JP6040123B2 - 接合方法および接合システム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、接合方法および接合システムに関する。

従来、半導体装置の製造工程において、２枚の基板を接合する接合処理が行われる場合がある。たとえば、裏面照射型の撮像素子を備えた半導体装置を製造する場合、フォトダイオード等の半導体素子が形成された第１基板に対して第２基板を接合する接合処理が行われる。

接合処理を実行する接合システムは、たとえば、基板の接合される表面を親水化する表面親水化装置と、表面親水化装置によって表面が親水化された基板同士を接合する接合装置とを備える。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することによっ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および水素結合（分子間力）によって接合する（特許文献１参照）。

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周縁部に気泡が発生する場合があることが分かった。

実施形態の一態様は、基板間の周縁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のできる接合方法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方法は、基板同士を分子間力によって接合する接合方法であり、表面改質工程と、表面親水化工程と、気体供給工程と、接合工程とを含む。表面改質工程は、基板の接合される表面を改質する。表面親水化工程は、表面改質工程によって改質された基板の表面に対して親水化処理液を供給してかかる表面を親水化する。気体供給工程は、表面親水化工程によって親水化された基板の表面に対して気体を供給してかかる表面に残存する親水化処理液を減らす。接合工程は、気体供給工程後の基板同士を接合する。また、気体供給工程は、基板の表面に対して気体を供給する気体供給部を、基板の表面の周縁部に位置させた後、気体供給部から周縁部へ向けて気体を供給する。

実施形態の一態様によれば、基板間の周縁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ができる。

図１は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図である。 図２は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式側面図である。 図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。 図４は、表面改質装置の構成を示す模式側面図である。 図５は、下部電極の模式平面図である。 図６は、表面親水化装置の構成を示す模式側面図である。 図７は、接合装置の構成を示す模式平面図である。 図８は、接合装置の構成を示す模式側面図である。 図９は、位置調節機構の構成を示す模式側面図である。 図１０は、反転機構の構成を示す模式平面図である。 図１１は、反転機構の構成を示す模式側面図である。 図１２は、反転機構の構成を示す模式側面図である。 図１３は、保持アームおよび保持部材の構成を示す模式側面図である。 図１４は、上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。 図１５は、上チャックを下方から見た模式平面図である。 図１６は、下チャックを上方から見た模式平面図である。 図１７は、接合システムが実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。 図１８Ａは、接合装置の動作説明図である。 図１８Ｂは、接合装置の動作説明図である。 図１８Ｃは、接合装置の動作説明図である。 図１８Ｄは、接合装置の動作説明図である。 図１８Ｅは、接合装置の動作説明図である。 図１８Ｆは、接合装置の動作説明図である。 図１９Ａは、第１変形例に係る表面親水化装置の構成を示す模式側面図である。 図１９Ｂは、第２変形例に係る表面親水化装置の構成を示す模式側面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合方法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、本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、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図であり、図２は、同模式側面図である。また、図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、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。

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

基板Ｗ１は、たと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、基板Ｗ２は、たとえば電子回路が形成されていないベアウェハである。基板Ｗ２は、基板Ｗ１と略同径を有する。以下では、これらの基板Ｗ１，Ｗ２のうち、基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」と記載する。

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」といい、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」という。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」といい、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」という。

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（たとえば、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。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、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たとえば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられる。たと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。

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、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに対して純水などの親水化処理液を供給することにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化する。接合装置４１は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を接合する。

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のトランジション装置５０，５１が下から順に２段に設けられる。

図１に示すように、第１処理ブロックＧ１〜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、たとえば鉛直方向、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。

＜２．表面改質装置の構成＞
次に、上述した表面改質装置３０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、表面改質装置３０の構成を示す模式側面図である。また、図５は、下部電極の模式平面図である。

図４に示すように、表面改質装置３０は、内部を密閉可能な処理容器７０を有する。処理容器７０の搬送領域６０側の側面には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられる。

処理容器７０の内部には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を載置させるための下部電極８０が設けられる。下部電極８０は、たとえばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、たとえばモータなどを備えた駆動部８１が設けられる。駆動部８１は、下部電極８０を昇降させる。

下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられる。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調節された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調節される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に伝達されて、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２が所望の温度に調節される。

なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。

下部電極８０の上部には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を静電吸着する静電チャック９０が設けられる。静電チャック９０は、たとえばポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、たとえば銅箔などの導電膜９３を配置した構造を有する。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して高圧電源９６に接続される。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）に上ウェハＷ１または下ウェハＷ２が静電吸着される。

下部電極８０の上面には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられる。図５に示すように、複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において複数の同心円状に均一に配置されている。

各伝熱ガス供給穴１００には、図４に示すように伝熱ガス供給管１０１が接続される。伝熱ガス供給管１０１は、ガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウムなどの伝熱ガスが、下部電極８０の上面と上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の非接合面Ｗ１ｎ，Ｗ２ｎとの間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面から上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に効率よく熱が伝達される。

なお、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。

下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置される（図５参照）。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側の上ウェハＷ１または下ウェハＷ２にだけ効果的に入射せしめるように作用する。

下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置される。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。

下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続される。給電棒１０４には、たとえばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１０５を介して、第１の高周波電源１０６が接続される。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、たとえば２ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。

下部電極８０の上方には、上部電極１１０が配置される。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置される。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調節される。

上部電極１１０には、たとえばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２が接続される。プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、たとえば６０ＭＨｚの高周波電圧が上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。

なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、後述する制御装置３００によって制御される。

上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成される。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続される。ガス供給管１２１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１２３が設けられる。そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、たとえば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。

中空部１２０の内部には、処理ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられる。バッフル板１２４には、多数の小孔が設けられる。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成される。

処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成される。吸気口１３０には、処理容器７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１３１に連通する吸気管１３２が接続される。

なお、下部電極８０の下方には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられる。昇降ピンは、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能に構成される。

＜３．表面親水化装置の構成＞
次に、上述した表面親水化装置４０の構成について図６を参照して説明する。図６は、表面親水化装置４０の構成を示す模式側面図である。

図６に示すように、表面親水化装置４０は、処理容器４５と、スピンチャック１５０と、第１供給部１６０と、第２供給部１７０と、カップ１８０とを備える。処理容器４５の側面には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の搬入出口（図示せず）が形成され、かかる搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられる。

処理容器４５内の中央部には、スピンチャック１５０が配置される。スピンチャック１５０は、保持部１５１と、シャフト１５２と、回転機構１５３とを備える。

保持部１５１は、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を水平に吸着保持する。上ウェハＷ１または下ウェハＷ２は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが上方を向くように保持部１５１に保持される。なお、保持部１５１としては、たとえばポーラスチャックを用いることができる。

保持部１５１の下方には、たとえばモータなどを備えた回転機構１５３が配置される。回転機構１５３は、鉛直方向に延在するシャフト１５２を介して保持部１５１と接続され、シャフト１５２を鉛直軸回りに回転させることによって保持部１５１を回転させる。シャフト１５２は、軸受を介して処理容器４５および後述するカップ１８０に回転自在に支持される。また、回転機構１５３は、たとえばシリンダなどの昇降機構源を備えており、保持部１５１に吸着保持された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を昇降させることができる。

スピンチャック１５０の周囲には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２から飛散又は落下する液体を受け止めて回収するカップ１８０が配置される。カップ１８０の下面には、回収した液体を外部へ排出する排出管１８１と、カップ１８０内の雰囲気を排気する排気管１８２とが接続される。

カップ１８０の外側には、第１供給部１６０および第２供給部１７０が配置される。第１供給部１６０は、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の外方から上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の上方に移動し、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対して親水化処理液を供給する。

第１供給部１６０は、第１ノズル１６１と、第１ノズル１６１を水平に支持する第１アーム１６２と、第１アーム１６２を旋回および昇降させる第１旋回昇降機構１６３とを備える。

第１ノズル１６１には、バルブ１６４を介して純水供給源１６５が接続される。そして、第１供給部１６０は、純水供給源１６５から供給される純水をバルブ１６４を介して上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊへ供給する。このように、第１供給部１６０は、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対し、親水化処理液として純水を供給する。

具体的には、表面親水化装置４０は、まず、スピンチャック１５０を用いて上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を所定の回転速度（たとえば、１０００ｒｐｍ）で回転させる。つづいて、表面親水化装置４０は、第１旋回昇降機構１６３を用いて第１アーム１６２を旋回させて、第１ノズル１６１を上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の中央上方へ配置させる。そして、表面親水化装置４０は、回転する上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対して第１ノズル１６１から親水化処理液である純水を供給する。

上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊは、表面改質装置３０によって改質されており、かかる改質された接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに親水化処理液である純水が供給されることで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに水酸基（シラノール基）が付着して接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。

ここで、第１ノズル１６１から接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに供給された純水のうち、一部の純水は上述したように接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するために用いられるが、残りの余分な純水は接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する。

このように接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに余分な純水が残存した状態で、後述する接合装置４１によって上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを接合すると、たとえば接合システム１が設置されるクリーンルーム内の温度や湿度によっては、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２間の周縁部に気泡（エッジボイド）が発生する場合がある。

ここで、エッジボイドが周縁部に発生する理由の１つとして、たとえば以下の理由が考えられる。すなわち、本実施形態に係る接合システム１において、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合部位は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の中心部から周縁部へ向けて略同心円状に拡散する。この接合部位の拡散に伴い、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水が上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の中心部から周縁部へ押し出され、周縁部に到達した純水が気化することにより、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２間の周縁部においてエッジボイドが発生すると考えられる。したがって、エッジボイドは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水の量が多いほど生じ易いと考えられる。

エッジボイドが発生すると、その部分を製品として使用することができなくなるため、歩留まりの低下につながる。このため、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを接合する場合には、エッジボイドを極力発生させないことが好ましい。

そこで、本実施形態に係る表面親水化装置４０は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに対して気体を供給する第２供給部１７０を備えることとした。第２供給部１７０は、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の外方から上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の上方に移動し、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対して気体を吹き付ける。これにより、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する水分を減らすことができ、上述したエッジボイドの発生を抑えることができる。

第２供給部１７０は、第２ノズル１７１と、第２ノズル１７１を水平に支持する第２アーム１７２と、第２アーム１７２を旋回および昇降させる第２旋回昇降機構１７３とを備える。

第２ノズル１７１には、バルブ１７４を介してＮ２供給源１７５が接続される。そして、第２供給部１７０は、Ｎ２供給源１７５から供給されるＮ２をバルブ１７４を介して上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊへ供給する。

具体的には、表面親水化装置４０は、第２旋回昇降機構１７３を用いて第２アーム１７２を旋回させて、第２ノズル１７１を上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の周縁部へ移動させた後、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の周縁部へ向けてＮ２を吹き付ける。

このように、エッジボイドの発生場所である上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の周縁部に対してＮ２を吹き付けることで、効率的にエッジボイドの発生を抑えることができる。

また、表面親水化装置４０は、第１ノズル１６１から上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対して純水を供給する際の上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の回転速度よりも速い回転速度（たとえば、２０００ｒｐｍ）で上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を回転させた状態で、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に対してＮ２を吹き付ける。これにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水をより短時間で減らすことができる。

また、第２供給部１７０から供給されるＮ２は、不活性ガスであるため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水と反応することはない。なお、第２供給部１７０から供給される気体は、Ｎ２以外の不活性ガスであってもよいし、不活性ガス以外の気体であってもよい。

＜４．接合装置の構成＞
次に、上述した接合装置４１の構成について図７〜図１６を参照して説明する。図７は、接合装置４１の構成を示す模式平面図であり、図８は、同模式側面図である。また、図９は、位置調節機構の構成を示す模式側面図である。また、図１０は、反転機構の構成を示す模式平面図であり、図１１および図１２は、同模式側面図である。また、図１３は、保持アームおよび保持部材の構成を示す模式側面図である。また、図１４は、上チャック２３０および下チャック２３１の構成を示す模式側面図であり、図１５は、上チャックを下方から見た模式平面図であり、図１６は、下チャックを上方から見た模式平面図である。

図７に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１９０を有する。処理容器１９０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の側面に形成される。また、内壁１９３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１９４が形成される。

搬送領域Ｔ１のＹ軸負方向側には、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ためのトランジション２００が設けられる。トランジション２００は、たとえば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。

搬送領域Ｔ１には、搬送機構２０１が設けられる。搬送機構２０１は、図７および図８に示すようにたとえば鉛直方向、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。そして、搬送機構２０１は、搬送領域Ｔ１内、または搬送領域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。

搬送領域Ｔ１のＹ軸正方向側には、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位置調節機構２１０が設けられる。位置調節機構２１０は、図９に示すように基台２１１と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を吸着保持して回転させる保持部２１２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２１３と、を有する。

かかる位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着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２１３で上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節して上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ１の表裏面を反転させる反転機構２２０が設けられる。反転機構２２０は、図１０〜図１３に示すように上ウェハＷ１を保持する保持アーム２２１を有する。

保持アーム２２１は、水平方向に延在する。また保持アーム２２１には、上ウェハＷ１を保持する保持部材２２２がたとえば４箇所に設けられる。保持部材２２２は、図１３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Ｗ１の外周部を保持するための切り欠き２２３が形成される。これら保持部材２２２は、上ウェハＷ１を挟み込んで保持することができる。

保持アーム２２１は、図１０〜図１３に示すように、たとえばモータなどを備えた第１の駆動部２２４に支持される。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、水平方向に移動自在である。

第１の駆動部２２４の下方には、たとえばモータなどを備えた第２の駆動部２２５が設けられる。この第２の駆動部２２５によって、第１の駆動部２２４は鉛直方向に延在する支持柱２２６に沿って鉛直方向に移動可能である。

このように、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１は、第１の駆動部２２４と第２の駆動部２２５によって水平軸周りに回動することができるとともに、鉛直方向および水平方向に移動することができる。また、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１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との間を移動することができる。

処理領域Ｔ２には、図７および図８に示すように、上ウェハＷ１を下面で吸着保持する上チャック２３０と、下ウェハＷ２を上面で吸着保持する下チャック２３１とが設けられる。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る。すなわち、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２とは、対向して配置可能となっている。

上チャック２３０は、図８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に支持される。支持部材２３２は、上チャック２３０の上面外周部を支持する。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が設けられる。チャック駆動部２３４は、下チャック２３１を鉛直方向および水平方向へ移動させるとともに、鉛直軸周りに回転させる。

なお、下チャック２３１の下方には、下ウェハＷ２を下方から支持して昇降させる昇降ピン（図示せず）が設けられる。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構成される。

図１４に示すように、上チャック２３０は、複数、たとえば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画される。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１５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る。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する。

各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１４に示すように上ウェハＷ１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る。このように、上チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷ１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領域２３０ａ、第２領域２３０ｂ、第３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吸引管２４０ａ、第２吸引管２４０ｂ、第３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真空ポンプ２４１ａ、第２真空ポンプ２４１ｂ、第３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Ｗ１を加熱する第１加熱機構２４２が設けられる。第１加熱機構２４２には、たとえばヒータが用いられる。なお、上チャック２３０は、必ずしも第１加熱機構２４２を備えることを要しない。

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Ｗ１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Ｗ１の中心部を押圧する押動部材２５０が設けられる。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とを有する。押動ピン２５１は、たと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、後述する上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合時に、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊを撮像する上部撮像部材２５３が設けられる。上部撮像部材２５３には、たとえば広角型の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１６に示すように、複数、たとえば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画される。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する。

各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１４に示すように下ウェハＷ２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る。このように、下チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷ２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Ｗ２を加熱する第２加熱機構２６２が設けられる。第２加熱機構２６２には、たとえばヒータが用いられる。なお、下チャック２３１は、必ずしも第２加熱機構２６２を備えることを要しない。

下チャック２３１の外周部には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴが当該下チャック２３１から飛び出したり、滑落したりするのを防止するストッパ部材２６３が設けられる。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Ｔよりも上方に位置するように鉛直方向に延在する。また、ストッパ部材２６３は、図１６に示すように下チャック２３１の外周部に複数箇所、たとえば５箇所に設けられる。

下チャック２３１には、図１４に示すように上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを撮像する下部撮像部材２６４が設けられる。下部撮像部材２６４には、たとえば広角型の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。

接合システム１は、図１に示すように、制御装置３００を備える。制御装置３００は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置３００は、たと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。記憶部には、接合処理等の各種処理を制御するプログラムが格納される。制御部は記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって接合システム１の動作を制御する。

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３００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、たと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。

＜５．接合システムの具体的動作＞
次に、以上のように構成された接合システム１の具体的な動作について図１７および図１８Ａ〜図１８Ｆを参照して説明する。図１７は、接合システム１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図１８Ａ〜図１８Ｆは、接合装置４１の動作説明図である。

先ず、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に搬入された上ウェハＷ１は、搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。

その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０の内部の雰囲気が所定の真空度、たとえば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Ｗ１を処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。

また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、たとえば２５００Ｖの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷ１が静電吸着させられる。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷ１は、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、たとえば２５℃〜３０℃に維持される。

その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、たとえば２ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、たとえば６０ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。

この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊがその後親水化されやすくなるようにＳｉＯ２の結合が切断されて改質されると共に、当該接合面Ｗ１ｊ上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが接合面Ｗ１ｊ上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中のアルゴンガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、このアルゴンガスのプラズマによって接合面Ｗ１ｊ上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、アルゴンガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが改質される（図１７のステップ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に搬入される。表面親水化装置４０に搬入された上ウェハＷ１は、搬送装置６１からスピンチャック１５０に受け渡され吸着保持される。

つづいて、第１アーム１６２を旋回させて第１ノズル１６１を上ウェハＷ１の中央上方に位置させる。その後、スピンチャック１５０によって上ウェハＷ１を回転させながら、第１ノズル１６１から上ウェハＷ１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（図１７のステップＳ１０２）。

つづいて、第１ノズル１６１を上ウェハＷ１の外方へ移動させ、スピンチャック１５０による上ウェハＷ１の回転速度を増速させた後、第２アーム１７２を旋回させて第２ノズル１７１を上ウェハＷ１の周縁部の上方に位置させる。そして、上ウェハＷ１の周縁部に対して第２ノズル１７１からＮ２を吹き付ける（図１７のステップＳ１０３）。これにより、上ウェハＷ１の周縁部に残存する純水が減り、エッジボイドの発生が抑制される。

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に搬入される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ１は、トランジション２００を介して搬送機構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Ｗ１の水平方向の向きが調節される（図１７のステップＳ１０４）。

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Ｗ１が受け渡される。つづいて搬送領域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Ｗ１の表裏面が反転される（図１７のステップＳ１０５）。これにより、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Ｗ１が受け渡される。上ウェハＷ１は、上チャック２３０にその非接合面Ｗ１ｎが吸着保持される（図１７のステップＳ１０６）。

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Ｗ１を真空引きしている。上ウェハＷ１は、後述する下ウェハＷ２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Ｗ１に上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理が行われている間、当該上ウェハＷ１につづいて下ウェハＷ２の処理が行われる。先ず、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、上述した上ウェハＷ１と同様の手順で、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（図１７のステップＳ１０７）。

次に、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬入される。表面親水化装置４０に搬入された下ウェハＷ２は、搬送装置６１からスピンチャック１５０に受け渡され吸着保持される。

つづいて、第１アーム１６２を旋回させて第１ノズル１６１を下ウェハＷ２の中央上方に位置させる。その後、スピンチャック１５０によって下ウェハＷ２を回転させながら、第１ノズル１６１から下ウェハＷ２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下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ２ｊが親水化される（図１７のステップＳ１０８）。

つづいて、第１ノズル１６１を下ウェハＷ２の外方へ移動させ、スピンチャック１５０による下ウェハＷ２の回転速度を増速させた後、第２アーム１７２を旋回させて第２ノズル１７１を下ウェハＷ２の周縁部の上方に位置させる。そして、下ウェハＷ２の周縁部に対して第２ノズル１７１からＮ２を吹き付ける（図１７のステップＳ１０９）。これにより、下ウェハＷ２の周縁部に残存する純水が減り、エッジボイドの発生が抑制される。

なお、表面親水化装置４０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２に対して供給するＮ２の流量または時間を、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とで異ならせてもよい。たとえば、表面親水化装置４０は、製品ウェハである上ウェハＷ１に対して供給するＮ２の流量または時間を、ベアウェハである下ウェハＷ２に対して供給するＮ２の流量または時間よりも多くまたは長くしてもよい。

製品ウェハである上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊには、電子回路が形成される。あるいは、電子回路が形成された接合面Ｗ１ｊにＨＤＰ酸化膜などの膜が形成される。これに対し、ベアウェハである下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊは平坦面である。このため、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊは、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと比べて、純水が残存し易い可能性がある。言い換えれば、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊは、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと比べて、残存する純水を除去しやすい。

そこで、上ウェハＷ１に対して供給するＮ２の流量または時間を、下ウェハＷ２に対して供給するＮ２の流量または時間よりも多くまたは長くすることで、一連の接合処理に要する時間を短縮することができる。

その後、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって接合装置４１に搬入される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ２は、トランジション２００を介して搬送機構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Ｗ２の水平方向の向きが調節される（図１７のステップＳ１１０）。

その後、下ウェハＷ２は、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１７のステップＳ１１１）。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Ｗ２を真空引きしている。そして、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが上方を向くように、当該下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎ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Ｗ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２との水平方向の位置調節を行う。図１８Ａに示すように、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊには予め定められた複数、たとえば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊには予め定められた複数、たとえば４点以上の基準点Ｂが形成される。これら基準点Ａ、Ｂとしては、たとえば上ウェハＷ１または下ウェハＷ２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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊ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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ２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Ｗ１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Ｗ２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Ｗ２の水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との水平方向の位置が調節される（図１７のステップＳ１１２）。なお、上部撮像部材２５３と下部撮像部材２６４を移動させる代わりに、下チャック２３１を移動させてもよい。

なお、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きは、ステップＳ１０４およびステップＳ１１０において位置調節機構２１０によって調節されているが、ステップＳ１１２において微調節が行われる。また、本実施形態のステップＳ１１２では、基準点Ａ、Ｂとして、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２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。たとえば上ウェハＷ１または下ウェハＷ２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１８Ｂに示すように、下チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷ２を所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間の間隔が所定の距離、たとえば８０μｍ〜２００μｍになるように下ウェハＷ２を配置する。こうして上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との鉛直方向の位置が調節される（図１７のステップＳ１１３）。

なお、ステップＳ１０６〜Ｓ１１３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Ｗ１を真空引きしている。同様にステップＳ１１１〜Ｓ１１３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Ｗ２を真空引きしている。

その後、第１真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１８Ｃに示すように、第１領域２３０ａにおける第１吸引管２４０ａからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。このとき、第２領域２３０ｂと第３領域２３０ｃでは、上ウェハＷ１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Ｗ１の中心部を押圧しながら当該上ウェハＷ１を下降させる。このとき、押動ピン２５１には、上ウェハＷ１がない状態で当該押動ピン２５１が７０μｍ移動するような荷重、たとえば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２５０によって、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部を当接させて押圧する（図１７のステップＳ１１４）。

そうすると、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（図１８Ｃ中の太線部）。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，Ｓ１０７において改質されているため、先ず、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，Ｓ１０８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。

その後、図１８Ｄに示すように、押動部材２５０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、第２真空ポンプ２４１ｂの作動を停止して、第２領域２３０ｂにおける第２吸引管２４０ｂからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。

そうすると、第２領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に落下する。さらにその後、第３真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３領域２３０ｃにおける第３吸引管２４０ｃからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。このように上ウェハＷ１の中心部から外周部に向けて、上ウェハＷ１の真空引きを停止し、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に順次落下して当接する。そして、上述した接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ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１８Ｅ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（図１７のステップＳ１１５）。

ステップＳ１１５では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ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。本実施形態に係る接合システム１では、ステップＳ１０３，Ｓ１０９において上ウェハＷ１および下ウェハＷ２から余分な純水が除去されているため、エッジボイドの発生が抑制される。したがって、本実施形態に係る接合システム１によれば、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを適切に接合することができる。

その後、図１８Ｆ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Ｗ２の真空引きを停止して、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着保持を停止する。

上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合された重合ウェハ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によって所定の載置板１１のカセットＣ３に搬送される。こうして、一連の上ウェハＷ１および下ウェハＷ２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システム１は、表面改質装置３０と、表面親水化装置４０と、接合装置４１とを備える。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を改質する。表面親水化装置４０は、表面改質装置３０によって改質された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化する。接合装置４１は、表面親水化装置４０によって親水化された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を接合する。また、表面親水化装置４０は、保持部１５１と、第１ノズル１６１（液供給部の一例に相当）と、第２ノズル１７１（気体供給部の一例に相当）とを備える。保持部１５１は、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を保持する。第１供給部１６０は、保持部１５１に保持された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の改質された接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに対して親水化処理液である純水を供給する。また、第２供給部１７０は、第１供給部１６０によって純水が供給された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに対してＮ２を供給する。

したがって、本実施形態に係る接合システム１によれば、基板間の周縁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ができる。

ところで、上述してきた実施形態では、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部にＮ２を供給することで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部に残存する水分を減らすこととしたが、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部以外の場所にもＮ２を供給してもよい。

たとえば、表面親水化装置４０は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの中央部から周縁部に向けて第２ノズル１７１をスキャンさせながら、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに対してＮ２を供給してもよい。これにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部以外の場所に残存する水分も減らすことができる。

このように第２ノズル１７１をスキャンさせる場合でも、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部に対してＮ２を重点的に供給することが好ましい。たとえば、表面親水化装置４０は、第２ノズル１７１のスキャン速度を、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの中央部から周縁部へ向かうにつれて徐々に遅くしてもよい。また、表面親水化装置４０は、第２ノズル１７１を接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの中央部から周縁部へ向けて一定速度でスキャンさせた後、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部で停止させて、その場で所定時間Ｎ２を供給してもよい。

このように、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部に対してＮ２を重点的に供給することで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの周縁部に発生するエッジボイドをより効率的に抑えることができる。

＜他の実施形態＞
本願の開示する表面親水化装置の構成は、上述した構成に限定されない。以下では、表面親水化装置の他の構成例について図１９Ａおよび図１９Ｂを参照して説明する。図１９Ａは、第１変形例に係る表面親水化装置の構成を示す模式側面図であり、図１９Ｂは、第２変形例に係る表面親水化装置の構成を示す模式側面図である。

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１９Ａに示す第１変形例に係る表面親水化装置４０Ａは、供給部１６０Ａを備える。供給部１６０Ａは、第１ノズル１６１と、第２ノズル１７１と、第１ノズル１６１および第２ノズル１７１を支持するアーム１６２Ａと、アーム１６２Ａを旋回および昇降させる旋回昇降機構１６３Ａとを備える。第１ノズル１６１は、バルブ１６４を介して純水供給源１６５に接続され、第２ノズル１７１は、バルブ１７４を介してＮ２供給源１７５に接続される。

このように、純水を供給する第１ノズル１６１と、Ｎ２を供給する第２ノズル１７１とは、１つのアームに設けられてもよい。

また、図１９Ｂに示す第２変形例に係る表面親水化装置４０Ｂは、供給部１６０Ｂを備える。供給部１６０Ｂは、第３ノズル４００と、第３ノズル４００を支持するアーム１６２Ｂと、アーム１６２Ｂを旋回および昇降させる旋回昇降機構１６３Ｂとを備える。

第３ノズル４００は、たとえば２流体ノズルである。２流体ノズルは、気体と液体を混合することによって液滴を生成し、生成した液滴を噴射する。かかる第３ノズル４００は、バルブ１６４を介して純水供給源１６５に接続されるとともに、バルブ１７４を介してＮ２供給源１７５に接続される。なお、第３ノズル４００の構成については、いずれの従来技術を用いても構わない。

表面親水化装置４０Ｂでは、たとえば、第３ノズル４００から純水とＮ２とを混合して生成される液滴を上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に噴射することで、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに付着したパーティクルの除去を行う。

その後、バルブ１７４を閉鎖し、第３ノズル４００から純水のみを接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに供給することで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化させる。そして、バルブ１６４を閉鎖し、バルブ１７４を開放して、第３ノズル４００からＮ２のみを接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに供給することで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する水分を減らす。

また、第３ノズル４００は、２流体ノズルではなく、通常のノズルであってもよい。かかる場合、まず、バルブ１６４のみを開放して接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化させた後、バルブ１７４のみを開放して接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水を減らせばよい。このように、純水の供給とＮ２の供給とを１つのノズルを用いて行うこととしてもよい。

なお、第１変形例に係る表面親水化装置４０Ａは、第１ノズル１６１に代えて、第３ノズル４００を備えていてもよい。かかる場合、パーティクルの除去と親水化を第３ノズル４００を用いて行い、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水の除去を第２ノズル１７１を用いて行えばよい。第３ノズル４００とは異なり、第２ノズル１７１内には純水が残存することがないため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに残存する純水をより短時間で減らすことができる。

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。

Ｗ１ 上ウェハ
Ｗ２ 下ウェハ
Ｔ 重合ウェハ
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
２３０ 上チャック
２３１ 下チャック
３００ 制御装置

Claims (6)

1. 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、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質工程と、
   前記表面改質工程によって改質された前記基板の表面に対して親水化処理液を供給して該表面を親水化する表面親水化工程と、
   前記表面親水化工程によって親水化された前記基板の表面に対して気体を供給して該表面に残存する前記親水化処理液を減らす気体供給工程と、
   前記気体供給工程後の前記基板同士を接合する接合工程と
   を含み、
   前記気体供給工程は、
   前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部を、前記基板の表面の周縁部に位置させた後、前記気体供給部から前記周縁部へ向けて気体を供給すること
   を特徴とする接合方法。
2. 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、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質工程と、
   前記表面改質工程によって改質された前記基板の表面に対して親水化処理液を供給して該表面を親水化する表面親水化工程と、
   前記表面親水化工程によって親水化された前記基板の表面に対して気体を供給して該表面に残存する前記親水化処理液を減らす気体供給工程と、
   前記気体供給工程後の前記基板同士を接合する接合工程と
   を含み、
   前記気体供給工程は、
   前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部を、前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動させながら、かつ、前記気体供給部が前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動するにつれて前記気体供給部の移動速度を徐々に遅くしながら、前記気体供給部から前記基板の表面へ向けて気体を供給すること
   を特徴とする接合方法。
3. 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、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質工程と、
   前記表面改質工程によって改質された前記基板の表面に対して親水化処理液を供給して該表面を親水化する表面親水化工程と、
   前記表面親水化工程によって親水化された前記基板の表面に対して気体を供給して該表面に残存する前記親水化処理液を減らす気体供給工程と、
   前記気体供給工程後の前記基板同士を接合する接合工程と
   を含み、
   前記気体供給工程は、
   前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部から前記基板の表面に対して気体を供給しながら前記気体供給部を前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動させた後、前記気体供給部を前記基板の周縁部で停止させて、前記気体供給部から前記周縁部へ向けて気体を供給すること
   を特徴とする接合方法。
4. 基板同士を分子間力によって接合する接合システムであって、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置によって改質された前記基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面親水化装置によって親水化された前記基板同士を接合する接合装置と
   を備え、
   前記表面親水化装置は、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記基板の改質された表面に対して親水化処理液を供給する液供給部と、
   前記液供給部によって前記親水化処理液が供給された前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部と、
   前記気体供給部を移動させる移動機構と、
   前記移動機構を用いて前記気体供給部を前記基板の表面の周縁部に位置させた後、前記気体供給部から前記周縁部へ向けて気体を供給させる制御部と
   を備えることを特徴とする接合システム。
5. 基板同士を分子間力によって接合する接合システムであって、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置によって改質された前記基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面親水化装置によって親水化された前記基板同士を接合する接合装置と
   を備え、
   前記表面親水化装置は、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記基板の改質された表面に対して親水化処理液を供給する液供給部と、
   前記液供給部によって前記親水化処理液が供給された前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部と、
   前記気体供給部を移動させる移動機構と、
   前記移動機構を用いて前記気体供給部を前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動させながら、かつ、前記気体供給部が前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動するにつれて、前記気体供給部の移動速度を徐々に遅くしながら、前記気体供給部から前記基板の表面へ向けて気体を供給させる制御部と
   を備え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システムであって、
   前記基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置によって改質された前記基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面親水化装置によって親水化された前記基板同士を接合する接合装置と
   を備え、
   前記表面親水化装置は、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記基板の改質された表面に対して親水化処理液を供給する液供給部と、
   前記液供給部によって前記親水化処理液が供給された前記基板の表面に対して気体を供給する気体供給部と、
   前記気体供給部を移動させる移動機構と、
   前記気体供給部から前記基板の表面に対して気体を供給させながら前記移動機構を用いて前記気体供給部を前記基板の表面の中央部から周縁部へ移動させた後、前記気体供給部を前記基板の周縁部で停止させて、前記気体供給部から前記周縁部へ向けて気体を供給させる制御部と
   を備えることを特徴とする接合システム。

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