特開 2024-103256 接合装置及び接合方法

(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】P2024103256

(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】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007494

(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、接合装置は、テーブルと、押圧部を有する圧子とを有する。テーブルには、第１の被接合部材が載せられる。圧子の押圧部は、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、第１の被接合部材の所定箇所に第２の被接合部材を載置した状態で第２の被接合部材を第１の被接合部材に向けて加圧する。このとき、圧子の押圧部は、第２の被接合部材との接触領域を、第２の被接合部材の図心又はその近傍から環状に広げるように形成される。
【選択図】 図６

【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、前記第１の被接合部材の所定箇所に第２の被接合部材を載置した状態で前記第２の被接合部材を前記第１の被接合部材に向けて加圧するとき、前記第２の被接合部材との接触領域を、前記第２の被接合部材の図心又はその近傍から環状に広げるように形成される押圧部を有する圧子と
を有する、接合装置。

【請求項2】

前記第１の被接合部材の前記平面及び前記第２の被接合部材の前記平面が親水化された状態のとき、前記押圧部は、前記加圧により、前記第１の被接合部材の前記平面と前記第２の被接合部材の前記平面との間を接合する、請求項１に記載の接合装置。

【請求項3】

前記押圧部は、前記押圧部と前記第２の被接合部材とが離間しているとき、前記第２の被接合部材に向かうにつれてすぼまる、錐状又は錐台状に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。

【請求項4】

前記圧子に設けられ、前記圧子を通して前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との界面を加熱する加熱部を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。

【請求項5】

前記加熱部の温度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】

前記圧子に設けられ、前記圧子のうち、前記加熱部により加熱した部位を冷却する冷却部を有する、請求項４に記載の接合装置。

【請求項7】

前記圧子に設けられ、吸引により前記押圧部に前記第１の被接合部材及び前記第２の被接合部材の少なくとも一方を吸着させる吸引路を有する、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。

【請求項8】

前記押圧部の全面が前記第２の被接合部材に押圧した状態で、前記押圧部から前記テーブルの方向を見たとき、前記押圧部の外周は、前記第２の被接合部材のエッジ部に面一又は前記エッジ部の外側に配置される、請求項１又は請求項２に記載の接合装置。

【請求項9】

第１の被接合部材に対して同じ大きさかそれよりも小さい第２の被接合部材の図心又はその近傍から先に圧子の先端の押圧部を接触させること、
前記第２の被接合部材の図心又はその近傍から環状に接触領域が広がるように前記圧子の先端の前記押圧部を変形させて、前記第２の被接合部材のエッジ部まで前記第２の被接合部材を前記第１の被接合部材に圧着すること
を有する、第１の被接合部材と第２の被接合部材との接合方法。

【請求項10】

前記第２の被接合部材を前記第１の被接合部材に圧着した状態で、前記第２の被接合部材と前記第１の被接合部材とに接触した界面が結合されるように前記第２の被接合部材と前記第１の被接合部材との界面を前記押圧部を通して加熱すること、
前記押圧部を冷却させること、
前記押圧部による前記第２の被接合部材の加圧を解除すること
を有する、請求項９に記載の接合方法。

【請求項11】

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、
前記圧子に設けられ、前記圧子を加熱して前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との界面を加熱する加熱部と
を有する、接合装置。

【請求項12】

前記圧子には、前記加熱部により加熱した部位を冷却する冷却部が設けられる、請求項１１に記載の接合装置。

【請求項13】

第１の被接合部材に対して同じ大きさかそれよりも小さい第２の被接合部材の図心又はその近傍を圧子の先端の押圧部で押圧し、前記第２の被接合部材を前記第１の被接合部材に圧着させること、
前記第２の被接合部材が前記第１の被接合部材に圧着した状態で、前記第２の被接合部材と前記第１の被接合部材との間に接触した界面が結合されるように前記第２の被接合部材と前記第１の被接合部材との界面を前記押圧部を通して加熱すること、
を有する、第１の被接合部材と第２の被接合部材との接合方法。

【請求項14】

前記押圧部を冷却させること、
前記押圧部による前記第２の被接合部材の加圧を解除すること
を有する、請求項１３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２００９－２８９９５９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、接合装置は、テーブルと、押圧部を有する圧子とを有する。テーブルには、第１の被接合部材が載せられる。圧子の押圧部は、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、第１の被接合部材の所定箇所に第２の被接合部材を載置した状態で第２の被接合部材を第１の被接合部材に向けて加圧する。このとき、圧子の押圧部は、第２の被接合部材との接触領域を、第２の被接合部材の図心又はその近傍から環状に広げるように形成される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態に係る接合システムを示す概略図。

【図2】一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】一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】一実施形態に係る接合装置の圧子、加熱部、及び、冷却部を示す概略的な縦断面図。

【図5】図４中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図。

【図6】一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7】一実施形態に係る接合装置の圧子、加熱部、及び、冷却部（図示を省略する）の一連の動作を示す概略図。

【図8】図７中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う概略的な断面図。

【図9】図７中のＩＸ－ＩＸ線に沿う概略的な断面図。

【図10】図７中のＸ－Ｘ線に沿う概略的な断面図。

【図11】図４中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図の変形例。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１から図１０を用いて実施形態に係る被接合部材同士の接合システム１００について説明する。

【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ＳｉＯ_２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】

図１は、実施形態に係る接合システム１００を示す概略図である。図２は、実施形態に係る接合システム１００の前処理装置１１６及び接合装置１１８を示す概略的なブロック図である。

【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。 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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。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。

【0019】

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。

【0020】

ガス供給部（弁体）１３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ_２）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。

【0021】

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）１６１ｂ（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。

【0022】

図４には、圧子１６０及び圧子温度調整部１６２の概略的な断面図を示す。図５は、図４中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図である。

【0023】

図１から図５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、圧子温度調整部１６２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とを有する。

【0024】

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、圧子温度調整部１６２が配設されている。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、後述する吸引路１６０ａを通して第２の基板２０を吸着可能である。

【0029】

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の先端の押圧部１６１ｂ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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。なお、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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

図４に示す圧子１６０は、圧子温度調整部１６２とともに圧子アセンブリを形成する。

【0036】

圧子１６０は、本体１６１ａと、本体１６１ａの先端（下端）に設けられる押圧部（先端部）１６１ｂとを有する。本体１６１ａは例えばアルミニウム材、ステンレス鋼材等の金属材で形成される。押圧部１６１ｂ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。押圧部１６１ｂ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（図４、図７参照）。

【0037】

本実施形態では、図４及び図５に示すように、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、本体１６１ａが四角柱状（四角筒状）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の先端の押圧部１６１ｂに第２の基板２０を吸着させる。

【0038】

圧子１６０の大きさは、概略、高さ（Ｈ）：３０ｍｍ、幅（Ｗ）：２０ｍｍよりも大きく、奥行き（Ｄ）：２０ｍｍよりも大きいことが好適である。圧子１６０の大きさは、第２の基板２０の基板サイズと同程度または、それよりも大きくてもよい。圧子１６０の大きさは、第２の基板２０の基板サイズよりも僅かに小さくてもよい。圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂ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の先端の押圧部１６１ｂが円形である場合、幅及び奥行きは直径となる。圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂによる第２の基板２０との初期接触面積（図８参照）は、第２の基板２０の面２２のサイズより小さい。圧子１６０の先端による第２の基板２０との最終接触面積（図１０参照）は、第２の基板２０の面２２のサイズより僅かに小さくてもよいし、同じであってもよく、大きくてもよい。

【0039】

押圧部１６１ｂは、例えば図４中の紙面に平行な縦断面が三角形で略円錐状などの錐状、断面が台形で略円錐台状などの錐台状など、先端側に向かって先細となる形状に形成されている。このため、押圧部１６１ｂは、後述するように、押圧部１６１ｂと第２の基板２０とが離間しているとき、第２の基板２０に向かうにつれてすぼまる、錐状又は錐台状に形成されている。押圧部１６１ｂは、断面が先端側に向かって先細となる形状であれば、三角形の辺となる外周縁が円弧状の一部など、曲線として形成されていることも好適である。

【0040】

押圧部１６１ｂは、第１の基板１０の所定箇所に第２の基板２０が接触した後で第２の基板２０を第１の基板１０に向けて加圧するとき、第２の基板２０の図心又はその近傍から先に、第２の基板２０のエッジ部まで段階的に変形して圧着する。このため、押圧部１６１ｂは、後述する第２の基板２０との接触領域を、第２の基板２０の図心又はその近傍から環状に広げるように形成される。

【0041】

圧子温度調整部１６２は、加熱部１６２ａと、冷却部１６２ｂとを有する。加熱部１６２ａ及び冷却部１６２ｂは、制御部１２０により制御される。

【0042】

加熱部１６２ａは、圧子１６０の本体１６１ａを加熱して第１の基板１０と第２の基板２０との間に接触した界面を所定の温度以上に加熱する。

【0043】

冷却部１６２ｂは、圧子１６０の本体１６１ａのうち、加熱部１６２ａにより加熱した部位を冷却する。このとき、冷却部１６２ｂは、一例として常温など、適宜の温度まで冷却する。本実施形態では、加熱部１６２ａの外周にパイプが巻かれ、そのパイプ内に液体又は気体の冷媒（例えば液体窒素）が通される。このため、冷却部１６２ｂのパイプと、圧子１６０の本体１６１ａ及び加熱部１６２ａとの間で熱伝達し、圧子１６０の本体１６１ａの温度が適宜の温度まで下げられる。

【0044】

したがって、現在、吸着している第２の基板２０と異なる新たな第２の基板２０を例えば吸着により把持するとき、例えば常温などの温度で把持可能である。

【0045】

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。

【0046】

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７から図１０を用いて説明する。なお、図７中、冷却部１６２ｂの図示を省略する。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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。 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。

【0055】

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、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。

【0056】

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の接触面（接合面、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。

【0057】

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。

【0058】

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の先端の押圧部１６１ｂ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の先端の押圧部１６１ｂで、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。

【0059】

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の先端の押圧部１６１ｂ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の先端の押圧部１６１ｂ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）。

【0060】

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、圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで、第２の基板２０を、第１の基板１０に対して所望の位置に所望の向き（姿勢）で載置する。

【0061】

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の先端の押圧部１６１ｂをテーブル１５４に向けて押圧する。このとき、制御部１２０は、圧子１６０の押圧部１６１ｂが第２の基板２０との接触位置から所定距離移動するまで押圧部１６１ｂを含む圧子１６０をテーブル１５４に向けて移動させる（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。これによって、テーブル１５４と圧子１６０との間の第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１とが密着する。

【0062】

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が載置されたとき、すなわち、第１の基板１０に対して第２の基板２０が接触したとき、押圧部１６１ｂが第２の基板２０と接触している面積が初期接触面積（図８参照）となる。換言すれば、初期接触面積は、押圧部１６１ｂが第２の基板２０を吸着保持している時の面積である。この初期接触面積は、第２の基板２０の面２２のサイズより小さい。制御部１２０によって、押圧部１６１ｂが、第２の基板２０との接触位置からテーブル１５４に向けて移動させられるにつれて、押圧部１６１ｂは、第２の基板２０の図心からエッジ部に向かって徐々に弾性変形する。これによって、押圧部１６１ｂが、図２の第２の基板２０のうち接合面２１とは反対側の面２２を第２の基板２０の図心からエッジ部に向かって徐々に押圧することになる。

【0063】

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との間に接触した界面において、１又は複数のボイドＶが発生し得る（図８及び図９参照）。圧子１６０の押圧部１６１ｂの押圧力が作用している領域では、押圧部１６１ｂの押圧力によりボイドＶの存在が抑制される。このため、第２の基板２０の面２２が圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで押圧される際、押圧部１６１ｂが、第２の基板２０の図心又はその近傍から環状に広がるように変形する。押圧部１６１ｂで第２の基板２０のエッジ部に向かって徐々に押圧するにつれて、第２の基板２０が弾性変形して、第２の基板２０の面２２と圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂとの接触部の外縁Ｂ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。このため、図７及び図９に示すように、第２の基板２０の面２２と圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂとの接触面積が大きくなるにつれて、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。

【0064】

なお、図８～図１０中の四角環状の符号Ｂで示す線は、第２の基板２０の面２２に対して圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで押圧さ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（四角環状）となる。本実施形態では、圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂによる第２の基板２０との最終接触面積（図１０参照）は、第２の基板２０の面２２のサイズより僅かに小さい。

【0065】

図７及び図１０に示すように、第２の基板２０の面２２に対して圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで押圧された領域は、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到達する。すなわち、押圧部１６１ｂの全面が第２の基板２０を押圧した状態で、押圧部１６１ｂからテーブル１５４の方向を見たとき、押圧部１６１ｂの外周は、エッジ部に面一又はエッジ部の外側に配置される。第２の基板２０の面２２に対して圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで押圧された領域である連続する環状の外縁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、第２の基板２０の面２２に対して圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで押圧された領域から圧子１６０の中心軸に向かって移動することが防止される。

【0066】

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、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、圧子１６０の押圧部１６１ｂで、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環状の外縁Ｂを徐々に大きくしながら、押圧する。このため、押圧部１６１ｂの押圧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。

【0067】

ここまでは、本実施形態では、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。すなわち、第１の基板１０の接合面１１及び第２の基板２０の接合面２１が親水化された状態のとき、押圧部１６１ｂは、加圧により、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との間をファンデルワールス力、及び／又は、水素結合により結合させる。

【0068】

本実施形態では、制御部１２０は、加熱部１６２ａを制御し、加熱部１６２ａを適宜の温度に加熱する（ステップＳ５）。加熱部１６２ａ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との間に接触した界面を、押圧部１６１ｂを通して、例えば３００℃程度など適宜の温度範囲（例えば２００℃から３５０℃程度）内の温度で、例えば数秒間加熱する。このように、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との間に強固な接合（密着性）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。これにより、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との間に接触した界面に結合を生じさせることができる。したがって、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。

【0069】

制御部１２０は、加熱部１６２ａを制御して加熱を停止するとともに、冷却部１６２ｂを動作させる（ステップＳ６）。冷却部１６２ｂは、第１の基板１０と第２の基板２０とに接触した界面、及び、押圧部１６１ｂを含む圧子１６０を冷却する。制御部１２０が冷却部１６２ｂを動作させるタイミングは、加熱部１６２ａの加熱速度と冷却部１６２ｂの冷却速度との関係により変化し得る。

【0070】

例えば、本実施形態のように、加熱部１６２ａの周囲のパイプに液体窒素を流すことにより加熱部１６２ａを冷却する場合、冷却部１６２ｂが、第１の基板１０と第２の基板２０との界面を例えば３００℃から常温に戻すまでの応答速度が比較的速い。この場合、制御部１２０が加熱部１６２ａの加熱を停止させた後、冷却部１６２ｂで第１の基板１０の接合面１１と、第２の基板２０の接合面２１との界面を冷却することが好適である。

【0071】

一方、例えば、加熱部１６２ａが常温から例えば３００℃まで第１の基板１０と第２の基板２０との界面を加熱する応答速度に比べて、冷却部１６２ｂが、第１の基板１０と第２の基板２０との界面を例えば３００℃から常温に戻すまでの応答速度が比較的遅い場合がある。この場合、制御部１２０が加熱部１６２ａの加熱を停止させる前から、制御部１２０は、冷却部１６２ｂを制御し、第１の基板１０と第２の基板２０との界面を冷却することが好適である。この場合、制御部１２０が冷却部１６２ｂの冷却開始のタイミングを適宜に設定することで、加熱部１６２ａによる加熱に影響を及ぼすことなく、または、影響を及ぼし難い状態で、冷却部１６２ｂは第１の基板１０の接合面１１と、第２の基板２０の接合面２１との界面を冷却することができる。

【0072】

なお、加熱部１６２ａとして、ニクロム線（抵抗電熱線）を用いるほか、例えばシート状のヒータ等を用いることができる。冷却部１６２ｂの一例として、パイプに液体窒素を通すほか、例えばペルチェ素子を用いることができる。

【0073】

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Ｓ７）。

【0074】

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（Ｓ７－Ｙｅｓ）、制御部１２０は、圧子１６０の吸引路１６０ａを用いた第２の基板２０の吸引を開放して、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ロボットアーム１５８を退避させる。その後、第１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Ｓ８）。

【0075】

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（Ｓ７－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Ｓ９）。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。

【0076】

このように、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及び真空発生装置１５８ｂを制御し、圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂと第２の基板２０の面２２との接触を解除する。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を制御し、新たな第２の基板２０の面２２を把持し、例えば上述した第１の基板１０の接合面１１の所望の位置に対して、第２の基板２０を載置する。このとき、制御部１２０は、第１の基板１０の接合面１１の所望の位置に対して、第２の基板２０の接合面２１を接触させる。この後、上述したように、圧子１６０の先端の押圧部１６１ｂで、ボイドＶを第２の基板２０の図心から径方向外方に押し出し、その後、圧子１６０の加熱部１６２ａで第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との界面を加熱して両者を接合し、冷却部１６２ｂで圧子１６０及び第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との界面を冷却する。このようにして、第１の基板１０に対して、例えば第２の基板２０を接合する。なお、冷却部１６２ｂを用いず、接合界面の加圧解除後に、基板アセンブリを自然冷却させてもよい。

【0077】

第１の基板１０と第２の基板２０とが同じサイズである場合は、第１の基板１０の接合面１１と第２の基板２０の接合面２１との界面を接合した基板アセンブリを形成した後、その基板アセンブリを接合槽１５２の外側に搬出し、新たな第１の基板１０及び第２の基板２０の接合を接合槽１５２内で行う。

【0078】

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。
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。

【0079】

そして、圧子１６０の押圧部１６１ｂ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に向けて押圧力を供給し、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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

本実施形態では、４つの加熱部１６２ａが圧子１６０の本体１６１ａに設けられる例について説明した。１つの加熱部１６２ａが圧子１６０の本体１６１ａに設けられることも好適である。この場合、図１１に示すように、加熱部１６２ａは、円環状に形成される。また、冷却部１６２ｂは、加熱部１６２ａを冷却することができれば、適宜の形状に形成される。

【0084】

本実施形態では、押圧部１６１ｂのうち圧子１６０の中心軸に沿う高さが、圧子１６０の中心軸に対して直交するなど、交差する方向の長さ（辺長、対角線長、又は直径等）に比べて小さい例を図示した。反対に、押圧部１６１ｂのうち圧子１６０の中心軸に沿う高さが、圧子１６０の中心軸に対して直交するなど、交差する方向の長さ（辺長、対角線長、又は直径等）に比べて大きくてもよい。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。
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との間の界面を加熱することができるので、第１の基板１０と第２の基板２０との間の密着性（接合性）を向上させることができる。
したがって、ボイドＶがない又は少ない状態で第１の基板１０と第２の基板２０との間の界面を加熱するので、例えば仮圧着状態のチップが反ってボイドＶが再度発生してしまった状態で第１の基板１０と第２の基板２０との間が接合されることを防止することができる。

【0088】

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】

【0089】

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、１６１ａ…本体、１６１ｂ…押圧部、１６２…圧子温度調整部、１６２ａ…加熱部、１６２ｂ…冷却部、１６４…温湿度制御ユニット、１６５…エアー導入口、１６６…エアー流出口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】