JP6727069B2 - 接合装置および接合システム - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、接合装置および接合システムに関する。
従来、半導体ウェハ等の基板同士を接合する接合装置として、分子間力によって基板同士を接合する接合装置が知られている。
この種の接合装置では、上側基板の外縁の全周を保持し、この保持した上側基板の中心部をストライカーにより押し下げて下側基板の中心部に接触させる。これにより、まず、上側基板および下側基板の中心部同士が分子間力によって接合して接合領域が形成される。その後、基板の外周部に接合領域が向けて拡大していく所謂ボンディングウェーブが発生する。これにより、上側基板と下側基板とが全面で接合される（特許文献１参照）。
接合後の基板の歪みを抑えるためには、ボンディングウェーブが、基板の中心部から外周部に向けて均等にすなわち同心円状に拡大していくことが好ましい。
特開２０１５−０９５５７９号公報
しかしながら、ボンディングウェーブは、実際には同心円状ではなく不均一に拡大する。これは、基板の物性、たとえばヤング率やポアソン比等に異方性があり、かかる異方性の影響により、特定の結晶方向におけるボンディングウェーブの速度が他の結晶方向と比較して速くあるいは遅くなるためであると考えられる。
実施形態の一態様は、接合後の基板の歪みを抑えることができる接合装置および接合システムを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、ストライカーとを備える。第１保持部は、第１基板を上方から吸着保持する。第２保持部は、第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する。ストライカーは、第１基板の中心部を上方から押圧して第２基板に接触させる。また、第１保持部は、第１基板の外周部の一部の領域を吸着保持するものであって、第１基板の中心部から外周部へ向かう方向のうち、第１基板と第２基板との接合領域が最も速く拡大する方向と交わる領域を吸着保持する。
実施形態の一態様によれば、接合後の基板の歪みを抑えることができる。
図１は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式平面図である。 図２は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式側面図である。 図３は、第１基板および第２基板の模式側面図である。 図４は、接合装置の構成を示す模式平面図である。 図５は、接合装置の構成を示す模式側面図である。 図６は、上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側断面図である。 図７は、従来における接合領域の拡大の様子を示す図である。 図８は、従来における接合領域の拡大の様子を示す図である。 図９は、上チャックの模式底面図である。 図１０は、下チャックの模式斜視図である。 図１１は、下チャックの模式平面図である。 図１２は、凸部の構成を示す模式斜視断面図である。 図１３は、接合システムが実行する処理の一部を示すフローチャートである。 図１４は、本実施形態に係る接合処理において使用される上チャックの吸引部を示す図である。 図１５は、本実施形態に係る接合処理において使用される下チャックの吸着領域を示す図である。 図１６は、接合処理の動作説明図である。 図１７は、接合処理の動作説明図である。 図１８は、接合処理の動作説明図である。 図１９は、接合処理の動作説明図である。 図２０は、接合処理の動作説明図である。 図２１は、変形例に係る上チャックの模式底面図である。 図２２は、変形例に係る下チャックの模式断面図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合装置および接合システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
＜１．接合システムの構成＞
まず、実施形態に係る接合システムの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式平面図である。図２は、実施形態にかかる接合システムの構成を示す模式側面図である。図３は、第１基板および第２基板の模式側面図である。
なお、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。また、図１，２等を含む各図面では、説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略する場合がある。
図１に示す本実施形態に係る接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合基板Ｔを形成する（図３参照）。
第１基板Ｗ１は、例えばシリコンウェハや化合物半導体ウェハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、例えば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。
以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」、重合基板Ｔを「重合ウェハＴ」と記載する場合がある。また、以下では、図３に示すように、上ウェハＷ１の板面のうち、下ウェハＷ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、下ウェハＷ２の板面のうち、上ウェハＷ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。
図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２および処理ステーション３は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２および処理ステーション３の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション２および処理ステーション３は、一体的に接続される。
搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（例えば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ載置される。例えば、カセットＣ１は上ウェハＷ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は下ウェハＷ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合ウェハＴを収容するカセットである。
搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、この搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能であり、載置板１１に載置されたカセットＣ１〜Ｃ３と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬送を行う。
なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１〜Ｃ３の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板１１には、カセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、例えば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）には、第１処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＹ軸正方向側）には、第２処理ブロックＧ２が設けられる。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＸ軸負方向側）には、第３処理ブロックＧ３が設けられる。
第１処理ブロックＧ１には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ２の結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、その後親水化されやすくするように当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。
なお、表面改質装置３０では、例えば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスまたは窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、かかる酸素イオン又は窒素イオンが、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。
第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０と、接合装置４１とが配置される。表面親水化装置４０は、例えば純水によって上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。表面親水化装置４０では、例えばスピンチャックに保持された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を回転させながら、当該上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に純水を供給する。これにより、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に供給された純水が上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。
接合装置４１は、親水化された上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを分子間力により接合する。かかる接合装置４１の構成については、後述する。
第３処理ブロックＧ３には、図２に示すように、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのトランジション（ＴＲＳ）装置５０，５１が下から順に２段に設けられる。
また、図１に示すように、第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所定の装置に上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。
また、図１に示すように、接合システム１は、制御装置７０を備える。制御装置７０は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置７０は、例えばコンピュータであり、図示しない制御部および記憶部を備える。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現する。また、記憶部は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、又は、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置７０の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、例えばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
＜２．接合装置の構成＞
次に、接合装置４１の構成について図４および図５を参照して説明する。図４は、接合装置４１の構成を示す模式平面図である。図５は、接合装置４１の構成を示す模式側面図である。
図４に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１００を有する。処理容器１００の搬送領域６０側の側面には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１には開閉シャッタ１０２が設けられている。
処理容器１００の内部は、内壁１０３によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画される。上述した搬入出口１０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１００の側面に形成される。また、内壁１０３にも、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬入出口１０４が形成される。
搬送領域Ｔ１には、トランジション１１０、ウェハ搬送機構１１１、反転機構１３０および位置調節機構１２０が、例えば搬入出口１０１側からこの順番で並べて配置される。
トランジション１１０は、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを一時的に載置する。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。
ウェハ搬送機構１１１は、図４および図５に示すように、たとえば鉛直方向（Ｚ軸方向）、水平方向（Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。ウェハ搬送機構１１１は、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間で上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送することが可能である。
位置調節機構１２０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。具体的には、位置調節機構１２０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を保持して回転させる図示しない保持部を備えた基台１２１と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出する検出部１２２と、を有する。位置調節機構１２０は、基台１２１に保持された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を回転させながら検出部１２２を用いて上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出することにより、ノッチ部の位置を調節する。これにより、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きが調節される。
反転機構１３０は、上ウェハＷ１の表裏面を反転させる。具体的には、反転機構１３０は、上ウェハＷ１を保持する保持アーム１３１を有する。保持アーム１３１は、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する。また保持アーム１３１には、上ウェハＷ１を保持する保持部材１３２が例えば４箇所に設けられている。
保持アーム１３１は、例えばモータなどを備えた駆動部１３３に支持される。保持アーム１３１は、かかる駆動部１３３によって水平軸周りに回動自在である。また、保持アーム１３１は、駆動部１３３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在である。駆動部１３３の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部（図示せず）が設けられる。この他の駆動部によって、駆動部１３３は、鉛直方向に延伸する支持柱１３４に沿って鉛直方向に移動できる。
このように、保持部材１３２に保持された上ウェハＷ１は、駆動部１３３によって水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動することができる。また、保持部材１３２に保持された上ウェハＷ１は、駆動部１３３を中心に回動して、位置調節機構１２０と後述する上チャック１４０との間を移動することができる。
処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）を上方から吸着保持する上チャック１４０と、下ウェハＷ２を載置して下ウェハＷ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）を下方から吸着保持する下チャック１４１とが設けられる。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に設けられ、上チャック１４０と対向配置可能に構成される。
図５に示すように、上チャック１４０は、上チャック１４０の上方に設けられた上チャック保持部１５０に保持される。上チャック保持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられる。上チャック１４０は、上チャック保持部１５０を介して処理容器１００に固定される。
上チャック保持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２の上面（接合面Ｗ２ｊ）を撮像する上部撮像部１５１が設けられている。上部撮像部１５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
下チャック１４１は、下チャック１４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６０に支持される。第１の下チャック移動部１６０は、後述するように下チャック１４１を水平方向（Ｘ軸方向）に移動させる。また、第１の下チャック移動部１６０は、下チャック１４１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成される。
第１の下チャック移動部１６０には、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１の下面（接合面Ｗ１ｊ）を撮像する下部撮像部１６１が設けられている（図５参照）。下部撮像部１６１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
第１の下チャック移動部１６０は、第１の下チャック移動部１６０の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する一対のレール１６２、１６２に取り付けられている。第１の下チャック移動部１６０は、レール１６２に沿って移動自在に構成されている。
一対のレール１６２、１６２は、第２の下チャック移動部１６３に配設されている。第２の下チャック移動部１６３は、当該第２の下チャック移動部１６３の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ軸方向）に延伸する一対のレール１６４、１６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６３は、レール１６４に沿って水平方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成される。なお、一対のレール１６４、１６４は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６５上に配設されている。
次に、上チャック１４０および下チャック１４１の構成について図６を参照して説明する。図６は、上チャック１４０および下チャック１４１の構成を示す模式側断面図である。
図６に示すように、上チャック１４０は、上ウェハＷ１と同径もしくは上ウェハＷ１より大きい径を有する本体部１７０を有する。
本体部１７０は、上チャック保持部１５０の支持部材１８０によって支持される。支持部材１８０は、平面視において少なくとも本体部１７０を覆うように設けられ、本体部１７０に対して例えばネジ止めによって固定されている。支持部材１８０は、処理容器１００の天井面に設けられた複数の支持柱１８１（図５参照）に支持される。
支持部材１８０および本体部１７０の中心部には、支持部材１８０および本体部１７０を鉛直方向に貫通する貫通孔１７６が形成される。貫通孔１７６の位置は、上チャック１４０に吸着保持される上ウェハＷ１の中心部に対応している。かかる貫通孔１７６には、ストライカー１９０の押圧ピン１９１が挿通される。
ストライカー１９０は、支持部材１８０の上面に配置され、押圧ピン１９１と、アクチュエータ部１９２と、直動機構１９３とを備える。押圧ピン１９１は、鉛直方向に沿って延在する円柱状の部材であり、アクチュエータ部１９２によって支持される。
アクチュエータ部１９２は、たとえば電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向（ここでは鉛直下方）に一定の圧力を発生させる。アクチュエータ部１９２は、電空レギュレータから供給される空気により、上ウェハＷ１の中心部と当接して当該上ウェハＷ１の中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部１９２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１７６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１９２は、直動機構１９３に支持される。直動機構１９３は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部１９２を鉛直方向に移動させる。
ストライカー１９０は、以上のように構成されており、直動機構１９３によってアクチュエータ部１９２の移動を制御し、アクチュエータ部１９２によって押圧ピン１９１による上ウェハＷ１の押圧荷重を制御する。
本体部１７０の下面には、上ウェハＷ１の裏面（図３に示す非接合面Ｗ１ｎ）に接触する複数のピン１７０ａが設けられている。
上チャック１４０は、これら複数のピン１７０ａが設けられている領域のうちの一部の領域に、上ウェハＷ１を吸着する吸着領域を備える。本実施形態において、かかる吸着領域は、上ウェハＷ１の物性の異方性に応じて配置される。
ここで、上チャック１４０の吸着領域について図７〜図９を参照して説明する。図７および図８は、従来における接合領域の拡大の様子を示す図である。図９は、上チャック１４０の模式底面図である。
図７に示すように、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２は、表面（接合面）と垂直な方向における結晶方向が［１００］である単結晶シリコンウェハである。上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部Ｎは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の［０１１］結晶方向の外縁に形成される。なお、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の直径は、たとえば３００ｍｍである。
上ウェハＷ１の中心部を押し下げて下ウェハＷ２の中心部に接触させると、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部とが分子間力により接合されることによって両基板の中心部に接合領域Ａが形成される。その後、接合領域Ａが両基板の中心部から外周部に向かって拡大するボンディングウェーブが発生して、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊ同士が全面で接合される。
ここで、本願発明者らは、上ウェハの外縁の全周を保持する保持部を用いて上ウェハを保持して上記の接合処理を行った場合に、接合領域Ａが同心円状ではなく不均一に拡大することを発見した。
具体的には、図８に示すように、接合領域Ａは、上ウェハＷ１の中心部から上ウェハＷ１の表面に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を基準とする９０°周期の方向（図８に示す０°、９０°、１８０°、２７０°の方向、以下「９０°方向」と記載する）と比較し、上ウェハＷ１の中心部から上ウェハＷ１の表面に対して平行な［０１０］結晶方向に向かう方向を基準とする９０°周期の方向（図８に示す４５°、１３５°、２２５°、３１５°の方向、以下「４５°方向」と記載する）に速く拡大する。この結果、当初円形状であった接合領域Ａの形状は、拡大するにつれて４５°方向を頂点とする四角形に近づいていくこととなる。
本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、その原因が、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のヤング率等の物性の異方性によるものであることを見出した。
たとえば、単結晶シリコンウェハのヤング率、ポアソン比、せん断弾性係数の値は、９０°周期で変化する。具体的には、単結晶シリコンウェハのヤング率は、９０°方向において最も高くなり、４５°方向において最も低くなる。また、ポアソン比およびせん断弾性係数については、４５°方向において最も高くなり、９０°方向において最も低くなる。
このように、単結晶シリコンウェハはヤング率等の物性に異方性を有することから、上ウェハＷ１に加わるストレス・歪みの分布は、同心円状ではなく不均一な分布となる。そして、この不均一な分布が、接合領域Ａを不均一に拡大させることにより、重合ウェハＴの歪み（ディストーション）を悪化させていると考えられる。
そこで、本実施形態では、上ウェハＷ１の外周部の全周を保持するのではなく、上ウェハＷ１の外周部のうち、接合領域Ａが最も速く拡大する４５°方向の領域を上チャック１４０を用いて保持することとした。
具体的には、図９に示すように、上チャック１４０における本体部１７０の下面には、上ウェハＷ１を真空引きして吸着する複数の吸引部１７１〜１７５が設けられている。吸引部１７１〜１７５は、ピン１７０ａと同じ高さを有し、上ウェハＷ１の裏面（非接合面Ｗ１ｎ）に接触する。
第１吸引部１７１および第２吸引部１７２は、平面視において円弧形状の吸着領域を有しており、本体部１７０の外周部に対し、周方向に交互に並べて所定の間隔をあけて配置される。
第１吸引部１７１は、上ウェハＷ１における４５°方向に合計４つ配置され、第２吸引部１７２は、上ウェハＷ１における９０°方向に合計４つ配置される。具体的には、第１吸引部１７１は、円弧形状の吸着領域の中心部が上ウェハＷ１における４５°方向と一致する位置に配置され、第２吸引部１７２は、円弧形状の吸着領域の中心部が上ウェハＷ１における９０°方向と一致する位置に配置される。
４つの第１吸引部１７１は、第１吸引管１７１ａを介して単一の第１真空ポンプ１７１ｂに接続される。また、４つの第２吸引部１７２は、第２吸引管１７２ａを介して単一の第２真空ポンプ１７２ｂに接続される。第１真空ポンプ１７１ｂおよび第２真空ポンプ１７２ｂによる真空引きによって、第１吸引部１７１および第２吸引部１７２は、上ウェハＷ１を吸着する。なお、ここでは、理解を容易にするため、複数の第１吸引部１７１および第２吸引部１７２のうち、いずれか１つの第１吸引部１７１および第２吸引部１７２の配管構成のみを示している。
第３吸引部１７３および第４吸引部１７４は、平面視において円弧形状の吸着領域を有しており、第１吸引部１７１および第２吸引部１７２よりも本体部１７０の内周側において、周方向に交互に並べて所定の間隔をあけて配置される。
第３吸引部１７３は、第１吸引部１７１と同様、上ウェハＷ１における４５°方向に合計４つ配置される。具体的には、第３吸引部１７３は、円弧形状の吸着領域の中心部が上ウェハＷ１における４５°方向と一致する位置に配置される。また、第３吸引部１７３は、本体部１７０の中心と第１吸引部１７１の両端とを結ぶ２本の仮想線および第１吸引部１７１の外縁によって形成される扇形の領域内に配置される。
第４吸引部１７４は、第２吸引部１７２と同様、上ウェハＷ１における９０°方向に合計４つ配置される。具体的には、第４吸引部１７４は、円弧形状の吸着領域の中心部が上ウェハＷ１における９０°方向と一致する位置に配置される。また、第４吸引部１７４は、本体部１７０の中心と第２吸引部１７２の両端とを結ぶ２本の仮想線および第２吸引部１７２の外縁によって形成される扇形の領域内に配置される。
第１吸引部１７１および第２吸引部１７２の角度範囲θ１、すなわち、本体部１７０の中心と第１吸引部１７１（第２吸引部１７２）の両端とを結ぶ２本の仮想線の成す角度θ１は、３８°以上であることが好ましい。θ１が３８°未満だと、上ウェハＷ１を適切に保持することが困難となるためである。より好ましくは、θ１は、４０°以上４３°以下である。言い換えれば、第１吸引部１７１と第２吸引部１７２との間に形成される隙間（非吸着領域）の範囲が２°以上５°以下であることが、ボンディングウェーブの不均一さを効果的に緩和することができるという点で好ましい。
第３吸引部１７３および第４吸引部１７４の角度範囲θ２、すなわち、本体部１７０の中心と第３吸引部１７３（第４吸引部１７４）の両端とを結ぶ２本の仮想線の成す角度θ２は、第１吸引部１７１および第２吸引部１７２の角度範囲θ１よりも小さく設定される。たとえば、θ１が４３°である場合に、θ２は４１°に設定される。
４つの第３吸引部１７３は、第３吸引管１７３ａを介して単一の第３真空ポンプ１７３ｂに接続される。また、４つの第４吸引部１７４は、第４吸引管１７４ａを介して単一の第４真空ポンプ１７４ｂに接続される。第３真空ポンプ１７３ｂおよび第４真空ポンプ１７４ｂによる真空引きによって、第３吸引部１７３および第４吸引部１７４は、上ウェハＷ１を吸着する。なお、ここでは、理解を容易にするため、複数の第３吸引部１７３および第４吸引部１７４のうち、いずれか１つの第３吸引部１７３および第４吸引部１７４の配管構成のみを示している。
第５吸引部１７５は、第３吸引部１７３および第４吸引部１７４よりも本体部１７０の内周側に配置される。第５吸引部１７５は、平面視において円環状の吸着領域を有する。第５吸引部１７５は、第５吸引管１７５ａを介して単一の第５真空ポンプ１７５ｂに接続される。第５真空ポンプ１７５ｂによる真空引きによって、第５吸引部１７５は、上ウェハＷ１を吸着する。
このように、上ウェハＷ１の中心部から上ウェハＷ１の表面に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を０°と規定したとき、複数の第１吸引部１７１および複数の第３吸引部１７３は４５°の方向を基準に９０°間隔で配置され、複数の第２吸引部１７２および複数の第４吸引部１７４は、０°の方向を基準に９０°間隔で配置される。また、上チャック１４０は、第１〜第５吸引部１７１〜１７５ごとに、吸着力（吸着の有無を含む）や吸着タイミングを制御することができる。
次に、下チャック１４１の構成について図６、図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、下チャック１４１の模式斜視図である。図１１は、下チャック１４１の模式平面図である。図１２は、凸部２６０の構成を示す模式斜視断面図である。
図６に示すように、下チャック１４１は、下ウェハＷ２と同径もしくは下ウェハＷ２より大きい径を有するパッド部２００と、パッド部２００の下部に設けられたベース部２５０とを有する。パッド部２００の上面には、下ウェハＷ２の裏面（非接合面Ｗ２ｎ）に接触する複数のピン２００ａが設けられている。
また、パッド部２００の中心部には、パッド部２００を鉛直方向に貫通する貫通孔２００ｂが形成される。貫通孔２００ｂの位置は、下チャック１４１に吸着保持される下ウェハＷ２の中心部に対応している。また、貫通孔２００ｂの位置は、上チャック１４０に形成される貫通孔１７６の位置にも対応している。
貫通孔２００ｂには、後述する凸部２６０の本体部２６１が挿通される。本体部２６１は、貫通孔２００ｂからピン２００ａよりも高い位置まで突出し、下ウェハＷ２の中心部を他の部分よりも高い位置で支持する。本体部２６１は、ストライカー１９０の押圧ピン１９１と対向する位置に設けられる。
上述したように、上ウェハは、ストライカーによって反らされた状態で下ウェハと張り合わされる。このため、上ウェハにストレスがかかり、このストレスによって重合ウェハに歪みが生じることとなる。
近年では、下チャックの保持面全体を凸形状とし、下ウェハを反らせた状態で保持することで、重合ウェハに生じる歪みを低減する手法が提案されている。しかしながら、かかる従来技術では、ストライカーに起因する重合ウェハの中心部の局所的な歪みに対応することが困難であった。
そこで、本実施形態に係る接合装置４１では、下チャック１４１のストライカー１９０と対向する位置に出っ張りを設けることとした。これにより、ストライカー１９０によって上ウェハＷ１の中心部に加わる局所的なストレスと同様のストレスを下ウェハＷ２に加えた状態で両ウェハＷ１，Ｗ２を貼り合わせることができるため、ストライカー１９０に起因する局所的な歪みを低減することができる。
凸部２６０の本体部２６１の上面の径は、ストライカー１９０の押圧ピン１９１の下面の径と同一である。したがって、上ウェハＷ１が押圧ピン１９１によって受ける局所的なストレスにより近いストレスを下ウェハＷ２に与えることができる。
図１０に示すように、パッド部２００は、第１リブ２０１と第２リブ２０２とを備える。第１リブ２０１および第２リブ２０２は、パッド部２００の中心に対して内側から第１リブ２０１および第２リブ２０２の順に同心円状に配置され、ピン２００ａと同じ高さを有する。このうち第２リブ２０２は、パッド部２００の外周部に配置され、下ウェハＷ２の外周部を支持する。
これら第１リブ２０１および第２リブ２０２により、パッド部２００の上面は、下ウェハＷ２の中心部を含む領域を吸着する内側吸着領域２１０と、下ウェハＷ２の外周部を含む領域を吸着する外側吸着領域２２０とに区画される。
外側吸着領域２２０は、平面状である。言い換えれば、外側吸着領域２２０は、下ウェハＷ２を複数のピン２００ａにより平坦に吸着する。一方、内側吸着領域２１０は、上述したように、ストライカー１９０と対向する部分が凸部２６０によって突出している。内側吸着領域２１０の凸部２６０以外の部分は平面状である。
また、パッド部２００は、第１リブ２０１から第２リブ２０２に向かって放射状に延びる複数の第３リブ２０３を備える。これら複数の第３リブ２０３により、外側吸着領域２２０は、周方向に交互に並ぶ複数の分割領域２３０，２４０に区画される。
複数の分割領域２３０，２４０のうち、第１分割領域２３０は、下ウェハＷ２の中心部から外周部へ向かう方向のうち、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合領域Ａ（図７参照）が最も速く拡大する第１の方向に配置される。また、複数の分割領域２３０，２４０のうち、第２分割領域２４０は、複数の第１分割領域２３０と周方向に並べて配置され、下ウェハＷ２の中心部から外周部へ向かう方向のうち、接合領域Ａが第１の方向と比較して遅く拡大する第２の方向に配置される。
具体的には、下ウェハＷ２の中心部から下ウェハＷ２の表面に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を０°と規定したとき、複数の第１分割領域２３０は、４５°の方向を基準に９０°間隔で配置され、複数の第２分割領域２４０は、０°の方向を基準に９０°間隔で配置される。すなわち、複数の第１分割領域２３０は、上チャック１４０の第１吸引部１７１と同様に４５°方向に配置され、複数の第２分割領域２４０は、上チャック１４０の第２吸引部１７２と同様に９０°方向に配置される。
さらに、パッド部２００は、第４リブ２０４を備える。第４リブ２０４は、第１リブ２０１と第２リブ２０２との間に、第１リブ２０１および第２リブ２０２と同心円状に配置される。かかる第４リブ２０４により、第１分割領域２３０は、第１外側分割領域２３１と、第１内側分割領域２３２とに区画され、第２分割領域２４０は、第２外側分割領域２４１と、第２内側分割領域２４２とに区画される。第１外側分割領域２３１と第１内側分割領域２３２とは吸着面積が同一である。同様に、第２外側分割領域２４１と第２内側分割領域２４２とは吸着面積が同一である。
図１１に示すように、パッド部２００の内側吸着領域２１０に対応する領域には、複数の第１吸引口２１０ａが形成される。複数の第１吸引口２１０ａは、凸部２６０を取り囲むように円周状に並べて配置される。また、ベース部２５０には、複数の第１吸引口２１０ａに連通する吸引空間２５０ａが形成されており、吸引空間２５０ａは、第１吸引管２１１ａを介して第１真空ポンプ２１１ｂに接続される。このように、凸部２６０の周囲に複数の第１吸引口２１０ａを配置することにより、下ウェハＷ２の中心部を周方向に対して均等に吸着することができる。
また、パッド部２００の第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２に対応する各領域には、それぞれ第２吸引口２３０ａ、第３吸引口２３０ｂ、第４吸引口２４０ａおよび第５吸引口２４０ｂが形成される。第２吸引口２３０ａ、第３吸引口２３０ｂ、第４吸引口２４０ａおよび第５吸引口２４０ｂは、たとえば、第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２の中心部に設けられる。
第２吸引口２３０ａ、第３吸引口２３０ｂ、第４吸引口２４０ａおよび第５吸引口２４０ｂは、それぞれ、第２吸引管２３１ａ、第３吸引管２３２ａ、第４吸引管２４１ａおよび第５吸引管２４２ａを介して第２真空ポンプ２３１ｂ、第３真空ポンプ２３２ｂ、第４真空ポンプ２４１ｂおよび第５真空ポンプ２４２ｂに接続される。
このように、下チャック１４１は、内側吸着領域２１０、第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２ごとに、吸着力（吸着の有無を含む）や吸着タイミングを制御することができる。
なお、図１１では、理解を容易にするため、複数の第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２のうち、いずれか１つの第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２の配管構成のみを示している。
図１２に示すように、凸部２６０は、内側吸着領域２１０に対して着脱可能に設けられる。具体的には、凸部２６０は、鉛直方向に沿って延在する円柱状の本体部２６１と、本体部２６１の基端に設けられた本体部２６１よりも大径のフランジ部２６２とを有する。また、パッド部２００の内側吸着領域２１０には、貫通孔２００ｂと、内側吸着領域２１０の下面に設けられ、貫通孔２００ｂと連通する凹部２００ｃとが形成される。凸部２６０の本体部２６１は、内側吸着領域２１０の下面側から貫通孔２００ｂに挿通されて内側吸着領域２１０の上面側に突出し、凸部２６０のフランジ部２６２は、内側吸着領域２１０の凹部２００ｃにはまり込んで凹部２００ｃに当接する。凸部２６０は、ねじ等の固定部材２６３により内側吸着領域２１０に固定される。
また、内側吸着領域２１０の凹部２００ｃと凸部２６０のフランジ部２６２との間には、本体部２６１の内側吸着領域２１０からの突出量を調整するシム部材２６５が配置される。
このように、凸部２６０を内側吸着領域２１０に対して着脱可能とし、かつ、シム部材２６５により本体部２６１の突出量を調整可能とすることで、たとえば、ストライカー１９０による上ウェハＷ１の押し下げ量の変更等に応じて、凸部２６０による下ウェハＷ２の押し上げ量を容易に変更することができる。
＜３．接合システムの具体的動作＞
次に、接合システム１の具体的な動作について図１３〜図２０を参照して説明する。図１３は、接合システム１が実行する処理の一部を示すフローチャートである。図１４は、本実施形態に係る接合処理において使用される上チャック１４０の吸引部を示す図である。図１５は、本実施形態に係る接合処理において使用される下チャック１４１の吸着領域を示す図である。図１６〜図２０は、接合処理の動作説明図である。なお、図１３に示す各種の処理は、制御装置７０による制御に基づいて実行される。
まず、複数枚の上ウェハＷ１を収容したカセットＣ１、複数枚の下ウェハＷ２を収容したカセットＣ２、および空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の上ウェハＷ１が取り出され、処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊに照射されて、当該接合面Ｗ１ｊがプラズマ処理される。これにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが改質される（ステップＳ１０１）。
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された上ウェハＷ１を回転させながら、当該上ウェハＷ１上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ上を拡散し、表面改質装置３０において改質された上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ１ｊが親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが洗浄される（ステップＳ１０２）。
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ１は、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、上ウェハＷ１の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。
その後、位置調節機構１２０から反転機構１３０の保持アーム１３１に上ウェハＷ１が受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１３１を反転させることにより、上ウェハＷ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。
その後、反転機構１３０の保持アーム１３１が回動して上チャック１４０の下方に移動する。そして、反転機構１３０から上チャック１４０に上ウェハＷ１が受け渡される。上ウェハＷ１は、ノッチ部Ｎを予め決められた方向、すなわち、第２吸引部１７２および第４吸引部１７４が設けられる方向に向けた状態で、上チャック１４０にその非接合面Ｗ１ｎが吸着保持される（ステップＳ１０５）。
ステップＳ１０５において、上チャック１４０は、第１〜第５吸引部１７１〜１７５のうち、４５°方向に配置された第１吸引部１７１、第３吸引部１７３と、第５吸引部１７５とを用いて上ウェハＷ１を吸着保持する（図１４参照）。
上ウェハＷ１に上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が行われている間、下ウェハＷ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の下ウェハＷ２が取り出され、処理ステーション３のトランジション装置５０に搬送される。
次に、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの改質は、上述したステップＳ１０１と同様である。
その後、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面Ｗ２ｊが洗浄される（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０７における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの親水化および洗浄は、上述したステップＳ１０２と同様である。
その後、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ２は、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、下ウェハＷ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。
その後、下ウェハＷ２は、ウェハ搬送機構１１１によって下チャック１４１に搬送され、下チャック１４１に吸着保持される（ステップＳ１０９）。下ウェハＷ２は、ノッチ部Ｎを予め決められた方向、すなわち、上ウェハＷ１のノッチ部Ｎと同じ方向であって、第１外側分割領域２３１おおび第１内側分割領域２３２が設けられる方向に向けた状態で、下チャック１４１にその非接合面Ｗ２ｎが吸着保持される。
ステップＳ１０９において、下チャック１４１は、内側吸着領域２１０、第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２のうち、４５°方向に配置された第１外側分割領域２３１および第１内側分割領域２３２と、内側吸着領域２１０とを用いて下ウェハＷ２を吸着保持する（図１５参照）。
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１と下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ１と下チャック１４１に保持された下ウェハＷ２との鉛直方向位置の調節を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、第１の下チャック移動部１６０が下チャック１４１を鉛直上方に移動させることによって、下ウェハＷ２を上ウェハＷ１に接近させる。これにより、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間隔は所定の距離、たとえば５０μｍ〜２００μｍに調整される（図１６参照）。
次に、図１７に示すように、第５吸引部１７５による上ウェハＷ１の吸着保持を解除した後（ステップＳ１１２）、図１８に示すように、ストライカー１９０の押圧ピン１９１を下降させることによって、上ウェハＷ１の中心部を押し下げる（ステップＳ１１３）。このように、ストライカー１９０により上ウェハＷ１を押し下げる直前まで、第５吸引部１７５を用いて上ウェハＷ１の中心部を吸着保持しておくことで、上ウェハＷ１の中心部の自重たわみ（たとえば１μｍ程度）を抑えることができる。これにより、ステップＳ１１２において上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との間隔をたとえば３０μｍ未満の狭ギャップに設定した場合に、上チャック１４０と下チャック１４１の平行度調整の困難性が高まることを防止することができる。
ストライカー１９０による押し下げによって、上ウェハＷ１の中心部が下ウェハＷ２の中心部に接触し、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部とが所定の力で押圧されると、押圧された上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部との間で接合が開始する。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０１，Ｓ１０６において改質されているため、まず、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が接合される。さらに、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０２，Ｓ１０７において親水化されているため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間の親水基が水素結合し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。このようにして、接合領域Ａ（図７参照）が形成される。
本実施形態に係る接合装置４１では、下チャック１４１のストライカー１９０と対向する位置に凸部２６０が設けられている。このため、ストライカー１９０によって上ウェハＷ１の中心部に加わる局所的なストレスと同様のストレスを下ウェハＷ２に加えた状態で両ウェハＷ１，Ｗ２が貼り合わされることとなる。これにより、ストライカー１９０に起因する重合ウェハＴの局所的な歪みを低減することができる。
その後、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との間では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の中心部から外周部に向けて接合領域Ａが拡大していくボンディングウェーブが発生する。
本実施形態に係る接合装置４１では、第１〜第４吸引部１７１〜１７４が上ウェハＷ１の異方性に合わせて配置されており、このうち、接合領域Ａが最も速く拡大する４５°方向に配置した第１吸引部１７１および第３吸引部１７３を用いて上ウェハＷ１を吸着保持することとした。言い換えれば、接合領域Ａが最も遅く拡大する９０°方向においては上ウェハＷ１を吸着保持しないこととした。
これにより、上ウェハＷ１の外縁の全周を吸着保持する場合と比較して、上ウェハＷ１に加わるストレス・歪みの分布の不均一さを緩和することができる。この結果、ボンディングウェーブの不均一さが緩和されて、接合領域Ａが同心円状に近い状態で拡大するようになる。これにより、本実施形態に係る接合装置４１は、重合ウェハＴの歪み（ディストーション）を低減することができる。
なお、本願発明者らは、上ウェハの外縁の全周を保持した場合と、９０°方向のみを保持した場合と、４５°方向のみを保持した場合の各々について、重合ウェハの応力分布および変位量の解析を行い、４５°方向のみを保持した場合の重合ウェハの応力分布および変位量が最も均一であることを確認している。
また、本実施形態では、下チャック１４１についても、下ウェハＷ２の全面ではなく、上チャック１４０に合わせて４５°方向のみを吸着保持することとした。すなわち、第１外側分割領域２３１、第１内側分割領域２３２、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２のうち、４５°方向に配置された第１外側分割領域２３１および第１内側分割領域２３２を用いて下ウェハＷ２を吸着保持することとした。
これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２のストレス状態を揃えることができるため、重合ウェハＴの歪み（ディストーション）をさらに低減することができる。なお、下チャック１４１については、必ずしも４５°方向のみの保持とすることを要さず、下ウェハＷ２の全面を吸着保持してもよい。
その後、図１９に示すように、押圧ピン１９１によって上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部を押圧した状態で、第３吸引部１７３による上ウェハＷ１の吸着保持を解除する（ステップＳ１１４）。そして、その後、第１吸引部１７１による上ウェハＷ１の吸着保持を解除する（ステップＳ１１５）。これにより、図２０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。
その後、押圧ピン１９１を上チャック１４０まで上昇させ、下チャック１４１による下ウェハＷ２の吸着保持を解除する。その後、重合ウェハＴは、搬送装置６１によってトランジション装置５１に搬送され、その後、搬入出ステーション２の搬送装置２２によってカセットＣ３に搬送される。こうして、一連の接合処理が終了する。
上述してきたように、本実施形態に係る接合装置４１は、上チャック１４０（第１保持部の一例）と、下チャック１４１（第２保持部の一例）と、ストライカー１９０とを備える。上チャック１４０は、上ウェハＷ１（第１基板の一例）を上方から吸着保持する。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に配置され、下ウェハＷ２（第２基板の一例）を下方から吸着保持する。ストライカー１９０は、上ウェハＷ１の中心部を上方から押圧して下ウェハＷ２に接触させる。また、上チャック１４０は、上ウェハＷ１の外周部の一部の領域を吸着保持するものであって、上ウェハＷ１の中心部から外周部へ向かう方向のうち、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合領域Ａが最も速く拡大する方向と交わる領域を吸着保持する。
これにより、ボンディングウェーブの不均一さが緩和されて接合領域Ａが同心円状に近い形状で拡大するようになるため、重合ウェハＴの歪みを低減することができる。
また、本実施形態に係る接合装置４１は、上チャック１４０（第１保持部の一例）と、下チャック１４１（第２保持部の一例）と、ストライカー１９０とを備える。上チャック１４０は、上ウェハＷ１（第１基板の一例）を上方から吸着保持する。下チャック１４１（第２保持部の一例）は、上チャック１４０の下方に配置され、下ウェハＷ２を下方から吸着保持する。ストライカー１９０は、上ウェハＷ１の中心部を上方から押圧して下ウェハＷ２に接触させる。また、下チャック１４１は、下ウェハＷ２の中心部を含む領域を吸着する内側吸着領域２１０と、内側吸着領域２１０の外側において内側吸着領域２１０と同心円状に配置され、下ウェハＷ２の外周部を含む領域を吸着する外側吸着領域２２０とを備える。また、内側吸着領域２１０は、少なくともストライカー１９０と対向する部分が突出した形状を有し、外側吸着領域２２０は、平面状である。
したがって、本実施形態に係る接合装置４１によれば、ストライカー１９０に起因する局所的な歪みを低減することができる。
＜４．変形例＞
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。図２１は、変形例に係る上チャックの模式底面図である。また、図２２は、変形例に係る下チャックの模式断面図である。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。
上述した実施形態では、接合処理において、上チャック１４０の第１吸引部１７１および第３吸引部１７３のみを用いて上ウェハＷ１の４５°方向を吸着保持することとした。言い換えれば、上ウェハＷ１の９０°方向を吸着保持する第２吸引部１７２および第４吸引部１７４を使用しないこととした。しかし、上ウェハＷ１の９０°方向の領域に加わるストレスが４５°方向の領域に加わるストレスと比較して相対的に少なくなる保持の仕方であれば、上ウェハＷ１の４５°方向と９０°方向の両方を吸着保持してもよい。
この場合、たとえば、上ウェハＷ１の９０°方向の領域を４５°方向の領域よりも弱い力で吸着保持してもよい。すなわち、上チャック１４０は、第１吸引部１７１および第３吸引部１７３を用いて上ウェハＷ１の４５°方向の領域を第１の吸着力で保持し、第２吸引部１７２および第４吸引部１７４を用いて上ウェハＷ１の９０°方向の領域を第１の吸着力よりも弱い第２の吸着力で保持することとしてもよい。吸着力の調整は、たとえば、各真空ポンプの前段に圧力調整器を設け、制御装置７０がかかる圧力調整器を制御することにより実現可能である。
また、上チャック１４０は、第１〜第４吸引部１７１〜１７４を用いて上ウェハＷ１を吸着保持した状態でストライカー１９０を用いて上ウェハＷ１の中心部を押し下げた後、第３吸引部１７３による吸着を解除するタイミングよりも早いタイミングで、第４吸引部１７４による吸着を解除することとしてもよい。また、上チャック１４０は、第１吸引部１７１による吸着を解除するタイミングよりも早いタイミングで、第２吸引部１７２による吸着を解除することとしてもよい。
このように、上ウェハＷ１の４５°方向に対応する第１吸引部１７１および第３吸引部１７３と、９０°方向に対応する第２吸引部１７２および第４吸引部１７４の両方を上チャック１４０に設け、各々独立に制御可能に構成することで、４５°方向および９０°方向におけるボンディングウェーブの速度をより精密に調節することができる。したがって、４５°方向に対応する第１吸引部１７１および第３吸引部１７３のみを用いる場合と比較して、重合ウェハＴの歪みをより低減することができる。
なお、上述した実施形態では、第３吸引部１７３および第４吸引部１７４をそれぞれ独立に制御可能に構成したが、第３吸引部１７３および第４吸引部１７４は、必ずしも独立に制御可能に構成されることを要しない。すなわち、第３吸引部１７３および第４吸引部１７４は、単一の真空ポンプに接続されてもよい。
また、上述した実施形態では、上チャック１４０が第１〜第５吸引部１７１〜１７５を備えることとしたが、上チャック１４０は、少なくとも第１吸引部１７１を備えていればよく、他の吸引部１７２〜１７５は必ずしも備えることを要しない。
たとえば、図２１に示すように、上チャック１４０Ａは、第１吸引部１７１および第３吸引部１７３のみを備える構成であってもよい。すなわち、第２吸引部１７２、第４吸引部１７４および第５吸引部１７５を備えない構成であってもよい。また、上チャックは、第１吸引部１７１、第２吸引部１７２および第５吸引部１７５のみを備える構成であってもよいし、第１吸引部１７１および第２吸引部１７２のみを備える構成であってもよいし、第１吸引部１７１および第５吸引部１７５のみを備える構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２が、単結晶シリコンウェハである場合について説明したが、基板の種類は単結晶シリコンウェハに限定されない。すなわち、上チャックおよび下チャックの吸着領域の配置は、４５°方向および９０°方向に限定されず、保持する基板の物性の異方性に合わせた配置とすればよい。
また、上述した実施形態では、下チャック１４１が、着脱可能な凸部２６０を備える場合の例について説明したが、凸部２６０は必ずしも着脱可能であることを要しない。たとえば、凸部２６０は、パッド部２００と一体的に形成された突起であってもよい。
また、内側吸着領域２１０は、上方に突出していない平坦な状態と、内側吸着領域２１０の中心部を頂点として上方に突出した凸状態との間で変形可能に構成されてもよい。
たとえば、図２２に示すように、下チャック１４１Ａは、内側吸着領域２１０Ａと、外側吸着領域２２０Ａとを備える。内側吸着領域２１０Ａは、変形ステージ２１１と、固定リング２１２とを備える。変形ステージ２１１は、平面視において略円状を有するように、かつ、変形していない非変形状態においては下ウェハＷ２を保持する表面側が平板状となるように形成される。
変形ステージ２１１の周縁部は、略環状に形成された固定リング２１２によって、ベース部２５０Ａに対し固定される。ベース部２５０Ａは、第１の下チャック移動部１６０（図４参照）に対し固定される。
変形ステージ２１１は、凸変形が可能に設けられている。ここに言う「凸変形」とは、変形ステージ２１１の中央部が周縁部よりも高い位置へ変位するように変形することを指し、図２２に示すように、変形ステージ２１１の周縁部から中央部にかけて膨らんで、変形ステージ２１１が略球面状の一部となる場合を含むものとする。
変形ステージ２１１を凸変形させる構造については限定されるものではなく、たとえばエア圧を利用するものであってもよいし、ピエゾアクチュエータ等を利用するものであってもよい。
たとえば、ピエゾアクチュエータを利用する場合、ベース部２５０Ａの内部に複数のピエゾアクチュエータが設けられる。複数のピエゾアクチュエータは、たとえば、変形ステージ２１１の中心部に対応する位置に１つ、変形ステージ２１１の周縁部付近の同一円上の等間隔位置に複数それぞれ配置される。
各ピエゾアクチュエータは、可動部であるトップピースが鉛直上向きとなるように配置される。また、各ピエゾアクチュエータは、内部に積層されたピエゾ素子を有しており、それぞれに接続された図示略の電圧発生器からの電圧の変化に応じて各トップピースを昇降させる。変形ステージ２１１は、かかる各トップピースの動きに応じて変形する。
このように、ピエゾアクチュエータを用いることによって、変形ステージ２１１の変形構造を構成することができる。なお、入力されたエネルギーを鉛直方向への物理運動に変換可能なアクチュエータであれば、ピエゾアクチュエータに限定されないことは言うまでもない。
また、上述した実施形態では、下チャック１４１の第１分割領域２３０が、第１外側分割領域２３１および第１内側分割領域２３２に区分けされ、第２分割領域２４０が、第２外側分割領域２４１および第２内側分割領域２４２に区分けされることとした。しかし、第１分割領域２３０および第２分割領域２４０は、必ずしも区分けされることを要しない。また、上述した実施形態では、外側吸着領域２２０が、第１分割領域２３０および第２分割領域２４０に区分けされることとしたが、外側吸着領域２２０は、必ずしも区分けされることを要しない。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
Ａ 接合領域
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 上ウェハ
Ｗ２ 下ウェハ
４１ 接合装置
１４０ 上チャック
１４１ 下チャック
１５０ 上チャック保持部
１７０ 本体部
１７１ 第１吸引部
１７２ 第２吸引部
１７３ 第３吸引部
１７４ 第４吸引部
１７５ 第５吸引部
１８０ 支持部材
１９０ ストライカー
２００ パッド部
２１０ 内側吸着領域
２２０ 外側吸着領域
２３０ 第１分割領域
２３１ 第１外側分割領域
２３２ 第１内側分割領域
２４０ 第２分割領域
２４１ 第２外側分割領域
２４２ 第２内側分割領域
２５０ ベース部
２６０ 凸部

Claims (5)

  1. 第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
    前記第１保持部の下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
    前記第１基板の中心部を上方から押圧して前記第２基板に接触させるストライカーと
    を備え、
    前記第１保持部は、
    前記第１基板の中心部から外周部へ向かう方向のうち、前記第１基板と前記第２基板との接合領域が最も速く拡大する第１の方向に配置される複数の第１吸引部と、
    前記複数の第１吸着部と周方向に並べて配置され、前記第１基板の中心部から外周部へ向かう方向のうち、前記第１基板と前記第２基板との接合領域が前記第１の方向と比較して遅く拡大する第２の方向に配置される複数の第２吸引部と
    を備え、
    前記第１吸引部と前記第２吸引部とで、前記第１基板の吸着力および吸着解除タイミングのうち少なくとも１つを異ならせること
    を特徴とする接合装置。
  2. 前記第１基板および前記第２基板は、表面の結晶方向が［１００］である単結晶シリコンウェハであり、
    前記第１基板の中心部から前記第１基板の表面に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を０°と規定したとき、前記複数の第１吸引部は４５°の方向を基準に９０°間隔で配置され、前記複数の第２吸引部は０°の方向を基準に９０°間隔で配置されること
    を特徴とする請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記第１保持部は、
    前記複数の第１吸引部よりも内周側において前記第１の方向に配置される複数の第３吸引部と、
    前記複数の第２吸引部よりも内周側において前記第２の方向に配置される複数の第４吸引部と
    を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の接合装置。
  4. 前記第１保持部は、
    前記複数の第３吸引部および前記複数の第４吸引部よりも内周側に配置された円環状の第５吸引部
    を備えることを特徴とする請求項３に記載の接合装置。
  5. 第１基板および第２基板の表面を改質する表面改質装置と、
    改質された前記第１基板および前記第２基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
    親水化された前記第１基板と前記第２基板とを分子間力により接合する接合装置と
    を備え、
    前記接合装置は、
    前記第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
    前記第１保持部の下方に配置され、前記第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
    前記第１基板の中心部を上方から押圧して前記第２基板に接触させるストライカーと
    を備え、
    前記第１保持部は、
    前記第１基板の中心部から外周部へ向かう方向のうち、前記第１基板と前記第２基板との接合領域が最も速く拡大する第１の方向に配置される複数の第１吸引部と、
    前記複数の第１吸着部と周方向に並べて配置され、前記第１基板の中心部から外周部へ向かう方向のうち、前記第１基板と前記第２基板との接合領域が前記第１の方向と比較して遅く拡大する第２の方向に配置される複数の第２吸引部と
    を備え、
    前記第１吸引部と前記第２吸引部とで、前記第１基板の吸着力および吸着解除タイミングのうち少なくとも１つを異ならせること
    を特徴とする接合システム。
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