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(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】P2024101549
(43)【公開日】2024-07-29
(54)【発明の名称】分析装置、接合システムおよび分析方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240722BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
G01N27/62 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024000085
(22)【出願日】2024-01-04
(31)【優先権主張番号】18/097,505
(32)【優先日】2023-01-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三村 勇之
【テーマコード（参考）】
2G041
【Ｆターム（参考）】
2G041AA08
2G041CA01
2G041EA05
2G041FA03
2G041FA05
2G041GA03
2G041GA15
2G041GA22
(57)【要約】
【課題】基板の接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による分析装置は、基板保持部と、挿入部と、ガス分析部と、を備える。基板保持部は、第１基板と第２基板とが接合された重合基板を保持する。挿入部は、基板保持部に保持された重合基板における第１基板の接合面と第２基板の接合面との間に挿入可能である。ガス分析部は、第１基板の接合面と第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析する。
【選択図】図４
【解決手段】本開示の一態様による分析装置は、基板保持部と、挿入部と、ガス分析部と、を備える。基板保持部は、第１基板と第２基板とが接合された重合基板を保持する。挿入部は、基板保持部に保持された重合基板における第１基板の接合面と第２基板の接合面との間に挿入可能である。ガス分析部は、第１基板の接合面と第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板と第２基板とが接合された重合基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記重合基板における前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間に挿入可能である挿入部と、
前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析するガス分析部と、
を備える分析装置。
前記基板保持部に保持された前記重合基板における前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間に挿入可能である挿入部と、
前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析するガス分析部と、
を備える分析装置。
【請求項2】
前記基板保持部に保持された前記重合基板を収容するチャンバと、
前記チャンバを排気路を介して排気する排気機構と、
をさらに備え、
前記ガス分析部は、前記排気路に接続される
請求項１に記載の分析装置。
前記チャンバを排気路を介して排気する排気機構と、
をさらに備え、
前記ガス分析部は、前記排気路に接続される
請求項１に記載の分析装置。
【請求項3】
前記チャンバを別の排気路を介して排気する別の排気機構と、
各部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記別の排気機構を制御して、前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間からガスを噴出させる前に、あらかじめ所与の圧力以下まで前記チャンバを排気する
請求項２に記載の分析装置。
各部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記別の排気機構を制御して、前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間からガスを噴出させる前に、あらかじめ所与の圧力以下まで前記チャンバを排気する
請求項２に記載の分析装置。
【請求項4】
前記基板保持部または前記挿入部を、前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた離間位置との間で相対的に移動させる移動機構、をさらに備え、
前記制御部は、
前記別の排気機構で前記チャンバを排気した後に、前記排気機構で前記チャンバを排気しながら、前記移動機構で前記基板保持部または前記挿入部を前記離間位置から前記挿入位置に移動させる
請求項３に記載の分析装置。
前記制御部は、
前記別の排気機構で前記チャンバを排気した後に、前記排気機構で前記チャンバを排気しながら、前記移動機構で前記基板保持部または前記挿入部を前記離間位置から前記挿入位置に移動させる
請求項３に記載の分析装置。
【請求項5】
前記別の排気機構は、前記排気機構よりも排気速度が大きい
請求項４に記載の分析装置。
請求項４に記載の分析装置。
【請求項6】
前記チャンバは、内部の前記挿入位置を視認可能であるカメラを有する
請求項４または５に記載の分析装置。
請求項４または５に記載の分析装置。
【請求項7】
前記排気路は、箱状の滞留部を有し、
前記ガス分析部は、前記滞留部に接続される
請求項３～５のいずれか一つに記載の分析装置。
前記ガス分析部は、前記滞留部に接続される
請求項３～５のいずれか一つに記載の分析装置。
【請求項8】
前記チャンバを加熱する加熱機構、をさらに備える
請求項３～５のいずれか一つに記載の分析装置。
請求項３～５のいずれか一つに記載の分析装置。
【請求項9】
前記ガス分析部は、質量分析計である
請求項１～５のいずれか一つに記載の分析装置。
請求項１～５のいずれか一つに記載の分析装置。
【請求項10】
前記第１基板と前記第２基板とを接合して前記重合基板を形成する接合装置と、
請求項１～５のいずれか一つに記載の分析装置と、
前記接合装置と前記分析装置との間で前記重合基板を搬送する搬送装置と、
を備える接合システム。
請求項１～５のいずれか一つに記載の分析装置と、
前記接合装置と前記分析装置との間で前記重合基板を搬送する搬送装置と、
を備える接合システム。
【請求項11】
第１基板と第２基板とが接合された重合基板を保持する基板保持工程と、
前記基板保持工程にて保持された前記重合基板における前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間に挿入部を挿入する挿入工程と、
前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析するガス分析工程と、
を含む分析方法。
前記基板保持工程にて保持された前記重合基板における前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間に挿入部を挿入する挿入工程と、
前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析するガス分析工程と、
を含む分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、分析装置、接合システムおよび分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１４７９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、基板の接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による分析装置は、基板保持部と、挿入部と、ガス分析部と、を備える。基板保持部は、第１基板と第２基板とが接合された重合基板を保持する。挿入部は、前記基板保持部に保持された前記重合基板における前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間に挿入可能である。ガス分析部は、前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面との間から噴出したガスの成分を分析する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、基板の接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する分析装置、接合システムおよび分析方法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本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【0009】
従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。
【0010】
一方で、基板の接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムの詳細については、解析するための情報自体がほとんど得られていないため、解析が進んでいないのが現状である。
【0011】
そこで、上述の問題点を克服し、基板の接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる技術の実現が期待されている。
【0012】
＜接合システムの構成＞
まず、実施形態に係る接合システム１の構成について、図１～図３を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る接合システム１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、実施形態に係る重合基板Ｔの模式側面図である。なお、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きをＺ軸の正方向とする直交座標系を示す場合がある。
まず、実施形態に係る接合システム１の構成について、図１～図３を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る接合システム１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、実施形態に係る重合基板Ｔの模式側面図である。なお、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きをＺ軸の正方向とする直交座標系を示す場合がある。
【0013】
図１に示す接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合基板Ｔを形成する。
【0014】
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。
【0015】
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。すなわち、上ウェハＷ１は第１基板の一例であり、下ウェハＷ２は第２基板の一例である。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。たとえば、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は重合基板Ｔを収容するカセットである。
【0019】
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。
【0020】
搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能である。そして、搬送装置２２は、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および重合基板Ｔの搬送を行う。
【0021】
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などが載置されてもよい。
【0022】
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、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。
【0023】
第１処理ブロックＧ１には、表面改質装置３０と、分析装置３１とが配置される。表面改質装置３０は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを処理ガスのプラズマによって改質する。
【0024】
表面改質装置３０は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面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所与の処理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、かかる処理ガスに含まれる元素のイオンが、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面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】
分析装置３１は、後述する接合装置３３で形成された重合基板Ｔから、上ウェハＷ１を剥離可能に構成されると共に、剥離する際に上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間から噴出するガスＧ（図８参照）の成分を分析することができる。かかる分析装置３１の詳細については後述する。
【0027】
第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置３２と、接合装置３３とが配置される。表面親水化装置３２は、たとえば純水によって上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊおよび下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊを洗浄する。
【0028】
表面親水化装置３２では、たと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の接合面Ｗ１ｊまたは下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊが親水化される。
【0029】
接合装置３３は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを接合する。接合装置３３では、たとえば、親水化された接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとが向かい合うように上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を近づけ、向かい合う接合面同士の一部（たとえば中央部）を接触させることで、互いに接合する部位が全面に広がる。これにより、接合面同士の全体が接合されることから、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２から重合基板Ｔが形成される。
【0030】
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および重合基板Ｔのトランジション（ＴＲＳ）装置４２、４３が下から順に２段に設けられる。
【0031】
また、図１に示すように、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に囲まれた領域には、搬送領域４０が形成される。搬送領域４０には、搬送装置４１が配置される。搬送装置４１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。
【0032】
かかる搬送装置４１は、搬送領域４０内を移動し、搬送領域４０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内の所与の装置に上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合基板Ｔを搬送する。
【0033】
また、接合システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部５および記憶部６を備える。記憶部６には、接合処理などの各種処理を制御するプログラムが格納される。制御部５は、記憶部６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。
【0034】
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４の記憶部６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。
【0035】
上記のように構成された接合システム１では、まず、搬送装置２２が、搬入出ステーション２に載置されたカセットＣ１から上ウェハＷ１を取り出し、取り出した上ウェハＷ１を第３処理ブロックＧ３のトランジション装置４２、４３へ搬入する。
【0036】
つづいて、上ウェハＷ１は、搬送装置４１によってトランジション装置４２、４３から取り出されて、表面改質装置３０へ搬入される。そして、表面改質装置３０が、上ウェハＷ１に対して表面改質処理を行う。かかる表面改質処理により、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが改質される。
【0037】
つづいて、上ウェハＷ１は、搬送装置４１によって表面改質装置３０から取り出されて、表面親水化装置３２へ搬入される。そして、表面親水化装置３２が、上ウェハＷ１に対して表面親水化処理を行う。かかる表面親水化処理により、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが親水化される。
【0038】
つづいて、上ウェハＷ１は、搬送装置４１によって表面親水化装置３２から取り出されて、接合装置３３へ搬入される。
【0039】
また、ここまで説明した上ウェハＷ１への処理と並行して、搬送装置２２は、搬入出ステーション２に載置されたカセットＣ２から下ウェハＷ２を取り出し、取り出した下ウェハＷ２を第３処理ブロックＧ３のトランジション装置４２、４３へ搬入する。
【0040】
つづいて、下ウェハＷ２は、搬送装置４１によってトランジション装置４２、４３から取り出されて、表面改質装置３０へ搬入される。そして、表面改質装置３０が、下ウェハＷ２に対して表面改質処理を行う。かかる表面改質処理により、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが改質される。
【0041】
つづいて、下ウェハＷ２は、搬送装置４１によって表面改質装置３０から取り出されて、表面親水化装置３２へ搬入される。そして、表面親水化装置３２が、下ウェハＷ２に対して表面親水化処理を行う。かかる表面親水化処理により、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが親水化される。
【0042】
つづいて、下ウェハＷ２は、搬送装置４１によって表面親水化装置３２から取り出されて、接合装置３３へ搬入される。
【0043】
そして、接合装置３３に搬入された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２は、接合装置３３において接合され、重合基板Ｔが形成される。この重合基板Ｔは、搬送装置４１、トランジション装置４２、４３および搬送装置２２を介して、カセットＣ３に搬送される。
【0044】
また、制御部５は、接合装置３３で形成された重合基板Ｔを、搬送装置４１によって分析装置３１に搬送することで、重合基板Ｔの分析処理を行うこともできる。
【0045】
【0046】
図４に示すように、分析装置３１は、チャンバ９０を備える。チャンバ９０の側面には、搬入出口（図示せず）が設けられる。分析装置３１は、基板保持部５０と、移動部６０と、基板保持部７０と、剥離誘引部８０とを備え、これらはチャンバ９０の内部に配置される。
【0047】
分析装置３１は、重合基板Ｔの上ウェハＷ１側を基板保持部５０によって上方から吸着保持し、重合基板Ｔの下ウェハＷ２側を基板保持部７０によって下方から吸着保持する。そして、分析装置３１は、移動部６０により、上ウェハＷ１を下ウェハＷ２の板面から離す方向へ移動させる。
【0048】
これにより、第１保持部に保持された上ウェハＷ１が、その一端から他端へ向けて下ウェハＷ２から連続的に剥離する。以下、各構成要素について具体的に説明する。
【0049】
基板保持部５０は、弾性部材５１と、複数の吸着部５２とを備える。弾性部材５１は、薄板状の部材であり、たとえば板金などの金属で形成される。かかる弾性部材５１は、上ウェハＷ１の上方において上ウェハＷ１と対向配置される。
【0050】
複数の吸着部５２は、弾性部材５１における上ウェハＷ１との対向面に設けられる。各吸着部５２は、弾性部材５１に固定される本体部５２ａと、この本体部５２ａの下部に設けられる吸着パッド５２ｂとを備える。
【0051】
各吸着部５２は、吸気管５２ｃを介して真空ポンプなどの吸気装置５２ｄに接続される。基板保持部５０は、吸気装置５２ｄが発生させる吸引力により、複数の吸着部５２で上ウェハＷ１の非接合面Ｗ１ｎ（図３参照）を吸着する。これにより、上ウェハＷ１は、基板保持部５０に吸着保持される。
【0052】
なお、吸着部５２が備える吸着パッド５２ｂとしては、変形量の少ないタイプのものが好ましい。これは、後述する移動部６０が基板保持部５０を引っ張った際に吸着パッド５２ｂが大きく変形すると、かかる変形に伴って上ウェハＷ１の被吸着部分が大きく変形し、上ウェハＷ１あるいは下ウェハＷ２がダメージを受けるおそれがあるためである。
【0053】
具体的には、吸着パッド５２ｂとしては、たとえば、吸着面にリブを有するものや、空間の高さが０．５ｍｍ以下のフラットパッドなどを用いることが好ましい。
【0054】
【0055】
図５に示すように、基板保持部５０が備える複数の吸着部５２は、弾性部材５１に対して円環状に並べて配置されており、上ウェハＷ１の外周部と対向し、上ウェハＷ１の外周部をそれぞれ吸着する。ここでは、弾性部材５１に対して８個の吸着部５２が設けられる場合の例を示したが、弾性部材５１に設けられる吸着部５２の個数は、８個に限定されない。
【0056】
これら複数の吸着部５２のうち、剥離の最も起点側（ここでは、Ｘ軸負方向側）に配置される吸着部５２は、後述する剥離誘引部８０（図４参照）の刃部８１（図４参照）が当接する部位に近接する位置に配置される。換言すると、剥離誘引部８０の刃部８１は、Ｘ軸負方向側に配置される吸着部５２の近傍で重合基板Ｔの側面に当接する。
【0057】
弾性部材５１は、本体部５１ａと、延在部５１ｂとを備える。本体部５１ａは、外径が上ウェハＷ１と略同径であり、かつ、中央部が中空である円環状の枠体である。複数の吸着部５２は、かかる本体部５１ａの下面すなわち上ウェハＷ１との対向面に、本体部５１ａの形状に沿って円環状に並べられる。
【0058】
延在部５１ｂは、本体部５１ａの外周部のうち、剥離の最も起点側に位置する外周部（ここでは、Ｘ軸負方向側の外周部）の一部を剥離の進行方向とは反対側（Ｘ軸負方向側）へ向けて延在させた部位である。そして、かかる延在部５１ｂの先端に移動部６０の支柱部材６１が接続される。
【0059】
図４に戻り、分析装置３１のその他の構成について説明する。移動部６０は、支柱部材６１と、駆動機構６２と、ロードセル６３とを備える。
【0060】
支柱部材６１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する部材であり、一端部が弾性部材５１の延在部５１ｂ（図５参照）に接続され、他端部が上側ベース部９３を介して駆動機構６２に接続される。
【0061】
駆動機構６２は、上側ベース部９３の上部に固定され、下部に接続される支柱部材６１を鉛直方向に移動させる。ロードセル６３は、支柱部材６１にかかる負荷を検出する。
【0062】
かかる移動部６０は、駆動機構６２を用いて支柱部材６１を鉛直上方に移動させることにより、支柱部材６１に繋がった基板保持部５０を引っ張り上げる。この際、移動部６０は、ロードセル６３による検出結果に基づき、上ウェハＷ１に加わる力を制御しながら、基板保持部５０を引っ張ることができる。
【0063】
ここで、図５に示すように、引き上げの力点となる支柱部材６１は、引き上げの支点となる吸着部５２、すなわち、剥離の最も起点側（ここでは、Ｘ軸負方向側）に配置される吸着部５２よりも剥離の進行方向の反対側に配置される。
【0064】
したがって、引き上げの作用点となる重合基板Ｔの側面（剥離の起点となる部位）には、図４において時計回りの回転力（モーメント）が発生する。これにより、移動部６０は、上ウェハＷ１をその外縁部からめくり上げるようにして引っ張ることができ、上ウェハＷ１を下ウェハＷ２から効率的に剥離させることができる。
【0065】
なお、基板保持部５０は、図４に示すように、移動部６０によって支持され、移動部６０は、上側ベース部９３によって支持される。また、上側ベース部９３は、チャンバ９０の天井部に取り付けられた固定部材９１に支柱９２を介して支持される。
【0066】
基板保持部７０は、基板保持部５０の下方に配置され、重合基板Ｔの下ウェハＷ２側を吸着保持する。かかる基板保持部７０は、円板形状の本体部７１と、本体部７１を支持する支柱部材７２とを備える。
【0067】
本体部７１は、たとえば、アルミニウムなどの金属部材で形成される。かかる本体部７１の上面には、吸着面７３が設けられる。吸着面７３は、多孔質体であり、たとえばＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）などの樹脂部材で形成される。
【0068】
本体部７１の内部には、吸着面７３を介して外部と連通する吸引空間７４が形成される。吸引空間７４は、吸気管７１ａを介して真空ポンプなどの吸気装置７１ｂと接続される。かかる基板保持部７０は、吸気装置７１ｂの吸気によって発生する負圧を利用し、下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎ（図３参照）を吸着面７３に吸着させることによって、重合基板Ｔを吸着保持する。
【0069】
また、下ウェハＷ２との吸着面に溝などの非吸着部が形成されていると、かかる非吸着部において下ウェハＷ２にクラックが発生するおそれがある。そこで、本体部７１の吸着面７３は、溝などの非吸着部を有しない平坦面とした。これにより、下ウェハＷ２にクラックが発生することを防止することができる。
【0070】
さらに、吸着面７３をＰＣＴＦＥなどの樹脂部材で形成することとしたため、下ウェハＷ２へのダメージをさらに抑えることができる。
【0071】
基板保持部７０は、チャンバ９０の床面に固定された回転昇降機構９４によって支持される。回転昇降機構９４は、支柱部材７２を鉛直軸回りに回転させることにより、基板保持部７０を回転させる。また、回転昇降機構９４は、支柱部材７２を鉛直方向に移動させることにより、基板保持部７０を昇降させる。
【0072】
基板保持部７０の外方には、剥離誘引部８０が配置される。かかる剥離誘引部８０は、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２から剥離される起点となる部位を重合基板Ｔの側面に形成する。
【0073】
剥離誘引部８０は、刃部８１と、移動機構８２と、移動機構８３とを備える。刃部８１は、挿入部の一例である。刃部８１は、たとえば平刃であり、刃先が重合基板Ｔへ向けて突出するように移動機構８２に支持される。
【0074】
移動機構８２は、Ｘ軸方向に延在するレールに沿って刃部８１を水平方向に移動させる。移動機構８３は、たとえば上側ベース部９３に固定され、移動機構８２を鉛直方向に移動させる。この移動機構８３によって、刃部８１の高さ位置、すなわち、重合基板Ｔの側面への当接位置が調節される。
【0075】
剥離誘引部８０は、移動機構８３を用いて刃部８１の高さ位置を調節した後、移動機構８２を用いて刃部８１を水平方向（ここでは、Ｘ軸正方向）へ移動させる。さらに剥離誘引部８０は、刃部８１を重合基板Ｔの側面に露出する上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間に当接させる。これにより、重合基板Ｔに、上ウェハＷ１を下ウェハＷ２から剥離する起点となる部位が形成される。
【0076】
また、チャンバ９０には、かかるチャンバ９０の内部を排気する第１排気部１００および第２排気部１１０が接続される。第１排気部１００は、第１排気路１０１と、バルブ１０２と、ポンプ１０３とを有する。第１排気路１０１は別の排気路の一例であり、ポンプ１０３は別の排気機構の一例である。
【0077】
第１排気路１０１は、チャンバ９０の内部とエキゾースト部ＥＸＨとの間を接続する。バルブ１０２は、チャンバ９０の内部からの排気のオンおよびオフを調整するバルブである。
【0078】
ポンプ１０３は、第１排気路１０１においてバルブ１０２よりも下流側に位置する。ポンプ１０３は、チャンバ９０の内部を排気して、排気した気体をエキゾースト部ＥＸＨに送る。
【0079】
第２排気部１１０は、第２排気路１１１と、バルブ１１２と、滞留部１１３と、ポンプ１１４とを有する。第２排気路１１１は排気路の一例であり、ポンプ１１４は排気機構の一例である。
【0080】
第２排気路１１１は、上述の第１排気路１０１とは別の経路でチャンバ９０の内部とエキゾースト部ＥＸＨとの間を接続する。バルブ１１２は、チャンバ９０の内部からの排気のオンおよびオフを調整するバルブである。
【0081】
滞留部１１３は、第２排気路１１１においてバルブ１１２よりも下流側に位置する。滞留部１１３は、内部に空間を有する箱状の部材である。
【0082】
ポンプ１１４は、第２排気路１１１において滞留部１１３よりも下流側に位置する。ポンプ１１４は、チャンバ９０の内部を排気して、排気した気体をエキゾースト部ＥＸＨに送る。
【0083】
また、第２排気部１１０の滞留部１１３には、ガス分析部１２０が接続される。ガス分析部１２０は、たとえばＱＭＳ（Quadrupole Mass Spectrometer：四重極型質量分析計）であり、滞留部１１３に流れ込んだガスの種類、および各ガス種の量などを検出することができる。
【0084】
また、チャンバ９０には、減圧されているチャンバ９０の内部を大気圧に開放するためのガスを供給するガス供給部１３０が接続される。ガス供給部１３０は、供給路１３１と、ガス供給源１３２と、バルブ１３３とを有する。
【0085】
供給路１３１は、ガス供給源１３２とチャンバ９０の内部との間を接続する。ガス供給源１３２は、たとえば、チャンバ９０の内部を大気圧に開放するためのガス（たとえば、窒素ガスなど）を貯留するタンクである。バルブ１３３は、ガス供給源１３２からのガス供給のオンおよびオフを調整するバルブである。
【0086】
また、チャンバ９０には、内部を撮像可能なカメラ１４０が設けられる。かかるカメラ１４０は、たとえば、基板保持部５０、７０に保持される重合基板ＴよりもＸ軸負方向側に位置し、重合基板Ｔの側面に露出する上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間を撮像可能である。
【0087】
さらに、チャンバ９０には、図示しない加熱機構が設けられる。かかる加熱機構は、チャンバ９０を加熱することができる。
【0088】
＜分析処理の詳細＞
次に、分析装置３１による分析処理の詳細について、図６～図９を参照しながら説明する。図６は、実施形態に係る分析装置３１が実行する分析処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、分析装置３１は、制御装置４（図１参照）の制御部５（図１参照）の制御に基づき、図６に示す各処理手順を実行する。
次に、分析装置３１による分析処理の詳細について、図６～図９を参照しながら説明する。図６は、実施形態に係る分析装置３１が実行する分析処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、分析装置３１は、制御装置４（図１参照）の制御部５（図１参照）の制御に基づき、図６に示す各処理手順を実行する。
【0089】
まず、制御部５は、バルブ１０２およびバルブ１１２を閉状態にした後、バルブ１３３を閉状態から開状態に変更することで、ガス供給源１３２からチャンバ９０の内部にガスを供給し、チャンバ９０の内部を大気圧に開放する（ステップＳ１０１）。なお、チャンバ９０の内部が大気圧に開放された後、バルブ１３３は閉状態に戻る。
【0090】
次に、制御部５は、搬送装置４１などを制御して、接合装置３３で形成された重合基板Ｔを、接合装置３３から搬入出口を経由してチャンバ９０の内部に搬入する（ステップＳ１０２）。そして、制御部５は、基板保持部５０および基板保持部７０などを制御して、重合基板Ｔを上下から保持する（ステップＳ１０３）。
【0091】
なお、チャンバ９０に搬入されて分析される重合基板Ｔは、接合装置３３で形成された直後の重合基板Ｔに限られず、搬入出ステーション２から別途搬入された重合基板Ｔなどであってもよい。
【0092】
次に、制御部５は、バルブ１０２を閉状態から開状態に変更して、第１排気部１００でチャンバ９０の内部を真空排気する（ステップＳ１０４）。そして、チャンバ９０の内部が所与の圧力（たとえば、１Ｐａ）以下となった後、制御部５は、チャンバ９０に設けられる加熱機構でチャンバ９０を所与の温度（たとえば、１２０（℃）程度）に加熱する（ステップＳ１０５）。
【0093】
これにより、チャンバ９０における壁の内表面や壁の内部に残留、溶存している気体分子をチャンバ９０の内部空間に放出することができる。したがって、実施形態によれば、かかる気体分子が後の分析処理においてノイズとして検出されることを抑制できるため、分析精度を向上させることができる。
【0094】
なお、このステップＳ１０５の処理は、チャンバ９０を加熱するだけでなく、第１排気路１０１におけるバルブ１０２よりも上流側、第２排気路１１１におけるバルブ１１２よりも上流側、および供給路１３１におけるバルブ１３３よりも下流側を加熱してもよい。
【0095】
このように、チャンバ９０の大気開放処理ではチャンバ９０の内部と同様に大気圧に開放されるとともに、チャンバ９０の真空排気処理ではチャンバ９０の内部と同様に真空排気される部位を加熱することで、分析精度をさらに向上させることができる。
【0096】
図６の説明に戻る。ステップＳ１０５の処理を所与の時間（たとえば、３時間程度）実施した後、制御部５は、バルブ１０２を開状態から閉状態に変更するとともに、バルブ１１２を閉状態から開状態に変更する。これにより、制御部５は、第２排気部１１０でチャンバ９０の内部を真空排気する（ステップＳ１０６）。
【0097】
【0098】
まず、制御部５は、図７に示すように、剥離誘引部８０を制御して、重合基板Ｔの側面に刃部８１を押し付けて、かかる重合基板Ｔにおける上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間に刃部８１を挿入する。
【0099】
この際、制御部５は、Ｘ軸負方向側に配置される吸着部５２の近傍に位置する重合基板Ｔの側面に刃部８１を押し付ける。また、制御部５は、挿入位置である接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に刃部８１が当接しているか否かを、カメラ１４０を用いて視認しながら判定する。
【0100】
すなわち、制御部５は、刃部８１をＸ軸負方向側の待機位置から重合基板Ｔの側面に位置するＸ軸正方向側の挿入位置に移動させて、かかる挿入位置から接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に刃部８１を挿入する。
【0101】
また、制御部５は、刃部８１を挿入する処理と並行して、基板保持部５０の外周部の一部、具体的には、弾性部材５１の延在部５１ｂ（図４参照）を基板保持部７０から離す方向に移動させる。
【0102】
これにより、刃部８１を挿入した部位の近傍に配置される吸着部５２が上方に引っ張られる。すると、図８に示すように、刃部８１が挿入された部位を起点として上ウェハＷ１が重合基板Ｔから剥離し始める。
【0103】
ここで、実施形態では、チャンバ９０の内部が第２排気部１１０で真空排気されているため、上ウェハＷ１が剥離し始めると、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間から、かかる接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に存在していたガスＧが噴出する。
【0104】
その後、制御部５は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間に刃部８１を挿入するとともに、移動部６０を動作させて基板保持部５０をさらに引っ張り上げる。
【0105】
これにより、上ウェハＷ１におけるＸ軸負方向側の端部からＸ軸正方向側の端部へ向けて剥離が連続的に進行していき、最終的には、図９に示すように、上ウェハＷ１が重合基板Ｔ（図８参照）から剥離する。これにより、一連の剥離処理が終了する。
【0106】
図６の説明に戻る。ここまで説明した上ウェハＷ１の剥離処理と並行して、制御部５は、ガス分析部１２０を制御して、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間から噴出したガスＧの成分を分析する（ステップＳ１０８）。
【0107】
ここで、実施形態では、第２排気部１１０でチャンバ９０の内部を真空排気しながら上ウェハＷ１の剥離処理を行っているため、重合基板Ｔから噴出したガスＧは滞留部１１３を経由してエキゾースト部ＥＸＨに排出される。そのため、滞留部１１３に接続されるガス分析部１２０は、重合基板Ｔから噴出したガスＧを精度よく分析することができる。
【0108】
このように、実施形態では、剥離処理とガス分析処理とを並行して行うことで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との界面に存在するガスＧを精度よく分析することができる。そして、このガスＧの少なくとも一部は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応に起因して、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との界面に存在していると推測される。
【0109】
したがって、実施形態によれば、この界面に存在するガスＧを精度よく分析することで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる。
【0110】
また、実施形態では、ガス分析部１２０が、第２排気部１１０の第２排気路１１１に接続されるとよい。このように、噴出したガスＧが集まって排気される第２排気路１１１にガス分析部１２０を接続することで、重合基板Ｔから噴出したガスＧをより多く検出できることから、ガスＧを精度よく分析することができる。
【0111】
したがって、実施形態によれば、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0112】
また、実施形態では、ガス分析部１２０が、箱状の滞留部１１３に接続されてもよい。これにより、管状の第２排気部１１０に直接ガス分析部１２０を接続する場合と比べて、噴出したガスＧをより多くガス分析部１２０に導入することができる。
【0113】
したがって、実施形態によれば、重合基板Ｔから噴出したガスＧをより多く分析できるため、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0114】
なお、本開示では、ガス分析部１２０が箱状の滞留部１１３に接続される場合に限られない。たとえば、ガス分析部１２０は、別の形状の滞留部１１３に接続されていてもよいし、管状の第２排気路１１１に直接接続されていてもよい。
【0115】
また、実施形態では、重合基板Ｔの接合部からガスＧを噴出させる前に、第２排気部１１０とは異なる第１排気部１００を用いて、チャンバ９０の内部をあらかじめ所与の圧力以下まで排気してもよい。
【0116】
このように、ガス分析処理の際に用いられる第２排気部１１０とは別に、チャンバ９０の内部を必要な圧力まで排気する専用の第１排気部１００を設けることで、第２排気路１１１の内部（例えば、ガス分析部１２０等）が大気に曝されることを防ぐことができる。
【0117】
したがって、実施形態によれば、重合基板Ｔから噴出したガスＧを精度よく分析できるため、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0118】
また、実施形態では、第１排気部１００でチャンバ９０の内部を排気した後に、続けて第２排気部１１０でチャンバ９０の内部を排気しながら、移動機構８２、８３を制御して刃部８１を挿入位置に移動させてもよい。
【0119】
このように、第１排気部１００でチャンバ９０の内部から不純物ガスを可能な限り排気した後に、第２排気部１１０でチャンバ９０の内部を排気しながら重合基板Ｔの剥離処理を行うことで、不純物ガスが少ない環境下でガスＧの分析処理を行うことができる。
【0120】
したがって、実施形態によれば、重合基板Ｔから噴出したガスＧを精度よく分析できるため、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0121】
また、実施形態では、ポンプ１０３の排気速度がポンプ１１４の排気速度よりも大きくてもよい。このように、ガス分析処理の際に用いられるポンプ１１４よりも、チャンバ９０の内部を大気圧から所与の圧力まで排気するポンプ１０３の排気速度を大きくすることで、より短時間でチャンバ９０の内部を所与の圧力以下まで排気することができる。
【0122】
したがって、実施形態によれば、分析処理をより効率よく実施することができる。
【0123】
また、実施形態では、チャンバ９０が、内部の挿入位置を視認可能であるカメラ１４０を有してもよい。これにより、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に刃部８１が当接しているか否かを、カメラ１４０によって視認しながら剥離処理を行うことができるため、分析処理を効率よく実施することができる。
【0124】
また、実施形態では、ガス分析部１２０が、ＱＭＳなどの質量分析計であってもよい。これにより、重合基板Ｔから噴出したガスＧの種類、および各ガス種の量などを精度よく検出することができる。
【0125】
したがって、実施形態によれば、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0126】
また、実施形態では、ドリルのような部材で重合基板Ｔを破壊しながらガスＧを分析するのではなく、平刃のような刃部８１で重合基板Ｔを割断しながらガスＧを分析してもよい。これにより、重合基板Ｔの内部に存在する気体の中から、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとの間に存在するガスＧに絞って質量分析を行うことができる。
【0127】
したがって、実施形態によれば、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0128】
また、実施形態では、分析装置３１が、接合システム１に設けられてもよい。これにより、接合システム１の接合装置３３で形成された重合基板Ｔをインラインで分析することができる。
【0129】
なお、本開示では、分析装置３１が接合システム１に設けられる場合に限られず、分析装置３１がその他のシステムの内部に組み込まれてもよいし、分析装置３１が１つの装置として独立していてもよい。
【0130】
図６の説明に戻る。ステップＳ１０７およびステップＳ１０８の処理が終了した後、制御部５は、上述のステップＳ１０１の処理と同じ手順で、チャンバ９０の内部を大気圧に開放する（ステップＳ１０９）。なお、チャンバ９０の内部が大気圧に開放された後、バルブ１３３は閉状態に戻る。
【0131】
最後に、制御部５は、大気圧に開放されたチャンバ９０から、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を搬出し（ステップＳ１１０）、一連の分析処理を終了する。
【0132】
上記の実施形態では、刃部８１を移動機構８２、８３で挿入位置に移動させながら重合基板Ｔの剥離処理を行う例について示したが、本開示はかかる例に限られない。たとえば、本開示では、基板保持部５０、７０を駆動して、かかる基板保持部５０、７０に保持される重合基板Ｔを刃部８１に向けて移動させながら、重合基板Ｔの剥離処理を実施してもよい。
【0133】
さらに、本開示では、刃部８１および重合基板Ｔをいずれも移動させながら、重合基板Ｔの剥離処理を実施してもよい。これらによっても、剥離処理とガス分析処理とを並行して行うことができる。
【0134】
また、本開示では、ガス分析処理において、噴出したガスＧの時間推移を測定してもよい。これにより、重合基板Ｔの各部位（たとえば、周縁部および中央部）における化学反応や接合メカニズムの違いを詳細に解析することができる。
【0135】
また、本開示では、重合基板Ｔを水平に保持しながら剥離処理およびガス分析処理を実施する例について示したが、本開示はかかる例に限られず、たとえば、重合基板Ｔを垂直に保持しながら剥離処理およびガス分析処理を実施してもよい。
【0136】
また、本開示では、重合基板Ｔの全体に対して剥離処理およびガス分析処理を実施する例について示したが、本開示はかかる例に限られず、たとえば重合基板Ｔの破片に対して剥離処理およびガス分析処理を行ってもよい。
【0137】
これにより、重合基板Ｔの各部位における化学反応や接合メカニズムの違いを詳細に解析することができる。
【0138】
＜接合メカニズムの解析結果の一例＞
つづいて、実施形態に係る分析装置３１を用いた、重合基板Ｔの接合メカニズムの解析結果の一例について説明する。なお、本開示の解析は、表面改質装置３０において、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊの改質に用いられる処理ガスのプラズマを様々に変化させた複数種類の重合基板Ｔを用いて行っている。
つづいて、実施形態に係る分析装置３１を用いた、重合基板Ｔの接合メカニズムの解析結果の一例について説明する。なお、本開示の解析は、表面改質装置３０において、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊの改質に用いられる処理ガスのプラズマを様々に変化させた複数種類の重合基板Ｔを用いて行っている。
【0139】
具体的には、本開示では、処理ガスとして窒素（Ｎ２）または酸素（Ｏ２）が用いられ、さらにそれぞれの処理ガスでプラズマを発生させる際の投入電力が低い値（Ｌｏｗ）または高い値（Ｈｉｇｈ）に制御されている。
【0140】
図１０は、表面改質処理でのプラズマ条件と各重合基板Ｔの接合強度との関係について示す図である。図１０に示すように、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔと、処理ガスに酸素を用いた重合基板Ｔとの比較では、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔのほうが上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合強度が高いことがわかる。
【0141】
また、処理ガスに窒素を用いた場合において、プラズマを発生させる際の投入電力が低い重合基板Ｔと、かかる投入電力が高い重合基板Ｔとの比較では、投入電力が低い重合基板Ｔのほうが上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合強度が高いことがわかる。
【0142】
図１１は、表面改質処理でのプラズマ条件と実施形態に係る分析処理によって測定された総検出ガス量との関係について示す図である。図１１に示すように、処理ガスに窒素を用いた場合において、プラズマを発生させる際の投入電力が低い重合基板Ｔと、投入電力が高い重合基板Ｔとの比較では、投入電力が高い重合基板ＴのほうがガスＧの総検出量が多いことがわかる。
【0143】
図１２は、表面改質処理でのプラズマ条件と実施形態に係る分析処理によって測定されたそれぞれのガス種の検出ガス量との関係について示す図である。
【0144】
図１２に示すように、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔでは、ガスＧに含まれるガス種として水素（Ｈ２）および窒素が検出されていることがわかる。一方で、処理ガスに酸素を用いた重合基板Ｔでは、ガスＧに含まれるガス種として、水素および窒素に加えて、酸素および水蒸気（Ｈ２Ｏ）が検出されていることがわかる。
【0145】
ここまで得られた分析結果に基づいて、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔにおける接合メカニズムの解析結果と、処理ガスに酸素を用いた重合基板Ｔにおける接合メカニズムの解析結果とについて、以下に説明する。
【0146】
図１３は、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔにおける接合メカニズムの解析結果を説明するための図である。図１３の（ａ）に示すように、接合処理直前の上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとには、シリコン（Ｓｉ）の表面に酸化膜（ＳｉＯ）が形成される。
【0147】
また、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊには、処理ガスに窒素を用いたプラズマ処理によって、酸化膜の表面にダメージを受けたアモルファス状の窒化酸化膜（ＳｉＯＮ）が形成される。さらに、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊの最表面には、プラズマ処理後の表面親水化処理によって、多数のシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ）が形成される。
【0148】
そして、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間には、不純物ガスなどに起因する水蒸気が存在する。かかる水蒸気は、たとえば、表面の窒化酸化膜の内部などに拡散する。
【0149】
次に、図１３の（ｂ）に示すように、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとが接触すると、互いの最表面に位置するシラノール基によって以下の化学式（１）で示す化学反応が生じ、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間にシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）が形成される。
（Ｓｉ－ＯＨ）＋（Ｓｉ－ＯＨ）⇔（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）＋Ｈ２Ｏ ・・・（１）
（Ｓｉ－ＯＨ）＋（Ｓｉ－ＯＨ）⇔（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）＋Ｈ２Ｏ ・・・（１）
【0150】
かかるシロキサン結合は非常に強固な結合であることから、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間にシロキサン結合が形成されることで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが強固に接合される。
【0151】
一方で、上記の化学式（１）は可逆反応であることから、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの界面に水蒸気が存在すると、逆反応によってシロキサン結合はシラノール基に戻る。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合強度が低下する。
【0152】
また、図１３の（ｂ）に示す状態では、窒化酸化膜に含まれるシリコン窒化物（ＳｉＮ）と、窒化酸化膜の内部に存在する水蒸気とが、以下の化学式（２）に示す化学反応によって、シリコン酸化物、窒素および水素に変化する。なぜなら、シリコン窒化物に含まれるシリコン原子は、窒素原子よりも酸素原子に対して結合しやすいからである。
２ＳｉＮ＋２Ｈ２Ｏ→２ＳｉＯ＋Ｎ２＋２Ｈ２ ・・・（２）
２ＳｉＮ＋２Ｈ２Ｏ→２ＳｉＯ＋Ｎ２＋２Ｈ２ ・・・（２）
【0153】
そして、上記の化学式（２）で生成された窒素および水素は、たとえば、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に拡散する。
【0154】
次に、図１３の（ｃ）に示すように、上記の化学式（１）によって接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間のシロキサン結合が十分に形成されると、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが接合して重合基板Ｔが形成される。
【0155】
そして、処理ガスに窒素を用いた重合基板Ｔでは、上記の化学式（２）で生成された窒素および水素によって、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に空孔Ｖが形成される。すなわち、かかる空孔Ｖには、窒素および水素が存在する。
【0156】
そして、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との界面においてこの空孔Ｖが形成される領域は上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合には寄与しないため、界面に空孔Ｖが多いほど上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合強度は低下する。
【0157】
【0158】
また、投入電力が高い重合基板ＴのほうがガスＧの総検出量が多い理由としては、高密度の窒素プラズマによって接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊの最表面により多くのシリコン窒化物が形成されるため、上記の化学式（２）の反応が促進したためと推測できる。
【0159】
図１４は、処理ガスに酸素を用いた重合基板Ｔにおける接合メカニズムの解析結果を説明するための図である。図１４の（ａ）に示すように、接合処理直前の上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとには、シリコン（Ｓｉ）の表面に酸化膜（ＳｉＯ）が形成される。
【0160】
また、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊには、処理ガスに酸素を用いたプラズマ処理によって、酸化膜の表面にダメージを受けたアモルファス状の酸化膜（以下、ダメージ酸化膜（ｄ－ＳｉＯ）とも呼称する。）が形成される。さらに、接合面Ｗ１ｊ、Ｗ２ｊの最表面には、プラズマ処理後の表面親水化処理によって、多数のシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ）が形成される。
【0161】
そして、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間には、不純物ガスなどに起因する水蒸気が存在する。かかる水蒸気は、たとえば、最表面のダメージ酸化膜の内部などに拡散する。
【0162】
次に、図１４の（ｂ）に示すように、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとが接触すると、互いの最表面に位置するシラノール基から上記の化学式（１）で示す化学反応が生じ、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間にシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）が形成される。
【0163】
また、図１４の（ｂ）に示す状態では、ダメージ酸化膜に含まれる励起したシリコン原子（Ｓｉ＊）と、ダメージ酸化膜の内部に存在する一部の水蒸気とが、以下の化学式（３）に示す化学反応によって、シリコン酸化物および水素に変化する。
Ｓｉ＊＋Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ＋Ｈ２ ・・・（３）
Ｓｉ＊＋Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ＋Ｈ２ ・・・（３）
【0164】
そして、上記の化学式（３）で生成された水素と、反応しないままダメージ酸化膜の内部に残る水蒸気とは、たとえば、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に拡散する。
【0165】
次に、図１４の（ｃ）に示すように、上記の化学式（１）によって接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間のシロキサン結合が十分に形成されると、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが接合して重合基板Ｔが形成される。
【0166】
そして、処理ガスに酸素を用いた重合基板Ｔでは、上記の化学式（３）で生成された水素と、不純物ガスなどに起因する水蒸気とによって、接合面Ｗ１ｊと接合面Ｗ２ｊとの間に空孔Ｖが形成される。すなわち、かかる空孔Ｖには、水素および水蒸気が少なくとも存在する。
【0167】
そして、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との界面に水蒸気が存在する場合、上記の化学式（１）の逆反応によって、シロキサン結合はシラノール基に戻る。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合強度が低下する。
【0168】
【0169】
ここまで説明したように、実施形態では、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との界面に存在するガスＧを分析することで、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる。
【0170】
実施形態に係る分析装置３１は、基板保持部５０、７０と、挿入部（刃部８１）と、ガス分析部１２０と、を備える。基板保持部５０、７０は、第１基板（上ウェハＷ１）と第２基板（下ウェハＷ２）とが接合された重合基板Ｔを保持する。挿入部（刃部８１）は、基板保持部５０、７０に保持された重合基板Ｔにおける第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間に挿入可能である。ガス分析部１２０は、第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間から噴出したガスＧの成分を分析する。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる。
【0171】
また、実施形態に係る分析装置３１は、基板保持部５０、７０に保持された重合基板Ｔを収容するチャンバ９０と、チャンバ９０を排気路（第２排気路１１１）を介して排気する排気機構（ポンプ１１４）と、をさらに備える。また、ガス分析部１２０は、排気路（第２排気路１１１）に接続される。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0172】
また、実施形態に係る分析装置３１は、チャンバ９０を別の排気路（第１排気路１０１）を介して排気する別の排気機構（ポンプ１０３）と、各部を制御する制御部５と、をさらに備える。また、制御部５は、別の排気機構（ポンプ１０３）を制御して、第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間からガスＧを噴出させる前に、あらかじめ所与の圧力以下までチャンバ９０を排気する。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0173】
また、実施形態に係る分析装置３１は、移動機構８２、８３をさらに備える。移動機構８２、８３は、基板保持部５０または挿入部（刃部８１）を、第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間の挿入位置と、挿入位置から離れた離間位置との間で相対的に移動させる。また、制御部５は、別の排気機構（ポンプ１０３）でチャンバ９０を排気した後に、排気機構（ポンプ１１４）でチャンバ９０を排気しながら、移動機構８２、８３で基板保持部５０、７０または挿入部（刃部８１）を離間位置から挿入位置に移動させる。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0174】
また、実施形態に係る分析装置３１において、別の排気機構（ポンプ１０３）は、排気機構（ポンプ１１４）よりも排気速度が大きい。これにより、分析処理をより効率よく実施することができる。
【0175】
また、実施形態に係る分析装置３１において、チャンバ９０は、内部の挿入位置を視認可能であるカメラ１４０を有する。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0176】
また、実施形態に係る分析装置３１において、排気路（第２排気路１１１）は、箱状の滞留部１１３を有する。また、ガス分析部１２０は、滞留部１１３に接続される。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0177】
また、実施形態に係る分析装置３１は、チャンバ９０を加熱する加熱機構、をさらに備える。これにより、ガスＧの分析精度を向上させることができる。
【0178】
また、実施形態に係る分析装置３１において、ガス分析部１２０は、質量分析計である。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための精度のよい情報を得ることができる。
【0179】
また、実施形態に係る接合システム１は、接合装置３３と、上記に記載の分析装置３１と、搬送装置４１とを備える。接合装置３３は、第１基板（上ウェハＷ１）と第２基板（下ウェハＷ２）とを接合して重合基板Ｔを形成する。搬送装置４１は、接合装置３３と分析装置３１との間で重合基板Ｔを搬送する。これにより、接合システム１の接合装置３３で形成された重合基板Ｔをインラインで分析することができる。
【0180】
また、実施形態に係る分析方法は、基板保持工程（ステップＳ１０３）と、挿入工程（ステップＳ１０７）と、ガス分析工程（ステップＳ１０８）と、を含む。基板保持工程（ステップＳ１０３）は、第１基板（上ウェハＷ１）と第２基板（下ウェハＷ２）とが接合された重合基板Ｔを保持する。挿入工程（ステップＳ１０７）は、基板保持工程（ステップＳ１０３）にて保持された重合基板Ｔにおける第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間に挿入部（刃部８１）を挿入する。ガス分析工程（ステップＳ１０８）は、第１基板（上ウェハＷ１）の接合面Ｗ１ｊと第２基板（下ウェハＷ２）の接合面Ｗ２ｊとの間から噴出したガスＧの成分を分析する。これにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接合時に起きている化学反応や接合のメカニズムを解析するための情報を得ることができる。
【0181】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【0182】
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0183】
１ 接合システム
５ 制御部
３１ 分析装置
３３ 接合装置
４１ 搬送装置
５０ 基板保持部
７０ 基板保持部
８１ 刃部（挿入部の一例）
８２ 移動機構
８３ 移動機構
９０ チャンバ
１００ 第１排気部
１０１ 第１排気路（別の排気路の一例）
１０３ ポンプ（別の排気機構の一例）
１１０ 第２排気部
１１１ 第２排気路（排気路の一例）
１１３ 滞留部
１１４ ポンプ（排気機構の一例）
１２０ ガス分析部
１４０ カメラ
Ｔ 重合基板
Ｗ１ 上ウェハ（第１基板の一例）
Ｗ１ｊ 接合面
Ｗ２ 下ウェハ（第２基板の一例）
Ｗ２ｊ 接合面
５ 制御部
３１ 分析装置
３３ 接合装置
４１ 搬送装置
５０ 基板保持部
７０ 基板保持部
８１ 刃部（挿入部の一例）
８２ 移動機構
８３ 移動機構
９０ チャンバ
１００ 第１排気部
１０１ 第１排気路（別の排気路の一例）
１０３ ポンプ（別の排気機構の一例）
１１０ 第２排気部
１１１ 第２排気路（排気路の一例）
１１３ 滞留部
１１４ ポンプ（排気機構の一例）
１２０ ガス分析部
１４０ カメラ
Ｔ 重合基板
Ｗ１ 上ウェハ（第１基板の一例）
Ｗ１ｊ 接合面
Ｗ２ 下ウェハ（第２基板の一例）
Ｗ２ｊ 接合面
【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】