(57)【要約】【課題】大きなストロークを有しながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の要求をも満たすステージ機構を提供する。【解決手段】下側ステージ機構（２４）は、下側ウェハ（３４）を保持する下側ウェハ保持部（５２）を有するキャリッジ（４３）と、弾性案内（４４）と、下側ウェハ保持部（５２）を粗動させる位置決めステージ（４１）と、下側ウェハ保持部（５２）を微動させる微動機構と、キャリッジ支持台（４２）とを含む。弾性案内（４４）は、上側ステージ機構（２３）からキャリッジ（４３）に荷重が印加されていないときにキャリッジ（４３）がキャリッジ支持台（４２）に接触しないようにキャリッジ（４３）を支持し、上側ステージ機構（２３）によってキャリッジ（４３）に上下方向に荷重が印加されるとキャリッジ（４３）がキャリッジ支持台（４２）に接触するように弾性変形する。【選択図】図４Ａ
2015135903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合チャンバと、
前記接合チャンバの内部で上側ウェハを上下方向に移動可能に支持する上側ステージ機構と、
前記接合チャンバの内部で下側ウェハを水平面内で移動可能に支持する下側ステージ機構
とを具備し、
前記下側ステージ機構は、
前記下側ウェハを保持する下側ウェハ保持部を有するキャリッジと、
前記キャリッジに連結されて前記キャリッジを支持する弾性案内と、
前記下側ウェハ保持部を粗動させる位置決めステージと、
前記下側ウェハ保持部を微動させる微動機構と、
キャリッジ支持台
とを含み、
前記弾性案内は、前記上側ステージ機構から前記キャリッジに荷重が印加されていないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持し、前記上側ステージ機構によって前記上側ウェハが前記下側ウェハに接触されて前記キャリッジに前記上下方向に荷重が印加されると前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する
常温接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の常温接合装置であって、
前記位置決めステージは、前記弾性案内を駆動することによって前記下側ウェハ保持部を粗動させ、
前記微動機構が、前記キャリッジに組み込まれた
常温接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の常温接合装置であって、
前記キャリッジは、前記弾性案内が接合されたキャリッジプレートを含み、
前記下側ウェハ保持部は、前記キャリッジプレートの上方に位置し、
前記微動機構は、
前記キャリッジプレートの上に設けられたフレームと、
前記フレームに連結され前記下側ウェハ保持部を駆動する駆動機構
とを含み、
前記上側ステージ機構によって前記上側ウェハが前記下側ウェハに接触されて前記キャリッジに前記上下方向に荷重が印加されると、前記弾性案内は、前記キャリッジプレートが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する
常温接合装置。
【請求項４】
請求項３に記載の常温接合装置であって、
前記フレームには、前記下側ウェハ保持部を前記上下方向に移動可能に支持する支持機構が設けられ、
前記支持機構は、前記上側ステージ機構から前記下側ウェハ保持部に荷重が印加されていないときに前記下側ウェハ保持部が前記キャリッジプレートに接触しないように前記下側ウェハ保持部を支持し、前記上側ステージ機構によって前記上側ウェハが前記下側ウェハに接触されて前記下側ウェハ保持部に前記上下方向に荷重が印加されると前記下側ウェハ保持部が前記キャリッジプレートに接触するように弾性変形する
常温接合装置。
【請求項５】
請求項１に記載の常温接合装置であって、
前記微動機構は、
テーブルと、
前記テーブルを駆動する駆動機構
とを含み、
前記弾性案内は、前記下側ウェハ保持部を前記テーブルに連結し、
前記位置決めステージは、前記微動機構の全体を駆動することによって前記下側ウェハ保持部を粗動させ、
前記微動機構は、前記駆動機構によって前記テーブルを駆動することによって前記下側ウェハ保持部を微動させる
常温接合装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の常温接合装置であって、
前記上側ステージ機構は、
前記上側ウェハを保持する上側ウェハ保持部と、
前記上側ウェハ保持部の向きを調節する角度調節機構
とを具備する
常温接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の常温接合装置であって、
前記上側ステージ機構は、更に、前記上下方向に昇降される昇降ロッドを備え、
前記角度調節機構は、
前記上側ウェハ保持部に固定される球フランジと、
前記昇降ロッドに固定される球座と、
前記球座に固定され、前記球フランジを挟持して前記球フランジを前記球座に連結する固定フランジ
とを含む
常温接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚のウェハ（基板）を接合するための技術として、常温接合が知られている。常温接合とは、接合すべき２枚のウェハの表面を真空雰囲気で活性化し、活性化されたウェハ表面を接触させることで該２枚のウェハを接合する技術である。ウェハ表面を活性化する手法としては、例えば、イオンビームを用いる方法と中性原子ビームを用いる方法とが知られている。
【０００３】
常温接合における基礎技術の一つが、接合されるウェハの位置合わせである。近年では、デバイスの小型化、高精度化が進んでおり、接合されるウェハを精密に位置合わせすることが重要になってきている。ウェハの精密な位置合わせを実現する方法としては、圧電素子を用いて位置合わせを行う技術が知られている（例えば、特許第４８２２５７７号（特許文献１）、特許第４６６９７６６号（特許文献２）参照）。
【０００４】
圧電素子の使用は、精密な位置合わせに好適であるが、その一方で、十分に大きなストローク（可動範囲）を提供できないという問題がある。このような問題に対処する技術としては、粗動ステージと微動ステージの組み合わせを用いる技術が知られている（例えば、特開２００５−２８８６３７号公報（特許文献３）、特開平５−１６０３４０号公報（特許文献４）参照）。
【０００５】
常温接合のウェハの位置合わせに関し、もう一つの重要な事項は、位置合わせに用いられるステージ機構の耐荷重である。常温接合においては、接合されるウェハに大きな接合圧力（例えば、最大、１０トンの圧力）を作用させる必要があるので、ウェハの位置合わせに用いられるステージ機構を、大荷重に耐えられるように設計する必要がある。特許３９７０３０４号（特許文献５）は、ステージ機構の耐荷重を高めるための技術を開示している。この特許文献に開示されたステージ機構では、ウェハを保持するキャリッジが弾性案内によって位置決めステージに連結されている。更に、位置決めステージとは別にキャリッジ支持台が設けられている。キャリッジに荷重が印加されない状態では、キャリッジがキャリッジ支持台と接触しないように支持される。キャリッジに荷重が印加されると、弾性案内が弾性変形してキャリッジがキャリッジ支持台に接触され、キャリッジ支持台に荷重が分散される。これにより、位置決めステージに作用する荷重が低減されている。
【０００６】
しかしながら、上述された公知技術は、いずれも、十分に大きなストロークを有しながら、ウェハの精密な位置合わせとステージ機構の耐荷重の増大の要求をも満たすステージ機構を提供するものではない。
【０００７】
なお、本願に関連し得る技術として、試料台の向きを調節する角度調節機構が上側ステージに設けられた常温接合装置が、特許第４２０９４５７号（特許文献６）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８２２５７７号
【特許文献２】特許第４６６９７６６号
【特許文献３】特開２００５−２８８６３７号公報
【特許文献４】特開平５−１６０３４０号公報
【特許文献５】特許３９７０３０４号
【特許文献６】特許第４２０９４５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、大きなストロークを有しながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の要求をも満たすステージ機構を備えた常温接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の観点では、常温接合装置（１）が、接合チャンバ（５）と、接合チャンバ（５）の内部で上側ウェハ（３３）を上下方向に移動可能に支持する上側ステージ機構（２３、２３Ａ）と、接合チャンバ（５）の内部で下側ウェハ（３４）を水平面内で移動可能に支持する下側ステージ機構（２４、２４Ａ、２４Ｂ）とを具備する。下側ステージ機構（２４、２４Ａ、２４Ｂ）は、下側ウェハ（３４）を保持する下側ウェハ保持部（５２、７２）を有するキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）と、キャリッジ（４３、４３Ａ、７２）に連結されてキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）を支持する弾性案内（４４、７３）と、下側ウェハ保持部（５２、７２）を粗動させる位置決めステージ（４１）と、下側ウェハ保持部（５２、７２）を微動させる微動機構（５１、５２、５４１〜５４３）と、キャリッジ支持台（４２）とを含む。弾性案内（４４、７３）は、上側ステージ機構（２３、２３Ａ）からキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）に荷重が印加されていないときにキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）がキャリッジ支持台（４２）に接触しないようにキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）を支持し、上側ステージ機構（２３、２３Ａ）によって上側ウェハ（３３）が下側ウェハ（３４）に接触されてキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）に上下方向に荷重が印加されるとキャリッジ（４３、４３Ａ、７２）がキャリッジ支持台（４２）に接触するように弾性変形する。
【００１１】
一実施形態では、位置決めステージ（４１）は、弾性案内（４４）を駆動することによって下側ウェハ保持部（５２）を粗動させ、微動機構（５１、５２、５４１〜５４３）が、キャリッジ（４３、４３Ａ）に組み込まれる。
【００１２】
一実施形態では、キャリッジ（４３Ａ）が、弾性案内（４４）が接合されたキャリッジプレート（４６）を含んでおり、下側ウェハ保持部（５２）がキャリッジプレート（４６）の上方に位置し、微動機構（５１、５２、５４１〜５４３）が、キャリッジプレート（４６）の上に設けられたフレーム（５１）と、フレーム（５１）に連結され下側ウェハ保持部（５２）を駆動する駆動機構（５４１〜５４３）とを含んでいてもよい。この場合、上側ステージ機構（２３、２３Ａ）によって上側ウェハ（３３）が下側ウェハ（３４）に接触されてキャリッジ（４３Ａ）に前記上下方向に荷重が印加されると、弾性案内（４４）は、キャリッジプレート（４６）がキャリッジ支持台（４２）に接触するように弾性変形する。
【００１３】
このとき、フレーム（５１）には、下側ウェハ保持部（５２）を上下方向に移動可能に支持する支持機構（５３）が設けられてもよい。一実施形態では、支持機構（５３）は、上側ステージ機構（２３、２３Ａ）から下側ウェハ保持部（５２）に荷重が印加されていないときに下側ウェハ保持部（５２）がキャリッジプレート（４６）に接触しないように下側ウェハ保持部（５２）を支持し、上側ステージ機構（２３、２３Ａ）によって上側ウェハ（３３）が下側ウェハ（３４）に接触されて下側ウェハ保持部（５２）に上下方向に荷重が印加されると下側ウェハ保持部（５２）がキャリッジプレート（４６）に接触するように弾性変形してもよい。
【００１４】
他の実施形態では、微動機構（７１）が、テーブル（５２）と、テーブル（５２）を駆動する駆動機構（５４１〜５４３）とを含み、弾性案内（７３）が、下側ウェハ保持部（７２）をテーブル（５２）に連結してもよい。この場合、位置決めステージ（４１）は、微動機構（７１）の全体を駆動することによって下側ウェハ保持部（７２）を粗動させ、微動機構（７１）は、駆動機構（５４１〜５４３）によってテーブル（５２）を駆動することによって下側ウェハ保持部（７２）を微動させることが好ましい。
【００１５】
上記の常温接合装置において、上側ステージ機構（２３Ａ）は、上側ウェハ（３３）を保持する上側ウェハ保持部（８３）と、上側ウェハ保持部（８３）の向きを調節する角度調節機構（８２）とを具備していても良い。一実施形態では、上側ステージ機構（２３Ａ）が、上下方向に昇降される昇降ロッド（８１）を備える。この場合、角度調節機構（８２）は、上側ウェハ保持部（８３）に固定される球フランジ（８６）と、昇降ロッド（８１）に固定される球座（８４）と、球座（８４）に固定され、球フランジ（８６）を挟持して球フランジ（８６）を球座（８４）に連結する固定フランジ（８５）とを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記実施形態によれば、大きなストロークを有しながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の要求をも満たすステージ機構を備えた常温接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態の常温接合装置の構成を示す模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態における接合チャンバの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】第１の実施形態における制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図４Ａ】第１の実施形態における下側ステージ機構の構成を概略的に示す断面図である。
【図４Ｂ】下側ステージ機構に組み込まれるアライメント機構の構成を示す断面図である。
【図５Ａ】第１の実施形態におけるキャリッジの構成を示す平面図である。
【図５Ｂ】キャリッジのヒンジ部の構造を示す平面図である。
【図５Ｃ】キャリッジのヒンジ部の構造を示す斜視図である。
【図６】第１の実施形態における常温接合方法を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態における常温接合装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の常温接合装置の変形例における下側ステージ機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】第３の実施形態における常温接合装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態における微動ステージ及びキャリッジの構造を示す平面図である。
【図１１】一実施形態における上側ステージ機構の構造を模式的に示す側面図である。
【図１２】図１１の上側ステージ機構の固定フランジの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は対応する構成要素は、同一又は対応する符号で参照されることに留意されたい。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の常温接合装置１の構成を示す模式的に示す断面図である。なお、以下の説明においては、必要に応じて、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｚ軸は、上下方向（鉛直方向）に規定され、Ｘ軸は、水平面に平行な面内の特定方向に規定され、Ｙ軸は、Ｘ軸、Ｚ軸に垂直な方向に規定される。
【００２０】
常温接合装置１は、常温接合を実施するプロセスモジュール２と、プロセスモジュール２を制御する制御装置（制御盤）３とを具備している。
【００２１】
プロセスモジュール２は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５とを具備している。ロードロックチャンバ４は、外部環境と接合チャンバ５との間のウェハの受け渡しに用いられるチャンバであり、接合チャンバ５は、ウェハの接合が実際に行われるチャンバである。
【００２２】
プロセスモジュール２は、更に、搬送通路６とゲートバルブ７とを備えている。搬送通路６は、ロードロックチャンバ４と接合チャンバ５との間に介設され、接合チャンバ５の内部空間とロードロックチャンバ４の内部空間とを接続している。ゲートバルブ７は、制御装置３による制御の下、搬送通路６を閉鎖し、または、搬送通路６を開放する。即ち、ゲートバルブ７は、ロードロックチャンバ４の内部空間を、接合チャンバ５の内部空間と連通させ、又は、分離する機能を有している。
【００２３】
ロードロックチャンバ４は、蓋（図示されない）と真空排気装置１１とを備えている。その蓋は、ユーザに操作されることにより、外部環境とロードロックチャンバ４の内部とを接続する開口部（図示されず）を閉鎖し、または、その開口部を開放する。真空排気装置１１は、制御装置３による制御の下、ロードロックチャンバ４の内部から気体を排気する。
【００２４】
ロードロックチャンバ４は、さらに、カートリッジ台１２、１３と搬送ロボット１４とを内部に収容している。カートリッジ台１２、１３には、それぞれ、接合されるウェハを保持するカートリッジ３１、３２が載せられる。ここで、カートリッジ３１は、ウェハの接合の際に、上側に位置するウェハ（以下、上側ウェハ３３ということがある）を保持するカートリッジであり、カートリッジ３２は、下側に位置するウェハ（以下、下側ウェハ３４ということがある）を保持するカートリッジである。搬送ロボット１４は、ゲートバルブ７が開放されているときに、搬送通路６を介してカートリッジ台１２、１３に配置されたカートリッジ３１、３２を接合チャンバ５の内部に搬送し、または、接合チャンバ５の内部にあるカートリッジ３１、３２をカートリッジ台１２、１３に搬送する。
【００２５】
接合チャンバ５は、真空排気装置２１を備えている。真空排気装置２１は、制御装置３による制御の下、接合チャンバ５の内部から気体を排気する。
【００２６】
図２は、接合チャンバ５の構造を模式的に示す断面図である。図２に図示されているように、接合チャンバ５は、さらにイオンガン２２と、上側ステージ機構２３と、下側ステージ機構２４とを備えている。イオンガン２２は、ウェハの表面の活性化に用いられるイオンビーム２２ａを出射する。イオンビーム２２ａが照射されることで、上側ステージ機構２３に支持される上側ウェハ３３と、下側ステージ機構２４に支持される下側ウェハ３４の表面の活性化が行われる。なお、本実施形態では、一つのイオンガン２２がウェハの表面の活性化に使用されるが、複数のイオンガン２２が使用されてもよい。また、イオンガン２２の代わりに、他の活性化手段（例えば、中性原子ビーム源）がウェハの活性化に用いられても良い。
【００２７】
上側ステージ機構２３は、上側ウェハ３３の位置合わせを行うための機構であり、静電チャック２５と圧接機構２６とを備えている。静電チャック２５は、上側ウェハ３３を保持する上側ウェハ保持部として機能する。詳細には、静電チャック２５は、誘電体層を備えており、その誘電体層の下端に、上下方向（Ｚ軸方向）に概ね垂直な平坦な面を有している。静電チャック２５は、さらに、その誘電体層の内部に配置される内部電極を備えている。静電チャック２５は、制御装置３による制御の下、その内部電極に所定の印加電圧を印加して、その誘電層の平坦な面の近傍に配置される上側ウェハ３３を静電力によって保持する。
【００２８】
圧接機構２６は、制御装置３による制御の下、上下方向（Ｚ軸方向）に静電チャック２５を昇降させる。一実施形態では、圧接機構２６は、制御装置３による制御の下、静電チャック２５を所望の位置に位置合わせする。圧接機構２６は、さらに、制御装置３による制御の下、静電チャック２５の位置（即ち、上側ウェハ３３の位置）を測定し、その位置を示すデータを制御装置３に出力する。圧接機構２６は、さらに、制御装置３による制御の下、静電チャック２５により保持された上側ウェハ３３に印加される荷重を測定し、その荷重を示すデータを制御装置３に出力する。
【００２９】
下側ステージ機構２４は、下側ウェハ３４の位置合わせを行うための機構であり、その上に載せられたカートリッジ３２を保持し、これにより、該カートリッジ３２の上に保持された下側ウェハ３４を保持する。下側ステージ機構２４の詳細については後述する。
【００３０】
接合チャンバ５は、更に、アライメント機構２７を備えている。アライメント機構２７は、上側ステージ機構２３によって保持された上側ウェハ３３及び下側ステージ機構２４に載せられた下側ウェハ３４の表面に設けられたアライメントマークの近傍の画像を撮像する。撮像した画像は、制御装置３に送られて画像処理が行われ、これにより、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間のＸＹ面内の位置のずれ、及び、ＸＹ面内における向きのずれを検出する。アライメント機構２７の詳細については後述する。アライメント機構２７を用いて得られた上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間の位置及び向きのずれは、下側ステージ機構２４の制御に用いられる。
【００３１】
図３は、本実施形態における制御装置３の構成を模式的に示すブロック図である。制御装置３は、コンピュータに例示される情報処理装置であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９１と、メモリ９２と、入力装置９３と、出力装置９４と、インターフェース９５と、外部記憶装置９６と、ドライブ９７とを備えている。ＣＰＵ９１、メモリ９２、入力装置９３、出力装置９４、インターフェース９５、外部記憶装置９６及びドライブ９７は、互いに通信可能に接続されている。
【００３２】
ＣＰＵ９１は、外部記憶装置９６にインストールされたコンピュータプログラム９６ａをメモリ９２に展開する。ＣＰＵ９１は、更に、展開されたコンピュータプログラム９６ａを実行して、必要に応じて入力装置９３、出力装置９４、外部記憶装置９６等のハードウェアを制御しながら、コンピュータプログラム９６ａの情報処理を実現する。
【００３３】
外部記憶装置９６は、コンピュータプログラム９６ａを記録するとともに、ＣＰＵ９１が利用する情報や生成する情報を記録する。外部記憶装置９６へのコンピュータプログラム９６ａのインストールには、例えば、コンピュータプログラム９６ａを記録した記録媒体９８が用いられてもよい。ドライブ９７によってコンピュータプログラム９６ａが読み込まれ、読み込まれたコンピュータプログラム９６ａが外部記憶装置９６に書き込まれる。
【００３４】
入力装置９３は、ユーザに操作されることにより生成される情報をＣＰＵ９１や外部記憶装置９６に出力する。出力装置９４は、ＣＰＵ９１により生成された情報や外部記憶装置９６の情報をユーザに認識可能に出力する。
【００３５】
インターフェース９５は、プロセスモジュール２の各機器と制御装置３との間の通信に用いられる。具体的には、インターフェース９５は、ゲートバルブ７、搬送ロボット１４、真空排気装置１１、２１、イオンガン２２、上側ステージ機構２３（即ち、静電チャック２５及び圧接機構２６）及び下側ステージ機構２４を制御する制御信号を送信し、また、これらの機器から送信される信号を受け取る。
【００３６】
制御装置３にインストールされるコンピュータプログラム９６ａは、制御装置３に所望の機能を実現させるためのプログラムコード群を含んでいる。第１に、該プログラムコード群は、ウェハ３３、３４の搬送、設置および取り出しに関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１の制御、ゲートバルブ７の開閉の制御、搬送ロボット１４によるカートリッジ３１、３２の搬送の制御、静電チャック２５の制御及び圧接機構２６の制御が行われる。第２に、該プログラムコード群は、ウェハ３３、３４の活性化に関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、接合チャンバ５の真空排気装置２１の制御、圧接機構２６の制御、イオンガン２２の制御が行われる。第３に、該プログラムコード群は、ウェハ３３、３４の接合に関してプロセスモジュール２を制御する機能を提供する。この機能では、主として、静電チャック２５の制御及び圧接機構２６の制御及び下側ステージ機構２４の制御が行われる。
【００３７】
本実施形態の常温接合装置１の一つの特徴は、下側ステージ機構２４の構成にある。本実施形態では、下側ステージ機構２４が、十分に大きなストロークを提供可能でありながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の両方の要求を満たすように構成されている。以下、本実施形態における下側ステージ機構２４の構成について詳細に説明する。
【００３８】
図４Ａは、下側ステージ機構２４の構成を概略的に示す模式図である。下側ステージ機構２４は、位置決めステージ４１と、キャリッジ支持台４２と、キャリッジ４３と、弾性案内４４とを備えている。位置決めステージ４１及びキャリッジ支持台４２は、接合チャンバ５の底板５ａに支持されている。後述されるように、位置決めステージ４１は、大きなストロークで下側ウェハ３４を粗動させる粗動ステージとして機能する。キャリッジ支持台４２は、その上端に平滑な支持面４２ａを有している。支持面４２ａは、上下方向（Ｚ軸方向）に垂直である。
【００３９】
キャリッジ４３は、その上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）を保持する。後に詳細に説明するように、本実施形態では、キャリッジ４３に、下側ウェハ３４を小さなストロークで微動させる微動ステージの機能が組み込まれる。弾性案内４４は、弾性体から形成され、キャリッジ４３の側面に接合されている。キャリッジ４３は、弾性案内４４によって位置決めステージ４１に連結されている。弾性案内４４は、キャリッジ４３に荷重が印加されていない状態では、キャリッジ４３の下面４３ａが、キャリッジ支持台４２の支持面４２ａと接触しないようにキャリッジ４３を支持する。このとき、キャリッジ４３の下面４３ａとキャリッジ支持台４２の支持面４２ａの間には、１００μｍ程度の隙間が設けられる。一方、上側ステージ機構２３によって荷重がキャリッジ４３に鉛直下方向に印加されると、弾性案内４４は、キャリッジ４３の下面４３ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触するように弾性変形する。
【００４０】
ここで、位置決めステージ４１は、弾性案内４４、及び、弾性案内４４に連結されたキャリッジ４３を駆動する、より具体的には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動し、且つ、θ角方向に回転するように構成されている。ここで、位置決めステージ４１には、例えばボールねじ、リニアガイド、及びモータを用いた移動／回転機構（図示されない）が組み込まれており、位置決めステージ４１は、粗動ステージとして機能する。必要がある場合、位置決めステージ４１によってキャリッジ４３が移動及び／又は回転され、これにより、キャリッジ４３の上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）が移動及び／又は回転される。
【００４１】
下側ステージ機構２４には、上述のアライメント機構２７が組み込まれる。図４Ｂは、下側ステージ機構２４のアライメント機構２７に関連する部分の構造を示す模式図である。アライメント機構２７は、赤外線を発生する赤外照明１０１と、該赤外線の向きを鉛直方向に変えるレンズ１０２と、カメラ１０３とを備えている。更に、キャリッジ支持台４２に透明部位１０４が形成され、キャリッジ４３に（より精密には、後述されるように、キャリッジ４３のステージ５２に）透明部位１０５が形成されている。透明部位１０４、１０５は、いずれも、赤外照明１０１が照射する赤外線に対して透明な材料で形成されている。キャリッジ４３の透明部位１０５は、キャリッジ支持台４２の透明部位１０４の近傍に配置されている。
【００４２】
アライメント機構２７は、キャリッジ４３の上に乗せられるカートリッジ３２に設けられた透明部位１０６、上側ウェハ３３に設けられたアライメントマーク１０７、及び、下側ウェハ３４に設けられたアライメントマーク１０８を用いて、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の位置及び向けのずれを検出する。ここで、透明部位１０６は、赤外照明１０１が照射する赤外線に対して透明な材料で形成されている。詳細には、レンズ１０２は、赤外照明１０１により生成される赤外線の向きを鉛直方向に代えて、赤外線を透明部位１０４、１０５、１０６を介して上側ウェハ３３、下側ウェハ３４に入射する。一般的にウェハに用いられる絶縁材料（例えば、ガラス）及び半導体（例えば、シリコン）は、赤外線を少なくとも一定程度は通過させる材料であることに留意されたい。レンズ１０２は、更に、該赤外線が上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４によって反射されて生成された反射光を、カメラ１０３に入射する。カメラ１０３は、レンズ１０２を通過した反射光を撮像し、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の一部分の画像（即ち、アライメントマーク１０７、１０８の近傍の画像）を得る。得られた画像は制御装置３に送られ、該画像に対して制御装置３によって画像処理が行われる。この画像処理により、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の位置及び向けのずれが検出される。
【００４３】
なお、キャリッジ支持台４２に透明部位１０４を設ける代わりに、赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けてもよい。同様に、キャリッジ４３及びカートリッジ３２に透明部位１０５、１０６を設ける代わりに、赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けてもよい。一実施形態では、キャリッジ支持台４２に透明部位１０４が設けられ、キャリッジ４３及びカートリッジ３２に、赤外線を通過させるための空洞が設けられてもよい。
【００４４】
続いて、キャリッジ４３の構造について詳細に説明する。図５Ａは、キャリッジ４３の構成を示す平面図である。キャリッジ４３は、フレーム５１と、テーブル５２とを備えている。フレーム５１は、上述の弾性案内４４によって位置決めステージ４１に連結される。
【００４５】
テーブル５２は、その上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）を保持する下側ウェハ保持部として用いられる。テーブル５２には、上述の透明部位１０５が形成されている。上述のように、キャリッジ４３のテーブル５２には透明部位１０５の代わりに赤外線を通過させるための空洞（又は穴）を設けてもよい。テーブル５２は、フレーム５１に囲まれて配置されており、複数のヒンジ部５３により、フレーム５１に可動に支持されている。本実施形態では、テーブル５２の４隅が４つのヒンジ部５３によってフレーム５１に連結されている。
【００４６】
図５Ｂは、ヒンジ部５３の構成を示す平面図である。各ヒンジ部５３は、小片部材６１、６２を有している。小片部材６１は、狭隘部６３によってテーブル５２に連結されており、狭隘部６４によって小片部材６２に連結されている。また、小片部材６２は、狭隘部６５によってフレーム５１に連結されている。図５Ｃは、狭隘部６３の構造を示す斜視図である。狭隘部６３は、幅が細い構造として構成されており、湾曲可能である。狭隘部６４、６５も同様に、幅が細い構造として構成されており、湾曲可能である。このような構造のヒンジ部５３は、テーブル５２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能であり、且つ、θ角方向に回転可能であるようにフレーム５１に連結している。ここで、θ角方向とは、ＸＹ平面内の角度方向である。
【００４７】
図５Ａに戻り、キャリッジ４３は、更に、テーブル５２を駆動する３つの駆動機構５４１〜５４３を備えている。駆動機構５４１、５４２は、テーブル５２をＸ軸方向に駆動し、駆動機構５４３は、テーブル５２をＹ軸方向に駆動する。３つの駆動機構５４１〜５４３は、テーブル５２を微動させる微動機構として用いられる。
【００４８】
詳細には、駆動機構５４１は、圧電素子５５１と連結部５６１とを備えている。圧電素子５５１は、その一端がフレーム５１に連結されており、他端が連結部５６１に連結されている。圧電素子５５１は、それに供給された電圧に応じて連結部５６１をＸ軸方向に移動させる。連結部５６１は、その一端が圧電素子５５１に連結され、他端がテーブル５２に連結されている。ここで、連結部５６１は、２つの狭隘部５７が設けられ、狭隘部５７において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構５４３によってテーブル５２がＹ軸方向に駆動された場合でも、テーブル５２のＹ軸方向への変位を狭隘部５７の湾曲によって吸収することができる。
【００４９】
駆動機構５４２も、駆動機構５４１と同様に構成されており、圧電素子５５２と連結部５６２とを備えている。圧電素子５５２は、その一端がフレーム５１に連結されており、他端が連結部５６２に連結されている。圧電素子５５２は、それに供給された電圧に応じて連結部５６２をＸ軸方向に移動させる。連結部５６２は、その一端が圧電素子５５２に連結され、他端がテーブル５２に連結されている。連結部５６２は、２つの狭隘部が設けられており、該狭隘部において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構５４３によってテーブル５２がＹ軸方向に駆動された場合でも、テーブル５２のＹ軸方向への変位を連結部５６２の狭隘部の湾曲によって吸収することができる。
【００５０】
更に駆動機構５４３も、テーブル５２を駆動する方向が異なる点を除けば、駆動機構５４１、５４２と同様に構成されている。詳細には、駆動機構５４３は、圧電素子５５３と連結部５６３とを備えている。圧電素子５５３は、その一端がフレーム５１に連結されており、他端が連結部５６３に連結されている。圧電素子５５３は、それに供給された電圧に応じて連結部５６３をＹ軸方向に移動させる。連結部５６３は、その一端が圧電素子５５３に連結され、他端がテーブル５２に連結されている。連結部５６３は、２つの狭隘部が設けられており、該狭隘部において湾曲可能である。このような構造により、駆動機構５４１、５４２によってテーブル５２がＸ軸方向に駆動された場合でも、テーブル５２のＸ軸方向への変位を連結部５６３の狭隘部の湾曲によって吸収することができる。
【００５１】
このような構成のキャリッジ４３は、テーブル５２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能であり、且つ、θ角方向に回転可能である微細ステージとして機能する。Ｘ軸方向にテーブル５２を移動させる場合、駆動機構５４１、５４２の圧電素子５５１、５５２に、圧電素子５５１、５５２が同一の変位となるような電圧が供給される。これにより、圧電素子５５１、５５２に供給される電圧を適切に調節することで、所望の位置にＸ軸方向にテーブル５２を移動させることができる。また、Ｙ軸方向にテーブル５２を移動させる場合、駆動機構５４１、５４２の圧電素子５５１、５５２に、圧電素子５５１、５５２が同一の変位となるような電圧が供給される。これにより、圧電素子５５１、５５２に供給される電圧を適切に調節することで、所望の位置にＸ軸方向にテーブル５２を移動させることができる。更に、θ角方向にテーブル５２を回転させる場合、駆動機構５４１、５４２の圧電素子５５１、５５２に、圧電素子５５１、５５２が異なる変位となるような電圧が供給される。圧電素子５５１、５５２に供給される電圧を適切に調節することで、θ角方向の所望の角度にテーブル５２を回転させることができる。
【００５２】
このような構成のキャリッジ４３は、テーブル５２の移動に圧電素子５５１、５５２、５５３を用いるため、テーブル５２を高精度で移動させ、又は、回転させることができる。言い換えれば、キャリッジ４３は、テーブル５２に載せられたカートリッジ３２に保持されている下側ウェハ３４の位置合わせを高精度で行うことができる。
【００５３】
このような構成の下側ステージ機構２４による下側ウェハ３４の位置決めにおいては、位置決めステージ４１が粗動ステージ機構として動作し、キャリッジ４３が微動ステージ機構として動作する。即ち、位置決めステージ４１は、キャリッジ４３と比較して、ストロークが大きいが精度が低いステージ機構として動作する。キャリッジ４３は、位置決めステージ４１と比較して、ストロークが小さいが精度が高いステージ機構として動作する。下側ウェハ３４（及び、下側ウェハ３４を保持するカートリッジ３２）を大きな変位でＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ角方向の少なくとも一方向に移動させ、又は回転させる必要がある場合、位置決めステージ４１によって下側ウェハ３４が移動され、又は回転される。また、下側ウェハ３４を小さな変位でＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ角方向の少なくとも一方向に移動させ、又は回転させる必要がある場合、キャリッジ４３によって下側ウェハ３４が移動され、又は回転される。このような動作により、下側ステージ機構２４は、十分に大きなストロークと、ウェハの精密な位置合わせとを実現することができる。
【００５４】
加えて、キャリッジ４３が上側ステージ機構２３によって鉛直下方向に押された場合、キャリッジ４３の下面４３ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触し、荷重が主として、キャリッジ支持台４２に作用される。したがって、粗動ステージとして機能する位置決めステージ４１に作用する荷重が軽減される。このような構造によれば、下側ステージ機構２４の耐荷重を増大させることができる。
【００５５】
続いて、本実施形態における常温接合方法（常温接合装置の動作）について説明する。
図６は、本実施形態における常温接合方法を示すフローチャートである。この常温接合方法は、上述された常温接合装置１を用いて実行される。
【００５６】
初期状態では、ユーザによって、上側ウェハ３３が載せられたカートリッジ３１がロードロックチャンバ４のカートリッジ台１２に載せられ、下側ウェハ３４が載せられたカートリッジ３２がカートリッジ台１３に載せられているとする。ここで、複数の上側ウェハ３３と、それと同数の下側ウェハ３４について常温接合が行われる場合には、複数のカートリッジ３１がカートリッジ台１２に載せられ、同数のカートリッジ３２がカートリッジ台１３に載せられてもよい。
【００５７】
まず、ロードロックチャンバ４の蓋が閉鎖され、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１により、ロードロックチャンバ４の内部に予備雰囲気が生成される（ステップＳ１）。予備雰囲気とは、ゲートバルブ７が開放されてロードロックチャンバ４と接合チャンバ５とが搬送通路６を介して連通させることが可能な程度の真空度の雰囲気である。
【００５８】
続いて、１枚の上側ウェハ３３及び１枚の下側ウェハ３４が接合チャンバ５に搬送される（ステップＳ２）。具体的には、まず、ゲートバルブ７が開放され、搬送ロボット１４により、上側ウェハ３３を載せたカートリッジ３１が、ロードロックチャンバ４のカートリッジ台１２から接合チャンバ５のキャリッジ４３のテーブル５２の上に搬送される。続いて、圧接機構２６によって静電チャック２５が下降される。静電チャック２５の下降は、カートリッジ３１に載っている上側ウェハ３３が静電チャック２５に接触するタイミングで停止される。続いて、静電チャック２５に上側ウェハ３３が保持される。次に、圧接機構２６により、静電チャック２５が所定の待機位置に位置するまで上昇される。続いて、搬送ロボット１４により、カートリッジ３１がキャリッジ４３からカートリッジ台１２に搬送される。その後、搬送ロボット１４により、下側ウェハ３４が載せられたカートリッジ３２がカートリッジ台１３からキャリッジ４３のテーブル５２の上に搬送される。続いて、ゲートバルブ７が閉鎖される。
【００５９】
次に、接合チャンバ５の内部に活性化雰囲気が生成される（ステップＳ３）。より具体的には、真空排気装置２１の制御により、接合チャンバ５の内部の真空度が１０−５〜１０−６Ｐａ程度に調節される。
【００６０】
続いて、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の表面が活性化される（ステップＳ４）。具体的には、イオンガン２２からイオンビーム２２ａが出射され、イオンビーム２２ａが、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の表面に照射される。これにより、上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の表面がエッチングされる。イオンビーム２２ａの照射中、接合チャンバ５の内部の真空度は、１０−２〜１０−３Ｐａ程度となる。
【００６１】
次に、上側ステージ機構２３と下側ステージ機構２４とにより、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との位置合わせが行われる（ステップＳ５）。具体的には、上側ステージ機構２３の圧接機構２６によって静電チャック２５が下降され、静電チャック２５が所定のアライメント位置に配置される。このとき、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とは、所定の位置合わせ距離だけ離れている。更に、下側ステージ機構２４によって下側ウェハ３４が移動及び／又は回転され、上側ウェハ３３との水平面内での位置合わせが行われる。
【００６２】
一実施形態では、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との位置合わせは、下記の手順で行われる。まず、接合チャンバ５に設けられたアライメント機構２７を用いて、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４のアライメントマーク１０７、１０８の位置のずれ量（Ｘ軸方向のずれ量及びＹ軸方向のずれ量）及び向きのずれ量（θ角方向のずれ量）が算出される。位置のずれ量は、アライメントマーク１０７、１０８の位置の差分として算出され、向きのずれ量は、アライメントマーク１０７、１０８の角度の差分として算出される。アライメントマークの位置及び向きのずれ量のいずれもが、それぞれに対して決められた基準範囲内である場合には、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４との位置合わせは終了する。
【００６３】
一方、アライメントマークの位置のずれ量と向きのずれ量の少なくとも一方が基準範囲外にある場合には、下側ステージ機構２４は、このずれ量を解消するように、下側ウェハ３４を移動及び／又は回転する。このとき、アライメントマークの位置のずれ量と向きのずれ量の大きさによって、位置決めステージ４１による下側ウェハ３４の粗動と、キャリッジ４３の駆動機構５４１〜５４３による下側ウェハ３４の微動とが、選択的に行われる。詳細には、アライメントマークの位置のずれ量と向きのずれ量の少なくとも一方が、それぞれに対して決められた閾値よりも大きい場合、キャリッジ４３が位置決めステージ４１によって駆動され、キャリッジ４３が移動及び／又は回転される。一方、アライメントマークの位置のずれ量と向きのずれ量の両方が、それぞれに対して決められた閾値よりも小さい場合、テーブル５２がキャリッジ４３の駆動機構５４１〜５４３によって駆動される。これにより、テーブル５２の上に保持されたカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４が、アライメントマークの位置のずれ量と向きのずれ量の解消するように駆動される。キャリッジ４３又はテーブル５２が移動及び／又は回転された後、アライメントマークの位置及び向きの検出以降の手順が、アライメントマークの位置のずれ量及び向きのずれ量の両方が基準範囲内になるまで繰り返して行われる。
【００６４】
続いて、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが接触され、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とが接合される（ステップＳ６）。具体的には、圧接機構２６によって静電チャック２５が下降され、上側ウェハ３３の表面が下側ウェハ３４の表面に接触される。静電チャック２５の下降は、静電チャック２５に印加される荷重が所定の接合荷重に到達するタイミングで停止される。すなわち、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とに接合荷重が印加される。上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とは、接合荷重が印加されることによって接合され、１枚の接合ウェハに形成される。接合ウェハへの接合荷重の印加は、所定の接合時間だけ継続して行われる。
【００６５】
このとき、キャリッジ４３のテーブル５２にも鉛直下向き方向に荷重が印加される。テーブル５２に荷重が印加されると、弾性案内４４が弾性変形し、キャリッジ４３の下面４３ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触する。この結果、テーブル５２に印加された荷重が、主として、キャリッジ支持台４２に作用され、位置決めステージ４１に作用する荷重が軽減される。これは、下側ステージ機構２４の耐荷重を増大させることができることを意味している。
【００６６】
続いて、接合ウェハがロードロックチャンバ４に搬送される（ステップＳ７）。具体的には、接合ウェハが静電チャック２５から離脱された後、圧接機構２６により、静電チャック２５が上昇される。このとき、接合ウェハは、カートリッジ３２の上に載せられた状態になる。その後、ゲートバルブ７が開放されると、搬送ロボット１４により、接合ウェハが載せられたカートリッジ３２が、キャリッジ４３のテーブル５２からロードロックチャンバ４に搬送され、カートリッジ台１３に戻される。
【００６７】
まだ接合されていない上側ウェハ３３が載せられたカートリッジ３１及びまだ接合されていない下側ウェハ３４が載せられたカートリッジ３２が、カートリッジ台１２、１３に残存している場合（ステップＳ８、ＹＥＳ）、ステップＳ２〜ステップＳ７の動作が、再度、実行される。
【００６８】
一方、全ての上側ウェハ３３及び下側ウェハ３４の接合が完了している場合（ステップＳ８、ＮＯ）、ロードロックチャンバ４の真空排気装置１１が制御され、ロードロックチャンバ４の内部に大気圧雰囲気が生成される（ステップＳ９）。これにより、ユーザは、ロードロックチャンバ４の蓋を開けて、接合ウェハが載せられたカートリッジ３２及び何も載せられていないカートリッジ３１を、カートリッジ台１２、１３から取り出すことができるようになる。以上で、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の接合の手順が完了する。なお、上述されたステップＳ１〜Ｓ９は、制御装置３においてコンピュータプログラム３６ａが実行されることで実現される。
【００６９】
以上に説明されているように、本実施形態では、下側ステージ機構２４の位置決めステージ４１が下側ウェハ３４を粗動させる粗動ステージ機構として動作し、キャリッジ４３が下側ウェハ３４を微動させる微動ステージ機構として動作する。このような動作により、下側ステージ機構２４は、十分に大きなストロークと、ウェハの精密な位置合わせとを実現することができる。
【００７０】
加えて、キャリッジ４３が上側ステージ機構２３によって鉛直下方向に押された場合、キャリッジ４３を支持する弾性案内４４が弾性変形し、キャリッジ４３の下面４３ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触する。この結果、荷重が主として、キャリッジ支持台４２に作用される。したがって、粗動ステージ機構として機能する位置決めステージ４１に作用する荷重が軽減される。このような構造によれば、下側ステージ機構２４の耐荷重を増大させることができる。
【００７１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態における常温接合装置１の構成、特に、下側ステージ機構２４Ａの構成を模式的に示す断面図である。第２の実施形態の常温接合装置１の構成は、第１の実施形態の常温接合装置１とほぼ同様である。ただし、下側ステージ機構２４Ａの構成が、第１の実施形態の下側ステージ機構２４の構成と異なっている。なお、第１の実施形態と同様に、下側ステージ２４Ａにはアライメント機構２７が組み込まれてもよいが、図７には図示されていない。
【００７２】
詳細には、第２の実施形態では、下側ステージ機構２４Ａのキャリッジ４３Ａが、キャリッジプレート４６とキャリッジプレート４６の上に搭載された微動ステージ４７とを備えている。キャリッジプレート４６は、弾性案内４４によって位置決めステージ４１に連結されている。上述のように、位置決めステージ４１は、ストロークが大きい粗動ステージとして機能する。キャリッジプレート４６は、平滑な上面と平滑な下面とを有している。弾性案内４４は、キャリッジ４３Ａに荷重が印加されていない状態では、キャリッジプレート４６の下面が、キャリッジ支持台４２の支持面４２ａと接触しないようにキャリッジプレート４６を支持する。このとき、キャリッジプレート４６の下面とキャリッジ支持台４２の支持面４２ａの間には、１００μｍ程度の隙間が設けられる。一方、上側ステージ機構２３によって荷重がキャリッジ４３Ａに鉛直下方向に印加されると、弾性案内４４は、キャリッジプレート４６の下面がキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触するように弾性変形する。
【００７３】
微動ステージ４７は、図５Ａ〜図５Ｃに図示されているキャリッジ４３と同一の構成を有している（ただし、フレーム５１は、弾性案内４４に直接には連結されていない）。微動ステージ４７は、フレーム５１と、テーブル５２とを備えている。テーブル５２は、その上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）を保持する下側ウェハ保持部として用いられる。テーブル５２は、フレーム５１に囲まれて配置されており、４つのヒンジ部５３により、フレーム５１に可動に支持されている。微動ステージ４７は、更に、テーブル５２を駆動する３つの駆動機構５４１〜５４３を備えている。駆動機構５４１、５４２は、テーブル５２をＸ軸方向に駆動し、駆動機構５４３は、テーブル５２をＹ軸方向に駆動する。微動ステージ４７のフレーム５１及びテーブル５２の下面は、キャリッジプレート４６の上面に接合されている。
【００７４】
本実施形態の下側ステージ機構２４Ａの構成でも、第１の実施形態と同様に、十分に大きなストロークを提供可能でありながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の要求をも満たすことができる。本実施形態においては、下側ステージ機構２４Ａの位置決めステージ４１が下側ウェハ３４を粗動させる粗動ステージ機構として動作する一方で、キャリッジ４３Ａの微動ステージ４７が下側ウェハ３４を微動させるために用いられる。このような動作により、下側ステージ機構２４は、十分に大きなストロークと、ウェハの精密な位置合わせとを実現することができる。
【００７５】
加えて、キャリッジ４３Ａが上側ステージ機構２３によって鉛直下方向に押された場合、キャリッジプレート４６を支持する弾性案内４４が弾性変形し、キャリッジプレート４６の下面がキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触する。この結果、荷重が主として、キャリッジ支持台４２に作用される。したがって、粗動ステージ機構として機能する位置決めステージ４１に作用する荷重が軽減され、下側ステージ機構２４の耐荷重を増大させることができる。
【００７６】
図８は、第２の実施形態の常温接合装置１の変形例における下側ステージ機構２４Ａの構成を模式的に示す断面図である。該変形例においては、微動ステージ４７のテーブル５２が、ヒンジ部５３により、上下方向（Ｚ軸方向）にも移動可能に支持される。ここで、テーブル５２は、テーブル５２に荷重が印加されていない場合に、テーブル５２の下面とキャリッジプレート４６の上面との間に隙間があるように支持される。テーブル５２の下面とキャリッジプレート４６の上面との間に隙間がある構造は、テーブル５２の移動の際にテーブル５２がキャリッジプレート４６と擦れることがないため、微動ステージ４７の動作をスムーズにでき、精度低下を防ぐために有効である。また、テーブル５２がキャリッジプレート４６と擦れることによるパーティクルの発生も抑制できる。
【００７７】
ここで、本変形例においては、微動ステージ４７のテーブル５２が上側ステージ機構２３によって鉛直下方向に押されてテーブル５２に荷重が印加されると、テーブル５２を支持するヒンジ部５３が弾性変形し、テーブル５２の下面５２ａがキャリッジプレート４６の上面４６ａに接触する。このとき、キャリッジプレート４６も鉛直下方向に押され、キャリッジプレート４６の下面が、キャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触する。これにより、荷重が主として、キャリッジ支持台４２に作用される。本変形例の構造では、荷重が主としてキャリッジ支持台４２に作用することで、微動ステージ４７のヒンジ部５３に作用する荷重が軽減され、ヒンジ部５３の破損を防ぐことができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態における常温接合装置１の構成、特に、下側ステージ機構２４Ｂの構成を模式的に示す断面図である。第３の実施形態の常温接合装置１の構成は、第１及び第２の実施形態の常温接合装置１と類似している。ただし、下側ステージ機構２４Ｂの構成が、第１の実施形態の下側ステージ機構２４及び第２の実施形態の下側ステージ機構２４Ａの構成と異なっている。なお、第１の実施形態と同様に、下側ステージ２４Ｂにはアライメント機構２７が組み込まれてもよいが、図９には図示されていない。
【００７９】
第３の実施形態においては、下側ステージ機構２４Ｂが、位置決めステージ４１と、キャリッジ支持台４２と、微動ステージ７１と、キャリッジ７２と、弾性案内７３とを備えている。第１及び第２の実施形態と同様に、位置決めステージ４１は、ストロークが大きい粗動ステージとして機能する。キャリッジ支持台４２は、その上端に平滑な支持面４２ａを有している。支持面４２ａは、上下方向（Ｚ軸方向）に垂直である。
【００８０】
微動ステージ７１は、図５Ａ〜図５Ｃに図示されたキャリッジ４３（微動ステージ４７）と同様の構成を有している。図１０に図示されているように、微動ステージ７１は、フレーム５１と、テーブル５２とを備えている。テーブル５２は、その上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）を保持するウェハ保持部として用いられる。テーブル５２は、フレーム５１に囲まれて配置されており、４つのヒンジ部５３により、フレーム５１に可動に支持されている。微動ステージ４７は、更に、テーブル５２を駆動する３つの駆動機構５４１〜５４３を備えている。駆動機構５４１、５４２は、テーブル５２をＸ軸方向に駆動し、駆動機構５４３は、テーブル５２をＹ軸方向に駆動する。微動ステージ４７のフレーム５１は、位置決めステージ４１の上面に接合されている。
【００８１】
キャリッジ７２は、その上に載せられたカートリッジ３２（及びカートリッジ３２に載せられた下側ウェハ３４）を保持する下側ウェハ保持部として機能する。弾性案内７３は、弾性体から形成され、キャリッジ７２の側面に接合されている。キャリッジ７２は、弾性案内７３によって微動ステージ７１のテーブル５２に連結されている。弾性案内７３は、キャリッジ７２に荷重が印加されていない状態では、キャリッジ７２の下面７２ａが、キャリッジ支持台４２の支持面４２ａと接触しないようにキャリッジ７２を支持する。このとき、キャリッジ７２の下面７２ａとキャリッジ支持台４２の支持面４２ａの間には、１００μｍ程度の隙間が設けられる。一方、上側ステージ機構２３によって荷重がキャリッジ７２に鉛直下方向に印加されると、弾性案内７３は、キャリッジ７２の下面７２ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触するように弾性変形する。
【００８２】
本実施形態の下側ステージ機構２４Ｂの構成でも、第１の実施形態と同様に、十分に大きなストロークを提供可能でありながら、ウェハの精密な位置合わせと大きな耐荷重の要求をも満たすことができる。本実施形態においては、下側ステージ機構２４Ｂの位置決めステージ４１が下側ウェハ３４を粗動させる粗動ステージ機構として動作する。即ち、位置決めステージ４１は、下側ウェハ３４の粗動を行う場合、微動ステージ７１の全体を駆動して前記微動ステージを移動し、又は、回転する。微動ステージ７１のテーブル５２に下側ウェハ３４を保持するキャリッジ７２が弾性案内７３によって連結されているので、微動ステージ７１の全体を動かすことにより、下側ウェハ３４を動かすことができる。その一方で、微動ステージ７１が下側ウェハ３４を微動させるために用いられる。下側ウェハ３４の微動を行う場合、微動ステージ７１の駆動機構５４１〜５４３が、テーブル５２を移動し、又は、回転する。テーブル５２に下側ウェハ３４を保持するキャリッジ７２が弾性案内７３によって連結されているので、テーブル５２を動かすことにより、下側ウェハ３４を動かすことができる。このような動作により、下側ステージ機構２４Ｂは、十分に大きなストロークと、ウェハの精密な位置合わせとを実現することができる。
【００８３】
加えて、キャリッジ７２が上側ステージ機構２３によって鉛直下方向に押された場合、キャリッジ７２を支持する弾性案内７３が弾性変形し、キャリッジ７２の下面７２ａがキャリッジ支持台４２の支持面４２ａに接触する。この結果、荷重が主として、キャリッジ支持台４２に作用される。ここで、本実施形態では、粗動ステージ機構として機能する位置決めステージ４１に作用する荷重の軽減に加え、微動ステージ７１に作用する荷重の軽減の効果も得られることに留意されたい。これは、下側ステージ機構２４Ｂの耐荷重の一層の増大に寄与する。
【００８４】
（上側ステージ機構の変形例）
上記の各実施形態においては、上側ステージ機構２３が静電チャック２５を上下方向に昇降させる機能しか有していないが、上側ウェハ３３を保持する静電チャック（上側ウェハ保持部）の向きを調節する角度調節機構が上側ステージ機構に組み込まれてもよい。図１１は、このような構成の上側ステージ機構２３Ａの構造を模式的に示す側面図である。
【００８５】
図１１に示されているように、上側ステージ機構２３Ａは、上下方向に昇降される昇降ロッド８１を有しており、昇降ロッド８１の下端に、角度調節機構８２を介して上側ウェハ３３を保持する静電チャック８３が取り付けられている。角度調節機構８２は、昇降ロッド８１の下端に連結された球座８４と、固定フランジ８５と、静電チャック８３に取り付けられた球フランジ８６とを備えている。球フランジ８６は、支持部分とフランジ部分とを有しており、該支持部分は、静電チャック８３に接合されている。該フランジ部分は、点８６ａを中心とする球に形成されている。一方、球座８４は、球フランジ８６のフランジ部分に密着する球座面を有している。固定フランジ８５は、ボルトに例示される締結具により球座８４に接合されており、球フランジ８６のフランジ部分を挟持して、該フランジ部分を球座８４の球座面に密着させる。球フランジ８６のフランジ部分は、固定フランジ８５によって、球座８４の球座面に摺動可能に連結されることになる。
【００８６】
図１２は、固定フランジ８５の構造を示す斜視図である。固定フランジ８５は、分割リング８７ａ、８７ｂを備えている。分割リング８７ａ、８７ｂは、それぞれ、リングの一部を形成するような形状を有している。分割リング８７ａ、８７ｂは、それぞれ、ボルトに例示される締結具により球座８４に連結されている。分割リング８７ａ、８７ｂは、その内側が球フランジ８６のフランジ部分に接触するように配置され、該フランジ部分を挟持する。
【００８７】
このような構造の角度調節機構８２を用いて上側ウェハ３３を保持する静電チャック８３を支持することにより、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間の平行度を維持しながら上側ウェハ３３と下側ウェハ３４とを接合することができる。これは、上側ウェハ３３と下側ウェハ３４の間に大きな接合荷重を均一に印加するために有効である。
【００８８】
以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
【符号の説明】
【００８９】
１      ：常温接合装置
２      ：プロセスモジュール
３      ：制御装置
４      ：ロードロックチャンバ
５      ：接合チャンバ
５ａ    ：底板
６      ：搬送通路
７      ：ゲートバルブ
１１    ：真空排気装置
１２    ：カートリッジ台
１３    ：カートリッジ台
１４    ：搬送ロボット
２１    ：真空排気装置
２２    ：イオンガン
２２ａ  ：イオンビーム
２３、２３Ａ：上側ステージ機構
２４、２４Ａ、２４Ｂ：下側ステージ機構
２５    ：静電チャック
２６    ：圧接機構
２７    ：アライメント機構
２７ａ  ：光学系
２７ｂ  ：撮像装置
２７ｃ  ：画像処理装置
３１、３２：カートリッジ
３３    ：上側ウェハ
３４    ：下側ウェハ
３６ａ  ：コンピュータプログラム
４１    ：位置決めステージ
４２    ：キャリッジ支持台
４２ａ  ：支持面
４３、４３Ａ：キャリッジ
４３ａ  ：下面
４４    ：弾性案内
４６    ：キャリッジプレート
４６ａ  ：上面
４７    ：微動ステージ
５１    ：フレーム
５２    ：テーブル
５２ａ  ：下面
５３    ：ヒンジ部
５４１、５４２、５４３：駆動機構
５５１、５５２、５５３：圧電素子
５６１、５６２、５６３：連結部
５７    ：狭隘部
６１、６２：小片部材
６３、６４、６５：狭隘部
７１    ：微動ステージ
７２    ：キャリッジ
７２ａ  ：下面
７３    ：弾性案内
８１    ：昇降ロッド
８２    ：角度調節機構
８３    ：静電チャック
８４    ：球座
８５    ：固定フランジ
８６    ：球フランジ
８６ａ  ：点
８７ａ、８７ｂ：分割リング
９１    ：ＣＰＵ
９２    ：メモリ
９３    ：入力装置
９４    ：出力装置
９５    ：インターフェース
９６    ：外部記憶装置
９６ａ  ：コンピュータプログラム
９７    ：ドライブ
９８    ：記録媒体
１０１  ：赤外照明
１０２  ：レンズ
１０３  ：カメラ
１０４、１０５、１０６：透明部位
１０７、１０８：アライメントマーク
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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