WO2012026334A1 - 接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

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WO2012026334A1
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wafer
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孝浩 西林
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a bonding system, a bonding method, and a computer storage medium for bonding substrates having metal bonding portions and insulating portions formed on the surfaces thereof.
  • the bonding apparatus includes, for example, a fixed table on which a wafer is placed on the upper surface, and a movable table that is arranged to face the fixed table and that can move up and down by sucking and holding the wafer on the lower surface.
  • a heater is built in each of the fixed table and the movable table. In this bonding apparatus, after the two wafers are overlapped, the wafers are heated by a heater and the wafers are pressed by applying a load by a fixed table and a movable table (patents). Reference 1).
  • metal bonding portions formed on the wafer surface may be bonded together.
  • the predetermined temperature since the predetermined temperature is high in the heat treatment step, it takes time to heat the superposed wafer to the predetermined temperature.
  • the metal joints when the superposed wafer is heated rapidly, the metal joints may not be heated uniformly, so that it is necessary to heat the wafer at a predetermined heating rate or less.
  • the time required for the bonding process cannot be shortened because it depends on the material used for the metal bonding portion.
  • This invention is made in view of this point, and it aims at improving the throughput of a board
  • the present invention provides a bonding system for bonding substrates having a metal bonding portion and an insulating portion formed on the surfaces thereof, a cleaning device for cleaning the surface of the substrate, and the cleaning device.
  • a temporary bonding apparatus that superimposes and temporarily bonds the cleaned substrates in a state where the metal bonding portions are in contact with each other, and a main bonding apparatus that main bonds the superposed substrates temporarily bonded by the temporary bonding apparatus.
  • the temporary bonding apparatus generates a plasma of a processing gas and activates the insulating portion on the surface of the substrate, and supplies a processing liquid to the insulating portion on the surface of the substrate to A surface hydrophilic portion that hydrophilizes the portion, and the bonding apparatus includes: a first heat treatment plate that heat-treats the polymerization substrate at a first temperature; and a second heat treatment plate that is higher than the first temperature.
  • a second heat treatment plate heat-treated at a temperature of the second heat treatment plate and the second heat treatment plate
  • the laminated substrate having a pressurizing mechanism for pressing the said second heat treatment plate side.
  • the present bonding apparatus after the heat treatment of the superposed substrate on the first heat treatment plate at the first temperature, the heat treatment of the superposition substrate on the second heat treatment plate at the second temperature, The superposed substrate can be pressed and bonded to the second heat treatment plate side.
  • the two superposed substrates can be heat-treated in parallel by the first heat treatment plate and the second heat treatment plate, thereby improving the throughput of the substrate joining process. be able to.
  • the superposed substrates can be heat-treated step by step, the superposed substrates are not rapidly heated, and the substrates can be appropriately bonded to each other.
  • the insulating portion on the surface of the substrate can be activated using plasma of a processing gas, and the insulating portion on the surface of the substrate can be hydrophilized using a processing liquid to form a hydroxyl group in the insulating portion.
  • the activated insulating parts can be temporarily joined together by van der Waals force, and the hydroxyl groups of the hydrophilicized insulating parts can be hydrogen-bonded to firmly join the substrates.
  • the substrates can be appropriately temporarily bonded to each other, and the superimposed substrates are not displaced even when the temporarily bonded superimposed substrates are transported or main bonded.
  • substrate is heat-processed by 1st temperature and 2nd temperature with this joining apparatus, the van der Waals force and hydrogen bond between insulation parts will become stronger. Accordingly, the substrates can be more appropriately main bonded.
  • Another aspect of the present invention is a bonding method for bonding substrates having metal bonding portions and insulating portions formed on the surfaces thereof, using a cleaning process for cleaning the surfaces of the substrates, and then using plasma of a processing gas.
  • the surface treatment step of activating the insulating portion on the surface of the substrate and hydrophilizing the insulating portion on the surface of the substrate using a treatment liquid, and then the substrates subjected to the surface treatment step,
  • a main joining step is performed in which the superposed substrate is pressed and main joined while being heat-treated at a second temperature higher than the first temperature.
  • Another aspect of the present invention is a readable computer storage medium storing a program that operates on a computer of a control unit that controls the joining system in order to cause the joining method to be executed by the joining system.
  • FIG. 1 is a plan view showing the outline of the configuration of the joining system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view illustrating the outline of the internal configuration of the joining system 1.
  • the wafer disposed on the upper side may be referred to as “upper wafer W U ”, and the wafer disposed on the lower side may be referred to as “lower wafer W L ”.
  • a bonding surface to which the upper wafer W U is bonded is referred to as “front surface W U1 ”, and a surface opposite to the front surface W U1 is referred to as “back surface W U2 ”.
  • the bonding surface to which the lower wafer W L is bonded is referred to as “front surface W L1 ”, and the surface opposite to the front surface W L1 is referred to as “back surface W L2 ”.
  • a plurality of metal joints J U and J L are formed on the front surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L , respectively.
  • portions other than the plurality of metal joints J U and J L form insulating portions B U and BL , respectively. That is, the insulating parts B U and B L are parts of the wafers W U and W L , respectively.
  • the metal bonding portion J U, J L a contact is allowed wafer W U, to form a bonded wafer W T as a polymerization substrate by superposing W L, the wafer W U, the W L together Join.
  • aluminum is used for the metal joint portion J U
  • germanium is used for the metal joint portion J L.
  • the interface system 1 a plurality of wafers W U between for example the outside as shown in FIG. 1, W L, overlapped wafer W T to accommodate each cassette C U, C L, the cassette station C T is loaded and unloaded 2 and a processing station 3 including various processing apparatuses that perform predetermined processing on the wafers W U , W L , and the overlapped wafer W T are integrally connected.
  • the cassette station 2 is provided with a cassette mounting table 10.
  • the cassette mounting table 10 is provided with a plurality of, for example, four cassette mounting plates 11.
  • the cassette mounting plates 11 are arranged in a line in the horizontal X direction (vertical direction in FIG. 1). These cassette mounting plates 11, cassettes C U to the outside of the interface system 1, C L, when loading and unloading the C T, a cassette C U, C L, it is possible to place the C T .
  • the number of cassette mounting plates 11 is not limited to the present embodiment, and can be arbitrarily determined. One of the cassettes may be used for collecting defective wafers.
  • a cassette a wafer caused a problem with the bonding of the upper wafer W U and the lower wafer W L, it can be separated from the other normal overlapped wafer W T by various factors.
  • using a one cassette C T for the recovery of the fault wafer, and using other cassettes C T for the accommodation of a normal overlapped wafer W T among the plurality of cassettes C T, using a one cassette C T for the recovery of the fault wafer, and using other cassettes C T for the accommodation of a normal overlapped wafer W T.
  • the cassette station 2 is provided with a wafer transfer device 21 that is movable on a transfer path 20 extending in the X direction as shown in FIG.
  • the wafer transfer device 21 is also movable in the vertical direction and the vertical axis direction ( ⁇ direction), and includes cassettes C U , C L , C T on each cassette mounting plate 11 and a third of the processing station 3 described later.
  • the wafers W U and W L and the superposed wafer W T can be transferred to and from the transition device 50 of the block G3.
  • the processing station 3 is provided with a plurality of, for example, three blocks G1, G2, and G3 having various devices.
  • the first block G1 is provided on the front side of the processing station 3 (X direction negative direction side in FIG. 1), and the second side is provided on the back side of the processing station 3 (X direction positive direction side in FIG. 1).
  • Block G2 is provided.
  • a third block G3 is provided on the cassette station 2 side of the processing station 3 (Y direction negative direction side in FIG. 1).
  • the first processing block G1, a wafer W U, the cleaning device 30 for cleaning the surface W U1, W L1 of W L, superimposed by the position adjustment of the wafer W U, W L, these wafers W U, temporary bonding device 31 a W L and temporarily joined to form a bonded wafer W T are disposed in this order from the cassette station 2 side.
  • the second processing block G2 a plurality of bonding the overlapped wafer W T, for example, four of the bonding apparatus 40-43 is provided.
  • the main joining devices 40 to 43 are arranged in a line in the horizontal Y direction (left and right direction in FIG. 1). Note that the number of the joining devices 40 to 43 is not limited to the present embodiment, and can be arbitrarily determined.
  • the third processing block G3, the wafer W U as shown in FIG. 2, W L, a transition unit 50 of the overlapped wafer W T, the wafer W U, W L, a heat treatment apparatus for performing heat treatment of the overlapped wafer W T 51 To 53 are provided in four stages in order from the bottom.
  • a wafer transfer area D is formed in an area surrounded by the first block G1 to the third block G3.
  • a wafer transfer device 60 is disposed.
  • the wafer transfer device 60 has a transfer arm that is movable in the Y direction, the X direction, the ⁇ direction, and the vertical direction, for example.
  • the wafer transfer device 60 moves within the wafer transfer region D, and the wafers W U , W L , and the overlapped wafer W are transferred to predetermined devices in the surrounding first block G 1, second block G 2, and third block G 3. T can be conveyed.
  • the cleaning device 30 includes a processing container 70 having an upper opening.
  • a shower head 80 which will be described later is provided in the upper opening of the processing container 70, and a processing chamber 71 which is an internal space of the processing container 70 is sealed. Further, the wafer W U on the side surface of the wafer transfer area D side of the process container 70, W L transfer port (not shown) is formed, the said transfer port opening and closing a shutter (not shown) is provided .
  • a mounting table 72 on which the wafers W U and W L are mounted is installed. On the upper surface of the mounting table 72, the wafers W U and W L are held in a substantially horizontal posture.
  • An electrode plate 73 is built in the mounting table 72, and the electrode plate 73 is connected to a high frequency power source 74 for bias of 13.56 MHz, for example.
  • the mounting by causing an electrostatic force to the surface of the table 72, the wafer W U, W L can be electrostatically adsorbed onto the mounting table 72.
  • the mounting table 72 has a built-in temperature adjusting mechanism 75 for circulating the cooling medium.
  • the temperature adjustment mechanism 75 is connected to a liquid temperature adjustment unit 76 that adjusts the temperature of the cooling medium. Then, the temperature of the refrigerant medium is adjusted by the liquid temperature adjusting unit 76, and the temperature of the mounting table 72 can be controlled. As a result, the wafers W U and W L mounted on the mounting table 72 can be maintained at a predetermined temperature.
  • a shower head 80 is provided in the upper opening of the processing container 70.
  • a supply pipe 81 that supplies a processing gas to the shower head 80 is connected to the shower head 80.
  • the supply pipe 81 communicates with a gas supply source 82 that stores the processing gas therein.
  • the supply pipe 81 is provided with a supply device group 83 including a valve for controlling the flow of the processing gas, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • processing gas hydrogen gas, nitrogen gas, argon gas etc. are used, for example.
  • an internal space 90 into which the processing gas supplied from the gas supply source 82 is introduced is provided inside the shower head 80.
  • a plurality of discharge ports 91 for discharging the processing gas introduced into the internal space 90 toward the inside of the processing chamber 71 are provided on the lower surface of the shower head 80 in a state of being distributed over the entire lower surface of the shower head 80. Yes. That is, the processing gas in the internal space 90 is discharged through the plurality of discharge ports 91 above the wafers W U and W L mounted on the mounting table 72 and diffused throughout the processing chamber 71. Has been placed.
  • a radial line slot antenna 92 that uniformly supplies a high-frequency microwave for generating plasma two-dimensionally is provided on the upper portion of the shower head 80.
  • a microwave oscillating device (not shown) is connected to the radial line slot antenna 92, and microwaves are oscillated with respect to the radial line slot antenna 92.
  • An exhaust pipe 93 is provided on the bottom surface of the processing container 70.
  • An exhaust pump (not shown) is connected to the exhaust pipe 93, and the atmosphere in the processing chamber 71 can be exhausted through the exhaust pipe 93.
  • the wafer W U the wafer W U, the lift pins for supporting and elevating the the W L from below (not shown) is provided below.
  • the elevating pins are inserted through through holes (not shown) formed in the mounting table 72 and can protrude from the upper surface of the mounting table 72.
  • the temporary joining apparatus 31 has the processing container 100 which can seal an inside, as shown in FIG.
  • the inside of the processing container 100 is partitioned by the inner wall 103 into a transport area T1 and a processing area T2.
  • the loading / unloading port 101 described above is formed on the side surface of the processing container 100 in the transfer region T1.
  • a loading / unloading port 104 for the wafers W U and W L and the overlapped wafer W T is formed on the inner wall 103.
  • a transition 110 for temporarily placing the wafers W U and W L and the superposed wafer W T is provided on the positive side in the X direction of the transfer region T1.
  • the transition 110 is formed in, for example, two stages, and any two of the wafers W U , W L , and the superposed wafer W T can be placed at the same time.
  • a wafer transfer body 112 that is movable on a transfer path 111 extending in the X direction is provided.
  • the wafer transfer body 112 is also movable in the vertical direction and the vertical axis as shown in FIGS. 5 and 6, and the wafers W U , W in the transfer area T1 or between the transfer area T1 and the processing area T2. L, the polymerization wafer W T can be conveyed.
  • a position adjusting mechanism 120 that adjusts the horizontal direction of the wafers W U and W L is provided on the negative side in the X direction of the transfer region T1.
  • Position adjusting mechanism 120 includes a base 121, as shown in FIG. 7, the wafer W U, W L and a holding portion 122 for holding and rotating suction, detection for detecting a position of the notch portion of the wafer W U, W L Part 123.
  • the position adjusting mechanism 120 detects the positions of the notches of the wafers W U and W L with the detection unit 123 while rotating the wafers W U and W L attracted and held by the holding unit 122. Are adjusted to adjust the horizontal orientation of the wafers W U and W L.
  • a rail 130 extending along the Y direction is formed on the negative side of the position adjusting mechanism 120 in the X direction in the transport region T1.
  • the rail 130 is formed from the outside of the position adjusting mechanism 120 on the Y direction negative direction side to the outside of the Y direction positive direction side.
  • two nozzle arms 131 and 132 are attached to the rail 130.
  • the composite nozzle body 133 is supported on the first nozzle arm 131.
  • the first nozzle arm 131 is movable on the rail 130 by a nozzle driving unit 134 shown in FIG.
  • the composite nozzle body 133 is movable in the Y-direction positive side of the position adjusting mechanism 120 wafers W U held in the position adjusting mechanism 120, to above the W L.
  • the first nozzle arm 131 can be moved up and down by a nozzle driving unit 134 and the height of the composite nozzle body 133 can be adjusted.
  • the composite nozzle body 133 has a plasma nozzle 140 that ejects atmospheric pressure plasma and a processing liquid nozzle 141 that sprays the processing liquid, as shown in FIG.
  • a supply pipe 142 for supplying a processing gas to the plasma nozzle 140 is connected to the plasma nozzle 140.
  • the supply pipe 142 communicates with a gas supply source 143 that stores a processing gas therein.
  • the supply pipe 141 is provided with a supply device group 144 including a valve for controlling the flow of the processing gas, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • nitrogen gas or argon gas is used as the processing gas.
  • a high frequency power source 145 is connected to the plasma nozzle 140.
  • the high-frequency power source 145 converts the processing gas supplied from the gas supply source 143 into the plasma nozzle 140 into plasma.
  • a supply pipe 146 that supplies the processing liquid to the processing liquid nozzle 141 is connected to the processing liquid nozzle 141.
  • the supply pipe 146 communicates with a liquid supply source 147 that stores the processing liquid therein.
  • the supply pipe 146 is provided with a supply device group 148 including a valve for controlling the flow of the processing liquid, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • the treatment liquid for example, mist-like pure water or mist-like acrylic acid is used.
  • pure water or acrylic acid may be stored in the form of a mist inside the liquid supply source 147, or may be sprayed from the processing liquid nozzle 141 to the processing liquid nozzle 141 using a spray nozzle or the like, for example. .
  • the processing gas plasma is ejected from the plasma nozzle 140 and the processing liquid is sprayed from the processing liquid nozzle 141.
  • the insulating portions B U and B L of the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are activated by the plasma of the processing gas and are made hydrophilic by the processing liquid.
  • the plasma nozzle 140, the supply pipe 142, the gas supply source 143, the supply equipment group 144, and the high frequency power supply 145 constitute a surface active part.
  • the treatment liquid nozzle 141, the supply pipe 146, the gas supply source 147, and the supply device group 148 constitute a hydrophilic surface portion.
  • the second nozzle arm 132 supports an adhesive nozzle 150 as an adhesive supply unit that discharges a liquid adhesive.
  • the second nozzle arm 132 is movable on the rail 130 by a nozzle driving unit 151 shown in FIG.
  • the adhesive nozzle 150 is movable in the Y-direction negative direction side of the position adjusting mechanism 120 wafers W U held in the position adjusting mechanism 120, to above the W L.
  • the second nozzle arm 132 can be moved up and down by the nozzle driving unit 151, and the height of the adhesive nozzle 150 can be adjusted.
  • a supply pipe (not shown) for supplying an adhesive to the adhesive nozzle 150 is connected to the adhesive nozzle 150.
  • the adhesive sublimates at a first temperature, for example, 200 ° C. to 300 ° C. as will be described later.
  • the composite nozzle body 133 and the adhesive nozzle 150 are supported by separate arms. However, the composite nozzle body 133 and the adhesive nozzle 150 are supported by the same arm and are controlled by movement of the arms. The movement and supply timing may be controlled.
  • the processing region T2 the lower chuck 160 for holding by placing the lower wafer W L with the upper surface, an upper chuck 161 for attracting and holding the upper wafer W U at the lower surface is provided as shown in FIGS. 5 and 6 ing.
  • the upper chuck 161 is provided above the lower chuck 160 and is configured to be disposed so as to face the lower chuck 160. That is, the upper wafer W U held in the lower wafer W L and the upper chuck 161 held by the lower chuck 160 is adapted to be placed opposite.
  • a suction pipe (not shown) communicating with a vacuum pump (not shown) is provided inside the lower chuck 160. By suction through the suction pipe, it attracts and holds the lower wafer W L on the upper surface of the lower chuck 160.
  • a chuck driving unit 163 is provided via a shaft 162 as shown in FIG.
  • the lower chuck 160 can be moved up and down by the chuck driving unit 163.
  • the lower chuck 160 may be movable in the horizontal direction by the chuck driving unit 163, and may be further rotatable around the vertical axis.
  • a suction tube (not shown) communicating with a vacuum pump (not shown) is provided inside the upper chuck 161.
  • a vacuum pump (not shown)
  • a rail 164 extending along the Y direction is provided above the upper chuck 161.
  • the upper chuck 161 is movable on the rail 164 by a chuck driving unit 165.
  • the upper chuck 161 may be movable in the vertical direction by the chuck driving unit 165, and may be further rotatable about the vertical axis.
  • the transfer region T1 is reversing mechanism 170 that moves between the transfer region T1 and the processing region T2, to and reverses the front and rear surfaces of the upper wafer W U is provided.
  • Reversing mechanism 170 has a holding arm 171 which holds the upper wafer W U as shown in FIG.
  • the suction pads 172 for holding horizontally adsorbed on the wafer W U is provided.
  • the holding arm 171 is supported by the first driving unit 173.
  • the holding arm 171 can rotate around the horizontal axis and can be expanded and contracted in the horizontal direction.
  • a second driving unit 174 is provided below the first driving unit 173.
  • the first drive unit 173 can rotate around the vertical axis and can move up and down in the vertical direction.
  • the second drive unit 174 is attached to a rail 175 extending in the Y direction shown in FIGS. 5 and 6.
  • the rail 175 extends from the processing area T2 to the transport area T1.
  • the reversing mechanism 170 can move between the position adjusting mechanism 120 and the upper chuck 161 along the rail 175.
  • the configuration of the inverting mechanism 170 is not limited to the configuration of the above embodiment, it is sufficient to invert the front and rear surfaces of the upper wafer W U.
  • the reversing mechanism 170 may be provided in the processing region T2. Further, a reversing mechanism may be added to the wafer transport body 112, and another transport means may be provided at the position of the reversing mechanism 170.
  • the present bonding apparatus 40 has a pre-heat treatment unit 180, a bonding unit 181 and a post-heat treatment unit 182 arranged in this order in the horizontal Y direction (left and right directions in FIGS. 10 and 11). It has the structure connected integrally. That is, the pre-heat treatment unit 180 and the post-heat treatment unit 182 are hermetically connected to the bonding unit 181 via the gate valves 183 and 184, respectively.
  • the pre-heat treatment unit 180 has a processing vessel 190 that can be sealed inside.
  • the side surface of the wafer transfer area D side of the process container 190 out port 191 of the overlapped wafer W T is formed, a gate valve 192 is provided to the out port 191.
  • the side surface of the joining unit 181 side of the processing vessel 190 is formed out port 193 of the overlapped wafer W T is, the gate valve 183 described above to the transfer port 193 is provided.
  • An air inlet 194 is formed on the bottom surface of the processing container 190.
  • An intake pipe 196 that communicates with a vacuum pump 195 that depressurizes the atmosphere inside the processing vessel 190 to a predetermined degree of vacuum is connected to the intake port 194.
  • the first heat treatment plate 200 to heat treatment by placing the overlapped wafer W T is provided.
  • the first heat treatment plate 200 includes a heater (not shown) that generates heat by power supply, for example.
  • the heating temperature of the first heat treatment plate 200 is controlled by, for example, the control unit 300 described later.
  • lift pins 201 are provided, for example three for the overlapped wafer W T is supported from below lift is.
  • the elevating pin 201 can be moved up and down by the elevating drive unit 202.
  • through holes 203 that penetrate the first heat treatment plate 200 in the thickness direction are formed, for example, at three locations.
  • the elevating pin 201 is inserted through the through hole 203 and can protrude from the upper surface of the first heat treatment plate 200.
  • notches 204 for allowing a holding portion 242 of a holding arm 240 described later to pass through are formed at, for example, four locations.
  • the first heat treatment plate 200 is supported by the support member 210.
  • a driving unit 212 that is movable on a rail 211 extending along the Y direction is attached to the base end of the support member 210.
  • the drive unit 212 allows the first heat treatment plate 200 to move between the pre-heat treatment unit 180 and the joining unit 181.
  • the joining unit 181 has a processing container 220 capable of sealing the inside.
  • the processing container 220 has a configuration in which a container body 221 and a top plate 222 are connected by a shield bellows 223.
  • the shield bellows 223 is configured to be extendable in the vertical direction, and the top plate 222 is movable in the vertical direction by the shield bellows 223.
  • a gate valve 183 is provided as described above in the transfer port 224.
  • a gate valve 184 is provided as described above in the transfer port 225.
  • An air inlet 226 is formed on the side surface of the container body 221.
  • An intake pipe 228 that communicates with a vacuum pump 227 that depressurizes the atmosphere inside the processing container 220 to a predetermined degree of vacuum is connected to the intake port 226.
  • Pressure mechanism 230 includes a pressing member 231 that presses in contact with the overlapped wafer W T, a supporting member 232 attached to the annular top plate 222, connected to the pressing member 231 to the supporting member 232, expansion in the vertical direction And a pressurizing bellows 233.
  • a heater (not shown) that generates heat by power feeding is incorporated.
  • the pressurizing mechanism 230 that is, the internal space surrounded by the pressing member 231, the pressurizing bellows 233, the support member 232, and the top plate 222, so that the pressurizing bellows 233 is
  • the pressing member 231 expands and contracts and is movable in the vertical direction.
  • the rigidity of the pressurizing bellows 233 of the pressurizing mechanism 230 is the rigidity of the shield bellows 223 of the processing container 220 so as to withstand the internal pressure due to the compressed air. It is getting bigger.
  • the holding arm 240 is movable in the vertical direction as the top plate 222 moves.
  • Holding arm 240 for example, equally spaced four provided on the same circumference of the overlapped wafer W T, so as to hold the outer peripheral portion of the overlapped wafer W T in four places.
  • the holding arm 240 extends downward from the top plate 222 in the vertical direction, the lower end of the holding arm 240 bends and extends inward in the horizontal direction, and is supported by the support 241. And a holding portion 242 for holding T.
  • Holder 242 protrudes horizontally inward, and projecting member 243 for holding the lower surface of the outer peripheral portion of the overlapped wafer W T, extends vertically upward from the projecting member 243, guides the outer peripheral portion side of the overlapped wafer W T And a guide member 244.
  • the inner surface of the upper end of the guide member 244 is enlarged in a tapered shape from the lower side to the upper side.
  • the second heat treatment plate 250 has a built-in heater (not shown) that generates heat by power supply, for example.
  • the heating temperature of the second heat treatment plate 250 is controlled by, for example, the control unit 300 described later.
  • the holding portion 242 of the holding arms 240 A notch groove 251 for accommodating is formed.
  • the notch grooves 251 are formed at, for example, four locations on the outer peripheral portion of the second heat treatment plate 250 as shown in FIG.
  • the cooling plate 260 is provided for cooling the overlapped wafer W T.
  • the cooling plate 260 incorporates a cooling member (not shown) such as a Peltier element or a water cooling jacket.
  • the cooling temperature of the cooling plate 260 is controlled by, for example, the control unit 300 described later.
  • the post heat treatment unit 182 has substantially the same configuration as the pre heat treatment unit 180. That is, as shown in FIGS. 10 and 11, the post heat treatment unit 182 has a processing vessel 270 that can seal the inside. The side surface of the wafer transfer area D side of the process container 270 out port 271 of the overlapped wafer W T is formed, a gate valve 272 is provided to the out port 271. Further, the side surface of the joining unit 181 side of the processing vessel 270 is formed out port 273 of the overlapped wafer W T is, the gate valve 184 described above to the transfer port 273 is provided.
  • An air inlet 274 is formed on the bottom surface of the processing container 270.
  • An intake pipe 276 that communicates with a vacuum pump 275 that depressurizes the atmosphere inside the processing container 270 to a predetermined degree of vacuum is connected to the intake port 274.
  • a third heating plate 280 is provided to heat treatment by placing the overlapped wafer W T.
  • the third heat treatment plate 280 has a built-in heater (not shown) that generates heat by power supply, for example.
  • the heating temperature of the 3rd heat processing board 280 is controlled by the control part 300 mentioned later, for example.
  • cooling plate 281 is provided below the third heat treatment plate 280 for cooling the overlapped wafer W T.
  • the cooling plate 281 contains a cooling member (not shown) such as a Peltier element or a water cooling jacket.
  • the cooling temperature of the cooling plate 281 is controlled by, for example, the control unit 300 described later.
  • the cooling plate 281 is configured to be movable up and down by an elevating drive unit (not shown).
  • lift pins 282 are provided, for example three for the overlapped wafer W T is supported from below lift is.
  • the elevating pin 282 can be moved up and down by the elevating drive unit 283.
  • through holes 284 that penetrate the third heat treatment plate 280 in the thickness direction are formed at, for example, three locations.
  • through holes 285 that penetrate the cooling plate 281 in the thickness direction are also formed near the center of the cooling plate 281 at, for example, three locations.
  • the elevating pin 282 is inserted through the through holes 284 and 285 and can protrude from the upper surface of the third heat treatment plate 280.
  • notches 286 for allowing the holding portion 242 of the holding arm 240 to pass therethrough are formed at, for example, four locations.
  • the third heat treatment plate 280 is supported by the support member 290.
  • a drive unit 292 that is movable on a rail 291 extending along the Y direction is attached to the base end of the support member 290.
  • the third heat treatment plate 280 can be moved between the post heat treatment unit 182 and the joining unit 181 by the driving unit 292. Further, as shown in FIG. 13, the support member 290 extends in the vertical direction from the drive unit 292 so as not to interfere with the cooling plate 281, and its upper end is bent and extends in the horizontal direction.
  • the configuration of the main joining devices 41 to 43 is the same as the configuration of the main joining device 40 described above, and a description thereof will be omitted.
  • the above joining system 1 is provided with a control unit 300 as shown in FIG.
  • the control unit 300 is a computer, for example, and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit controls the operation of the driving system such as the above-described various kinds of processing apparatus and the conveying apparatus, the wafer W U in the joint system 1, W L, a program for controlling the processing of the overlapped wafer W T is stored Yes.
  • the program is recorded on a computer-readable storage medium H such as a computer-readable hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnetic optical desk (MO), or a memory card. May have been installed in the control unit 300 from the storage medium H.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of main steps of the wafer bonding process.
  • a cassette C U accommodating the wafer W U on the plurality, cassettes C L accommodating the lower wafer W L of the plurality, and the empty cassette C T is a predetermined cassette mounting plate 11 of the cassette station 2 Placed. Thereafter, the upper wafer W U in the cassette C U is taken out by the wafer transfer device 21 is conveyed, for example, the transition unit 50 in the third block G3 in the processing station 3.
  • the upper wafer W U is transferred to the cleaning apparatus 30 of the first block G1 by the wafer transfer apparatus 60.
  • Upper wafer W U which is conveyed to the cleaning device 30 is mounted on the mounting table 72 in a state where the surface W U1 is directed upward.
  • the mounting table 72 is adjusted to a predetermined temperature by the temperature adjusting mechanism 75.
  • the processing chamber 71 is sealed, and the pressure in the processing chamber 71 is reduced to a predetermined degree of vacuum lower than the atmospheric pressure.
  • the processing gas is supplied from the gas supply source 82 in the shower head 80 at a predetermined flow rate. This processing gas is turned into plasma by the microwave radiated from the radial line slot antenna 92.
  • plasma of this processing gas is supplied from the shower head 80 into the processing chamber 71.
  • plasma processing gas is supplied for a predetermined period of time under reduced pressure to the upper wafer W U
  • oxide films and organic matter on the surface W U1 of the upper wafer W U is removed, the surface W U1 is cleaned (Step S1 in FIG. 14).
  • the upper wafer W U is transferred to the temporary bonding apparatus 31 of the first processing block G1 by the wafer transfer apparatus 60.
  • Upper wafer W U which is carried into the temporary bonding apparatus 31 is conveyed to the position adjusting mechanism 120 by the wafer transfer body 112 via the transition 110.
  • the upper wafer W U When the upper wafer W U is held by the holding portion 122 of the position adjusting mechanism 120 to move the composite nozzle body 133 to the outer periphery above the surface W U1 of the upper wafer W U by the first nozzle arm 131. Subsequently, while rotating the upper wafer W U, the outer peripheral portion of the front surface W U1 of the upper wafer W U, thereby injecting the atmospheric pressure plasma of the processing gas from the plasma nozzle 140, the treatment liquid from the treatment liquid nozzle 141 Spray. Then, the atmospheric pressure plasma, the insulating portion B U in the outer peripheral portion of the surface W U1 of the upper wafer W U is activated. Further, by the treatment liquid, the insulating portion B U in the outer peripheral portion of the surface W U1 of the upper wafer W U attached hydroxyl groups, (step S2 in FIG. 14) of the insulating portion B U is hydrophilized.
  • the composite nozzle body 133 is retracted from above the upper wafer W U by the first nozzle arm 131. Subsequently, while rotating the upper wafer W U, by detecting the position of the notch portion of the upper wafer W U by the detecting unit 123, the horizontal orientation of the upper wafer W U is adjusted (FIG. 14 process S3 ).
  • the upper wafer W U is transferred from the position adjusting mechanism 120 to the holding arm 171 of the reversing mechanism 170. Subsequently, in transfer region T1, by reversing the holding arm 171, the front and back surfaces of the upper wafer W U is inverted (step S4 in FIG. 14). That is, the surface W U1 of the upper wafer W U is directed downward. Thereafter, the reversing mechanism 170 is moved to the upper chuck 161 side, the upper wafer W U is transferred from the inverting mechanism 170 in the upper chuck 161. Upper wafer W U, the back surface W U2 on the upper chuck 161 is held by suction.
  • the upper chuck 161 is moved by the chuck driving unit 165 to a position above the lower chuck 160 and facing the lower chuck 160.
  • the upper wafer W U is lower wafer W L to be described later to wait at the upper chuck 161 until being transported to the bonding apparatus 41.
  • reversal of the front and rear surfaces of the upper wafer W U may be performed during movement of the reversing mechanism 170.
  • the processing of the lower wafer W L Following the on wafer W U is performed.
  • the lower wafer W L in the cassette C L is taken out by the wafer transfer device 21 is conveyed to the transition unit 50 in the processing station 3.
  • step S5 with respect to the lower wafer W L is a detailed description thereof will be omitted because it is similar to the process S1 described above.
  • step S6 the lower wafer W L is transported to the temporary bonding apparatus 31 by the wafer transfer apparatus 60.
  • Lower wafer W L which is transported to the temporary bonding device 31 is conveyed to the position adjusting mechanism 120 by the wafer transfer body 112 via the transition 110.
  • the treatment liquid sprayed from the treatment liquid nozzle 141 and atmospheric pressure plasma of the processing gas to be Karakara injected plasma nozzle 140 of the composite nozzle body 133 insulating portion B L in the outer peripheral portion of the surface W L1 of the lower wafer W L Is activated and hydrophilized (step S6 in FIG. 14).
  • the step S6 with respect to the lower wafer W L is a detailed description thereof will be omitted because it is similar to step S2 of the above-described.
  • the retracting the composite nozzle body 133 from above the lower wafer W L by the first nozzle arm 131 moves the glue nozzle 150 in the center above the lower wafer W L by the second nozzle arm 132.
  • the lower wafer W L while rotating the lower wafer W L, and supplies the adhesive from the adhesive nozzles 150 on the front surface W L1 of the lower wafer W L.
  • the supplied adhesive is spread on the surface W L1 of the lower wafer W L by centrifugal force, the adhesive on the surface W L1 is applied (step S7 in FIG. 14).
  • step S8 in FIG. 14 the horizontal orientation of the lower wafer W L is adjusted by the position adjusting mechanism 120 (step S8 in FIG. 14).
  • the step S8 with respect to the lower wafer W L is a detailed description thereof will be omitted because it is similar to step S3 of the above-described.
  • the lower wafer W L is transferred to the lower chuck 160 by the holding arm 171 is attracted and held by the lower chuck 160.
  • the surface W L1 of the lower wafer W L is to face upwards
  • the back surface W L2 of the lower wafer W L is held by the lower chuck 160.
  • the upper surface of the lower chuck 160 are formed shape conforming grooves of the retaining arms 171 (not shown), avoid the holding arm 171 and the lower chuck 160 during the transfer of the lower wafer W L interferes You may do it.
  • the adjusted horizontal positions of the upper wafer W U held in the lower wafer W L and the upper chuck 161 held by the lower chuck 160 Specifically, first, for example, using a CCD camera, the surface W L1 of the lower wafer W L and the surface W U1 of the upper wafer W U are imaged. Then, based on the image captured, the reference point of the surface W L1 of the lower wafer W L which is determined in advance (not shown) and the reference point of the front surface W U1 of the upper wafer W U (not shown) and a match as to the horizontal position of the upper wafer W U is regulated by the upper chuck 161.
  • the lower chuck 160 when the lower chuck 160 is horizontally movable by the chuck drive unit 163 may adjust the horizontal position of the lower wafer W L by the lower chuck 160 and lower chuck 160 and upper chuck in both 161 may be adjusted relative horizontal position of the lower wafer W L and the upper wafer W U.
  • the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are bonded by an adhesive.
  • the overlapped wafer W T is formed (step S9 in FIG. 14).
  • step S9 when the temporarily joined on the wafer W U and the lower wafer W L In step S9, in a state in which the upper wafer W U and the lower wafer W L is in contact, even by pressing the outer peripheral portion of the wafer W U, W L Good.
  • the insulating portions B U and B L at the outer peripheral portions of the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are activated and hydrophilized, they are more firmly bonded by pressing. .
  • the overlapped wafer W T is transported to the bonding apparatus 40 of the second block G2 by the wafer transfer apparatus 60.
  • the bonding apparatus 40 first, the gate valve 192 before the heat treatment unit 180, the overlapped wafer W T by the wafer transfer apparatus 60 is carried above the first heat treatment plate 200. Then raise the lift pins 201, after the overlapped wafer W T hands over from the wafer transfer apparatus 60 to the elevating pins 201, the lift pins 201 are lowered, placing the overlapped wafer W T to a first heat treatment plate 200. At this time, the gate valve 192 is closed, and the atmosphere inside the processing vessel 190, for example, a nitrogen gas atmosphere is reduced by the vacuum pump 195. Thereafter, the overlapped wafer W T by the first heat treatment plate 200 is heated first temperature, for example up to 200 ° C. ⁇ 300 ° C. (step S10 in FIG.
  • the metal bonding portions J U of the overlapped wafer W T for uniformly heating the J L together, is heated at a predetermined heating rate, for example of 10 ° C. / min ⁇ 50 ° C. / minute heating rate. Further, the pressure in the pre-heat treatment unit 180 is reduced to the pressure in the bonding unit 181.
  • the overlapped wafer W T at a first temperature with the adhesive in the overlapped wafer W T is sublimated, the outer peripheral portion of the insulating portion B U of the overlapped wafer W T, in B L Bonds become stronger.
  • the insulating portion B U van der Waals forces and hydrogen bonds in the B L becomes stronger.
  • the overlapped wafer W T by the first heat treatment plate 200 during transport before thermal processing unit 180 to the bonding unit 181 may heat the overlapped wafer W T.
  • the holding arm 240 is raised, the holding arm 240 is passed through the notch portion 204 of the first heat treatment plate 200, and the first heat treatment plate 200 is moved to the holding portion 242 of the holding arm 240.
  • the overlapping wafer W T is passed.
  • the guide member 244 since the guide member 244 the upper end inner surface of the holding portion 242 is enlarged in a tapered shape from the lower side to the upper side, for example, the overlapped wafer W T on the first heating plate 200 of the guide member 244 be arranged offset from the side, the overlapped wafer W T is smoothly held by the guide member 244.
  • the first heat treatment plate 200 is moved to the pre-heat treatment unit 180 and the gate valve 183 is closed.
  • the overlapped wafer W T by a second heat treatment plate 250 is heated to a second temperature, for example 500 ° C..
  • Overlapped wafer W T is heated, for example, of 10 ° C. / min ⁇ 50 ° C. / minute heating rate.
  • the atmosphere inside the processing container 220 is maintained at a predetermined degree of vacuum, for example, 0.1 Pa.
  • the compressed air is supplied to the press mechanism 230 as shown in FIG. 17, to lower the pressing member 231. Then, abut the pressing member 231 to the overlapped wafer W T, to press the overlapped wafer W T predetermined load, for example, the second heat treatment plate 250 side 50 kN. Then, the overlapped wafer W T is a predetermined time, is pressed for example 10 minutes, the overlapped wafer W T is bonded (step S11 in FIG. 14).
  • the metal bonding portions J U of the overlapped wafer W T, with J L to each other are coupled, the insulating portion B U of the outer peripheral portion of the overlapped wafer W T, is binding in B L becomes stronger.
  • the insulating portion B U van der Waals forces and hydrogen bonds in the B L becomes stronger. Therefore, the overlapped wafer W T is suitably joined.
  • the temperature of the overlapped wafer W T for example, a heater or a cooling plate 260 in the pressing member 231 may be maintained at a second temperature using.
  • Overlapped wafer W T is a metal bonding portion J U, in order to prevent the strength and physical properties of J L is changed, is cooled at a predetermined cooling rate, for example of 10 ° C. / min ⁇ 50 ° C. / min cooling rate.
  • the cooling of the overlapped wafer W T may be, for example, using a heater and cooling plate 260 in the pressing member 231.
  • the overlapped wafer W T When the overlapped wafer W T is cooled to 350 ° C., it raises the holding arm 240, as shown in FIG. 18, the overlapped wafer W T is transferred to the holding arm 240 from the second heat treatment plate 250. Subsequently, the holding arm 240 is further raised and the gate valve 184 is opened. Then, the third heat treatment plate 280 of the post heat treatment unit 182 is moved below the holding arm 240 and above the second heat treatment plate 250 by the driving unit 292. Note that the pressure in the post heat treatment unit 182 is reduced to the pressure in the bonding unit 181 in advance.
  • the holding arm 240 is passed through the cutout portion 286 of the third heat treatment plate 280, placing the overlapped wafer W T to a third heat treatment plate 280 .
  • the third heat treatment plate 280 is moved to the post heat treatment unit 182 and the gate valve 184 is closed. Thereafter, the overlapped wafer W T by a third heat treatment plate 280 is cooled to a third temperature, e.g., 200 ° C. (step S12 in FIG. 14). At this time, the cooling plate 281 is raised the cold plate 281 until it abuts against the third thermal processing plate 280, the overlapped wafer W T may be cooled by the cooling plate 281.
  • a third temperature e.g. 200 ° C.
  • the overlapped wafer W T by a third heat treatment plate 280 from the joint unit 181 may be cooling the overlapped wafer W T.
  • the pressure of the post heat treatment unit 182 is opened to atmospheric pressure, the lift pin 282 is raised, the overlapped wafer W T is transferred to the lift pins 282 from the third heat treatment plate 280. Subsequently, the gate valve 272, the lift pins 282 is delivered to the wafer transfer device 60, the overlapped wafer W T is unloaded from the bonding apparatus 40.
  • the overlapped wafer W T is conveyed to the heat treatment apparatus 51 of the third block G3 by the wafer transfer apparatus 60, and temperature-regulated to a predetermined temperature (step S13 in FIG. 14). Thereafter, the overlapped wafer W T is transferred to the transition unit 50 by the wafer transfer apparatus 60, it is then conveyed by the wafer transfer apparatus 21 of the cassette station 2 to the cassette C T of predetermined cassette mounting plate 11. Thus, a series of wafers W U, bonding process of W L is completed.
  • the bonding apparatus 40 while the bonding process of steps S11 to one of the overlapped wafer W T in the joint unit 181 is being performed, before the heat treatment line process S10 to another overlapped wafer W T before thermal processing unit 180 It may be broken. At this time, the heat treatment after the second process S12 to another overlapping wafer W T also in post heat treatment unit 182 may be performed. That is, in one of the joining apparatus 40, the processing for two or three overlapped wafer W T are performed in parallel.
  • the post heat treatment unit 182 can sequentially process the overlapped wafer W T. That is, first, in a step S10 to be performed before the heat treatment unit 180, is heated to a first temperature the overlapped wafer W T is placed in the first heat treatment plate 200. Then, in a step S11 to be performed by the bonding unit 181, while the overlapped wafer W T to maintain the overlapped wafer W T is placed in the second heat treatment plate 250 to the second temperature is a predetermined temperature, pressure the overlapped wafer W T by mechanism 230 is pressed against the second heat treatment plate 250 side joining the overlapped wafer W T.
  • the second temperature is a high temperature, it is possible to perform efficient processing simultaneously to two or three overlapped wafer W T, the throughput of the wafer bonding process Can be improved.
  • the overlapped wafer W T is not rapidly heated, suitably bonded wafer W U, the W L together be able to.
  • the processing gas plasma is used to activate the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L and the insulating portions B U and B L of the W L1 and the insulating portion B using the processing liquid.
  • a hydroxyl group can be formed in the insulating portions B U and B L by making U and B L hydrophilic.
  • activated insulated section B U, with a B L together can be temporarily joined by van der Waals forces, hydrophilic and insulating portions B U, a hydroxyl group B L by hydrogen bonding, the wafer W U, W L between Can be firmly joined.
  • the wafer W U to properly temporarily joined to W L together, not be overlapped wafer W T is misalignment even when the bonding or transporting the temporarily bonded overlapped wafer W T. Furthermore, the heat treatment of the overlapped wafer W T in the bonding apparatus 30 at a first temperature and a second temperature, the insulating portion B U, van der Waals forces and hydrogen bonds in the B L becomes stronger. Therefore, the wafers W U and W L can be bonded more appropriately.
  • the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are bonded with an adhesive. Therefore, the temporary bonding of the wafers W U and W L can be further strengthened. Further, when heat treated overlapped wafer W T by pre-processing unit 180 of the bonding apparatus 40 at a first temperature, the adhesive of the overlapped wafer W T is sublimated. Thus, thereafter, when pressed while heat-treating the bonded wafer W T by joining units 181 at a second temperature, the adhesive does not affect the bonding process of the overlapped wafer W T. Therefore, the wafers W U and W L can be bonded more appropriately.
  • the cleaning apparatus 30 cleans the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L using plasma of a high-energy processing gas, the surfaces W U1 and W L1 are appropriately cleaned. Can do.
  • an oxide film is formed on the metal joints J U and J L , but it is difficult to clean the oxide film with pure water alone, for example.
  • the oxide film can be appropriately removed by plasma of high-energy processing gas.
  • the outer peripheral portions of the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are activated and hydrophilized in the temporary bonding apparatus 31, but the surfaces W of the wafers W U and W L are similarly formed.
  • U1 the central portion and around the W L1 may be activated and hydrophilic.
  • temporary bonding of the wafers W U and W L by van der Waals force and hydrogen bonding can be further strengthened.
  • the temporary bonding apparatus 31 had an adhesive is applied to the front surface W L1 of the lower wafer W L, be also coated with adhesive on the surface W U1 of the upper wafer W U Good. Also, without diffusing the adhesive to the front surface W L1 of the lower wafer W L, it may be supplied to the adhesive only on the outer peripheral portion of the front surface W L1 of the lower wafer W L.
  • the first heat treatment plate 200, the second heat treatment plate 250, and the third heat treatment plate 280 are provided in separate units 180, 181, and 182 respectively.
  • the first heat treatment plate 200 and the third heat treatment plate 280 may be provided in one heat treatment unit. In this case, the area occupied by the main joining device 40 can be reduced.
  • the processing gas is made into plasma using the microwave radiated from the radial line slot antenna 92, but the configuration of the cleaning device 30 is not limited to this.
  • a so-called parallel plate type plasma processing apparatus may be used that includes electrodes that are opposed in parallel in the vertical direction and performs processing by converting the processing gas into plasma between these electrodes.
  • an inspection device (not shown) may be further provided in the first processing block G1. Inspection apparatus can inspect whether overlapped wafer W T that has been joined in this bonding apparatus 40-43 is properly joined. In such a case, if the overlapped wafer W T is determined not to be properly bonded in the inspection apparatus, it is possible to correct the process conditions for example in the bonding apparatus 40-43.
  • the present invention can also be applied when other metals are used.
  • the metal bonding portion J U depending on the type of metal used for the J L, treatment conditions in the bonding unit 181, for example, heating temperature and the pressing load of the overlapped wafer W T is determined.
  • the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
  • the present invention is not limited to this example and can take various forms.
  • the present invention can also be applied to a case where the substrate is another substrate such as an FPD (flat panel display) other than a wafer or a mask reticle for a photomask.
  • FPD flat panel display

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Abstract

　本発明は、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システムであって、洗浄された基板同士を、金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて仮接合する仮接合装置と、仮接合装置で仮接合された重合基板を本接合する本接合装置と、を備え、仮接合装置は、処理ガスのプラズマを生成して、基板の表面の絶縁部を活性化する表面活性部と、処理液を供給して当該絶縁部を親水化する表面親水部とを有し、本接合装置は、第１の温度で熱処理する第１の熱処理板と、より高温の第２の温度で重合基板を熱処理する第２の熱処理板と、第２の熱処理板上の重合基板を第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、を有する。

Description

接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体
　本発明は、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体に関する。
　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、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。
日本国特開２００４－２０７４３６号公報
　ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、金属接合部を当接させた状態でウェハ同士を重ね合わせ（以下、「重合ウェハ」という場合がある。）、当該重合ウェハを高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ず重合ウェハを所定の温度まで加熱する熱処理工程と、その後重合ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該重合ウェハを押圧して接合する接合工程とを順次行う必要がある。
　しかしながら、この場合、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、２枚のウェハを接合するのに多大な時間を要する。
　すなわち、熱処理工程において前記所定の温度が高温であるため、重合ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、重合ウェハを急速に加熱すると金属接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを加熱する必要がある。また、接合工程にかかる時間は、金属接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。
　このように金属接合部を有するウェハ同士の接合には多大な時間を要するため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属接合部を有する基板同士の接合を適切に行いつつ、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
　前記の目的を達成するため、本発明は、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システムであって、基板の表面を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置で洗浄された基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて仮接合する仮接合装置と、前記仮接合装置で仮接合された重合基板を本接合する本接合装置と、を備え、前記仮接合装置は、処理ガスのプラズマを生成して、基板の表面の前記絶縁部を活性化する表面活性部と、基板の表面の前記絶縁部に処理液を供給して、当該絶縁部を親水化する表面親水部と、を有し、前記本接合装置は、重合基板を第１の温度で熱処理する第１の熱処理板と、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理する第２の熱処理板と、前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、を有する。
　本発明によれば、本接合装置において、第１の熱処理板上の重合基板を第１の温度で熱処理した後、第２の熱処理板上の重合基板を第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を第２の熱処理板側に押圧して本接合することができる。かかる場合、重合基板を接合する温度が高温であっても、第１の熱処理板と第２の熱処理板で２つの重合基板を並行して熱処理することができ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。しかも、重合基板を段階的に熱処理することができるので、重合基板が急速に加熱されず、基板同士を適切に接合することができる。
　また、仮接合装置において、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の絶縁部を親水化して当該絶縁部に水酸基を形成できる。かかる場合、活性化した絶縁部同士をファンデルワールス力によって仮接合できると共に、親水化した絶縁部の水酸基を水素結合させて、基板同士を強固に接合することができる。このため、基板同士を適切に仮接合でき、仮接合された重合基板を搬送したり本接合する際にも重合基板が位置ずれすることがない。さらに、本接合装置で重合基板を第１の温度及び第２の温度で熱処理すると、絶縁部間のファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、基板同士をより適切に本接合することができる。
　別な観点による本発明は、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合方法であって、基板の表面を洗浄する洗浄工程と、その後、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の前記絶縁部を親水化する表面処理工程と、その後、前記表面処理工程が行われた基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、ファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合工程と、その後、前記仮接合工程で仮接合された重合基板を第１の温度で熱処理した後、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を押圧して本接合する本接合工程と、を有している。
　また別な観点による本発明は、前記接合方法を接合システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作する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である。
　本発明によれば、金属接合部を有する基板同士の接合を適切に行いつつ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
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断面図である。 洗浄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。 位置調節機構の側面図である。 複合ノズル体の構成の概略を示す説明図である。 反転機構の側面図である。 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。 保持アームの保持部が第２の熱処理板に収容され、重合ウェハが第２の熱処理板に載置される様子を示す説明図である。 後熱処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 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。 第１の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 保持アームから第２の熱処理板に重合ウェハが載置される様子を示す説明図である。 第２の熱処理板上の重合ウェハが押圧され接合される様子を示す説明図である。 第２の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 保持アームから第３の熱処理板に重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。
　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ＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。また、上ウェハＷＵが接合される接合面を「表面ＷＵ１」といい、当該表面ＷＵ１と反対側の面を「裏面ＷＵ２」という。同様に、下ウェハＷＬが接合される接合面を「表面ＷＬ１」といい、当該表面ＷＬ１と反対側の面を「裏面ＷＬ２」という。各ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１には、複数の金属接合部ＪＵ、ＪＬがそれぞれ形成されている。また、各ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１において、複数の金属接合部ＪＵ、ＪＬ以外の部分は絶縁部ＢＵ、ＢＬをそれぞれ形成している。すなわち、絶縁部ＢＵ、ＢＬはそれぞれウェハＷＵ、ＷＬの一部である。そして、接合システム１では、各金属接合部ＪＵ、ＪＬを当接させウェハＷＵ、ＷＬを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷＴを形成し、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を接合する。なお、本実施の形態では、例えば金属接合部ＪＵにはアルミニウムが用いられ、金属接合部ＪＬにはゲルマニウムが用いられる。
　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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出されるカセットステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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。
　カセットステーション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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを載置することができる。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、任意に決定することができる。また、カセットの１つを不具合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ＷＵと下ウェハＷＬとの接合に不具合が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷＴ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ＣＴのうち、１つのカセットＣＴを不具合ウェハの回収用として用い、他のカセットＣＴを正常な重合ウェハＷＴの収容用として用いている。
　カセットステーション２には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３のトランジション装置５０との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロック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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する洗浄装置３０、ウェハＷＵ、ＷＬの位置調整をして重ね合わせ、これらウェハＷＵ、ＷＬを仮接合して重合ウェハＷＴを形成する仮接合装置３１がカセットステーション２側からこの順で配置されている。
　例えば第２の処理ブロックＧ２には、重合ウェハＷＴを接合する複数、例えば４つの本接合装置４０～４３が設けられている。本接合装置４０～４３は、水平方向のＹ方向（図１中の左右方向）に一列に並べて配置されている。なお、本接合装置４０～４３の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。
　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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのトランジション装置５０、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの熱処理を行う熱処理装置５１～５３が下から順に４段に設けられている。
　図１に示すように第１のブロックＧ１～第３のブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置６０が配置されている。
　ウェハ搬送装置６０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２及び第３のブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　次に、上述した洗浄装置３０の構成について説明する。洗浄装置３０は、図４に示すように、上部が開口した処理容器７０を有している。処理容器７０の上部開口には、後述するシャワーヘッド８０が設けられ、処理容器７０の内部空間である処理室７１は、密閉されている。また、処理容器７０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面にはウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられている。
　処理室７１内には、ウェハＷＵ、ＷＬが載置される載置台７２が設置されている。載置台７２の上面には、ウェハＷＵ、ＷＬが略水平な姿勢で保持されるようになっている。
　載置台７２には、電極板７３が内蔵されており、電極板７３は、例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源７４に接続されている。そして、載置台７２の表面に静電気力を生じさせて、ウェハＷＵ、ＷＬを載置台７２上に静電吸着することができる。
　載置台７２には、冷却媒体を流通させる温度調節機構７５が内蔵されている。温度調節機構７５は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部７６に接続されている。そして、液温調節部７６によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台７２の温度を制御できる。この結果、載置台７２上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬを所定の温度に維持できる。
　処理容器７０の上部開口には、シャワーヘッド８０が設けられている。シャワーヘッド８０には、当該シャワーヘッド８０に処理ガスを供給する供給管８１が接続されている。供給管８１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源８２に連通している。また、供給管８１には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群８３が設けられている。なお、処理ガスとしては、例えば水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。
　シャワーヘッド８０の内部には、ガス供給源８２から供給された処理ガスが導入される内部空間９０が設けられている。シャワーヘッド８０の下面には、内部空間９０に導入された処理ガスを処理室７１内に向かって吐出させる複数の吐出口９１が、シャワーヘッド８０の下面全体に分布させられた状態で設けられている。すなわち、内部空間９０内の処理ガスが、載置台７２上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬの上方において、複数の吐出口９１を介して吐出され、処理室７１全体に拡散するように配置されている。
　シャワーヘッド８０の上部には、プラズマ発生用の高周波のマイクロ波を２次元的に均一に供給するラジアルラインスロットアンテナ９２が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ９２には、マイクロ波発振装置（図示せず）が接続され、ラジアルラインスロットアンテナ９２に対しマイクロ波が発振される。
　処理容器７０の底面には、排気管９３が設けられている。排気管９３には排気ポンプ（図示せず）が接続され、排気管９３を介して処理室７１内の雰囲気を排気することができる。
　なお、載置台７２の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、載置台７２に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、載置台７２の上面から突出可能になっている。
　次に、上述した仮接合装置３１の構成について説明する。仮接合装置３１は、図５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Ｄ側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを一時的に載置するためのトランジション１１０が設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのいずれか２つを同時に載置することができる。
　搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路１１１上を移動自在なウェハ搬送体１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１２は、図５及び図６に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構１２０が設けられている。位置調節機構１２０は、図７に示すように基台１２１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部１２２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部１２３と、を有している。そして、位置調節機構１２０では、保持部１２２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部１２３でウェハＷＵ、ＷＬ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ＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節している。
　図５に示すように搬送領域Ｔ１において、位置調節機構１２０のＸ方向負方向側には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１３０が形成されている。レール１３０は、例えば位置調節機構１２０のＹ方向負方向側の外方からＹ方向正方向側の外方まで形成されている。レール１３０には、例えば２本のノズルアーム１３１、１３２が取り付けられている。
　第１のノズルアーム１３１には、図５及び図６に示すように複合ノズル体１３３が支持されている。第１のノズルアーム１３１は、図５に示すノズル駆動部１３４により、レール１３０上を移動自在である。これにより、複合ノズル体１３３は、位置調節機構１２０のＹ方向正方向側から位置調整機構１２０に保持されたウェハＷＵ、ＷＬの上方まで移動できる。また、第１のノズルアーム１３１は、ノズル駆動部１３４によって昇降自在であり、複合ノズル体１３３の高さを調節できる。
　複合ノズル体１３３は、図８に示すように大気圧プラズマを噴射するプラズマノズル１４０と、処理液を噴霧する処理液ノズル１４１とを有している。
　プラズマノズル１４０には、当該プラズマノズル１４０に処理ガスを供給する供給管１４２が接続されている。供給管１４２は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１４３に連通している。また、供給管１４１には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１４４が設けられている。なお、処理ガスとしては、例えば窒素ガスやアルゴンガス等が用いられる。
　また、プラズマノズル１４０には、高周波電源１４５が接続されている。ここの高周波電源１４５によって、ガス供給源１４３からプラズマノズル１４０内に供給された処理ガスがプラズマ化される。
　処理液ノズル１４１には、当該処理液ノズル１４１に処理液を供給する供給管１４６が接続されている。供給管１４６は、内部に処理液を貯留する液供給源１４７に連通している。また、供給管１４６には、処理液の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１４８が設けられている。なお、処理液としては、例えば霧状の純水や霧状のアクリル酸等が用いられる。また、純水やアクリル酸は、液供給源１４７の内部において霧状に貯留されていてもよいし、例えば処理液ノズル１４１にスプレーノズル等を用いて当該処理液ノズル１４１から噴霧されてもよい。
　かかる複合ノズル体１３３では、プラズマノズル１４０から処理ガスのプラズマが噴射されると共に、処理液ノズル１４１から処理液が噴霧される。そして、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の絶縁部ＢＵ、ＢＬは、処理ガスのプラズマによって活性化され、処理液によって親水化される。なお、本実施の形態では、プラズマノズル１４０、供給管１４２、ガス供給源１４３、供給機器群１４４及び高周波電源１４５が表面活性部を構成している。また、本実施の形態では、処理液ノズル１４１、供給管１４６、ガス供給源１４７及び供給機器群１４８が表面親水部を構成している。
　図５及び図６に示すように第２のノズルアーム１３２には、液体状の接着剤を吐出する接着剤供給部としての接着剤ノズル１５０が支持されている。第２のノズルアーム１３２は、図５に示すノズル駆動部１５１により、レール１３０上を移動自在である。これにより、接着剤ノズル１５０は、位置調節機構１２０のＹ方向負方向側から位置調整機構１２０に保持されたウェハＷＵ、ＷＬの上方まで移動できる。また、第２のノズルアーム１３２は、ノズル駆動部１５１によって昇降自在であり、接着剤ノズル１５０の高さを調節できる。なお、接着剤ノズル１５０には、当該接着剤ノズル１５０に接着剤を供給する供給管（図示せず）が接続されている。また、接着剤は、後述するように第１の温度、例えば２００℃～３００℃で昇華する。
　なお、以上の構成では、複合ノズル体１３３と接着剤ノズル１５０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、複合ノズル体１３３と接着剤ノズル１５０の移動と供給タイミングを制御してもよい。
　処理領域Ｔ２には、図５及び図６に示すように下ウェハＷＬを上面で載置して保持する下部チャック１６０と、上ウェハＷＵを下面で吸着保持する上部チャック１６１とが設けられている。上部チャック１６１は、下部チャック１６０の上方に設けられ、下部チャック１６０と対向配置可能に構成されている。すなわち、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵは対向して配置可能となっている。
　下部チャック１６０の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、下ウェハＷＬを下部チャック１６０の上面に吸着保持できる。
　下部チャック１６０の下方には、図６に示すようにシャフト１６２を介してチャック駆動部１６３が設けられている。このチャック駆動部１６３により、下部チャック１６０は昇降自在になっている。なお、チャック駆動部１６３によって、下部チャック１６０は水平方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
　上部チャック１６１の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、上ウェハＷＵを上部チャック１６１の下面に吸着保持できる。
　上部チャック１６１の上方には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１６４が設けられている。上部チャック１６１は、チャック駆動部１６５によりレール１６４上を移動自在になっている。なお、チャック駆動部１６５によって、上部チャック１６１は鉛直方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
　搬送領域Ｔ１には、当該搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間を移動し、且つ上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構１７０が設けられている。反転機構１７０は、図９に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム１７１を有している。保持アーム１７１上には、上ウェハＷＵを吸着して水平に保持する吸着パッド１７２が設けられている。保持アーム１７１は、第１の駆動部１７３に支持されている。この第１の駆動部１７３により、保持アーム１７１は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第１の駆動部１７３の下方には、第２の駆動部１７４が設けられている。この第２の駆動部１７４により、第１の駆動部１７３は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第２の駆動部１７４は、図５及び図６に示すＹ方向に延伸するレール１７５に取り付けられている。レール１７５は、処理領域Ｔ２から搬送領域Ｔ１まで延伸している。この第２の駆動部１７４により、反転機構１７０は、レール１７５に沿って位置調節機構１２０と上部チャック１６１との間を移動可能になっている。なお、反転機構１７０の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハＷＵの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構１７０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。また、ウェハ搬送体１１２に反転機構を付与し、反転機構１７０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
　次に、上述した本接合装置４０～４３の構成について説明する。本接合装置４０は、図１０及び図１１に示すように前熱処理ユニット１８０、接合ユニット１８１、後熱処理ユニット１８２を水平方向のＹ方向（図１０及び図１１中の左右方向）にこの順で並べて一体に接続した構成を有している。すなわち、前熱処理ユニット１８０と後熱処理ユニット１８２は、それぞれゲートバルブ１８３、１８４を介して接合ユニット１８１に気密に接続されている。
　前熱処理ユニット１８０は、内部を密閉することができる処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１にはゲートバルブ１９２が設けられている。また、処理容器１９０の接合ユニット１８１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１９３が形成され、当該搬入出口１９３には上述したゲートバルブ１８３が設けられている。
　処理容器１９０の底面には吸気口１９４が形成されている。吸気口１９４には、処理容器１９０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１９５に連通する吸気管１９６が接続されている。
　処理容器１９０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第１の熱処理板２００が設けられている。第１の熱処理板２００には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第１の熱処理板２００の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
　第１の熱処理板２００の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン２０１が例えば３本設けられている。昇降ピン２０１は、昇降駆動部２０２により上下動できる。第１の熱処理板２００の中央部付近には、当該第１の熱処理板２００を厚み方向に貫通する貫通孔２０３が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン２０１は貫通孔２０３を挿通し、第１の熱処理板２００の上面から突出可能になっている。また、第１の熱処理板２００の外周部には、後述する保持アーム２４０の保持部２４２を通過させるための切欠き部２０４が例えば４箇所に形成されている。
　第１の熱処理板２００は、支持部材２１０に支持されている。支持部材２１０の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール２１１上を移動自在の駆動部２１２が取り付けられている。この駆動部２１２により、第１の熱処理板２００は、前熱処理ユニット１８０と接合ユニット１８１との間を移動自在になっている。
　接合ユニット１８１は、内部を密閉することができる処理容器２２０を有している。処理容器２２０は、容器本体２２１と天板２２２がシールドベローズ２２３によって接続された構成を有している。シールドベローズ２２３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ２２３によって天板２２２は鉛直方向に移動自在になっている。
　容器本体２２１の前熱処理ユニット１８０側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２２４が形成され、当該搬入出口２２４には上述したゲートバルブ１８３が設けられている。また、容器本体２２１の後熱処理ユニット１８２側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２２５が形成され、当該搬入出口２２５には上述したゲートバルブ１８４が設けられている。
　容器本体２２１の側面には吸気口２２６が形成されている。吸気口２２６には、処理容器２２０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ２２７に連通する吸気管２２８が接続されている。
　処理容器２２０の内部であって天板２２２には、後述する第２の熱処理板２５０上の重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０側に押圧する加圧機構２３０が設けられている。加圧機構２３０は、重合ウェハＷＴに当接して押圧する押圧部材２３１と、天板２２２に環状に取り付けられた支持部材２３２と、押圧部材２３１と支持部材２３２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ２３３とを有している。押圧部材２３１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。そして、加圧機構２３０の内部、すなわち押圧部材２３１、加圧ベローズ２３３、支持部材２３２及び天板２２２で囲まれた内部空間に例えば圧縮空気を給気又は吸気することで、加圧ベローズ２３３が伸縮し押圧部材２３１が鉛直方向に移動自在になっている。なお、加圧機構２３０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構２３０の加圧ベローズ２３３の剛性は、処理容器２２０のシールドベローズ２２３の剛性より大きくなっている。
　また、処理容器２２０の内部であって天板２２２には、第１の熱処理板２００又は後述する第３の熱処理板２８０と第２の熱処理板２５０との間で重合ウェハＷＴを受け渡すための保持アーム２４０が設けられている。したがって、保持アーム２４０は、天板２２２の移動に伴って鉛直方向に移動自在になっている。保持アーム２４０は、例えば重合ウェハＷＴの同一円周上に等間隔に４本設けられ、当該重合ウェハＷＴの外周部を４箇所で保持するようになっている。保持アーム２４０は、図１２に示すように天板２２２から鉛直方向下方に延伸し、その下端部が屈曲して水平方向内側に延伸した支持部２４１と、支持部２４１に支持され、重合ウェハＷＴを保持する保持部２４２とを有している。保持部２４２は、水平方向内側に突出し、重合ウェハＷＴの外周部下面を保持する突出部材２４３と、当該突出部材２４３から鉛直方向上方に延伸し、重合ウェハＷＴの外周部側面をガイドするガイド部材２４４とを有している。また、ガイド部材２４４上端の内側面は、下側から上側に向かってテーパ状に拡大している。
　図１１に示すように処理容器２２０の内部であって加圧機構２３０の下方には、当該加圧機構２３０に対向する位置に、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板２５０が設けられている。第２の熱処理板２５０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第２の熱処理板２５０の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。また、第２の熱処理板２５０の外周部には、図１２に示すように保持アーム２４０から第２の熱処理板２５０に重合ウェハＷＴを受け渡した状態で、当該保持アーム２４０の保持部２４２を収容するための切欠き溝２５１が形成されている。切欠き溝２５１は、図１０に示すように第２の熱処理板２５０の外周部に例えば４箇所に形成されている。
　図１１に示すように第２の熱処理板２５０の下面側には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板２６０が設けられている。冷却板２６０には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板２６０の冷却温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
　後熱処理ユニット１８２は、前熱処理ユニット１８０とほぼ同様の構成を有している。すなわち、図１０及び図１１に示すように後熱処理ユニット１８２は、内部を密閉することができる処理容器２７０を有している。処理容器２７０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２７１が形成され、当該搬入出口２７１にはゲートバルブ２７２が設けられている。また、処理容器２７０の接合ユニット１８１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２７３が形成され、当該搬入出口２７３には上述したゲートバルブ１８４が設けられている。
　処理容器２７０の底面には吸気口２７４が形成されている。吸気口２７４には、処理容器２７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ２７５に連通する吸気管２７６が接続されている。
　処理容器２７０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第３の熱処理板２８０が設けられている。第３の熱処理板２８０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第３の熱処理板２８０の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
　第３の熱処理板２８０の下方には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板２８１が設けられている。冷却板２８１には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板２８１の冷却温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。また、冷却板２８１は、昇降駆動部（図示せず）により上下動可能に構成されている。
　第３の熱処理板２８０及び冷却板２８１の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン２８２が例えば３本設けられている。昇降ピン２８２は、昇降駆動部２８３により上下動できる。第３の熱処理板２８０の中央部付近には、当該第３の熱処理板２８０を厚み方向に貫通する貫通孔２８４が例えば３箇所に形成されている。また、冷却板２８１の中央部付近にも、当該冷却板２８１を厚み方向に貫通する貫通孔２８５が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン２８２は貫通孔２８４、２８５を挿通し、第３の熱処理板２８０の上面から突出可能になっている。また、第３の熱処理板２８０の外周部には、保持アーム２４０の保持部２４２を通過させるための切欠き部２８６が例えば４箇所に形成されている。
　第３の熱処理板２８０は、支持部材２９０に支持されている。支持部材２９０の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール２９１上を移動自在の駆動部２９２が取り付けられている。この駆動部２９２により、第３の熱処理板２８０は、後熱処理ユニット１８２と接合ユニット１８１との間を移動自在になっている。また、支持部材２９０は、図１３に示すように冷却板２８１に干渉しないように駆動部２９２から鉛直方向に延伸し、その上端部が屈曲して水平方向に延伸している。
　なお、本接合装置４１～４３の構成は、上述した本接合装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。
　以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００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、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におけるウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの処理を制御するプログラムが格納されている。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３００にインストールされたものであってもよい。
　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ＷＵ、ＷＬの接合処理方法について説明する。図１４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ＷＵを収容したカセットＣＵ、複数枚の下ウェハＷＬを収容したカセットＣＬ、及び空のカセットＣＴが、カセットステーション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２１によりカセットＣＵ内の上ウェハＷＵが取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３の例えばトランジション装置５０に搬送される。
　次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によって第１のブロックＧ１の洗浄装置３０に搬送される。洗浄装置３０に搬送された上ウェハＷＵは、表面ＷＵ１が上方を向いた状態で載置台７２に載置される。このとき、載置台７２は温度調節機構７５によって所定の温度に調節されている。そして、処理室７１が密閉され、処理室７１の圧力が大気圧よりも低い所定の真空度に減圧される。その後、ガス供給源８２から処理ガスがシャワーヘッド８０内でそれぞれ所定の流量で供給される。この処理ガスは、ラジアルラインスロットアンテナ９２から放射されたマイクロ波によってプラズマ化される。そして、シャワーヘッド８０から処理室７１内に、この処理ガスのプラズマが供給される。こうして処理ガスのプラズマが上ウェハＷＵに対して減圧下で所定の時間供給されることによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上の酸化膜や有機物が除去され、当該表面ＷＵ１が洗浄される（図１４の工程Ｓ１）。
　次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によって第１の処理ブロックＧ１の仮接合装置３１に搬送される。仮接合装置３１に搬入された上ウェハＷＵは、トランジション１１０を介してウェハ搬送体１１２により位置調節機構１２０に搬送される。
　上ウェハＷＵが位置調整機構１２０の保持部１２２に保持されると、第１のノズルアーム１３１によって複合体ノズル体１３３を上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部上方に移動させる。続いて、上ウェハＷＵを回転させながら、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部に対して、プラズマノズル１４０から処理ガスの大気圧プラズマを噴射すると共に、処理液ノズル１４１から処理液を噴霧する。そうすると、大気圧プラズマによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部における絶縁部ＢＵが活性化される。また、処理液によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部における絶縁部ＢＵに水酸基が付着して、当該絶縁部ＢＵが親水化される（図１４の工程Ｓ２）。
　その後、第１のノズルアーム１３１によって複合ノズル体１３３を上ウェハＷＵの上方から退避させる。続いて、上ウェハＷＵを回転させながら、検出部１２３によって上ウェハＷＵのノッチ部の位置を検出することで、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１４の工程Ｓ３）。
　その後、位置調節機構１２０から反転機構１７０の保持アーム１７１に上ウェハＷＵが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１７１を反転させることにより、上ウェハＷＵの表裏面が反転される（図１４の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が下方に向けられる。その後、反転機構１７０が上部チャック１６１側に移動し、反転機構１７０から上部チャック１６１に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上部チャック１６１にその裏面ＷＵ２が吸着保持される。その後、上部チャック１６１は、チャック駆動部１６５によって下部チャック１６０の上方であって当該下部チャック１６０に対向する位置まで移動する。そして、上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが本接合装置４１に搬送されるまで上部チャック１６１で待機する。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、反転機構１７０の移動中に行われてもよい。
　上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１～Ｓ４の処理が行われている間、当該上ウェハＷＵに続いて下ウェハＷＬの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣＬ内の下ウェハＷＬ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ＷＬは、ウェハ搬送装置６０によって洗浄装置３０に搬送され、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が洗浄される（図１４の工程Ｓ５）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ５は、上述した工程Ｓ１と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６０によって仮接合装置３１に搬送される。仮接合装置３１に搬入された下ウェハＷＬは、トランジション１１０を介してウェハ搬送体１１２により位置調節機構１２０に搬送される。そして、複合ノズル体１３３のプラズマノズル１４０からから噴射される処理ガスの大気圧プラズマと処理液ノズル１４１から噴霧される処理液によって、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の外周部における絶縁部ＢＬが活性化されると共に親水化される（図１４の工程Ｓ６）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ６は、上述した工程Ｓ２と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、第１のノズルアーム１３１によって複合ノズル体１３３を下ウェハＷＬの上方から退避させると共に、第２のノズルアーム１３２によって接着剤ノズル１５０を下ウェハＷＬの中心部上方に移動させる。続いて、下ウェハＷＬを回転させながら、接着剤ノズル１５０から下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を供給する。供給された接着剤は遠心力により下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に拡散されて、当該表面ＷＬ１に接着剤が塗布される（図１４の工程Ｓ７）。
　その後、位置調節機構１２０によって下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１４の工程Ｓ８）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ８は、上述した工程Ｓ３と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、下ウェハＷＬは、保持アーム１７１によって下部チャック１６０に搬送され、下部チャック１６０に吸着保持される。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が上方を向くように、当該下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２が下部チャック１６０に保持される。なお、下部チャック１６０の上面には保持アーム１７１の形状に適合する溝（図示せず）が形成され、下ウェハＷＬの受け渡しの際に保持アーム１７１と下部チャック１６０とが干渉するのを避けるようにしてもよい。
　次に、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵとの水平方向の位置調節を行う。具体的には、先ず、例えばＣＣＤカメラを用いて、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する。そして、撮像された画像に基づいて、予め定められた下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の基準点（図示せず）と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の基準点（図示せず）とが合致するように、上部チャック１６１によって上ウェハＷＵの水平方向の位置が調節される。なお、下部チャック１６０がチャック駆動部１６３によって水平方向に移動自在である場合には、当該下部チャック１６０によって下ウェハＷＬの水平方向の位置を調節してもよく、また下部チャック１６０及び上部チャック１６１の両方で下ウェハＷＬと上ウェハＷＵの相対的な水平方向の位置を調節してもよい。
　その後、チャック駆動部１６３によって下部チャック１６０を上昇させ、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１とを当接させる。このとき、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ６において活性化されているため、表面ＷＵ１、ＷＬ１間にファンデルワールス力が生じ、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が接合される。また、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１はそれぞれ親水化されているため、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１間の親水基が水素結合し、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。さらに、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１は、接着剤によって接着される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが仮接合され、重合ウェハＷＴが形成される（図１４の工程Ｓ９）。
　なお、工程Ｓ９において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを仮接合する際、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが当接した状態で、ウェハＷＵ、ＷＬの外周部を押圧してもよい。上述したようにウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の外周部における絶縁部ＢＵ、ＢＬは活性化され且つ親水化されているため、押圧することによってより強固に接合される。
　その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第２のブロックＧ２の本接合装置４０に搬送される。
　本接合装置４０では、先ず、前熱処理ユニット１８０のゲートバルブ１９２を開き、ウェハ搬送装置６０によって重合ウェハＷＴが第１の熱処理板２００の上方に搬入される。続いて昇降ピン２０１を上昇させ、重合ウェハＷＴをウェハ搬送装置６０から昇降ピン２０１に受け渡した後、昇降ピン２０１を下降させ、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板２００に載置する。このとき、ゲートバルブ１９２を閉じ、真空ポンプ１９５によって処理容器１９０の内部の雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気が減圧される。その後、第１の熱処理板２００によって重合ウェハＷＴが第１の温度、例えば２００℃～３００℃まで加熱される（図１４の工程Ｓ１０）。このとき、重合ウェハＷＴの金属接合部ＪＵ、ＪＬ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０℃／分～５０℃／分の加熱速度で加熱される。また、前熱処理ユニット１８０内の圧力は、接合ユニット１８１内の圧力にまで減圧される。そして、このように第１の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、当該重合ウェハＷＴ中の接着剤が昇華すると共に、重合ウェハＷＴの外周部の絶縁部ＢＵ、ＢＬにおける結合がより強固になる。すなわち、第１の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。
　重合ウェハＷＴが第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ１８３を開く。続いて、駆動部２１２によって重合ウェハＷＴを載置した第１の熱処理板２００を接合ユニット１８１に移動させ、重合ウェハＷＴが第２の熱処理板２５０の上方に搬送される。このとき、保持アーム２４０は、第１の熱処理板２００の下方に待機している。
　なお、第１の熱処理板２００によって重合ウェハＷＴを前熱処理ユニット１８０から接合ユニット１８１に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを加熱してもよい。
　その後、図１５に示すように保持アーム２４０を上昇させ、保持アーム２４０を第１の熱処理板２００の切欠き部２０４を通過させて、第１の熱処理板２００から保持アーム２４０の保持部２４２に重合ウェハＷＴが受け渡される。このとき、保持部２４２のガイド部材２４４上端の内側面が下側から上側に向かってテーパ状に拡大しているため、例えば第１の熱処理板２００上の重合ウェハＷＴがガイド部材２４４の内側面からずれて配置されていても、重合ウェハＷＴはガイド部材２４４に円滑に保持される。その後、第１の熱処理板２００を前熱処理ユニット１８０に移動させ、ゲートバルブ１８３を閉じる。
　その後、図１６に示すように保持アーム２４０を下降させて、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０に載置する。このとき、保持アーム２４０の保持部２４２は、第２の熱処理板２５０の切欠き溝２５１に収容される。
　その後、第２の熱処理板２５０によって重合ウェハＷＴが第２の温度、例えば５００℃まで加熱される。重合ウェハＷＴは、例えば１０℃／分～５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器２２０の内部の雰囲気は、所定の真空度、例えば０．１Ｐａの真空度に維持されている。
　その後、重合ウェハＷＴの温度を第２の温度に維持しながら、図１７に示すように加圧機構２３０に圧縮空気を供給し、押圧部材２３１を下降させる。そして、押圧部材２３１を重合ウェハＷＴに当接させ、当該重合ウェハＷＴを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第２の熱処理板２５０側に押圧する。そして、重合ウェハＷＴが所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷＴが接合される（図１４の工程Ｓ１１）。このとき、重合ウェハＷＴの金属接合部ＪＵ、ＪＬ同士が結合されると共に、重合ウェハＷＴの外周部の絶縁部ＢＵ、ＢＬにおける結合がより強固になる。すなわち、第２の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、重合ウェハＷＴは適切に接合される。なお、重合ウェハＷＴの温度は、例えば押圧部材２３１内のヒータや冷却板２６０を用いて第２の温度に維持してもよい。
　その後、第２の熱処理板２５０によって重合ウェハＷＴが例えば３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷＴは、金属接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０℃／分～５０℃／分の冷却速度で冷却される。なお、重合ウェハＷＴの冷却は、例えば押圧部材２３１内のヒータや冷却板２６０を用いてもよい。
　重合ウェハＷＴが３５０℃まで冷却されると、図１８に示すように保持アーム２４０を上昇させ、第２の熱処理板２５０から保持アーム２４０に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、保持アーム２４０をさらに上昇させると共に、ゲートバルブ１８４を開く。そして、駆動部２９２によって後熱処理ユニット１８２の第３の熱処理板２８０を保持アーム２４０の下方であって第２の熱処理板２５０の上方に移動させる。なお、後熱処理ユニット１８２内の圧力は、予め接合ユニット１８１内の圧力に減圧されている。
　その後、図１９に示すように保持アーム２４０を下降させ、保持アーム２４０を第３の熱処理板２８０の切欠き部２８６を通過させて、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板２８０に載置する。
　その後、第３の熱処理板２８０を後熱処理ユニット１８２に移動させ、ゲートバルブ１８４を閉じる。その後、第３の熱処理板２８０によって重合ウェハＷＴが第３の温度、例えば２００℃まで冷却される（図１４の工程Ｓ１２）。このとき、冷却板２８１が第３の熱処理板２８０に当接するまで当該冷却板２８１を上昇させて、冷却板２８１によって重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
　なお、第３の熱処理板２８０によって重合ウェハＷＴを接合ユニット１８１から後熱処理ユニット１８２に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
　その後、後熱処理ユニット１８２内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン２８２を上昇させ、第３の熱処理板２８０から昇降ピン２８２に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、ゲートバルブ２７２を開き、昇降ピン２８２からウェハ搬送装置６０に受け渡され、本接合装置４０から重合ウェハＷＴが搬出される。
　その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第３のブロックＧ３の熱処理装置５１に搬送され、所定の温度に温度調節される（図１４の工程Ｓ１３）。その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によってトランジション装置５０に搬送され、その後カセットステーション２のウェハ搬送装置２１によって所定のカセット載置板１１のカセットＣＴに搬送される。こうして、一連のウェハＷＵ、ＷＬの接合処理が終了する。
　なお、本接合装置４０では、接合ユニット１８１において一の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１１の接合処理が行われている間、前熱処理ユニット１８０において他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１０の前熱処理が行われていてもよい。また、このとき、後熱処理ユニット１８２においても他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１２の後熱処理が行われてもよい。すなわち、一の本接合装置４０において、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対する処理が並行して行われる。
　以上の実施の形態の接合装置１によれば、前熱処理ユニット１８０、接合ユニット１８１、後熱処理ユニット１８２において、重合ウェハＷＴを順次処理することができる。すなわち、先ず、前熱処理ユニット１８０で行われる工程Ｓ１０において、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板２００に載置して第１の温度に加熱する。その後、接合ユニット１８１で行われる工程Ｓ１１において、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０に載置して当該重合ウェハＷＴを所定の温度である第２の温度に維持しながら、加圧機構２３０によって重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０側に押圧して当該重合ウェハＷＴを接合する。その後、後熱処理ユニット１８２で行われる工程Ｓ１２において、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板２８０に載置して冷却する。そして、接合ユニット１８１において一の重合ウェハＷＴを処理している間、少なくとも前熱処理ユニット１８０又は後熱処理ユニット１８２において他の重合ウェハＷＴを並行して処理することができる。このように本実施の形態によれば、第２の温度が高温であっても、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対して同時に効率よく処理を行うことができるので、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。
　また、重合ウェハＷＴを第１の温度と第２の温度で段階的に熱処理することができるので、重合ウェハＷＴが急速に加熱されず、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
　また、仮接合装置３１において、処理ガスのプラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の絶縁部ＢＵ、ＢＬを活性化すると共に、処理液を用いて絶縁部ＢＵ、ＢＬを親水化して当該絶縁部ＢＵ、ＢＬに水酸基を形成できる。かかる場合、活性化した絶縁部ＢＵ、ＢＬ同士をファンデルワールス力によって仮接合できると共に、親水化した絶縁部ＢＵ、ＢＬの水酸基を水素結合させて、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を強固に接合することができる。このため、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に仮接合でき、仮接合された重合ウェハＷＴを搬送したり本接合する際にも重合ウェハＷＴが位置ずれすることがない。さらに、本接合装置３０で重合ウェハＷＴを第１の温度及び第２の温度で熱処理すると、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をより適切に接合することができる。
　また、仮接合装置３１では、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１は接着剤によって接着される。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの仮接合をより強固にすることができる。また、本接合装置４０の前処理ユニット１８０で重合ウェハＷＴを第１の温度で熱処理すると、当該重合ウェハＷＴの接着剤は昇華する。このため、その後、接合ユニット１８１で重合ウェハＷＴを第２の温度で熱処理しながら押圧する際に、接着剤が重合ウェハＷＴの接合処理に影響を及ぼすことがない。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をより適切に接合することができる。
　また、洗浄装置３０では、エネルギーの高い処理ガスのプラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄しているので、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に洗浄することができる。特に金属接合部ＪＵ、ＪＬ上には酸化膜が形成されているが、かかる酸化膜を例えば純水のみで洗浄するのは困難である。この点、本実施の形態によれば、高いエネルギーの処理ガスのプラズマによって上記酸化膜を適切に除去することができる。
　以上の実施の形態では、仮接合装置３１において、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の外周部を活性化し且つ親水化していたが、同様にウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の中心部付近を活性化し且つ親水化してもよい。かかる場合、ファンデルワールス力と水素結合によるウェハＷＵ、ＷＬの仮接合をより強固にすることができる。
　また、以上の実施の形態では、仮接合装置３１において、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を塗布していたが、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１にも接着剤を塗布してもよい。また、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を拡散させず、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の外周部のみに接着剤を供給してもよい。
　また、以上の実施の形態の本接合装置４０では、第１の熱処理板２００、第２の熱処理板２５０、第３の熱処理板２８０はそれぞれ別のユニット１８０、１８１、１８２に設けられていたが、例えば第１の熱処理板２００と第３の熱処理板２８０を一の熱処理ユニットに設けてもよい。かかる場合、本接合装置４０の占有面積を小さくすることができる。
　また、以上の実施の形態の洗浄装置３０では、ラジアルラインスロットアンテナ９２から放射されたマイクロ波を用いて処理ガスをプラズマ化させていたが、洗浄装置３０の構成はこれに限定されない。例えば洗浄装置として、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で処理ガスをプラズマ化させて処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いてもよい。
　なお、以上の実施の形態の接合システム１において、例えば第１の処理ブロックＧ１に検査装置（図示せず）をさらに設けてもよい。検査装置は、本接合装置４０～４３で接合された重合ウェハＷＴが適切に接合されているかどうかを検査することができる。かかる場合、検査装置において重合ウェハＷＴが適切に接合されていないと判断された場合、例えば本接合装置４０～４３における処理条件を補正することができる。
　また、以上の実施の形態では、金属接合部ＪＵ、ＪＬにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、金属接合部ＪＵ、ＪＬに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット１８１における処理条件、例えば重合ウェハＷＴの加熱温度や押圧荷重などが決定される。
　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
　　３０　洗浄装置
　　３１　仮接合装置
　　４０～４３　接合装置
　　１３３　複合ノズル体
　　１４０　プラズマノズル
　　１４１　処理液ノズル
　　１４２　供給管
　　１４３　ガス供給源
　　１４４　供給機器群
　　１４５　高周波電源
　　１４６　供給管
　　１４７　ガス供給源
　　１４８　供給機器群
　　１５０　接着剤ノズル
　　１８０　前熱処理ユニット
　　１８１　接合ユニット
　　１８２　後熱処理ユニット
　　２００　第１の熱処理板
　　２３０　加圧機構
　　２５０　第２の熱処理板
　　２８０　第３の熱処理板
　　３００　制御部
　　ＢＵ、ＢＬ　　絶縁部
　　ＪＵ、ＪＬ　　金属接合部
　　ＷＵ　　上ウェハ
　　ＷＬ　　下ウェハ
　　ＷＴ　　重合ウェハ
　　ＷＵ１、ＷＬ１　表面

Claims (11)

  1. 表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システムであって、
    基板の表面を洗浄する洗浄装置と、
    前記洗浄装置で洗浄された基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて仮接合する仮接合装置と、
    前記仮接合装置で仮接合された重合基板を本接合する本接合装置と、を備え、
    前記仮接合装置は、
    処理ガスのプラズマを生成して、基板の表面の前記絶縁部を活性化する表面活性部と、
    基板の表面の前記絶縁部に処理液を供給して、当該絶縁部を親水化する表面親水部と、を有し、
    前記本接合装置は、
    重合基板を第１の温度で熱処理する第１の熱処理板と、
    重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理する第２の熱処理板と、
    前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、を有する。
  2. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸である。
  3. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記仮接合装置は、基板の表面に接着剤を供給する接着剤供給部を有する。
  4. 請求項３に記載の接合システムにおいて、
    前記接着剤は、前記第１の温度で昇華するものである。
  5. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記洗浄装置は、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄する。
  6. 表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合方法であって、
    基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
    その後、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の前記絶縁部を親水化する表面処理工程と、
    その後、前記表面処理工程が行われた基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、ファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合工程と、
    その後、前記仮接合工程で仮接合された重合基板を第１の温度で熱処理した後、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を押圧して本接合する本接合工程と、
    を有する。
  7. 請求項６に記載の接合方法において、
    前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸である。
  8. 請求項６に記載の接合方法において、
    前記仮接合工程において、接着剤を用いて基板の表面を接着する。
  9. 請求項８に記載の接合方法において、
    前記接着剤は、前記第１の温度で昇華するものである。
  10. 請求項６に記載の接合方法において、
    前記洗浄工程において、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄する。
  11. 表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合方法を、接合システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作する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であって、
    前記接合方法は、
    基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
    その後、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の前記絶縁部を親水化する表面処理工程と、
    その後、前記表面処理工程が行われた基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、ファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合工程と、
    その後、前記仮接合工程で仮接合された重合基板を第１の温度で熱処理した後、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を押圧して本接合する本接合工程と、を有する。
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