特許 6244188 接合装置、接合方法および接合システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244188

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】接合装置、接合方法および接合システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20171127BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20171127BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   H01L21/68 P

   B23K20/00 310L

   B23K20/00 310P

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-245344(P2013-245344)

(22)【出願日】2013年11月27日

(65)【公開番号】特開2015-103757(P2015-103757A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2015年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】菅川 賢治

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 圭藏

(72)【発明者】

【氏名】増永 隆宏

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−６５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０４６２４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特公平１−１４７０３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１１−２１６８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９１７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２１／０２

Ｈ０１Ｌ２１／６８３

Ｂ２３Ｋ２０／００

(57)【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、
第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
前記第１保持部の下方に設けられ、同心円状に区分けされた複数の吸着領域の少なくとも一部を用いて第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
前記第２保持部の温度と異なる温度の前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させた後、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による前記第２基板の吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することにより、前記第２基板を前記第２保持部の温度に倣って全体的に伸縮させ、その後、前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させる第２基板吸着処理を行う制御部と
を備えることを特徴とする接合装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させた後、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域をより外周側の吸着領域に変えながら複数回実行すること
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保持部と前記第２保持部とを水平方向へ相対移動させることにより、前記第１基板に対する前記第２基板の位置を調整する位置調節機構
をさらに備え、
前記制御部は、
前記第２基板吸着処理後に、前記位置調節機構を制御して前記第１基板に対する前記第２基板の位置を調整すること
を特徴とする請求項１または２に記載の接合装置。

【請求項4】

前記第１保持部は、
同心円状に区分けされた複数の吸着領域を備え、
前記制御部は、
前記第１基板を前記第１保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させた後、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による前記第１基板の吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することにより、前記第１基板を全体的に伸縮させ、その後、前記第１基板を前記第１保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させる第１基板吸着処理を行うこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の接合装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第１基板を前記第１保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させた後、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域をより外周側の吸着領域に変えながら複数回実行すること
を特徴とする請求項４に記載の接合装置。

【請求項6】

前記第１保持部または前記第２保持部の温度を所定の温度に調節する温度調節機構
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の接合装置。

【請求項7】

基板同士を接合する接合方法であって、
第１基板を上方から吸着保持する第１保持工程と、
同心円状に区分けされた複数の吸着領域を備える第２保持部の前記複数の吸着領域を用いて、前記第２保持部の温度と異なる温度の第２基板を下方から吸着保持する第２保持工程と、
前記第２保持工程後に、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による前記第２基板の吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することにより、前記第２基板を前記第２保持部の温度に倣って全体的に伸縮させる保持解除工程と、
前記保持解除工程後に、前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域を用いて吸着保持する再保持工程と、
前記再保持工程後に、前記第１基板と前記第２基板とを接合させる接合工程と
を含むことを特徴とする接合方法。

【請求項8】

基板同士を接合する接合システムであって、
第１基板および第２基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
前記表面改質装置によって改質された前記第１基板および前記第２基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面親水化装置によって親水化された前記第１基板および前記第２基板を接合する接合装置と
を備え、
前記接合装置は、
前記第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
前記第１保持部の下方に設けられ、同心円状に区分けされた複数の吸着領域の少なくとも一部を用いて前記第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
前記第２保持部の温度と異なる温度の前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させた後、前記複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による前記第２基板の吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することにより、前記第２基板を前記第２保持部の温度に倣って全体的に伸縮させ、その後、前記第２基板を前記第２保持部の前記複数の吸着領域に吸着保持させる第２基板吸着処理を行う制御部と
を備えることを特徴とする接合システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、接合装置、接合方法および接合システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体装置の製造工程において、２枚の基板を接合する接合処理が行われる場合がある。たとえば、裏面照射型の撮像素子を備えた半導体装置を製造する場合、フォトダイオード等の半導体素子が形成された第１基板に対して第２基板を接合する接合処理が行われる。

【0003】

接合処理を実行する接合システムは、たとえば、基板の接合される表面を親水化する表面親水化装置と、表面親水化装置によって表面が親水化された基板同士を接合する接合装置とを備える。接合装置は、上チャックと下チャックとで各基板を吸着保持した後、上チャックまたは下チャックを移動させて基板同士を接触させる。これにより、両基板は、ファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１８７７１６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に記載の技術では、基板の伸縮量にバラツキが生じるおそれがあった。

【0006】

すなわち、基板は温度によって伸縮するため、仮に、接合装置へ搬入される基板の温度にバラツキがあると、接合装置は、そのバラついた温度のまま、つまり、伸縮量にバラツキがある状態のまま、基板を上チャックまたは下チャックで吸着保持することとなる。

【0007】

基板が上チャックまたは下チャックに吸着保持されることで、基板の温度は、上チャックまたは下チャックの温度に倣う。しかし、基板の伸縮量は、上チャックまたは下チャックの拘束力によって、上チャックまたは下チャックに吸着保持された時点の伸縮量に維持される。すなわち、基板の伸縮量にバラツキがある状態が維持される。

【0008】

このように基板の伸縮量にバラツキがある状態で接合処理を行った場合、たとえば、基板同士が水平方向にずれて接合されてしまう等の不都合が生じる。また、上チャックまたは下チャックの拘束力によって基板の伸縮が抑制されることで、基板に内部応力が発生して基板に歪みが生じるおそれもある。

【0009】

実施形態の一態様は、基板の伸縮量のバラツキを抑えることのできる接合装置、接合方法および接合システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施形態の一態様に係る接合装置は、基板同士を接合する接合装置であって、第１保持部と、第２保持部と、制御部とを備える。第１保持部は、第１基板を上方から吸着保持する。第２保持部は、第１保持部の下方に設けられ、同心円状に区分けされた複数の吸着領域の少なくとも一部を用いて第２基板を下方から吸着保持する。制御部は、第２保持部の温度と異なる温度の第２基板を第２保持部の複数の吸着領域に吸着保持させた後、複数の吸着領域のうち、一部の吸着領域による第２基板の吸着保持を解除する処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することにより、第２基板を第２保持部の温度に倣って全体的に伸縮させ、その後、第２基板を第２保持部の複数の吸着領域に吸着保持させる第２基板吸着処理を行う。

【発明の効果】

【0011】

実施形態の一態様によれば、基板の伸縮量のバラツキを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式側面図である。

【図3】図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。

【図4】図４は、接合装置の構成を示す模式平面図である。

【図5】図５は、接合装置の構成を示す模式側面図である。

【図6】図６は、位置調節機構の構成を示す模式側面図である。

【図7】図７は、反転機構の構成を示す模式平面図である。

【図8】図８は、反転機構の構成を示す模式側面図である。

【図9】図９は、反転機構の構成を示す模式側面図である。

【図10】図１０は、保持アームおよび保持部材の構成を示す模式側面図である。

【図11】図１１は、接合装置の内部構成を示す模式側面図である。

【図12】図１２は、上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。

【図13】図１３は、上チャックを下方から見た場合の模式平面図である。

【図14】図１４は、下チャックを上方から見た場合の模式平面図である。

【図15】図１５は、接合システムが実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図16】図１６は、上ウェハ吸着処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図17】図１７は、下ウェハ吸着処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図18】図１８は、接合装置の動作説明図である。

【図19】図１９は、接合装置の動作説明図である。

【図20】図２０は、接合装置の動作説明図である。

【図21】図２１は、接合装置の動作説明図である。

【図22】図２２は、接合装置の動作説明図である。

【図23】図２３は、接合装置の動作説明図である。

【図24】図２４は、接合装置の動作説明図である。

【図25】図２５は、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行わない場合における重合ウェハの上下ウェハ径差の測定結果を示す図である。

【図26】図２６は、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行った場合における重合ウェハの上下ウェハ径差の測定結果を示す図である。

【図27】図２７は、変形例に係る上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合装置、接合方法および接合システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0014】

＜１．接合システムの構成＞
まず、本実施形態に係る接合システムの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図であり、図２は、同模式側面図である。また、図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

【0015】

図１に示す本実施形態に係る接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを（図３参照）を接合することによって重合ウェハＴを形成する。

【0016】

第１基板Ｗ１は、たとえばシリコンウェハや化合物半導体ウェハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、たとえば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。

【0017】

以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」と記載する。

【0018】

また、以下では、図３に示すように、上ウェハＷ１の板面のうち、下ウェハＷ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、下ウェハＷ２の板面のうち、上ウェハＷ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。

【0019】

図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２および処理ステーション３は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２および処理ステーション３の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション２および処理ステーション３は、一体的に接続される。

【0020】

搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（たとえば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ載置される。カセットＣ１は上ウェハＷ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は下ウェハＷ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合ウェハＴを収容するカセットである。

【0021】

搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、この搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。搬送装置２２は、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能であり、載置板１１に載置されたカセットＣ１〜Ｃ３と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬送を行う。

【0022】

なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１〜Ｃ３の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板１１には、カセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。

【0023】

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数たとえば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。たとえば処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）には、第１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Ｙ軸正方向側）には、第２処理ブロックＧ２が設けられる。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Ｘ軸負方向側）には、第３処理ブロックＧ３が設けられる。

【0024】

第１処理ブロックＧ１には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ２の結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、その後親水化されやすくするように当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。

【0025】

なお、表面改質装置３０では、たとえば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、かかる酸素イオンが、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。

【0026】

第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０と、接合装置４１とが配置される。表面親水化装置４０は、たとえば純水によって上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。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上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を回転させながら、当該上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に純水を供給する。これにより、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に供給された純水が上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。接合装置４１は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を接合する。接合装置４１の構成については、後述する。

【0027】

第３処理ブロックＧ３には、図２に示すように、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのトランジション装置５０，５１が下から順に２段に設けられる。

【0028】

図１に示すように、第１処理ブロックＧ１〜第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、たとえば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所定の装置に上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。

【0029】

また、図１に示すように、接合システム１は、制御装置３００を備える。制御装置３００は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置３００は、たとえばコンピュータであり、図示しない制御部および記憶部を備える。記憶部には、接合処理等の各種処理を制御するプログラムが格納される。制御部は記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって接合システム１の動作を制御する。

【0030】

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置３００の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

【0031】

本実施形態に係る接合システム１では、接合装置４１による接合処理が接合システム１全体の処理を律速する。このため、接合処理待ちのウェハが生じる場合がある。接合処理待ちのウェハは、たとえば表面親水化装置４０内で待機することとなるが、表面親水化装置４０内での待機時間は、その時々の状況に左右されるため一定ではない。

【0032】

本実施形態において、表面親水化装置４０内の環境温度は、搬送領域６０や表面親水化装置４０などの他のユニットと比べて高くなっている。たとえば、他のユニットの環境温度が２３〜２５℃程度であるのに対し、表面親水化装置４０内の環境温度は、２７〜３０℃程度である。

【0033】

したがって、表面親水化装置４０内での待機時間がほとんどなかったウェハと、表面親水化装置４０内で長時間待機していたウェハとでは、温度にバラツキが生じることとなる。この結果、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２は、温度にバラツキがある状態で、すなわち、ウェハの伸縮量にバラツキがある状態で接合装置４１へ搬入されることとなる。

【0034】

接合装置４１へ搬入される上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の温度にバラツキがある場合、接合装置４１は、そのバラついた温度のまま、つまり、伸縮量にバラツキがある状態のまま、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を後述する上チャックまたは下チャックで吸着保持することとなる。

【0035】

上ウェハＷ１または下ウェハＷ２が上チャックまたは下チャックに吸着保持されることで、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の温度は、上チャックまたは下チャックの温度に倣う。しかし、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の伸縮量は、上チャックまたは下チャックの拘束力によって、上チャックまたは下チャックに吸着保持された時点の伸縮量に維持される。すなわち、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の伸縮量にバラツキがある状態が維持される。

【0036】

従来の接合装置では、上チャックまたは下チャックに吸着保持された時点の上ウェハまたは下ウェハの伸縮量のまま、つまり、伸縮量にバラツキがある状態のままで接合処理を行っていた。このため、従来の接合装置では、たとえば、上ウェハと下ウェハとが水平方向にずれて接合されてしまう等の不都合が生じるおそれがあった。また、上チャックまたは下チャックの拘束力によって上ウェハまたは下ウェハの伸縮が抑制されることで、上ウェハまたは下ウェハに内部応力が発生して上ウェハまたは下ウェハに歪みが生じるおそれもあった。

【0037】

そこで、本実施形態に係る接合装置４１では、上チャックおよび下チャックを用いて上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を吸着保持した後、上チャックおよび下チャックによる上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の吸着保持を一旦解除し、その後、上チャックおよび下チャックを用いて上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を再度吸着保持することとした。

【0038】

上チャックおよび下チャックによる吸着保持を解除することで、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の拘束が解かれるため、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２は、上チャックおよび下チャックの温度に倣って伸縮する。その後、上チャックおよび下チャックを用いて上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を再度吸着保持することで、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の伸縮量が上チャックおよび下チャックの温度に倣った一定の伸縮量に揃った状態で接合処理を行うことが可能となる。

【0039】

このように、本実施形態に係る接合装置４１では、上チャックおよび下チャックによる上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の吸着保持を一旦解除することで、接合前の上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の伸縮量のバラツキを抑えることができる。また、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２に内部応力が発生して上ウェハＷ１および下ウェハＷ２に歪みが生じることも防止することができる。

【0040】

＜２．接合装置の構成＞
次に、上述した接合装置４１の構成について図４〜図１１を参照して説明する。図４は、接合装置４１の構成を示す模式平面図であり、図５は、同模式側面図である。また、図６は、位置調節機構の構成を示す模式側面図である。また、図７は、反転機構の構成を示す模式平面図であり、図８および図９は、同模式側面図であり、図１０は、保持アームおよび保持部材の構成を示す模式側面図である。また、図１１は、接合装置の内部構成を示す模式側面図である。

【0041】

図４に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１９０を有する。処理容器１９０の搬送領域６０側の側面には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴ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が設けられる。

【0042】

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の側面に形成される。また、内壁１９３にも、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬入出口１９４が形成される。

【0043】

搬送領域Ｔ１のＹ軸負方向側には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを一時的に載置するためのトランジション２００が設けられる。トランジション２００は、たとえば２段に形成され、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。

【0044】

搬送領域Ｔ１には、搬送機構２０１が設けられる。搬送機構２０１は、たとえば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。そして、搬送機構２０１は、搬送領域Ｔ１内、または搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間で上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。

【0045】

搬送領域Ｔ１のＹ軸正方向側には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０が設けられる。位置調節機構２１０は、図６に示すように基台２１１と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を吸着保持して回転させる保持部２１２と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出する検出部２１３とを有する。

【0046】

かかる位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を回転させながら検出部２１３で上ウェハＷ１および下ウェハＷ２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上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。

【0047】

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ１の表裏面を反転させる反転機構２２０が設けられる。反転機構２２０は、図７〜図１０に示すように上ウェハＷ１を保持する保持アーム２２１を有する。

【0048】

保持アーム２２１は、水平方向に延在する。また保持アーム２２１には、上ウェハＷ１を保持する保持部材２２２がたとえば４箇所に設けられる。保持部材２２２は、図１０に示すように保持アーム２２１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２２２の側面には、上ウェハＷ１の外周部を保持するための切り欠き２２３が形成される。これら保持部材２２２は、上ウェハＷ１を挟み込んで保持することができる。

【0049】

保持アーム２２１は、図７〜図９に示すように、たとえばモータなどを備えた第１の駆動部２２４に支持される。この第１の駆動部２２４によって、保持アーム２２１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム２２１は、第１の駆動部２２４を中心に回動自在であると共に、水平方向に移動自在である。

【0050】

第１の駆動部２２４の下方には、たとえばモータなどを備えた第２の駆動部２２５が設けられる。この第２の駆動部２２５によって、第１の駆動部２２４は鉛直方向に延在する支持柱２２６に沿って鉛直方向に移動可能である。

【0051】

このように、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１は、第１の駆動部２２４と第２の駆動部２２５によって水平軸周りに回動することができるとともに、鉛直方向および水平方向に移動することができる。また、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１は、第１の駆動部２２４を中心に回動して、位置調節機構２１０から後述する上チャック２３０との間を移動することができる。

【0052】

図５に示すように、処理領域Ｔ２には、上チャック２３０と下チャック２３１とが設けられる。上チャック２３０は、上ウェハＷ１を上方から吸着保持する。また、下チャック２３１は、上チャック２３０の下方に設けられ、下ウェハＷ２を下方から吸着保持する。なお、上チャック２３０は、第１保持部の一例に相当し、下チャック２３１は、第２保持部の一例に相当する。

【0053】

上チャック２３０は、図５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２８０に支持される。

【0054】

支持部材２８０には、下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを撮像する上部撮像部２８１（図１１参照）が設けられる。上部撮像部２８１は、上チャック２３０に隣接して設けられる。

【0055】

図４、図５及び図１１に示すように、下チャック２３１は、当該下チャック２３１の下方に設けられた第１の下チャック移動部２９０に支持される。第１の下チャック移動部２９０は、後述するように下チャック２３１を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させる。また、第１の下チャック移動部２９０は、下チャック２３１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成される。

【0056】

第１の下チャック移動部２９０には、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを撮像する下部撮像部２９１が設けられている。下部撮像部２９１は、下チャック２３１に隣接して設けられる。

【0057】

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２９０は、当該第１の下チャック移動部２９０の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ軸方向）に延伸する一対のレール２９５，２９５に取り付けられる。第１の下チャック移動部２９０は、レール２９５に沿って移動自在に構成される。

【0058】

一対のレール２９５，２９５は、第２の下チャック移動部２９６に設けられる。第２の下チャック移動部２９６は、当該第２の下チャック移動部２９６の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する一対のレール２９７，２９７に取り付けられる。そして、第２の下チャック移動部２９６は、レール２９７に沿って移動自在に、すなわち下チャック２３１を水平方向（Ｘ軸方向）に移動させるように構成される。なお、一対のレール２９７，２９７は、処理容器１９０の底面に設けられた載置台２９８上に設けられる。なお、第１の下チャック移動部２９０および第２の下チャック移動部２９６は、上チャック２３０と下チャック２３１とを水平方向へ相対移動させることにより、上ウェハＷ１に対する下ウェハＷ２の位置を調整する位置調節機構の一例である。

【0059】

次に、上チャック２３０と下チャック２３１の構成について図１２〜図１４を参照して説明する。図１２は、上チャック２３０および下チャック２３１の構成を示す模式側面図である。また、図１３は、上チャック２３０を下方から見た場合の模式平面図であり、図１４は、下チャック２３１を上方から見た場合の模式平面図である。

【0060】

本実施形態に係る上チャック２３０は、ピンチャック方式により上ウェハＷ１を吸着保持する。具体的には、図１２および図１３に示すように、上チャック２３０は、平面視において少なくとも上ウェハＷ１より大きい径を有する本体部４００を有する。本体部４００の下面には、上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎに接触する複数のピン４０１が設けられる。また、本体部４００の下面には、上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎの外周部を支持する外壁部４０２が設けられる。外壁部４０２は、複数のピン４０１の外側に環状に設けられる。

【0061】

上チャック２３０は、外壁部４０２の内側の領域である吸着領域４０３を真空ポンプにより真空引きすることにより、吸着領域４０３を減圧する。このとき、吸着領域４０３の外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷ１は減圧された分だけ大気圧によって吸着領域４０３側に押され、上チャック２３０に上ウェハＷ１が吸着保持される。

【0062】

かかる場合、複数のピン４０１の高さが均一なので、上チャック２３０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２３０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２３０に保持された上ウェハＷ１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Ｗ１の非接合面Ｗ１ｎは複数のピン４０１に支持されているので、上チャック２３０による上ウェハＷ１の真空引きを解除する際、当該上ウェハＷ１が上チャック２３０から剥がれ易くなる。

【0063】

また、本体部４００の下面には、第１隔壁部４０８と第２隔壁部４０９とがさらに設けられており、これら第１隔壁部４０８および第２隔壁部４０９により、上チャック２３０の吸着領域４０３は、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの３つの領域に区分けされる。

【0064】

第１隔壁部４０８は、外壁部４０２よりも本体部４００の内周側において外壁部４０２と同心円状に配置される。第２隔壁部４０９は、外壁部４０２と第１隔壁部４０８との間において外壁部４０２と同心円状に配置される。

【0065】

これにより、吸着領域４０３は、上ウェハＷ１の中央部を吸着保持する第１領域４０３ａと、第１領域４０３ａよりも上ウェハＷ１の外周側の領域を吸着保持する第２領域４０３ｂと、第２領域４０３ｂよりも上ウェハＷ１のさらに外周側の領域を吸着保持する第３領域４０３ｃとに区分けされる。

【0066】

第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの各領域には、それぞれ第１吸引口４０４ａ、第２吸引口４０４ｂおよび第３吸引口４０４ｃが形成される。第１吸引口４０４ａ、第２吸引口４０４ｂおよび第３吸引口４０４ｃには、それぞれ異なる真空ポンプ４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃに連通する第１吸引管４０５ａ、第２吸引管４０５ｂおよび第３吸引管４０５ｃが接続される。これにより、上チャック２３０は、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃごとに上ウェハＷ１を吸着保持することができる。

【0067】

本体部４００の中心部には、当該本体部４００を厚み方向に貫通する貫通孔４０７が形成されている。この本体部４００の中心部は、上チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷ１の中心部に対応している。そして貫通孔４０７には、後述する押動部材４１０の押動ピン４１１が挿通するようになっている。

【0068】

上チャック２３０の上面には、上ウェハＷ１の中心部を押圧する押動部材４１０が設けられる。押動部材４１０は、シリンダ構造を有しており、押動ピン４１１と、当該押動ピン４１１が昇降する際のガイドとなる外筒４１２とを有する。押動ピン４１１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４０７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４１０は、後述する上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合時に、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部とを当接させて押圧することができる。

【0069】

本実施形態に係る下チャック２３１も、上チャック２３０と同様にピンチャック方式により下ウェハＷ２を吸着保持する。

【0070】

図１２及び図１４に示すように、下チャック２３１は、平面視において少なくとも下ウェハＷ２より大きい径を有する本体部４２０を有する。本体部４２０の上面には、下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎに接触する複数のピン４２１が設けられる。また本体部４２０の上面には、下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎの外周部を支持する外壁部４２２が設けられる。外壁部４２２は、複数のピン４２１の外側に環状に設けられる。

【0071】

下チャック２３１は、外壁部４２２の内側の領域である吸着領域４２３を真空ポンプにより真空引きすることにより、吸着領域４２３を減圧する。このとき、吸着領域４２３の外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ２は減圧された分だけ大気圧によって吸着領域４２３側に押され、下チャック２３１に下ウェハＷ２が吸着保持される。

【0072】

かかる場合、複数のピン４２１の高さが均一なので、下チャック２３１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１９０内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピン４２１の間隔が適切であるため、下チャック２３１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２３１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２３１に保持された下ウェハＷ２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Ｗ２の非接合面Ｗ２ｎは複数のピン４２１に支持されているので、下チャック２３１による下ウェハＷ２の真空引きを解除する際、当該下ウェハＷ２が下チャック２３１から剥がれ易くなる。

【0073】

また、本体部４２０の上面には、第１隔壁部４２８と第２隔壁部４２９とがさらに設けられており、これら第１隔壁部４２８および第２隔壁部４２９により、下チャック２３１の吸着領域４２３は、第１領域４２３ａ、第２領域４２３ｂおよび第３領域４２３ｃの３つの領域に区分けされる。

【0074】

第１隔壁部４２８は、外壁部４２２よりも本体部４２０の内周側において外壁部４２２と同心円状に配置される。また、第２隔壁部４２９は、外壁部４２２と第１隔壁部４２８との間において外壁部４２２および第１隔壁部４２８と同心円状に配置される。

【0075】

これにより、吸着領域４２３は、下ウェハＷ２の中央部を吸着保持する第１領域４２３ａと、第１領域４２３ａよりも上ウェハＷ１の外周側の領域を吸着保持する第２領域４２３ｂと、第２領域４２３ｂよりも下ウェハＷ２のさらに外周側の領域を吸着保持する第３領域４２３ｃとに区分けされる。

【0076】

第１領域４２３ａ、第２領域４２３ｂおよび第３領域４２３ｃの各領域には、それぞれ第１吸引口４２４ａ、第２吸引口４２４ｂおよび第３吸引口４２４ｃが形成される。第１吸引口４２４ａ、第２吸引口４２４ｂおよび第３吸引口４２４ｃには、それぞれ異なる真空ポンプ４２６ａ，４２６ｂ，４２６ｃに連通する第１吸引管４２５ａ、第２吸引管４２５ｂおよび第３吸引管４２５ｃが接続される。これにより、下チャック２３１は、第１領域４２３ａ、第２領域４２３ｂおよび第３領域４２３ｃごとに下ウェハＷ２を吸着保持することができる。なお、第１吸引口４２４ａは、複数（ここでは、４つ）形成される。

【0077】

本体部４２０の中心部付近には、当該本体部４２０を厚み方向に貫通する貫通孔４２７が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔４２７には、第１の下チャック移動部２９０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。

【0078】

また、本体部４２０の外周部には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴが下チャック２３１から飛び出したり滑落したりするのを防止するガイド部材４３０が設けられる。ガイド部材４３０は、本体部４２０の外周部に複数箇所、例えば４箇所に等間隔に設けられる。

【0079】

＜３．接合システムの具体的動作＞
次に、以上のように構成された接合システム１の具体的な動作について図１５〜図２４を参照して説明する。

【0080】

図１５は、接合システム１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図１６は、上ウェハ吸着処理の処理手順を示すフローチャートであり、図１７は、下ウェハ吸着処理の処理手順を示すフローチャートである。図１８〜図２４は、接合装置４１の動作説明図である。なお、図１５に示す各種の処理は、制御装置３００による制御に基づいて実行される。

【0081】

先ず、複数枚の上ウェハＷ１を収容したカセットＣ１、複数枚の下ウェハＷ２を収容したカセットＣ２、及び空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の上ウェハＷ１が取り出され、処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。

【0082】

次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊに照射されて、当該接合面Ｗ１ｊがプラズマ処理される。これにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊは改質される（ステップＳ１０１）。

【0083】

次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された上ウェハＷ１を回転させながら、当該上ウェハＷ１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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ１ｊが親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが洗浄される（ステップＳ１０２）。

【0084】

次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ１は、トランジション２００を介して搬送機構２０１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Ｗ１の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。

【0085】

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Ｗ１が受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム２２１を反転させることにより、上ウェハＷ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。

【0086】

その後、上ウェハＷ１は、反転機構２２０によって上チャック２３０の下方に搬送される。そして、上ウェハ吸着処理が行われる（ステップＳ１０５）。上ウェハ吸着処理は、上ウェハＷ１を上チャック２３０で吸着保持した後、上チャック２３０による上ウェハＷ１の吸着保持を一旦解除し、その後、再び上ウェハＷ１を上チャック２３０で吸着保持する処理である。ここで、上ウェハ吸着処理の具体的な内容について図１６を参照して説明する。

【0087】

図１６に示すように、制御装置３００は、真空ポンプ４０６ａ〜４０６ｃを作動させることにより、上チャック２３０の第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの全ての領域で上ウェハＷ１を吸着保持する（ステップＳ２０１）。上ウェハＷ１が上チャック２３０に吸着保持されると、上チャック２３０による拘束力により、上ウェハＷ１の伸縮量は、たとえば表面親水化装置４０内の温度に倣った伸縮量に維持される。

【0088】

つづいて、制御装置３００は、真空ポンプ４０６ａおよび真空ポンプ４０６ｂを停止することにより、第３領域４０３ｃのみで上ウェハＷ１を吸着保持する（ステップＳ２０２）。これにより、第１領域４０３ａおよび第２領域４０３ｂに対応する上ウェハＷ１の部分の拘束が解かれ、かかる部分が上チャック２３０の温度に倣って伸縮する。なお、真空ポンプ４０６ａおよび真空ポンプ４０６ｂを停止させておく時間は、たとえば１〜６０秒程度である。

【0089】

つづいて、制御装置３００は、真空ポンプ４０６ａおよび真空ポンプ４０６ｂを作動させるとともに、真空ポンプ４０６ｃを停止することにより、第１領域４０３ａと第２領域４０３ｂとで上ウェハＷ１を吸着保持する（ステップＳ２０３）。これにより、第３領域４０３ｃに対応する上ウェハＷ１の部分の拘束が解かれ、かかる部分が、上チャック２３０の温度に倣って伸縮する。この結果、上ウェハＷ１全体が、上チャック２３０の温度に倣った伸縮量となる。なお、真空ポンプ４０６ｃを停止させておく時間は、たとえば１〜６０秒程度である。

【0090】

その後、制御装置３００は、真空ポンプ４０６ｃを作動させることにより、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの全ての領域で上ウェハＷ１を吸着保持する（ステップＳ２０４）。これにより、上ウェハＷ１の伸縮量は、上チャック２３０の温度に倣った伸縮量に維持される。

【0091】

このように、制御装置３００は、上ウェハＷ１を上チャック２３０に吸着保持させた後、上チャック２３０による上ウェハＷ１の吸着保持を解除し、その後、上ウェハＷ１を上チャック２３０に吸着保持させる上ウェハ吸着処理を行う。

【0092】

これにより、上チャック２３０に吸着保持される直前の上ウェハＷ１の伸縮量が上ウェハＷ１ごとに異なっていたとしても、接合処理を行う前に、各上ウェハＷ１の伸縮量を、上チャック２３０の温度に倣った一定の伸縮量に揃えることができるため、上ウェハＷ１間における伸縮量のバラツキを抑えることができる。

【0093】

また、制御装置３００は、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃのうちの少なくとも１つを動作させた状態で、残りの吸着領域による上ウェハＷ１の吸着保持を解除し、その後、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの全てを動作させて上ウェハＷ１を上チャック２３０に吸着保持させることとした。

【0094】

したがって、上ウェハＷ１を上チャック２３０から落下させることなく、上ウェハＷ１の伸縮量を上チャック２３０の温度に倣った一定の伸縮量に揃えることができる。

【0095】

さらに、制御装置３００は、上記の処理を、吸着保持を解除する吸着領域を変えながら複数回実行することとした。したがって、上ウェハＷ１の全ての部分を上チャック２３０の温度に倣って伸縮させることができる。

【0096】

また、上チャック２３０の第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃは、同心円状に配置される。このため、上ウェハＷ１を部分的に伸縮させる際に上ウェハＷ１に歪みを生じさせにくい。

【0097】

なお、第１領域４０３ａ、第２領域４０３ｂおよび第３領域４０３ｃの吸着保持をオン・オフする順番や時間、回数等は設定により適宜変更可能である。

【0098】

上ウェハＷ１に対して上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が行われている間、当該上ウェハＷ１に続いて下ウェハＷ２の処理が行われる。先ず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の下ウェハＷ２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。

【0099】

次に、下ウェハＷ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの改質は、上述したステップＳ１０１と同様である。

【0100】

その後、下ウェハＷ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されると共に当該接合面Ｗ２ｊが洗浄される（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０７における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの親水化及び洗浄は、上述したステップＳ１０２と同様である。

【0101】

その後、下ウェハＷ２は、搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ２は、トランジション２００を介して搬送機構２０１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Ｗ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。

【0102】

その後、下ウェハＷ２は、搬送機構２０１によって下チャック２３１の上方に搬送される。そして、下ウェハ吸着処理が行われる（ステップＳ１０９）。下ウェハ吸着処理は、下ウェハＷ２を下チャック２３１で吸着保持した後、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着保持を一旦解除し、その後、再び下ウェハＷ２を下チャック２３１で吸着保持する処理である。ここで、下ウェハ吸着処理の内容について図１７を参照して説明する。

【0103】

図１７に示すように、制御装置３００は、真空ポンプ４２６ａ〜４２６ｃを作動させることにより、下チャック２３１の第１領域４２３ａ、第２領域４２３ｂおよび第３領域４２３ｃの全ての領域で下ウェハＷ２を吸着保持する（ステップＳ３０１）。下ウェハＷ２が下チャック２３１に吸着保持されると、下チャック２３１の拘束力により、下ウェハＷ２の伸縮量は、たとえば表面親水化装置４０内の温度に倣った伸縮量に維持される。

【0104】

つづいて、制御装置３００は、真空ポンプ４２６ａおよび真空ポンプ４２６ｂを停止することにより、第３領域４２３ｃのみで下ウェハＷ２を吸着保持する（ステップＳ３０２）。これにより、第１領域４２３ａおよび第２領域４２３ｂに対応する下ウェハＷ２の部分の拘束が解かれ、かかる部分が下チャック２３１の温度に倣って伸縮する。なお、真空ポンプ４２６ａおよび真空ポンプ４２６ｂを停止させておく時間は、たとえば１〜６０秒程度である。

【0105】

つづいて、制御装置３００は、真空ポンプ４２６ａおよび真空ポンプ４２６ｂを作動させるとともに、真空ポンプ４２６ｃを停止することにより、第１領域４２３ａと第２領域４２３ｂとで下ウェハＷ２を吸着保持する（ステップＳ３０３）。これにより、第３領域４２３ｃに対応する下ウェハＷ２の部分の拘束が解かれ、かかる部分が、下チャック２３１の温度に倣って伸縮する。この結果、下ウェハＷ２全体が、下チャック２３１の温度に倣った伸縮量となる。なお、真空ポンプ４２６ｃを停止させておく時間は、たとえば１〜６０秒程度である。

【0106】

その後、制御装置３００は、真空ポンプ４２６ｃを作動させることにより、第１領域４２３ａ、第２領域４２３ｂおよび第３領域４２３ｃの全ての領域で下ウェハＷ２を吸着保持する（ステップＳ３０４）。これにより、下ウェハＷ２の伸縮量は、下チャック２３１の温度に倣った伸縮量に維持される。

【0107】

このように、制御装置３００は、下ウェハＷ２を下チャック２３１に吸着保持させた後、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着保持を解除し、その後、下ウェハＷ２を下チャック２３１に吸着保持させる下ウェハ吸着処理を行う。

【0108】

これにより、上ウェハ吸着処理と同様に、各下ウェハＷ２の伸縮量を、下チャック２３１の温度に倣った一定の伸縮量に揃えることができるため、下ウェハＷ２間における伸縮量のバラツキを抑えることができる。

【0109】

なお、本実施形態に係る接合装置４１において、上チャック２３０と下チャック２３１の温度は同一であるものとする。したがって、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とはほぼ同一の伸縮量となる。

【0110】

上述した下ウェハ吸着処理の例では、下チャック２３１の第１〜第３領域４２３ａ〜４２３ｃを個別に制御する場合について説明したが、制御装置３００は、第１〜第３領域４２３ａ〜４２３ｃを一様に制御してもよい。具体的には、制御装置３００は、第１〜第３領域４２３ａ〜４２３ｃで下ウェハＷ２を吸着保持した後、第１〜第３領域４２３ａ〜４２３ｃによる下ウェハＷ２の吸着保持を一旦解除し、その後、再び第１〜第３領域４２３ａ〜４２３ｃで下ウェハＷ２を吸着保持してもよい。

【0111】

次に、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。

【0112】

図１８に示すように、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊには予め定められた複数、例えば３点の基準点Ｂ１〜Ｂ３が形成される。基準点Ａ１，Ａ３および基準点Ｂ１，Ｂ３はそれぞれ上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の外周部の基準点であり、基準点Ａ２および基準点Ｂ２はそれぞれ上ウェハＷ１および下ウェハＷ２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、例えば上ウェハＷ１および下ウェハＷ２上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。基準点の数は任意に設定可能である。

【0113】

先ず、図１８に示すように、上部撮像部２８１および下部撮像部２９１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部２９１が上部撮像部２８１の略下方に位置するように、第１の下チャック移動部２９０と第２の下チャック移動部２９６によって下チャック２３１を水平方向に移動させる。そして、上部撮像部２８１と下部撮像部２９１とで共通のターゲットＸを確認し、上部撮像部２８１と下部撮像部２９１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部２９１の水平方向位置が微調節される。

【0114】

次に、図１９に示すように、第１の下チャック移動部２９０によって下チャック２３１を鉛直上方に移動させた後、上チャック２３０と下チャック２３１の水平方向位置の調節を行う。

【0115】

具体的には、第１の下チャック移動部２９０と第２の下チャック移動部２９６によって下チャック２３１を水平方向に移動させながら、上部撮像部２８１を用いて下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの基準点Ｂ１〜Ｂ３を順次撮像する。同時に、下チャック２３１を水平方向に移動させながら、下部撮像部２９１を用いて上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの基準点Ａ１〜Ａ３を順次撮像する。なお、図１９は上部撮像部２８１によって下ウェハＷ２の基準点Ｂ１を撮像するとともに、下部撮像部２９１によって上ウェハＷ１の基準点Ａ１を撮像する様子を示している。

【0116】

撮像された画像は、制御装置３００に出力される。制御装置３００では、上部撮像部２８１で撮像された画像と下部撮像部２９１で撮像された画像とに基づいて、上ウェハＷ１の基準点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ２の基準点Ｂ１〜Ｂ３とがそれぞれ合致するように、第１の下チャック移動部２９０と第２の下チャック移動部２９６によって下チャック２３１の水平方向位置を調節させる。こうして上チャック２３０と下チャック２３１の水平方向位置が調節され、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の水平方向位置が調節される。

【0117】

このように、本実施形態に係る接合装置４１では、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理の後に、すなわち、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の伸縮量を一定の伸縮量に揃えた後で、第１の下チャック移動部２９０および第２の下チャック移動部２９６を制御して上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向位置調整を行うこととした。このため、水平方向位置調整の精度を高めることができる。

【0118】

なお、たとえば基準点Ａ１〜Ａ３または基準点Ｂ１〜Ｂ３の画像が適切に得られなかった場合のように、水平方向位置調節においてエラーが生じた場合には、接合装置４１は、ステップＳ１１０の処理を再度実行してもよい。

【0119】

次に、図２０に示すように、第１の下チャック移動部２９０によって下チャック２３１を鉛直上方に移動させて、上チャック２３０と下チャック２３１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２との鉛直方向位置の調節を行う（ステップＳ１１１）。このとき、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間の間隔は所定の距離、例えば８０μｍ〜２００μｍになっている。

【0120】

次に、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２の接合処理が行われる。

【0121】

先ず、図２１に示すように押動部材４１０の押動ピン４１１を下降させることによって、上ウェハＷ１の中心部を押圧しながら当該上ウェハＷ１を下降させる。このとき、押動ピン４１１には、上ウェハＷ１がない状態で当該押動ピン４１１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４１０によって、上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部を当接させて押圧する（ステップＳ１１２）。

【0122】

そうすると、押圧された上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部との間で接合が開始する（図２１の太線部参照）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０１およびステップＳ１０６において改質されているため、先ず、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が接合される。さらに、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０２およびステップＳ１０７において親水化されているため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間の親水基が水素結合し（分子間力）、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。

【0123】

その後、図２２に示すように、押動部材４１０によって上ウェハＷ１の中心部と下ウェハＷ２の中心部を押圧した状態で真空ポンプ４０６ａ〜４０６ｃを停止して、吸着領域４０３における上ウェハＷ１の真空引きを停止する。そうすると、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に落下する。このとき、上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎは複数のピン４０１に支持されているので、上チャック２３０による上ウェハＷ１の真空引きを解除した際、当該上ウェハＷ１が上チャック２３０から剥がれ易くなっている。

【0124】

そして上ウェハＷ１の中心部から外周部に向けて、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に落下して当接し、上述した接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが全面で当接し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合される（ステップＳ１１３）。

【0125】

その後、図２４に示すように、押動部材４１０の押動ピン４１１を上チャック２３０まで上昇させる。また、真空ポンプ４２６ａ〜４２６ｃを停止し、吸着領域４２３における下ウェハＷ２の真空引きを停止して、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着保持を解除する。このとき、下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎは複数のピン４２１に支持されているので、下チャック２３１による下ウェハＷ２の真空引きを解除した際、当該下ウェハＷ２が下チャック２３１から剥がれ易くなっている。

【0126】

上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合された重合ウェハＴは、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の搬送装置２２によって所定の載置板１１のカセットＣ３に搬送される。こうして、一連の処理が終了する。

【0127】

＜４．従来技術との比較結果＞
ここで、上ウェハ吸着処理（図１６参照）および下ウェハ吸着処理（図１７参照）を行わない場合と上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行った場合とでの、重合ウェハＴの上下ウェハ径差のバラツキの比較結果について図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行わない場合における重合ウェハＴの上下ウェハ径差の測定結果を示す図であり、図２６は、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行った場合における重合ウェハＴの上下ウェハ径差の測定結果を示す図である。

【0128】

なお、図２５および図２６は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合処理を３セット連続で行った場合における各重合ウェハＴの上下ウェハ径差（上ウェハＷ１の直径−下ウェハＷ２の直径）の測定結果を示している。図２５および図２６における「Ｎｏ．１」、「Ｎｏ．２」および「Ｎｏ．３」は、それぞれ１セット目、２セット目および３セット目の接合処理で形成された重合ウェハＴを示す。

【0129】

Ｎｏ．１（１セット目）の接合処理では、表面親水化装置４０での待機時間がゼロの上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合を行った。また、Ｎｏ．２（２セット目）の接合処理では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を表面親水化装置４０で所定時間待機させた後で、両者の接合を行った。また、Ｎｏ．３（３セット目）の接合処理では、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２をＮｏ．２における待機時間よりも長く表面親水化装置４０で待機させた後で、両者の接合を行った。

【0130】

また、図２６には、上チャック２３０および下チャック２３１による吸着保持の解除時間がそれぞれ異なる５パターンの上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行った場合の測定結果を示している。

【0131】

図２５および図２６に示すように、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行うことにより、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行わない場合と比べて、重合ウェハＴの上下ウェハ径差のバラツキが抑えられていることがわかる。

【0132】

また、図２６に示すように、上チャック２３０および下チャック２３１による吸着保持の解除時間が最も短い１秒の場合であっても、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行わない場合と比べて、重合ウェハＴの上下ウェハ径差のバラツキが抑えられていることがわかる。したがって、少なくとも１〜３秒の解除時間を設ければ、重合ウェハＴの上下ウェハ径差のバラツキを抑えることが可能である。

【0133】

上述してきたように、本実施形態に係る接合装置は、基板同士を接合する接合装置であって、第１保持部と、第２保持部と、制御部とを備える。第１保持部は、第１基板を上方から吸着保持する。第２保持部は、第１保持部の下方に設けられ、第２基板を下方から吸着保持する。制御部は、第２基板を第２保持部に吸着保持させた後、第２保持部による第２基板の吸着保持を解除し、その後、第２基板を第２保持部に再び吸着保持させる第２基板吸着処理を行う。

【0134】

したがって、本実施形態に係る接合装置によれば、基板の伸縮量のバラツキを抑えることができる。

【0135】

また、本実施形態に係る接合装置によれば、基板に熱歪みが生じることを防止することができる。また、本実施形態に係る接合装置によれば、上ウェハ吸着処理および下ウェハ吸着処理を行った後で、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向位置調整を行うことにより、水平方向の位置調整精度を向上させることもできる。

【0136】

＜５．その他の実施形態＞
ところで、接合装置４１は、上チャック２３０および下チャック２３１の温度を調節する温度調節機構をさらに備えていてもよい。かかる点について図２７を参照して説明する。図２７は、変形例に係る上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。

【0137】

図２７に示すように、変形例に係る上チャック２３０Ａは、本体部４００Ａの内部に第１温度調節機構４５０を備える。第１温度調節機構４５０は、本体部４００Ａの温度を所定の温度に調節することにより、上チャック２３０Ａに吸着保持された上ウェハＷ１の温度を所定の温度に調節する。

【0138】

また、変形例に係る下チャック２３１Ａは、本体部４２０Ａの内部に第２温度調節機構４５１を備える。第２温度調節機構４５１は、本体部４２０Ａの温度を所定の温度に調節することにより、下チャック２３１Ａに吸着保持された下ウェハＷ２の温度を所定の温度に調節する。なお、第１温度調節機構４５０および第２温度調節機構４５１は、制御装置３００によって制御される。

【0139】

このように、上チャック２３０Ａおよび下チャック２３１Ａに対して第１温度調節機構４５０および第２温度調節機構４５１を設けることにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを所望の温度に調節することができる。したがって、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の伸縮量のバラツキを抑えるだけでなく、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の伸縮量自体も制御することが可能となる。

【0140】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0141】

Ｗ１ 上ウェハ
Ｗ２ 下ウェハ
Ｔ 重合ウェハ
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
２３０ 上チャック
２３１ 下チャック
３００ 制御装置

【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23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】