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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024103252
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】接合装置及び接合方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240725BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023007488
(22)【出願日】2023-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】000002428
【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】曹 健
(72)【発明者】
【氏名】薮原 秀彦
(72)【発明者】
【氏名】池上 友佳子
(72)【発明者】
【氏名】依田 文徳
(57)【要約】
【課題】 被接合部材同士の密着性を向上させることが可能な接合装置及び接合方法を提供すること。
【解決手段】 実施形態によれば、被接合部材同士の接合装置は、第１の被接合部材が載せられるテーブルと、圧子と、可動部とを有する。圧子は、第１の被接合部材の前記テーブルに対する接触面とは反対側の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧する。可動部は、圧子の周囲に設けられ、第２の被接合部材の反対側の面において、圧子の先端に向かう位置から第２の被接合部材のエッジ部に向かう加圧エアーの流路を規定する。
【選択図】 図１１
【解決手段】 実施形態によれば、被接合部材同士の接合装置は、第１の被接合部材が載せられるテーブルと、圧子と、可動部とを有する。圧子は、第１の被接合部材の前記テーブルに対する接触面とは反対側の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧する。可動部は、圧子の周囲に設けられ、第２の被接合部材の反対側の面において、圧子の先端に向かう位置から第２の被接合部材のエッジ部に向かう加圧エアーの流路を規定する。
【選択図】 図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の被接合部材が載せられるテーブルと、
前記第１の被接合部材の前記テーブルに対する接触面とは反対側の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧する圧子と、
前記圧子の周囲に設けられ、前記第２の被接合部材の前記反対側の面において、前記圧子の先端に向かう位置から前記第２の被接合部材のエッジ部に向かう加圧エアーの流路を規定する可動部と
を有する、被接合部材同士の接合装置。
前記第１の被接合部材の前記テーブルに対する接触面とは反対側の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧する圧子と、
前記圧子の周囲に設けられ、前記第２の被接合部材の前記反対側の面において、前記圧子の先端に向かう位置から前記第２の被接合部材のエッジ部に向かう加圧エアーの流路を規定する可動部と
を有する、被接合部材同士の接合装置。
【請求項2】
前記可動部は、前記加圧エアーが前記圧子による押圧位置から前記第２の被接合部材のエッジ部の外側に向かって環状に噴射するように前記流路を規定する、請求項１に記載の接合装置。
【請求項3】
前記可動部は、前記圧子による押圧位置から前記第２の被接合部材のエッジ部の外側に、前記加圧エアーの噴き出し方向を変更する回動部を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項4】
前記可動部は、前記圧子による押圧位置から前記第２の被接合部材のエッジ部の外側に、前記加圧エアーの噴き出し方向を変更するアクチュエータを有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項5】
前記アクチュエータを制御する制御部を有する、請求項４に記載の接合装置。
【請求項6】
前記可動部により可動され、前記加圧エアーを噴射する複数の噴射口を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項7】
前記可動部は、前記圧子とともに前記流路を規定し、前記加圧エアーを前記圧子の周囲から噴き出す噴き出し口を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項8】
前記加圧エアーを供給するエアー供給源を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項9】
前記圧子が支持され、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記圧子を介して支持させ、前記圧子を前記第２の被接合部材の前記平面で、前記第１の被接合部材の前記平面を押圧するように移動させるロボットアームを有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
【請求項10】
前記テーブル、及び、前記ロボットアームが内側に配置され、温湿度を制御可能な槽を有する、請求項９に記載の接合装置。
【請求項11】
第１の被接合部材の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させること、
前記第１の被接合部材の前記平面に対して前記第２の被接合部材の前記平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧すること、
前記第１の被接合部材の前記平面に対して前記第２の被接合部材の前記平面を押圧させた位置の周囲から、前記第２の被接合部材の前記反対側の面のうち、前記押圧させた位置に向かう位置から前記第２の被接合部材のエッジ部に向かって移動するように加圧エアーを供給すること、
を含む、被接合部材同士の接合方法。
前記第１の被接合部材の前記平面に対して前記第２の被接合部材の前記平面を接触させた状態で、前記第２の被接合部材の前記平面とは反対側の面を前記第１の被接合部材の前記平面に向けて押圧すること、
前記第１の被接合部材の前記平面に対して前記第２の被接合部材の前記平面を押圧させた位置の周囲から、前記第２の被接合部材の前記反対側の面のうち、前記押圧させた位置に向かう位置から前記第２の被接合部材のエッジ部に向かって移動するように加圧エアーを供給すること、
を含む、被接合部材同士の接合方法。
【請求項12】
前記加圧エアーを供給することは、前記加圧エアーを、前記押圧させた位置から前記第２の被接合部材のエッジ部に向かって、環状に噴射することを含む、請求項１１に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、基板等の被接合部材同士の接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば被接合部材同士の接合面同士を当接させて押圧し、被接合部材同士を接合する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００４－３１８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、被接合部材同士の密着性を向上させることが可能な接合装置及び接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、被接合部材同士の接合装置は、第１の被接合部材が載せられるテーブルと、圧子と、可動部とを有する。圧子は、第１の被接合部材のテーブルに対する接触面とは反対側の平面に対して第２の被接合部材の平面を接触させた状態で、第２の被接合部材の平面とは反対側の面を第１の被接合部材の平面に向けて押圧する。可動部は、圧子の周囲に設けられ、第２の被接合部材の反対側の面において、圧子の先端に向かう位置から第２の被接合部材のエッジ部に向かう加圧エアーの流路を規定する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１及び第２実施形態に係る接合システムを示す概略図。
【図2】第１及び第２実施形態に係る接合システムの前処理装置及び接合装置を示す概略的なブロック図。
【図3】第１及び第２実施形態に係る接合システムの接合装置を示す概略図。
【図4】第１実施形態に係る接合装置の圧子、エアー供給部、及びアクチュエータ部を示す概略的な斜視図。
【図6】第１実施形態に係る接合装置の圧子、エアー供給部、及びアクチュエータ部を示す概略的な斜視図。
【図8】第１実施形態に係る接合装置を用いる第１の基板及び第２の基板の接合処理に関するフローチャート。
【図9】第１実施形態に係る接合装置の圧子、エアー供給部、第１の基板、第２の基板の位置関係を示す概略的な斜視図。
【図15】第１実施形態の変形例に係る接合装置の圧子、エアー供給部、第１の基板、第２の基板の位置関係を示す概略的な斜視図。
【図16】第２実施形態に係る接合装置の圧子を第２の基板の図心に当接させたときの、エアー供給部、第２の基板の位置関係を示す概略的な斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
【0008】
ここで、接合対象となる被接合部材である、第１の基板（第１の被接合部材）１０及び第２の基板（第２の被接合部材）２０は、例えば、シリコンウエハなどの半導体基板である。第１の基板１０及び第２の基板２０は、例えばＳｉ基板上にＳｉＯ２膜が形成されていてもよい。第１の基板１０及び第２の基板２０は、互いに反対側を向く１対の略平行な平面を有する平板状である。すなわち、第１の基板１０及び第２の基板２０の表裏は、例えば、それぞれ平面として形成される。なお、第１の基板１０及び第２の基板２０は、例えばプリント基板であってもよい。また、第１の基板１０及び第２の基板２０は、リジッド基板であってもよく、フレキシブル基板（フィルム状部材）であってもよい。本実施形態では、第１の基板１０及び第２の基板２０が適宜の剛性を有する半導体基板（リジッド基板）であるとして説明する。
【0009】
本実施形態では、第１の基板１０の１対の平面（接合面１１、及び、接合面１１とは反対側の面１２）の面積が第２の基板２０の１対の平面（接合面２１、及び、接合面２１とは反対側の面２２）の面積に比べて大きい例について説明する。第１の基板１０の１対の平面の面積と第２の基板２０の平面の面積とが、同じであってもよい。
【0010】
【0011】
図１に示すように、本実施形態に係る接合システム１００は、ロードポート１１２と、イントロチャンバ１１４と、前処理装置（表面活性化装置）１１６と、接合装置１１８と、制御部１２０とを有する。
【0012】
第１の基板１０及び第２の基板２０は、後述するように貼り合わせられるまでの間、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）と呼ばれる密閉容器に収納されて保管される。
【0013】
ロードポート１１２は、第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を格納したＦＯＵＰを搬送機から受け取り、また、ＦＯＵＰからイントロチャンバ１１４内に第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を搬入する。
【0014】
イントロチャンバ１１４は、ロードポート１１２から導入される基板１０，２０のバッファとして使われる。イントロチャンバ１１４は、前処理装置１１６の前処理槽１２２内に第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を図示しない搬送装置によって搬入される。例えば、後述のような真空プラズマ処理を行うなど、真空状態で基板１０，２０を前処理する場合、前処理装置１１６の前処理槽１２２内は真空状態とするため、一旦真空引きしてイントロチャンバ１１４内の真空度を上げてから、前処理装置１１６の前処理槽１２２とイントロチャンバ１１４の間のゲートバルブを開けて、イントロチャンバ１１４から前処理装置１１６に基板１０，２０を導入する。
【0015】
このとき、例えば、複数の第２の基板２０がリング付きダイシングテープに接合面が上向きに固定される形で、ＦＯＵＰからイントロチャンバ１１４に搬入される。基板２０とダイシングテープとの剥離は、後述する前処理装置１１６の前処理槽１２２に入れる前に実施してもよく、前処理装置１１６での前処理後に実施してもよい。
【0016】
前処理装置１１６は、接合装置１１８の上流側に設けられ、複数の基板１０，２０の接合面１１，２１にそれぞれ水酸基を付与するといった前処理を行う。前処理装置１１６は、前処理槽（基板１０，２０同士の接合前に基板１０，２０に前処理として表面処理を行う処理槽）１２２と、電源１２４と、コンデンサ１２６と、第１の電極１２８と、第２の電極１３０と、真空ポンプ１３２と、ガス供給部（弁体）１３４と、ガス排出部（弁体）１３６と、水蒸気供給部１３８とを有する。前処理装置１１６は、本実施形態では、基板１０，２０の接合面１１，２１に対して真空下でプラズマ処理可能である。
【0017】
前処理槽１２２は、基板１０，２０同士の接合前に、基板１０，２０に対する前処理として表面処理を行う。前処理槽１２２は、例えば複数の基板１０，２０を重ねずに水平方向に並べることが可能な大きさに形成される。本実施形態では、前処理槽１２２は、真空プラズマ処理を行う場合を例にして説明する。この場合の前処理槽１２２の前処理では、高真空、あるいは極高真空が要求される。前処理槽１２２は、メンテナンス時以外、大気開放をせず、真空状態をキープする。
【0018】
電源１２４及びコンデンサ１２６は、前処理槽１２２の例えば外側に配置される。電源１２４は、接地されている。第１の電極１２８は、コンデンサ１２６を介して電源１２４に接続されている。第１の電極１２８及び第２の電極１３０は前処理槽１２２内に配置される。第１の電極１２８と第２の電極１３０とは、対向する。第１の電極１２８と第２の電極１３０とは平行に離間する。本実施形態では、第１の電極１２８は、前処理槽１２２内において、上下方向の下方に配置されている。第２の電極１３０は、前処理槽１２２内において、上下方向の上方に配置されている。第２の電極１３０は、第１の電極１２８の例えば直上に設けられる。第１の電極１２８は、その上に、第１の基板１０、及び／又は、第２の基板２０が載置されるように配置される。
【0019】
真空ポンプ１３２は、前処理槽１２２に接続される。真空ポンプ１３２を動作させると、前処理槽１２２内を適宜の時間で大気圧よりも低い所定の圧力以下（真空と称する）にすることができる。真空プラズマ処理を行う場合、前処理槽１２２に接続される真空ポンプ１３２は常時稼働し、前処理槽１２２内が常時真空となる。また、イントロチャンバ１１４には別の真空ポンプ１３３と、別のガス供給部（弁体）１３５が接続される。この別の真空ポンプ１３３を動作させるとイントロチャンバ１１４内を適宜の時間で真空にすることができる。なお、別の真空ポンプ１３３を用いる代わりに、真空ポンプ１３２を分岐してイントロチャンバ１１４内を真空にしてもよい。この場合、真空ポンプ１３２とイントロチャンバ１１４との間は、開閉弁（図示しない）を介して接続される。別のガス供給部１３５は、イントロチャンバ１１４内を大気に開放可能である。
【0020】
すなわち、本実施形態では、ロードポート１１２を常時大気圧とし、前処理槽１２２を常時高真空とし、イントロチャンバ１１４を大気開放（大気圧）～高真空（前処理槽圧力）に調整可能とする。このとき、ロードポート１１２とイントロチャンバ１１４との間、及び、イントロチャンバ１１４と前処理槽１２２との間は、それぞれゲートバルブで接続される。つまり、イントロチャンバ１１４をロードロックチャンバとして用いる。
【0021】
ガス供給部（弁体）１３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ２）ガス等の処理ガスの前処理槽１２２内への供給／供給停止を切替可能である。ガス排出部（弁体）１３６は、前処理槽１２２内の処理ガスの排出／排出停止を切替可能である。水蒸気供給部１３８は、前処理槽１２２内の基板１０，２０上に水蒸気（純水）を導入可能である。水蒸気供給部１３８での水蒸気の供給方式としては、加熱式、超音波式などがあり得る。水蒸気供給部１３８は、通常は前処理槽１２２内を閉塞し、水蒸気を供給するときに開く。
【0022】
図３には、接合装置１１８の概略図を示す。なお、図１に示す後述する第１のロボットアーム１５６と図３に示す第１のロボットアーム１５６とは、異なる図として示した。第１のロボットアーム１５６の構成は、第１の基板１０及び第２の基板２０を適切に所定の位置又は所望の位置に運ぶことができれば、どのようなものもよい。同様に、図１に示す後述する第２のロボットアーム１５８と図３に示す第２のロボットアーム１５８とは、異なる図として示した。第２のロボットアーム１５８の構成は、第２の基板２０を適切に所定の位置又は所望の位置に運び、第２の基板２０の所定の位置に圧子１６０の先端（押圧部）１６１（図４及び図６参照）を適宜の圧力範囲内で所定の方向に押圧することができれば、どのようなものもよい。
【0023】
図４には、圧子１６０に対する初期位置のノズル（可動ノズル）１６８ａの概略図を示す。図５は、図４中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図である。図６には、圧子１６０に対して回動した位置のノズル１６８ａの概略図を示す。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
【0024】
図１から図７に示すように、接合装置１１８は、接合槽（ボンディング槽）１５２と、テーブル１５４と、移送用の第１のロボットアーム１５６と、接合用の第２のロボットアーム１５８と、圧子１６０と、エアー導入口（接合槽１５２用のエアー供給部）１６５と、温湿度制御ユニット１６４と、エアー流出口（弁体）１６６と、エアー供給部１６８と、可動部１７０とを有する。
【0025】
本実施形態では、図１及び図３に示す接合槽１５２は、前処理槽１２２に隣接し、前処理槽１２２の下流側に設けられる。すなわち、前処理槽１２２は接合槽１５２の上流側に設けられる。接合槽１５２の内側は、大気圧下で使用される。接合槽１５２には、テーブル１５４、第１のロボットアーム１５６、第２のロボットアーム１５８、圧子１６０、エアー供給部１６８、可動部１７０の全部又は一部が配設されている。
【0026】
テーブル１５４上には、第１の基板１０及び第２の基板２０のうち、例えば第１の基板１０を載置可能である。テーブル１５４は、接合槽１５２に対して固定されていても、相対的に移動可能であってもよい。テーブル１５４が接合槽１５２に対して移動する場合、テーブル１５４は、第１のロボットアーム１５６、第２のロボットアーム１５８に対してテーブル１５４上に適切に第１の基板１０が載置されるように、例えばＸＹＺステージのように動き得る。
【0027】
図１及び図３に示す第１のロボットアーム１５６は、前処理槽１２２で前処理された第１の基板１０を前処理槽１２２より取り出して、第１の基板１０を接合槽１５２内のテーブル１５４の所望の位置である実装位置に直接載置する。また、第１のロボットアーム１５６は、前処理槽１２２で前処理された第２の基板２０を前処理槽１２２より取り出して、第２の基板２０を接合槽１５２内のテーブル１５４上に直接載置する。第２のロボットアーム１５８は、第２の基板２０を吸着して、第２の基板２０を第１の基板１０の所望の位置に載置する。
【0028】
図２に示すように、第１のロボットアーム１５６は、１又は複数のアクチュエータ１５６ａと、第１のロボットアーム１５６の先端のチャック１５６ｂ（図１参照）とを有する。アクチュエータ１５６ａ及びチャック１５６ｂは、制御部１２０により制御される。第１のロボットアーム１５６のアクチュエータ１５６ａは、図１に簡易的に示す第１のロボットアーム１５６の先端のチャック１５６ｂを適宜の範囲で適宜の位置に動かす。第１のロボットアーム１５６の先端のチャック１５６ｂは、第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を狭持（把持）可能である。
【0029】
図１及び図３に示す第２のロボットアーム１５８は、例えば第２の基板２０を保持し、テーブル１５４の上面の第１の基板１０上の所望の位置に載置する。図２に示すように、第２のロボットアーム１５８は、１又は複数のアクチュエータ１５８ａと、エジェクタ又は真空ポンプなどの真空発生装置１５８ｂとを有する。アクチュエータ１５８ａ及び真空発生装置１５８ｂは、制御部１２０により制御される。第２のロボットアーム１５８のアクチュエータ１５８ａは、第２のロボットアーム１５８の先端のチャック（図示しない）を適宜の範囲で適宜の位置に動かす。第２のロボットアーム１５８の真空発生装置１５８ｂは、例えば第２のロボットアーム１５８の先端のチャックに取り付けられる後述する圧子１６０で、第２の基板２０を吸着可能である。
【0030】
図１及び図３に示すように、第２のロボットアーム１５８の先端のチャックには、圧子１６０が取り付けられる。第２のロボットアーム１５８は、圧子１６０を第２の基板２０の載置位置に向けて押圧する。つまり、第２のロボットアーム１５８は、圧子１６０の先端１６１で、所定の圧力範囲内で、圧子１６０に吸着保持した第２の基板２０を第１の基板１０に向けて押圧する。すなわち、圧子１６０は、テーブル１５４に対向し、テーブル１５４との間に複数の被接合部材である基板１０，２０を挟むように押圧する。圧子１６０は、例えば地面又は床面に直交する方向に負荷をかけるように第２のロボットアーム１５８により動かされることが好適である。
【0031】
接合槽１５２には、エアー導入口１６５が形成されている。エアー導入口１６５は、接合槽１５２の内側と外側とを連通させる。エアー導入口１６５は、例えば接合槽１５２の外側の空気をエアー導入口１６５を通して接合槽１５２内に流入させる。
なお、エアー導入口１６５は、図１中では、接合槽１５２の上側に形成される例を示すが、種々の位置に形成されることが許容される。
なお、エアー導入口１６５は、図１中では、接合槽１５２の上側に形成される例を示すが、種々の位置に形成されることが許容される。
【0032】
温湿度制御ユニット１６４は、例えばエアー導入口１６５の周囲に設けられる。温湿度制御ユニット１６４は、エアー導入口１６５を通過し接合槽１５２内に入れられる空気の温度及び湿度（相対湿度ＲＨ）を適宜の範囲に調整する。すなわち、温湿度制御ユニット１６４は、接合槽１５２内の温度及び湿度が所望の状態となるように調整する。このため、温湿度制御ユニット１６４は、接合槽１５２内の単位体積あたりの水分量を所定の水分量の範囲に調整することができる。
【0033】
温湿度制御ユニット１６４は、例えば、エアー導入口１６５を通る空気を例えばペルチェ素子等を用いて加温及び冷却可能であり、又は、エアー導入口１６５を通る空気に水蒸気（純水）を供給することで湿度を調整可能である。また、湿度の調整には、前処理槽１２２の水蒸気供給部１３８を利用することも可能である。このため、図示しないが、水蒸気供給部１３８は、前処理槽１２２だけでなく、接合槽１５２に接続されることも好適である。
【0034】
一般に、飽和水蒸気量は、温度が上がると上昇し、温度が下がると低下する。このため、温度が低い方が、水蒸気は凝結しやすく、湿度が上昇しやすい。なお、接合槽１５２内の温度は、接合槽１５２内の水蒸気が凍らないように、０℃よりも高い常温とすることが好適である。
【0035】
エアー流出口１６６は、接合槽１５２と外部との連通／遮断の切り替えを行う。エアー流出口１６６は、必要に応じて排気ポンプのように作動し、エアー導入口１６５及び温湿度制御ユニット１６４と協働して、接合槽１５２内の温度及び湿度、すなわち、温湿度を調整する。したがって、本実施形態に係る接合槽１５２は、内側の温湿度を制御可能である。なお、このとき、必要に応じて、水蒸気供給部１３８も用いて、接合槽１５２内の温湿度を調整することも可能である。
【0036】
図５及び図７に示すように、本実施形態では、圧子１６０は、例えば中心軸上が真空発生装置１５８ｂ（図２参照）と連通する吸引路１６０ａを有し、円柱状（円筒状）に形成されているものとする。吸引路１６０ａは、吸引により圧子１６０の先端（押圧部）１６１に第２の基板２０を吸着させる。また、図４及び図６に示す圧子１６０の先端１６１は、第２の基板２０に対して過剰な負荷をかけない素材で形成されている。圧子１６０の先端１６１の素材は、第２の基板２０の面２２の素材に応じて設定可能である。圧子１６０の先端１６１としては、例えばゴム材やスポンジ材等の適宜の緩衝性を有する素材が用いられる。
【0037】
圧子１６０の大きさは、概略、高さ（Ｈ）：３０ｍｍ、幅（Ｗ）：５ｍｍ～１０ｍｍ、奥行き（Ｄ）：５ｍｍ～１０ｍｍである。圧子１６０の先端１６１の押圧面は、例えば円形、楕円形、正方形、長方形等に形成される。圧子１６０の先端１６１が円形である場合、幅及び奥行きは直径となる。
【0038】
【0039】
エアー供給部１６８は、本実施形態では、複数のノズル１６８ａと、エアー供給源１６９（図２参照）とを有する。
【0040】
エアー供給源１６９は、制御部１２０により制御される。制御部１２０は、エアー供給源１６９を制御し、ノズル１６８ａに対する加圧エアーの供給／供給停止を実行する。エアー供給源１６９は、ノズル１６８ａに対する加圧エアーの単位時間あたりの供給量を調整可能であってもよい複数のノズル１６８ａは、加圧エアーを噴射する複数の噴射口として形成される。複数のノズル１６８ａは、可動部１７０により可動され、それぞれ所定方向に加圧エアーを噴射する。このため、複数のノズル１６８ａから噴射される加圧エアーは、複数のノズル１６８ａの向きに応じて流路１６８ｂ（図４、図６、図９、図１１、図１３参照）が規定される。
【0041】
複数のノズル１６８ａは、圧子１６０の周囲を囲むように並べられている。複数のノズル１６８ａの数は、限定されるものではないが、２つ以上であることが好適である。各ノズル１６８ａの先端の噴射口、すなわち、加圧エアーを噴射する複数の噴射口は、下側のテーブル１５４に向けられている。複数のノズル１６８ａの噴射口は、可動部１７０により、圧子１６０の下端を向く位置（図４及び図５参照）と、圧子１６０の先端１６１から圧子１６０を中心軸として径方向外方に離れる位置（図６及び図７参照）との間を移動可能である。このため、可動部１７０は、加圧エアーの流路（噴射の方向）を規定する。
【0042】
本実施形態では、可動部１７０は、１つのアクチュエータ部１７０ａと、複数のノズル１６８ａを回動させる回動軸（回動部）１７０ｂとを有する。本実施形態では、１つのアクチュエータ部１７０ａはバルーンアクチュエータであるものとして説明する。
【0043】
隣接するノズル１６８ａ同士は、ノズル１６８ａに設けられる回動軸１７０ｂにより回動可能に連結されている。回動軸１７０ｂ及びノズル１６８ａのうちの回動軸１７０ｂの受部は、回動部を形成する。回動軸１７０ｂは、圧子１６０の外周側に圧子１６０の中心軸と同心の略円環状に形成される。回動軸１７０ｂは、隣接するノズル１６８ａ同士を連結するが全体として環状でない不連続であってもよく、隣接するノズル１６８ａを貫通する円環状のように連続的に形成されていてもよい。回動軸１７０ｂが不連続である場合、回動軸１７０ｂはストレート状に形成されていてもよく、円弧状に形成されていてもよい。回動軸１７０ｂは、剛性を有する素材であっても、可撓性を有する素材であってもよい。ノズル１６８ａが回動軸１７０ｂの軸回りに回動する際に隣接するノズル１６８ａ間の距離が変わる場合、回動軸１７０ｂは可撓性を有する素材で形成されることが好適である。ノズル１６８ａが回動軸１７０ｂの軸回りに回動する際に隣接するノズル１６８ａ間の距離が変わらない場合、回動軸１７０ｂは剛性を有する素材で形成されてもよく、可撓性を有する素材で形成されてもよい。
【0044】
複数のノズル１６８ａは、それぞれにアクチュエータが設けられていてもよいが、例えば１つのバルーンアクチュエータ１７０ａの動作によって、複数のノズル１６８ａが連動して動くように形成されていることが好適である。
【0045】
図４から図７に示す例では、圧子１６０の外周面と、ノズル１６８ａのうち圧子１６０の外周面側の位置との間には、圧子１６０と同心状の円環状（ドーナツ状）のバルーンアクチュエータ１７０ａが配設されている。各ノズル１６８ａは、例えばバルーンアクチュエータ１７０ａの外周面に固定されている。
【0046】
バルーンアクチュエータ１７０ａには、バルーンアクチュエータ１７０ａの膨張／収縮を切り替えるエアー供給部１７１（図２参照）が接続されている。このため、バルーンアクチュエータ１７０ａは、制御部１２０により制御される。エアー供給部１７１は、例えば接合槽１５２の外側に配置される。
【0047】
バルーンアクチュエータ１７０ａは、例えばエアーの供給により膨張し、エアーの引抜により収縮する。バルーンアクチュエータ１７０ａに対するエアーの供給速度を調整することで、回動軸１７０ｂの軸回りのノズル１６８ａの回動速度が調整される。また、バルーンアクチュエータ１７０ａの膨張量を調整することにより、ノズル１６８ａの最大回動量が調整される。したがって、回動軸（回動部）１７０ｂは、圧子１６０による押圧位置（先端１６１）から第２の基板２０のエッジ部の外側に向かって加圧エアーの噴き出し方向を変更する。本実施形態では、バルーンアクチュエータ１７０ａは、圧子１６０による押圧位置（先端１６１）から第２の基板２０のエッジ部の外側に向かって加圧エアーの噴き出し方向を変更する。
【0048】
なお、本実施形態では、バルーンアクチュエータ１７０ａは、回動軸１７０ｂよりも下側に配置される。
【0049】
エアー供給部１６８は、可動部１７０と協働して、複数のノズル１６８ａを通して、圧子１６０の周囲から、第２の基板２０の面２２のうち、圧子１６０の先端１６１に向かう位置から第２の基板２０のエッジ部に向かって移動するように加圧エアーを供給する。この時、エアー供給部１６８は、圧子１６０の周囲から、第２の基板２０に向かって、環状に噴射するように設けられることが好適である。したがって、可動部１７０は、第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２において、圧子１６０の先端１６１に向かう位置から第２の基板２０のエッジ部（外縁）に向かう加圧エアーの流路を規定する。
【0050】
接合システム１００の図２に示す制御部１２０は、例えばコンピュータである。制御部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ（集積回路であってもよい）と、メモリ、ストレージ等の記憶媒体とを備える。制御部１２０に設けられるプロセッサは、１つであってもよく、複数であってもよい。制御部１２０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、各種の機能を発揮させる処理を実行する。
なお、制御部１２０の制御プログラムは、コンピュータのメモリ及び／又はストレージに記憶されておらず、適宜のサーバー上やクラウド上に置かれていることも好適である。この場合、制御プログラムは、通信インタフェースを介して例えば前処理装置１１６及び接合装置１１８がそれぞれ有するプロセッサと通信しながら実行される。すなわち、本実施形態に係る制御部１２０は、前処理装置１１６及び接合装置１１８がそれぞれ有していてもよく、前処理装置１１６及び接合装置１１８から離れた、接合システム１００のサーバーやクラウド上にあってもよい。
なお、制御部１２０の制御プログラムは、コンピュータのメモリ及び／又はストレージに記憶されておらず、適宜のサーバー上やクラウド上に置かれていることも好適である。この場合、制御プログラムは、通信インタフェースを介して例えば前処理装置１１６及び接合装置１１８がそれぞれ有するプロセッサと通信しながら実行される。すなわち、本実施形態に係る制御部１２０は、前処理装置１１６及び接合装置１１８がそれぞれ有していてもよく、前処理装置１１６及び接合装置１１８から離れた、接合システム１００のサーバーやクラウド上にあってもよい。
【0051】
接合システム１００の一連の動作（被接合部材同士の接合方法）について、図１、図８から図１４を用いて説明する。なお、図８は、本実施形態に係る接合装置１１８を用いる第１の基板１０及び第２の基板２０の接合処理に関するフローチャートである。
【0052】
図１に示すロードポート１１２は、第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を格納したＦＯＵＰを図示しない搬送機から受け取って、ＦＯＵＰからイントロチャンバ１１４内に第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を搬入する。
【0053】
イントロチャンバ１１４は、ロードポート１１２から導入される基板１０，２０のバッファとして使われる。制御部１２０は、真空ポンプ１３２，１３３を作動させて、イントロチャンバ１１４及び前処理槽１２２内を減圧し、イントロチャンバ１１４と前処理装置１１６の前処理槽１２２との間のゲートバルブを開ける。そして、イントロチャンバ１１４から前処理装置１１６の前処理槽１２２内に第１の基板１０及び／又は第２の基板２０を搬入した後、イントロチャンバ１１４と前処理装置１１６の前処理槽１２２との間のゲートバルブを閉める。
【0054】
前処理装置１１６において、１又は複数の第１の基板１０、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０が前処理槽１２２内に搬入され、所定の向きに向けられて第１の電極１２８上で保持される。本実施形態では、第１の基板１０の接合面１１及び第２の基板２０の接合面２１となる側が、上側である。
【0055】
そして、制御部１２０は、ガス供給部１３４から例えばアルゴンなどの希ガス、酸素ガス等の処理ガスを前処理槽１２２内に供給しながら、電源１２４により電極１２８，１３０間に交番電圧を印加する。２つの電極１２８，１３０間の電界により前処理槽１２２内に供給された処理ガスがプラズマ化される。すなわち、第１の電極１２８と第２の電極１３０との間において、１又は複数の第１の基板１０の接合面（表面）１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面（表面）２１の周囲に、粒子を含むプラズマを発生させる。プラズマ中の粒子を電圧により粒子に所定の運動エネルギーを付与し、１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１に向けて加速させる。
【0056】
処理ガスのプラズマにより、１又は複数の第１の基板１０の接合面（表面）１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面（表面）２１が改質される。例えば、アルゴンガスのプラズマは、１又は複数の第１の基板１０の接合面（表面）１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面（表面）２１を活性化させ、親水化を促進させる。酸素ガスのプラズマは、１又は複数の第１の基板１０の接合面（表面）１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面（表面）２１を活性化させ、親水化を促進させる。
【0057】
制御部１２０は、前処理槽１２２内への処理ガスの供給を停止するとともに、交番電圧の印加を停止する。
【0058】
制御部１２０は、１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１上に水蒸気供給部１３８から水蒸気（純水）を供給する。水蒸気が供給されると、供給された水蒸気は１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１上を拡散する。１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１には、水酸基（例えばシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ基））が形成して基板１０，２０の接合面１１，２１が親水化される。このように、１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１には、前処理が行われる。なお、水蒸気は大気中の水蒸気を含む。
【0059】
なお、１又は複数の第１の基板１０の接合面１１、及び／又は、１又は複数の第２の基板２０の接合面２１上への水蒸気（純水）の供給は、前処理装置１１６の前処理槽１２２の水蒸気供給部１３８ではなく、接合装置１１８の接合槽１５２内であってもよい。すなわち、接合装置１１８の接合槽１５２に水蒸気供給部１３８が設けられることも好適である。
【0060】
前処理装置１１６で常時真空プラズマ処理を行う場合、前処理槽１２２の大気開放ができない。このため、制御部１２０は、イントロチャンバ１１４と前処理装置１１６の前処理槽１２２との間のゲートバルブ（図示しない）を開け、処理した基板１０，２０を前処理槽１２２からイントロチャンバ１１４に排出した後、ゲートバルブを閉める。制御部１２０は、真空ポンプ１３２を作動させたまま真空ポンプ１３３の作動を停止し、ガス供給部１３５を開放する。このため、イントロチャンバ１１４が大気に開放され、イントロチャンバ１１４内に大気が導入される。制御部１２０は、イントロチャンバ１１４内で前処理した基板１０，２０を、例えば第１のロボットアーム１５６により、接合装置１１８にそれぞれ搬送する。
なお、前処理装置１１６と接合装置１１８との間に減圧チャンバを設けて、この減圧チャンバを経由して基板１０，２０を接合装置１１８に搬入することも好適である。
なお、前処理装置１１６と接合装置１１８との間に減圧チャンバを設けて、この減圧チャンバを経由して基板１０，２０を接合装置１１８に搬入することも好適である。
【0061】
次に、制御部１２０は、エアー導入口１６５、温湿度制御ユニット１６４、及び、エアー流出口１６６を制御して、接合槽１５２内の温度及び湿度を調整することが好ましい（ステップＳ１）。すなわち、制御部１２０は、例えばエアー導入口１６５を通して接合槽１５２内に流入させる空気の流量、及び、エアー流出口１６６を通して接合槽１５２外に流出させる空気の流量を調整するとともに、温湿度制御ユニット１６４を制御して、接合槽１５２内の温度及び湿度を調整することが好ましい。このため、前処理した第１の基板１０及び第２の基板２０が接合装置１１８に搬入された時点で、接合槽１５２内の温湿度が既に設定値に到達していることが好ましい。
【0062】
制御部１２０は、図１及び図３に示す接合装置１１８の第１のロボットアーム１５６のアクチュエータ１５６ａ及びチャック１５６ｂを動かし、例えばイントロチャンバ１１４内の第１の基板１０の接合面（接触面、親水化面）１１を触らないように把持し、図１に示すように、テーブル１５４上の所望の位置に、第１の基板１０の接合面１１を上側にして載置する。すなわち、第１のロボットアーム１５６の先端のチャック１５６ｂは、前処理装置１１６で処理した第１の基板１０を例えばイントロチャンバ１１４を介して受け取り、所定の範囲内で所望の位置に移動可能である。このとき、テーブル１５４には、第１の基板１０の接合面１１とは反対側の面（テーブル１５４に対する接触面）１２が接触する。
【0063】
このように、第１のロボットアーム１５６は、例えば、基板１０の親水化した面（接合面１１）に触れないように、基板１０の縁部を把持する。
【0064】
また、制御部１２０は、第１のロボットアーム１５６のアクチュエータ１５６ａ及びチャック１５６ｂを動かし、例えばイントロチャンバ１１４内の第２の基板２０の接触面（接合面、親水化面）２１を触らないように把持する。そして、第１のロボットアーム１５６の動作により第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２を第２のロボットアーム１５８に向けさせ、第２のロボットアーム１５８の先端の圧子１６０の先端１６１を第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２に接触させる。このとき、第２のロボットアーム１５８の先端の圧子１６０の先端１６１で、吸引路１６０ａを通して第２の基板２０の面２２を吸着する。この状態で、第１のロボットアーム１５６のチャック１５６ｂのクランプを解除することにより、第２のロボットアーム１５８は、第１のロボットアーム１５６から第２の基板２０を受け取る。
制御部１２０は、第１のロボットアーム１５６のチャック１５６ｂを例えば１８０°程度回動させて、チャック１５６ｂで把持した第２の基板２０の表裏を反転させる。このため、第１のロボットアーム１５６は、例えば、接合面２１を下側に、接合面２１とは反対側の面２２を上側に向ける。そして、上側に向けられた接合面２１とは反対側の面２２が、第２のロボットアーム１５８のチャックとしての圧子１６０で吸着される。
なお、第２の基板２０の表裏を反転させる場合、チャック１５６ｂを１８０°回動させる代わりに、第１のロボットアーム１５６のチャック１５６ｂを例えば９０°回動させ、かつ、第２のロボットアーム１５８の先端を９０°回動させてもよい。
制御部１２０は、第１のロボットアーム１５６のチャック１５６ｂを例えば１８０°程度回動させて、チャック１５６ｂで把持した第２の基板２０の表裏を反転させる。このため、第１のロボットアーム１５６は、例えば、接合面２１を下側に、接合面２１とは反対側の面２２を上側に向ける。そして、上側に向けられた接合面２１とは反対側の面２２が、第２のロボットアーム１５８のチャックとしての圧子１６０で吸着される。
なお、第２の基板２０の表裏を反転させる場合、チャック１５６ｂを１８０°回動させる代わりに、第１のロボットアーム１５６のチャック１５６ｂを例えば９０°回動させ、かつ、第２のロボットアーム１５８の先端を９０°回動させてもよい。
【0065】
したがって、制御部１２０は、吸引路１６０ａを通して第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２を吸引するとき、第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２の図心に圧子１６０の先端１６１を接触させる（ステップＳ２）。そして、制御部１２０は、テーブル１５４上の第１の基板１０の接合面１１に、第２の基板２０の接合面２１が接するように、第１の基板１０に第２の基板２０を載置する。すなわち、制御部１２０は、第２のロボットアーム１５８の先端の圧子１６０の先端１６１を移動させて第１の基板１０の接合位置に第２の基板２０を移動させる（ステップＳ３）。
【0066】
制御部１２０は、第２のロボットアーム１５８のアクチュエータ１５８ａ及び真空発生装置１５８ｂを動かし、必要に応じて、圧子１６０の先端１６１で、第１の基板１０に対して第２の基板２０を所望の位置に所望の向き（姿勢）で載置する。
【0067】
そして、制御部１２０は、第２のロボットアーム１５８のアクチュエータ１５８ａで圧子１６０の先端１６１をテーブル１５４に向けて押圧する（ステップＳ４）。このとき、圧子１６０は、第１の基板１０のテーブル１５４に対する接触面１２とは反対側の接合面１１に対して第２の基板２０の接合面２１を接触させた状態で、適宜の範囲内の圧力で、第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２を第１の基板１０の接合面１１に向けて押圧する。テーブル１５４と圧子１６０との間の第１の基板１０の接合面１１及び第２の基板２０の接合面２１が密着する。図９には、この状態での、第１の基板１０、第２の基板２０、圧子１６０、エアー供給部１６８のノズル１６８ａ、可動部１７０を示す。
【0068】
制御部１２０は、エアー供給源１６９を駆動し、ノズル１６８ａから、第２の基板２０の面２２のうち圧子１６０の先端１６１の外周面に向けて加圧エアーを噴射させる（ステップＳ５）。加圧エアーが第２の基板２０のうち接合面２１とは反対側の面２２に当てられると、第２の基板２０が弾性変形する。
【0069】
ここで、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面において、図１０に示すように、１又は複数のボイドＶが発生し得る。圧子１６０の直下の領域では、圧子１６０の押圧力によりボイドＶの存在が抑制される。ボイドＶは、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面のうち、圧子１６０の直下の領域から外れた領域に存在し得る。そして、第２の基板２０の面２２に加圧エアーが当てられると、第２の基板２０が弾性変形して、加圧エアーが当てられた領域の直下の領域からボイドＶが、圧子１６０の中心軸に対して径方向外方に向かって押し出される。
【0070】
なお、図１０中の円環状の破線Ｂは、最初にノズル１６８ａから噴射された加圧エアーが当てられた第２の基板２０の面２２の領域のうち、第２の基板２０を弾性変形させることが可能な強さのエアーが当てられた領域の外縁の位置を示す。この外縁Ｂは、実際には第２の基板２０の面２２上において、連続的な環状（円環状）となる。
【0071】
本実施形態では、制御部１２０は、エアー供給源１６９を作動させて加圧エアーをノズル１６８ａから噴射させながら、エアー供給部１７１を作動させてバルーンアクチュエータ１７０ａを膨張させていく。すると、バルーンアクチュエータ１７０ａの膨張に応じて、図９に示す状態から図１１に示す状態に向かって、各ノズル１６８ａが回動軸１７０ｂの軸回りに回動する（ステップＳ６）。すなわち、可動部１７０により、各ノズル１６８ａを回動させる。このため、各ノズル１６８ａの先端（噴射口）は圧子１６０の中心軸に対して例えば同心状に径方向外方に向かって向きが変化していく。したがって、図１２に示すように、ノズル１６８ａから、圧子１６０の先端の外周面に向けて噴射させた加圧エアーが第２の基板２０に当たる位置の外縁Ｂが、圧子１６０の中心軸に対して例えば同心状に径方向外方に向かって移動する。
【0072】
このとき、制御部１２０は、ノズル１６８ａから噴射される加圧エアーを途切れることなく連続して第２の基板２０の面２２に当て続けることが好適であるが、ボイドＶは瞬間的に適宜の距離移動し得るため、所定の時間間隔ごとに不連続に第２の基板２０の面２２に当てることも好適である。なお、所定の時間間隔に応じて、ノズル１６８ａは径方向外方に向かって例えば所定角度回動する。そして、第２の基板２０の面２２に加圧エアーが当てられると、第２の基板２０が弾性変形して、加圧エアーが当てられた領域の直下の領域からボイドＶが、圧子１６０の中心軸に対して径方向外方に向かって押し出される。
【0073】
そして、バルーンアクチュエータ１７０ａの更なる膨張に応じて、図１１に示す状態から図１３に示す状態に向かって、各ノズル１６８ａが回動軸１７０ｂの軸回りに回動する。このため、各ノズル１６８ａの先端（噴射口）は圧子１６０の中心軸に対して例えば同心状に径方向外方に向かって向きが変化していく。したがって、図１４に示すように、ノズル１６８ａから、圧子１６０の先端の外周面に向けて噴射させた加圧エアーが第２の基板２０に当たる位置の外縁Ｂが、圧子１６０の中心軸に対して例えば同心状に径方向外方に向かって移動する。
【0074】
このときも、ノズル１６８ａから噴射される加圧エアーは上述したように時間的に連続して、又は、不連続に、第２の基板２０の面２２に当てられる。そして、ノズル１６８ａから噴射される加圧エアーは、例えば第２の基板２０の面２２のエッジ部を超えて、又は、エッジ部の周辺まで噴射される。このため、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面に存在し得るボイドＶが、第２の基板２０の図心から離れた第２の基板２０のエッジ部に向かって移動する。このとき、各ノズル１６８ａから噴射される加圧エアーは第２の基板２０の図心を中心とする連続する円環状に第２の基板２０の面２２に当てられる。そして、加圧エアーが当てられた領域である連続する円環の径（外縁Ｂ）は、連続した状態を維持しながら徐々に大きくなる。したがって、ボイドＶは、加圧エアーが当てられた領域の間から圧子１６０の中心軸に向かって移動することが防止される。このため、可動部１７０は、加圧エアーが圧子１６０による押圧位置（先端１６１）から第２の基板２０のエッジ部の外側に向かって環状に噴射するように加圧エアーの流路を規定する。
【0075】
一般に、接合装置１１８は圧子１６０で、ピックアップされた第２の基板２０の接合面２１を第１の基板１０の接合面１１に押し込むことで接合を実施する。しかし、第２の基板２０に例えば僅かに反りがある場合、第２の基板２０が第１の基板１０に押圧されたとき、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面内に空気が囲まれてボイドが発生し、接合の品質が落ちることがある。本実施形態に係る接合装置１１８を用いることにより、例えば吸着で第２の基板２０を第１の基板１０の所望の位置に位置合わせした後、圧子１６０の先端１６１で第２の基板２０の図心を含む中心部をプレスする。このとき、接合装置１１８は、加圧エアーを第２の基板２０の中心部から第２の基板２０のエッジ部まで順に略同心状に径方向内方から径方向外方に向かって噴き出す。このため、加圧エアーによる影響により第２の基板２０が弾性変形しながら、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面に囲まれたボイドＶを第２の基板２０のエッジ部の外方に追い出すことができる。このとき、制御部１２０は、例えばエアー供給部１６８のエアー供給源１６９からのエアーの供給量、すなわち、バルーンアクチュエータ１７０ａの膨張の程度に基づいて、ノズル１６８ａの回動量が所望の角度まで回動していないと判断する（Ｓ７－Ｎｏ）と、ステップＳ５におけるエアー供給源１６９の駆動、ステップＳ６におけるエアー供給部１７１の駆動を維持する。制御部１２０は、ノズル１６８ａの回動量が所望の角度に回動したと判断する（Ｓ７－Ｙｅｓ）と、エアー供給源１６９、エアー供給部１７１の駆動を停止させる（ステップＳ８）。
【0076】
そして、第１のロボットアーム１５６は、例えば第１の基板１０と第２の基板２０とを接合したアセンブリ基板をチャックで保持し、所望の位置に移動可能である。すなわち、制御部１２０は、アセンブリ基板を所望の位置に搬送するか否かを出力する（ステップＳ９）。
【0077】
制御部１２０がアセンブリ基板の搬送が必要であると出力した場合（Ｓ９－Ｙｅｓ）、制御部１２０は、圧子１６０の吸引路１６０ａを用いた第２の基板２０に対する吸引を開放して、第２の基板２０が第１の基板１０に接合されたアセンブリ基板から、第２のロボットアーム１５８を退避させる。その後、第１のロボットアーム１５６によりアセンブリ基板を所望の位置に搬送する。すなわち、制御部１２０は、第１のロボットアーム１５６により、所望の位置に、アセンブリ基板を搬送する（ステップＳ１０）。
【0078】
制御部１２０がアセンブリ基板の搬送がまだ必要でないと出力した場合（Ｓ９－Ｎｏ）、制御部１２０は、吸引路１６０ａを用いた吸引を開放して第２の基板２０を開放する（ステップＳ１１）。そして、制御部１２０は、上述したように、第１のロボットアーム１５６及び第２のロボットアーム１５８を制御して、新たな第２の基板２０を第１の基板１０の残りの所望の位置に接合する処理を繰り返し行う。
【0079】
なお、本実施形態では、制御部１２０は、常温で第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面を密着させただけである。このため、第１の基板１０及び第２の基板２０は、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間のファンデルワールス力による接合、及び／又は、シラノール基間の水素結合による接合を行った状態にある。例えば、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面を、３００℃程度など適宜の温度でアニール処理と称されるような熱処理を行うことで、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面に強固な接合を形成することができる。これは、シラノール基同士の脱水縮合反応により、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合）を生じさせることによる。このような熱処理は、接合槽１５２内で行ってもよく、接合槽１５２外で行ってもよい。すなわち、本実施形態に係る接合装置１１８を用いることにより、第１の基板１０の接合面１１と、第２の基板２０の接合面２１とに接触した界面に結合を生じさせることができる。このような熱処理は、接合槽１５２内で行ってもよく、接合槽１５２外で行ってもよい。これにより、本実施形態に係る接合装置１１８は、第１の基板１０の接合面１１と、第２の基板２０の接合面２１とを強固に固定することができる。
【0080】
本実施形態では、例えば、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との界面に適宜の接着剤を配置してもよい。接着剤として、例えば、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が挙げられる。この場合も、本実施形態に係る接合装置１１８を用いると、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面（接着面）に囲まれたボイドを第２の基板２０のエッジ部の外方に追い出すことができる。この場合、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１に何らかの前処理をしてもよいし、しなくてもよい。
【0081】
したがって、圧子１６０は、第１の基板（第１の被接合部材）１０のテーブル１５４に対する接触面１２とは反対側の接合面（平面）１１に対して第２の基板（第２の被接合部材）２０の接合面（平面）２１を直接的又は間接的に接触させた状態で、第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２を第１の基板１０の接合面１１に向けて押圧し、第１の基板１０の接合面１１に対して第２の基板２０の接合面２１を押圧することが可能である。そして、エアー供給部１６８は、第１の基板１０の接合面１１に対して第２の基板２０の接合面２１を押圧させた位置の周囲の第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２に向けて加圧エアーを供給し、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板の接合面２１との間の１又は複数のボイドを圧子１６０による押圧位置（押圧させた位置）から第２の基板２０のエッジ部の外側に向かって押し出すことが可能である。
【0082】
図１、図３及び図９中、第１の基板１０の接合面１１に対して、第２の基板（実装部材）２０の接合面２１の面積が小さい場合を例にして説明した。しかし、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１の面積が同じであってもよい。また、例えば、第１の基板１０と第２の基板２０とが例えば円盤状など、同じ形状であってもよいし、第１の基板１０が円盤状で、第２の基板２０が矩形であってもよい。その逆であってもよい。
【0083】
第１の基板１０、第２の基板２０は、プリント基板などであってもよい。この場合、例えば接着剤を用いて第１の基板１０と第２の基板２０とを接合してもよい。接着剤を用いる場合、ロードポート１１２、イントロチャンバ１１４、前処理装置１１６は不要となり得る。また、接合装置１１８の温湿度制御ユニット１６４も不要となり得る。第１の基板１０、第２の基板２０の少なくとも一方として、適宜の可撓性を有するフィルム状部材を含み得る。
【0084】
上述した例では、１つの第１の基板１０に対して１つの第２の基板２０を１つの圧子１６０を用いて貼り合わせる例について説明した。例えば、１つの第１の基板１０に対して複数の第２の基板２０を１つの圧子１６０を用いて順に、又は、同時に複数の圧子１６０を用いて貼り合わせてもよい。同時に複数の圧子１６０を用いる場合、各圧子１６０の周囲には、エアー供給部１６８が設けられることが好適である。
【0085】
本実施形態では、複数のノズル１６８ａを圧子１６０の外周側に配置する例について説明した。第２の基板２０の面２２に加圧エアーが当たる際に、全体として連続する円環状（図１０、図１２及び図１４参照）に加圧エアーが当たるのであれば、ノズル１６８ａの数及びノズル１６８ａから噴射される加圧エアーのスプレーパターン、スプレー角度等は、適宜に設定可能である。また、第２の基板２０とノズル１６８ａとの間の距離は、適宜に設定可能である。
【0086】
なお、本実施形態では、バルーンアクチュエータ１７０ａは、回動軸１７０ｂよりも下側に配置される例について説明した。バルーンアクチュエータ１７０ａは、回動軸１７０ｂよりも上側に配置されることも好適である。この場合、ノズル１６８ａから圧子１６０の先端１６１に向けて加圧エアーを供給するとき、バルーンアクチュエータ１７０ａは膨張し、圧子１６０の先端から離れた位置に加圧エアーを供給するとき、バルーンアクチュエータ１７０ａは収縮する。
【0087】
本実施形態では、複数のノズル１６８ａを１つのバルーンアクチュエータ１７０ａで回動軸１７０ｂの軸回りに回動させる例について説明した。複数のノズル１６８ａと例えば同じ数のアクチュエータを用いて、複数のノズル１６８ａをそれぞれ制御して回動軸１７０ｂの軸回りに回動させることも好適である。
【0088】
本実施形態では、前処理装置１１６として、プラズマ処理を用いて基板１０，２０の面１１，２１を活性化させる例について説明した。基板１０，２０の面１１，２１を活性化させるプラズマ処理方法としては、例えば、大気圧プラズマ処理、低気圧プラズマ処理、高気圧プラズマ処理、又は液中プラズマ処理などが挙げられる。また、前処理装置１１６として、例えば、上述した真空プラズマ装置を用いることも好適である。
【0089】
したがって、本実施形態によれば、第１の基板１０と第２の基板２０との密着性を向上させることが可能な接合装置１１８、及び、接合装置１１８を有する接合システム１００を提供することができる。
【0090】
前処理槽１２２による前処理は、真空プラズマ処理のほか、大気圧プラズマ処理、低気圧プラズマ処理など高真空が要求されない前処理方法を行うことも可能である。この場合、前処理槽１２２は、大気に対して開放される状態と、密封される状態とに切り替え可能である。
【0091】
（変形例）
図１５を用いて、接合装置１１８の圧子１６０の変形例について説明する。
図１５を用いて、接合装置１１８の圧子１６０の変形例について説明する。
【0092】
上述した実施形態では、バルーンアクチュエータ１７０ａを用いて、ノズル１６８ａを回動軸１７０ｂの軸回りに回動させる例について説明した。複数のノズル１６８ａのアセンブリの形成状態によっては、バルーンアクチュエータ１７０ａを用いず、第２の基板２０の面２２に対して円環状に第２の基板２０を弾性変形させるような圧力の加圧エアーを供給可能である。複数のノズル１６８ａは、例えば圧子１６０の外周面に対して周方向に例えば等間隔に配置されている。
【0093】
各ノズル１６８ａは、ノズル１６８ａの例えば直下であって、圧子１６０の外周面に沿って圧子１６０の中心軸に平行な方向に最も大きな圧力のエアーを供給し、圧子１６０の中心軸から径方向外方に向かって、ノズル１６８ａから吐出するエアーの圧力が弱くなるように調整されていることが好適である。なお、エアーの圧力は、第２の基板２０のエッジ部又はエッジ部の近傍まで負荷されるように調整されていることが好適である。
【0094】
したがって、各ノズル１６８ａは、圧子１６０の先端１６１に近い側の第２の基板２０の面２２に対してより強い加圧エアーを供給する。各ノズル１６８ａは、第２の基板２０の面２２において、圧子１６０の先端１６１から離れ、第２の基板２０のエッジ部に向かうにつれて第２の基板２０の面２２に加えられる圧力が弱くなる。この場合、第２の基板２０の面２２で受ける加圧エアーの圧力は、圧子１６０の先端１６１に近い側で大きく、圧子１６０の中心軸から径方向外方に離れるにつれて小さくなる。このため、ボイドＶは、例えば圧子１６０の先端１６１の近傍から、径方向外方に向かって移動する。このように、加圧エアーの圧力差により、ノズル１６８ａを図４に示す回動軸１７０ｂの軸回りに回動させずに、ボイドＶを圧子１６０の中心軸から径方向外方に向かって押し出すことができる。すなわち、バルーンアクチュエータ１７０ａ及び回動部１７０ｂは、必ずしも必要でない場合があり得る。
【0095】
前述したように、ノズル１６８ａを動かすための、バルーンアクチュエータ１７０ａなどのアクチュエータは必ずしも必要ではない。例えば、ノズル１６８ａに対して加圧エアーを供給し、加圧エアーをノズル１６８ａの噴射口から外部に噴射させる際、加圧エアーによる反力により、ノズル１６８ａには、ノズル１６８ａを回動軸１７０ｂに対して回動させようとする力が働く。この力を使って、加圧エアーをノズル１６８ａから外部に噴射させる際に、ノズル１６８ａを図９に示す位置から図１３に示す位置まで回動させてもよい。
【0096】
なお、このとき、ノズル１６８ａとノズル１６８ａの回動軸１７０ｂとの間に例えば第２実施形態で説明するトーションバネ１９２ｃ（図１６から図１８参照）を配置することにより、加圧エアーの噴射量に応じてノズル１６８ａの回動速度、回動量を調整することができる。この場合、トーションバネ１９２ｃの一端は、ノズル１６８ａに支持され、他端は圧子１６０の外周面に支持される。また、トーションバネ１９２ｃのリングが支持される回動軸１７０ｂは、圧子１６０の外周面と各ノズル１６８ａとの間に設けられる。
【0097】
そして、ノズル１６８ａに加圧エアーが供給されていないとき、ノズル１６８ａは図４及び図９に示す位置に維持され、ノズル１６８ａに加圧エアーが供給されると、ノズル１６８ａは図４及び図９に示す位置から、図６及び図１３に示す位置に回動する。
【0098】
すなわち、複数のノズル１６８ａは、圧子１６０の周囲で例えば圧子１６０に支持され、アクチュエータ部１７０ａを用いず、例えば、空気が吹き出す反動、又は、第２の基板２０の面２２から反射されるエアー等により、所定範囲を回動可能であることも好適である。
【0099】
本変形例によれば、第１の基板１０と第２の基板２０との密着性を向上させることが可能な接合装置１１８、及び、接合装置１１８を有する接合システム１００を提供することができる。
【0100】
（第２実施形態）
図１６から図１８を用いて、第２実施形態に係る接合システム１００の接合装置１１８について説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であって、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
図１６から図１８を用いて、第２実施形態に係る接合システム１００の接合装置１１８について説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であって、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【0101】
本実施形態に係る接合システム１００は、第１実施形態で説明したロードポート１１２、イントロチャンバ１１４、前処理装置（表面活性化装置）１１６、接合装置１１８、制御部１２０を適宜に用いることができる。
【0102】
接合装置１１８の圧子１６０は、吸引路１６０ａを有する柱状であれば、適宜の形状が許容される。本実施形態では、説明の簡単のため、圧子１６０が正四角柱であるとして説明する。
【0103】
本実施形態では、エアー供給部１６８は、圧子１６０の外周面との間に圧子１６０の外周の周方向に連続する外装板（流路壁）１８８ａと、加圧エアーの流路を規定する可動部１８８ｂとを有する。
【0104】
外装板１８８ａは、圧子１６０の外周面に例えば平行に離間して配置される。
【0105】
可動部１８８ｂは、外装板１８８ａに支持される調整板（回動板）１９２ａと、外装板１８８ａと調整板（回動板）１９２ａとの間の回動軸１９２ｂと、調整板１９２ａを回動軸１９２ｂの軸回りに付勢するトーションバネ１９２ｃと、エアー供給源１６９とを備える。なお、調整板（回動板）１９２ａは、圧子１６０とともに、加圧エアーの環状の流路１８９を規定する。本実施形態では、可動部１８８ｂは、第２の基板２０の接合面２１とは反対側の面２２において、圧子１６０の先端に向かう位置から第２の基板２０のエッジに向かう加圧エアーの流路を規定する。流路１８９は、加圧エアーが圧子１６０の先端に向かう位置から第２の基板２０のエッジに向かって環状に噴射するように規定される。流路１８９は、例えば、４つの調整板１９２ａ、４つの回動軸１９２ｂ、４つのトーションバネ１９２ｃにより形成される。流路１８９は、加圧エアーを圧子１６０の周囲から噴き出す隙間（噴き出し口）Ｇを有する。
【0106】
調整板１９２ａは、外装板１８８ａの例えば先端（下端）に、回動軸１９２ｂにより、所定範囲内を回動可能に支持されている。調整板１９２ａ及び回動軸１９２ｂは、回動部を形成する。調整板１９２ａは回動軸１９２ｂの軸回りに回動し、圧子１６０の外周面と外装板１８８ａとの間の流路１８９を圧子１６０の先端１６１に向かって流れる加圧エアーを圧子１６０の周囲との隙間Ｇから圧子１６０の先端１６１及び第２の基板２０の面２２に向かって噴射させる。調整板１９２ａは、流路１８９を圧子１６０の先端１６１に向かって流れる加圧エアーが第２の基板２０の面２２に当たる領域の面積を調整する。このため、本実施形態での流路１８９は、第１実施形態で説明したノズル１６８ａの流路１６８ｂとは異なり、噴出口の大きさが一定ではなく、隙間Ｇの大きさに応じて変化する。
【0107】
圧子１６０が正四角柱である場合、回動軸１９２ｂは、圧子１６０の外周面に平行で、圧子１６０の中心軸に直交する方向に延びる。なお、調整板１９２ａは、例えば長方形又は正方形状に形成され、１つの辺（縁部）が回動軸１９２ｂにより支持される。
【0108】
トーションバネ１９２ｃのリングは、回動軸１９２ｂの周囲に配置される。トーションバネ１９２ｃの一端は、外装板１８８ａに例えば連結され、他端は調整板１９２ａに例えば連結されている。このため、トーションバネ１９２ｃは、調整板１９２ａを付勢し、調整板１９２ａの下端（先端）が圧子１６０の外周面に当接又は近接するように位置させる。
【0109】
なお、調整板１９２ａは、トーションバネ１９２ｃにより、加圧エアーが流路１８９に流されていない回動位置を初期位置とし、図１８に示す第２の回動位置を最大回動位置とする。図１６に示す圧子１６０に対する調整板１９２ａの回動位置は、加圧エアーが調整板１９２ａに到達した直後における位置である。このため、調整板１９２ａの初期位置は、例えば図１６に示す位置である。調整板１９２ａの先端（下端）の位置に応じて、圧子１６０の外周面との隙間Ｇの量（流路１８９）が調整される。
【0110】
すなわち、トーションバネ１９２ｃの他端は、流路１８９に加圧エアーが供給されていない状態で、例えば図１６に示す位置に調整板１９２ａが配置されるように、調整板１９２ａを支持する。図１６中、調整板１９２ａの下端と圧子１６０の外周面との間に隙間Ｇが存在しているが、調整板１９２ａの下端と圧子１６０の外周面とが当接していてもよい。この場合、隙間Ｇはゼロであり、流路１８９は閉じている。
【0111】
なお、本実施形態では、ノズル１６８ａ及びバルーンアクチュエータ１７０ａは設けられていない。
【0112】
本実施形態に係る接合装置１１８の動作について説明する。ここでは、第１実施形態で説明したように、制御部１２０は、第２のロボットアーム１５８のアクチュエータ１５８ａで圧子１６０の先端１６１を第２の基板２０の面２２に当接させ、第２の基板２０の面２２をテーブル１５４に向けて押圧した状態にあるとする。このとき、テーブル１５４と圧子１６０との間の第１の基板１０の接合面１１及び第２の基板２０の接合面２１が密着する。
【0113】
このとき、第１実施形態で説明したように、ボイドＶ（図１０参照）は、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面のうち、圧子１６０の直下の領域から外れた領域に存在し得る。
【0114】
制御部１２０は、エアー供給源１６９を駆動し、外装板１８８ａと圧子１６０の外周面との間の流路１８９を通して、調整板１９２ａに向けて加圧エアーを送る。このとき、図１６に示すように、圧子１６０の外周面と調整板１９２ａの先端との間の隙間Ｇを流路１８９として、圧子１６０の先端１６１の外周面に向けて加圧エアーを噴射させる。加圧エアーは、第２の基板２０のうち接合面２１とは反対側の面２２に当てられて、第２の基板２０が弾性変形する。
【0115】
そして、加圧エアーが当てられた領域は、第２の基板２０が弾性変形して、加圧エアーが当てられた領域からボイドＶが押し出される。
【0116】
流路１８９を通して加圧エアーが調整板１９２ａに当てられると、トーションバネ１９２ｃの付勢力に抗して、回動軸１９２ｂの軸回りに調整板１９２ａが図１６に示す位置から、図１７に示す位置を通して、図１８に示す位置まで回動する。
【0117】
このとき、隙間Ｇを流路１８９として噴射された加圧エアーが当てられた第２の基板２０の面２２の領域のうち、第２の基板２０を弾性変形させることが可能な強さのエアーが当てられた領域の外縁Ｂの位置は、第２の基板２０の面２２上において、連続的な環状となる。回動軸１９２ｂの軸回りに調整板１９２ａが図１６に示す位置から図１８に示す位置まで回動すると、外縁Ｂは、図１０に示す位置から図１２に示す位置を通して図１４に示す位置まで到達する。このため、ボイドＶが、第２の基板２０の外縁の外側に押し出される。なお、図１０、図１２及び図１４では、外縁Ｂを円環状に示すが、本実施形態では、外縁Ｂの形状は、略四角環状となる。
【0118】
このように、本実施形態では、エアー供給源１６９を作動させて加圧エアーを圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇを流路１８９として噴射させる。調整板１９２ａに加圧エアーが当たると、トーションバネ１９２ｃの付勢力に抗して調整板１９２ａが回動し、圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇが大きくなる。このため、圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇを通して圧子１６０の先端の外周面に向けて噴射させた加圧エアーを第２の基板２０に当たる位置が、圧子１６０の中心軸に対して例えば同心状に径方向外方に向かって広がる。このとき、圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇから噴射される加圧エアーは、時間的に連続して、又は、不連続に第２の基板２０に当てられる。そして、圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇから噴射される加圧エアーは、時間的に連続して、又は、不連続に第２の基板２０の面２２のエッジ部又はその周辺まで噴射される。このため、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間の界面に存在し得るボイドＶが、第２の基板２０の図心から離れた第２の基板２０のエッジ部に向かって移動する。このとき、圧子１６０と調整板１９２ａとの間の隙間Ｇから噴射される加圧エアーは第２の基板２０の図心を中心とする連続する環状（四角環状）に第２の基板２０の面２２に当てられる。そして、加圧エアーが当てられた領域である連続する環（四角環）の外縁（図１０、図１２、図１４中の符号Ｂ参照）は、連続した状態を維持しながら徐々に大きくなる。したがって、ボイドＶは、加圧エアーが当てられた領域の間から圧子１６０の中心軸に向かって移動することが防止される。
【0119】
制御部１２０が流路１８９を通した調整板１９２ａへの加圧エアーの供給を停止すると、トーションバネ１９２ｃの付勢力により、調整板１９２ａが図１８に示す位置から図１７に示す位置を通して、図１６に示す位置まで戻される。
【0120】
本実施形態で説明した圧子１６０は、四角柱状である場合を例にして説明した。円柱状又は楕円柱状など、圧子１６０の形状は適宜に設定可能である。この場合、調整板１９２ａの形状は適宜に設定可能である。例えば、複数の調整板１９２ａで全体として円筒を形成するように形成されることが好適である。この場合、各調整板１９２ａが加圧エアーの作用により、トーションバネ１９２ｃの付勢力に抗して回動軸１９２ｂの軸回りに回動し得る。
【0121】
本実施形態では、トーションバネ１９２ｃを用いる例について説明したが、板バネ等の他の付勢部材を用いてもよい。また、付勢部材を用いる代わりに、例えばモータ等を用いて、調整板１９２ａの回動量を制御（位置制御）してもよい。
【0122】
したがって、本実施形態によれば、第１の基板１０と第２の基板２０との密着性を向上させることが可能な接合装置１１８、及び、接合装置１１８を有する接合システム１００を提供することができる。
【0123】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の接合装置１１８、及び、接合装置１１８を有する接合システム１００によれば、第１の基板１０と第２の基板２０との間のボイドＶを減少又はなくすことができるので、第１の基板１０と第２の基板２０との間の密着性を向上させることができる。
【0124】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0125】
１０…第１の基板、１１…接合面、２０…第２の基板、２１…接合面、２２…面、１００…接合システム、１１６…前処理装置、１１８…接合装置、１２０…制御部、１５２…接合槽、１５４…テーブル、１５６…第１のロボットアーム、１５６ａ…アクチュエータ、１５６ｂ…チャック、１５８…第２のロボットアーム、１５８ａ…アクチュエータ、１５８ｂ…真空発生装置、１６０…圧子、１６０ａ…吸引路、１６１…先端（下端）、１６５…エアー導入口、１６４…温湿度制御ユニット、１６６…エアー流出口、１６８…エアー供給部、１６８ａ…ノズル、１６９…エアー供給源、１７０…アクチュエータ部（バルーンアクチュエータ）、１７０ｂ…回動軸、１７１…エアー供給部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
