるように動作することができる加圧機構、および第１および第２の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための第１および第２の接合形成プレート機構並びに加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、を備える。
【００１３】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第１の材料シートを嵌め込み、制御された加熱および電圧の内の少なくとも１つを第１の材料シートに与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構、第２の材料シートを嵌め込み、制御された加熱および電圧の内の少なくとも１つを第２の材料シートに与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、および第１の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第１および第２の材料シートの陽極接合形成を補助するために第１および第２の材料シートのそれぞれの表面に沿う第１および第２の材料シートの互いに対する制御された圧力を達成するために第１および第２の接合形成プレート機構を相互に押し付けるように動作することができる上昇−加圧機構、を備える。
【００１４】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第１の材料シートを嵌め込むように動作することができる第１の接合形成プレート機構および第２の材料シートを嵌め込むように動作することができる第２の接合形成プレート機構であって、第１および第２の接合形成プレート機構のそれぞれが搭載面を有し、それぞれの搭載面が第１および第２の材料シートのそれぞれ１つを嵌め込むための搭載平面を定める、第１および第２の接合形成プレート機構、および第２の接合プレート機構に動作可能な態様で結合され、（ｉ）閉配置にあるときに、下接合形成プレート機構の上接合形成プレート機構に向かう運動が第１および第２の材料シートのそれぞれの表面に沿う第１および第２の互いに対する制御された圧力を達成するように、上接合形成プレート機構の下接合形成プレート機構に対する所定の位置への保持を補助するため、および（ii）第１の運動が第１および第２の接合形成プレート機構のそれぞれの搭載平面に実質的に垂直な方向に第２の接合形成プレート機構を第１の接合形成プレート機構から分離し、第２の運動が、第２の接合形成プレート機構の搭載平面が第１の接合形成プレート機構の搭載平面に対して斜角をなすように、第２の接合形成プレート機構を傾けて第１の接合形成プレート機構から離す、二重開動作プロファイルを提供するように動作することができる開閉機構、を備える。
【００１５】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第１の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを第１の材料シートに与えるように動作することができる第１の接合形成プレート機構、第２の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つを第２の材料シートに与えるように動作することができる第２の接合形成プレート機構、および複数の可動集成間隙調整板を有するスペーサ機構であって、第１の接合形成プレート機構に結合され、第１および第２の材料の周端の相互接触を防止するために第１および第２の材料シートに向けて第１の材料シートと第２の材料シートの間で集成間隙調整板を対称に移動させるように動作することができるスペーサ機構、を備える。
【００１６】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、（第１および第２の材料シートの陽極接合形成に用いるための）接合形成プレート機構は、隔てて配置された第１および第２の面を有するベース、ベースの第２の面によって支持され、ベースへの熱伝達を妨げるように動作することができる熱インシュレータ、熱インシュレータに直接または間接に結合され、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスク、および加熱ディスクに直接または間接に結合され、第１の材料シートに加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運ぶためおよび電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダーを有し、第１の材料シートに印加される熱および電圧がそれぞれの加熱および電圧プロファイルにしたがって第１および第２の材料シートの陽極接合形成を補助する。
【００１７】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、（第１および第２の材料シートの陽極接合形成に用いるための）接合形成プレート機構は、隔てて配置された第１および第２の面を有するベースおよびベースに直接または間接に結合され、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスクを有し、加熱ディスクは縁端損失温度補償機能を提供するようにはたらくことができる複数の加熱域を有し、第１の材料シートに与えられる熱は第１および第２の材料シートの陽極接合形成を補助するための加熱プロファイルにしたがう。
【００１８】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、（第１および第２の材料シートの陽極接合形成に用いるための）接合形成プレート機構は、隔てて配置された第１および第２の面を有し、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスク、加熱ディスクの第２の面に直接または間接に結合され、第１の材料シートに加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運ぶためおよび電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダー、および加熱ディスクの第１の面と熱流通状態にあり、熱スプレッダーおよび加熱ディスクを介して第１の材料シートから熱を除去するための冷却流体を運ぶように動作することができる少なくとも１本の冷却チャネルを有し、第１の材料シートに印加される熱および電圧は第１および第２の材料シートの陽極接合形成を補助するためのそれぞれの加熱および電圧プロファイルにしたがい、第１の材料シートに与えられる冷却は第２の材料シートに接合された剥離層の、第１の材料層からの、分離を補助するための冷却プロファイルにしたがう。
【００１９】
本発明の１つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、（第１および第２の材料シートの陽極接合形成に用いるための）接合形成プレート機構は、隔てて配置された第１および第２の面並びに第１および第２の面を貫通する開口を有するベース、ベースによって支持され、ベースから熱絶縁された、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスクであって、加熱ディスクを貫通する開口を有する加熱ディスク、加熱ディスクに直接または間接に結合され、第１の材料シートに、加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運び、接合形成電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダーであって、熱スプレッダーを貫通する開口を有する熱スプレッダー、および、ベース、加熱ディスクおよび熱スプレッダーの開口を通って突き出す電極を有する予荷重プランジャーであって、第１の材料シートが熱スプレッダーに接触すると第１の材料シートに電気的に接続するために電極がはたらくことができる予荷重プランジャー、を有する。
【００２０】
その他の態様、特徴、利点等は、本明細書において本発明の説明が添付図面とともになされたときに、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の様々な態様を説明する目的のため、現在好ましい形態が図面に示されているが、図示される精確な配置および装備に本発明が限定されないことは当然である。
【００２２】
同様の参照数字が同様の要素を示す、図面を参照すれば、本発明の１つないしさらに多くの実施形態にしたがう接合形成装置１０が図１に示されている。本実施形態において、接合形成装置は、従来の接合形成温度より高い、例えば約６００℃より高く、１０００℃に近い温度および／または１０００℃をこえる、温度でＳＯＩ構造の２枚の材料シートの陽極接合形成を行うことができる一体型処理システムである（接合形成装置１０は従来温度においても陽極接合形成を行えることに注意されたい）。（限定のためではなく）説明の目的のために、接合形成装置１０が作業を施すに（例えばＳＯＩ構造の形成に）適する工作物としてＳＯＩ構造が本明細書で説明される。また、（限定のためではなく）説明の目的のために、工作物として以降に論じられる特定のＳＯＩ構造は、（シリコンウエハのような）半導体ドナーウエハをガラス（またはガラス−セラミック）基板に接合し、シリコンドナーウエハからシリコン層を、シリコン層がガラス基板上に接合されたままであるように、剥離することによって形成されるＳＯＧ構造である。
【００２３】
接合形成装置１０は以下のコンポーネント、上昇−加圧機構１００，開閉機構２００，スペーサ機構３００，上接合形成プレート機構４００，および下接合形成プレート機構５００を備える。これらの主コンポーネントは相互に結合され、この複合体はベースプレート１２および支持フレーム１４で支持される。１つないしさらに多くの閉制御ループを有することができる制御ユニット（図示せず）が、以下でさらに詳細に論じられるように、（例えばコンピュータプログラムを用いて）接合形成装置１０の様々な要素を制御するように動作することができる。
【００２４】
接合形成装置１０の動作およびいくつかの特定の接合形成プロセスが本明細書で後にさらに詳細に論じられるが、そのような動作の概要をここで提示する。図１において、接合形成装置は、上接合形成プレート機構４００が下接合形成プレート機構５００に密に重なる、閉配置にある。図２に示されるように、上接合形成プレート機構４００は、接合されるべき２枚の材料シート（例えばシリコンドナーウエハおよびガラス基板）の装置１０への挿入を可能にするために、上方に回転して下接合形成プレート機構５００から離れるように動作することができる。ここでも、論述の目的のため、シリコンドナーウエハが、ガラス基板に接合され、後にシリコンドナーウエハから分離されることになる、剥離層を有すると想定されている。
【００２５】
本例においては、接合形成プロセス中、シリコンドナーウエハが上接合形成プレート機構４００に接触し、ガラス基板が下接合形成プレート機構５００に接触すると想定されている。例えば、下接合形成プレート機構５００上にガラス基板を置くことができ、（装置１０が閉じたときに）上接合形成プレート機構４００に接する位置にシリコンドナーウエハがくるであろうように、シリコンドナーウエハをガラス基板上に置くことができる（しかし、本発明の様々な実施形態の範囲を逸脱せずにこの配置を反転させ得ることは当然である）。別の実施形態において、上接合形成プレート機構４００が開位置にあるときに、例えば、クリップ、チャック機構、真空等によって、シリコンドナーウエハを上接合形成プレート機構４００に結合させることができる。
【００２６】
一般に、上接合形成プレート機構４００は制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つをシリコンドナーウエハに与えるように動作することができ、下接合形成プレート機構５００は制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも１つをガラス基板に与えるように動作することができる。上昇−加圧機構１００は動作可能な態様で上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００に結合され、シリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれの面（すなわち界面）に沿うガラス基板に対するシリコンドナーウエハの制御された圧力を達成するために上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００を互いに押し付けるように動作することができる。制御ユニットはシリコンドナーウエハとガラス基板の間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００並びに上昇−加圧機構１００への制御信号を生成するように動作することができる。制御ユニットは上接合形成プレート機構４００および／または下接合形成プレート機構５００を強制冷却して接合形成後のシリコンドナーウエハからの剥離層の分離を容易にするための上接合形成プレート機構４００および／または下接合形成プレート機構５００への制御信号を生成するようにも動作することができる。
【００２７】
図２に示されるように、上接合形成プレート機構４００が上方に回転して下接合形成プレート機構５００から離れ、シリコンドナーウエハおよびガラス基板が上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００の間に挿入された後、上接合形成プレート機構４００は（開閉機構２００によって）下方に回転して、上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００が間隔をおいて隔てられるように動作することができる。したがって、シリコンドナーウエハがガラス基板の上に置かれていれば、上接合形成プレート機構４００はシリコンドナーウエハから隔てられているであろう。あるいは、シリコンドナーウエハが（例えば、前述したクリップ、チャック、真空等によって）上接合形成プレート機構４００に結合されていれば、シリコンドナーウエハとガラス基板は隔てられているであろう。後者の手法が用いられる場合には、シリコンドナーウエハおよびガラス基板を（１０００℃に近い温度および／または１０００℃をこえる温度とすることができる）特定の温度への個別の加熱を、上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００のそれぞれへの制御された電力供給によって開始することができる。前者の手法が用いられる場合には、接合形成装置１０を完全に閉じた後に個別の加熱を開始することができる。
【００２８】
図４Ａおよび４Ｂに示されるように、上昇−加圧機構１００の制御された作動の下に、シリコンドナーウエハとガラス基板は相互に接触することができる。上昇−加圧機構１００は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間に制御された加熱および圧力を達成できるような位置に下接合形成プレート機構５００（およびガラス基板）を押し上げる。シリコンドナーウエハおよびガラス基板には上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００のそれぞれによって印加される約１７５０ＶＤＣの電位差がかけられる。圧力、温度差および電位差は制御された時間にわたり印加される。その後、電圧がゼロに戻され、シリコンドナーウエハおよびガラス基板は冷却され（強制冷却とすることができる）、冷却によりシリコンドナーウエハからの剥離層の分離が少なくとも開始される。そのようなことがおこるとは考えられないが、剥離層とシリコンドナーウエハの間の分離が冷却プロセスで完了していなければ、剥離プロセスを補助するために１つないしさらに多くの機械的またはその他の機構を用いることができる。
【００２９】
ここで接合形成装置１０のそれぞれの要素をさらに詳細に論述する。図５は、部分的に分解された、接合形成装置の斜視図である。すなわち、上昇−加圧機構１００，開閉機構２００，スペーサ機構３００並びに上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００の特定のコンポーネントが容易に見分けられる。
【００３０】
さらに図６を参照して上昇−加圧機構１００の一実施形態が次に論じられる。上昇−加圧機構１００は下接合形成プレート機構５００に結合され、シリコンドナーウエハとガラス基板の陽極接合形成を補助するためのシリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれの面に沿ってシリコンドナーウエハおよびガラス基板の互いに対する制御された圧力を達成するために、上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００を相互に押し付けるように動作することができる。本実施形態において、上昇−加圧機構１００は下接合形成プレート機構５００の、（ｉ）上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００の（したがってガラス基板およびシリコンドナーウエハの）初期予荷重位置を達成するために下接合形成プレート機構５００がガラス基板を上接合形成プレート機構４００に向けて垂直に移動する予荷重印加動作、および（ii）制御された圧力においてガラス基板がシリコンドナーウエハに押し付けられる圧力印加動作（これは実質的に一様な圧力分布のためのガラス基板とシリコンドナーウエハの間の自動位置合せも可能にすることができる）の、２つの基本動作を可能にするように動作することができる。
【００３１】
上昇−加圧機構１００は、ベース１０２，第１のアクチュエータ１０４，第２のアクチュエータ１０６，および下マウント１０８を有する。ベース１０２は上面１１０および下面１１２を有する。第１のアクチュエータ１０４はベース１０２の下面１１２に結合させることができ、第２のアクチュエータ１０６はベース１０２の上面１１０に結合させることができる。下マウント１０８は、第２のアクチュエータ１０６がベース１０２と下マウント１０８の間に挟まれるように、第２のアクチュエータ１０６に結合される。
【００３２】
ベース１０２は複数本の案内柱１１４，１１６，１１８に対して滑動可能である（３本の案内柱が示されているが、より少ないかまたはより多い数の案内柱を用いることができる）。例として、ベース１０２はそれぞれのガイドブッシュ１２０，１２２，１２４を有することができ（ガイドブッシュ１２４は見えない）、案内柱１１４，１１６，１１８は、案内柱１１４，１１６，１１８がそれぞれのガイドブッシュ１２０，１２２，１２４内を軸方向に滑動できるように、ガイドブッシュ１２０，１２２，１２４内に同軸に配置される。案内柱１１４，１１６，１１８のそれぞれはファスナー１３０を用いて接合形成装置１０のベースプレート１２に固定することができる。
【００３３】
１つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、第１のアクチュエータ１０４の作動は、上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００（したがってガラス基板およびシリコンドナーウエハ）の初期予荷重印加位置決めを達成するために下接合形成プレート機構５００が上接合形成プレート機構４００に向けて下マウント１０８を介して移動する、前述した予荷重印加動作を達成することができる。この予荷重印加動作は上接合形成プレート機構４００に向かう下接合形成プレート機構５００の粗変位とすることができる。第１のアクチュエータ１０４および第２のアクチュエータ１０６は、第１のアクチュエータ１０４の作動が第２のアクチュエータ１０６および下接合形成プレート機構５００のいずれもの粗変位を与えるように、下接合形成プレート機構５００に軸を合せて取り付けることができる。
【００３４】
さらに詳しくは、第１のアクチュエータ１０４は第１のアクチュエータ１０４を上下方向に移動させるように動作することができるシャフト１０４Ａを有することができる。シャフト１０４Ａは、電気機械ソレノイド、液圧ピストン機構、等のような、いずれか適する機構を用いて駆動することができる。第１のアクチュエータ１０４の上下移動は対応するベース１０２の移動をおこさせることができ、ベース１０２の平面配置は案内柱１１４，１１６，１１８がガイドブッシュ１２０，１２２，１２４内を滑動する際に案内柱１１４，１１６，１１８によって維持される。ベース１０２の移動の結果、第２のアクチュエータ１０６，下マウント１０８および下接合形成プレート機構５００の対応する移動がおこる。シャフト１０４Ａによる第１のアクチュエータ１０４の移動は、下接合形成プレート機構５００の予荷重印加動作が制御されるように、機械的に、電気的に、および／または液圧で、制限することができる。制限された移動は、図６に示されるように、それぞれのファスナー１３０とガイドブッシュ１２０，１２２，１２４の間隔Ｄを、図３に示されるような実質的にゼロであるかまたは休止時の間隔と比較して、測ることができる。
【００３５】
上昇−加圧機構１００の第２のアクチュエータ１０６は下接合形成プレート機構５００に制御可能な力（例えば、前述した粗移動に比較して微細な移動）を与えるように動作することができ、制御可能な力は下接合形成プレート機構５００の搭載面（すなわち、ガラス基板に接する表面）に実質的に垂直である。上接合形成プレート機構４００の搭載面は下接合形成プレート機構５００の搭載面に平行であるから、上昇−加圧機構１００の第２のアクチュエータ１０６は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の、掻き傷またはその他の障害を陽極接合の品質に生じさせかねない横方向の力が全く（または最小限にしか）印加されないことを保証する。
【００３６】
第２のアクチュエータ１０６は、ベローズの内部流体圧（例えば液圧またはガス圧）の変化に応じて下マウント１０８を上下に移動させるように動作することができるベローズアクチュエータとすることができる。第２のアクチュエータ１０６は、ガラス基板がシリコンドナーウエハに押し付けられる、前述した圧力印加動作を達成するために（第１のアクチュエータ１０４に対して）独立に制御することができる。ガラス基板とシリコンドナーウエハの間に陽極接合形成に適切な（ｐｓｉ単位（Ｐａ単位）の）圧力を確立するために、制御ユニットによる第２のアクチュエータ１０６の慎重な制御（例えば、ベローズ内の圧力の制御）を用いることができる。さらに、第２のアクチュエータ１０６にベローズを用いれば、下マウント１０８，下接合形成プレート機構５００およびガラス基板を、上接合形成プレート機構４００（およびシリコンドナーウエハ）に対して浮かすかまたは自動位置合せをおこなうことが可能になる。
【００３７】
上昇−加圧機構１００は、下マウント１０８に結合された上向ポスト１４０のような、複数のマウント素子も有することができる。マウント素子１４０は本説明で後にさらに詳細に論じられるように、スペーサ機構３００を嵌合して保持するようにはたらくことができる。
【００３８】
図５に最善に示されるように、上昇−加圧機構１００は下マウント１０８および／または下接合形成プレート機構５００に結合された位置センサ１５０を有することもできる。位置センサ１５０は下接合形成プレート機構５００がどれだけ移動したかを示す出力信号を制御機構に与えるように動作することができる。例えば、位置センサ１５０の出力信号は下接合形成プレート機構５００の（上接合形成プレート機構４００に向かう）前述した粗変位が行われたか否かの指標を与えることができる。この指標は、加熱、予荷重圧力およびシード電圧印加等をいつ開始すべきかの指標を与えることができる。さらにまたはあるいは、位置センサ１５０の信号は下接合形成プレート機構５００の速度および／または加速度の指標を与えることができる。当業者であれば、位置センサ１５０の出力信号から得られる１つないしさらに多くの位置測定値およびタイムベースに基づいて、下接合形成プレート機構５００の位置、速度、加速度等を制御ユニットが計算できることを認めるであろう。例として、位置センサは、変換器の可動コアの関数として振幅が変化する出力信号を与える、線形電圧可変差動変成器（ＬＶＤＴ）を用いて実施することができる。
【００３９】
さらに図７を参照して開閉機構２００の一実施形態が次に論じられる。本実施形態において、開閉機構２００は、集成リフト２０２，集成アクチュエータ２０４，集成チルト機構２０６およびマウントプレート２０８を有する。開閉機構２００は上接合形成プレート機構４００（図７には示されていない。図１および５を見よ）に結合され、（ｉ）閉配置にあるときに、上接合形成プレート機構４００に向かう下接合形成プレート５００の移動がガラス基板に対するシリコンドナーウエハの制御された圧力を達成するような下接合形成プレート機構５００に対する所定の位置への上接合形成プレート４００の保持を補助するため、および（ii）第１の動作が下接合形成プレート機構５００から上接合形成プレート機構４００を下接合形成プレート機構５００および上接合形成プレート機構４００のそれぞれの搭載平面に実質的に垂直な方向に分離し、第２の動作が、上接合プレート機構４００の搭載平面が下接合形成プレート機構５００の搭載平面に対して斜角をなすように、上接合形成プレート機構４００を傾けて下接合プレート機構５００から離す、二重開動作プロファイルを与えるように動作することができる。
【００４０】
二重開動作プロファイルに関し、集成リフト２０２，集成アクチュエータ２０４，集成チルト機構２０６およびマウントプレート２０８は協同して、（ｉ）ベースプレート１２に対するマウントプレート２０８の垂直運動、および（ii）ベースプレート１２に対するマウントプレートの上方への回転を可能にするチルト運動の、２つの基本動作を達成する。上接合形成プレート機構４００はマウントプレート２０８に結合するように動作することができ、マウントプレート２０８の回転によって（上で論じたように）上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００の間での接合形成装置１０へのシリコンドナーウエハおよびガラス基板の挿入のためのアクセスが可能になる。マウントプレート２０８（および上接合形成プレート機構４００）の垂直運動により、実質的に純粋に垂直方向である、上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００の間の初期分離運動が可能になる。これにより、そうでなければ、ＳＯＧ構造に損傷を与えかねない横方向への掻き傷をつけない分離が可能になる。これらの特徴は以下でさらに詳細に論じられる。
【００４１】
集成リフト２０２はベース２１０，案内シャフト２１２および案内ブッシュ２１４を有する。ベース２１０は、直接または間接にベースプレート１２に連結するため、および上昇運動およびチルト運動をそこから開始できる高剛性基準を提供するようにはたらくことができる。案内シャフト２１２はベース２１０に動作可能な態様で結合され、集成チルト機構２０６およびマウントプレート２０８に向かって垂直方向に延びる。案内ブッシュ２１４は案内シャフト２１２を滑り嵌めするようにはたらくことができる。以下でさらに詳細に論じられるように、案内シャフト２１２に対する案内ブッシュ２１４の滑り運動がマウントプレート２０８の垂直運動および回転運動をおこさせる。案内ブッシュ２１４は集成アクチュエータ２０４への機械的連結を可能にするようにはたらくことができる締結プレート２１６を有する。
【００４２】
集成アクチュエータ２０４は、同じくマウントプレート２０８の上昇運動および傾斜運動を得るために案内ブッシュ２１４の制御された滑りが達成されるように、案内ブッシュ２１４の締結プレート２１６に垂直方向の力を与えるように動作することができる。一実施形態において、集成アクチュエータ２０４は、ダフ-ノートン（Duff-Norton）ジャッキのような、ジャッキ２３０，ジャッキ２３０に連結されたシャフト２３２および案内ブッシュ２１４の締結プレート２１２に接続された結合素子２３４を有することができる。１つないしさらに多くの実施形態において、ダフ-ノートンジャッキ２３０は、シャフト２３６への回転力の印加がシャフト２３２の垂直運動、したがって案内ブッシュ２１４の垂直運動を生じさせるように動作することができる。ジャッキ２３０の作動は制御ユニットによって、シャフト２３６を回転させるための電気モーターの使用によるように、制御することができる。
【００４３】
マウントプレート２０８は、上接合形成プレート機構４００を嵌合するようにはたらくことができる第１の終端２４０および集成チルト機構２０６と動作可能な態様で結合された第２の終端２４２を有することができる。本実施形態において、集成チルト機構２０６はマウントプレート２０８を（以下でさらに詳細に論じられる）集成リフト２０２に結合するヒンジプレート２５０を有する。集成チルト機構２０６は、第１のストップアーム２５２，第２のストップアーム２５４およびマウントプレート２０８へのヒンジプレート２５０の軸旋回リンク仕掛２５８も有する。ストップアーム２５２，２５４は、それぞれの第１の末端においてベースプレート１２に結合され、それぞれの第２の末端においてマウントプレート２０８に結合される。ストップアーム２５２，２５４は、（ベースプレート１２に対する）それぞれの垂直運動は阻止されるが、第１の末端を中心とする第２の末端の軸旋回運動は許容されるように、第１の末端においてベースプレート１２に回転可能な態様で結合させることができる。ストップアーム２５２，２５４のそれぞれは、マウントプレート２０８の第２の終端２４２から水平方向に延び出している、対応するローラーまたはピン２４４を受け入れるようにはたらくことができるスロット２５６を有する。
【００４４】
マウントプレート２０８は軸旋回リンク仕掛２５８によってヒンジプレート２５０に動作可能な態様で結合される。さらに詳しくは、ヒンジプレート２５０はマウントプレート２０８の開口２４５に少なくともある程度は延び込んでいるブロック２６０を有する。軸旋回リンク仕掛２５８により、軸旋回リンク仕掛２５８を軸とするマウントプレート２０８の回転すなわち軸旋回が可能になる。開口２４５は、ブロック２６０が妨害されずに開口２４５内で回転できるような寸法および形状につくることができる。
【００４５】
ジャッキ２３０の（例えばシャフト２３６への回転力の印加による）作動に応答して、シャフト２３２は案内ブッシュ２１４を上昇／下降させることができる。図示される配置において、案内ブッシュ２１４は前述した作動に応答して上昇し、よってヒンジプレート２５０に（上方への）垂直運動を与える。応答して、ヒンジプレート２５０はブロック２６０および軸旋回リンク仕掛２５８を介してマウントプレート２０８に垂直方向の力を印加する。明らかに、マウントプレート２０８は上接合プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００の搭載平面が上昇運動中の上接合形成プレート機構４００の限られた行程の実質的に全てを通して実質的に平行なままでいるような態様でブロック２６０による運動を行う。
【００４６】
ヒンジプレート２５０によってマウントプレート２０８に印加される垂直方向の力は、それぞれのストップアーム２５２，２５４のそれぞれのスロット２５６内でのマウントプレート２０８のローラーまたはピン２４４の上方への移動をおこさせる。したがって、マウントプレート２０８は、ベースプレート１２に対して実質的に平行な関係を維持しながら、垂直に上昇してベースプレート１２から離れるであろう。ベースプレート１２に対する実質的に平行な配置を維持しながらの、垂直な上方移動（すなわち上昇）は、制限された行程中、すなわちマウントプレート２０８のローラーまたはピン２４４がスロット２５６内の上限に接するまで、続くであろう。ローラーまたはピン２４４がこの上限に達すると、ブロック２６０によってマウントプレート２０８にかけられた連続的な上向きの力が、軸旋回リンク仕掛２５８を中心とする回転運動に応答するマウントプレート２０８の第１の終端の上方への傾きを生じさせる（軸旋回リンク仕掛２５８を軸とする旋回に応答するマウントプレート２０８の横方向運動を考慮に入れるためにストップアーム２５２，２５４のそれぞれの第１の末端を軸とする若干の旋回運動が許容される）。マウントプレート２０８の傾きの大きさは、それぞれのストップアーム２５２，２５４の末端に配置されるストップ２５７を用いて調節することができる。例として、ストップ２５７はねじ込みロッドおよびナットを有することができ、ねじ込みロッドは回して可変量だけ付随スロット２５６に出し入れすることができる。スロット２５６の有効な長さ内でのこの調節により、ローラーまたはピン２４４の許容行程およびマウントプレート２０８の傾きの大きさの変更が可能になる。
【００４７】
集成アクチュエータ２０４の反転作動により、マウントプレート２０８のベースプレート１２に実質的に平行な配置への下向きの傾きがおこり、続いて、マウントプレート２０８がベースプレート１２との実質的に平行な関係を維持する、垂直方向に下向きの運動がおこる。マウントプレート２０８の平行配置はヒンジプレート２５０の１つないしさらに多くのストップ２５９によって調節することができる。例えば、ストップ２５９は、マウントプレート２０８に可調休止位置を与えるため、回転させてヒンジプレート２５０に出し入れすることができるねじ込みボルトを有することができる。
【００４８】
マウントプレート２０８の第１の終端２４０は上昇−加圧機構１００の案内柱１１４，１１６，１１８の上端１１４Ａ、１１６Ａ、１１８Ａに嵌合して結合するようにはたらくことができる複数のロック２４６も有することが好ましい（図６を見よ）。例として、ロック２４６は手動で操作できるねじ込みボルトを利用して実施することができる。マウントプレート２０８が図４Ａ，４Ｂに示される位置まで下降すると、集成リフト２０２，集成アクチュエータ２０４または集成チルト機構２０６に過剰な力をかけずに、マウントプレート２０８がシリコンドナーウエハおよび上接合形成プレート機構４００にかかる上向きの圧力に対抗できることを保証する。
【００４９】
マウントプレート２０８の第１の終端２４０は、以下でさらに詳細に論じられるように、様々なワイア、ケーブルおよびコンジットがそこを通過できる複数の開口も有する。
【００５０】
上接合形成プレート機構４００に関するさらなる詳細を与える図８Ａおよび８Ｂを次に参照する。図８Ａは上接合形成プレート機構４００の斜視図であり、図８Ｂは上接合形成プレート機構４００の断面図である。接合形成装置１０の対称性により、（以下で論じられるように）上接合形成プレート機構４００の機能的および／または構造的な詳細は下接合形成プレート機構５００に容易に適用され得ることに注意されたい。
【００５１】
上接合形成プレート機構４００の主要なコンポーネントには、ベース４０２，インシュレータ４０４，バックプレート４０６，加熱ディスク４０８および熱スプレッダー４１０がある。上接合形成プレート機構４００の主要な機能には、シリコンドナーウエハの加熱、シリコンドナーウエハへの圧力印加、シリコンドナーウエハへの電位印加およびシリコンドナーウエハの冷却がある。
【００５２】
加熱機能は加熱ディスク４０８に基づき、約６００℃より高いかまたは低く、１０００℃に近づくかまたはこえることができる、温度を与えるように動作することができる。上接合形成プレート機構４００の本実施形態は、シリコンドナーウエハの実質的に全面にわたり、制御された設定温度の±０.５％の範囲内の熱一様性を与えるように動作することもできる。
【００５３】
上接合形成プレート機構４００によってシリコンドナーウエハにかけられる圧力は熱スプレッダー４１０によりウエハにわたって実質的に一様に分布され、熱スプレッダー４１０は（下接合形成プレート機構５００によって与えられる）ガラス基板による上向きの力への反力を与える。この結果、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面に陽極接合形成に適する圧力プロファイルが得られる。下接合形成プレート機構５００によって与えられる上向きの圧力を（例えば、制御ユニットの制御の下で）制御することによって、圧力プロファイルは約１ポンド/平方インチ（ｐｓｉ）〜１００ｐｓｉ（約６.９×１０３〜６.９×１０５Ｐａ）の間の少なくともピーク圧力を有することができる。約１０〜５０ｐｓｉ（約６.９×１０４〜３.４×１０５Ｐａ）の低い側の圧力（例えば約２０ｐｓｉ（約１.４×１０４Ｐａ））が、シリコンドナーウエハまたはガラス基板にクラックを生じさせ難いであろうから、有利であると考えられる。
【００５４】
上で論じたように、シリコンドナーウエハとガラス基板には約１７５０ＶＤＣの電位差がかけられ、この電位差は上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００のそれぞれによって印加される。この電位差は、（ｉ）シリコンドナーウエハおよびガラス基板の一方に（他方は接地して）電位を与えるか、または（ii）シリコンドナーウエハおよびガラス基板の双方にそれぞれ（シリコンドナーウエハには正電位、ガラス基板には負電位のような）電位を与えることによって達成できることに注意されたい。すなわち、シリコンドナーウエハに（接地以外の）電位を与えることができる上接合形成プレート機構４００の能力は、必要に応じて備えられる特徴である。上接合形成プレート機構４００によってシリコンドナーウエハに（接地以外の）接合形成電位が与えられる場合には、そのような電位は熱スプレッダー４１０によりウエハの全面にわたって実質的に一様に分布させることができる。
【００５５】
本発明はいかなる動作原理にも限定されないが、接合形成の電圧、温度、時間および財力特性の間に一般的な関係があり得ることに注意されたい。例えば、接合形成電圧が低下すると、同じ接合形成結果に少なくとも向かう傾向を得るために、温度、時間および／または（例えばガラス基板の）導電イオン量を増大させることができる。この関係は、温度、時間および／または導電イオン量が独立変数である場合に同じく成立する。シリコンドナーウエハとガラス基板の間の接合形成電位差は約１００ＶＤＣ（ないしそれ以下）から約２０００ＶＤＣ（ないしそれ以上）の範囲とすることができ、ピーク、平均、ＲＭＳまたはその他の従来の測定様式を用いて測定することができる。いくつかのタイプのガラス基板については、約１０００ＶＤＣ〜約２０００ＶＤＣの範囲の接合形成電圧が適している。
【００５６】
シリコンドナーウエハの強制冷却が望ましければ、上接合形成プレート機構４００を通る制御された流体流を用いてそのような冷却を達成することができる。上接合形成プレート機構の上記およびその他の特徴は以下でさらに詳細に論じられる。
【００５７】
上接合形成プレート機構４００のベース４０２は実質的に円柱形の構造をもち、インシュレータ４０４を受け入れるための内部空間を定める。例として、ベース４０２は、構造保全性および耐熱性のいずれをも提供する、機械加工可能なガラス−セラミック（例えば、MACOR）で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する材料をベース４０２の形成に用いることができる。インシュレータ４０４は加熱ディスク４０８からベース４０２（および接合形成装置１０の他の部分）への熱流を制限するかまたは妨げるようにはたらくことができる。例として、インシュレータ４０４は、４０％低密石英ガラスのような、セラミック気泡断熱材料で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する断熱材料を用いることができる。インシュレータ４０４は、加熱ディスクが６００℃ないしさらに高い、１０００℃に近づくかまたはこえるような、温度を達成するように動作することができる以上、かなりの断熱能力を提供するべきである。断熱が不十分なためにベース４０２にかなりの熱が流れることが可能であると接合形成装置１０の他の部分の適切な動作に関して破局的な結果が生じ得るであろう。さらに、ベース４０２と加熱ディスク４０８の間の比較的高度の断熱により、上接合形成プレート機構４００の熱慣性が比較的低くなることが保証され、低い熱慣性は高速熱サイクル能力の達成に役立つ。
【００５８】
バックプレート４０６はインシュレータ４０４によってベース４０２から断熱される。バックプレート４０６は、ＳＯＧ構造、特にシリコンドナーウエハの温度を強制的に下げることが望ましい場合に、冷却流体がそれを流過することができる少なくとも１本の冷却チャネル４２０を提供するようにはたらくことができる。例として、バックプレート４０６は、高温および（冷却流体がチャネル４２０に流し込まれる場合のような）比較的高速な温度変化に耐えるように、熱間加圧成形窒化ホウ素（ＨＢＮ）で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する材料をバックプレート４０６を形成するために用いることができる。少なくとも１本の流入管４２２が冷却流体をチャネル４２０に流し込むようにはたらくことができ、（図８Ｂでは見えないが、以下で論じられるように図１１Ｂに見ることができる）少なくとも１本の流出管４２４が冷却流体をチャネル４２０から取り出すようにはたらくことができる。冷却流体を、流入管４２２に再び流し込む前に、冷却するために熱交換器（図示せず）を用いることができる。
【００５９】
強制冷却は、チャネル４２０を流過する冷却流体の温度および流量を制御ユニットを用いて制御することによって、達成することができる。例えば、上接合形成プレート機構４００の冷却プロファイルは、様々な冷却速度および様々な冷却レベル（例えば滞留時間）の内の少なくとも１つをシリコンドナーウエハに与えるために、（例えば制御ユニットによって）積極的に制御することができる。シリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれに異なる冷却プロファイルを与えることによってシリコンドナーウエハからの剥離層の一層良好な分離が容易になると考えられる。特に、上接合形成プレート機構４００の強制冷却機能は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間でそれぞれに異なる冷却プロファイルは（以下でさらに詳細に論じられるように）下接合形成プレート機構５００による（シリコンドナーウエハではなく）ガラス基板の強制冷却によって達成できるから、必要に応じて備えられる。
【００６０】
キャップリング４２６（図８Ｂを見よ）は、インシュレータ４０４をベース４０２内の所定の位置に維持するために、また加熱ディスク４０８をその中に配置することができるくぼみを与えるようにも、はたらくことができる。キャップリング４２６は（上述したMACORのような）機械加工可能なガラス−セラミックで形成することができる。
【００６１】
加熱ディスク４０８は電気（電圧および電流）加熱に応答して熱を発生するように動作することができ、シリコンドナーウエハに印加される電位がバックプレート４０６またはベース４０２には印加されないように、電気絶縁特性も備える。実際上、印加される比較的高い電位はシリコンドナーウエハに限定されるべきである。したがって、加熱ディスク４０８はかなりの電気絶縁特性およびかなりの熱伝導率を示す材料で形成することができる。適するそのような材料の１つは熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）である。
【００６２】
図９Ａおよび９Ｂを参照すると、加熱ディスク４０８の実施に適する加熱ディスク構造の２つの例が示されている。図９Ａは第１の加熱ディスク４０８Ａの斜視図であり、図９Ｂは別の、第２の加熱ディスク４０８Ｂの斜視図である。実質的に一様な加熱が望まれるから、加熱ディスク４０８Ａ，４０８Ｂは、加熱ディスク４０８Ａ，４０８Ｂの外側部分が加熱ディスク４０８Ａ，４０８Ｂの中央部分より低温になる傾向に対処できるような、縁端熱損失補償を有することができる。図示される実施形態において、加熱ディスク４０８Ａ，４０８Ｂの縁端熱損失補償は、一方は実質的に中央に配置され、他方は中央域を囲む円環の形態にある、２つの加熱域を用いて達成することができる。これらの加熱域はそれぞれの加熱素子を用いて実施することができる。
【００６３】
図９Ａの加熱ディスク４０８Ａは２つの個別加熱素子４０９Ａおよび４０９Ｂを有し、加熱素子４０９Ｂは実質的に中央に配置され、加熱素子４０９Ａは加熱素子４０９Ｂを囲む円環の形態にある。加熱素子４０９Ａ，４０９Ｂはそれぞれ、それぞれの電源に接続することができる、一対の端子４１１Ａ，４１１Ｂを有する。それぞれの電源から加熱ディスク４０８Ａの加熱素子４０８Ａおよび４０９Ｂへの電圧および電流の印加は、２つの加熱域のそれぞれの温度を個別に調節でき、縁端熱損失の補償を達成できるように、制御ユニットによって個別に制御することができる。
【００６４】
加熱素子４０９Ａおよび４０９Ｂは、熱分解グラファイト（ＰＧ）、THERMOFOIL等で形成することができる。THERMOFOIL材は、可撓性絶縁材層の間に挟み込まれたエッチング加工ホイル抵抗素子を有する、薄く、可撓性の、加熱特性を有する材料である。THERMOFOILは真空環境でより優れた信頼性を示し得るが、本明細書では（大気環境のような、１つないしさらに多くの酸化剤を含有し得る）非真空環境での使用も考えられる。非真空雰囲気においては、優れた耐蝕特性および耐熱特性を有する高強度オーステナイト系ニッケル−クロム−鉄合金族を含む、インコネルで加熱素子４０９Ａおよび４０９Ｂを形成することができる。
【００６５】
１つないしさらに多くの実施形態において、加熱素子４０９Ａおよび４０９Ｂは縁端熱損失補償を補助するために垂直方向にオフセットさせることができる。例えば、中央域の加熱素子４０９Ｂを加熱ディスク４０８Ａの底面側に向けて配置することができ、円環域の加熱素子４０９Ａを加熱ディスク４０８Ａの上面側に、または上面側に向けて、配置することができる。これにより、加熱ディスク４０８Ａの周縁における加熱素子４０９Ａとシリコンドナーウエハの間の熱抵抗が加熱ディスク４０８Ａの中央における加熱素子４０９Ｂとシリコンドナーウエハの間の熱抵抗に比較して小さくなる。オフセット構造は、例えば、加熱素子４０９Ａと４０９Ｂの間にスペーサ素子（図示せず）、例えばシート材を挟み込むことによって、達成することができる。これにより、端子４１１Ｂを、図９Ａに示されるように下方に引き出すのではなく、横方向に引き出すことも可能になる。
【００６６】
図９Ｂの加熱ディスク４０８Ｂは、個別の加熱素子４０９Ｃ，４０９Ｄを有しているかのように動作する、一体形成された、連続加熱素子を有する。詳しくは、加熱素子を形成するために用いられる抵抗材料の幅（および／または厚さ）が加熱ディスク４０８Ｂ内の位置に依存して変えられる。例えば、周辺位置４０９Ｃにおける加熱素子の幅は中央位置４０９Ｄにおける加熱素子の幅より狭い。加熱素子の幅の変化によって加熱素子の抵抗（したがって加熱特性）が位置の関数として変わる。一体加熱素子の抵抗を加熱ディスク４０８Ｂの中央領域からの位置の関数として変えることにより、縁端熱損失補償を達成するに必要な電圧および電流の印加が一組だけで済む。実際上、領域４０９Ｃと４０９Ｄにおける加熱素子の抵抗変化によって、一体加熱素子は印加電圧および電流に応答して相異なる態様で反応（加熱）するであろう。
【００６７】
加熱素子の構成にかかわらず、加熱素子の抵抗は約１０〜２０Ω程度（例えば約１５Ω）とすることができる。前述した約６００℃〜１０００℃の加熱レベルを達成するため、約２００Ｖ（ＡＣ）の電圧を加熱素子にかけて印加することができ、これにより約３２５０Ｗ ＲＭＳ程度の熱放散が生じる。
【００６８】
１つないしさらに多くの実施形態において、加熱ディスク４０８は、少なくともある程度は材料および構成の選択によって、比較的低い熱慣性を示す。加熱ディスクは、上で詳細を論じた材料および構成を用い、実測で２ｍｍ厚とすることができる。（実測で１〜２インチ（約２５〜５０ｍｍ）厚の従来の加熱素子と比較して）比較的薄い厚さが熱容量および熱慣性を低めるに寄与し、これは高速熱サイクル能力の達成に役立つ。
【００６９】
熱スプレッダー４１０は加熱ディスク４０８と熱流通状態にあり、より一様な熱供給がシリコンドナーウエハに行われるように、加熱ディスク４０８によって与えられる加熱プロファイルを積分するようにはたらくことができる。熱スプレッダー４１０は、シリコンドナーウエハと直接に接してウエハの加熱およびウエハへの前述した高電圧の印加を容易にするように、電気伝導性かつ熱伝導性とすることができる。
【００７０】
熱スプレッダー４１０の実施に用いることができる材料の中では、THERMOFOILのような、導電性グラファイトが望ましい。非真空雰囲気においては（例えば空気中で）、熱スプレッダー４１０は酸化性環境内でより優れた信頼性を示すことができる、非酸化性電気伝導−熱伝導素子、（無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような）非酸化性コーティングが施された銅、（無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような）非酸化性コーティングが施されたTHERMOFOIL、（コーティングを施すかまたは施さないでおくことができる）炭化ケイ素、（無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような）金属コーティングが施されたケブラーのような、その他の材料で形成することができる。
【００７１】
１つないしさらに多くの実施形態において、熱スプレッダー４１０も、やはり少なくともある程度は材料および構成の選択によって、比較的低い熱慣性を示す。熱スプレッダー４１０は、上に詳細を論じた材料および構成を用いて、実測で約０.５〜６ｍｍ厚とすることができる。
【００７２】
加熱ディスク４０８および熱スプレッダー４１０の比較的薄い厚さは、インシュレータ４０４および上で論じたその他の材料選択によって示される高断熱特性と相まって、上接合形成プレート機構４００の非常に低い熱容量および熱慣性に寄与する。すなわち、上接合形成プレート機構４００は材料シートを約２分で室温から約１０００℃まで加熱することができ、約１０００℃まで加熱された材料シートを約１０分ないしさらに短い時間で室温まで冷却することができる。これは、材料シートの温度を室温から僅か約６００℃に上げるに約３０分から１時間かかり得るし、また約６００℃の材料シートを室温まで冷却するに約２０分かかり得る、従来の基板ヒーターとは比較にならない。
【００７３】
制御ユニットは、いずれか所望の傾斜加熱プロファイルまたは傾斜冷却プロファイルおよびいずれか所望の処理温度における滞留時間にしたがうように上接合形成プレート機構４００をプログラムするように動作することができる。
【００７４】
図８Ａに示されるように、上接合形成プレート機構４００は接合形成プロセス中に、例えば、シリコンドナーウエハに予荷電圧を印加するための、ウエハへのアクセスを可能にする開口４５０を有することができる。この必要に応じて備えられる特徴は本説明において以下でさらに詳細に論じられる。
【００７５】
図１０は上接合形成プレート機構４００の（ベース４０２およびインシュレータ４０４を除く）分解組立図を示す。本分解組立図に示されるように、上接合形成プレート機構４００は、支持リング４３０，ガスケット４３２，バックプレート４０６，ガスケット４３４，加熱ディスク４０８および熱スプレッダー４１０を含む多層集成体である。支持リング４３０はバックプレート４０６およびガスケット４３２に対する支持を与える。バックプレート４０６は、冷却流体がチャネル４２０を流過するときの冷却流体の漏洩を防止するようにはたらく、ガスケット４３２とガスケット４３４の間に挟み込まれる。ガスケット４３２，４３４を形成できる材料の中では、GRAFOILリングが、適する封止特性および耐熱特性を示すから、望ましい。加熱ディスク４０８がガスケット４３４の上に重なり、熱スプレッダー４１０が加熱ディスク４０８の上に配置される。上接合形成プレート機構４００のそれぞれの層はボルトを用いて相互に結合させることができる。
【００７６】
１つないしさらに多くの実施形態において、バックプレート４０６は、１本の連続チャネル４２０または複数本の独立チャネル４２０を有することができる。図１０に示されるように、バックプレート４０６は、それぞれがそれぞれの流入口４０６Ａ，４０６Ｂを介して冷却流体を受け取り、共通流出口４０６Ｃを介して冷却流体を放出する、２本の独立チャネル４２０を有する。二重冷却チャネル４２０により、熱スプレッダー４１０（したがってシリコンドナーウエハ）面内の一層均等な冷却が保証される。
【００７７】
特に、熱スプレッダー４１０は、熱スプレッダー４１０の周縁から外側に放射状に延び出す複数のフィン４３６を有する。フィン４３６は熱スプレッダー４１０を所定の位置に維持するためおよび高電圧源への接続を与えるために用いられる周辺面を提供する。図８Ｂに最善に示されるように、フィン４３６はそれぞれの保持クリップ４４０に嵌合されて、熱スプレッダー４１０を固定する。保持クリップ４４０は、電気絶縁および優れた構造保全性を与えるように、機械加工可能なガラス−セラミック（例えばＭＡＣＯＲ）で形成されることが好ましい。
【００７８】
上で論じたように、上接合形成プレート機構４００は、必要に応じて、ベース４０２，インシュレータ４０４，バックプレート４０６，加熱ディスク４０８および熱スプレッダー４１０の個別の開口４５０によって実施できる、開口４５０を有することができる。開口４５０は、シリコンドナーウエハの中央領域（例えばウエハの中心）へのアクセスが得られるように、中央に配置することができる。開口４５０によって与えられるシリコンドナーウエハへのアクセスの用途は以下でさらに詳細に論じられる。
【００７９】
上接合形成プレート機構４００の構造的および機能的態様をさらに示す、図１１Ａ，１１Ｂおよび１１Ｃを次に参照する。図１１Ｂおよび１１Ｃはそれぞれ図１１Ａの線１１Ｂ-１１Ｂおよび１１Ｃ-１１Ｃに沿ってとられた断面図である。図１１Ｃに最善に示されるように、加熱電圧および電流は、ベース４０２，インシュレータ４０４およびバックプレート４０６を通って延び出す、端子４５２によって加熱ディスク４０８に印加することができる。端子４５２の数は、加熱ディスク４０８にどれだけの数の加熱素子が用いられているか、およびどのように加熱素子が実装されているかに依存するであろう。上で論じたように、１つないしさらに多くの実施形態においては、２つの加熱域の温度を厳密に調整できるように加熱電圧および電流の制御ユニットによる独立制御を可能にするために、２つの加熱素子を用いることができる。あるいは、温度調節および縁端熱損失補償のために単一加熱電圧を用い得るように、（可変抵抗を用いて）加熱素子を一体化することができる。
【００８０】
図１１Ｂに最善に示されるように、上接合形成プレート機構４００への流体源（図示せず）の接続を可能にするために、流入管４２２および流出管４２４にそれぞれの流体カップリング４６０を接続することができる。特に、流入管４２２および流出管４２４はマウントプレート２０８の開口を通過するようにベース４０２から十分離れて延び出す。
【００８１】
図１１Ｂおよび１１Ｃに最善に示されるように、（例えばヒーター電圧に比較して）比較的高い電圧を、ベース４０２，インシュレータ４０４，バックプレート４０６および加熱ディスク４０８を通って突き出している、高電圧端子４５３によって熱スプレッダー４１０に印加することができる。上に論じたように、熱スプレッダー４１０に印加される（約１０００〜２０００ＶＤＣの範囲とすることができる）電圧は、ガラス基板へのシリコンドナーウエハの陽極接合形成を補助するために用いられる。
【００８２】
図示されていないが、上接合形成プレート機構４００は、ベース４０２，インシュレータ４０４，バックプレート４０６および加熱ディスク４０８を通って熱スプレッダー４１０まで延びる、１本ないしさらに多くの真空コンジットを有することもできる。用いられていれば、図２に示されるように上接合形成プレート機構４００が上方に回転された（開）位置にあるときにシリコンドナーウエハが熱スプレッダー４１０に結合されるであろうように、ウエハを熱スプレッダー４１０に密着させる際のウエハへの真空の印加が真空コンジットにより可能になる。真空の印加は、制御ユニットにより、あるいは接合形成装置１０の作業者によって手動で、制御される通常の真空源（図示せず）を用いて達成することができる。
【００８３】
上で論じたように、上接合形成プレート機構４００は、必要に応じて、接合形成プロセス中のシリコンドナーウエハへのアクセスを可能にするための開口４５０を有することができる。開口４５０が用いられる場合、その好ましい用途は、接合形成電圧の印加に先立つシリコンドナーウエハへの予荷重圧力および／またはシード電圧の印加を可能にすることである。予荷重圧力およびシード電圧の目的は接合形成電圧の印加に先立ってシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域における陽極接合形成を開始するためであり、これによって界面の実質的に全域にわたる陽極接合形成が容易になる。シード電圧は接合形成電圧と同じかまたは異なる大きさとすることができるが、より低いかまたは等しい、例えば約７５０〜１０００ＶＤＣの電圧が優ると考えられる。開口４５０は、初期陽極接合形成がシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の中央領域またはその近傍でおこるように、中央に配置することができる。
【００８４】
前述した予荷重圧力およびシード電圧機能の達成に適する器具を示す、図１２Ａ，１２Ｂおよび１３を次に参照する。図１２Ａは、上接合形成プレート機構４００に嵌合し、その開口４５０を貫通してシリコンドナーウエハと機械的および電気的に接するようにはたらくことができる、予荷重プランジャー４７０の側面図を示す。図１２Ｂは図１２Ａの予荷重プランジャー４７０の断面図であり、図１３は上接合形成プレート機構４００に結合された予荷重プランジャー４７０を含む上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００の断面図である。予荷重プランジャー４７０は近端４７４および遠端４７６を有するハウジング４７２を有する。電気端子４７８がハウジング４７２の近端４７４に配置され、シード電圧が得られる電源を接続するための手段を提供する。プランジャー４８０の一部がハウジング４７２内に配置され、プランジャー４８０はハウジング４７２の遠端４７６を通って突き出す。プランジャー４８０はハウジング４７２内を、望遠鏡と同じ態様で、滑動できる。プランジャー４８０は、プランジャー４８０が遠端４７６を完全に通過してハウジング４７２から抜け落ちることを防止するためのストップ４８２を一端に有する。電極４８４がプランジャー４８０内に同軸に配置され、電極４８４の先端４８６はプランジャー４８０の末端の先に突き出す（以下でさらに詳細に論じられるように、先端４８６はシリコンドナーウエハに接触する）。
【００８５】
プランジャー４８０の滑動が端子４７８と電極４８４を電気的接触を妨げないように、第１の圧縮バネ４８８が電極４８４と端子４７８を機械的および電気的に結合する。第１の圧縮バネ４８８はまた、ストップ４８２がハウジング４７２と接するように、電極４８４（およびプランジャー４８０）を押し出す、すなわち偏移させる。第２の圧縮バネ４９０もストップ４８２がハウジング４７２と接するようにプランジャー４８０を押し出して、プランジャー４８０および電極４８４を突き出した配置に偏移させる。電極４８４およびプランジャー４８０にかかる軸方向の力は、電極４８４の先端４８６がシリコンドナーウエハに向けて偏移し、ウエハとの電気的接触を維持するように、圧縮バネ４８８，４９０のそれぞれによって吸収される。このようにして、電極４８４がシード電圧をシリコンドナーウエハに送る。１つないしさらに多くの実施形態において、電極４８４は、プランジャー４８０自体もシリコンドナーウエハに向けて偏移し、（単独で、または電極４８４との組合せで）ウエハに予荷重圧力を印加するように、プランジャー４８０内を滑動することができる。
【００８６】
好ましい実施形態において、電極４８４の先端４８６は、上昇−加圧機構１００が下接合形成プレート機構５００を上接合形成プレート機構４００に向けて粗変位させたときに（すなわち、図４Ａ〜４Ｂに示されるように、接合形成装置１０が完全に閉じる前に）、シリコンドナーウエハに先端４８６が接するように、上接合形成プレート機構４００の熱スプレッダー４１０の下まで突き出す。このようにして、全圧力、温度および電圧が印加される前に、予荷重圧力およびシード電圧の印加によってシリコンドナーウエハとガラス基板の陽極接合形成を開始することができる。
【００８７】
シリコンドナーウエハとガラス基板への接合形成電圧の印加と同様に、シード電圧は、（ｉ）シリコンドナーウエハとガラス基板の一方に（他方は接地して）電位を印加する、または（ii）シリコンドナーウエハとガラス基板の双方にそれぞれの電位を印加する、ことによって達成することができる。すなわち、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域における初期接合形成が望まれる場合であっても、上接合形成プレート機構４００のシリコンドナーウエハにシード電圧を与えることができる能力は必要に応じて備えられる機能である。実際上、本説明で後に論じられるように、シード電圧は下接合形成プレート機構５００によって（シリコンドナーウエハは接地して）ガラス基板に印加することができる。
【００８８】
上で論じたように予荷重圧力およびシード電圧を印加することができるが、予備接合形成がなされ得る面積を制限するために、予荷重圧力およびシード電圧が印加されている間のシリコンドナーウエハとガラス基板の接触面積を限定することが望ましい。この点に関しては、スペーサ機構３００を前述した予荷重プランジャー４７０と組み合せて用いることができる。一般に、スペーサ機構３００は下接合形成プレート機構５００に結合され（図１および５を見よ）、予備接合形成がシリコンドナーウエハおよびガラス基板の中央領域で達成されるときのシリコンドナーウエハおよびガラス基板の周縁の相互接触を防止するようにはたらくことができる。予備接合形成が達成された後、全接合形成プロセスを進めるために、スペーサ機構３００はシリコンドナーウエハとガラス基板を（シリコンドナーウエハおよびガラス基板の周縁を含めて）相互に接触させる。
【００８９】
スペーサ機構３００の斜視図である、図１４を次に参照する。スペーサ機構３００は、予荷重圧力およびシード電圧の印加中にシリコンドナーウエハの周縁領域とガラス基板の周縁領域の相互分離保持を機械的に補助するようにはたらくことができる。１つないしさらに多くの実施形態において、スペーサ機構３００はシリコンドナーウエハとガラス基板の間に対称的（多位置）間隙調整作用を与えるようにはたらくことができる。
【００９０】
スペーサ機構３００は実質的に環状の構造を有し、マウントリング３０２，回転リング３０４および複数の集成間隙調整部品３０６を有する。マウントリング３０２は、中央開口３０８および周縁３１０を有する実質的に環状の構成を有する。複数の（開口のような）マウント素子３１２が周縁３１０のまわりに配置され、上向きポスト１４０（図１，５および６を見よ）とすることができるマウント素子１４０と相補的な構成を有する。マウント素子１４０および３１２の寸法、形状および位置はマウントリング３０２が上昇−加圧機構１００の下マウント１０８に結合され得るように定められる。図示される実施形態において、マウントリング３０２が上昇−加圧機構１００の下マウント１０８に対して回転することはできない。
【００９１】
回転リング３０４も実施的に環状の構造を有し、さらに中央開口３０８を定める。回転リング３０４はマウントリング３０２に回転可能な態様で結合され、したがってマウントリング３０２および上昇−加圧機構１００の下マウント１０８に対して回転することができる。回転リング３０４は、回転リング３０４の周縁に配置された複数のカム３２０（例えばカムスロット）を有し、そのようなカム３２０は集成間隙調整部品３０６のそれぞれについて１つ設けることができる。カム３２０の内の１つは、上昇−加圧機構１００のステップモーター１４４（図６を見よ）のギア１４２にピッチが対応する複数の歯を有する、ギア付カム３２０Ａである。ステップモーター１４４がギア１４２を回すと、回転リング３０４がマウントリング３０２および上昇−加圧機構１００の下マウント１０８に対して回転する。回転リング３０４の正確な回転運動を得るため、制御ユニットがステップモーター１４４に駆動信号を与えることができる。
【００９２】
集成間隙調整部品３０６のそれぞれはスライドブロック３３２に結合された間隙調整板３３０を有することができる。間隙調整板３３０はシリコンドナーウエハとガラス基板の間に嵌まり、シリコンドナーウエハとガラス基板を隔てる、寸法および形状につくられる。間隙調整板はスペーサ機構３００の中心領域（したがってシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の中心領域）に対する径方向に内向きおよび外向きの運動を達成するように動作することができる。この径方向運動はスライドブロック３３２とマウントリング３０２の間の滑動可能な嵌合によって達成される。例えば、集成間隙調整部品のそれぞれは、対応する１つないしさらに多くのピン３３６と滑動可能な態様で嵌合する、１本ないしさらに多くの案内ブッシュ３３４を有することができる。ピン３３６は、案内ブッシュ３３４のピン３３６に沿う滑動運動の結果、スライドブロック３３２および間隙調整板３３０の前述した径方向運動が生じるように、マウントリング３０２の周縁３１０から径方向に延び出すことができる。
【００９３】
スライドブロック３３２のそれぞれは、それぞれのカムスロット３２０に嵌合する、ローラーまたはピンのような、（図では見ることができない）カムガイドも有する。（ステップモーター１４４の作動による）回転リング３０４の回転が、それぞれのスライドブロック３３２が（案内ブッシュ３３４を介して）ピン３３６に沿って制御された態様で滑動するように、それぞれのスライドブロック３３２に径方向の力を印加する。このようにして、全ての間隙調整板３３０が、シリコンドナーウエハとガラス基板の間のいかなる不均一な摩擦荷重も防止する、対称運動で移動する。回転リング３０４の回転は、エアシリンダー、リニアモーター、集成ソレノイド等のような、その他の作動手段を用いても達成できることに注意されたい。間隙調整板３３０は、ＳＯＧにかかる電位がマウントリング３０２および接合形成装置１０の他の部分に伝わらないように、電気的に絶縁されることが好ましい。例えば、スライドブロック３３２はセラミック材料で形成することができる。マウントリング３０２および回転リング３０４は下接合形成プレート機構５００の高熱域の下側に配置することができ、これによってマウントリング３０２および回転リング３０４が過剰な熱の入力から防護される。
【００９４】
図１１Ａに最善に見られるように、上接合形成プレート機構４００は加熱ディスク４０８へのアクセスを可能にするための１つないしさらに多くの別の開口を有することができる。例として、第１の開口４５４は、熱電対が加熱ディスク４０８に熱的に結合して、制御ユニットに（加熱ディスク４０８およびシリコンドナーウエハの厳密な温度調節を可能にする）温度フィードバック信号を供給できるように、上接合形成プレート機構４００を貫通する熱電対の挿入を可能にすることができる。開口４５４は図１１Ａに見られるように上接合形成プレート機構４００の背面から延び込み、よって鎖線で示されていることに注意されたい。別の温度調節のために加熱ディスク４０８への別のアクセスを提供する（これも背面からの）第２の開口４５６を有することもできる。特に、第１の開口４５４は加熱ディスク４０８の中央加熱素子の領域に配置され、第２の開口４５６は加熱ディスク４０８の環状加熱素子の領域またはその近傍に配置される。これにより、（中央加熱素子および環状加熱素子が一体形成されていなければ）中央加熱素子および環状加熱素子のそれぞれへの電力信号の独立のフィードバックおよび制御が可能になり、よって縁端熱効果補償も全体的温度調節も可能になる。
【００９５】
図１５は、開口４５４，４５６を通して延び込ませ、加熱ディスク４０８に接触させるために用いることができる、集成熱電対４９４の斜視図である。集成熱電対４９４は、標準熱電対プラグ４９５，集成バネ部品４９６およびプローブ４９８を有する。プローブ４９８は、プローブ４９８が加熱ディスク４０８に押し付けられ、よってプローブ４９８と加熱ディスク４０８の間の適切な熱伝導を確保するように、動作可能な態様で集成バネ部品４９６によって押し出される。
【００９６】
下接合形成プレート機構５００の１つないしさらに多くの実施形態の構造の詳細が次に論じられる。下接合形成プレート機構５００の主要機能は上接合形成プレート機構４００の主要機能と相補的、すなわち、ガラス基板の加熱、ガラス基板への圧力印加、ガラス基板への電位印加およびガラス基板の冷却である。
【００９７】
１つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、下接合形成プレート機構５００は上述した上接合形成プレート機構４００の実施形態の特徴をいかなる数でも有し得る。例えば、図１３に示される実施形態において、上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００は、上接合形成プレート機構４００では開口４５０および予荷重プランジャー４７０が用いられるが、下接合形成プレート機構５００では用いられないことを除き、実質的に同じである。
【００９８】
下接合形成プレート機構５００の加熱機能は約６００℃より低いかまたは高い温度を与えるように動作することができ、温度は１０００℃に近づくかまたはこえることができる。下接合形成プレート機構５００は、ガラス基板の実質的に全面にわたって、制御された設定温度の±０.５％の範囲内の温度一様性を提供するように動作することができる。必要に応じて、下接合形成プレート機構５００によって（約１７５０ＶＤＣの）電位をガラス基板に印加することができ、ガラス基板の全面にわたって実質的に一様に分布させることができる。下接合形成プレート機構５００の別の実施形態では制御された流体流を用いてガラス基板に強制冷却を与えることができる。
【００９９】
図１６〜２１に示される下接合形成プレート機構５００の実施形態は上で論じた上接合形成プレート機構４００と同様の特徴を有するが、下接合形成プレート機構５００は異なる特徴もいくつか有することができる。図１６は下接合形成プレート機構５００の斜視図であり、図１７は下接合形成プレート機構５００の分解組立図である。下接合形成プレート機構５００の主要コンポーネントには、ベース５０２，インシュレータ５０４，加熱ディスク５０８および熱スプレッダー５１０がある。これらの要素は、例えばステンレス鋼で形成することができる、ハウジング５０６内に配置されるか、ハウジング５０６に結合されるか、またはハウジング５０６に支持される。
【０１００】
ベース５０２はハウジング５０６の下部に結合され、よってインシュレータ５０４を受け入れるための内部空間を定める実質的に円筒形の構造を形成する。限定ではなく、例として、ベース５０２は、構造保全性および高温耐性のいずれをも提供する、機械加工可能なセラミック材料（例えば、機械加工可能なケイ酸アルミナの、Contronics 902）で形成することができる。インシュレータ５０４は加熱ディスクからベース５０２，ハウジング５０６および接合形成装置１０のその他の部分への熱流を制限するようにはたらくことができる。限定ではなく、例として、インシュレータ５０４は、４０％低密石英ガラスのような、セラミック気泡断熱材料で形成することができる。インシュレータ５０４の断熱特性は、加熱ディスク５０８からベース５０２（およびその他のコンポーネント）への熱流を阻止し、（高速熱サイクル能力のため）下接合形成プレート機構５００の比較的低い熱慣性を提供すべきである。
【０１０１】
加熱ディスク５０９とインシュレータ５０４は、Contronics RESBOBD 905のような、セラミック接着剤を用いて接合することができる。
【０１０２】
加熱ディスク５０８は電気（電圧および電流）加熱に応答して熱を発生するように動作することができ、同時に、ガラス基板に直接または間接に印加されるいかなる電位もベース５０２またはハウジングには印加されないように、電気絶縁特性も提供する。すなわち、加熱ディスク５０８はかなりの電気絶縁特性およびかなりの熱伝導性を示す材料で形成することができる。
【０１０３】
図１８を参照すれば、加熱ディスク５０８は、２枚（ないしさらに多くの）電気絶縁層５０８Ｂの間に挟み込まれた抵抗加熱ヒーター層５０８Ａで形成することができる。限定ではなく、例として、抵抗加熱ヒーター層５０８ＡはTHERMOFOIL巻きグラファイトで形成することができ、電気絶縁層５０８Ｂは石英ガラスで形成することができる。抵抗加熱ヒーター層５０８Ａと電気絶縁層５０８Ｂは（低熱膨張特性を示す）Contronics RESBOBD 905のような、セラミック接着剤を用いて接合することができる。
【０１０４】
実質的に一様な加熱が望ましいから、加熱ディスク５０８は縁端熱損失補償を有することができる。本実施形態において、加熱ディスク５０８は、一方は実質的に中央に配置され、他方は中央域を囲む円環の形態にある、２つの加熱域を有することができる。加熱域は抵抗加熱ヒーター層５０８内に実施することができる。例えば、それぞれの加熱域は抵抗加熱材料が層５０８Ａの中心から螺旋を描いて外側に向かうにつれて材料のそれぞれの幅を変えることで形成することができる。この結果、層５０８Ａの中心からの材料の径方向距離に依存する材料の抵抗（したがって加熱特性）の変化が生じる。これにより、ヒーター素子は径方向位置の関数としての抵抗の差によって、加熱電圧および電流に対して異なる態様で応答（発熱）するであろうから、単一の加熱電圧および電流の使用による縁端熱損失補償の達成が可能になる。
【０１０５】
抵抗加熱ヒーター層５０８Ａへの電圧および電流印加は電源（図示せず）によって行われ、（以下で論じられるようにフィードバック制御を用いることができる）温度調節を達成するために制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、いずれか所望の傾斜加熱プロファイルまたは傾斜冷却プロファイルおよびいずれか所望の処理温度における滞留時間にしたがうように下接合形成プレート機構５００をプログラムするように動作することができる。端子５５２（図１６〜１７）および端子５０８Ｃ（図１８）によって、電源から抵抗加熱ヒーター層５０８Ａへの電気的接続が可能になる。
【０１０６】
熱スプレッダー５１０は加熱ディスク５０８と熱流通状態にあり、より一様な熱供給がガラス基板に行われるように、加熱ディスク５０８によって与えられる加熱プロファイルを積分するようにはたらくことができる。熱スプレッダー５１０は、ガラス基板と直接に接して基板の加熱、および必要に応じて基板への接合形成電圧の印加、を容易にするように、電気伝導性かつ熱伝導性とすることができる。この場合も、シリコンドナーウエハおよびガラス基板に印加される接合形成電圧は、（ｉ）シリコンドナーウエハおよびガラス基板の一方に（他方は接地して）電位を印加するか、あるいは（ii）シリコンドナーウエハおよびガラス基板のいずれにもそれぞれの電位を印加することによって達成することができる。すなわち、ガラス基板に（接地以外の）電位を与えることができる下接合形成プレート機構５００の能力は、必要に応じて備えられる特徴である。下接合形成プレート機構５００によってガラス基板に（接地以外の）接合形成電位が印加される場合には、そのような電位は基板の全面にわたって実質的に一様に分布させることができ、約１７５０ＶＤＣの範囲とすることができる。
【０１０７】
熱スプレッダー５１０の実施に用いることができる材料の中では、THERMOFOILのような、導電性グラファイトが望ましい。端子５５３により、熱スプレッダー５１０への高電圧電源（図示せず）から電気的接続が可能になる。制御ユニットは（１７５０ＶＤＣのような）所望の電圧を達成するために高電圧電源からの電圧レベルをプログラムするように動作することができる。
【０１０８】
下接合形成プレート機構５００のさらなる構造的および機能的態様を説明する、図１９を次に説明する。図示されるように、下接合形成プレート機構５００は、必要に応じて、例えば基板に予荷重圧力および／またはシード電圧を与えるために、接合形成プロセス中のガラス基板へのアクセスを可能にする開口５５０を有することができる。この必要に応じて備えられる特徴は用いられる必要はないが、以下で論じられるように有益な動作を提供することができる。開口５５０が用いられる場合、その好ましい用途は接合形成電圧および全接合形成圧力の印加に先立つガラス基板への予荷重圧力および／またはシード電圧の印加を可能にすることである。上接合形成プレート機構４００に関して上で論じたように、予荷重圧力およびシード電圧の目的は、接合形成電圧の印加に先立って、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域において陽極接合形成を開始することであり、これによって界面の実質的に全領域にわたる陽極接合形成が容易になる。シード電圧は接合形成と同じかまたは異なる大きさとすることができるが、より低いかまたは等しい電圧、例えば７５０〜１０００ＶＤＣが優ると考えられる。
【０１０９】
例として、前述した予荷重機能を達成するために予荷重プランジャー５７０を用いることができる。予荷重プランジャー５７０は図１２ａ〜１２ｂに関して上で論じた予荷重プランジャー４７０と実質的に同じ構成とすることができる。予荷重プランジャー５７０は下接合形成プレート機構５００に嵌合し、その開口５５０を貫通して、ガラス基板と電気的および機械的に接触するようにはたらくことができる。予荷重プランジャー５７０の電極５８４が少なくともシード電圧を与えるためにガラス基板に接する。予荷重プランジャー５７０のプランジャーが電極５８４を囲んで同軸に配置され、単独で（または電極５８４と組み合されて）予荷重圧力を印加する。
【０１１０】
下接合形成プレート機構５００は、熱電対が加熱ディスク５０８に熱的に結合して、制御ユニットに（加熱ディスク５０８およびガラス基板の厳密な温度調節を可能にする）温度フィードバック信号を供給できるように、下接合形成プレート機構５００を貫通する熱電対の挿入を可能にするための１つないしさらに多くの別の開口を有することができる。熱電対（および熱電対自体）のための開口の構造および位置は、上接合形成プレート機構４００に関して上で論じた構造および位置と実質的に同じとすることができる。
【０１１１】
下接合形成プレート機構の別の１つないしさらに多くの実施形態に用いることができる別の機能を説明する、図２０〜２１を次に参照する。図２０は強制冷却機能を用いる下接合形成プレート機構５００Ａの断面図である。図２１は図２０の下接合形成プレート機構５００Ａの分解組立図である。本実施形態において、下接合形成プレート機構５００Ａのインシュレータ５０４Ａは、ＳＯＧ構造、特にそのガラス基板の温度を下げることが望ましい場合に冷却流体がそれを流過することができる１本ないしさらに多くの冷却チャネル５２０を有する。例えば、冷却チャネル５２０はインシュレータ５０４Ａの中心からその周縁に向けて螺旋を描いて延びることができる。チャネル５２０はインシュレータ５０４Ａの表面に機械加工で形成することができる。チャネル５２０に冷却流体を流し込むために流入管５２２がはたらくことができ、チャネル５２０から冷却流体を流し出すために流出管５２４が動作することができる。流入管５２２に冷却流体を再び流し込む前に冷却流体を冷却するために、熱交換器（図示せず）を用いることができる。強制冷却はチャネル５２０を流過する冷却流体の温度および流量を制御ユニットを用いて制御することによって達成することができる。図１３に示されるように、下接合形成プレート機構５００Ａへの流体源（図示せず）の接続を可能にするために、流入管５２２および流出管５２４に適切な流体カップリング５６０を接続することができる。
【０１１２】
図２２を参照すれば、真空、（水素、窒素等のような）ガス雰囲気のような接合形成環境の雰囲気条件およびその他の条件の制御を与えるための雰囲気制御チャンバ５０内に接合形成層装置１０を配置することができる。特に、接合形成装置１０は、接合形成装置１０の様々なコンポーネント、特に接合形成プレート機構４００，５００の劣化をおこさずに、非真空雰囲気（例えば、１つないしさらに多くの酸化剤を含み得る雰囲気）内で動作することができる。
【０１１３】
接合形成装置１０に関するさらなる詳細を、図２３〜２７を参照して次に説明する。図２３は最終ＳＯＧ構造６００を示し、図２４〜２７は接合形成装置１０の１つないしさらに多くの実施形態を用いて形成されるＳＯＧ構造の中間構造を示す。図２４を参照すれば、材料を接合形成装置１０に入れる前に、半導体ドナーウエハ６２０の注入面６２１が、ガラスまたはガラス−セラミック基板６０２（図２３）への接合形成に適する比較的平坦で一様な注入面６２１を形成するために、例えば研磨、洗浄等によって、調製される。論考の目的のため、半導体ウエハ６２０は実質的に単結晶のＳｉウエハとすることができるが、上に論じたようにその他いずれかの半導体材料を用いることができる。
【０１１４】
剥離層６２２は、注入面６２１をイオン注入プロセスにかけて、半導体ドナーウエハ６２０の注入面６２１の下に、剥離層６２２を定める、弱化領域をつくることによって形成される。例として、水素イオン注入または、ホウ素、ヘリウム等のような、その他の希土類イオンの注入を注入面６２１に行うことができる。注入面６２１上の、例えば水素イオン濃度を低減するための処理を半導体ドナーウエハ６２０に施すことができる。例えば、半導体ドナーウエハ６２０を洗浄することができ、剥離層６２２の注入面６２１を軽く酸化することができる。軽い酸化処理には、酸素プラズマ内の処理、オゾン処理、過酸化水素による処理、過酸化水素およびアンモニアによる処理、過酸化水素および酸による処理、およびこれらの処理の組合せを含めることができる。これらの処理中に、水素終端表面基が酸化されて水酸基になり、これらの水酸基が続いてシリコンウエハ表面を親水性にすると考えられる。処理は、酸素プラズマについては室温で行うことができ、アンモニア処理または酸処理については２５〜１５０℃の範囲の温度で行うことができる。ガラス基板６０２（および剥離層６２２）の適切な表面洗浄を行うことができる。
【０１１５】
上接合形成プレート機構４００が（図２におけるように）上方に回転している初期配置に接合形成装置１０があれば、半導体ドナーウエハ６２０およびガラス基板６０２が接合形成装置１０に挿入される。本例においては、下接合形成プレート機構５００にガラス基板６０２がおかれて重力で保持され、半導体ドナーウエハ６２０がガラス基板６０２の上におかれるとする。半導体ドナーウエハ６２０およびガラス基板６０２の中央領域における接合形成を開始するための予荷重圧力およびシード電圧の印加が望まれる場合は、ガラス基板６０２の上に半導体ドナーウエハ６２０をおく前に、スペーサ機構３００を起動することができる。図６および１４に関して論じたように、回転ロング３０４がマウントリング３０２に対して回転し、よって間隙調整板３３０を駆動して間隙調整板３３０がガラス基板６０２の周辺域に載るように、ステップモーター１４４がギア１４２を回転させることができる。次いで、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間に間隙調整板３３０が挟み込まれるように、半導体ドナーウエハ６２０を間隙調整板３３０の上におくことができる。このようにすれば、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２は間隙調整板３３０の厚さだけ隔てられるであろう。
【０１１６】
次に、上接合形成プレート機構４００と下接合形成プレート機構５００が間隔をおいた平行配置になるように、上接合形成プレート機構４００が（開閉機構２００によって）下方に回転するように動作することができる。さらに詳しくは、図７に関して上で論じたように、シャフト２３６を操作することでジャッキ２３０が作動し、この結果、シャフト２３２，案内ブッシュ２１４およびヒンジプレート２５０が下降する。ヒンジプレート２５０の下降が、マウントプレート２０８がヒンジプレート２５０のストップ２５９に接するまでマウントプレートおよび上接合形成プレート機構４００が下方に傾くように、軸旋回リンク仕掛２５８を中心にしてマウントプレート２０８を旋回させる。この時点で、上接合形成プレート機構４００は下接合形成プレート機構４００に対して実質的に平行な配置にある。ヒンジプレートが下方に動き続ける結果として、ロック２４６が上昇−加圧機構１００の案内柱１１４，１１６，１１８の上端１１４Ａ，１１６Ａ，１１８Ａ（図６）に接する。次いで、作業者がロック２４６を上昇−加圧機構１００の案内柱１１４，１１６，１１８に嵌合させることができる。ロック２４６は、上昇−加圧機構１００に過剰な力をかけずに、マウントプレート２０８が半導体ドナーウエハ６２０および上接合形成プレート機構４００にかかる上向きの力に確実に対抗できるようにする。
【０１１７】
次いで、上昇−加圧機構１００が下接合形成プレート機構５００（およびガラス基板６０２および半導体ドナーウエハ６２０）の上接合形成プレート機構４００に向かう粗変位を行わせることができる。予荷重プランジャー４７０の電極が上接合形成プレート機構４００の熱スプレッダー４１０の下に突き出しているから、上昇−加圧機構１００が上接合形成プレート機構４００に向かう下接合形成プレート機構５００の粗変位をおこさせると、電極４８４は半導体ドナーウエハ６２０に接触する。半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の周端の相互接触をスペーサ機構３００の間隙調整板３３０が阻止するから、予荷重プランジャー４７０は、半導体ドナーウエハ６２０の中央領域がガラス基板６０２に接触するように、半導体ドナーウエハ６２０を弓なりに反らせようとするであろう。このようにして、全圧、温度および電圧が印加される前に、予荷重圧力およびシード電圧の印加によって半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の陽極接合形成を開始することができる。
【０１１８】
半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の中央領域の初期陽極接合形成に続いて、間隙調整板３３０を引き抜くようにスペーサ機構３００に命令することができる。制御ユニットがステップモーター１４４に命令して、回転リング３０４がマウントリング３０２に対して回転し、よって半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間から間隙調整板３３０を引き抜くように、ギア１４２を回転させることができる。間隙調整板３３０は対称運動で移動し、これにより、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間のいかなる不均等な摩擦負荷も防止される。接合形成プロセスが真空内で行われていれば、間隙調整板３３０の引抜きに先立つ半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の中央領域の接合形成によって、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間からいかなるガスも排出することができる。したがって、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間の適切な接合をガス（例えば空気）が妨げる可能性を低めることができる。
【０１１９】
図２５を参照すれば、上で論じたように接合形成装置１０を用いてガラス基板６０２と半導体ドナーウエハ６２０を直接に接触させ、ガラス基板６０２および半導体ドナーウエハ６２０に温度、電圧および圧力をかけることにより、陽極（電解）プロセスを用いてガラス基板６０２を剥離層６２２に接合することができる。接合形成装置１０は、所望の陽極接合形成を達成するため、（制御ユニットのプロセッサ上で走る）コンピュータプログラムの制御の下で動作することができる。したがって、コンピュータプログラムが接合形成装置１０の様々な機構を本明細書で論じた態様で動作させて、陽極接合形成を達成すると見なすことができる。
【０１２０】
半導体ドナーウエハ６２０の剥離層６２２およびガラス基板６０２は温度差勾配の下で加熱される。ガラス基板６０２は半導体ドナーウエハ６２０および剥離層６２２の（上接合形成プレート機構４００による）加熱温度より高温に（下接合形成プレート機構５００によって）加熱することができる。例として、ガラス基板６０２と半導体ドナーウエハ６２０（および剥離層６２２）の間の温度差は約６℃と約２００℃ないしそれ以上との間のどこかとすることができる。この温度差は、後の熱応力による半導体ドナーウエハ６２０からの剥離層６２２の分離が容易になるから、ガラス基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）を半導体ドナーウエハ６２０のＣＴＥに整合させる（例えばシリコンのＣＴＥに整合させる）ために望ましい。ガラス基板６０２および半導体ドナーウエハ６２０の温度は、ガラス基板６０２の歪点の約±６５０℃の範囲内にとることができる。
【０１２１】
機械的圧力も集成中間体に印加される。圧力は、約１〜約１００ポンド/平方インチ（ｐｓｉ）（約６.９×１０３〜約６.９×１０５Ｐａ）の範囲、約６〜約５０ｐｓｉ（約４.１×１０４〜約３.４×１０５Ｐａ）の範囲、または約２０ｐｓｉ（約１.４×１０５Ｐａ）とすることができる。より高い圧力、例えば約１００ｐｓｉ（約６.９×１０５Ｐａ）ないしさらに高い圧力の印加も可能であるが、そのような圧力は、ガラス基板６０２の割れを生じさせ得るから、慎重に用いられるべきである。図４Ａ，４Ｂおよび６に関して上で論じたように、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２は上昇−加圧機構１００の制御された作動の下で相互に接触することができる。上昇−加圧機構１００の第２のアクチュエータ１０６が下マウント１０８，下接合形成プレート機構５００およびガラス基板６０２を押し上げて、半導体ドナーウエハ６２０とガラス基板６０２の間の制御された加熱および圧力を達成できるような位置につける。
【０１２２】
集成中間体にかけて、例えば、半導体ドナーウエハ６２０に正電位を与えてガラス基板６０２により低い電位を与えることにより、電圧も印加される。電位の印加によって、ガラス基板６０２内のアルカリイオンまたはアルカリ土類イオンが半導体／ガラス界面から離れてガラス基板６０２深くに移動させられる。これにより、（ｉ）無アルカリイオンまたは無アルカリ土類イオン界面が形成される、および（ii）ガラス基板６０２の反応性が非常に高くなり、比較的低い温度における熱の印加によって半導体ドナーウエハ６２０の剥離層６２２に強く接合する、の２つの機能が達成される。
【０１２３】
圧力、温度差および電位差は制御された時間（例えばほぼ６時間ないしそれより短い時間）にわたって印加される。その後、高レベル電位がゼロまで下げられ、半導体ドナーウエハ６２０およびガラス基板６０２は、半導体ドナーウエハ６２０からの剥離層６２２の分離が少なくとも開始されるように冷却される。冷却プロセスには、上接合形成プレート機構４００および下接合形成プレート機構５００の一方に、またはいずれにも、冷却流体が流し込まれる、強制冷却を含めることができる。１つないしさらに多くの実施形態において、強制冷却プロファイルには、剥離過程の強さおよび品質に影響を与えるために、半導体ドナーウエハ６２０およびガラス基板６０２の異なるプロファイル（例えば、冷却速度、滞留時間および／またはレベル）での冷却を含めることができる。
【０１２４】
図２６に示されるように、分離後、得られた構造はガラス基板６０２およびガラス基板６２０に接合された半導体材料の剥離層６２２を有することができる。この構造にアクセスするため、案内柱１１４，１１６，１１８からロック２４６が外され、シャフト２３２が案内ブッシュ２１４を上昇させて、ヒンジプレート２５０がブロック２６０および軸旋回リンク仕掛２５８によってマウントプレート２０８に垂直方向の力をかけるように（図６〜７）、ジャッキ２３０が（例えばシャフト２３６に回転力を印加することによって）作動される。これによって、上接合形成プレート機構４００は、下接合形成プレート機構５００に対して実質的に平行な関係を維持しながら、下接合形成プレート機構５００から垂直に上昇して離れるであろう。マウントプレート２０８にかかり続ける上向きの力は、軸旋回リンク仕掛２５８を中心とする回転運動に応答する上接合形成プレート機構４００の傾きを生じさせる。次いで、接合形成装置１０から中間ＳＯＧ構造を取り出すことができる。
【０１２５】
図２７に示されるようなガラス基板６０２上の半導体層６０４を得るために、薄化および／または研磨手法により、例えば、ＣＭＰまたは技術上既知のその他の手法により、表面６２３からいかなる不要な、または粗い、半導体材料も除去することができる。
【０１２６】
半導体ドナーウエハ６２０は続いて別のＳＯＧ構造６００を作成するために再使用できることに注意されたい。
【０１２７】
本発明の別の１つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、ガラス、ガラス−セラミック、セラミック等のような基板に微細構造をエンボス加工するために接合形成装置１０を用いることができる。ガラスのような基板上に複製パターンを形成するための従来手法は、（例えばＵＶ硬化性ポリマーを用いる）加算型プロセスまたは減算型プロセス（例えば、化学エッチング、反応性イオンエッチング）を含んでいる。これらの従来手法はいずれの用途においても望ましくない。実際上、ポリマー構造は極めて多目的に用い得るが、所望の材料特性を有することができず、エッチング法は微細構造を形成できるが、非常に時間および費用がかかることが多い。しかし、本発明の多くの態様の内の１つにしたがえば、加熱によって種型から基板にパターンが型押／エンボス加工される。種型は構造的に剛性が高く、基板の融点より高い融点を有する、材料で構成される。種型および／または基板は基板が種型の微細構造に流れ込むレベルまで加熱される。その後、コンポーネントは冷却されて分離される。
【０１２８】
１つないしさらに多くの実施形態において、接合形成装置１０は、種型および／または基板（例えばガラス）を高速加熱して高スループットを可能にするように適合させることができる。前述した、接合形成装置１０の強制冷却機能、制御された加圧機能、真空雰囲気等もスループットを高めることができる。
【０１２９】
図２８を参照すれば、接合形成装置１０は、（例えばナノメートルスケールの）微細構造７０１がその少なくとも一表面に配されている種型７００を受け入れるように動作することができる。種型７００上の微細構造は基板７０２上にエンボス加工されることが望ましい微細構造の反転である。例として、下接合形成プレート機構５００に種型７００を結合させることができ、基板７０２（例えばガラス基板）を種型７００の上におくことができる。あるいは、下接合形成プレート機構５００に基板７０２を結合させることができ、種型７００を基板７０２の上におくことができる。また別の実施形態において、上接合形成プレート機構４００に種型７００をクリップ止めするか、さもなければ締結することができる。上接合形成プレート機構４００／下接合形成プレート機構５００と基板７０２／種型７００の間にそれぞれGRAFOILガスケット７０４Ａ，７０４Ｂを挟み込むことができる。
【０１３０】
次いで、接合形成装置１０を（上で論じたように）閉じることができ、ガラス基板７０２のＴｇより高い温度がかけられる。このようにしてパターンまたは構造が種型７００からガラス基板７０２に転写される。複製プロセスは、上に論じたような接合形成装置１０の制御された加圧機能による高圧の下で行うことができる。あるいは、種型７００の微細構造７１０へのガラス基板７０２の流れ込みを容易にするために重力および大気圧を用いることができる。
【０１３１】
種型７００は、ガラス基板７０２のＴｇのような、基板の流れ温度まで、またはそれより上まで、高められた温度において構造的に変化しないであろう材料で構成することができる。例として、石英ガラスを、種型７００を提供するために用いることができる。微細構造７０１は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって種型７００に形成することができる。ダイアモンドコーティングのような、種型７００および／または基板７０２の表面処理も行うことができる。
【０１３２】
本発明を特定の実施形態を参照して本明細書に説明したが、これらの実施形態が本発明の原理および応用の例証に過ぎないことは当然である。したがって、添付される特許請求の範囲に定められるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく、数多くの改変が例証実施形態になされ得ることおよび別の構成が案出され得ることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】ある程度閉じられた配置にある本発明の接合形成装置の一実施形態の斜視図である
【図２】開かれた配置にある図１の接合形成装置の正面図である
【図３】ある程度閉じられた配置にある図１の接合形成装置の正面図である
【図４Ａ】閉じられた配置にある図１の接合形成装置の正面図である
【図４Ｂ】閉じられた配置にある図１の接合形成装置の側面図である
【図５】図１の接合形成装置の部分的な斜視分解組立図である
【図６】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する上昇−加圧機構の一実施形態の斜視図である
【図７】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する開閉機構の一実施形態の斜視図である
【図８Ａ】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する上（または下）接合形成プレート機構の一実施形態の斜視図である
【図８Ｂ】線８Ｂ-８Ｂに沿ってとられた図８Ａの接合形成プレート機構の断面図である
【図９Ａ】図８Ａまたはその他の実施形態の上（または下）接合形成プレート機構とともに用いるに適するヒーター素子の斜視図である
【図９Ｂ】図８Ａまたはその他の実施形態の上（または下）接合形成プレート機構とともに用いるに適する別のヒーター素子の斜視図である
【図１０】図８Ａの接合形成プレート機構の斜視分解組立図である
【図１１Ａ】図８Ａの接合形成プレート機構の上面図である
【図１１Ｂ】線１１Ｂ-１１Ｂに沿ってとられた図１１Ａの接合形成プレート機構の断面図である
【図１１Ｃ】線１１Ｃ-１１Ｃに沿ってとられた図１１Ａの接合形成プレート機構の断面図である
【図１２Ａ】図８Ａ（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置とともに用いるに適する予荷重プランジャーの側面図である
【図１２Ｂ】線１２Ｂ-１２Ｂに沿ってとられた図１２Ａの予荷重プランジャーの断面図である
【図１３】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する上接合形成プレート機構および下接合形成プレート機構の断面図である
【図１４】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適するスペーサ機構の一実施形態の斜視図である
【図１５】図８Ａ（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成プレート機構とともに用いるに適する予荷重固定取付具の熱電対の斜視図である
【図１６】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する上（または下）接合形成プレート機構の別の実施形態の斜視図である
【図１７】図１６の接合形成プレート機構の分解組立図である
【図１８】図１６（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成プレート機構とともに用いるに適する加熱ディスクの分解組立図である
【図１９】図１６の接合形成プレート機構の断面図である
【図２０】図１（および／または１つないしさらに多くの別の実施形態）の接合形成装置における使用に適する上（または下）接合形成プレート機構の別の実施形態の断面図である
【図２１】図２０の接合形成プレート機構の斜視分解組立図である
【図２２】雰囲気制御チャンバ内に配置された図１の接合形成装置の側面図である
【図２３】図１の接合形成装置を用いて作成することができるＳＯＧデバイスの構造を示すブロック図である
【図２４】図１の接合形成装置を用いて形成および／または作業することができる中間構造を示すブロック図である
【図２５】図１の接合形成装置を用いて形成および／または作業することができる中間構造を示すブロック図である
【図２６】図１の接合形成装置を用いて形成および／または作業することができる中間構造を示すブロック図である
【図２７】図１の接合形成装置を用いて作成することができる最終ＳＯＧ構造を示すブロック図である
【図２８】微細構造のエンボス加工用途に適合された図１の接合形成装置のブロック図である
【符号の説明】
【０１３４】
１０    接合形成装置
１２    ベースプレート
１４    支持フレーム
５０    雰囲気制御チャンバ
１００    上昇−加圧機構
２００    開閉機構
３００    スペーサ機構
４００，５００    接合形成プレート機構
６００    ＳＯＧ構造
６０２    ガラス基板
６０４    半導体層
６２０    半導体ドナーウエハ
６２２    剥離層
７００    種型
７０１    微細構造
７０２    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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