(57)【要約】【課題】基板の接合面に対して均一に粒子ビームを照射することができるとともに、基板接合装置の小型化を図る。【解決手段】本発明の基板接合装置のビーム照射部３００は、真空チャンバ１００内で第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙に挿入されて、各接合面に対して相対的に移動されつつ、両接合面に対して粒子ビームを同時に照射する。そして、加重機構１２１，１２２は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面を重ね合わせた状態で第１基板８００ａと第２基板８００ｂを加圧する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板とを接合する基板接合装置であって、
搬入された第１基板および第２基板が各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔して配置される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内で前記第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、前記各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段と、
第１基板と第２基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、
を有することを特徴とする基板接合装置。
【請求項２】
前記ビーム照射手段は、少なくとも２方向に粒子ビームを照射するための２以上の開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の基板接合装置。
【請求項３】
さらに、前記ビーム照射手段を前記接合面に沿って前記第１基板および第２基板に対して相対的に移動するための走査手段を有し、
前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記第１基板および第２基板に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする請求項１または２に記載の基板接合装置。
【請求項４】
さらに、前記真空チャンバ内で前記第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、第１基板と第２基板の各接合面の画像を同時に取得する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得された画像に基づいて、第１基板を第２基板に対して相対的に移動して第１基板と第２基板との間の位置合わせを行う移動手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板接合装置。
【請求項５】
前記加重手段は、第１基板と第２基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第１基板と第２基板とを表面活性化接合するための少なくとも一組のワークローラであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板接合装置。
【請求項６】
前記ワークローラが略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となることを特徴とする請求項５に記載の基板接合装置。
【請求項７】
複数の基板同士を接合する基板接合装置であって、
基板が搬入される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内で各基板の接合面へ粒子ビームを照射するビーム照射手段と、
前記ビーム照射手段を基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段と、
複数の基板の接合面同士を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有し、
前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって基板の表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする基板接合装置。
【請求項８】
第１基板と第２基板とを接合する基板接合方法であって、
真空チャンバ内において第１基板および第２基板を各接合面が相互に向き合わされた状態で離隔して配置するステップと、
前記第１基板と第２基板との間の空隙で粒子ビーム照射源を前記接合面に沿って相対的に移動しつつ前記第１基板と第２基板の各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するステップと、
第１基板と第２基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重するステップと、
を有することを特徴とする基板接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２以上の基板同士を接合する基板接合装置および接合方法に関し、特に、基板の接合面に対して均一に粒子ビームを照射することができるとともに、基板接合装置の小型化を図ることができる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種基板の接合技術の一つとして、表面活性化接合技術が注目を集めている。表面活性化接合技術によれば、真空中でアルゴン中性原子ビームなどの粒子ビームが基板の接合面へ照射される。この結果、接合面上の酸化膜などの不純物が除去され、接合面が活性化される。このように活性化された接合面同士を重ね合わせて加重することによって、複数の基板を接合することができる。
【０００３】
図１０は、従来の基板接合装置の一例を示している。従来の基板接合装置では、基板の接合すべき面に粒子ビームを照射するためのビーム照射部は、一つの方向へにのみ粒子ビームを照射するものであった。したがって、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するためには、２つのビーム照射部７００ａ、７００ｂの距離を離して別々の箇所に設置されていた（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
また、従来の基板接合装置では、ビーム照射部７００ａ、７００ｂと基板との位置関係が固定されていた。特に、ビーム照射部７００ａ、７００ｂと基板との間の距離を比較的長くすることによって、基板の接合面の全体に粒子ビームが照射されるように構成されているのが通例であった。
【０００５】
しかしながら、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するように２つのビーム照射部を別々に取り付けるためには、ビーム照射部の設置スペースが２倍必要となり、装置の小型化が困難となるのみならず、製造コストを低減することが難しかった。なお、この点、一つのビーム照射部を用いて各基板の接合面へ別々に粒子ビームを照射した後に、反転機構を用いて一方の基板の向きを１８０度反転して各基板の接合面同士を対向させる技術も開発されているが、この場合は、反転機構を別途取り付ける必要があり、小型化および製造コストの低減を実現することが難しかった。
【０００６】
また、ビーム照射部７００ａ，７００ｂと基板との位置関係が固定されている場合には、ビーム照射部７００ａ，７００ｂから放射される粒子ビームの照射角度が変化しないので、基板上の凹凸によって影部が生じやすく、十分な粒子ビームが照射されない部分が生じるおそれがあった（図１１参照）。さらに、ビーム照射部７００ａ，７００ｂと基板との位置関係が固定されている場合には、基板の接合面の全体に粒子ビームを照射するためにビーム処理部７００ａ，７００ｂと基板との間の距離Ｌを長くする必要があるため、装置の小型化が困難であった。
【０００７】
【非特許文献１】
高木秀樹、前田龍太郎、および須賀唯知，「アルゴンビームエッチングによるシリコンの常温無加圧接合」，電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン準部門誌），電気学会、平成９年８月，第１１７−Ｅ巻，第８号，ｐ．４２０−４２５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のビーム照射部７００ａ，７００ｂを別々の場所に設置する必要をなくすことによって小型化を図ることができるとともに、製造コストの低減にも寄与することができる基板接合装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ビーム照射部７００ａ，７００ｂと基板との間の距離Ｌを短くすることによって小型化を図ることができるとともに、基板の接合面での凹凸による影部が生じることを防止することができ、基板の接合面でのすべての領域に十分に粒子ビームを照射することができる基板接合装置を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記のように小型化が図られた基板接合装置であって、さらに不透明基板同士を短時間で位置合わせすることができる機能を有する基板接合装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明は、以下の構成によって達成される。
【００１２】
（１）本発明の基板接合装置は、第１基板と第２基板とを接合する基板接合装置であって、搬入された第１基板および第２基板が各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔して配置される真空チャンバと、前記真空チャンバ内で前記第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、前記各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段と、第１基板と第２基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）上記のビーム照射手段は、少なくとも２方向に粒子ビームを照射するための２以上の開口部を有する。
【００１４】
（３）上記の基板接合装置は、さらに、前記ビーム照射手段を前記接合面に沿って前記第１基板および第２基板に対して相対的に移動するための走査手段を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記第１基板および第２基板に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射する。
【００１５】
（４）上記の基板接合装置は、さらに、前記真空チャンバ内で前記第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、第１基板と第２基板の各接合面の画像を同時に取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得された画像に基づいて、第１基板を第２基板に対して相対的に移動して第１基板と第２基板との間の位置合わせを行う移動手段と、を有する。
【００１６】
（５）上記の加重手段は、第１基板と第２基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第１基板と第２基板とを表面活性化接合するための少なくとも一組のワークローラである。
【００１７】
（６）上記のワークローラが略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となる。
【００１８】
（７）本発明の基板接合装置は、複数の基板同士を接合する基板接合装置であって、基板が搬入される真空チャンバと、前記真空チャンバ内で各基板の接合面へ粒子ビームを照射するビーム照射手段と、前記ビーム照射手段を基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段と、複数の基板の接合面同士を重ね合わせた状態で加重する加重手段と、を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって基板の表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射することを特徴とする。
【００１９】
（８）本発明の基板接合方法は、第１基板と第２基板とを接合する基板接合方法であって、真空チャンバ内において第１基板および第２基板を各接合面が相互に向き合わされた状態で離隔して配置するステップと、前記第１基板と第２基板との間の空隙で粒子ビーム照射源を前記接合面に沿って相対的に移動しつつ前記第１基板と第２基板の各接合面に対して粒子ビームを同時に照射するステップと、第１基板と第２基板の各接合面を重ね合わせた状態で加重するステップと、を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る基板接合装置についての好適な実施形態を詳細に説明する。この説明に使用される図面における縦方向の寸法は明細書の明確性のため誇張されて示されている場合がある。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本実施形態に係る基板接合装置は、少なくとも２方向へ粒子ビームを照射することができるビーム照射手段を用いる。一対の基板は、各接合面を相互に向き合わせた状態で所定の距離だけ離隔して配置される。この一対の基板の間の空隙にビーム照射手段を挿入し、第１基板の接合面と第２基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射する。この際に、ビーム照射手段を基板の接合面に沿って相対的に移動してスキャニングしながら、基板の接合面の全体にくまなく粒子ビームを照射する。なお、基板の「接合面」とは、基板同士が接合される面である。また、基板接合装置は、金属基板、半導体基板、セラミックス基板、およびガラス基板などの種々の基板へ適用可能である。なお、「粒子ビーム」には、たとえば、反応性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、不活性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、およびクラスター状の物質のイオンビームおよび中性原子ビームなどのすべての粒子ビームが含まれる。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る基板接合装置の概略構成を示す側面図である。基板接合装置は、真空チャンバ１００を備えている。真空チャンバ１００には、真空排気用の真空ポンプ１０１が付随しており、真空チャンバ１００内は、真空ポンプ１０１によって真空度１０−２Ｔｏｒｒ（約１Ｐａ）よりも高真空、より好ましくは１０−５Ｔｏｒｒ（約１０−３Ｐａ）以下の高真空に排気されている。
【００２３】
真空チャンバ１００には、第１および第２の基板８００ａ，８００ｂを搬入するための搬入部１１０が基板搬入バルブ１１１を介して取り付けられており、この搬入部１１０を通じて真空チャンバ１００内に基板８００ａ，８００ｂが搬入される。
【００２４】
真空チャンバ１００内には、大別して、搬入された基板の接合面へ粒子ビームを照射するためのビーム照射部３００と、粒子ビームを照射した後に、基板同士が重ねあわされた状態で加重するための加重機構が設けられている。なお、加重機構としては、加重シリンダ１２１と、加重シリンダ１２１によって上下に移動するワークローラ１２２が設けられている。加重機構については後述する。また、真空チャンバ１００内には、第１基板８００ａ、第２基板８００ｂが配置される駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂが設けられている。
【００２５】
図２および図３は、本実施の形態の基板接合装置の主要部分の構成を模式的に示す図である。図２は側面方向からみた図であり、図３は、図２のＡ点で水平方向に切った場合の断面図である。
【００２６】
駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂは、装着された第１基板８００ａ、および第２基板８００ｂを水平面（Ｘ−Ｙ平面）内で移動（Ｘ方向への移動、Ｙ方向への移動）し、水平面内での回転（θ回転）するためのものである。また、駆動ステージ２１０ａは、ロッド２２０などを介して昇降機構２３０に接続されている。この昇降機構２３０は、第１基板８００ａを垂直方向へ移動（Ｚ移動）するためのものである。
【００２７】
各駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂの表面には、チャック機構２４０ａ、２４０ｂが設けられている。第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂは、このチャック機構２４０ａ、２４０ｂを介して、それぞれ駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂに装着される。第１基板８００ａと第２基板８００ｂが、駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂに装着されることによって、第１基板８００ａと第２基板８００ｂは、各接合面を相互に向き合わせた状態で一定の距離だけ離して配置される。
【００２８】
一方、ビーム照射部３００の全長は、対応する各駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂの長さよりも長い。ビーム照射部３００の両端部からは、脚部３１０ａ、３１０ｂが下方へ伸延しており、この脚部３１０ａおよび３１０ｂが、真空チャンバ１００の底面に敷設されたレール３２０に摺動自在に嵌っている。
【００２９】
ここで、レール３２０の幅は、各駆動ステージ２１０ａ、２１０ｂのサイズよりも広く、レール３２０は、駆動ステージ２１０ｂを挟むようにレイアウトされている。また、ビーム照射部３００の垂直方向設置位置ｈが、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの間の空隙の位置と同じになるように、脚部３１０ａおよび３１０ｂの長さが設定されている。より好ましくは、ビーム照射部３００と第１基板８００ａとの間の距離Ｌ１と、ビーム照射部３００と第２基板８００ｂとの間の距離Ｌ２が等しくなるように、ビーム照射部３００の垂直方向設置位置ｈが決定されている。
【００３０】
図３に示されるように、ビーム照射部３００は、水平方向に延びたボール螺子３３１と連結されており、このボール螺子３３１を介して制御用モータ３３２から動力が伝えられる。具体的には、この制御用モータ３３２は、外部の制御装置５００と通信可能に接続されており、制御装置５００からの指令に応じて駆動する。制御用モータ３３２が駆動することによって、ビーム照射部３００がレール３２０上を水平方向に摺動して、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙を接合面に沿って移動する。
【００３１】
以上のように、レール３２０およびボール螺子などの動力伝達系と、制御用モータとによって、ビーム照射部３００を第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの各接合面に沿って相対的に移動するための走査機構３３０（走査手段）が構成される。
【００３２】
次に、ビーム照射部３００について説明する。図３に示されるとおり、ビーム照射部３００には、配管３０１が取り付けられており、この配管３０１を介して真空チャンバ１００の外部から、粒子ビーム用のガス、電気配線、および冷却水が供給される。配管３０１は、真空チャンバ１００の壁部に設けられた配管用開口部３０２に摺動自在に嵌め込まれている。したがって、ビーム照射部３００が移動するのに伴って、配管３０１も移動する。なお、配管３０１の外面と配管用開口部３０２の内面との隙間で気密を保つために、蛇腹などの伸縮自在な封止部材３０３が設けられている。
【００３３】
図４は、ビーム照射部３００の一例を示す図であり、図５は、ビーム照射部３００の他例を示す図である。ビーム照射部３００は、少なくとも２方向へ粒子ビームを照射する機能を有する。たとえば、粒子ビームを一方向にのみ照射可能なビーム源３４０ａ、３４０ｂを複数個にわたって一体化させたものをビーム照射部３００として採用することができる。
【００３４】
図４および図５では、ビーム照射部３００が、アルゴンガスイオンビームおよび／またはアルゴンガス中性原子ビームを粒子ビームとして照射する場合を例にとって説明する。図４および図５では、特に、冷陰極型のビーム照射部が説明されるが、本実施の形態と異なる構成を採用することができることは、もちろんである。
【００３５】
ビーム照射部３００は、直流電圧が印加される電極３４１ａ，３４１ｂを有する。ビーム照射部３００の内部では、印加された直流電圧によってアルゴンガスがプラズマ状態となり、アルゴンイオンが発生する。そして、発生したアルゴンイオンが上記直流電圧に基づく電界によって開口部３４２ａ、３４２ｂへ移動して、開口部３４２ａ、３４２ｂから外部に放出される。すなわち、本実施の形態のビーム照射部３００は、２つの開口部３４２ａ、３４２ｂを有する。
【００３６】
なお、このアルゴンイオンからなるアルゴンイオンビームをそのまま基板８００ａ、８００ｂの表面に照射してもよいが、基板８００表面の帯電を避けるために、アルゴンイオンを、開口部３４２ａ、３４２ｂ付近で中性化してもよい。言い換えれば、アルゴンイオンビームなどの不活性ガスイオンビームの少なくとも一部を中性化してなる不活性ガス中性原子ビームが基板８００ａ、８００ｂの表面に照射されてもよい。
【００３７】
以上のとおり、本実施の形態では、少なくとも２方向へ粒子ビームを照射可能なビーム照射部３００を有しており、このようなビーム照射部３００を第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの各接合面に沿って相対的に移動するための走査機構を有している。ビーム照射部３００は、走査機構によって第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂに対して相対的に移動されつつ、粒子ビームを照射する。この点は、本発明の特徴の一つである。なお、図４および図５に示されるように、粒子ビームが照射される方向は、適宜に設定される。
【００３８】
次に、図２および図３に戻り、粒子ビームが照射された後の基板８００ａおよび基板８００ｂを取り扱うための構成について説明する。
【００３９】
図２および図３に示されるとおり、本実施の形態では第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの位置合わせを行うために、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面の画像を同時に取得する撮像手段として機能する２視野カメラ４００を有している。好適には２台の２視野カメラ４００が備えられる。
【００４０】
２視野カメラ４００は、たとえば、一つの垂直軸線（Ｚ方向）に沿って互いに反対側を向いて設けられた二つの対物レンズ系４０１ａ，４０１ｂと、対物レンズ系４０１ａ，４０１ｂから真空チャンバ１００の外部へ伸延されており対物レンズ系４０１ａ，４０１ｂによって得られた各画像を外部に取り出すためのロッド部４０２と、２視野カメラ４００を移動するための２視野カメラ駆動系４０３とを含む。
【００４１】
この２視野カメラ４００は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙に挿入されて、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面の画像を同時に取得する。２視野カメラ４００は、第１基板と第２基板の各接合面において一つの上記の垂直軸線上に存在する部分の画像を同時に取得するものであり、具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像を取得する。
【００４２】
そして、この２視野カメラ４００は、２視野カメラ駆動系４０３によって、進退移動するように構成されている。たとえば、この２視野カメラ４００の進退移動と上記のビーム照射部３００の移動との間では、インターロックがかかるように制御されており、たとえば、ビーム照射部３００が第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙から退去された状態（図３に示される状態）で、２視野カメラ４００が上記の空隙に挿入されるように構成されている。
【００４３】
なお、ロッド部４０２は、プリズムまたは光ファイバ機構を有しており、上記の対物レンズ系４０１で取得された画像を外部へ取り出す。最終的には、画像はＣＣＤ素子などによって電気的に変換された電子データとして得られる。
【００４４】
また、図３に示されるとおり、２視野カメラ４００は、画像処理を行うための画像処理系４０４へ電気的に接続されている。画像処理系４０４は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面の画像を照合する。具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像を照合する。たとえば、画像において輪郭線強調のためのエッジ処理、および２値化画像にするための２値化処理を行った後に、パターン認識の手法を用いてマーキング部分の位置が一致するように、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の位置ずれを算出する。なお、このような画像処理の手法は、他の分野などで用いられている画像処理の手法と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００４５】
この画像処理系４０４は、基板接合装置の各部の制御を行う制御装置５００へ接続されている。制御装置５００は、図示していない通信回線を介して駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂへ接続されている。そして、制御装置５００は、画像処理系４０４によって算出された位置ずれの量に基づいて、上記のマーキング部分の位置が一致するように駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂへ指令を出す。この指令に基づいて駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂが相対的に移動し、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの位置ずれが調整される。
【００４６】
このように、駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂは、第１基板８００ａを第２基板８００ｂに対して相対的に移動して第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の位置合わせを行う移動手段として機能する。なお、本実施の形態と異なり、第１駆動ステージ２１０ａと第２駆動ステージ２１０ｂのどちらか一方のみを移動させてもよい。
【００４７】
制御装置５００は、さらに、図示していない通信回線を介して図３に示され昇降機構２３０へも接続されている。そして、制御装置５００は、位置合わせが終了した段階で、昇降機構２３０へ指令信号を出力する機能を有する。昇降機構２３０が駆動することによって、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面同士を重ね合わせる。この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとが仮接合され、以後の位置ずれが防止される。
【００４８】
次に、図１に戻り、加重機構について説明する。加重機構は、上述のとおり、加重シリンダ１２１と、加重シリンダ１２１に取り付けられたワークローラ１２２を含む。ワークローラ１２２は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとを重ね合わせた状態で挟み込んで押圧して第１基板８００ａと第２基板８００ｂとを表面活性化接合するものである。
【００４９】
本実施の形態の基板接合装置は、半導体基板などの脆い基板の表面活性化接合に適用することができる。この場合、基板の破損を防ぐためには、図６に示されるとおり、ワークローラ１２２が略鼓形状をしていることが望ましい。特に、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となるワークローラ１２２を用いることが望ましい。
【００５０】
しかしながら、加重機構は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面を重ね合わせた状態で加重するものであればよく、ワークローラ１２２を用いる構成に限られないことはもちろんである。
【００５１】
以上のように、構成される基板接合装置は、以下のような動作を有する。以下、図７に示されるフローチャートにそって基板接合装置を用いた基板節接合方法について説明する。
【００５２】
まず、ステップＳ１では、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとが搬入されて、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとがチャック機構２４０ａ、２４０ｂを介して駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂに装着される。この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂは、各接合面を相互に向き合わせた状態で一定の距離だけ離して配置される。なお、この状態では、第１基板８００ａ，第２基板８００ｂの搬入の邪魔にならないように、ビーム照射部３００は駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂの外側へ退去されており、初期位置に存在する（図３に示される状態に相当）。
【００５３】
次に、ステップＳ２では、ビーム照射部３００を第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面に沿って移動させる。そして、ビーム照射部３００は、各接合面に沿って移動しつつ、２つの開口部３４２ａ、３４２ｂから粒子ビームを各接合面へ同時に照射する（図４および図５を参照）。
【００５４】
具体的には、制御装置５００は、制御用モータ３３２へ指令を出し、制御用モータ３３２を駆動する。この結果、ビーム照射部３００がレール３２０に沿って移動し、基板８００ａと基板８００ｂの間の空隙にビーム照射部３００の挿入が開始される。ビーム照射部３００は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの接合面全域へ粒子ビームを照射するように、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの接合面全域を横断するように移動する。すなわち、２方向への粒子ビームが走査される。
【００５５】
なお、ビーム照射部３００は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの接合面全域を複数回にわたって往復しつつ粒子ビームを照射してもよく、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの接合面全域を１度だけ横断する際に粒子ビームを照射してもよい。
【００５６】
図４および図５に示されるとおり、ステップＳ２の処理によれば、一つのビーム照射部３００を移動するだけで、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの２つの接合面へ粒子ビームを同時に照射することができる。したがって、複数台のビーム照射部を別々の箇所に取り付ける必要がなく、ビーム照射部の設置スペースを小さくすることができる。また、粒子ビームの照射が終了した段階で、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面が対向した状態となる。したがって、第１基板８００ａと第２基板８００ｂへ別々に粒子ビームを照射する場合と異なり、どちらかの基板の向きを１８０度反転させるための反転装置を設ける必要もなくなる。
【００５７】
次に、図７のステップＳ３では、粒子ビームの照射が完了したか否かが判断される。粒子ビームの照射が完了するのを待って（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、ビーム照射部３００は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙から退去される。そして、代わりに、２視野カメラ４００が第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙に挿入される。
【００５８】
そして、ステップＳ５では、２視野カメラ４００は、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面の画像（具体的には、各接合面上に予め設けられたマーキング部分の画像）を同時に取得する。
【００５９】
次に、ステップＳ６では、２視野カメラ４００によって取得された画像に基づいて、第１基板８００ａを第２基板８００ｂに対して相対的に移動して、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の位置合わせを行う。
【００６０】
具体的には、画像処理系４０４は、２視野カメラ４００で取得された画像を画像解析することによって、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間のＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向のずれを算出する。そして、算出されたＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向のずれに基づいて、各駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂへ移動指示が与えられる。そして、移動指示を受けた各駆動ステージ２１０ａ，２１０ｂが移動し、この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の相対的なずれが修正される。
【００６１】
ステップＳ７では、位置合わせがされた第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面を接触させて仮接合を行う。たとえば、昇降機構２３０は、第１基板８００ａを垂直方向へ移動させて、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面同士を接触させる。この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとが仮接合される。
【００６２】
ステップＳ８では、仮接合が完了した第１基板８００ａと第２基板８００ｂとが加重機構へ搬送される。そして、ステップＳ９では、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとを重ね合わせた状態でワークローラ１２２により挟み込んで押圧して第１基板８００ａと第２基板８００ｂとを表面活性化接合する。この際に、図６に示されるような略鼓形状をしており、基板を押圧する際に押圧面が略扁平となるように構成された一対のワークローラ１２２を用いることによって、第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの破損が防止される。そして、最終的に、表面活性化接合の完了後の基板が搬出される。
【００６３】
以上のように、本実施の形態によれば、上下一組の基板の各接合面に粒子ビームを照射するために２つのビーム照射部を別々に取り付ける必要がなくなる。したがって、２つのビーム照射部を別々に取り付ける場合と比べて省スペース化を実現することができ、この結果、基板接合装置を小型化することができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、上下一組の基板が各接合面を相互に向き合わした状態で離隔されて配置され、この状態のまま粒子ビームが照射される。したがって、一方の基板８００ａ，または８００ｂの向きを１８０度反転するための反転機構が不要となり、基板接合装置の小型化を実現することができるとともに、反転機構を設置するための費用を節減することができる。
【００６５】
また、ビーム照射部３００を基板８００ａ，８００ｂの接合面に沿って相対的に移動しつつ、粒子ビームが照射される。したがって、基板上の凹凸による影部が生じにくく、粒子ビームが十分に照射されずに残ってしまう部分が生じない。ビーム照射部３００を相対的に移動しつつ粒子ビームを照射することによって、ビーム照射部３００の位置が固定された状態で粒子ビームを接合面の全体へ照射する必要がなくなるため、ビーム照射部３００と第１基板８００ａとの間の距離Ｌ、およびビーム照射部３００と第２基板８００ｂとの間の距離Ｌを短くすることができ、基板接合装置の小型化に寄与することができる。また、接合面の全体へ確実に粒子ビームを照射することができる。
【００６６】
特に、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙にビーム照射部３００を挿入する場合、ビーム照射部３００の位置を固定する構成では、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の距離が長くなってしまい装置が長大化してしまうおそれがあるが、本実施の形態では、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙にビーム照射部３００を挿入する構成と、粒子ビームをスキャニングする構成とを共に用いることによって、基板接合装置が長大化してしまうことを防止することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、粒子ビームの照射が完了した時点で、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとが接合面を対向させた状態となる。この配置を利用して、そのまま、仮接合の段階に移行することができる。この際に、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙に挿入される２視野カメラ４００が備えられているので、第１および第２基板８００ａが不透明基板である場合であっても、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとを最小限に移動させることによって、簡便に位置ずれを防止することができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
上記の実施の形態では、第１基板８００ａと第２基板８００ｂが各接合面を相互に向き合わせた状態で離隔されて配置され、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとの間の空隙にビーム照射部３００が挿入される場合を説明した。特に、ビーム照射部３００が少なくとも２方向に粒子ビームを照射することができる場合について説明した。
【００６９】
しかしながら、第１基板８００ａと第２基板８００ｂに対して、同時に粒子ビームを照射せずに、一つの基板ずつ粒子ビームを照射する場合であっても、ビーム照射部を基板に対して移動しながら粒子ビームを照射するといったスキャニング手法は、基板表面の凹凸による影部に起因する粒子ビームの照射不均一性の防止、および基板接合装置の小型化の見地から有望である。本実施の形態では、基板ごとに粒子ビームを照射する場合に、スキャニング手法を用いた場合について説明する。
【００７０】
図８は、本実施の形態の基板接合装置の概略を説明するための図であり、図９は、図８に示される基板接合装置の断面図である。以下、図８および図９を参照しつつ、本実施の形態の基板接合装置について説明する。なお、加重機構などの構成は、第１の実施の形態と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００７１】
図９に示されるように、第１基板８００ａは、チャック機構を介して、駆動ステージ２１０ａへ装着される。同様に、第２基板８００ｂは、駆動ステージ２１０ｂへ装着される。
【００７２】
また、図８に示されるように、第１の駆動ステージ２１０ａは、第１方向（Ｘ方向）に伸延している。そして、第１の駆動ステージ２１０ａは、第１方向へ第１基板８００ａをその全長以上の長距離にわたって移動できるように構成されている。一方、第２の駆動ステージ２１０ｂは、第１方向と直交する第２方向（Ｙ方向）に伸延している。そして、第２の駆動ステージ２１０ｂは、第２方向へ第２基板８００ｂをその全長以上の長距離にわたって移動できるように構成されている。そして、第１方向に延びた第１の駆動ステージ２１０ｂと、第２方向に延びた第２の駆動ステージとは、図８に示されるとおり、その端部で領域が重なる重複部２１１を有している。
【００７３】
そして、図８および図９に示されるとおり、第１基板８００ａの下方側（接合面側）には、第１ビーム照射部３００ａが設けられており、第２基板８００ｂの上方向側（接合面側）には、第２ビーム照射部３００ｂが設けられている。第１ビーム照射部３００ａおよび第２ビーム照射部３００ｂは、第１の駆動ステージ２１０ａおよび第２の駆動ステージ２１０ｂの上記重複部２１１とは反対の端部側（以下、「初期位置」という）へ設けられている。
【００７４】
そして、第１ビーム照射部３００ａは、図９に示されるとおり、第１の実施の形態と同様の構成によって、レール３２０上に摺動自在に配置されている。そして、第１の実施の形態と同様にボール螺子および制御モータなどを有する走査機構が設けられており、走査機構は、第１ビーム照射部３００ａを第１基板８００ａの表面に沿って移動させる。そして、第１ビーム照射部３００ａは、走査機構によって第１基板８００ａの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを第１基板８００ａの表面に照射する。同様に第２ビーム照射部３００ｂも、同様の走査機構によって、第２基板８００ｂの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを第２基板８００ｂの表面に照射する。
【００７５】
そして、第１の駆動ステージ２１０ａの初期位置側には、第１の駆動ステージ２１０ａに装着された第１基板８００ａの接合面の画像を真空チャンバ１００の外部から撮影するための第１カメラ４１０ａが設けられている。同様に、第２の駆動ステージ２１０ａの初期位置側には、第２の駆動ステージ２１０ｂに装着された第２基板８００ｂの接合面の画像を真空チャンバ１００の外部から撮影するための第２カメラ４１０ｂが設けられている。
【００７６】
以上のように構成される本実施の形態の基板接合装置は、以下のように動作を行う。
【００７７】
まず、第１の駆動ステージ２１０ａおよび第２の駆動ステージ２１０ｂの各初期位置側では、第１ビーム照射部３００ａおよび第２ビーム照射部３００ｂとによって粒子ビームが照射される。
【００７８】
具体的には、走査機構によって、各ビーム照射部３００ａ，３００ｂが、それぞれの基板８００ａ，８００ｂの表面に沿って移動されながら、粒子ビームを照射する。すなわち、粒子ビームがスキャニングされながら照射される。
【００７９】
そして、粒子ビームの照射が終了すると、第１カメラ４１０ａは、初期位置側にある第１基板８００ａの接合面の画像を撮影する。同様に第２カメラ４１０ｂは、初期位置側にある第２基板８００ｂの接合面の画像を撮影する。そして、第１カメラ４１０ａおよび第２カメラ４１０ｂによって取得された画像データは、第１の実施の形態と同様の画像処理系へ共に送られる。画像処理系は、これらの画像データに基づいて第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの位置を検出し、検出結果に基づいて、第１駆動ステージ２１０ａおよび第２駆動ステージ２１０ｂへ移動指示を出す。
【００８０】
第１駆動ステージ２１０ａは、第１基板８００ａのＹ方向およびθ方向のずれを微調整しつつ、Ｘ方向に沿って第１基板８００ａを初期位置側から重複部２１１側へ移動する。一方、第２駆動ステージ２１０ｂは、第２基板８００ａのＸ方向およびθ方向のずれを微調整しつつ、Ｙ方向に沿って第２基板８００ｂを初期位置側から重複部２１１側へ移動する。この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂとは、重複部にとおいて位置合わせされた状態で把持される。そして、この状態で第１実施の形態で説明したものと同様の昇降機構を用いて、第１基板８００ａを垂直方向へ移動（Ｚ移動）する。この結果、第１基板８００ａと第２基板８００ｂの各接合面が位置合わせされた状態で仮接合される。
【００８１】
そして、仮接合された状態の基板８００ａ，８００ｂは、接合面同士を重ね合わせた状態で、第１の実施の形態で説明したものと同様な図６に示されるようなワークローラ１２２によって挟み込まれて押圧され、最終的に表面活性化接合される。
【００８２】
本実施の形態の基板接合装置によれば、第１ビーム照射部３００ａは、走査機構によって第１基板８００ａの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射し、第２ビーム照射手段３００ｂは、走査機構によって第２基板８００ｂの表面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射する。このようにスキャニングしながら粒子ビームを照射するので、基板８００ａ，８００ｂ上の凹凸による影部が生じにくく、十分な粒子ビームが照射されずに残ってしまう部分が接合面上に生じない。また、基板８００ａと第１ビーム照射部８００ａの間の距離、および基板８００ｂと第２ビーム照射部８００ｂの間の距離を短くしても、スキャニングの効果によって第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの接合面の全域にわたって十分に粒子ビームを照射することができる。したがって、基板接合装置の小型化を実現することができる。
【００８３】
以上のように本発明のいくつかの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの場合に限られるものではなく、当業者が、発明の技術思想の範囲内で、種々の省略、追加、および改変をすることができることは明らかである。
【００８４】
たとえば、上記の例では、ビーム照射部３００を第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの各接合面に沿って移動する場合を説明したが、ビーム照射部３００の位置を固定し、第１基板８００ａおよび第２基板を移動してもよい。すなわち、ビーム照射部３００を第１基板８００ａおよび第２基板８００ｂの各接合面に沿って相対的に移動してもよい。
【００８５】
また、ビーム照射部３００を接合面に沿って移動しない固定型の装置であっても、ビーム照射部３００が、真空チャンバ内で前記第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、第１基板の接合面と第２基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射する構成によれば、反転機構を省略することができるとともに、複数のビーム照射部を別々に取り付ける必要がなくなるといった効果が得られる。特に、基板の大きさが小さい場合などの場合には、ビーム照射部３００を接合面に沿って移動するための走査手段を省略することができる。
【００８６】
また、上記の説明では、１つの基板あたりに１つの粒子ビームを照射する場合を説明したが、１つの基板あたり２つ以上の粒子ビームを照射してもよい。１つの基板あたり２つ以上の粒子ビームを照射する場合には、たとえば、ビーム照射部３００は、合計４方向に粒子ビームを照射するための４以上の開口部を有することとなる。
【００８７】
また、粒子ビームの種類は、基板の材料および用途に応じて、反応性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、不活性ガスのイオンビームおよび中性原子ビーム、およびクラスター状の物質のイオンビームおよび中性原子ビームのなかから適宜に選択することができる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１基板と第２基板との間の空隙に挿入されて、第１基板の接合面と第２基板の接合面とに対して粒子ビームを同時に照射するビーム照射手段を有するので、複数のビーム照射手段を別々の箇所に設置する必要がなくなり省スペース化に寄与するとともに、基板を反転する反転機構も不要となる。特に、ビーム照射手段が、少なくとも２方向に粒子ビームを照射するための２以上の開口部を有する場合には、複数方向への粒子ビームの照射部を統合化することができ、ビーム照射手段への原料ガスの供給なども一元化することができる。
【００８９】
さらに、本発明によれば、ビーム照射手段を前記第１基板および第２基板の各接合面、あるいは各基板の表面に沿って相対的に移動するための走査手段を有し、前記ビーム照射手段は、前記走査手段によって前記接合面に対して相対的に移動されながら、粒子ビームを照射するので、基板表面の凹凸によって影部が生じにくく、粒子ビームが十分に照射されずに残ってしまう部分が生じない。したがって、第１基板および第２基板の各接合面のすべての領域において強力に表面活性化接合することができる。また、ビーム照射手段が走査手段によって相対的に移動されながら粒子ビームを照射するので、ビーム照射手段と各基板との間の距離Ｌを短くしても、基板の接合面全体に粒子ビームを照射することが可能となる。したがて、ビーム照射手段と各基板との間の距離を短くすることができ、基板接合装置を小型化することができる。
【００９０】
さらに、略鼓形状のワークローラを加重機構として用いることによって、基板に対して均一な加重を加えることができ、破損されやすい基板に対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の基板接合装置の概略構成を説明するための側面図である。
【図２】図１の基板接合装置の主要部分の構成を模式的に示すための正面図である。
【図３】図１の基板接合装置の主張部分の構成を模式的に示すための上面図である。
【図４】本実施の形態のビーム照射部の一の例について説明する図である。
【図５】本実施の形態のビーム照射部の他の例について説明する図である。
【図６】本実施の形態のワークローラについて説明する図である。
【図７】図１に示される基板接合装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態の基板接合装置の概略を説明するための図である。
【図９】図８の基板接合装置の断面図である。
【図１０】表面活性接合を用いた基板接合装置の従来例を示す図である。
【図１１】従来の基板接合装置を用いた場合の基板上の凹凸の影響を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…真空チャンバ、
１０１…真空ポンプ、
１１０…搬入部、
１１１…基板搬入バルブ、
１２１…加重シリンダ、
１２２…ワークローラ、
２１０ａ…第１駆動ステージ（移動手段）、
２１０ｂ…第２駆動ステージ（移動手段）、
２１１…重複部、
２２０…ロッド、
２３０…昇降機構、
２４０ａ，２４０ｂ…チャック機構、
８００ａ…第１基板、
８００ｂ…第２基板、
３００…ビーム照射部、
３００ａ…第１ビーム照射部、
３００ｂ…第２ビーム照射部、
３０１…配管、
３０２…配管用開口部、
３０３…封止部材、
３１０…脚部、
３２０…レール、
３３０…走査機構、
３３１…ボール螺子、
３３２…制御用モータ，
３４０ａ，３４０ｂ…ビーム源、
３４１ａ，３４１ｂ…電極、
３４２ａ，３４２ｂ…開口部
４００…２視野カメラ、
４１０ａ…第１カメラ、
４１０ｂ…第２カメラ、
４０１ａ，４０１ｂ…対物レンズ系、
４０２…ロッド部、
４０３…２視野カメラ駆動系、
４０４…画像処理系、
５００…制御装置。
【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】
2004342855.tif 000010
【図９】
2004342855.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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