特開 2023-8587 接合装置、および接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008587

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】接合装置、および接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20230112BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021112264

(22)【出願日】2021-07-06

(71)【出願人】

【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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】稲益 寿史

(57)【要約】

【課題】接合する基板同士の位置合わせの精度を向上させることできる技術を提供する。
【解決手段】接合装置は、第１基板を保持する第１保持部と、第２基板を保持する第２保持部と、第１保持部と第２保持部のうち少なくとも一方を他方に対して相対移動させる移動部と、を有する。また、接合装置は、第１基板を透過する光を用いて、第１基板に形成された第１マークと、第２基板に形成された第２マークとの両方を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットが撮像した撮像情報に基づき移動部を動作させる制御部と、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板と第２基板を接合する接合装置であって、
前記第１基板を保持する第１保持部と、
前記第２基板を保持する第２保持部と、
前記第１保持部および前記第２保持部のうち少なくとも一方を他方に対して相対移動させる移動部と、
前記第１基板を透過する光を用いて、前記第１基板に形成された第１マークと、前記第２基板に形成された第２マークとの両方を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットが撮像した撮像情報に基づき前記移動部を動作させる制御部と、を備える、
接合装置。

【請求項2】

前記撮像ユニットは、
前記第１基板を透過した前記光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通過した前記光が結像する１以上の撮像部と、
前記対物レンズの位置を維持したまま、前記第１マークおよび前記第２マークの両方に前記１以上の撮像部の焦点を合わせる焦点調整部と、を含む、
請求項１に記載の接合装置。

【請求項3】

前記１以上の撮像部は、前記第１マークを撮像する第１撮像部と、前記第２マークを撮像する第２撮像部と、を含み、
前記焦点調整部は、前記第１撮像部の焦点が前記第１マークに合った状態で、前記第１撮像部に対して前記第２撮像部を相対移動させる第２撮像部用移動機構を有する、
請求項２に記載の接合装置。

【請求項4】

前記第１撮像部と前記第２撮像部は、相互に異なる位置に設けられるとともに、前記第１基板および前記第２基板から入光した光が通る導光路の一部を共有しており、
前記導光路における、前記第１撮像部の受光軸と、前記第２撮像部の受光軸とが交差する位置に、ハーフミラーを有する、
請求項３に記載の接合装置。

【請求項5】

前記１以上の撮像部は、１つの撮像部によって構成され、
前記焦点調整部は、電力供給に基づき、前記第１マークおよび前記第２マークの各々に前記１つの撮像部の焦点を合わせる流体レンズを有する、
請求項２に記載の接合装置。

【請求項6】

前記撮像ユニットは、前記第１基板と前記第２基板の接合後に、前記第２マークに焦点を合わせている前記１以上の撮像部により撮像を行い、
前記制御部は、前記１以上の撮像部が撮像した前記撮像情報に基づき、前記第１基板と前記第２基板の接合状態を検査する、
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項7】

前記撮像ユニットは、前記第１基板と前記第２基板の接合中に、前記第１マークに焦点を合わせている前記１以上の撮像部により撮像を行い、
前記制御部は、前記１以上の撮像部が撮像した前記撮像情報において、前記第１マークが消失したことに基づき、前記第１基板と前記第２基板の接合の進行を認識する、
請求項２乃至６のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項8】

前記撮像ユニットは、前記第１保持部の前記第１基板を保持している面とは反対側に配置され、前記第１保持部に設けられた貫通窓を介して、前記第１基板の前記第１マークおよび前記第２基板の前記第２マークを撮像する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項9】

前記第２基板に対して間隔をおいて対向する前記第１基板の中心を押圧して当該第１基板と前記第２基板を接合する押動部を有し、
前記制御部は、
前記撮像ユニットで前記第１マークおよび前記第２マークの両方を撮像する時と、前記押動部で前記第１基板の中心を押圧する時とで、前記第１基板と前記第２基板の間隔を同一の間隔に設定する、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項10】

前記撮像ユニットは、前記押動部を基準として所定距離離れた位置に複数設けられる、
請求項９に記載の接合装置。

【請求項11】

前記第１保持部は前記第１基板を水平に保持し、前記第２保持部は前記第２基板を水平に保持し、
前記移動部は、前記第１保持部と前記第２保持部を相対的に鉛直方向に移動させる鉛直方向移動部と、前記第１保持部と前記第２保持部を相対的に水平方向に移動させる水平方向移動部とを、備え、
前記制御部は、前記撮像ユニットが撮像した撮像情報に基づき、前記移動部のうち前記水平方向移動部のみを動作させる、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項12】

前記第１保持部が保持する前記第１基板は、前記第２保持部が保持する前記第２基板よりも上方に配置される、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項13】

前記撮像ユニットと相対的に前記第１保持部を昇降させる移動機構を備える、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項14】

第１基板と第２基板を接合する接合装置の接合方法であって、
前記接合装置は、
前記第１基板を保持する第１保持部と、
前記第２基板を保持する第２保持部と、
前記第１保持部および前記第２保持部のうち少なくとも一方を他方に対して相対移動させる移動部と、
前記第１基板を透過する光を用いて、前記第１基板に形成された第１マークと、前記第２基板に形成された第２マークと、を撮像する撮像ユニットと、を備え、
前記接合方法は、
前記第１マークおよび前記第２マークの両方に前記撮像ユニットの焦点を合わせることで、前記第１マークを有する第１撮像情報と前記第２マークを有する第２撮像情報とを取得する工程と、
前記第１撮像情報と前記第２撮像情報に基づき前記移動部の移動を行って、前記第１基板と前記第２基板の相対位置を位置合わせする工程と、
前記位置合わせ後に、前記第１基板と前記第２基板を接合する工程と、を有する
接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、接合装置、および接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、上チャックが保持した上側の基板と、上チャックに対して水平方向かつ鉛直方向に相対移動可能な下チャックが保持した下側の基板とを接合する接合装置が開示されている。

【0003】

接合装置は、接合前において、下チャックを移動して、上側の基板と下側の基板との水平方向位置の位置合わせを行う。位置合わせにおいて、接合装置は、上チャックに固定された上部撮像部で撮像した画像と、下チャックに固定された下部撮像部で撮像した画像とに基づき、上側の基板と下側の基板の相対位置を認識し、水平方向位置を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－０９５５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、接合する基板同士の位置合わせの精度を向上させることできる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、第１基板と第２基板を接合する接合装置であって、前記第１基板を保持する第１保持部と、前記第２基板を保持する第２保持部と、前記第１保持部および前記第２保持部のうち少なくとも一方を他方に対して相対移動させる移動部と、前記第１基板を透過する光を用いて、前記第１基板に形成された第１マークと、前記第２基板に形成された第２マークとの両方を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットが撮像した撮像情報に基づき前記移動部を動作させる制御部と、を備える、接合装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

一態様によれば、接合する基板同士の位置合わせの精度を向上させることできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る接合システムを示す概略平面図である。

【図2】一実施形態に係る接合システムが接合する第１基板および第２基板の一例を示す概略側面図である。

【図3】一実施形態に係る接合システムを示す概略側面図である。

【図4】一実施形態に係る接合システムによる接合方法を示すフローチャートである。

【図5】一実施形態に係る接合装置の一例を示す概略平面図である。

【図6】一実施形態に係る接合装置を示す概略側面図である。

【図7】撮像ユニット、上チャック、下チャック、上ウェハおよび下ウェハを示す概略側面図である。

【図8】撮像ユニットが撮像した撮像情報を例示する説明図である。

【図9】一実施形態に係る接合装置の接合方法の一例を示すフローチャートである。

【図10】第１変形例に係る撮像ユニット、上チャック、下チャック、上ウェハおよび下ウェハを示す概略側面図である。

【図11】第２変形例に係る撮像ユニット、上チャック、下チャック、上ウェハおよび下ウェハを示す概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

図１に示すように、本開示の一実施形態に係る接合システム１は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を搬送し、接合装置４１において当該第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２を接合することで接合基板Ｔを作製する。なお、図１中において、接合システム１のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は、互いに垂直な方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

【0011】

接合システム１は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の搬入出ステーション２と、第１基板Ｗ１および第２基板を処理する処理ステーション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、Ｙ軸方向に沿って互いに隣接し、かつ連続するよう設置される。

【0012】

この接合システム１で接合される第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のうち少なくとも一方は、例えば、シリコンウェハまたは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。化合物半導体ウェハは、特に限定されないが、例えば、ＧａＡｓウェハ、ＳｉＣウェハ、ＧａＮウェハ、またはＩｎＰウェハである。なお、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、半導体基板の代わりに、ガラス基板が用いられてもよい。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２のうち他方は、電子回路が形成されていないベアウェハでもよい。

【0013】

第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同形状（同径）の円板に形成されている。図２に示すように、接合システム１は、第１基板Ｗ１のＺ軸負方向側（鉛直方向下側）に第２基板Ｗ２を配置して、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合する。よって以下、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」、接合基板Ｔを「接合ウェハＴ」という場合がある。また以下では、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」といい、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」という。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」といい、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」という。

【0014】

図１に示すように、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を有している。各載置板１１には、複数枚（例えば、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は接合ウェハＴを収容するカセットである。カセットＣ１、Ｃ２において、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２は、それぞれ接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊを上面にした姿勢で収容される。

【0015】

搬送領域２０は、載置台１０と処理ステーション３との間に設置される。搬送領域２０は、Ｘ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とを備える。搬送装置２２は、Ｙ軸方向に移動可能かつ水平面上で旋回（θ回転）可能であり、載置台１０上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および接合ウェハＴの搬送を行う。

【0016】

なお、載置台１０上に載置される載置板１１の数およびカセットＣ１～Ｃ３の個数は、特に限定されないことは勿論である。また、載置台１０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図示しないカセットが載置されてもよい。

【0017】

処理ステーション３は、Ｘ軸正方向側に第１処理ブロックＧ１を備えるとともに、Ｘ軸負方向側に第２処理ブロックＧ２を備える。また、処理ステーション３は、Ｙ軸正方向側（搬入出ステーション２と、第１処理ブロックＧ１および第２処理ブロックＧ２との間）に第３処理ブロックＧ３を備える。

【0018】

さらに、処理ステーション３は、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、搬送装置６１を備えた搬送領域６０を有する。搬送装置６１は、例えば、水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）、鉛直方向（Ｚ軸方向）および水平面上で旋回（θ回転）可能な搬送アームを有する。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内の装置に、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および接合ウェハＴを搬送する。

【0019】

第１処理ブロックＧ１は、例えば、表面改質装置３３と、表面親水化装置３４と、を備える。表面改質装置３３は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを改質する。表面親水化装置３４は、改質された上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを親水化する。

【0020】

図３に示すように、第２処理ブロックＧ２は、例えば、接合装置４１と、第１温度調整装置４２と、第２温度調整装置４３と、を備える。接合装置４１は、親水化された上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを接合し（図２も参照）、接合ウェハＴを作製する。第１温度調整装置４２は、接合前（下ウェハＷ２との接触前）に、上ウェハＷ１の温度分布を調整する。第２温度調整装置４３は、接合前（上ウェハＷ１との接触前）に、下ウェハＷ２の温度分布を調整する。なお、本実施形態において、第１温度調整装置４２および第２温度調整装置４３は、接合装置４１と別に設けられるが、接合装置４１の一部として設けられてもよい。

【0021】

第３処理ブロックＧ３は、例えば、Ｚ軸正方向側からＺ軸負方向側に向かって順に、第１位置調整装置５１、第２位置調整装置５２、およびトランジション装置５３、５４を積層している。なお、第３処理ブロックＧ３における各装置の設置場所は、図示例に限定されない。第１位置調整装置５１は、上ウェハＷ１を水平面上で回転することにより上ウェハＷ１の水平方向の姿勢を調整し、かつ上ウェハＷ１を上下反転して上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを下向きにする。第２位置調整装置５２は、下ウェハＷ２を水平面上で回転することにより下ウェハＷ２の水平方向の姿勢を調整する。トランジション装置５３には、上ウェハＷ１が一時的に載置される。また、トランジション装置５４には、下ウェハＷ２や接合ウェハＴが一時的に載置される。なお、本実施形態において、第１位置調整装置５１および第２位置調整装置５２は、接合装置４１とは別に設けられるが、接合装置４１の一部として設けられてもよい。

【0022】

図１に戻り、接合システム１は、システム全体の動作を制御する制御装置９０を備える。制御装置９０は、１以上のプロセッサ９１、メモリ９２、図示しない入出力インタフェースおよび電子回路を有する制御用コンピュータである。１以上のプロセッサ９１は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものであり、メモリ９２に記憶されたプログラムを実行処理する。メモリ９２は、不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含み、制御装置９０の記憶部を形成している。

【0023】

次に、図４を参照して、実施形態に係る接合システム１の接合方法について説明する。接合方法において、作業者または搬送ロボット（不図示）は、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、および空のカセットＣ３を、搬入出ステーション２の載置台１０上に載置する。

【0024】

接合システム１は、搬送装置２２および搬送装置６１により、カセットＣ１内の上ウェハＷ１を搬送する。具体的には、搬送装置２２は、カセットＣ１から上ウェハＷ１を取り出し、第３処理ブロックＧ３のトランジション装置５３に搬送する。その後、搬送装置６１は、トランジション装置５３から上ウェハＷ１を取り出し、第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３３に搬送する。

【0025】

そして、接合システム１は、表面改質装置３３により、上ウェハＷ１の表面改質を行う（ステップＳ１）。表面改質装置３３は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを上に向けた状態で接合面Ｗ１ｊを改質する。ステップＳ１の後、搬送装置６１は、表面改質装置３３から上ウェハＷ１を取り出し、表面親水化装置３４に搬送する。

【0026】

接合システム１は、表面親水化装置３４により、上ウェハＷ１の表面親水化を行う（ステップＳ２）。表面親水化装置３４は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを上に向けた状態で接合面Ｗ１ｊを親水化する。その後、搬送装置６１は、表面親水化装置３４から上ウェハＷ１を取り出し、第３処理ブロックＧ３の第１位置調整装置５１に搬送する。

【0027】

接合システム１は、第１位置調整装置５１により、上ウェハＷ１を回転することで上ウェハＷ１の水平面上の姿勢を調整し、また上ウェハＷ１の上下を反転する（ステップＳ３）。これにより、上ウェハＷ１のノッチが所定の方位に向けられ、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下に向けられる。その後、搬送装置６１は、第１位置調整装置５１から上ウェハＷ１を取り出し、第２処理ブロックＧ２の第１温度調整装置４２に搬送する。

【0028】

接合システム１は、第１温度調整装置４２により、上ウェハＷ１の温調を行う（ステップＳ４）。上ウェハＷ１の温度の調整は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを下に向けた状態で実施する。その後、搬送装置６１は、第１温度調整装置４２から上ウェハＷ１を取り出し、接合装置４１に搬送する。

【0029】

また、接合システム１は、上ウェハＷ１に対する上記の処理と並行して（時間を前後して）、下ウェハＷ２に対する処理を実施する。接合システム１は、搬送装置２２および搬送装置６１により、カセットＣ２内の下ウェハＷ２を搬送する。まず搬送装置２２は、カセットＣ２内の下ウェハＷ２を取り出し、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５４に搬送する。その後、搬送装置６１は、トランジション装置５４から下ウェハＷ２を取り出し、第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３３に搬送する。

【0030】

接合システム１は、表面改質装置３３により、下ウェハＷ２の表面改質を行う（ステップＳ５）。表面改質装置３３は、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で接合面Ｗ２ｊの表面を改質する。その後、搬送装置６１は、表面改質装置３３から下ウェハＷ２を取り出し、表面親水化装置３４に搬送する。

【0031】

そして、接合システム１は、表面親水化装置３４により、下ウェハＷ２の表面親水化を行う（ステップＳ６）。表面親水化装置３４は、接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で接合面Ｗ２ｊを親水化する。その後、搬送装置６１は、表面親水化装置３４から下ウェハＷ２を取り出し、第３処理ブロックＧ３の第２位置調整装置５２に搬送する。

【0032】

接合システム１、第２位置調整装置５２により、下ウェハＷ２を回転することで、下ウェハＷ２の水平面上の姿勢を調整する（ステップＳ７）。これにより、下ウェハＷ２のノッチが所定の方位に向けられる。その後、搬送装置６１は、第２位置調整装置５２から下ウェハＷ２を取り出し、第２処理ブロックＧ２の第２温度調整装置４３に搬送する。

【0033】

接合システム１は、第２温度調整装置４３により、下ウェハＷ２の温調を行う（ステップＳ８）。下ウェハＷ２の温度の調整は、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で実施する。その後、搬送装置６１は、第２温度調整装置４３から下ウェハＷ２を取り出し、接合装置４１に搬送する。

【0034】

そして、接合システム１は、接合装置４１により上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合して、接合ウェハＴを製造する（ステップＳ９：接合工程）。その後、搬送装置６１は、接合装置４１から接合ウェハＴを取り出し、第３処理ブロックＧ３のトランジション装置５４に搬送する。最後に、搬送装置２２は、トランジション装置５４から接合ウェハＴを取り出し、載置台１０上のカセットＣ３に搬送する。これにより、接合システム１の一連の処理が終了する。

【0035】

なお、接合システム１は、接合方法において、ステップＳ１～Ｓ９の全てを実施しなくてもよい。例えば、接合システム１は、ステップＳ４およびＳ８を実施しなくてもよい。あるいは、接合システム１は、ステップＳ１～Ｓ９以外の処理を実施してもよい。

【0036】

次に、図５および図６を参照して、接合装置４１の一例について説明する。接合装置４１は、箱状の筐体１００を有する。筐体１００は、搬送領域６０側（Ｘ軸正方向側）の側壁に、図示しない搬入出口、および当該搬入出口を開閉する開閉シャッタを備える。搬送装置６１（図１参照）は、開閉シャッタの開放中に、搬入出口を介して上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および接合ウェハＴを搬入出する。

【0037】

接合装置４１は、上チャック１１０（第１保持部）、下チャック１２０（第２保持部）、移動部１３０、ガス供給部１４０および排気部１５０を筐体１００内に備える。これらの構成は、筐体１００自体または筐体１００の内部に設けられた支持フレーム１０１により支持されている。さらに、接合装置４１は、接合装置４１内の各構成を制御する制御部１９０を有する。制御部１９０は、制御装置９０に通信可能に接続され、制御装置９０の指令に基づき動作を行う。なお、接合装置４１は、制御部１９０と同じ機能を制御装置９０内に備え、制御装置９０が直接制御を行う構成でもよい。

【0038】

支持フレーム１０１は、基台１０２と、基台１０２の上面から上方に突出した複数の支柱１０３と、複数の支柱１０３の上端に固定された上部フレーム１０４と、含む。上部フレーム１０４は、上チャック１１０を上方から支持する。

【0039】

上チャック１１０は、上ウェハＷ１を保持する平面円形状の保持面１１１を有する。上チャック１１０は、図示しない複数の吸引管を保持面１１１に備えるとともに、各吸引管に接続される図示しない真空ポンプを備える。上チャック１１０は、真空ポンプの作動によって、上ウェハＷ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）を保持面１１１に吸着保持する。

【0040】

また、上チャック１１０は、接合において、上ウェハＷ１を押し下げて下ウェハＷ２に接触させる押動部１１２を備える。押動部１１２は、保持面１１１の中心位置に設けられている。押動部１１２は、押動ピン１１３と、この押動ピン１１３の昇降ガイドである外筒１１４と、を有する。押動ピン１１３は、例えばモータを内蔵した駆動部（不図示）によって、上チャック１１０の保持面１１１から突出して、上ウェハＷ１を押し下げる。

【0041】

上チャック１１０は、上チャック用移動機構１１６を介して上部フレーム１０４に設置されている。上チャック用移動機構１１６は、上チャック１１０を鉛直方向に沿って昇降させる。したがって、上チャック１１０に保持された上ウェハＷ１も一体に変位する。上チャック用移動機構１１６による上チャック１１０の移動距離は、後記の移動部１３０の移動距離よりも短く、例えば、数ｎｍ～数ｍｍ程度の範囲で上チャック１１０を移動させる。

【0042】

一方、下チャック１２０は、上チャック１１０よりも下方に設けられ、下ウェハＷ２を保持する平面円形状の保持面１２１を有する。下チャック１２０は、図示しない複数の吸引管を保持面１２１に備えるととともに、各吸引管に接続される図示しない真空ポンプを備える。下チャック１２０は、真空ポンプの作動によって、下ウェハＷ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）を保持面１２１に吸着保持する。

【0043】

接合装置４１の移動部１３０は、下チャック１２０を水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）および鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる。例えば、移動部１３０は、下チャック１２０をＸ軸方向に移動させる第１移動部１３１と、下チャック１２０をＹ軸方向に移動させる第２移動部１３２と、下チャック１２０をＺ軸方向に移動させる第３移動部１３３と、を備える。また、移動部１３０は、下チャック１２０を水平面上で回転（θ回転）させる図示しないθ方向移動部を有する。

【0044】

第１移動部１３１は、Ｘ軸方向に延在する一対の第１レール１３１ａと、一対の第１レール１３１ａ上を移動する第１可動体１３１ｂと、を有する。第１移動部１３１は、この第１可動体１３１ｂに第３移動部１３３を固定している。

【0045】

第２移動部１３２は、Ｙ軸方向に延在する一対の第２レール１３２ａと、一対の第２レール１３２ａを移動する第２可動体１３２ｂと、を有する。第２移動部１３２は、この第２可動体１３２ｂに対して第１移動部１３１を搭載している。すなわち、第１移動部１３１と第２移動部１３２とは、下ウェハＷ２を水平方向に移動させる水平方向移動部を構成している。

【0046】

第３移動部１３３は、モータ１３３ａと、モータ１３３ａの駆動により昇降する可動台１３３ｂと、を含む。第３移動部１３３は、可動台１３３ｂに対して下チャック１２０を搭載している。すなわち、第３移動部１３３は、下ウェハＷ２を鉛直方向に移動させる鉛直方向移動部を構成している。

【0047】

以上の移動部１３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に下チャック１２０を移動させることにより、上チャック１１０に保持されている上ウェハＷ１と、下チャック１２０に保持されている下ウェハＷ２と、の水平方向位置の位置合わせを行う。また、移動部１３０は、下チャック１２０をＺ軸方向に移動させることにより、上ウェハＷ１と、下ウェハＷ２と、の鉛直方向位置の位置合わせを行う。

【0048】

なお、移動部１３０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に、上チャック１１０および下チャック１２０を相対移動させることができればよい。よって、移動部１３０は、上チャック１１０に設けられてもよく、上チャック１１０または下チャック１２０の両方に設けられてもよい。あるいは、移動部１３０は、第１移動部１３１、第２移動部１３２、第３移動部１３３、θ方向移動部のうち一部を上チャック１１０に備え、残りを下チャック１２０に備えてもよい。

【0049】

搬送装置６１は、上チャック１１０に上ウェハＷ１を渡す際に、上チャック１１０の真下に進入する。また、搬送装置６１は、下ウェハＷ２を下チャックに渡す際に、下チャック１２０の真上に進入する。接合装置４１に対する搬送装置６１の進入前に、接合装置４１は、上チャック１１０に対して水平方向および鉛直方向に離間した基板受渡位置に、下チャック１２０を移動させる。

【0050】

基板受渡位置は、下チャック１２０が下ウェハＷ２を搬送装置６１から受け取り、かつ下チャック１２０が接合ウェハＴを搬送装置６１に渡す位置である。接合システム１は、基板受渡位置において、ｎ（ｎは１以上の自然数）回目の接合で作製された接合ウェハＴの搬出と、ｎ＋１回目の接合で接合される上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の搬入とを連続して行う。そして、接合システム１は、移動部１３０により、基板受渡位置と接合位置との間で下チャック１２０を移動させる。

【0051】

接合位置は、平面視で上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが重なるとともに、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが鉛直方向に間隔をあけて向かい合う位置である。接合位置は、基板受渡位置に対して、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２間の鉛直方向の間隔が狭く、この間隔は、例えば、１０μｍ～１００μｍ程度に設定される。接合位置において、接合装置４１は、上ウェハＷ１を下ウェハＷ２に落とすことで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合を行う。

【0052】

接合装置４１のガス供給部１４０は、設定温度に調整されたガスを筐体１００の内部に供給する。ガスは、例えば、ドライエア、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスである。ガス供給部１４０は、例えば、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）であり、清浄化されたガスを供給する。設定温度は、例えば、２３℃程度の常温である。

【0053】

ガス供給部１４０は、筐体１００の外部に設けられたガス供給装置に接続されている。ガス供給装置は、配管の上流から下流に向かって順に、ガス供給源１４３、バルブ１４２、温調器１４１、温度センサ１４９を備える。温度センサ１４９は、ガスの温度を測定し、測定温度を制御部１９０に出力する。制御部１９０は、温度センサ１４９の測定温度が設定温度になるように温調器１４１を制御する。ガス供給部１４０は、設定湿度に調整されたガスを供給してもよい。

【0054】

ガス供給部１４０は、筐体１００の複数の側面のうち、Ｙ軸負方向側の側面１００ａに設けられ、Ｙ軸正方向側にガスを吐出する。排気部１５０は、筐体１００の複数の側面のうち、ガス供給部１４０が取り付けられる側面１００ａと対向するＹ軸正方向側の側面１００ｂに設けられる。排気部１５０は、真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続されており、吸引装置の吸引力を利用して筐体１００の内部を排気する。ガス供給部１４０と排気部１５０は、筐体１００の内部にサイドフローを形成する。なお、本実施形態では、大気圧下で接合が行われるが、真空下で接合が行われてもよい。

【0055】

そして、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合において、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置合わせを行うために、複数（本実施形態では２つ）の撮像ユニット１６０を備える。接合装置４１の制御部１９０は、各撮像ユニット１６０が撮像した撮像情報を各々受信して、各撮像情報に基づき移動部１３０の移動方向および移動量を算出し、移動部１３０を動作させる。

【0056】

各撮像ユニット１６０は、筐体１００内において上部フレーム１０４に固定されることで、上チャック１１０よりも上方に配置されている。各撮像ユニット１６０は、上ウェハＷ１を透過可能な波長の出射光（電磁波）を出射して、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの各々を撮像する。上ウェハＷ１を透過可能な出射光は、例えば、赤外線、Ｘ線等があげられ、赤外線としては、シリコンを透過し易い８μｍ～１２μｍの波長を持つものを用いるとよい。なお、出射光の波長および光量は、上ウェハＷ１の材料や構造等に応じて適宜設定されることが好ましい。

【0057】

なお、撮像ユニット１６０の設置位置は、上チャック１１０側（上チャック１１０よりも上方）に限定されず、下チャック１２０側（下チャック１２０よりも下方）であってもよい。接合装置４１は、上チャック１１０および下チャック１２０のうち一方側にのみ撮像ユニット１６０を配置することで、他方側の構造の自由度を高めることができる。例えば、接合装置４１は、撮像ユニット１６０が配置されていない下チャック１２０に対して変形機能やＶＡＣ－ＺＯＮＥコントロール等の機能をもたせることが可能となる。

【0058】

２つの撮像ユニット１６０は、上チャック１１０の中心（押動部１１２）を基点に、Ｙ軸方向に沿って等距離（所定距離）離れた位置に設けられている。制御部１９０は、２つの撮像ユニット１６０の各撮像情報に基づき、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの水平面上のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置およびθ位置（回転角）等を認識することが可能となる。したがって、制御部１９０は、各撮像情報に基づきθ方向移動部を動作させて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とのθ位置を合わせることができる。なお、接合装置４１が備える撮像ユニット１６０の数は、特に限定されず、１または３以上設けられてもよい。

【0059】

図７に示すように、上チャック１１０は、撮像ユニット１６０からの出射光、および上ウェハＷ１または下ウェハＷ２からの反射光を通過させるために、複数（２つ）の撮像ユニット１６０毎に貫通窓１１５を有する。各貫通窓１１５は、上チャック１１０が上ウェハＷ１を保持した状態で、上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎに対向する。

【0060】

撮像ユニット１６０は、ケース１６１と、ケース１６１内に設置される撮像部１６２と、ケース１６１内の先端（光の入出光口１６５）に設けられる対物レンズ１６６と、を含む。また、本実施形態に係る撮像ユニット１６０の撮像部１６２は、上ウェハＷ１を撮像する第１撮像部１６３と、下ウェハＷ２を撮像する第２撮像部１６４と、を有している。

【0061】

ケース１６１は、上チャック１１０よりもＺ軸方向に長い筒状に形成され、その内部に撮像ユニット１６０の各構成を収容している。ケース１６１は、第１撮像部１６３の受光軸と、第２撮像部１６４の受光軸とが互いに直交するように、第１撮像部１６３および第２撮像部１６４を異なる位置（互いに直交する位置）に固定している。詳細には、ケース１６１は、第１撮像部１６３の受光軸が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿うように第１撮像部１６３を保持し、第２撮像部１６４の受光軸が水平方向（本実施形態ではＹ軸方向）に沿うように第２撮像部１６４を保持している。

【0062】

撮像ユニット１６０は、第１撮像部１６３および第２撮像部１６４の各々に光を導く導光路１６７を、ケース１６１内に形成している。導光路１６７を形成するケース１６１の内壁は、平滑な内周面に形成されてもよく、迷光を低減するために種々の形状に形成されてもよい。また、導光路１６７は、ケース１６１内を鉛直方向に沿って直線状に延在する主光路１６７ａと、主光路１６７ａのＺ軸方向の途中位置に連通し、水平方向に沿って直線状に延在する分光路１６７ｂと、を有する。

【0063】

主光路１６７ａは、ケース１６１の先端において入出光口１６５に連通している。主光路１６７ａは、入出光口１６５を介して上ウェハＷ１および下ウェハＷ２からの光が入光する。主光路１６７ａは、入出光口１６５の近傍位置に１つの対物レンズ１６６を備えるとともに、分光路１６７ｂの接続位置にハーフミラー１６８（ビームスプリッタ）を備える。

【0064】

また、撮像ユニット１６０は、鉛直方向に沿って主光路１６７ａと平行に延在する出射光路１６９を有するとともに、この出射光路１６９に出射光を出射する光源１７０を備える。光源１７０は、上ウェハＷ１を透過可能な波長の出射光を出射できれば、その種類については特に限定されず、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ等を適用することができる。出射光路１６９は、先端側において導光路１６７に合流して、対物レンズ１６６を共有している。なお、本実施形態に係る撮像ユニット１６０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２に出射光を出射してその反射光を受光する構造であるが、撮像ユニット１６０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の透過光を受光する構造でもよい。この場合、撮像ユニット１６０は、下チャック１２０内に光源１７０を備える一方で、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を挟んだ光源１７０の対向位置に、対物レンズ１６６を備えればよい。

【0065】

第１撮像部１６３は、主光路１６７ａにおいて入出光口１６５とは反対側の延在端部（ケース１６１の基端）に設けられている。第１撮像部１６３は、入出光口１６５から主光路１６７ａを通って、ハーフミラー１６８を透過した反射光を受光する。

【0066】

第１撮像部１６３は、主光路１６７ａの入出光口１６５を臨む図示しない受光部を有するカメラである。受光部は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトＩＣ等が適用され、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを反射した反射光を受光する。第１撮像部１６３は、高倍率および高開口数（ＮＡ）の機器を適用することが好ましい。この場合、第１撮像部１６３の焦点（ピント、フォーカス）が合う範囲が狭くなる。第１撮像部１６３の焦点が合う範囲は、例えば、数十ｎｍ～数μｍである。しかしながら、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊに焦点が合うことで、下ウェハＷ２に対しては焦点がずれるので、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを継続的に監視することが可能となる。

【0067】

接合装置４１は、上ウェハＷ１を保持した上チャック１１０を鉛直方向に移動することで、第１撮像部１６３の焦点を調整することができる。また、接合装置４１は、上ウェハＷ１を上チャック１１０に保持する際に、貫通窓１１５に対向するように上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊに形成された第１マークＭ１を配置する。これにより、第１撮像部１６３は、反射光の受光に基づいて第１マークＭ１を撮像することが可能となる。

【0068】

図８は、撮像ユニット１６０の撮像情報を例示する説明図である。図８（ａ）は、第１マークＭ１の第１撮像情報Ｉ１の模式図、図８（ｂ）は、第２マークＭ２の第２撮像情報Ｉ２の模式図、図８（ｃ）は、第２マークＭ２が移動した際の模式図、図８（ｄ）は、第１マークＭ１と第２マークＭ２が一致した際の模式図である。

【0069】

第１マークＭ１は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊにおいて上チャック１１０の貫通窓１１５に配置される適宜の構成が適用される。例えば、第１マークＭ１としては、接合面Ｗ１ｊに設けられた出射光を反射する要素（回路の配線や素子等）を利用することができる。これにより、出射光が第１マークＭ１に反射されて、第１撮像情報Ｉ１には、第１マークＭ１が写像される（図８（ａ）参照）。なお、上ウェハＷ１は、位置合わせ専用の第１マークＭ１を予め備えていてもよい。

【0070】

一方、図７に示すように、分光路１６７ｂは、主光路１６７ａの軸線に直交しかつ主光路１６７ａよりも短く延在している。第２撮像部１６４は、分光路１６７ｂにおいてハーフミラー１６８とは反対側の延在端部に設けられている。第２撮像部１６４は、ハーフミラー１６８によって反射した光を、分光路１６７ｂを通して受光する。

【0071】

第２撮像部１６４は、分光路１６７ｂと主光路１６７ａの接続部分（ハーフミラー１６８）を臨む図示しない受光部を有するカメラである。受光部は、第１撮像部１６３と同様に、フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトＩＣ等が適用され、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを反射した反射光を受光する。第２撮像部１６４も、高倍率および高開口数（ＮＡ）の機器を適用するとよく、第１撮像部１６３と同じ種類の機器を採用することができる。これにより、第２撮像部１６４の焦点が合う範囲が狭くなる（例えば、数十ｎｍ～数μｍの範囲となる）。しかしながら、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊに焦点が合うことで、上ウェハＷ１に対しては焦点がずれるので、上ウェハＷ１の撮像を抑制しながら、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを継続的に監視することが可能となる。なお、第１撮像部１６３と第２撮像部１６４は、異なる機器を適用してもよい。

【0072】

撮像ユニット１６０は、後述する焦点調整部１７１により、第２撮像部１６４の焦点を調整する。第２撮像部１６４は、反射光の受光に基づいて下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊに形成された第２マークＭ２を撮像することが可能となる。

【0073】

第２マークＭ２は、上ウェハＷ１に対して下ウェハＷ２を正確に位置合わせして接合した際に、ちょうど第１マークＭ１に重なり合う位置にある適宜の構成が適用される。例えば、第２マークＭ２は、第１マークＭ１と同様に、接合面Ｗ２ｊに設けられた出射光を反射する要素（回路の配線や素子等）を利用することができる。これにより、出射光が第２マークＭ２により反射されて、第２撮像情報Ｉ２には、第２マークＭ２が写像される（図８（ｂ）参照）。なお、下ウェハＷ２も、位置合わせ専用の第２マークＭ２を予め備えていてもよい。

【0074】

主光路１６７ａに固定された対物レンズ１６６は、両凸レンズ、平凸レンズ等を適用することができる。対物レンズ１６６は、光源１７０の出射光を接合面Ｗ１ｊおよび接合面Ｗ２ｊに集光するとともに、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの反射光を集光する。なお、撮像ユニット１６０は、対物レンズ１６６以外にも、主光路１６７ａを通過する反射光を調整する種々の構成を備えてよい。例えば、この構成としては、コリメータレンズやフィルタがあげられる。

【0075】

ここで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合する前までは、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊから第１撮像部１６３に至るまでの反射光の第１距離と、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊから第２撮像部１６４に至るまでの反射光の第２距離とが相互に異なる。特に、下ウェハＷ２が上ウェハＷ１に対して相対移動するため、第２距離は変動する。このため、接合装置４１は、第１撮像部１６３の焦点を第１マークＭ１に合わせるととともに、第２撮像部１６４の焦点を第２マークＭ２に合わせる焦点調整部１７１を備える。

【0076】

上チャック１１０に保持された上ウェハＷ１は、上チャック用移動機構１１６により鉛直方向に移動し、第１撮像部１６３は、この上ウェハＷ１の移動に伴って焦点を合わせることができる。したがって、上チャック用移動機構１１６は、焦点調整部１７１の一部であると言うことができる。なお、焦点調整部１７１は、上チャック用移動機構１１６に代えて、撮像ユニット１６０のケース１６１（第１撮像部１６３および第２撮像部１６４の両方）を移動させる移動機構（不図示）を備えてもよい。また、上チャック用移動機構１１６は、上チャック１１０を水平方向に移動させる機能を有してもよい。水平方向の位置合わせを行うことで、第１撮像部１６３によって撮像する画像の中央に第１マークＭ１を配置することが可能となる。

【0077】

また、焦点調整部１７１は、ケース１６１内の第２撮像部１６４を、主光路１６７ａと相対的に移動させる第２撮像部用移動機構１７２を有する。第２撮像部用移動機構１７２は、モータ等の駆動源、およびプーリやベルト、ギヤ等の駆動伝達部を有し（ともに不図示）、分光路１６７ｂの軸線に沿った方向に第２撮像部１６４を移動させる。これにより、撮像ユニット１６０は、主光路１６７ａのハーフミラー１６８と相対的に第２撮像部１６４を水平移動して、第２距離のみを変化させる。

【0078】

制御部１９０は、図示しない１以上のプロセッサ、メモリ、入出力インタフェースおよび電子回路を有するコンピュータ内蔵ボードである。制御部１９０は、制御装置９０の指令に基づき、接合装置４１の動作を制御し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置合わせを行い、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合する。

【0079】

制御部１９０は、第１撮像部１６３および第２撮像部１６４の焦点合わせにおいて、第１撮像部１６３による撮像を実施しながら上チャック用移動機構１１６を動作させる。したがって、第１撮像部１６３の焦点が、上ウェハＷ１の第１マークＭ１に先に一致する。その後、制御部１９０は、上チャック用移動機構１１６の動作を停止し、第２撮像部１６４による撮像を実施しながら第２撮像部用移動機構１７２を動作させる。これにより、撮像ユニット１６０は、第１撮像部１６３の焦点を維持したまま、下ウェハＷ２の第２マークＭ２に第２撮像部１６４の焦点を合わせることができる。

【0080】

本実施形態に係る接合装置４１は、基本的には以上のように形成され、以下その動作について説明する。

【0081】

接合システム１は、図４のステップＳ１～ステップＳ８までは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の各々に対する処理（表面改質、親水化、温調等）を行う。そして、接合システム１は、図４のステップＳ９の接合工程において、接合装置４１により上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合する接合方法を行う。

【0082】

図９に示すように、接合方法の実施において、接合装置４１の制御部１９０は、ステップＳ４で温調した上ウェハＷ１を搬送装置６１により搬送して、上チャック１１０により上ウェハＷ１を保持する（ステップＳ１０１）。この際、接合システム１の制御装置９０は、上ウェハＷ１を保持した搬送装置６１を動作させ、基板受渡位置（上チャック１１０）の真下に上ウェハＷ１を搬送する。制御部１９０は、搬送された上ウェハＷ１を上チャック１１０により真空吸着する。上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎが上チャック１１０に吸着保持されることで、接合面Ｗ１ｊは、下方（下チャック１２０の方向）を臨んだ状態となる。

【0083】

上ウェハＷ１の保持後、制御部１９０は、撮像ユニット１６０の第１撮像部１６３による撮像を行いつつ、上チャック用移動機構１１６を動作させて、第１撮像部１６３の焦点を第１マークＭ１（接合面Ｗ１ｊ）に合わせる（ステップＳ１０２）。すなわち、上チャック用移動機構１１６により上チャック１１０および上ウェハＷ１が鉛直方向に移動することで、接合装置４１は、第１撮像部１６３の焦点を第１マークＭ１に円滑に合わせられる。このステップＳ９２において、第２撮像部１６４は、撮像を停止していてもよく、あるいは撮像を行って撮像情報を制御部１９０に提供することで、第１撮像部１６３の焦点合わせを補助してもよい。

【0084】

さらに、制御部１９０は、ステップＳ８で温調した下ウェハＷ２を搬送装置６１により搬送して、下チャック１２０により下ウェハＷ２を保持する（ステップＳ１０３）。この際、接合システム１の制御装置９０は、下ウェハＷ２を保持した搬送装置６１を動作させ、基板受渡位置（下チャック１２０）の真上に下ウェハＷ２を搬送する。制御部１９０は、搬送された下ウェハＷ２を下チャック１２０により真空吸着する。下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎが下チャック１２０に吸着保持されることで、接合面Ｗ２ｊは、上方（上チャック１１０の方向）を臨んだ状態となる。

【0085】

その後、制御部１９０は、移動部１３０を制御して、上チャック１１０と相対的に下チャック１２０を水平方向に移動し、水平方向における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２と水平方向の仮位置調整を行う（ステップＳ１０４）。水平方向の仮位置調整において、制御部１９０は、例えば、撮像ユニット１６０の撮像情報を用いずに、基板受渡位置から所定のベクトル（移動方向かつ移動量）だけ下チャック１２０を移動させる。所定のベクトルは、上チャック１１０と下チャック１２０とが鉛直方向にちょうど重なるように設定されることが好ましい。これにより、下チャック１２０が短時間に移動して、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが鉛直方向に沿って互いに対向し合う。

【0086】

このような水平方向の仮位置調整によって、下チャック１２０に保持された下ウェハＷ２の第２マークＭ２が、上チャック１１０の貫通窓１１５に対して鉛直方向に重なる（入り込む）ようになる（図８（ｃ）も参照）。つまり、上ウェハＷ１の第１マークＭ１と、下ウェハＷ２の第２マークＭ２とが互いに近距離（例えば、数百μｍ以下の範囲内）に配置される。

【0087】

さらに、制御部１９０は、移動部１３０を制御して、上チャック１１０と相対的に下チャック１２０を鉛直方向に移動して、下ウェハＷ２を接合位置に配置する（ステップＳ１０５）。これにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとは、鉛直方向に沿って１０μｍ～１００μｍ程度の間隔に配置される。

【0088】

そして、制御部１９０は、撮像ユニット１６０の第２撮像部１６４を撮像しつつ、第２撮像部用移動機構１７２を動作させて、第２撮像部１６４の焦点を第２マークＭ２（接合面Ｗ２ｊ）に合わせる（ステップＳ１０６）。すなわち、第２撮像部用移動機構１７２によりケース１６１内の第２撮像部１６４が水平方向に移動することで、撮像ユニット１６０は、第２撮像部１６４の焦点を第２マークＭ２に円滑に合わせられる。またステップＳ９５において、第１撮像部１６３は、第１マークＭ１を継続的に捕捉し続けている。

【0089】

制御部１９０は、第１撮像部１６３の第１撮像情報Ｉ１、および第２撮像部１６４の第２撮像情報Ｉ２に基づき、移動部１３０を動作させて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とを重ねる水平方向の本位置調整を行う（ステップＳ１０７）。図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、制御部１９０は、本位置調整において、第１撮像情報Ｉ１および第２撮像情報Ｉ２が互いに同じ座標位置となるように重ね合わせる。そして、制御部１９０は、重ね合わせられた第１マークＭ１の座標位置と第２マークＭ２の座標位置との相対差から移動部１３０の移動方向および移動量を算出する。さらに、制御部１９０は、算出した移動方向及び移動量に基づき移動部１３０を動作して、下チャック１２０（下ウェハＷ２）を水平方向に移動させる。なお、制御部１９０は、下チャック１２０の移動中も撮像ユニット１６０の撮像情報を監視して第１マークＭ１と第２マークＭ２の相対位置をフィードバッグする。これにより、第１マークＭ１からずれていた第２マークＭ２が、第１マークＭ１の真下に向かって正確に移動していく。

【0090】

水平方向の本位置調整の実施後、接合装置４１は、上ウェハＷ１を落下して下ウェハＷ２に接合する処理に直ちに移行することができる。具体的には、制御部１９０は、上ウェハＷ１の中心領域の真空吸着を解除し、さらに押動部１１２の押動ピン１１３により上ウェハＷ１の中心を押し下げて下ウェハＷ２に接触させる（ステップＳ１０８）。この結果、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊ間に、ファンデルワールス力（分子間力）が生じ、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の中心同士が接合される。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、親水基（例えばＯＨ基）が水素結合し、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。

【0091】

次に、制御部１９０は、上ウェハＷ１の周辺領域の真空吸着を解除する（ステップＳ１０９）。これにより、上ウェハＷ１の中心から周縁に向かって上ウェハＷ１が落下し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合が中心から周縁に向かって順に進行する。

【0092】

この際、制御部１９０は、第１撮像部１６３による第１マークＭ１の撮像を継続し、第１撮像部１６３の第１撮像情報Ｉ１における第１マークＭ１を監視する。第１撮像情報Ｉ１から第１マークＭ１が消失した場合、撮像ユニット１６０の撮像位置で上ウェハＷ１が落下したことになる。したがって、接合装置４１は、撮像ユニット１６０の第１撮像情報Ｉ１に基づき、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合の進行度を監視することができる。つまり、接合装置４１は、撮像ユニット１６０の撮像情報を、基板同士の貼り合わせの検知センサとして利用することが可能であり、従来設置しているプロパゲーションセンサ等を非設置または削減することができる。

【0093】

上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が周縁まで進行することで、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが全面で接合することになり、接合ウェハＴが得られる。その後、制御部１９０は、押動ピン１１３を元の位置まで上昇させる。

【0094】

ここで、接合装置４１は、第２撮像部１６４の第２撮像情報Ｉ２に基づき、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合状態を検査してもよい。例えば、制御部１９０は、接合前の第２撮像情報Ｉ２における第２マークＭ２が存在していた状態から、接合後の第２撮像情報Ｉ２における第１マークＭ１と第２マークＭ２とが存在する状態を認識する。そして、制御部１９０は、第２撮像情報Ｉ２における第１マークＭ１と第２マークＭ２の相対位置、第１マークＭ１の鮮明度等に基づき、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の貼り付け状態を判定することができる。

【0095】

接合ウェハＴの製造後、接合装置４１は、移動部１３０を移動して下ウェハＷ２を基板受渡位置まで移動し、搬送装置６１に接合ウェハＴを受け渡すことで、接合装置４１から接合ウェハＴを搬出する（ステップＳ１１０）。

【0096】

以上のように、接合装置４１は、撮像ユニット１６０により上ウェハＷ１の第１マークＭ１と下ウェハの第２マークＭ２とを同時に撮像して、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の相対移動を行う。これにより、上ウェハＷ１の第１マークＭ１と下ウェハＷ２の第２マークＭ２とが重なった状態で、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を良好に接合することができる。

【0097】

ここで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合では、数ｎｍオーダで高精度に位置合わせする必要があるが、従来は、装置の構成の温度変化による伸縮等により誤差が生じる可能があった。また、下ウェハＷ２を鉛直方向に移動させる際には、ｎｍ単位で見ると、水平方向にも位置ずれしてしまう。すなわち、従来の装置は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の高精度な位置合わせが難しいという課題があった。

【0098】

これに対し、本実施形態に係る接合装置４１は、上チャック１１０側から第１マークＭ１および第２マークＭ２の両方を撮像ユニット１６０より撮像することで、接合位置において上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の相対位置を良好に認識できる。すなわち、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が充分に近い接合位置で第１マークＭ１と第２マークＭ２に基づく水平方向の相対移動を行うことで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の位置合わせ精度を向上させることができる。特に、第１マークＭ１と第２マークＭ２の位置合わせが終了すると、移動部１３０の移動を停止して、そのまま接合プロセスに移行でき、鉛直方向の移動時の水平方向の位置ずれがなくなる。また、従来の装置では、レーザ計測器により測長して、上チャック１１０と下チャック１２０を位置合わせしていたが、撮像ユニット１６０を有する接合装置４１では、長距離の高精度な計測や移動が不要となり、レーザ計測器を使用しなくてもよくなる。

【0099】

なお、接合装置４１による接合方法は、上記の処理フローに限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、接合装置４１は、ステップＳ１０４の仮位置調整の後であって、ステップＳ１０５の上チャックと相対的に下チャックを鉛直方向に移動させる前に、ステップＳ１０６の第２撮像部１６４の第２マークＭ２への焦点合わせ、およびステップＳ１０７の本位置調整を行ってもよい。この本位置調整後に、制御部１９０は、下ウェハＷ２を鉛直方向に移動し、この際に第２撮像部１６４の焦点を第２マークＭ２に合わせつつ撮像を継続する。そして、鉛直方向の移動時に第１マークＭ１から第２マークＭ２がずれた場合には、制御部１９０は、下ウェハＷ２を水平方向に移動する制御を適宜行うことで、第１マークＭ１および第２マークＭ２の重なりを維持し続けてもよい。

【0100】

また、撮像ユニット１６０も、上記の構成に限定されず、種々の変形例をとることが可能である。例えば、図１０に示すように、第１変形例に係る撮像ユニット１６０Ａは、複数の光源１７０（第１光源１７０ａ、第２光源１７０ｂ）を備えた点で、上記の撮像ユニット１６０と異なる。具体的には、第１光源１７０ａは、導光路１６７に隣接した位置で、出射光路１６９を通して上チャック１１０を臨んでいる。一方、第２光源１７０ｂは、導光路１６７の主光路１６７ａに連通しかつ主光路１６７ａに直交する方向に延びる光源用光路１６７ｃに設けられて、主光路１６７ａを臨んでいる。

【0101】

さらに、撮像ユニット１６０Ａは、第２光源１７０ｂ、第１撮像部１６３および第２撮像部１６４に対応して、複数のハーフミラー１６８（第１ハーフミラー１６８ａ、第２ハーフミラー１６８ｂ）を有する。第１ハーフミラー１６８ａは、上記の撮像ユニット１６０のハーフミラー１６８と同じ位置かつ同じ機能を持っている。第２ハーフミラー１６８ｂは、主光路１６７ａにおいて光源用光路１６７ｃが交差する位置に設けられ、第２光源１７０ｂの出射光を入出光口１６５に導く。また、第２ハーフミラー１６８ｂは、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２から反射された反射光を透過させる。

【0102】

入出光口１６５には、導光路１６７のみに設けられた１つの対物レンズ１６６が配置されている。対物レンズ１６６は、第２光源１７０ｂの出射光を透過させることで、上ウェハＷ１の保持面１１１および下ウェハＷ２の保持面１２１にピンポイントで赤外線を照らす。このように、撮像ユニット１６０Ａは、第２光源１７０ｂの出射光の光軸と、上ウェハＷ１や下ウェハＷ２からの反射光の光軸が重なることで、第１撮像部１６３および第２撮像部１６４の焦点が合う範囲を、より効果的に明るくすることが可能となる。

【0103】

そして、撮像ユニット１６０Ａは、第２光源１７０ｂの赤外線の出射に合わせて第１光源１７０ａからも赤外線を出射することで、第１撮像部１６３または第２撮像部１６４においてより明るくコントラストがはっきりした画像（撮像情報）を得ることができる。なお、撮像ユニット１６０Ａは、光源１７０として第２光源１７０ｂのみを導光路１６７に備えた構成でもよい。

【0104】

図１１に示すように、第２変形例に係る撮像ユニット１６０Ｂは、ケース１６１内の導光路１６７の延在端部に１つの撮像部１６２を備えるとともに、入出光口１６５に焦点を調整可能な焦点調整部１７１である流体レンズ１８０を備える。

【0105】

流体レンズ１８０は、制御部１９０の制御下に電流駆動アクチュエータ１８１から電力供給されることで、第１マークＭ１および第２マークＭ２への焦点合わせを電気的に行う。例えば、流体レンズ１８０は、高分子膜内に光学的流体を充填して構成され、電流駆動アクチュエータ１８１により高分子膜に圧力を加えることで、レンズの曲率を変えて短時間に焦点を変える。

【0106】

これにより、撮像ユニット１６０Ｂは、１つの撮像部１６２の焦点を第１マークＭ１と第２マークＭ２の各々に交互に合わせることができる。したがって、制御部１９０は、上記の撮像ユニット１６０と同様に、第１マークＭ１と第２マークＭ２の両方を良好に捕捉して、精度よく位置合わせを行うことができる。

【0107】

以上の接合装置４１は、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂにより、上ウェハＷ１を透過する光を用いて第１マークＭ１と第２マークＭ２との両方を撮像する。撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、上ウェハＷ１を基準として下ウェハＷ２とは反対側（上側）に配置される。特許文献１に記載のように撮像ユニットが上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に配置される場合に比べて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間隔が狭い状態で、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂが第１マークＭ１と第２マークＭ２の両方を撮像できる。よって、撮像後、接合前に行われる、位置合わせの動作を小さくでき、特に鉛直方向の移動距離を短縮できる。それゆえ、鉛直方向の移動を案内するガイドの傾斜または歪みによって生じる、意図しない水平方向の位置ずれを小さくできる。この結果、接合前に、第１マークＭ１と第２マークＭ２の水平方向の位置合わせの精度を向上できる。また、接合装置４１は、上ウェハＷ１の第１マークＭ１と下ウェハＷ２の第２マークＭ２との相対位置を確認しながら、上チャック１１０と下チャック１２０の相対移動を行うことが可能となる。したがって、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２同士の位置合わせの精度を向上させることできる。なお、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、下ウェハＷ２を基準として上ウェハＷ１とは反対側（下側）に配置されてもよい。この場合も、特許文献１に比べて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間隔が狭い状態で、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂが第１マークＭ１と第２マークＭ２の両方を撮像できる。

【0108】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、第１基板（本実施形態では上ウェハＷ１）を透過した光が入射する対物レンズ１６６と、対物レンズ１６６を通過した光が結像する１以上の撮像部１６２と、対物レンズ１６６の位置を維持したまま、第１マークＭ１および第２マークＭ２の両方に１以上の撮像部１６２の焦点を合わせる焦点調整部１７１と、を含む。これにより、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、対物レンズ１６６を移動させずに、第１マークＭ１と第２マークＭ２の両方に撮像部１６２の焦点を簡単に合わせることができる。

【0109】

また、１以上の撮像部１６２は、第１マークＭ１を撮像する第１撮像部１６３と、第２マークＭ２を撮像する第２撮像部１６４と、を含み、焦点調整部１７１は、第１撮像部１６３の焦点が第１マークＭ１に合った状態で、第１撮像部１６３に対して第２撮像部１６４を相対移動させる第２撮像部用移動機構１７２を有する。これにより、接合装置４１は、第１撮像部１６３の第１撮像情報Ｉ１と第２撮像部１６４の第２撮像情報Ｉ２とを同時に取得して、その相対位置を認識することが可能となり、より円滑に位置合わせを行うことができる。

【0110】

また、第１撮像部１６３と第２撮像部１６４は、相互に異なる位置に設けられるとともに、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２から入光した光が通る導光路１６７の一部を共有しており、導光路１６７における、第１撮像部１６３の受光軸と、第２撮像部１６４の受光軸とが交差する位置に、ハーフミラー１６８を有する。これにより、接合装置４１は、第１撮像部１６３により第１マークＭ１を安定的に撮像するとともに、第２撮像部１６４により第２マークＭ２を安定的に撮像することができる。

【0111】

また、１以上の撮像部１６２は、１つの撮像部１６２によって構成され、焦点調整部１７１は、電力供給に基づき、第１マークＭ１および第２マークＭ２の各々に１つの撮像部１６２の焦点を合わせる流体レンズ１８０を有する。このように、焦点調整部１７１として流体レンズ１８０を適用しても、上ウェハＷ１の第１マークＭ１および下ウェハＷ２の第２マークＭ２の各々を良好に撮像することができる。

【0112】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合後に、第２マークＭ２に焦点を合わせている１以上の撮像部１６２により撮像を行い、制御部１９０は、１以上の撮像部１６２が撮像した撮像情報に基づき、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合状態を検査する。これにより、接合装置４１は、接合ウェハＴの接合状態を簡単に認識することができ、例えば、接合ウェハＴの検査を簡略化または省略することも可能となる。

【0113】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合中に、第１マークＭ１に焦点を合わせている１以上の撮像部１６２により撮像を行い、制御部１９０は、１以上の撮像部１６２が撮像した撮像情報において、第１マークＭ１が消失したことに基づき、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合の進行を認識する。これにより、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合の進行を良好に検知することができ、プロパゲーションセンサ等を省くことが可能となる。

【0114】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、上チャック１１０の上ウェハＷ１を保持している面とは反対側に配置され、上チャック１１０に設けられた貫通窓１１５を介して、上ウェハＷ１の第１マークＭ１および下ウェハＷ２の第２マークＭ２を撮像する。これにより、接合装置４１は、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂを設置しても、上チャック１１０や下チャック１２０の移動を邪魔することがなく、また下チャック１２０は自由度が高まり、他の機能を持たせることができる。

【0115】

また、下ウェハＷ２に対して間隔をおいて対向する上ウェハＷ１の中心を押圧して当該上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合する押動部１１２を有し、制御部１９０は、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂで第１マークＭ１および第２マークＭ２の両方を撮像する時と、押動部１１２で上ウェハＷ１の中心を押圧する時とで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間隔を同一の間隔に設定する。これにより、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の水平方向の位置合わせ後（本位置調整後）に、押動部１１２による上ウェハＷ１の押圧を直ちに行うことができ、位置合わせ精度の向上とともに接合動作の効率化を図ることができる。

【0116】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、押動部１１２を基準として所定距離離れた位置に複数設けられる。複数の撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂによって、接合装置４１は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の相対位置を一層精度よく合わせることが可能となる。

【0117】

また、上チャック１１０は上ウェハＷ１を水平に保持し、下チャック１２０は下ウェハＷ２を水平に保持し、移動部１３０は、上チャック１１０と下チャック１２０を相対的に鉛直方向に移動させる第３移動部１３３と、上チャック１１０と下チャック１２０を相対的に水平方向に移動させる第１移動部１３１および第２移動部１３２とを、備え、制御部１９０は、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂが撮像した撮像情報に基づき、移動部１３０のうち第１移動部１３１、第２移動部１３２のみを動作させる。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の水平方向の位置合わせ後（本位置調整後）に、鉛直方向の移動を行わずに済み、鉛直方向の移動時に生じる可能性がある位置ずれを回避することができる。

【0118】

また、上チャック１１０が保持する上ウェハＷ１は、下チャック１２０が保持する下ウェハＷ２よりも上方に配置される。これにより、接合装置４１は、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂの撮像情報に基づく位置合わせ後に、上ウェハＷ１を下ウェハＷ２に落とすことで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を容易に接合することができる。

【0119】

また、撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂと相対的に上チャック１１０を昇降させる上チャック用移動機構１１６を備える。上チャック用移動機構１１６の昇降によって、接合装置４１は、複数の撮像部１６２のうち１つの撮像部１６２の焦点を第１マークＭ１または第２マークＭ２に合わせることができる。

【0120】

また、本開示の一態様は、第１基板（上ウェハＷ１）と第２基板（下ウェハＷ２）を接合する接合装置４１の接合方法であって、接合装置４１は、上ウェハＷ１を保持する第１保持部（上チャック１１０）と、下ウェハＷ２を保持する第２保持部（下チャック１２０）と、上チャック１１０および下チャック１２０のうち少なくとも一方を他方に対して相対移動させる移動部１３０と、上ウェハＷ１を透過する光を用いて、上ウェハＷ１に形成された第１マークＭ１と、下ウェハＷ２に形成された第２マークＭ２と、を撮像する撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂと、を備え、接合方法は、第１マークＭ１および第２マークＭ２の両方に撮像ユニット１６０、１６０Ａ、１６０Ｂの焦点を合わせることで、第１マークＭ１を有する第１撮像情報Ｉ１と第２マークＭ２を有する第２撮像情報Ｉ２とを取得する工程と、第１撮像情報Ｉ１と第２撮像情報Ｉ２に基づき移動部１３０の移動を行って、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の相対位置を位置合わせする工程と、位置合わせ後に、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合する工程と、を有する。これにより、接合方法は、接合する基板同士の位置合わせの精度を向上させることできる。

【0121】

今回開示された実施形態に係る接合装置は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0122】

１ 接合システム
４１ 接合装置
１１０ 上チャック
１１２ 押動部
１１５ 貫通窓
１１６ 上チャック用移動機構
１２０ 下チャック
１３０ 移動部
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ 撮像ユニット
１６２ 撮像部
１６３ 第１撮像部
１６４ 第２撮像部
１６７ 導光路
１６８ ハーフミラー
１７１ 焦点調整部
１７２ 第２撮像部用移動機構
１８０ 流体レンズ
１９０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】