(57)【要約】【課題】３枚以上の基板を１枚の接合基板に高速に接合すること。【解決手段】接合チャンバーの内部で上基板とその中間基板とを接合することにより、その第１接合基板を作製するステップＳ１２と、その接合チャンバーの内部にその第１接合基板が配置されているときに、その接合チャンバーの内部にその下基板を搬入するステップＳ１３と、その接合チャンバーの内部でその第１接合基板とその下基板とを接合することにより、第２接合基板を作製するステップＳ１４とを備えている。このような多層接合方法によれば、その上基板は、その中間基板に接合された後に、その接合チャンバーから取り出されることなしに、その下基板に接合されることができる。このため、その第２接合基板は、高速に作製されることができ、ローコストに作製されることができる。【選択図】図１２
2011096781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合チャンバーの内部で第１基板と中間基板とを接合することにより、第１接合基板を作製するステップと、
前記接合チャンバーの内部に前記第１接合基板が配置されているときに、前記接合チャンバーの内部に第２基板を搬入するステップと、
前記接合チャンバーの内部で前記第１接合基板と前記第２基板とを接合することにより、第２接合基板を作製するステップ
とを具備する多層接合方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記中間基板は、前記中間基板が中間カートリッジに載せられている状態で、前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記第１基板と前記中間基板とは、前記中間基板が前記中間カートリッジに載せられている状態で、接合され、
前記中間カートリッジは、前記第１基板と前記中間基板とが接合された後に、前記中間カートリッジに前記第１接合基板が載せられていない状態で、前記接合チャンバーの内部から搬出され、
前記第２基板は、前記中間カートリッジが前記接合チャンバーの内部から搬出された後に、前記第２基板がカートリッジに載せられている状態で、前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記第１接合基板と前記第２基板とは、前記第２基板が前記カートリッジに載せられている状態で、接合される
多層接合方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２基板と前記第１接合基板とが接合されるときに前記第２基板と前記第１接合基板とに印加される荷重は、前記第１基板と前記中間基板とが接合されるときに前記第１基板と前記中間基板とに印加される荷重より大きい
多層接合方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記第１基板と前記中間基板とが接合される前に、前記第１基板の前記中間基板に対向する面と前記中間基板の前記第１基板に対向する面とを活性化させるステップと、
前記第１接合基板と前記第２基板とが接合される前に、前記第１接合基板の前記第２基板に対向する面と前記第２基板の前記第１接合基板に対向する面とを活性化させるステップ
とをさらに具備する多層接合方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１基板と前記中間基板とが接合される前に、前記第１基板と前記中間基板とを位置合わせするステップと、
前記第１接合基板と前記第２基板とが接合される前に、前記第１接合基板と前記第２基板とを位置合わせするステップ
とをさらに具備する多層接合方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
２枚の基板を接合することにより作製された第３接合基板を加工することにより前記中間基板を作製するステップ
をさらに具備する多層接合方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記第２接合基板をダイシングすることにより複数の製品を作製するステップ
をさらに具備する多層接合方法。
【請求項８】
請求項２において、
前記カートリッジがロードロックチャンバーの内部に配置されている場合で、前記第２基板が前記カートリッジに載せられているときに、前記ロードロックチャンバーの内部を減圧するステップをさらに具備し、
前記第２基板は、前記ロードロックチャンバーの内部が減圧された後に、前記ロードロックチャンバーの内部から前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記カートリッジは、前記第２基板が前記カートリッジに載るときに前記第２基板が接触する島部分が形成され、
前記島部分は、前記第２基板が前記カートリッジに載せられているときに、前記カートリッジと前記第２基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている
多層接合方法。
【請求項９】
接合チャンバーの内部で第１基板と中間基板とが接合されるように、圧接機構を制御する駆動部と、
前記第１基板と前記中間基板とが接合されて形成された第１接合基板が前記接合チャンバーの内部に配置されているときに、前記接合チャンバーの内部に第２基板が搬入されるように、搬送装置を制御する搬送部とを具備し、
前記駆動部は、さらに、前記接合チャンバーの内部で前記第１接合基板と前記第２基板とが接合されるように、前記圧接機構を制御する
接合装置制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記中間基板は、前記中間基板が中間カートリッジに載せられている状態で、前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記第１基板と前記中間基板とは、前記中間基板が前記中間カートリッジに載せられている状態で、接合され、
前記中間カートリッジは、前記第１基板と前記中間基板とが接合された後に、前記中間カートリッジに前記第１接合基板が載せられていない状態で、前記接合チャンバーの内部から搬出され、
前記第２基板は、前記中間カートリッジが前記接合チャンバーの内部から搬出された後に、前記第２基板がカートリッジに載せられている状態で、前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記第１接合基板と前記第２基板とは、前記第２基板が前記カートリッジに載せられている状態で、接合される
接合装置制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記駆動部は、前記第２基板と前記第１接合基板とが接合されるときに前記第２基板と前記第１接合基板とに印加される荷重が前記第１基板と前記中間基板とが接合されるときに前記第１基板と前記中間基板とに印加される荷重より大きくなるように、前記圧接機構を駆動する
接合装置制御装置。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記第１基板と前記中間基板とが接合される前に、前記第１基板の前記中間基板に対向する面と前記中間基板の前記第１基板に対向する面とが活性化するように、活性化装置を制御する活性化部をさらに具備し、
前記活性化部は、さらに、前記第１接合基板と前記第２基板とが接合される前に、前記第１接合基板の前記第２基板に対向する面と前記第２基板の前記第１接合基板に対向する面とが活性化するように、前記活性化装置を制御する
接合装置制御装置。
【請求項１３】
請求項９〜請求項１２のいずれかにおいて、
前記第１基板と前記中間基板とが接合される前に、前記第１基板と前記中間基板とが位置合わせされるように、位置合わせ機構を制御する位置合わせ部をさらに具備し、
前記位置合わせ部は、さらに、前記第１接合基板と前記第２基板とが接合される前に、前記第１接合基板と前記第２基板とが位置合わせされるように、前記位置合わせ機構を制御する
接合装置制御装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記搬送部は、さらに、前記カートリッジがロードロックチャンバーの内部に配置されている場合で、前記第２基板が前記カートリッジに載せられているときに、前記ロードロックチャンバーの内部を減圧し、
前記第２基板は、前記ロードロックチャンバーの内部が減圧された後に、前記ロードロックチャンバーの内部から前記接合チャンバーの内部に搬入され、
前記カートリッジは、前記第２基板が前記カートリッジに載るときに前記第２基板が接触する島部分が形成され、
前記島部分は、前記第２基板が前記カートリッジに載せられているときに、前記カートリッジと前記第２基板とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている
接合装置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合装置制御装置および多層接合方法に関し、特に、複数の基板を１枚の基板に接合するときに利用される接合装置制御装置および多層接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロリレー、圧力センサ、加速度センサなどが例示される。真空雰囲気で活性化されたウェハ表面同士を接触させ、そのウェハを接合する常温接合が知られている。このような常温接合は、そのＭＥＭＳを作製することに好適である。そのＭＥＭＳは、機構部分と回路部分とを１つのデバイスが備える多機能化が望まれ、このような常温接合では、３枚以上のウェハを１枚の基板に接合することが望まれている。さらに、このような常温接合は、量産性向上を指向する必要があり、３枚以上のウェハをより高速に接合することが望まれている。
【０００３】
特開２００８−２８８３８４号公報には、信頼性の高い３次元積層デバイスが開示されている。その３次元積層デバイスは、複数の半導体ウェハが積層一体化された後、各デバイスを形成する３次元積層デバイスであって、隣り合って積層される半導体ウェハにおいて、一方の半導体ウェハの接合部が凸状に形成され、他方の半導体ウェハの接合部が凹状に形成され、前記一方の半導体ウェハの凸状の接合部と、前記他方の半導体ウェハの凹状の接合部とが直接接合されて積層されて成ることを特徴としている。
【０００４】
特開平０５−１６０３４０号公報には、層間の素子の位置が精密に位置合わせできるとともに貼り合わせできるようにした三次元ＬＳＩ用積層装置が開示されている。その三次元ＬＳＩ積層装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θＸ，θＹ，θＺのうち少なくとも１軸合計４軸以上の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージと、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θＸ，θＹ，θＺの３軸合計６軸の制御軸をもった小ストローク高分解能の微動ステージと、前記粗動ステージ及び微動ステージによりＸＹ方向位置合わせ及びＺ方向の位置決め押し当てが可能な二枚のウェハと、二枚のウェハの垂直方向であるＺ方向の間隔を検出するセンサと、ウェハ貼り合わせ時の荷重を検出するロードセルと、二枚のウェハの面内方向であるＸＹ方向の位置偏差を検出する位置検出手段と、二枚のウェハを接着剤により硬化接着する硬化接着手段と、両手段を移動位置決めする移動機構を有した装置において、前記位置検出手段により検出された二枚のウェハのＸＹ方向の位置偏差に基づいて、前記粗動ステージ及び微動ステージをクローズドループ制御することにより二枚のウェハのＸＹ方向位置合わせを行うと共に前記センサにより検出された間隔及び前記ロードセルにより検出された荷重に基づき、前記粗動ステージ及び微動ステージをクローズドループ制御することにより二枚のウェハの平行度調整及び二枚のウェハの押し当てを行う制御装置を設けたことを特徴としている。
【０００５】
特開２００４−３５８６０２号公報には、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる積層構造体の製造方法が開示されている。その積層構造体の製造方法は、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材が形成されたドナー基板を準備し、前記ドナー基板にターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を前記断面パターン部材に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返すことによって、前記断面パターン部材を転写、積層して接合された積層構造体の製造方法において、前記ドナー基板の準備は、前記構造体の断面パターンを反転した反転パターン層を前記ドナー基板上に形成する第１の工程と、前記反転パターン層の前記構造体の断面パターンに対応する空間部分にメッキにより前記複数の断面パターン部材を形成する第２の工程と、前記反転パターン層を除去する第３の工程を含むことを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８３８４号公報
【特許文献２】特開平０５−１６０３４０号公報
【特許文献３】特開２００４−３５８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、３枚以上の基板を１枚の接合基板に高速に接合する接合装置制御装置および多層接合方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、３枚以上の基板をよりローコストに接合する接合装置制御装置および多層接合方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、３枚以上の基板の位置ずれを防止する接合装置制御装置および多層接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、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。
【０００９】
本発明による多層接合方法は、接合チャンバー（２）の内部で第１基板（８２）と中間基板（８４）とを接合することにより、第１接合基板（８７）を作製するステップと、接合チャンバー（２）の内部に第１接合基板（８７）が配置されているときに、接合チャンバー（２）の内部に第２基板（８６）を搬入するステップと、接合チャンバー（２）の内部で第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とを接合することにより、第２接合基板（８８）を作製するステップとを備えている。このような多層接合方法によれば、第１基板（８２）は、中間基板（８４）に接合された後に、接合チャンバー（２）から取り出されることなしに、第２基板（８６）に接合されることができる。このため、第２接合基板（８８）は、高速に作製されることができ、ローコストに作製されることができる。
【００１０】
中間基板（８４）は、中間基板（８４）が中間カートリッジ（８３）に載せられている状態で、接合チャンバー（２）の内部に搬入される。第１基板（８２）と中間基板（８４）とは、中間基板（８４）が中間カートリッジ（８３）に載せられている状態で、接合される。中間カートリッジ（８３）は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合された後に、中間カートリッジ（８３）に第１接合基板（８７）が載せられていない状態で、接合チャンバー（２）の内部から搬出される。第２基板（８６）は、中間カートリッジ（８３）が接合チャンバー（２）の内部から搬出された後に、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられている状態で、接合チャンバー（２）の内部に搬入される。第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とは、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられている状態で、接合されることが好ましい。
【００１１】
第２基板（８６）と第１接合基板（８７）とが接合されるときに第２基板（８６）と第１接合基板（８７）とに印加される荷重は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合されるときに第１基板（８２）と中間基板（８４）とに印加される荷重より大きいことが好ましい。
【００１２】
本発明による多層接合方法は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合される前に、第１基板（８２）の中間基板（８４）に対向する面と中間基板（８４）の第１基板（８２）に対向する面とを活性化させるステップと、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが接合される前に、第１接合基板（８７）の第２基板（８６）に対向する面と第２基板（８６）の第１接合基板（８７）に対向する面とを活性化させるステップとをさらに備えていることが好ましい。
【００１３】
本発明による多層接合方法は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合される前に、第１基板（８２）と中間基板（８４）とを位置合わせするステップと、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが接合される前に、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とを位置合わせするステップとをさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
本発明による多層接合方法は、２枚の基板を接合することにより作製された第３接合基板を加工することにより中間基板（８４）を作製するステップをさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
本発明による多層接合方法は、第２接合基板（８８）をダイシングすることにより複数の製品を作製するステップをさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明による多層接合方法は、カートリッジ（８５）がロードロックチャンバー（３）の内部に配置されている場合で、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられているときに、ロードロックチャンバー（３）の内部を減圧するステップをさらに備えている。第２基板（８６）は、ロードロックチャンバー（３）の内部が減圧された後に、ロードロックチャンバー（３）の内部から接合チャンバー（２）の内部に搬入される。カートリッジ（８５）は、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載るときに第２基板（８６）が接触する島部分（６１）が形成されている。島部分（６１）は、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられているときに、カートリッジ（８５）と第２基板（８６）とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている。その空間に充填された気体は、ロードロックチャンバー（３）の内部の雰囲気が減圧されるときに、その流路を通って外部に排気される。このため、このようなカートリッジ（８５）は、その雰囲気が減圧されるときに、その気体がカートリッジ（８５）に対して第２基板（８６）を移動させることを防止することができる。
【００１７】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、接合チャンバー（２）の内部で第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合されるように、圧接機構（１１）を制御する駆動部（３２）と、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合されて形成された第１接合基板（８７）が接合チャンバー（２）の内部に配置されているときに、接合チャンバー（２）の内部に第２基板（８６）が搬入されるように、搬送装置（６）を制御する搬送部（３１）とを備えている。駆動部（３２）は、さらに、接合チャンバー（２）の内部で第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが接合されるように、圧接機構（１１）を制御する。このような接合装置制御装置（１０）によれば、第１基板（８２）は、中間基板（８４）に接合された後に、接合チャンバー（２）から取り出されることなしに、第２基板（８６）に接合されることができる。このため、第２接合基板（８８）は、高速に作製されることができ、ローコストに作製されることができる。
【００１８】
中間基板（８４）は、中間基板（８４）が中間カートリッジ（８３）に載せられている状態で、接合チャンバー（２）の内部に搬入される。第１基板（８２）と中間基板（８４）とは、中間基板（８４）が中間カートリッジ（８３）に載せられている状態で、接合される。中間カートリッジ（８３）は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合された後に、中間カートリッジ（８３）に第１接合基板（８７）が載せられていない状態で、接合チャンバー（２）の内部から搬出される。第２基板（８６）は、中間カートリッジ（８３）が接合チャンバー（２）の内部から搬出された後に、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられている状態で、接合チャンバー（２）の内部に搬入される。第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とは、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられている状態で、接合されることが好ましい。
【００１９】
駆動部（３２）は、第２基板（８６）と第１接合基板（８７）とが接合されるときに第２基板（８６）と第１接合基板（８７）とに印加される荷重が第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合されるときに第１基板（８２）と中間基板（８４）とに印加される荷重より大きくなるように、圧接機構（１１）を駆動することが好ましい。
【００２０】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合される前に、第１基板（８２）の中間基板（８４）に対向する面と中間基板（８４）の第１基板（８２）に対向する面とが活性化するように、活性化装置（１４）を制御する活性化部（３４）をさらに備えている。活性化部（３４）は、さらに、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが接合される前に、第１接合基板（８７）の第２基板（８６）に対向する面と第２基板（８６）の第１接合基板（８７）に対向する面とが活性化するように、活性化装置（１４）を制御する。
【００２１】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが接合される前に、第１基板（８２）と中間基板（８４）とが位置合わせされるように、位置合わせ機構（１２，９１−１〜９１−２）を制御する位置合わせ部（３５）をさらに備えている。位置合わせ部（３５）は、さらに、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが接合される前に、第１接合基板（８７）と第２基板（８６）とが位置合わせされるように、位置合わせ機構（１２，９１−１〜９１−２）を制御する。
【００２２】
搬送部（３１）は、さらに、カートリッジ（８５）がロードロックチャンバー（３）の内部に配置されている場合で、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられているときに、ロードロックチャンバー（３）の内部を減圧する。第２基板（８６）は、ロードロックチャンバー（３）の内部が減圧された後に、ロードロックチャンバー（３）の内部から接合チャンバー（２）の内部に搬入される。カートリッジ（８５）は、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載るときに第２基板（８６）が接触する島部分（５１−１〜５１−４）（６１）が形成されている。島部分（５１−１〜５１−４）（６１）は、第２基板（８６）がカートリッジ（８５）に載せられているときに、カートリッジ（８５）と第２基板（８６）とに挟まれる空間を外部に接続する流路が形成されている。その空間に充填された気体は、ロードロックチャンバー（３）の内部の雰囲気が減圧されるときに、その流路を通って外部に排気される。このため、このようなカートリッジ（８５）は、その雰囲気が減圧されるときに、その気体がカートリッジ（８５）に対して第２基板（８６）を移動させることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による接合装置制御装置および多層接合方法は、３枚以上の基板を１枚の接合基板に高速に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、接合装置を示す断面図である。
【図２】図２は、ステージキャリッジを示す斜視図である。
【図３】図３は、搬送装置のハンドを示す平面図である。
【図４】図４は、上カートリッジを示す平面図である。
【図５】図５は、ウェハ位置決めピンを示す断面図である。
【図６】図６は、上カートリッジを示す断面図である。
【図７】図７は、位置決め用ピンを示す断面図である。
【図８】図８は、下カートリッジを示す平面図である。
【図９】図９は、下カートリッジを示す断面図である。
【図１０】図１０は、アライメント機構を示す平面図である。
【図１１】図１１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１２】図１２は、接合装置を用いて実行される動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、ステップＳ１における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図１４】図１４は、ステップＳ３における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図１５】図１５は、ステップＳ３における接合対象の他の状態の例を示す側面図である。
【図１６】図１６は、ステップＳ４における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図１７】図１７は、ステップＳ１２における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図１８】図１８は、ステップＳ１３における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図１９】図１９は、ステップＳ１３における接合対象の他の状態の例を示す側面図である。
【図２０】図２０は、ステップＳ１４における接合対象の状態の例を示す側面図である。
【図２１】図２１は、ステップＳ１４における接合対象の他の状態の例を示す側面図である。
【図２２】図２２は、比較例のカートリッジにウェハが載った状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照して、本発明による接合装置制御装置の実施の形態を記載する。その接合装置制御装置１０は、図１に示されているように、接合システムに適用されている。すなわち、その接合システムは、接合装置制御装置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とは、内部を環境から密閉する容器である。接合装置１は、さらに、ゲートバルブ５を備えている。ゲートバルブ５は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設されている。ゲートバルブ５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。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閉鎖し、または、そのゲートを開放する。
【００２６】
ロードロックチャンバー３は、真空ポンプ４を備えている。真空ポンプ４は、接合装置制御装置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４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、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ゲートバルブ５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５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。
【００２７】
接合チャンバー２は、真空ポンプ９を備えている。真空ポンプ９は、接合装置制御装置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９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。
【００２８】
接合チャンバー２は、さらに、ステージキャリッジ４５と位置合わせ機構１２とを備えている。ステージキャリッジ４５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。位置合わせ機構１２は、さらに、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ４５が水平方向に平行移動し、または、ステージキャリッジ４５が鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ステージキャリッジ４５を駆動する。
【００２９】
接合チャンバー２は、さらに、圧接機構１１と圧接軸１３と静電チャック１８と荷重計１９とを備えている。圧接軸１３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１８は、圧接軸１３の下端に配置され、位置合わせ機構１２に対向する面に誘電層を備えている。静電チャック１８は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、静電力によってウェハを保持する。圧接機構１１は、接合装置制御装置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１３を平行移動させる。圧接機構１１は、さらに、静電チャック１８が配置される位置を測定し、その位置を接合装置制御装置１０に出力する。荷重計１９は、圧接軸１３に印加される荷重を測定することにより、静電チャック１８により保持されたウェハに印加される荷重を測定し、その荷重を接合装置制御装置１０に出力する。
【００３０】
接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１４と電子源１５とを備えている。イオンガン１４は、静電チャック１８が上方に配置されているときに、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間に向くように配置されている。イオンガン１４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構１２と静電チャック１８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。イオンガン１４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、そのアルゴンイオンが照射される位置に配置されている。なお、その金属ターゲットは、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。電子源１５は、イオンガン１４と同様にして、位置合わせ機構１２と静電チャック１８との間の空間に向くように配置されている。電子源１５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構１２と静電チャック１８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。
【００３１】
図２は、ステージキャリッジ４５を示している。ステージキャリッジ４５は、概ね円盤状に形成されている。ステージキャリッジ４５は、その円盤の軸が鉛直方向に平行になるように配置され、その円盤の上側の面に平坦な支持面４６が形成されている。ステージキャリッジ４５は、支持面４６に複数のアライメント用孔４７が形成されている。ステージキャリッジ４５は、さらに、支持面４６の外周部に複数の位置決めピン４８−１〜４８−２が形成されている。複数の位置決めピン４８−１〜４８−２は、それぞれ、円形で先細の突起に形成されている。
【００３２】
図３は、搬送機構６が備えるハンド１７を示している。ハンド１７は、爪２１−１、２１−２が形成されている。爪２１−１、２１−２は、それぞれ、板状に形成されている。爪２１−１、２１−２は、１つの水平面に沿うように配置されている。爪２１−１は、直線状の辺縁２５−１を有している。爪２１−２は、直線状の辺縁２５−２を有している。爪２１−１、２１−２は、辺縁２５−１が辺縁２５−２に対向するように、かつ、辺縁２５−１と辺縁２５−２とが平行になるように配置されている。爪２１−１は、辺縁２５−１の一部に切り欠き４９−１が形成されている。爪２１−２は、辺縁２５−２の一部に切り欠き４９−２が形成されている。切り欠き４９−２は、切り欠き４９−１に対向するように、形成されている。
【００３３】
図４は、上カートリッジ７を示している。上カートリッジ７は、アルミニウムまたはステンレス鋼から形成され、概ね円盤状に形成され、上ウェハを載せるために利用される。上カートリッジ７は、複数の位置決め穴５３−１〜５３−２と複数のアライメント用穴５４とが形成されている。複数の位置決め穴５３−１〜５３−２は、円形に形成され、その円盤の外周の近傍に形成されている。複数の位置決め穴５３−１〜５３−２の径は、それぞれ、ステージキャリッジ４５の位置決めピン４８−１〜４８−２の径に概ね等しい。複数の位置決め穴５３−１〜５３−２は、さらに、位置決め穴５３−１と位置決め穴５３−２との距離が位置決めピン４８−１と位置決めピン４８−２との距離に一致するように、形成されている。すなわち、複数の位置決め穴５３−１〜５３−２は、上カートリッジ７がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数の位置決めピン４８−１〜４８−２に嵌まるように、配置されている。すなわち、上カートリッジ７は、複数の位置決め穴５３−１〜５３−２に複数の位置決めピン４８−１〜４８−２が嵌まるようにステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の定位置に載せられる。
【００３４】
複数のアライメント用穴５４は、貫通するように形成されている。複数のアライメント用穴５４は、上カートリッジ７がステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用孔４７にそれぞれ接続されるように形成されている。複数のアライメント用穴５４は、さらに、上カートリッジ７に上ウェハが載せられたときに、その上ウェハに形成されるアライメントマークに一致するように、形成されている。
【００３５】
上カートリッジ７は、さらに、その円盤の上側の面に、複数の島部分５１−１〜５１−４と複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３とが形成されている。複数の島部分５１−１〜５１−４は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、上カートリッジ７に載せられる上ウェハの外周に沿うように形成され、上端が１つの平面に沿うように形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、上カートリッジ７に載せられる上ウェハの外周に沿うように形成されている。ウェハ位置決めピン５２−２〜５２−３は、特に、上カートリッジ７に載せられる上ウェハのオリエンテーションフラットに沿うように形成されている。このとき、上ウェハは、オリエンテーションフラットがウェハ位置決めピン５２−２〜５２−３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン５２−１に接するように、上カートリッジ７に載せられるときに、上カートリッジ７の定位置に載せられる。上カートリッジ７は、さらに、上ウェハがその定位置に載せられたときに、上カートリッジ７と上ウェハとに挟まれる空間が外部に通じる流路が形成されるように、複数の島部分５１−１〜５１−４が形成されている。すなわち、複数の島部分５１−１〜５１−４は、互いに、連ならないように形成されている。
【００３６】
さらに、複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３は、複数の島部分５１−１〜５１−４より高く形成され、複数の島部分５１−１〜５１−４の高さとその上ウェハの厚さとの和より低く形成されている。すなわち、複数の島部分５１−１〜５１−４は、図５に示されているように、上カートリッジ７に上ウェハが載せられたときに、上ウェハの上カートリッジ７に対向する面の外周に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３は、上カートリッジ７に上ウェハが載せられたときに、上ウェハの側面に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３は、上カートリッジ７に上ウェハが載せられたときに、上ウェハの上カートリッジ７に対向する面の裏面から突出しないように、形成されている。
【００３７】
上カートリッジ７は、図６に示されているように、フランジ部分５６と本体部分５７とから形成されている。本体部分５７は、円柱状に形成されている。その円柱の径は、ハンド１７の辺縁２５−１と辺縁２５−２との間隔より小さい。フランジ部分５６は、本体部分５７の円柱の側面から張り出すように形成され、円盤状に形成されている。その円盤の径は、ハンド１７辺縁２５−１と辺縁２５−２との間隔より大きい。すなわち、上カートリッジ７は、フランジ部分５６が爪２１−１〜２１−２に載ることにより、搬送機構６に把持される。
【００３８】
上カートリッジ７は、さらに、図７に示されているように、位置決め用ピン５９が形成されている。位置決め用ピン５９は、フランジ部分５６の下側に向いている面から突出する突起に形成されている。位置決め用ピン５９の径は、切り欠き４９−１〜４９−２の径と概ね等しい。位置決め用ピン５９は、フランジ部分５６の円盤の中心に関して互いに対称である２つの部分に、２つが形成されている。すなわち、位置決め用ピン５９は、上カートリッジ７が搬送機構６に把持されたときに、爪２１−１〜２１−２の切り欠き４９−１〜４９−２にそれぞれ嵌まるように、形成されている。このとき、上カートリッジ７は、爪２１−１〜２１−２の切り欠き４９−１〜４９−２にそれぞれ嵌まるように搬送機構６に把持されるときに、ハンド１７の定位置に把持される。
【００３９】
図８は、下カートリッジ８を示している。下カートリッジ８は、アルミニウムまたはステンレス鋼から形成され、概ね円盤状に形成され、下ウェハを載せるために利用される。下カートリッジ８は、複数の位置決め穴６３−１〜６３−２と複数のアライメント用穴６４とが形成されている。複数の位置決め穴６３−１〜６３−２は、円形に形成され、その円盤の外周の近傍に形成されている。複数の位置決め穴６３−１〜６３−２の径は、それぞれ、ステージキャリッジ４５の位置決めピン４８−１〜４８−２の径に概ね等しい。複数の位置決め穴６３−１〜６３−２は、さらに、位置決め穴６３−１と位置決め穴６３−２との距離が位置決めピン４８−１と位置決めピン４８−２との距離に一致するように、形成されている。すなわち、複数の位置決め穴６３−１〜６３−２は、下カートリッジ８がステージキャリッジ４５に置かれたときに、複数の位置決めピン４８−１〜４８−２に嵌まるように、配置されている。すなわち、下カートリッジ８は、複数の位置決め穴６３−１〜６３−２に複数の位置決めピン４８−１〜４８−２が嵌まるようにステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の定位置に載せられる。
【００４０】
複数のアライメント用穴６４は、貫通するように形成されている。複数のアライメント用穴６４は、下カートリッジ８がステージキャリッジ４５に置かれたときに、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用孔４７にそれぞれ接続されるように形成されている。複数のアライメント用穴６４は、さらに、下カートリッジ８に下ウェハが載せられたときに、その下ウェハに形成されるアライメントマークに一致するように、形成されている。
【００４１】
下カートリッジ８は、さらに、その円盤の上側の面に、島部分６１と複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３とが形成されている。島部分６１は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、下カートリッジ８に載せられる下ウェハの形状と概ね等しい形状に形成され、上端が１つの平面に沿うように形成されている。島部分６１は、上端に溝６５が形成されている。溝６５は、上端に格子状に形成されている。溝６５は、さらに、島部分６１の側面に繋がるように、形成されている。
【００４２】
複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３は、その円盤の上側の面から突出する突起に形成され、下カートリッジ８に載せられる下ウェハの外周に沿うように形成されている。ウェハ位置決めピン６２−２〜６２−３は、特に、下カートリッジ８に載せられる下ウェハのオリエンテーションフラットに沿うように形成されている。このとき、下ウェハは、オリエンテーションフラットがウェハ位置決めピン６２−２〜６２−３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン６２−１に接するように、下カートリッジ８に載せられるときに、下カートリッジ８の定位置に載せられる。
【００４３】
さらに、複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３は、島部分６１より高く形成され、島部分６１の高さとその下ウェハの厚さとの和より低く形成されている。すなわち、島部分６１は、下カートリッジ８に下ウェハが載せられたときに、その下ウェハの下カートリッジ８に対向する面の大部分に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３は、下カートリッジ８に下ウェハが載せられたときに、その下ウェハの側面に接触するように、形成されている。複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３は、下カートリッジ８に下ウェハが載せられたときに、その下ウェハの下カートリッジ８に対向する面の裏面から突出しないように、形成されている。
【００４４】
下カートリッジ８は、図９に示されているように、フランジ部分６６と本体部分６７とから形成されている。本体部分６７は、円柱状に形成されている。その円柱の径は、辺縁２５−１と辺縁２５−２との間隔より小さい。フランジ部分６６は、本体部分６７の円柱の側面から張り出すように形成され、円盤状に形成されている。その円盤の径は、辺縁２５−１と辺縁２５−２との間隔より大きい。すなわち、下カートリッジ８は、フランジ部分６６が爪２１−１〜２１−２に載ることにより、搬送機構６に把持される。
【００４５】
下カートリッジ８は、さらに、上カートリッジ７と同様にして、その位置決め用ピンが形成されている。その位置決め用ピンは、フランジ部分６６の下側に向いている面から突出する突起に形成されている。その位置決め用ピンの径は、切り欠き４９−１〜４９−２の径と概ね等しい。その位置決め用ピンは、フランジ部分６６の円盤の中心に関して互いに対称である２つの部分に、２つが形成されている。すなわち、その位置決め用ピンは、下カートリッジ８が搬送機構６に把持されたときに、爪２１−１〜２１−２の切り欠き４９−１〜４９−２にそれぞれ嵌まるように、形成されている。このとき、下カートリッジ８は、爪２１−１〜２１−２の切り欠き４９−１〜４９−２にそれぞれ嵌まるように搬送機構６に把持されるときに、ハンド１７の定位置に把持される。
【００４６】
接合装置１は、図１０に示されているように、さらに、２つのアライメント機構９１−１〜９１−２を備えている。アライメント機構９１−１〜９１−２は、接合チャンバー２の外側に配置され、ステージキャリッジ４５の静電チャック１８に対向する側の反対側に配置されている。アライメント機構９１−１〜９１−２の各々は、光源９２と鏡筒９３とカメラ９４とを備えている。光源９２と鏡筒９３とカメラ９４とは、接合チャンバー２に固定されている。光源９２は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、シリコン基板を透過する赤外線を生成する。その赤外線の波長としては、１μｍ以上の波長が例示される。鏡筒９３は、光源９２により生成される赤外線の向きを鉛直方向に変えて、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用孔４７に向けてその赤外線を照射する。鏡筒９３は、さらに、ステージキャリッジ４５の複数のアライメント用孔４７から鏡筒９３に向けて進行する赤外線をカメラ９４に透過する。カメラ９４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、鏡筒９３を透過した赤外線に基づいて画像を生成し、その画像を示す電気信号を接合装置制御装置１０に出力する。
【００４７】
図１１は、接合装置制御装置１０を示している。接合装置制御装置１０は、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。そのＣＰＵは、接合装置制御装置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、その記憶装置と入力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。その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、その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。その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、そのコンピュータプログラムを接合装置制御装置１０にインストールするときに利用される。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を生成し、その情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボードが例示される。そのインターフェースは、接合装置制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、真空ポンプ４と搬送機構６と真空ポンプ９と圧接機構１１と位置合わせ機構１２とイオンガン１４と電子源１５と静電チャック１８と荷重計１９と光源９２とカメラ９４とを含んでいる。
【００４８】
接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムは、接合装置制御装置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る。その複数の機能は、搬送部３１と駆動部３２とチャック制御部３３と活性化部３４と位置合わせ部３５とを含んでいる。
【００４９】
搬送部３１は、ゲートバルブ５を閉鎖する。搬送部３１は、さらに、ゲートバルブ５が閉鎖されているときに、真空ポンプ４を用いて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を生成し、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を生成する。搬送部３１は、ロードロックチャンバー３の内部にその所定の真空度の雰囲気が生成されているときに、ゲートバルブ５を開放し、または、ゲートバルブ５を閉鎖する。搬送部３１は、ゲートバルブ５が開放されているときに、搬送機構６を用いてロードロックチャンバー３の内部に配置されているステージキャリッジ４５を位置合わせ機構１２に搬送し、または、搬送機構６を用いて位置合わせ機構１２に保持されているステージキャリッジ４５をロードロックチャンバー３の内部に搬送する。
【００５０】
駆動部３２は、静電チャック１８が平行移動するように、圧接機構１１を制御する。駆動部３２は、さらに、静電チャック１８が所定の位置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１８が停止するように、圧接機構１１を制御する。駆動部３２は、荷重計１９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１８が停止するように、圧接機構１１を制御する。
【００５１】
チャック制御部３３は、静電チャック１８がウェハを保持するように、または、静電チャック１８がウェハを保持しないように、静電チャック１８を制御する。
【００５２】
活性化部３４は、ゲートバルブ５が閉鎖されているときに、真空ポンプ９を用いて接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気を生成する。活性化部３４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、イオンガン１４を用いて上ウェハと下ウェハとの間に向けてアルゴンイオンを放出する。活性化部３４は、さらに、そのアルゴンイオンが放出されている最中に、電子源１５を用いて上ウェハと下ウェハとの間に向けて電子を放出する。
【００５３】
位置合わせ部３５は、上ウェハが載っている上カートリッジ７がステージキャリッジ４５に載っているときに、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、位置合わせ機構１２を制御する。位置合わせ部３５は、さらに、静電チャック１８が上ウェハを保持している場合で、下ウェハが載っている下カートリッジ８がステージキャリッジ４５に載っているときに、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１１を制御する。位置合わせ部３５は、さらに、上ウェハと下ウェハとがその所定の距離に離れているときに、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１２を制御する。
【００５４】
本発明による接合方法の実施の形態は、接合装置１を用いて実行される動作と、接合装置１を用いないで実行される動作とを備えている。
【００５５】
図１２は、接合装置１を用いて実行される動作を示している。作業者は、まず、ゲートバルブ５を閉鎖して、真空ポンプ９を用いて接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気を生成する。作業者は、オリエンテーションフラットがウェハ位置決めピン５２−２〜５２−３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン５２−１に接するように、上カートリッジ７に上ウェハを載せる。作業者は、オリエンテーションフラットがウェハ位置決めピン６２−２〜６２−３に接するように、かつ、外周がウェハ位置決めピン６２−１に接するように、下カートリッジ８に下ウェハを載せる。このような下カートリッジ８は、複数が用意される。作業者は、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の内部に上カートリッジ７を配置し、ロードロックチャンバー３の内部に複数の下カートリッジ８を配置する。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。
【００５６】
接合装置制御装置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５を開放する。接合装置制御装置１０は、まず、上ウェハを静電チャック１８に保持させる。接合装置制御装置１０は、上ウェハが載せられた上カートリッジ７がロードロックチャンバー３からステージキャリッジ４５の上まで搬送されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７が降下するように、搬送機構６を制御する。このとき、上カートリッジ７は、複数の位置決め穴５３−１〜５３−２がステージキャリッジ４５の複数の位置決めピン４８−１〜４８−２にそれぞれ嵌まり、ステージキャリッジ４５に保持される（ステップＳ１）。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７がロードロックチャンバー３の内部に退避するように、搬送機構６を制御する。
【００５７】
接合装置制御装置１０は、次いで、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、アライメント機構９１−１〜９１−２を制御する。接合装置制御装置１０は、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１２を制御する（ステップＳ２）。接合装置制御装置１０は、次いで、静電チャック１８が鉛直下方向に下降するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が上ウェハに接触したときに静電チャック１８が停止するように圧接機構１１を制御し、静電チャック１８が上ウェハを保持するように静電チャック１８を制御する。このとき、上カートリッジ７の複数のウェハ位置決めピン５２−１〜５２−３は、上ウェハから突出しないように形成されているために、静電チャック１８に接触しない。このため、接合装置１は、静電チャック１８に上ウェハをより確実に接触させることができ、静電チャック１８に上ウェハをより確実に保持させることができる。接合装置制御装置１０は、上ウェハが上カートリッジ７から離れるように、すなわち、静電チャック１８が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、上ウェハが上カートリッジ７から離れた後で、上ウェハが載せられていない上カートリッジ７がステージキャリッジ４５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（ステップＳ３）。
【００５８】
接合装置制御装置１０は、上ウェハを静電チャック１８に保持させた後に、下ウェハが載せられた下カートリッジ８がロードロックチャンバー３からステージキャリッジ４５の上まで搬送されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７が降下するように、搬送機構６を制御する。このとき、下カートリッジ８は、複数の位置決め穴６３−１〜６３−２がステージキャリッジ４５の複数の位置決めピン４８−１〜４８−２にそれぞれ嵌まり、ステージキャリッジ４５に保持される。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７がロードロックチャンバー３の内部に退避するように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ５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９を制御する（ステップＳ４）。
【００５９】
接合装置制御装置１０は、次いで、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、アライメント機構９１−１〜９１−２を制御する。接合装置制御装置１０は、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１２を制御する（ステップＳ５）。接合装置制御装置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１８に保持された上ウェハとステージキャリッジ４５に保持された下ウェハとが離れた状態で、上ウェハと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１４を制御する（ステップＳ６）。その粒子は、上ウェハと下ウェハとに照射され、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。
【００６０】
接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が所定の位置まで鉛直下方向に下降するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、さらに、上ウェハと下ウェハとが所定の距離だけ離れるように、すなわち、静電チャック１８が所定の位置で停止するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ７）。接合装置制御装置１０は、次いで、上ウェハに形成されたアライメントマークと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、アライメント機構９１−１〜９１−２を制御する。接合装置制御装置１０は、上ウェハと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１２を制御する（ステップＳ９）。
【００６１】
接合装置制御装置１０は、上ウェハと下ウェハとが接合された後に下ウェハと別個の下ウェハをさらに接合するときに（ステップＳ１０、ＹＥＳ）、上ウェハが下ウェハに接触するように、すなわち、静電チャック１８が鉛直下方向に下降するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ１２）。上ウェハと下ウェハとは、その接触により接合され、１枚の接合ウェハが生成される。このとき、下カートリッジ８の複数のウェハ位置決めピン６２−１〜６２−３は、下ウェハから突出しないように形成されているために、静電チャック１８または上ウェハに接触しない。このため、接合装置１は、上ウェハに下ウェハをより確実に接触させることができ、上ウェハと下ウェハとをより確実に接合させることができる。さらに、このとき、下カートリッジ８の島部分６１は、下ウェハの概ね全部に接触する。このため、下ウェハは、接合時に印加される荷重により破損されることが防止され、接合装置１は、より大きい荷重を上ウェハと下ウェハとに印加することができる。
【００６２】
接合装置制御装置１０は、その接合ウェハが下カートリッジ８から離れるように、すなわち、その接合ウェハが静電チャック１８に保持されたままになるように静電チャック１８を制御し、静電チャック１８が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ５を開放し、下カートリッジ８をステージキャリッジ４５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。接合装置制御装置１０は、その接合ウェハが載せられていない下カートリッジ８がロードロックチャンバー３に搬送された後に、下ウェハが載せられた下カートリッジ８がロードロックチャンバー３からステージキャリッジ４５の上まで搬送されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７が降下するように、搬送機構６を制御する。このとき、下カートリッジ８は、複数の位置決め穴６３−１〜６３−２がステージキャリッジ４５の複数の位置決めピン４８−１〜４８−２にそれぞれ嵌まり、ステージキャリッジ４５に保持される。接合装置制御装置１０は、搬送機構６のハンド１７がロードロックチャンバー３の内部に退避するように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ５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９を制御する（ステップＳ１３）。
【００６３】
接合装置制御装置１０は、次いで、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、アライメント機構９１−１〜９１−２を制御する。接合装置制御装置１０は、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１２を制御する（ステップＳ５）。接合装置制御装置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１８に保持されたその接合ウェハとステージキャリッジ４５に保持された下ウェハとが離れた状態で、その接合ウェハと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１４を制御する（ステップＳ６）。その粒子は、その接合ウェハと下ウェハとに照射され、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。
【００６４】
接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が所定の位置まで鉛直下方向に下降するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、さらに、その接合ウェハと下ウェハとが所定の距離だけ離れるように、すなわち、静電チャック１８が所定の位置で停止するように、圧接機構１１を制御する（ステップＳ７）。接合装置制御装置１０は、次いで、その接合ウェハに形成されたアライメントマークと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、アライメント機構９１−１〜９１−２を制御する。接合装置制御装置１０は、その接合ウェハと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１２を制御する（ステップＳ９）。
【００６５】
接合装置制御装置１０は、その接合ウェハと下ウェハとが接合された後に下ウェハと別個の下ウェハをさらに接合しないときに（ステップＳ１０、ＮＯ）、その接合ウェハが下ウェハに接触するように、すなわち、静電チャック１８が鉛直下方向に下降するように、圧接機構１１を制御する。その接合ウェハと下ウェハとは、その接触により接合され、１枚の他の接合ウェハが生成される。接合装置制御装置１０は、さらに、その接合ウェハが静電チャック１８からデチャックされるように、静電チャック１８を制御する（ステップＳ１４）。
【００６６】
このような動作によれば、ステップＳ１２で作製された接合ウェハは、接合チャンバー２から取り出されることなしに、他のウェハにさらに接合されることができる。このため、このような動作によれば、一対のウェハを接合する接合方法に比較して、３枚以上のウェハをより高速に接合することができ、３枚以上のウェハをよりローコストで接合することができる。
【００６７】
接合装置制御装置１０は、静電チャック１８が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１１を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ５を開放し、その接合ウェハが載せられている下カートリッジ８をステージキャリッジ４５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。接合装置制御装置１０は、ゲートバルブ５を閉鎖して、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ４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、その接合ウェハを取り出す（ステップＳ１５）。
【００６８】
たとえば、ユーザは、３枚のウェハ（ウェハ８２とウェハ８４とウェハ８６と）を１枚の接合ウェハに接合するときに、３つのカートリッジ（カートリッジ８１とカートリッジ８３とカートリッジ８５と）を用意する。ユーザは、カートリッジ８１にウェハ８２を載せ、カートリッジ８３にウェハ８４を載せ、カートリッジ８５にウェハ８６を載せる。カートリッジ８１としては、上カートリッジ７が例示される。カートリッジ８３としては、下カートリッジ８が例示される。カートリッジ８５としては、下カートリッジ８が例示される。
【００６９】
ステップＳ１が実行された後には、図１３に示されているように、ウェハ８２が載せられたカートリッジ８１がステージキャリッジ４５に載せられ、何も吸着されていない静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置されている。
【００７０】
ステップＳ３では、図１４に示されているように、ステージキャリッジ４５に載せられたカートリッジ８１に載せられたウェハ８２が静電チャック１８に接触し、ウェハ８２が静電チャック１８に吸着される。
【００７１】
ステップＳ３が実行された後には、図１５に示されているように、何も載せられていないカートリッジ８１がステージキャリッジ４５に載せられ、ウェハ８２が吸着された静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置されている。
【００７２】
ステップＳ４が実行された後には、図１６に示されているように、ウェハ８４が載せられたカートリッジ８３がステージキャリッジ４５に載せられ、ウェハ８２が吸着された静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置されている。
【００７３】
ステップＳ１２では、図１７に示されているように、カートリッジ８３に載せられたウェハ８４が、静電チャック１８に吸着されたウェハ８２に接触している。
【００７４】
ステップＳ１２が実行された後には、図１８に示されているように、ウェハ８４とウェハ８２とから接合ウェハ８７が形成され、何も載せられていないカートリッジ８３がステージキャリッジ４５に載せられ、接合ウェハ８７が吸着された静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置される。
【００７５】
ステップＳ１３が実行された後には、図１９に示されているように、ウェハ８６が載せられたカートリッジ８５がステージキャリッジ４５に載せられ、接合ウェハ８７が吸着された静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置されている。
【００７６】
ウェハ８６の後に接合される別個のウェハがないために、ステップＳ１２が実行されないで、ステップＳ１４が実行される。ステップＳ１４では、図２０に示されているように、カートリッジ８５に載せられたウェハ８６が、静電チャック１８に吸着された接合ウェハ８７に接触している。
【００７７】
ステップＳ１４が実行された後には、図２１に示されているように、接合ウェハ８７とウェハ８６とから接合ウェハ８８が形成され、接合ウェハ８８が載せられているカートリッジ８５がステージキャリッジ４５に載せられ、何も吸着されていない静電チャック１８がステージキャリッジ４５から離れた位置に配置される。
【００７８】
このような動作によれば、ウェハ８２とウェハ８４とから形成された接合ウェハ８７は、接合チャンバー２から取り出されることなしに、ウェハ８６に接合されることができる。このため、このような動作によれば、一対のウェハを接合する接合方法に比較して、３枚以上のウェハをより高速に接合することができ、３枚以上のウェハをよりローコストで接合することができる。
【００７９】
接合装置１を用いないで実行される動作は、接合対象であるウェハを作製する動作と、接合ウェハをダイシングする動作とを備えている。
【００８０】
その接合対象であるウェハを作製する動作では、上ウェハと下ウェハとが作製され、たとえば、図１３〜図２１のウェハ８２とウェハ８４とウェハ８６とが作製される。
【００８１】
なお、ウェハ８４またはウェハ８６としては、接合装置１を用いて２枚のウェハが接合されることにより作製された接合ウェハが適用されることもできる。さらに、ウェハ８４またはウェハ８６としては、その接合ウェハが加工されることにより作製されたウェハが適用されることもできる。このようなウェハがウェハ８４またはウェハ８６として適用されることによれば、複数の接合面が配置される順番とその複数の接合面が形成される順番とが異なるように、複数のウェハを接合することができ、接合の形態を多様化することができる。
【００８２】
接合ウェハをダイシングする動作では、接合装置１を用いて作製された接合ウェハが複数のデバイスに分割される。すなわち、接合装置１を用いて実行される動作は、複数のデバイスに形成される接合ウェハを作製することに好適である。
【００８３】
上ウェハと下ウェハに例示されるウェハ７０は、図２２に示されているように、変形していることがある。ウェハ７０は、上カートリッジ７と下カートリッジ８とに例示されるカートリッジ７１に載せられているときに、ウェハ７０とカートリッジ７１との間に空間７２を形成する。空間７２に充填されている空気は、空間７２と外部とを接続する流路がない場合で、ウェハ７０とカートリッジ７１とが配置されている雰囲気が減圧されたときに、ウェハ７０を持ち上げ、ウェハ７０をカートリッジ７１の表面に沿って移動させることがある。
【００８４】
上カートリッジ７と上ウェハとに挟まれる空間に充填された気体は、複数の島部分５１−１〜５１−４の隙間を通って外部に排気される。このような排気は、上カートリッジ７と上ウェハとに挟まれた気体が上ウェハを持ち上げることを防止し、上ウェハが上カートリッジ７の上を移動することを防止する。さらに、下カートリッジ８と下ウェハとに挟まれる空間に充填された気体は、溝６５を通って外部に排気される。このような排気は、下カートリッジ８と下ウェハとに挟まれた気体が下ウェハを持ち上げることを防止し、下ウェハが下カートリッジ８の上を移動することを防止する。
【００８５】
なお、本発明による多層接合方法は、既述の実施の形態におけるアライメント機構９１−１〜９１−２が他の位置に配置されている他の接合装置を用いて実行されることもできる。その位置としては、位置合わせ機構１２に比較して静電チャック１８により近い位置、たとえば、静電チャック１８の上方が例示される。本発明による多層接合方法は、このような接合装置に適用したときにも、既述の実施の形態と同様にして、３枚以上のウェハをより高速に接合することができる。
【００８６】
なお、本発明による多層接合方法の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるステップＳ２とステップＳ５とステップＳ７とステップＳ９とが省略されている。このような多層接合方法は、ウェハの接合に高精度なアライメントが不要であるときに適用されることができ、既述の実施の形態と同様にして、３枚以上のウェハをより高速に接合することができ、３枚以上のウェハをよりローコストで接合することができる。
【００８７】
なお、本発明による多層接合方法の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における搬送機構６がウェハに直に接触してそのウェハを搬送し、ステージキャリッジ４５がウェハに直に接触してそのウェハを保持する。このような多層接合方法は、既述の実施の形態と同様にして、３枚以上のウェハをより高速に接合することができる。このような多層接合方法は、さらに、カートリッジの回収が不要であり、既述の実施の形態に比較して、３枚以上のウェハをより高速に接合することができる。このような多層接合方法は、さらに、カートリッジが不要であり、３枚以上のウェハをよりローコストで接合することができる。
【００８８】
なお、本発明による多層接合方法の実施のさらに他の形態は、複数のウェハを鉛直下側に積層していくものである。このような多層接合方法によれば、搬送機構６により接合チャンバー２に搬入されたウェハは、ステージキャリッジ４５に支持されることなく、空中で静電チャック２に渡されて、静電チャック２に保持される。静電チャック２に保持されたウェハは、次いで、ステージキャリッジ４５に支持された他のウェハに接合される。その接合されたウェハがステージキャリッジ４５に支持されているときに、さらに他のウェハが静電チャック２に同様に保持され、その接合されたウェハと静電チャック２に保持されたウェハとが接合される。このような多層接合方法は、既述の実施の形態における多層接合方法と同様にして、３枚以上のウェハをよりローコストで接合することができる。しかしながら、その搬送機構６から静電チャック２に空中でウェハが渡されることは、制御が非常に困難であり、不安定な動作となる。このため、複数のウェハを鉛直上側に積層していく既述の実施の形態における多層接合方法は、複数のウェハを鉛直下側に積層していくこのような多層接合方法に比較して、３枚以上のウェハをより安定して接合することができる。
【００８９】
なお、本発明による多層接合方法は、鉛直方向と異なる他の方向に移動させることにより２枚のウェハを接触・接合させる他の接合装置に適用することもできる。その方向としては、水平方向が例示される。本発明による多層接合方法は、このような接合装置に適用したときにも、既述の実施の形態と同様にして、３枚以上のウェハをより高速に接合することができる。
【符号の説明】
【００９０】
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  ：真空ポンプ
５  ：ゲートバルブ
６  ：搬送機構
９  ：真空ポンプ
１０：接合装置制御装置
１１：圧接機構
１２：位置合わせ機構
１３：圧接軸
１４：イオンガン
１５：電子源
１８：静電チャック
１９：荷重計
４５：ステージキャリッジ
４６：支持面
４７：複数のアライメント用孔
４８−１〜４８−２：位置決めピン
４９−１〜４９−２：切り欠き
１７：ハンド
２１−１〜２１−２：爪
２５−１：辺縁
２５−２：辺縁
７  ：上カートリッジ
５１−１〜５１−４：複数の島部分
５２−１〜５２−３：複数のウェハ位置決めピン
５３−１〜５３−２：複数の位置決め穴
５４：複数のアライメント用穴
５６：フランジ部分
５７：本体部分
５９：位置決め用ピン
８  ：下カートリッジ
６１：島部分
６２−１〜６２−３：複数のウェハ位置決めピン
６３−１〜６３−２：複数の位置決め穴
６４：複数のアライメント用穴
６５：溝
６６：フランジ部分
６７：本体部分
９１−１〜９１−２：アライメント機構
９２：光源
９３：鏡筒
９４：カメラ
３１：搬送部
３２：駆動部
３３：チャック制御部
３４：活性化部
３５：位置合わせ部
８２：ウェハ
８４：ウェハ
８６：ウェハ
８１：カートリッジ
８３：カートリッジ
８５：カートリッジ
８７：接合ウェハ
８８：接合ウェハ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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