(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノインプリントと呼ばれる微細成型分野において、保持手段に片当たりが生じることのない平行調整方法及びその方法を用いた接合装置を提供する。【解決手段】転写型３４、基材３５の両被加圧物を対向保持する転写型保持ツール３２、基材保持ツール３３のうち、少なくとも一方の保持ツールにおいて被加圧物と対向していない面（裏面）に複数のピエゾアクチュエータ３０を接触または連結し、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子３１を配置する。基材に転写型を転写するとき、加圧しながら両保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加圧物同士を加圧する方法であって、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結され、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子が配置された加圧機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する方法。
【請求項２】
前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、圧力検出素子が加圧中心からピエゾアクチュエータを通る放射線状に配置されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧力検出素子がピエゾアクチュエータが配置された保持ツールと被接合物をはさんで対向する保持ツール側に配置されている請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記平行調整、加圧を減圧チャンバー中で行う請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ピエゾアクチュエータを減圧チャンバー内に設置する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記圧力検出センサーを減圧チャンバー外に設置する請求項５または６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
加圧前、事前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行調整した結果を保持し、それ以降の加圧を行う請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
接触時に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
加圧中に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記加圧前に両被接合物の位置をアライメントする方法において、アライメント前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧方法が、被接合物同士を接合する方法であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、接合する請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧方法が、被接合物同士を接合する方法であって、接合時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記接合前に両被接合物をエネルギー波により表面活性化した後接合する方法において、表面活性化前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する請求項１２または１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧方法が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して基材を成型する成型方法であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、成型する請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧方法が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型方法であって、成型時または型抜き時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記成型前に転写型または基材の少なくとも一方の表面をプラズマにより表面処理した後、成型する請求項１５または１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記被接合物が面で接合するウエハーからなる請求項１〜１４に記載の方法
【請求項１９】
前記被接合物が半導体またはＭＥＭＳ用途のウエハーまたはチップからなる請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記請求項１〜１９の方法で作られたウエハーまたはチップからなる半導体デバイスまたはＭＥＭＳデバイス。
【請求項２１】
被加圧物同士を加圧する加圧装置であって、対向する２つの被加圧物を保持する２つの保持ツールと、少なくとも一方の保持ツールを加圧軸方向へ移動および加圧する昇降軸と、複数のピエゾアクチュエータと、複数のピエゾアクチュエータを振動制御する振動印加手段と、複数の圧力検出素子を備え、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結され、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子が配置された加圧機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する加圧装置。
【請求項２２】
前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、圧力検出素子が加圧中心からピエゾアクチュエータを通る放射線状に配置されている請求項２１に記載の加圧装置。
【請求項２３】
前記圧力検出素子がピエゾアクチュエータが配置された保持ツールと被接合物をはさんで対向する保持ツール側に配置されている請求項２１または２２のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項２４】
微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部を備え、微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う請求項２１〜２３のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項２５】
減圧チャンバーを備え、前記平行調整、加圧を減圧チャンバー中で行う請求項２１〜２４のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項２６】
前記ピエゾアクチュエータを減圧チャンバー内に設置する請求項２５に記載の加圧装置。
【請求項２７】
前記圧力検出センサーを減圧チャンバー外に設置する請求項２５または２６のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項２８】
平行調整した結果を保持する記憶手段を備え、加圧前、事前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行調整した結果を保持し、それ以降の加圧を行う平行調整手段を備えた請求項２１〜２７のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項２９】
接触時に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた請求項２１〜２８のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項３０】
加圧中に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた請求項２１〜２９のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項３１】
アライメントマーク認識手段と、水平及び／または回転方向の補正移動手段を備え、前記加圧前に両被接合物の位置をアライメントする加圧装置において、アライメント前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた請求項２１〜３０のいずれかに記載の加圧装置。
【請求項３２】
前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧装置が、被接合物同士を接合する接合装置であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、接合する請求項２１〜３１のいずれかに記載の接合装置。
【請求項３３】
前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧装置が、被接合物同士を接合する接合装置であって、接合時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する振動印加手段を備えた請求項３２に記載の接合装置。
【請求項３４】
エネルギー波照射手段を備え、前記接合前に両被接合物をエネルギー波により表面活性化した後接合する接合装置において、表面活性化前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた請求項３２または３３のいずれかに記載の接合装置。
【請求項３５】
前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧装置が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して基材を成型する成型装置であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、成型する請求項２１〜３１のいずれかに記載の成型装置。
【請求項３６】
前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧装置が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型装置であって、成型時または型抜き時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する振動印加手段を備えた請求項３５に記載の成型装置。
【請求項３７】
プラズマ照射手段を備え、前記成型前に転写型または基材の少なくとも一方の表面をプラズマにより表面処理した後、成型する請求項３５または３６のいずれかに記載の成型装置。
【請求項３８】
前記被接合物が面で接合するウエハーからなる請求項２１〜３４に記載の接合装置
【請求項３９】
前記被接合物が半導体またはＭＥＭＳ用途のウエハーまたはチップからなる請求項２１〜３６のいずれかに記載の接合装置または成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加圧物同士の平行度を自動調整して加圧する方法及び接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように従来保持ツールの平行調整は被接触状態で検出されていた。
また、ナノインプリントと呼ばれる微細成型の分野においては、従来、微細な平行調整というものは特に採用されていない。また、自動で圧力検出して平行調整する機構もない。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６９９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、特許文献１に示すように被接触状態で検出すると、実際の加圧時に保持手段においてたわみが発生し、被接触時の平行度と加圧時の平行度に誤差が発生し、いくら被接触で平行調整しても加圧時に狂い片当たりすることになる。
また、検出と伸縮が一体で構成されていると、平行調整を主に考えると電圧により素子を伸縮する構造から一定電圧でので伸縮量はきるだけ大きくなるようにアクチュエータを設定する必要があるが、検出を考えたときに伸縮量を無視できる程度に極力小さいくすることが高精度に圧力を検出できる前提となり、矛盾する。例えば、実際の保持ツールの平行ずれは粗調整した状態でも１０μｍ程度が限界である。また、保持ツールの下降精度においても数μｍが限界である。そのため平行調整するためには少なくとも最大電圧で１０μ伸縮する圧電素子を選定する必要があり、また、圧力検出は変化に対する電圧変化として現れるので、１０μｍの変化に対して最大電圧が出力されることから、最大荷重がかかったときには１０μｍのたわみが発生してしまうことになる。平行調整する上では、１μｍ以内を狙うのに対して、測定において数μｍのたわみが発生することは誤差が大きくなる。また、折角平行調整したとしても加圧時に圧電素子がたわんでしまうことにより、平行度がずれてしまう結果となる。よって、圧力検出素子と平行調整アクチュエータは分離して最適なものを選定する必要がある。
【０００５】
また、ナノインプリントと呼ばれる微細成型の分野においては、従来、微細な平行調整や、自動で圧力検出して平行調整する機構も採用されていないため、いくら高精度にアライメントしても実際に加圧成型する段階でずれが発生したり、片当たりしたりすることにより、微細成型の限界があった。このレベルは１μｍが限界であり、サブミクロン、ナノレベルに到達できないハードルとなっている。
【０００６】
そこで本発明は上記のごとき事情に鑑みてなされたものであって、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結され、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子が配置された加圧機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する方法及び接合装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る接合方法及び接合装置双方の手段を一括して以降に説明する。
【０００８】
（項１）上記課題を解決するために本発明に係る接合方法及び接合装置は、被加圧物同士を加圧する方法であって、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結され、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子が配置された加圧機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する方法からなる。また、被加圧物同士を加圧する加圧装置であって、対向する２つの被加圧物を保持する２つの保持ツールと、少なくとも一方の保持ツールを加圧軸方向へ移動および加圧する昇降軸と、複数のピエゾアクチュエータと、複数のピエゾアクチュエータを振動制御する振動印加手段と、複数の圧力検出素子を備え、両被加圧物を対向保持する保持ツールのうち、少なくとも一方の保持ツールの被加圧物と対向面に複数のピエゾアクチュエータが接触または連結され、かつ、少なくとも一方の保持ツールに複数の圧力検出素子が配置された加圧機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正し、平行調整する加圧装置からなる。前述のようにピエゾアクチュエータと圧力検出素子は個別に最適な選定を行い、分離して構成することが好ましい。また、被接触状態で検出すると、実際の加圧時に保持手段においてたわみが発生し、被接触時の平行度と加圧時の平行度に誤差が発生し、いくら被接触で平行調整しても加圧時に狂い片当たりすることになるため、加圧時に調整する構成、方法が有効である。
【０００９】
（項２）また、前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、圧力検出素子が加圧中心からピエゾアクチュエータを通る放射線状に配置されている項１に記載の方法からなる。また、前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、圧力検出素子が加圧中心からピエゾアクチュエータを通る放射線状に配置されている項１に記載の加圧装置からなる。振動子となるピエゾアクチュエータの配置位置としては、例えば被接合物であるウエハーの中心から円周上に等間隔で配置されることが荷重を均等に受け、かつ、振動を均等に与え、共振させやすいことから好ましい。最少数としては面で傾かないように受けるには３となる。また、３次元的な動作をさせる上でも３が好ましい。円周上に３箇所配置することが最少数であり、効率的で安定する。また、圧力検出素子においても同様な理由と、ピエゾアクチュエータの結果を測定したりフィードバックするには、同様な位置に配置されていることが望ましい。特に計算上誤差が減少して有利となる前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、圧力検出素子が加圧中心からピエゾアクチュエータを通る放射線状に配置されていることが望ましい。また、前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、被加圧物の半径の１／５から４／５の間に配置されている前記に記載の方法からなる。また、前記ピエゾアクチュエータと圧力検出素子が加圧中心の円周上に配置され、被加圧物の半径の１／５から４／５の間に配置されている前記に記載の加圧装置からなる。被加圧物の半径の１／５から４／５の間にピエゾアクチュエータや圧力検出素子が配置されていると荷重によるたわみが発生しにくく、振動の伝達において効率的であるので好ましい。
【００１０】
（項３）また、前記圧力検出素子がピエゾアクチュエータが配置された保持ツールと被接合物をはさんで対向する保持ツール側に配置されている項１または２のいずれかに記載の方法からなる。また、前記圧力検出素子がピエゾアクチュエータが配置された保持ツールと被接合物をはさんで対向する保持ツール側に配置されている項１または２のいずれかに記載の加圧装置からなる。伸縮するアクチュエータと圧力検出素子は被加圧物を挟んで対向配置することが好ましい。これは、同位置に配置された場合は、アクチュエータの伸縮における慣性力を測定することになり、実際に被加圧物にかかっている値と相違する。特に高速な動作や周波数が高い振動においては顕著であり、圧力検出素子がピエゾアクチュエータが配置された保持ツールと被接合物をはさんで対向する保持ツール側に配置されていることが好ましい。
【００１１】
（項４）また、微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う項１〜３のいずれかに記載の方法からなる。また、微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部を備え、微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う項１〜３のいずれかに記載の加圧装置からなる。ピエゾアクチュエータにおいては、微小調整が可能である代わりに長ストロークは伸縮できない。現実的は１０μｍ程度が限界となり、特に高速や高周波で振動させる時には顕著である。また、装置を組み立てる上では１００μｍ以内におさえることは難しいため、その間を埋める調整機構が必要となる。本発明においては、図１における粗動調整部のようなくさび型のステージをネジ機構により水平移動させ、ブロックを昇降させる構造を用い、粗調整した後、直列に配置されたピエゾアクユエータを用いて微調整を行う。粗動調整部は人手で調整することもできるが、サーボモータなどを連結して自動で調整することもできる。また、直列配置とは、ピエゾアクチュエータと粗動調整部の間に他の構造物が入っていてもかまわない。
【００１２】
（項５）また、前記平行調整、加圧を減圧チャンバー中で行う項１〜４のいずれかに記載の方法からなる。また、減圧チャンバーを備え、前記平行調整、加圧を減圧チャンバー中で行う項１〜４のいずれかに記載の加圧装置からなる。真空中で接触させることにより、気泡をはさまずに接合または転写型押し付けを行うことができる。接合においては、気泡部分は接触していないので、真空中でボイドレスで接合できる。また、成型機においては、気泡を噛み込むと形状に誤差が生じたり、樹脂を破裂させる原因にもなるので、真空中で転写型を押し付けることが好ましい。
【００１３】
（項６）また、前記ピエゾアクチュエータを減圧チャンバー内に設置する項５に記載の方法からなる。また、前記ピエゾアクチュエータを減圧チャンバー内に設置する項５に記載の加圧装置からなる。ピエゾアクチュエータを減圧チャンバー外に設置した場合は次の問題が生じる。ピエゾアクチュエータから保持ツールへつながる支柱部分で封止するためのＯリングやベローズが必要となるが、高周波の振動に対して、Ｏリングの磨耗や焼けつきが発生し、また、ベローズにおいては振動の妨げになる。平行調整する上ではＯリングやベローズは抵抗となり、誤差を発生させることになる。そのため、ピエゾアクチュエータをチャンバー内に設置する方式が好ましい。
【００１４】
（項７）また、前記圧力検出センサーを減圧チャンバー外に設置する項５または６のいずれかに記載の方法からなる。また、前記圧力検出センサーを減圧チャンバー外に設置する項５または６のいずれかに記載の加圧装置からなる。チャンバー内部は成型時や接合時の加熱により、熱がこもる。圧力検出素子は温度変化によりドリフトを起こすため、誤差を生じてしまう。そのため、チャンバー外に設置し、Ｏリングなどで封止して支柱で伝達することが好ましい。
【００１５】
（項８）また、加圧前、事前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行調整した結果を保持し、それ以降の加圧を行う項１〜７のいずれかに記載の方法からなる。また、平行調整した結果を保持する記憶手段を備え、加圧前、事前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行調整した結果を保持し、それ以降の加圧を行う平行調整手段を備えた項１〜７のいずれかに記載の加圧装置からなる。一度平行調整した結果を保持しておけば、毎回平行調整することが不要で好ましい。また、表面活性化接合する場合は、接触すれば接合してしまうので、その被接合物での平行調整はできない。そのため、事前に平行調整された状態を保持しておく必要がある。保持した状態は、温度変化や経時変化により変化するため、適時調整してその後保持してやればよい。また、保持ツールのくせや被加圧物にくせがある場合は、ピエゾアクチュエータの伸縮量を記憶しておき、その時々にあわせて記憶した値を使用することができる。この場合、ピエゾアクチュエータには伸縮量を読み取る検出素子が備えられていることが好ましい。
【００１６】
（項９）また、接触時に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する項１〜８のいずれかに記載の方法からなる。また、接触時に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた項１〜８のいずれかに記載の加圧装置からなる。前述のように温度や経時変化により、一度調整された平行度は誤差を生じる。また、被加圧物ごとの誤差もあるため、接触時に毎回へ行こう調整してから加圧してやることが好ましい。その場合、平行調整に必要な検出ができる一定加圧力にて接触させた状態で検出素子の値をフィードバックして平行調整を行う。
【００１７】
（項１０）また、加圧中に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する項１〜９のいずれかに記載の方法からなる。また、加圧中に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた項１〜９のいずれかに記載の加圧装置からなる。実際に加圧すると、接触時の圧力から高加圧に加圧された時に保持手段がたわむことにより平行度に変化が生じる。また、図１に示すように保持手段の一部となるＸＹテーブルが各軸のテーブルがたわんで接触することにより加圧力を伝達する構造である場合、各軸が隙間を持って保持している状態とたわんで接触した状態では平行度に違いが生じる。これらのことから、加圧中においても平行度を調整してやることにより解決でき、高加圧状態においてもより高い平高度を維持することができる。
【００１８】
（項１１）また、前記加圧前に両被接合物の位置をアライメントする方法において、アライメント前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する項１〜１０のいずれかに記載の方法からなる。また、アライメントマーク認識手段と、水平及び／または回転方向の補正移動手段を備え、前記加圧前に両被接合物の位置をアライメントする加圧装置において、アライメント前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた項１〜１０のいずれかに記載の加圧装置からなる。平行度が狂ったまま接触加圧させると被加圧物はならおうとして位置がずれることになる。そのため、高精度に位置きめして加圧する場合には、平行度を調整した後、アライメントしてやることが好ましい。
【００１９】
（項１２）また、前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧方法が、被接合物同士を接合する方法であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、接合する項１〜１１のいずれかに記載の方法からなる。また、前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧装置が、被接合物同士を接合する接合装置であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、接合する項１〜１１のいずれかに記載の接合装置からなる。接合装置として使用する場合、平行度が狂っていると接触時に位置ずれを起こしてしまい接合不良となってしまう。特に複数個の微小バンプが設けられた半導体や微小な可動部を持つＭＥＭＳデバイスなどにおいては位置ずれは不良となる。そのため、微小な平行度を調整できる本方式はこれらに有効な方法である。
【００２０】
（項１３）また、前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧方法が、（お互いに密着し合う面形状をした接合面を持つ）被接合物同士を接合する方法であって、接合時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する項１２に記載の方法からなる。また、前期被加圧物が被接合物であり、前記加圧装置が、（お互いに密着し合う面形状をした接合面を持つ）被接合物同士を接合する接合装置であって、接合時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する振動印加手段を備えた項１２に記載の接合装置からなる。接合装置として使用する場合、振動を印加してやることで、界面に応力を発生させて接合を手助けすることができる。これは超音波振動で金属やプラスチックを接合することでも分かる。また、振動印加により界面の凹凸は応力増加により、つぶれやすくなるので接合荷重を小さく抑えることができる。特に接合においては、接触したところしか接合できないし、加圧力にばらつきがあれば全面均一に着かないなどの問題が生じるので、平行調整してやることは効果が高い。また、本発明のような円周上の複数個所に並列にピエゾアクチュエータを配置することで３次元的な動作も可能となる。振動印加手段によって例えばサインカーブからなる伸縮電圧を印加し、位相制御してやることで順次回転方向に波が流れるが如く振動させることや、保持ツール形状を中央から周辺へ広がる中央部凸型でなだらかな円周で示されるＲ状とし、前記位相制御しながら１回転おきに振幅を増減してやることで渦巻状とすることもできる。そうすることで順次集中荷重をかけることでボイドを抜きながら接合させることが可能となる。ここでいう振動とはこのような３次元的な連続動作も含む。また、前記保持ツールの少なくとも一方に圧力検出素子が配置された接合機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正した後、ピエゾアクチュエータの振動を加えて接合する方法において、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加する項１２及び項１３前述に記載の方法からなる。また、前記保持ツールの少なくとも一方に圧力検出素子が配置された接合機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正した後、ピエゾアクチュエータの振動を加えて接合する接合装置において、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加する振動印加手段を備えた項１２及び項１３前述に記載の接合装置からなる。接合においては前述のように面同士を密着させる必要があることから、被接合物間の平行調整もサブミクロン台で必要となる。また、この平行度がずれていると無理やりならわすことで高精度に位置合わせしたものがずれてしまう。また、振動を印加する場合は平行調整した上での振動印加が必要である。本発明においては、複数の並列配置された圧力検出素子により圧力分布が帰一になるように平行調整を自動的に行うことで微小なミクロン台の平行調整が可能となる。また、圧力検出素子はピエゾアクチュエータと同配置で対向面またはピエゾ後部に配置することが制御し易く好ましい。振動を印加する場合は、平行調整された状態で振幅を印加してやる必要があり、各ピエゾアクチュエータにおいて、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加することで達成できる。また、ピエゾの伸縮量は数μｍと限られているため、効率的に使用する必要がある。
【００２１】
（項１４）また、前記接合前に両被接合物をエネルギー波により表面活性化した後接合する方法において、表面活性化前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する項１２または１３のいずれかに記載の方法からなる。また、エネルギー波照射手段を備え、前記接合前に両被接合物をエネルギー波により表面活性化した後接合する接合装置において、表面活性化前に圧力検出素子の検出結果によりピエゾアクチュエータで平行度を調整する平行調整手段を備えた項１２または１３のいずれかに記載の接合装置からなる。エネルギー波で表面活性化してやれば、低温で接合できたり、接触するだけで接合できるため好ましい。但し、接触すれば接合してしまったり、一部接触させて引き離すと活性化状態に変化が出るため、表面活性化前に接触させて平行調整させてやる必要がある。エネルギー波としては例えばプラズマを用いれば容易で、Ｓｉやガラス、金には効果も高い。
【００２２】
（項１５）また、前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧方法が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型方法であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、成型する項１〜１１のいずれかに記載の方法からなる。また、前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧装置が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型装置であって、前記ピエゾアクチュエータを使用して平行調整した後、成型する項１〜１１のいずれかに記載の成型装置からなる。ナノインプリントと呼ばれる微細成型の分野においては、従来、微細な平行調整や、自動で圧力検出して平行調整する機構も採用されていないため、いくら高精度にアライメントしても実際に加圧成型する段階でずれが発生したり、片当たりしたりすることにより、微細成型の限界があった。このレベルは１μｍが限界であり、サブミクロン、ナノレベルに到達できないハードルとなっていた。特に将来期待されているのは、半導体のフォトリソグラフィーに変わるインプリント方式によるパターン形成であり、数十ナノレベルのピッチと凹凸からなる配線パターンであるため、高精度な平行調整が必要になり、効果が高い。
【００２３】
（項１６）また、前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧方法が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型方法であって、成型時または型抜き時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する項１５に記載の方法からなる。また、前期被加圧物が表面に凹凸を持った転写型と基材であり、前記加圧装置が、転写型と基材とを位置合わせした後、加圧して樹脂を成型する成型装置であって、成型時または型抜き時に前記ピエゾアクチュエータを使用して振動を印加する振動印加手段を備えた項１５に記載の成型装置からなる。基材がガラスのような硬い材料の場合には、振動を印加して食い込ますことが有効である。また、樹脂をコーティングした基材などの場合は、加熱やＵＶ照射により樹脂硬化後、型を抜くには樹脂が収縮しているため困難であり、振動を印加しながら抜くことが好ましい。基材としては、ウエハーのような大面積なものが一般的であり、本方式は大面積で高荷重のもと振動を与えられる方式で好適である。少なくとも一方の保持ツールに複数のピエゾアクチュエータが接触または連結された成型機構において、転写型と基材を接触加圧した状態で、ピエゾアクチュエータの伸縮動作にて縦振動を印加し、成型及び／又は転写型を抜き取る前記方法が有効である。また、本発明のような円周上の複数個所に並列にピエゾアクチュエータを配置することで３次元的な動作も可能となる。振動印加手段によって例えばサインカーブからなる伸縮電圧を印加し、位相制御してやることで順次回転方向に波が流れるが如く振動させることや、保持ツール形状を中央から周辺へ広がる中央部凸型でなだらかな円周で示されるＲ状とし、前記位相制御しながら１回転おきに振幅を増減してやることで渦巻状とすることもできる。そうすることで順次集中荷重をかけることでボイドを抜きながら加工させることが可能となり、型抜きにおいては押し付けながら順次抜くことができるので非常に有効な手段となる。ここでいう振動とはこのような３次元的な連続動作も含む。また、前記保持ツールの少なくとも一方に圧力検出素子が配置された成型機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正した後、ピエゾアクチュエータの振動を加えて成型または型抜きする方法において、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加する項１５及び項１６前述に記載の方法からなる。また、前記保持ツールの少なくとも一方に圧力検出素子が配置された接合機構において、加圧して保持ツール間の傾きを圧力検出素子で検出し、ピエゾアクチュエータで傾きを補正した後、ピエゾアクチュエータの振動を加えて成型または型抜きを行う成型装置において、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加する振動印加手段を備えた項１５及び項１６前述に記載の成型装置からなる。また、ミクロン台の凹凸の成型を行う場合は、転写型と基材の平行調整もサブミクロン台で必要となる。振動を印加する場合は平行調整した上での振動印加が必要であるが、従来の成型装置にはサブミクロン台で平行調整できる機能はないため、サブミクロン台のナノインプリントは実質できなかった。本発明においては、複数の並列配置された圧力検出素子により圧力分布が均一になるように平行調整を自動的に行うことで微小なミクロン台の平行調整が可能となる。また、圧力検出素子はピエゾアクチュエータと同配置で対向面またはピエゾ後部に配置することが制御し易く好ましい。振動を印加する場合は、平行調整された状態で振幅を印加してやる必要があり、各ピエゾアクチュエータにおいて、ピエゾアクチュエータの出力電圧を平行調整した値をバイアスとして、振動電圧を印加することで達成できる。また、ピエゾの伸縮量は数μｍと限られているため、効率的に使用する必要がある。
前記転写型引き抜き時に減圧する方法からなる。また、前記転写型引き抜き時に減圧する成型装置からなる。例えば大気圧で転写型を押し付けた場合、気泡が噛み込んで押し付けられている。型抜き時に減圧すれば、噛み込んだ気泡により転写型が押されるかたちで、型抜きがしやすくなる。
【００２４】
（項１７）また、前記成型前に転写型または基材の少なくとも一方の表面をプラズマにより表面処理した後、成型する項１５または１６のいずれかに記載の方法からなる。また、プラズマ照射手段を備え、前記成型前に転写型または基材の少なくとも一方の表面をプラズマにより表面処理した後、成型する項１５または１６のいずれかに記載の成型装置からなる。成型型を抜き取るにあたって基材表面が粘着性があったり、型と引っ付き易い場合、型抜きができなかったり、型に基材が付着して抜き形状に不良がでたりする。プラズマ照射することで表面改質を行い、型と引っ付きにくくすることで型抜きが容易となる。また、反応ガスを選択すれば表面を軟化させて成型しやすくすることもできる。また、成型型においても使用しているうちに樹脂や汚れが付着し、型抜き時に基材同様不具合が生じるため、成型前にプラズマ照射による表面処理すれば、付着物が洗浄されきれいな型抜きが可能となる。プラズマとは減圧プラズマと大気圧プラズマを含む。大気圧プラズマであれば真空チャンバーが不要で扱い易く、表面改質などの化学処理には好適である。反応ガスとしては水素や酸素などが一例としてあげられるが、いかなるガスであっても本発明に含む。
【００２５】
（項１８）また、前記被接合物が複数の微少バンプを備えた半導体ウエハーまたはチップからなる項１〜１４のいずれかに記載の方法からなる。また、前記被接合物が複数の微少バンプを備えた半導体ウエハーまたはチップからなる項１〜１４のいずれかに記載の接合装置からなる。被接合物が電極となるバンプを設けた半導体ウエハーやチップであると、バンプ表面が個々に接触しないと接合できないため、微妙な平行調整が要望され有効な分野である。また、接合部は多数の突起部分となるため、一気に全面積を接合する面接合に比べ、個々の突起バンプにおいて順次振動による接合を進めることができるので振動接合に適する。
【００２６】
（項１９）また、前記被接合物が面で接合するウエハーからなる項１〜１４に記載の方法からなる。また、前記被接合物が面で接合するウエハーからなる項１〜１４に記載の接合装置からなる。特にウエハー同士の張り合わせにおいて、面で接合するため、空隙や片あたりすることなく平行調整してやることが必要であり、本方式が有効な分野である。また、通常のウエハーには０．２μｍ以上のパーティクルが１０個以上存在し、これは既製品のカタログにもうたわれている値である。そのため、実際にウエハー同士を低温固層で接合すると１０ｍｍ程度の大きさのボイドが数カ所に残ってしまうので、振動を印加してパーティクルを粉砕、埋没したり、空隙を膨張収縮により接触させ接合させることができる振動印加接合方式は有効である。
【００２７】
（項２０）また、前記被接合物が半導体またはＭＥＭＳ用途のウエハーまたはチップからなる項１〜１７のいずれかに記載の方法からなる。また、前記被接合物が半導体またはＭＥＭＳ用途のウエハーまたはチップからなる項１〜１７のいずれかに記載の接合装置または成型装置からなる。
【００２８】
（項２０）また、前記項１〜２０の方法で作られたウエハーまたはチップからなる半導体デバイスまたはＭＥＭＳデバイスからなる。ＭＥＭＳデバイスにおいては、接着剤を使用しない構造物としての接合が要望され、また、アクチュエータ部分を封止する構造からガスが発生する接着剤を使用しない面接合する要望が高い。また、高精度な位置決めが要望される。また、半導体デバイスにおいても耐熱の問題と微細ピッチでの電極の接合から、高精度な位置決めされた常態での接合から、低温での接合が要望されている。そのためには、高精度に平行調整してやったり、振動印加して接合することが有効であり、これらデバイスには本発明が好適である。また、ナノインプリントの成型分野においても、本発明により微細な成型が可能となり、より微細パターンを有する半導体においては高速化、コストダウンを可能とし好ましい。また、ＭＥＭＳにおいても微細な成型によるアクチュエータを創造したり、高精度な位置あわせができるので好適である。
【発明の効果】
【００２９】
前述のようにピエゾアクチュエータと圧力検出素子は個別に最適な選定を行い、分離して構成することが好ましい。また、被接触状態で検出すると、実際の加圧時に保持手段においてたわみが発生し、被接触時の平行度と加圧時の平行度に誤差が発生し、いくら被接触で平行調整しても加圧時に狂い片当たりすることになるため、加圧時に調整する構成、方法が有効である。接合装置として使用する場合、このピエゾアクチュエータで振動を印加してやることで、界面に応力を発生させて接合を手助けすることができる。特に接合においては、接触したところしか接合できないし、加圧力にばらつきがあれば前面均一に着かないなどの問題が生じるので、平行調整してやることは効果が高い。ナノインプリントと呼ばれる微細成型の分野においては、いくら高精度にアライメントしても実際に加圧成型する段階でずれが発生したり、片当たりしたりすることにより、微細成型の限界があった。このレベルは１μｍが限界であり、サブミクロン、ナノレベルに到達できないハードルとなっていたため、本発明により、より微細化が進む。特に将来期待されているのは、半導体のフォトリソグラフィーに変わるインプリント方式によるパターン形成であり、数十ナノレベルのピッチと凹凸からなる配線パターンであるため、高精度な平行調整が必要になり、効果が高い。また、基材がガラスのような硬い材料の場合には、振動を印加して食い込ますことが有効であり、型を抜くにも振動を印加しながら抜くことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に本発明の望ましい第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１に本発明の一実施形態に係るナノインプリント装置からなる成型装置を示す。この実施形態では基材となる樹脂をコーティングしたウエハーと転写型となるシリコンウエハーをエッチング加工したものを用い、同寸法からなるウエハーに対して一括して成型する成型装置として例に上げる。
【００３２】
まず、装置構成について記述する。転写型となる上ウエハーを保持する転写型保持ツール３２からなるヘッド７と下ウエハーを保持する基材保持ツール３３からなるステージ８が減圧チャンバー１１中に配置され、ステージはトルク制御式昇降駆動モータ１が連結されたＺ軸昇降機構２とＺ軸昇降機構２を回転させるθ軸機構３と、ステージ部をＸＹ水平方向へアライメント移動させるＸＹアライメントテーブル６により、Ｘ、Ｙ、θ方向のアライメント移動手段とＺ方向の昇降手段からなる。圧力検出手段４により検出された接合時の加圧力をトルク制御式昇降駆動モータ１にフィ−ドバックすることで位置制御と圧力制御が切り替えながら行えるようになっている。また、図３に示すように、圧力検出手段４は圧力検出素子３１を円周上に等間隔に３箇所配置してあり、保持ツールの平行調整用に使用したり、振動加圧時の振幅測定にも使用する。ヘッド荷重制御に使用する場合は、３つの総和を持ってサーボモータへフィードバックする。また、成型時の接触検出にも利用できる。ＸＹアライメントテーブル６は真空中でも使用できる手段を使用するが、Ｚ、θ軸機構は減圧チャンバー外部に設置するため、Ｏリング５により移動可能にヘッド部と外部を遮断されている。ヘッド及びステージの転写型と基材の保持手段としては、メカニカルなチャッキング方式であっても良いが、静電チャックを設けることが好ましい。また、加熱のためのヒータを備え、保持手段、加熱手段の２つの機能を備える。
【００３３】
図３に示すように、各保持ツールの少なくとも一方にはピエゾアクチュエータ３０が円周上に３箇所配置され、平行調整を行う。また、ヘッド部は成型時または型抜き時に超音波領域を含む振動を併用するため、ヘッド７は支柱３７、転写型保持ツール３２、振動子３０から構成され、振動子による振動が転写型保持ツールに伝達され、振動を転写型保持ツールが保持する転写型へ伝達する。図３に示すように、振動子となるピエゾアクチュエータ３０は並列に３箇所円周上に等間隔で配置されており、位相を制御して波が流れるようなウェーブ動作や振幅も増減してうずまき動作など３次元的な動作をさせることができる。支柱３７は転写型保持ツールや振動子の振動を殺さないように保持する手段からなる。また、接触面積に比例して加圧力を制御してやることが好ましい。また、ウエハーのような大面積を成型する場合は、横振動タイプの振動ヘッドでは横振動させるには接触面積が大きくては不可能であるが、縦振動タイプの振動ヘッドであれば、大面積な成型も可能となる。
【００３４】
減圧手段としては、排気管１５に真空ポンプ１７がつながれ、排気弁１６により開閉と流量調整が行われ、真空度を調整可能な構造となっている。また、吸入側は、吸気管１８に吸入ガス切り替え弁２０が連結され吸気弁１９により開閉と流量調整が行われる。吸入ガスとしては封入ガスを２種類連結でき、例えばＡｒと窒素をつなぐことができる。もう一つは大気解放用の大気または窒素がつながれる。真空度や封入ガス濃度は吸気弁１９と排気弁１６の開閉含めた流量調整により最適な値に調整可能となっている。また、真空圧力センサーを減圧チャンバー内に設置することで自動フィードバックすることもできる。
【００３５】
アライメント用の光学系からなるアライメントマーク認識手段がヘッド上方に減圧チャンバー外部に配置される。認識手段の数は最低１つあれば良く、チップのような小さなものを認識するのであれば、アライメントマークがθ方向成分も読みとれる形状や２つのマークを１視野内に配置することで１つの認識手段でも十分読み取ることができるが、本実施例のようにウエハーのような半径方向に大きなものは両端に２つ配置した方がθ方向の精度を高く読み取ることができるので好ましい。また、認識手段は水平方向や焦点方向へ移動可能な手段を設けて、任意の位置のアライメントマークを読みとれるようにしても良い。また、認識手段は、例えば可視光やＩＲ（赤外）光からなる光学レンズをともなったカメラからなる。減圧チャンバーには認識手段の光学系が透過できる材質、例えばガラスからなる窓が配置され、そこを透過して減圧チャンバー中の転写型や基材のアライメントマークを認識する。例えば転写型となる上ウエハー、基材となる下ウエハーの対向する表面にアライメントマークが施され位置精度良く認識することができる。アライメントマークは特定の形状であることが好ましいが、ウエハー上に施された回路パターンなどの一部を流用しても良い。また、マークとなるものが無い場合はオリフラなどの外形を利用することもできる。両ウエハーを近接させた状態で上下ウエハー上の両アライメントマークを読み取り、ステージ側でＸ、Ｙ、θ方向へアライメント移動を行う。ナノレベルにより高精度にファインアライメントする場合は、上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、上部からヘッドを透過して両ウエハー上のアライメントマークを赤外透過して同時認識し、Ｘ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。認識手段が焦点方向に移動手段を持つ場合は上下個別に認識することもできるが、近接させて同時認識した方が精度上より好ましい。ファインアライメントする場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。画像認識手段としてはサブピクセルアルゴリズムを使用することで赤外線の解像度以上の認識精度を得ることが可能となる。また、近接させてアライメントしておけば接合時に必要なＺ移動量は最低限の数μｍ以内となるため、Ｚ移動に対するガタや傾きを最小限に押さえられ高精度なナノレベルの位置合わせ精度を達成することができる。
【００３６】
次に動作フローを図２を参照しながら解説する。まず、〔１〕に示すように、減圧チャンバーの前扉を開いた状態で転写型となる上ウエハーと基材となる下ウエハーをステージとヘッドに保持させる。これは人手でも良いが、基材はカセットから自動でローディングしても良い。次に〔２〕に示すように、前扉を閉め、減圧チャンバー内を減圧する。気泡を巻き込まないように１０−３Torr以下に減圧することが好ましい。続いて〔３〕に示すように上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態で認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、上部からヘッドを透過して両ウエハー上のアライメントマークを同時認識してＸ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。この場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。続いて〔４〕に示すように、ステージを上昇させ、両ウエハーを接触させ、位置制御から圧力制御へと切り替え加圧する。圧力検出手段により接触を検出し高さ位置を認識しておいた状態で、圧力検出手段の値をトルク制御式昇降駆動モータにフィードバックし設定圧力になるように圧力コントロールする。初期加圧が加えられた状態でまず、円周上に等間隔で配置された圧力素子の値が均一になるようにピエゾアクチュエータで上下の被加圧物間で平行調整を行う。高精度な位置決めが必要な場合は、事前に平行調整を行っておき、その値を記憶して平行調整された状態で接触させる。次に前述のような３次元的な動作を含む任意の振動を印加し、接触界面での応力が増加することにより低荷重で成型加工が進む。加圧力は接触面積の増加に伴い比例して増加させてやることが好ましい。また、お互いに密着し合う面形状をした接触表面には小さなゴミとなるパーティクルが存在し、パーティクル周辺に隙間ができ、大きくボイドとなって成型されない部分が現れる。これを回避するには振動を印加することで、パーティクル部に応力が集中するため砕けるか、基材内に埋没させることができる。また、ガラスなど基材が硬い場合には必要に応じて押し付け成型時に数百℃〜５百℃程度の加熱を加える。熱硬化型樹脂の場合は、押し付け後、２００℃程度の加熱により硬化させ、冷却してから型抜きを行う。続いて〔５〕に示すように、振動を印加しながらステージを下降させ、型抜きを行う。また、紫外線硬化型樹脂の場合は、上部から、紫外線透過材からなるヘッド、転写型を透過して、紫外線照射し硬化させ、型抜きを行う。このときに３次元的なウエーブ動作を加えることで斜めに順次抜き取ることができるので、型抜きがし易くなる。続いて〔６〕に示すように、ステージを待機位置に戻し、減圧チャンバー内を大気解放する。続いて前扉を開けて成型された基材となる下ウエハーを取り出す。人手でも良いが自動でカセットにアンローディングすることが好ましい。
【００３７】
また、成型型を抜き取るにあたって基材表面が粘着性があったり、型と引っ付き易い場合、プラズマ照射することで表面改質を行い、型と引っ付きにくくすることで型抜きが容易となる。また、反応ガスを選択すれば表面を軟化させて成型しやすくすることもできる。また、成型型においても使用しているうちに樹脂や汚れが付着し、型抜き時に基材同様不具合が生じるため、成型前にプラズマ照射による表面処理すれば、付着物が洗浄されきれいな型抜きが可能となる。
【００３８】
また、プラズマ照射前または成型前に平行調整を行う。微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う。本発明においては、図１における粗動調整機構のようなくさび型のステージをネジ機構により水平移動させ、ブロックを昇降させる構造を用い、粗調整した後、直列に配置されたピエゾアクチュエータを用いて微調整を行う。粗動調整部は人手で調整することもできるが、サーボモータなどを連結して自動で調整することもできる。
【００３９】
前記実施例では転写型、基材としてウエハーを上げたが、チップや基板形状であっても良く、いかなる形態のものでも良い。
【００４０】
転写形が石英ガラスのように透明材質からなるものの場合は、認識手段は可視光でも良く、また、基材も赤外透過する材料である必要性は無い。その場合、転写型を透過して基材側アライメントマーク及び転写型表面のアライメントマークを読み取ることができ、好適である。
【００４１】
被接合物の保持手段としては静電チャック方式が望ましいが、メカニカルにチャッキングする方式でも良い。また、大気中でまず真空吸着保持させておいて密着させた後、メカニカルチャックする方法が密着性が上がり好ましい。
【００４２】
実施例ではステージ側がアライメント移動手段と昇降軸を持ち、アライメント移動手段、昇降軸はヘッド側、ステージ側にどのように組み合わせられても良く、また、重複しても良い。また、ヘッド及びステージを上下に配置しなくとも左右配置や斜めなど特に配置方向に依存しない。
【００４３】
振動周波数は特に超音波の領域でなくとも良い。特に縦振動タイプにおいては、低周波でも十分効力を発揮する。
【００４４】
図３に示すように圧力検出素子をピエゾアクチュエータと対向するステージ側へ配置したが、図８に示すようにピエゾアクチュエータと同側へ持っていって配置しても良い。また、図７に示すようにピエゾアクチュエータと圧力検出配置を反対にしてもよい。また、図７や図８のように支柱で連結して支柱をＯリングで封止し、図９に示すように圧力検出素子を減圧チャンバー外へ配置することで温度変化によるドリフトを受けないので高精度に検出ことができる。
【００４５】
平行調整するタイミングとしては、事前に調整した値を保持しておくこともできる。また、各接触時に平行調整したり、加圧時に修正したりすることでより緻密に行うこともできる。また、高精度に位置あわせする必要がある場合は、アライメント前に平行調整しておくことが好ましい。
【実施例２】
【００４６】
以下に本発明の望ましい第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。図４に本発明の一実施形態に係る表面活性化後に減圧中で振動印加して接合する接合装置を示す。この実施形態では第１の被接合物である上ウエハーと第２の被接合物である下ウエハーを接合するための装置として例に上げる。
【００４７】
まず、装置構成について記述する。ヘッド７の一部である上ウエハーを保持する保持ツール２５と下ウエハーを保持するステージ８が減圧チャンバー１１中に配置され、ヘッドはトルク制御式昇降駆動モータ１が連結されたＺ軸昇降機構２とＺ軸昇降機構２を回転させるθ軸機構３と、ヘッド部をＸＹ水平方向へアライメント移動させるＸＹアライメントテーブル６により、Ｘ、Ｙ、θ方向のアライメント移動手段とＺ方向の昇降手段からなる。保持ツール保持部２４中に配置された圧力検出手段４により検出された接合時の加圧力をトルク制御式昇降駆動モータ１にフィ−ドバックすることで位置制御と圧力制御が切り替えながら行えるようになっている。また、図３に示すように、圧力検出手段４は圧力検出素子３１を円周上に等間隔に３箇所配置してあり、保持ツールの平行調整用に使用したり、振動加圧時の振幅測定にも使用する。ヘッド荷重制御に使用する場合は、３つの総和を持ってサーボモータへフィードバックする。また、被接合物同士の接触検出にも利用できる。ＸＹアライメントテーブル６は真空中でも使用できる手段を使用するが、Ｚ、θ軸機構は減圧チャンバー外部に設置するため、ベローズ５により移動可能にヘッド部と外部を遮断されている。ステージ８は接合位置と待機位置間をスライド移動手段２９によりスライド移動することができる。スライド移動手段には高精度なガイドと位置を認識するリニアスケールが取り付けられており、接合位置と待機位置間の停止位置を高精度に維持することができる。また、移動手段としては、減圧チャンバー内部に組み込んだかたちとしているが、移動手段を外部に配置し、パッキンされた連結棒で連結することで外部にシリンダやリニアサーボモータなどを配置することが可能である。また、真空中にボールネジを配置し、外部にサーボモータを設置することでも対応できる。移動手段はいかなる移動手段であっても良い。ヘッド及びステージの被接合物保持手段としては、メカニカルなチャッキング方式であっても良いが、静電チャックを設けることが好ましい。また、加熱のためのヒータを備え、プラズマ電極ともなっており、保持手段、加熱手段、プラズマ発生手段の３つの機能を備える。
【００４８】
図３に示すように、各保持ツールの少なくとも一方にはピエゾアクチュエータ３０が円周上に３箇所配置され、平行調整を行う。また、ヘッド部は接合時に超音波領域を含む振動を併用するため、ヘッド７は保持ツール保持部２４、保持ツール２５、振動子２６から構成され、振動子による振動が保持ツールに伝達され、振動を保持ツールが保持する被接合物へ伝達する。図３に示すように、振動子となるピエゾアクチュエータ３０は並列に３箇所円周上に等間隔で配置されており、位相を制御して波が流れるようなウェーブ動作や振幅も増減してうずまき動作など３次元的な動作をさせることができる。保持ツール保持部は保持ツールや振動子の振動を殺さないように保持する手段からなる。また、接合が進むにつれ接合面積に比例して加圧力を制御してやることが好ましい。また、ウエハーのような大面積を接合する場合は、横振動タイプの振動ヘッドでは横振動させるには接合面積が大きくては不可能であるが、縦振動タイプの振動ヘッドであれば、大面積な面接合も可能となる。
【００４９】
減圧手段としては、排気管１５に真空ポンプ１７がつながれ、排気弁１６により開閉と流量調整が行われ、真空度を調整可能な構造となっている。また、吸入側は、吸気管１８に吸入ガス切り替え弁２０が連結され吸気弁１９により開閉と流量調整が行われる。吸入ガスとしてはプラズマの反応ガスを２種類連結でき、例えばＡｒと酸素や酸素と窒素をつなぐことができる。もう一つは大気解放用の大気または窒素がつながれる。真空度や反応ガス濃度は吸気弁１９と排気弁１６の開閉含めた流量調整により最適な値に調整可能となっている。また、真空圧力センサーを減圧チャンバー内に設置することで自動フィードバックすることもできる。
【００５０】
アライメント用の光学系からなるアライメントマーク認識手段がステージ待機位置の上方とヘッド下方に減圧チャンバー外部に配置される。認識手段の数は最低ステージ、ヘッド側に１つずつあれば良く、チップのような小さなものを認識するのであれば、アライメントマークがθ方向成分も読みとれる形状や２つのマークを１視野内に配置することで１つの認識手段でも十分読み取ることができるが、本実施例のようにウエハーのような半径方向に大きなものは両端に２つずつ配置した方がθ方向の精度を高く読み取ることができるので好ましい。また、認識手段は水平方向や焦点方向へ移動可能な手段を設けて、任意の位置のアライメントマークを読みとれるようにしても良い。また、認識手段は、例えば可視光やＩＲ（赤外）光からなる光学レンズをともなったカメラからなる。減圧チャンバーには認識手段の光学系が透過できる材質、例えばガラスからなる窓が配置され、そこを透過して減圧チャンバー中の被接合物のアライメントマークを認識する。被接合物上には例えば各上ウエハー、下ウエハーの対向する表面にアライメントマークが施され位置精度良く認識することができる。アライメントマークは特定の形状であることが好ましいが、ウエハー上に施された回路パターンなどの一部を流用しても良い。また、マークとなるものが無い場合はオリフラなどの外形を利用することもできる。ステージ待機位置で上下ウエハー上の両アライメントマークを読み取り、接合位置へステージを移動させ、ヘッド側でＸ、Ｙ、θ方向へアライメント移動を行う。待機位置の読みとり結果を接合位置で反映させるため、ステージの待機位置と接合位置の相対移動距離ベクトルは繰り返し同じ結果となるよう精度が必要である。そのため、ガイドには高精度な繰り返し精度を持つものを使用し、かつ、両サイドでの位置認識を高精度に読み取るリニアスケールを配置している。リニアスケールを移動手段にフィードバックすることで停止位置精度を高める方法と移動手段が簡易なシリンダのようなものやボルトナット機構のようなバックラッシュのあるものである場合は、リニアスケールを両停止位置で読み取り、行き過ぎや行き足りない分をヘッド側アライメント移動手段を移動させる時に考慮して補正することで容易に高精度を達成することができる。また、ナノレベルにより高精度にファインアライメントする場合は、粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを赤外透過して同時認識し、再度Ｘ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。認識手段が焦点方向に移動手段を持つ場合は上下個別に認識することもできるが、近接させて同時認識した方が精度上より好ましい。ファインアライメントする場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。画像認識手段としてはサブピクセルアルゴリズムを使用することで赤外線の解像度以上の認識精度を得ることが可能となる。また、近接させてアライメントしておけば接合時に必要なＺ移動量は最低限の数μｍ以内となるため、Ｚ移動に対するガタや傾きを最小限に押さえられ高精度なナノレベルの位置合わせ精度を達成することができる。
【００５１】
次に動作フローを図５を参照しながら解説する。まず、１に示すように、減圧チャンバーの前扉を開いた状態で上ウエハーと下ウエハーをステージとヘッドに保持させる。これは人手でも良いが、カセットから自動でローディングしても良い。次に２に示すように、前扉を閉め、減圧チャンバー内を減圧する。不純物を取り除くために１０−３Torr以下に減圧することが好ましい。続いて３、４に示すように、プラズマ反応ガスである例えばＡｒを供給し、例えば１０−２Torr程度の一定の真空度でプラズマ電極にプラズマ電源を印加し、プラズマを発生させる。発生されたプラズマイオンは電源側に保持されたウエハーの表面に向かって衝突し、表面の酸化膜や有機物層などの付着物がエッチングされることにより表面活性化される。また、酸素や窒素を反応ガスとして使って親水化処理し、ＯＨ基により表面活性化することもできる。同時に両ウエハーを洗浄することも可能であるが、１つのマッチングボックスを切り替えることで交互に洗浄することもできる。続いて５に示すようにステージ待機位置でヘッド側、ステージ側の各々の認識手段で真空中で上下ウエハー上のアライメントマークを読み取り、位置を認識する。続いて６に示すように、ステージは接合位置へスライド移動する。この時の認識された待機位置とスライド移動した接合位置の相対移動はリニアスケールを用いて高精度に行われる。ナノレベルの高精度が要求される場合は７に示す工程を追加する。粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを同時認識して再度Ｘ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。この場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。続いて８に示すように、ヘッドを下降させ、両ウエハーを接触させ、位置制御から圧力制御へと切り替え加圧する。圧力検出手段により接触を検出し高さ位置を認識しておいた状態で、圧力検出手段の値をトルク制御式昇降駆動モータにフィードバックし設定圧力になるように圧力コントロールする。初期加圧が加えられた状態でまず、円周上に等間隔で配置された圧力素子の値が均一になるようにピエゾアクチュエータで上下の被接合物間で平行調整を行う。高精度な位置決めが必要な場合は、表面活性化する前に事前に平行調整を行っておき、その値を記憶して平行調整された状態で接触させることもできる。次に前述のような３次元的な動作を含む任意の振動を印加し、接合界面での応力が増加することにより低荷重で接合が進む。加圧力は接合面積の増加に伴い比例して増加させてやることが好ましい。また、ウエハーのようにお互いに密着し合う面形状をした被接合物の接合表面には小さなゴミとなるパーティクルが存在し、低温で固層のまま接合するとパーティクル周辺に隙間ができ、大きくボイドとなって接合されない。これを除去するには接合時に振動を印加することで、パ���ティクル部に応力が集中するため砕けるか、基材内に埋没させることができる。また、界面の隙間からなる空隙においても振動を印加することで膨張収縮させ、空隙を接触させることで、すでに表面活性化された界面は接合されるようになり、ボイドが軽減する。超音波振動では面同士は接合できないが、接合力は表面活性化によって接合されるので振動は、パーティクルを粉砕及び／又は埋没させ、また、空隙を接触させるために使用する。真空中であるのでパーティクルさえ無くなれば隙間なく接合することができる。また、必要に応じて接合時に加熱を加える。また、残留応力を除去したり接合強度をアップするために振動接合後、加熱する場合は、常温で接触させた後、昇温させることで精度をキープさせた状態で加熱することもできる。続いて９に示すように、ヘッド側保持手段を解放し、ヘッドを上昇させる。続いて１０に示すように、ステージを待機位置に戻し、減圧チャンバー内を大気解放する。続いて１１に示すように、前扉を開けて接合された上下ウエハーを取り出す。人手でも良いが自動でカセットにアンローディングすることが好ましい。
【００５２】
また、表面活性化前または接合前に平行調整を行う。微動調整用のピエゾアクチュエータと粗動調整用の粗動調整部が直列に配置された構造であり、粗動調整部で平行調整した後にピエゾアクチュエータで微動調整を行う。本発明においては、図１における粗動調整機構のようなくさび型のステージをネジ機構により水平移動させ、ブロックを昇降させる構造を用い、粗調整した後、直列に配置されたピエゾアクチュエータを用いて微調整を行う。粗動調整部は人手で調整することもできるが、サーボモータなどを連結して自動で調整することもできる。
【００５３】
前記実施例では被接合物としてウエハーを上げたが、チップと基板であっても良い。ウエハーのような大きな接合面積であれば、被接合物はウエハーやチップ、基板に限らずいかなる形態のものでも良い。
【００５４】
振動ヘッドをヘッドとは別にステージ待機位置とヘッド位置の中間に配置し、アライメントして上部被接合物と下部被接合物をヘッドで装着した後、ステージを移動させ、振動ヘッドにより上部より加圧、振動を印加して接合しても良い。そうすることで保持ツールで被接合物を保持する手段やプラズマ電極機能が不要となり、保持ツールの設計が容易になる。
【００５５】
また、プラズマ洗浄を別装置で行い、本装置では接合だけを行ってもよい。その場合はステージの待機位置への移動手段は不要となる。
【００５６】
被接合物の保持手段としては静電チャック方式が望ましいが、メカニカルにチャッキングする方式でも良い。また、大気中でまず真空吸着保持させておいて密着させた後、メカニカルチャックする方法が密着性が上がり好ましい。
【００５７】
実施例ではヘッド側がアライメント移動手段と昇降軸を持ち、ステージ側がスライド軸を持ったが、アライメント移動手段、昇降軸、スライド軸はヘッド側、ステージ側にどのように組み合わせられても良く、また、重複しても良い。また、ヘッド及びステージを上下に配置しなくとも左右配置や斜めなど特に配置方向に依存しない。
【００５８】
ステージをスライドさせた状態でプラズマ洗浄する場合は、ヘッドとステージの電極形状、周囲の形状が似かよっているため電界環境は似かよっている。そのため、プラズマ電源を自動調整するマッチングボックスは個別のものを使用しなくとも、一つのもので電極を切り替え、順次ヘッド側、ステージ側と洗浄することができる。そうすることでコンパクト、コストダウンを達成できる。
【００５９】
振動周波数は特に超音波の領域でなくとも良い。特に縦振動タイプにおいては、低周波でも十分効力を発揮する。
【００６０】
本実施例ではＡｒプラズマによる表面活性化を上げたが、酸素や窒素を反応ガスとしてプラズマを使用し、親水化により表面をＯＨ基で表面活性化させ、水素結合させ、加熱により強固に共晶結合させる方法も使用できる。本方式は特にＳｉやガラス、ＳＩＯ２、セラミック系を含む酸化物に有効である。
【００６１】
図８に示すようにピエゾアクチュエータと同側へ持っていって配置したが、図３に示すように圧力検出素子をピエゾアクチュエータと対向するステージ側へ配置した方が、被接合物を介して検出できるので好ましい。また、図７に示すようにピエゾアクチュエータと圧力検出配置を反対にしてもよい。また、図７や図８のように支柱で連結して支柱をＯリングで封止し、圧力検出素子を減圧チャンバー外へ配置することで温度変化によるドリフトを受けないので高精度に検出ことができる。
【００６２】
平行調整するタイミングとしては、事前に調整した値を保持しておくこともできる。また、各接触時に平行調整したり、加圧時に修正したりすることでより緻密に行うこともできる。また、高精度に位置あわせする必要がある場合は、アライメント前に平行調整しておくことが好ましい。また、表面活性化して接合する場合は、表面活性化処理前に平行調整しておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】成型装置構成図
【図２】成型動作フロー図
【図３】圧力検出素子とピエゾアクチュエータ配置図
【図４】振動加圧接合装置構成図
【図５】接合動作フロー図
【図６】うずまき型振動動作フロー図
【図７】圧力検出素子とピエゾアクチュエータ配置図その２
【図８】圧力検出素子とピエゾアクチュエータ配置図その３
【図９】圧力検出素子を減圧チャンバー外へ配置した装置構成図
【符号の説明】
【００６４】
１  トルク制御式昇降駆動モータ
２  Ｚ軸昇降機構
３  θ軸回転機構
４  圧力検出手段
５  ベローズ
６  ＸＹアライメントテーブル
７  ヘッド
８  ステージ（プラズマ電極、ヒータ、保持手段）
９  下ウエハー
１０  上ウエハー
１１  減圧チャンバー
１２  ヘッド側ウエハー認識カメラ
１３  ステージ側ウエハー認識カメラ
１４  ガラス窓
１５  排気管
１６  排気弁
１７  真空ポンプ
１８  吸気管
１９  吸気弁
２０  吸入ガス切り替え弁
２１  Ａｒ
２２  Ｏ２
２３  大気
２４  保持ツール保持部
２５  保持ツール（プラズマ電極、ヒータ、保持手段）
２６  振動子
２７  上アライメントマーク
２８  下アライメントマーク
２９  スライド移動手段
３０  ピエゾアクチュエータ
３１  圧力検出素子
３２  転写型保持ツール
３３  基材保持ツール
３４  転写型
３５  基材
３６  Ｏリング
３７  支柱
３８  粗動調整部
３９  アライメントマーク認識カメラ
４０  フレーム
【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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