JP2013120902A - 接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システム - Google Patents

Abstract

【課題】基板同士を接合する際に、接合された基板の鉛直方向の歪みを抑制する。
【解決手段】接合装置は、下面に上ウェハＷ_Ｕを真空引きして吸着保持する上チャック２３０と、上チャック２３０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷ_Ｌを真空引きして吸着保持する下チャック２３１と、上チャック２３０に設けられ、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材２５０と、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを制御するように、少なくとも下チャック２３１の表面の平面度又は表面粗さを制御する制御部と、を有している。
【選択図】図１５

Description

本発明は、基板同士を接合する接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システムに関する。

近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。

そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば貼り合わせ装置は、２枚のウェハを上下に配置した状態（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。かかる貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハ同士の接合が行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる（特許文献１）。

特開２００４−２０７４３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の貼り合わせ装置では、下ウェハを載置するテーブル等の保持部材の表面に凹凸が存在したり、或いは保持部材の表面にパーティクル等が存在して、当該保持部材の表面が平坦でない場合がある。かかる場合、上ウェハと下ウェハを貼り合せると、貼り合わされたウェハに鉛直方向の歪みが生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する際に、接合された基板の鉛直方向の歪みを抑制することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記接合方法は、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させて押圧する押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、少なくとも前記第２の保持部材の表面の平面度又は表面粗さを制御して、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴としている。

本発明によれば、例えば第２の保持部材の表面の平面度を制御して、具体的には第２の保持部材の表面の平面度を小さくして、第２の保持部材に保持された第２の基板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

ここで発明者らが鋭意検討したところ、接合される重合基板の鉛直方向の歪みを抑制するためには、第２の保持部材の表面粗さが適度に必要であることが分かった。例えば第２の保持部材の表面粗さが小さ過ぎる場合、すなわち表面が滑らか過ぎる場合、第２の基板は第２の保持部材の表面形状に沿って吸着保持される。このため、例えば第２の保持部材の表面がある平面度を有する場合、第２の基板が鉛直方向に歪んでしまう。一方、例えば第２の保持部材の表面粗さが大き過ぎる場合、すなわち表面が粗過ぎる場合、第２の保持部材の表面の粗さの影響を受けて、第２の基板は鉛直方向に歪んでしまう。この点、本発明によれば、第２の保持部材の表面粗さを適切に制御できるので、第２の保持部材に保持された第２の基板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

また、第２の保持部材の表面の平面度と表面粗さを両方制御すれば、第２の保持部材に保持された第２の基板の鉛直方向の歪みをさらに抑制することができる。

前記接合工程における第１の基板と第２の基板の接合速度を制御して、重合基板の鉛直方向の歪みを制御してもよい。

前記第２の保持部材の表面には、その中心部と外周部において、第２の基板を真空引きする吸引口が複数形成され、前記押圧工程において第１の基板と第２の基板の中心部が接合された後、前記中心部の吸引口による第２の基板の真空引きを維持し、前記外周部の吸引口による第２の基板の真空引きを停止してもよい。

別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させて押圧する押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を実行するように前記第１の保持部材、前記第２の保持部材及び前記押動部材を制御し、且つ少なくとも前記第２の保持部材の表面の平面度又は表面粗さを制御して、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御する制御部と、を有することを特徴としている。

前記制御部は、重合基板の鉛直方向の歪みを制御するように、前記接合工程における第１の基板と第２の基板の接合速度を制御してもよい。

前記第２の保持部材の表面には、その中心部と外周部において、第２の基板を真空引きする吸引口が複数形成され、前記制御部は、前記押圧工程において第１の基板と第２の基板の中心部が接合された後、前記中心部の吸引口による第２の基板の真空引きを維持し、前記外周部の吸引口による第２の基板の真空引きを停止するように前記第２の保持部材を制御してもよい。

また別な観点による本発明は、前記接合装置を備えた接合システムであって、前記接合装置を備えた処理ステーションと、第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、前記処理ステーションは、第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴としている。

本発明によれば、基板同士を接合する際に、接合された基板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

本実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。 表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。 下部電極の平面図である。 表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。 表面親水化装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す平面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 保持アームと保持部材の構成の概略を示す側面図である。 上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 下チャックを上方から見た平面図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハを下降させる様子を示す説明図である。 上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を当接させて押圧する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハが接合された様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。

接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する。以下、上側に配置されるウェハを、第１の基板としての「上ウェハＷ_Ｕ」といい、下側に配置されるウェハを、第２の基板としての「下ウェハＷ_Ｌ」という。また、上ウェハＷ_Ｕが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｕ１」といい、当該表面Ｗ_Ｕ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｕ２」という。同様に、下ウェハＷ_Ｌが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｌ１」といい、当該表面Ｗ_Ｌ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｌ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して、重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔを形成する。

接合システム１は、図１に示すように例えば外部との間で複数のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを載置することができる。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷ_Ｕ、複数の下ウェハＷ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの１つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷ_Ｔと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットＣ_Ｔのうち、１つのカセットＣ_Ｔを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣ_Ｔを正常な重合ウェハＷ_Ｔの収容用として用いている。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送部２０が設けられている。ウェハ搬送部２０には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、鉛直方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔと、後述する処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０、５１との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１の処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２の処理ブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。

例えば第１の処理ブロックＧ１には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０が配置されている。本実施の形態では、表面改質装置３０において、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１におけるＳｉＯ_２の結合を切断して、その後親水化されやすくするように当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する。

例えば第２の処理ブロックＧ２には、例えば純水によってウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する接合装置４１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＹ方向に並べて配置されている。

例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのトランジション装置５０、５１が下から順に２段に設けられている。

図１に示すように第１の処理ブロックＧ１〜第３の処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域６０が形成されている。ウェハ搬送領域６０には、例えばウェハ搬送装置６１が配置されている。

ウェハ搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６１は、ウェハ搬送領域６０内を移動し、周囲の第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２及び第３の処理ブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

次に、上述した表面改質装置３０の構成について説明する。表面改質装置３０は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器７０を有している。処理容器７０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられている。

処理容器７０の内部には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを載置させるための下部電極８０が設けられている。下部電極８０は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、例えばモータなどを備えた駆動部８１が設けられている。この駆動部８１により、下部電極８０は昇降自在になっている。

下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられている。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調節された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調節される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに伝達されて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが所望の温度に調節される。

なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。

下部電極８０の上部は、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを静電吸着するための静電チャック９０に構成されている。静電チャック９０は、例えばポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、例えば銅箔などの導電膜９３を配置した構造を有している。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して高圧電源９６に接続されている。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが静電吸着させられる。

下部電極８０の上面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられている。図５に示すように複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において、複数の同心円状に均一に配置されている。

各伝熱ガス供給穴１００には、図４に示すように伝熱ガス供給管１０１が接続されている。伝熱ガス供給管１０１はガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウムなどの伝熱ガスが、下部電極８０の上面とウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの裏面Ｗ_Ｕ２、Ｗ_Ｌ２との間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面からウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに効率よく熱が伝達される。

なお、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。

下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置されている。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌにだけ効果的に入射せしめるように作用する。

下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置されている。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。

下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続されている。給電棒１０４には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１０５を介して、第１の高周波電源１０６が接続されている。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。

下部電極８０の上方には、上部電極１１０が配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調節される。

上部電極１１０には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２が接続されている。プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧が、上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。

なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、後述する制御部３００によって制御される。

上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成されている。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続されている。ガス供給管１２１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１２３が設けられている。そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。

中空部１２０の内部には、処理ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられている。バッフル板１２４には、多数の小孔が設けられている。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成されている。

処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成されている。吸気口１３０には、処理容器７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１３１に連通する吸気管１３２が接続されている。

なお、下部電極８０の下方には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能になっている。

次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。

処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。

スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。

スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。

図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。

ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ上をウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。

純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１７８が設けられている。

スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。

なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。

次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。接合装置４１は、図８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。

処理容器１９０の内部は、内壁１９３によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画されている。上述した搬入出口１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１９４が形成されている。

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを一時的に載置するためのトランジション２００が設けられている。トランジション２００は、例えば２段に形成され、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのいずれか２つを同時に載置することができる。

搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構２０１が設けられている。ウェハ搬送機構２０１は、図８及び図９に示すように例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。そして、ウェハ搬送機構２０１は、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部２１３でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節している。

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ_Ｕの表裏面を反転させる反転機構２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１〜図１３に示すように上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１は、水平方向（図１１及び図１２中のＹ方向）に延伸している。また保持アーム２２１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材２２２が例えば４箇所に設けられている。保持部材２２２は、図１４に示すように保持アーム２２１に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材２２２の側面には、上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持するための切り欠き２２３が形成されている。そして、これら保持部材２２２は、上ウェハＷ_Ｕを挟み込んで保持することができる。

保持アーム２２１は、図１１〜図１３に示すように例えばモータなどを備えた第１の駆動部２２４に支持されている。この第１の駆動部２２４によって、保持アーム２２１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム２２１は、第１の駆動部２２４を中心に回動自在であると共に、水平方向（図１１及び図１２中のＹ方向）に移動自在である。第１の駆動部２２４の下方には、例えばモータなどを備えた第２の駆動部２２５が設けられている。この第２の駆動部２２５によって、第１の駆動部２２４は鉛直方向に延伸する支持柱２２６に沿って鉛直方向に移動できる。このように第１の駆動部２２４と第２の駆動部２２５によって、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、第１の駆動部２２４を中心に回動して、位置調節機構２１０から後述する上チャック２３０との間を移動できる。

処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第１の保持部材としての上チャック２３０と、下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して吸着保持する第２の保持部材としての下チャック２３１とが設けられている。下チャック２３１は、上チャック２３０の下方に設けられ、上チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２３１に保持された下ウェハＷ_Ｌは対向して配置可能となっている。

上チャック２３０と下チャック２３１の表面の平面度は、それぞれ小さく、例えば１１．９μｍである。したがって、上チャック２３０と下チャック２３１の表面はほぼ平坦である。

下チャック２３１の表面は、ニッケルめっきが施されている。また、ニッケルめっきは鏡面加工されている。かかる場合、下チャック２３１の表面における表面粗さは、例えば中心線平均粗さ（Ｒａ）が１．９５μｍであって、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１０．２μｍとなる。ここで発明者らが鋭意検討したところ、接合される重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制するためには、下チャック２３１の表面粗さが適度に必要であることが分かった。例えば下チャック２３１の表面粗さが小さ過ぎる場合、すなわち表面が滑らか過ぎる場合、下ウェハＷ_Ｌは下チャック２３１の表面形状に沿って吸着保持される。このため、上述したように下チャック２３１の表面はほぼ平坦であるものの、若干の平面度を有するため、下ウェハＷ_Ｌが鉛直方向に歪んでしまう。一方、例えば下チャック２３１の表面粗さが大き過ぎる場合、すなわち表面が粗過ぎる場合、下チャック２３１の粗さの影響を受けて、下ウェハＷ_Ｌは鉛直方向に歪んでしまう。したがって、下チャック２３１の表面粗さは適切であるのが好ましく、発明者らによれば上記平面粗さは適切であることが分かった。

なお、上チャック２３０の表面も下チャックの表面と同様に鏡面加工されたニッケルめっきが施されている。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕの鉛直方向の撓みも抑制することができる。

上チャック２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上チャック２３０の上面外周部を支持している。下チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下チャック２３１の下方には、下ウェハＷ_Ｌを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、下チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下チャック２３１の上面から突出可能になっている。

上チャック２３０は、図１５に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１６に示すように上チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、上ウェハＷ_Ｕを吸着保持するための吸引口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して形成されている。各吸引口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃは、平面視において環状形状を有している。また各吸引口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、図１５に示すように吸引管２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃがそれぞれ接続されている。各吸引管２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃには、異なる真空ポンプ２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷ_Ｕの真空引きを設定可能に構成されている。

上チャック２３０の中心部には、当該上チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４３が形成されている。この上チャック２３０の中心部は、当該上チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷ_Ｕの中心部に対応している。そして、貫通孔２４３には、後述する押動部材２５０の押動ピン２５１が挿通するようになっている。

上チャック２３０の上面には、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、シリンダ構造を有し、押動ピン２５１と当該押動ピン２５１が昇降する際のガイドとなる外筒２５２とを有している。押動ピン２５１は、例えばモータを内蔵した駆動部（図示せず）によって、貫通孔２４３を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材２５０は、後述するウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合時に、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とを当接させて押圧することができる。

押動部材２５０の押動ピン２５１において上ウェハＷ_Ｕ側の先端部には、当該上ウェハＷ_Ｕを吸着保持するガイド部材２５３が設けられている。ガイド部材２５３には、押動ピン２５１と当該押動ピン２５１の基端部に接続された吸引管２５４を介して、真空ポンプ２５５が接続されている。このため、押動ピン２５１は、その内部に空気が流通するように中空構造を有している。そして、ガイド部材２５３は、上ウェハＷ_Ｕを吸着保持して当該上ウェハＷ_Ｕの水平方向の位置を固定することができる。また、押動ピン２５１が鉛直方向に昇降するに伴って、ガイド部材２５３も鉛直方向に移動自在になっている。

上チャック２３０には、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１を撮像する上部撮像部材２５６が設けられている。上部撮像部材２５６には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５６は、上チャック２３０上に設けられていてもよい。

下チャック２３１は、図１７に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、下ウェハＷ_Ｌを吸着保持するための吸引口２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して形成されている。吸引口２６０ａは、下チャック２３１の中心部に形成されている。吸引口２６０ｂは、下チャック２３１の外周部において同一円周上に複数形成されている。また、各吸引口２６０ａ、２６０ｂは、平面視において微小な径、例えば０．３ｍｍの径の円形状を有している。また各吸引口２６０ａ、２６０ｂには、図１５に示すように吸引管２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。各吸引管２６１ａ、２６１ｂには、異なる真空ポンプ２６２ａ、２６２ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷ_Ｌの真空引きを設定可能に構成されている。

下チャック２３１には、図１２に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する下部撮像部材２６３が設けられている。下部撮像部材２６３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６３は、下チャック２３１上に設けられていてもよい。

以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合システム１におけるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述のウェハ接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部３００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理方法について説明する。図１８は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、複数枚の上ウェハＷ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、複数枚の下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔが、搬入出ステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕが取り出され、処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第１の処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０に搬入された上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。

その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６７Ｐａ〜３３３Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ〜２．５Ｔｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷ_Ｕを処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。

また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば２５００Vの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷ_Ｕが静電吸着させられる。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷ_Ｕは、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、例えば２５℃〜３０℃に維持される。

その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。

この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１がその後親水化されやすくなるようにＳｉＯ_２の結合が切断されて改質されると共に、当該表面Ｗ_Ｕ１上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが表面Ｗ_Ｕ１上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中のアルゴンガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、このアルゴンガスのプラズマによって表面Ｗ_Ｕ１上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、アルゴンガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質される（図１８の工程Ｓ１）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０に搬入された上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。

続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷ_Ｕの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷ_Ｕ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷ_Ｕを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷ_Ｕ上に純水を供給する。そうすると、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１８の工程Ｓ２）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ_Ｕは、トランジション２００を介してウェハ搬送機構２０１により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷ_Ｕの水平方向の向きが調節される（図１８の工程Ｓ３）。

その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム２２１を反転させることにより、上ウェハＷ_Ｕの表裏面が反転される（図１８の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方に向けられる。

その後、反転機構２２０の保持アーム２２１が、第１の駆動部２２４を中心に回動して上チャック２３０の下方に移動する。そして、反転機構２２０から上チャック２３０に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。上ウェハＷ_Ｕは、上チャック２３０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１８の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃを作動させ、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きしている。上ウェハＷ_Ｕは、後述する下ウェハＷ_Ｌが接合装置４１に搬送されるまで上チャック２３０で待機する。なお、上チャック２３０で上ウェハＷ_Ｕを吸着保持する際、ガイド部材２５３による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを行ってもよいし、真空引きを停止していてもよい。本実施の形態においては、ガイド部材２５３による真空引きを停止している。

上ウェハＷ_Ｕに上述した工程Ｓ１〜Ｓ５の処理が行われている間、当該上ウェハＷ_Ｕに続いて下ウェハＷ_Ｌの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌが取り出され、処理ステーション３のトランジション装置５０に搬送される。

次に下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が改質される（図１８の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が親水化される共に当該表面Ｗ_Ｌ１が洗浄される（図１８の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様であるので詳細な説明を省略する。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ_Ｌは、トランジション２００を介してウェハ搬送機構２０１により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷ_Ｌの水平方向の向きが調節される（図１８の工程Ｓ８）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構２０１によって下チャック２３１に搬送され、下チャック２３１に吸着保持される（図１８の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６２ａ、２６２ｂを作動させ、下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きしている。そして、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が上方を向くように、当該下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２が下チャック２３１に吸着保持される。

次に、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２３１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの水平方向の位置調節を行う。図１９に示すように下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５６を水平方向に移動させ、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が撮像される。また、下部撮像部材２６３を水平方向に移動させ、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５６が撮像した画像に表示される下ウェハＷ_Ｌの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６３が撮像した画像に表示される上ウェハＷ_Ｕの基準点Ｂの位置とが合致するように、下チャック２３１によって下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの水平方向の位置が調節される（図１８の工程Ｓ１０）。なお、上部撮像部材２５６と下部撮像部材２６３を移動させる代わりに、下チャック２３０を移動させてもよい。

なお、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。

その後、チャック駆動部２３４によって、図２０に示すように下チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷ_Ｌを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間の間隔Ｄが所定の距離、例えば８０μｍ〜２００μｍになるように、下ウェハＷ_Ｌを配置する。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向の位置が調節される（図１８の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５〜工程Ｓ１１において、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きしている。同様に工程Ｓ９〜工程Ｓ１１において、下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きしている。

その後、図２１に示すように上チャック２３０において吸引管２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ（吸引口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ）からの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止して、ガイド部材２５３による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを開始する。すなわち、上チャック２３０による上ウェハＷ_Ｕの吸着保持を停止して、ガイド部材２５３によって上ウェハＷ_Ｕを吸着保持する。その後、押動部材２５０の押動ピン２５１によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷ_Ｕを下降させる。このとき、押動ピン２５１には、所定の荷重、例えば２００ｇ〜７５０ｇがかけられる。また、押動ピン２５１の下降に際し、ガイド部材２５３によって下ウェハＷ_Ｌに対する上ウェハＷ_Ｕの水平方向の位置がずれることがない。そして、図２２に示すように押動部材２５０によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧する（図１８の工程Ｓ１２）。なお、このとき、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１は全面で当接している。

その後、押圧された上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部との間で接合が開始する（図２２中の太線部）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ６において改質されているため、先ず、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間にファンデルワールス力が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。その後、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ７において親水化されているため、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間の親水基が水素結合し、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。

このように上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部が接合されると、下チャック２３１の中心部の吸引管２６１ａ（吸引口２６０ａ）からの吸引を維持し、外周部の２６１ｂ（吸引口２６０ｂ）からの吸引を停止する。そうすると、例えば下チャック２３１が下ウェハＷ_Ｌを保持する表面が若干の平面度を有する場合でも、下ウェハＷ_Ｌの外周部が下チャック２３１に吸着保持されていないので、下ウェハＷ_Ｌ自体の鉛直方向の歪みを抑制することができる。また、下ウェハＷ_Ｌの中心部は下チャック２３１に吸着保持されているので、下ウェハＷ_Ｌは移動しない。このため、上ウェハＷ_Ｕに対する下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置がずれることがない。

その後、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部が押圧された状態で、上ウェハＷ_Ｕの中心部から外周部に向けて、上述した結合が順次拡がる。このときの接合の拡散は、適切な接合速度で行われる。例えば接合速度が速過ぎる場合、拡がる接合の先端部、いわゆるボンディングウェーブが崩れ、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの間にボイドが生じてしまう。また接合速度が速過ぎると、上ウェハＷ_Ｕの形状が下ウェハＷ_Ｌの形状が適合する前に接合が進行してしまうため、接合された重合ウェハＷ_Ｔに鉛直方向の歪みが発生しやすくなる。一方、例えば接合速度が遅過ぎる場合、接合強度が弱くなってしまう。また接後速度が遅過ぎると、接合処理のスループットも低下する。そこで、接合の拡散は適切な接合速度で行われる。

上述した接合速度は、工程Ｓ１、Ｓ６におけるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する際のプラズマ処理の処理条件に基づいて決定される。すなわち、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが強いプラズマに長時間晒された場合、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の改質がより進行する。そうすると、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の親水化も進むため、接合速度が速くなる。一方、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが弱いプラズマに短時間晒された場合、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の改質があまり進行せず、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の親水化もあまり進行しないため、接合速度が遅くなる。

こうして、図２３に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１８の工程Ｓ１３）。その後、ガイド部材２５３による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止し、押動部材２５０を上チャック２３０まで上昇させる。また、下チャック２３１において吸引管２６１ａ（吸引口２６０ａ）からの下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止して、下チャック２３１による下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。

上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置６１によってトランジション装置５１に搬送され、その後搬入出ステーション２のウェハ搬送装置２２によって所定のカセット載置板１１のカセットＣ_Ｔに搬送される。こうして、一連のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、下チャック２３１の表面の平面度は極めて小さいため、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みを抑制することができる。したがって、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。

また、下チャック２３１の表面粗さも適切であるため、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みをさらに抑制することができる。すなわち、例えば下チャック２３１の表面粗さが小さ過ぎないので、表面が滑らかでなく、下ウェハＷ_Ｌ自体の鉛直方向の歪みを抑制することができる。さらに、例えば下チャック２３１の表面粗さが大き過ぎないので、表面が粗過ぎず、下ウェハＷ_Ｌは下チャック２３１の粗さの影響を受けない。したがって、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。

また、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を適切に改質しているので、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合速度を適切にすることができる。このため、接合速度が速過ぎないため、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの間にボイドも発生しない。さらに、接合速度が遅過ぎないため、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの間の適度な接合強度を維持して、接合処理のスループットも確保できる。

また、下チャック２３１の表面に形成された吸引口２６０ａ、２６０ｂは微細な径を有するため、これら吸引口２６０ａ、２６０ｂによって下ウェハＷ_Ｌが鉛直方向に撓むことがない。さらに、工程Ｓ１２において上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を押圧して接合された後、下チャック２３１の外部の吸引口２６０ａからの下ウェハＷ_Ｌの真空引きを維持しつつ、外周部の吸引口２６０ｂからの下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止する。そうすると、例えば下チャック２３１が下ウェハＷ_Ｌを保持する表面が若干の平面度を有する場合でも、下ウェハＷ_Ｌの外周部が下チャック２３１に吸着保持されていないので、下ウェハＷ_Ｌ自体の鉛直方向の歪みを抑制することができる。したがって、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また、下ウェハＷ_Ｌの中心部は下チャック２３１に吸着保持されているので、下ウェハＷ_Ｌは移動しない。このため、上ウェハＷ_Ｕに対する下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置ずれを抑制することができる。

なお、発明者らが鋭意検討したところ、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制し、さらに水平方向の位置ずれを抑制するためには、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間の間隔Ｄや押動部材２５０の荷重（押圧圧力）を制御すればよいことが分かった。具体的には、本実施の形態のように間隔Ｄを８０μｍ〜２００μｍとし、押動部材２５０の荷重を２００ｇ〜７５０ｇとすれば、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みと水平方向の位置ずれを抑制できることが分かった。

また、工程Ｓ１２において、ガイド部材２５３によって上ウェハＷ_Ｕを吸着保持した状態で、押動部材２５０によって上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧しながら上ウェハＷ_Ｕを下降させているので、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧する際に、上ウェハＷ_Ｕが撓むことがない。したがって、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。

また、接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０と、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０も備えているので、一のシステム内でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。

以上の実施の形態では、下チャック２３１の表面の平面度と表面粗さを両方制御して、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みを制御していたが、下チャック２３１の表面の平面度又は表面粗さのいずれか一方のみを制御してもよい。かかる場合、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みを抑制する度合いは小さくなるものの、下チャック２３１に用いることができるチャックを選択する自由度が向上する。

以上の実施の形態では、下チャック２３１の表面は鏡面加工されたニッケルめっきが施されていたが、上述した適切な所定の表面粗さを有すれば、下チャック２３１の表面はニッケルめっきに限定されず種々の形態を取り得る。例えば下チャック２３１の表面は、フッ素樹脂であるＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が被覆されていてもよい。また、ＰＦＡはブラスト加工されているのが好ましい。かかる場合でも、下チャック２３１の表面は所定の表面粗さを有し、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みを抑制することができる。

以上の実施の形態では、上チャック２３０の吸引口２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃは、平面視において環状形状を有していたが、下チャック２３０における吸引口２６０ａ、２６０ｂと同様に、上チャック２３０における吸引口は円形状を有し、上チャック２３０の中心部と外周部に形成されていてもよい。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕが鉛直方向に撓むことがなく、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みをさらに抑制することができる。

以上の実施の形態では、表面改質装置３０において酸素ガスのプラズマを用いていたが、これに代えて窒素ガスのプラズマを用いてもよい。発明者らが鋭意検討したところ、酸素ガスのプラズマを用いた場合より窒素ガスのプラズマを用いた場合のほうが、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合強度は強くなることが分かった。一方、窒素ガスのプラズマを用いた場合より酸素ガスのプラズマを用いた場合のほうが、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みをより抑制できることが分かった。したがって、要求される仕様に応じて酸素ガス又は窒素ガスを使い分けるのがよい。

以上の実施の形態では、チャック駆動部２３４によって下チャック２３１が鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在になっていたが、上チャック２３０を鉛直方向に昇降自在にし、あるいは水平方向に移動自在に構成してもよい。また、上チャック２３０と下チャック２３１の両方が、鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在に構成されていてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

１ 接合システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
３０ 表面改質装置
４０ 表面親水化装置
４１ 接合装置
６０ ウェハ搬送領域
２３０ 上チャック
２３１ 下チャック
２５０ 押動部材
２６０ａ、２６０ｂ 吸引口
３００ 制御部
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (9)

1. 接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
   前記接合装置は、
   下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、
   前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
   前記接合方法は、
   前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、
   その後、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させて押圧する押圧工程と、
   その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
   少なくとも前記第２の保持部材の表面の平面度又は表面粗さを制御して、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴とする、接合方法。
2. 前記接合工程における第１の基板と第２の基板の接合速度を制御して、重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第２の保持部材の表面には、その中心部と外周部において、第２の基板を真空引きする吸引口が複数形成され、
   前記押圧工程において第１の基板と第２の基板の中心部が接合された後、前記中心部の吸引口による第２の基板の真空引きを維持し、前記外周部の吸引口による第２の基板の真空引きを停止することを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
5. 請求項４に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
6. 基板同士を接合する接合装置であって、
   下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、
   前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
   前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させて押圧する押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を実行するように前記第１の保持部材、前記第２の保持部材及び前記押動部材を制御し、且つ少なくとも前記第２の保持部材の表面の平面度又は表面粗さを制御して、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御する制御部と、を有することを特徴とする、接合装置。
7. 前記制御部は、重合基板の鉛直方向の歪みを制御するように、前記接合工程における第１の基板と第２の基板の接合速度を制御することを特徴とする、請求項６に記載の接合装置。
8. 前記第２の保持部材の表面には、その中心部と外周部において、第２の基板を真空引きする吸引口が複数形成され、
   前記制御部は、前記押圧工程において第１の基板と第２の基板の中心部が接合された後、前記中心部の吸引口による第２の基板の真空引きを維持し、前記外周部の吸引口による第２の基板の真空引きを停止するように前記第２の保持部材を制御することを特徴とする、請求項６又は７に記載の接合装置。
9. 請求項６〜８のいずれかに記載の接合装置を備えた接合システムであって、
   前記接合装置を備えた処理ステーションと、
   第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
   前記処理ステーションは、
   第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、
   前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、接合システム。

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