JP2016225506A - 表面改質装置、接合システム、表面改質方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】表面改質装置の損傷を抑制しつつ、当該表面改質装置において基板の表面を適切に改質する。
【解決手段】表面改質装置３０は、処理容器１００内に配置され、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが載置される下部電極１１０と、処理容器１００内において下部電極１１０に対向して配置される上部電極１４０と、を有する。下部電極１１０は、プラズマ生成用の電圧を印加するための高周波電源１３７に接続され、上部電極１４０は接地されている。上部電極１４０の下面の面積は、下部電極１１０の上面の面積より大きい。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置、当該表面改質装置を備えた接合システム、当該表面改質装置を用いた表面改質方法、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。

上記表面改質装置は、処理容器内に対向して配置された下部電極と上部電極を有し、さらに処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構を有している。下部電極は第１の高周波電源に接続され、上部電極は第２の高周波電源に接続されている。かかる表面改質装置では、下部電極に基板を静電吸着させた後、ガス供給機構から処理ガスが供給される。そして、第１の高周波電源から下部電極に、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源から上部電極に、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、下部電極と上部電極との間に電界が形成され、この電界によって処理容器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を用いて基板の表面が改質される（特許文献１）。

特開２０１２−４９２６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された表面改質装置を用いた場合、プラズマ処理時には、下部電極と上部電極の間における処理ガスのプラズマによって、処理容器内に露出した上部電極の下面が損傷を被るおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、表面改質装置の損傷を抑制しつつ、当該表面改質装置において基板の表面を適切に改質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、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置であって、処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、を有し、前記下部電極は、プラズマ生成用の電圧を印加するための電源に接続され、前記上部電極は接地されていることを特徴としている。

本発明によれば、電源から下部電極に電圧を印加することによって、処理容器の内部に供給された処理ガスがプラズマ化され、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面が適切に改質される。しかもこの際、上部電極は接地され、すなわちグランド電位に接続されているため、上部電極の下面（処理容器内部側の面）の損傷を抑制することができる。このため、上部電極の寿命を伸ばすことができる。また、このように損傷を抑制することで、パーティクルを軽減でき、製品の歩留まりを向上させることもできる。

前記上部電極の下面の面積は、前記下部電極の上面の面積より大きくてもよい。

前記上部電極の下面には、石英からなるカバーが設けられていてもよい。

前記処理容器の側壁と前記下部電極との間には、当該処理容器内を排気するための排気板が設けられ、前記排気板は、側面視において、前記処理容器側から前記下部電極側に向けて下方に傾斜していてもよい。

前記下部電極には、当該下部電極に載置された基板の外周を囲むように、石英からなるフォーカスリングが設けられていてもよい。

前記表面改質装置は、前記処理容器内に前記処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、前記処理容器内の圧力を制御する制御部と、をさらに有し、前記制御部は、前記処理容器に基板を搬入及び搬出する際には、当該処理容器内を大気圧に開放し、前記処理容器内を密閉し前記処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を改質する際には、当該処理容器内を前記所定の真空度まで減圧させるように、前記ガス供給機構と前記減圧機構を制御してもよい。

別な観点による本発明は、前記表面改質装置を備えた接合システムであって、前記表面改質装置を備えた処理ステーションと、基板又は基板同士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、前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、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、基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有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、基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、前記表面改質装置は、処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を有し、前記下部電極は電源に接続され、且つ、前記上部電極は接地され、前記表面改質方法は、前記処理容器内を大気圧に開放した状態で、当該処理容器内に基板を搬入する搬入工程と、その後、前記ガス供給機構から前記処理容器内に処理ガスを供給し、前記減圧機構によって当該処理容器内を前記所定の真空度に減圧した状態で、前記電源から前記下部電極に電圧を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を改質する処理工程と、その後、前記処理容器内を大気圧に開放して、当該処理容器から基板を搬出する搬出工程と、を有することを特徴としている。

また別な観点による本発明によれば、前記表面改質方法を表面改質装置によって実行させるように、当該表面改質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、表面改質装置の損傷を抑制しつつ、当該表面改質装置において基板の表面を適切に改質することができる。

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。 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、チャック保持部、及び下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 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。

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「上ウェハＷ_Ｕ」といい、下側に配置されるウェハを「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がプラズマ化され、この処理ガスのプラズマによって表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１が改質される。なお、表面改質装置３０の構成については後述する。

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。

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の搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１にはゲートバルブ１０２が設けられている。

処理容器１００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１１０が設けられている。下部電極１１０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１１０の下方には、例えばモータなどを備えた駆動部１１１が設けられている。この駆動部１１１により、下部電極１１０は昇降自在になっている。

下部電極１１０の内部には、熱媒循環流路１１２が設けられている。熱媒循環流路１１２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調整された熱媒が熱媒導入管１１３を介して導入される。熱媒導入管１１３から導入された熱媒は熱媒循環流路１１２内を循環し、これによって、下部電極１１０が所望の温度に調整される。そして、下部電極１１０の熱が、下部電極１１０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１１０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路１１２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１１０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１２０に構成されている。静電チャック１２０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１２１、１２２の間に、例えば銅箔などの導電膜１２３を配置した構造を有している。導電膜１２３は、配線１２４、コイル等のフィルタ１２５を介して高圧電源１２６に接続されている。プラズマ処理時には、高圧電源１２６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ１２５で高周波をカットされて、導電膜１２３に印加される。こうして導電膜１２３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１１０の上面（静電チャック１２０の上面）にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが静電吸着させられる。なお、静電チャック１２０の構成は、本実施の形態に限定されず、例えばジョンソンラーベック型の静電チャックを用いてもよい。

下部電極１１０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１３０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１３０は、下部電極１１０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１３０には、図４に示すように伝熱ガス供給管１３１が接続されている。伝熱ガス供給管１３１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１１０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１１０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１３０と伝熱ガス供給管１３１を省略してもよい。

下部電極１１０の上面の周囲には、下部電極１１０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１３２が配置されている。フォーカスリング１３２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、例えば石英からなり、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。すなわち、このフォーカスリング１３２によって、反応性イオンの均一性が最適化される。

下部電極１１０と処理容器１００の側壁との間には、例えばアルミニウムからなるシャッタ１３３が設けられている。シャッタ１３３は、処理容器１００の内部において、下部電極１１０と後述する上部電極１４０との間を電気的に遮蔽してプラズマ領域を形成するために設けられる。

また、下部電極１１０と処理容器１００の側壁との間において、シャッタ１３３の下方には、複数のバッフル孔が設けられた排気板１３４が配置されている。排気板１３４は、側面視において、処理容器１００側から下部電極１１０側に向けて下方に傾斜している。排気板１３４は、例えばアルミニウムからなる。この排気板１３４により、処理容器１００内の雰囲気が処理容器１００内から均一に排気される。また、この排気板１３４により、プラズマを生成する領域（下部電極１１０と上部電極１４０の間の領域）とプラズマ生成しない領域（下部電極１１０より下方の領域）の間に圧力差が設けられ、上記プラズマを生成する領域のみにプラズマが生成される。

下部電極１１０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１３５が接続されている。給電棒１３５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１３６を介して、高周波電源１３７が接続されている。プラズマ処理時には、高周波電源１３７から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極１１０に印加される。

なお、静電チャック１２０の導電膜１２３に高電圧を印加する高圧電源１２６、下部電極１１０に高周波電圧を印加する高周波電源１３７は、上述した制御部７０によって制御される。

下部電極１１０の上方には、上部電極１４０が配置されている。下部電極１１０の上面と上部電極１４０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１１０の上面と上部電極１４０の下面の間隔は、駆動部１１１により調整される。上部電極１４０は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。

上部電極１４０は接地され、グランド電位に接続されている。このように上部電極１４０が接地されているため、プラズマ処理中、上部電極１４０の下面の損傷を抑制することができる。

また、上部電極１４０の下面の面積は、下部電極１１０の上面の面積より大きい。ここで、下部電極１１０の上面の面積をＡ１、下部電極１１０の自己バイアス電位をＶｄｃ１とし、上部電極１４０の下面の面積をＡ２、上部電極１４０の自己バイアス電位をＶｄｃ２とすると、下記式（１）が成立する。
Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ２＝（Ａ２／Ａ１）^４ ・・・（１）

上記式（１）によれば、本実施の形態のように下部電極１１０に対して上部電極１４０の面積を大きくした場合、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに対して十分な自己バイアス電位Ｖｄｃをとることができる。そうすると、プラズマ処理を適切に行うことができる。また、上部電極１４０のＶｄｃを小さくできるので、当該上部電極の１０の下面の損傷をさらに抑制することができる。

なお、上部電極１４０と下部電極１１０の間において、処理容器１００の側壁と排気板１３４も接地され、グランド電位に接続されている。このため、これら処理容器１００の側壁と排気板１３４の損傷も抑制することができる。特に排気板１３４は、側面視において処理容器１００側から下部電極１１０側に向けて下方に傾斜しており、その表面積が大きいため、当該排気板１３４の損傷をさらに抑制することができる。

上部電極１４０の下面には、例えば石英からなる上部電極カバー１４１が設けられている。この上部電極カバー１４１によって、プラズマ処理中、上部電極１４０の下面の損傷をさらに抑制することができる。

上部電極１４０の内部には中空部１５０が形成されている。中空部１５０には、ガス供給管１５１が接続されている。ガス供給管１５１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１５２に連通している。また、ガス供給管１５１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１５３が設けられている。そして、ガス供給源１５２から供給された処理ガスは、供給機器群１５３で流量制御され、ガス供給管１５１を介して、上部電極１４０の中空部１５０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１５０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１５４が設けられている。バッフル板１５４には、多数の小孔が設けられている。上部電極カバー１４１の下面には、上部電極１４０の中空部１５０から処理容器１００の内部に処理ガスを噴出させる多数のガス噴出口１５５が形成されている。なお、本実施の形態においては、これら中空部１５０、ガス供給管１５１、ガス供給源１５２、供給機器群１５３、バッフル板１５４及びガス噴出口１５５が、ガス供給機構を構成している。

処理容器１００の下方には、吸気口１６０が形成されている。吸気口１６０には、処理容器１００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１６１に連通する吸気管１６２が接続されている。なお、本実施の形態においては、これら吸気口１６０、真空ポンプ１６１及び吸気管１６２が、減圧機構を構成している。

下部電極１１０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１１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極１１０の上面から突出可能になっている。

なお、表面改質装置３０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、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６に示すように内部を密閉可能な処理容器２００を有している。処理容器２００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２０１が形成され、当該搬入出口２０１には開閉シャッタ２０２が設けられている。

処理容器２００の内部は、内壁２０３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２０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器２００の側面に形成されている。また、内壁２０３にも、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口２０４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２１０が設けられている。トランジション２１０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２１１が設けられている。ウェハ搬送機構２１１は、図６及び図７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２１１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２２０が設けられている。位置調節機構２２０は、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持して回転させる保持部（図示せず）を備えた基台２２１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部２２２と、を有している。そして、位置調節機構２２０では、基台２２１に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部２２２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。なお、基台２２１においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持する構造は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック構造やスピンチャック構造など、種々の構造が用いられる。

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２３０が設けられている。反転機構２３０は、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム２３１を有している。保持アーム２３１は、水平方向（Ｙ方向）に延伸している。また保持アーム２３１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材２３２が例えば４箇所に設けられている。

保持アーム２３１は、例えばモータなどを備えた駆動部２３３に支持されている。この駆動部２３３によって、保持アーム２３１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム２３１は、駆動部２３３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２３３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２３３は鉛直方向に延伸する支持柱２３４に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部２３３によって、保持部材２３２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２３２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、駆動部２３３を中心に回動して、位置調節機構２２０から後述する上チャック２４０との間を移動できる。

処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する上チャック２４０と、下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して吸着保持する下チャック２４１とが設けられている。下チャック２４１は、上チャック２４０の下方に設けられ、上チャック２４０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック２４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２４１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２４０は、当該上チャック２４０の上方に設けられた上チャック保持部２５０に保持されている。上チャック保持部２５０は、処理容器２００の天井面に設けられている。すなわち、上チャック２４０は、上チャック保持部２５０を介して処理容器２００に固定されて設けられている。

上チャック保持部２５０には、下チャック２４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１を撮像する上部撮像部２５１が設けられている。すなわち、上部撮像部２５１は上チャック２４０に隣接して設けられている。上部撮像部２５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

下チャック２４１は、当該下チャック２４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部２６０に支持されている。第１の下チャック移動部２６０は、後述するように下チャック２４１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２６０は、下チャック２４１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２６０には、上チャック２４０に保持された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する下部撮像部２６１が設けられている。すなわち、下部撮像部２６１は下チャック２４１に隣接して設けられている。下部撮像部２６１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２６０は、当該第１の下チャック移動部２６０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２６２、２６２に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部２６０は、レール２６２に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール２６２、２６２は、第２の下チャック移動部２６３に配設されている。第２の下チャック移動部２６３は、当該第２の下チャック移動部２６３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２６４、２６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部２６３は、レール２６４に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック２４１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２６４、２６４は、処理容器２００の底面に設けられた載置台２６５上に配設されている。

次に、接合装置４１の上チャック２４０と上チャック保持部２５０の詳細な構成について説明する。

上チャック２４０には、図８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２４０は、平面視において上ウェハＷ_Ｕの径以上の径を有する本体部２７０を有している。本体部２７０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２７１が設けられている。また、本体部２７０の下面の外周部には、ピン２７１と同じ高さを有し、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持する外側リブ２７２が設けられている。外側リブ２７２は、複数のピン２７１の外側に環状に設けられている。

また、本体部２７０の下面には、外側リブ２７２の内側において、ピン２７１と同じ高さを有し、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２を支持する内側リブ２７３が設けられている。内側リブ２７３は、外側リブ２７２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ２７２の内側の領域２７４（以下、吸引領域２７４という場合がある。）は、内側リブ２７３の内側の第１の吸引領域２７４ａと、内側リブ２７３の外側の第２の吸引領域２７４ｂとに区画されている。

本体部２７０の下面には、第１の吸引領域２７４ａにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための第１の吸引口２７５ａが形成されている。第１の吸引口２７５ａは、例えば第１の吸引領域２７４ａにおいて４箇所に形成されている。第１の吸引口２７５ａには、本体部２７０の内部に設けられた第１の吸引管２７６ａが接続されている。さらに第１の吸引管２７６ａには、第１の真空ポンプ２７７ａが接続されている。

また、本体部２７０の下面には、第２の吸引領域２７４ｂにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための第２の吸引口２７５ｂが形成されている。第２の吸引口２７５ｂは、例えば第２の吸引領域２７４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口２７５ｂには、本体部２７０の内部に設けられた第２の吸引管２７６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管２７６ｂには、第２の真空ポンプ２７７ｂが接続されている。

そして、上ウェハＷ_Ｕ、本体部２７０及び外側リブ２７２に囲まれて形成された吸引領域２７４ａ、２７４ｂをそれぞれ吸引口２７５ａ、２７５ｂから真空引きし、吸引領域２７４ａ、２７４ｂを減圧する。このとき、吸引領域２７４ａ、２７４ｂ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２７４ａ、２７４ｂ側に押され、上チャック２４０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。また、上チャック２４０は、第１の吸引領域２７４ａと第２の吸引領域２７４ｂ毎に上ウェハＷ_Ｕを真空引き可能に構成されている。

かかる場合、外側リブ２７２が上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持するので、上ウェハＷ_Ｕ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２４０に上ウェハＷ_Ｕの全面が吸着保持され、当該上ウェハＷ_Ｕの平面度を小さくして、上ウェハＷ_Ｕを平坦にすることができる。

しかも、複数のピン２７１の高さが均一なので、上チャック２４０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２４０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２４０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２７１に支持されているので、上チャック２４０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２４０から剥がれ易くなる。

上チャック２４０において、本体部２７０の中心部には、当該本体部２７０を厚み方向に貫通する貫通孔２７８が形成されている。この本体部２７０の中心部は、上チャック２４０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２７８には、後述する押動部材２９０におけるアクチュエータ部２９１の先端部が挿通するようになっている。

上チャック保持部２５０は、図７に示すように上チャック２４０の本体部２７０の上面に設けられた支持部材２８０を有している。支持部材２８０は、平面視において少なくとも本体部２７０の上面を覆うように設けられ、且つ本体部２７０に対して例えばネジ止めによって固定されている。支持部材２８０は、処理容器２００の天井面に設けられた複数の支持柱２８１に支持されている。

支持部材２８０の上面には、図８に示すように上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材２９０がさらに設けられている。押動部材２９０は、アクチュエータ部２９１とシリンダ部２９２とを有している。

アクチュエータ部２９１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２９１は、上ウェハＷ_Ｕの中心部と当接して当該上ウェハＷ_Ｕ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２９１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２７８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２９１は、シリンダ部２９２に支持されている。シリンダ部２９２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２９１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２９０は、アクチュエータ部２９１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部２９２によってアクチュエータ部２９１の移動の制御をしている。そして、押動部材２９０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。

次に、接合装置４１の下チャック２４１の詳細な構成について説明する。

下チャック２４１には、図８に示すように上チャック２４０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２４１は、平面視において下ウェハＷ_Ｌの径以上の径を有する本体部３００を有している。本体部３００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３０１が設けられている。また、本体部３００の上面の外周部には、ピン３０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する外側リブ３０２が設けられている。外側リブ３０２は、複数のピン３０１の外側に環状に設けられている。

また、本体部３００の上面には、外側リブ３０２の内側において、ピン３０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２を支持する内側リブ３０３が設けられている。内側リブ３０３は、外側リブ３０２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ３０２の内側の領域３０４（以下、吸引領域３０４という場合がある。）は、内側リブ３０３の内側の第１の吸引領域３０４ａと、内側リブ３０３の外側の第２の吸引領域３０４ｂとに区画されている。

本体部３００の上面には、第１の吸引領域３０４ａにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第１の吸引口３０５ａが形成されている。第１の吸引口３０５ａは、例えば第１の吸引領域３０４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口３０５ａには、本体部３００の内部に設けられた第１の吸引管３０６ａが接続されている。さらに第１の吸引管３０６ａには、第１の真空ポンプ３０７ａが接続されている。

また、本体部３００の上面には、第２の吸引領域３０４ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第２の吸引口３０５ｂが形成されている。第２の吸引口３０５ｂは、例えば第２の吸引領域３０４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口３０５ｂには、本体部３００の内部に設けられた第２の吸引管３０６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管３０６ｂには、第２の真空ポンプ３０７ｂが接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部３００及び外側リブ３０２に囲まれて形成された吸引領域３０４ａ、３０４ｂをそれぞれ吸引口３０５ａ、３０５ｂから真空引きし、吸引領域３０４ａ、３０４ｂを減圧する。このとき、吸引領域３０４ａ、３０４ｂ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３０４ａ、３０４ｂ側に押され、下チャック２４１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。また、下チャック２４１は、第１の吸引領域３０４ａと第２の吸引領域３０４ｂ毎に下ウェハＷ_Ｌを真空引き可能に構成されている。

かかる場合、外側リブ３０２が下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持するので、下ウェハＷ_Ｌはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、下チャック２４１に下ウェハＷ_Ｌの全面が吸着保持され、当該下ウェハＷ_Ｌの平面度を小さくして、下ウェハＷ_Ｌを平坦にすることができる。

しかも、複数のピン３０１の高さが均一なので、下チャック２４１の上面の平面度をさらに小さくすることができる。このように下チャック２４１の上面を平坦にして（上面の平坦度を小さくして）、下チャック２４１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３０１に支持されているので下チャック２４１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２４１から剥がれ易くなる。

下チャック２４１において、本体部３００の中心部付近には、当該本体部３００を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔には、第１の下チャック移動部２６０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３００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２４１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材（図示せず）が設けられている。ガイド部材は、本体部３００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。このとき、ゲートバルブ１０２とシャッタ１３３が開かれており、処理容器１００内が大気圧に開放されている。上ウェハＷ_Ｕは表面改質装置３０に搬入されると、ウェハ搬送装置６１から、予め上昇していた昇降ピンに受け渡される。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１０２とシャッタ１３３が閉じられる。

その後、上ウェハＷ_Ｕを昇降ピンで保持した状態で、真空ポンプ１６１を作動させ、吸気口１６０を介して処理容器１００の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）まで減圧される。続いて、昇降ピンが下降し、
上ウェハＷ_Ｕが下部電極１１０の上面に載置される。大気圧下で上ウェハＷ_Ｕを下部電極１１０の上面に載置しようとすると、当該上ウェハＷ_Ｕが水平方向にずれるおそれがあるため、このように所定の真空度まで減圧された後に上ウェハＷ_Ｕが下部電極１１０に載置される。そして、後述するように上ウェハＷ_Ｕを処理中、処理容器１００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１２６から静電チャック１２０の導電膜１２３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１２０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１１０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１１０に静電吸着された上ウェハＷ_Ｕは、熱媒循環流路１１２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１５２から供給された処理ガスが、上部電極１４０の下面のガス噴出口１５５から、処理容器１００の内部に均一に供給される。そして、高周波電源１３７から下部電極１１０に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１４０と下部電極１１０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器１００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１１０上の上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質されると共に、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１００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９の工程Ｓ１）。

上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質されると、処理容器１００内への処理ガスの供給を停止すると共に、高周波電源１３７から下部電極１１０への高周波電圧の印加を停止する。その後、高圧電源１２６から静電チャック１２０の導電膜１２３に、例えば−２５００Ｖ（マイナス２５００Ｖ）の直流電圧に設定された高電圧が印加される。これによって、下部電極１１０と上ウェハＷ_Ｕとの間を除電し、下部電極１１０に対する上ウェハＷ_Ｕの静電吸着を停止する。

その後、真空ポンプ１６１を停止し、処理容器１００内の減圧を停止する。続いて、ゲートバルブ１０２とシャッタ１３３が開けられた後、すなわち処理容器１００内が大気圧に開放された後、昇降ピンを上昇させ下部電極１１０からウェハ搬送装置６１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡されて、処理容器１００から搬出される。

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９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２１０を介してウェハ搬送機構２１１により位置調節機構２２０に搬送される。そして位置調節機構２２０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９の工程Ｓ３）。

その後、位置調節機構２２０から反転機構２３０の保持アーム２３１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２３１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９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２３０の保持アーム２３１が、駆動部２３３を中心に回動して上チャック２４０の下方に移動する。そして、反転機構２３０から上チャック２４０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２４０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図９の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ２７７ａ、２７７ｂを作動させ、吸引領域２７４ａ、２７４ｂにおいて吸引口２７５ａ、２７５ｂを介して上ウェハＷ_Ｕを真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック２４０に吸着保持される。

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９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９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。

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２１０を介してウェハ搬送機構２１１により位置調節機構２２０に搬送される。そして位置調節機構２２０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９の工程Ｓ８）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構２１１によって下チャック２４１に搬送され、下チャック２４１にその裏面Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図９の工程Ｓ９）。具体的には、真空ポンプ３０７ａ、３０７ｂを作動させ、吸引領域３０４ａ、３０４ｂにおいて吸引口３０５ａ、３０５ｂを介して下ウェハＷ_Ｌを真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック２４１に吸着保持される。

次に、上チャック２４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２４１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。具体的には、第１の下チャック移動部２６０と第２の下チャック移動部２６３によって下チャック２４１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、上部撮像部２５１を用いて、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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２６１を用いて、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１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２５１で撮像された画像と下部撮像部２６１で撮像された画像に基づいて、上ウェハＷ_Ｕの基準点と下ウェハＷ_Ｌ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２６０と第２の下チャック移動部２６３によって下チャック２４１を移動させる。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌ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２６０によって下チャック２４１を鉛直上方に移動させて、上チャック２４０と下チャック２４１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック２４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２４１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向位置の調節を行う（図９の工程Ｓ１１）。そして、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが所定の位置に対向配置される。

次に、上チャック２４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック２４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの接合処理が行われる。

先ず、図１０に示すように押動部材２９０のシリンダ部２９２によってアクチュエータ部２９１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部２９１の下降に伴い、上ウェハＷ_Ｕ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２９１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材２９０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９の工程Ｓ１２）。このとき、第１の真空ポンプ２７７ａの作動を停止して、第１の吸引領域２７４ａにおける第１の吸引口２７５ａからの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止すると共に、第２の真空ポンプ２７７ｂは作動させたままにし、第２の吸引領域２７４ｂを第２の吸引口２７５ｂから真空引きする。そして、押動部材２９０で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する際にも、上チャック２４０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１２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（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、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（分子間力）、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。

その後、押動部材２９０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第２の真空ポンプ２７７ｂの作動を停止して、第２の吸引領域２７４ｂにおける第２の吸引口２７５ｂからの上ウェハ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。そして上ウェハ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、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９の工程Ｓ１３）。

この工程Ｓ１３において、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン２７１に支持されているので、上チャック２４０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２４０から剥がれ易くなっている。このため、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合の拡がり（ボンディングウェーブ）が真円状になり、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが適切に接合される。

その後、押動部材２９０のアクチュエータ部２９１を上チャック２４０まで上昇させる。また、真空ポンプ３０７ａ、３０７ｂの作動を停止し、吸引領域３０４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２４１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３０１に支持されているので、下チャック２４１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２４１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Ｓ１において、高周波電源１３７から下部電極１１０に高周波電圧を印加することによって、処理容器１００の内部に供給された処理ガスがプラズマ化され、当該処理ガスのプラズマを用いてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を適切に改質することができる。また、上部電極１４０の下面の面積が下部電極１１０の上面の面積より大きいので、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに対して十分な自己バイアス電位Ｖｄｃをとることができ、プラズマ処理をより適切に行うことができる。

この際、上部電極１４０は接地され、グランド電位に接続されているので、プラズマ処理中、上部電極１４０の下面の損傷を抑制することができる。また、上部電極１４０の下面の面積が下部電極１１０の上面の面積より大きいので、上部電極１４０の下面の損傷をさらに抑制することができる。さらに、上部電極１４０の下面には上部電極カバー１４１が設けられているので、上部電極１４０の下面の損傷をさらに抑制することができる。

また、上部電極１４０と下部電極１１０の間において、処理容器１００の側壁と排気板１３４も接地され、グランド電位に接続されているので、処理容器１００の側壁と排気板１３４の損傷を抑制することができる。特に排気板１３４は、側面視において処理容器１００側から下部電極１１０側に向けて下方に傾斜しており、その表面積が大きいため、当該排気板１３４の損傷をさらに抑制することができる。

また、下部電極１１０の上面の周囲には、石英からなるフォーカスリング１３２が設けられているので、処理ガスのプラズマは、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１にのみ入射し、当該プラズマの下部電極１１０への衝突が抑制される。このため、下部電極１１０の損傷を抑制することができる。

このように上部電極１４０、処理容器１００の側壁、排気板１３４、及び下部電極１１０の損傷を抑制することができるので、これらの寿命を伸ばすことができる。また、このように損傷を抑制することで、パーティクルを軽減でき、製品の歩留まりを向上させることもできる。

また、本実施の形態の接合システム１は、表面改質装置３０、表面親水化装置４０、及び接合装置４１を備えているので、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
１００ 処理容器
１１０ 下部電極
１３２ フォーカスリング
１３４ 排気板
１３７ 高周波電源
１４０ 上部電極
１４１ 上部電極カバー
１５０ 中空部
１５１ ガス供給管
１５２ ガス供給源
１５３ 供給機器群
１５４ バッフル板
１５５ ガス噴出口
１６０ 吸気口
１６１ 真空ポンプ
１６２ 吸気管
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (10)

1. 基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置であって、
   処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、
   前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、を有し、
   前記下部電極は、プラズマ生成用の電圧を印加するための電源に接続され、
   前記上部電極は接地されていることを特徴とする、表面改質装置。
2. 前記上部電極の下面の面積は、前記下部電極の上面の面積より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の表面改質装置。
3. 前記上部電極の下面には、石英からなるカバーが設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面改質装置。
4. 前記処理容器の側壁と前記下部電極との間には、当該処理容器内を排気するための排気板が設けられ、
   前記排気板は、側面視において、前記処理容器側から前記下部電極側に向けて下方に傾斜していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面改質装置。
5. 前記下部電極には、当該下部電極に載置された基板の外周を囲むように、石英からなるフォーカスリングが設けられてい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表面改質装置。
6. 前記処理容器内に前記処理ガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、
   前記処理容器内の圧力を制御する制御部と、をさらに有し、
   前記制御部は、前記処理容器に基板を搬入及び搬出する際には、当該処理容器内を大気圧に開放し、前記処理容器内を密閉し前記処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を改質する際には、当該処理容器内を前記所定の真空度まで減圧させるように、前記ガス供給機構と前記減圧機構を制御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表面改質装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面改質装置を備えた接合システムであって、
   前記表面改質装置を備えた処理ステーションと、
   基板又は基板同士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、
   前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、
   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、基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有することを特徴とする、接合システム。
8. 基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、
   前記表面改質装置は、
   処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、
   前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を有し、
   前記下部電極は電源に接続され、且つ、前記上部電極は接地され、
   前記表面改質方法は、
   前記処理容器内を大気圧に開放した状態で、当該処理容器内に基板を搬入する搬入工程と、
   その後、前記ガス供給機構から前記処理容器内に処理ガスを供給し、前記減圧機構によって当該処理容器内を前記所定の真空度に減圧した状態で、前記電源から前記下部電極に電圧を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を改質する処理工程と、
   その後、前記処理容器内を大気圧に開放して、当該処理容器から基板を搬出する搬出工程と、を有することを特徴とする、表面改質方法。
9. 請求項８に記載の表面改質方法を表面改質装置によって実行させるように、当該表面改質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。
10. 請求項９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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