JP5626736B2 - 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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Description

本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合装置、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、基板の接合される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基板同士を接合する接合装置と、を有している。かかる接合システムでは、表面親水化装置において基板の表面に純水を供給して当該基板の表面を親水化した後、接合装置において基板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（特許文献１）。
特開２０１１−１８７７１６号公報
しかしながら、発明者らが鋭意検討したところ、特許文献１に記載した接合システムを用いた場合、接合された基板間の外周部に気泡が発生する場合があることが分かった。なお、この基板間の外周部に気泡が発生するメカニズムについては、後述において説明する。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を適切に接合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、基板同士を分子間力によって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の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、有し、前記第１の保持部材は第１の基板を所定の温度に加熱する第１の加熱機構を有し、前記第２の保持部材は第２の基板を所定の温度に加熱する第２の加熱機構を有し、前記第１の加熱機構と前記第２の加熱機構には、前記第１の保持部材の表面と前記第２の保持部材の表面の状態に応じて、前記第１の加熱機構による第１の基板の加熱温度と、前記第２の加熱機構による第２の基板の加熱温度とを異なる温度に制御する制御部が設けられていることを特徴としている。
発明者らが鋭意検討したところ、例えば上述した特許文献１の接合システムを用いた場合のように基板同士を分子間力によって接合する際、基板間の外周部の気泡は、基板の表面を親水化する際に供給される純水に起因して発生することが分かった。基板の表面を親水化するため供給される純水には、基板同士の接合に用いられる純水と、その他の余剰分の純水とが含まれる。そして、例えば基板間の結合は基板の中心部から外周部に向けて拡散するが、この拡散する接合、いわゆるボンディングウェーブによって、余剰分の純水は基板の表面に浮上し、且つ基板の外周部に到達する。この余剰分の純水が残存し、さらに純水が空気になることで、基板間の外周部において気泡が発生すると推察される。
そこで、本発明によれば、第１の保持部材に保持された第１の基板と、第２の保持部材に保持された第２の基板とを接合する際に、少なくとも第１の基板又は第２の基板を所定の温度に加熱することができる。かかる加熱によって、第１の基板と第２の基板の表面に供給された余剰分の純水を、当該第１の基板と第２の基板の表面から除去することができる。したがって、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を分子間力によって適切に接合することができる。
かかる場合、前記第１の基板の加熱温度と前記第２の基板の加熱温度の温度差は、１０℃〜２０℃であってもよい。
前記制御部は、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第１の基板と第２の基板を加熱するように制御してもよい。
前記所定の温度は、５０℃〜１００℃であってもよい。
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領域と、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、基板同士を分子間力によって接合する接合方法であって、第１の保持部材の下面に吸着保持された第１の基板と、前記第１の保持部材の下方に設けられた第２の保持部材の上面に吸着保持された第２の基板とを接合する際に、第１の基板と第２の基板を共に所定の温度に加熱し、且つ前記第１の保持部材の表面と前記第２の保持部材の表面の状態に応じて、第１の基板と第２の基板を異なる温度に加熱することを特徴としている。
かかる場合、前記第１の基板の加熱温度と前記第２の基板の加熱温度の温度差は、１０℃〜２０℃であってもよい。
前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第１の基板と第２の基板を共に加熱してもよい。
前記所定の温度は、５０℃〜１００℃であってもよい。
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ために、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、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を分子間力によって適切に接合することができる。
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。 イオン通過構造体の平面図である。 表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。 表面親水化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。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す平面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 保持アームと保持部材の構成の概略を示す側面図である。 上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 下チャックを上方から見た平面図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する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当接させて押圧す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。
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。本実施の形態では、表面改質装置３０において、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１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表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する。
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。
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。
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に示すように処理容器１００を有している。処理容器１００の上面は開口し、当該上面開口部に後述するラジアルラインスロットアンテナ１２０が配置されて、処理容器１００は内部を密閉可能に構成されている。
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の底面には、吸気口１０３が形成されている。吸気口１０３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吸気装置１０４に連通する吸気管１０５が接続されている。
また、処理容器１００の底面には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置する載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、例えば静電吸着や真空吸着によってウェハＷＵ、ＷＬを載置することができる。載置台１１０には、後述するように載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬに照射される処理ガスのイオン（酸素イオン）によって生じるイオン電流を測定するイオン電流計１１１が設けられている。
載置台１１０には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構１１２が内蔵されている。温度調節機構１１２は、冷却媒体の温度を調節する液温調節部１１３に接続されている。そして、液温調節部１１３によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台１１０の温度を制御できる。この結果、載置台１１０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。
なお、載置台１１０の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬ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、載置台１１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し載置台１１０の上面から突出可能になっている。
処理容器１００の上面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ１２０（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ１２０は、下面が開口したアンテナ本体１２１を備えている。アンテナ本体１２１の内部には、例えば冷却媒体を流通させる流通路（図示せず）が設けられている。
アンテナ本体１２１の下面の開口部には、複数のスロットが形成され、アンテナとして機能するスロット板１２２が設けられている。スロット板１２２の材料には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。アンテナ本体１２１内のスロット板１２２の上部には、遅相板１２３が設けられている。遅相板１２３の材料には、低損失誘電体材料、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられる。
アンテナ本体１２１及びスロット板１２２の下方には、マイクロ波透過板１２４が設けられている。マイクロ波透過板１２４は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１００の内部を塞ぐように配置されている。マイクロ波透過板１２４の材料には、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等が用いられる。
アンテナ本体１２１の上部には、マイクロ波発振装置１２５に通じる同軸導波管１２６が接続されている。マイクロ波発振装置１２５は、処理容器１００の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ１２０に対し、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振できる。
かかる構成により、マイクロ波発振装置１２５から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ１２０内に伝搬され、遅相板１２３で圧縮され短波長化され、スロット板１２２で円偏波を発生させた後、マイクロ波透過板１２４を透過して処理容器１００内に向けて放射される。
処理容器１００の側面には、当該処理容器１００内に処理ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給管１３０が接続されている。ガス供給管１３０は、後述するイオン通過構造体１４０の上方に配置され、処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に酸素ガスを供給する。また、ガス供給管１３０には、内部に酸素ガスを貯留するガス供給源１３１に連通している。ガス供給管１３０には、酸素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１３２が設けられている。
処理容器１００内の載置台１１０とラジアルラインスロットアンテナ１２０との間には、イオン通過構造体１４０が設けられている。すなわち、イオン通過構造体１４０は、処理容器１００の内部を、ガス供給管１３０から供給された酸素ガスをラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されたマイクロ波によってプラズマ化するプラズマ生成領域Ｒ１と、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンを用いて載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する処理領域Ｒ２に区画するように設けられている。
イオン通過構造体１４０は、一対の電極１４１、１４２を有している。以下、上部に配置された電極を「上部電極１４１」といい、下部に配置された電極を「下部電極１４２」という場合がある。一対の電極１４１、１４２間には、当該一対の電極１４１、１４２を電気的に絶縁する絶縁材１４３が設けられている。
各電極１４１、１４２は、図４及び図５に示すように平面視においてウェハＷＵ、ＷＬの径よりも大きい円形状を有している。また、各電極１４１、１４２には、プラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に酸素イオンが通過する開口部１４４が複数形成されている。これら複数の開口部１４４は、例えば格子状に配置されている。なお、複数の開口部１４４の形状や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
ここで、各開口部１４４の寸法は、例えばラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定されるのが好ましい。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ１２０から供給されたマイクロ波がイオン通過構造体１４０で反射され、マイクロ波の処理領域Ｒ２への進入を抑制できる。この結果、載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬがマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波によるウェハＷＵ、ＷＬの損傷を防止できる。
イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を印加する電源１４５が接続されている。この電源１４５によって印加される所定の電圧は、後述する制御部３００によって制御され、最大電圧は例えば１ＫｅＶである。また、イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間を流れる電流を測定する電流計１４６が接続されている。
次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。
スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。
図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水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１７８が設けられている。
スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。
なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
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８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０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１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。
処理容器１９０の内部は、内壁１９３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１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４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２００が設けられている。トランジション２００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２０１が設けられている。ウェハ搬送機構２０１は、図８及び図９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２０１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２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３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。
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２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１〜図１３に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１は、水平方向（図１１及び図１２中のＹ方向）に延伸している。また保持アーム２２１には、上ウェハＷＵを保持する保持部材２２２が例えば４箇所に設けられている。保持部材２２２は、図１４に示すように保持アーム２２１に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材２２２の側面には、上ウェハＷＵの外周部を保持するための切り欠き２２３が形成されている。そして、これら保持部材２２２は、上ウェハＷＵを挟み込んで保持することができる。
保持アーム２２１は、図１１〜図１３に示すように例えばモータなどを備えた第１の駆動部２２４に支持されている。この第１の駆動部２２４によって、保持アーム２２１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム２２１は、第１の駆動部２２４を中心に回動自在であると共に、水平方向（図１１及び図１２中のＹ方向）に移動自在である。第１の駆動部２２４の下方には、例えばモータなどを備えた第２の駆動部２２５が設けられている。この第２の駆動部２２５によって、第１の駆動部２２４は鉛直方向に延伸する支持柱２２６に沿って鉛直方向に移動できる。このように第１の駆動部２２４と第２の駆動部２２５によって、保持部材２２２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２２２に保持された上ウェハＷＵは、第１の駆動部２２４を中心に回動して、位置調節機構２１０から後述する上チャック２３０との間を移動できる。
処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷＵを下面で吸着保持する第１の保持部材としての上チャック２３０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する第２の保持部材としての下チャック２３１とが設けられている。下チャック２３１は、上チャック２３０の下方に設けられ、上チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下チャック２３１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２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上チャック２３０の上面外周部を支持している。下チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下チャック２３１の下方には、下ウェハＷＬ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、下チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下チャック２３１の上面から突出可能になっている。
上チャック２３０は、図１５に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１６に示すように上チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１５に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
なお、以下において、上述した３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、それぞれ第１の領域２３０ａ、第２の領域２３０ｂ、第３の領域２３０ｃという場合がある。また、吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを、それぞれ第１の吸引管２４０ａ、第２の吸引管２４０ｂ、第３の吸引管２４０ｃという場合がある。さらに、真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを、それぞれ第１の真空ポンプ２４１ａ、第２の真空ポンプ２４１ｂ、第３の真空ポンプ２４１ｃという場合がある。
上チャック２３０の内部には、上ウェハＷＵを加熱する第１の加熱機構２４２が設けられている。なお、第１の加熱機構２４２には、例えばヒータが用いられる。
上チャック２３０の中心部には、当該上チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４３が形成されている。この上チャック２３０の中心部は、当該上チャック２３０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２４３には、後述する押動部材２５０の押動ピン２５１が挿通するようになっている。
上チャック２３０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、シリンダ構造を有し、押動ピン２５１と当該押動ピン２５１が昇降する際のガイドとなる外筒２５２とを有している。押動ピン２５１は、例えばモータを内蔵した駆動部（図示せず）によって、貫通孔２４３を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材２５０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。
上チャック２３０には、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する上部撮像部材２５３が設けられている。上部撮像部材２５３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５３は、上チャック２３０上に設けられていてもよい。
下チャック２３１は、図１７に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１５に示すように下ウェハＷＬを吸着保持するための吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷＬの真空引きを設定可能に構成されている。
下チャック２３１の内部には、下ウェハＷＬを加熱する第２の加熱機構２６２が設けられている。なお、第２の加熱機構２６２には、例えばヒータが用いられる。
下チャック２３１の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが当該下チャック２３１から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材２６３が設けられている。ストッパ部材２６３は、その頂部が少なくとも下チャック２３１上の重合ウェハＷＴよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材２６３は、図１７に示すように下チャック２３１の外周部に複数個所、例えば５箇所に設けられている。
下チャック２３１には、図１５に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する下部撮像部材２６４が設けられている。下部撮像部材２６４には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６４は、下チャック２３１上に設けられていてもよい。
以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００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３００にインストールされたものであってもよい。
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１８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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から載置台１１０の上面に受け渡され載置される。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が閉じられる。なお、載置台１１０に載置された上ウェハＷＵは、温度調節機構１１２によって所定の温度、例えば２５℃〜３０℃に維持される。
その後、吸気装置１０４を作動させ、吸気口１０３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６７Ｐａ〜３３３Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ〜２．５Ｔｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵ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。
その後、ガス供給管１３０から処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、酸素ガスが供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ１２０からプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ生成領域Ｒ１内において酸素ガスが励起されてプラズマ化され、例えば酸素ガスがイオン化する。このとき、下方に進行するマイクロ波は、イオン通過構造体１４０で反射し、プラズマ生成領域Ｒ１内に留まる。この結果、プラズマ生成領域Ｒ１内には、高密度のプラズマが生成される。
続いて、イオン通過構造体１４０において、電源１４５により一対の電極１４１、１４２に所定の電圧を印加する。そうすると、この一対の電極１４１、１４２によって、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンのみが、イオン通過構造体１４０の開口部１４４を通過して処理領域Ｒ２に流入する。
このとき、制御部３００によって、一対の電極１４１、１４２間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極１４１、１４２を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーが制御される。この酸素イオンに付与されるエネルギーは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１のＳｉＯ２の二重結合を切断して単結合のＳｉＯとするのに十分なエネルギーであって、当該表面ＷＵ１が損傷しないエネルギーに設定される。
またこのとき、電流計１４６によって一対の電極１４１、１４２間を流れる電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの通過量に基づいて、当該通過量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
その後、処理領域Ｒ２に導入された酸素イオンは、載置台１１０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射されて注入される。そして、照射された酸素イオンによって、表面ＷＵ１におけるＳｉＯ２の二重結合が切断されて単結合のＳｉＯとなる。また、この表面ＷＵ１の改質には酸素イオンが用いられているため、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオン自体がＳｉＯの結合に寄与する。こうして、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１８の工程Ｓ１）。
このとき、イオン電流計１１１によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオンによって生じるイオン電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射される酸素イオンの照射量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの照射量に基づいて、当該照射量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、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、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１８の工程Ｓ２）。なお、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に供給された純水のうち、一部の純水は上述したように表面ＷＵ１を親水化するため、すなわち後述するようにウェハＷＵ、ＷＬを接合するために用いられるが、残りの余剰分の純水は上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に残存している。
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２００を介してウェハ搬送機構２０１により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１８の工程Ｓ３）。
その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１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２２１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１８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２２０の保持アーム２２１が、第１の駆動部２２４を中心に回動して上チャック２３０の下方に移動する。そして、反転機構２２０から上チャック２３０に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上チャック２３０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１８の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上チャック２３０で待機する。
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１８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１８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と同様であるので詳細な説明を省略する。また、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に供給された純水のうち、一部の純水は表面ＷＬ１を親水化するため、すなわち後述するようにウェハＷＵ、ＷＬを接合するために用いられるが、残りの余剰分の純水は下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に残存している。
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２００を介してウェハ搬送機構２０１により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１８の工程Ｓ８）。
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送機構２０１によって下チャック２３１に搬送され、下チャック２３１に吸着保持される（図１８の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。そして、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が上方を向くように、当該下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２が下チャック２３１に吸着保持される。
次に、上チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下チャック２３１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。図１９に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５３を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、下部撮像部材２６４を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５３が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６４が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、下チャック２３１によって下ウェハＷＬの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷＬの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１８の工程Ｓ１０）。なお、上部撮像部材２５６と下部撮像部材２６４を移動させる代わりに、下チャック２３０を移動させてもよい。
なお、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷＬ、ＷＵの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
その後、チャック駆動部２３４によって、図２０に示すように下チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔が所定の距離、例えば８０μｍ〜２００μｍになるように下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１８の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５〜工程Ｓ１１において、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。同様に工程Ｓ９〜工程Ｓ１１において、下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。
このように工程Ｓ１０、Ｓ１１において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向と鉛直方向の位置が調節されている間、上ウェハＷＵは第１の加熱機構２４２によって所定の温度に加熱され、下ウェハＷＬは第２の加熱機構２６２によって所定の温度に加熱される。本実施の形態では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが加熱される所定の温度はそれぞれ例えば５０℃〜１００℃であって、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬは同じ温度に加熱される。この所定の温度５０℃〜１００℃は、発明者らが鋭意検討した結果に見出した温度であり、後述するように余剰分の純水を除去できる温度である。なお、余剰分の純水を除去できる温度であれば、所定の温度は本実施の形態に限定されず、種々の温度を取り得る。
ここで工程Ｓ２、Ｓ７においてウェハＷＵ、ＷＬに供給された純水のうち、上述したように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には、それぞれ余剰分の純水が残存している。そこで、工程Ｓ１０、Ｓ１１において上述のように上ウェハＷＵと下ウェハＷＬをそれぞれ所定の温度に加熱することによって、この余剰分の純水を除去することができる。そして、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを所定時間加熱して余剰分の純水がすべて除去されると、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの加熱が停止される。
その後、第１の真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図２１に示すように第１の領域２３０ａにおける第１の吸引管２４０ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このとき、第２の領域２３０ｂと第３の領域２３０ｃでは、上ウェハＷＵが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材２５０の押動ピン２５１を下降させることによって、上ウェハＷＵの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷＵを下降させる。このとき、押動ピン２５１には、上ウェハＷＵがない状態で当該押動ピン２５１が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２５０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１８の工程Ｓ１２）。
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２１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、図２２に示すように押動部材２５０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２４１ｂの作動を停止して、第２の領域２３０ｂにおける第２の吸引管２４０ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、第２の領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。さらにその後、第３の真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３の領域２３０ｃにおける第３の吸引管２４０ｃからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このように上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵの真空引きを停止し、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接する。そして、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２３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１８の工程Ｓ１３）。
この工程Ｓ１３では、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の拡散する接合、いわゆるボンディングウェーブが生じるが、工程Ｓ１０、Ｓ１１において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを加熱することにより余剰分の純水が除去されているので、従来のように余剰分の純水がウェハＷＵ、ＷＬの外周部に拡散することはない。
その後、図２４に示すように押動部材２５０を上チャック２３０まで上昇させる。また、下チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下チャック２３１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、工程Ｓ１０、Ｓ１１において、上チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと、下チャック２３１に保持された下ウェハＷＬを所定の温度に加熱する。かかる加熱によって、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１上の余剰分の純水を、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１から除去することができる。したがって、従来のように余剰分の純水がウェハＷＵ、ＷＬの外周部に拡散することがなく、ウェハＷＵ、ＷＬ間の外周部に気泡（Ｅｄｇｅ Ｖｏｉｄ）が発生するのを抑制することができる。そして、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をファンデルワールス力と水素結合（分子間力）によって適切に接合することができる。
また、工程Ｓ１０、Ｓ１１において上チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと、下チャック２３１に保持された下ウェハＷＬとを水平方向と鉛直方向に位置調節しながら、ウェハＷＵ、ＷＬの加熱が行われるので、当該ウェハＷＵ、ＷＬの加熱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。なお、ウェハＷＵ、ＷＬの加熱は、工程Ｓ１０又は工程Ｓ１１のいずれか一方の工程において行ってもよい。また、ウェハＷＵ、ＷＬの加熱は、工程Ｓ５、Ｓ９において上ウェハＷＵが上チャック２３０に保持され、下ウェハＷＬが下チャック２３１に保持される際に行ってもよい。
また、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と、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。
以上の実施の形態では、第１の加熱機構２４２と第２の加熱機構２６２によって上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを両方加熱していたが、上ウェハＷＵ又は下ウェハＷＬのいずれか一方のみを加熱してもよい。そして、第１の加熱機構２４２又は第２の加熱機構２６２のいずれか一方を省略してもよい。かかる場合、例えば上ウェハＷＵのみを加熱して所定の時間、例えば３０秒経過させることで、上ウェハＷＵの熱が下ウェハＷＬに伝達し、下ウェハＷＬも同一の温度に加熱される。また下ウェハＷＬのみを加熱する場合も同様に、所定の時間経過後、上ウェハＷＵも同一の温度に加熱される。いずれの場合でも、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの温度が所定の温度に加熱されるので、ウェハＷＵ、ＷＬ間の外周部に気泡が発生するのが抑制され、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。なお、上ウェハＷＵ又は下ウェハＷＬのいずれか一方を加熱する時間は、ウェハ接合処理のスループットに影響のない範囲で設定される。
以上の実施の形態では、第１の加熱機構２４２と第２の加熱機構２６２によって上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを同一の温度に加熱していたが、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを異なる温度に加熱してもよい。例えば工程Ｓ１０、Ｓ１１において、上ウェハＷＵの加熱温度と下ウェハＷＬの加熱温度の温度差が、例えば１０℃〜２０℃となるように、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを加熱する。
ここで、上チャック２３０の表面又は下チャック２３１の表面に凹凸が存在したり、或いは上チャック２３０の表面又は下チャック２３１の表面にパーティクル等が存在して、当該上チャック２３０の表面又は下チャック２３１の表面が平坦でない場合がある。かかる場合、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合すると、接合界面の残留応力により、接合された重合ウェハＷＴに鉛直方向の歪み（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が生じる。
本実施の形態では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが異なる温度に加熱されるので、上チャック２３０の表面と下チャック２３１の表面の状態に合わせて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬをそれぞれ異なる形状に変形させることができる。例えば上ウェハＷＵを下ウェハＷＬより高い温度で加熱すれば、上ウェハＷＵを下ウェハＷＬより膨張させることができる。同様に下ウェハＷＬを上ウェハＷＵより高い温度で加熱すれば、下ウェハＷＬを上ウェハＷＵより膨張させることができる。このように上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの反り状態を、上チャック２３０の表面と下チャック２３１の表面の状態に合わせることにより、重合ウェハＷＴに鉛直方向の歪みを抑制することができる。したがって、その後工程Ｓ１２、Ｓ１３において、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを適切に接合することができる。
なお、上ウェハＷＵの加熱温度と下ウェハＷＬの加熱温度の温度差１０℃〜２０℃は、発明者らが鋭意検討した結果に見出した温度であり、重合ウェハＷＴに鉛直方向の歪みを十分に抑制できる温度である。
以上の実施の形態で述べたとおり、少なくとも上ウェハＷＵ又は下ウェハＷＬを所定の温度５０℃〜１００℃に加熱すると、ウェハＷＵ、ＷＬ間の外周部に気泡（Ｅｄｇｅ Ｖｏｉｄ）が発生するのを抑制することができる。このようにＥｄｇｅ Ｖｏｉｄを抑制することは、例えば表面にＳｉＯ２からなる絶縁膜が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）ウェハに有用である。また、上ウェハＷＵの加熱温度と下ウェハＷＬの加熱温度の温度差を１０℃〜２０℃にすると、重合ウェハＷＴの鉛直方向の歪み（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を抑制することができる。このようにＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎを抑制することは、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサのウェハのウェハやＢＳＩモデル（Ｂａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のウェハに有用である。さらに、Ｅｄｇｅ ＶｏｉｄとＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎの両方の改善が要求される場合には、少なくとも上ウェハＷＵ又は下ウェハＷＬを所定の温度５０℃〜１００℃に加熱しつつ、上ウェハＷＵの加熱温度と下ウェハＷＬの加熱温度の温度差を１０℃〜２０℃にすればよい。
以上の実施の形態では、工程Ｓ１０、Ｓ１１において、上チャック２３０の第１の加熱機構２４２は上ウェハＷＵをウェハ面内で均一な温度に加熱していたが、例えば上チャック２３０の領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に異なる温度で上ウェハＷＵを加熱してもよい。同様に下チャック２３１の第２の加熱機構２６２は下ウェハＷＬをウェハ面内で均一な温度に加熱していたが、例えば下チャック２３１の領域２３１ａ、２３１ｂ毎に異なる温度で下ウェハＷＬを加熱してもよい。かかる場合、上チャック２３０の表面と下チャック２３１の表面の状態に合わせて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬをより適切な形状に変形させることができる。したがって、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬをより適切に接合することができる。なお、上チャック２３０と下チャック２３１を区画する数や区画される領域の配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
以上の実施の形態では、チャック駆動部２３４によって下チャック２３１が鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在になっていたが、上チャック２３０を鉛直方向に昇降自在にし、あるいは水平方向に移動自在に構成してもよい。また、上チャック２３０と下チャック２３１の両方が、鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在に構成されていてもよい。
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
６０ ウェハ搬送領域
２３０ 上チャック
２３１ 下チャック
２４２ 第１の加熱機構
２６２ 第２の加熱機構
３００ 制御部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ

Claims (11)

  1. 基板同士を分子間力によって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の保持部材と、
    前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部材と、有し、
    前記第１の保持部材は第１の基板を所定の温度に加熱する第１の加熱機構を有し、
    前記第２の保持部材は第２の基板を所定の温度に加熱する第２の加熱機構を有し、
    前記第１の加熱機構と前記第２の加熱機構には、前記第１の保持部材の表面と前記第２の保持部材の表面の状態に応じて、前記第１の加熱機構による第１の基板の加熱温度と、前記第２の加熱機構による第２の基板の加熱温度とを異なる温度に制御する制御部が設けられていることを特徴とする、接合装置。
  2. 前記第１の基板の加熱温度と前記第２の基板の加熱温度の温度差は、１０℃〜２０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記制御部は、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第１の基板と第２の基板を加熱するように制御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. 前記所定の温度は、５０℃〜１００℃であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか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領域と、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。
  6. 基板同士を分子間力によって接合する接合方法であって、
    第１の保持部材の下面に吸着保持された第１の基板と、前記第１の保持部材の下方に設けられた第２の保持部材の上面に吸着保持された第２の基板とを接合する際に、第１の基板と第２の基板を共に所定の温度に加熱し、且つ前記第１の保持部材の表面と前記第２の保持部材の表面の状態に応じて、第１の基板と第２の基板を異なる温度に加熱することを特徴とする、接合方法。
  7. 前記第１の基板の加熱温度と前記第２の基板の加熱温度の温度差は、１０℃〜２０℃であることを特徴とする、請求項６に記載の接合方法。
  8. 前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第１の基板と第２の基板を共に加熱することを特徴とする、請求項６又は７に記載の接合方法。
  9. 前記所定の温度は、５０℃〜１００℃であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の接合方法。
  10. 請求項６〜９のいずれかに記載の接合方法を接合装置によって実行させるために、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。
  11. 請求項１０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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