JPWO2019111736A1 - 光学装置、測定装置、接合システムおよび測定方法 - Google Patents

Abstract

実施形態に係る光学装置（２，２Ａ）は、光源（２１ｂ）と、フィルタ（２０１）と、冷却機構（２０２）と、制御部（４ａ）とを備える。フィルタ（２０１）は、光源（２１ｂ）から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させる。冷却機構（２０２）は、フィルタ（２０１）を冷却する。制御部（４ａ）は、冷却機構（２０２）を制御することにより、フィルタ（２０１）が透過させる光の波長域を調節する。

Description

開示の実施形態は、光学装置、測定装置、接合システムおよび測定方法に関する。

半導体の製造工程では、半導体ウェハやガラス基板等の基板に対して光学装置を用いた測定が行われる場合がある。

たとえば、特許文献１には、基板同士を接合することによって形成された重合基板の内部を赤外線カメラを用いて撮像し、撮像された画像に基づいて重合基板の内部を検査する検査装置が開示されている。

かかる検査装置は、ハロゲン電球等の光源と、光源から照射される光のうち赤外線を透過させるフィルタとを有する光学装置を備えており、光学装置から照射された赤外線の反射光を赤外線カメラを用いて撮像する。赤外線は基板を透過するため、重合基板に照射された赤外線のうち、一部は透過し、残りの一部は重合基板の内部の構造物に当たって反射することで、重合基板の内部の画像が得られる。

特開２０１６−９０４１０号公報

しかしながら、上述した従来技術には、基板の測定精度を向上させるという点で更なる改善の余地がある。

たとえば、重合基板に照射された赤外線のうち、重合基板の表面で反射する光の割合が、重合基板の内部の構造物に到達する光と比べて多い場合、得られる画像が不鮮明になり、その後の測定を精度良く行うことが困難となるおそれがある。このような課題は、重合基板以外の基板を測定する場合や赤外線以外の光を用いて基板を測定する場合においても同様に生じうる。

実施形態の一態様は、基板の測定精度を向上させることができる光学装置、測定装置、接合システムおよび測定方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る光学装置は、光源と、フィルタと、冷却機構と、制御部とを備える。フィルタは、光源から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させる。冷却機構は、フィルタを冷却する。制御部は、冷却機構を制御することにより、フィルタが透過させる光の波長域を調節する。

実施形態の一態様によれば、基板の測定精度を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。 図２は、赤外光の進路を示す図である。 図３は、フィルタ部を側方から見た場合の模式断面図である。 図４は、フィルタ部を正面から見た場合の模式断面図である。 図５は、フィルタの温度とフィルタが透過させる光の波長域との関係を示すグラフである。 図６は、第１の実施形態に係る測定装置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は、第２の実施形態に係る接合システムの構成を示す平面図である。 図８は、接合装置の構成を示す模式平面図である。 図９は、接合装置の構成を示す模式側面図である。 図１０は、接合システムが実行する処理を示すフローチャートである。 図１１は、他の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する光学装置、測定装置、接合システムおよび測定方法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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。また、図２は、赤外光の進路を示す図である。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に示す第１の実施形態に係る測定装置１は、重合基板Ｔの内部に存在するパターンを撮像することにより、たとえば、重合基板Ｔにおける第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とのずれ量を測定する。

重合基板Ｔは、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって形成される。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、シリコンウェハであり、板面には複数の電子回路が形成される。

図１に示すように、測定装置１は、対象基板である重合基板Ｔに光を照射する光学装置２と、重合基板Ｔからの反射光を撮像する撮像装置３と、撮像装置３によって撮像された画像に基づいて重合基板Ｔにおける第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とのずれ量の測定を行う制御装置４とを備える。

光学装置２は、光を発生させる光発生部２１と、各種の光学系を収容する鏡筒２２と、鏡筒２２に取り付けられた対物レンズ２３とを備える。

光発生部２１は、筐体２１ａと、光源２１ｂと、フィルタ部２１ｃと、導光部２１ｄとを備える。

筐体２１ａは、光源２１ｂとフィルタ部２１ｃとを収容する容器である。光源２１ｂは、たとえばハロゲン電球である。ハロゲン電球は、４００ｎｍ以上６０００ｎｍ以下の波長域の光を発生させる。また、ハロゲン電球は、発光によって発熱することにより、筐体２１ａ内部に配置されたフィルタ部２１ｃを加熱する。

なお、光源２１ｂは、ハロゲン電球に限定されない。光源２１ｂは、赤外領域（７４０ｎｍ以上１０００μｍ以下）の少なくとも一部を含んだ光を発生させるものであり、且つ、発光によって少なくとも１００℃以上の温度に発熱するものであれば、ハロゲン電球以外の光源であってもよい。たとえば、光源２１ｂは、キセノンランプであってもよい。

フィルタ部２１ｃは、光源２１ｂから発せられた光のうち一部の波長域の光だけを透過させ、残りの波長域の光を遮断するフィルタを含んで構成される。フィルタ部２１ｃの構成については後述する。

導光部２１ｄは、たとえば光ファイバであり、フィルタ部２１ｃを透過した光を鏡筒２２の内部へ導く。

鏡筒２２は、筒部２２ａと、反射鏡２２ｂと、ハーフミラー２２ｃとを備える。筒部２２ａには、重合基板Ｔに近い一端部に後述する対物レンズ２３が取り付けられ、重合基板Ｔから遠い他端部に後述する撮像装置３が取り付けられる。筒部２２ａの内部には、反射鏡２２ｂおよびハーフミラー２２ｃが配置される。反射鏡２２ｂは、導光部２１ｄから鉛直下向きに入射した光の進路を水平向きに変更してハーフミラー２２ｃに入射させる。ハーフミラー２２ｃは、反射鏡２２ｂから入射した光を重合基板Ｔに向けて反射させるとともに、重合基板Ｔから入射した光を通過させる。

なお、鏡筒２２は、必ずしも反射鏡２２ｂを備えることを要さず、導光部２１ｄからの光を反射鏡２２ｂを介すことなくハーフミラー２２ｃに直接入射させてもよい。

対物レンズ２３は、重合基板Ｔの像をつくり出す。図１において破線の矢印で示すように、光源２１ｂから発せられた光は、フィルタ部２１ｃに入射し、フィルタ部２１ｃによって可視領域等の赤外領域以外の波長成分が取り除かれる。その後、フィルタ部２１ｃを透過した光（以下、赤外光と記載する）は、導光部２１ｄによって筒部２２ａ内に導かれ、反射鏡２２ｂ、ハーフミラー２２ｃおよび対物レンズ２３を介して重合基板Ｔに垂直に入射する。その後、図１において一点鎖線の矢印で示すように、重合基板Ｔから反射した赤外光は、対物レンズ２３を通って筒部２２ａ内に入射し、ハーフミラー２２ｃを通過して撮像装置３の撮像素子３１に入射する。

撮像装置３は、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、撮像素子３１を備える。撮像素子３１は、赤外線撮像素子であり、赤外領域に感度領域を有する。撮像装置３によって撮像された画像は、制御装置４に入力される。

赤外線は、シリコンウェハを透過する性質を有する。一方、重合基板Ｔの内部に形成されたパターンＰは、金属等のシリコン以外の材料によって形成されるため、赤外線は、パターンＰに当たると透過せずに反射する。したがって、図２に示すように、重合基板Ｔに入射した赤外光Ｌ１のうち、重合基板Ｔの内部に進入し、且つ、進路上にパターンＰが存在しない赤外光Ｌ３は、そのまま重合基板Ｔを透過し、一方、重合基板Ｔの内部に侵入し、且つ、進路上にパターンＰが存在する赤外光Ｌ４は、パターンＰに当たって反射して撮像装置３の撮像素子３１に入射する。このようにして、重合基板Ｔの内部の画像が得られる。以下、赤外光Ｌ１を入射光Ｌ１、赤外光Ｌ３を透過光Ｌ３、赤外光Ｌ４を内部反射光Ｌ４と記載する。

入射光Ｌ１は、全てが重合基板Ｔの内部に進入するとは限らず、重合基板Ｔの表面で反射する赤外光（以下、表面反射光Ｌ２と記載する）が発生し得る。入射光Ｌ１のうち表面反射光Ｌ２の占める割合が多くなると、撮像装置３によって得られる画像が不鮮明になる、すなわち、パターンＰの視認性が低下するため、その後の測定の精度が低下するおそれがある。したがって、重合基板Ｔを精度良く測定するためには、入射光Ｌ１のうち表面反射光Ｌ２の占める割合を少なくすること、言い換えれば、入射光Ｌ１のうち重合基板Ｔの内部に進入する光（透過光Ｌ３＋内部反射光Ｌ４）の割合を多くすることが望ましい。

重合基板Ｔの内部に進入する光（透過光Ｌ３＋内部反射光Ｌ４）の割合がもっとも多くなる入射光Ｌ１の波長域は、重合基板Ｔの種類によって異なる。このため、重合基板Ｔの種類に応じてフィルタを交換することも考えられるが、交換作業に時間や手間がかかり、また、複数種類のフィルタを用意する必要があることからコストも多くかかるため、好ましくない。

一方、フィルタ部２１ｃが備えるフィルタは、透過させる光の波長域が温度によって変化する。そこで、第１の実施形態に係る測定装置１では、フィルタの温度を調節することにより、フィルタを透過する光の波長域を調節することとした。これにより、ハード構成を変更することなく、重合基板Ｔの内部に進入する光の割合が多くなる波長域の入射光Ｌ１をつくり出すことができる。

以下、かかる点について具体的に説明する。まず、第１の実施形態に係るフィルタ部２１ｃの構成について図３および図４を参照して説明する。図３は、フィルタ部２１ｃを側方から見た場合の模式断面図である。また、図４は、フィルタ部２１ｃを正面から見た場合の模式断面図である。

図３および図４に示すように、フィルタ部２１ｃは、フィルタ２０１と、フィルタ２０１を冷却する冷却機構２０２と、フィルタ２０１の温度を検知する温度センサ２０３とを備える。

フィルタ２０１は、対象基板である重合基板Ｔの材質と同じ材質で形成される。すなわち、第１の実施形態に係るフィルタ２０１は、シリコンで形成される。

フィルタ２０１は、透過させる光の波長域が温度によって変化する性質を有する。図５は、フィルタ２０１の温度とフィルタ２０１が透過させる光の波長域との関係を示すグラフである。図５に示すように、シリコンで形成されたフィルタ２０１を透過する光の波長域は、フィルタ２０１の温度が高くなるほど長波長側にシフトすることがわかる。

冷却機構２０２は、本体部２２１と、チラー２２２と、接続部２２３とを備える。本体部２２１は、光源から発せられる光を通過させるための開口２２１ａを中央に有するリング状の部材であり、アルミニウムや銅といった熱伝導率が比較的高い金属で形成される。本体部２２１は、フィルタ２０１の光源２１ｂ側の面に取り付けられる。また、本体部２２１の内部には、冷却流体を流通させる流路２２１ｂが開口２２１ａの周囲を巡るように形成される。

チラー２２２は、循環部２２２ａと、温度調節部２２２ｂとを備える。循環部２２２ａは、本体部２２１内の流路２２１ｂに冷却流体としての冷却水を循環させる。具体的には、循環部２２２ａは、接続部２２３の第１接続部２２３ａを介して流路２２１ｂの一端部に接続されるとともに、接続部２２３の第２接続部２２３ｂを介して流路２２１ｂの他端部に接続される。

循環部２２２ａは、冷却水を第１接続部２２３ａを介して流路２２１ｂの一端部に供給する。また、循環部２２２ａは、流路２２１ｂの他端部から第２接続部２２３ｂを介して冷却水を回収し、第１接続部２２３ａを介して流路２２１ｂの一端部に再度供給する。

温度調節部２２２ｂは、循環部２２２ａによって循環される冷却水の温度を調節する。温度調節部２２２ｂは、後述する制御装置４の制御部４ａによって制御される。

冷却機構２０２は、上記のように構成され、流路２２１ｂを循環する冷却水を用いて本体部２２１を冷却することで、本体部２２１に接触するフィルタ２０１を冷却する。

なお、循環部２２２ａおよび接続部２２３は、流路２２１ｂに冷却流体を供給する供給部の一例に相当する。また、ここでは、冷却流体として水を用いる場合の例について説明したが、冷却流体は、水以外の液体であってもよい。また、冷却流体は、気体であってもよい。

温度センサ２０３は、たとえば、フィルタ２０１における本体部２２１が取り付けられる面とは反対側の面に取り付けられる。温度センサ２０３によって検知された温度は、制御装置４の後述する制御部４ａに出力される。

制御装置４は、制御部４ａと、記憶部４ｂとを備える。制御部４ａ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。

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４の記憶部４ｂ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。

記憶部４ｂ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。かかる記憶部４ｂは、たとえば、フィルタ２０１を透過する光の波長域の設定値を記憶する。かかる設定値は、ユーザにより任意に変更可能である。

制御部４ａは、記憶部４ｂに記憶された波長域の設定値に基づき、フィルタ２０１の目標温度を決定する。たとえば、制御部４ａは、フィルタ２０１の温度とフィルタ２０１が透過させる光の波長域との関係を表す演算式またはテーブルを用いて波長域の設定値からフィルタ２０１の目標温度を決定することができる。

また、制御部４ａは、温度センサ２０３によって検知されるフィルタ２０１の温度に基づき、フィルタ２０１の温度が目標温度となるようにチラー２２２の温度調節部２２２ｂを制御する。たとえば、制御部４ａは、温度センサ２０３によって検知されるフィルタ２０１の温度が目標温度を超えている場合には、温度調節部２２２ｂを制御して冷却水の温度を低くする。一方、制御部４ａは、温度センサ２０３によって検知されるフィルタ２０１の温度が目標温度を下回っている場合には、温度調節部２２２ｂを制御して冷却水の温度を高くする。

このように、制御部４ａは、温度調節部２２２ｂを制御して、フィルタ２０１の冷却温度を調節することで、フィルタ２０１が透過させる光の波長域を調節することができる。

なお、制御部４ａは、温度センサ２０３によって検知されるフィルタ２０１の温度と、光源２１ｂからの光が当たるフィルタ２０１の中央部の温度との差を加味して、上記演算式またはテーブルにより得られる目標温度よりも低い温度をフィルタ２０１の目標温度として決定してもよい。

次に、第１の実施形態に係る測定装置１が実行する処理の手順について図６を参照して説明する。図６は、第１の実施形態に係る測定装置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６に示すように、測定装置１では、まず、温度調節処理が行われる（ステップＳ１０１）。温度調節処理において、制御部４ａは、温度センサ２０３の検知結果に基づき、フィルタ２０１の温度が目標温度となるように温度調節部２２２ｂを制御する。これにより、フィルタ２０１を透過する光の波長域が調節される。なお、温度調節処理は、その後の撮像処理（ステップＳ１０２）および測定処理（ステップＳ１０３）においても継続して行われてもよい。

つづいて、測定装置１では、撮像処理が行われる（ステップＳ１０２）。撮像処理では、撮像装置３が、対象基板である重合基板Ｔからの反射光を撮像し、撮像した画像を制御部４ａへ出力する。

つづいて、測定装置１では、測定処理が行われる（ステップＳ１０３）。測定処理において、制御部４ａは、撮像装置３によって撮像された画像に基づいて第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とのずれ量の測定を行う。

ステップＳ１０３の測定処理を終えると、測定装置１は、１枚の重合基板Ｔについての処理を終了する。

上述してきたように、第１の実施形態に係る測定装置１は、光学装置２と、撮像装置３と、制御部４ａとを備える。光学装置２は、重合基板Ｔ（対象基板の一例）に光を照射する。撮像装置３は、重合基板Ｔからの反射光を撮像する。制御部４ａは、撮像装置３によって撮像された画像に基づいて重合基板Ｔの測定を行う。また、光学装置２は、光源２１ｂと、光源２１ｂから発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させるフィルタ２０１と、フィルタ２０１を冷却する冷却機構２０２とを備える。また、制御部４ａは、冷却機構２０２を制御することにより、フィルタ２０１が透過させる光の波長域を調節する。

これにより、重合基板Ｔの内部に進入する光の割合が多くなる波長域の入射光Ｌ１（図２参照）を重合基板Ｔに照射することができるため、表面反射光Ｌ２の割合が多くなることで、撮像装置３によって撮像される画像が不鮮明となることを抑制することができる。したがって、第１の実施形態に係る測定装置１によれば、重合基板Ｔの測定精度を向上させることができる。

また、第１の実施形態に係る測定装置１によれば、フィルタ２０１の温度を調節することによってフィルタ２０１が透過させる光の波長域を調節することとしたため、ハード構成を変更することなく、重合基板Ｔの内部に進入する光の割合が多くなる波長域の入射光Ｌ１をつくり出すことが可能である。

また、第１の実施形態に係る測定装置１では、光源２１ｂによって加熱される位置、具体的には、筐体２１ａの内部にフィルタ２０１を配置することとしたため、光源２１ｂから発せられる熱を利用してフィルタ２０１を加熱することができる。したがって、フィルタ２０１を加熱するための加熱機構を別途設ける必要がない。また、加熱機構を別途設けた場合と比較して、フィルタ２０１の温度調節が容易である。

（第２の実施形態）
次に、上述した測定装置１を搭載した接合システムの構成について説明する。図７は、第２の実施形態に係る接合システム１００の構成を示す平面図である。

なお、以下では、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを分子間力を用いて半永久的に接合する接合システム１００を例に挙げて説明するが、基板同士を接合する手法は、分子間力を用いるものに限らず、たとえば、基板同士を接着剤により接合する手法であってもよい。また、以下では、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７に示す接合システム１００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７に示すように、接合システム１００は、搬入出ステーション２００と、処理ステーション３００とを備える。搬入出ステーション２００および処理ステーション３００は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２００および処理ステーション３００の順番で並べて配置される。

搬入出ステーション２００は、載置台１０１と、搬送領域１０２とを備える。載置台１０１は、複数の載置板１１１を備える。各載置板１１１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は第１基板Ｗ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は第２基板Ｗ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合基板Ｔを収容するカセットである。

搬送領域１０２は、載置台１０１のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域１０２には、Ｙ軸方向に延在する搬送路１２１と、この搬送路１２１に沿って移動可能な搬送装置１２２とが設けられる。搬送装置１２２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１１１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３００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３００には、各種装置を備えた複数の処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。

第１処理ブロックＧ１には、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における第２基板Ｗ２との接合面および第２基板Ｗ２における第１基板Ｗ１との接合面を改質する処理を行う。具体的には、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を改質する。

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の接合面に照射されることにより、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面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第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面を親水化するとともに洗浄する。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の接合面上を拡散し、第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２の接合面が親水化される。

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。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、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔのトランジション装置が多段に設けられる。

上述した測定装置１は、たとえば、かかる第３処理ブロックＧ３の最上段に配置される。なお、測定装置１は、第３処理ブロックＧ３以外の処理ブロックに配置されてもよい。

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内の所定の装置に第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを搬送する。

次に、接合装置４１の構成について図８および図９を参照して説明する。図８は、接合装置４１の構成を示す模式平面図である。また、図９は、接合装置４１の構成を示す模式側面図である。

図８に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器４００を有する。処理容器４００の搬送領域６０側の側面には、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔの搬入出口４０１が形成され、当該搬入出口４０１には開閉シャッタ４０２が設けられている。

処理容器４００の内部は、内壁４０３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４０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器４００の側面に形成される。また、内壁４０３にも、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔの搬入出口４０４が形成される。

搬送領域Ｔ１には、トランジション４１０、ウェハ搬送機構４１１、反転機構４３０および位置調節機構４２０が、例えば搬入出口４０１側からこの順番で並べて配置される。

トランジション４１０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。トランジション４１０は、例えば２段に形成され、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板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４１１は、図８および図９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４１１は、搬送領域Ｔ１内、または搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間で第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを搬送することが可能である。

位置調節機構４２０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。具体的には、位置調節機構４２０は、第１基板Ｗ１および第２基板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４２１と、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のノッチ部の位置を検出する検出部４２２と、を有する。位置調節機構４２０は、基台４２１に保持された第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を回転させながら検出部４２２を用いて第１基板Ｗ１および第２基板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、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の水平方向の向きが調節される。

反転機構４３０は、第１基板Ｗ１の表裏面を反転させる。具体的には、反転機構４３０は、第１基板Ｗ１を保持する保持アーム４３１を有する。保持アーム４３１は、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する。また保持アーム４３１には、第１基板Ｗ１を保持する保持部材４３２が例えば４箇所に設けられている。

保持アーム４３１は、例えばモータなどを備えた駆動部４３３に支持される。保持アーム４３１は、かかる駆動部４３３によって水平軸周りに回動自在である。また、保持アーム４３１は、駆動部４３３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４３３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４３３は、鉛直方向に延伸する支持柱４３４に沿って鉛直方向に移動することができる。

このように、保持部材４３２に保持された第１基板Ｗ１は、駆動部４３３によって水平軸周りに回動できると共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４３２に保持された第１基板Ｗ１は、駆動部４３３を中心に回動して、位置調節機構４２０と後述する上チャック４４０との間を移動することができる。

処理領域Ｔ２には、第１基板Ｗ１の上面（接合面）を上方から吸着保持する上チャック４４０と、第２基板Ｗ２を載置して第２基板Ｗ２の下面（非接合面）を下方から吸着保持する下チャック４４１とが設けられる。下チャック４４１は、上チャック４４０の下方に設けられ、上チャック４４０と対向配置可能に構成される。

図９に示すように、上チャック４４０は、上チャック４４０の上方に設けられた上チャック保持部４５０に保持される。上チャック保持部４５０は、処理容器４００の天井面に設けられた複数の支柱部４５２に支持される。上チャック４４０は、上チャック保持部４５０を介して処理容器４００に固定される。

上チャック保持部４５０の上面には、ストライカー４９０が配置される。ストライカー４９０は、押圧ピン４９１と、アクチュエータ部４９２と、直動機構４９３とを備える。押圧ピン４９１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４９２によって支持される。

アクチュエータ部４９２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４９２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４９２の先端部は、電空レギュレータからの空気によって鉛直方向に昇降自在になっている。

アクチュエータ部４９２は、直動機構４９３に支持される。直動機構４９３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４９２を鉛直方向に移動させる。

ストライカー４９０は、以上のように構成されており、直動機構４９３によってアクチュエータ部４９２の移動を制御し、アクチュエータ部４９２によって押圧ピン４９１による第１基板Ｗ１の押圧荷重を制御する。

上チャック保持部４５０には、下チャック４４１に保持された第２基板Ｗ２の上面（接合面）を撮像する上部撮像部４５１が設けられている。上部撮像部４５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

下チャック４４１は、下チャック４４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部４６０に支持される。第１の下チャック移動部４６０は、後述するように下チャック４４１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４６０は、下チャック４４１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４６０には、上チャック４４０に保持された第１基板Ｗ１の下面（接合面）を撮像する下部撮像部４６１が設けられている（図９参照）。下部撮像部４６１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４６０は、第１の下チャック移動部４６０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４６２，４６２に取り付けられている。第１の下チャック移動部４６０は、一対のレール４６２，４６２に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール４６２，４６２は、第２の下チャック移動部４６３に配設されている。第２の下チャック移動部４６３は、当該第２の下チャック移動部４６３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４６４，４６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部４６３は、一対のレール４６４，４６４に沿って水平方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成される。一対のレール４６４，４６４は、たとえば処理容器４００の底面に設けられた載置台４６５上に配設される。

次に、接合システム１００の具体的な動作について図１０を参照して説明する。図１０は、接合システム１００が実行する処理を示すフローチャートである。なお、図１０に示す各種の処理は、制御部４ａ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２００の所定の載置板１１１に載置される。その後、搬送装置１２２によりカセットＣ１内の第１基板Ｗ１が取り出され、処理ステーション３００の第３処理ブロックＧ３の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Ｓ２０１）。

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、当該第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Ｓ２０２）。

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４１０を介してウェハ搬送機構４１１により位置調節機構４２０に搬送される。そして位置調節機構４２０によって、第１基板Ｗ１の水平方向の向きが調節される（ステップＳ２０３）。

その後、位置調節機構４２０から反転機構４３０の保持アーム４３１に第１基板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４３１を反転させることにより、第１基板Ｗ１の表裏面が反転される（ステップＳ２０４）。すなわち、第１基板Ｗ１の接合面が下方に向けられる。

その後、反転機構４３０の保持アーム４３１が回動して上チャック４４０の下方に移動する。そして、反転機構４３０から上チャック４４０に第１基板Ｗ１が受け渡される。第１基板Ｗ１は、ノッチ部を予め決められた方向に向けた状態で、上チャック４４０に非接合面が吸着保持される（ステップＳ２０５）。

第１基板Ｗ１に上述したステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理が行われている間、第２基板Ｗ２の処理が行われる。まず、搬送装置１２２によりカセットＣ２内の第２基板Ｗ２が取り出され、処理ステーション３００の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の接合面が改質される（ステップＳ２０６）。

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Ｓ２０７）。

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４１０を介してウェハ搬送機構４１１により位置調節機構４２０に搬送される。そして位置調節機構４２０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Ｓ２０８）。

その後、第２基板Ｗ２は、ウェハ搬送機構４１１によって下チャック４４１に搬送され、下チャック４４１に吸着保持される（ステップＳ２０９）。第２基板Ｗ２は、ノッチ部を予め決められた方向に向けた状態で、下チャック４４１にその非接合面が吸着保持される。

つづいて、上チャック４４０に保持された第１基板Ｗ１と下チャック４４１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Ｓ２１０）。

第１基板Ｗ１の接合面には予め定められた複数の基準点が形成される。また、第２基板Ｗ２の接合面にも、予め定められた複数の基準点が形成される。これら基準点としては、たとえば第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２上に形成された所定のパターンＰがそれぞれ用いられる。なお、基準点の数は任意に設定可能である。

まず、上部撮像部４５１および下部撮像部４６１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部４６１が上部撮像部４５１の略下方に位置するように、第１の下チャック移動部４６０と第２の下チャック移動部４６３によって下チャック４４１を水平方向に移動させる。そして、上部撮像部４５１と下部撮像部４６１とで共通のターゲットを確認し、上部撮像部４５１と下部撮像部４６１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部４６１の水平方向位置が微調節される。

つづいて、第１の下チャック移動部４６０によって下チャック４４１を鉛直上方に移動させた後、上チャック４４０と下チャック４４１の水平方向位置の調節が行われる。

具体的には、第１の下チャック移動部４６０と第２の下チャック移動部４６３によって下チャック４４１を水平方向に移動させながら、上部撮像部４５１を用いて第２基板Ｗ２の接合面に形成された複数の基準点を順次撮像する。同時に、下チャック４４１を水平方向に移動させながら、下部撮像部４６１を用いて第１基板Ｗ１の接合面に形成された複数の基準点を順次撮像する。

撮像された画像データは、制御装置４の制御部４ａに出力される。制御部４ａでは、上部撮像部４５１で撮像された画像データと下部撮像部４６１で撮像された画像データとに基づいて、第１基板Ｗ１の基準点と第２基板Ｗ２の基準点とがそれぞれ合致するように、第１の下チャック移動部４６０および第２の下チャック移動部４６３によって下チャック４４１の水平方向位置を調節させる。こうして上チャック４４０と下チャック４４１の水平方向位置が調節され、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の水平方向位置が調節される。

つづいて、第１の下チャック移動部４６０によって下チャック４４１を鉛直上方に移動させて、上チャック４４０と下チャック４４１との鉛直方向位置を調節することにより、当該上チャック４４０に保持された第１基板Ｗ１と下チャック４４１に保持された第２基板Ｗ２との鉛直方向位置が調節される（ステップＳ２１１）。

つづいて、上チャック４４０に保持された第１基板Ｗ１と下チャック４４１に保持された第２基板Ｗ２の接合処理が行われる（ステップＳ２１２）。接合処理では、ストライカー４９０の押圧ピン４９１を下降させることによって、第１基板Ｗ１の中心部を押し下げて、第１基板Ｗ１の中心部と第２基板Ｗ２の中心部とを接触させて押圧する。

これにより、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する。具体的には、第１基板Ｗ１の接合面と第２基板Ｗ２の接合面はそれぞれステップＳ２０１，Ｓ２０６において改質されているため、まず、接合面間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面同士が接合される。さらに、第１基板Ｗ１の接合面と第２基板Ｗ２の接合面はそれぞれステップＳ２０２，Ｓ２０７において親水化されているため、接合面間の親水基が水素結合し、接合面同士が強固に接合される。

その後、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との接合領域が、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の中心部から外周部へ拡大していくことで、第１基板Ｗ１の接合面と第２基板Ｗ２の接合面が全面で当接し、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２が接合される。

つづいて、ステップＳ２１２において形成された重合基板Ｔは、搬送装置６１によって測定装置１に搬送されて、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とが適切に接合されているか否か等が検査される（ステップＳ２１３）。

具体的には、測定装置１は、重合基板Ｔに赤外光を照射し、その反射光を撮像装置３で撮像することによって重合基板Ｔの内部の画像を得る。そして、制御部４ａは、得られた画像に基づいて第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とのずれ量を測定する。上述したように、測定装置１は、フィルタ２０１の温度を制御することで、フィルタ２０１を透過する赤外光の波長域を最適化しているため、表面反射光Ｌ２（図２参照）によって重合基板Ｔの内部の視認性が低下することを抑制することができる。

その後、制御部４ａは、測定結果に基づいて第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との接合が適切に行われたか否かを判定する。たとえば、制御部４ａは、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とのずれ量が閾値を超えている場合に、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との接合が適切に行われていないと判定する。なお、制御部４ａは、撮像装置３によって撮像された画像に基づいて、重合基板Ｔの内部にボイドやパーティクルが存在するか否かの検査を行ってもよい。

その後、重合基板Ｔは、搬送装置６１によって第３処理ブロックＧ３のトランジション装置（図示せず）に搬送された後、搬入出ステーション２００の搬送装置１２２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。

このように、第２の実施形態に係る接合システム１００では、測定装置１において重合基板Ｔを検査することで、たとえば、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とがずれた状態で接合された重合基板Ｔを接合システム１００から払い出す前に発見することができることから、接合システム１００の信頼性を高めることができる。

（その他の実施形態）
第２の実施形態では、測定装置１を用いて重合基板Ｔの測定を行うこととしたが、測定装置１は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の測定にも用いることができる。たとえば、接合システム１００は、図１０に示すステップＳ２１０の処理、すなわち、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の水平方向の位置を調節する処理を測定装置１を用いて行ってもよい。この場合、たとえば、上チャック４４０および上チャック保持部４５０に上下に貫通する貫通孔を設け、かかる貫通孔を介して測定装置１からの赤外光を第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２に照射するようにすればよい。

また、本願の開示する光学装置は、たとえば、基板の厚み測定にも用いることができる。かかる点について図１１を参照して説明する。図１１は、他の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

図１１に示すように、他の実施形態に係る測定装置１Ａは、光学装置２Ａと撮像装置３Ａとを備える。光学装置２Ａは、光発生部２１を備え、光発生部２１は、筐体２１ａと光源２１ｂとフィルタ部２１ｃとを備える。光学装置２Ａは、基板Ｗの板面に対して斜めに赤外光Ｌ１１を照射する。撮像装置３Ａは、撮像素子３１Ａを備える。撮像素子３１Ａは、たとえばＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサであり、基板Ｗから反射した赤外光、具体的には、基板Ｗ上に形成された膜Ｆの表面において反射する表面反射光Ｌ１２と、基板Ｗの表面（当該表面に形成されたパターン）において反射する内部反射光Ｌ１４とを受光する位置に配置される。

測定装置１Ａは、たとえば基板Ｗ上に形成された膜Ｆの厚みを、表面反射光Ｌ１２の受光位置と内部反射光Ｌ１４の受光位置との差に基づいて測定することができる。この際、測定装置１Ａでは、フィルタ部２１ｃにおけるフィルタ２０１の温度を冷却機構２０２を用いて制御することにより、表面反射光Ｌ１２および内部反射光Ｌ１４の比率を調節することで、基板Ｗの厚みを測定するために最適な画像を得ることができる。すなわち、たとえば、表面反射光Ｌ１２の比率が高すぎて内部反射光Ｌ１４の位置を特定することが困難となることを防止することができる。このように、測定装置１Ａによれば、基板Ｗの厚み測定を精度良く行うことができる。

上述した各実施形態では、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および基板Ｗがシリコンウェハである場合の例について説明したが、測定装置１，１Ａにおける対象基板は、シリコンウェハに限らず、ガラス基板等の他の基板であってもよい。この場合、測定装置１，１Ａに設けられるフィルタ２０１は、シリコン以外の材質で形成されてもよい。たとえば、フィルタ２０１は、対象基板の材質と同じ材質で形成されてもよい。また、シリコンウェハ以外の基板を対象基板とする場合、対象基板に対して照射する光は、必ずしも赤外光であることを要さず、たとえば可視光であってもよい。

また、上述した各実施形態では、筐体２１ａの内部にフィルタ部２１ｃを配置することで、光源２１ｂから発せられる熱を利用してフィルタ２０１を加熱することとしたが、フィルタ部２１ｃの配置は、光源２１ｂによって加熱される位置であれば筐体２１ａの内部に限定されない。たとえば、フィルタ部２１ｃは、光学装置２，２Ａの内部、具体的には、導光部２１ｄと反射鏡２２ｂとの間に配置されてもよい。また、測定装置１，１Ａは、フィルタ２０１を加熱する加熱機構を備えてもよい。この場合、フィルタ部２１ｃは、光源２１ｂから発せられる熱が届かない場所に配置されてもよい。

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。

Ｔ 重合基板
Ｗ１ 第１基板
Ｗ２ 第２基板
１ 測定装置
２ 光学装置
３ 撮像装置
４ 制御装置
２１ 光発生部
２１ａ 筐体
２１ｂ 光源
２１ｃ フィルタ部
２１ｄ 導光部
２２ｃ ハーフミラー
３１ 撮像素子
２０１ フィルタ
２０２ 冷却機構
２０３ 温度センサ
２２１ 本体部
２２２ チラー
２２３ 接続部

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させるフィルタと、
   前記フィルタを冷却する冷却機構と、
   前記冷却機構を制御することにより、前記フィルタが透過させる光の波長域を調節する制御部と
   を備える、光学装置。
2. 前記光源は、発熱する光源であり、
   前記フィルタは、前記光源によって加熱される位置に配置される、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記光源を収容する筐体
   をさらに備え、
   前記フィルタは、
   前記筐体の内部に配置される、請求項２に記載の光学装置。
4. 前記冷却機構は、
   前記フィルタに接触し、内部に流路が形成された本体部と、
   前記流路に冷却流体を供給する供給部と、
   前記冷却流体の温度を調節する温度調節部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記温度調節部を制御して、前記フィルタの冷却温度を調節することにより、前記フィルタが透過させる光の波長域を調節する、請求項３に記載の光学装置。
5. 前記本体部は、前記光源から発せられる光を通過させる開口を有し、
   前記流路は、前記開口の周囲を巡るように形成される、請求項４に記載の光学装置。
6. 前記フィルタは、
   前記フィルタを透過した光が照射される対象基板の材質と同じ材質で形成される、請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学装置。
7. 前記対象基板は、シリコンウェハであり、
   前記フィルタは、シリコンで形成される、請求項６に記載の光学装置。
8. 対象基板に光を照射する光学装置と、
   前記対象基板からの反射光を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置によって撮像された画像に基づいて前記対象基板の測定を行う制御部と
   を備え、
   前記光学装置は、
   光源と、
   前記光源から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させるフィルタと、
   前記フィルタを冷却する冷却機構と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記冷却機構を制御することにより、前記フィルタが透過させる光の波長域を調節する、測定装置。
9. 基板同士を接合する接合装置と、
   前記接合装置によって接合される前の基板または前記接合装置によって接合された後の基板を対象基板として該対象基板を測定する測定装置と
   を備え、
   前記測定装置は、
   前記対象基板に光を照射する光学装置と、
   前記対象基板からの反射光を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置によって撮像された画像に基づいて前記対象基板の測定を行う制御部と
   を備え、
   前記光学装置は、
   光源と、
   前記光源から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させるフィルタと、
   前記フィルタを冷却する冷却機構と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記冷却機構を制御することにより、前記フィルタが透過させる光の波長域を調節する、接合システム。
10. 光源と、前記光源から発せられた光のうち一部の波長域の光を透過させるフィルタと、前記フィルタを冷却する冷却機構とを備えた光学装置を用いて対象基板に光を照射する照射工程と、
    前記対象基板からの反射光を撮像する撮像工程と、
    前記撮像工程によって撮像された画像に基づいて前記対象基板の測定を行う測定工程と、
    を含み、
    前記照射工程は、
    前記冷却機構を制御することにより、前記フィルタが透過させる光の波長域を調節する、測定方法。

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