JP7843636B2 - 接合装置、接合システム、接合方法および記憶媒体 - Google Patents

接合装置、接合システム、接合方法および記憶媒体

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Description

本開示は、接合装置、接合システム、接合方法および記憶媒体に関する。
従来、半導体デバイスの高集積化の要請に応えるため、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次元集積技術を用いたシステムとしては、たとえば半導体ウエハ等の基板同士を接合する接合技術が知られている。
国際公開第２０１８／０８８０９４号
本開示は、基板同士を接合する接合技術において、基板同士の接合精度を向上させることができる技術を提供する。
本開示の一態様による接合装置は、基板同士を接合する接合装置であって、第１保持部と、第２保持部と、移動部と、筐体と、スケール部材と、リードヘッドとを備える。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２基板を下方から吸着保持する。移動部は、第１保持部および第２保持部の一方を他方に対して第１水平方向及び第１水平方向と直交する第２水平方向に移動させる。筐体は、第１保持部、第２保持部および移動部を収容する。スケール部材は、筐体の内部に配置され、第１水平方向および第２水平方向における位置を示す目盛りを有する。リードヘッドは、第１保持部および第２保持部の一方と一体的に移動し、スケール部材の目盛りを読み取って一方の位置を計測する。
本開示によれば、基板同士を接合する接合技術において、基板同士の接合精度を向上させることができる。
図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る第１基板および第２基板の接合前の状態を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る接合装置の平面図である。 図４は、実施形態に係る接合装置の側面図である。 図５は、実施形態に係る第１保持部および第２保持部の側面図である。 図６は、実施形態に係るスケール部材、第１リードヘッドおよび第２リードヘッドの構成および位置関係を示す図である。 図７は、実施形態に係る接合システムが実行する処理の手順を示すフローチャートである。
以下に、本開示による接合装置、接合システム、接合方法および記憶媒体を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
また、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、鉛直軸を回転中心とする回転方向をθ方向と呼ぶ場合がある。
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枚の半導体ウエハ（以下、「基板」という。）の接合が行われる。
上記接合装置では、第１保持部を用いて一の基板（以下、「第１基板」という。）を保持すると共に、第１保持部の下方に設けられた第２保持部を用いて他の基板（以下、「第２基板」という。）を保持した状態で、当該第１基板と第２基板とを接合する。そして、このように基板同士を接合する前に、第２保持部を水平方向に移動させ、第１基板と第２基板の水平方向位置を調節し、さらに第２保持部を鉛直方向に移動させ、第１基板と第２基板の鉛直方向位置を調節する。
上述した特許文献１に記載された接合装置では、第２保持部を水平方向に移動させる際、レーザ干渉計を用いて移動部の水平方向の位置を計測し、当該計測結果に基づいて移動部を制御することで、第２保持部の水平方向位置を調節する。
このように基板同士を接合する技術においては、基板同士の接合精度を向上させたいという要求がある。たとえば、接合精度は、第１基板と第２基板との水平方向の位置ずれを可及的に低減することにより向上させることができる。
＜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および図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式図である。また、図２は、実施形態に係る第１基板および第２基板の接合前の状態を示す模式図である。
図１に示す接合システム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２参照）。
第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、単結晶シリコンウエハであり、板面には複数の電子回路が形成される。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、略同径である。なお、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方は、たとえば電子回路が形成されていない基板であってもよい。
以下では、図２に示すように、第１基板Ｗ１の板面のうち、第２基板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、第２基板Ｗ２の板面のうち、第１基板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は、処理ステーション３のＹ軸正方向側に配置され、処理ステーション３と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～Ｃ４がそれぞれ載置される。カセットＣ１は複数枚の第１基板Ｗ１を収容可能であり、カセットＣ２は複数枚の第２基板Ｗ２を収容可能であり、カセットＣ３は複数枚の重合基板Ｔを収容可能である。カセットＣ４は、たとえば、不具合が生じた基板を回収するためのカセットである。なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１～Ｃ４の個数は、図示のものに限定されない。
搬送領域２０は、載置台１０のＹ軸負方向側に隣接して配置される。搬送領域２０には、Ｘ軸方向に延在する搬送路２１と、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る。搬送装置２２は、載置板１１に載置されたカセットＣ１～Ｃ４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、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔの搬送を行う。
処理ステーション３には、たとえば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。第１処理ブロックＧ１は、処理ステーション３の背面側（図１のＸ軸正方向側）に配置される。また、第２処理ブロックＧ２は、処理ステーション３の正面側（図１のＸ軸負方向側）に配置され、第３処理ブロックＧ３は、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軸正方向側）に配置される。
第１処理ブロックＧ１には、第１基板Ｗ１および第２基板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、第１基板Ｗ１および第２基板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、その後親水化され易くするように接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。
具体的には、表面改質装置３０では、たと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、かかる酸素イオンまたは窒素イオンが、第１基板Ｗ１および第２基板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。
また、第１処理ブロックＧ１には、表面親水化装置４０が配置される。表面親水化装置４０は、たとえば純水によって第１基板Ｗ１および第２基板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。具体的には、表面親水化装置４０は、たとえばスピンチャックに保持された第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を回転させながら、当該第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２上に純水を供給する。これにより、第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２上に供給された純水が第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。
ここでは、表面改質装置３０と表面親水化装置４０とが横並びで配置される場合の例を示したが、表面親水化装置４０は、表面改質装置３０の上方または下方に積層されてもよい。
第２処理ブロックＧ２には、接合装置４１が配置される。接合装置４１は、親水化された第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを分子間力により接合する。接合装置４１の具体的な構成については後述する。
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内の所定の装置に第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを搬送する。
また、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、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。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、または、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。
＜接合装置の構成＞
ここで、接合装置４１の構成例について図３および図４を参照して説明する。図３は、実施形態に係る接合装置４１の平面図である。また、図４は、実施形態に係る接合装置４１の側面図である。
図３および図４に示すように、実施形態に係る接合装置４１は、筐体１００と、第１保持部１１０と、第２保持部１２０と、移動部１３０と、スケール部材１４０と、第１リードヘッド１５０と、第２リードヘッド１６０とを備える。
筐体１００は、たとえば側面が開放された平面視矩形状の箱体であり、第１保持部１１０、第２保持部１２０、移動部１３０、スケール部材１４０、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０を収容する。
筐体１００は、たとえば載置台１０１と、載置台１０１の上面に立設された複数の支柱部１０２と、複数の支柱部１０２に支持される天井部１０３とを備える。載置台１０１の上面は、筐体１００の底面となり、天井部１０３の下面は、筐体１００の天井面となる。
第１保持部１１０は、第１基板Ｗ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）を上方から吸着保持する。第１保持部１１０の下面は、第１基板Ｗ１を保持する基板保持面となる。第１保持部１１０は、天井部１０３に設けられた昇降部１７０に支持される（図４参照）。昇降部１７０は、第１保持部１１０を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる。これにより、昇降部１７０は、第１保持部１１０を第２保持部１２０に対して接近させることができる。
第２保持部１２０は、第１保持部１１０よりも下方に設けられ、第２基板Ｗ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）を下方から吸着保持する。第２保持部１２０の上面は、第２基板Ｗ２を保持する基板保持面となる。
ここで、第１保持部１１０および第２保持部１２０の構成例について図５を参照して説明する。図５は、実施形態に係る第１保持部１１０および第２保持部１２０の側面図である。
図５に示すように、第１保持部１１０は、本体部１１１を有する。本体部１１１は、支持部材１１２によって支持される。支持部材１１２および本体部１１１には、支持部材１１２および本体部１１１を鉛直方向に貫通する貫通孔１１３が形成される。貫通孔１１３の位置は、第１保持部１１０に吸着保持される第１基板Ｗ１の中心部に対応している。貫通孔１１３には、後述するストライカー２１０の押圧ピン２１１が挿通される。
ストライカー２１０は、支持部材１１２の上面に配置され、押圧ピン２１１と、アクチュエータ部２１２と、直動機構２１３とを備える。押圧ピン２１１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２１２によって支持される。
アクチュエータ部２１２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２１２は、電空レギュレータから供給される空気により、第１基板Ｗ１の中心部と当接して当該第１基板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２１２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１１３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２１２は、直動機構２１３に支持される。直動機構２１３は、たと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２１２を鉛直方向に沿って移動させる。
ストライカー２１０は、直動機構２１３によってアクチュエータ部２１２の移動を制御し、アクチュエータ部２１２によって押圧ピン２１１による第１基板Ｗ１の押圧荷重を制御する。これにより、ストライカー２１０は、第１保持部１１０に吸着保持された第１基板Ｗ１の中心部を押圧して第２基板Ｗ２に接触させる。
本体部１１１の下面には、第１基板Ｗ１の上面（非接合面）に接触する複数のピン１１４が設けられている。複数のピン１１４は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであり、高さが数十μｍ～数百μｍである。複数のピン１１４は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。
第１保持部１１０は、これら複数のピン１１４が設けられている領域のうちの一部の領域に、第１基板Ｗ１を吸着する複数の吸着部を備える。具体的には、第１保持部１１０における本体部１１１の下面には、第１基板Ｗ１を真空引きして吸着する複数の外側吸着部１１５および複数の内側吸着部１１６が設けられている。複数の外側吸着部１１５および複数の内側吸着部１１６は、平面視において円弧形状の吸着領域を有する。複数の外側吸着部１１５および複数の内側吸着部１１６は、ピン１１４と同じ高さを有する。
複数の外側吸着部１１５は、本体部１１１の外周部に配置される。複数の外側吸着部１１５は、真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続され、真空引きによって第１基板Ｗ１の外周部を吸着する。
複数の内側吸着部１１６は、複数の外側吸着部１１５よりも本体部１１１の径方向内方において、周方向に沿って並べて配置される。複数の内側吸着部１１６は、真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続され、真空引きによって第１基板Ｗ１の外周部と中心部との間の領域を吸着する。
第２保持部１２０について説明する。第２保持部１２０は、第２基板Ｗ２と同径もしくは第２基板Ｗ２より大きい径を有する本体部１２１を有する。ここでは、第２基板Ｗ２よりも大きい径を有する第２保持部１２０を示している。本体部１２１の上面は、第２基板Ｗ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）と対向する対向面である。
本体部１２１の上面には、第２基板Ｗ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）に接触する複数のピン１２２が設けられている。複数のピン１２２は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであり、高さが数十μｍ～数百μｍである。複数のピン１２２は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。
また、本体部１２１の上面には、下側リブ１２３が複数のピン１２２の外側に環状に設けられている。下側リブ１２３は、環状に形成され、第２基板Ｗ２の外周部を全周に亘って支持する。
また、本体部１２１は、複数の下側吸引口１２４を有する。複数の下側吸引口１２４は、下側リブ１２３によって囲まれた吸着領域に複数設けられる。複数の下側吸引口１２４は、図示しない吸引管を介して真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続される。
第２保持部１２０は、下側リブ１２３によって囲まれた吸着領域を複数の下側吸引口１２４から真空引きすることによって吸着領域を減圧する。これにより、吸着領域に載置された第２基板Ｗ２は、第２保持部１２０に吸着保持される。
下側リブ１２３が第２基板Ｗ２の下面の外周部を全周に亘って支持するため、第２基板Ｗ２は外周部まで適切に真空引きされる。これにより、第２基板Ｗ２の全面を吸着保持することができる。また、第２基板Ｗ２の下面は複数のピン１２２に支持されるため、第２基板Ｗ２の真空引きを解除した際に、第２基板Ｗ２が第２保持部１２０から剥がれ易くなる。
かかる接合装置４１は、第１保持部１１０に第１基板Ｗ１を吸着保持し、第２保持部１２０に第２基板Ｗ２を吸着保持する。その後、接合装置４１は、複数の内側吸着部１１６による第１基板Ｗ１の吸着保持を解除した後、ストライカー２１０の押圧ピン２１１を下降させることによって、第１基板Ｗ１の中心部を押下する。これにより、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とが接合された重合基板Ｔが得られる。重合基板Ｔは、搬送装置６１によって接合装置４１から搬出される。
図３及び図４に戻り、移動部１３０の構成について説明する。移動部１３０は、第２保持部１２０を水平方向に移動させる。具体的には、移動部１３０は、第２保持部１２０をＸ軸方向（第１水平方向の一例）に沿って移動させる第１移動部１３１と、第２保持部１２０をＹ軸方向（第２水平方向の一例）に沿って移動させる第２移動部１３２とを備える。
第１移動部１３１は、Ｘ軸方向に沿って延在する一対の第１レール１３１ａに取り付けられており、かかる一対の第１レール１３１ａに沿って移動可能に構成されている。一対の第１レール１３１ａは、筐体１００の底面（つまり、載置台１０１の上面）に設けられる。第１移動部１３１のＹ軸方向における両端は、それぞれリニアモータ等の駆動装置によって、一対の第１レール１３１ａのそれぞれに沿って独立して移動することが可能である。
第２移動部１３２は、Ｙ軸方向に沿って延在する一対の第２レール１３２ａに取り付けられており、かかる一対の第２レール１３２ａに沿って移動可能に構成されている。一対の第２レール１３２ａは、第１移動部１３１の上面に設けられる。
第２保持部１２０は、第２移動部１３２に取り付けられており、第２移動部１３２と一体的に移動する。また、上述したように、第２移動部１３２は、一対の第２レール１３２ａを介して第１移動部１３１に取り付けられている。したがって、移動部１３０は、第１移動部１３１を移動させることにより、第２保持部１２０をＸ軸方向に沿って移動させることができ、第２移動部１３２を移動させることにより、第２保持部１２０をＹ軸方向に沿って移動させることができる。ここで、第１移動部１３１のＸ軸方向に沿ったストローク（移動量）は、第２移動部１３２のＹ軸方向に沿ったストローク（移動量）よりも小さい。たとえば、第１移動部１３１のＸ軸方向に沿ったストローク（移動量）は、第２基板Ｗ２の半径未満であり、第２移動部１３２のＹ軸方向に沿ったストローク（移動量）は、第２基板Ｗの直径以上であってもよい。これにより、移動部１３０のＸ軸方向に沿ったサイズが縮小されるため、接合装置４１の小型化が実現される。
また、第２移動部１３２は、第２保持部１２０を鉛直軸周りに回転させる回転部（不図示）を含む。
このように、移動部１３０は、第２保持部１２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させることにより、第１保持部１１０に保持されている第１基板Ｗ１と、第２保持部１２０に保持されている第２基板Ｗ２との水平方向における位置合わせを行う。
なお、移動部１３０は、第１保持部１１０と第２保持部１２０とを相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させることができればよい。たとえば、移動部１３０は、第１保持部１１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させてもよい。また、移動部１３０は、第２保持部１２０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるとともに、第１保持部１１０をθ方向に移動させてもよい。また、移動部１３０は、第２保持部１２０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるとともに、第１保持部１１０および第２保持部１２０をθ方向に移動させてもよい。
スケール部材１４０は、筐体１００の内部に配置され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における位置を示す目盛りを有する。
第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、第２保持部１２０と一体的に移動し、スケール部材１４０の目盛りを読み取って第２保持部１２０の位置を計測する。
ところで、従来技術のようにレーザ干渉計を用いた位置計測においては、計測環境の温度や気圧等の変化によって誤差が生じるおそれがある。すなわち、計測環境の温度や気圧等が変化すると、空気の屈折率が変化することによって基準となるレーザ光の波長が常に変化するため、レーザ干渉計による計測結果には、常に変化する誤差が生じることになる。
これに対し、スケール部材の目盛りを読み取り機によって読み取るリニアスケールを用いる位置計測においては、スケール部材と読み取り機とが近接するため、スケール部材と読み取り機との間の計測環境の温度や気圧等の変化による影響が抑制される。このため、読み取り機による計測結果に誤差が生じることを抑制することができる。
そこで、実施形態に係る接合装置４１では、スケール部材１４０の目盛りを、第２保持部１２０と一体的に移動する第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０によって読み取って第２保持部１２０の位置を計測することとした。
第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、スケール部材１４０の目盛りを読み取り可能な距離でスケール部材１４０に近接している。第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０とスケール部材１４０とが近接することで、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０における目盛りの読み取りが温度や気圧等の変化による影響を受け難くなる。したがって、温度や気圧等の変化によって第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の計測結果に誤差が生じることを抑制することができる。
第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の計測結果の誤差が小さくなることで、第２基板Ｗ２の位置決め精度が向上する。したがって、実施形態に係る接合装置４１によれば、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合精度を向上させることができる。
ここで、スケール部材１４０、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の構成および位置関係について図３、図４及び図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係るスケール部材１４０、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の構成および位置関係を示す図である。図６では、スケール部材１４０、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０をＹ軸負方向から見た図が示されている。
図４及び図６に示すように、スケール部材１４０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って筐体１００の底面（つまり、載置台１０１の上面）よりも第２保持部１２０の基板保持面１２０ａに近い位置に配置される。具体的には、スケール部材１４０は、載置台１０１の上面に設けられた嵩上げ部材１８０上に固定されることにより、載置台１０１の上面よりも第２保持部１２０の基板保持面１２０ａに近い位置に配置される。たとえば、スケール部材１４０は、嵩上げ部材１８０上に固定されることにより、第２保持部１２０の基板保持面１２０ａと同一平面上の位置、または、第２保持部１２０の基板保持面１２０ａよりも低く且つ第２保持部１２０の下面よりも高い位置に配置される。
このように、スケール部材１４０を基板保持面１２０ａの高さ位置に近づけることで、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、基板保持面１２０ａに可及的に近い高さ位置でスケール部材１４０の目盛りを読み取ることができる。これにより、スケール部材１４０が基板保持面１２０ａから離れて配置される場合と比べて、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の計測結果の誤差が小さくなる。
なお、スケール部材１４０は、載置台１０１の上面よりも第２保持部１２０の基板保持面１２０ａに近い位置に配置されればよく、スケール部材１４０の位置を固定するための部材は、嵩上げ部材１８０に限られない。たとえば、スケール部材１４０は、天井部１０３の下面に設けられた支持部材に支持されることにより、載置台１０１の上面よりも第２保持部１２０の基板保持面１２０ａに近い位置に配置されてもよい。
また、スケール部材１４０は、図３に示すように、平面視において、Ｘ軸方向に沿った辺の長さがＹ軸方向に沿った辺の長さよりも短い長方形状である。これにより、スケール部材１４０のＸ軸方向に沿ったサイズが縮小されるため、接合装置４１の小型化が実現される。
第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、第２移動部１３２に設けられた取付部材１９０に取り付けられており、第２移動部１３２および取付部材１９０と一体的に移動する。
取付部材１９０は、図６に示すように、たとえば側面視逆Ｌ字状の枠体であり、第２移動部１３２のＸ軸正方向側に位置する側面１３２ｂに設けられ、Ｘ軸正方向に屈曲し且つ延在している。かかる取付部材１９０の延在している部分の下面に、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０がスケール部材１４０と対向するように取り付けられている。
第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、図３に示すように、取付部材１９０に、Ｙ軸方向に沿って間隔ｄを空けて取り付けられる。間隔ｄは、第２基板Ｗ２の直径以下である。
ここで、第１移動部１３１のＹ軸方向における両端の移動量に差が生じた場合、第２移動部１３２が水平面（ＸＹ面）においてθ方向に回転し、かかる第２移動部１３２の回転に伴って、第２保持部１２０が水平面（ＸＹ面）においてθ方向に意図せず回転する。第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、取付部材１９０に間隔ｄを空けて取り付けられることで、第２保持部１２０の水平面（ＸＹ面）における回転量をＸ軸方向に関する計測結果の差として計測することができる。
第１移動部１３１のＹ軸方向における両端の移動量は、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０のＸ軸方向に関する計測結果を用いて調整される。具体的には、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０は、それぞれＸ軸方向に関する計測結果を制御装置７０の制御部に出力する。そして、制御装置７０の制御部は、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０のＸ軸方向に関する計測結果が一致するように、第１移動部１３１を制御してＹ軸方向における両端の移動量を調整する。これにより、第１移動部１３１のＹ軸方向における両端の移動量の差を解消することができ、結果として、水平面（ＸＹ面）における第２保持部１２０の意図しない回転が発生することを抑制することができる。
なお、ここでは図示を省略するが、接合装置４１は、トランジション、位置調節機構および反転機構等を備える。トランジションは、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを一時的に載置する。位置調節機構は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の水平方向の向きを調節する。反転機構は、第１基板Ｗ１の表裏を反転させる。
＜接合システムの具体的動作＞
次に、実施形態に係る接合システム１の具体的な動作について図７を参照して説明する。図７は、実施形態に係る接合システム１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。図７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、複数枚の第１基板Ｗ１を収容したカセットＣ１、複数枚の第２基板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内の第１基板Ｗ１が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置に搬送される。
次に、第１基板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。この酸素イオンが第１基板Ｗ１の接合面に照射されて、当該接合面がプラズマ処理される。これにより、第１基板Ｗ１の接合面が改質される（ステップＳ１０１）。
次に、第１基板Ｗ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１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第１基板Ｗ１を回転させながら、第１基板Ｗ１上に純水を供給する。これにより、第１基板Ｗ１の接合面が親水化される。また、当該純水によって、第１基板Ｗ１の接合面が洗浄される（ステップＳ１０２）。
次に、第１基板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に搬入された第１基板Ｗ１は、トランジションを介して位置調節機構に搬送され、位置調節機構によって水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。
その後、位置調節機構から反転機構に第１基板Ｗ１が受け渡され、反転機構によって第１基板Ｗ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。具体的には、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。つづいて、反転機構から第１保持部１１０に第１基板Ｗ１が受け渡され、第１保持部１１０によって第１基板Ｗ１が吸着保持される（ステップＳ１０５）。
第１基板Ｗ１に対するステップＳ１０１～Ｓ１０５の処理と重複して、第２基板Ｗ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の第２基板Ｗ２が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置に搬送される。
次に、第２基板Ｗ２は、搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。その後、第２基板Ｗ２は、搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面が洗浄される（ステップＳ１０７）。
その後、第２基板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に搬入された第２基板Ｗ２は、トランジションを介して位置調節機構に搬送される。そして、位置調節機構によって、第２基板Ｗ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。
その後、第２基板Ｗ２は、第２保持部１２０に搬送され、ノッチ部を予め決められた方向に向けた状態で第２保持部１２０に吸着保持される（ステップＳ１０９）。
つづいて、第１保持部１１０に保持された第１基板Ｗ１と第２保持部１２０に保持された第２基板Ｗ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。
具体的には、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０の計測結果に基づき、第２基板Ｗ２の中心位置（Ｘ座標およびＹ座標）を特定する。そして、第２基板Ｗ２の中心位置が、第１基板Ｗ１の中心位置と一致するように、第１移動部１３１および第２移動部１３２を用いて第２基板Ｗ２を移動させる。
つづいて、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合する（ステップＳ１１１）。
まず、第１保持部１１０に保持された第１基板Ｗ１と第２保持部１２０に保持された第２基板Ｗ２との鉛直方向位置の調節を行う。具体的には、昇降部１７０を用いて第１保持部１１０を降下させることによって、第２基板Ｗ２を第１基板Ｗ１に接近させる。
次に、複数の内側吸着部１１６による第１基板Ｗ１の吸着保持を解除した後、ストライカー２１０の押圧ピン２１１を下降させることによって、第１基板Ｗ１の中心部を押下する。
第１基板Ｗ１の中心部が第２基板Ｗ２の中心部に接触し、第１基板Ｗ１の中心部と第２基板Ｗ２の中心部とがストライカー２１０によって所定の力で押圧されると、押圧された第１基板Ｗ１の中心部と第２基板Ｗ２の中心部との間で接合が開始される。すなわち、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ｊと第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊは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、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ｊと第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊは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、接合領域が形成される。
その後、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との間では、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の中心部から外周部に向けて接合領域が拡大していくボンディングウェーブが発生する。その後、複数の外側吸着部１１５による第１基板Ｗ１の吸着保持が解除される。これにより、外側吸着部１１５によって吸着保持されていた第１基板Ｗ１の外周部が落下する。この結果、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ｊと第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが全面で当接し、重合基板Ｔが形成される。
その後、押圧ピン２１１を第１保持部１１０まで上昇させ、第２保持部１２０による第２基板Ｗ２の吸着保持を解除する。その後、重合基板Ｔは、搬送装置６１によって接合装置４１から搬出される。こうして、一連の接合処理が終了する。
＜その他＞
上述した実施形態では、接合装置４１が２つのリードヘッド（第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０）を備える場合の例について説明した。これに限らず、リードヘッドの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
上述してきたように、接合装置（例えば、接合装置４１）は、基板同士を接合する接合装置であって、第１保持部（例えば、第１保持部１１０）と、第２保持部（例えば、第２保持部１２０）と、移動部（例えば、移動部１３０）と、筐体（例えば、筐体１００）と、スケール部材（例えば、スケール部材１４０）と、リードヘッド（例えば、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０）とを備える。第１保持部は、第１基板（例えば、第１基板Ｗ１）を上方から吸着保持する。第２保持部は、第２基板（例えば、第２基板Ｗ２）を下方から吸着保持する。移動部は、第１保持部および第２保持部の一方を他方に対して第１水平方向（例えば、Ｘ軸方向）及び第１水平方向と直交する第２水平方向（例えば、Ｙ軸方向）に移動させる。筐体は、第１保持部、第２保持部および移動部を収容する。スケール部材は、筐体の内部に配置され、第１水平方向および第２水平方向における位置を示す目盛りを有する。リードヘッドは、第１保持部および第２保持部の一方と一体的に移動し、スケール部材の目盛りを読み取って上記一方の位置を計測する。したがって、実施形態に係る接合装置によれば、基板同士を接合する接合技術において、基板同士の接合精度を向上させることができる。
移動部は、第１保持部および第２保持部の一方を第１水平方向に沿って移動させる第１移動部と、第１保持部および第２保持部の一方を第２水平方向に沿って移動させる第２移動部とを含んでもよい。第１移動部の第１水平方向に沿ったストロークは、第２移動部の第２水平方向に沿ったストロークよりも小さくてもよい。これにより、接合装置の小型化が実現される。
第１移動部は、第１水平方向に沿って延在する一対のレールに取り付けられ、一対のレールに沿って移動可能であり、第１移動部の第２水平方向における両端は、一対のレールのそれぞれに沿って独立して移動してもよい。これにより、第１移動部の第２水平方向における両端の移動量を独立して調整することができる。
実施形態に係る接合装置は、複数のリードヘッド（例えば、第１リードヘッド１５０および第２リードヘッド１６０）を備えてもよい。第２移動部は、第１移動部よりも上方に配置されてもよい。第１保持部および第２保持部の一方は、第２移動部に取り付けられ、第２移動部と一体的に移動してもよい。複数のリードヘッドは、第２移動部に設けられた取付部材（例えば、取付部材１９０）に、第２水平方向に沿って間隔（例えば、間隔ｄ）を空けて取り付けられてもよい。これにより、複数のリードヘッドは、第２保持部の水平面における回転量を第１水平方向に関する計測結果の差として計測することができる。
上記間隔は、第２基板の直径以下であってもよい。
実施形態に係る接合装置は、複数のリードヘッドの第１水平方向に関する計測結果が一致するように、第１移動部を制御して上記両端の移動量を調整する制御部（例えば、制御装置７０の制御部）をさらに備えてもよい。これにより、水平面における第２保持部の意図しない回転が発生することを抑制することができる。
スケール部材は、鉛直方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿って筐体の底面よりも第１保持部および前記第２保持部の一方の基板保持面（例えば、基板保持面１２０ａ）に近い位置に配置されてもよい。これにより、スケール部材が基板保持面から離れて配置される場合と比べて、リードヘッドの計測結果の誤差が小さくなる。
スケール部材は、平面視において、第１水平方向に沿った辺の長さが第２水平方向に沿った辺の長さよりも短い長方形状であってもよい。これにより、接合装置の小型化が実現される。
移動部は、第１保持部および第２保持部の少なくとも一方を鉛直軸周りに回転させる回転部を含んでもよい。これにより、第１保持部と第２保持部とを相対的にθ方向に移動させることができる。
実施形態に係る接合装置は、第１保持部および第２保持部の他方を第１保持部および第２保持部の一方に対して接近させる昇降部をさらに備えてもよい。これにより、第１保持部に保持された第１基板と第２保持部に保持された第２基板との鉛直方向位置の調節を行うことができる。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 接合システム
３０ 表面改質装置
４０ 表面親水化装置
４１ 接合装置
７０ 制御装置
１００ 筐体
１０１ 載置台
１０２ 支柱部
１０３ 天井部
１１０ 第１保持部
１２０ 第２保持部
１２０ａ 基板保持面
１３０ 移動部
１３１ 第１移動部
１３１ａ 第１レール
１３２ 第２移動部
１３２ａ 第２レール
１４０ スケール部材
１５０ 第１リードヘッド
１６０ 第２リードヘッド
１７０ 昇降部
１８０ 嵩上げ部材
１９０ 取付部材
Ｔ 重合基板
Ｗ１ 第１基板
Ｗ２ 第２基板

Claims (10)

  1. 基板同士を接合する接合装置であって、
    第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
    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保持部および前記第２保持部の一方を他方に対して第１水平方向及び前記第１水平方向と直交する第２水平方向に移動させる移動部と、
    前記第１保持部、前記第２保持部および前記移動部を収容する筐体と、
    前記筐体の内部に配置され、前記第１水平方向および前記第２水平方向における位置を示す目盛りを有するスケール部材と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方と一体的に移動し、前記スケール部材の目盛りを読み取って前記一方の前記位置を計測するリードヘッドと
    を備え、
    前記移動部は、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第１水平方向に沿って移動させる第１移動部と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第２水平方向に沿って移動させる第２移動部と
    を含み、
    前記第１移動部の前記第１水平方向に沿ったストロークは、前記第２移動部の前記第２水平方向に沿ったストロークよりも小さく、
    前記第１移動部は、
    前記第１水平方向に沿って延在する一対のレールに取り付けられ、前記一対のレールに沿って移動可能であり、
    前記第１移動部の前記第２水平方向における両端は、前記一対のレールのそれぞれに沿って独立して移動し、
    複数の前記リードヘッドを備え、
    前記第２移動部は、前記第１移動部よりも上方に配置され、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方は、前記第２移動部に取り付けられ、前記第２移動部と一体的に移動し、
    複数の前記リードヘッドは、前記第２移動部に設けられた取付部材に、前記第２水平方向に沿って間隔を空けて取り付けられる、接合装置。
  2. 前記間隔は、前記第２基板の直径以下である、請求項１に記載の接合装置。
  3. 複数の前記リードヘッドの前記第１水平方向に関する計測結果が一致するように、前記第１移動部を制御して前記両端の移動量を調整する制御部をさらに備える、請求項１または２に記載の接合装置。
  4. 前記スケール部材は、鉛直方向に沿って前記筐体の底面よりも前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方の基板保持面に近い位置に配置される、請求項１に記載の接合装置。
  5. 前記スケール部材は、平面視において、前記第１水平方向に沿った辺の長さが前記第２水平方向に沿った辺の長さよりも短い長方形状である、請求項１に記載の接合装置。
  6. 前記移動部は、
    前記第１保持部および前記第２保持部の少なくとも一方を鉛直軸周りに回転させる回転部を含む、請求項１に記載の接合装置。
  7. 前記第１保持部および前記第２保持部の前記他方を前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方に対して接近させる昇降部をさらに備える、請求項１に記載の接合装置。
  8. 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２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の一方を他方に対して第１水平方向及び前記第１水平方向と直交する第２水平方向に移動させる移動部と、
    前記第１保持部、前記第２保持部および前記移動部を収容する筐体と、
    前記筐体の内部に配置され、前記第１水平方向および前記第２水平方向における位置を示す目盛りを有するスケール部材と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方と一体的に移動し、前記スケール部材の目盛りを読み取って前記一方の前記位置を計測するリードヘッドと
    を備え、
    前記移動部は、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第１水平方向に沿って移動させる第１移動部と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第２水平方向に沿って移動させる第２移動部と
    を含み、
    前記第１移動部の前記第１水平方向に沿ったストロークは、前記第２移動部の前記第２水平方向に沿ったストロークよりも小さく、
    前記第１移動部は、
    前記第１水平方向に沿って延在する一対のレールに取り付けられ、前記一対のレールに沿って移動可能であり、
    前記第１移動部の前記第２水平方向における両端は、前記一対のレールのそれぞれに沿って独立して移動し、
    複数の前記リードヘッドを備え、
    前記第２移動部は、前記第１移動部よりも上方に配置され、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方は、前記第２移動部に取り付けられ、前記第２移動部と一体的に移動し、
    複数の前記リードヘッドは、前記第２移動部に設けられた取付部材に、前記第２水平方向に沿って間隔を空けて取り付けられる、接合システム。
  9. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第１基板を上方から吸着保持する第１保持部を用いて前記第１基板を吸着保持する工程と、
    第２基板を下方から吸着保持する第２保持部を用いて前記第２基板を吸着保持する工程と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の一方を他方に対して第１水平方向及び前記第１水平方向と直交する第２水平方向に移動させる移動部を用いて、前記第１保持部および前記第２保持部の水平方向の位置決めを行う工程と
    を含み、
    前記第１保持部、前記第２保持部および前記移動部を収容する筐体の内部には、前記第１水平方向および前記第２水平方向における位置を示す目盛りを有するスケール部材と、前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方と一体的に移動し、前記スケール部材の目盛りを読み取って前記一方の前記位置を計測するリードヘッドとが配置されており、
    前記移動部は、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第１水平方向に沿って移動させる第１移動部と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方を前記第２水平方向に沿って移動させる第２移動部と
    を含み、
    前記第１移動部の前記第１水平方向に沿ったストロークは、前記第２移動部の前記第２水平方向に沿ったストロークよりも小さく、
    前記第１移動部は、
    前記第１水平方向に沿って延在する一対のレールに取り付けられ、前記一対のレールに沿って移動可能であり、
    前記第１移動部の前記第２水平方向における両端は、前記一対のレールのそれぞれに沿って独立して移動し、
    複数の前記リードヘッドが前記筐体の内部に配置され、
    前記第２移動部は、前記第１移動部よりも上方に配置され、
    前記第１保持部および前記第２保持部の前記一方は、前記第２移動部に取り付けられ、前記第２移動部と一体的に移動し、
    複数の前記リードヘッドは、前記第２移動部に設けられた取付部材に、前記第２水平方向に沿って間隔を空けて取り付けられ、
    前記位置決めを行う工程は、
    複数の前記リードヘッドによる計測結果に基づいて、前記移動部を移動させる、接合方法。
  10. 請求項９に記載の接合方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶した記憶媒体。
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