JP2015015269A - 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】接合される基板同士の水平方向位置を適切に調節し、当該基板同士の接合処理を適切に行う。
【解決手段】ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を接合する接合装置４１は、下面に上ウェハＷ_Ｕを保持する上チャック１６０と、上チャック１６０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷ_Ｌを保持する下チャック１６１と、上チャック１６０に保持される前の上ウェハＷ_Ｕの温度を第１の温度に調節する第１の温度調節部１２１と、下チャック１６１に保持される前の下ウェハＷ_Ｌの温度を、前記第１の温度と異なる第２の温度に調節する第２の温度調節部１２２と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板同士を接合する接合装置、接合システム、接合方法、プログラム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、例えば特許文献１に記載の接合システムを用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば接合システムは、ウェハの接合される表面を改質する表面改質装置（表面活性化装置）と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化する。その後、接合装置において２枚のウェハを上下に対向配置し（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）、上チャックに吸着保持された上ウェハと下チャックに吸着保持された下ウェハとを、ファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。

特開２０１１−１８１６３３号公報

ところで、上チャックと下チャックに保持される前の種々の外因によって、上ウェハと下ウェハは伸縮している場合があり、その伸縮量も上ウェハと下ウェハで異なる場合がある。かかる場合、ウェハ同士を接合する際、上ウェハと下ウェハが水平方向にずれて接合されてしまう。例えば接合されたウェハ（以下、「重合ウェハ」という。）において、上ウェハと下ウェハの中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれが生じる。

しかしながら、特許文献１に記載された接合システムでは、上記重合ウェハの水平方向の位置ずれを抑制することについては考慮されてない。したがって、従来のウェハ同士の接合処理には改善の余地があった。

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

前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に保持される前の第１の基板の温度を第１の温度に調節する第１の温度調節部と、前記第２の保持部に保持される前の第２の基板の温度を、前記第１の温度と異なる第２の温度に調節する第２の温度調節部と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、第１の保持部と第２の保持部に保持される前、すなわち接合前に、第１の温度調節部と第２の温度調節部によってそれぞれ第１の基板と第２の基板を異なる温度に調節することができる。そうすると、例えば第１の基板と第２の基板がそれぞれ伸縮し、その伸縮量が異なる場合であっても、本発明のように第１の基板と第２の基板を異なる温度に調節することによって、第１の基板と第２の基板を異なる寸法に伸縮させることができ、上記伸縮量の差分を吸収することができる。すなわち、第１の基板と第２の基板の伸縮量の差分を、第１の基板と第２の基板の温度差で吸収することができる。これにより、接合される第１の基板と第２の基板の水平方向位置を適切に調節することができ、当該第１の基板と第２の基板の接合処理を適切に行うことができる。

なお、上述した特許文献１においては、ファンデルワールス力及び水素結合を促進させるため、第１の保持部と第２の保持部に冷却機構を設け、第１の基板と第２の基板を冷却しながら接合することが記載されている。しかしながら、特許文献１の発明では、本発明のように第１の保持部に保持される前の第１の基板や、第２の保持部に保持される前の第２の基板の温度を調節することは行われておらず、況して第１の基板と第２の基板を異なる温度に調節することは行われていない。

上記特許文献１に記載した冷却機構を用いて、接合前の第１の基板と第２の基板の温度を調節することも考えられる。しかしながら、かかる場合、第１の基板と第２の基板はそれぞれ第１の保持部と第２の保持部に保持された後に温度調節されることになり、その温度調節に所定の時間がかかる。そうすると、第１の基板と第２の基板の接合処理を開始するタイミングが遅れ、迅速に接合処理することができない。

この点、本発明の第１の温度調節部と第２の温度調節部は、第１の保持部と第２の保持部とは別途設けられるので、接合前に第１の基板と第２の基板の温度調節を行っても、第１の基板と第２の基板の接合処理を開始するタイミングへの影響がない。このため、接合処理のスループットを向上させることができる。

前記接合装置は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像に基づいて重合基板における第１の基板と第２の基板との水平方向の相対位置を検査し、当該検査結果に基づいて、前記第１の温度と前記第２の温度の温度差を設定する制御部と、をさらに有していてもよい。

前記撮像部は赤外線カメラを備えていてもよい。

第１の基板と第２の基板は、それぞれデバイスが形成された半導体基板であってもよい。

前記接合装置は、第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションをさらに有し、前記第１の温度調節部と前記第２の温度調節部は、それぞれ前記トランジションに積層されて設けられていてもよい。

前記接合装置は、第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、前記第１の温度調節部と前記第２の温度調節部は、それぞれ前記位置調節機構に設けられていてもよい。

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

また別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第１の温度調節部によって第１の基板の温度を第１の温度に調節する第１の工程と、第２の温度調節部によって第２の基板の温度を、前記第１の温度と異なる第２の温度に調節する第２の工程と、前記第１の工程において温度調節された第１の基板を第１の保持部の下面で保持し、前記第２の工程において温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持した後、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置して接合する第３の工程と、を有することを特徴としている。

前記接合方法は、前記第３の工程後、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を撮像部によって撮像する第４の工程と、前記第４の工程で撮像された画像に基づいて、重合基板における第１の基板と第２の基板との水平方向の相対位置を検査する第５の工程と、前記第５の工程の検査結果に基づいて、前記第１の温度と前記第２の温度の温度差を設定する第６の工程と、をさらに有していてもよい。

前記撮像部は赤外線カメラを備え、前記第４の工程において、前記赤外線カメラによって重合基板を撮像してもよい。

第１の基板と第２の基板は、それぞれデバイスが形成された半導体基板であってもよい。

前記第１の工程は、位置調節機構によって第１の基板の水平方向の向きが調節され、且つ反転機構によって第１の基板の表裏面が反転された後であって、前記第３の工程の前に行われ、前記第２の工程は、前記位置調節機構によって第２の基板の水平方向の向きが調節された後であって、前記第３の工程の前に行われてもよい。

前記第１の工程と前記第２の工程は、それぞれ第１の基板と第２の基板の水平方向の向きを位置調節機構によって調節中に行われてもよい。

また別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置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が提供される。

さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、接合される基板同士の水平方向位置を適切に調節し、当該基板同士の接合処理を適切に行うことができる。

本実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す平面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 保持アームと保持部材の構成の概略を示す側面図である。 接合装置の内部構成の概略を示す側面図である。 上部撮像部の構成の概略を示す説明図である。 下部撮像部の構成の概略を示す説明図である。 上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 下チャックを上方から見た平面図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 上部撮像部と下部撮像部の水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を当接させて押圧する様子を示す説明図である。 上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。 上ウェハの表面と下ウェハの表面を当接させた様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハが接合された様子を示す説明図である。 重合ウェハを検査する様子を示す説明図である。 重合ウェハを検査す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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する。以下、上側に配置されるウェハを、第１の基板としての「上ウェハＷ_Ｕ」といい、下側に配置されるウェハを、第２の基板としての「下ウェハＷ_Ｌ」という。また、上ウェハＷ_Ｕが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｕ１」といい、当該表面Ｗ_Ｕ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｕ２」という。同様に、下ウェハＷ_Ｌが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｌ１」といい、当該表面Ｗ_Ｌ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｌ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して、重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔを形成する。

本実施の形態においては、上ウェハＷ_Ｕは製品となる半導体ウェハであって、例えば表面Ｗ_Ｕ１に複数の電子回路等を備えたデバイスが形成されている。同様に下ウェハＷ_Ｌも製品となる半導体ウェハであって、例えば表面Ｗ_Ｌ１に複数の電子回路等を備えたデバイスが形成されている。また、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌには、例えばシリコンウェハが用いられる。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを載置することができる。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷ_Ｕ、複数の下ウェハＷ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの１つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷ_Ｔと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットＣ_Ｔのうち、１つのカセットＣ_Ｔを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣ_Ｔを正常な重合ウェハＷ_Ｔの収容用として用いている。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送部２０が設けられている。ウェハ搬送部２０には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、鉛直方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔと、後述する処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０、５１との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１の処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２の処理ブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。

例えば第１の処理ブロックＧ１には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０が配置されている。表面改質装置３０では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１に照射されて、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１がプラズマ処理され、改質される。

例えば第２の処理ブロックＧ２には、例えば純水によってウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する接合装置４１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＹ方向に並べて配置されている。

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

例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのトランジション装置５０、５１が下から順に２段に設けられている。

図１に示すように第１の処理ブロックＧ１〜第３の処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域６０が形成されている。ウェハ搬送領域６０には、例えばウェハ搬送装置６１が配置されている。

ウェハ搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６１は、ウェハ搬送領域６０内を移動し、周囲の第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２及び第３の処理ブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

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

次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。接合装置４１は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器１００を有している。処理容器１００のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１には開閉シャッタ１０２が設けられている。

処理容器１００の内部は、内壁１０３によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画されている。上述した搬入出口１０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１００の側面に形成されている。また、内壁１０３にも、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１０４が形成されている。なお、処理領域Ｔ２の内部の雰囲気は所定の温度、例えば２５℃に維持されている。

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、図４及び図５に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを一時的に載置するためのトランジション１１０と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの温度を温度調節機構１２０とが積層されて設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのいずれか２つを同時に載置することができる。

温度調節機構１２０は、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２とを有している。これら第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２は、トランジション１１０上に積層して設けられている。なお、本実施の形態では、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２はそれぞれ１つずつ設けられていたが、これらの数はこれに限定されず、２つ以上設けられていてもよい。

第１の温度調節部１２１は、上ウェハＷ_Ｕを第１の温度に調節する第１の温度調節板１２３を有している。第１の温度調節板１２３には、例えばペルチェ素子（図示せず）などが内蔵されている。なお、第１の温度調節板１２３の温度は例えば制御部７０により制御され、第１の温度調節板１２３上の上ウェハＷ_Ｕが第１の温度に調節される。

第１の温度調節板１２３上には、上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持するギャップピン１２４が複数、例えば３つ設けられている。上ウェハＷ_Ｕは、後述するように反転機構１５０によってその表裏面が反転されて、すなわち表面Ｗ_Ｕ１が下方を向いた状態で第１の温度調節部１２１に搬送される。第１の温度調節部１２１では、ギャップピン１２４によって上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の外周部が保持されるので、すなわち表面Ｗ_Ｕ１においてデバイスが形成されていない外周部が保持されるので、当該デバイスが損傷を被るのを回避できる。

第２の温度調節部１２２は、下ウェハＷ_Ｌを第２の温度に調節する第２の温度調節板１２５を有している。第２の温度調節板１２５は上記第１の温度調節板１２３と同様の構成を有し、第２の温度調節板１２５には例えばペルチェ素子（図示せず）などが内蔵されている。また第２の温度調節板１２５上には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の全面が載置される。なお、第２の温度調節板１２５の温度は例えば制御部７０により制御され、第２の温度調節板１２５上に載置された下ウェハＷ_Ｌが第２の温度に調節される。

第１の温度調節部１２１における上ウェハＷ_Ｕの第１の温度と、第２の温度調節部１２２における下ウェハＷ_Ｌの第２の温度は、制御部７０において異なる温度に設定される。

具体的には、接合装置４１において事前にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合し、その接合された重合ウェハＷ_Ｔを撮像して、当該重合ウェハＷ_ＴにおけるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の相対位置を検査する。ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌがそれぞれ伸縮し、その伸縮量が異なる場合には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの相対位置がずれる。検査においては、この水平方向の位置ずれ量、すなわち伸縮量の差分が測定される。ここで、上ウェハＷ_Ｕや下ウェハＷ_Ｌは、温度が変化するとその形状が変化する。例えばシリコンウェハの場合、温度が１℃上昇すると、熱膨張により直径が数ミクロン大きくなる。そこで、上記検査結果に基づいて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの伸縮量の差分がゼロになるように第１の温度と第２の温度の温度差が設定される。本実施の形態では、この温度差は１℃に設定される。

また、第１の温度又は第２の温度のいずれか一方を処理領域Ｔ２の雰囲気と同じ温度に設定する。このように温度調節されたウェハＷ_Ｕ又はウェハＷ_Ｌは、処理領域Ｔ２において温度変化により伸縮することがない。本実施の形態では、第１の温度を処理領域Ｔ２の雰囲気と同じ温度に設定する。こうして、例えば第１の温度が２５℃に設定され、第２の温度が２６℃に設定される。

なお、これら第１の温度と第２の温度を設定する際に用いられるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌには、検査用のウェハを用いてもよいし、製品用のウェハを用いてもよい。製品用のウェハを用いる場合には、後述する工程Ｓ１６及びＳ１７を行って第１の温度と第２の温度が設定される。

搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構１３０が設けられている。ウェハ搬送機構１３０は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。そして、ウェハ搬送機構１３０は、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節する位置調節機構１４０が設けられている。位置調節機構１４０は、図６に示すように基台１４１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌをピンチャック方式で保持し、且つ回転させる保持部１４２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部１４３と、を有している。なお、保持部１４２のピンチャック方式は、後述する上チャック１６０と下チャック１６１におけるピンチャック方式と同様であるので説明を省略する。そして、位置調節機構１４０では、保持部１４２に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１４３でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節している。

また、搬送領域Ｔ１には、図４に示すように上ウェハＷ_Ｕの表裏面を反転させる反転機構１５０が設けられている。反転機構１５０は、図７〜図９に示すように上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム１５１を有している。保持アーム１５１は、水平方向（図７及び図８中のＹ方向）に延伸している。また保持アーム１５１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材１５２が例えば４箇所に設けられている。保持部材１５２は、図１０に示すように保持アーム１５１に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材１５２の側面には、上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持するための切り欠き１５３が形成されている。そして、これら保持部材１５２は、上ウェハＷ_Ｕを挟み込んで保持することができる。

保持アーム１５１は、図７〜図９に示すように例えばモータなどを備えた第１の駆動部１５４に支持されている。この第１の駆動部１５４によって、保持アーム１５１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１５１は、第１の駆動部１５４を中心に回動自在であると共に、水平方向（図７及び図８中のＹ方向）に移動自在である。第１の駆動部１５４の下方には、例えばモータなどを備えた第２の駆動部１５５が設けられている。この第２の駆動部１５５によって、第１の駆動部１５４は鉛直方向に延伸する支持柱１５６に沿って鉛直方向に移動できる。このように第１の駆動部１５４と第２の駆動部１５５によって、保持部材１５２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材１５２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、第１の駆動部１５４を中心に回動して、位置調節機構１４０から後述する上チャック１６０との間を移動できる。

処理領域Ｔ２には、図４及び図５に示すように上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第１の保持部としての上チャック１６０と、下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して吸着保持する第２の保持部としての下チャック１６１とが設けられている。下チャック１６１は、上チャック１６０の下方に設けられ、上チャック１６０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌは対向して配置可能となっている。

図４、図５及び図１１に示すように上チャック１６０は、当該上チャック１６０の上方に設けられた上チャック支持部１７０に支持されている。上チャック支持部１７０は、処理容器１００の天井面に設けられている。すなわち、上チャック１６０は、上チャック支持部１７０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。

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

上部撮像部１７１は、図１２に示すように赤外線カメラ１７２と可視光カメラ１７３を有している。赤外線カメラ１７２は、赤外線画像を取得するカメラである。具体的には、赤外線カメラ１７２は、センサ１７４と、センサ１７４に接続されるレンズ１７５と、センサ１７４とレンズ１７５との間に設けられるシャッタ１７６とを有している。可視光カメラ１７３は、可視光画像を取得するカメラである。具体的には、可視光カメラ１７３は、センサ１７７と、センサ１７７に接続されるレンズ１７５と、センサ１７７とレンズ１７５との間に設けられるシャッタ１７８とを有している。なお、レンズ１７５は、赤外線カメラ１７２と可視光カメラ１７３に共通に設けられている。

上部撮像部１７１では、シャッタ１７６、１７８を開閉させることで、赤外線カメラ１７２を用いた撮像と、可視光カメラ１７３を用いた撮像とをそれぞれ行うことができる。

図４、図５及び図１１に示すように下チャック１６１は、当該下チャック１６１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１８０に支持されている。第１の下チャック移動部１８０は、後述するように下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。また、第１の下チャック移動部１８０は、下チャック１６１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

第１の下チャック移動部１８０には、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する下部撮像部１８１が設けられている。すなわち、下部撮像部１８１は下チャック１６１に隣接して設けられている。

下部撮像部１８１は、図１３に示すように可視光カメラ１８２を有している。具体的には、可視光カメラ１８２は、センサ１８３と、センサ１８３に接続されるレンズ１８４とを有している。

図４、図５及び図１１に示すように第１の下チャック移動部１８０は、当該第１の下チャック移動部１８０の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ方向）に延伸する一対のレール１８５、１８５に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部１８０は、レール１８５に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール１８５、１８５は、第２の下チャック移動部１８６に配設されている。第２の下チャック移動部１８６は、当該第２の下チャック移動部１８６の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ方向）に延伸する一対のレール１８７、１８７に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１８６は、レール１８７に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック１６１を水平方向（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。なお、一対のレール１８７、１８７は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１８８上に配設されている。

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

上チャック１６０には、図１４及び図１５に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック１６０は、平面視において少なくとも上ウェハＷ_Ｕより大きい径を有する本体部１９０を有している。本体部１９０の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２に接触する複数のピン１９１が設けられている。また本体部１９０の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持する外壁部１９２が設けられている。外壁部１９２は、複数のピン１９１の外側に環状に設けられている。

本体部１９０の下面には、外壁部１９２の内側の領域１９３（以下、吸引領域１９３という場合がある。）において、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための吸引口１９４が形成されている。吸引口１９４は、例えば吸引領域１９３の外周部に２箇所に形成されている。吸引口１９４には、本体部１９０の内部に設けられた吸引管１９５が接続されている。さらに吸引管１９５には、継手を介して真空ポンプ１９６が接続されている。

そして、上ウェハＷ_Ｕ、本体部１９０及び外壁部１９２に囲まれて形成された吸引領域１９３を吸引口１９４から真空引きし、吸引領域１９３を減圧する。このとき、吸引領域１９３の外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷ_Ｕは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１９３側に押され、上チャック１６０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。

かかる場合、複数のピン１９１の高さが均一なので、上チャック１６０の下面の平面度を小さくすることができる。このように上チャック１６０の下面を平坦にして（下面の平面度を小さくして）、上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン１９１に支持されているので、上チャック１６０による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを解除する際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０から剥がれ易くなる。

本体部１９０の中心部には、当該本体部１９０を厚み方向に貫通する貫通孔１９７が形成されている。この本体部１９０の中心部は、上チャック１６０に吸着保持される上ウェハＷ_Ｕの中心部に対応している。そして貫通孔１９７には、後述する押動部材２００の押動ピン２０１が挿通するようになっている。

上チャック１６０の上面には、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材２００が設けられている。押動部材２００は、シリンダ構造を有し、押動ピン２０１と、当該押動ピン２０１が昇降する際のガイドとなる外筒２０２とを有している。押動ピン２０１は、例えばモータを内蔵した駆動部（図示せず）によって、貫通孔１９７を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材２００は、後述するウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合時に、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とを当接させて押圧することができる。

下チャック１６１には、図１４及び図１６に示すように上チャック１６０と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック１６１は、平面視において少なくとも下ウェハＷ_Ｌより大きい径を有する本体部２１０を有している。本体部２１０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２に接触する複数のピン２１１が設けられている。また本体部２１０の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する外壁部２１２が設けられている。外壁部２１２は、複数のピン２１１の外側に環状に設けられている。

本体部２１０の上面には、外壁部２１２の内側の領域２１３（以下、吸引領域２１３という場合がある。）において、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための吸引口２１４が複数形成されている。吸引口２１４には、本体部２１０の内部に設けられた吸引管２１５が接続されている。吸引管２１５は、例えば２本設けられている。さらに吸引管２１５には、真空ポンプ２１６が接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部２１０及び外壁部２１２に囲まれて形成された吸引領域２１３を吸引口２１４から真空引きし、吸引領域２１３を減圧する。このとき、吸引領域２１３の外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ_Ｌは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域２１３側に押され、下チャック１６１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。

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

本体部２１０の中心部付近には、当該本体部２１０を厚み方向に貫通する貫通孔２１７が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔２１７には、第１の下チャック移動部１８０の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。

本体部２１０の外周部には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔが下チャック１６１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材２１８が設けられている。ガイド部材２１８は、本体部２１０の外周部に複数個所、例えば４箇所に等間隔に設けられている。

なお、接合装置４１における各部の動作は、上述した制御部７０によって制御される。

次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理方法について説明する。図１７は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、複数枚の上ウェハＷ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、複数枚の下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔが、搬入出ステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕが取り出され、処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第１の処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に照射されて、当該表面Ｗ_Ｕ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質される（図１７の工程Ｓ１）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された上ウェハＷ_Ｕを回転させながら、当該上ウェハＷ_Ｕ上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１上を拡散し、表面改質装置３０において改質された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１７の工程Ｓ２）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ_Ｕは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０によって、上ウェハＷ_Ｕの水平方向の向きが調節される（図１７の工程Ｓ３）。

その後、位置調節機構１４０から反転機構１５０の保持アーム１５１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１５１を反転させることにより、上ウェハＷ_Ｕの表裏面が反転される（図１７の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方に向けられる。

その後、反転機構１５０によって上ウェハＷ_Ｕは第１の温度調節部１２１に搬送される。第１の温度調節部１２１では、上ウェハＷ_Ｕがギャップピン１２４上に保持され、第１の温度調節板１２３によって第１の温度、例えば２５℃に調節される（図１７の工程Ｓ５）。

その後、反転機構１５０によって上ウェハＷ_Ｕは上チャック１６０の下方に搬送される。そして、反転機構１５０から上チャック１６０に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。上ウェハＷ_Ｕは、上チャック１６０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１７の工程Ｓ６）。具体的には、真空ポンプ１９６を作動させ、吸引領域１９３を吸引口１９４から真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０に吸着保持される。

このように上チャック１６０に保持される上ウェハＷ_Ｕは、上述したように工程Ｓ５において例えば２５℃に調節されている。すなわち、上ウェハＷ_Ｕは、処理領域Ｔ２の雰囲気温度と同じ温度に調節されている。このため、上ウェハＷ_Ｕが温度変化によって伸縮することがなく、その形状と寸法が変化しない。

上ウェハＷ_Ｕに上述した工程Ｓ１〜Ｓ６の処理が行われている間、当該上ウェハＷ_Ｕに続いて下ウェハＷ_Ｌの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌが取り出され、処理ステーション３のトランジション装置５０に搬送される。

次に下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が改質される（図１７の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が親水化される共に当該表面Ｗ_Ｌ１が洗浄される（図１７の工程Ｓ８）。なお、工程Ｓ８における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ_Ｌは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１３０により位置調節機構１４０に搬送される。そして位置調節機構１４０によって、下ウェハＷ_Ｌの水平方向の向きが調節される（図１７の工程Ｓ９）。

その後、ウェハ搬送機構１３０によって下ウェハＷ_Ｌは第２の温度調節部１２２に搬送される。第２の温度調節部１２２では、上ウェハＷ_Ｕが第２の温度調節板１２５上に載置され、第２の温度、例えば２６℃に調節される（図１７の工程Ｓ１０）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構１３０によって下チャック１６１に搬送され、下チャック１６１にその裏面Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図１７の工程Ｓ１１）。具体的には、真空ポンプ２１６を作動させ、吸引領域２１３を吸引口２１４から真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１に吸着保持される。

このように下チャック１６１に保持される下ウェハＷ_Ｌは、上述したように工程Ｓ１０において例えば２６℃に調節されている。すなわち、下ウェハＷ_Ｌは、処理領域Ｔ２の雰囲気温度且つ上ウェハＷ_Ｕの第１の温度（２５℃）と異なる温度に調節されている。このように下ウェハＷ_Ｌの第２の温度が上ウェハＷ_Ｕの第１の温度より１℃高いため、下ウェハＷ_Ｌは上ウェハＷ_Ｕより数μｍ大きく膨張する。そうすると、上述したように温度調節前の上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの伸縮量が異なる場合でも、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの寸法が同じになる。

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

なお、図１８に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１には予め定められた複数、例えば３点の基準点Ａ１〜Ａ３が形成され、同様に下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数、例えば３点の基準点Ｂ１〜Ｂ３が形成されている。基準点Ａ１、Ａ３とＢ１、Ｂ３はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの外周部の基準点であり、基準点Ａ２とＢ２はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部の基準点である。なお、これら基準点Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３としては、例えばウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。また、本実施の形態はウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上の基準点は３点であるが、基準点の数はこれに限定されず任意に設定できる。

先ず、図１８に示すように上部撮像部１７１と下部撮像部１８１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部１８１が上部撮像部１７１の略下方に位置するように、第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８６によって下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させる。そして、上部撮像部１７１の可視光カメラ１７３と下部撮像部１８１の可視光カメラ１８２で共通のターゲットＴを確認し、上部撮像部１７１と下部撮像部１８１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部１８１の水平方向位置が微調節される。

次に、図１９に示すように第１の下チャック移動部１８０によって下チャック１６１を鉛直上方に移動させた後、上チャック１６０と下チャック１６１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８６によって下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させながら、上部撮像部１７１の可視光カメラ１７３を用いて下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の基準点Ｂ１〜Ｂ３を順次撮像する。同時に、下チャック１６１を水平方向に移動させながら、下部撮像部１８１の可視光カメラ１８２を用いて上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の基準点Ａ１〜Ａ３を順次撮像する。なお、図１９は上部撮像部１７１によって下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｂ１を撮像する共に、下部撮像部１８１によって上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１の基準点Ａ１を撮像する様子を示している。撮像された可視光画像は、制御部７０に出力される。制御部７０では、上部撮像部１７１で撮像された可視光画像と下部撮像部１８１で撮像された可視光画像に基づいて、上ウェハＷ_Ｕの基準点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｂ１〜Ｂ３がそれぞれ合致するように、第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８６によって下チャック１６１の水平方向位置を調節させる。こうして上チャック１６０と下チャック１６１の水平方向位置が調節され、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置が調節される（図１７の工程Ｓ１２）。

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

その後、図２０に示すように第１の下チャック移動部１８０によって下チャック１６１を鉛直上方に移動させて、上チャック１６０と下チャック１６１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック１６０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１６１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向位置の調節を行う（図１７の工程Ｓ１３）。このとき、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間の間隔は所定の距離、例えば８０μｍ〜２００μｍになっている。

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

先ず、図２１に示すように押動部材２００の押動ピン２０１を下降させることによって、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷ_Ｕを下降させる。このとき、押動ピン２０１には、上ウェハＷ_Ｕがない状態で当該押動ピン２０１が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２００によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧する（図１７の工程Ｓ１４）。このとき、上チャック１６０の吸引口１９４は吸引領域１９３の外周部に形成されているので、押動部材２００で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する際にも、上チャック１６０によって上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持することができる。

そうすると、押圧された上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部との間で接合が開始する（図２１中の太線部）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ７において改質されているため、先ず、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。さらに、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ８において親水化されているため、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間の親水基が水素結合し（分子間力）、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。

その後、図２２に示すように押動部材２００によって上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を押圧した状態で真空ポンプ１９６の作動を停止して、吸引領域１９３における上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。そうすると、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に落下する。このとき、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン１９１に支持されているので、上チャック１６０による上ウェハＷ_Ｕの真空引きを解除した際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１６０から剥がれ易くなっている。そして上ウェハＷ_Ｕの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止し、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に順次落下して当接し、上述した表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が順次拡がる。こうして、図２３に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が全面で当接し、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１７の工程Ｓ１５）。

その後、図２４に示すように押動部材２００の押動ピン２０１を上チャック１６０まで上昇させる。また、真空ポンプ２１６の作動を停止し、吸引領域２１３における下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止して、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。このとき、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン２１１に支持されているので、下チャック１６１による下ウェハＷ_Ｌの真空引きを解除した際、当該下ウェハＷ_Ｌが下チャック１６１から剥がれ易くなっている。

次に、図２５及び図２６に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔの検査を行う（図１７の工程Ｓ１６）。なお、重合ウェハＷ_Ｔ中のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合面において、上ウェハＷ_Ｕの基準点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｂ１〜Ｂ３がそれぞれ当接した基準点をＣ１〜Ｃ３とする。

工程Ｓ１６では、第１の下チャック移動部１８０と第２の下チャック移動部１８６によって下チャック１６１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させながら、上部撮像部１７１の赤外線カメラ１７２を用いて重合ウェハＷ_Ｔの内部の基準点Ｃ１〜Ｃ３を順次撮像する。このとき、赤外線は重合ウェハＷ_Ｔを透過するので、赤外線カメラ１７２によって重合ウェハＷ_Ｔの内部の基準点Ｃ１〜Ｃ３を撮像することができる。なお、図２５は上部撮像部１７１によって重合ウェハＷ_Ｔの基準点Ｃ１を撮像する様子を示し、図２６は上部撮像部１７１によって重合ウェハＷ_Ｔの基準点Ｃ２を撮像する様子を示している。撮像された赤外線画像は、制御部７０に出力される。制御部７０では、赤外線カメラ１７２で撮像された赤外線画像に基づいて、重合ウェハＷ_Ｔの検査が行われる。すなわち、基準点Ｃ１〜Ｃ３において、基準点Ａ１〜Ａ３と基準点Ｂ１〜Ｂ３が合致しているか否かの検査が行われる。こうして重合ウェハＷ_Ｔにおいて、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向の相対位置の検査が行われる。

なお、この工程Ｓ１６における重合ウェハＷ_Ｔの検査において、基準点Ａ１〜Ａ３と基準点Ｂ１〜Ｂ３が合致するとは、完全に合致する場合に加えて、それぞれの基準点の位置ずれが所望の範囲内である場合も含む。

その後、工程Ｓ１６における検査結果に基づいて、第１の温度調節部１２１における上ウェハＷ_Ｕの第１の温度と、第２の温度調節部１２２における下ウェハＷ_Ｌの第２の温度の調節が行われる（図１７の工程Ｓ１７）。すなわち、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２がフィードバック制御される。

工程Ｓ１７では、検査結果が正常な場合、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２の温度調節は行われない。一方、検査結果が異常な場合、すなわち上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが水平方向にずれて接合されている場合、当該水平方向の位置ずれが解消するように、第１の温度調節部１２１における上ウェハＷ_Ｕの第１の温度と、第２の温度調節部１２２における下ウェハＷ_Ｌの第２の温度がそれぞれ設定される。そうすると、以後行われるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を適切に行うことができる。なお、工程Ｓ１７における温度調節は、工程Ｓ５及びＳ１０における温度調節と同様であるので説明を省略する。

その後、検査が終了した重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置６１によってトランジション装置５１に搬送され、その後搬入出ステーション２のウェハ搬送装置２２によって所定のカセット載置板１１のカセットＣ_Ｔに搬送される。こうして、一連のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合前の工程Ｓ５及び工程Ｓ１０において、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２によってそれぞれ上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを異なる温度に調節することができる。そうすると、例えば温度調節前の上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌがそれぞれ伸縮し、その伸縮量が異なる場合であっても、本実施の形態のように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを異なる温度に調節することによって、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを異なる寸法に伸縮させることができ、上記伸縮量の差分を吸収することができる。すなわち、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの伸縮量の差分を、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの温度差で吸収することができる。これにより、工程Ｓ１２において上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置を適切に調節することができ、工程Ｓ１４及びＳ１５において上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合処理を適切に行うことができる。

なお、本実施の形態においては、上ウェハＷ_Ｕの第１の温度と下ウェハＷ_Ｌの第２の温度の温度差を１℃としたが、当該温度差はこれに限定されず、例えば２℃や３℃等、任意に設定できる。上述したように温度調節前の上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの伸縮量の差分を吸収するように、この温度差は設定される。

また、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２は、上チャック１６０と下チャック１６１とは別途設けられるので、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの温度調節を行っても、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの位置調節を開始するタイミングへの影響がない。このため、接合処理のスループットを向上させることができる。

また、工程Ｓ１６において重合ウェハＷ_Ｔの検査を行う際、赤外線が重合ウェハＷ_Ｔを透過するので、上部撮像部１７１の赤外線カメラ１７２によって重合ウェハＷ_Ｔの内部の基準点Ｃ１〜Ｃ３を撮像することができる。そうすると、その後の工程Ｓ１７において、検査結果に基づき、重合ウェハＷ_Ｔにおいて上ウェハＷ_Ｕの基準点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｂ１〜Ｂ３が合致するように第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２をフィードバック制御することができる。したがって、第１の温度調節部１２１の第１の温度と第２の温度調節部１２２の第２の温度を適切に調節することができ、以後行われるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を適切に行うことができる。

また、このように接合装置４１内で重合ウェハＷ_Ｔの検査を行うことができ、接合装置４１の外部に別途検査装置を設ける必要がないため、装置の製造コストを低廉化できる。また、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を接合した直後に重合ウェハＷ_Ｔを検査できるので、検査結果を後続の接合処理に適切なタイミングでフィードバックすることができ、これにより接合処理の精度が向上する。

また、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２はトランジション１１０に積層されて設けられており、すなわち従来の特許文献１に記載された接合装置における空きスペースに第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２を配置している。このため、これら第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２を設けても、接合装置４１の専有面積を小さく維持することができる。

また接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を改質する表面改質装置３０と、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０も備えているので、一のシステム内でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。

以上の実施の形態の接合装置４１において、第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２はトランジション１１０に積層されて設けられていたが、これに限定されず、任意の場所に設置し得る。例えば第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２を処理領域Ｔ２内に設けてもよいし、或いは反転機構１５０やウェハ搬送機構１３０に設けてもよい。

また、位置調節機構１４０の保持部１４２内に、例えば第１の温度調節部１２１と第２の温度調節部１２２を備えた温度調節機構を設けてもよい。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは、位置調節機構１４０による水平方向の向きを調節中、或いは水平方向の向きを調節直後に温度調節される。

以上のいずれの場合でも、上記実施の形態と同様の効果を享受することができ、すなわち上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌをそれぞれ適切な温度に調節して、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を適切且つ迅速に行うことができる。

また、以上の実施の形態の第１の温度調節部１２１は、第１の温度調節板１２３とギャップピン１２４を有していたが、これに限定されず、種々の構成を取り得る。例えば第１の温度調節板１２３とギャップピン１２４に代えて、上記上チャック１６０と同様の構成のチャックに、例えばペルチェ素子（図示せず）などを内蔵してもよい。

また、以上の実施の形態の接合装置４１において、赤外線カメラ１７２は上部撮像部１７１に設けられていたが、当該赤外線カメラ１７２を下部撮像部１８１に設けてもよい。さらに上部撮像部１７１と下部撮像部１８１の両方に赤外線カメラ１７２をそれぞれ設けてもよい。上部撮像部１７１と下部撮像部１８１の両方に赤外線カメラ１７２を設けた場合、上チャック１６０と下チャック１６１のいずれも、複数のウェハが積層された重合ウェハＷ_Ｔを保持することができ、接合処理の自由度が向上する。

以上の実施の形態では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが共に製品ウェハである場合である場合について説明したが、本発明は、例えば上ウェハＷ_Ｕが製品ウェハであり、下ウェハＷ_Ｌが支持ウェハである場合や、上ウェハＷ_Ｕが支持ウェハであり、下ウェハＷ_Ｌは製品ウェハである場合にも適用できる。但し、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが共に製品ウェハである場合には、例えばウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の貫通電極の導通を図る必要がある等、特にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の位置調節を厳密に行う必要がる。かかる場合、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の位置ずれの問題が顕著に生じるため、本発明は特に有用となる。

以上の実施の形態の接合装置４１では、上チャック１６０を処理容器１００に固定し、且つ下チャック１６１を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック１６０を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック１６１を処理容器１００に固定してもよい。或いは、上チャック１６０と下チャック１６１を共に水平方向及び鉛直方向に移動させてもよい。

以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷ_Ｔを所定の温度で加熱（アニール処理）してもよい。重合ウェハＷ_Ｔにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。

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

１ 接合システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
３０ 表面改質装置
４０ 表面親水化装置
４１ 接合装置
６１ ウェハ搬送装置
７０ 制御部
１１０ トランジション
１２０ 温度調節機構
１２１ 第１の温度調節部
１２２ 第２の温度調節部
１３０ ウェハ搬送機構
１４０ 位置調節機構
１５０ 反転機構
１６０ 上チャック
１６１ 下チャック
１７１ 上部撮像部
１７２ 赤外線カメラ
１８１ 下部撮像部
Ａ１〜Ａ３ 基準点
Ｂ１〜Ｂ３ 基準点
Ｃ１〜Ｃ３ 基準点
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (15)

1. 基板同士を接合する接合装置であって、
   下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、
   前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、
   前記第１の保持部に保持される前の第１の基板の温度を第１の温度に調節する第１の温度調節部と、
   前記第２の保持部に保持される前の第２の基板の温度を、前記第１の温度と異なる第２の温度に調節する第２の温度調節部と、を有することを特徴とする、接合装置。
2. 第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された画像に基づいて重合基板における第１の基板と第２の基板との水平方向の相対位置を検査し、当該検査結果に基づいて、前記第１の温度と前記第２の温度の温度差を設定する制御部と、をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
3. 前記撮像部は赤外線カメラを備えることを特徴とする、請求項２に記載の接合装置。
4. 第１の基板と第２の基板は、それぞれデバイスが形成された半導体基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合装置。
5. 第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションをさらに有し、
   前記第１の温度調節部と前記第２の温度調節部は、それぞれ前記トランジションに積層されて設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合装置。
6. 第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構をさらに有し、
   前記第１の温度調節部と前記第２の温度調節部は、それぞれ前記位置調節機構に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の接合装置を備えた接合システムであって、
   前記接合装置を備えた処理ステーションと、
   第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
   前記処理ステーションは、
   第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
   前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、
   前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、接合システム。
8. 基板同士を接合する接合方法であって、
   第１の温度調節部によって第１の基板の温度を第１の温度に調節する第１の工程と、
   第２の温度調節部によって第２の基板の温度を、前記第１の温度と異なる第２の温度に調節する第２の工程と、
   前記第１の工程において温度調節された第１の基板を第１の保持部の下面で保持し、前記第２の工程において温度調節された第２の基板を第２の保持部の上面で保持した後、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置して接合する第３の工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
9. 前記第３の工程後、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を撮像部によって撮像する第４の工程と、
   前記第４の工程で撮像された画像に基づいて、重合基板における第１の基板と第２の基板との水平方向の相対位置を検査する第５の工程と、
   前記第５の工程の検査結果に基づいて、前記第１の温度と前記第２の温度の温度差を設定する第６の工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の接合方法。
10. 前記撮像部は赤外線カメラを備え、
    前記第４の工程において、前記赤外線カメラによって重合基板を撮像することを特徴とする、請求項９に記載の接合方法。
11. 第１の基板と第２の基板は、それぞれデバイスが形成された半導体基板であることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の接合方法。
12. 前記第１の工程は、位置調節機構によって第１の基板の水平方向の向きが調節され、且つ反転機構によって第１の基板の表裏面が反転された後であって、前記第３の工程の前に行われ、
    前記第２の工程は、前記位置調節機構によって第２の基板の水平方向の向きが調節された後であって、前記第３の工程の前に行われることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の接合方法。
13. 前記第１の工程と前記第２の工程は、それぞれ第１の基板と第２の基板の水平方向の向きを位置調節機構によって調節中に行われることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の接合方法。
14. 請求項８〜１３のいずれかに記載の接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置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。
15. 請求項１４に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

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