JP2017005219A - 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を載置し、鉛直方向及び水平方向に伸縮自在の載置部２００と、載置部２００において中心部の高さが外周部の高さより高くなるように、当該載置部２００を下方から押圧して変形させる変形機構２１０と、を有する。
【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機構と、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、押動機構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。
ところで、上記の接合方法では、上チャックで上ウェハの外周部を保持した状態で、押動機構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。
そこで、上記接合装置は、上チャックに保持される前の上ウェハを第１の温度に調節する第１の温度調節部と、下チャックに保持される前の下ウェハを第２の温度に調節する第２の温度調節部と、をさらに有している。そして、第２の温度を第１の温度より高くして、下ウェハを上ウェハより大きく膨張させることで、上述したスケーリングの抑制を図っている。
特開２０１５−１５２６９号公報
しかしながら、特許文献１に記載された接合方法では、第１の温度に温度調節された上ウェハは、第１の温度調節部から上チャックに搬送して保持されるまでの間に、外周部から温度が低下し温度ムラが発生する。同様に第２の温度に温度調節された下ウェハも、下チャックに保持されるまでの間に温度ムラが発生する。かかる場合、スケーリングを抑制することができない。
この温度ムラの改善方法として、発明者らは、例えば下チャックを温度調節しておき、当該下チャックに下ウェハを搬送した後に、下ウェハを膨張させる方法を考えた。しかしながら、ウェハ同士を接合する際、上チャックと下チャックの間隔が微小であるため、下チャックの熱が上チャックに伝達し、上ウェハも熱膨張してしまう。そうすると、スケーリングを効率的に抑制することができない。
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の基板を載置し、鉛直方向及び水平方向に伸縮自在の載置部と、前記載置部において中心部の高さが外周部の高さより高くなるように、当該載置部を下方から押圧して変形させる変形機構と、を有することを特徴としている。
本発明によれば、変形機構によって載置部を押圧して変形させることで、載置部はその心部が外周部に比べて突出し、第２の基板は載置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、例えば押動機構によって第１の基板の中心部が押圧され、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（スケーリング）を抑制することができる。
また、例えば基板の種類が変わった場合、基板の反り状態が変わり、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置ずれ量（スケーリング量）も変化すると考えられる。この点、本発明によれば、変形機構を制御することで、基板に応じて載置部の変位量を調節することができ、スケーリングを抑制することができる。
さらに、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、例えば押動機構によって第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機構をさらに有し、前記変形機構は、前記押動機構によって中心部が押圧された第１の基板と上下対称の形状に第２の基板を変形させるように、前記載置部を押圧してもよい。
前記変形機構は、前記載置部の下面側の圧力可変空間を加圧して、当該載置部を押圧してもよい。かかる場合、前記載置部において中心部の厚みは外周部の厚みより大きくてもよい。また、前記載置部の下面は複数の領域に区画され、前記変形機構は、前記領域毎に前記載置部にかかる圧力を設定可能であってもよい。さらに、前記変形機構は、前記圧力可変空間を減圧してもよい。
前記変形機構は、複数のアクチュエータを有していてもよい。かかる場合、前記複数のアクチュエータのうち、一のアクチュエータは前記載置部の中心部を押圧し、他の複数のアクチュエータは前記載置部の外周部を押圧してもよい。また、前記アクチュエータは、前記載置部にかかる荷重を分散させるための荷重分散板を介して、前記載置部を押圧してもよい。さらに、前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、前記基台部の上面には、前記載置部を真空引きして吸着保持するための吸引溝が形成されていてもよい。
前記第２の保持部は、前記載置部の変位量を測定する測定部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機構と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板を載置し、鉛直方向及び水平方向に伸縮自在の載置部と、前記載置部において中心部の高さが外周部の高さより高くなるように、当該載置部を下方から押圧して変形させる変形機構と、を有し、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、前記変形機構によって前記載置部の中心部を上方に突出させた状態で、前記第２の保持部で第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、前記押動機構を降下させ、当該押動機構によって第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。
前記第２の保持工程において、前記変形機構によって中心部が上方に突出した前記載置部に載置された第２の基板の形状は、前記押圧工程において、前記押動機構によって中心部が押圧された第１の基板の形状と上下対称であってもよい。
前記第２の保持工程において、前記変形機構は、前記載置部の下面側の圧力可変空間を加圧して、当該載置部を押圧してもよい。かかる場合、前記載置部において中心部の厚みは外周部の厚みより大きくてもよい。また、前記載置部の下面は複数の領域に区画され、前記第２の保持工程において、前記変形機構は、前記領域毎に圧力を設定して前記載置部を押圧してもよい。さらに、前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、前記第２の保持工程の前に、前記変形機構によって前記圧力可変空間を減圧し、前記基台部に前記載置部を吸着した状態で、当該載置部の上面の平面形状を調節してもよい。
前記変形機構は、複数のアクチュエータを有し、前記第２の保持工程において、前記複数のアクチュエータが前記載置部を押圧してもよい。かかる場合、前記複数のアクチュエータのうち、一のアクチュエータは前記載置部の中心部を押圧し、他の複数のアクチュエータは前記載置部の外周部を押圧してもよい。また、前記アクチュエータは、前記載置部にかかる荷重を分散させるための荷重分散板を介して、前記載置部を押圧してもよい。さらに、前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、前記基台部の上面には、前記載置部を真空引きして吸着保持するための吸引溝が形成され、前記第２の保持工程の前に、前記吸引溝を介して前記基台部に前記載置部を吸着した状態で、当該載置部の上面の平面形状を調節してもよい。
前記第２の保持部は、前記載置部の変位量を測定する測定部をさらに有し、前記第２の保持工程において、前記測定部で測定された前記載置部の変位量に基づいて、前記変形機構の動作を制御してもよい。
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、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。 載置部の変位量が０（ゼロ）の場合の下チャックの様子を示す説明図である。 下チャックを変形させた様子を示す説明図である。 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。 下チャックを変形させた様子を示す説明図である。 下チャックで下ウェハを吸着保持した様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハを対向配置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いて下チャックを変形させ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構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態において載置部の変位量が０（ゼロ）の場合の下チャックの様子を示す説明図である。 他の実施の形態において下チャックを変形させ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と上チャック支持部１５０の詳細な構成について説明する。
上チャック１４０には、図６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、平面視において上ウェハＷＵの径以上の径を有する本体部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の下面の外周部には、ピン１７１と同じ高さを有し、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の外周部を支持する外側リブ１７２が設けられている。外側リブ１７２は、複数のピン１７１の外側に環状に設けられている。
また、本体部１７０の下面には、外側リブ１７２の内側において、ピン１７１と同じ高さを有し、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２を支持する内側リブ１７３が設けられている。内側リブ１７３は、外側リブ１７２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ１７２の内側の領域１７４（以下、吸引領域１７４という場合がある。）は、内側リブ１７３の内側の第１の吸引領域１７４ａと、内側リブ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４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、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、第２の真空ポンプ１７７ｂが接続されている。
そして、上ウェハＷＵ、本体部１７０及び外側リブ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。また、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。
かかる場合、外側リブ１７２が上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の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、後述する押動機構１９０におけるアクチュエータ１９１の先端部が挿通するようになっている。
上チャック支持部１５０は、図５に示すように上チャック１４０の本体部１７０の上面に設けられた支持部材１８０を有している。支持部材１８０は、平面視において少なくとも本体部１７０の上面を覆うように設けられ、且つ本体部１７０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１８０は、処理容器１００の天井面に設けられた複数の支持柱１８１に支持されている。
支持部材１８０の上面には、図６に示すように上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動機構１９０がさらに設けられている。押動機構１９０は、アクチュエータ１９１とシリンダ１９２とを有している。
アクチュエータ１９１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１９１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１９１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１９１は、シリンダ１９２に支持されている。シリンダ１９２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１９１を鉛直方向に移動させることができる。
以上のように押動機構１９０は、アクチュエータ１９１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ１９２によってアクチュエータ１９１の移動の制御をしている。そして、押動機構１９０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。
次に、接合装置４１の下チャック１４１の詳細な構成について説明する。
下チャック１４１は、下ウェハＷＬを載置する載置部２００と、当該載置部２００を支持する基台部２０１を有している。基台部２０１は載置部２００の下方に設けられ、また載置部２００の周囲には固定リング２０２が設けられている。そして、載置部２００の外周部が固定リング２０２によって基台部２０１に固定されている。
載置部２００には、例えばアルミナセラミックやＳＩＣなどセラミック材料が用いられる。このため、載置部２００は鉛直方向及び水平方向に伸縮自在であり、また高精度な平面、且つ、高い復元性を実現できる。また基台部２０１にも、例えばアルミナセラミックやＳＩＣなどセラミック材料が用いられる。
載置部２００は平面視において下ウェハＷＬの径以上の径を有し、その中心部の厚みが外周部の厚みより大きくなっている。載置部２００の下面には、環状のリブ２０３が複数設けられている。各リブ２０３は、載置部２００の上面を平坦にした状態で、基台部２０１の上面に当接するように設けられている。
載置部２００の上面には、下ウェハＷＬを真空引きするための吸引溝２０４が形成されている。吸引溝２０４のレイアウトは任意に設定することができる。吸引溝２０４には、載置部２００と基台部２０１に設けられた吸引管２０５が接続されている。基台部２０１の上面には、吸引管２０５の周囲にシール材２０６、例えばＶリングが設けられている。これにより、後述する圧力可変空間２０８の気密性が確保される。また吸引管２０５には、真空ポンプ２０７が接続されている。
載置部２００の下面と基台部２０１の上面との間には、密閉された圧力可変空間２０８が形成されている。圧力可変空間２０８には、変形機構２１０が設けられている。変形機構２１０は、圧力可変空間に対して加圧又は減圧して、載置部２００の形状を調節することができる。
基台部２０１の上面には給排気口２１１が形成され、変形機構２１０は給排気口２１１に接続された給排気管２１２を有している。基台部２０１の上面には、給排気管２１２の周囲にシール材２１３、例えばＶリングが設けられている。給排気管２１２には、切替バルブ２１４を介して、圧力可変空間２０８に空気を供給する電空レギュレータ２１５と、圧力可変空間２０８の空気を排出するための真空ポンプ２１６が接続されている。
基台部２０１には、載置部２００の変位量を測定する測定部２２０が設けられている。測定部２２０には、例えば静電容量計や渦電式の変位センサが用いられる。基台部２０１の上面には、測定部２２０の周囲にシール材２２１、例えばＶリングが設けられている。
図７に示すように、変形機構２１０の真空ポンプ２１６によって圧力可変空間２０８の内部を真空引きして減圧すると（例えば−１０ｋＰａ）、基台部２０１に載置部２００が吸着される。そしてこの状態で、載置部２００の上面の平面形状が平坦になるように調節する。すなわち、測定部２２０における載置部２００の変位量が０（ゼロ）になるように、載置部２００の上面の平面形状が調節される。
一方、図８に示すように、変形機構２１０の電空レギュレータ２１５によって圧力可変空間２０８の内部に空気を供給して加圧すると（例えば０ｋＰａ〜１００ｋＰａ）、載置部２００が下方から押圧される。載置部２００の外周部は固定リング２０２によって基台部２０１に固定されているため、載置部２００はその中心部が外周部より突出し、すなわち上方に凸状に変形する。
この載置部２００の変位量は、変形機構２１０によって載置部２００にかけられる圧力によって調節することができる。具体的には、測定部２２０で測定された載置部２００の変位量が適切な変位量になるように、変形機構２１０からの空気圧を調節する。
なお、上述したように載置部２００は、その中心部の厚みが外周部の厚みより大きくなっている。このように載置部２００の強度分布を適正にすることによって、図８に示したように載置部２００が上方に凸状に変形した場合において、載置部２００の上面を適切に球面変位させることができる。ちなみに、この載置部２００の製作にあたっては、載置部２００の上面の水平方向の変位が径方向に線形に近くなるように、載置部２００の厚みを調節する。
なお、変形機構２１０が圧力可変空間２０８の加圧又は減圧を制御する際には、空気でなく、他の流体を用いてもよい。
また、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）。このとき、図１０に示すように変形機構２１０によって圧力可変空間２０８の内部が加圧され、載置部２００が下方から押圧される。そして、載置部２００はその中心部が外周部より突出し、すなわち上方に凸状に変形している。載置部２００の変位量は測定部２２０によって監視され、適切な変位量となるように、変形機構２１０から圧力可変空間２０８への空気圧が制御される。なお、工程Ｓ９の前には予め、図７に示したように変形機構２１０によって圧力可変空間２０８の内部が減圧され、載置部２００の平面形状が調節されている。
工程Ｓ９では、先ず、真空ポンプ２０７を作動させ、下ウェハＷＬの中心部が真空引きされ、その後中心部からが外周部に順次真空引きされ、図１１に示すように下ウェハＷＬが全面で下チャック１４１に吸着保持される。このとき、上述したように載置部２００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）。そして、図１２に示すように上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが所定の位置に対向配置される。
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の接合処理が行われる。
先ず、図１３に示すように押動機構１９０のシリンダ１９２によってアクチュエータ１９１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ１９１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１９１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動機構１９０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、押動機構１９０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１３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１４に示すように押動機構１９０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１５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、押動機構１９０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１６に示すように押動機構１９０のアクチュエータ１９１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ２０７の作動を停止し、載置部２００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。
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、変形機構２１０によって載置部２００を押圧して変形させることで、載置部２００はその中心部が外周部に比べて突出して、下ウェハＷＬは載置部２００の上面に沿って保持される。すなわち、下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬも、その中心部が外周部に比べて突出する。かかる場合、押動機構１９０によって上ウェハＷＵの中心部が押圧され、上ウェハＷＵ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。
また、例えばウェハＷＵ、ＷＬの種類が変わった場合、ウェハＷＵ、ＷＬの反り状態が変わり、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の位置ずれ量（スケーリング量）も変化すると考えられる。そうすると、例えば下チャック１４１の上面の形状が固定であれば、このようなウェハＷＵ、ＷＬの種類変更に対応できない。この点、本実施の形態によれば、変形機構２１０から供給される空気圧を調節し、圧力可変空間２０８の内部の圧力を調節することで、ウェハＷＵ、ＷＬに応じて載置部２００の変位量を調節することができ、スケーリングを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、本実施の形態によれば、このようにスケーリングを抑制し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の伸びの均一性が改善される。ここで、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが異なる伸びを有していると、これら上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合した重合ウェハＷＴに鉛直方向の歪み（ディストーション）が生じるおそれがある。この点、本実施の形態では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の伸びが均一になり、しかも伸び量が小さいので、ディストーションも抑制することができる。
さらに、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において押動機構１９０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。
以上の実施の形態において、図１７に示すように下チャック１４１において圧力可変空間２０８が複数の領域に区画されていてもよい。載置部２００の下面には、複数、例えば２つの仕切壁２３０、２３０が設けられている。仕切壁２３０、２３０は、それぞれ載置部２００の同心円状に環状に設けられている。この仕切壁２３０によって、圧力可変空間２０８が３つの圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃに区画されている。
各圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃには、変形機構２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃがそれぞれ設けられている。各変形機構２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの構成は、上記実施の形態の変形機構２１０の構成と同様である。すなわち、各変形機構２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、それぞれ給排気口２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、給排気管２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、シール材２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、切替バルブ２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、電空レギュレータ２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、真空ポンプ２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを有している。
これら変形機構２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃによって、各圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃの内部の圧力を個別に設定可能になっている。
そして図１８に示すように、各変形機構２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃから圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃの内部を供給して加圧すると、載置部２００は下方から押圧され、上方に凸状に変形する。
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。しかも、圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ毎に圧力を可変にすることができるので、載置部２００の形状（プロファイル）をより適切に調節することができる。
なお、上記実施の形態の載置部２００は、その中心部の厚みが外周部の厚みより大きくなっていたが、これは載置部２００の上面を適切に球面変位させるためであった。本実施の形態においては、各圧力可変空間２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃで個別の適切な圧力で載置部２００を押圧することができるので、載置部２００は面内で均一な厚みであってもよい。
次に、下チャック１４１の他の実施の形態について説明する。図１９及び図２０に示すように下チャック１４１は、下ウェハＷＬを載置する載置部３００と、当該載置部３００を支持する基台部３０１を有している。基台部３０１は載置部３００の下方に設けられ、また載置部３００の周囲には固定リング３０２が設けられている。そして、載置部３００の外周部が固定リング３０２によって基台部３０１に固定されている。
載置部３００には、例えばアルミナセラミックやＳＩＣなどセラミック材料が用いられる。このため、載置部３００は鉛直方向及び水平方向に伸縮自在であり、また高精度な平面、且つ、高い復元性を実現できる。また基台部３０１にも、例えばアルミナセラミックやＳＩＣなどセラミック材料が用いられる。
載置部３００は平面視において下ウェハＷＬの径以上の径を有している。また載置部３００の上面には、下ウェハＷＬを真空引きするための吸引溝３０３が形成されている。吸引溝３０３のレイアウトは任意に設定することができる。吸引溝３０３には、載置部３００と基台部３０１に設けられた吸引管３０４が接続されている。吸引管３０４には、真空ポンプ３０５が接続されている。
基台部３０１の上面には、載置部３００を真空引きするための吸引溝３０６が形成されている。吸引溝３０６のレイアウトは任意に設定することができる。吸引溝３０６には、基台部３０１に設けられた吸引管３０７が接続されている。吸引管３０７には、真空ポンプ３０８が接続されている。
基台部３０１には、載置部３００を変形させるための変形機構３１０が設けられている。変形機構３１０は、複数のアクチュエータ３１１を有している。アクチュエータ３１１には任意のアクチュエータを用いることができるが、例えばピエゾアクチュエータが用いられる。そして各アクチュエータ３１１は、載置部３００の下面を所定の圧力で押圧することができる。
複数のアクチュエータ３１１は、基台部３０１の内部において中心部と外周部に設けられる。中心部には１つのアクチュエータ３１１ａが設けられ、アクチュエータ３１１ａは載置部３００の中心部を押圧する。外周部には４つのアクチュエータ３１１ｂが等間隔に設けられ、これらアクチュエータ３１１ｂは載置部３００の外周部を押圧する。
各アクチュエータ３１１の上部には荷重拡散板３１２が設けられている。中心部のアクチュエータ３１１ａの上方に設けられた荷重拡散板３１２ａは、平面視においてアクチュエータ３１１ａより大きい径の略円盤形状を有している。荷重拡散板３１２ａは、基台部３０１の上面から露出し、載置部３００の下面の中心部に当接する。そして、アクチュエータ３１１ａからの荷重は荷重拡散板３１２ａで分散され、載置部３００の中心部が押圧される。これにより、載置部３００の中心部に荷重が過度に集中するのを抑制することができる。
外周部のアクチュエータ３１１ｂの上方に設けられた荷重拡散板３１２ｂは、平面視において環状形状を有している。荷重拡散板３１２ｂは、基台部３０１の上面から露出し、載置部３００の下面の外周部に当接する。そして、４つのアクチュエータ３１１ｂからの荷重は荷重拡散板３１２ｂで分散され、載置部３００の外周部が押圧される。これにより、載置部３００の外周部に荷重が過度に集中するのを抑制することができる。
基台部３０１には、載置部３００の変位量を測定する測定部３２０が設けられている。測定部３２０は、例えば基台部３０１の中心部と外周部に複数設けられている。また、測定部３２０には、例えば静電容量計や渦電式の変位センサが用いられる。
図２１に示すように、真空ポンプ３０８によって載置部３００を真空引きすると、基台部３０１に載置部３００が吸着される。そしてこの状態で、載置部３００の上面の平面形状が平坦になるように調節する。すなわち、測定部３２０における載置部３００の変位量が０（ゼロ）になるように、載置部３００の上面の平面形状が調節される。なお、この載置部３００の上面の平面形状の調節は、接合処理前に行われ、すなわち上記実施の形態における工程Ｓ９の前に行われる。
また、図２２に示すように、変形機構３１０のアクチュエータ３１１が荷重拡散板３１２を介して載置部３００を押圧すると、載置部３００はその中心部が外周部より突出し、すなわち上方に凸状に変形する。この載置部３００の変位量は、変形機構３１０によって載置部３００にかけられる圧力によって調節することができる。具体的には、測定部３２０で測定された載置部３００の変位量が適切な変位量になるように、各アクチュエータ３１１の荷重を調節する。そして、上記実施の形態の工程Ｓ９において、載置部３００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。
なお、載置部３００の形状（プロファイル）を調節するため、中心部のアクチュエータ３１１ａと外周部のアクチュエータ３１１ｂは個別に制御される。ここで、発明者らはこれらアクチュエータ３１１ａ、３１１ｂの制御による載置部３００の形状への影響について調べた。具体的には、中心部のアクチュエータ３１１ａのみを用いて載置部３００を変形させた場合と、外周部のアクチュエータ３１１ｂのみを用いて載置部３００を変形させた場合を比較した。その結果、中心部のアクチュエータ３１１ａより外周部のアクチュエータ３１１ｂの方が、載置部３００の形状（プロファイル）を調節する際に与える影響が大きいことが分かった。したがって、載置部３００の形状を調節する際には、外周部のアクチュエータ３１１ｂを主として制御し、中心部のアクチュエータ３１１ａは載置部３００の形状の微調整のために用いるのが好ましい。
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。
以上の実施の形態の下チャック１４１では、載置部２００、３００に直接、下ウェハＷＬを載置していたが、例えば上チャック１４０と同様にピンチャック方式を用いてもよい。また、上チャック１４０もピンチャック方式に限定されず、バキュームチャック方式（上ウェハＷＵを真空引きして吸着保持する方式）を用いてもよい。
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
１９０ 押動機構
２００ 載置部
２０１ 基台部
２０８（２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ） 圧力可変空間
２１０（２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ） 変形機構
２１１（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ） 給排気口
２１２（２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ） 給排気管
２１３（２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ） シール材
２１４（２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ） 切替バルブ
２１５（２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ） 電空レギュレータ
２１６（２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ） 真空ポンプ
２２０ 測定部
３００ 載置部
３０１ 基台部
３０６ 吸引溝
３１０ 変形機構
３１１（３１１ａ、３１１ｂ） アクチュエータ
３１２（３１２ａ、３１２ｂ） 荷重分散板
３２０ 測定部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ

Claims (25)

  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の基板を載置し、鉛直方向及び水平方向に伸縮自在の載置部と、
    前記載置部において中心部の高さが外周部の高さより高くなるように、当該載置部を下方から押圧して変形させる変形機構と、を有することを特徴とする、接合装置。
  2. 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機構をさらに有し、
    前記変形機構は、前記押動機構によって中心部が押圧された第１の基板と上下対称の形状に第２の基板を変形させるように、前記載置部を押圧することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記変形機構は、前記載置部の下面側の圧力可変空間を加圧して、当該載置部を押圧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. 前記載置部において中心部の厚みは外周部の厚みより大きいことを特徴とする、請求項３に記載の接合装置。
  5. 前記載置部の下面は複数の領域に区画され、
    前記変形機構は、前記領域毎に前記載置部にかかる圧力を設定可能であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の接合装置。
  6. 前記変形機構は、前記圧力可変空間を減圧することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
  7. 前記変形機構は、複数のアクチュエータを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。
  8. 前記複数のアクチュエータのうち、一のアクチュエータは前記載置部の中心部を押圧し、他の複数のアクチュエータは前記載置部の外周部を押圧することを特徴とする、請求項７に記載の接合装置。
  9. 前記アクチュエータは、前記載置部にかかる荷重を分散させるための荷重分散板を介して、前記載置部を押圧することを特徴とする、請求項７又は８に記載の接合装置。
  10. 前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、
    前記基台部の上面には、前記載置部を真空引きして吸着保持するための吸引溝が形成されていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の接合装置。
  11. 前記第２の保持部は、前記載置部の変位量を測定する測定部をさらに有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の接合装置。
  12. 請求項１〜１１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。
  13. 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機構と、を有し、
    前記第２の保持部は、
    第２の基板を載置し、鉛直方向及び水平方向に伸縮自在の載置部と、
    前記載置部において中心部の高さが外周部の高さより高くなるように、当該載置部を下方から押圧して変形させる変形機構と、を有し、
    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、
    前記変形機構によって前記載置部の中心部を上方に突出させた状態で、前記第２の保持部で第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、前記押動機構を降下させ、当該押動機構によって第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。
  14. 前記第２の保持工程において、前記変形機構によって中心部が上方に突出した前記載置部に載置された第２の基板の形状は、
    前記押圧工程において、前記押動機構によって中心部が押圧された第１の基板の形状と上下対称であることを特徴とする、請求項１３に記載の接合方法。
  15. 前記第２の保持工程において、前記変形機構は、前記載置部の下面側の圧力可変空間を加圧して、当該載置部を押圧することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の接合方法。
  16. 前記載置部において中心部の厚みは外周部の厚みより大きいことを特徴とする、請求項１５に記載の接合方法。
  17. 前記載置部の下面は複数の領域に区画され、
    前記第２の保持工程において、前記変形機構は、前記領域毎に圧力を設定して前記載置部を押圧することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の接合方法。
  18. 前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、
    前記第２の保持工程の前に、前記変形機構によって前記圧力可変空間を減圧し、前記基台部に前記載置部を吸着した状態で、当該載置部の上面の平面形状を調節することを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の接合方法。
  19. 前記変形機構は、複数のアクチュエータを有し、
    前記第２の保持工程において、前記複数のアクチュエータが前記載置部を押圧することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の接合方法。
  20. 前記複数のアクチュエータのうち、一のアクチュエータは前記載置部の中心部を押圧し、他の複数のアクチュエータは前記載置部の外周部を押圧することを特徴とする、請求項１９に記載の接合方法。
  21. 前記アクチュエータは、前記載置部にかかる荷重を分散させるための荷重分散板を介して、前記載置部を押圧することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の接合方法。
  22. 前記第２の保持部は、前記載置部を支持する基台部をさらに有し、
    前記基台部の上面には、前記載置部を真空引きして吸着保持するための吸引溝が形成され、
    前記第２の保持工程の前に、前記吸引溝を介して前記基台部に前記載置部を吸着した状態で、当該載置部の上面の平面形状を調節することを特徴とする、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の接合方法。
  23. 前記第２の保持部は、前記載置部の変位量を測定する測定部をさらに有し、
    前記第２の保持工程において、前記測定部で測定された前記載置部の変位量に基づいて、前記変形機構の動作を制御することを特徴とする、請求項１３〜２２のいずれか一項に記載の接合方法。
  24. 請求項１３〜２３のいずれ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。
  25. 請求項２４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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