JP2016039254A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】接合される基板同士の水平方向位置を適切に調節し、当該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ＷＵを真空引きして吸着保持する上チャック１４０と、上チャック１４０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷＬを真空引きして吸着保持する下チャック１４１と、を有する。下チャック１４１は、下ウェハＷＬを真空引きする本体部１９０と、本体部１９０上に設けられ、下ウェハＷＬの裏面に接触する複数のピン１９１と、を有する。本体部１９０の中心部に設けられたピン１９１ａの先端位置は、本体部１９０の外周部に設けられたピン１９１ｂの先端位置よりも高い。【選択図】図６

Description

本発明は、基板同士を接合する接合装置、当該接合装置を備えた接合システム、当該接合装置を用いた接合方法、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。
上記接合装置は、下面に一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動部材と、を有している。かかる接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させた後、上ウェハの中心部と下ウェハの中心部が当接した状態で、上ウェハの中心部から外周部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する。
特許第５５３８６１３号公報
ところで、特許文献１に記載された方法では、上チャックで上ウェハの外周部を保持した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部を下ウェハの中心部側に下降させるので、当該上ウェハは下方に凸に反って伸びる。そうすると、ウェハ同士を接合する際、上ウェハと下ウェハが水平方向にずれて接合される場合がある。例えば接合されたウェハ（以下、「重合ウェハ」という。）において、上ウェハと下ウェハの中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれ（スケーリング）が生じる。
しかしながら、特許文献１に記載された接合システムでは、上記重合ウェハの水平方向の位置ずれを抑制することについては考慮されてない。したがって、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、接合される基板同士の水平方向位置を適切に調節し、当該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の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板を真空引きする本体部と、前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、を有し、前記本体部の中心部に設けられた前記ピンの先端位置は、前記本体部の外周部に設けられた前記ピンの先端位置よりも高いことを特徴としている。
本発明によれば、第２の保持部の上面は、その中心部が外周部に比べて突出しており、第２の基板は第２の保持部の上面に沿って保持される。すなわち、第２の保持部に保持された第２の基板も、その中心部が外周部に比べて突出する。かかる場合、例えば押動部材によって第１の基板の中心部を押圧し、第１の基板が下方に凸に反って伸びても、当該第１の基板と略上下対称の形状で第２の基板も上方に凸に反って伸びる。このため、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置ずれを抑制することができる。
また、このように第２の保持部において第２の基板は上方に凸に保持されるので、例えば押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を確実に当接させることができる。そしてその後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、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ことができる。かかる場合、基板同士が中心部から外周部に向けて順次当接するに伴い、当該基板間の空気を中心部から外周部に確実に流出させることができ、接合後の重合基板にボイドが発生するのを抑制することができる。
以上のように本発明によれば、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を適切に調節しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、当該第１の基板と第２の基板の接合処理を適切に行うことができる。
前記本体部は同心円状の内側領域と外側領域に区画され、前記内側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、前記外側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、前記内側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化は、前記外側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化よりも小さくてもよい。
前記接合装置は、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材をさらに有していてもよい。
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さくてもよい。
前記第２の保持部は、前記本体部において同心円状に環状に設けられ、当該本体部から突起したリブをさらに有し、前記第２の保持部は、前記リブの内側の吸引領域と前記リブの外側の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であってもよい。
前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有していてもよい。
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、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の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板を真空引きする本体部と、前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、を有し、前記本体部の中心部に設けられた前記ピンの先端位置は、前記本体部の外周部に設けられた前記ピンの先端位置よりも高く、前記接合方法は、前記第１の保持部で第１の基板を保持する第１の保持工程と、前記第２の保持部で第２の基板の中心部を上方に突出させて当該第２の基板を保持する第２の保持工程と、その後、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する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、前記第１の保持部による第１の基板の真空引きを停止し、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、を有することを特徴としている。
前記本体部は同心円状の内側領域と外側領域に区画され、前記内側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、前記外側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、前記内側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化は、前記外側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化よりも小さく、前記第２の保持工程において、前記第２の保持部の表面に沿って第２の基板を保持してもよい。
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さく、前記押圧工程において、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の前記内側のピン領域を押圧して当接させてもよい。
前記第２の保持部は、前記本体部において同心円状に環状に設けられ、当該本体部から突起したリブをさらに有し、前記第２の保持部は、前記リブの内側の吸引領域と前記リブの外側の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、前記第２の保持工程において、前記内側の吸引領域で第２の基板を吸着保持した後、前記外側の吸引領域で第２の基板を吸着保持してもよい。
前記接合工程において、前記第２の保持部に設けられた温度調節機構によって第２の基板の温度を調節しながら、第１の基板と第２の基板を接合してもよい。
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ように、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、接合される基板同士の水平方向位置を適切に調節しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、当該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。 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。 第１の吸引領域で下ウェハを吸着保持した様子を示す説明図である。 第２の吸引領域で下ウェハを吸着保持した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押圧して当接させ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。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態における下チャックの平面図である。 他の実施の形態における下チャックの平面図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
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ＷＵ、ＷＬ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ＷＵ」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ＷＬ」という。また、上ウェハＷＵが接合される接合面を「表面ＷＵ１」といい、当該表面ＷＵ１と反対側の面を「裏面ＷＵ２」という。同様に、下ウェハＷＬが接合される接合面を「表面ＷＬ１」といい、当該表面ＷＬ１と反対側の面を「裏面ＷＬ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して、重合基板としての重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴ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、任意に設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ＷＵと下ウェハＷＬ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ＷＴ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ＣＴのうち、１つのカセットＣＴを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣＴを正常な重合ウェハＷＴ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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射されて、表面ＷＵ１、ＷＬ１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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬ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ＷＵ、ＷＬを回転させながら、当該ウェハＷＵ、ＷＬ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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１上を拡散し、表面ＷＵ１、ＷＬ１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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１０４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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを一時的に載置するためのトランジション１１０が設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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１１１が設けられている。ウェハ搬送機構１１１は、図４及び図５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１１１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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構１２０が設けられている。位置調節機構１２０は、ウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させる保持部（図示せず）を備えた基台１２１と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部１２２と、を有している。そして、位置調節機構１２０では、基台１２１に保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部１２２でウェハＷＵ、ＷＬ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ＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節している。なお、基台１２１においてウェハＷＵ、ＷＬを保持する方式は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック方式やスピンチャック方式など、種々の方式が用いられる。
また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構１３０が設けられている。反転機構１３０は、上ウェハＷＵを保持する保持アーム１３１を有している。保持アーム１３１は、水平方向（Ｙ方向）に延伸している。また保持アーム１３１には、上ウェハＷＵを保持する保持部材１３２が例えば４箇所に設けられている。
保持アーム１３１は、例えばモータなどを備えた駆動部１３３に支持されている。この駆動部１３３によって、保持アーム１３１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１３１は、駆動部１３３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｙ方向）に移動自在である。駆動部１３３の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部（図示せず）が設けられている。この他の駆動部によって、駆動部１３３は鉛直方向に延伸する支持柱１３４に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部１３３によって、保持部材１３２に保持された上ウェハＷＵ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１３２に保持された上ウェハＷＵは、駆動部１３３を中心に回動して、位置調節機構１２０から後述する上チャック１４０との間を移動できる。
処理領域Ｔ２には、上ウェハＷＵ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１４０と、下ウェハＷＬ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１４１とが設けられている。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に設けられ、上チャック１４０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬは対向して配置可能となっている。
上チャック１４０は、当該上チャック１４０の上方に設けられた上チャック支持部１５０に支持されている。上チャック支持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられている。すなわち、上チャック１４０は、上チャック支持部１５０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。
上チャック支持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する上部撮像部１５１が設けられている。すなわち、上部撮像部１５１は上チャック１４０に隣接して設けられている。上部撮像部１５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６０に支持されている。第１の下チャック移動部１６０は、後述するように下チャック１４１を水平方向（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。また、第１の下チャック移動部１６０は、下チャック１４１を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。
第１の下チャック移動部１６０には、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する下部撮像部１６１が設けられている。すなわち、下部撮像部１６１は下チャック１４１に隣接して設けられている。下部撮像部１６１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
第１の下チャック移動部１６０は、当該第１の下チャック移動部１６０の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ方向）に延伸する一対のレール１６２、１６２に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部１６０は、レール１６２に沿って移動自在に構成されている。
一対のレール１６２、１６２は、第２の下チャック移動部１６３に配設されている。第２の下チャック移動部１６３は、当該第２の下チャック移動部１６３の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ方向）に延伸する一対のレール１６４、１６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６３は、レール１６４に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック１４１を水平方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。なお、一対のレール１６４、１６４は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６５上に配設されている。
次に、接合装置４１の上チャック１４０と下チャック１４１の詳細な構成について説明する。
上チャック１４０には、図６及び図７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１４０は、平面視において少なくとも上ウェハＷＵより大きい径を有する本体部１７０を有している。本体部１７０の下面には、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２に接触する複数のピン１７１が設けられている。また、本体部１７０の下面には、複数のピン１７１の外側において環状のリブ１７２が設けられている。リブ１７２は、少なくとも上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の外縁部を支持するように、当該裏面ＷＵ２の外周部を支持する。
さらに、本体部１７０の下面には、リブ１７２の内側において別のリブ１７３が設けられている。リブ１７３は、リブ１７２と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ１７２の内側の領域１７４（以下、吸引領域１７４という場合がある。）は、リブ１７３の内側の第１の吸引領域１７４ａと、リブ１７３の外側の第２の吸引領域１７４ｂとに区画されている。
本体部１７０の下面には、第１の吸引領域１７４ａにおいて、上ウェハＷＵを真空引きするための第１の吸引口１７５ａが形成されている。第１の吸引口１７５ａは、例えば第１の吸引領域１７４ａにおいて２箇所に形成されている。第１の吸引口１７５ａには、本体部１７０の内部に設けられた第１の吸引管１７６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１７６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１７７ａが接続されている。
また、本体部１７０の下面には、第２の吸引領域１７４ｂにおいて、上ウェハＷＵを真空引きするための第２の吸引口１７５ｂが形成されている。第２の吸引口１７５ｂは、例えば第２の吸引領域１７４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１７５ｂには、本体部１７０の内部に設けられた第２の吸引管１７６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１７６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ１７７ｂが接続されている。
このように上チャック１４０は、第１の吸引領域１７４ａと第２の吸引領域１７４ｂ毎に上ウェハＷＵを真空引き可能に構成されている。なお、吸引口１７５ａ、１７５ｂの配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
そして、上ウェハＷＵ、本体部１７０及びリブ１７２に囲まれて形成された吸引領域１７４ａ、１７４ｂをそれぞれ吸引口１７５ａ、１７５ｂから真空引きし、吸引領域１７４ａ、１７４ｂを減圧する。このとき、吸引領域１７４ａ、１７４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷＵは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１７４ａ、１７４ｂ側に押され、上チャック１４０に上ウェハＷＵが吸着保持される。
かかる場合、リブ１７２が上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２外周部を支持するので、上ウェハＷＵはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、上チャック１４０に上ウェハＷＵの全面が吸着保持され、当該上ウェハＷＵの平面度を小さくして、上ウェハＷＵを平坦にすることができる。
しかも、複数のピン１７１の高さが均一なので、上チャック１４０の下面の平面度をさらに小さくすることができる。このように上チャック１４０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１４０に保持された上ウェハＷＵ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ＷＵの裏面ＷＵ２は複数のピン１７１に支持されているので、上チャック１４０による上ウェハＷＵの真空引きを解除する際、当該上ウェハＷＵが上チャック１４０から剥がれ易くなる。
上チャック１４０において、本体部１７０の中心部には、当該本体部１７０を厚み方向に貫通する貫通孔１７８が形成されている。この本体部１７０の中心部は、上チャック１４０に吸着保持される上ウェハＷＵの中心部に対応している。そして貫通孔１７８には、後述する押動部材１８０におけるアクチュエータ部１８１の先端部が挿通するようになっている。
上チャック１４０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材１８０が設けられている。押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１とシリンダ部１８２とを有している。
アクチュエータ部１８１は、電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータからの空気によって、アクチュエータ部１８１は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部１８１の先端部は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔１７８を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
アクチュエータ部１８１は、シリンダ部１８２に支持されている。シリンダ部１８２は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部１８１を鉛直方向に移動させることができる。
以上のように押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１の移動の制御をしている。そして、押動部材１８０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬ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１４１には、上チャック１４０と同様に、図６及び図８に示すようにピンチャック方式が採用されている。下チャック１４１は、平面視において少なくとも下ウェハＷＬより大きい径を有する本体部１９０を有している。
本体部１９０の上面には、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２に接触する複数のピン１９１が設けられている。これら複数のピン１９１のうち、本体部１９０の中心部に設けられたピン１９１ａの先端位置は、本体部１９０の外周部に設けられたピン１９１ｂの先端位置よりも高い。そして、複数のピン１９１は、中心部から外周部に向けて、その高さが徐々に低くなるように設けられている。
また、本体部１９０の上面には、複数のピン１９１の外側において環状のリブ１９２が設けられている。リブ１９２は、少なくとも下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２の外縁部を支持するように、当該裏面ＷＬ２の外周部を支持する。
さらに、本体部１９０の上面には、リブ１９２の内側において別のリブ１９３が設けられている。リブ１９３は、リブ１９２と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ１９２の内側の領域１９４（以下、吸引領域１９４という場合がある。）は、リブ１９３の内側の第１の吸引領域１９４ａと、リブ１９３の外側の第２の吸引領域１９４ｂとに区画されている。
本体部１９０の上面には、第１の吸引領域１９４ａにおいて、下ウェハＷＬを真空引きするための第１の吸引口１９５ａが形成されている。第１の吸引口１９５ａは、例えば第１の吸引領域１９４ａにおいて２箇所に形成されている。第１の吸引口１９５ａには、本体部１９０の内部に設けられた第１の吸引管１９６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１９６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１９７ａが接続されている。
また、本体部１９０の上面には、第２の吸引領域１９４ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きするための第２の吸引口１９５ｂが形成されている。第２の吸引口１９５ｂは、例えば第２の吸引領域１９４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１９５ｂには、本体部１９０の内部に設けられた第２の吸引管１９６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１９６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ１９７ｂが接続されている。
このように下チャック１４１は、第１の吸引領域１９４ａと第２の吸引領域１９４ｂ毎に下ウェハＷＬを真空引き可能に構成されている。なお、吸引口１９５ａ、１９５ｂの配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
そして、下ウェハＷＬ、本体部１９０及びリブ１９２に囲まれて形成された吸引領域１９４ａ、１９４ｂをそれぞれ吸引口１９５ａ、１９５ｂから真空引きし、吸引領域１９４ａ、１９４ｂを減圧する。このとき、吸引領域１９４ａ、１９４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷＬは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１９４ａ、１９４ｂ側に押され、下チャック１４１に下ウェハＷＬが吸着保持される。
かかる場合、リブ１９２が下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２の外周部を支持するので、下ウェハＷＬはその外周部まで適切に真空引きされる。そして、下ウェハＷＬは下チャック１４１の上面に沿って保持される。すなわち、下チャック１４１において複数のピン１９１の高さが中心部から外周部に向けて徐々に低くなっているので、下ウェハＷＬもその中心部が外周部に比べて突出するように保持される。
また、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２は複数のピン１９１に支持されているので下チャック１４１による下ウェハＷＬの真空引きを解除する際、当該下ウェハＷＬが下チャック１４１から剥がれ易くなる。
下チャック１４１において、本体部１９０の中心部付近には、当該本体部１９０を厚み方向に貫通する貫通孔１９８が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔１９８には、第１の下チャック移動部１６０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１９０の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが下チャック１４１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材１９９が設けられている。ガイド部材１９９は、本体部１９０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ＷＵ、ＷＬの接合処理方法について説明する。図９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ＷＵを収容したカセットＣＵ、複数枚の下ウェハＷＬを収容したカセットＣＬ、及び空のカセットＣＴ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ＣＵ内の上ウェハＷＵ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ＷＵ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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射されて、当該表面ＷＵ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図９の工程Ｓ１）。
次に上ウェハＷＵ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ＷＵを回転させながら、当該上ウェハＷＵ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ＷＵの表面ＷＵ１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ＷＵの表面ＷＵ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図９の工程Ｓ２）。
次に上ウェハＷＵ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ＷＵは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図９の工程Ｓ３）。
その後、位置調節機構１２０から反転機構１３０の保持アーム１３１に上ウェハＷＵが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１３１を反転させることにより、上ウェハＷＵの表裏面が反転される（図９の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が下方に向けられる。
その後、反転機構１３０の保持アーム１３１が、駆動部１３３を中心に回動して上チャック１４０の下方に移動する。そして、反転機構１３０から上チャック１４０に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上チャック１４０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図９の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ１７７ａ、１７７ｂを作動させ、吸引領域１７４ａ、１７４ｂにおいて吸引口１７５ａ、１７５ｂを介して上ウェハＷＵを真空引きし、上ウェハＷＵが上チャック１４０に吸着保持される。
上ウェハＷＵ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ＷＵに続いて下ウェハＷＬ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ＣＬ内の下ウェハＷＬ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ＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が改質される（図９の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。
その後、下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が親水化される共に当該表面ＷＬ１が洗浄される（図９の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１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ＷＬ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ＷＬは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図９の工程Ｓ８）。
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送機構１１１によって下チャック１４１に搬送され、下チャック１４１にその裏面ＷＬ２が吸着保持される（図９の工程Ｓ９）。工程Ｓ９では、先ず、第１の真空ポンプ１９７ａを作動させ、図１０に示すように第１の吸引領域１９４ａにおいて第１の吸引口１９５ａから下ウェハＷＬを真空引きする。そうすると、下ウェハＷＬの水平方向の位置が固定される。その後、第１の真空ポンプ１９７ａを作動させた状態でさらに第２の真空ポンプ１９７ｂを作動させ、図１１に示すように吸引領域１９４ａ、１９４ｂにおいて吸引口１９５ａ、１９５ｂから下ウェハＷＬを真空引きする。そして、下ウェハＷＬが全面で下チャック１４１に吸着保持される。このとき、上述したように下チャック１４１の上面に沿って、下ウェハＷＬはその中心部が外周部に比べて突出するように保持される。
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬとの水平方向の位置調節を行う。具体的には、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、上部撮像部１５１を用いて、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。同時に、下部撮像部１６１を用いて、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。撮像された画像は、制御部７０に出力される。制御部７０では、上部撮像部１５１で撮像された画像と下部撮像部１６１で撮像された画像に基づいて、上ウェハＷＵの基準点と下ウェハＷＬの基準点がそれぞれ合致するような位置に、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を移動させる。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向位置が調節される（図９の工程Ｓ１０）。
その後、第１の下チャック移動部１６０によって下チャック１４１を鉛直上方に移動させて、上チャック１４０と下チャック１４１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬとの鉛直方向位置の調節を行う（図９の工程Ｓ１１）。
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの接合処理が行われる。
先ず、図１２に示すように押動部材１８０のシリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１８１の下降に伴い、上ウェハＷＵの中心部が押圧されて下降する。このとき、電空レギュレータから供給される空気によって、アクチュエータ部１８１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材１８０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を当接させて押圧する（図９の工程Ｓ１２）。このとき、第１の真空ポンプ１７７ａの作動を停止して、第１の吸引領域１７４ａにおける第１の吸引口１７５ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止すると共に、第２の真空ポンプ１７７ｂは作動させたままにし、第２の吸引領域１７４ｂを第２の吸引口１７５ｂから真空引きする。そして、押動部材１８０で上ウェハＷＵの中心部を押圧する際にも、上チャック１４０によって上ウェハＷＵ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ＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部との間で接合が開始する（図１２中の太線部）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１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ＷＵ１、ＷＬ１間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が接合される。さらに、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１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ＷＵ１、ＷＬ１間の親水基が水素結合し（分子間力）、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。
この工程Ｓ１２では、上ウェハＷＵの中心部が押圧されて下降しつつ、その外周部が上チャック１４０に保持され、上ウェハＷＵは下方に凸に反って伸びる。一方、下ウェハＷＬは、下チャック１４１の上面に沿って中心部が外周部に比べて突出し、上方に凸に反って伸びる。そうすると、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを略上下対称の形状にすることができ、これら上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの伸び量をほぼ同じにできる。このため、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される際の水平方向の位置ずれ（スケーリング）を抑制することができる。
その後、図１３に示すように押動部材１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧した状態で第２の真空ポンプ１７７ｂの作動を停止して、第２の吸引領域１７４ｂにおける第２の吸引管１７６ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。このとき、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２は複数のピン１７１に支持されているので、上チャック１４０による上ウェハＷＵの真空引きを解除した際、当該上ウェハＷＵが上チャック１４０から剥がれ易くなっている。そして上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接し、上述した表面ＷＵ１、ＷＬ１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１４に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が全面で当接し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図９の工程Ｓ１３）。
ここで、上述した工程Ｓ１２において下チャック１４１によって下ウェハＷＬは上方に凸に保持されるので、押動部材１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を確実に当接させることができる。そうすると、工程Ｓ１３において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを中心部から外周部に向けて順次当接させる際、これら上ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を中心部から外周部に確実に流出させることができ、接合後の重合ウェハＷＴにボイドが発生するのを抑制することができる。
その後、図１５に示すように押動部材１８０のアクチュエータ部１８１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ１９７ａ、１９７ｂの作動を停止し、吸引領域１９４における下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下チャック１４１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。このとき、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２は複数のピン１９１に支持されているので、下チャック１４１による下ウェハＷＬの真空引きを解除した際、当該下ウェハＷＬが下チャック１４１から剥がれ易くなっている。
上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合された重合ウェハＷＴ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ＣＴに搬送される。こうして、一連のウェハＷＵ、ＷＬ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１４１において下ウェハＷＬは上方に凸に保持される。このため、工程Ｓ１２において、押動部材１８０によって上ウェハＷＵの中心部が押圧され、上ウェハＷＵの中心部が下方に凸に反って伸びても、当該上ウェハＷＵと略上下対称の形状で下ウェハＷＬも上方に凸に反って伸びる。このため、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの伸び量を同じにでき、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の位置ずれ（スケーリング）を抑制することができる。
しかも、下チャック１４１がリブ１９２によって第１の吸引領域１９４ａと第２の吸引領域１９４ｂに区画されているので、工程Ｓ９において、下チャック１４１で下ウェハＷＬを２段階で保持できる。すなわち、先ず、第１の吸引領域１９４ａで下ウェハＷＬを真空引きして、当該下ウェハＷＬの水平方向の位置を固定するので、その後、吸引領域１９４ａ、１９４ｂで下ウェハＷＬを真空引きする際、当該下ウェハＷＬの水平方向の位置がずれることがない。したがって、下チャック１４１の適切な位置に下ウェハＷＬを吸着保持することができ、上述したスケーリングをさらに抑制することができる。
なお、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬは、デバイスウェハとサポートウェハのいずれであってもよい。デバイスウェハは製品となる半導体ウェハであって、例えばその表面に複数の電子回路等を備えたデバイスが形成されている。また、サポートウェハはデバイスウェハを支持するウェハであり、その表面にデバイスは形成されていない。そして、本発明はデバイスウェハとサポートウェハの接合処理と、デバイスウェハ同士の接合処理のいずれにも適用可能である。但し、デバイスウェハ同士を接合する場合、接合後の重合ウェハＷＴを製品として適切に機能させるためには、上ウェハＷＵの電子回路と下ウェハＷＬの電子回路を適切に対応させる必要がある。このため、上述のようにスケーリングを抑制することは、デバイスウェハ同士の接合処理に特に有用となる。
また、下チャック１４１において下ウェハＷＬは上方に凸に保持されるので、工程Ｓ１２において押動部材１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を確実に当接させることができる。このため、工程Ｓ１３において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを当接させる際、これら上ウェハＷＵと下ウェハＷＬ間の空気を中心部から外周部に確実に流出させることができ、接合後の重合ウェハＷＴにボイドが発生するのを抑制することができる。
以上のように本実施の形態によれば、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の位置を適切に調節しつつ、重合ウェハＷＴのボイドの発生を抑制して、当該上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの接合処理を適切に行うことができる。
また、本実施の形態の接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０と、表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１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ＷＵ、ＷＬ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。
次に、以上の実施の形態の接合装置４１における下チャック１４１の他の実施の形態について説明する。
図１６及び図１７に示すように下チャック１４１の本体部１９０は、ピン１９１の配置の疎密に基づいて、第１のピン領域２００と第２のピン領域２０１に区画されていてもよい。第１のピン領域２００は、本体部１９０の中心部に円形状に設けられる。第２のピン領域２０１は、第１のピン領域２００の外側において当該第１のピン領域２００と同心円状に環状に設けられる。そして、第１のピン領域２００に設けられたピン１９１の間隔は、第２のピン領域２０１に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。
上述したように工程Ｓ１２では、押動部材１８０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部（第１のピン領域２００）が押圧される。そうすると、この押圧荷重によって、下ウェハＷＬの中心部が鉛直下方に歪むおそれがある。そこで、図１６に示すように第１のピン領域２００におけるピン１９１の間隔を小さくすることで、かかる下ウェハＷＬの中心部の鉛直方向の歪みを抑制することができる。
また、図１８に示すように下チャック１４１の本体部１９０は、ピン１９１の配置の疎密に基づいて、第１のピン領域２１０、第２のピン領域２１１、第３のピン領域２１２の３つに区画されていてもよい。第１のピン領域２１０、第２のピン領域２１１、第３のピン領域２１２は、同心円状に中心部から外周部に向けてこの順で配置される。そして、第１のピン領域２１０に設けられたピン１９１の間隔は、第２のピン領域２１１に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。さらに第２のピン領域２１１に設けられたピン１９１の間隔は、第３のピン領域２１２に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。このように中心部から外周部に向けて、ピン１９１の間隔を段階的に大きくすることで、下チャック１４１に支持される下ウェハＷＬの接触面積を滑らかに変動させることができ、下ウェハＷＬの中心部の鉛直方向の歪みを抑制して、下チャック１４１で下ウェハＷＬをより適切に保持することができる。なお、ピン領域の数は本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。区画する数が多い方が、上記効果をより顕著に享受できる。
また、図１９に示すように下チャック１４１は、当該下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの温度を調節する温度調節機構２２０を有していてもよい。温度調節機構２２０は、例えば本体部１９０に内蔵される。また、温度調節機構２２０には、例えばヒータが用いられる。かかる場合、温度調節機構２２０によって下ウェハＷＬを所定の温度、例えば常温（２３℃）〜１００℃に加熱することにより、上述した工程Ｓ１３を行う際、ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を消滅させることができる。したがって、重合ウェハＷＴのボイドの発生をより確実に抑制することができる。
また、以上の実施の形態の下チャック１４１の複数のピン１９１は、中心部から外周部に向けて、その高さが徐々に低くなるように設けられていたが、その高さの変化はこれに限定されない。以下の説明においては、複数のピン１９１の先端位置が下チャック１４１の径方向外側に向かって低くなる際に、下チャック１４１の径方向距離に対する複数のピン１９１の先端位置の変化を「高さ変化」という。
例えば図２０に示すように、下チャック１４１の本体部１９０は、ピン１９１の高さ変化に基づいて、内側領域２３０と外側領域２３１に区画されていてもよい。内側領域２３０は、本体部１９０の中心部に円形状に設けられる。外側領域２３１は、内側領域２３０の外側において当該内側領域２３０と同心円状に環状に設けられる。そして、内側領域２３０に設けられたピン１９１の高さ変化は、外側領域２３１に設けられたピン１９１の高さ変化よりも小さい。
かかる場合、例えば風船が膨らむように、内側領域２３０に保持された下ウェハＷＬに作用する力と、外側領域２３１に保持された下ウェハＷＬに作用する力を同じにできる。すなわち、下ウェハＷＬの面内に作用する力を均一にできる。したがって、下チャック１４１で下ウェハＷＬをより適切に保持することができる。
以上の実施の形態の下チャック１４１では、下ウェハＷＬの外周部まで真空引きするため、下ウェハＷＬの外周部を支持する環状のリブ１９２を設けていたが、下ウェハＷＬの外周部を真空引きする構成はこれに限定されない。例えば下チャック１４１は、いわゆる静圧シールを用いて、下ウェハＷＬの外周部まで真空引きしてもよい。具体的には、本体部１９０の外周部において、リブ１９２に代えて下ウェハＷＬと非接触のリブ（図）を設けてもよいし、或いはリブ１９２を省略してピン１９１を下ウェハＷＬの外周部まで設けてもよい。そして、第２の真空ポンプ１９７ｂによる吸引圧力を調節して、下ウェハＷＬの外周部まで真空引きする。
また、上述した図１６〜図１９に示した下チャック１４１の変形例は、上チャック１４０にも適用することができる。さらに、上チャック１４０はピンチャック方式でなくてもよく、例えば平板状のチャックによる真空チャック方式や、静電チャック方式など、種々の方式を取り得る。
以上の実施の形態の接合装置４１では、上チャック１４０を処理容器１００に固定し、且つ下チャック１４１を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック１４０を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック１４１を処理容器１００に固定してもよい。但し、上チャック１４０を移動させる方が、移動機構が大掛かりになるため、上記実施の形態のように上チャック１４０を処理容器１００に固定する方が好ましい。
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ＷＵ、ＷＬを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷＴ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ＷＴ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
１４０ 上チャック
１４１ 下チャック
１８０ 押動部材
１９０ 本体部
１９１ ピン
１９２ リブ
１９３ リブ
１９４ａ 第１の吸引領域
１９４ｂ 第２の吸引領域
２００ 第１のピン領域
２０１ 第２のピン領域
２１０ 第１のピン領域
２１１ 第２のピン領域
２１２ 第３のピン領域
２２０ 温度調節機構
２３０ 内側領域
２３１ 外側領域
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ

Claims (14)

  1. 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の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、
    前記第２の保持部は、
    第２の基板を真空引きする本体部と、
    前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、を有し、
    前記本体部の中心部に設けられた前記ピンの先端位置は、前記本体部の外周部に設けられた前記ピンの先端位置よりも高いことを特徴とする、接合装置。
  2. 前記本体部は同心円状の内側領域と外側領域に区画され、
    前記内側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、
    前記外側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、
    前記内側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化は、前記外側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材をさらに有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合装置。
  4. 前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、
    前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
  5. 前記第２の保持部は、前記本体部において同心円状に環状に設けられ、当該本体部から突起したリブをさらに有し、
    前記第２の保持部は、前記リブの内側の吸引領域と前記リブの外側の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合装置。
  6. 前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項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。
  8. 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の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、
    前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
    前記第２の保持部は、
    第２の基板を真空引きする本体部と、
    前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、を有し、
    前記本体部の中心部に設けられた前記ピンの先端位置は、前記本体部の外周部に設けられた前記ピンの先端位置よりも高く、
    前記接合方法は、
    前記第１の保持部で第１の基板を保持する第１の保持工程と、
    前記第２の保持部で第２の基板の中心部を上方に突出させて当該第２の基板を保持する第２の保持工程と、
    その後、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する配置工程と、
    その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
    その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、前記第１の保持部による第１の基板の真空引きを停止し、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、を有することを特徴とする、接合方法。
  9. 前記本体部は同心円状の内側領域と外側領域に区画され、
    前記内側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、
    前記外側領域に設けられた前記複数のピンの先端位置は、径方向外側に向かって低くなり、
    前記内側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化は、前記外側領域において径方向距離に対する前記複数のピンの先端位置の変化よりも小さく、
    前記第２の保持工程において、前記第２の保持部の表面に沿って第２の基板を保持することを特徴とする、請求項８に記載の接合方法。
  10. 前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、
    前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さく、
    前記押圧工程において、前記押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の前記内側のピン領域を押圧して当接させることを特徴とする、請求項８又は９に記載の接合方法。
  11. 前記第２の保持部は、前記本体部において同心円状に環状に設けられ、当該本体部から突起したリブをさらに有し、
    前記第２の保持部は、前記リブの内側の吸引領域と前記リブの外側の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、
    前記第２の保持工程において、前記内側の吸引領域で第２の基板を吸着保持した後、前記外側の吸引領域で第２の基板を吸着保持することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の接合方法。
  12. 前記接合工程において、前記第２の保持部に設けられた温度調節機構によって第２の基板の温度を調節しながら、第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の接合方法。
  13. 請求項８〜１２のいずか一項に記載の接合方法を接合装置によって実行させるように、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。
  14. 請求項１３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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