特許 7544446 接合装置、及び接合方法

(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】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】接合装置、及び接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240827BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

H01L21/68 N

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020193289

(22)【出願日】2020-11-20

(65)【公開番号】P2022082007

(43)【公開日】2022-06-01

【審査請求日】2023-08-22

(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】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】和田 憲雄

(72)【発明者】

【氏名】眞鍋 英二

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２９２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２１００５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２３０８９（ＵＳ，Ａ１）

(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】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する、接合装置であって、
前記第１基板を上方から保持する第１保持部と、
前記第２基板を下方から保持する第２保持部と、
前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる押動部と、
接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する温度調節部と、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、
接合前における前記第１基板又は前記第２基板の反りを測定する測定部を備える、接合装置。

【請求項2】

前記測定部は、前記第１基板又は前記第２基板の前記接合面の各測定点までの距離を測定するセンサを含む、請求項１に記載の接合装置。

【請求項3】

前記測定部の前記センサは、カメラ又は変位計を含む、請求項２に記載の接合装置。

【請求項4】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する、接合装置であって、
前記第１基板を上方から保持する第１保持部と、
前記第２基板を下方から保持する第２保持部と、
前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる押動部と、
接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する温度調節部と、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、
接合前における前記第１基板又は前記第２基板が線対称な反りを有する場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御し、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を線対称な分布に制御する、接合装置。

【請求項5】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する、接合装置であって、
前記第１基板を上方から保持する第１保持部と、
前記第２基板を下方から保持する第２保持部と、
前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる押動部と、
接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する温度調節部と、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、
接合前における前記第１基板又は前記第２基板が同心円状の反りを有する場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御し、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を同心円状の分布に制御する、接合装置。

【請求項6】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する、接合装置であって、
前記第１基板を上方から保持する第１保持部と、
前記第２基板を下方から保持する第２保持部と、
前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる押動部と、
接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する温度調節部と、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、
接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みが線対称である場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御し、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を線対称な分布に制御する、接合装置。

【請求項7】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する、接合装置であって、
前記第１基板を上方から保持する第１保持部と、
前記第２基板を下方から保持する第２保持部と、
前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる押動部と、
接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する温度調節部と、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、
接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みが同心円状である場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御し、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を同心円状の分布に制御する、接合装置。

【請求項8】

前記温度調節部は、前記第１基板又は前記第２基板を局所的に加熱又は冷却する複数の素子を含み、
複数の前記素子は、面状に並んでおり、
前記制御部は、複数の前記素子を個別に制御する、請求項１～７のいずれか１項に記載の接合装置。

【請求項9】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かい合わせることと、前記第２基板の上方に前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させることと、前記第１基板の接合面全体と前記第２基板の接合面全体とを接触させ、前記第１基板と前記第２基板とを含む重合基板を製造することと、を含む、接合方法であって、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節することを含み、
接合前における前記第１基板又は前記第２基板が線対称な反りを有する場合、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を線対称な分布に制御する、接合方法。

【請求項10】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かい合わせることと、前記第２基板の上方に前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させることと、前記第１基板の接合面全体と前記第２基板の接合面全体とを接触させ、前記第１基板と前記第２基板とを含む重合基板を製造することと、を含む、接合方法であって、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節することを含み、
接合前における前記第１基板又は前記第２基板が同心円状の反りを有する場合、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を同心円状の分布に制御する、接合方法。

【請求項11】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かい合わせることと、前記第２基板の上方に前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させることと、前記第１基板の接合面全体と前記第２基板の接合面全体とを接触させ、前記第１基板と前記第２基板とを含む重合基板を製造することと、を含む、接合方法であって、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節することを含み、
接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みが線対称である場合、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を線対称な分布に制御する、接合方法。

【請求項12】

第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かい合わせることと、前記第２基板の上方に前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させることと、前記第１基板の接合面全体と前記第２基板の接合面全体とを接触させ、前記第１基板と前記第２基板とを含む重合基板を製造することと、を含む、接合方法であって、
接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節することを含み、
接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みが同心円状である場合、接合前の前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を同心円状の分布に制御する、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、及び接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、ストライカーと、移動部と、温度調節部とを備える。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２基板を下方から吸着保持する。ストライカーは、第１基板の中心部を上方から押圧して第２基板に接触させる。移動部は、第１保持部と対向しない非対向位置と第１保持部と対向する対向位置との間で第２保持部を移動させる。温度調節部は、非対向位置に配置された第２保持部と対向し、第２保持部に吸着保持された第２基板の温度を局所的に調節する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１９０８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の一態様は、反りのある基板を接合した後に生じる基板間の歪みを低減する、技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る接合装置は、第１基板の接合面と第２基板の接合面とを向かわせて接合し、前記第１基板と前記第２基板を含む重合基板を製造する。前記接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、押動部と、温度調節部と、制御部と、を備える。前記第１保持部は、前記第１基板を上方から保持する。前記第２保持部は、前記第２基板を下方から保持する。前記押動部は、前記第２基板と間隔をおいて配置された前記第１基板の中心を押し下げ前記第２基板に接触させる。前記温度調節部は、接合前に、前記第１基板又は前記第２基板の温度分布を調節する。前記制御部は、接合前における前記第１基板と前記第２基板のそれぞれの反り、及び接合後に前記第１基板と前記第２基板の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、前記温度調節部を制御する。前記接合装置は、接合前における前記第１基板又は前記第２基板の反りを測定する測定部を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、反りのある基板を接合した後に生じる基板間の歪みを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係る接合装置を示す平面図である。

【図2】図２は、図１の接合装置の正面図である。

【図3】図３は、第１基板及び第２基板の一例を示す側面図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る接合方法を示すフローチャートである。

【図5】図５は、第１位置調節装置の一例を示す側面図である。

【図6】図６（Ａ）は第１温度調節装置の一例を示す側面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の第１温度調節装置の基板保持面を下方から見た図である。

【図7】図７は、接合モジュールの一例を示す平面図である。

【図8】図８は、図７の接合モジュールの側面図である。

【図9】図９は、上チャック及び下チャックの一例を示す断面図である。

【図10】図１０は、図４のステップＳ１０９の詳細を示すフローチャートである。

【図11】図１１（Ａ）はステップＳ１１２における動作の一例を示す側面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に続く動作を示す側面図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ｂ）に続く動作を示す側面図である。

【図12】図１２（Ａ）はステップＳ１１３における動作の一例を示す断面図であり、図１２（Ｂ）はステップＳ１１４における動作の一例を示す断面図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）に続く動作を示す断面図である。

【図13】図１３（Ａ）は反りの一例を示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の反りによって接合後に生じた歪みを示す平面図であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ｂ）の歪みを低減するための温度制御を示す平面図であり、図１３（Ｄ）は図１３（Ｃ）の温度制御によって生じる応力を示す平面図である。

【図14】図１４（Ａ）は反りの別の一例を示す斜視図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の反りによって接合後に生じた歪みを示す平面図であり、図１４（Ｃ）は図１４（Ｂ）の歪みを低減するための温度制御を示す平面図であり、図１４（Ｄ）は図１４（Ｃ）の温度制御によって生じる応力を示す平面図である。

【図15】図１５（Ａ）は下ウェハの反りの一例を示す斜視図であり、図１５（Ｂ）は下ウェハの吸着圧力分布の一例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は互いに垂直な方向であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

【0009】

先ず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る接合装置１について説明する。接合装置１は、図３に示すように、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合し、重合基板Ｔを作製する。第１基板Ｗ１及び第２基板Ｗ２の少なくとも１つは、例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。第１基板Ｗ１及び第２基板Ｗ２の１つは、電子回路が形成されていないベアウェハであってもよい。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。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、又はＩｎＰウェハである。

【0010】

以下、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」、重合基板Ｔを「重合ウェハＴ」と記載する場合がある。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。

【0011】

図１に示すように、接合装置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及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及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及び処理ステーション３は、一体的に接続される。

【0012】

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（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は重合ウェハＴを収容するカセットである。なお、カセットＣ１，Ｃ２において、上ウェハＷ１及び下ウェハＷ２は、それぞれ接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを上面にした状態で向きを揃えて収容される。

【0013】

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及び重合ウェハＴの搬送を行う。

【0014】

なお、載置台１０上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、載置台１０上には、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。

【0015】

処理ステーション３には、例えば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。例えば処理ステーション３の背面側（図１のＹ軸正方向側）には、第１処理ブロックＧ１が設けられ、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。

【0016】

また、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、例えば鉛直方向、水平方向及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。

【0017】

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及び第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及び重合ウェハＴを搬送する。

【0018】

第１処理ブロックＧ１には、例えば、表面改質装置３３と、表面親水化装置３４と、が配置される。表面改質装置３３は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ及び下ウェハ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及び下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを親水化する。

【0019】

例えば、表面改質装置３３は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ_２の結合を切断し、Ｓｉの未結合手を形成し、その後の親水化を可能にする。表面改質装置３３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が励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、酸素イオンが、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ及び下ウェハ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。処理ガスは、酸素ガスには限定されず、例えば窒素ガスなどでもよい。

【0020】

表面親水化装置３４は、例えば純水等の親水化処理液によって上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊ及び下ウェハＷ２のＷ２ｊを親水化する。表面親水化装置３４は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する役割も有する。表面親水化装置３４では、例えばスピンチャックに保持された上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２を回転させながら、当該上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２上に純水を供給する。これにより、純水が接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、Ｓｉの未結合手にＯＨ基が付き、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。

【0021】

第２処理ブロックＧ２には、例えば、接合モジュール４１と、第１温度調節装置４２と、第２温度調節装置４３と、が配置される。接合モジュール４１は、親水化された上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを接合し、重合ウェハＴを作製する。第１温度調節装置４２は、接合前、つまり、下ウェハＷ２との接触前に、上ウェハＷ１の温度分布を調節する。第２温度調節装置４３は、接合前、つまり、上ウェハＷ１との接触前に、下ウェハＷ２の温度分布を調節する。なお、本実施形態では、第１温度調節装置４２及び第２温度調節装置４３は、接合モジュール４１とは別に設けられるが、接合モジュール４１の一部として設けられてもよい。

【0022】

第３処理ブロックＧ３には、例えば、上方から下方に向けて、第１位置調節装置５１、第２位置調節装置５２、及びトランジション装置５３，５４がこの順で積層されて配置される（図２参照）。なお、第３処理ブロックＧ３における各装置の配置場所は、図２に示す配置場所には限定されない。第１位置調節装置５１は、上ウェハＷ１の水平方向の向きを調節し、また、上ウェハＷ１を上下反転し、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを下向きにする。第２位置調節装置５２は、下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。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や重合ウェハＴが一時的に載置される。

【0023】

接合装置１は、制御装置９０を備える。制御装置９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１と、メモリ等の記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、接合装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御装置９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、接合装置１の動作を制御する。

【0024】

次に、図４を参照して、本実施形態の接合方法について説明する。図４に示すステップＳ１０１～Ｓ１０９は、制御装置９０による制御下で実施される。

【0025】

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の載置台１０上に載置される。

【0026】

次に、搬送装置２２が、カセットＣ１内の上ウェハＷ１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５３に搬送する。その後、搬送装置６１が、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。

【0027】

次に、表面改質装置３３が、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを改質する（ステップＳ１０１）。接合面Ｗ１ｊの改質は、接合面Ｗ１ｊを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、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。

【0028】

次に、表面親水化装置３４が、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを親水化する（ステップＳ１０２）。接合面Ｗ１ｊの親水化は、接合面Ｗ１ｊを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、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位置調節装置５１に搬送する。

【0029】

次に、第１位置調節装置５１が、上ウェハＷ１の水平方向の向きを調節し、上ウェハＷ１の上下を反転する（ステップＳ１０３）。その結果、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が、第１位置調節装置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温度調節装置４２に搬送する。

【0030】

次に、第１温度調節装置４２が、上ウェハＷ１の温度を調節する（ステップＳ１０４）。上ウェハＷ１の温調は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを下に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、第１温度調節装置４２から上ウェハＷ１を取り出し、接合モジュール４１に搬送する。

【0031】

上ウェハＷ１に対する上記の処理と並行して、下ウェハＷ２に対する下記の処理が実施される。先ず、搬送装置２２が、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が、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。

【0032】

次に、表面改質装置３３が、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを改質する（ステップＳ１０５）。接合面Ｗ２ｊの改質は、接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、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。

【0033】

次に、表面親水化装置３４が、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを親水化する（ステップＳ１０６）。接合面Ｗ２ｊの親水化は、接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、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位置調節装置５２に搬送する。

【0034】

次に、第２位置調節装置５２が、下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する（ステップＳ１０７）。その結果、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が、第２位置調節装置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温度調節装置４３に搬送する。

【0035】

次に、第２温度調節装置４３が、下ウェハＷ２の温度を調節する（ステップＳ１０８）。下ウェハＷ２の温調は、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置６１が、第２温度調節装置４３から下ウェハＷ２を取り出し、接合モジュール４１に搬送する。

【0036】

次に、接合モジュール４１が、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２を接合し、重合ウェハＴを製造する（ステップＳ１０９）。その後、搬送装置６１が、接合モジュール４１から重合ウェハ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。

【0037】

最後に、搬送装置２２が、トランジション装置５４から重合ウェハ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、一連の処理が終了する。

【0038】

次に、図５を参照して、第１位置調節装置５１の一例について説明する。なお、第２位置調節装置５２は、基台反転部５１ｄを有しない点を除き、第１位置調節装置５１と同様に構成されるので、説明を省略する。

【0039】

第１位置調節装置５１は、基台５１ａと、上ウェハＷ１を吸着保持して回転させる保持部５１ｂと、上ウェハＷ１及び下ウェハＷ２のノッチの位置を検出する検出部５１ｃと、を有する。保持部５１ｂが上ウェハＷ１を吸着保持して回転させながら、検出部５１ｃが上ウェハＷ１のノッチの位置を検出することで、ノッチの位置が調節され、上ウェハＷ１の水平方向の向きが調節される。

【0040】

また、第１位置調節装置５１は、基台５１ａを反転させる基台反転部５１ｄを有する。基台反転部５１ｄは、例えばモータなどを備え、基台５１ａを上下反転させ、保持部５１ｂに保持された上ウェハＷ１を上下反転させる。これにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下向きになる。

【0041】

次に、図６を参照して、第１温度調節装置４２の一例について説明する。なお、第２温度調節装置４３は、下ウェハＷ２を下方から保持する点を除き、第１温度調節装置４２と同様に構成されるので、説明を省略する。

【0042】

第１温度調節装置４２は、図６（Ａ）に示すように、上ウェハＷ１を上方から保持する温調プレート４２ａを有する。温調プレート４２ａは、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを下に向けて、上ウェハＷ１を上方から水平に保持する。

【0043】

温調プレート４２ａは、図６（Ｂ）に示すように、上ウェハＷ１を局所的に加熱又は冷却する複数の素子４２ｂを含む。素子４２ｂは、特に限定されないが、例えばペルチェ素子である。ペルチェ素子は、電流の供給によって、吸熱又は発熱する。吸熱と発熱は、電流の向きで切り替えられる。また、吸熱量と発熱量は、電流の大きさで制御される。なお、上ウェハＷ１に温度差が生じればよく、素子４２ｂとして、吸熱のみ、又は発熱のみを行うものが用いられてもよい。

【0044】

複数の素子４２ｂは、温調プレート４２ａの基板保持面である下面に面状に配列される。複数の素子４２ｂは、それぞれ、円周方向に並べられると共に、同心円状に多段に並べられる。但し、素子４２ｂの配置は、特に限定されない。例えば、複数の素子４２ｂは、碁盤の目状に並べられてもよい。

【0045】

制御装置９０は、複数の素子４２ｂを個別に制御することにより、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを複数の領域に分けて個別に温調する。その結果、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの温度分布を制御できる。

【0046】

次に、図７～図９を参照して、接合モジュール４１の一例について説明する。図７に示すように、接合モジュール４１は、内部を密閉可能な処理容器２１０を有する。処理容器２１０の搬送領域６０側の側面には搬入出口２１１が形成され、当該搬入出口２１１には開閉シャッタ２１２が設けられる。上ウェハＷ１、下ウェハＷ２及び重合ウェハＴは、搬入出口２１１を介して搬入出される。

【0047】

図８に示すように、処理容器２１０の内部には、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の接合面Ｗ１ｊを下に向けて、上ウェハＷ１を上方から保持する。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の接合面Ｗ２ｊを上に向けて、下ウェハＷ２を下方から保持する。

【0048】

上チャック２３０は、処理容器２１０の天井面に設けられた支持部材２８０に支持される。一方、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下チャック移動部２９１に支持される。

【0049】

第１下チャック移動部２９１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下チャック移動部２９１は、下チャック２３１を鉛直方向に移動自在、かつ鉛直軸回りに回転可能に構成される。

【0050】

第１下チャック移動部２９１は、当該第１下チャック移動部２９１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に取り付けられる。第１下チャック移動部２９１は、レール２９５に沿って移動自在に構成される。レール２９５は、第２下チャック移動部２９６に設けられる。

【0051】

第２下チャック移動部２９６は、当該第２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に取り付けられる。第２下チャック移動部２９６は、レール２９７に沿って移動自在に、即ち下チャック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は、処理容器２１０の底面に設けられた載置台２９８上に設けられる。

【0052】

第１下チャック移動部２９１と、第２下チャック移動部２９６とで、移動機構２９０が構成される。移動機構２９０は、上チャック２３０と下チャック２３１の相対位置を、基板受渡位置と、接合位置との間で移動させる。

【0053】

基板受渡位置は、上チャック２３０が上ウェハＷ１を搬送装置６１から受け取り、また、下チャック２３１が下ウェハＷ２を搬送装置６１から受け取り、下チャック２３１が重合ウェハＴを搬送装置６１に渡す位置である。基板受渡位置は、ｎ（ｎは１以上の自然数）回目の接合で作製された重合ウェハＴの搬出と、ｎ＋１回目の接合で接合される上ウェハＷ１及び下ウェハＷ２の搬入とが連続して行われる位置である。基板受渡位置は、例えば図７及び図８に示す位置である。

【0054】

搬送装置６１は、上ウェハＷ１を上チャック２３０に渡す際に、上チャック２３０の真下に進入する。また、搬送装置６１は、重合ウェハＴを下チャック２３１から受け取り、下ウェハＷ２を下チャック２３１に渡す際に、下チャック２３１の真上に進入する。搬送装置６１が進入しやすいように、上チャック２３０と下チャック２３１とは横にずらされており、上チャック２３０と下チャック２３１の鉛直方向の間隔も大きい。

【0055】

一方、接合位置は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とを所定の間隔をおいて向かい合わせ、接合する位置である。接合位置は、例えば図９に示す位置である。接合位置では、基板受渡位置に比べて、鉛直方向における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との間隔が狭い。また、接合位置では、基板受渡位置とは異なり、鉛直方向視にて上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが重なる。

【0056】

移動機構２９０は、上チャック２３０と下チャック２３１の相対位置を、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向）と、鉛直方向とに移動させる。なお、移動機構２９０は、本実施形態では下チャック２３１を移動させるが、下チャック２３１と上チャック２３０のいずれを移動させてもよく、両者を移動させてもよい。また、移動機構２９０は、上チャック２３０又は下チャック２３１を鉛直軸周りに回転させてもよい。

【0057】

図９に示すように、上チャック２３０は、複数（例えば３つ）の領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃに区画される。これら領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃは、上チャック２３０の中心部から周縁部に向けてこの順で設けられる。領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ，２３０ｃは平面視において環状形状を有する。

【0058】

各領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃには、吸引管２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃがそれぞれ独立して設けられる。各吸引管２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃがそれぞれ接続される。上チャック２３０は、各領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ毎に、上ウェハＷ１を真空吸着可能である。

【0059】

上チャック２３０には、鉛直方向に昇降自在な複数の保持ピン２４５が設けられる。複数の保持ピン２４５は、真空ポンプ２４６に接続され、真空ポンプ２４６の作動によって上ウェハＷ１を真空吸着する。上ウェハＷ１は、複数の保持ピン２４５の下端に真空吸着される。複数の保持ピン２４５の代わりに、リング状の吸着パッドが用いられてもよい。

【0060】

複数の保持ピン２４５は、下降することで、上チャック２３０の保持面から突出する。その状態で、複数の保持ピン２４５は、上ウェハＷ１を真空吸着し、搬送装置６１から受け取る。その後、複数の保持ピン２４５が上昇し、上ウェハＷ１が上チャック２３０の保持面に接触させられる。続いて、上チャック２３０は、真空ポンプ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃの作動によって、各領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃにおいて上ウェハＷ１を水平に真空吸着する。

【0061】

また、上チャック２３０の中心部には、当該上チャック２３０を鉛直方向に貫通する貫通孔２４３が形成される。貫通孔２４３には、後述する押動部２５０が挿通される。押動部２５０は、下ウェハＷ２と間隔をおいて配置された上ウェハＷ１の中心を押し下げ、下ウェハＷ２に接触させる。

【0062】

押動部２５０は、押動ピン２５１と、当該押動ピン２５１の昇降ガイドである外筒２５２とを有する。押動ピン２５１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２４３に挿通され、上チャック２３０の保持面から突出し、上ウェハＷ１の中心を押し下げる。

【0063】

下チャック２３１は、複数（例えば２つ）の領域２３１ａ、２３１ｂに区画される。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下チャック２３１の中心部から周縁部に向けてこの順で設けられる。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有する。

【0064】

各領域２３１ａ、２３１ｂには、吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられる。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続される。下チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に、下ウェハＷ２を真空吸着可能である。

【0065】

下チャック２３１には、鉛直方向に昇降自在な複数の保持ピン２６５が設けられる。下ウェハＷ２は、複数の保持ピン２６５の上端に載置される。なお、下ウェハＷ２は、複数の保持ピン２６５の上端に真空吸着されてもよい。

【0066】

複数の保持ピン２６５は、上昇することで、下チャック２３１の保持面から突出する。その状態で、複数の保持ピン２６５は、下ウェハＷ２を搬送装置６１から受け取る。その後、複数の保持ピン２６５が下降し、下ウェハＷ２が下チャック２３１の保持面に接触させられる。続いて、上チャック２３０は、真空ポンプ２６１ａ，２６１ｂの作動によって、各領域２３１ａ，２３１ｂにおいて下ウェハＷ２を水平に真空吸着する。

【0067】

次に、図１０～図１２を参照して、図４のステップＳ１０９の詳細について説明する。先ず、搬送装置６１が、接合モジュール４１に対する上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の搬入を行う（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１の際、上チャック２３０と下チャック２３１の相対位置は、図７及び図８に示す基板受渡位置である。

【0068】

次に、移動機構２９０が、上チャック２３０と下チャック２３１の相対位置を、図７及び図８に示す基板受渡位置から、図９に示す接合位置に移動する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２では、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の位置合わせが行われる。位置合わせには、図１１に示すように第１カメラＳ１と第２カメラＳ２が用いられる。

【0069】

第１カメラＳ１は、上チャック２３０に対して固定されており、下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２を撮像する。下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊには、予め複数の基準点Ｂ１～Ｂ３が形成される。基準点Ｂ１～Ｂ３としては、電子回路等のパターンが用いられる。基準点の数は、任意に設定可能である。

【0070】

一方、第２カメラＳ２は、下チャック２３１に対して固定されており、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１を撮像する。上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊには、予め複数の基準点Ａ１～Ａ３が形成されている。基準点Ａ１～Ａ３としては、電子回路等のパターンが用いられる。基準点の数は、任意に設定可能である。

【0071】

先ず、図１１（Ａ）に示すように、移動機構２９０が、第１カメラＳ１と第２カメラＳ２の相対的な水平方向位置の調節を行う。具体的には、第２カメラＳ２が第１カメラＳ１の略真下に位置するように、移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させる。そして、第１カメラＳ１と第２カメラＳ２とが共通のターゲットＸを撮像し、第１カメラＳ１と第２カメラＳ２の水平方向位置が一致するように、移動機構２９０が第２カメラＳ２の水平方向位置を微調節する。

【0072】

次に、図１１（Ｂ）に示すように、移動機構２９０が、下チャック２３１を鉛直上方に移動させ、続いて、上チャック２３０と下チャック２３１の水平方向位置を調節する。具体的には、移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させながら、第１カメラＳ１が下ウェハＷ２の基準点Ｂ１～Ｂ３を順次撮像すると共に、第２カメラＳ２が上ウェハＷ１の基準点Ａ１～Ａ３を順次撮像する。なお、図１１（Ｂ）は、第１カメラＳ１が下ウェハＷ２の基準点Ｂ１を撮像すると共に、第２カメラＳ２が上ウェハＷ１の基準点Ａ１を撮像する様子を示している。

【0073】

第１カメラＳ１及び第２カメラＳ２は、撮像した画像データを、制御装置９０に送信する。制御装置９０は、第１カメラＳ１で撮像した画像データと第２カメラＳ２で撮像した画像データとに基づいて移動機構２９０を制御し、鉛直方向視にて上ウェハＷ１の基準点Ａ１～Ａ３と下ウェハＷ２の基準点Ｂ１～Ｂ３とが合致するように下チャック２３１の水平方向位置を調節する。

【0074】

次に、図１１（Ｃ）に示すように、移動機構２９０が下チャック２３１を鉛直上方に移動させる。その結果、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間隔Ｇ（図９参照）は、予め定められた距離、例えば８０μｍ～２００μｍになる。間隔Ｇの調節には、第１変位計Ｓ３と、第２変位計Ｓ４とが用いられる。

【0075】

第１変位計Ｓ３は、第１カメラＳ１と同様に、上チャック２３０に対して固定されており、下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２の厚みを測定する。第１変位計Ｓ３は、例えば下ウェハＷ２に対して光を照射し、下ウェハＷ２の上下両面で反射された反射光を受光し、下ウェハＷ２の厚みを測定する。その厚みの測定は、例えば移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させる際に実施される。第１変位計Ｓ３の測定方式は、例えば共焦点方式、分光干渉方式、又は三角測距方式等である。第１変位計Ｓ３の光源は、ＬＥＤ又はレーザーである。

【0076】

一方、第２変位計Ｓ４は、第２カメラＳ２と同様に、下チャック２３１に対して固定されており、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１の厚みを測定する。第２変位計Ｓ４は、例えば上ウェハＷ１に対して光を照射し、上ウェハＷ１の上下両面で反射された反射光を受光し、上ウェハＷ１の厚みを測定する。その厚みの測定は、例えば移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させる際に実施される。第２変位計Ｓ４の測定方式は、例えば共焦点方式、分光干渉方式、又は三角測距方式等である。第２変位計Ｓ４の光源は、ＬＥＤ又はレーザーである。

【0077】

第１変位計Ｓ３及び第２変位計Ｓ４は、測定したデータを、制御装置９０に送信する。制御装置９０は、第１変位計Ｓ３で測定したデータと第２変位計Ｓ４で測定したデータとに基づいて移動機構２９０を制御し、間隔Ｇが設定値になるように下チャック２３１の鉛直方向位置を調節する。

【0078】

次に、真空ポンプ２４１ａの作動が停止され、図１２（Ａ）に示すように、領域２３０ａにおける上ウェハＷ１の真空吸着が解除される。その後、押動部２５０の押動ピン２５１が下降し、上ウェハＷ１の中心を押し下げ、下ウェハＷ２に接触させる（ステップＳ１１３）。その結果、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の中心同士が接合される。

【0079】

上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれ改質されているため、まず、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はそれぞれ親水化済みであるので、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。

【0080】

次に、真空ポンプ２４１ｂの作動が停止され、図１２（Ｂ）に示すように、領域２３０ｂにおける上ウェハＷ１の真空吸着が解除される。続いて、真空ポンプ２４１ｃの作動が停止され、図１２（Ｃ）に示すように、領域２３０ｃにおける上ウェハＷ１の真空吸着が解除される。

【0081】

このように、上ウェハＷ１の中心から周縁に向けて、上ウェハＷ１の真空吸着が段階的に解除され、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２に段階的に落下して当接する。そして、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合は、中心から周縁に向けて順次進行する（ステップＳ１１４）。その結果、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊとが全面で当接し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２とが接合され、重合ウェハＴが得られる。その後、押動ピン２５１は、元の位置まで上昇させられる。

【0082】

次に、移動機構２９０が、上チャック２３０と下チャック２３１の相対位置を、図９に示す接合位置から、図７及び図８に示す基板受渡位置に移動する（ステップＳ１１５）。例えば、移動機構２９０は、先ず下チャック２３１を下降させ、下チャック２３１と上チャック２３０の鉛直方向の間隔を広げる。続いて、移動機構２９０は、下チャック２３１を横に移動させ、下チャック２３１と上チャック２３０を横にずらす。

【0083】

次に、搬送装置６１が、接合モジュール４１に対する重合ウェハＴの搬出を行う（ステップＳ１１６）。具体的には、先ず、下チャック２３１が、重合ウェハＴの保持を解除する。続いて、複数の保持ピン２６５が、上昇し、重合ウェハＴを搬送装置６１に渡す。その後、複数の保持ピン２６５が、元の位置まで下降する。

【0084】

次に、図１３を参照して、下ウェハＷ２の反りによって接合後に生じる歪みと、接合前に行われる温度分布の制御の一例について説明する。接合後に生じる歪みとは、例えば上ウェハＷ１の基準点（例えば図１１の基準点Ａ１～Ａ３）と下ウェハＷ２の基準点（例えば図１１の基準点Ｂ１～Ｂ３）とのずれのことである。図１３（Ｂ）に示す矢印の大きさと向きは、下ウェハＷ２の基準点に対する、上ウェハＷ１の基準点のずれの大きさと向きを示す。基準点は、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２のそれぞれに複数ずつ設定される。

【0085】

なお、本実施形態では、上ウェハＷ１の反りが下ウェハＷ２の反りに比べて無視できる程度に小さい場合について説明するが、上ウェハＷ１の反りが下ウェハＷ２の反りと同程度であってもよい。この場合も、接合前に上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２の温度分布を調節することで、接合後に生じる歪みを低減できる。

【0086】

図１３（Ａ）に示すように、下ウェハＷ２が反ることがある。下ウェハＷ２の反りは、例えば、シリコンウェハ等の半導体基板の上に、複数の膜が積層されることで生じる。各膜は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、又はスピンオン法等で成膜される。成膜時に熱膨張差によって応力が生じ、下ウェハＷ２が反る。

【0087】

下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊは、接合面Ｗ２ｊの中心で直交する２つの基準線Ｌ１、Ｌ２を挟んで対称な反り、つまり、線対称な反りを有することが多い。シリコンウェハ等の半導体基板のヤング率、ポアソン比、及びせん断弾性係数が９０°周期で変化するからである。基準線Ｌ１、Ｌ２は、半導体基板の特定の結晶方位に延びている。

【0088】

図１３（Ａ）に示すように、基準線Ｌ１が直線であり、基準線Ｌ２が上に凸の曲線であるように、下ウェハＷ２が反ることがある。この場合、下チャック２３１が下ウェハＷ２を吸着する際に、基準線Ｌ２が縮みＹ軸方向に平行になる。これは、下ウェハＷ２のＹ軸方向両端が吸着された後で、下ウェハＷ２のＹ軸方向中心が吸着されるからである。

【0089】

下ウェハＷ２の基準線Ｌ２が縮んだ状態で、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合が行われることがある。その結果、図１３（Ｂ）に示すように、接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に歪みが生じる。具体的には、基準線Ｌ２上では、下ウェハＷ２の基準点に対して、上ウェハＷ１の基準点が径方向外方にずれる。

【0090】

接合後に、下チャック２３１が下ウェハＷ２の吸着を解除すると、下ウェハＷ２の基準線Ｌ２が元の長さに戻ろうとする。その結果、上ウェハＷ１の基準線Ｌ２に引張応力が作用し、応力のバランスが釣り合うように、上ウェハＷ１の基準線Ｌ１に圧縮応力が作用する。従って、基準線Ｌ１上では、下ウェハＷ２の基準点に対して、上ウェハＷ１の基準点が径方向内方にずれる。

【0091】

そこで、制御装置９０は、接合前における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２のそれぞれの反り、及び接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に生じる歪みの少なくとも１つに基づき、第１温度調節装置４２又は第２温度調節装置４３を制御する。接合前、つまり、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との接触前に、上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２の温度分布、ひいてはその寸法及び形状を調節でき、接合後に生じる歪みを低減できる。

【0092】

図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、接合前における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが線対称な反りを有する場合、接合後における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間の歪みも線対称になる。反り又は歪みが線対称になる場合、制御装置９０は上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２の温度分布を線対称な分布に制御すればよい。

【0093】

例えば、図１３（Ｃ）に示すように、上ウェハＷ１を温調する複数の素子４２ｂは、複数のグループＧａ～Ｇｃ毎に制御される。グループＧａとグループＧｂとは、円周方向に交互に並べられ、上ウェハＷ１の２つの基準線Ｌ１、Ｌ２を挟んで対称、つまり、線対称に並べられる。グループＧｃは、温調プレート４２ａの中心に円形に設定される。

【0094】

接合前における下ウェハＷ２の基準線Ｌ２が縮んだ状態である場合、上ウェハＷ１の基準線Ｌ２も同程度縮んだ状態となるように、基準線Ｌ２上のグループＧｂの素子４２ｂが吸熱し、上ウェハＷ１を局所的に冷却する。一方、基準線Ｌ１上のグループＧａの素子４２ｂは、発熱し、上ウェハＷ１を局所的に加熱する。グループＧｃの素子４２ｂは、発熱も、吸熱もしなくてもよい。

【0095】

その結果、図１３（Ｄ）に白抜き矢印で示すように、上ウェハＷ１の寸法及び形状が変化する。従って、接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に生じる歪みを低減できる。

【0096】

なお、制御装置９０は、上ウェハＷ１の温度分布を調節する代わりに、下ウェハＷ２の温度分布を調節し、下ウェハＷ２の寸法及び形状を調節してもよい。例えば、制御装置９０は、下ウェハＷ２の吸着前に、下ウェハＷ２の基準線Ｌ２の長さを、上ウェハＷ１の基準線Ｌ２の長さよりも長くしておく。その後、下チャック２３１が下ウェハＷ２を吸着し、下ウェハＷ２の基準線Ｌ２が縮むと、上ウェハＷ１の基準線Ｌ２と同程度の長さになる。下ウェハＷ２を温調する複数の素子４２ｂは、例えば下記のように制御される。基準線Ｌ２上のグループＧｂの素子４２ｂが発熱し、下ウェハＷ２を局所的に加熱する。一方、基準線Ｌ１上のグループＧａの素子４２ｂは吸熱し、下ウェハＷ２を局所的に冷却する。グループＧｃの素子４２ｂは、発熱も、吸熱もしなくてもよい。

【0097】

次に、図１４を参照して、下ウェハＷ２の反りによって接合後に生じる歪みと、接合前に行われる温度分布の制御の別の一例について説明する。図１４（Ａ）に示すように、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊは、同心円状の反りを有することがある。なお、図１４（Ａ）等に示す２つの基準線Ｌ１、Ｌ２は、図１３（Ａ）等に示す２つの基準線Ｌ１、Ｌ２に相当するものであり、半導体基板の特定の結晶方位に延びている。

【0098】

図１４（Ａ）に示すように、基準線Ｌ１が上に凸の曲線であり、基準線Ｌ２も上に凸の曲線であるように、下ウェハＷ２が反ることがある。この場合、下チャック２３１が下ウェハＷ２を吸着する際に、基準線Ｌ１が縮みＸ軸方向に平行になると共に基準線Ｌ２が縮みＹ軸方向に平行になり、下ウェハＷ２が同心円状に縮む。これは、下ウェハＷ２の周縁が吸着された後で、下ウェハＷ２の中心が吸着されるからである。

【0099】

下ウェハＷ２の２つの基準線Ｌ１、Ｌ２が縮んだ状態、つまり、下ウェハＷ２が同心円状に縮んだ状態で、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合が行われることがある。その結果、図１４（Ｂ）に示すように、接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に歪みが生じる。具体的には、下ウェハＷ２の基準点に対して、上ウェハＷ１の基準点が同心円状にずれる。そのずれの大きさは、径方向外方ほど、大きい。

【0100】

図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、接合前における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが同心円状の反りを有する場合、接合後における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間の歪みも同心円状になる。反り又は歪みが同心円状になる場合、制御装置９０は上ウェハＷ１又は下ウェハＷ２の温度分布を同心円状の分布に制御すればよい。

【0101】

例えば、図１４（Ｃ）に示すように、上ウェハＷ１を温調する複数の素子４２ｂは、複数のグループＧａ～Ｇｃ毎に制御される。グループＧａとグループＧｂとは、同心円状に並べられる。グループＧｂは、グループＧａの径方向外方に設定される。グループＧｃは、温調プレート４２ａの中心に円形に設定される。

【0102】

接合前に下ウェハＷ２が同心円状に縮んだ状態である場合、上ウェハＷ１も同程度同心円状に縮んだ状態となるように、２つのグループＧａ、Ｇｂの素子４２ｂが吸熱し、上ウェハＷ１を局所的に冷却する。２つのグループＧａ、Ｇｂで冷却温度は同じでもよいし、一方の冷却温度が他方の冷却温度よりも低くてもよい。グループＧｃの素子４２ｂは、発熱も、吸熱もしなくてもよい。

【0103】

その結果、図１４（Ｄ）に白抜き矢印で示すように、上ウェハＷ１の寸法及び形状が変化する。従って、接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に生じる歪みを低減できる。

【0104】

なお、制御装置９０は、上ウェハＷ１の温度分布を調節する代わりに、下ウェハＷ２の温度分布を調節し、下ウェハＷ２の寸法及び形状を調節してもよい。例えば、制御装置９０は、下ウェハＷ２の吸着前に、下ウェハＷ２の直径を、上ウェハＷ１の直径よりも長くしておく。その後、下チャック２３１が下ウェハＷ２を吸着し、下ウェハＷ２が同心円状に縮むと、下ウェハＷ２が上ウェハＷ１と同程度の直径になる。下ウェハＷ２を温調する複数の素子４２ｂは、例えば下記のように制御される。２つのグループＧａ、Ｇｂの素子４２ｂが発熱し、下ウェハＷ２を局所的に加熱する。グループＧｃの素子４２ｂは、発熱も、吸熱もしなくてもよい。

【0105】

グループの分け方、及び吸熱と発熱の選択は、接合前における上ウェハＷ１と下ウェハＷ２のそれぞれの反り、及び接合後に上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の間に生じる歪みの少なくとも１つに応じて適宜変更される。

【0106】

上ウェハＷ１及び下ウェハＷ２のそれぞれの反りは、例えば、図１に示す反り測定装置５によって測定する。反りの測定は、全数検査でもよいし、抜き取り検査でもよい。例えば、下ウェハＷ２の積層構造が同じ場合、下ウェハＷ２の反りが同じになりやすい。従って、反りの測定は、抜き取り検査でも十分である。

【0107】

下ウェハＷ２の反りは、本実施形態では下ウェハＷ２の温度分布が均一な状態で測定されるが、不均一な状態で測定されてもよい。反り測定時の温度分布が不均一であっても、その温度分布が分かっていれば、接合前における温度分布の補正が可能である。上ウェハＷ１の反りも、同様に測定される。

【0108】

反り測定装置５は、例えば、非接触式の三次元測定機等であり、測定したデータを制御装置９０に送信する。制御装置９０は、反り測定装置５の測定データを基に、第１温度調節装置４２又は第２温度調節装置４３を制御する。反り測定装置５は、図１では接合装置１とは別に設けられるが、接合装置１の一部として設けられてもよい。

【0109】

なお、下ウェハＷ２の反りは、図１１に示す第１カメラＳ１又は第１変位計Ｓ３によって測定することも可能である。これらのセンサＳ１、Ｓ３は、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの各測定点までの距離を測定可能である。その測定は、例えば３本の保持ピン２６５の上に下ウェハＷ２を摺動自在に載せ、下ウェハＷ２を下チャック２３１から浮かせた状態で行われる。その際、３本の保持ピン２６５は、下ウェハＷ２を吸着しない。

【0110】

例えば、移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させながら、第１カメラＳ１の焦点が下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊに合うように制御装置９０が第１カメラＳ１の焦点距離の調節を繰り返す。制御装置９０は、第１カメラＳ１の焦点距離の変化を基に、接合面Ｗ２ｊの高さ分布を測定でき、接合面Ｗ２ｊの反りを測定できる。

【0111】

あるいは、移動機構２９０が下チャック２３１を水平方向に移動させながら、第１変位計Ｓ３が下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの高さの測定を繰り返す。制御装置９０は、第１変位計Ｓ３によって接合面Ｗ２ｊの高さ分布を測定でき、接合面Ｗ２ｊの反りを測定できる。

【0112】

なお、下ウェハＷ２の反りは、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着圧力の分布を基に測定することも可能である。下ウェハＷ２の反りが小さく、下ウェハＷ２と下チャック２３１の隙間が小さく、密着性が高いほど、吸着圧力である負圧の大きさ（絶対値）が大きくなる。

【0113】

例えば、下ウェハＷ２の反りが図１５（Ａ）に示すものである場合、下ウェハＷ２の吸着圧力の分布は図１５（Ｂ）に示すものになる。図１５（Ｂ）に記載の負圧（単位：ｋＰａの数値は、一例である。下ウェハＷ２と下チャック２３１の隙間が大きいほど、負圧の大きさ（絶対値）が小さくなる。

【0114】

従って、制御装置９０は、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着圧力の分布を基に、下ウェハＷ２の反りを測定できる。吸着圧力の大きさは、不図示の圧力センサによって計測する。

【0115】

同様に、上ウェハＷ１の反りは、第２カメラＳ２又は第２変位計Ｓ４によって測定することも可能である。これらのセンサＳ２、Ｓ４は、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの各測定点までの距離を測定可能である。その測定は、例えば上ウェハＷ１の中心部のみを吸着し、上ウェハＷ１を上チャック２３０よりも下方に吊り下げた状態で行われる。３本の保持ピン２６５（又はリング状の吸着パッド）は、できるだけ上ウェハＷ１の中心近傍を吸着することが好ましい。なお、上ウェハＷ１の反りは、上チャック２３０による上ウェハＷ１の吸着圧力の分布を基に測定することも可能である。

【0116】

接合後に生じる歪みは、図１に示す歪み測定装置６によって測定する。歪みの測定も、全数検査でもよいし、抜き取り検査でもよい。例えば、下ウェハＷ２の積層構造が同じ場合、下ウェハＷ２の反りが同じになりやすく、その結果、接合後に生じる歪みも同じになりやすい。従って、歪みの測定は、抜き取り検査でも十分である。

【0117】

歪み測定装置６は、例えば、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製のＰＷＧ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｗａｆｅｒ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）パターン付きウェハ平坦度測定装置（商品名：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）等であり、測定したデータを制御装置９０に送信する。制御装置９０は、歪み測定装置６の測定データを基に、第１温度調節装置４２又は第２温度調節装置４３を制御する。歪み測定装置６は、図１では接合装置１とは別に設けられるが、接合装置１の一部として設けられてもよい。

【0118】

以上、本開示に係る接合装置、及び接合方法の実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0119】

１ 接合装置
９０ 制御装置（制御部）
２３０ 上チャック（第１保持部）
２３１ 下チャック（第２保持部）
２５０ 押動部
Ｗ１ 上ウェハ（第１基板）
Ｗ２ 下ウェハ（第２基板）
Ｔ 重合基板

【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】