特開 2025-139729 基板接合装置および基板接合方法

(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】P2025139729

(43)【公開日】2025-09-29

(54)【発明の名称】基板接合装置および基板接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20250919BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20250919BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024038719

(22)【出願日】2024-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】110002310

【氏名又は名称】弁理士法人あい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 光治

(72)【発明者】

【氏名】清水 英樹

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA37

5F131BA60

5F131CA09

5F131CA12

5F131DA33

5F131DA42

5F131DB72

5F131EA07

5F131EA22

5F131EA23

5F131EA24

5F131EB02

5F131EB34

5F131EB37

5F131EB55

5F131EB57

5F131EB63

5F131EB72

5F131FA17

5F131FA32

5F131FA33

5F131FA37

5F131KA22

(57)【要約】

【課題】第１基板および第２基板の界面にボイドが発生する可能性を低下させることができる基板接合装置を提供する。
【解決手段】基板接合装置は、第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との間の隙間を塞ぐことにより、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間である境界空間ＢＳを密閉するシールリング３０と、境界空間ＢＳが密閉状態のときに第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引することにより、第１基板Ｗ１の外周部が第１固定部１１に固定されたまま第１基板Ｗ１の内側部が第２基板Ｗ２に近づくように第１基板Ｗ１を変形させて、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が互いに接触した接触領域ＣＲの面積を増加させる吸引ポンプ３１ｐとを備える。
【選択図】図１１Ａ－Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円板状の第１基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第１基板の外周部に対して対向方向に移動できるように前記第１基板の前記外周部を固定する第１固定部と、前記対向方向に見ると前記第１基板および第１固定部を取り囲んだ環状の第１外側部と、を含む第１チャックと、
円板状の第２基板が前記第１チャックに保持されている前記第１基板と前記対向方向に向かい合うように前記第２基板を固定する第２固定部と、前記対向方向に見ると前記第２基板および第２固定部を取り囲んでおり、前記第１外側部と前記対向方向に向かい合う環状の第２外側部と、を含む第２チャックと、
前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の隙間を塞ぐことにより、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板の間の空間である境界空間を密閉するシールリングと、
前記境界空間が、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との両方に接しており、流体が前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできない密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引することにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板が互いに接触した接触領域の面積を増加させる吸引ポンプと、を備える、基板接合装置。

【請求項2】

前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に接触しており、前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記第１チャックの前記第１固定部に対する前記第１基板の前記外周部の固定を停止する制御装置をさらに備える、請求項１に記載の基板接合装置。

【請求項3】

前記第２チャックの前記第２固定部は、前記第２基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第２基板の外周部に対して前記対向方向に移動できるように前記第２基板の前記外周部を固定する、請求項１または２に記載の基板接合装置。

【請求項4】

前記対向方向への前記第１チャックおよび第２チャックの間隔を変更することにより、前記密閉状態と、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との一方だけに接触しており、流体が前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできる開放状態と、の間で前記境界空間を切り替える間隔変更アクチュエータと、
前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板が接触しておらず、前記境界空間が前記開放状態または密閉状態であるときに、前記第１基板の前記内側部を前記第２基板の方に押すことにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板の接合を開始するプッシャーと、をさらに備える、請求項１または２に記載の基板接合装置。

【請求項5】

前記間隔変更アクチュエータは、前記プッシャーが前記第１基板の前記内側部を前記第２基板に接触させているときに、前記第１チャックを前記第２チャックの方に前記対向方向に移動させることにより、前記境界空間を前記開放状態から前記密閉状態に切り替える、請求項４に記載の基板接合装置。

【請求項6】

前記吸引ポンプは、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板が接触しておらず、前記境界空間が前記密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引することにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板の接合を開始する、請求項１または２に記載の基板接合装置。

【請求項7】

前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記境界空間の気圧の設定値を前記第１基板および第２基板が配置された空間の気圧よりも低い一定の値に維持する制御装置をさらに備える、請求項１または２に記載の基板接合装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記境界空間の気圧の前記設定値を前記第１基板および第２基板が配置された前記空間の気圧よりも低い一定の第１の値に維持した後に、前記第１の値よりも低い一定の第２の値に維持する、請求項７に記載の基板接合装置。

【請求項9】

円板状の第１基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第１基板の外周部に対して対向方向に移動できるように前記第１基板の前記外周部を固定する第１固定部と、前記対向方向に見ると前記第１基板および第１固定部を取り囲んだ環状の第１外側部と、を含む第１チャックによって前記第１基板を保持する第１準備工程と、
円板状の第２基板が前記第１チャックに保持されている前記第１基板と前記対向方向に向かい合うように前記第２基板を固定する第２固定部と、前記対向方向に見ると前記第２基板および第２固定部を取り囲んでおり、前記第１外側部と前記対向方向に向かい合う環状の第２外側部と、を含む第２チャックによって前記第２基板を保持する第２準備工程と、
前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の隙間をシールリングによって塞ぐことにより、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板の間の空間である境界空間を密閉するシール工程と、
前記境界空間が、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との両方に接しており、流体が前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできない密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引ポンプに吸引させることにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板が互いに接触した接触領域の面積を増加させる減圧工程と、を含む、基板接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２枚の基板を接合する基板接合装置および基板接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、第１ホルダと第２ホルダと第１気体供給部とを備える貼合装置を開示している。第１気体供給部は、第１基板と第２基板との貼合位置に向かって気体を供給する複数の第１気体供給口を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３６３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の貼合装置では、第１基板および第２基板の間に気体を供給しながら第１基板および第２基板を貼り合わせる。したがって、第１基板および第２基板の間に気体が残ることがある。残留した気体は、第１基板および第２基板の界面にボイド（空洞）を発生させる原因となり得る。

【0005】

本発明の少なくとも１つの実施形態は、第１基板および第２基板の界面にボイドが発生する可能性を低下させることができる基板接合装置および基板接合方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態は、円板状の第１基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第１基板の外周部に対して対向方向に移動できるように前記第１基板の前記外周部を固定する第１固定部と、前記対向方向に見ると前記第１基板および第１固定部を取り囲んだ環状の第１外側部と、を含む第１チャックと、円板状の第２基板が前記第１チャックに保持されている前記第１基板と前記対向方向に向かい合うように前記第２基板を固定する第２固定部と、前記対向方向に見ると前記第２基板および第２固定部を取り囲んでおり、前記第１外側部と前記対向方向に向かい合う環状の第２外側部と、を含む第２チャックと、前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の隙間を塞ぐことにより、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板の間の空間である境界空間を密閉するシールリングと、前記境界空間が、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との両方に接しており、流体が前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできない密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引することにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板が互いに接触した接触領域の面積を増加させる吸引ポンプと、を備える、基板接合装置を提供する。

【0007】

前記実施形態において、以下の特徴の少なくとも１つを前記基板接合装置に加えてもよい。

【0008】

前記基板接合装置は、前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に接触しており、前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記第１チャックの前記第１固定部に対する前記第１基板の前記外周部の固定を停止する制御装置をさらに備える。

【0009】

前記第２チャックの前記第２固定部は、前記第２基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第２基板の外周部に対して前記対向方向に移動できるように前記第２基板の前記外周部を固定する。

【0010】

前記基板接合装置は、前記対向方向への前記第１チャックおよび第２チャックの間隔を変更することにより、前記密閉状態と、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との一方だけに接触しており、流体が前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできる開放状態と、の間で前記境界空間を切り替える間隔変更アクチュエータと、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板が接触しておらず、前記境界空間が前記開放状態または密閉状態であるときに、前記第１基板の前記内側部を前記第２基板の方に押すことにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板の接合を開始するプッシャーと、をさらに備える。

【0011】

前記間隔変更アクチュエータは、前記プッシャーが前記第１基板の前記内側部を前記第２基板に接触させているときに、前記第１チャックを前記第２チャックの方に前記対向方向に移動させることにより、前記境界空間を前記開放状態から前記密閉状態に切り替える。

【0012】

前記吸引ポンプは、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板が接触しておらず、前記境界空間が前記密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引することにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板の接合を開始する。

【0013】

前記基板接合装置は、前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記境界空間の気圧の設定値を前記第１基板および第２基板が配置された空間の気圧よりも低い一定の値に維持する制御装置をさらに備える。

【0014】

前記制御装置は、前記境界空間が前記密閉状態であり、前記吸引ポンプが前記境界空間の気圧を低下させているときに、前記境界空間の気圧の前記設定値を前記第１基板および第２基板が配置された前記空間の気圧よりも低い一定の第１の値に維持した後に、前記第１の値よりも低い一定の第２の値に維持する。

【0015】

本発明の他の実施形態は、円板状の第１基板の内側部が前記内側部を取り囲む前記第１基板の外周部に対して対向方向に移動できるように前記第１基板の前記外周部を固定する第１固定部と、前記対向方向に見ると前記第１基板および第１固定部を取り囲んだ環状の第１外側部と、を含む第１チャックによって前記第１基板を保持する第１準備工程と、円板状の第２基板が前記第１チャックに保持されている前記第１基板と前記対向方向に向かい合うように前記第２基板を固定する第２固定部と、前記対向方向に見ると前記第２基板および第２固定部を取り囲んでおり、前記第１外側部と前記対向方向に向かい合う環状の第２外側部と、を含む第２チャックによって前記第２基板を保持する第２準備工程と、前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との間の隙間をシールリングによって塞ぐことにより、前記第１チャックおよび第２チャックに保持されている前記第１基板および第２基板の間の空間である境界空間を密閉するシール工程と、前記境界空間が、前記シールリングが前記第１チャックの前記第１外側部と前記第２チャックの前記第２外側部との両方に接しており、流体が前記隙間を通じて前記境界空間に出入りできない密閉状態のときに前記第１基板および第２基板の間の気体を吸引ポンプに吸引させることにより、前記第１基板の前記外周部が前記第１固定部に固定されたまま前記第１基板の前記内側部が前記第２基板に近づくように前記第１基板を変形させて、前記第１基板および第２基板が互いに接触した接触領域の面積を増加させる減圧工程と、を含む、基板接合方法を提供する。基板接合装置に関する前述の特徴の少なくとも１つを前記基板接合方法に加えてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】接合される前後の２枚の基板の外観の一例を示す概略図である。

【図1B】接合される前後の２枚の基板の断面の一例を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る基板接合方法について説明するための工程図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る基板接合装置の概略平面図である。

【図4】接合ユニットの内部を水平に見た概略図である。

【図5】第１チャックの鉛直な断面を示す概略図である。

【図6】第１チャックを上から見た概略図である。

【図7】第２チャックの鉛直な断面を示す概略図である。

【図8】第２チャックを上から見た概略図である。

【図9A-C】第１基板および第２基板を接合ユニットに搬入してから搬出するまでの流れの一例について説明するための概略図である。

【図9D-E】第１基板および第２基板を接合ユニットに搬入してから搬出するまでの流れの一例について説明するための概略図である。

【図9F-G】第１基板および第２基板を接合ユニットに搬入してから搬出するまでの流れの一例について説明するための概略図である。

【図10A-D】第１基板および第２基板を接合する第１の例について説明するための概略図である。

【図10E-G】第１基板および第２基板を接合する第１の例について説明するための概略図である。

【図11A-D】第１基板および第２基板を接合する第２の例について説明するための概略図である。

【図12】境界空間の気圧の設定値と経過時間との関係の一例を示すグラフである。

【図13】第１チャックおよび第２チャックの他の例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

【0018】

図１Ａは、接合される前後の２枚の基板Ｗの外観の一例を示す概略図である。図１Ｂは、接合される前後の２枚の基板Ｗの断面の一例を示す概略図である。２枚の基板Ｗを区別する場合、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２という。貼り合わせは、接合と同義である。

【0019】

図１Ａに示すように、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、直径が互いに等しい平らな円板である。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の直径は、３００ｍｍであってもよいし、これ以外であってもよい。第１基板Ｗ１は円板状の基材ＷＤ１を含み、第２基板Ｗ２は円板状の基材ＷＤ２を含む。基材ＷＤ１および基材ＷＤ２は、シリコンの単結晶などの半導体で作られている。基材ＷＤ１および基材ＷＤ２は、半導体以外の物質で作られていてもよい。

【0020】

基材ＷＤ１および基材ＷＤ２は、いずれも、互いに平行な円形の表面および裏面と、表面および裏面の外縁同士を接続する環状の端面とを含む。基材ＷＤ１の表面および裏面は、互いに平行な２つの平坦面である。基材ＷＤ２の表面および裏面も同様である。基材ＷＤ１および基材ＷＤ２の表面は、トランジスタなどのデバイスが形成されるデバイス形成面である。基材ＷＤ１および基材ＷＤ２の裏面は、デバイスが形成されない非デバイス形成面である。基材ＷＤ１または基材ＷＤ２の表面および裏面の両方がデバイス形成面であってもよい。

【0021】

基材ＷＤ１の外周部は、基材ＷＤ１の表面に対して垂直な方向に基材ＷＤ１を見たときに基材ＷＤ１の端面で開口したＶ字状のノッチを形成している。基材ＷＤ１の外周部は、ノッチではなく、オリエンテーション・フラット（いわゆるオリフラ）を形成していてもよい。ノッチおよびオリフラは、基材ＷＤ１または基材ＷＤ２の結晶方位を示すものである。第１基板Ｗ１は、第１基板Ｗ１のノッチまたはオリフラを基準にして第１基板Ｗ１の周方向に位置決めされる。第２基板Ｗ２についても同様である。

【0022】

図１Ｂに示すように、第１基板Ｗ１は、基材ＷＤ１の表面を覆うデバイス層ＷＣ１と、デバイス層ＷＣ１の表面を覆う接合層ＷＢ１とを含む。第２基板Ｗ２は、基材ＷＤ２の表面を覆うデバイス層ＷＣ２と、デバイス層ＷＣ２の表面を覆う接合層ＷＢ２とを含む。トランジスタなどのデバイスは、デバイス層ＷＣ１およびデバイス層ＷＣ２に配置されている。デバイスは、接合層ＷＢ１および接合層ＷＢ２に覆われている。

【0023】

第１基板Ｗ１の接合層ＷＢ１は、透明または半透明な絶縁層であってもよい。第２基板Ｗ２の接合層ＷＢ２も同様である。接合層ＷＢ１および接合層ＷＢ２は、酸化シリコン膜であってもよいし、酸化シリコン以外の物質の薄膜であってもよい。前者の場合、接合層ＷＢ１および接合層ＷＢ２は、ＴＥＯＳ（tetraethoxysilane）を用いて作製された酸化シリコン膜であってもよい。接合層ＷＢ１は、単一の材料で作られていてもよいし、複数の材料で作られていてもよい。後者の場合、金属と絶縁材料とが接合層ＷＢ１の表面で露出していてもよい。接合層ＷＢ２についても同様である。

【0024】

第１基板Ｗ１の接合層ＷＢ１の表面は、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１である。デバイス層ＷＣ１とは反対側の第１基板Ｗ１の基材ＷＤ１の表面は、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１である。第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および非接合面ＷＥ１は、第１基板Ｗ１が配置された空間の雰囲気に接する互いに平行な２つの平面である。第２基板Ｗ２の接合層ＷＢ２の表面は、第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２である。デバイス層ＷＣ２とは反対側の第２基板Ｗ２の基材ＷＤ２の表面は、第２基板Ｗ２の非接合面ＷＥ２である。第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２および非接合面ＷＥ２は、第２基板Ｗ２が配置された空間の雰囲気に接する互いに平行な２つの平面である。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１と第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２とが向かい合うように接合される。

【0025】

図２は、本発明の一実施形態に係る基板接合方法について説明するための工程図である。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合するときは、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２を活性化させる活性化工程（図２のステップＳ１）を行い、活性化した２枚の基板Ｗを洗浄し乾燥させる洗浄工程（図２のステップＳ２）を行う。その後、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方を反転させる反転工程（図２のステップＳ３）を行う。

【0026】

第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方を反転させた後は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の相対的な位置および角度を表すアライメントを確認するアライメント確認工程（図２のステップＳ４）と、確認されたアライメントに基づいて第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のアライメントを調整するアライメント調整工程（図２のステップＳ５）と、アライメントが調整された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接触させることにより第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する基板接触工程（図２のステップＳ６）と、を行う。

【0027】

活性化工程は、酸素プラズマなどのプラズマを第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に照射するプラズマ処理であってもよい。この場合、空気中の水分や洗浄工程で基板Ｗに供給される水分が、プラズマが照射された第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に接触し、水酸基（ＯＨ基）などの親水基が第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に形成される。プラズマ処理は、基板Ｗの表面を改質する表面改質の一例である。活性化工程は、親水基を形成する親水化液を第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に供給するウェット処理であってもよい。

【0028】

基板接触工程は、室温（例えば２０～３０℃）の大気中で２枚の基板Ｗを直接接合する工程であってもよい。基板接触工程は、２枚の基板Ｗの表面同士が向かい合うようにこれらの基板Ｗを接合するフェイストゥフェイス接合を行う工程であってもよい。この場合、２枚の基板Ｗの表面が第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に相当する。基板接触工程は、２枚の基板Ｗの一方を２枚の基板Ｗの他方に押し付けずに、もしくは、２枚の基板Ｗに形成されたデバイスが損傷しない圧力で２枚の基板Ｗの一方を２枚の基板Ｗの他方に押し付けることにより２枚の基板Ｗを接合する工程であってもよい。

【0029】

図１Ｂは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２に直交する平面で第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を切断した断面を示している。図１Ｂに示すデバイス層ＷＣ１およびデバイス層ＷＣ２の厚みと接合層ＷＢ１および接合層ＷＢ２との厚みとの比率は、実際の比率と同一とは限らない。図１Ｂは、親水基の一例である水酸基が、接合される前の第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に形成された例を示している。この例では、水酸基中の酸素原子（Ｏ）が接合層ＷＢ１および接合層ＷＢ２中のケイ素原子（Ｓｉ）に結合されている。

【0030】

接合される前の第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２は、複数の水酸基で終端化されている。第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１および第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２を接触させると、２つの水酸基間に働く分子間力により、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合される。場合によって、２つの水酸基から水分子が離脱し、第１基板Ｗ１の接合層ＷＢ１中のケイ素原子と第２基板Ｗ２の接合層ＷＢ２中のケイ素原子とが酸素原子を介して結合される。このようにして、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合される。

【0031】

次に、前述のように２枚の基板Ｗを接合する基板接合装置１について説明する。

【0032】

図３は、本発明の一実施形態に係る基板接合装置１の概略平面図である。以下の説明における上下方向、左右方向、前後方向は、特に断りがない限り、基板接合装置１の上下方向、左右方向、前後方向を意味する。上下方向は鉛直方向である。左右方向および前後方向は、互いに直交する２つの水平方向である。複数のロードポートＬＰに保持されている複数のキャリアＣＡの配列方向が左右方向である。各キャリアＣＡは、キャリアＣＡの開口部が後方に向けられた状態でロードポートＬＰに保持される。

【0033】

基板接合装置１は、半導体ウエハなどの円板状の２枚の基板Ｗを接合する装置である。基板接合装置１は、ＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod）などの複数枚の基板Ｗを収容するキャリアＣＡが１つずつ置かれる複数のロードポートＬＰと、複数のロードポートＬＰから搬送された基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、複数のロードポートＬＰと複数の処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送システムＴＳと、複数の処理ユニット２および搬送システムＴＳを収容した密閉空間を形成する外壁１ａとを備えている。基板接合装置１は、さらに、基板接合装置１を制御する制御装置３を備えている。

【0034】

図３は、３つのロードポートＬＰが設けられた例を示している。３つのロードポートＬＰは、第１基板Ｗ１を収容したキャリアＣＡが置かれる第１ロードポートＬＰ１と、第２基板Ｗ２を収容したキャリアＣＡが置かれる第２ロードポートＬＰ２と、接合された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を収容するキャリアＣＡが置かれる第３ロードポートＬＰ３とを含む。第１ロードポートＬＰ１および第２ロードポートＬＰ２は、基板接合装置１で接合すべき基板Ｗを収容したキャリアＣＡが置かれる搬入ポートである。第３ロードポートＬＰ３は、基板接合装置１で接合された２枚の基板Ｗを収容したキャリアＣＡが置かれる搬出ポートである。

【0035】

複数の処理ユニット２は、活性化前アライナー２ａと、活性化ユニット２ｂと、接合前洗浄ユニット２ｃと、接合前アライナー２ｄと、接合ユニット２ｅとを含む。図３は、活性化前アライナー２ａと活性化ユニット２ｂと接合前洗浄ユニット２ｃと接合前アライナー２ｄとが２つずつ設けられた例を示している。特に断りが無い限り、本明細書に記載の接合ユニット２ｅは、大気圧下において基板Ｗの接合を行うものである。

【0036】

活性化前アライナー２ａは、ノッチまたはオリフラを基準にして基板Ｗの周方向への基板Ｗの位置決めを行うユニットである。接合前アライナー２ｄも同様である。活性化ユニット２ｂは、基板Ｗの表面または裏面にプラズマを接触させることにより、基板Ｗの表面または裏面を活性化させるプラズマ処理を行うユニットである。接合前洗浄ユニット２ｃは、基板Ｗに洗浄液を供給することにより、基板Ｗを洗浄するユニットである。接合ユニット２ｅは、２枚の基板Ｗを接触させることにより、当該２枚の基板Ｗを接合するユニットである。

【0037】

搬送システムＴＳは、第１ロードポートＬＰ１および第２ロードポートＬＰ２から複数の処理ユニット２に基板Ｗを搬送し、複数の処理ユニット２から第３ロードポートＬＰ３に基板Ｗを搬送する。搬送システムＴＳは、さらに、複数の処理ユニット２の間で基板Ｗを搬送する。搬送システムＴＳは、図３において太線で示す搬送路ＴＰ上で１枚以上の基板Ｗを水平な姿勢で搬送する少なくとも１つの搬送ロボットＴＲを備えていてもよい。

【0038】

搬送ロボットＴＲは、１枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持する少なくとも１つのハンドＴＨを含む。ハンドＴＨは、グリップ式、バキューム式、静電式、またはベルヌーイ式のハンドであってもよいし、これら以外のハンドであってもよい。搬送ロボットＴＲは、ハンドＴＨで基板Ｗを水平に保持しながら搬送路ＴＰに沿って移動する。図３は、搬送路ＴＰが、第１ロードポートＬＰ１および第２ロードポートＬＰ２のそれぞれから複数の処理ユニット２に延び、複数の処理ユニット２から第３ロードポートＬＰ３に戻る例を示している。

【0039】

制御装置３は、基板接合装置１に備えられた電気機器および電子機器を制御する。制御装置３は、プログラムの実行などの情報の処理を行うＣＰＵ（central processing unit）３ａと、ＣＰＵ３ａによって実行すべきプログラム等の情報を記憶するメモリ３ｂとを含む。制御装置３は、基板接合装置１を制御することにより、以下で説明する基板Ｗの搬送および処理等を行う。言い換えると、制御装置３は、以下で説明する基板Ｗの搬送および処理等を行うようにプログラムされている。

【0040】

以下では、接合ユニット２ｅについて説明する。

【0041】

図４は、接合ユニット２ｅの内部を水平に見た概略図である。後述するように、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気圧に応じて変形する。以下では、特に断りがない限り、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が平坦な状態について説明する。

【0042】

接合ユニット２ｅは、接合すべき第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を収容する筐体４と、筐体４内で第１基板Ｗ１を水平に保持する第１チャック１０と、筐体４内で第２基板Ｗ２を水平に保持する第２チャック２０とを含む。図４は、第１チャック１０が下に向けられ、第２チャック２０が上に向けられた状態を示している。第１チャック１０は、第２チャック２０の上方に配置されている。

【0043】

筐体４は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を収容する内部空間６と内部空間６に出入りする第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が通過する通過口７とを形成した隔壁５と、通過口７を開閉するドア８とを含む。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が通過口７を通じて筐体４に出し入れされるとき以外は、ドア８が閉じられる。筐体４内の気圧は、大気圧と等しくてもよいし、大気圧よりも高いまたは低くてもよい。

【0044】

第１チャック１０は、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１に接触せずに第１基板Ｗ１を保持するチャックである。第２チャック２０は、第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２に接触せずに第２基板Ｗ２を保持するチャックである。第１基板Ｗ１は、第１基板Ｗ１の中心が第１チャック１０の中心線に一致するように第１チャック１０に保持される。第２基板Ｗ２は、第２基板Ｗ２の中心が第２チャック２０の中心線に一致するように第２チャック２０に保持される。第１チャック１０および第２チャック２０は、気体の吸引により発生した吸引力で第１基板Ｗ１を保持するバキュームチャックまたは電気的な吸引力で第１基板Ｗ１を保持する静電チャックである。第１チャック１０および第２チャック２０は、これら以外のチャックであってもよい。

【0045】

第１チャック１０は、第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して上下方向に移動できるように第１基板Ｗ１の外周部を固定する第１固定部１１と、第１基板Ｗ１に対して垂直な方向に見ると第１基板Ｗ１を取り囲んだ第１外側部１２とを含む。同様に、第２チャック２０は、第２基板Ｗ２の内側部が第２基板Ｗ２の外周部に対して上下方向に移動できるように第２基板Ｗ２の外周部を固定する第２固定部２１と、第２基板Ｗ２に対して垂直な方向に見ると第２基板Ｗ２を取り囲んだ第２外側部２２とを含む。図４は、第１チャック１０の第１固定部１１および第１外側部１２が下に向けられ、第２チャック２０の第２固定部２１および第２外側部２２が上に向けられた状態を示している。

【0046】

第１基板Ｗ１の内側部は、第１基板Ｗ１の外周部を除く第１基板Ｗ１の全ての部分である。第１基板Ｗ１の内側部は、第１基板Ｗ１の中央部と第１基板Ｗ１の中間部とを含む。第１基板Ｗ１の中間部は、第１基板Ｗ１の中央部と第１基板Ｗ１の外周部との間の円環状の部分である。同様に、第２基板Ｗ２の内側部は、第２基板Ｗ２の外周部を除く第２基板Ｗ２の全ての部分である。第２基板Ｗ２の内側部は、第２基板Ｗ２の中央部と第２基板Ｗ２の中間部とを含む。第２基板Ｗ２の中間部は、第２基板Ｗ２の中央部と第２基板Ｗ２の外周部との間の円環状の部分である。

【0047】

接合ユニット２ｅは、第１基板Ｗ１を第１固定部１１に固定する吸着力を発生する第１吸着力発生器１３ｇと、第２基板Ｗ２を第２固定部２１に固定する吸着力を発生する第２吸着力発生器２３ｇとを含む。第１固定部１１は、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１が吸着する吸着面である。第２固定部２１は、第２基板Ｗ２の非接合面ＷＥ２が吸着する吸着面である。制御装置３は、第１吸着力発生器１３ｇを制御することにより、第１チャック１０に対する第１基板Ｗ１の吸着を開始および停止する。同様に、制御装置３は、第２吸着力発生器２３ｇを制御することにより、第２チャック２０に対する第２基板Ｗ２の吸着を開始および停止する。

【0048】

第１チャック１０がバキュームチャックである場合、第１吸着力発生器１３ｇは、第１固定部１１で開口した吸引口に気体を吸引させるポンプ、ポンプから吸引口に伝達される吸引力を変更する圧力制御バルブ、または、第１固定部１１で開口した吸引口にベンチュリ効果を利用して気体を吸引させるエジェクタに供給される気体の流量を変更することにより吸引口に加わる吸引力を変更する流量調整バルブであってもよいし、これら以外であってもよい。第１チャック１０が静電チャックである場合、第１吸着力発生器１３ｇは、第１チャック１０に内蔵された電極に加わる電圧の大きさを変更する電源であってもよいし、これ以外であってもよい。第２吸着力発生器２３ｇについても同様である。

【0049】

接合ユニット２ｅは、第１チャック１０および第２チャック２０を相対的に動かす少なくとも１つのアクチュエータ４０を含む。アクチュエータは、電気、流体、磁気、熱、または化学エネルギーを表す駆動エネルギーを機械的な仕事、つまり、有体物の運動に変換する装置である。アクチュエータには、電動モータ（ロータリーモータ）、リニアモータ、エアシリンダ、およびその他の装置が含まれる。

【0050】

少なくとも１つのアクチュエータ４０は、Ｘ方向アクチュエータ４０ｘ、Ｙ方向アクチュエータ４０ｙ、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚ、第１自転アクチュエータ４０ｒａ、第２自転アクチュエータ４０ｒｂ、および反転アクチュエータ４０ｉを含む。Ｘ方向アクチュエータ４０ｘは、水平なＸ方向に第２チャック２０を平行移動させるアクチュエータである。Ｙ方向アクチュエータ４０ｙは、Ｘ方向に対して直交する水平なＹ方向に第２チャック２０を平行移動させるアクチュエータである。Ｚ方向アクチュエータ４０ｚは、鉛直なＺ方向に第１チャック１０を平行移動させるアクチュエータである。第１自転アクチュエータ４０ｒａは、第１チャック１０の中心線まわりに第１チャック１０を回転させるアクチュエータである。第２自転アクチュエータ４０ｒｂは、第２チャック２０の中心線まわりに第２チャック２０を回転させるアクチュエータである。反転アクチュエータ４０ｉは、水平な直線まわりに第１チャック１０を１８０度回転させるアクチュエータである。

【0051】

図４は、第１チャック１０が退避位置に配置されており、下に向けられた状態を示している。Ｚ方向アクチュエータ４０ｚは、退避位置と、待機位置（図９Ａに示す位置）と、近接位置（図１０Ａに示す位置）と、密閉位置（図１０Ｃに示す位置）と、を含む複数の位置で第１チャック１０を静止させる。

【0052】

退避位置は、上位置に位置するリフトピン４１の上端よりも第１チャック１０が上方に配置される位置である。リフトピン４１については後述する。待機位置は、上位置に位置するリフトピン４１の上端よりも第１チャック１０が下方に配置される位置である。近接位置は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１が変形しなければ第２基板Ｗ２に保持されている第２基板Ｗ２に接触しない位置である。密閉位置は、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間である境界空間ＢＳが密閉される位置である。近接位置は、密閉位置の上方の位置である。待機位置は、近接位置の上方の位置である。退避位置は、待機位置の上方の位置である。

【0053】

接合ユニット２ｅは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方を水平に支持する複数のリフトピン４１と、複数のリフトピン４１を上下に移動させるアクチュエータ４１ａとを含む。全てのリフトピン４１の上端は、同じ高さに配置されている。複数のリフトピン４１は、複数のリフトピン４１の上端を第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２の下面に接触させることにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方を水平に支持する。第１チャック１０および第２チャック２０がリング状である場合、上下方向に見ると、複数のリフトピン４１の上端は、第１チャック１０および第２チャック２０の内側に配置される（図６および図８参照）。

【0054】

アクチュエータ４１ａは、上位置（図９Ａに示す位置）と下位置（図４に示す位置）とを含む複数の位置で複数のリフトピン４１を静止させる。上位置は、全てのリフトピン４１の上端が待機位置に位置している第１チャック１０よりも上方に配置される位置である。下位置は、全てのリフトピン４１の上端が、第１チャック１０の第１固定部１１よりも下方に配置され、第２チャック２０の第２固定部２１よりも下方に配置される位置である。複数のリフトピン４１が上位置に配置されているとき、第２チャック２０は、全てのリフトピン４１の上端よりも下方に配置される。

【0055】

搬送ロボットＴＲ（図９Ａ参照）は、ハンドＴＨによって水平に支持されている第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を上位置に位置している複数のリフトピン４１の上に置く。搬送ロボットＴＲは、さらに、上位置に位置している複数のリフトピン４１によって水平に支持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２をハンドＴＨで持ち上げる。アクチュエータ４１ａは、第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を支持している複数のリフトピン４１を上位置から下位置に下降させることにより、第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を第１チャック１０または第２チャック２０に置く（図９Ｃ参照）。アクチュエータ４１ａは、さらに、複数のリフトピン４１を下位置から上位置に上昇させることにより、第２チャック２０に支持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を複数のリフトピン４１で持ち上げる。

【0056】

接合ユニット２ｅは、第１チャック１０が密閉位置に配置されているときに、第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との間の隙間を密閉するシールリング３０を含む。シールリング３０は、第１外側部１２および第２外側部２２のいずれかに保持されている。図４は、シールリング３０が第２外側部２２に保持された例を示している。この例では、シールリング３０の一部が第２外側部２２から凹んだ環状溝内に配置されており、シールリング３０の残りの部分が第２外側部２２から突出している。

【0057】

シールリング３０は、全周にわたって連続している（図８参照）。第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２に垂直な方向に見ると、シールリング３０は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の全周を取り囲む。シールリング３０は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の直径よりも大きい内径を有する円形のリングである。シールリング３０は、ゴムまたは樹脂製のＯリングであってもよいし、Ｏリング以外のシールであってもよい。シールリング３０は、四角形などの円形以外のリングであってもよい。シールリング３０の長さ方向に対して垂直な平面で切断したシールリング３０の断面は、円形であってもよいし、円形以外の形状であってもよい。

【0058】

第１チャック１０および第２チャック２０が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を保持しており、退避位置などの密閉位置以外の位置に第１チャック１０が配置されているとき、シールリング３０は、第１チャック１０および第２チャック２０の一方だけに接している。このとき、流体は、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間である境界空間ＢＳに第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間を通じて出入りできる。第１チャック１０が密閉位置に配置されると、シールリング３０は、第１チャック１０および第２チャック２０の両方に接触する（図１０Ｃ参照）。これにより、第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間がシールリング３０によって塞がれ、境界空間ＢＳが密閉される。

【0059】

接合ユニット２ｅは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引する吸引ポンプ３１ｐを含む。吸引ポンプ３１ｐは、第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との少なくとも一方で開口した複数の吸引口３１を通じて第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引する。図４は、複数の吸引口３１が第１チャック１０だけに設けられた例を示している。

【0060】

複数の吸引口３１は、直径が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の直径よりも大きく、シールリング３０の内径よりも小さい円上に配置されている。したがって、複数の吸引口３１は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外側に配置されていると共に、シールリング３０の内側に配置されている。複数の吸引口３１は、第１チャック１０または第２チャック２０の周方向に配列されている（図６参照）。吸引ポンプ３１ｐの吸引力は、全ての吸引口３１に伝達される。

【0061】

境界空間ＢＳが密閉された状態で吸引ポンプ３１ｐが第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引すると、境界空間ＢＳの気圧が低下し、筐体４内の気圧よりも低い値に維持される。境界空間ＢＳの気圧は、吸引ポンプ３１ｐの設定値に維持される。吸引ポンプ３１ｐから吸引口３１に伝達される吸引力を変更する自動圧力制御バルブ３１ｖが設けられる場合、境界空間ＢＳの気圧は、自動圧力制御バルブ３１ｖの設定値に維持される。制御装置３は、吸引ポンプ３１ｐまたは自動圧力制御バルブ３１ｖの設定値を制御することにより、境界空間ＢＳの気圧を上昇または低下させたり、一定に維持したりする。

【0062】

自動圧力制御バルブ３１ｖは、電空レギュレータともいわれる電動式の圧力制御バルブである。図４は、吸引ポンプ３１ｐの吸引力を吸引口３１に伝達する吸引管に自動圧力制御バルブ３１ｖが取り付けられた例を示している。制御装置３は、自動圧力制御バルブ３１ｖの設定値を変更すれば、吸引ポンプ３１ｐの設定値を変更しなくても、吸引ポンプ３１ｐの設定値以下の範囲内で境界空間ＢＳの気圧を変更することができる。自動圧力制御バルブ３１ｖは、境界空間ＢＳの気圧を制御装置３によって指定された設定値に維持する。

【0063】

図示はしないが、自動圧力制御バルブ３１ｖは、吸引口３１に吸引された気体が通過する環状の弁座と、弁座に対して移動可能な弁体と、弁座に対して弁体を移動させることにより弁座と弁体との間の流路の断面積を変更する電動アクチュエータとを含む。自動圧力制御バルブ３１ｖは、さらに、弁座の上流で（吸引口３１側で）気圧を検出する圧力センサと、圧力センサの検出値に基づいて電動アクチュエータに弁体を移動させることにより、圧力センサの検出値を設定値に維持するバルブコントローラとを含む。

【0064】

接合ユニット２ｅは、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方を押すプッシャー４２と、プッシャー４２を移動させるアクチュエータ４２ａとを含む。図４は、プッシャー４２が第１基板Ｗ１の中央部を第２基板Ｗ２の中央部の方に押す例を示している。第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１外側部１２に固定された状態でプッシャー４２が第１基板Ｗ１の中央部を第２基板Ｗ２の中央部の方に押すと、第１基板Ｗ１の中央部を含む第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して第２基板Ｗ２の方に移動し、第１基板Ｗ１が弾性変形する（図１０Ｂ参照）。第１基板Ｗ１の品質に問題がなければ、プッシャー４２が第１基板Ｗ１を押したとき、第１基板Ｗ１の一部が塑性変形してもよい。

【0065】

アクチュエータ４２ａは、平坦位置（図４に示す位置）と変形位置（図１０Ｂに示す位置）とを含む複数の位置でプッシャー４２を静止させる。アクチュエータ４２ａは、待機位置（図４において二点鎖線で示されたプッシャー４２の位置）でプッシャー４２を静止させてもよい。

【0066】

変形位置は、プッシャー４２が第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１を押す位置である。平坦位置は、プッシャー４２が第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１を押さない位置である。変形位置および平坦位置は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１に対して垂直な直線上の位置である。待機位置は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１に垂直な方向に見たときに、プッシャー４２が第１チャック１０および第１基板Ｗ１に重ならない位置である。プッシャー４２が平坦位置に配置されているとき、プッシャー４２は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１に接していてもよいし、離れていてもよい。

【0067】

接合ユニット２ｅは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方を撮影する少なくとも１つのカメラ４３を含む。少なくとも１つのカメラ４３は、受け取った赤外線を電気信号に変換することにより対象物の画像を生成する赤外線カメラ、または、受け取った可視光線を電気信号に変換することにより対象物の画像を生成する可視光カメラであってもよいし、赤外線カメラおよび可視光カメラの両方を含んでいてもよい。少なくとも１つのカメラ４３は、互いに離れた状態で向かい合った第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を撮影する１つの赤外線カメラであってもよいし、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を別々に撮影する２つの赤外線カメラであってもよい。

【0068】

第１基板Ｗ１は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のアライメントを調整する際の基準となる少なくとも１つのアライメントマークを含む。第２基板Ｗ２も同様である。カメラ４３が赤外線カメラである場合、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方に向けて赤外線を照射する赤外線ランプを、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方に対して赤外線カメラとは反対側に配置してもよい。この場合、赤外線ランプに赤外線を放出させながら、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方を赤外線カメラで撮影してもよい。

【0069】

制御装置３は、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のずれの大きさおよび方向を少なくとも１つのカメラ４３によって生成された１枚以上の画像に基づいて確認するアライメント確認工程を行う。その後、制御装置３は、ずれの大きさおよび方向に基づいて少なくとも１つのアクチュエータ４０に第１チャック１０および第２チャック２０の相対的な位置を変更させることにより第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のずれ量を減少させるアライメント調整工程を行う。その後、制御装置３は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接触させる基板接触工程を行う。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合される。

【0070】

次に、第１チャック１０および第２チャック２０について説明する。

【0071】

図５は、第１チャック１０の鉛直な断面を示す概略図である。図６は、第１チャック１０を上から見た概略図である。図７は、第２チャック２０の鉛直な断面を示す概略図である。図８は、第２チャック２０を上から見た概略図である。

【0072】

前述のように、第１チャック１０は、第１固定部１１および第１外側部１２を含み、第２チャック２０は、第２固定部２１および第２外側部２２を含む。第１固定部１１および第１外側部１２は、第１チャック１０の表面の一部である。第２固定部２１および第２外側部２２は、第２チャック２０の表面の一部である。第１固定部１１の構成は、第２固定部２１の構成と同じまたはほぼ同じであり、第１外側部１２の構成は、第２外側部２２の構成と同じまたはほぼ同じである。したがって、以下では、第１固定部１１および第１外側部１２について説明し、第２固定部２１および第２外側部２２についての説明を省略する。

【0073】

図５および図６に示すように、第１固定部１１は、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１の外周部に接した状態で第１基板Ｗ１の外周部を固定する部分である。第１固定部１１は、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１と直接向かい合う、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１と平行な平面である。第１固定部１１は、凹凸のない平面であってもよいし、凹凸のある平面であってもよい。図６は、第１固定部１１が第１基板Ｗ１と同心の円環状である例を示している。この例では、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１の外周部だけが第１チャック１０に接触し、同外周部を除く第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１のいずれの部分も第１チャック１０に接触しない。

【0074】

図５に示す例では、第１固定部１１の幅（第１固定部１１の内周から第１固定部１１の外周までの最短距離）は、第１基板Ｗ１の外周部が第１固定部１１に固定されている状態で、第１基板Ｗ１の中央部および中間部を含む第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して第１基板Ｗ１に垂直な方向に移動できるように設定されている。図５は、第１固定部１１の幅が、第１固定部１１の外周から第１チャック１０の外周までの最短距離よりも小さく、第１基板Ｗ１の厚みよりも大きい例を示している。第１固定部１１の内径は、第１基板Ｗ１の直径よりも小さい。第１固定部１１の外径は、第１基板Ｗ１の直径と等しくてもよいし、第１基板Ｗ１の直径よりも大きいまたは小さくてもよい。

【0075】

図６に示すように、第１外側部１２は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１を第１基板Ｗ１に対して垂直な方向に見たときに第１基板Ｗ１の外側に配置される部分である。第１外側部１２は、第１基板Ｗ１および第１固定部１１の全周を取り囲んでいる。第１外側部１２の外径は、第１基板Ｗ１の直径よりも大きい。第１外側部１２の幅（第１外側部１２の内周から第１外側部１２の外周までの最短距離）は、第１固定部１１の幅と等しくてもよいし、異なっていてもよい。

【0076】

図５に示すように、第１外側部１２は、第１固定部１１から外側に延びている。第１チャック１０の円筒状の外周面は、第１外側部１２の外周から下方に延びている。第１チャック１０の中心線まわりのいずれの角度でも、第１外側部１２の断面は、第１基板Ｗ１の外周から第１基板Ｗ１の外側の位置まで連続している。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間を密閉できるのであれば、第１外側部１２はどのような形状であってもよい。図５は、第１外側部１２が第１基板Ｗ１と平行な平面上に配置された例を示している。第１固定部１１も同様である。第１外側部１２は、第１固定部１１を含む平面上に配置されてもよいし、第１固定部１１を含む平面とは異なる平面上に配置されてもよい。図５は、後者の例を示している。第１固定部１１が第１外側部１２から凹んでいる。

【0077】

図５～図８は、第１チャック１０および第２チャック２０がバキュームチャックである例を示している。図６に示すように、第１チャック１０の周方向に配列された複数の第１吸引口１３が第１固定部１１で開口している。図８に示すように、第２チャック２０の周方向に配列された複数の第２吸引口２３が第２固定部２１で開口している。第１基板Ｗ１が第１固定部１１に接した状態で第１吸着力発生器１３ｇの吸引力が複数の第１吸引口１３に伝達されると、第１基板Ｗ１は第１固定部１１に吸着され固定される。同様に、第２基板Ｗ２が第２固定部２１に接した状態で第２吸着力発生器２３ｇの吸引力が複数の第２吸引口２３に伝達されると、第２基板Ｗ２は第２固定部２１に吸着され固定される。

【0078】

図５および図６に示すように、第１チャック１０は、第１自転アクチュエータ４０ｒａを介して反転アクチュエータ４０ｉに連結されている。反転アクチュエータ４０ｉは、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚに連結されている。図５は、第１自転アクチュエータ４０ｒａ、反転アクチュエータ４０ｉ、およびＺ方向アクチュエータ４０ｚが電動モータである例を示している。この例では、水平な直線まわりに回転可能な反転ステージ１４によって第１自転アクチュエータ４０ｒａおよび第１チャック１０が支持されており、ボールねじ１５およびボールナット１６を含むモーションコンバータを介してＺ方向アクチュエータ４０ｚが反転アクチュエータ４０ｉおよび反転ステージ１４に連結されている。

【0079】

第１自転アクチュエータ４０ｒａは、第１チャック１０を反転ステージ１４に対して第１チャック１０の中心線まわりに回転させる。反転アクチュエータ４０ｉは、反転ステージ１４を筐体４（図４参照）に対して回転させることにより、第１チャック１０および第１自転アクチュエータ４０ｒａを水平な直線まわりに１８０度回転させる。Ｚ方向アクチュエータ４０ｚの回転は、ボールねじ１５およびボールナット１６によってＺ方向への反転アクチュエータ４０ｉおよび反転ステージ１４の移動に変換される。これにより、第１チャック１０および第１自転アクチュエータ４０ｒａが上下方向に一致するＺ方向に平行移動する。

【0080】

図７および図８に示すように、第２チャック２０は、筐体４（図４参照）に対してＸ方向に平行移動可能なＸステージ２４に支持されている。第２自転アクチュエータ４０ｒｂは、第２チャック２０とＸステージ２４との間に配置されている。Ｘステージ２４は、筐体４に対してＹ方向に平行移動可能なＹステージ２５に支持されている。図８は、Ｘ方向に延びる２つのリニアガイド２７ｘを介してＸステージ２４がＹステージ２５に支持され、Ｙ方向に延びる２つのリニアガイド２７ｙを介してＹステージ２５が台座２６に支持された例を示している。

【0081】

第２自転アクチュエータ４０ｒｂは、第２チャック２０をＸステージ２４に対して第２チャック２０の中心線まわりに回転させる。Ｘ方向アクチュエータ４０ｘは、Ｘステージ２４を筐体４に対してＸ方向に移動させることにより、第２チャック２０および第２自転アクチュエータ４０ｒｂをＸ方向に平行移動させる。Ｙ方向アクチュエータ４０ｙは、Ｙステージ２５を筐体４に対してＹ方向に移動させることにより、第２チャック２０、第２自転アクチュエータ４０ｒｂ、およびＸステージ２４をＹ方向に平行移動させる。

【0082】

第１チャック１０および第２チャック２０が相対的にＸ方向に移動するのであれば、Ｘ方向アクチュエータ４０ｘは、第１チャック１０を移動させてもよいし、第１チャック１０および第２チャック２０の両方を移動させてもよい。Ｙ方向アクチュエータ４０ｙおよびＺ方向アクチュエータ４０ｚについても同様である。第１自転アクチュエータ４０ｒａおよび第２自転アクチュエータ４０ｒｂのいずれか一方を省略してもよい。筐体４の外で第１基板Ｗ１を反転させるのであれば、反転アクチュエータ４０ｉを省略してもよい。この場合、第１チャック１０を下向きで保持してもよい。

【0083】

次に、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合ユニット２ｅに搬入してから搬出するまでの流れの一例について説明する。

【0084】

図９Ａ～図９Ｇは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合ユニット２ｅに搬入してから搬出するまでの流れの一例について説明するための概略図である。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合ユニット２ｅに搬入するときは、図９Ａに示すように、第１チャック１０の第１固定部１１が上に向けられた状態で第１チャック１０を待機位置に配置し、リフトピン４１の上端が待機位置に位置する第１チャック１０の第１固定部１１よりも上方に位置する上位置にリフトピン４１を配置する。

【0085】

搬送ロボットＴＲは、この状態で、第１基板Ｗ１をハンドＴＨで水平に支持しながらリフトピン４１の上方に配置する。その後、搬送ロボットＴＲは、ハンドＴＨを下降させる。これにより、図９Ｂに示すように、非接合面ＷＥ１に相当する第１基板Ｗ１の下面がリフトピン４１に接触し、ハンドＴＨが第１基板Ｗ１の下面から離れる。搬送ロボットＴＲは、第１基板Ｗ１をリフトピン４１の上に置いた後、ハンドＴＨを接合ユニット２ｅの外に移動させる。

【0086】

図９Ｃに示すように、アクチュエータ４１ａは、ハンドＴＨが第１基板Ｗ１と第１チャック１０との間から退避した後、リフトピン４１を下降させる。これにより、第１基板Ｗ１がリフトピン４１によって水平に支持されたまま下方に平行移動する。その過程で、第１基板Ｗ１の下面が第１チャック１０の第１固定部１１に接触し、リフトピン４１が第１基板Ｗ１の下面から離れる。リフトピン４１が下位置に到達すると、リフトピン４１の上端は、第２チャック２０の第２固定部２１よりも下方に配置される。

【0087】

第１基板Ｗ１が第１チャック１０の上に置かれると、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に接触する。制御装置３は、この状態で、第１基板Ｗ１の外周部を第１チャック１０の第１固定部１１に固定する吸着力を第１吸着力発生器１３ｇに発生させる。これにより、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に接した状態で第１チャック１０の第１固定部１１に固定される。

【0088】

図９Ｄに示すように、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚは、第１基板Ｗ１の外周部が第１固定部１１に固定されている状態で第１チャック１０を待機位置から退避位置まで上昇させる。その後、反転アクチュエータ４０ｉは、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に固定されている状態で、退避位置に位置する第１チャック１０を水平な直線まわりに１８０度回転させる。これにより、図９Ｅに示すように、接合面ＷＡ１に相当する第１基板Ｗ１の上面が下に向けられた状態で第１基板Ｗ１が第１チャック１０によって水平に保持される。

【0089】

その一方で、図９Ｄに示すように、アクチュエータ４１ａは、第１チャック１０が待機位置から上昇した後、リフトピン４１を下位置から上位置まで上昇させる。これにより、リフトピン４１の上端が第２チャック２０の第２固定部２１よりも上方に配置される。搬送ロボットＴＲは、この状態で、第２基板Ｗ２をハンドＴＨで水平に支持しながらリフトピン４１の上方に配置する。搬送ロボットＴＲは、反転アクチュエータ４０ｉが第１基板Ｗ１および第１チャック１０を反転させるのと同時に第２基板Ｗ２をリフトピン４１の上方に配置してもよいし、反転アクチュエータ４０ｉが第１基板Ｗ１および第１チャック１０を反転させる前または後に第２基板Ｗ２をリフトピン４１の上方に配置してもよい。

【0090】

第２基板Ｗ２がリフトピン４１の上方に配置された後、搬送ロボットＴＲは、ハンドＴＨを下降させる。これにより、非接合面ＷＥ２に相当する第２基板Ｗ２の下面がリフトピン４１に接触し、ハンドＴＨが第２基板Ｗ２の下面から離れる。搬送ロボットＴＲは、第２基板Ｗ２をリフトピン４１の上に置いた後、ハンドＴＨを接合ユニット２ｅの外に移動させる。アクチュエータ４１ａは、ハンドＴＨが第２基板Ｗ２と第２チャック２０との間から退避した後、リフトピン４１を下降させる。これにより、第２基板Ｗ２がリフトピン４１によって水平に支持されたまま下方に平行移動する。図９Ｅに示すように、その過程で、第２基板Ｗ２の下面が第２チャック２０の第２固定部２１に接触し、リフトピン４１が第２基板Ｗ２の下面から離れる。

【0091】

第１チャック１０によって下向きに保持されている第１基板Ｗ１の下面は、第２チャック２０によって上向きに保持されている第２基板Ｗ２の上面と平行に向かい合う。第１基板Ｗ１の下面は、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１であり、第２基板Ｗ２の上面は、第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２である。制御装置３は、第１チャック１０および第２チャック２０によって水平に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２をカメラ４３に撮影させることにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のアライメントを確認する。その後、制御装置３は、Ｘ方向アクチュエータ４０ｘ、Ｙ方向アクチュエータ４０ｙ、第１自転アクチュエータ４０ｒａ、および第２自転アクチュエータ４０ｒｂ（図４参照）の少なくとも１つによって第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の両方または一方を動かすことにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のアライメントを調整する。その後、制御装置３は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する。接合の詳細については後述する。

【0092】

図９Ｆに示すように、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合されると、第１チャック１０は退避位置に配置される。接合基板、つまり、接合された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、第２チャック２０に保持される。制御装置３は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合された後、第２吸着力発生器２３ｇに吸着力の発生を停止させる。その後、制御装置３は、アクチュエータ４１ａを制御することにより、リフトピン４１を下位置から上位置まで上昇させる。図９Ｇに示すように、接合基板は、リフトピン４１によって持ち上げられ、第２チャック２０から上方に離れる。搬送ロボットＴＲは、リフトピン４１によって水平に支持されている接合基板をハンドＴＨで持ち上げた後、ハンドＴＨを接合ユニット２ｅの外に移動させる。これにより、接合基板が接合ユニット２ｅから搬出される。

【0093】

次に、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する２つの例について説明する。最初に、第１の例について説明する。

【0094】

図１０Ａ～図１０Ｇは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する第１の例について説明するための概略図である。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合するとき、図１０Ａに示すように、第１基板Ｗ１は、第１チャック１０によって下向きに保持され、第２基板Ｗ２は、第２チャック２０によって上向きに保持される。第１基板Ｗ１の外周部は、第１チャック１０の第１固定部１１に接した状態で第１チャック１０の第１固定部１１に固定される。第２基板Ｗ２の外周部は、第２チャック２０の第２固定部２１に接した状態で第２チャック２０の第２固定部２１に固定される。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、間隔を空けて上下方向に平行に向かい合う。

【0095】

図１０Ａに示すように、第１チャック１０は、近接位置に配置される。近接位置は、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１が変形しなければ第２基板Ｗ２に保持されている第２基板Ｗ２に接触しない位置である。第１チャック１０が近接位置に配置されているとき、シールリング３０は、第１チャック１０および第２チャック２０の間の隙間を塞いでおらず、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間である境界空間ＢＳは、流体が第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間を通じて境界空間ＢＳに出入りできる開放状態にある。

【0096】

図１０Ｂに示すように、制御装置３は、境界空間ＢＳが開放された状態で、アクチュエータ４２ａを制御することにより、プッシャー４２を平坦位置から変形位置に移動させる。プッシャー４２は、第１基板Ｗ１の中央部を第２基板Ｗ２の中央部の方に押しながら変形位置の方に移動する。第１基板Ｗ１の中央部は、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０に固定されたまま、第２基板Ｗ２の中央部に近づく。これにより、第１基板Ｗ１の中央部が第１基板Ｗ１の外周部に対して突出するように平坦な第１基板Ｗ１が円錐台状に変形する。プッシャー４２が変形位置に到達するのと同時にまたはその前に、第１基板Ｗ１の中央部が第２基板Ｗ２の中央部に接触する。言い換えると、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が互いに接触した円形またはほぼ円形の接触領域ＣＲが第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の界面に形成される。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始され、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が部分的に接合される。

【0097】

図１０Ｃに示すように、制御装置３は、プッシャー４２が変形位置に配置されている状態で、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚを制御することにより、第１チャック１０を近接位置から密閉位置に移動させる。制御装置３は、第１チャック１０が近接位置から密閉位置に移動している間、第１チャック１０の移動速度を一定に維持してもよいし、第１チャック１０が密閉位置に到達する前に第１チャック１０の移動速度を変更してもよい。

【0098】

第１チャック１０が密閉位置に到達すると、第１チャック１０および第２チャック２０の間の隙間がシールリング３０によって塞がれ、境界空間ＢＳが開放状態から密閉状態に変わる。密閉状態は、流体が第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間を通じて境界空間ＢＳに出入りできない状態である。境界空間ＢＳが密閉状態に変わると、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、第１チャック１０、第２チャック２０、およびシールリング３０によって閉空間が形成される。

【0099】

図１０Ｄは、図１０Ｃに示す第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、第１チャック１０、および第２チャック２０等を上から見た概略図である。図１０Ｄに示す一点鎖線は、図１０Ｂに示す接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１を示している。図１０Ｄに示す二点鎖線は、図１０Ｃに示す接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１を示している。接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１は、ボンディングウェーブ（bonding wave）といわれることがある。接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動することは、ボンディングウェーブが広がるといわれることがある。

【0100】

第１チャック１０は、プッシャー４２が変形位置に配置されている状態で近接位置から密閉位置に移動する。プッシャー４２が第１基板Ｗ１を押す方向と同じ方向に第１チャック１０が移動するので、第１チャック１０が密閉位置に近づくにしたがって第１基板Ｗ１の変形量が減少する。それに伴って、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動し、接触領域ＣＲの面積が増加する。したがって、図１０Ｄ中の一点鎖線および二点鎖線によって示されるように、接触領域ＣＲは、円形またはほぼ円形のまま大きくなる。接合界面に相当する接触領域ＣＲが拡大しているとき、接触領域ＣＲをカメラ４３（図４参照）で撮影することにより、接触領域ＣＲの変化を観察してもよい。これは、境界空間ＢＳの減圧により接触領域ＣＲを拡大させるときも同様である。

【0101】

図１０Ｅに示すように、制御装置３は、境界空間ＢＳが密閉された後、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０に固定され、第２基板Ｗ２の外周部が第２チャック２０に固定されている状態で、吸引ポンプ３１ｐに第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を第１チャック１０の吸引口３１を通じて吸引させる。この気体の吸引は、境界空間ＢＳが密閉状態に変わるのと同時に開始してもよいし、境界空間ＢＳが密閉状態に変わる前または後に開始してもよい。後者の場合、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される前に気体の吸引を開始してもよい。

【0102】

境界空間ＢＳが密閉された状態で、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体が吸引されると、境界空間ＢＳの気圧が筐体４（図４参照）内の気圧と等しい値から筐体４内の気圧よりも低い値まで低下する。吸引ポンプ３１ｐは、境界空間ＢＳの気圧を筐体４内の気圧よりも低い値に維持する。差圧、つまり、境界空間ＢＳの気圧と筐体４内の気圧との差は、境界空間ＢＳが小さくなるように第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方を変形させる。図１０Ｅに示す例では、プッシャー４２および第１基板Ｗ１が上方向への第２基板Ｗ２の移動を規制しているので、第２基板Ｗ２は変形しないまたは殆ど変形しない。したがって、主として第１基板Ｗ１が変形する。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の界面に形成された接触領域ＣＲの直径が増加する。

【0103】

接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１は、境界空間ＢＳの気圧と筐体４内の気圧との差に応じた速度で第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動する。筐体４内の気圧は一定である。したがって、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１は、境界空間ＢＳの気圧に応じた速度で移動する。例えば、境界空間ＢＳの気圧が低下すると、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合速度、つまり、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動する速度が増加する。制御装置３は、境界空間ＢＳの気圧の設定値を一定に維持してもよいし、変化させてもよい。後者の場合、制御装置３は、境界空間ＢＳの気圧の設定値を段階的または連続的に減少または増加させてもよい。

【0104】

境界空間ＢＳの気圧を筐体４内の気圧よりも低い一定の値に維持すると、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合速度が連続的に減少する。これは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接触させるために必要な力が第１チャック１０および第２チャック２０に近づくにしたがって増加するからである。言い換えると、荷重点である接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１から固定端である第１チャック１０および第２チャック２０までの距離が減少するからである。制御装置３は、境界空間ＢＳの気圧の設定値を連続的に減少させることにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合速度を一定に維持してもよい。

【0105】

制御装置３は、差圧に起因する第１基板Ｗ１の変形で第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲが大きくなった後、吸引ポンプ３１ｐが境界空間ＢＳの気圧を筐体４内の気圧よりも低い値に維持している状態で、第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させる。図１０Ｆは、第１基板Ｗ１の外周部を除く第１基板Ｗ１の殆ど全てが第２基板Ｗ２に接触している状態で、第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させる例を示している。接触領域ＣＲが差圧で大きくなった後であれば、制御装置３は、いつ第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させてもよい。制御装置３は、差圧に起因する第１基板Ｗ１の変形が続いているときに第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させてもよいし、同変形が止まった後に第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させてもよい。

【0106】

第１チャック１０が第１基板Ｗ１の吸着を停止すると、第１基板Ｗ１を元の形状に戻そうとする復元力で、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０から離れ、第２基板Ｗ２の外周部の方に移動する。図１０Ｆに示すように、第１基板Ｗ１の外周部は、第１チャック１０にも第２基板Ｗ２にも接触していない状態に瞬間的になる。第１基板Ｗ１の外周部が第２基板Ｗ２の外周部に近づくのに伴って接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周に近づく。図１０Ｇに示すように、第１基板Ｗ１の外周部が第２基板Ｗ２の外周部に接触すると、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１の全域が第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２の全域に接触する。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接合される。その後は、前述の通り、接合された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が筐体４から搬出される。

【0107】

なお、制御装置３は、第１チャック１０を密閉位置に移動させる前ではなく、第１チャック１０を密閉位置に移動させた後に、プッシャー４２を平坦位置から変形位置に移動させてもよい。この場合、制御装置３は、吸引ポンプ３１ｐが境界空間ＢＳの気圧を筐体４内の気圧よりも低い値に維持している状態で、プッシャー４２を平坦位置から変形位置に移動させてもよいし、境界空間ＢＳの気圧が筐体４内の気圧と等しい状態で、プッシャー４２を平坦位置から変形位置に移動させてもよい。

【0108】

次に、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する第２の例について説明する。

【0109】

図１１Ａ～図１１Ｄは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する第２の例について説明するための概略図である。第２の例は、プッシャー４２で第１基板Ｗ１の中央部を押すことにより第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合を開始するのではなく、境界空間ＢＳの気圧を低下させることにより第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合を開始する点で第１の例とは異なる。

【0110】

図１１Ａに示すように、制御装置３は、第１基板Ｗ１のいずれの部分も第２基板Ｗ２に接触していない状態で、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚを制御することにより、第１チャック１０を近接位置から密閉位置に移動させる。制御装置３は、さらに、吸引ポンプ３１ｐに第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を第１チャック１０の吸引口３１を通じて吸引させる。この気体の吸引は、境界空間ＢＳが密閉状態に変わるのと同時に開始してもよいし、境界空間ＢＳが密閉状態に変わる前または後に開始してもよい。

【0111】

境界空間ＢＳが密閉された状態で、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体が吸引されると、境界空間ＢＳの気圧が筐体４内の気圧と等しい値から筐体４内の気圧よりも低い値まで低下する。これにより、図１１Ｂに示すように、境界空間ＢＳが小さくなるように第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の少なくとも一方が変形する。第２の例では、プッシャー４２（図４参照）が第１基板Ｗ１に接触していないので、第１基板Ｗ１だけでなく、第２基板Ｗ２も変形する。平坦な第１基板Ｗ１は、第１基板Ｗ１の中央部が第１基板Ｗ１の外周部に対して突出するように円錐台状に変形する。同様に、平坦な第２基板Ｗ２は、第２基板Ｗ２の中央部が第２基板Ｗ２の外周部に対して突出するように円錐台状に変形する。これにより、第１基板Ｗ１の中央部と第２基板Ｗ２の中央部とが互いに接触し、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される。

【0112】

第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始された後は、図１１Ｃに示すように、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が境界空間ＢＳの気圧に応じた速度で第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動する。これにより、接触領域ＣＲの直径が増加し、接触領域ＣＲが円形またはほぼ円形のまま大きくなる。制御装置３は、接触領域ＣＲの拡大が停止するのと同時にまたは停止する前または後に、第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させる。図１１Ｃは、第１基板Ｗ１の外周部を除く第１基板Ｗ１の殆ど全てが第２基板Ｗ２に接触した状態で、制御装置３が第１チャック１０に第１基板Ｗ１の吸着を停止させる例を示している。

【0113】

第１チャック１０が第１基板Ｗ１の吸着を停止すると、第１基板Ｗ１を元の形状に戻そうとする復元力で、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０から離れ、第２基板Ｗ２の外周部の方に移動する。第１基板Ｗ１の外周部が第２基板Ｗ２の外周部に近づくのに伴って接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周に近づく。図１１Ｄに示すように、第１基板Ｗ１の外周部が第２基板Ｗ２の外周部に接触すると、第１基板Ｗ１の接合面ＷＡ１の全域が第２基板Ｗ２の接合面ＷＡ２の全域に接触する。その後は、前述の通り、接合された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が筐体４から搬出される。

【0114】

図１２は、第２の例における境界空間ＢＳの気圧の設定値と経過時間との関係の一例を示すグラフである。この例では、時刻Ｔ１で境界空間ＢＳが密閉され、その直後に第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始されたときの境界空間ＢＳの気圧の設定値は筐体４内の気圧よりも低い第１の値である。境界空間ＢＳの気圧の設定値が第１の値に維持されているとき、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲは連続的に大きくなる。

【0115】

第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が進んでいるとき、つまり、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲが拡大しているとき（図１２では時刻Ｔ２）、制御装置３は、境界空間ＢＳの気圧の設定値を第１の値よりも低い第２の値に変更する。これにより、境界空間ＢＳの気圧がさらに低下し、境界空間ＢＳの体積がさらに減少する。それに伴って、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合速度が増加する。境界空間ＢＳの気圧の設定値が第２の値に維持されているとき（図１２では時刻Ｔ３）、第１基板Ｗ１の吸着が解除される。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が終了する。

【0116】

次に、本実施形態に係る効果について説明する。

【0117】

本実施形態では、接合すべき第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を第１チャック１０および第２チャック２０によって保持する。第１基板Ｗ１は、第１チャック１０の第１固定部１１に固定される。第２基板Ｗ２は、第２チャック２０の第２固定部２１に固定される。第１チャック１０の第１外側部１２は、対向方向の一例である上下方向に見ると第１基板Ｗ１および第１固定部１１を取り囲んでおり、第２チャック２０の第２外側部２２は、上下方向に見ると第２基板Ｗ２および第２固定部２１を取り囲んでいる。第１外側部１２および第２外側部２２は、上下方向に向かい合っている。シールリング３０は、第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との間の隙間を塞ぐ。これにより、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１と第２チャック２０に保持されている第２基板Ｗ２との間の空間が密閉される。

【0118】

吸引ポンプ３１ｐは、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の空間である境界空間ＢＳが密閉状態のときに第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引する。密閉状態は、シールリング３０が第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との両方に接しており、流体が第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間を通じて境界空間ＢＳに出入りできない状態である。したがって、吸引ポンプ３１ｐが第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引すると、境界空間ＢＳの気圧が低下する。

【0119】

第１チャック１０の第１固定部１１は、第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して上下方向に移動できるように第１基板Ｗ１の外周部を固定する。境界空間ＢＳの気圧が低下すると、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に固定されたまま第１基板Ｗ１が変形し、第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して第２基板Ｗ２の方に上下方向に移動する。これにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される。もしくは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が進む。その結果、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が互いに接触した接触領域ＣＲの面積が増加する。

【0120】

第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を減少させた状態で第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲを大きくするので、気体を減少させない場合に比べて、接合された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の界面にボイド（空洞）が発生する可能性を低下させることができる。ボイドが発生したとしても、ボイドを減らすまたは小さくすることができる。さらに、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲは、境界空間ＢＳの気圧に応じた速度で大きくなる。したがって、境界空間ＢＳの気圧を制御することにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が進む速度を制御することができる。

【0121】

本実施形態では、第１基板Ｗ１の内側部が第２基板Ｗ２に接触しており、境界空間ＢＳが密閉状態であり、吸引ポンプ３１ｐが境界空間ＢＳの気圧を低下させているとき、制御装置３が、第１吸着力発生器１３ｇを制御することにより、第１チャック１０の第１固定部１１に対する第１基板Ｗ１の外周部の固定を停止する。第１基板Ｗ１を元の形状に戻そうとする復元力と第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１に加わる気圧は、第１基板Ｗ１の外周部を第１チャック１０の第１固定部１１から離し第２基板Ｗ２に近づける。第１基板Ｗ１の外周部が第２基板Ｗ２の外周部に近づくのに伴って第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲが大きくなる。

【0122】

第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１に加わる気圧と境界空間ＢＳの気圧との差が大きければ、第１チャック１０の第１固定部１１に対する第１基板Ｗ１の外周部の固定を停止しなくても、第１基板Ｗ１の外周部は第１チャック１０の第１固定部１１から離れる。しかしながら、この場合、境界空間ＢＳの気圧を極端に低下させる必要がある。第１基板Ｗ１の外周部の固定を停止すれば、このような必要がない。さらに、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間を低圧に維持しながら、第１基板Ｗ１の外周部を第２基板Ｗ２の外周部に接触させるので、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周部の間にボイドが発生する可能性を低下させることができる。

【0123】

本実施形態では、第１チャック１０だけでなく第２チャック２０も基板Ｗが変形できるように同基板Ｗを保持する。境界空間ＢＳの気圧が低下すると、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に固定されたまま第１基板Ｗ１が変形すると共に、第２基板Ｗ２の外周部が第２チャック２０の第２固定部２１に固定されたまま第２基板Ｗ２が変形する。したがって、第１基板Ｗ１だけを変形させることにより第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合する場合に比べて第１基板Ｗ１の変形量を小さくすることができる。

【0124】

本実施形態では、間隔変更アクチュエータの一例であるＺ方向アクチュエータ４０ｚによって第１チャック１０および第２チャック２０の一方または両方を上下方向に移動させることにより、上下方向への第１チャック１０および第２チャック２０の間隔を変更する。これにより、境界空間ＢＳが、密閉状態と開放状態との間で切り替わる。開放状態は、シールリング３０が第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との一方だけに接触しており、流体が第１外側部１２と第２外側部２２との間の隙間を通じて境界空間ＢＳに出入りできる状態である。

【0125】

プッシャー４２は、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接触しておらず、境界空間ＢＳが開放状態または密閉状態であるときに、第１基板Ｗ１の内側部を第２基板Ｗ２の方に押す。これにより、第１基板Ｗ１の外周部が第１チャック１０の第１固定部１１に固定されたまま第１基板Ｗ１が変形し、第１基板Ｗ１の内側部が第１基板Ｗ１の外周部に対して第２基板Ｗ２の方に上下方向に移動する。第１基板Ｗ１の内側部が第２基板Ｗ２に近づくことにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される。したがって、減圧によって第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合を開始する場合に比べて、接合が始まる位置を安定させることができる。

【0126】

本実施形態では、プッシャー４２が第１基板Ｗ１の内側部を第２基板Ｗ２の方に押しており、第１基板Ｗ１の内側部が第２基板Ｗ２に接した状態で、Ｚ方向アクチュエータ４０ｚが第１チャック１０を第２チャック２０の方に上下方向に移動させる。これにより、境界空間ＢＳが開放状態から密閉状態に切り替わる。第１チャック１０が第２チャック２０に近づくにしたがって第１基板Ｗ１の変形量が減少する。それに伴って、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動し、接触領域ＣＲの面積が増加する。したがって、第１チャック１０が第２チャック２０に近づく速度を制御することにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が進む速度を制御することができる。

【0127】

本実施形態では、第１チャック１０および第２チャック２０に保持されている第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が接触しておらず、境界空間ＢＳが密閉状態のときに、吸引ポンプ３１ｐが第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の間の気体を吸引する。これにより、第１基板Ｗ１の内側部が第２基板Ｗ２に近づくように第１基板Ｗ１が変形し、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合が開始される。したがって、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合を開始したときにボイドが発生する可能性を低下させることができる。さらに、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合を開始するときに、プッシャー４２などの有体物で第１基板Ｗ１を第２基板Ｗ２の方に押さなくてもよい。

【0128】

本実施形態では、境界空間ＢＳが密閉状態であり、吸引ポンプ３１ｐが境界空間ＢＳの気圧を低下させているときに、制御装置３が、吸引ポンプ３１ｐまたは自動圧力制御バルブ３１ｖを制御することにより、境界空間ＢＳの気圧の設定値を、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が配置された空間（境界空間ＢＳを除く）の気圧よりも低い一定の値に維持する。境界空間ＢＳの気圧が低下すると、第１基板Ｗ１が変形し、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接触領域ＣＲが大きくなる。言い換えると、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の外周の方に移動する。

【0129】

接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が移動する速度が速すぎると、ボイドが発生する可能性が高まることがある。境界空間ＢＳの気圧を第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が配置された空間の気圧よりも低い一定の値に維持すると、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が移動する速度が連続的に減少する。これは、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接触させるために必要な力が第１チャック１０および第２チャック２０に近づくにしたがって増加するからである。境界空間ＢＳの気圧の設定値を一定に維持することにより、接合速度の増加を防止できる。

【0130】

本実施形態では、境界空間ＢＳの気圧の設定値を第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２が配置された空間（境界空間ＢＳを除く）の気圧よりも低い範囲内で低下させる。具体的には、同設定値を第１の値から第２の値に低下させる。境界空間ＢＳの気圧が低すぎると、接触領域ＣＲの外縁ＣＲ１が高速で移動する期間が生じ得る。これは、ボイドが発生する可能性を高める原因となり得る。境界空間ＢＳの気圧の設定値を段階的に低下させれば、このような期間を無くすまたは短くすることができる。

【0131】

本実施形態では、境界空間ＢＳの気圧の設定値を、第１の値から第１の値よりも低い第２の値に低下させているが、第１の値と第２の値とを同じ値に設定してもよく、第２の値を第１の値よりも高い値に設定してもよい。

【0132】

次に、他の実施形態について説明する。

【0133】

第１基板Ｗ１および第１チャック１０を、第２基板Ｗ２および第２チャック２０の上方ではなく、第２基板Ｗ２および第２チャック２０の下方に配置してもよい。

【0134】

第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とが向かい合う方向は、上下方向以外の方向であってもよい。つまり、対向方向は、水平方向であってもよいし、水平面に対して傾いた方向であってもよい。

【0135】

第１チャック１０の第１固定部１１に対する第１基板Ｗ１の外周部の固定を停止せずに、境界空間ＢＳの気圧を低下させることにより第１基板Ｗ１の外周部を第１チャック１０の第１固定部１１から離してもよい。

【0136】

図１３に示すように、第１チャック１０は、リング状ではなく、円板状であってもよい。第２チャック２０についても同様である。

【0137】

第１チャック１０および第２チャック２０の少なくとも一方が円板状である場合、リフトピン４１が挿入される貫通穴を設ければよい。図１３は、貫通穴１０ｈが円板状の第１チャック１０に設けられ、貫通穴２０ｈが円板状の第２チャック２０に設けられた例を示している。円板状の第１チャック１０または第２チャック２０を介して第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を赤外線カメラで撮影する場合、石英などの赤外線を透過する材料で第１チャック１０または第２チャック２０を作製すればよい。

【0138】

第１チャック１０および第２チャック２０の少なくとも一方が円板状である場合、第１チャック１０および第２チャック２０の少なくとも一方は、基板Ｗが変形できないように同基板Ｗを保持してもよい。第２チャック２０が円板状である場合、第２基板Ｗ２の非接合面ＷＥ２の全域を第２チャック２０の平坦な吸着面に吸着させてもよい。

【0139】

第１チャック１０が円板状である場合、第１チャック１０に保持されている第１基板Ｗ１をプッシャー４２（図４参照）で押すのではなく、第１基板Ｗ１の非接合面ＷＥ１を第１チャック１０の半球状の吸着面に密着させることにより、第１基板Ｗ１を半球状に変形させてもよい。この場合、第１基板Ｗ１の外周部だけを第１チャック１０の吸着面に吸着させてもよい。つまり、半球状に変形した第１基板Ｗ１の内側部（中央部および中間部）は、第１チャック１０の吸着面に対して移動可能であってもよい。

【0140】

２つ以上のシールリング３０で第１チャック１０の第１外側部１２と第２チャック２０の第２外側部２２との間の隙間を塞いでもよい。例えば、第２チャック２０に保持されているシールリング３０とは別のシールリング３０を第１チャック１０に保持させてもよい。

【0141】

第１チャック１０の第１外側部１２は、第２チャック２０の第２外側部２２を取り囲んだ筒状部を有していてもよい。もしくは、第２チャック２０の第２外側部２２は、第１チャック１０の第１外側部１２を取り囲んだ筒状部を有していてもよい。この場合、シールリング３０を第１外側部１２と筒状部との間、または第２外側部２２と筒状部との間に配置してもよい。

【0142】

第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方は、トランジスタなどのデバイスが配置されたデバイス層ＷＣ１およびデバイス層ＷＣ２を有していなくてもよい。この場合、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方は、シリコンまたはガラス製の支持基板であってもよい。

【0143】

前述の全ての構成の２つ以上を組み合わせてもよい。前述の全ての工程の２つ以上を組み合わせてもよい。

【0144】

本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。

【符号の説明】

【0145】

１：基板接合装置、２ｅ：接合ユニット、３：制御装置、１０：第１チャック、１１：第１固定部、１２：第１外側部、１３：第１吸引口、１３ｇ：第１吸着力発生器、１４：反転ステージ、１５：ボールねじ、１６：ボールナット、２０：第２チャック、２１：第２固定部、２２：第２外側部、２３：第２吸引口、２３ｇ：第２吸着力発生器、２４：Ｘステージ、２５：Ｙステージ、２６：台座、２７ｘ：リニアガイド、２７ｙ：リニアガイド、３０：シールリング、３１：吸引口、３１ｐ：吸引ポンプ、３１ｖ：自動圧力制御バルブ、４０：アクチュエータ、４０ｉ：反転アクチュエータ、４０ｒａ：第１自転アクチュエータ、４０ｒｂ：第２自転アクチュエータ、４０ｘ：Ｘ方向アクチュエータ、４０ｙ：Ｙ方向アクチュエータ、４０ｚ：Ｚ方向アクチュエータ、４２：プッシャー、４２ａ：アクチュエータ、ＢＳ：境界空間、ＣＲ：接触領域、ＣＲ１：外縁、ＴＨ：ハンド、ＴＲ：搬送ロボット、ＴＳ：搬送システム、Ｗ：基板、Ｗ１：第１基板、Ｗ２：第２基板、ＷＡ１：接合面、ＷＡ２：接合面、ＷＢ１：接合層、ＷＢ２：接合層、ＷＣ１：デバイス層、ＷＣ２：デバイス層、ＷＤ１：基材、ＷＤ２：基材、ＷＥ１：非接合面、ＷＥ２：非接合面

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A-C】

【図9D-E】

【図9F-G】

【図10A-D】

【図10E-G】

【図11A-D】

【図12】

【図13】