JP6231937B2 - 接合装置及び接合システム - Google Patents

Description

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。

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。

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（表面活性化装置）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た後、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する。その後、接合装置において、２枚のウェハを上下に対向配置し（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）、上チャックに吸着保持された上ウェハと下チャックに吸着保持された下ウェハとを、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。

特開２０１２−１７５０４３号公報

上述の特許文献１に記載された下チャックは例えば平板形状を有し、その上面全面で下ウェハを吸着保持する。しかしながら、例えば保持される下ウェハの裏面にパーティクルが付着し、或いは下チャックの表面にパーティクルが存在して、当該下チャックの表面が平坦でない（平面度が大きい）場合がある。かかる場合、下チャックの平面度が下ウェハに転写され、当該下ウェハと上ウェハを接合すると、接合された重合ウェハに鉛直方向の歪みが生じる虞がある。

また、このように下チャックの表面が平坦でない場合、接合される上ウェハと下ウェハとの間の距離が小さい場所が存在することになる。この場所では、上ウェハと下ウェハが当接する際、これら上ウェハと下ウェハとの間の空気を外部に追い出しきれず、接合された重合ウェハにボイドが発生する虞がある。したがって、ウェハの接合処理に改善の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する際に基板を適切に保持して、当該基板同士の接合処理を適切に行うことを目的とする。

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の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板の全面を真空引きする本体部と、前記本体部上に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、前記本体部上であって前記複数のピンの外側に設けられ、前記第２の保持部が第２の基板の外周部を真空引きする際に当該第２の基板の裏面外周部を支持するように、第２の基板の外周部に対して小さい接触面積を備えた支持部と、を有し、前記支持部は、前記本体部上において前記複数のピンの外側に環状に設けられ、且つ第２の基板の裏面外縁部の外側まで設けられ、少なくとも第２の基板の裏面外縁部を支持することを特徴としている。

発明者らが鋭意検討した結果、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板に鉛直方向の歪み（許容範囲以上の歪み）が生じる要因としては、第２の保持部の表面外周部上のパーティクルの存在が大きい要因であることが分かった。そこで、第２の基板の外周部に対する第２の保持部の接触面積を小さくすれば、かかる重合基板の鉛直方向の歪みを抑制できることを見出した。

本発明によれば、第２の保持部の支持部は、第２の保持部が第２の基板の外周部を真空引きする際に当該第２の基板の外周部を支持する限度において、第２の基板の外周部に対する接触面積をできるだけ小さくしている。したがって、第２の保持部の表面外周部上にパーティクルが存するのを抑制でき、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、本発明によれば、第２の保持部において複数のピンの高さを揃えることで、第２の基板の表面の平面度を小さくすることができる。さらに、第２の保持部は第２の基板の全面を真空引きしており、すなわち、第２の保持部は支持部に支持された第２の基板の外周部も適切に真空引きするので、当該第２の基板の外周部まで平坦にすることができる。したがって、接合処理において基板同士を当接させる際には、第１の基板と第２の基板の間の空気を外部に流出させて、重合基板にボイドが発生するのを抑制することができる。

以上のように本発明によれば、重合基板の鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、基板同士の接合処理を適切に行うことができる。

前記本体部の中央部に設けられた前記複数のピンの間隔は、当該中央部の外側に設けられた前記複数のピンの間隔よりも小さくてもよい。

前記本体部の中央部は同心円状に複数の領域に区画され、当該本体部の中央部において、内側領域から外側領域に向けて、前記複数のピンの間隔は大きくなるようにしてもよい。

前記ピンの表面は荒し加工が施されていてもよい。

前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有していてもよい。

前記第１の保持部は、第１の基板の全面を真空引きする他の本体部と、前記他の本体部上に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、前記他の本体部上において前記複数の他のピンの外側に環状に設けられ、少なくとも第１の基板の裏面外縁部を支持する他の支持部と、を有していてもよい。

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。

本発明によれば、基板同士を接合する際に基板を適切に保持することで、重合基板の鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、当該基板同士の接合処理を適切に行うことができる。

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。 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。 上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す平面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 保持アームと保持部材の構成の概略を示す側面図である。 接合装置の内部構成の概略を示す側面図である。 上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 下チャックを上方から見た平面図である。 比較例において下チャックの外周部を拡大した説明図である。 下チャックの外周部を拡大した説明図である。 他の実施の形態において下チャックの外周部を拡大した説明図である。 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。 上部撮像部と下部撮像部の水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの鉛直方向位置を調節する様子を示す説明図である。 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。 上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。 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。 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。 他の実施の形態において下チャックの外周部を拡大した説明図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 比較例において下チャックの外周部を拡大した説明図である。 他の実施の形態において下チャックの外周部を拡大した説明図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態における下チャックの平面図である。 他の実施の形態において下チャックの中央部を拡大した説明図である。 他の実施の形態における下チャックの平面図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。

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。

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。

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。

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、任意に決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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、図６に示すように基台１２１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌをピンチャック方式で保持し、且つ回転させる保持部１２２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部１２３と、を有している。なお、保持部１２２のピンチャック方式は、後述する上チャック１４０と下チャック１４１におけるピンチャック方式と同様であるので説明を省略する。そして、位置調節機構１２０では、保持部１２２に保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１２３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。

また、搬送領域Ｔ１には、図４及び図５に示すように上ウェハ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、図７〜図９に示すように上ウェハ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（図７及び図８中の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。保持部材１３２は、図１０に示すように保持アーム１３１に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材１３２の側面には、上ウェハＷ_Ｕの外周部を保持するための切り欠き１３３が形成されている。そして、これら保持部材１３２は、上ウェハＷ_Ｕを挟み込んで保持することができる。

保持アーム１３１は、図７〜図９に示すように例えばモータなどを備えた第１の駆動部１３４に支持されている。この第１の駆動部１３４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、第１の駆動部１３４を中心に回動自在であると共に、水平方向（図７及び図８中のＹ方向）に移動自在である。第１の駆動部１３４の下方には、例えばモータなどを備えた第２の駆動部１３５が設けられている。この第２の駆動部１３５によって、第１の駆動部１３４は鉛直方向に延伸する支持柱１３６に沿って鉛直方向に移動できる。このように第１の駆動部１３４と第２の駆動部１３５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、第１の駆動部１３４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。

処理領域Ｔ２には、図４及び図５に示すように上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第１の保持部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の保持部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。

図４、図５及び図１１に示すように上チャック１４０は、当該上チャック１４０の上方に設けられた上チャック支持部１５０に支持されている。上チャック支持部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、上チャック支持部１５０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。

上チャック支持部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。

図４、図５及び図１１に示すように下チャック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。

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。

図４、図５及び図１１に示すように第１の下チャック移動部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。

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。

次に、接合装置４１の上チャック１４０と下チャック１４１の詳細な構成について説明する。

上チャック１４０には、図１２及び図１３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。ピン１７１は、径寸法が例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、高さが例えば数十μｍ〜数百μｍである。複数のピン１７１は、例えば２ｍｍの間隔で均一に配置されている。また本体部１７０の下面には、支持部１７２が複数のピン１７１の外側に環状に設けられている。支持部１７２は、少なくとも上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外縁部を支持するように、当該裏面Ｗ_Ｕ２の外周部を支持する。なお、本実施の形態において上ウェハＷ_Ｕの外周部とは、例えば上ウェハＷ_Ｕの外縁部から５ｍｍの部分である。

また、本体部１７０の下面には、支持部１７２の内側において隔壁部１７３が設けられている。隔壁部１７３は、支持部１７２と同心円状に環状に設けられている。そして、支持部１７２の内側の領域１７４（以下、吸引領域１７４という場合がある。）は、隔壁部１７３の内側の第１の吸引領域１７４ａと、隔壁部１７３の外側の第２の吸引領域１７４ｂとに区画されている。

本体部１７０の下面には、第１の吸引領域１７４ａにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための第１の吸引口１７５ａが形成されている。第１の吸引口１７５ａは、例えば第１の吸引領域１７４ａにおいて２箇所に形成されている。第１の吸引口１７５ａには、本体部１７０の内部に設けられた第１の吸引管１７６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１７６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１７７ａが接続されている。

また、本体部１７０の下面には、第２の吸引領域１７４ｂにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きするための第２の吸引口１７５ｂが形成されている。第２の吸引口１７５ｂは、例えば第２の吸引領域１７４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１７５ｂには、本体部１７０の内部に設けられた第２の吸引管１７６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１７６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ１７７ｂが接続されている。

そして、上ウェハＷ_Ｕ、本体部１７０及び支持部１７２に囲まれて形成された吸引領域１７４ａ、１７４ｂをそれぞれ吸引口１７５ａ、１７５ｂから真空引きし、吸引領域１７４ａ、１７４ｂを減圧する。このとき、吸引領域１７４ａ、１７４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷ_Ｕは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１７４ａ、１７４ｂ側に押され、上チャック１４０に上ウェハＷ_Ｕが吸着保持される。また、上チャック１４０は、第１の吸引領域１７４ａと第２の吸引領域１７４ｂ毎に上ウェハＷ_Ｕを真空引き可能に構成されている。

また、支持部１７２が上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２の外縁部を支持するので、上ウェハＷ_Ｕはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、上チャック１４０に上ウェハＷ_Ｕの全面が吸着保持され、当該上ウェハＷ_Ｕの平面度を小さくして、上ウェハＷ_Ｕを平坦にすることができる。

しかも、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の下面を平坦にして（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の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

また、上ウェハ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の真空引きを解除する際、当該上ウェハＷ_Ｕが上チャック１４０から剥がれ易くなる。

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１７８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１７８には、後述する押動部材１８０におけるアクチュエータ部１８１の先端部が挿通するようになっている。

上チャック１４０の上面には、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材１８０が設けられている。押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１とシリンダ部１８２とを有している。

アクチュエータ部１８１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１８１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１８１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１７８を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。

アクチュエータ部１８１は、シリンダ部１８２に支持されている。シリンダ部１８２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１８１を鉛直方向に移動させることができる。

以上のように押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１の移動の制御をしている。そして、押動部材１８０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。

下チャック１４１には、図１２及び図１４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１９０を有している。本体部１９０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１９１が設けられている。ピン１９１は、径寸法が例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、高さが例えば数十μｍ〜数百μｍである。複数のピン１９１は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で均一に配置されている。また本体部１９０の上面には、支持部１９２が複数のピン１９１の外側に環状に設けられている。支持部１９２は、少なくとも下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部を支持するように、当該裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する。なお、本実施の形態において下ウェハＷ_Ｌの外周部とは、例えば下ウェハＷ_Ｌの外縁部から５ｍｍの部分である。

本体部１９０の上面には、支持部１９２の内側の領域１９３（以下、吸引領域１９３という場合がある。）において、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための吸引口１９４が複数形成されている。吸引口１９４には、本体部１９０の内部に設けられた吸引管１９５が接続されている。吸引管１９５は、例えば２本設けられている。さらに吸引管１９５には、真空ポンプ１９６が接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部１９０及び支持部１９２に囲まれて形成された吸引領域１９３を吸引口１９４から真空引きし、吸引領域１９３を減圧する。このとき、吸引領域１９３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１９３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。

ここで、本体部１９０における支持部１９２の位置について詳しく説明する。例えば比較例として図１５に示すように、支持部１９２Ａが下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部より内側に配置されていた場合、吸引領域１９３Ａも下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部より内側の領域となる。かかる場合、発明者らが鋭意検討した結果、下チャック１４１で下ウェハＷ_Ｌを吸着保持した際、支持部１９２Ａを起点に、下ウェハＷ_Ｌの外周部が鉛直上方に反ることが分かった。

これに対して本実施の形態では、図１６に示すように支持部１９２が下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部を支持するので、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。

しかも、複数のピン１９１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。したがって、当該下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの平面度もさらに小さくすることができ、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。

なお、図１６に示した例では、支持部１９２の外縁部の位置と下ウェハＷ_Ｌの外縁部の位置は一致していたが、支持部１９２は下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部を支持していればよく、例えば図１７に示すように支持部１９２は、当該裏面Ｗ_Ｌ２の外縁部の外側まで設けられていてもよい。

次に、支持部１９２の大きさについて説明する。図１６に示す支持部１９２の幅Ｌは、下チャック１４１が下ウェハＷ_Ｌの外周部を真空引きする際に当該下ウェハＷ_Ｌの外周部を支持する限度において、できるだけ小さく決定されている。すなわち、下ウェハＷ_Ｌの外周部に対する支持部１９２の接触面積をできるだけ小さくしている。具体的には、支持部１９２の幅Ｌは例えば０．２５ｍｍである。かかる場合、支持部１９２の上面上にパーティクルが存するのを抑制でき、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。

なお、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２は複数のピン１９１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。

下チャック１４１において、本体部１９０の中心部付近には、当該本体部１９０を厚み方向に貫通する貫通孔１９７が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔１９７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。

本体部１９０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１９８が設けられている。ガイド部材１９８は、本体部１９０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。

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。

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１８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。

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。

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と窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンと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１８の工程Ｓ１）。

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１８の工程Ｓ２）。

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１８の工程Ｓ３）。

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１８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。

その後、反転機構１３０の保持アーム１３１が、第１の駆動部１３４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１８の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ１７７ａ、１７７ｂを作動させ、吸引領域１７４ａ、１７４ｂをそれぞれ吸引口１７５ａ、１７５ｂから真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１４０に吸着保持される。

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。

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１８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。

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１８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。

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１８の工程Ｓ８）。

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１８の工程Ｓ９）。具体的には、真空ポンプ１９６を作動させ、吸引領域１９３を吸引口１９４から真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１４１に吸着保持される。

次に、図１９に示すように上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部１６１が上部撮像部１５１の略下方に位置するように、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を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させる。そして、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１で共通のターゲットＴを確認し、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部１６１の水平方向位置が調節される。このとき、上部撮像部１５１は処理容器１００に固定されているので、下部撮像部１６１のみを移動させればよく、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向位置を適切に調節できる。

次に、図２０に示すように第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た後、上チャック１４０と下チャック１４１の水平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との水平方向位置の調節を行う。

なお、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１には予め定められた複数、例えば３点の基準点Ａ１〜Ａ３が形成され、同様に下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数、例えば３点の基準点Ｂ１〜Ｂ３が形成されている。基準点Ａ１、Ａ３とＢ１、Ｂ３はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの外周部の基準点であり、基準点Ａ２とＢ２はそれぞれウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部の基準点である。なお、これら基準点Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３としては、例えばウェハＷ_Ｌ、Ｗ_Ｕ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。

図２０及び図２１に示すように、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の基準点Ｂ１〜Ｂ３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の基準点Ａ１〜Ａ３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Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ_Ｌの基準点Ｂ１〜Ｂ３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１８の工程Ｓ１０）。このとき、上チャック１４０は処理容器１００に固定されているので、下チャック１４１のみを移動させればよく、上チャック１４０と下チャック１４１の水平方向位置を適切に調節でき、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの水平方向位置を適切に調節できる。

その後、図２２に示すように第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１８の工程Ｓ１１）。このとき、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間の間隔は所定の距離、例えば５０μｍ〜２００μｍになっている。

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。

先ず、図２３に示すように押動部材１８０のシリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１８１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１８１には、所定の押圧荷重、例えば２００ｇ〜２５０ｇがかけられる。そして、押動部材１８０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１８の工程Ｓ１２）。このとき、第１の真空ポンプ１７７ａの作動を停止して、第１の吸引領域１７４ａにおける第１の吸引管１７６ａ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１７７ｂは作動させたままにし、第２の吸引領域１７４ｂを第２の吸引口１７５ｂから真空引きする。そして、押動部材１８０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。

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２３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。

その後、図２４に示すように押動部材１８０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１７７ｂの作動を停止して、第２の吸引領域１７４ｂにおける第２の吸引管１７６ｂ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。このとき、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。そして上ウェハＷ_Ｕの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止し、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２５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１８の工程Ｓ１３）。

この工程Ｓ１３において、例えば上述の図１５に示したように下ウェハＷ_Ｌの外周部が鉛直上方に沿っている場合、上ウェハＷ_Ｕの外周部と下ウェハＷ_Ｌの外周部の距離が小さくなる。そうすると、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に落下する際、その外周部ではウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を外部に追い出しきれず流出させる前に、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌに当接する場合がある。かかる場合、接合された重合ウェハＷ_Ｔにボイドが発生する虞がある。

この点、本実施の形態では、上述の図１６に示したように下チャック１４１によって下ウェハＷ_Ｌの全面が吸着保持され、下ウェハＷ_Ｌがその外周部まで平坦になっている。しかも、上チャック１４０においても上ウェハＷ_Ｕの全面が吸着保持され、上ウェハＷ_Ｕがその外周部まで平坦になっている。したがって、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を外部に流出させて、重合ウェハＷ_Ｔにボイドが発生するのを抑制することができる。

その後、図２６に示すように押動部材１８０のアクチュエータ部１８１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ１９６の作動を停止し、吸引領域１９３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１９１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。

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。

以上の実施の形態によれば、下チャック１４１において、下チャック１４１が下ウェハＷ_Ｌの外周部を真空引きする際に当該下ウェハＷ_Ｌの外周部を支持する限度で、下ウェハＷ_Ｌに対する支持部１９２の接触面積をできるだけ小さくしている。支持部１９２の上面上にパーティクルが存するのを抑制でき、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。

また、下チャック１４１は下ウェハＷ_Ｌの全面を真空引きしており、すなわち、下チャック１４１は下ウェハＷ_Ｌの外周部も適切に真空引きするので、当該下ウェハＷ_Ｌまで平坦にすることができる。しかも、上チャック１４０においても上ウェハＷ_Ｕの全面が吸着保持され、上ウェハＷ_Ｕがその外周部まで平坦になっている。したがって、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を外部に流出させて、重合ウェハＷ_Ｔにボイドが発生するのを抑制することができる。

以上のように本実施の形態によれば、重合ウェハＷ_Ｔの鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合ウェハＷ_Ｔのボイドの発生を抑制して、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士の接合処理を適切に行うことができる。

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。

次に、以上の実施の形態の接合装置４１における下チャック１４１の他の実施の形態について説明する。

図２７に示すように下チャック１４１の支持部１９２は弾性を有していてもよい。支持部１９２には、硬度が２０度以下の材料、例えばシリコンスポンジやＰＴＦＥゴムを用いるのが好ましい。かかる場合、仮に支持部１９２上にパーティクルＰが存していても、下チャック１４１が下ウェハＷ_Ｌを真空引きする際、支持部１９２が変形し、パーティクルＰが当該支持部１９２内に埋没する。このため、下ウェハＷ_Ｌの外周部を平坦にすることができ、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。

また、図２８に示すように下チャック１４１の本体部１９０上において、支持部１９２に隣接する外周領域Ｅに設けられるピン１９１ｅの間隔は、当該外周領域Ｅの内側に設けられたピン１９１の間隔よりも小さくてもよい。具体的には、ピン１９１の間隔が１ｍｍであるのに対し、ピン１９１ｅの間隔は０．７５ｍｍである。例えば図２９に示すように、支持部１９２と当該支持部１９２に隣接するピン１９１との間隔が大きい場合、下チャック１４１が下ウェハＷ_Ｌの外周部を真空引きする際、当該下ウェハＷ_Ｌの外周部が鉛直下方に歪む虞がある。そこで、図３０に示すように外周領域Ｅにおけるピン１９１ｅの間隔を小さくすることで、かかる下ウェハＷ_Ｌの外周部の鉛直方向の歪みを抑制することができ、下ウェハＷ_Ｌの外周部を平坦にすることができる。

また、図３１及び図３２に示すように下チャック１４１の本体部１９０の中央部の領域（以下、中央領域Ｃという。）に設けられたピン１９１ｃの間隔は、当該中央領域Ｃの外側に設けられたピン１９１の間隔よりも小さくてもよい。具体的には、ピン１９１の間隔が１．４ｍｍであるのに対し、ピン１９１ｃの間隔が０．７５ｍｍである。上述したようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理における工程Ｓ１２では、押動部材１８０によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部が押圧される。そうすると、この押圧荷重によって、下ウェハＷ_Ｌの中央部が鉛直下方に歪む虞がある。そこで、図３３に示すように中央領域Ｃにおけるピン１９１ｃの間隔を小さくすることで、かかる下ウェハＷ_Ｌの中央部の鉛直方向の歪みを抑制することができ、下ウェハＷ_Ｌを平坦にすることができる。

さらに上記実施の形態において、図３４に示すように中央領域Ｃを複数の領域に区画し、区画された領域毎にピン１９１ｃの間隔を変更してもよい。具体的には、中央領域Ｃは、例えば円形状の第１の中央領域Ｃ１と、当該第１の中央領域Ｃ１の外側において第１の中央領域Ｃ１と同心円状に環状に設けられた第２の中央領域Ｃ２とに区画される。そして、第１の中央領域Ｃ１におけるピン１９１ｃの間隔は、第２の中央領域Ｃ２におけるピン１９１ｃの間隔より小さい。さらに第２の中央領域Ｃ２におけるピン１９１ｃの間隔は、中央領域Ｃの外側におけるピン１９１の間隔より小さい。このように内側領域から外側領域に向けて、ピン１９１ｃ（ピン１９１）の間隔を段階的に大きくすることで、下チャック１４１に支持される下ウェハＷ_Ｌの接触面積を滑らかに変動させることができ、下ウェハＷ_Ｌをより平坦にすることができる。なお、中央領域Ｃを区画する数は、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。区画する数が多い方が、上記効果をより顕著に享受できる。

また、図３５に示すように下チャック１４１は、当該下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの温度を調節する温度調節機構２００を有していてもよい。温度調節機構２００は、例えば本体部１９０に内蔵される。また、温度調節機構２００には、例えばヒータが用いられる。かかる場合、温度調節機構２００によって下ウェハＷ_Ｌを所定の温度に加熱することにより、上述した工程Ｓ１３を行う際、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を消滅させることができる。したがって、重合ウェハＷ_Ｔのボイドの発生をより確実に抑制することができる。

また、下チャック１４１においてピン１９１の先端部の表面は、荒し加工が施されていてもよい。すなわち、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２に接触するピン１９１の表面が荒し加工されていてもよい。かかる場合、例えば下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２にパーティクルが付着していたとしても、当該パーティクルが、荒し加工の施されたピン１９１の表面に付着することがない。したがって、以降の下ウェハＷ_Ｌを接合処理する際には、上記パーティクルの影響がなく、接合処理を適切に行うことができる。なお、ピン１９１の表面粗さは任意に設定することができるが、例えば算術平均粗さＲａを０．０４〜０．０６とすると、上記効果を享受できることが分かった。

以上の実施の形態の下チャック１４１では、下ウェハＷ_Ｌの外周部まで真空引きするため、下ウェハＷ_Ｌの外縁部を支持する環状の支持部１９２を設けていたが（以下、かかる構成をリングシールという場合がある。）、下ウェハＷ_Ｌの外周部を真空引きする構成はこれに限定されない。

例えば図３６に示すように、いわゆる静圧シールを用いて、下ウェハＷ_Ｌの外周部まで真空引きしてもよい。具体的には、本体部１９０上のピン１９１が下ウェハＷ_Ｌの外周部まで設けられている。そして、真空ポンプ１９６による吸引圧力を調節して、下ウェハＷ_Ｌの外周部まで真空引きする。なお、本実施の形態では、下ウェハＷ_Ｌの外周部に対応する位置のピン１９１が、本発明における支持部（他のピン）を構成している。かかる場合、下ウェハＷ_Ｌの外周部に対する支持部（ピン１９１）の接触面積をより小さくすることができる。したがって、支持部上にパーティクルが存するのをさらに抑制でき、下ウェハＷ_Ｌの鉛直方向の歪みをより確実に抑制することができる。

また上記実施の形態において、図３７に示すように下チャック１４１は突出部２１０を有していてもよい。突出部２１０は、本体部１９０上において下ウェハＷ_Ｌの外周部に対応する位置に環状に設けられている。なお、突出部２１０は、ピン１９１より低い高さで設けられている。そして、下ウェハＷ_Ｌの外周部に対応する位置のピン１９１は、突出部２１０上に配置されている。

なお、本実施の形態では、突出部２１０の外縁部の位置は下ウェハＷ_Ｌの外縁部の位置と一致しているが、突出部２１０は、当該下ウェハＷ_Ｌの外縁部の外側まで設けられていてもよい。また、突出部２１０の内縁部の位置は特に限定されるものではない。

かかる場合、下チャック１４１が下ウェハＷ_Ｌを真空引きする際、突出部２１０が設けられている第１の吸引領域１９３ａにおける流速を、突出部２１０が設けられていない第２の吸引領域１９３ｂにおける流速より大きくすることができる。そうすると、下ウェハＷ_Ｌの外周部を中央部より強い力で真空引きすることができるので、真空ポンプ１９６による吸引圧力を小さくすることができる。このため、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理を効率よく行うことができる。

なお、本実施の形態のように下チャック１４１が静圧シール方式を採用した場合でも、リングシール方式の図３１〜３４で示したように、中央領域Ｃに設けられたピン１９１ｃの間隔を、該中央領域Ｃの外側に設けられたピン１９１の間隔よりも小さくてもよい。また、図３５に示したように、下チャック１４１に温度調節機構２００を設けてもよい。さらに、ピン１９１の先端部の表面は荒し加工が施されていてもよい。

また、上述した図２７〜図３７を示して下チャック１４１の変形例について説明したが、当該変形例は上チャック１４０にも適用することができる。

以上の実施の形態の接合装置４１では、上チャック１４０を処理容器１００に固定し、且つ下チャック１４１を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック１４０を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック１４１を処理容器１００に固定してもよい。但し、上チャック１４０を移動させる方が、移動機構が大掛かりになるため、上記実施の形態のように上チャック１４０を処理容器１００に固定する方が好ましい。

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。

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。

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
１７０ 本体部
１７１ ピン
１７２ 支持部
１９０ 本体部
１９１ ピン
１９２ 支持部
２００ 温度調節機構
２１０ 突出部
Ｃ 中央領域
Ｃ１ 第１の中央領域
Ｃ２ 第２の中央領域
Ｅ 外周領域
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (7)

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の保持部と、
   前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、
   前記第２の保持部は、
   第２の基板の全面を真空引きする本体部と、
   前記本体部上に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、
   前記本体部上であって前記複数のピンの外側に設けられ、前記第２の保持部が第２の基板の外周部を真空引きする際に当該第２の基板の裏面外周部を支持するように、第２の基板の外周部に対して小さい接触面積を備えた支持部と、を有し、
   前記支持部は、前記本体部上において前記複数のピンの外側に環状に設けられ、且つ第２の基板の裏面外縁部の外側まで設けられ、少なくとも第２の基板の裏面外縁部を支持することを特徴とする、接合装置。
2. 前記本体部の中央部に設けられた前記複数のピンの間隔は、当該中央部の外側に設けられた前記複数のピンの間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
3. 前記本体部の中央部は同心円状に複数の領域に区画され、
   当該本体部の中央部において、内側領域から外側領域に向けて、前記複数のピンの間隔は大きくなることを特徴とする、請求項２に記載の接合装置。
4. 前記ピンの表面は荒し加工が施されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
5. 前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記第１の保持部は、
   第１の基板の全面を真空引きする他の本体部と、
   前記他の本体部上に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、
   前記他の本体部上において前記複数の他のピンの外側に環状に設けられ、少なくとも第１の基板の裏面外縁部を支持する他の支持部と、を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
7. 請求項１〜６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。
   

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