JP6271404B2 - 接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システム - Google Patents

Description

本発明は、基板同士を接合する接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システムに関する。

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（表面活性化装置）と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化した後、接合装置においてウェハ同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。

上記接合装置は、下面に一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動部材と、を有している。かかる接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させた後、上ウェハの中心部と下ウェハの中心部が当接した状態で、上ウェハの中心部から外周部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する。

特開２０１２−１７５０４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、上チャックで上ウェハの外周部を保持した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部を下ウェハの中心部側に下降させるので、当該上ウェハは下方に凸に反って伸びる。そうすると、ウェハ同士を接合する際、上ウェハと下ウェハが水平方向にずれて接合される場合がある。例えば接合されたウェハ（以下、「重合ウェハ」という。）において、上ウェハと下ウェハの中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれ（スケーリング）が生じる。

スケーリングの悪化を抑制するため、発明者らは、下チャックで下ウェハを保持する前に、当該下ウェハを温度調節して膨張させることを考えた。すなわち、押動部材によって上ウェハが下方に凸に反って伸びても、上ウェハの伸びた分だけ下ウェハを膨張させればよい。かかる場合、上ウェハと下ウェハを接合する際、上ウェハの径と下ウェハの径は同じになるので、外周部の水平方向の位置ずれを抑制することができる。

このスケーリング対策の効果を検証するため、発明者らは、接合装置の外部に別途設けられた検査装置を用いて、実際に接合された重合ウェハを検査していた。しかしながら、重合ウェハを検査した結果、依然としてスケーリングが生じていた場合には、その重合ウェハが無駄になってしまうため、歩留まりが低下する。また、接合装置の外部の検査装置で検査する場合、検査に時間がかかり、さらにはコストもかかる。したがって、従来のウェハ同士の接合処理には改善の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、接合される基板同士の水平方向位置を適切に検査して調節し、当該基板同士の接合処理を適切に行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第１の基板を第１の保持部の下面で保持する第１の保持工程と、温度調節部によって第２の基板の温度を第１の基板の温度より高く調節する温度調節工程と、前記温度調節工程で温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持する第２の保持工程と、前記第２の保持部に保持された第２の基板の複数の基準点を撮像部によって撮像し、当該複数の基準点の位置を測定した後、測定結果と所定の許容範囲とを比較して、第２の基板の状態を検査する検査工程と、前記検査工程において第２の基板の状態が正常であると判定された場合、押動部材によって第１の基板の中心部を押圧し、当該第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させた状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、第２の保持工程において第２の保持部で第２の基板を保持する前に、温度調節工程において第２の基板の温度を第１の基板の温度より高く調節するので、当該第２の基板が第１の基板より大きく膨張する。そうすると、例えば第２の基板の膨張量を調節することで、押動部材によって第１の基板が下方に凸に反って伸びても、接合工程において第１の基板の径と第２の基板の径を同じにできる。したがって、第１の基板と第２の基板の水平方向位置を適切に調節することができ、スケーリングの悪化を抑制することができる。

また、検査工程において第２の基板の複数の基準点の位置を測定し、測定結果と所定の許容範囲を比較しているので、温度調節工程で第２の基板が適切に膨張しているか否かを検査することができる。すなわち、測定結果が所定の許容範囲内に収まっている場合、接合工程において第１の基板と第２の基板が同じ大きさになるように、第２の基板は適切に膨張している。そして、このように第２の基板の状態の検査結果が正常である場合のみ、後続の接合工程を行うので、第１の基板と第２の基板の接合処理を適切に行うことができる。

しかも、前記検査工程は、接合処理が行われる接合装置内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、基板の接合処理を効率よく行うことができる。

前記接合方法は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後であって前記検査工程の前に、第１の基板の複数の位置調節点を他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の位置調節点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに有していてもよい。

前記接合方法は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後、第１の基板の複数の基準点を他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに有し、前記検査工程は、前記位置調節工程における第２の基板の複数の基準点の撮像結果を用いて行われ、前記位置調節工程と前記検査工程は、並行して行われてもよい。

前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該検査工程における第２の基板の複数の基準点の位置の測定結果に基づき、前記温度調節工程において前記温度調節部で調節する第２の基板の温度を補正してもよい。

前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該第２の基板に対して、補正された温度で前記温度調節工程を再度行ってもよい。

別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また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。

さらに別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第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の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、第２の基板の温度調節を行う温度調節部と、前記第２の保持部に保持された第２の基板を撮像する撮像部と、第１の基板を前記第１の保持部の下面で保持する第１の保持工程と、前記温度調節部によって第２の基板の温度を第１の基板の温度より高く調節する温度調節工程と、前記温度調節工程で温度調節された第２の基板を前記第２の保持部の上面で保持する第２の保持工程と、前記第２の保持部に保持された第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、当該複数の基準点の位置を測定した後、測定結果と所定の許容範囲とを比較して、第２の基板の状態を検査する検査工程と、前記検査工程において第２の基板の状態が正常であると判定された場合、前記押動部材によって第１の基板の中心部を押圧し、当該第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させた状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を実行するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記温度調節部及び前記撮像部を制御する制御部と、を有することを特徴としている。

前記接合装置は、前記第１の保持部に保持された第１の基板を撮像する他の撮像部と、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、をさらに有し、前記制御部は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後であって前記検査工程の前に、第１の基板の複数の位置調節点を前記他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の位置調節点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、前記移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節するように、前記撮像部、前記他の撮像部及び前記移動部を制御してもよい。

前記接合装置は、前記第１の保持部に保持された第１の基板を撮像する他の撮像部と、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、をさらに有し、前記制御部は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後、第１の基板の複数の基準点を前記他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、前記移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに行い、前記検査工程が前記位置調節工程における第２の基板の複数の基準点の撮像結果を用いて行われ、前記位置調節工程と前記検査工程が並行して行われるように、前記撮像部、前記他の撮像部及び前記移動部を制御してもよい。

前記制御部は、前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該検査工程における第２の基板の複数の基準点の位置の測定結果に基づき、前記温度調節工程において前記温度調節部で調節する第２の基板の温度を補正してもよい。

前記制御部は、前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該第２の基板に対して、補正された温度で前記温度調節工程を再度行うように、前記温度調節部を制御してもよい。

また別な観点による本発明は、前記接合装置を備えた接合システムであって、前記接合装置を備えた処理ステーションと、第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、前記処理ステーションは、第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴としている。

本発明によれば、接合される基板同士の水平方向位置を適切に検査して調節し、当該基板同士の接合処理を適切且つ効率よく行うことができる。

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。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 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。 下部撮像部を用いて上ウェハの位置調節点を撮像する様子を示す説明図である。 上部撮像部と下部撮像部の水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上部撮像部を用いて下ウェハの位置調節点を撮像する様子を示す説明図である。 下ウェハの膨張量とスケーリング値の関係を説明するためのグラフである。 上部撮像部を用いて下ウェハの基準点を撮像する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハを対向配置した様子を示す説明図である。 上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させる様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの接合を中心部から外周部に拡散させる様子を示す説明図である。 上ウェハの表面と下ウェハの表面を当接させた様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハが接合された様子を示す説明図である。 他の実施の形態における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。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ」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Ｗ_Ｌ」という。また、上ウェハＷ_Ｕが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｕ１」といい、当該表面Ｗ_Ｕ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｕ２」という。同様に、下ウェハＷ_Ｌが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｌ１」といい、当該表面Ｗ_Ｌ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｌ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して、重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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Ｃ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、複数の下ウェハＷ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｔ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Ｃ_Ｔのうち、１つのカセットＣ_Ｔを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣ_Ｔを正常な重合ウェハＷ_Ｔ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Ｃ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０が配置されている。表面改質装置３０では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１に照射されて、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する接合装置４１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＹ方向に並べて配置されている。

表面親水化装置４０では、例えばスピンチャックに保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１上を拡散し、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１が親水化される。なお、接合装置４１の構成については後述する。

例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述のウェハ接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部７０にインストールされたものであってもよい。

次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。接合装置４１は、図４〜図６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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１０４が形成されている。

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを一時的に載置するためのトランジション１１０と、下ウェハＷ_Ｌの温度を調節する温度調節部１２０とが積層されて設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのいずれか２つを同時に載置することができる。

温度調節部１２０は、下ウェハＷ_Ｌの温度を調節する温度調節板１２１を有している。温度調節板１２１には、例えばペルチェ素子（図示せず）などが内蔵されている。温度調節板１２１の温度は例えば制御部７０により制御され、温度調節板１２１上に載置された下ウェハＷ_Ｌが所定の温度に調節される。なお、温度調節部１２０の数や配置は、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。

搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構１３０が設けられている。ウェハ搬送機構１３０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。そして、ウェハ搬送機構１３０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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節する位置調節機構１４０が設けられている。位置調節機構１４０は、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持して回転させる保持部（図示せず）を備えた基台１４１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部１４２と、を有している。そして、位置調節機構１４０では、基台１４１に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１４２でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節している。なお、基台１４１においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持する方式は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック方式やスピンチャック方式など、種々の方式が用いられる。

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ_Ｕの表裏面を反転させる反転機構１５０が設けられている。反転機構１５０は、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム１５１を有している。保持アーム１５１は、水平方向（Ｙ方向）に延伸している。また保持アーム１５１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材１５２が例えば４箇所に設けられている。

保持アーム１５１は、例えばモータなどを備えた駆動部１５３に支持されている。この駆動部１５３によって、保持アーム１５１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１５１は、駆動部１５３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｙ方向）に移動自在である。駆動部１５３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１５３は鉛直方向に延伸する支持柱１５４に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部１５３によって、保持部材１５２に保持された上ウェハＷ_Ｕ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１５２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、駆動部１５３を中心に回動して、位置調節機構１４０から後述する上チャック１６０との間を移動できる。

処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ_Ｕ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１６０と、下ウェハＷ_Ｌ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１６１とが設けられている。下チャック１６１は、上チャック１６０の下方に設けられ、上チャック１６０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌは対向して配置可能となっている。

上チャック１６０は、当該上チャック１６０の上方に設けられた上チャック支持部１７０に支持されている。上チャック支持部１７０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１６０は、上チャック支持部１７０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。

上チャック支持部１７０には、下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１を撮像する上部撮像部１７１が設けられている。すなわち、上部撮像部１７１は上チャック１６０に隣接して設けられている。上部撮像部１７１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

下チャック１６１は、当該下チャック１６１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１８０に支持されている。第１の下チャック移動部１８０は、後述するように下チャック１６１を水平方向（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。また、第１の下チャック移動部１８０は、下チャック１６１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

第１の下チャック移動部１８０には、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する下部撮像部１８１が設けられている。すなわち、下部撮像部１８１は下チャック１６１に隣接して設けられている。下部撮像部１８１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１８０は、当該第１の下チャック移動部１８０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１８２、１８２に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部１８０は、レール１８２に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール１８２、１８２は、第２の下チャック移動部１８３に配設されている。第２の下チャック移動部１８３は、当該第２の下チャック移動部１８３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１８４、１８４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１８３は、レール１８４に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。なお、一対のレール１８４、１８４は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１８５上に配設されている。

次に、接合装置４１の上チャック１６０と下チャック１６１の詳細な構成について説明する。

上チャック１６０には、図７及び図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１６０は、平面視において少なくとも上ウェハＷ_Ｕより大きい径を有する本体部１９０を有している。本体部１９０の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２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の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持するリブ１９２が設けられている。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、リブ１９２の内側において別のリブ１９３が設けられている。リブ１９３は、リブ１９２と同心円状に環状に設けられている。そして、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、リブ１９３の内側の第１の吸引領域１９４ａと、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Ｗ_Ｕ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、継手を介して第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Ｗ_Ｕ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、継手を介して第２の真空ポンプ１９７ｂが接続されている。

そして、上ウェハＷ_Ｕ、本体部１９０及びリブ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Ｗ_Ｕ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１６０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。また、上チャック１６０は、第１の吸引領域１９４ａと第２の吸引領域１９４ｂ毎に上ウェハＷ_Ｕを真空引き可能に構成されている。

かかる場合、リブ１９２が上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持するので、上ウェハＷ_Ｕ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１６０に上ウェハＷ_Ｕの全面が吸着保持され、当該上ウェハＷ_Ｕの平面度を小さくして、上ウェハＷ_Ｕ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１６０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１６０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１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン１９１に支持されているので、上チャック１６０による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを解除する際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０から剥がれ易くなる。

上チャック１６０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１６０に吸着保持される上ウェハＷ_Ｕ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２００におけるアクチュエータ部２０１の先端部が挿通するようになっている。

上チャック１６０の上面には、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部２００が設けられている。押動部２００は、押動部材としてのアクチュエータ部２０１とシリンダ部２０２とを有している。

アクチュエータ部２０１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２０１は、上ウェハＷ_Ｕの中心部と当接して当該上ウェハＷ_Ｕ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２０１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２０１は、シリンダ部２０２に支持されている。シリンダ部２０２は、例えばモータを備えた駆動部によってアクチュエータ部２０１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２００は、アクチュエータ部２０１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部２０２によってアクチュエータ部２０１の移動の制御をしている。そして、押動部２００は、後述するウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合時に、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とを当接させて押圧することができる。

下チャック１６１には、図７及び図９に示すように上チャック１６０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１６１は、平面視において少なくとも下ウェハＷ_Ｌより大きい径を有する本体部２１０を有している。本体部２１０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２に接触する複数のピン２１１が設けられている。また本体部２１０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持するリブ２１２が設けられている。リブ２１２は、複数のピン２１１の外側に環状に設けられている。

また、本体部２１０の上面には、リブ２１２の内側において別のリブ２１３が設けられている。リブ２１３は、リブ２１２と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ２１２の内側の領域２１４（以下、吸引領域２１４という場合がある。）は、リブ２１３の内側の第１の吸引領域２１４ａと、リブ２１３の外側の第２の吸引領域２１４ｂとに区画されている。

本体部２１０の上面には、第１の吸引領域２１４ａにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第１の吸引口２１５ａが形成されている。第１の吸引口２１５ａは、例えば第１の吸引領域２１４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口２１５ａには、本体部２１０の内部に設けられた第１の吸引管２１６ａが接続されている。さらに第１の吸引管２１６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ２１７ａが接続されている。

また、本体部２１０の上面には、第２の吸引領域２１４ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第２の吸引口２１５ｂが形成されている。第２の吸引口２１５ｂは、例えば第２の吸引領域２１４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口２１５ｂには、本体部２１０の内部に設けられた第２の吸引管２１６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管２１６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ２１７ｂが接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部２１０及びリブ２１２に囲まれて形成された吸引領域２１４ａ、２１４ｂをそれぞれ吸引口２１５ａ、２１５ｂから真空引きし、吸引領域２１４ａ、２１４ｂを減圧する。このとき、吸引領域２１４ａ、２１４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ_Ｌは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域２１４ａ、２１４ｂ側に押され、下チャック１６１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。また、下チャック１６１は、第１の吸引領域２１４ａと第２の吸引領域２１４ｂ毎に下ウェハＷ_Ｌを真空引き可能に構成されている。

かかる場合、リブ２１２が下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持するので、下ウェハＷ_Ｌ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１６１に下ウェハＷ_Ｌの全面が吸着保持され、当該下ウェハＷ_Ｌの平面度を小さくして、下ウェハＷ_Ｌを平坦にすることができる。

しかも、複数のピン２１１の高さが均一なので、下チャック１６１の上面の平面度をさらに小さくすることができる。また例えば処理容器１００内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピン２１１の間隔が適切であるため、下チャック１６１の上面にパーティクルが存在するのを抑制することができる。このように下チャック１６１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１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン２１１に支持されているので下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの真空引きを解除する際、当該下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１から剥がれ易くなる。

下チャック１６１において、本体部２１０の中心部付近には、当該本体部２１０を厚み方向に貫通する貫通孔２１８が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔２１８には、第１の下チャック移動部１８０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２１０の外周部には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔが下チャック１６１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材２１９が設けられている。ガイド部材２１９は、本体部２１０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。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理方法について説明する。図１０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Ｗ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、複数枚の下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔ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Ｃ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕ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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に照射されて、当該表面Ｗ_Ｕ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質される（図１０の工程Ｓ１）。

次に上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕを回転させながら、当該上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１０の工程Ｓ２）。

次に上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０によって、上ウェハＷ_Ｕの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ３）。

その後、位置調節機構１４０から反転機構１５０の保持アーム１５１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１５１を反転させることにより、上ウェハＷ_Ｕの表裏面が反転される（図１０の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方に向けられる。

その後、反転機構１５０の保持アーム１５１が、駆動部１５３を中心に回動して上チャック１６０の下方に移動する。そして、反転機構１５０から上チャック１６０に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。上ウェハＷ_Ｕは、上チャック１６０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１０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Ｗ_Ｕを真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０に吸着保持される。

なお、このように上チャック１６０に保持される上ウェハＷ_Ｕは、処理領域Ｔ２の雰囲気温度とほぼ同じ温度になっている。このため、上ウェハＷ_Ｕが温度変化によって伸縮することがなく、その形状と寸法が変化しない。

上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕに続いて下ウェハＷ_Ｌ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Ｃ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が改質される（図１０の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が親水化される共に当該表面Ｗ_Ｌ１が洗浄される（図１０の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｌは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０によって、下ウェハＷ_Ｌの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ８）。

その後、ウェハ搬送機構１３０によって下ウェハＷ_Ｌは温度調節部１２０に搬送される。温度調節部１２０では、下ウェハＷ_Ｌが温度調節板１２１上に載置され、上ウェハＷ_Ｕの温度より高い所定の温度に調節される（図１０の工程Ｓ９）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構１３０によって下チャック１６１に搬送され、下チャック１６１にその裏面Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ１０）。具体的には、真空ポンプ２１７ａ、２１７ｂを作動させ、吸引領域２１４ａ、２１４ｂにおいて吸引口２１５ａ、２１５ｂを介して下ウェハＷ_Ｌを真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１に吸着保持される。

なお、このように下チャック１６１に保持される下ウェハＷ_Ｌは、上述したように工程Ｓ９において、上ウェハＷ_Ｕの温度より高い所定の温度に調節されている。このため、下ウェハＷ_Ｌは上ウェハＷ_Ｕより数μｍ大きく膨張する。この下ウェハＷ_Ｌの膨張量を調節することで、後述する工程Ｓ１６においてアクチュエータ部２０１によって上ウェハＷ_Ｕの中心部が押圧され、当該上ウェハＷ_Ｕが下方に凸に反って伸びても、上ウェハＷ_Ｕの径と下ウェハＷ_Ｌの径を同じにできる。

次に、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの水平方向の位置調節を行う。

なお、図１１に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１には予め定められた複数、例えば３点の位置調節点Ａ１〜Ａ３が設定され、同様に下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数、例えば３点の位置調節点Ｂ１〜Ｂ３が設定されている。位置調節点Ａ１、Ａ３とＢ１、Ｂ３はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの外周部の点であり、位置調節点Ａ２とＢ２はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部の点である。なお、また、本実施の形態においてウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上の位置調節点は３点であるが、位置調節点の数はこれに限定されず任意に設定できる。

先ず、図１１に示すように第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８３によって下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、下部撮像部１８１を用いて上ウェハＷ_Ｕの位置調節点Ａ１〜Ａ３を順次撮像する。そして、制御部７０において、位置調節点Ａ１〜Ａ３の位置が測定される。

次に、図１２に示すように第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８３によって下チャック１６１を水平方向に移動させ、上部撮像部１７１と下部撮像部１８１で共通のターゲットＴを確認する。そして、制御部７０において、上部撮像部１７１と下部撮像部１８１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部１８１の水平方向位置が調節される。

その後、図１３に示すように第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８３によって下チャック１６１を水平方向に移動させ、上部撮像部１７１を用いて下ウェハＷ_Ｌの位置調節点Ｂ１〜Ｂ３を順次撮像する。そして、制御部７０において、位置調節点Ｂ１〜Ｂ３の位置が測定される。制御部７０ではさらに、上ウェハＷ_Ｕの位置調節点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ_Ｌの位置調節点Ｂ１〜Ｂ３がそれぞれ合致するように、第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８３によって下チャック１６１の水平方向位置を調節させる。こうして上チャック１６０と下チャック１６１の水平方向位置が調節され、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置が調節される（図１０の工程Ｓ１１）。

なお、上記水平方向位置の調節は、上述のように下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させると共に、第１の下チャック移動部１８０によって下チャック１６１を回転させて、当該下チャック１６１の向きも調節される。

次に、下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌの状態の検査を行う。具体的には、工程Ｓ９で温度調節された下ウェハＷ_Ｌの膨張量が適切か否かの検査を行う。また、この下ウェハＷ_Ｌの状態の検査（膨張量の検査）は、上述したスケーリング抑制の効果を検証するために行われる。

ここで、下ウェハＷ_Ｌの膨張量とスケーリング値の関係について、図１４を用いて説明する。図１４中、左側のグラフは、本実施の形態のように工程Ｓ９における下ウェハＷ_Ｌの温度調節を行わない場合（すなわちスケーリング対策を行わない場合）に、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合した重合ウェハＷ_Ｔにおいて、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置ずれ（すなわちスケーリング値）を示している。図１４中、真中のグラフは、工程Ｓ９で温度調節された下ウェハＷ_Ｌの膨張量を示している。図１４中、右側のグラフは、本実施の形態のようにスケーリング対策を行った場合の重合ウェハＷ_Ｔの計算上のスケーリング値を示している。図１４中、各グラフの横軸は、下ウェハＷ_Ｌの中心からの距離を示している。なお、図１４中のスケーリング値と下ウェハＷ_Ｌの膨張量は、参考値であって、実際の値ではない。

図１４に示す通り、スケーリング対策を行った場合のスケーリング値Ｑ１（以下、「対策有りスケーリング値Ｑ１」という。）は、スケーリング対策を行わない場合のスケーリング値Ｑ２（以下、「対策無しスケーリング値Ｑ２」という。）と下ウェハＷ_Ｌの膨張量ΔＰ（以下、「膨張量ΔＰ」という。）を用いて、下記式（１）より算出される。このうち、対策無しスケーリング値Ｑ２は、予め、実際に上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して重合ウェハＷ_Ｔのスケーリング値を測定しておく。
Ｑ１＝Ｑ２−ΔＰ ・・・（１）

また、膨張量ΔＰは、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１に予め定められた複数の基準点の位置を測定することにより算出される。すなわち、下ウェハＷ_Ｌの膨張量ΔＰは、スケーリング対策を行った場合の基準点の位置Ｐ１（以下、「対策有り基準点位置Ｐ１」という。）とスケーリング対策を行わない場合の基準点の位置Ｐ２（以下、「対策無し基準点位置Ｐ２」という。）を用いて、下記式（２）より算出される。
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２ ・・・（２）

なお、対策無し基準点位置Ｐ２は、温度調節を行わない場合の下ウェハＷ_Ｌの基準点の位置であるため、理論上の基準点の位置は分かる。しかしながら、この理論上の基準点の位置は、ショット自体の位置ずれや、下チャック１６１の精度誤差などにより、実測とは数μｍの誤差が発生する。このため、本実施の形態では、対策無し基準点位置Ｐ２を予め測定しておく。

上記式（１）と式（２）より、対策有り基準点位置Ｐ１は、下記式（３）で表せる。上述したように対策無しスケーリング値Ｑ２と対策無し基準点位置Ｐ２はそれぞれ予め測定されているので、対策有りスケーリング値Ｑ１の所定の許容範囲から、対策有り基準点位置Ｐ１の許容範囲を設定できる。
Ｐ１＝Ｑ２＋Ｐ２−Ｑ１ ・・・（３）

そこで、本実施の形態では、スケーリング抑制の効果（対策有りスケーリング値Ｑ１）を検証するため、下ウェハＷ_Ｌの基準点の位置（対策有り基準点位置Ｐ１）を測定する。なお、図１５に示すように下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数、例えば８０点の基準点Ｃ１〜Ｃ８０が設定されている。これら基準点Ｃ１〜Ｃ８０のうち一部の基準点は、上述した位置調節点Ｂ１〜Ｂ３と重複していてもよい。なお、本実施の形態において下ウェハＷ_Ｌの基準点は８０点であるが、基準点の数はこれに限定されず任意に設定できる。

そして、図１５に示すように第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８３によって下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、上部撮像部１７１を用いて下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｃ１〜Ｃ８０を順次撮像する。そして、制御部７０において、基準点Ｃ１〜Ｃ８０の位置が測定される。

制御部７０では、基準点Ｃ１〜Ｃ８０の位置の測定結果と、上述のように設定される、対策有り基準点位置Ｐ１の許容範囲とを比較して、下ウェハＷ_Ｌの状態を検査する（図１０の工程Ｓ１２）。

工程Ｓ１２において、下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｃ１〜Ｃ８０の測定結果が所定の許容範囲外であって、当該下ウェハＷ_Ｌの状態の検査結果が異常であると判定された場合、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは、後続の接合処理が行われず、接合システム１から外部に搬出され回収される（図１０の工程Ｓ１３）。

また、下ウェハＷ_Ｌの状態の検査結果が異常である場合、制御部７０によって温度調節部１２０で調節する下ウェハＷ_Ｌの温度を補正する（図１０の工程Ｓ１４）。具体的には、下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｃ１〜Ｃ８０の位置の測定結果に基づいて、当該基準点Ｃ１〜Ｃ８０の位置が所定の許容範囲に収まるように、下ウェハＷ_Ｌの温度を補正する。これにより、次に処理される下ウェハＷ_Ｌは、工程Ｓ９において補正された温度に調節され、当該下ウェハＷ_Ｌの膨張量を適切に制御することができる。

一方、工程Ｓ１２において下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｃ１〜Ｃ８０の測定結果が所定の許容範囲内であって、当該下ウェハＷ_Ｌの状態の検査結果が正常であると判定された場合、後続の接合処理が行われる。

すなわち、第１の下チャック移動部１８０によって下チャック１６１を鉛直上方に移動させて、上チャック１６０と下チャック１６１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向位置の調節を行う（図１０の工程Ｓ１５）。そして、図１６に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが所定の位置に対向配置される。このとき、下ウェハＷ_Ｌの径は上ウェハＷ_Ｕの径より大きい。

次に、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌの接合処理が行われる。

先ず、図１７に示すように押動部２００のシリンダ部２０２によってアクチュエータ部２０１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部２０１の下降に伴い、上ウェハＷ_Ｕ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２０１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部２００によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧する（図１０の工程Ｓ１６）。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Ｗ_Ｕ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２００で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する際にも、上チャック１６０によって上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持することができる。

なお、このようにアクチュエータ部２０１によって上ウェハＷ_Ｕが下方に凸に反って伸びても、工程Ｓ９において下ウェハＷ_Ｌは温度調節されて膨張し、しかも工程Ｓ１３においてその膨張量が適切であると判定されているため、上ウェハＷ_Ｕの径と下ウェハＷ_Ｌの径を同じにできる。

押圧された上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部との間で接合が開始する（図１７中の太線部）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。さらに、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間の親水基が水素結合し（分子間力）、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。

そして、図１８に示すように表面Ｗ_Ｕ１、表面Ｗ_Ｌ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合は中心部から外周部に拡散し、所定の時間経過後、その外周部を除いて、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の接合がほぼ全面で完了する。すなわち、上ウェハＷ_Ｕにおいて、第２の吸引口１９５ｂから真空引きされた第２の吸引領域１９４ｂ以外の領域で、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の接合が完了する。

その後、図１９に示すように押動部２００によって上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌ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の吸引管１９６ｂからの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。そうすると、上ウェハＷ_Ｕの外周部が下ウェハＷ_Ｌ上に落下する。そして、図１９に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が全面で当接し、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１０の工程Ｓ１７）。このとき、上ウェハＷ_Ｕの径と下ウェハＷ_Ｌの径が同じであるので、スケーリングの発生が抑制される。

その後、図２０に示すように押動部２００のアクチュエータ部２０１を上チャック１６０まで上昇させる。また、真空ポンプ２１７ａ、２１７ｂの作動を停止し、吸引領域２１４における下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止して、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。

上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔ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Ｃ_Ｔに搬送される。こうして、一連のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、工程Ｓ９において下ウェハＷ_Ｌの温度を調節するので、当該下ウェハＷ_Ｌが膨張する。工程Ｓ１２においてその膨張量が適切であると判定されているため、上ウェハＷ_Ｕの径と下ウェハＷ_Ｌの径を同じにできる。そうすると、工程Ｓ１６においてアクチュエータ部２０１によって上ウェハＷ_Ｕが下方に凸に反って伸びても、工程Ｓ１７において上ウェハＷ_Ｕの径と下ウェハＷ_Ｌの径を同じにできる。したがって、スケーリングを抑制して、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を適切に行うことができる。

しかも、工程Ｓ１２の検査は接合装置４１内で行うことができ、接合装置４１の外部に別途検査装置を設ける必要がないため、装置の製造コストを低廉化できる。また、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する前に工程Ｓ１２の検査ができるので、検査結果を後続の接合処理に適切なタイミングでフィードバックすることができ、これにより接合処理の精度が向上する。

また、本実施の形態の接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０と、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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、工程Ｓ１１における上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置の調節と、工程Ｓ１２における下ウェハＷ_Ｌの状態の検査は、別の工程で行っていたが、並行して行ってもよい。

工程Ｓ１１では、下ウェハＷ_Ｌの位置調節点Ｂ１〜Ｂ３が撮像され、当該位置調節点Ｂ１〜Ｂ３の位置が測定される。なお、本実施の形態において、位置調節点Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３は、本発明の基準点を構成している。以下の説明においては、位置調節点Ｂ１〜Ｂ３を基準点Ｂ１〜Ｂ３と称する。

工程Ｓ１２では、工程Ｓ１１で測定した基準点Ｂ１〜Ｂ３を利用する。すなわち、基準点Ｂ１〜Ｂ３の測定結果と所定の許容範囲を比較して、下ウェハＷ_Ｌの状態を検査する。

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できる。また、工程Ｓ１２において下ウェハＷ_Ｌの基準点を再度撮像する必要がないため、接合処理のスループットを向上させることができる。

但し、かかる場合、工程Ｓ１２において利用される下ウェハＷ_Ｌの基準点の数が少なくなるため、下ウェハＷ_Ｌの状態の検査精度は低くなる。このため、例えば１ロット内の最初の下ウェハＷ_Ｌを検査する場合など、検査精度が求められる場合には、上記実施の形態のように多数の基準点を用いるのが好ましい。

以上の実施の形態では、工程Ｓ１２における下ウェハＷ_Ｌの状態の検査結果が異常であった場合、工程Ｓ１３において上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを回収していた。この点、図２１に示すように、異常と判定された下ウェハＷ_Ｌに対して、工程Ｓ９における温度調節を再度行ってもよい。

すなわち、工程Ｓ１２における検査後、異常と判定された下ウェハＷ_Ｌは温度調節部１２０に搬送される。また、工程Ｓ１４において、温度調節部１２０で調節する下ウェハＷ_Ｌの温度が補正される。そして、温度調節部１２０において、下ウェハＷ_Ｌが温度調節板１２１上に載置され、上記補正された温度に調節される。その後の工程Ｓ１０以降は、上記実施の形態と同様である。

かかる場合、異常と判定された下ウェハＷ_Ｌを再利用することができ、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを無駄なく使用することができる。したがって、製品の歩留まりを向上させることができる。

以上の実施の形態では、接合装置４１において下ウェハＷ_Ｌのみを温度調節していたが、上ウェハＷ_Ｕも温度調節してもよい。この際、上ウェハＷ_Ｕの温度調節を行うための温度調節部を別途設けてもよい。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕと温度と下ウェハＷ_Ｌの温度の温度差を利用して、接合前の下ウェハＷ_Ｌの径を上ウェハＷ_Ｕの径より大きくする。このように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの両方を温度調節することで、スケーリングをさらに抑制して、接合処理の精度を向上させることができる。

以上の実施の形態の接合装置４１では、上チャック１６０を処理容器１００に固定し、且つ下チャック１６１を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック１６０を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック１６１を処理容器１００に固定してもよい。また、上チャック１６０と下チャック１６１の両方を水平方向及び鉛直方向に移動させてもよい。但し、上チャック１６０を移動させる方が、移動機構が大掛かりになるため、上記実施の形態のように上チャック１６０を処理容器１００に固定する方が好ましい。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｔにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

１ 接合システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
３０ 表面改質装置
４０ 表面親水化装置
４１ 接合装置
６１ ウェハ搬送装置
７０ 制御部
１２０ 温度調節部
１６０ 上チャック
１６１ 下チャック
１７１ 上部撮像部
１８０ 第１の下チャック移動部
１８１ 下部撮像部
１８３ 第２の下チャック移動部
２００ 押動部
２０１ アクチュエータ部
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (13)

1. 基板同士を接合する接合方法であって、
   第１の基板を第１の保持部の下面で保持する第１の保持工程と、
   温度調節部によって第２の基板の温度を第１の基板の温度より高く調節する温度調節工程と、
   前記温度調節工程で温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持する第２の保持工程と、
   前記第２の保持部に保持された第２の基板の複数の基準点を撮像部によって撮像し、当該複数の基準点の位置を測定した後、測定結果と所定の許容範囲とを比較して、第２の基板の状態を検査する検査工程と、
   前記検査工程において第２の基板の状態が正常であると判定された場合、押動部材によって第１の基板の中心部を押圧し、当該第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させた状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
2. 前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後であって前記検査工程の前に、第１の基板の複数の位置調節点を他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の位置調節点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後、第１の基板の複数の基準点を他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに有し、
   前記検査工程は、前記位置調節工程における第２の基板の複数の基準点の撮像結果を用いて行われ、
   前記位置調節工程と前記検査工程は、並行して行われることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
4. 前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該検査工程における第２の基板の複数の基準点の位置の測定結果に基づき、前記温度調節工程において前記温度調節部で調節する第２の基板の温度を補正することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合方法。
5. 前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該第２の基板に対して、補正された温度で前記温度調節工程を再度行うことを特徴とする、請求項４に記載の接合方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
7. 請求項６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。
8. 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の基板を保持する第２の保持部と、
   前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
   第２の基板の温度調節を行う温度調節部と、
   前記第２の保持部に保持された第２の基板を撮像する撮像部と、
   第１の基板を前記第１の保持部の下面で保持する第１の保持工程と、前記温度調節部によって第２の基板の温度を第１の基板の温度より高く調節する温度調節工程と、前記温度調節工程で温度調節された第２の基板を前記第２の保持部の上面で保持する第２の保持工程と、前記第２の保持部に保持された第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、当該複数の基準点の位置を測定した後、測定結果と所定の許容範囲とを比較して、第２の基板の状態を検査する検査工程と、前記検査工程において第２の基板の状態が正常であると判定された場合、前記押動部材によって第１の基板の中心部を押圧し、当該第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を当接させた状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を実行するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記温度調節部及び前記撮像部を制御する制御部と、を有することを特徴とする、接合装置。
9. 前記第１の保持部に保持された第１の基板を撮像する他の撮像部と、
   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、をさらに有し、
   前記制御部は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後であって前記検査工程の前に、第１の基板の複数の位置調節点を前記他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の位置調節点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、前記移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節するように、前記撮像部、前記他の撮像部及び前記移動部を制御することを特徴とする、請求項８に記載の接合装置。
10. 前記第１の保持部に保持された第１の基板を撮像する他の撮像部と、
    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、をさらに有し、
    前記制御部は、前記第１の保持工程と前記第２の保持工程の後、第１の基板の複数の基準点を前記他の撮像部によって撮像すると共に、第２の基板の複数の基準点を前記撮像部によって撮像し、撮像結果に基づいて、前記移動部によって前記第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、第１の基板と第２の基板の水平方向の位置を調節する位置調節工程をさらに行い、前記検査工程が前記位置調節工程における第２の基板の複数の基準点の撮像結果を用いて行われ、前記位置調節工程と前記検査工程が並行して行われるように、前記撮像部、前記他の撮像部及び前記移動部を制御することを特徴とする、請求項８に記載の接合装置。
11. 前記制御部は、前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該検査工程における第２の基板の複数の基準点の位置の測定結果に基づき、前記温度調節工程において前記温度調節部で調節する第２の基板の温度を補正することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の接合装置。
12. 前記制御部は、前記検査工程において第２の基板の状態が異常であると判定された場合、当該第２の基板に対して、補正された温度で前記温度調節工程を再度行うように、前記温度調節部を制御することを特徴とする、請求項１１に記載の接合装置。
13. 請求項８〜１２のいずれか一項に記載の接合装置を備えた接合システムであって、
    前記接合装置を備えた処理ステーションと、
    第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
    前記処理ステーションは、
    第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
    前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
    前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、
    前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、接合システム。

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