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
【課題】基板を押圧する際の荷重を適切に制御し、基板同士の接合を適切に行う。
【解決手段】接合装置は、下面に上ウェハＷＵを吸着保持する上部チャック２３０と、上部チャック２３０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷＬを載置して吸着保持する下部チャック２３１と、を有している。上部チャック２３０には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部２５１と、アクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させるシリンダ部２５２とを有している。アクチュエータ部２５１には、当該アクチュエータ部２５１に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられている。
【解決手段】接合装置は、下面に上ウェハＷＵを吸着保持する上部チャック２３０と、上部チャック２３０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷＬを載置して吸着保持する下部チャック２３１と、を有している。上部チャック２３０には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部２５１と、アクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させるシリンダ部２５２とを有している。アクチュエータ部２５１には、当該アクチュエータ部２５１に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）の接合が行われる。例えば貼り合わせ装置は、２枚のウェハを上下に配置した状態（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。）で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。また押動ピンは、バネ機構にて作動し、加重機構にて昇降する加重付与装置内に組み込まれている。すなわち、加重付与装置は単動式のシリンダ構造を有し、かかる構造によって上ウェハの中心部分を押圧する。以上の貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハ同士の接合が行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の貼り合わせ装置を用いた場合、加重付与装置は単動式のシリンダ構造で上ウェハの中心部分を押圧しており、押動ピンの移動の制御をしつつ、上ウェハの中心部分にかかる荷重の制御をしている。このように加重付与装置は移動と荷重の両方を制御しているため、厳密な荷重制御をすることができない。そうすると、例えば上ウェハの中心部分を押圧する際の荷重が所望の荷重より大きい場合、ウェハが破損し、製品の歩留まりが低下するおそれがあった。また、例えば上ウェハの中心部分を押圧する際の荷重が所望の荷重より小さい場合、ウェハ同士の接合不良が生じる場合があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板を押圧する際の荷重を適切に制御し、基板同士の接合を適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の基板を吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有することを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、押動部材がアクチュエータ部とシリンダ部を有しているので、シリンダ部によってアクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧することができる。すなわち、押動部材は、アクチュエータ部によって荷重の制御をし、シリンダ部によってアクチュエータ部の移動の制御をしている。このように本発明の押動部材は、荷重の制御と移動の制御を別の機構で制御しているため、第１の基板の中心部にかかる荷重をより厳密に制御することができる。そして、このように適切な荷重で第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合できる。したがって、第１の基板と第２の基板の接合を適切に行うことができる。その結果、接合不良の製品を低減して、製品の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
前記アクチュエータ部には、当該アクチュエータ部に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられていてもよい。
【００１０】
前記第１の保持部材には第１の基板の中心部に対応する位置に厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、前記押動部材は前記第１の保持部材の上面に設けられ、前記アクチュエータ部の先端部は前記貫通孔を挿通するように配置されていてもよい。
【００１１】
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領域と、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。
【００１２】
また別な観点による本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、前記接合方法は、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧する押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴としている。
【００１３】
前記押圧工程において、電空レギュレータから所定の圧力の空気を前記アクチュエータ部に供給して、第１の基板の中心部にかかる荷重を制御してもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板を押圧する際の荷重を適切に制御し、基板同士の接合を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。
【図４】表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】下部電極の平面図である。
【図６】表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】表面親水化装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図８】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図９】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１０】位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１１】反転機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１２】上部チャックと下部チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図１３】上部チャックを下方から見た平面図である。
【図１４】押動部材の構成の概略を示す斜視図である。
【図１５】下部チャックを上方から見た平面図である。
【図１６】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。
【図１７】上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１８】上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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、第１の基板としての「上ウェハＷＵ」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ＷＬ」という。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。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して、重合基板としての重合ウェハＷＴを形成する。
【００２０】
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、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション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。
【００２１】
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。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴ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ＷＵと下ウェハＷＬ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を異常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。
【００２２】
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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００２３】
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。
【００２４】
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を改質する表面改質装置３０が配置されている。
【００２５】
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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬ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。
【００２６】
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、５１が下から順に２段に設けられている。
【００２７】
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。
【００２８】
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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００２９】
次に、上述した表面改質装置３０の構成について説明する。表面改質装置３０は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器７０を有している。処理容器７０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられている。
【００３０】
処理容器７０の内部には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置させるための下部電極８０が設けられている。下部電極８０は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、例えばモータなどを備えた駆動部８１が設けられている。この駆動部８１により、下部電極８０は昇降自在になっている。
【００３１】
下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられている。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調節された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調節される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬに伝達されて、ウェハＷＵ、ＷＬが所望の温度に調節される。
【００３２】
なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。
【００３３】
下部電極８０の上部は、ウェハＷＵ、ＷＬを静電吸着するための静電チャック９０に構成されている。静電チャック９０は、例えばポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、例えば銅箔などの導電膜９３を配置した構造を有している。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して高圧電源９６に接続されている。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）にウェハＷＵ、ＷＬが静電吸着させられる。
【００３４】
下部電極８０の上面には、ウェハＷＵ、ＷＬの裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられている。図５に示すように複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において、複数の同心円状に均一に配置されている。
【００３５】
各伝熱ガス供給穴１００には、図４に示すように伝熱ガス供給管１０１が接続されている。伝熱ガス供給管１０１はガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウムなどの伝熱ガスが、下部電極８０の上面とウェハＷＵ、ＷＬの裏面ＷＵ２、ＷＬ２との間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面からウェハＷＵ、ＷＬに効率よく熱が伝達される。
【００３６】
なお、ウェハＷＵ、ＷＬに十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。
【００３７】
下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬの外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置されている。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側のウェハＷＵ、ＷＬにだけ効果的に入射せしめるように作用する。
【００３８】
下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置されている。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。
【００３９】
下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続されている。給電棒１０４には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１０５を介して、第１の高周波電源１０６が接続されている。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。
【００４０】
下部電極８０の上方には、上部電極１１０が配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調節される。
【００４１】
上部電極１１０には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２が接続されている。プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、例えば１００ＭＨｚの高周波電圧が、上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。
【００４２】
なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、後述する制御部３００によって制御される。
【００４３】
上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成されている。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続されている。ガス供給管１２１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１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１２３が設けられている。そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。
【００４４】
中空部１２０の内部には、処理ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられている。バッフル板１２４には、多数の小孔が設けられている。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成されている。
【００４５】
処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成されている。吸気口１３０には、処理容器７０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１３１に連通する吸気管１３２が接続されている。
【００４６】
なお、下部電極８０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、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能になっている。
【００４７】
次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
【００４８】
処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
【００４９】
スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。なお、後述するカップ１６２が昇降自在になっていてもよい。
【００５０】
スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。
【００５１】
図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
【００５２】
ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
【００５３】
純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水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１７８が設けられている。
【００５４】
スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。なお、スクラブ洗浄具１８０は本実施の形態に限定されず、例えば２流体スプレーノズルやメガソニック洗浄を行う治具であってもよい。
【００５５】
なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０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ていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
【００５６】
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８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。
【００５７】
処理容器１９０の内部は、内壁１９３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１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４が形成されている。
【００５８】
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２００が設けられている。トランジション２００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。
【００５９】
搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路２０１上を移動自在なウェハ搬送体２０２が設けられている。ウェハ搬送体２０２は、図８及び図９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。
【００６０】
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２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３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。
【００６１】
また、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２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１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２２２が設けられている。保持アーム２２１は、第１の駆動部２２３に支持されている。この第１の駆動部２２３により、保持アーム２２１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２２３の下方には、第２の駆動部２２４が設けられている。この第２の駆動部２２４により、第１の駆動部２２３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２２４は、図８及び図９に示すＹ方向に延伸するレール２２５に取り付けられている。レール２２５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２２４により、反転機構２２０は、レール２２５に沿って位置調節機構２１０と後述する上部チャック２３０との間を移動可能になっている。なお、反転機構２２０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２２０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体２０２に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。また、位置調節機構２１０に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
【００６２】
処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷＵを下面で吸着保持する第１の保持部材としての上部チャック２３０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する第２の保持部材としての下部チャック２３１とが設けられている。下部チャック２３１は、上部チャック２３０の下方に設けられ、上部チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬは対向して配置可能となっている。
【００６３】
上部チャック２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上部チャック２３０の上面外周部を支持している。下部チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下部チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下部チャック２３１の下方には、下ウェハ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、下部チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部チャック２３１の上面から突出可能になっている。
【００６４】
上部チャック２３０は、図１２に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１３に示すように上部チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１２に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
【００６５】
なお、以下において、上述した３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、それぞれ第１の領域２３０ａ、第２の領域２３０ｂ、第３の領域２３０ｃという場合がある。また、吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを、それぞれ第１の吸引管２４０ａ、第２の吸引管２４０ｂ、第３の吸引管２４０ｃという場合がある。さらに、真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを、それぞれ第１の真空ポンプ２４１ａ、第２の真空ポンプ２４１ｂ、第３の真空ポンプ２４１ｃという場合がある。
【００６６】
上部チャック２３０の中心部には、当該上部チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４２が形成されている。この上部チャック２３０の中心部は、当該上部チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷＵの中心部に対応している。そして、貫通孔２４２には、後述する押動部材２５０におけるアクチュエータ部２５１の先端部２５１ａが挿通するようになっている。
【００６７】
上部チャック２３０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１とシリンダ部２５２とを有している。
【００６８】
アクチュエータ部２５１には、図１４に示すようにアクチュエータ部２５１に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータ２５３が設けられている。アクチュエータ部２５１は、この電空レギュレータ２５３から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータ２５３からの空気によって、アクチュエータ部２５１は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部２５１の先端部２５１ａは、電空レギュレータ２５３からの空気によって、貫通孔２４２を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
【００６９】
アクチュエータ部２５１は、ブランケット２５４を介してシリンダ部２５２に支持されている。シリンダ部２５２は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させることができる。
【００７０】
以上のように押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１によって荷重の制御をし、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１の移動の制御をしている。そして、押動部材２５０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部とを当接させて押圧することができる。
【００７１】
上部チャック２３０には、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する上部撮像部材２５５が設けられている。上部撮像部材２５５には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５５は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
【００７２】
下部チャック２３１は、図１５に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下部チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１２に示すように下ウェハＷＬを吸着保持するための吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下部チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷＬの真空引きを設定可能に構成されている。
【００７３】
下部チャック２３１の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが当該下部チャック２３１から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材２６２が設けられている。ストッパ部材２６２は、その頂部が少なくとも下部チャック２３１上の重合ウェハＷＴよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材２６２は、図１５に示すように下部チャック２３１の外周部に複数個所、例えば５箇所に設けられている。
【００７４】
下部チャック２３１には、図１２に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する下部撮像部材２６３が設けられている。下部撮像部材２６３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６３は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
【００７５】
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、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。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３００にインストールされたものであってもよい。
【００７６】
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１６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。
【００７７】
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、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の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。
【００７８】
次に上ウェハＷＵ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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。
【００７９】
その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６．７Ｐａ〜６６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵを処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
【００８０】
また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば２５００Vの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷＵが静電吸着させられる。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷＵは、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、例えば２０℃〜３０℃に維持される。
【００８１】
その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、例えば１００ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。
【００８２】
この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質されると共に、当該表面ＷＵ１上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが表面ＷＵ１上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、この酸素ガスのプラズマによって表面ＷＵ１上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、酸素ガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１６の工程Ｓ１）。
【００８３】
次に上ウェハＷＵ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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
【００８４】
続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に水酸基が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１６の工程Ｓ２）。
【００８５】
次に上ウェハＷＵ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ＷＵは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１６の工程Ｓ３）。
【００８６】
その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１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２２１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１６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。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、後述する反転機構２２０の移動中に行われてもよい。
【００８７】
その後、反転機構２２０が上部チャック２３０側に移動し、反転機構２２０から上部チャック２３０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２３０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１６の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック２３０で待機する。
【００８８】
上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１〜Ｓ５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２２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。
【００８９】
次に下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が改質される（図１６の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。
【００９０】
その後、下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が親水化される共に当該表面ＷＬ１が洗浄される（図１６の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の親水化及び洗浄は、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。
【００９１】
その後、下ウェハＷＬ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ＷＬは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１６の工程Ｓ８）。
【００９２】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体２０２によって下部チャック２３１に搬送され、下部チャック２３１に吸着保持される（図１６の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。そして、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２３１に吸着保持される。
【００９３】
次に、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬとの水平方向の位置調節を行う。図１７に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５５を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、下部撮像部材２６３を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５５が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６３が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、下部チャック２３１によって下ウェハＷＬの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷＬの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１６の工程Ｓ１０）。
【００９４】
なお、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷＬ、ＷＵの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
【００９５】
その後、チャック駆動部２３４によって、図１８に示すように下部チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔Ｄが所定の距離、例えば５０μｍになるように下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１６の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５〜工程Ｓ１１において、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。同様に工程Ｓ９〜工程Ｓ１１において、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。
【００９６】
その後、第１の真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１９に示すように第１の領域２３０ａにおける第１の吸引管２４０ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このとき、第２の領域２３０ｂと第３の領域２３０ｃでは、上ウェハＷＵが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材２５０のシリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１を下降させることによって、上ウェハＷＵの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷＵを下降させる。このとき、電空レギュレータ２５３から供給される空気によって、アクチュエータ部２５１には、上ウェハＷＵがない状態で当該押動ピン２５１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２５０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を当接させて押圧する（図１６の工程Ｓ１２）。
【００９７】
そうすると、押圧された上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部との間で接合が開始する（図１９中の太線部）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ６において改質されているため、先ず、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。その後、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ７において親水化されているため、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。
【００９８】
その後、図２０に示すように押動部材２５０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧した状態で、第２の真空ポンプ２４１ｂの作動を停止して、第２の領域２３０ｂにおける第２の吸引管２４０ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、第２の領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。さらにその後、第３の真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３の領域２３０ｃにおける第３の吸引管２４０ｃからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このように上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵの真空引きを停止し、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接する。そして、上述した表面ＷＵ１、ＷＬ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が、上述した結合が順次拡がる。こうして、図２１に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が全面で当接し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図１６の工程Ｓ１３）。
【００９９】
その後、図２２に示すように押動部材２５０を上部チャック２３０まで上昇させる。また、下部チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下部チャック２３１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。
【０１００】
上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合された重合ウェハＷＴ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。
【０１０１】
以上の実施の形態によれば、押動部材２５０がアクチュエータ部２５１とシリンダ部２５２を有しているので、工程Ｓ１２において、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部２５１を上ウェハＷＵの中心部に当接させつつ、アクチュエータ部２５１によって上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御して、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧することができる。すなわち、押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１によって荷重の制御をし、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１の移動の制御をしている。このように本実施の形態の押動部材２５０は、荷重の制御と移動の制御を別の機構２５１、２５２で制御しているため、上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を厳密に制御することができる。しかも、アクチュエータ部２５１の荷重の制御は、厳密な圧力制御が可能な電空レギュレータ２５３から供給される空気によって行われるため、上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重をより厳密に制御することができる。そして、工程Ｓ１３において、このように適切な荷重で上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部が押圧された状態で、上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを順次接合できる。したがって、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの接合を適切に行うことができる。その結果、接合不良の製品を低減して、製品の歩留まりを向上させることができる。
【０１０２】
なお、押動部材が例えばエアシリンダ構造のみを有している場合も考えられる。しかしながら、エアシリンダ構造は厳密な荷重制御ができず、本実施の形態のように、押動部材に２００ｇのような小さい荷重をかけると、当該押動部材が動かないおそれがある。この点、本実施の形態の押動部材２５０は、適切な荷重制御を行う上で有用である。また、押動部材がエアシリンダ構造だと、予め定められた値の荷重にしか制御できない。この点、本実施の形態の押動部材２５０は、電空レギュレータ２５３からの空気の圧力を調節することで、アクチュエータ部２５１による上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御することができる。したがって、本実施の形態によれば、荷重制御の自由度を向上させることができる。
【０１０３】
また、接合装置４１は、ウェハＷＵ、ＷＬを接合するための上部チャック２３０と下部チャック２３１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０と、上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構２２０も備えているので、一の装置内でウェハＷＵ、ＷＬの接合を効率よく行うことができる。さらに、接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０と、表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１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ＷＵ、ＷＬ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。
【０１０４】
以上の実施の形態では、チャック駆動部２３４によって下部チャック２３１が鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在になっていたが、上部チャック２３０を鉛直方向に昇降自在にし、あるいは水平方向に移動自在に構成してもよい。また、上部チャック２３０と下部チャック２３１の両方が、鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在に構成されていてもよい。
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
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
６０ ウェハ搬送領域
２３０ 上部チャック
２３１ 下部チャック
２４２ 貫通孔
２５０ 押動部材
２５１ アクチュエータ部
２５１ａ 先端部
２５２ シリンダ部
２５３ 電空レギュレータ
３００ 制御部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＵ１ 表面
ＷＬ 下ウェハ
ＷＬ１ 表面
ＷＴ 重合ウェハ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）の接合が行われる。例えば貼り合わせ装置は、２枚のウェハを上下に配置した状態（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。）で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。また押動ピンは、バネ機構にて作動し、加重機構にて昇降する加重付与装置内に組み込まれている。すなわち、加重付与装置は単動式のシリンダ構造を有し、かかる構造によって上ウェハの中心部分を押圧する。以上の貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハ同士の接合が行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の貼り合わせ装置を用いた場合、加重付与装置は単動式のシリンダ構造で上ウェハの中心部分を押圧しており、押動ピンの移動の制御をしつつ、上ウェハの中心部分にかかる荷重の制御をしている。このように加重付与装置は移動と荷重の両方を制御しているため、厳密な荷重制御をすることができない。そうすると、例えば上ウェハの中心部分を押圧する際の荷重が所望の荷重より大きい場合、ウェハが破損し、製品の歩留まりが低下するおそれがあった。また、例えば上ウェハの中心部分を押圧する際の荷重が所望の荷重より小さい場合、ウェハ同士の接合不良が生じる場合があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板を押圧する際の荷重を適切に制御し、基板同士の接合を適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の基板を吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有することを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、押動部材がアクチュエータ部とシリンダ部を有しているので、シリンダ部によってアクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧することができる。すなわち、押動部材は、アクチュエータ部によって荷重の制御をし、シリンダ部によってアクチュエータ部の移動の制御をしている。このように本発明の押動部材は、荷重の制御と移動の制御を別の機構で制御しているため、第１の基板の中心部にかかる荷重をより厳密に制御することができる。そして、このように適切な荷重で第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合できる。したがって、第１の基板と第２の基板の接合を適切に行うことができる。その結果、接合不良の製品を低減して、製品の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
前記アクチュエータ部には、当該アクチュエータ部に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられていてもよい。
【００１０】
前記第１の保持部材には第１の基板の中心部に対応する位置に厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、前記押動部材は前記第１の保持部材の上面に設けられ、前記アクチュエータ部の先端部は前記貫通孔を挿通するように配置されていてもよい。
【００１１】
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領域と、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。
【００１２】
また別な観点による本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、前記接合方法は、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧する押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴としている。
【００１３】
前記押圧工程において、電空レギュレータから所定の圧力の空気を前記アクチュエータ部に供給して、第１の基板の中心部にかかる荷重を制御してもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板を押圧する際の荷重を適切に制御し、基板同士の接合を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。
【図４】表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】下部電極の平面図である。
【図６】表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】表面親水化装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図８】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図９】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１０】位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１１】反転機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１２】上部チャックと下部チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図１３】上部チャックを下方から見た平面図である。
【図１４】押動部材の構成の概略を示す斜視図である。
【図１５】下部チャックを上方から見た平面図である。
【図１６】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。
【図１７】上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１８】上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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、第１の基板としての「上ウェハＷＵ」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ＷＬ」という。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。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して、重合基板としての重合ウェハＷＴを形成する。
【００２０】
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、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション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。
【００２１】
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。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴ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ＷＵと下ウェハＷＬ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を異常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。
【００２２】
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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００２３】
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。
【００２４】
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を改質する表面改質装置３０が配置されている。
【００２５】
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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬ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。
【００２６】
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、５１が下から順に２段に設けられている。
【００２７】
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。
【００２８】
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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００２９】
次に、上述した表面改質装置３０の構成について説明する。表面改質装置３０は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器７０を有している。処理容器７０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられている。
【００３０】
処理容器７０の内部には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置させるための下部電極８０が設けられている。下部電極８０は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、例えばモータなどを備えた駆動部８１が設けられている。この駆動部８１により、下部電極８０は昇降自在になっている。
【００３１】
下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられている。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調節された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調節される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬに伝達されて、ウェハＷＵ、ＷＬが所望の温度に調節される。
【００３２】
なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。
【００３３】
下部電極８０の上部は、ウェハＷＵ、ＷＬを静電吸着するための静電チャック９０に構成されている。静電チャック９０は、例えばポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、例えば銅箔などの導電膜９３を配置した構造を有している。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して高圧電源９６に接続されている。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）にウェハＷＵ、ＷＬが静電吸着させられる。
【００３４】
下部電極８０の上面には、ウェハＷＵ、ＷＬの裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられている。図５に示すように複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において、複数の同心円状に均一に配置されている。
【００３５】
各伝熱ガス供給穴１００には、図４に示すように伝熱ガス供給管１０１が接続されている。伝熱ガス供給管１０１はガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウムなどの伝熱ガスが、下部電極８０の上面とウェハＷＵ、ＷＬの裏面ＷＵ２、ＷＬ２との間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面からウェハＷＵ、ＷＬに効率よく熱が伝達される。
【００３６】
なお、ウェハＷＵ、ＷＬに十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。
【００３７】
下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬの外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置されている。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側のウェハＷＵ、ＷＬにだけ効果的に入射せしめるように作用する。
【００３８】
下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置されている。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。
【００３９】
下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続されている。給電棒１０４には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１０５を介して、第１の高周波電源１０６が接続されている。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。
【００４０】
下部電極８０の上方には、上部電極１１０が配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調節される。
【００４１】
上部電極１１０には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２が接続されている。プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、例えば１００ＭＨｚの高周波電圧が、上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。
【００４２】
なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、後述する制御部３００によって制御される。
【００４３】
上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成されている。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続されている。ガス供給管１２１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１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１２３が設けられている。そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。
【００４４】
中空部１２０の内部には、処理ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられている。バッフル板１２４には、多数の小孔が設けられている。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成されている。
【００４５】
処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成されている。吸気口１３０には、処理容器７０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１３１に連通する吸気管１３２が接続されている。
【００４６】
なお、下部電極８０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、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能になっている。
【００４７】
次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
【００４８】
処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
【００４９】
スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。なお、後述するカップ１６２が昇降自在になっていてもよい。
【００５０】
スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。
【００５１】
図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
【００５２】
ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
【００５３】
純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水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１７８が設けられている。
【００５４】
スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。なお、スクラブ洗浄具１８０は本実施の形態に限定されず、例えば２流体スプレーノズルやメガソニック洗浄を行う治具であってもよい。
【００５５】
なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０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ていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
【００５６】
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８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。
【００５７】
処理容器１９０の内部は、内壁１９３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１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４が形成されている。
【００５８】
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２００が設けられている。トランジション２００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。
【００５９】
搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路２０１上を移動自在なウェハ搬送体２０２が設けられている。ウェハ搬送体２０２は、図８及び図９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。
【００６０】
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２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３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。
【００６１】
また、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２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１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２２２が設けられている。保持アーム２２１は、第１の駆動部２２３に支持されている。この第１の駆動部２２３により、保持アーム２２１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２２３の下方には、第２の駆動部２２４が設けられている。この第２の駆動部２２４により、第１の駆動部２２３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２２４は、図８及び図９に示すＹ方向に延伸するレール２２５に取り付けられている。レール２２５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２２４により、反転機構２２０は、レール２２５に沿って位置調節機構２１０と後述する上部チャック２３０との間を移動可能になっている。なお、反転機構２２０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２２０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体２０２に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。また、位置調節機構２１０に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
【００６２】
処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷＵを下面で吸着保持する第１の保持部材としての上部チャック２３０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する第２の保持部材としての下部チャック２３１とが設けられている。下部チャック２３１は、上部チャック２３０の下方に設けられ、上部チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬは対向して配置可能となっている。
【００６３】
上部チャック２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上部チャック２３０の上面外周部を支持している。下部チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下部チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下部チャック２３１の下方には、下ウェハ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、下部チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部チャック２３１の上面から突出可能になっている。
【００６４】
上部チャック２３０は、図１２に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１３に示すように上部チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１２に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
【００６５】
なお、以下において、上述した３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、それぞれ第１の領域２３０ａ、第２の領域２３０ｂ、第３の領域２３０ｃという場合がある。また、吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを、それぞれ第１の吸引管２４０ａ、第２の吸引管２４０ｂ、第３の吸引管２４０ｃという場合がある。さらに、真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを、それぞれ第１の真空ポンプ２４１ａ、第２の真空ポンプ２４１ｂ、第３の真空ポンプ２４１ｃという場合がある。
【００６６】
上部チャック２３０の中心部には、当該上部チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４２が形成されている。この上部チャック２３０の中心部は、当該上部チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷＵの中心部に対応している。そして、貫通孔２４２には、後述する押動部材２５０におけるアクチュエータ部２５１の先端部２５１ａが挿通するようになっている。
【００６７】
上部チャック２３０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１とシリンダ部２５２とを有している。
【００６８】
アクチュエータ部２５１には、図１４に示すようにアクチュエータ部２５１に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータ２５３が設けられている。アクチュエータ部２５１は、この電空レギュレータ２５３から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータ２５３からの空気によって、アクチュエータ部２５１は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部２５１の先端部２５１ａは、電空レギュレータ２５３からの空気によって、貫通孔２４２を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
【００６９】
アクチュエータ部２５１は、ブランケット２５４を介してシリンダ部２５２に支持されている。シリンダ部２５２は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させることができる。
【００７０】
以上のように押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１によって荷重の制御をし、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１の移動の制御をしている。そして、押動部材２５０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部とを当接させて押圧することができる。
【００７１】
上部チャック２３０には、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する上部撮像部材２５５が設けられている。上部撮像部材２５５には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５５は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
【００７２】
下部チャック２３１は、図１５に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下部チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１２に示すように下ウェハＷＬを吸着保持するための吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下部チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷＬの真空引きを設定可能に構成されている。
【００７３】
下部チャック２３１の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが当該下部チャック２３１から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材２６２が設けられている。ストッパ部材２６２は、その頂部が少なくとも下部チャック２３１上の重合ウェハＷＴよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材２６２は、図１５に示すように下部チャック２３１の外周部に複数個所、例えば５箇所に設けられている。
【００７４】
下部チャック２３１には、図１２に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する下部撮像部材２６３が設けられている。下部撮像部材２６３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６３は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
【００７５】
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、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。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３００にインストールされたものであってもよい。
【００７６】
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１６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。
【００７７】
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、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の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。
【００７８】
次に上ウェハＷＵ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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。
【００７９】
その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６．７Ｐａ〜６６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵを処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
【００８０】
また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば２５００Vの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷＵが静電吸着させられる。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷＵは、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、例えば２０℃〜３０℃に維持される。
【００８１】
その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、例えば１００ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。
【００８２】
この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質されると共に、当該表面ＷＵ１上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが表面ＷＵ１上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、この酸素ガスのプラズマによって表面ＷＵ１上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、酸素ガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１６の工程Ｓ１）。
【００８３】
次に上ウェハＷＵ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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
【００８４】
続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に水酸基が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１６の工程Ｓ２）。
【００８５】
次に上ウェハＷＵ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ＷＵは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１６の工程Ｓ３）。
【００８６】
その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１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２２１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１６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。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、後述する反転機構２２０の移動中に行われてもよい。
【００８７】
その後、反転機構２２０が上部チャック２３０側に移動し、反転機構２２０から上部チャック２３０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２３０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１６の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック２３０で待機する。
【００８８】
上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１〜Ｓ５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２２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。
【００８９】
次に下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が改質される（図１６の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。
【００９０】
その後、下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が親水化される共に当該表面ＷＬ１が洗浄される（図１６の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の親水化及び洗浄は、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。
【００９１】
その後、下ウェハＷＬ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ＷＬは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１６の工程Ｓ８）。
【００９２】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体２０２によって下部チャック２３１に搬送され、下部チャック２３１に吸着保持される（図１６の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。そして、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２３１に吸着保持される。
【００９３】
次に、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬとの水平方向の位置調節を行う。図１７に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５５を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、下部撮像部材２６３を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５５が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６３が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、下部チャック２３１によって下ウェハＷＬの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷＬの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１６の工程Ｓ１０）。
【００９４】
なお、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷＬ、ＷＵの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
【００９５】
その後、チャック駆動部２３４によって、図１８に示すように下部チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔Ｄが所定の距離、例えば５０μｍになるように下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１６の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５〜工程Ｓ１１において、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。同様に工程Ｓ９〜工程Ｓ１１において、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。
【００９６】
その後、第１の真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１９に示すように第１の領域２３０ａにおける第１の吸引管２４０ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このとき、第２の領域２３０ｂと第３の領域２３０ｃでは、上ウェハＷＵが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材２５０のシリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１を下降させることによって、上ウェハＷＵの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷＵを下降させる。このとき、電空レギュレータ２５３から供給される空気によって、アクチュエータ部２５１には、上ウェハＷＵがない状態で当該押動ピン２５１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２５０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を当接させて押圧する（図１６の工程Ｓ１２）。
【００９７】
そうすると、押圧された上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部との間で接合が開始する（図１９中の太線部）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ６において改質されているため、先ず、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。その後、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ７において親水化されているため、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。
【００９８】
その後、図２０に示すように押動部材２５０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧した状態で、第２の真空ポンプ２４１ｂの作動を停止して、第２の領域２３０ｂにおける第２の吸引管２４０ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、第２の領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。さらにその後、第３の真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３の領域２３０ｃにおける第３の吸引管２４０ｃからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このように上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵの真空引きを停止し、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接する。そして、上述した表面ＷＵ１、ＷＬ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が、上述した結合が順次拡がる。こうして、図２１に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が全面で当接し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図１６の工程Ｓ１３）。
【００９９】
その後、図２２に示すように押動部材２５０を上部チャック２３０まで上昇させる。また、下部チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下部チャック２３１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。
【０１００】
上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合された重合ウェハＷＴ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。
【０１０１】
以上の実施の形態によれば、押動部材２５０がアクチュエータ部２５１とシリンダ部２５２を有しているので、工程Ｓ１２において、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部２５１を上ウェハＷＵの中心部に当接させつつ、アクチュエータ部２５１によって上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御して、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧することができる。すなわち、押動部材２５０は、アクチュエータ部２５１によって荷重の制御をし、シリンダ部２５２によってアクチュエータ部２５１の移動の制御をしている。このように本実施の形態の押動部材２５０は、荷重の制御と移動の制御を別の機構２５１、２５２で制御しているため、上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を厳密に制御することができる。しかも、アクチュエータ部２５１の荷重の制御は、厳密な圧力制御が可能な電空レギュレータ２５３から供給される空気によって行われるため、上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重をより厳密に制御することができる。そして、工程Ｓ１３において、このように適切な荷重で上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部が押圧された状態で、上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを順次接合できる。したがって、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの接合を適切に行うことができる。その結果、接合不良の製品を低減して、製品の歩留まりを向上させることができる。
【０１０２】
なお、押動部材が例えばエアシリンダ構造のみを有している場合も考えられる。しかしながら、エアシリンダ構造は厳密な荷重制御ができず、本実施の形態のように、押動部材に２００ｇのような小さい荷重をかけると、当該押動部材が動かないおそれがある。この点、本実施の形態の押動部材２５０は、適切な荷重制御を行う上で有用である。また、押動部材がエアシリンダ構造だと、予め定められた値の荷重にしか制御できない。この点、本実施の形態の押動部材２５０は、電空レギュレータ２５３からの空気の圧力を調節することで、アクチュエータ部２５１による上ウェハＷＵの中心部にかかる荷重を制御することができる。したがって、本実施の形態によれば、荷重制御の自由度を向上させることができる。
【０１０３】
また、接合装置４１は、ウェハＷＵ、ＷＬを接合するための上部チャック２３０と下部チャック２３１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０と、上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構２２０も備えているので、一の装置内でウェハＷＵ、ＷＬの接合を効率よく行うことができる。さらに、接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０と、表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１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ＷＵ、ＷＬ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。
【０１０４】
以上の実施の形態では、チャック駆動部２３４によって下部チャック２３１が鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在になっていたが、上部チャック２３０を鉛直方向に昇降自在にし、あるいは水平方向に移動自在に構成してもよい。また、上部チャック２３０と下部チャック２３１の両方が、鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在に構成されていてもよい。
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
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
６０ ウェハ搬送領域
２３０ 上部チャック
２３１ 下部チャック
２４２ 貫通孔
２５０ 押動部材
２５１ アクチュエータ部
２５１ａ 先端部
２５２ シリンダ部
２５３ 電空レギュレータ
３００ 制御部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＵ１ 表面
ＷＬ 下ウェハ
ＷＬ１ 表面
ＷＴ 重合ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を接合する接合装置であって、
下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、
前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有することを特徴とする、接合装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ部には、当該アクチュエータ部に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記第１の保持部材には第１の基板の中心部に対応する位置に厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記押動部材は前記第１の保持部材の上面に設けられ、
前記アクチュエータ部の先端部は前記貫通孔を挿通するように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載に接合装置。
【請求項４】
請求項１〜４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領域と、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。
【請求項５】
接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
前記接合装置は、
下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、
前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、
前記接合方法は、
前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、
その後、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧する押圧工程と、
その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項６】
前記押圧工程において、電空レギュレータから所定の圧力の空気を前記アクチュエータ部に供給して、第１の基板の中心部にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
請求項５又は６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。
【請求項８】
請求項７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。
【請求項１】
基板同士を接合する接合装置であって、
下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、
前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有することを特徴とする、接合装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ部には、当該アクチュエータ部に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記第１の保持部材には第１の基板の中心部に対応する位置に厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記押動部材は前記第１の保持部材の上面に設けられ、
前記アクチュエータ部の先端部は前記貫通孔を挿通するように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載に接合装置。
【請求項４】
請求項１〜４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領域と、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。
【請求項５】
接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
前記接合装置は、
下面に第１の基板を吸着保持する第１の保持部材と、
前記第１の保持部材の下方に設けられ、上面に第２の基板を載置して保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
前記押動部材は、第１の基板の中心部と当接して当該第１の基板の中心部にかかる荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、
前記接合方法は、
前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板とを所定の間隔で対向配置する配置工程と、
その後、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第１の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって第１の基板の中心部にかかる荷重を制御して、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧する押圧工程と、
その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が押圧された状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項６】
前記押圧工程において、電空レギュレータから所定の圧力の空気を前記アクチュエータ部に供給して、第１の基板の中心部にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
請求項５又は６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。
【請求項８】
請求項７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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１８６２４５（Ｐ２０１２−１８６２４５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７１５２（Ｐ２０１１−４７１５２）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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