CN113543920B - 接合系统和接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种接合系统，具备：表面改性装置，其在减压气氛下对第一基板的包括金属层的接合面和第二基板的包括金属层的接合面一边加热一边改性；以及接合装置，其将所述改性后的所述第一基板的所述接合面和所述改性后的所述第二基板的所述接合面相对来进行接合，所述接合系统还具备：大气搬送装置，其在充满常压的大气的大气搬送区域中搬送所述第一基板和所述第二基板；加载互锁装置，其在用于在所述大气搬送区域与表面改性装置之间搬送所述第一基板和所述第二基板的搬送路径的中途形成切换气压的加载互锁室；以及冷却装置，其在将所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板从所述加载互锁室搬出至所述大气搬送区域之前冷却所述至少一个基板。

Description

接合系统和接合方法
技术领域
本公开涉及一种接合系统和接合方法。
背景技术
专利文献1所记载的接合系统具备将基板的进行接合的表面改性的表面改性装置、将通过该表面改性装置被改性后的基板的表面亲水化的表面亲水化装置、以及将表面通过该表面亲水化装置被亲水化后的基板之间接合的接合装置。在该接合系统中，在表面改性装置中对基板的表面进行等离子体处理来将该表面改性，之后在表面亲水化装置中向基板的表面供给纯水来将该表面亲水化。之后，在接合装置中，通过范德华力和氢键将相向配置的两张基板接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-39364号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开的一个方式提供一种能够抑制改性后的基板的接合面中包括的金属层氧化的技术。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式的接合系统具备：表面改性装置，其在减压气氛下对第一基板的包括金属层的接合面和第二基板的包括金属层的接合面一边加热一边改性；表面亲水化装置，其将所述改性后的所述第一基板的所述接合面和所述改性后的所述第二基板的所述接合面亲水化；以及接合装置，其将所述亲水化后的所述第一基板的所述接合面和所述亲水化后的所述第二基板的所述接合面相对来进行接合，其中，所述接合系统还具备：大气搬送装置，其在充满常压的大气的大气搬送区域中搬送所述第一基板和所述第二基板；加载互锁装置，其在用于在所述大气搬送区域与所述表面改性装置之间搬送所述第一基板和所述第二基板的搬送路径的中途形成切换气压的加载互锁室；以及冷却装置，其在将所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板从所述加载互锁室搬出至所述大气搬送区域之前冷却所述至少一个基板。
发明的效果
根据本公开的一个方式，能够抑制改性后的基板的接合面中包括的金属层氧化。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的接合系统的俯视图。
图2是表示一个实施方式所涉及的接合系统的主视图。
图3是表示一个实施方式所涉及的第一基板和第二基板的接合前的状态的侧视图。
图4是表示一个实施方式所涉及的第一基板和第二基板的接合后的状态的侧视图。
图5是表示一个实施方式所涉及的加载互锁装置和冷却装置的图。
图6是表示一个实施方式所涉及的直至将第一基板表面改性为止的处理的流程图。
图7是表示一个实施方式所涉及的直至将表面改性后的第一基板搬出至大气搬送区域为止的处理的流程图。
图8是表示一个实施方式所涉及的接合方法的主要工序的流程图。
图9是表示第一变形例所涉及的加载互锁装置和冷却装置的图。
图10是表示第二变形例所涉及的接合系统的俯视图。
图11是表示第二变形例所涉及的冷却装置的图。
图12是表示第二变形例所涉及的直至将表面改性后的第一基板搬出至大气搬送区域为止的处理的流程图。
具体实施方式
在下面，参照附图来说明本公开的实施方式。此外，在各附图中对相同或对应的结构标注相同或对应的标记，并且有时省略说明。在本说明书中，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向是彼此垂直的方向。X轴方向和Y轴方向是水平方向，Z轴方向是铅垂方向。
图1是表示一个实施方式所涉及的接合系统的俯视图。在图1中，为了图示出加载互锁装置31、真空搬送区域32以及表面改性装置33的位置关系而省略图2所示的表面亲水化装置35的图示。图2是表示一个实施方式所涉及的接合系统的主视图。在图2中，为了图示出加载互锁装置31、真空搬送区域32、表面改性装置33以及表面亲水化装置35的位置关系而省略图1所示的接合装置41的图示。图3是表示一个实施方式所涉及的第一基板和第二基板的接合前的状态的侧视图。图4是表示一个实施方式所涉及的第一基板和第二基板的接合后的状态的侧视图。图1所示的接合系统1通过将第一基板W1和第二基板W2接合来形成重合基板T。
第一基板W1是例如在硅晶圆、化合物半导体晶圆等半导体基板形成有多个电子电路的基板。第一基板W1在与第二基板W2进行接合的接合面W1j具有多个金属层W1a。例如针对每个电子电路形成一个以上的金属层W1a。第二基板W2在与第一基板W1进行接合的接合面W2j具有多个金属层W2a。金属层W2a例如形成为数量与金属层W1a的数量相同。以金属层W1a与金属层W2a导通的方式将第一基板W1和第二基板W2接合。金属层W1a和金属层W2a例如由铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)或钌(Ru)等形成。第一基板W1和第二基板W2具有大致相同的直径。
下面，有时将第一基板W1记载为“上晶圆W1”，将第二基板W2记载为“下晶圆W2”，将重合基板T记载为“重合晶圆T”。另外，下面，如图3所示，将上晶圆W1的板面中的与下晶圆W2进行接合的一侧的板面记载为“接合面W1j”，将与接合面W1j相反一侧的板面记载为“非接合面W1n”。另外，将下晶圆W2的板面中的与上晶圆W1进行接合的一侧的板面记载为“接合面W2j”，将与接合面W2j相反一侧的板面记载为“非接合面W2n”。
如图1所示，接合系统1具备搬入搬出站2和处理站3。搬入搬出站2和处理站3按照搬入搬出站2、处理站3的顺序沿X轴正方向排列配置。另外，搬入搬出站2与处理站3连接为一体。
搬入搬出站2具备载置台10和搬送区域20。载置台10具备多个载置板11。在各载置板11分别载置将多张(例如25张)基板以水平状态收容的盒CS1、CS2、CS3。例如，盒CS1为收容上晶圆W1的盒，盒CS2为收容下晶圆W2的盒，盒CS3为收容重合晶圆T的盒。
搬送区域20在载置台10的X轴正方向侧与载置台10相邻地配置。在该搬送区域20中设置沿Y轴方向延伸的搬送路径21以及能够沿该搬送路径21移动的搬送装置22。搬送装置22不仅能够沿Y轴方向移动，还能够沿X轴方向移动，并且能够绕Z轴旋转，在载置于载置板11的盒CS1～CS3与后述的处理站3的第三处理块G3之间进行上晶圆W1、下晶圆W2以及重合晶圆T的搬送。
此外，载置于载置板11的盒CS1～CS3的个数不限于图示的个数。另外，在载置板11除了载置盒CS1、CS2、CS3以外，还可以载置用于回收发生了不良的基板的盒等。
在处理站3设置具备各种装置的多个处理块，例如三个处理块G1、G2、G3。例如在处理站3的背面侧(图1的Y轴正方向侧)设置第一处理块G1，在处理站3的正面侧(图1的Y轴负方向侧)设置第二处理块G2。另外，在处理站3的靠搬入搬出站2侧(图1的X轴负方向侧)设置第三处理块G3。
另外，如图1所示，在由第一处理块G1、第二处理块G2以及第三处理块G3围成的区域中形成大气搬送区域60。大气搬送区域60被常压的大气充满。常压不仅包括与大气压完全一致的气压，还包括在误算的范围(例如±10kPa)内与大气压一致的气压。在大气搬送区域60中配置大气搬送装置61。大气搬送装置61具有例如能够沿铅垂方向、水平方向以及绕铅垂轴移动自如的搬送臂。大气搬送装置61在大气搬送区域60内移动，以向与大气搬送区域60相邻的第一处理块G1、第二处理块G2以及第三处理块G3内的规定的装置搬送上晶圆W1、下晶圆W2以及重合晶圆T。
在第一处理块G1配置加载互锁装置31、真空搬送区域32、表面改性装置33以及表面亲水化装置35。加载互锁装置31、真空搬送区域32以及表面改性装置33如图1和图2所示例如按照以上顺序沿X轴负方向排列。表面亲水化装置35如图2所示例如配置于加载互锁装置31、真空搬送区域32以及表面改性装置33之上。此外，配置于第一处理块G1的装置的种类、配置并不特别限定。例如，表面亲水化装置35也可以配置于加载互锁装置31、真空搬送区域32以及表面改性装置33之下。
图5是表示一个实施方式所涉及的加载互锁装置和冷却装置的图。图5中的实线所示的第一闸阀111的位置表示关闭第一搬送口101的位置，图5中的两点划线所示的第一闸阀111的位置表示打开第一搬送口101的位置。同样，图5中的实线所示的第二闸阀112的位置表示关闭第二搬送口102的位置，图5中的两点划线所示的第二闸阀112的位置表示打开第二搬送口102的位置。
加载互锁装置31在用于在大气搬送区域60与表面改性装置33之间搬送上晶圆W1和下晶圆W2的搬送路径的中途形成切换气压的加载互锁室100。加载互锁装置31具备第一搬送口101、第二搬送口102、第一闸阀111、第二闸阀112、基板保持部120以及气体吸引部130。
第一搬送口101将加载互锁室100和大气搬送区域60相连。第二搬送口102将加载互锁室100和真空搬送区域32相连。第一闸阀111开闭第一搬送口101。第二闸阀112开闭第二搬送口102。
基板保持部120在加载互锁室100的内部保持上晶圆W1和下晶圆W2。基板保持部120例如具有在周向上隔开间隔的多个点处从下方支承上晶圆W1和下晶圆W2的外周部的多个载置部121。基板保持部120以将上晶圆W1的接合面W1j朝向上的方式从下方水平地保持上晶圆W1。同样，基板保持部120以将下晶圆W2的接合面W2j朝向上的方式从下方水平地保持下晶圆W2。
基板保持部120例如在铅垂方向上隔开间隔地设置有多个。例如，下侧的基板保持部120保持通过表面改性装置33进行改性之前的上晶圆W1和下晶圆W2。另一方面，上侧的基板保持部120保持通过表面改性装置33改性后的上晶圆W1和下晶圆W2。此外，基板保持部120在图5中在铅垂方向上隔开间隔地设置有多个，但也可以在水平方向上隔开间隔地设置有多个。
气体吸引部130吸引加载互锁室100的内部的气体。气体吸引部130例如具有吸引泵131、吸引线路132、压力控制器133以及开闭阀134。吸引泵131吸引加载互锁室100的内部的气体。吸引线路132将加载互锁室100和吸引泵131连接。压力控制器133设置于吸引线路132的中途，用于在控制装置70的控制下调整加载互锁室100的内部的气压。开闭阀134设置于吸引线路132的中途，用于在控制装置70的控制下开闭吸引线路132。当开闭阀134打开吸引线路132时，吸引泵131吸引气体。另一方面，当开闭阀134关闭吸引线路132时，吸引泵131停止吸引气体。
当在第一闸阀111关闭第一搬送口101并且第二闸阀112关闭第二搬送口102的状态下气体吸引部130吸引加载互锁室100的内部的气体时，加载互锁室100的气氛成为气压比常压低的减压气氛。该减压气氛的气压例如为1kPa以下。另一方面，当第一闸阀111打开第一搬送口101时，大气搬送区域60与加载互锁室100经由第一搬送口101连通，加载互锁室100的气氛成为常压的大气气氛。在将加载互锁室100的气氛从减压气氛切换为常压的大气气氛前，第二闸阀112关闭第二搬送口102。仅在加载互锁室100的气氛为减压气氛时，第二闸阀112打开第二搬送口102。
真空搬送区域32为被维持为减压气氛的区域。该减压气氛的气压例如为1kPa以下。如图2所示，接合系统1具有用于吸引真空搬送区域32的内部的气体的气体吸引部140。气体吸引部140例如具有吸引泵141、吸引线路142、压力控制器143以及开闭阀144。吸引泵141吸引真空搬送区域32的内部的气体。吸引线路142将真空搬送区域32和吸引泵141连接。压力控制器143设置于吸引线路142的中途，用于在控制装置70的控制下调整真空搬送区域32的内部的气压。开闭阀144设置于吸引线路142的中途，用于在控制装置70的控制下开闭吸引线路142。当开闭阀144打开吸引线路142时，吸引泵141吸引气体。另一方面，当开闭阀144关闭吸引线路142时，吸引泵141停止吸引气体。
如图1所示，在真空搬送区域32中配置真空搬送装置36。真空搬送装置36具有例如沿铅垂方向、水平方向以及绕铅垂轴移动自如的搬送臂。真空搬送装置36在真空搬送区域32内移动，以向加载互锁装置31和表面改性装置33搬送上晶圆W1和下晶圆W2。
表面改性装置33在减压气氛下对上晶圆W1的接合面W1j和下晶圆W2的接合面W2j一边进行加热一边进行改性。该减压气氛的气压例如为1kPa以下。例如，表面改性装置33将接合面W1j、W2j中的SiO2的键切断而形成单键的SiO，由此将该接合面W1j、W2j改性使其之后容易被亲水化。
在表面改性装置33中，例如在减压气氛下激励作为处理气体的氮气使之等离子体化来使之离子化。然后，通过将该氮离子照射于上晶圆W1的接合面W1j和下晶圆W2的接合面W2j，来对接合面W1j、W2j进行等离子体处理以使之改性。
另外，表面改性装置33加热上晶圆W1和下晶圆W2以将处理气体活性化。上晶圆W1和下晶圆W2的加热温度例如为70℃以上。刚表面改性后的上晶圆W1和下晶圆W2处于高温，因此当就那样被从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60时，该上晶圆W1和下晶圆W2会被大气氧化。更详细地说，在金属层W1a和金属层W2a的表面形成氧化覆膜。氧化覆膜引起金属层W1a与金属层W2a的导通不良。
因此，如图5所示，本实施方式的接合系统1具备冷却装置200，该冷却装置200在将改性后的上晶圆W1和改性后的下晶圆W2从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60之前冷却该上晶圆W1和该下晶圆W2。由于在通过冷却装置200冷却上晶圆W1和下晶圆W2之后将该上晶圆W1和下晶圆W2暴露在大气中，因此能够抑制在金属层W1a和金属层W2a的表面形成氧化覆膜。
冷却装置200在金属层W1a和金属层W2a由铜形成的情况下，将上晶圆W1和下晶圆W2冷却至低于70℃的温度。这是因为，当铜以70℃以上的温度暴露在大气中时，氧化覆膜的形成会快速地进行。当在将上晶圆W1和下晶圆W2冷却至低于70℃的温度之后将该上晶圆W1和下晶圆W2暴露在大气中时，能够抑制在铜制的金属层W1a和铜制的金属层W2a的表面形成氧化覆膜。
冷却装置200例如具有内部用冷却部201，该内部用冷却部201在加载互锁室100的内部冷却改性后的上晶圆W1和改性后的下晶圆W2。由于在加载互锁室100的内部冷却上晶圆W1和下晶圆W2，因此不用设置用于冷却上晶圆W1和下晶圆W2的专用的区域，能够抑制接合系统1的大型化。
内部用冷却部201例如具有向加载互锁室100的内部供给非活性气体的非活性气体供给部210。非活性气体通过在加载互锁室100的内部吸收上晶圆W1和下晶圆W2的热来冷却上晶圆W1和下晶圆W2。作为非活性气体，例如使用氮气或稀有气体等。作为稀有气体，列举出氩气。
非活性气体供给部210通过向加载互锁室100的内部供给非活性气体来将加载互锁室100的内部的气压恢复为与大气搬送区域60的气压相同的常压。由于加载互锁室100与大气搬送区域60之间没有气压差，因此能够抑制在第一闸阀111打开第一搬送口101时从大气搬送区域60向加载互锁室100引入大气。
非活性气体供给部210在加载互锁室100的内部的气压达到了常压后，在设定时间的期间也向加载互锁室100的内部供给非活性气体。另外，气体吸引部130在上述设定时间的期间吸引加载互锁室100的内部的非活性气体。通过吸引非活性气体，能够将加载互锁室100的内部的气压维持为常压。另外，通过吸引非活性气体，能够将热排出至外部，因此能够进一步冷却上晶圆W1和下晶圆W2。
例如，如图5所示，非活性气体供给部210具有气体供给线路211、扩散器212、喷嘴213、开闭阀214、流量控制器215以及过滤器216。另外，非活性气体供给部210还可以具有气体冷却机构217。
气体供给线路211将非活性气体的供给源和加载互锁室100连接。气体供给线路211具有从非活性气体的供给源延伸的共用线路211a以及从共用线路211a的下游端部分支出的多个分支线路211b、211c。
扩散器212设置于一个分支线路211b的下游端部，用于向加载互锁室100的内部扩散地喷射非活性气体。扩散器212的供给非活性气体的供给口212a例如由多孔质材料形成。主要在加载互锁室100的内部的气压恢复为常压之前进行自扩散器212的喷射。扩散器212可以在不与加载互锁室100中收容的基板(例如上晶圆W1或下晶圆W2)相向的位置具有供给非活性气体的供给口212a。也就是说，从该供给口212a供给来的非活性气体流的中心线FL1不与基板相交，而是偏离基板。
另一方面，喷嘴213设置于另一个分支线路211c的下游端部，用于向通过基板保持部120被保持的上晶圆W1和下晶圆W2喷射非活性气体。主要在将加载互锁室100的内部的气压维持为常压的期间进行来自喷嘴213的喷射。
喷嘴213可以在与加载互锁室100中收容的基板(例如上晶圆W1或下晶圆W2)相向的位置具有供给非活性气体的供给口213a。也就是说，从该供给口213a供给来的非活性气体流的中心线FL2可以与基板相交。中心线FL2与接合面W1j、W2j相交。喷嘴213例如从上方朝向接合面W1j、W2j的中心部喷射非活性气体。喷射出的非活性气体在碰到接合面W1j、W2j的中心部后，朝向径向外方呈同心圆状地扩展。通过形成呈同心圆状地扩展的气流，能够均匀地冷却接合面W1j、W2j的整体。
此外，不特别限定喷嘴213的喷射方向。中心线FL2与基板相交即可，也可以代替与接合面W1j、W2j相交而与非接合面W1n、W2n相交。例如，喷嘴213也可以从下方朝向非接合面W1n、W2n的中心部喷射非活性气体。喷射出的非活性气体在碰到非接合面W1n、W2n的中心部后朝向径向外方呈同心圆状地扩展。通过形成呈同心圆状地扩展的气流，能够均匀地冷却非接合面W1n、W2n的整体，进而能够均匀地冷却接合面W1j、W2j的整体。另外，喷嘴213的喷射方向也可以不是铅垂方向而是水平方向。另外，喷嘴213的数量不限于一个，也可以为多个。
开闭阀214在控制装置70的控制下开闭气体供给线路211。当开闭阀214打开气体供给线路211时，非活性气体被供给至加载互锁室100的内部。另一方面，当开闭阀214关闭气体供给线路211时，停止向加载互锁室100的内部供给非活性气体。流量控制器215在控制装置70的控制下调整非活性气体的流量。过滤器216将非活性气体清洁化。针对每个分支线路211b、211c设置开闭阀214、流量控制器215以及过滤器216。
气体冷却机构217用于冷却向加载互锁室100的内部供给之前的非活性气体。非活性气体被冷却至比室温低的温度。通过预先冷却非活性气体，能够提高非活性气体的热的吸收性，从而能够缩短上晶圆W1和下晶圆W2的冷却所需要的时间。在预先冷却非活性气体的情况下，还能够将上述设定时间设为零。
图6是表示一个实施方式所涉及的直至将第一基板表面改性为止的处理的流程图。图7是表示一个实施方式所涉及的直至将表面改性后的第一基板搬出至大气搬送区域为止的处理的流程图。关于图6和图7所示的上晶圆W1的处理，在控制装置70的控制下，更换上晶圆W1来重复地进行该处理。此外，与图6和图7所示的上晶圆W1的处理同样地进行下晶圆W2的处理。
首先，当大气搬送装置61将上晶圆W1搬送至第一搬送口101的跟前时，第一闸阀111打开第一搬送口101(S101)。此外，在此时，第二闸阀112关闭第二搬送口102，第三闸阀113关闭第三搬送口103。第三搬送口103形成于表面改性装置33中。
接着，大气搬送装置61通过第一搬送口101将上晶圆W1搬送至加载互锁室100的内部(S102)。之后，当基板保持部120从大气搬送装置61接受到上晶圆W1时，大气搬送装置61经由第一搬送口101从加载互锁室100退出至大气搬送区域60。接着，第一闸阀111关闭第一搬送口101(S103)。
接着，通过气体吸引部吸引加载互锁室100的内部的气体来对加载互锁室100的内部减压(S104)。当加载互锁室100的内部的气压与真空搬送区域32的气压为同等程度时，第二闸阀112打开第二搬送口102，并且第三闸阀113打开第三搬送口103(S105)。
接着，真空搬送装置36将上晶圆W1从加载互锁室100搬送至表面改性装置33的内部(S106)。之后，当表面改性装置33的吸盘从真空搬送装置36接受到上晶圆W1时，真空搬送装置36经由第三搬送口103从表面改性装置33的内部退出至真空搬送区域32。接着，第二闸阀112关闭第二搬送口102，并且第三闸阀113关闭第三搬送口103(S107)。此外，第二闸阀112关闭第二搬送口102的定时为真空搬送装置36从加载互锁室100的内部退出至真空搬送区域32之后即可。
接着，表面改性装置33在减压气氛下一边对上晶圆W1的接合面W1j加热一边对其进行改性(S108)。之后，第二闸阀112打开第二搬送口102，并且第三闸阀113打开第三搬送口103(S109)。
接着，真空搬送装置36将上晶圆W1从表面改性装置33的内部搬送至加载互锁室100(S110)。此时的加载互锁室100的气氛为减压气氛。之后，当基板保持部120从真空搬送装置36接受到上晶圆W1时，真空搬送装置36经由第二搬送口102从加载互锁室100退出至真空搬送区域32。接着，第二闸阀112关闭第二搬送口102，并且第三闸阀113关闭第三搬送口103(S111)。此外，第三闸阀113关闭第三搬送口103的定时为真空搬送装置36从表面改性装置33的内部退出至真空搬送区域32后即可。
接着，非活性气体供给部210向加载互锁室100的内部供给非活性气体(S112)。非活性气体通过在加载互锁室100的内部吸收上晶圆W1的热来冷却上晶圆W1。之后，第一闸阀111打开第一搬送口101(S113)。
接着，大气搬送装置61将上晶圆W1从加载互锁室100搬送至大气搬送区域60(S114)。当大气搬送装置61退出至大气搬送区域60时，第一闸阀111关闭第一搬送口101(S115)。之后，大气搬送装置61将上晶圆W1搬送至表面亲水化装置35。
如以上所说明的那样，在搬送上晶圆W1和下晶圆W2的搬送路径的中途形成有切换气压的加载互锁室100。由此，能够将表面改性装置33的内部的气氛维持为减压气氛。因而，能够省去将表面改性装置33的内部的气氛在减压气氛与常压的大气气氛之间进行切换的工序。
另外，冷却装置200在将上晶圆W1和下晶圆W2从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60之前冷却该上晶圆W1和下晶圆W2。在通过冷却装置200冷却上晶圆W1和下晶圆W2之后将该上晶圆W1和下晶圆W2暴露在大气中，因此能够抑制在金属层W1a和金属层W2a的表面形成氧化覆膜。
此外，冷却装置200在本实施方式中冷却上晶圆W1和下晶圆W2这双方，但也可以仅冷却其中任一方。只要能够抑制在金属层W1a和金属层W2a中的任一方的表面形成氧化覆膜，就能够抑制金属层W1a与金属层W2a的导通不良。
表面亲水化装置35例如通过纯水将上晶圆W1和下晶圆W2的接合面W1j、W2j亲水化。表面亲水化装置35还具有清洗接合面W1j、W2j的作用。在表面亲水化装置35中，例如一边使被自旋吸盘保持的上晶圆W1或下晶圆W2旋转一边向该上晶圆W1或下晶圆W2上供给纯水。由此，被供给至上晶圆W1或下晶圆W2上的纯水在上晶圆W1或下晶圆W2的接合面W1j、W2j上扩散，来使接合面W1j、W2j亲水化。
在第二处理块G2配置接合装置41。接合装置41使亲水化后的上晶圆W1的接合面W1j和亲水化后的下晶圆W2的接合面W2j相对来将上晶圆W1和下晶圆W2接合。上晶圆W1与下晶圆W2以金属层W1a与金属层W2a导通的方式进行接合。此外，配置于第二处理块G2的装置的种类、配置并不特别限定。
如图2所示，在第三处理块G3中配置传送装置50、51。传送装置50暂时保管上晶圆W1和下晶圆W2。传送装置51暂时保管重合晶圆T。多个传送装置50、51在铅垂方向上堆叠。此外，配置于第三处理块G3的装置的种类、配置不特别限定。
另外，如图1所示，接合系统1具备控制装置70。控制装置70例如由计算机构成，具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)71和存储器等存储介质72。在存储介质72中保存用于控制在接合系统1中执行的各种处理的程序。控制装置70通过使CPU 71执行存储介质72中存储的程序来控制接合系统1的动作。另外，控制装置70具备输入接口73和输出接口74。控制装置70通过输入接口73接收来自外部的信号，通过输出接口74向外部发送信号。
控制装置70的程序例如存储于计算机可读存储介质中，并从该存储介质进行安装。作为计算机可读存储介质，例如列举出硬盘(HD)、软盘(FD)、光盘(CD)、磁光盘(MO)、存储卡等。此外，也可以经由因特网从服务器下载来安装控制装置70的程序。
图8是表示一个实施方式所涉及的接合方法的主要工序的流程图。此外，图8所示的各种工序在控制装置70的控制下执行。首先，将收容有多张上晶圆W1的盒CS1、收容有多张下晶圆W2的盒CS2以及空的盒CS3载置于搬入搬出站2的规定的载置板11。
接着，搬送装置22取出盒CS1内的上晶圆W1，并将其搬送至传送装置50。接着，大气搬送装置61从传送装置50接受上晶圆W1，并将其搬送至加载互锁室100。之后，真空搬送装置36将上晶圆W1从加载互锁室100搬送至表面改性装置33。
接着，表面改性装置33在减压气氛下对上晶圆W1的接合面W1j一边加热一边改性(S201)。在表面改性装置33中，在减压气氛下激励作为处理气体的氮气使之等离子体化来使之离子化。向上晶圆W1的接合面W1j照射该氮离子，来对该接合面W1j进行等离子体处理。由此，将上晶圆W1的接合面W1j改性。之后，真空搬送装置36将上晶圆W1从表面改性装置33搬送至加载互锁室100。
接着，冷却装置200在将上晶圆W1从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60之前冷却该上晶圆W1(S202)。在冷却上晶圆W1之后将该上晶圆W1暴露在大气中，因此能够抑制在金属层W1a的表面形成氧化覆膜。之后，大气搬送装置61经由大气搬送区域60将上晶圆W1搬送至表面亲水化装置35。
接着，表面亲水化装置35将上晶圆W1的接合面W1j亲水化(S203)。在表面亲水化装置35中，一边使被自旋吸盘保持的上晶圆W1旋转一边向该上晶圆W1上供给纯水。于是，所供给的纯水在上晶圆W1的接合面W1j上扩散，羟基(硅烷醇基)附着于在表面改性装置33中进行了改性的上晶圆W1的接合面W1j来使该接合面W1j亲水化。另外，通过使用于接合面W1j的亲水化的纯水来清洗上晶圆W1的接合面W1j。之后，大气搬送装置61将上晶圆W1搬送至接合装置41。
接合装置41将上晶圆W1上下翻转，以将上晶圆W1的接合面W1j朝向下方(S204)。在进行上晶圆W1的处理(上述S201～S204)的期间，进行下晶圆W2的处理(下述S205～S207)。
首先，搬送装置22取出盒CS2内的下晶圆W2，并将其搬送至传送装置50。接着，大气搬送装置61从传送装置50接受下晶圆W2，并将其搬送至加载互锁室100。之后，真空搬送装置36将下晶圆W2从加载互锁室100搬送至表面改性装置33。
接着，表面改性装置33在减压气氛下对下晶圆W2的接合面W2j一边加热一边改性(S205)。与接合面W1j的改性(S201)同样地进行接合面W2j的改性(S205)。之后，真空搬送装置36将下晶圆W2从表面改性装置33搬送至加载互锁室100。
接着，冷却装置200在将下晶圆W2从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60之前冷却该下晶圆W2(S206)。在将下晶圆W2冷却后将该下晶圆W2暴露在大气中，因此能够抑制在金属层W2a的表面形成氧化覆膜。之后，大气搬送装置61经由大气搬送区域60将下晶圆W2搬送至表面亲水化装置35。
接着，表面亲水化装置35将下晶圆W2的接合面W2j亲水化(S207)。接合面W2j的亲水化(S207)与接合面W1j的亲水化(S203)同样地进行。之后，大气搬送装置61将下晶圆W2搬送至接合装置41。
接着，接合装置41使上晶圆W1的接合面W1j与下晶圆W2的接合面W2j相对来将上晶圆W1和下晶圆W2接合(S208)。由于上晶圆W1的接合面W1j和下晶圆W2的接合面W2j分别预先被改性，因此在接合面W1j、W2j间产生范德华力(分子间力)，从而该接合面W1j、W2j彼此接合。另外，由于上晶圆W1的接合面W1j和下晶圆W2的接合面W2j分别预先被亲水化，因此接合面W1j、W2j间的亲水基进行氢键结合，接合面W1j、W2j彼此被牢固地接合。
之后，大气搬送装置61将重合晶圆T搬送至传送装置51。之后，搬送装置22从传送装置51接受重合晶圆T，并将其搬送至盒CS3。像这样，一系列的处理结束。
图9是表示第一变形例所涉及的加载互锁装置和冷却装置的图。图9中的实线所示的第一闸阀111的位置表示关闭第一搬送口101的位置，图9中的两点划线所示的第一闸阀111的位置表示打开第一搬送口101的位置。同样，图9中的实线所示的第二闸阀112的位置表示关闭第二搬送口102的位置，图9中的两点划线所示的第二闸阀112的位置表示打开第二搬送口102的位置。本变形例的内部用冷却部201例如除了非活性气体供给部210以外还具有调温板部220和制冷剂供给部230。
调温板部220配置于加载互锁室100的内部，以调节通过基板保持部120被保持的上晶圆W1和下晶圆W2的温度。调温板部220以与上晶圆W1及下晶圆W2相向的方式水平地设置于上晶圆W1及下晶圆W2的上方。调温板部220形成为圆盘状，调温板部220的直径比上晶圆W1和下晶圆W2的直径大。在调温板部220的内部形成制冷剂的流路。
制冷剂供给部230通过向调温板部220的内部流路供给制冷剂来将调温板部220的温度维持为制冷剂的温度。制冷剂的温度例如为室温以下，优选低于室温。制冷剂在吸收调温板部220的热后被排出至调温板部220的外部。之后，制冷剂还可以回流至制冷剂供给部230。
例如，制冷剂供给部230具有制冷剂供给线路231、开闭阀232、流量控制器233以及过滤器234。制冷剂供给线路231将制冷剂的供给源与调温板部220连接。开闭阀232在控制装置70的控制下开闭制冷剂供给线路231。当开闭阀232打开制冷剂供给线路231时，从供给源向调温板部220供给制冷剂。另一方面，当开闭阀232关闭制冷剂供给线路231时，停止从供给源向调温板部220供给制冷剂。流量控制器233在控制装置70的控制下调整制冷剂的流量。过滤器234将制冷剂清洁化。
根据本变形例，能够通过调温板部220吸收上晶圆W1和下晶圆W2的热来冷却上晶圆W1和下晶圆W2。在上晶圆W1及下晶圆W2与调温板部220之间形成有间隙的情况下，非活性气体供给部210向加载互锁室100的内部供给非活性气体，以使该间隙充满非活性气体。由此，能够促进热从上晶圆W1和下晶圆W2向调温板部220传递。
本变形例的内部用冷却部201除了调温板部220和制冷剂供给部230以外还具有间隔变更部240。间隔变更部240变更上晶圆W1及下晶圆W2与调温板部220的间隔。间隔越近，则上晶圆W1及下晶圆W2的热越容易传递至调温板部220。因而，通过变更间隔能够调整上晶圆W1和下晶圆W2的温度。
间隔变更部240通过使调温板部220升降来变更调温板部220与上晶圆W1及下晶圆W2的间隔。间隔变更部240例如具有旋转马达、以及将旋转马达的旋转运动变换为调温板部220的直线运动的滚珠丝杠。此外，不特别限定间隔变更部240的结构。例如，间隔变更部240也可以由气压缸等构成。
此外，不特别限定调温板部220的配置。例如，上晶圆W1及下晶圆W2与调温板部220之间也可以没有间隙。也就是说，调温板部220也可以与上晶圆W1及下晶圆W2接触。在该情况下，即使没有非活性气体供给部210，调温板部220也能够吸收上晶圆W1和下晶圆W2的热。另外，调温板部220也可以水平地设置于上晶圆W1和下晶圆W2的下方。
图10是表示第二变形例所涉及的接合系统的俯视图。图11是表示第二变形例所涉及的冷却装置的图。图11中的实线所示的第四闸阀114的位置表示关闭第四搬送口104的位置，图11中的两点划线所示的第四闸阀114的位置表示打开第四搬送口104的位置。
本变形例的接合系统1在冷却装置200具有外部用冷却部202这一点上与上述实施方式的接合系统1不同。外部用冷却部202在加载互锁室100的外部冷却改性后的上晶圆W1和改性后的下晶圆W2。下面主要对不同点进行说明。
如图10所示，真空搬送区域32与外部用冷却部202、加载互锁装置31以及表面改性装置33相邻。外部用冷却部202、加载互锁装置31以及表面改性装置33从三个方向包围真空搬送区域32。外部用冷却部202配置于真空搬送区域32的Y轴正方向侧，加载互锁装置31配置于真空搬送区域32的X轴正方向侧，表面改性装置33配置于真空搬送区域32的X轴负方向侧。
外部用冷却部202如上述的那样在加载互锁室100的外部冷却改性后的上晶圆W1和改性后的下晶圆W2。如图11所示，外部用冷却部202具有冷却容器250、气体吸引部260、基板保持部270以及制冷剂供给部280。
冷却容器250在内部形成冷却上晶圆W1和下晶圆W2的空间。冷却容器250具有第四搬送口104和第四闸阀114。第四搬送口104将冷却容器250的内部与真空搬送区域32相连。第四闸阀114开闭第四搬送口104。
气体吸引部260吸引冷却容器250的内部的气体。气体吸引部260例如具有吸引泵261、吸引线路262、压力控制器263以及开闭阀264。吸引泵261吸引冷却容器250的内部的气体。吸引线路262将冷却容器250与吸引泵261连接。压力控制器263设置于吸引线路262的中途，用于在控制装置70的控制下调整冷却容器250的内部的气压。开闭阀264设置于吸引线路262的中途，用于在控制装置70的控制下开闭吸引线路262。当开闭阀264打开吸引线路262时，吸引泵261吸引气体。另一方面，当开闭阀264关闭吸引线路262时，吸引泵261停止吸引气体。冷却容器250的内部被维持为减压气氛。该减压气氛的气压例如为1kPa以下。
基板保持部270在冷却容器250的内部保持上晶圆W1和下晶圆W2。基板保持部270例如以将上晶圆W1的接合面W1j朝向上的方式从下方水平地保持上晶圆W1。同样，基板保持部270以将下晶圆W2的接合面W2j朝向上的方式从下方水平地保持下晶圆W2。基板保持部270形成为圆盘状，基板保持部270的直径比上晶圆W1和下晶圆W2的直径大。基板保持部270与非接合面W1n、W2n的整体接触。此外，基板保持部270的数量在图11中为一个，但也可以为多个。在基板保持部270的内部形成制冷剂的流路。
制冷剂供给部280通过向基板保持部270的内部流路供给制冷剂来将基板保持部270的温度维持为制冷剂的温度。制冷剂的温度例如为室温以下，优选低于室温。制冷剂在吸收基板保持部270的热后被排出至基板保持部270的外部。之后，制冷剂也可以回流至制冷剂供给部280。
例如，制冷剂供给部280具有制冷剂供给线路281、开闭阀282、流量控制器283以及过滤器284。制冷剂供给线路281将制冷剂的供给源和基板保持部270连接。开闭阀282在控制装置70的控制下开闭制冷剂供给线路281。当开闭阀282打开制冷剂供给线路281时，从供给源向基板保持部270供给制冷剂。另一方面，当开闭阀282关闭制冷剂供给线路281时，停止从供给源向基板保持部270供给制冷剂。流量控制器283在控制装置70的控制下调整制冷剂的流量。过滤器284将制冷剂清洁化。
根据本变形例，能够通过基板保持部270吸收上晶圆W1和下晶圆W2的热来冷却上晶圆W1和下晶圆W2。基板保持部270与非接合面W1n、W2n的整体接触，因此能够均匀地冷却非接合面W1n、W2n的整体，进而能够均匀地冷却接合面W1j、W2j的整体。
另外，根据本变形例，真空搬送区域32与外部用冷却部202、加载互锁装置31以及表面改性装置33相邻。因而，在外部用冷却部202冷却上晶圆W1和下晶圆W2的期间，真空搬送装置36能够将上晶圆W1和下晶圆W2从加载互锁装置31搬送至表面改性装置33。由此，能够提高接合系统1的整体的生产率。
图12是表示第二变形例所涉及的直至将表面改性后的第一基板搬出至大气搬送区域为止的处理的流程图。关于图12所示的上晶圆W1的处理，在控制装置70的控制下更换上晶圆W1来重复地进行该处理。此外，与图12所示的上晶圆W1的处理同样地进行下晶圆W2的处理。
表面改性装置33在减压气氛下对上晶圆W1的接合面W1j一边加热一边改性(图6的S108)。之后，第三闸阀113打开第三搬送口103，并且第四闸阀114打开第四搬送口104(S301)。
接着，真空搬送装置36将上晶圆W1从表面改性装置33的内部搬送至冷却容器250的内部(S302)。冷却容器250的内部的气氛被维持为减压气氛。之后，当基板保持部270从真空搬送装置36接受到上晶圆W1时，真空搬送装置36经由第四搬送口104从冷却容器250退出至真空搬送区域32。接着，第三闸阀113关闭第三搬送口103，并且第四闸阀114关闭第四搬送口104(S303)。此外，第三闸阀113关闭第三搬送口103的定时为真空搬送装置36从表面改性装置33的内部退出至真空搬送区域32之后即可。
接着，基板保持部270在冷却容器250的内部冷却上晶圆W1(S304)。制冷剂供给部280向基板保持部270的内部流路供给制冷剂，以冷却上晶圆W1。基板保持部270通过吸收上晶圆W1的热来冷却上晶圆W1。之后，第四闸阀114打开第四搬送口104，并且第二闸阀112打开第二搬送口102(S305)。
接着，真空搬送装置36将上晶圆W1从冷却容器250的内部搬送至加载互锁室100的内部(S306)。此时的加载互锁室100的气氛为减压气氛。之后，当基板保持部120从真空搬送装置36接受到上晶圆W1时，真空搬送装置36经由第二搬送口102从加载互锁室100退出至真空搬送区域32。接着，第二闸阀112关闭第二搬送口102，并且第四闸阀114关闭第四搬送口104(S307)。此外，第四闸阀114关闭第四搬送口104的定时在真空搬送装置36从冷却容器250的内部退出至真空搬送区域32之后即可。
接着，第一闸阀111打开第一搬送口101(S308)。由此，将加载互锁室100的气氛切换为常压的大气气氛。此外，也可以在第一闸阀111打开第一搬送口101之前，气体供给部向加载互锁室100的内部供给大气或非活性气体，由此将加载互锁室100的内部的气压恢复为常压。
接着，大气搬送装置61将上晶圆W1从加载互锁室100搬送至大气搬送区域60(S309)。当大气搬送装置61退出至大气搬送区域60时，第一闸阀111关闭第一搬送口101(S310)。之后，大气搬送装置61将上晶圆W1搬送至表面亲水化装置35。
如以上所说明的那样，在本变形例中，也与上述实施方式同样，冷却装置200在将上晶圆W1和下晶圆W2从加载互锁室100搬出至大气搬送区域60之前冷却该上晶圆W1和下晶圆W2。由于在通过冷却装置200将上晶圆W1和下晶圆W2冷却之后将该上晶圆W1和下晶圆W2暴露在大气中，因此能够抑制在金属层W1a和金属层W2a的表面形成氧化覆膜。
此外，冷却装置200在本变形例中冷却上晶圆W1和下晶圆W2这双方，但也可以仅冷却其中任一方。只要能够抑制在金属层W1a和金属层W2a中的任一方的表面形成氧化覆膜，就能够抑制金属层W1a与金属层W2a之间的导通不良。
以上对本公开所涉及的接合系统和接合方法的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式等。在权利要求书所记载的范围内能够进行各种变更、修正、置换、附加、删除以及组合。这些也当然属于本公开的技术范围。
在上述实施方式、上述第一变形例和上述第二变形例中，上晶圆W1相当于第一基板，下晶圆W2相当于第二基板，但也可以是上晶圆W1相当于第二基板，下晶圆W2相当于第一基板。
也可以组合地使用上述实施方式的内部用冷却部201或上述第一变形例的内部用冷却部201、以及上述第二变形例的外部用冷却部202。
本申请主张2019年3月14日向日本专利局申请的特愿2019-047586号的优先权，将特愿2019-047586号的全部内容引用至本申请中。
附图标记说明
1：接合系统；31：加载互锁装置；32：真空搬送区域；33：表面改性装置；35：表面亲水化装置；41：接合装置；60：大气搬送区域；70：控制装置；W1：上晶圆(第一基板)；W2：下晶圆(第二基板)。

Claims (17)

1.一种接合系统，具备：表面改性装置，其在减压气氛下对第一基板的包括金属层的接合面和第二基板的包括金属层的接合面一边加热一边改性；表面亲水化装置，其将所述改性后的所述第一基板的所述接合面和所述改性后的所述第二基板的所述接合面亲水化；以及接合装置，其将所述亲水化后的所述第一基板的所述接合面和所述亲水化后的所述第二基板的所述接合面相对来进行接合，所述接合系统还具备：
大气搬送装置，其在充满常压的大气的大气搬送区域中搬送所述第一基板和所述第二基板；
加载互锁装置，其在用于在所述大气搬送区域与所述表面改性装置之间搬送所述第一基板和所述第二基板的搬送路径的中途形成切换气压的加载互锁室；以及
冷却装置，其在将所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板从所述加载互锁室搬出至所述大气搬送区域之前，冷却所述至少一个基板。
2.根据权利要求1所述的接合系统，其特征在于，
所述冷却装置具有内部用冷却部，所述内部用冷却部在所述加载互锁室的内部冷却所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板。
3.根据权利要求2所述的接合系统，其特征在于，
所述内部用冷却部具有非活性气体供给部，所述非活性气体供给部向所述加载互锁室的内部供给非活性气体。
4.根据权利要求3所述的接合系统，其特征在于，
所述非活性气体供给部具有气体冷却机构，所述气体冷却机构冷却向所述加载互锁室的内部供给之前的所述非活性气体。
5.根据权利要求3或4所述的接合系统，其特征在于，
所述非活性气体供给部在与所述加载互锁室中收容的所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板相向的位置具有供给所述非活性气体的供给口。
6.根据权利要求3或4所述的接合系统，其特征在于，
所述非活性气体供给部具有扩散器，所述扩散器通过向所述加载互锁室供给所述非活性气体来将所述加载互锁室的气压恢复为常压。
7.根据权利要求6所述的接合系统，其特征在于，
所述扩散器的供给所述非活性气体的供给口由多孔质材料形成。
8.根据权利要求2至4中的任一项所述的接合系统，其特征在于，
所述内部用冷却部具有配置于所述加载互锁室的内部的调温板部、以及向所述调温板部的内部流路供给制冷剂的制冷剂供给部。
9.根据权利要求8所述的接合系统，其特征在于，
所述内部用冷却部具有间隔变更部，所述间隔变更部变更所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板与所述调温板部之间的间隔。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的接合系统，其特征在于，
所述冷却装置具有外部用冷却部，所述外部用冷却部在所述加载互锁室的外部冷却所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板，
在所述接合系统中设置有与所述外部用冷却部、所述加载互锁装置以及所述表面改性装置相邻的减压气氛的真空搬送区域，
所述外部用冷却部具有冷却容器、在所述冷却容器的内部的减压气氛下保持所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板的基板保持部、以及向所述基板保持部的内部流路供给制冷剂的制冷剂供给部。
11.一种接合方法，包括以下工序：通过表面改性装置在减压气氛下对第一基板的包括金属层的接合面和第二基板的包括金属层的接合面一边加热一边改性；将所述改性后的所述第一基板的所述接合面和所述改性后的所述第二基板的所述接合面亲水化；以及使所述亲水化后的所述第一基板的所述接合面与所述亲水化后的所述第二基板的所述接合面相对来进行接合，所述接合方法还包括以下工序：
在充满常压的大气的大气搬送区域中搬送所述第一基板和所述第二基板；
切换形成于在所述大气搬送区域与所述表面改性装置之间搬送所述第一基板和所述第二基板的搬送路径的中途的加载互锁室的内部的气压；以及
在将所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板从所述加载互锁室搬出至所述大气搬送区域之前，冷却所述至少一个基板。
12.根据权利要求11所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括在所述加载互锁室的内部冷却所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板。
13.根据权利要求12所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括向所述加载互锁室的内部供给非活性气体。
14.根据权利要求13所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括冷却向所述加载互锁室的内部供给之前的所述非活性气体。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括向配置于所述加载互锁室的内部的调温板部的内部流路供给制冷剂。
16.根据权利要求15所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括变更所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板与所述调温板部之间的间隔。
17.根据权利要求11至14中的任一项所述的接合方法，其特征在于，
进行所述冷却的工序包括在设置于所述加载互锁室的外部的冷却容器的内部冷却所述改性后的所述第一基板和所述改性后的所述第二基板中的至少一个基板，
所述接合方法包括以下工序：在与所述冷却容器、所述表面改性装置以及所述加载互锁室相邻的减压气氛的真空搬送区域中搬送所述第一基板和所述第二基板，
进行所述冷却的工序包括向在所述冷却容器的内部的减压气氛下保持所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板的基板保持部的内部流路供给制冷剂。
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