JP2014229677A - 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の保持部に保持される第１の基板と第２の保持部に保持される第２の基板との位置を適切に調節し、基板同士の接合処理を適切に行う。
【解決手段】接合装置４１は、下面に上ウェハＷ_Ｕを保持する上チャック１６０と、上チャック１６０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷ_Ｌを保持する下チャック１６１と、上チャック１６０に保持される前の上ウェハＷ_Ｕを所定の温度に調節する第１の温度調節部１２１と、下チャック１６１に保持される前の下ウェハＷ_Ｌを所定の温度に調節する第２の温度調節部１２２と、を有する。第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２は温度調節機構１２０を構成する。
【選択図】図５

Description

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

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、例えば特許文献１に記載の接合システムを用いて、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。例えば接合システムは、ウェハの接合される表面を改質する表面改質装置（表面活性化装置）と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化した後、接合装置においてウェハ同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。

上記接合装置では、上チャックを用いて一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持すると共に、上チャックの下方に設けられた下チャックを用いて他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持した状態で、当該上ウェハと下ウェハを接合する。このとき、ファンデルワールス力及び水素結合を促進させるため、上チャックと下チャックに冷却機構を設け、上ウェハと下ウェハを冷却しながら接合することが提案されている。

特開２０１１−１８１６３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された接合装置では、上チャックに保持される前の上ウェハや、下チャックに保持される前の下ウェハの温度を制御し、また管理することは行われていない。このため、上チャックと下チャックに保持される前の種々の外因によって、これら上ウェハと下ウェハの温度にはバラツキが生じるおそれがある。特に上ウェハと下ウェハは、それぞれ個別に上チャックと下チャックに搬送されるため、待機時間が一定でなく、バラツキが生じ易い。

一方で、上ウェハや下ウェハは、温度が変化するとその形状が変化することが知られている。例えば、シリコンウェハの場合、温度が１℃上昇すると、熱膨張により直径が数ミクロン大きくなる。

ウェハ同士を接合する際には、上ウェハと下ウェハの接合位置をミクロンレベルで調節することが求められているが、上記のように上ウェハと下ウェハの温度にバラツキがあり、また温度に伴う寸法等の形状にバラツキがあれば、精度良く位置調節を行えない。このため、ウェハ同士を接合する際に、上ウェハと下ウェハがずれて接合されるおそれがある。

また、例えば特許文献１に記載された上チャックと下チャックの冷却機構を用いて、上ウェハと下ウェハの温度をそれぞれ調節することも考えられる。しかしながら、かかる場合、上ウェハと下ウェハがそれぞれ上チャックと下チャックに保持された後に温度調節することになり、その温度調節に所定の時間がかかる。そうすると、上ウェハと下ウェハの位置調節を開始するタイミングが遅れ、迅速に位置調節することができない。

以上のように、従来のウェハ同士の接合処理には改善の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、第１の保持部に保持される第１の基板と第２の保持部に保持される第２の基板との位置を適切に調節し、基板同士の接合処理を適切に行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に保持される前の第１の基板、又は前記第２の保持部に保持される前の第２の基板を所定の温度に調節する温度調節機構と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、温度調節機構によって第１の基板と第２の基板の温度調節を行うので、温度による基板の形状や寸法のバラツキを抑制することができ、接合時に第１の保持部に保持された第１の基板と第２の保持部に保持された第２の基板との位置調節を精度良く実施することができる。このため、基板同士の接合処理を適切に行うことができる。

また、このように第１の基板と第２の基板の位置調節の精度が良いため、接合された重合基板の鉛直方向の歪み（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の発生を抑制することができ、結果として製品の歩留まりを向上させることができる。

さらに、本発明の温度調節機構は、第１の保持部又は第２の保持部とは別途設けられるので、第１の基板又は第２の基板の温度調節を行っても、第１の基板と第２の基板の位置調節を開始するタイミングへの影響がない。このため、接合処理のスループットを向上させることができる。

前記接合装置は、第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、前記温度調節機構は、前記位置調節機構によって水平方向の向きが調節された後であって、前記第１の保持部又は前記第２の保持部に保持される前に、それぞれ第１の基板又は第２の基板の温度を所定の温度に調節してもよい。

前記接合装置は、第１の基板の表裏面を反転させる反転機構をさらに有し、前記温度調節機構は、前記位置調節機構によって水平方向の向きが調節され、且つ前記反転機構によって表裏面が反転された後であって、前記第１の保持部に保持される前に、第１の基板を所定の温度に調節してもよい。

前記温度調節機構は、第１の基板の温度を調節する第１の温度調節部と、第２の基板の温度を調節する第２の温度調節部とを有していてもよい。

前記第１の温度調節部は、第１の基板の外周部を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された第１の基板の温度を調節する温度調節部材と、を有していてもよい。

前記接合装置は、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外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションをさらに有し、前記温度調節機構は、前記トランジションに積層されて設けられていてもよい。

前記接合装置は、第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、前記温度調節機構は、前記位置調節機構に設けられ、且つ当該位置調節機構における水平方向の向きを調節中に、第１の基板又は第２の基板の温度を所定の温度に調節してもよい。

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装置と、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。

また別な観点による本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合方法であって、温度調節機構によって第１の基板の温度を所定の温度に調節する第１の工程と、前記温度調節機構によって第２の基板の温度を所定の温度に調節する第２の工程と、前記第１の工程において温度調節された第１の基板を第１の保持部の下面で保持し、前記第２の工程において温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持した後、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置して接合する第３の工程と、を有することを特徴としている。

前記第１の工程又は前第２の工程は、それぞれ第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きが位置調節機構によって調節された後であって、前記第３の工程の前に行われてもよい。

前記第１の工程は、前記位置調節機構によって第１の基板の水平方向の向きが調節され、且つ反転機構によって第１の基板の表裏面が反転された後であって、前記第３の工程の前に行われてもよい。

前記第１の工程は、前記温度調節機構の第１の温度調節部によって行われ、前記第２の工程は、前記温度調節機構の第２の温度調節部によって行われてもよい。

前記第１の工程又は前記第２の工程は、それぞれ第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを位置調節機構によって調節中に行われてもよい。

また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。

さらに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。

本発明によれば、第１の保持部に保持される第１の基板と第２の保持部に保持される第２の基板との位置を適切に調節し、基板同士の接合処理を適切に行うことができる。

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。 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。 接合装置の内部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。 チャックカメラによって上チャックに保持された上チャックの表面を撮像する様子を示す説明図である。 チャックカメラとブリッジカメラの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 チャックカメラとブリッジカメラの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 ブリッジカメラによって下チャックに保持された下チャックの表面を撮像し、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。 上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。 上ウェハの表面と下ウェハの表面を当接させた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。

本実施の形態においては、上ウェハＷ_Ｕは製品となるウェハであって、例えば表面Ｗ_Ｕ１に複数の電子回路等を備えた複数のデバイスが形成されている。また、下ウェハＷ_Ｌは上ウェハＷ_Ｕを支持する支持ウェハである。

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。表面改質装置３０では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１に照射されて、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１がプラズマ処理され、改質される。

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。

表面親水化装置４０では、例えばスピンチャックに保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ上に純水を供給する。そうすると、供給された純水はウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１上を拡散し、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１が親水化される。なお、接合装置４１の構成については後述する。

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。

以上の接合システム１には、図１に示すように制御部７０が設けられている。制御部７０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７０にインストールされたものであってもよい。

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４に示すように内部を密閉可能な処理容器１００を有している。処理容器１００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１０１が形成され、当該搬入出口１０１には開閉シャッタ１０２が設けられている。

処理容器１００の内部は、内壁１０３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１０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１００の側面に形成されている。また、内壁１０３にも、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１０４が形成されている。なお、処理領域Ｔ２の内部の雰囲気は所定の温度、例えば２５℃に維持されている。

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、図４及び図５に示すようにウェハ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１１０と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの温度を温度調節機構１２０とが積層されて設けられている。トランジション１１０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。

温度調節機構１２０は、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２とを有している。これら第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２は、トランジション１１０上に積層して設けられている。なお、本実施の形態では、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２はそれぞれ１つずつ設けられていたが、これらの数はこれに限定されず、２つ以上設けられていてもよい。

第１の温度調節部１２１は、上ウェハＷ_Ｕを所定の温度に調節する温度調節部材としての第１の温度調節板１２３を有している。第１の温度調節板１２３には、例えばペルチェ素子（図示せず）などが内蔵されている。なお、第１の温度調節板１２３の温度は例えば制御部７０により制御され、第１の温度調節板１２３上の上ウェハＷ_Ｕが所定の温度に調節される。

第１の温度調節板１２３上には、上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持する保持部材としてのギャップピン１２４が複数、例えば３つ設けられている。上ウェハＷ_Ｕは、後述するように反転機構１５０によってその表裏面が反転されて、すなわち表面Ｗ_Ｕ１が下方を向いた状態で第１の温度調節部１２１に搬送される。第１の温度調節部１２１では、ギャップピン１２４によって上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の外周部が保持されるので、すなわち表面Ｗ_Ｕ１においてデバイスが形成されていない外周部が保持されるので、当該デバイスが損傷を被るのを回避できる。

第２の温度調節部１２２は、下ウェハＷ_Ｌを所定の温度に調節する第２の温度調節板１２５を有している。第２の温度調節板１２５は上記第１の温度調節板１２３と同様の構成を有し、第２の温度調節板１２５には例えばペルチェ素子（図示せず）などが内蔵されている。また第２の温度調節板１２５上には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の全面が載置される。なお、第２の温度調節板１２５の温度は例えば制御部７０により制御され、第２の温度調節板１２５上に載置された下ウェハＷ_Ｌが所定の温度に調節される。

搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構１３０が設けられている。ウェハ搬送機構１３０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。そして、ウェハ搬送機構１３０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１４０が設けられている。位置調節機構１４０は、図６に示すように基台１４１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌをピンチャック方式で保持し、且つ回転させる保持部１４２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部１４３と、を有している。なお、保持部１４２のピンチャック方式は、後述する上チャック１６０と下チャック１６１におけるピンチャック方式と同様であるので説明を省略する。そして、位置調節機構１４０では、保持部１４２に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１４３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１５０が設けられている。反転機構１５０は、図７〜図９に示すように上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム１５１を有している。保持アーム１５１は、水平方向（図７及び図８中のＹ方向）に延伸している。また保持アーム１５１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材１５２が例えば４箇所に設けられている。保持部材１５２は、図１０に示すように保持アーム１５１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１５２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１５３が形成されている。そして、これら保持部材１５２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１５１は、図７〜図９に示すように例えばモータなどを備えた第１の駆動部１５４に支持されている。この第１の駆動部１５４によって、保持アーム１５１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１５１は、第１の駆動部１５４を中心に回動自在であると共に、水平方向（図７及び図８中のＹ方向）に移動自在である。第１の駆動部１５４の下方には、例えばモータなどを備えた第２の駆動部１５５が設けられている。この第２の駆動部１５５によって、第１の駆動部１５４は鉛直方向に延伸する支持柱１５６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１５４と第２の駆動部１５５によって、保持部材１５２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１５２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、第１の駆動部１５４を中心に回動して、位置調節機構１４０から後述する上チャック１６０との間を移動できる。

処理領域Ｔ２には、図４及び図５に示すように上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第１の保持部としての上チャック１６０と、下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して吸着保持する第２の保持部としての下チャック１６１とが設けられている。下チャック１６１は、上チャック１６０の下方に設けられ、上チャック１６０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１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。

図１１に示すように上チャック１６０は、当該上チャック１６０の上方に設けられた上チャック支持部１７０に支持されている。上チャック支持部１７０は、処理容器１００の天井面に設けられている。

下チャック１６１は、当該下チャック１６１の下方に設けられた下チャック支持部１８０に支持されている。さらに下チャック支持部１８０は、当該下チャック支持部１８０の下方に設けられた支持部材１８１に支持されている。

支持部材１８１の下面側には、下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向）に移動させる下チャック移動部１８２が設けられている。下チャック移動部１８２は、水平方向（Ｘ方向）に延伸する一対のレール１８３、１８３に取り付けられている。そして、下チャック移動部１８２は、レール１８３に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール１８３、１８３は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１８４上に配設されている。この載置台１８４は、移動機構（図示せず）によって水平方向（Ｙ方向）に移動自在に構成されている。また、下チャック移動部１８２は、載置台１８４の内部に設けられた移動機構（図示せず）によって鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

処理容器１００の内部には、上チャック１６０と下チャック１６１の水平方向位置を調節するための位置調節機構が設けられている。具体的には、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕを撮像するチャックカメラ１９０と、下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌを撮像するブリッジカメラ１９１と、チャックカメラ１９０とブリッジカメラ１９１の水平方向位置を調節する際に共通の基準となるターゲット１９２と、が設けられている。チャックカメラ１９０はターゲット１９２の下面を下方から撮像し、ブリッジカメラ１９１はターゲット１９２の上面を上方から撮像する。なお、チャックカメラ１９０とブリッジカメラ１９１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

チャックカメラ１９０とターゲット１９２は、それぞれ支持部材１８１上に設けられている。ターゲット１９２は、ターゲット台１９３に支持されている。ターゲット１９２には、ブリッジカメラ１９１及びチャックカメラ１９０による画像認識可能な、例えばガラス板上に円形の金属膜が蒸着されたものが用いられる。ターゲット１９２は、ターゲット台１９３に設けられた駆動機構（図示せず）により鉛直斜め方向に移動可能になっており、図１１中に破線で示す位置まで退避することができる。

ブリッジカメラ１９１は、下チャック１６１の上方に配置されている。またブリッジカメラ１９１は、移動機構（図示せず）によって水平方向（Ｘ方向）に移動可能に構成されている。

次に、接合装置４１の上チャック１６０と下チャック１６１の詳細な構成について説明する。

上チャック１６０には、図１２及び図１３に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック１６０は、平面視において少なくとも上ウェハＷ_Ｕより小さい径を有する本体部２００を有している。本体部２００の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２に接触する複数のピン２０１が設けられている。また本体部２００の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持する外壁部２０２が設けられている。外壁部２０２は、複数のピン２０１の外側に環状に設けられている。

本体部２００の下面には、外壁部２０２の内側の領域２０３（以下、吸引領域２０３という場合がある。）において、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための吸引口２０４が形成されている。吸引口２０４は、例えば吸引領域２０３の外周部に２箇所に形成されている。吸引口２０４には、本体部２００の内部に設けられた吸引管２０５が接続されている。さらに吸引管２０５には、継手を介して真空ポンプ２０６が接続されている。

そして、上ウェハＷ_Ｕ、本体部２００及び外壁部２０２に囲まれて形成された吸引領域２０３を吸引口２０４から真空引きし、吸引領域２０３を減圧する。このとき、吸引領域２０３の外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷ_Ｕは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域２０３側に押され、上チャック１６０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。

かかる場合、複数のピン２０１の高さが均一なので、上チャック１６０の下面の平面度を小さくすることができる。このように上チャック１６０の下面を平坦にして（下面の平面度を小さくして）、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕ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の裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン２０１に支持されているので、上チャック１６０による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを解除する際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０から剥がれ易くなる。

本体部２００の中心部には、当該本体部２００を厚み方向に貫通する貫通孔２０７が形成されている。この本体部２００の中心部は、上チャック１６０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２０７には、後述する押動部材２１０の押動ピン２１１が挿通するようになっている。

上チャック１６０の上面には、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材２１０が設けられている。押動部材２１０は、シリンダ構造を有し、押動ピン２１１と、当該押動ピン２１１が昇降する際のガイドとなる外筒２１２とを有している。押動ピン２１１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２０７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２１０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。

下チャック１６１には、図１２及び図１４に示すように上チャック１６０と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック１６１は、平面視において少なくとも下ウェハＷ_Ｌより大きい径を有する本体部２２０を有している。本体部２２０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２に接触する複数のピン２２１が設けられている。また本体部２２０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する外壁部２２２が設けられている。外壁部２２２は、複数のピン２２１の外側に環状に設けられている。

本体部２２０の上面には、外壁部２２２の内側の領域２２３（以下、吸引領域２２３という場合がある。）において、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための吸引口２２４が複数形成されている。吸引口２２４には、本体部２００の内部に設けられた吸引管２２５が接続されている。吸引管２２５は、例えば２本設けられている。さらに吸引管２２５には、真空ポンプ２２６が接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部２２０及び外壁部２２２に囲まれて形成された吸引領域２２３を吸引口２２４から真空引きし、吸引領域２２３を減圧する。このとき、吸引領域２２３の外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ_Ｌは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域２２３側に押され、下チャック１６１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。

かかる場合、複数のピン２２１の高さが均一なので、下チャック１６１の上面の平面度を小さくすることができる。また例えば処理容器１００内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピン２２１の間隔が適切であるため、下チャック１６１の上面にパーティクルが存在するのを抑制することができる。このように下チャック１６１の上面を平坦にして（上面の平面度を小さくして）、下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン２２１に支持されているので、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの真空引きを解除する際、当該下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１から剥がれ易くなる。

本体部２２０の中心部付近には、当該本体部２２０を厚み方向に貫通する貫通孔２２７が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔２２７には、下チャック移動部１８２の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。

本体部２２０の外周部には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔが下チャック１６１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材２２８が設けられている。ガイド部材２２８は、本体部２２０の外周部に複数個所、例えば４箇所に等間隔に設けられている。

なお、接合装置４１における各部の動作は、上述した制御部７０によって制御される。

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１５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では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に照射されて、当該表面Ｗ_Ｕ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質される（図１５の工程Ｓ１）。このように表面Ｗ_Ｕ１が改質された上ウェハＷ_Ｕの温度は、例えば３５℃になっている。

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では、スピンチャックに保持された上ウェハＷ_Ｕを回転させながら、当該上ウェハＷ_Ｕ上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１上を拡散し、表面改質装置３０において改質された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ２）。このように表面Ｗ_Ｕ１が親水化され且つ洗浄された上ウェハＷ_Ｕの温度は、例えば２３℃になっている。

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。この搬送中、上ウェハＷ_Ｕの温度は例えば２２．５℃になっている。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１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０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１５の工程Ｓ３）。このように水平方向の向きが調節された上ウェハＷ_Ｕの温度は、例えば２６℃になっている。

その後、位置調節機構１４０から反転機構１５０の保持アーム１５１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１５１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１５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。このように表裏面が反転された上ウェハＷ_Ｕの温度は、例えば２５．５℃になっている。

その後、反転機構１５０によって上ウェハＷ_Ｕは第１の温度調節部１２１に搬送される。第１の温度調節部１２１では、上ウェハＷ_Ｕがギャップピン１２４上に保持され、第１の温度調節板１２３によって所定の温度、例えば２５℃に調節される（図１５の工程Ｓ５）。

その後、反転機構１５０によって上ウェハＷ_Ｕは上チャック１６０の下方に搬送される。そして、反転機構１５０から上チャック１６０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１６０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１５の工程Ｓ６）。具体的には、真空ポンプ２０６を作動させ、吸引領域２０３を吸引口２０４から真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０に吸着保持される。

このように上チャック１６０に保持される上ウェハＷ_Ｕは、上述したように工程Ｓ５において例えば２５℃に調節されている。すなわち、上ウェハＷ_Ｕは、処理領域Ｔ２の雰囲気温度と同じ温度に調節されている。このため、上ウェハＷ_Ｕが温度変化によって伸縮することがなく、その形状と寸法が変化しない。

特に上チャック１６０は上ウェハＷ_Ｕをピンチャック方式で保持するため、上チャック１６０と上ウェハＷ_Ｕの接触面積が小さい。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕの温度が調節されていないと、当該上ウェハＷ_Ｕの形状や寸法が変化し易い。この点、上ウェハＷ_Ｕの形状と寸法を変化させないようにする、工程Ｓ５の温度調節は特に有用である。

上ウェハＷ_Ｕに上述した工程Ｓ１〜Ｓ６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１５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１５の工程Ｓ８）。なお、工程Ｓ８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。

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１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０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１５の工程Ｓ９）。このように水平方向の向きが調節された下ウェハＷ_Ｌの温度は、例えば２６℃になっている。

その後、ウェハ搬送機構１３０によって下ウェハＷ_Ｌは第２の温度調節部１２２に搬送される。第２の温度調節部１２２では、上ウェハＷ_Ｕが第２の温度調節板１２５上に載置され、所定の温度、例えば２５℃に調節される（図１５の工程Ｓ１０）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構１３０によって下チャック１６１に搬送され、下チャック１６１にその裏面Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図１５の工程Ｓ１１）。具体的には、真空ポンプ２２６を作動させ、吸引領域２２３を吸引口２２４から真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１に吸着保持される。

このように下チャック１６１に保持される下ウェハＷ_Ｌも、上述したように工程Ｓ１０において例えば２５℃に調節され、すなわち処理領域Ｔ２の雰囲気温度と同じ温度に調節されている。このため、下ウェハＷ_Ｌが温度変化によって伸縮することがなく、その形状と寸法が変化しない。また、下チャック１６１がピンチャック方式を採用しているため、工程Ｓ５における上ウェハＷ_Ｕの温度調節と同様に、工程Ｓ１０における下ウェハＷ_Ｌの温度調節は特に有用である。

しかも、上チャック１６０に保持される上ウェハＷ_Ｕと、下チャック１６１に保持される下ウェハＷ_Ｌとは同じ温度に調節されている。したがって、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの相互間においても、形状と寸法に変わりながない。このため、後述する上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの位置調節を適切に行うことができる。

次に、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１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。

先ず、図１６に示すように下チャック移動部１８２を水平方向（Ｘ方向とＹ方向）に移動させ、チャックカメラ１９０によって、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する。

その後、図１７に示すようにターゲット１９２をチャックカメラ１９０の上方に移動させ、チャックカメラ１９０によってターゲット１９２の中心、より具体的にはターゲット１９２の金属膜の中心を確認する。その後、図１８に示すようにブリッジカメラ１９１をターゲット１９２の上方に移動させ、ブリッジカメラ１９１によってターゲット１９２の中心を確認する。このようにチャックカメラ１９０とブリッジカメラ１９１が同じターゲット１９２の中心を確認する。そして、チャックカメラ１９０とブリッジカメラ１９１の水平方向位置が一致するように、当該チャックカメラ１９０とブリッジカメラ１９１の水平方向位置が調節される。

その後、図１９に示すように下チャック移動部１８２を水平方向（Ｘ方向とＹ方向）に移動させ、ブリッジカメラ１９１によって、下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１を撮像する。

そして、上チャック１６０の表面Ｗ_Ｕ１上の基準点（アライメントマーク）と、下チャック１６１の表面Ｗ_Ｌ１上の基準点（アライメントマーク）とが一致するように、下チャック１６１の水平方向の位置を調節する。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１５の工程Ｓ１２）。

その後、下チャック移動部１８２によって、図２０に示すように下チャック１６１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１５の工程Ｓ１３）。

その後、図２１に示すように押動部材２１０の押動ピン２１１を下降させることによって、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２１１には、上ウェハＷ_Ｕがない状態で当該押動ピン２１１が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２１０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１５の工程Ｓ１４）。このとき、上チャック１６０の吸引口２０４は吸引領域２０３の外周部に形成されているので、押動部材２１０で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する際にも、上チャック１６０によって上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持することができる。

そうすると、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２１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、Ｓ７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（分子間力）が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。さらに、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、Ｓ８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（分子間力）、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。

その後、図２２に示すように押動部材２１０によって上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を押圧した状態で真空ポンプ２０６の作動を停止して、吸引領域２０３における上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。そうすると、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に落下する。このとき、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン２０１に支持されているので、上チャック１６０による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを解除した際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０から剥がれ易くなっている。そして上ウェハＷ_Ｕの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止し、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に順次落下して当接し、上述した表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が順次拡がる。こうして、図２３に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が全面で当接し、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１５の工程Ｓ１５）。

その後、図２４に示すように押動部材２１０の押動ピン２１１を上チャック１６０まで上昇させる。また、真空ポンプ２２６の作動を停止し、吸引領域２２３における下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止して、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。このとき、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン２２１に支持されているので、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの真空引きを解除した際、当該下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１から剥がれ易くなっている。

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、工程Ｓ６において上チャック１６０で上ウェハＷ_Ｕを保持する直前に、工程Ｓ５において上ウェハＷ_Ｕを処理領域Ｔ２の雰囲気温度と同じ温度に調節する。同様に、工程Ｓ１１において下チャック１６１で下ウェハＷ_Ｌを保持する直前に、工程Ｓ１０において下ウェハＷ_Ｌを処理領域Ｔ２の雰囲気温度と同じ温度に調節する。このため、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは、その後の工程において温度変化によって伸縮することがなく、その形状と寸法が変化しない。しかも、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは同じ温度に調節されるので、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの相互間においても、形状と寸法に変わりながない。したがって、温度によるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの形状や寸法のバラツキを抑制することができ、工程Ｓ１２における上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの位置調節を精度良く実施することができる。このため、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士の接合処理を適切に行うことができる。

また、このように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの位置調節の精度が良いため、接合された重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪み（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の発生を抑制することができ、結果として製品の歩留まりを向上させることができる。また、このように重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することは、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサのウェハのウェハやＢＳＩモデル（Ｂａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のウェハに有用である。

また、温度調節機構１２０は、上チャック１６０と下チャック１６１とは別途設けられるので、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの温度調節を行っても、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの位置調節を開始するタイミングへの影響がない。このため、接合処理のスループットを向上させることができる。

また、温度調節機構１２０は第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２を有しているので、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを個別に温度調節できる。このため、例えば上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの厚みや材質等が異なっていても、これら上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを適切に温度調節することができる。

また、第１の温度調節部１２１では上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方を向いた状態で温度調節が行われるが、ギャップピン１２４によって上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の外周部が保持されるので、当該表面Ｗ_Ｕ１に形成されたデバイスが損傷を被るのを回避できる。

また、温度調節機構１２０はトランジション１１０に積層されて設けられており、すなわち従来の特許文献１に記載された接合装置における空きスペースに温度調節機構１２０を配置している。このため、温度調節機構１２０を設けても、接合装置４１の専有面積を小さく維持することができる。

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。

以上の実施の形態の第１の温度調節部１２１は、第１の温度調節板１２３とギャップピン１２４を有していたが、これに限定されず、種々の構成を取り得る。例えば第１の温度調節板１２３とギャップピン１２４に代えて、上記上チャック１６０と同様の構成のチャックに、例えばペルチェ素子（図示せず）などを内蔵してもよい。

また、以上の実施の形態の接合装置４１において、温度調節機構１２０はトランジション１１０に積層されて設けられていたが、これに限定されず、任意の場所に設置し得る。例えば温度調節機構１２０を処理領域Ｔ２内に設けてもよいし、或いは反転機構１５０やウェハ搬送機構１３０に設けてもよい。

また、位置調節機構１４０の保持部１４２内に、例えばペルチェ素子などを備えた温度調節機構を設けてもよい。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは、位置調節機構１４０による水平方向の向きを調節中、或いは水平方向の向きを調節直後に温度調節される。

以上のいずれの場合でも、上記実施の形態と同様の効果を享受することができ、すなわち上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌをそれぞれ適切に温度調節して、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を適切且つ迅速に行うことができる。

以上の実施の形態で述べたとおり、工程Ｓ５で調節される上ウェハＷ_Ｕの所定の温度と、工程Ｓ１０で調節される下ウェハＷ_Ｌの所定の温度は、処理領域Ｔ２内の雰囲気温度と同じ温度が好ましい。但し、これら所定の温度は任意に設定できる。例えば接合される上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌ間に気泡が発生するのを抑制するため、上チャック１６０と下チャック１６１を熱処理する場合があるが、工程Ｓ５と工程Ｓ１０において、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌをそれぞれ上チャック１６０と下チャック１６１における熱処理温度と同じ温度に調節してもよい。

以上の実施の形態では、上ウェハＷ_Ｕは製品ウェハであり、下ウェハＷ_Ｌは支持ウェハである場合について説明したが、本発明は、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが共に製品ウェハである場合にも適用できる。

以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１６１とブリッジカメラ１９１は同一の支持部材１８１に支持されていたが、これらは別々の支持部材に支持されていてもよい。

また、以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷ_Ｔを所定の温度で加熱（アニール処理）してもよい。重合ウェハＷ_Ｔにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。

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
６１ ウェハ搬送装置
７０ 制御部
１１０ トランジション
１２０ 温度調節機構
１２１ 第１の温度調節部
１２２ 第２の温度調節部
１２３ 第１の温度調節板
１２４ ギャップピン
１２５ 第２の温度調節板
１３０ ウェハ搬送機構
１４０ 位置調節機構
１５０ 反転機構
１６０ 上チャック
１６１ 下チャック
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (15)

1. 基板同士を分子間力によって接合する接合装置であって、
   下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、
   前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、
   前記第１の保持部に保持される前の第１の基板、又は前記第２の保持部に保持される前の第２の基板を所定の温度に調節する温度調節機構と、を有することを特徴とする、接合装置。
2. 第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、
   前記温度調節機構は、前記位置調節機構によって水平方向の向きが調節された後であって、前記第１の保持部又は前記第２の保持部に保持される前に、それぞれ第１の基板又は第２の基板の温度を所定の温度に調節することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
3. 第１の基板の表裏面を反転させる反転機構をさらに有し、
   前記温度調節機構は、前記位置調節機構によって水平方向の向きが調節され、且つ前記反転機構によって表裏面が反転された後であって、前記第１の保持部に保持される前に、第１の基板を所定の温度に調節することを特徴とする、請求項２に記載の接合装置。
4. 前記温度調節機構は、第１の基板の温度を調節する第１の温度調節部と、第２の基板の温度を調節する第２の温度調節部とを有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の接合装置。
5. 前記第１の温度調節部は、第１の基板の外周部を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された第１の基板の温度を調節する温度調節部材と、を有することを特徴とする、請求項４に記載の接合装置。
6. 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外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションをさらに有し、
   前記温度調節機構は、前記トランジションに積層されて設けられていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の接合装置。
7. 第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、
   前記温度調節機構は、前記位置調節機構に設けられ、且つ当該位置調節機構における水平方向の向きを調節中に、第１の基板又は第２の基板の温度を所定の温度に調節することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
8. 請求項１〜７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装置と、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。
9. 基板同士を分子間力によって接合する接合方法であって、
   温度調節機構によって第１の基板の温度を所定の温度に調節する第１の工程と、
   前記温度調節機構によって第２の基板の温度を所定の温度に調節する第２の工程と、
   前記第１の工程において温度調節された第１の基板を第１の保持部の下面で保持し、前記第２の工程において温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持した後、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置して接合する第３の工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
10. 前記第１の工程又は前第２の工程は、それぞれ第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きが位置調節機構によって調節された後であって、前記第３の工程の前に行われることを特徴とする、請求項９に記載の接合方法。
11. 前記第１の工程は、前記位置調節機構によって第１の基板の水平方向の向きが調節され、且つ反転機構によって第１の基板の表裏面が反転された後であって、前記第３の工程の前に行われることを特徴とする、請求項１０に記載の接合方法。
12. 前記第１の工程は、前記温度調節機構の第１の温度調節部によって行われ、
    前記第２の工程は、前記温度調節機構の第２の温度調節部によって行われることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の接合方法。
13. 前記第１の工程又は前記第２の工程は、それぞれ第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを位置調節機構によって調節中に行われることを特徴とする、請求項９に記載の接合方法。
14. 請求項９〜１３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。
15. 請求項１４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。

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