特許 6382764 接合装置及び接合システム

(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】6382764

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】接合装置及び接合システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20180820BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20180820BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20180820BHJP

   H01L 21/677 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   H01L21/02 Z

   B23K20/00 310P

   B23K20/00 310L

   H01L21/68 P

   H01L21/68 A

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-80602(P2015-80602)

(22)【出願日】2015年4月10日

(65)【公開番号】特開2016-201462(P2016-201462A)

(43)【公開日】2016年12月1日

【審査請求日】2017年8月23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】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(72)【発明者】

【氏名】杉原 紳太郎

(72)【発明者】

【氏名】古家 元

【審査官】 小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５５３８６１３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１２−１１９５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２０９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５４２８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(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、
下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１のチャックと、
前記第１のチャックの下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２のチャックと、
前記第１のチャックの上方に設けられ、当該第１のチャックを保持するチャック保持部と、を有し、
前記第１のチャックは、
本体部と、
前記本体部の下面に設けられ、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部と、
前記本体部の下面において前記複数の吸引部以外の部分に設けられ、第１の基板に接触する複数のピンと、を有し、
前記チャック保持部は、
前記本体部の上面に設けられた支持部材と、
前記支持部材に設けられ、中空且つ内部天井面が傾斜したブロックと、
前記ブロックの内部に設けられ、前記天井面と同じ勾配で傾斜した上面を備えたガイドと、
前記ガイドを水平方向に押し引きする押し引きネジと、
前記本体部に固定して設けられ、且つ前記支持部材を挿通して設けられたシャフトと、を有することを特徴とする、接合装置。

【請求項2】

前記複数の吸引部は、前記本体部の下面において同一円周上に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】

前記複数の吸引部は、前記本体部の下面において複数の円周上に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の接合装置。

【請求項4】

前記第２のチャックは、
第２の基板を真空引きする他の本体部と、
前記他の本体部の上面に設けられ、第２の基板に接触する複数の他のピンと、を有し、
前記第１のチャックにおいて隣り合う前記ピンの間隔は、前記第２のチャックにおいて隣り合う前記他のピンの間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項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。

【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、及び当該接合装置を備えた接合システムに関する。

【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した後、接合装置においてウェハ同士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。

【0004】

上記接合装置は、下面に一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持する下チャックと、上チャックの上方に設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動部材と、を有している。上チャックには、いわゆるピンチャック方式が用いられている。すなわち、上チャックは、上ウェハを真空引きする本体部と、本体部の下面に設けられ、上ウェハに接触する複数のピンと、を有している。

【0005】

かかる接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの中央部を押圧しながら下降させ、当該上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を当接させる。その後、上ウェハの中心部と下ウェハの中心部が当接した状態で、上チャックによる上ウェハの真空引きを停止し、上ウェハの中心部から外周部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する（以下、この接合の拡がりをボンディングウェーブという）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５５３１１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、上述の特許文献１の接合装置では、上ウェハを上チャックから剥離させて上ウェハと下ウェハを接合するが、この上ウェハの剥離性が悪いと、ボンディングウェーブが真円状にならない場合がある。そうすると、上ウェハと下ウェハが接合された重合ウェハには、鉛直方向の歪み（ディストーション）が生じるおそれがある。

【0008】

そして、上チャックに対する上ウェハの剥離性を向上させるという観点からは、できる限り上ウェハを真空引きする領域が小さい方が好ましい。この点、特許文献１の上チャックは、上ウェハを全面で真空引きするので改善の余地がある。

【0009】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板を適切に保持しつつ、基板同士を適切に接合することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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の基板を真空引きして吸着保持する第１のチャックと、前記第１のチャックの下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２のチャックと、前記第１のチャックの上方に設けられ、当該第１のチャックを保持するチャック保持部と、を有し、前記第１のチャックは、本体部と、前記本体部の下面に設けられ、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部と、
前記本体部の下面において前記複数の吸引部以外の部分に設けられ、第１の基板に接触する複数のピンと、を有し、前記チャック保持部は、前記本体部の上面に設けられた支持部材と、前記支持部材に設けられ、中空且つ内部天井面が傾斜したブロックと、前記ブロックの内部に設けられ、前記天井面と同じ勾配で傾斜した上面を備えたガイドと、前記ガイドを水平方向に押し引きする押し引きネジと、前記本体部に固定して設けられ、且つ前記支持部材を挿通して設けられたシャフトと、を有することを特徴としている。

【0011】

本発明によれば、第１のチャックにおいて複数の吸引部で第１の基板を真空引きするので、従来のように第１の基板を全面で真空引きする場合に比べて、真空引きする領域を小さくすることができる。したがって、第１のチャックに対する第１の基板の剥離性を向上させることができ、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。また、複数の吸引部で第１の基板を真空引きするので、第１のチャックに保持された第１の基板が水平方向にずれることがない。したがって、基板同士を適切に接合することができる。

【0012】

ここで、発明者らは、第１のチャックに対する第１の基板の剥離性を向上させるという観点から、本体部に環状の吸引部を設けることも考えた。しかしながら、例えば第１の基板は、当該第１の基板に拘束力が作用していない通常状態で歪んでいる場合がある。かかる場合、環状の吸引部で第１の基板を吸引すると、当該吸引部において第１の基板が矯正されて、第１の基板全体では歪んでしまう。したがって、かかる観点からも、真空引きする領域を小さくするのが好ましく、本発明は有用である。

【0013】

なお、例えば第１のチャックが真空チャック構造を有する場合、重合基板の鉛直方向の歪みが生じ易くなる。第１のチャックの吸引溝では第１の基板を剥離し易いが、一方、例えばその他の吸着面に窪んだ部分がある場合、真空引きを停止しても、当該窪んだ部分に空気が存在して第１の基板が剥離し難くなる。そうすると、この部分が抵抗になってボンディングウェーブが真円状にならないため、第１の基板が引き伸ばされる。このため、重合基板に鉛直方向の歪みが生じると推察される。

【0014】

また、基板同士を接合する際には、第１の基板と第２の基板の隙間が小さい方が、重合基板の鉛直方向の歪みを小さくできる。しかしながら、このように隙間を小さくすると、第１のチャックが真空チャック構造を有する場合には、上述した第１のチャックの吸着面の窪んだ部分において、第１の基板がより剥離し難くなる。そうすると、ボンディングウェーブはますます真円状になり難くなり、重合基板に鉛直方向の歪みが生じやすくなる。

【0015】

この点、本発明の第１のチャックはピンチャック構造を有しているので、第１のチャックによる第１の基板の真空引きを停止した際の剥離性が良い。したがって、ボンディングウェーブが真円状になるので、重合基板の鉛直方向の歪みを抑制することができ、基板同士を適切に接合することができる。

【0016】

前記複数の吸引部は、前記本体部の下面において同一円周上に設けられていてもよい。

【0017】

前記複数の吸引部は、前記本体部の下面において複数の円周上に設けられていてもよい。

【0018】

前記第２のチャックは、第２の基板を真空引きする他の本体部と、前記他の本体部の上面に設けられ、第２の基板に接触する複数の他のピンと、を有し、前記第１のチャックにおいて隣り合う前記ピンの間隔は、前記第２のチャックにおいて隣り合う前記他のピンの間隔よりも大きくてもよい。

【0020】

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。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、基板を適切に保持しつつ、基板同士を適切に接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【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】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。

【図5】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図6】上チャック、チャック保持部、及び下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。

【図7】上チャックを下方から見た平面図である。

【図8】上チャックの下方から見た斜視図である。

【図9】下チャックを上方から見た平面図である。

【図10】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11】上ウェハと下ウェハを対向配置した様子を示す説明図である。

【図12】上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させる様子を示す説明図である。

【図13】上ウェハと下ウェハの接合を中心部から外周部に拡散させる様子を示す説明図である。

【図14】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15】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。

【図16】他の実施の形態にかかるチャック保持部の構成の概略を示す縦断面図である。

【図17】他の実施の形態にかかるチャック保持部の構成の概略を示す斜視図である。

【図18】他の実施の形態にかかる移動制御機構の構成の概略を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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、任意に設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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、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が設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハ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。

【0039】

搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構１１１が設けられている。ウェハ搬送機構１１１は、図４及び図５に示すように例えば鉛直方向、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１１１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。

【0040】

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１２０が設けられている。位置調節機構１２０は、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持して回転させる保持部（図示せず）を備えた基台１２１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部１２２と、を有している。そして、位置調節機構１２０では、基台１２１に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１２２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。なお、基台１２１においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持する構造は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック構造やスピンチャック構造など、種々の構造が用いられる。

【0041】

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ_Ｕの表裏面を反転させる反転機構１３０が設けられている。反転機構１３０は、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム１３１を有している。保持アーム１３１は、水平方向（Ｙ方向）に延伸している。また保持アーム１３１には、上ウェハＷ_Ｕを保持する保持部材１３２が例えば４箇所に設けられている。

【0042】

保持アーム１３１は、例えばモータなどを備えた駆動部１３３に支持されている。この駆動部１３３によって、保持アーム１３１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１３１は、駆動部１３３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｙ方向）に移動自在である。駆動部１３３の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部（図示せず）が設けられている。この他の駆動部によって、駆動部１３３は鉛直方向に延伸する支持柱１３４に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部１３３によって、保持部材１３２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１３２に保持された上ウェハＷ_Ｕは、駆動部１３３を中心に回動して、位置調節機構１２０から後述する上チャック１４０との間を移動できる。

【0043】

処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第１のチャックとしての上チャック１４０と、下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して吸着保持する第２のチャックとしての下チャック１４１とが設けられている。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に設けられ、上チャック１４０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１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。

【0044】

上チャック１４０は、当該上チャック１４０の上方に設けられた上チャック保持部１５０に保持されている。上チャック保持部１５０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１４０は、上チャック保持部１５０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。

【0045】

上チャック保持部１５０には、下チャック１４１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１５１が設けられている。すなわち、上部撮像部１５１は上チャック１４０に隣接して設けられている。上部撮像部１５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

【0046】

下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６０に支持されている。第１の下チャック移動部１６０は、後述するように下チャック１４１を水平方向（Ｙ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１６０は、下チャック１４１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。

【0047】

第１の下チャック移動部１６０には、上チャック１４０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１６１が設けられている。すなわち、下部撮像部１６１は下チャック１４１に隣接して設けられている。下部撮像部１６１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。

【0048】

第１の下チャック移動部１６０は、当該第１の下チャック移動部１６０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１６２、１６２に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部１６０は、レール１６２に沿って移動自在に構成されている。

【0049】

一対のレール１６２、１６２は、第２の下チャック移動部１６３に配設されている。第２の下チャック移動部１６３は、当該第２の下チャック移動部１６３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１６４、１６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６３は、レール１６４に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック１４１を水平方向（Ｘ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１６４、１６４は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６５上に配設されている。

【0050】

次に、接合装置４１の上チャック１４０と上チャック保持部１５０の詳細な構成について説明する。

【0051】

上チャック１４０には、図６〜図８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１４０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１７０を有している。本体部１７０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１７１が設けられている。

【0052】

また、本体部１７０の下面には、上ウェハＷ_Ｕを真空引きして吸着する複数の吸引部１７２、１７３が設けられている。吸引部１７２、１７３は、それぞれピン１７１と同じ高さを有し、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２に接触する。また、吸引部１７２、１７３は、それぞれ平面視において円弧形状を有している。内側吸引部１７２は、本体部１７０の内周部において（外側吸引部１７３の内側）、本体部１７０と同一円周上に複数、例えば３つ設けられている。外側吸引部１７３は、本体部１７０の外周部において（内側吸引部１７２の外側）、本体部１７０と同一円周上に複数、例えば３つ設けられている。

【0053】

なお、吸引部１７２、１７３が上ウェハＷ_Ｕを真空引きする力は、各吸引部１７２、１７３の大きさ（開口面積）で決まる。そこで、上ウェハＷ_Ｕを適切に吸着保持するように、吸引部１７２、１７３の大きさが決定される。

【0054】

また、吸引部１７２、１７３数や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。例えば吸引部１７２、１７３は、それぞれ同一円周上に２つ設けられていてもよいし、あるいは４つ以上設けられていてもよい。また、本体部１７０において、吸引部１７２、１７３は２重の円周上に設けられていたが、いずれか一方を省略して１重としてもよいし、あるいは３重以上設けられていてもよい。

【0055】

内側吸引部１７２には、第１の吸引管１７４ａが接続されている。さらに第１の吸引管１７４ａには、第１の真空ポンプ１７５ａが接続されている。外側吸引部１７３には、第２の吸引管１７４ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１７４ｂには、第２の真空ポンプ１７５ｂが接続されている。

【0056】

そして、吸引部１７２、１７３からの真空引きによって、上チャック１４０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。このとき、従来のように本体部１７０の全面で上ウェハＷ_Ｕを真空引きする場合に比べて、真空引きする領域を小さくした分、上チャック１４０に対する上ウェハＷ_Ｕの剥離性を向上させることができる。

【0057】

しかも、本体部１７０の下面において吸引部１７２、１７３以外の部分では、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン１７１に支持されているので、上チャック１４０に対する上ウェハＷ_Ｕの剥離性をさらに向上させることができる。

【0058】

また、本体部１７０の下面において複数のピン１７１の高さが均一なので、上チャック１４０の下面の平面度をさらに小さくすることができる。このように上チャック１４０の下面を平坦にすることで（下面の平面度を小さくして）、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕを平坦にして、鉛直方向の歪みを抑制することができる。

【0059】

上チャック１４０において、本体部１７０の中心部には、当該本体部１７０を厚み方向に貫通する貫通孔１７６が形成されている。この本体部１７０の中心部は、上チャック１４０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１７６には、後述する押動部材１９０におけるアクチュエータ部１９１の先端部が挿通するようになっている。

【0060】

上チャック保持部１５０は、図５に示すように上チャック１４０の本体部１７０の上面に設けられた支持部材１８０を有している。支持部材１８０は、平面視において少なくとも本体部１７０の上面を覆うように設けられ、且つ本体部１７０に対して例えばネジ止めによって固定されている。支持部材１８０は、処理容器１００の天井面に設けられた複数の支持柱１８１に支持されている。

【0061】

支持部材１８０の上面には、図６に示すように上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材１９０がさらに設けられている。押動部材１９０は、アクチュエータ部１９１とシリンダ部１９２とを有している。

【0062】

アクチュエータ部１９１は、電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向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、電空レギュレータからの空気によって、アクチュエータ部１９１は、上ウェハＷ_Ｕの中心部と当接して当該上ウェハＷ_Ｕの中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部１９１の先端部は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔１７６を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。

【0063】

アクチュエータ部１９１は、シリンダ部１９２に支持されている。シリンダ部１９２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１９１を鉛直方向に移動させることができる。

【0064】

以上のように押動部材１９０は、アクチュエータ部１９１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１９２によってアクチュエータ部１９１の移動の制御をしている。そして、押動部材１９０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。

【0065】

次に、接合装置４１の下チャック１４１の詳細な構成について説明する。

【0066】

下チャック１４１には、図６及び図９に示すように上チャック１４０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１４１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２００を有している。本体部２００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２０１が設けられている。また、本体部２００の上面の外周部には、ピン２０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する外側リブ２０２が設けられている。外側リブ２０２は、複数のピン２０１の外側に環状に設けられている。

【0067】

また、本体部２００の上面には、外側リブ２０２の内側において、ピン２０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２を支持する内側リブ２０３が設けられている。内側リブ２０３は、外側リブ２０２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ２０２の内側の領域２０４（以下、吸引領域２０４という場合がある。）は、内側リブ２０３の内側の第１の吸引領域２０４ａと、内側リブ２０３の外側の第２の吸引領域２０４ｂとに区画されている。

【0068】

本体部２００の上面には、第１の吸引領域２０４ａにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第１の吸引口２０５ａが形成されている。第１の吸引口２０５ａは、例えば第１の吸引領域２０４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口２０５ａには、本体部２００の内部に設けられた第１の吸引管２０６ａが接続されている。さらに第１の吸引管２０６ａには、第１の真空ポンプ２０７ａが接続されている。

【0069】

また、本体部２００の上面には、第２の吸引領域２０４ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第２の吸引口２０５ｂが形成されている。第２の吸引口２０５ｂは、例えば第２の吸引領域２０４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口２０５ｂには、本体部２００の内部に設けられた第２の吸引管２０６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管２０６ｂには、第２の真空ポンプ２０７ｂが接続されている。

【0070】

このように下チャック１４１は、第１の吸引領域２０４ａと第２の吸引領域２０４ｂ毎に下ウェハＷ_Ｌを真空引き可能に構成されている。なお、吸引口２０５ａ、２０５ｂの配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。

【0071】

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部２００及び外側リブ２０２に囲まれて形成された吸引領域２０４ａ、２０４ｂをそれぞれ吸引口２０５ａ、２０５ｂから真空引きし、吸引領域２０４ａ、２０４ｂを減圧する。このとき、吸引領域２０４ａ、２０４ｂ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２０４ａ、２０４ｂ側に押され、下チャック１４１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。

【0072】

かかる場合、外側リブ２０２が下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持するので、下ウェハＷ_Ｌはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、下チャック１４１に下ウェハＷ_Ｌの全面が吸着保持され、当該下ウェハＷ_Ｌの平面度を小さくして、下ウェハＷ_Ｌを平坦にすることができる。

【0073】

しかも、複数のピン２０１の高さが均一なので、下チャック１４１の上面の平面度をさらに小さくすることができる。このように下チャック１４１の上面を平坦にして（上面の平坦度を小さくして）、下チャック１４１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。

【0074】

また、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン２０１に支持されているので下チャック１４１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１４１から剥がれ易くなる。

【0075】

下チャック１４１において、本体部２００の中心部付近には、当該本体部２００を厚み方向に貫通する貫通孔２０８が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔２０８には、第１の下チャック移動部１６０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。

【0076】

本体部２００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１４１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材２０９が設けられている。ガイド部材２０９は、本体部２００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。

【0077】

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。

【0078】

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１０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。

【0079】

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。

【0080】

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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒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１０の工程Ｓ１）。

【0081】

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１０の工程Ｓ２）。

【0082】

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１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０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１０の工程Ｓ３）。

【0083】

その後、位置調節機構１２０から反転機構１３０の保持アーム１３１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１３１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１０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。

【0084】

その後、反転機構１３０の保持アーム１３１が、駆動部１３３を中心に回動して上チャック１４０の下方に移動する。そして、反転機構１３０から上チャック１４０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１４０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ１７５ａ、１７５ｂを作動させ、吸引部１７２、１７３で上ウェハＷ_Ｕを真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１４０に吸着保持される。このとき、上チャック１４０の上面が平坦になっているので、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕも平坦になっている。

【0085】

上ウェハＷ_Ｕ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。

【0086】

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１０の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６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。

【0087】

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１０の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様である。

【0088】

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１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０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１０の工程Ｓ８）。

【0089】

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送機構１１１によって下チャック１４１に搬送され、下チャック１４１にその裏面Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ９）。具体的には、真空ポンプ２０７ａ、２０７ｂを作動させ、吸引領域２０４ａ、２０４ｂにおいて吸引口２０５ａ、２０５ｂを介して下ウェハＷ_Ｌを真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１４１に吸着保持される。このとき、下チャック１４１の上面が平坦になっているので、下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌも平坦になっている。

【0090】

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１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。具体的には、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、上部撮像部１５１を用いて、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。同時に、下部撮像部１６１を用いて、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。撮像された画像は、制御部７０に出力される。制御部７０では、上部撮像部１５１で撮像された画像と下部撮像部１６１で撮像された画像に基づいて、上ウェハＷ_Ｕの基準点と下ウェハＷ_Ｌの基準点がそれぞれ合致するような位置に、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を移動させる。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置が調節される（図１０の工程Ｓ１０）。

【0091】

その後、第１の下チャック移動部１６０によって下チャック１４１を鉛直上方に移動させて、上チャック１４０と下チャック１４１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１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１０の工程Ｓ１１）。そして、図１１に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが所定の位置に対向配置される。

【0092】

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの接合処理が行われる。

【0093】

先ず、図１２に示すように押動部材１９０のシリンダ部１９２によってアクチュエータ部１９１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１９１の下降に伴い、上ウェハＷ_Ｕの中心部が押圧されて下降する。このとき、電空レギュレータから供給される空気によって、アクチュエータ部１９１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材１９０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１０の工程Ｓ１２）。このとき、第１の真空ポンプ１７５ａの作動を停止して、内側吸引部１７２からの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止すると共に、第２の真空ポンプ１７５ｂは作動させたままにし、外側吸引部１７３で上ウェハＷ_Ｕを真空引きする。そして、押動部材１９０で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する際にも、上チャック１４０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。

【0094】

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１２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、Ｓ６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、Ｓ７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。

【0095】

その後、図１３に示すように押動部材１９０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第２の真空ポンプ１７５ｂの作動を停止して、外側吸引部１７３からの上ウェハ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。そして上ウェハ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１４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１０の工程Ｓ１３）。

【0096】

この工程Ｓ１３において、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２は複数のピン１７１に支持されているので、上チャック１４０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１４０から剥がれ易くなっている。このため、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合の拡がり（ボンディングウェーブ）が真円状になり、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが適切に接合される。

【0097】

その後、図１５に示すように押動部材１９０のアクチュエータ部１９１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ２０７ａ、２０７ｂの作動を停止し、吸引領域２０４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１４１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２０１に支持されているので、下チャック１４１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１４１から剥がれ易くなっている。

【0098】

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。

【0099】

以上の実施の形態によれば、上チャック１４０において複数の吸引部１７２、１７３で上ウェハＷ_Ｕを真空引きするので、従来のように上ウェハＷ_Ｕを全面で真空引きする場合に比べて、真空引きする領域を小さくすることができる。したがって、上チャック１４０に対する上ウェハＷ_Ｕの剥離性を向上させることができ、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また、複数の吸引部１７２、１７３で上ウェハＷ_Ｕを真空引きするので、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕが水平方向にずれることがない。したがって、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を適切に接合することができる。

【0100】

また、本実施の形態の接合システム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。

【0101】

以上の実施の形態において、上チャック１４０において隣り合うピン１７１の間隔は、下チャック１４１において隣り合うピン２０１の間隔よりも大きくてもよい。上チャック１４０において複数のピン１７１が設けられている領域では、上ウェハＷ_Ｕを真空引きしないため、ピン１７１の数が多すぎるとその分、上ウェハＷ_Ｕが歪む。このため、上チャック１４０のピン１７１の数は少ない方が好ましい。これに対して、下チャック１４１では、複数のピン２０１が設けられた吸引領域２０４で下ウェハＷ_Ｌを真空引きするため、下ウェハＷ_Ｌを平坦にするためにはピン２０１の数が多い方が好ましい。したがって、上述したように上チャック１４０のピン１７１の間隔を下チャック１４１のピン２０１の間隔より大きくすることにより、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みをさらに抑制することができる。

【0102】

以上の実施の形態では、上チャック１４０の本体部１７０と上チャック保持部１５０の支持部材１８０は固定して設けられていたが、本体部１７０は支持部材１８０に対して移動可能に設けられていてもよい。

【0103】

支持部材１８０の上面には、図１６及び図１７に示すように本体部１７０の鉛直方向の移動及び固定を制御する複数、例えば３つの移動制御機構２１０が設けられている。３つの移動制御機構２１０は、本体部１７０において同心円状に配置されている。なお、移動制御機構２１０の数や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。

【0104】

移動制御機構２１０は、図１８に示すようにブロック２１１、ガイド２１２、押し引きネジ２１３、及びシャフト２１４を有している。ブロック２１１は、支持部材１８０の上面において、その底部２１１ａが埋め込まれて固定されている。ブロック２１１の内部は中空部２１１ｂを形成し、中空部２１１ｂの天井面２１１ｃは水平方向から傾斜している。

【0105】

ガイド２１２は、ブロック２１１の中空部２１１ｂに設けられ、天井面２１１ｃと同じ勾配で傾斜した上面を備えたくさび形状（三角形状）を有している。ガイド２１２の両側面には、当該ガイド２１２を水平方向に押し引きする一対の押し引きネジ２１３、２１３が設けられている。押し引きネジ２１３は、ブロック２１１の側面を挿通している。

【0106】

また、ガイド２１２の底面には、鉛直方向に延伸するシャフト２１４が設けられている。シャフト２１４は、支持部材１８０を挿通し、その先端部２１４ａが上チャック１４０の本体部１７０の上面に固定されている。

【0107】

以上の構成を有する移動制御機構２１０では、押し引きネジ２１３でガイド２１２を天井面２１１ｃに沿って移動させることにより、シャフト２１４を介して本体部１７０が鉛直方向に移動する。そして、複数の移動制御機構２１０によって本体部１７０を面内で鉛直方向に移動させることで、当該本体部１７０の位置を調節することができる。すなわち、本体部１７０の傾斜を抑制して、その平行度を保つことができる。

【0108】

また、移動制御機構２１０では、ガイド２１２が天井面２１１ｃに面接触し、ブロック２１１も支持部材１８０の上面に面接触して固定されている。さらに、移動制御機構２１０による本体部１７０の位置調節によって、本体部１７０の上面と支持部材１８０の下面に僅かな隙間が形成される場合があるものの、その大部分において本体部１７０と支持部材１８０は面接触している。したがって、本体部１７０の位置調節を行った後は、支持部材１８０に対して本体部１７０を固定することができ、本体部１７０の平行度を保つことができる。

【0109】

かかる場合、上述した工程Ｓ５において、上チャック１４０で上ウェハＷ_Ｕを吸着保持する際、移動制御機構２１０によって、本体部１７０の傾斜が抑制され、当該本体部１７０の平行度が保たれている。このため、上チャック１４０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、上ウェハＷ_Ｕの平行度を保つことができる。

【0110】

また、工程Ｓ１２において、押動部材１９０で上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧すると、上チャック１４０の外側吸引部１７３において上ウェハＷ_Ｕが吸着保持されているので、上ウェハＷ_Ｕと上チャック１４０の間に応力が発生し、上チャック１４０が下方に引っ張られる。この点、移動制御機構２１０によって上チャック１４０の本体部１７０が鉛直方向に固定されているので、上チャック１４０が下方に引っ張られず、平行度を保つことができる。

【0111】

また、このように上チャック１４０の平行度を保つことができるので、上チャック１４０を下チャック１４１に近づけることができ、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの隙間を小さくすることができる。したがって、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みをさらに抑制することができる。

【0112】

さらに、上チャック１４０の平行度を保つことができるので、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士の接合処理を安定して複数回行うことができ、量産での接合処理の安定化が可能となる。

【0113】

なお、移動制御機構２１０の構造は、本実施の形態に限定されず、本体部１７０の鉛直方向の移動及び固定を制御する構造であれば、任意に設定することができる。例えばガイド２１２に代えて、アクチュエータ等を用いてもよい。

【0114】

また、以上の実施の形態の接合装置４１において、下チャック１４１はピンチャック構造であれば、任意の構造を取り得る。例えば下チャック１４１の本体部２００の外周部には、外側リブ２０２に代えて、ピン２０１より低い高さのリブが設けられていてもよい。かかる場合、下チャック１４１の外周部では、いわゆる静圧シールによって下ウェハＷ_Ｌの外周部を適切に保持することができる。したがって、下チャック１４１は下ウェハＷ_Ｌを平坦に保持することができる。

【0115】

また、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。

【0116】

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】

【0117】

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
１４０ 上チャック
１４１ 下チャック
１５０ 上チャック保持部
１７０ 本体部
１７１ ピン
１７２ 内側吸引部
１７３ 外側吸引部
１８０ 支持部材
２００ 本体部
２０１ ピン
２１０ 移動制御機構
２１１ ブロック
２１２ ガイド
２１３ 押し引きネジ
２１４ シャフト
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

【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】