JP2020127045A - 接合装置、接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

接合装置、接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】第１の基板を保持する第１の保持部と第２の基板を保持する第２の保持部の位置調節を適切に行い、基板同士の接合処理を適切に行う。【解決手段】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、前記第１の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて、前記移動部を制御する制御部と、を有する。【選択図】図６

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年１１月９日に日本国に出願された特願２０１６−２１８５８０号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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。
上記接合装置では、上チャックを用いて一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持すると共に、上チャックの下方に設けられた下チャックを用いて他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持した状態で、当該上ウェハと下ウェハを接合する。そして、このようにウェハ同士を接合する前に、下チャックを水平方向に移動させ、上ウェハと下ウェハの水平方向位置を調節し、さらに下チャックを鉛直方向に移動させ、上ウェハと下ウェハの鉛直方向位置を調節する。
下チャックを水平方向に移動させる移動部は、水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に延伸するレール上を移動する。また、下チャックを鉛直方向に移動させる移動部は、上面が傾斜したくさび形状（三角柱状）の基台と、基台の上面に沿って移動自在のリニアガイドとを有している。そして、リニアガイドが基台に沿って水平方向及び鉛直方向に移動し、これにより、当該リニアガイドに支持された下チャックが鉛直方向に移動する。
日本国特開２０１６−１０５４５８号公報
上述した特許文献１に記載された接合装置では、下チャックを水平方向に移動させる際、例えばリニアスケールを用いて移動部の水平方向位置を測定し、当該測定結果に基づいて移動部をフィードバック制御することで、下チャックの水平方向位置を調節する。
しかしながら、このようにリニアスケールを用いたフィードバック制御を行って上ウェハと下ウェハの水平方向位置を調節しても、その後、下チャックを鉛直方向に移動させる際、上述したように移動部の基台がくさび型形状を有しているので、下チャックは水平方向にも移動してしまう。そうすると、下チャックの水平方向位置がずれてしまう。しかも、この水平方向位置のずれは負荷側の下チャックのずれであるため、移動部の水平方向位置を測定するリニアスケールで把握することができない。したがって、ウェハ同士を接合する際に、上ウェハと下ウェハがずれて接合されるおそれがあり、ウェハ同士の接合処理に改善の余地があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、第１の基板を保持する第１の保持部と第２の基板を保持する第２の保持部の位置調節を適切に行い、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、本発明の一態様は、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、前記第１の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて、前記移動部を制御する制御部と、を有する。
本発明の一態様によれば、レーザ干渉計を用いて負荷側の第１の保持部又は第２の保持部の位置を測定すると共に、リニアスケールを用いて移動部の位置を測定することができる。そうすると、従来のように第１の保持部又は第２の保持部を鉛直方向に移動させる際に、第１の保持部又は第２の保持部が水平方向にずれる場合でも、この水平方向位置のずれ量を、レーザ干渉計を用いて把握することができる。したがって、第１の保持部と第２の保持部の相対的な位置を適切に調節することができ、その後、第１の保持部に保持された第１の基板と第２の保持部に保持された第２の基板との接合処理を適切に行うことができる。
別な観点による本発明の一態様は、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、を備えている。そして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。
また別な観点による本発明の一態様は、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の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、を有し、前記接合方法では、前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて前記移動部を制御し、前記第１の保持部と前記第２の保持部の相対的な位置を調節する。
また別な観点による本発明の一態様は、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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体である。
本発明によれば、第１の基板を保持する第１の保持部と第２の基板を保持する第２の保持部の位置調節を適切に行い、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。 接合装置の内部構成の概略を示す斜視図である。 制御部におけるサーボループの構成を示す説明図である。 上チャック、上チャック保持部、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。 他の実施の形態にかかる、制御部におけるサーボループの構成を示す説明図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の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＞
先ず、本実施の形態にかかる接合システムの構成について説明する。図１は、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、あるカセットに個別に収容して他の正常な重合ウェハＷＴと分離することができるようにしてもよい。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ウェハＷＵ、ＷＬの表面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。なお、接合装置４１の構成については後述する。
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。
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６１ａ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。
＜２．接合装置の構成＞
次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。
＜２−１．接合装置の全体構成＞
接合装置４１は、図４及び図５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Ｙ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、例えば鉛直方向、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アーム１１１ａ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Ｙ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（Ｘ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（Ｘ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保持部１５０に保持されている。上チャック保持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられている。すなわち、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に固定されて設けられている。
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。
図４〜図６に示すように下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた下チャックステージ１６０に支持されている。下チャックステージ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。
下チャックステージ１６０は、当該下チャックステージ１６０の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６２に支持され、さらに第１の下チャック移動部１６２は、支持台１６３に支持されている。第１の下チャック移動部１６２は、後述するように下チャック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。
また、第１の下チャック移動部１６２は、下チャック１４１を鉛直方向に移動自在に構成されている。具体的に第１の下チャック移動部１６２は、日本国特開２０１６−１０５４５８号公報に記載の第１の下チャック移動部と同じ構造を取り得る。すなわち、第１の下チャック移動部１６２は、上面が傾斜したくさび形状（三角柱状）の基台と、基台の上面に配設されたレールと、レールに沿って移動自在のリニアガイドとを有している。そして、リニアガイドがレールに沿って移動することにより、当該リニアガイドに支持された下チャックが鉛直方向に移動する。
さらに、第１の下チャック移動部１６２は、鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
支持台１６３は、当該支持台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、支持台１６３は、第１の下チャック移動部１６２によりレール１６４に沿って移動自在に構成されている。なお、第１の下チャック移動部１６２は、例えばレール１６４に沿って設けられたリニアモータ（図示せず）によって移動する。
一対のレール１６４、１６４は、第２の下チャック移動部１６５に配設されている。第２の下チャック移動部１６５は、当該第２の下チャック移動部１６５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１６６、１６６に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６５は、レール１６６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（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。第２の下チャック移動部１６５は、例えばレール１６６に沿って設けられたリニアモータ（図示せず）によって移動する。一対のレール１６６、１６６は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６７上に配設されている。
＜２−２．下チャック移動部のサーボ制御＞
次に、接合装置４１における第１の下チャック移動部１６２の移動と第２の下チャック移動部１６５のサーボ制御について説明する。本実施の形態におけるサーボ制御は、レーザ干渉計とリニアスケールを用いたハイブリッド制御である。
接合装置４１には、下チャック１４１の水平方向位置を測定するレーザ干渉計システム１７０が設けられている。レーザ干渉計システム１７０は、レーザヘッド１７１、光路変更部１７２、１７３、反射板１７４、１７５、レーザ干渉計１７６、１７７を有している。なお、レーザ干渉計システム１７０における下チャック１４１の位置測定方法には、公知の方法が用いられる。
レーザヘッド１７１は、レーザ光を発する光源である。レーザヘッド１７１は、載置台１６７の上面と略同一高さであって、当該載置台１６７のＸ方向中央部且つＹ方向負方向端部側に設けられている。レーザヘッド１７１は、載置台１６７の外側に設けられた支持部材（図示せず）に支持されている。
光路変更部１７２、１７３は、それぞれレーザヘッド１７１から発せられたレーザ光の光路を変更する。第１の光路変更部１７２は、レーザヘッド１７１からのレーザ光の光路を鉛直上方に変更する。第１の光路変更部１７２は、載置台１６７の上面と略同一高さであって、当該載置台１６７のＸ方向正方向端部側且つＹ方向負方向の端部側に設けられている。また、第１の光路変更部１７２は、載置台１６７の外側に設けられた支持部材（図示せず）に支持されている。
第２の光路変更部１７３は、第１の光路変更部１７２からのレーザ光を第１のレーザ干渉計１７６側（Ｘ方向負方向側）と第２のレーザ干渉計１７７側（Ｙ方向正方向）に分岐する。第２の光路変更部１７３は、下チャックステージ１６０の上面と略同一高さであって、載置台１６７のＸ方向正方向端部側且つＹ方向負方向の端部側に設けられている。また、第２の光路変更部１７３は、載置台１６７の外側に設けられた支持部材（図示せず）に支持されている。
第１の反射板１７４は、第１のレーザ干渉計１７６からのレーザ光を反射させる。第１の反射板１７４は、下チャックステージ１６０の上面のＹ方向負方向側において、第１のレーザ干渉計１７６に対向して設けられている。第１の反射板１７４は、Ｘ方向に延伸している。下チャックステージ１６０がＸ方向に移動しても、常に第１のレーザ干渉計１７６からのレーザ光を反射できるように、第１の反射板１７４のＸ方向長さは、下チャックステージ１６０のＸ方向の移動距離（ストローク長さ）以上になっている。同様に、第１の反射板１７４の鉛直方向長さも、下チャックステージ１６０の鉛直方向の移動距離（ストローク長さ）以上になっている。
第２の反射板１７５は、第２のレーザ干渉計１７７からのレーザ光を反射させる。第２の反射板１７５は、下チャックステージ１６０の上面のＸ方向正方向側において、第２のレーザ干渉計１７７に対向して設けられている。第２の反射板１７５は、Ｙ方向に延伸している。下チャックステージ１６０がＹ方向に移動しても、常に第２のレーザ干渉計１７７からのレーザ光を反射できるように、第２の反射板１７５のＹ方向長さは、下チャックステージ１６０のＹ方向の移動距離（ストローク長さ）以上になっている。同様に、第２の反射板１７５の鉛直方向長さも、下チャックステージ１６０の鉛直方向の移動距離（ストローク長さ）以上になっている。
第１のレーザ干渉計１７６は、第２の光路変更部１７３からのレーザ光と第１の反射板１７４からの反射光を用いて、下チャック１４１のＸ方向位置を測定する。第１のレーザ干渉計１７６は、下チャックステージ１６０の上面と略同一高さであって、載置台１６７のＸ方向中央部且つＹ方向負方向の端部側に設けられている。また、第１のレーザ干渉計１７６は、載置台１６７の外側に設けられた支持部材（図示せず）に支持されている。なお、第１のレーザ干渉計１７６には、検出器（図示せず）が接続されている。
第２のレーザ干渉計１７７は、第２の光路変更部１７３からのレーザ光と第２の反射板１７５からの反射光を用いて、下チャック１４１のＹ方向位置を測定する。第２のレーザ干渉計１７７は、下チャックステージ１６０の上面と略同一高さであって、載置台１６７のＸ方向正方向の端部側且つＹ方向中央部に設けられている。また、第２のレーザ干渉計１７７は、載置台１６７の外側に設けられた支持部材（図示せず）に支持されている。なお、第２のレーザ干渉計１７７には、検出器（図示せず）が接続されている。
また、接合装置４１には、第１の下チャック移動部１６２のＸ方向位置を測定する第１のリニアスケール１８１と、第２の下チャック移動部１６５のＹ方向位置を測定する第２のリニアスケール１８２とが設けられている。第１のリニアスケール１８１は、第２の下チャック移動部１６５上において、レール１６４に沿って設けられている。第２のリニアスケール１８２は、載置台１６７上において、レール１６６に沿って設けられている。なお、これらリニアスケール１８１、１８２による下チャック移動部１６２、１６５の位置測定方法には、公知の方法が用いられる。
以上のレーザ干渉計システム１７０の測定結果とリニアスケール１８１、１８２の測定結果は、既述した制御部７０に出力され、制御部７０では、これら測定結果に基づいて下チャック移動部１６２、１６５のサーボ制御を行う。図７は、制御部７０におけるサーボループの構成を示す説明図である。
制御部７０は、サーボループとして、位置ループと速度ループを有している。位置ループにはレーザ干渉計１７６、１７７の測定結果が用いられ、下チャック移動部１６２、１６５の位置がフィードバック制御される。速度ループには、リニアスケール１８１、１８２の測定結果が用いられ、下チャック移動部１６２、１６５の速度がフィードバック制御される。なお、レーザ干渉計１７６、１７７の測定結果は、速度指令としても用いられる。
ここで、第２のリニアスケール１８２は第２の下チャック移動部１６５の近傍に配置されており、第２のリニアスケール１８２の測定結果は安定性が高いデータとなり、第２の下チャック移動部１６５にフィードバックされる。このため、速度ループのゲインを高くして応答性を上げて、速い制御を行うことができる。
これに対して、負荷側の下チャック１４１の位置を測定する第２のレーザ干渉計１７７と、第２の下チャック移動部１６５（リニアモータ）との鉛直方向距離は約３００ｍｍである。このように第２のレーザ干渉計１７７と第２の下チャック移動部１６５は離れており、また下チャック１４１と第２の下チャック移動部１６５の間に設けられる構造体は剛体ではない。そうすると、第２のレーザ干渉計１７７の測定結果は安定性が低いデータとなり、第２の下チャック移動部１６５にフィードバックされる。かかる場合、この第２のレーザ干渉計１７７の測定結果を速度ループに入れ、上述したようにゲインを高くして応答性を上げた速い制御を行うと、第２の下チャック移動部１６５の動きが発振してしまい、当該第２の下チャック移動部１６５を制御できなくなる。なお、第２のレーザ干渉計１７７の測定結果を速度ループに入れる場合、ゲインを低くして応答性を下げた遅い制御を行うことも考えられるが、かかる場合、第２の下チャック移動部１６５の位置が安定しない。
そこで、応答性の高い制御を行うためには、速度ループに第２のリニアスケール１８２の測定結果を用いるのが好ましい。
一方、第２のリニアスケール１８２では、負荷側の下チャック１４１の位置を測定することができず、例えば下チャック１４１の位置がずれても、そのずれを把握することができない。そこで、位置ループには第２のレーザ干渉計１７７の測定結果を用いるのが好ましい。
このように、第２のレーザ干渉計１７７の測定結果を位置ループに用い、第２のリニアスケール１８２の測定結果は速度ループに用いると、負荷側の下チャック１４１の位置を把握しつつ、当該下チャック１４１に変動が生じた場合に、第２の下チャック移動部１６５を適切な位置に早く戻すことができる。
同様の理由から、第１のレーザ干渉計１７６の測定結果は位置ループに用い、第１のリニアスケール１８１の測定結果は速度ループに用いる。
以上より、下チャック移動部１６２、１６５のサーボ制御において、レーザ干渉計システム１７０の測定結果とリニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いたハイブリッド制御を行うことにより、当該下チャック移動部１６２、１６５を適切に制御することができる。
＜２−３．上チャックと上チャック保持部の構成＞
次に、接合装置４１の上チャック１４０と上チャック保持部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１９０を有している。本体部１９０の下面には、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２に接触する複数のピン１９１が設けられている。また、本体部１９０の下面の外周部には、ピン１９１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１９２が設けられている。外側リブ１９２は、複数のピン１９１の外側に環状に設けられている。
また、本体部１９０の下面には、外側リブ１９２の内側において、ピン１９１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１９３が設けられている。内側リブ１９３は、外側リブ１９２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ１９２の内側の領域１９４（以下、吸引領域１９４という場合がある。）は、内側リブ１９３の内側の第１の吸引領域１９４ａと、内側リブ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の下面には、第１の吸引領域１９４ａ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４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、第１の真空ポンプ１９７ａが接続されている。
また、本体部１９０の下面には、第２の吸引領域１９４ｂ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、第２の真空ポンプ１９７ｂが接続されている。
そして、上ウェハＷＵ、本体部１９０及び外側リブ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、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１９４ａ、１９４ｂ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１９４ａと第２の吸引領域１９４ｂ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１９２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１９１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１９１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１９０の中心部には、当該本体部１９０を厚み方向に貫通する貫通孔１９８が形成されている。この本体部１９０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１９８には、後述する押動部材２１０におけるアクチュエータ部２１１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１５０は、図５に示すように上チャック１４０の本体部１９０の上面に設けられた上チャックステージ２００を有している。上チャックステージ２００は、平面視において少なくとも本体部１９０の上面を覆うように設けられ、且つ本体部１９０に対して例えばネジ止めによって固定されている。上チャックステージ２００は、処理容器１００の天井面に設けられた複数の支持部材２０１に支持されている。
上チャックステージ２００の上面には、図８に示すように上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２１０がさらに設けられている。押動部材２１０は、アクチュエータ部２１１とシリンダ部２１２とを有している。
アクチュエータ部２１１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２１１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２１１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１９８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２１１は、シリンダ部２１２に支持されている。シリンダ部２１２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２１１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２１０は、アクチュエータ部２１１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部２１２によってアクチュエータ部２１１の移動の制御をしている。そして、押動部材２１０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。
＜２−４．下チャックの構成＞
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には、図８に示すように上チャック１４０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１４１は、平面視において下ウェハＷＬの径以上の径を有する本体部２２０を有している。本体部２２０の上面には、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２に接触する複数のピン２２１が設けられている。また、本体部２２０の上面の外周部には、ピン２２１と同じ高さを有し、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２の外周部を支持する外側リブ２２２が設けられている。外側リブ２２２は、複数のピン２２１の外側に環状に設けられている。
また、本体部２２０の上面には、外側リブ２２２の内側において、ピン２２１と同じ高さを有し、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２を支持する内側リブ２２３が設けられている。内側リブ２２３は、外側リブ２２２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ２２２の内側の領域２２４（以下、吸引領域２２４という場合がある。）は、内側リブ２２３の内側の第１の吸引領域２２４ａと、内側リブ２２３の外側の第２の吸引領域２２４ｂとに区画されている。
本体部２２０の上面には、第１の吸引領域２２４ａ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２２５ａが形成されている。第１の吸引口２２５ａは、例えば第１の吸引領域２２４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口２２５ａには、本体部２２０の内部に設けられた第１の吸引管２２６ａが接続されている。さらに第１の吸引管２２６ａには、第１の真空ポンプ２２７ａが接続されている。
また、本体部２２０の上面には、第２の吸引領域２２４ｂ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２２５ｂが形成されている。第２の吸引口２２５ｂは、例えば第２の吸引領域２２４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口２２５ｂには、本体部２２０の内部に設けられた第２の吸引管２２６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管２２６ｂには、第２の真空ポンプ２２７ｂが接続されている。
そして、下ウェハＷＬ、本体部２２０及び外側リブ２２２に囲まれて形成された吸引領域２２４ａ、２２４ｂをそれぞれ吸引口２２５ａ、２２５ｂから真空引きし、吸引領域２２４ａ、２２４ｂを減圧する。このとき、吸引領域２２４ａ、２２４ｂ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２２４ａ、２２４ｂ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。また、下チャック１４１は、第１の吸引領域２２４ａと第２の吸引領域２２４ｂ毎に下ウェハＷＬを真空引き可能に構成されている。
かかる場合、外側リブ２２２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。このため、下チャック１４１に下ウェハＷＬの全面が吸着保持され、当該下ウェハＷＬの平面度を小さくして、下ウェハＷＬを平坦にすることができる。
しかも、複数のピン２２１の高さが均一なので、下チャック１４１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１４１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１４１に保持された下ウェハＷＬ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ＷＬの裏面ＷＬ２は複数のピン２２１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２２０の中心部付近には、当該本体部２２０を厚み方向に貫通する貫通孔（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１６２の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。
本体部２２０の外周部には、ウェハ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（図示せず）が設けられている。ガイド部材は、本体部２２０の外周部に複数個所、例えば４箇所に等間隔に設けられている。
なお、接合装置４１における各部の動作は、上述した制御部７０によって制御される。
＜３．接合処理方法＞
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１９７ａ、１９７ｂを作動させ、吸引領域１９４ａ、１９４ｂにおいて吸引口１９５ａ、１９５ｂ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）。具体的には、真空ポンプ２２７ａ、２２７ｂを作動させ、吸引領域２２４ａ、２２４ｂにおいて吸引口２２５ａ、２２５ｂを介して下ウェハＷＬを真空引きし、下ウェハＷＬが下チャック１４１に吸着保持される。
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１６２と第２の下チャック移動部１６５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１６２と第２の下チャック移動部１６５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）。
工程Ｓ１０では、第１のレーザ干渉計１７６を用いて下チャック１４１のＸ方向位置を測定し、第２のレーザ干渉計１７７を用いて下チャック１４１のＹ方向位置を測定する。また、第１のリニアスケール１８１を用いて第１の下チャック移動部１６２のＸ方向位置を測定し、第２のリニアスケール１８２を用いて第２の下チャック移動部１６５のＹ方向位置を測定する。そして、下チャック移動部１６２、１６５を移動させる際、図７に示したサーボループを用いて、すなわちレーザ干渉計システム１７０の測定結果を用いた位置ループと、リニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いた速度ループとを用いて、下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御する。このようにレーザ干渉計システム１７０とリニアスケール１８１、１８２を用いたハイブリッド制御を行うことによって、下チャック移動部１６２、１６５の移動を適切に制御することができ、下チャック１４１を所定の水平方向位置に移動させることができる。
なお、工程Ｓ１０では、上述のように下チャック１４１を水平方向に移動させると共に、第１の下チャック移動部１６２によって下チャック１４１を回転させて、当該下チャック１４１の回転方向位置（下チャック１４１の向き）も調節される。
その後、第１の下チャック移動部１６２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）。
工程Ｓ１１では、第１の下チャック移動部１６２によって下チャック１４１を鉛直上方に移動させる際、第１の下チャック移動部１６２の基台がくさび型形状を有しているので、下チャック１４１は水平方向にも移動する。そうすると、工程Ｓ１０で調節した下チャック１４１の水平方向位置がずれてしまう。
そこで、工程Ｓ１０と同様に、第１のレーザ干渉計１７６を用いて下チャック１４１のＸ方向位置を測定し、第２のレーザ干渉計１７７を用いて下チャック１４１のＹ方向位置を測定すると共に、第１のリニアスケール１８１を用いて第１の下チャック移動部１６２のＸ方向位置を測定し、第２のリニアスケール１８２を用いて第２の下チャック移動部１６５のＹ方向位置を測定する。そして、レーザ干渉計システム１７０の測定結果を用いた位置ループと、リニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いた速度ループとを用いて、下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御し、下チャック１４１の水平方向位置を補正する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向位置が補正される（図９の工程Ｓ１２）。そして、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１０に示すように押動部材２１０のシリンダ部２１２によってアクチュエータ部２１１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部２１１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２１１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材２１０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Ｓ１３）。このとき、第１の真空ポンプ１９７ａの作動を停止して、第１の吸引領域１９４ａにおける第１の吸引口１９５ａ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１９７ｂは作動させたままにし、第２の吸引領域１９４ｂを第２の吸引口１９５ｂから真空引きする。そして、押動部材２１０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１０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。
その後、押動部材２１０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１９７ｂの作動を停止して、第２の吸引領域１９４ｂにおける第２の吸引口１９５ｂ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。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、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Ｓ１４）。
この工程Ｓ１４において、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２は複数のピン１９１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。このため、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬ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ＷＵと下ウェハＷＬが適切に接合される。
その後、押動部材２１０のアクチュエータ部２１１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ２２７ａ、２２７ｂの作動を停止し、吸引領域２２４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２２１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、工程Ｓ１０においてレーザ干渉計システム１７０とリニアスケール１８１、１８２を用いたハイブリッド制御（サーボ制御）を行うことによって、下チャック移動部１６２、１６５の水平方向位置を適切に調節することができる。また、工程Ｓ１１において下チャック１４１を鉛直方向に移動させた際、当該下チャック１４１が水平方向にずれても、工程Ｓ１２において、この水平方向位置のずれ量を、レーザ干渉計システム１７０を用いて把握することができる。そして、レーザ干渉計システム１７０とリニアスケール１８１、１８２を用いたハイブリッド制御を行うことによって、下チャック移動部１６２、１６５の水平方向位置を適切に補正することができる。したがって、上チャック１４０と下チャック１４１の相対的な位置を適切に調節することができるので、その後、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、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向上させることができる。
＜４．他の実施の形態＞
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
以上の実施の形態では、第１の下チャック移動部１６２と第２の下チャック移動部１６５のサーボ制御に際しては、図７に示したサーボループを用いていたが、これに限定されない。例えば図１１に示すようにサーボループは、リニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いた位置ループと速度ループを有していてもよい。
かかる場合、先ず、第１のリニアスケール１８１を用いて第１の下チャック移動部１６２のＸ方向位置を測定すると共に、第２のリニアスケール１８２を用いて第２の下チャック移動部１６５のＹ方向位置を測定する。そして、リニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いた位置ループと速度ループをもちいて、下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御する。
その後、第１のレーザ干渉計１７６を用いて下チャック１４１のＸ方向位置を測定すると共に、第２のレーザ干渉計１７７を用いて下チャック１４１のＹ方向位置を測定する。さらに、このレーザ干渉計システム１７０の測定結果から、第１の下チャック移動部１６２のＸ方向位置の補正量と、第２の下チャック移動部１６５のＹ方向位置の補正量を算出する。そして、この補正量に基づいて、下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御する。
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。すなわち、上チャック１４０と下チャック１４１の相対的な位置を適切に調節することができ、その後、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の接合処理を適切に行うことができる。
しかも、本実施の形態では、下チャック移動部１６２、１６５のサーボ制御は、リニアスケール１８１、１８２の測定結果のみを用いて行われ、ゲインを高くして応答性を上げることができる。
但し、本実施の形態では、リニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いて下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御した後、さらにレーザ干渉計システム１７０の測定結果を用いて下チャック移動部１６２、１６５をサーボ制御する。これに対して、上記実施の形態では、レーザ干渉計システム１７０の測定結果とリニアスケール１８１、１８２の測定結果を用いて、下チャック移動部１６２、１６５をハイブリッド制御する。そうすると、上記実施の形態の方がウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。
また、以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が水平方向に移動可能に構成されていたが、上チャック１４０を水平方向に移動可能に構成してもよい。かかる場合、レーザ干渉計システム１７０とリニアスケール１８１、１８２は、それぞれ上チャック１４０に設けられる。あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を水平方向に移動可能に構成してもよい。かかる場合、レーザ干渉計システム１７０とリニアスケール１８１、１８２は、それぞれ上チャック１４０又は下チャック１４１のいずれかに設けられる。
また、以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が鉛直方向に移動可能に構成されていたが、上チャック１４０を鉛直方向に移動可能に構成してもよいし、あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を鉛直方向に移動可能に構成してもよい。
さらに、以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が回転可能に構成されていたが、上チャック１４０を回転可能に構成してもよいし、あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を回転可能に構成してもよい。
また、以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１でウェハ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、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
１６２ 第１の下チャック移動部
１６５ 第２の下チャック移動部
１７０ レーザ干渉計システム
１７４ 第１の反射板
１７５ 第２の反射板
１７６ 第１のレーザ干渉計
１７７ 第２のレーザ干渉計
１８１ 第１のリニアスケール
１８２ 第２のリニアスケール
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ
前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、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、前記第１の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、サーボループとして、前記移動部の位置をフィードバック制御する位置ループと前記移動部の速度をフィードバック制御する速度ループとを有し、前記サーボループを用いて前記移動部を制御する制御部と、を有する。
本発明の一態様によれば、位置ループが移動部の位置をフィードバック制御し、速度ループが移動部の速度をフィードバック制御して、移動部を制御する。そうすると、従来のように第１の保持部又は第２の保持部を鉛直方向に移動させる際に、第１の保持部又は第２の保持部が水平方向にずれる場合でも、この水平方向位置のずれ量を把握することができる。したがって、第１の保持部と第２の保持部の相対的な位置を適切に調節することができ、その後、第１の保持部に保持された第１の基板と第２の保持部に保持された第２の基板との接合処理を適切に行うことができる。
また別な観点による本発明の一態様は、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の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、サーボループとして、前記移動部の位置をフィードバック制御する位置ループと前記移動部の速度をフィードバック制御する速度ループとを有する制御部と、を有し、前記接合方法では、前記サーボループを用いて前記移動部を制御し、前記第１の保持部と前記第２の保持部の相対的な位置を調節する。

Claims (10)

  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、
    前記第１の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、
    前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、
    前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、
    前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて、前記移動部を制御する制御部と、を有する接合装置。
  2. 請求項１に記載の接合装置において、
    前記制御部は位置ループと速度ループを含み、前記移動部をサーボ制御し、
    前記位置ループには前記レーザ干渉計の測定結果が用いられ、
    前記速度ループには前記リニアスケールの測定結果が用いられる。
  3. 請求項１に記載の接合装置において、
    前記制御部は、前記リニアスケールの測定結果を用いて前記移動部をサーボ制御し、さらに前記レーザ干渉計の測定結果から前記移動部の水平方向位置の補正量を算出し、当該補正量に基づいて前記移動部をサーボ制御する。
  4. 請求項１に記載の接合装置において、
    前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部には、前記レーザ干渉計に対向する位置に反射板が設けられている。
  5. 請求項４に記載の接合装置において、
    前記反射板の水平方向の長さは、前記移動部によって水平方向に移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の移動距離以上であり、
    且つ前記反射板の鉛直方向の長さは、鉛直方向に移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の移動距離以上である。
  6. 基板同士を接合する接合装置を備えた接合システムであって、
    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の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、
    前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、
    前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、
    前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて、前記移動部を制御する制御部と、を有し、
    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、接合システム。
  7. 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の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、
    前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、
    前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、を有し、
    前記接合方法では、前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて前記移動部を制御し、前記第１の保持部と前記第２の保持部の相対的な位置を調節する、接合方法。
  8. 請求項７に記載の接合方法において、
    前記レーザ干渉計を用いて、前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定する工程と、
    前記リニアスケールを用いて前記移動部の位置を測定する工程と、
    その後、前記レーザ干渉計の測定結果を位置ループに用いるとともに、前記リニアスケールの測定結果を速度ループに用いて、前記移動部をサーボ制御する工程と、を有する。
  9. 請求項７に記載の接合方法において、
    前記リニアスケールを用いて前記移動部の位置を測定する工程と、
    その後、前記リニアスケールの測定結果を用いて前記移動部をサーボ制御する工程と、
    その後、前記レーザ干渉計を用いて、前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定する工程と、
    その後、前記レーザ干渉計の測定結果から前記移動部の水平方向位置の補正量を算出し、当該補正量に基づいて前記移動部をサーボ制御する工程と、を有する。
  10. 基板同士を接合する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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
    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の保持部と前記第２の保持部を相対的に水平方向に移動させる移動部と、
    前記移動部によって移動する前記第１の保持部又は前記第２の保持部の位置を測定するレーザ干渉計と、
    前記移動部の位置を測定するリニアスケールと、を有し、
    前記接合方法では、前記レーザ干渉計の測定結果と前記リニアスケールの測定結果を用いて前記移動部を制御し、前記第１の保持部と前記第２の保持部の相対的な位置を調節する。
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