JP2018147944A - 接合装置および接合システム - Google Patents

Abstract

【課題】接合後の基板の歪みを抑えること。【解決手段】本実施形態に係る接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、ストライカーとを備える。第１保持部は、第１基板を上方から吸着保持する。第２保持部は、第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する。ストライカーは、第１基板の中心部を上方から押圧して第２基板に接触させる。また、第１保持部は、第１基板の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された複数の吸着領域を有する。複数の吸着領域は、第１基板の外周部を吸着保持する外周吸着領域を含む。外周吸着領域は、周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域と、４つの第１吸着領域の周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域とを含む。【選択図】図１０

Description

開示の実施形態は、接合装置および接合システムに関する。

従来、半導体ウェハ等の基板同士を接合する接合装置として、分子間力によって基板同士を接合する接合装置が知られている。

この種の接合装置では、上側基板の外縁の全周を保持し、この保持した上側基板の中心部をストライカーにより押し下げて下側基板の中心部に接触させる。これにより、まず、上側基板および下側基板の中心部同士が分子間力によって接合して接合領域が形成される。その後、基板の外周部に向けて接合領域が拡大していく所謂ボンディングウェーブが発生する。これにより、上側基板と下側基板とが全面で接合される（特許文献１参照）。

接合後の基板の歪みを抑えるためには、ボンディングウェーブが、基板の中心部から外周部に向けて均等にすなわち同心円状に拡大していくことが好ましい。

特開２０１５−０９５５７９号公報

しかしながら、ボンディングウェーブは、実際には同心円状ではなく不均一に拡大する。これは、たとえば、基板の物性、たとえばヤング率やポアソン比等に異方性があり、かかる異方性の影響により、特定の結晶方向におけるボンディングウェーブの速度が他の結晶方向と比較して速くあるいは遅くなるためであると考えられる。

実施形態の一態様は、接合後の基板の歪みを抑えることができる接合装置および接合システムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、ストライカーとを備える。第１保持部は、第１基板を上方から吸着保持する。第２保持部は、第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する。ストライカーは、第１基板の中心部を上方から押圧して第２基板に接触させる。また、第１保持部は、第１基板の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された複数の吸着領域を有する。複数の吸着領域は、第１基板の外周部を吸着保持する外周吸着領域を含む。外周吸着領域は、周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域と、４つの第１吸着領域の周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域とを含む。

実施形態の一態様によれば、接合後の基板の歪みを抑えることができる。

図１は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式平面図である。 図２は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式側面図である。 図３は、第１基板および第２基板の模式側面図である。 図４は、接合装置の構成を示す模式平面図である。 図５は、接合装置の構成を示す模式側面図である。 図６は、上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側断面図である。 図７は、従来の接合方法における接合領域の拡大の様子を示す図である。 図８は、従来の接合方法における接合領域の拡大の様子を示す図である。 図９は、上チャックの模式斜視図である。 図１０は、上チャックの模式底面図である。 図１１は、接合システムが実行する処理の一部を示すフローチャートである。 図１２は、接合処理の動作説明図である。 図１３は、接合処理の動作説明図である。 図１４は、接合処理の動作説明図である。 図１５は、接合処理の動作説明図である。 図１６は、接合処理の動作説明図である。 図１７は、接合処理の動作説明図である。 図１８は、第２の実施形態に係る上チャックの模式底面図である。 図１９は、第２の実施形態に係る上チャックにおける大気開放領域周辺の模式側断面図である。 図２０は、第３の実施形態における第１の例に係る上チャックの模式底面図である。 図２１は、第３の実施形態における第２の例に係る上チャックの模式底面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合装置および接合システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．接合システムの構成＞
まず、実施形態に係る接合システムの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式平面図である。図２は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式側面図である。図３は、第１基板および第２基板の模式側面図である。

なお、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。また、図１，２等を含む各図面では、説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略する場合がある。

図１に示す本実施形態に係る接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合基板Ｔを形成する（図３参照）。

第１基板Ｗ１は、例えばシリコンウェハや化合物半導体ウェハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、例えば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、同径である。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。

以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」、重合基板Ｔを「重合ウェハＴ」と記載する場合がある。また、以下では、図３に示すように、上ウェハＷ１の板面のうち、下ウェハＷ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、下ウェハＷ２の板面のうち、上ウェハＷ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。

図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２および処理ステーション３は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２および処理ステーション３の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション２および処理ステーション３は、一体的に接続される。

搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（例えば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ載置される。例えば、カセットＣ１は上ウェハＷ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は下ウェハＷ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合ウェハＴを収容するカセットである。

搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、この搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能であり、載置板１１に載置されたカセットＣ１〜Ｃ３と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬送を行う。

なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１〜Ｃ３の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板１１には、カセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、例えば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）には、第１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Ｙ軸正方向側）には、第２処理ブロックＧ２が設けられる。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Ｘ軸負方向側）には、第３処理ブロックＧ３が設けられる。

第１処理ブロックＧ１には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ２の結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、その後親水化されやすくするように当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。

なお、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また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。そして、かかる酸素イオン又は窒素イオンが、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。

第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０と、接合装置４１とが配置される。表面親水化装置４０は、例えば純水によって上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。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上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を回転させながら、当該上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に純水を供給する。これにより、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に供給された純水が上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。

接合装置４１は、親水化された上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを分子間力により接合する。かかる接合装置４１の構成については、後述する。

第３処理ブロックＧ３には、図２に示すように、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのトランジション（ＴＲＳ）装置５０，５１が下から順に２段に設けられる。

また、図１に示すように、第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所定の装置に上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。

また、図１に示すように、接合システム１は、制御装置７０を備える。制御装置７０は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置７０は、例えばコンピュータであり、図示しない制御部および記憶部を備える。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現する。また、記憶部は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、又は、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置７０の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、例えばハードディスク（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ィスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

＜２．接合装置の構成＞
次に、接合装置４１の構成について図４および図５を参照して説明する。図４は、接合装置４１の構成を示す模式平面図である。図５は、接合装置４１の構成を示す模式側面図である。

図４に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１００を有する。処理容器１００の搬送領域６０側の側面には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハ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の側面に形成される。また、内壁１０３にも、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬入出口１０４が形成される。

搬送領域Ｔ１には、トランジション１１０、ウェハ搬送機構１１１、反転機構１３０および位置調節機構１２０が、例えば搬入出口１０１側からこの順番で並べて配置される。

トランジション１１０は、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを一時的に載置する。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。

ウェハ搬送機構１１１は、図４および図５に示すように、たとえば鉛直方向（Ｚ軸方向）、水平方向（Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。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との間で上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送することが可能である。

位置調節機構１２０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。具体的には、位置調節機構１２０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を保持して回転させる図示しない保持部を備えた基台１２１と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出する検出部１２２と、を有する。位置調節機構１２０は、基台１２１に保持された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を回転させながら検出部１２２を用いて上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出することにより、ノッチ部の位置を調節する。これにより、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きが調節される。

反転機構１３０は、上ウェハＷ１の表裏面を反転させる。具体的には、反転機構１３０は、上ウェハＷ１を保持する保持アーム１３１を有する。保持アーム１３１は、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する。また保持アーム１３１には、上ウェハＷ１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に支持される。保持アーム１３１は、かかる駆動部１３３によって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（Ｘ軸方向）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、保持部材１３２に保持された上ウェハＷ１は、駆動部１３３によって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することができる。また、保持部材１３２に保持された上ウェハＷ１は、駆動部１３３を中心に回動して、位置調節機構１２０と後述する上チャック１４０との間を移動することができる。

処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）を上方から吸着保持する上チャック１４０と、下ウェハＷ２を載置して下ウェハＷ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）を下方から吸着保持する下チャック１４１とが設けられる。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る。

図５に示すように、上チャック１４０は、上チャック１４０の上方に設けられた上チャック保持部１５０に保持される。上チャック保持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられる。上チャック１４０は、上チャック保持部１５０を介して処理容器１００に固定される。

上チャック保持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２の上面（接合面Ｗ２ｊ）を撮像する上部撮像部１５１が設けられている。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、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（Ｘ軸方向）に移動させる。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Ｗ１の下面（接合面Ｗ１ｊ）を撮像する下部撮像部１６１が設けられている（図５参照）。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、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（Ｘ軸方向）に延伸する一対のレール１６２、１６２に取り付けられている。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（Ｙ軸方向）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に沿って水平方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成される。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、上チャック１４０および下チャック１４１の構成について図６を参照して説明する。図６は、上チャック１４０および下チャック１４１の構成を示す模式側断面図である。

図６に示すように、上チャック１４０は、上ウェハＷ１の上面すなわち非接合面Ｗ１ｎ（図３参照）を上方から吸着保持する。

上チャック１４０は、上ウェハＷ１の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された３つの吸着領域Ｒ１〜Ｒ３を有する。３つの吸着領域Ｒ１〜Ｒ３は、外周側から、吸着領域Ｒ１、吸着領域Ｒ２および吸着領域Ｒ３の順に、互いに隣接して配置される。

吸着領域Ｒ１は、上ウェハＷ１の外周部と対向する位置に配置され、上ウェハＷ１の外周部を吸着保持する。吸着領域Ｒ３は、後述する貫通口１７４の周囲を取り囲むように配置され、上ウェハＷ１の中心部の周辺領域（中央領域）を吸着保持する。吸着領域Ｒ２は、上ウェハＷ１の外周部と中央領域との間の領域（中間領域）を吸着保持する。以下、吸着領域Ｒ１を「外周吸着領域Ｒ１」、吸着領域Ｒ２を「中間吸着領域Ｒ２」、吸着領域Ｒ３を「中央吸着領域Ｒ３」と呼ぶ。

上チャック１４０は、上ウェハＷ１と同径もしくは上ウェハＷ１より大きい径を有する本体部１７０を有する。本体部１７０の下面は、上ウェハＷ１の上面と対向する対向面である。

本体部１７０は、上チャック保持部１５０の支持部材１８０によって支持される。支持部材１８０は、平面視において少なくとも本体部１７０を覆うように設けられ、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（図５参照）に支持される。なお、本体部１７０は、処理容器１００の天井面に直接取り付けられてもよい。

本体部１７０は、複数の外周吸引口１７１と、複数の中間吸引口１７２と、複数の中央吸引口１７３とを有する。複数の外周吸引口１７１は、外周吸着領域Ｒ１に設けられる吸引口である。また、複数の中間吸引口１７２は、中間吸着領域Ｒ２に設けられる吸引口であり、複数の中央吸引口１７３は、中央吸着領域Ｒ３に設けられる吸引口である。

また、本体部１７０は、貫通口１７４を有する。貫通口１７４は、上ウェハＷ１の中心部と対向する位置に設けられる。貫通口１７４には、後述するストライカー１９０の押圧ピン１９１が挿通される。

本体部１７０の下面には、上ウェハＷ１の上面に接触する複数のピン３００が設けられる。複数のピン３００は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、高さが数十μｍ〜数百μｍである。複数のピン３００は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。

本体部１７０の下面には、外周吸着領域Ｒ１を他の吸着領域Ｒ２，Ｒ３と区画する外周リブ３０１が、複数のピン３００の外側に設けられている。外周リブ３０１は、環状に形成され、上ウェハＷ１の外周部を全周に亘って支持する。なお、本実施形態において、上ウェハＷ１の外周部とは、たとえば上ウェハＷ１の最外縁から５ｍｍの領域をいう。

また、本体部１７０の下面には、外周リブ３０１よりも内側に中間リブ３０２と中央リブ３０３とが設けられる。

中間リブ３０２および中央リブ３０３は、ともに外周リブ３０１と同心円状に配置された環状の部材である。本実施形態において、外周リブ３０１、中間リブ３０２および中央リブ３０３は、ピン３００と同じ高さに形成される。

中央リブ３０３は、貫通口１７４の周縁に沿って設けられる。中間リブ３０２は、外周リブ３０１と中央リブ３０３との間で、かつ、中央リブ３０３寄りの位置に設けられる。外周リブ３０１と同様、中間リブ３０２および中央リブ３０３は、上ウェハＷ１の上面に当接して上ウェハＷ１を支持する。

このように、外周吸着領域Ｒ１は、外周リブ３０１によって区画され、中間吸着領域Ｒ２は、外周リブ３０１と中間リブ３０２とによって区画され、中央吸着領域Ｒ３は、中間リブ３０２と中央リブ３０３とによって区画される。

複数の外周吸引口１７１は、複数の外周吸引管１７１ａに接続され、複数の外周吸引管１７１ａは、複数の外周吸引装置１７１ｂに接続される。また、複数の中間吸引口１７２は、中間吸引管１７２ａに接続され、中間吸引管１７２ａは、中間吸引装置１７２ｂに接続される。複数の中央吸引口１７３は、中央吸引管１７３ａに接続され、中央吸引管１７３ａは、中央吸引装置１７３ｂに接続される。外周吸引装置１７１ｂ、中間吸引装置１７２ｂおよび中央吸引装置１７３ｂは、たとえば真空ポンプである。

上チャック１４０は、吸着領域Ｒ１〜Ｒ３をそれぞれ外周吸引口１７１、中間吸引口１７２および中央吸引口１７３から真空引きし、吸着領域Ｒ１〜Ｒ３を減圧する。このとき、吸着領域Ｒ１〜Ｒ３の外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷ１は減圧された分だけ大気圧によって吸着領域Ｒ１〜Ｒ３側に押される。これにより、上ウェハＷ１は、上チャック１４０に吸着保持される。

また、外周リブ３０１が上ウェハＷ１の上面の外周部を全周に亘って支持するため、上ウェハＷ１は外周部まで適切に真空引きされる。これにより、上ウェハＷ１の全面を吸着保持することができる。上ウェハＷ１の全面を吸着保持することで、上ウェハＷ１の上面の一部を吸着保持する場合と比較して、上ウェハＷ１の自重による垂れ下がりを抑制することができる。したがって、上ウェハＷ１をより平坦な状態で保持することが可能となる。

また、上ウェハＷ１の上面は複数のピン３００に支持されるため、上ウェハＷ１の真空引きを解除した際に、上ウェハＷ１が上チャック１４０から剥がれ易くなる。

ストライカー１９０は、たとえば支持部材１８０の上面に配置され、押圧ピン１９１と、アクチュエータ部１９２と、直動機構１９３とを備える。押圧ピン１９１は、鉛直方向に沿って延在する円柱状の部材であり、アクチュエータ部１９２によって支持される。

アクチュエータ部１９２は、たとえば電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向（ここでは鉛直下方）に一定の圧力を発生させる。アクチュエータ部１９２は、電空レギュレータから供給される空気により、上ウェハＷ１の中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。

アクチュエータ部１９２は、直動機構１９３に支持される。直動機構１９３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１９２を鉛直方向に移動させる。

ストライカー１９０は、以上のように構成されており、直動機構１９３によってアクチュエータ部１９２の移動を制御し、アクチュエータ部１９２によって押圧ピン１９１による上ウェハＷ１の押圧荷重を制御する。

下チャック１４１は、下ウェハＷ２と同径もしくは下ウェハＷ２より大きい径を有する本体部２００を有する。ここでは、下ウェハＷ２よりも大きい径を有する下チャック１４１を示している。本体部２００の上面は、下ウェハＷ２の下面と対向する対向面である。

本体部２００の上面には、下ウェハＷ２の上面に接触する複数のピン２０１が設けられている。複数のピン２０１は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、高さが数十μｍ〜数百μｍである。複数のピン２０１は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。

また本体部２００の上面には、下側リブ２０２が複数のピン２０１の外側に環状に設けられている。下側リブ２０２は、環状に形成され、下ウェハＷ２の外周部を全周に亘って支持する。なお、本実施形態において、下ウェハＷ２の外周部とは、たとえば下ウェハＷ２の最外縁から５ｍｍの領域をいう。

また、本体部２００は、複数の下側吸引口２０３を有する。複数の下側吸引口２０３は、下側リブ２０２によって囲まれた下側吸着領域Ｒ４に、たとえば３つ設けられる。複数の下側吸引口２０３は、下側吸引管２０３ａに接続され、下側吸引管２０３ａは、下側吸引装置２０３ｂに接続される。下側吸引装置２０３ｂは、たとえば真空ポンプである。

下チャック１４１は、下側吸着領域Ｒ４を下側吸引口２０３から真空引きし、下側吸着領域Ｒ４を減圧する。このとき、下側吸着領域Ｒ４の外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ２は減圧された分だけ大気圧によって下側吸着領域Ｒ４側に押される。これにより、下ウェハＷ２は、下チャック１４１に吸着保持される。

下側リブ２０２が下ウェハＷ２の下面の外周部を全周に亘って支持するため、下ウェハＷ２は外周部まで適切に真空引きされる。これにより、下ウェハＷ２の全面を吸着保持することができる。また、下ウェハＷ２の上面は複数のピン２０１に支持されるため、下ウェハＷ２の真空引きを解除した際に、下ウェハＷ２が下チャック１４１から剥がれ易くなる。

図７および図８に、従来の接合方法における接合領域の拡大の様子を示す。図７に示すように、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２は、表面（接合面）と垂直な方向における結晶方向が［１００］である単結晶シリコンウェハである。上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部Ｎは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の［０１１］結晶方向の外縁に形成される。上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の直径は、たとえば３００ｍｍである。

上ウェハＷ１の中心部を押し下げて下ウェハＷ２の中心部に接触させると、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部とが分子間力により接合されることによって両基板の中心部に接合領域Ａが形成される。その後、接合領域Ａが両基板の中心部から外周部に向かって拡大するボンディングウェーブが発生して、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊ同士が全面で接合される。

ここで、仮に、上ウェハＷ１の外周部の全周を同一のタイミングおよび同一の吸着力で保持し、かつ、同一のタイミングで保持を解除したとすると、接合領域Ａは同心円状ではなく不均一に拡大することとなる。

具体的には、図８に示すように、接合領域Ａは、上ウェハＷ１の中心部から上ウェハＷ１の表面に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を基準とする９０°周期の方向（図８に示す０°、９０°、１８０°、２７０°の方向、以下「９０°方向」と記載する）と比較し、上ウェハＷ１の中心部から上ウェハＷ１の表面に対して平行な［０１０］結晶方向に向かう方向を基準とする９０°周期の方向（図８に示す４５°、１３５°、２２５°、３１５°の方向、以下「４５°方向」と記載する）に速く拡大する。この結果、当初円形状であった接合領域Ａの形状は、拡大するにつれて４５°方向を頂点とする四角形に近づいていくこととなる。

これは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のヤング率等の物性の異方性によるものであると考えられる。

たとえば、単結晶シリコンウェハのヤング率、ポアソン比、せん断弾性係数の値は、９０°周期で変化する。具体的には、単結晶シリコンウェハのヤング率は、９０°方向において最も高くなり、４５°方向において最も低くなる。また、ポアソン比およびせん断弾性係数については、４５°方向において最も高くなり、９０°方向において最も低くなる。

このように、単結晶シリコンウェハはヤング率等の物性に異方性を有することから、上ウェハＷ１に加わるストレス・歪みの分布は、同心円状ではなく不均一な分布となる。そして、この不均一な分布が、接合領域Ａを不均一に拡大させることにより、重合ウェハＴの歪み（ディストーション）を悪化させていると考えられる。

そこで、本実施形態では、上ウェハＷ１の外周部の全周を吸着保持する外周吸着領域Ｒ１を周方向に沿って並ぶ複数の小領域に分割し、分割した小領域ごとに少なくとも吸着期間を制御することで、重合ウェハＴの歪みを抑えることとした。

以下、本実施形態に係る上チャック１４０の構成について図９および図１０を参照して具体的に説明する。図９は、上チャック１４０の模式斜視図であり、図１０は、上チャック１４０の模式底面図である。

図９および図１０に示すように、上チャック１４０の外周吸着領域Ｒ１は、第１吸着領域Ｒ１＿１〜第４吸着領域Ｒ１＿４に分割される。第１吸着領域Ｒ１＿１〜第４吸着領域Ｒ１＿４は、同一の吸着面積を有する円弧形状の領域であり、周方向に隙間なく配列される。

外周吸着領域Ｒ１は、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１と、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２と、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３と、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４とを有する。

４つの第１吸着領域Ｒ１＿１は、周方向に９０°間隔で配置される。具体的には、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１は、上ウェハＷ１における４５°方向（４５°、１３５°、２２５°、３１５°の方向）にそれぞれ配置される。８つの第２吸着領域Ｒ１＿２は、各第１吸着領域Ｒ１＿１の周方向両端にそれぞれ１つずつ配置される。

４つの第３吸着領域Ｒ１＿３は、上述した４つの第１吸着領域Ｒ１＿１に対して周方向に４５°ずれた位置に配置される。具体的には、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３は、上ウェハＷ１における９０°方向（０°、９０°、１８０°、２７０°の方向）にそれぞれ配置される。８つの第４吸着領域Ｒ１＿４は、各第３吸着領域Ｒ１＿３の周方向両端にそれぞれ１つずつ配置される。

外周吸着領域Ｒ１を他の領域（中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３）と区画する外周リブ３０１（図６参照）は、４つの第１リブ部３０１＿１と、８つの第２リブ部３０１＿２と、４つの第３リブ部３０１＿３と、８つの第４リブ部３０１＿４とを有する。

４つの第１リブ部３０１＿１は、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１の各々を他の領域と区画する。８つの第２リブ部３０１＿２は、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２の各々を他の領域と区画する。４つの第３リブ部３０１＿３は、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３の各々を他の領域と区画する。８つの第４リブ部３０１＿４は、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４の各々を他の領域と区画する。

そして、各第１リブ部３０１＿１は、隣接する２つの第２リブ部３０１＿２と連結され、各第２リブ部３０１＿２は、隣接する第１リブ部３０１＿１および第４リブ部３０１＿４と連結される。また、各第３リブ部３０１＿３は、隣接する２つの第４リブ部３０１＿４と連結され、各第４リブ部３０１＿４は、隣接する第２リブ部３０１＿２および第３リブ部３０１＿３と連結される。

このように、第１リブ部３０１＿１〜第４リブ部３０１＿４は、隣接する他のリブ部と互いに連結されている。言い換えれば、第１リブ部３０１＿１〜第４リブ部３０１＿４は、周方向に隙間なく配列されている。

また、中間吸着領域Ｒ２は、外周リブ３０１と中間リブ３０２とによって他の領域と区画され、中央吸着領域Ｒ３は、中間リブ３０２と中央リブ３０３とによって区画される。

このように、中央吸着領域Ｒ３（第５吸着領域の一例）は、中央リブ３０３を介して貫通口１７４に隣接するとともに、中間リブ３０２を介して中間吸着領域Ｒ２に隣接し、中間吸着領域Ｒ２（第６吸着領域の一例）は、外周リブ３０１を介して外周吸着領域Ｒ１と隣接する。したがって、上チャック１４０によれば、外周吸着領域Ｒ１、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３により上ウェハＷ１の上面の全面を吸着することができる。

図１０に示すように、上チャック１４０は、外周吸引口１７１（図６参照）として、各第１吸着領域Ｒ１＿１に設けられる４つの第１吸引口１７１＿１と、各第２吸着領域Ｒ１＿２に設けられる８つの第２吸引口１７１＿２と、各第３吸着領域Ｒ１＿３に設けられる４つの第３吸引口１７１＿３と、各第４吸着領域Ｒ１＿４に設けられる８つの第４吸引口１７１＿４とを有する。

４つの第１吸引口１７１＿１は、第１吸引管１７１ａ＿１を介して単一の第１吸引装置１７１ｂ＿１に接続される。８つの第２吸引口１７１＿２は、第２吸引管１７１ａ＿２を介して単一の第２吸引装置１７１ｂ＿２に接続される。４つの第３吸引口１７１＿３は、第３吸引管１７１ａ＿３を介して単一の第３吸引装置１７１ｂ＿３に接続される。８つの第４吸引口１７１＿４は、第４吸引管１７１ａ＿４を介して単一の第４吸引装置１７１ｂ＿４に接続される。第１吸引装置１７１ａ＿１〜第４吸引装置１７１ａ＿４は、たとえば真空ポンプであり、制御装置７０（図１参照）によって制御される。

このように、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１は単一の第１吸引装置１７１ｂ＿１に接続され、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２は単一の第２吸引装置１７１ｂ＿２に接続され、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３は単一の第３吸引装置１７１ｂ＿３に接続され、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４は単一の第４吸引装置１７１ｂ＿４に接続される。

これにより、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１についての真空引きの開始タイミングおよび終了タイミングならびに真空度が同期される。言い換えれば、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１は、上ウェハＷ１の吸着タイミングおよび吸着解除タイミング（すなわち吸着期間）ならびに吸着力が一括制御される。同様に、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２は、吸着期間および吸着力が一括制御され、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３は、吸着期間および吸着力が一括制御され、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４は、吸着期間および吸着力が一括制御される。

なお、ここでは、理解を容易にするため、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１のうち１つの第１吸着領域Ｒ１＿１についての配管構成のみを示し、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２のうち２つの第２吸着領域Ｒ１＿２についての配管構成のみを示している。同様に、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３のうち１つの第３吸着領域Ｒ１＿３についての配管構成のみを示し、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４のうち２つの第４吸着領域Ｒ１＿４についての配管構成のみを示している。

また、図１０に示すように、上チャック１４０は、中間吸着領域Ｒ２に４つの中間吸引口１７２を有する。４つの中間吸引口１７２は、たとえば周方向に９０°間隔で配置される。４つの中間吸引口１７２は、中間吸引管１７２ａを介して単一の中間吸引装置１７２ｂに接続される。

また、上チャック１４０は、中央吸着領域Ｒ３に４つの中央吸引口１７３を有する。４つの中央吸引口１７３は、たとえば周方向に９０°間隔で配置される。４つの中央吸引口１７３は、中央吸引管１７３ａを介して単一の中央吸引装置１７３ｂに接続される。

このように、上チャック１４０は、外周吸着領域Ｒ１、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３ごとに、吸着期間および吸着力が制御可能に構成される。さらに、上チャック１４０の外周吸着領域Ｒ１は、第１吸着領域Ｒ１＿１〜第４吸着領域Ｒ１＿４ごとに、吸着期間および吸着力が制御可能に構成される。

＜３．接合システムの具体的動作＞
次に、接合システム１の具体的な動作について図１１〜図１７を参照して説明する。図１１は、接合システム１が実行する処理の一部を示すフローチャートである。図１２〜図１７は、接合処理の動作説明図である。図１１に示す各処理は、制御装置７０による制御に基づいて実行される。

まず、複数枚の上ウェハＷ１を収容したカセットＣ１、複数枚の下ウェハＷ２を収容したカセットＣ２、および空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の上ウェハＷ１が取り出され、処理ステーション３の第３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Ｗ１は、搬送装置６１によって第１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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊに照射されて、当該接合面Ｗ１ｊがプラズマ処理される。これにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが改質される（ステップＳ１０１）。

次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２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Ｗ１を回転させながら、当該上ウェハＷ１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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ１ｊが親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが洗浄される（ステップＳ１０２）。

次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２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Ｗ１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Ｗ１の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。

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Ｗ１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Ｗ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ１が受け渡される。上ウェハＷ１は、ノッチ部Ｎを予め決められた方向、すなわち、第３吸着領域Ｒ１＿３が設けられる方向に向けた状態で、上チャック１４０にその非接合面Ｗ１ｎが吸着保持される（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５において、制御装置７０は、外周吸引装置１７１ｂ（第１吸引装置１７１ｂ＿１〜第４吸引装置１７１ｂ＿４）、中間吸引装置１７２ｂおよび中央吸引装置１７３ｂのうち中央吸引装置１７３ｂを動作させる。これにより、上チャック１４０は、外周吸着領域Ｒ１、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３のうち中央吸着領域Ｒ３を用いて上ウェハＷ１の中央領域を他の領域に先行して吸着保持する（図１２参照）。

その後、制御装置７０は、外周吸引装置１７１ｂおよび中間吸引装置１７２ｂを同時に動作させる。これにより、上チャック１４０は、外周吸着領域Ｒ１、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３の全てを用いて上ウェハＷ１の上面の全面を吸着保持する（図１３参照）。

このように、上チャック１４０は、中央吸着領域Ｒ３を用いて上ウェハＷ１を吸着保持した後、中間吸着領域Ｒ２および外周吸着領域Ｒ１を用いて上ウェハＷ１を吸着保持する。

上ウェハＷ１は、中心部を頂点として上向きまたは下向きに反っている場合がある。上ウェハＷ１の反りは、上ウェハＷ１が上チャック１４０に吸着保持されることで矯正されるが、上ウェハＷ１の全面を同時に吸着すると、上ウェハＷ１に皺が寄るおそれがある。

そこで、接合装置４１では、上ウェハＷ１の中央領域を先に保持した後で、その他の領域を吸着保持することとした。これにより、上ウェハＷ１に皺を作ることなく上ウェハＷ１の反りを矯正することができる。したがって、上ウェハＷ１の全面を同時に吸着する場合と比較して、より平坦な状態で上ウェハＷ１を保持することができる。

なお、制御装置７０は、外周吸引装置１７１ｂと中間吸引装置１７２ｂを同時ではなく、中間吸引装置１７２ｂ、外周吸引装置１７１ｂの順に動作させてもよい。すなわち、上チャック１４０は、中央吸着領域Ｒ３、中間吸着領域Ｒ２および外周吸着領域Ｒ１の順に上ウェハＷ１を吸着保持するようにしてもよい。これにより、上ウェハＷ１に皺が寄ることをより確実に防止することができる。

上ウェハＷ１に上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が行われている間、下ウェハＷ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の下ウェハＷ２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Ｗ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの改質は、上述したステップＳ１０１と同様である。

その後、下ウェハＷ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面Ｗ２ｊが洗浄される（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０７における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの親水化および洗浄は、上述したステップＳ１０２と同様である。

その後、下ウェハＷ２は、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Ｗ２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Ｗ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。

その後、下ウェハＷ２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に吸着保持される（ステップＳ１０９）。下ウェハＷ２は、ノッチ部Ｎを予め決められた方向、すなわち、上ウェハＷ１のノッチ部Ｎと同じ方向に向けた状態で、下チャック１４１にその非接合面Ｗ２ｎ（図３参照）が吸着保持される。

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１と下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１と下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２との鉛直方向位置の調節を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、第１の下チャック移動部１６０が下チャック１４１を鉛直上方に移動させることによって、下ウェハＷ２を上ウェハＷ１に接近させる。これにより、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間隔は所定の距離、たとえば５０μｍ〜２００μｍに調整される。

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１と下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２との接合を行う（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の処理は、第１〜第４吸着領域Ｒ１＿１〜Ｒ１＿４、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３による上ウェハＷ１の吸着解除タイミングを個別に制御しつつ行われる。

図１４に示すように、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３による上ウェハＷ１の吸着保持を解除した後またはこれらの吸着保持を解除するのと同時に、ストライカー１９０の押圧ピン１９１を下降させることによって、上ウェハＷ１の中心部を押し下げる。

このように、ストライカー１９０により上ウェハＷ１を押し下げる直前まで、中央吸着領域Ｒ３を用いて上ウェハＷ１の中央領域を吸着保持しておくことで、上ウェハＷ１の中心部の自重たわみ（たとえば１μｍ程度）を抑えることができる。これにより、ステップＳ１１１において上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との間隔をたとえば３０μｍ未満の狭ギャップに設定した場合であっても、上チャック１４０と下チャック１４１の平行度調整の困難性が高まることを防止することができる。

なお、中央吸着領域Ｒ３による上ウェハＷ１の吸着保持を解除した後または解除するのと同時に押圧ピン１９１を降下させて上ウェハＷ１の中心部を押し下げた後で、中間吸着領域Ｒ２による上ウェハＷ１の吸着保持を解除するようにしてもよい。

ストライカー１９０による押し下げによって、上ウェハＷ１の中心部が下ウェハＷ２の中心部に接触し、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部とが所定の力で押圧されると、押圧された上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部との間で接合が開始する。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０１，Ｓ１０６において改質されているため、まず、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が接合される。さらに、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０２，Ｓ１０７において親水化されているため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間の親水基が水素結合し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。このようにして、接合領域Ａ（図７参照）が形成される。

その後、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との間では、図１５に示すように、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の中心部から外周部に向けて接合領域Ａが拡大していくボンディングウェーブが発生する。

その後、図１６に示すように、押圧ピン１９１によって上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部を押圧した状態で、外周吸着領域Ｒ１による上ウェハＷ１の吸着保持を解除する。これにより、図１７に示すように、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが全面で当接し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合される。

一例として、上チャック１４０は、ボンディングウェーブが速く拡大する４５°方向に配置された４つの第１吸着領域Ｒ１＿１による上ウェハＷ１の吸着保持を第２吸着領域Ｒ１＿２、第３吸着領域Ｒ１＿３および第４吸着領域Ｒ１＿４よりも遅いタイミングで解除する。

たとえば、上チャック１４０は、第１吸着領域Ｒ１＿１から遠い順に、すなわち、第４吸着領域Ｒ１＿４、第３吸着領域Ｒ１＿３および第２吸着領域Ｒ１＿２の順に、上ウェハＷ１の吸着保持を解除していき、最後に第１吸着領域Ｒ１＿１による上ウェハＷ１の吸着保持を解除する。

このように、接合領域Ａが最も遅く拡大する９０°方向に配置された第４吸着領域Ｒ１＿４の吸着保持を最初に解除し、接合領域Ａが最も速く拡大する４５°方向に配置された第１吸着領域Ｒ１＿１の吸着保持を最後に解除することで、上ウェハＷ１の外周部の全周を同時に開放した場合と比較して、ボンディングウェーブの不均一さを緩和することができる。これにより、接合領域Ａが同心円状に近い状態で拡大するようになるため、重合ウェハＴの歪み（ディストーション）を低減することができる。

なお、第１吸着領域Ｒ１＿１〜第４吸着領域Ｒ１＿４の吸着解除タイミングは、上述した例に限定されるものではなく、接合領域Ａの拡がり方に応じて適宜設定可能である。たとえば、上チャック１４０は、中間吸着領域Ｒ２および中央吸着領域Ｒ３による吸着保持を解除するのと同時に、第３吸着領域Ｒ１＿３または第３吸着領域Ｒ１＿３および第４吸着領域Ｒ１＿４による吸着保持を解除してもよい。また、上チャック１４０は、たとえば、接合領域Ａが比較的同心円状に近い状態で拡大する上ウェハＷ１に対しては、第１吸着領域Ｒ１＿１および第２吸着領域Ｒ１＿２による吸着保持を同時に解除してもよい。

また、接合装置４１には、他の上ウェハＷ１と異方性が４５°ずれた上ウェハＷ１が搬入される可能性がある。このような場合には、９０°方向に配置された４つの第４吸着領域Ｒ１＿４による上ウェハＷ１の吸着保持を最後に解除するようにしてもよい。

このように、本実施形態に係る上チャック１４０は、第１吸着領域Ｒ１＿１および第２吸着領域Ｒ１＿２だけでなく、第３吸着領域Ｒ１＿３および第４吸着領域Ｒ１＿４を備えることで、他の上ウェハＷ１と異方性が４５°ずれた上ウェハＷ１が搬入された場合であっても、重合ウェハＴの歪みを低減することができる。

また、上述した例では、吸着期間を第１吸着領域Ｒ１＿１〜第４吸着領域Ｒ１＿４ごとに制御することとしたが、吸着期間に代えてあるいは吸着期間とともに、吸着力を制御するようにしてもよい。

たとえば、９０°方向に配置される第４吸着領域Ｒ１＿４を４５°方向に配置される第１吸着領域Ｒ１＿１よりも弱い力で吸着保持してもよい。一例として、上チャック１４０は、第２吸着領域Ｒ１＿２の吸着力を第１吸着領域Ｒ１＿１の吸着力（第１吸着力）よりも弱い第２吸着力とし、第３吸着領域Ｒ１＿３の吸着力を第２吸着力よりも弱い第３吸着力とし、第４吸着領域Ｒ１＿４の吸着力を第３吸着力よりも弱い第４吸着力としてもよい。吸着力の調整は、たとえば、各吸引装置の前段に圧力調整器を設け、制御装置７０がかかる圧力調整器を制御することにより実現可能である。

図１７に示すように、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが全面において接合された後、押圧ピン１９１を上チャック１４０まで上昇させ、下チャック１４１による下ウェハＷ２の吸着保持を解除する。その後、重合ウェハＴは、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の搬送装置２２によってカセットＣ３に搬送される。こうして、一連の接合処理が終了する。

上述してきたように、本実施形態に係る接合装置４１は、上チャック１４０（第１保持部の一例）と、下チャック１４１（第２保持部の一例）と、ストライカー１９０とを備える。上チャック１４０は、上ウェハＷ１（第１基板の一例）を上方から吸着保持する。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に配置され、下ウェハＷ２（第２基板の一例）を下方から吸着保持する。ストライカー１９０は、上ウェハＷ１の中心部を上方から押圧して下ウェハＷ２に接触させる。

また、上チャック１４０は、上ウェハＷ１の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された複数の吸着領域Ｒ１〜Ｒ３を有する。複数の吸着領域Ｒ１〜Ｒ３は、上ウェハＷ１の外周部を吸着保持する外周吸着領域Ｒ１を含む。外周吸着領域Ｒ１は、周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域Ｒ１＿１と、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１の周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域Ｒ１＿２とを含む。

また、本実施形態に係る接合装置４１において、複数の第２吸着領域は、各第１吸着領域の周方向両端にそれぞれ１つずつ合計８つ配置される。そして、外周吸着領域は、４つの第１吸着領域に対して周方向に４５°ずれた位置に配置され、一括制御される４つの第３吸着領域と、各第３吸着領域の周方向両端にそれぞれ１つずつ配置され、一括制御される８つの第４吸着領域とをさらに含む。

したがって、本実施形態に係る接合装置４１によれば、重合ウェハＴの歪みを抑えることができる。

上述した第１の実施形態では、中間リブ３０２が、ピン３００と同じ高さに形成されて上ウェハＷ１の上面に当接する場合の例について説明したが、中間リブ３０２は、ピン３００より低く形成されてもよい。すなわち、中間リブ３０２は、上ウェハＷ１の上面に当接しない非接触リブとして形成されてもよい。

この場合、中間吸着領域Ｒ２と中央吸着領域Ｒ３とは、非接触リブによって区画されるため、中央吸引口１７３からの真空引きを開始すると、中央吸着領域Ｒ３、中間吸着領域Ｒ２の順に真空引きが行われることとなる。そうすると、上ウェハＷ１は、まず、中央吸着領域Ｒ３によって吸着保持された後、中間吸着領域Ｒ２によって吸着保持されることとなる。

このように、中央吸着領域Ｒ３と中間吸着領域Ｒ２との境界に配置される中間リブ３０２をピン３００よりも低い非接触リブとすることで、上述したステップＳ１０５（図１２および図１３）の動作を単一の吸引装置（中央吸引装置１７３ｂ）で実現することが可能となる。

（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係る上チャックの模式底面図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１８に示すように、第２の実施形態に係る上チャック１４０Ａは、外側吸着領域Ｒ１と中間吸着領域Ｒ２との間に、大気と連通する大気開放領域Ｒ４を有する。

具体的には、上チャック１４０Ａは、外周リブ３０１と中間リブ３０２との間に、第４のリブ３０４を有する。第４のリブ３０４は、外周リブ３０１側に寄せて、外周リブ３０１、中間リブ３０２および中央リブ３０３と同心円状に配置される。

大気開放領域Ｒ４は、外周リブ３０１と第４のリブ３０４とによって区画される領域である。大気開放領域Ｒ４には、複数の大気導入口１７５が設けられている。なお、大気導入口１７５の形状は、平面視円形に限らず、たとえばスリット状等であってもよい。

図１９は、第２の実施形態に係る上チャック１４０Ａにおける大気開放領域Ｒ４周辺の模式側断面図である。

図１９に示すように、第２の実施形態に係る上チャック１４０Ａにおいて、中間吸着領域Ｒ２は、大気開放領域Ｒ４を介して外周吸着領域Ｒ１に隣接する。

このため、仮に、外周リブ３０１と上ウェハＷ１との間に異物が挟まり、外周リブ３０１と上ウェハＷ１との間に隙間Ｐが生じた場合であっても、外周吸引装置１７１ｂは、大気開放領域Ｒ４の大気導入口１７５から導入される大気を、隙間Ｐ、外周吸引口１７１および外周吸引管１７１ａを介して吸引することとなる。

このように、第２の実施形態に係る上チャック１４０Ａによれば、外周吸着領域Ｒ１において吸引漏れが生じた場合であっても、吸引漏れの影響が中間吸着領域Ｒ２に及ぶことを防止することができる。

したがって、図１４および図１５に示すように、中央吸着領域Ｒ３および中間吸着領域Ｒ２による真空引きを停止して、外周吸着領域Ｒ１のみで上ウェハＷ１を保持している状態において、外周吸着領域Ｒ１の吸引漏れによって中間吸着領域Ｒ２が吸引されて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合が阻害される事態を防止することができる。

（第３の実施形態）
上述した各実施形態では、外周吸着領域Ｒ１が、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１と、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２と、４つの第３吸着領域Ｒ１＿３と、８つの第４吸着領域Ｒ１＿４とを備える場合の例について説明した。しかし、外周吸着領域Ｒ１は、必ずしも第３吸着領域Ｒ１＿３および第４吸着領域Ｒ１＿４を備えることを要しない。

そこで、以下では、第３吸着領域Ｒ１＿３および第４吸着領域Ｒ１＿４を備えない外周吸着領域Ｒ１の構成例について図２０を参照して説明する。図２０は、第３の実施形態における第１の例に係る上チャックの模式底面図である。また、図２１は、第３の実施形態における第２の例に係る上チャックの模式底面図である。

図２０に示すように、第１の例に係る上チャック１４０Ｂにおいて、外周吸着領域Ｒ１’は、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１’と、各第１吸着領域Ｒ１＿１’の周方向両端に１つずつ配置される８つの第２吸着領域Ｒ１＿２’とを有する。上述した各実施形態と同様に、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１’は、吸着期間等が制御装置７０によって一括制御され、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２’も、吸着期間等が制御装置７０によって一括制御される。

上チャック１４０Ｂは、外周リブ３０１Ｂを備える。外周リブ３０１Ｂは、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１’を区画する４つの第１リブ部３０１Ｂ＿１と、８つの第２吸着領域Ｒ１＿２’を区画する８つの第２リブ部３０１Ｂ＿２と、４つの第５リブ部３０１Ｂ＿５とを備える。第１リブ部３０１Ｂ＿１および第２リブ部３０１Ｂ＿２は、たとえば、上述した第１リブ部３０１＿１および第２リブ部３０１＿２と同様の形状を有する。

４つの第５リブ部３０１Ｂ＿５は、円弧形状を有し、９０°方向（０°、９０°、１８０°、２７０°の方向）に９０°間隔で配置される。各第５リブ部３０１Ｂ＿５は、周方向両端において隣接する第２リブ部３０１Ｂ＿２と連結される。

これにより、外周リブ３０１Ｂは、上ウェハＷ１の外周部を全周に亘って支持することができる。また、上述した各実施形態に係る上チャック１４０，１４０Ａと同様に、外周リブ３０１Ｂと中間リブ３０２との間には中間吸着領域Ｒ２が形成されるため、上ウェハＷ１の全面を吸着保持することができる。

また、第２の例に係る上チャック１４０Ｃにおいて、外周吸着領域Ｒ１''は、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１''と、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１''の周方向両端に配置される４つの第２吸着領域Ｒ１＿２''とを有する。上述した各実施形態と同様に、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１''は、吸着期間等が制御装置７０によって一括制御され、４つの第２吸着領域Ｒ１＿２''も、吸着期間等が制御装置７０によって一括制御される。

上チャック１４０Ｃは、外周リブ３０１Ｃを備える。外周リブ３０１Ｃは、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１''を区画する４つの第１リブ部３０１Ｃ＿１と、４つの第２吸着領域Ｒ１＿２''を区画する４つの第２リブ部３０１Ｃ＿２とを備える。第１リブ部３０１Ｃ＿１と第２リブ部３０１Ｃ＿２とは、周方向に交互に配置され、各第１リブ部３０１Ｃ＿１は隣接する２つの第２リブ部３０１Ｃ＿２と連結され、各第２リブ部３０１Ｃ＿２は隣接する２つの第１リブ部３０１Ｃ＿１と連結される。

これにより、外周リブ３０１Ｃは、上ウェハＷ１の外周部を全周に亘って支持することができる。また、上述した各実施形態に係る上チャック１４０，１４０Ａと同様に、外周リブ３０１Ｃと中間リブ３０２との間には中間吸着領域Ｒ２が形成されるため、上ウェハＷ１の全面を吸着保持することができる。

このように、上チャック１４０Ｂ，１４０Ｃが備える外周吸着領域Ｒ１’，Ｒ１''は、少なくとも、周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域Ｒ１＿１’，Ｒ１＿１''と、４つの第１吸着領域Ｒ１＿１’，Ｒ１＿１''の周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域Ｒ１＿２’，Ｒ１＿２''とを含んでいればよい。

その他、上述した実施形態では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２が、単結晶シリコンウェハである場合について説明したが、基板の種類は単結晶シリコンウェハに限定されない。すなわち、上チャックおよび下チャックの吸着領域の配置は、４５°方向および９０°方向に限定されず、保持する基板の物性の異方性に合わせた配置とすればよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ａ 接合領域
Ｒ１ 外周吸着領域
Ｒ１＿１〜Ｒ１＿４ 第１吸着領域〜第４吸着領域
Ｒ２ 中間吸着領域
Ｒ３ 中央吸着領域
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 上ウェハ
Ｗ２ 下ウェハ
４１ 接合装置
１４０ 上チャック
１４１ 下チャック
１７０ 本体部
１７１ 外周吸引口
１７２ 中間吸引口
１７３ 中央吸引口
１７４ 貫通口
１９０ ストライカー
３０１ 外周リブ
３０１＿１〜３０１＿４ 第１リブ部〜第４リブ部
３０２ 中間リブ
３０３ 中央リブ

Claims (9)

1. 第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
   前記第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
   前記第１基板の中心部を上方から押圧して前記第２基板に接触させるストライカーと
   を備え、
   前記第１保持部は、
   前記第１基板の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された複数の吸着領域を有し、
   前記複数の吸着領域は、
   前記第１基板の外周部を吸着保持する外周吸着領域
   を含み、
   前記外周吸着領域は、
   周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域と、
   前記４つの第１吸着領域の前記周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域と
   を含むことを特徴とする接合装置。
2. 前記４つ以上の第２吸着領域は、
   各前記第１吸着領域の前記周方向両端にそれぞれ１つずつ合計８つ配置され、
   前記外周吸着領域は、
   前記４つの第１吸着領域に対して前記周方向に４５°ずれた位置に配置され、一括制御される４つの第３吸着領域と、
   各前記第３吸着領域の前記周方向両端にそれぞれ１つずつ配置され、一括制御される８つの第４吸着領域と
   を含む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保持部は、
   前記第１基板との対向面を有する本体部と、
   前記対向面に設けられ、前記外周吸着領域を他の領域と区画する外周リブと
   を備え、
   前記外周リブは、
   前記４つの第１吸着領域の各々を他の領域と区画する４つの第１リブ部と、
   前記８つの第２吸着領域の各々を他の領域と区画する８つの第２リブ部と、
   前記４つの第３吸着領域の各々を他の領域と区画する４つの第３リブ部と、
   前記８つの第４吸着領域の各々を他の領域と区画する８つの第４リブ部と
   を備え、
   前記第１リブ部は、隣接する２つの前記第２リブ部と連結され、
   前記第２リブ部は、隣接する前記第１リブ部および前記第４リブ部と連結され、
   前記第３リブ部は、隣接する２つの前記第４リブ部と連結され、
   前記第４リブ部は、隣接する前記第２リブ部および前記第３リブ部と連結されること
   を特徴とする請求項２に記載の接合装置。
4. 前記本体部は、
   前記第１基板の中心部と対向する位置に設けられ、前記ストライカーが挿通される貫通口
   を備え、
   前記複数の吸着領域は、
   前記貫通口に隣接して前記貫通口の周囲を取り囲む第５吸着領域と、
   前記第５吸着領域に隣接して前記第５吸着領域を取り囲む第６吸着領域と
   を含み、
   前記第１保持部は、
   前記第５吸着領域を用いて前記第１基板を吸着保持した後、前記第６吸着領域を用いて前記第１基板を吸着保持すること
   を特徴とする請求項３に記載の接合装置。
5. 前記第１保持部は、
   前記本体部に設けられ、前記第１基板に接触する複数のピンと、
   前記第５吸着領域と前記第６吸着領域との境界に配置され、前記複数のピンよりも低い高さを有する非接触リブと
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の接合装置。
6. 前記第６吸着領域は、
   前記外周吸着領域に隣接すること
   を特徴とする請求項４または５に記載の接合装置。
7. 前記第１保持部は、
   前記複数の吸着領域と同心円状に配置され、大気と連通する大気開放領域
   を備え、
   前記第６吸着領域は、
   前記大気開放領域を介して前記外周吸着領域に隣接すること
   を特徴とする請求項４または５に記載の接合装置。
8. 前記第１保持部は、
   第１吸引装置と、
   前記第１吸引装置と前記４つの第１吸着領域とを接続する第１吸引管と、
   第２吸引装置と、
   前記第２吸引装置と前記８つの第２吸着領域とを接続する第２吸引管と、
   第３吸引装置と、
   前記第３吸引装置と前記４つの第３吸着領域とを接続する第３吸引管と、
   第４吸引装置と、
   前記第４吸引装置と前記８つの第４吸着領域とを接続する第４吸引管と
   を備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の接合装置。
9. 第１基板および第２基板の表面を改質する表面改質装置と、
   改質された前記第１基板および前記第２基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   親水化された前記第１基板と前記第２基板とを分子間力により接合する接合装置と
   を備え、
   前記接合装置は、
   前記第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
   前記第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
   前記第１基板の中心部を上方から押圧して前記第２基板に接触させるストライカーと
   を備え、
   前記第１保持部は、
   前記第１基板の中心部に対向する位置を中心に同心円状に区画された複数の吸着領域を有し、
   前記複数の吸着領域は、
   前記第１基板の外周部を吸着保持する外周吸着領域
   を含み、
   前記外周吸着領域は、
   周方向に９０°間隔で配置され、一括制御される４つの第１吸着領域と、
   前記４つの第１吸着領域の前記周方向両端に配置され、一括制御される４つ以上の第２吸着領域と
   を含むことを特徴とする接合システム。

Images