WO2012026335A1 - 接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

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WO2012026335A1
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wafer
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gas
bonding
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西林　孝浩
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a bonding system, a bonding method, and a computer storage medium for bonding substrates together.
  • a three-dimensional integration technique in which semiconductor devices are stacked three-dimensionally.
  • two semiconductor wafers hereinafter referred to as “wafers” are bonded using a bonding apparatus.
  • a bonding apparatus an inert gas is put into a plasma state, and a beam irradiation means for irradiating the surface of the wafer with an inert gas ion beam or an inert gas neutral atom beam is overlapped with the two wafers.
  • a set of work rollers for pressing two wafers.
  • the surface (bonding surface) of the wafer is activated by the beam irradiation means, and a van der Waals force is generated between the surfaces of the two wafers in a state where the two wafers are overlapped. Join. Thereafter, the wafers are bonded together by pressing two wafers (Patent Document 1).
  • the wafer may be subjected to charge-up damage because the beam irradiation means is provided in the processing container that accommodates the wafer. For this reason, there was a concern that the wafers could not be bonded appropriately thereafter.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the throughput of the substrate bonding process while appropriately bonding the substrates to each other.
  • the present invention is a bonding system for bonding substrates to each other, a processing station for performing predetermined processing on the substrates, and bonding the substrates to each other, and a substrate or a superposed substrate bonded to each other And a loading / unloading station for loading / unloading a substrate or a superposed substrate to / from the processing station, the processing station activating a surface to be bonded to the substrate, A surface hydrophilizing device for hydrophilizing the surface of the substrate activated by the surface activating device, a bonding device for bonding substrates whose surfaces are hydrophilized by the surface hydrophilizing device, and the surface activating device.
  • a transfer region for transferring a substrate or a polymerization substrate to the surface hydrophilization device and the bonding device, and the surface activation device is disposed in a processing container, A voltage for generating plasma is applied between the lower electrode on which the plate is placed, the upper electrode disposed opposite to the lower electrode in the processing vessel, and the upper electrode and the lower electrode.
  • a second power source for applying a voltage for electrostatically adsorbing the substrate to the lower electrode, a gas supply mechanism for supplying a processing gas or a charge eliminating gas into the processing container, and the processing container
  • a depressurization mechanism for depressurizing the inside to a predetermined degree of vacuum, a first step of electrostatically adsorbing the substrate to the lower electrode, and then supplying a processing gas into the processing container to supply the lower electrode and the upper electrode
  • a control unit that controls the first power source, the second power source, the gas supply mechanism, and the decompression mechanism.
  • the substrate in the surface activation apparatus, after the surface of the substrate is activated using plasma of the processing gas in a state where the substrate is electrostatically adsorbed to the lower electrode, the substrate is electrostatically adsorbed to the lower electrode.
  • the substrate is stopped and the substrate is neutralized using the plasma of the neutralizing gas.
  • the plasma of the processing gas since the plasma of the processing gas has high energy, the surface of the substrate can be sufficiently activated.
  • the substrate is neutralized using the plasma of the gas for neutralization, the substrate is not subjected to charge-up damage as in the conventional case. Therefore, the surface of a board
  • the surface of the substrate after the surface of the substrate is activated by the surface activation device, the surface of the substrate can be hydrophilized by the surface hydrophilization device to form a hydroxyl group on the surface.
  • the surfaces of the activated substrates are bonded to each other by van der Waals force, and then the hydroxyl groups on the surfaces of the hydrophilicized substrates are hydrogen bonded to bond the substrates firmly. For this reason, it is not necessary to press in the state which piled up the substrate like the past. Therefore, there is no possibility that the substrate is damaged as in the prior art, and there is no possibility that the substrate is displaced.
  • Another aspect of the present invention is a readable computer storage medium storing a program that operates on a computer of a control unit that controls the joining system in order to cause the joining method to be executed by the joining system.
  • FIG. 1 is a plan view showing the outline of the configuration of the joining system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view illustrating the outline of the internal configuration of the joining system 1.
  • the loading / unloading station 2 is provided with a cassette mounting table 10.
  • the cassette mounting table 10 is provided with a plurality of, for example, four cassette mounting plates 11.
  • the cassette mounting plates 11 are arranged in a line in the horizontal X direction (vertical direction in FIG. 1). These cassette mounting plates 11, cassettes C U to the outside of the interface system 1, C L, when loading and unloading the C T, a cassette C U, C L, it is possible to place the C T .
  • carry-out station 2 a wafer over multiple W U, a plurality of lower wafer W L, and is configured to be held by a plurality of overlapped wafer W T.
  • the number of cassette mounting plates 11 is not limited to the present embodiment, and can be arbitrarily determined.
  • One of the cassettes may be used for collecting defective wafers. That is a cassette a wafer caused a problem with the bonding of the upper wafer W U and the lower wafer W L, it can be separated from the other normal overlapped wafer W T by various factors.
  • a cassette a wafer caused a problem with the bonding of the upper wafer W U and the lower wafer W L, it can be separated from the other normal overlapped wafer W T by various factors.
  • using a one cassette C T for the recovery of the fault wafer, and using other cassettes C T for the accommodation of a normal overlapped wafer W T are examples of the cassettes C T.
  • a wafer transfer unit 20 is provided adjacent to the cassette mounting table 10.
  • the wafer transfer unit 20 is provided with a wafer transfer device 22 that is movable on a transfer path 21 extending in the X direction.
  • the wafer transfer device 22 is also movable in the vertical direction and around the vertical axis ( ⁇ direction), and includes cassettes C U , C L , C T on each cassette mounting plate 11 and a third of the processing station 3 described later.
  • the wafers W U and W L and the superposed wafer W T can be transferred between the transition devices 50 and 51 in the processing block G3.
  • an air flow directed downward in the vertical direction called a downflow is generated.
  • the atmosphere inside the wafer transfer unit 20 is exhausted from an exhaust port (not shown).
  • the processing station 3 is provided with a plurality of, for example, three processing blocks G1, G2, G3 provided with various devices.
  • a first processing block G1 is provided on the front side of the processing station 3 (X direction negative direction side in FIG. 1), and on the back side of the processing station 3 (X direction positive direction side in FIG. 1)
  • Two processing blocks G2 are provided.
  • a third processing block G3 is provided on the loading / unloading station 2 side of the processing station 3 (Y direction negative direction side in FIG. 1).
  • a surface activation device 30 that activates the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L is arranged.
  • the second processing block G2 includes, for example, a surface hydrophilizing device 40 that hydrophilizes the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L with pure water and cleans the surfaces W U1 and W L1.
  • a surface hydrophilizing device 40 that hydrophilizes the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L with pure water and cleans the surfaces W U1 and W L1.
  • U, bonding device 41 for bonding the W L are arranged side by side in the horizontal direction of the Y-direction in this order from the carry-out station 2 side.
  • the third processing block G3, the wafer W U as shown in FIG. 2, W L, a transition unit 50, 51 of the overlapped wafer W T are provided in two tiers from the bottom in order.
  • a lower electrode 80 for placing the wafers W U and W L is provided inside the processing container 70.
  • the lower electrode 80 is made of a conductive material such as aluminum.
  • a drive unit 81 including a motor or the like is provided below the lower electrode 80. The lower electrode 80 can be moved up and down by the drive unit 81.
  • a heat medium circulation channel 82 is provided inside the lower electrode 80.
  • a heat medium whose temperature is adjusted to an appropriate temperature by a temperature adjusting means (not shown) is introduced into the heat medium circulation channel 82 via a heat medium introduction pipe 83.
  • the heat medium introduced from the heat medium introduction pipe 83 circulates in the heat medium circulation channel 82, and thereby the lower electrode 80 is adjusted to a desired temperature.
  • the heat of the lower electrode 80, the wafer W U which is placed on the upper surface of the lower electrode 80, is transmitted to the W L, the wafer W U, W L is adjusted to a desired temperature.
  • the temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the lower electrode 80 is not limited to the heat medium circulation passage 82, and other mechanisms such as a cooling jacket and a heater can also be used.
  • the upper part of the lower electrode 80 is configured as an electrostatic chuck 90 for electrostatically attracting the wafers W U and W L.
  • the electrostatic chuck 90 has a structure in which a conductive film 93 such as a copper foil is disposed between two films 91 and 92 made of a polymer insulating material such as polyimide resin.
  • the conductive film 93 is connected to a high-voltage power source 96 as a second power source via a wiring 94 and a filter 95 such as a coil.
  • a high voltage set to an arbitrary DC voltage is cut from the high voltage power source 96 by the filter 95 and applied to the conductive film 93.
  • W L is brought into electrostatic attraction.
  • the upper surface of the lower electrode 80, the wafer W U, a plurality of heat transfer gas supply holes 100 for supplying a heat transfer gas toward the rear surface of the W L is provided. As shown in FIG. 5, the plurality of heat transfer gas supply holes 100 are uniformly arranged in a plurality of concentric circles on the upper surface of the lower electrode 80.
  • a heat transfer gas supply pipe 101 is connected to each heat transfer gas supply hole 100.
  • the heat transfer gas supply pipe 101 communicates with a gas supply source (not shown), and a heat transfer gas such as helium is transferred from the gas supply source to the upper surface of the lower electrode 80 and the back surfaces W U2 and W of the wafers W U and W L. It is supplied to a minute space formed between L2 . Thereby, heat is efficiently transmitted from the upper surface of the lower electrode 80 to the wafers W U and W L.
  • the wafer W U if sufficient heat is efficiently transferred to W L may be omitted heat transfer gas supply holes 100 and the heat transfer gas supply pipe 101.
  • an annular focus ring 102 is disposed around the upper surface of the lower electrode 80, the wafer W U which is placed on the upper surface of the lower electrode 80, so as to surround the outer periphery of W L.
  • the focus ring 102 is made of an insulating or conductive material that does not attract reactive ions, and acts so that the reactive ions are effectively incident only on the inner wafers W U and W L.
  • An exhaust ring 103 having a plurality of baffle holes is disposed between the lower electrode 80 and the inner wall of the processing vessel 70. By the exhaust ring 103, the atmosphere in the processing container 70 is uniformly exhausted from the processing container 70.
  • a power feeding rod 104 made of a hollow conductor is connected to the lower surface of the lower electrode 80.
  • a first high-frequency power source 106 as a first power source is connected to the power feed rod 104 via a matching unit 105 made of, for example, a blocking capacitor.
  • a high frequency voltage of 2 MHz is applied to the lower electrode 80 from the first high frequency power supply 106.
  • An upper electrode 110 is disposed above the lower electrode 80.
  • the upper surface of the lower electrode 80 and the lower surface of the upper electrode 110 are arranged in parallel with each other with a predetermined distance therebetween. A distance between the upper surface of the lower electrode 80 and the lower surface of the upper electrode 110 is adjusted by the driving unit 81.
  • a second high-frequency power source 112 as a first power source is connected to the upper electrode 110 via a matching unit 111 made of, for example, a blocking capacitor.
  • a high frequency voltage of 60 MHz is applied to the upper electrode 110 from the second high frequency power supply 112.
  • the high frequency voltage is applied to the lower electrode 80 and the upper electrode 110 from the first high frequency power source 106 and the second high frequency power source 112, thereby generating plasma in the processing container 70.
  • a high voltage power supply 96 that applies a high voltage to the conductive film 93 of the electrostatic chuck 90, a first high frequency power supply 106 that applies a high frequency voltage to the lower electrode 80, and a second high frequency power supply that applies a high frequency voltage to the upper electrode 110. 112 is controlled by the control part 300 mentioned later.
  • a hollow portion 120 is formed inside the upper electrode 110.
  • a gas supply pipe 121 is connected to the hollow portion 120.
  • the gas supply pipe 121 communicates with a gas supply source 122 that stores processing gas and charge removal gas therein.
  • the gas supply pipe 121 is provided with a supply device group 123 including a valve for controlling the flow of the processing gas and the static elimination gas, a flow rate adjusting unit, and the like. Then, the processing gas and the charge removal gas supplied from the gas supply source 122 are controlled in flow rate by the supply device group 123 and introduced into the hollow portion 120 of the upper electrode 110 through the gas supply pipe 121.
  • oxygen gas, nitrogen gas, argon gas or the like is used as the processing gas.
  • an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is used as the static elimination gas.
  • a baffle plate 124 for promoting uniform diffusion of the processing gas and the charge removal gas is provided inside the hollow portion 120.
  • the baffle plate 124 is provided with a large number of small holes.
  • a large number of gas outlets 125 are formed through which a processing gas and a charge removal gas are ejected from the hollow portion 120 into the processing container 70.
  • the hollow portion 120, the gas supply pipe 121, the gas supply source 122, the supply device group 123, the baffle plate 124, and the gas outlet 125 constitute a gas supply mechanism.
  • a suction port 130 is formed below the processing container 70.
  • An intake pipe 132 that communicates with a vacuum pump 131 that reduces the atmosphere inside the processing container 70 to a predetermined degree of vacuum is connected to the intake port 130.
  • these intake port 130, vacuum pump 131, and intake pipe 132 constitute a pressure reducing mechanism.
  • the elevating pin is inserted through a through hole (not shown) formed in the lower electrode 80 and can protrude from the upper surface of the lower electrode 80.
  • the surface hydrophilizing device 40 has a processing container 150 capable of sealing the inside.
  • the side surface of the wafer transfer area 60 side of the processing chamber 150, the wafer W U, the transfer port 151 of the W L is formed as shown in FIG. 7, the opening and closing a shutter 152 is provided to the out port 151.
  • a spin chuck 160 that holds and rotates the wafers W U and W L is provided at the center of the processing container 150 as shown in FIG.
  • the spin chuck 160 has a horizontal upper surface, and the upper surface is, for example, the wafer W U, suction port for sucking the W L (not shown) is provided. By suction from the suction port, the wafers W U and W L can be sucked and held on the spin chuck 160.
  • the spin chuck 160 has a chuck drive unit 161 provided with, for example, a motor, and can be rotated at a predetermined speed by the chuck drive unit 161.
  • the chuck driving unit 161 is provided with an elevating drive source such as a cylinder, and the spin chuck 160 can be moved up and down.
  • a cup 162 that receives and collects the liquid scattered or dropped from the wafers W U and W L.
  • a discharge pipe 163 for discharging the collected liquid
  • an exhaust pipe 164 for evacuating and exhausting the atmosphere in the cup 162.
  • an air flow that is referred to as a downward flow is generated.
  • the exhaust pipe 164 also exhausts the atmosphere inside the processing container 150.
  • a rail 170 extending along the Y direction is formed on the negative side of the cup 162 in the X direction (downward direction in FIG. 7).
  • the rail 170 is formed from the outside of the cup 162 on the Y direction negative direction (left direction in FIG. 7) to the outside on the Y direction positive direction (right direction in FIG. 7).
  • a nozzle arm 171 and a scrub arm 172 are attached to the rail 170.
  • the nozzle arm 171, pure water nozzle 173 is supported for supplying pure water to the wafer W U, W L as shown in FIGS.
  • the nozzle arm 171 is movable on the rail 170 by a nozzle driving unit 174 shown in FIG.
  • the pure water nozzle 173 can move from the standby unit 175 installed on the outer side of the cup 162 on the positive side in the Y direction to the upper part of the center of the wafers W U and W L in the cup 162.
  • the nozzle arm 171 can be moved up and down by a nozzle driving unit 174, and the height of the pure water nozzle 173 can be adjusted.
  • a supply pipe 176 that supplies pure water to the pure water nozzle 173 is connected to the pure water nozzle 173.
  • the supply pipe 176 communicates with a pure water supply source 177 that stores pure water therein.
  • the supply pipe 176 is provided with a supply device group 178 including a valve for controlling the flow of pure water, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • a scrub cleaning tool 180 is supported on the scrub arm 172.
  • a plurality of thread-like or sponge-like brushes 180a are provided.
  • the scrub arm 172 is movable on the rail 170 by a cleaning tool driving unit 181 shown in FIG. 7, and the scrub cleaning tool 180 is moved from the outside of the cup 162 in the negative Y direction side to the wafer W U in the cup 162. it can be moved to above the central portion of the W L. Further, the scrub arm 172 can be moved up and down by the cleaning tool driving unit 181, and the height of the scrub cleaning tool 180 can be adjusted.
  • the pure water nozzle 173 and the scrub cleaning tool 180 are supported by separate arms, but may be supported by the same arm. Further, the pure water nozzle 173 may be omitted and pure water may be supplied from the scrub cleaning tool 180. Further, the cup 162 may be omitted, and a discharge pipe that discharges liquid to the bottom surface of the processing container 150 and an exhaust pipe that exhausts the atmosphere in the processing container 150 may be connected. Further, in the surface hydrophilizing device 40 having the above configuration, an antistatic ionizer (not shown) may be provided.
  • the inside of the processing container 190 is divided into a transport region T1 and a processing region T2 by an inner wall 193.
  • the loading / unloading port 191 described above is formed on the side surface of the processing container 190 in the transfer region T1.
  • a loading / unloading port 194 for the wafers W U and W L and the overlapped wafer W T is formed on the inner wall 193.
  • a transition 200 for temporarily placing the wafers W U and W L and the superposed wafer W T is provided on the positive side in the X direction of the transfer region T1.
  • the transition 200 is formed in, for example, two stages, and any two of the wafers W U , W L , and the superposed wafer W T can be placed at the same time.
  • Position adjusting mechanism 210 that adjusts the horizontal direction of the wafers W U and W L is provided on the X direction negative direction side of the transfer region T1.
  • Position adjusting mechanism 210 includes a base 211, as shown in FIG. 10, the wafer W U, W L and a holding portion 212 for holding and rotating suction, detection for detecting a position of the notch portion of the wafer W U, W L Part 213. Then, the position adjusting mechanism 210, the wafer W U sucked and held by the holding portion 212, the detection unit 213 while rotating the W L by detecting the position of the notch portion of the wafer W U, W L, the notch Are adjusted to adjust the horizontal orientation of the wafers W U and W L.
  • the processing region T2 the lower chuck 220 for holding by placing the lower wafer W L with the upper surface, an upper chuck 221 for attracting and holding the upper wafer W U at the lower surface is provided as shown in FIGS. 8 and 9 ing.
  • the upper chuck 221 is provided above the lower chuck 220 and is configured to be disposed so as to face the lower chuck 220. That is, the upper wafer W U held in the lower wafer W L and the upper chuck 221 held by the lower chuck 220 is adapted to be placed opposite.
  • a suction pipe (not shown) communicating with a vacuum pump (not shown) is provided inside the lower chuck 220. By suction through the suction pipe, it attracts and holds the lower wafer W L on the upper surface of the lower chuck 220.
  • a chuck driving unit 223 is provided below the lower chuck 220 through a shaft 222 as shown in FIG.
  • the lower chuck 220 can be moved up and down by the chuck driving unit 223.
  • the lower chuck 220 may be movable in the horizontal direction by the chuck driving unit 223, and may be further rotatable around the vertical axis.
  • the upper chuck 221 is formed with two notches 230 and 231 as shown in FIG.
  • the first notch 230 is formed so as not to interfere with a holding arm 251 of a reversing mechanism 250 described later.
  • the 2nd notch part 231 is formed so that it may not interfere with the pushing member 240 mentioned later.
  • a rail 234 extending along the Y direction is provided above the upper chuck 221 as shown in FIG.
  • the upper chuck 221 is movable on the rail 234 by a chuck driving unit 235.
  • the upper chuck 221 may be movable in the vertical direction by the chuck driving unit 235, and may be further rotatable around the vertical axis.
  • a push member 240 is provided in the processing region T2.
  • the pushing member 240 is configured to be movable up and down by a driving unit 241 such as a cylinder. Then, the pressing member 240, the wafer W U to be described later, at the time of bonding of W L, one end portion of the lower wafer W L, the one end portion of the upper wafer W U facing the one end of the lower wafer W L equivalent It can be pressed in contact.
  • the transfer region T1 is reverse mechanism 250 which moves between the transfer region T1 and the processing region T2, to and reverses the front and rear surfaces of the upper wafer W U is provided.
  • Reversing mechanism 250 has a holding arm 251 which holds the upper wafer W U as shown in FIG. 13. On the holding arm 251, the suction pads 252 held horizontally by suction on the wafer W U is provided.
  • the holding arm 251 is supported by the first driving unit 253. By the first driving unit 253, the holding arm 251 can be rotated around the horizontal axis and can be expanded and contracted in the horizontal direction.
  • a second driving unit 254 is provided below the first driving unit 253. By this second drive unit 254, the first drive unit 253 can rotate about the vertical axis and can move up and down in the vertical direction.
  • the second drive unit 254 is attached to a rail 255 extending in the Y direction shown in FIGS.
  • the rail 255 extends from the processing area T2 to the transport area T1.
  • the reversing mechanism 250 can move between the position adjusting mechanism 210 and the upper chuck 221 along the rail 255.
  • the configuration of the inverting mechanism 250 is not limited to the configuration of the above embodiment, it is sufficient to invert the front and rear surfaces of the upper wafer W U.
  • the reversing mechanism 250 may be provided in the processing region T2. Further, a reversing mechanism may be added to the wafer conveyance body 202, and another conveyance unit may be provided at the position of the reversing mechanism 250.
  • an upper imaging member for imaging the surface W U1 of the lower imaging member and the upper wafer W U is provided for imaging the surface W L1 of W L.
  • a wide-angle CCD camera is used for the lower imaging member and the upper imaging member.
  • the above joining system 1 is provided with a control unit 300 as shown in FIG.
  • the control unit 300 is a computer, for example, and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program for controlling processing of the wafers W U and W L and the overlapped wafer W T in the bonding system 1.
  • the program storage unit also stores a program for controlling the operation of drive systems such as the above-described various processing apparatuses and transfer apparatuses to realize the below-described joining process in the joining system 1.
  • the program is recorded on a computer-readable storage medium H such as a computer-readable hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnetic optical desk (MO), or a memory card. May have been installed in the control unit 300 from the storage medium H.
  • the pressure in the bonding apparatus 41 is the highest. Therefore, the pressure in the bonding apparatus 41 becomes positive with respect to the pressure in the wafer transfer area 60, and when the opening / closing shutter 192 of the bonding apparatus 41 is opened, an air flow from the bonding apparatus 41 toward the wafer transfer area 60 is generated. Therefore, without particles or the like is introduced from the outside into the junction device 41, the wafer W U, the junction of the W L can be appropriately performed.
  • the pressure in the wafer transfer region 60 is positive with respect to the pressure in the surface activation device 30, the pressure in the surface hydrophilization device 40, the pressure in the third processing block G 3, and the pressure in the loading / unloading station 2. Pressure. Therefore, when the gate valve 72, the opening / closing shutter 152, and the like are opened, an air flow is generated from the wafer transfer region 60 toward the surface activation device 30, the surface hydrophilization device 40, the third processing block G3, and the loading / unloading station 2. Therefore, it is possible to wafer W U during transport, W L, the particles in the overlapped wafer W T can be inhibited from adhering. Note that the pressure in the third processing block G3 is positive relative to the pressure in the loading / unloading station 2.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of main steps of the wafer bonding process.
  • the cassette C U, the cassette C L accommodating the lower wafer W L of the plurality, and the empty cassette C T is a predetermined cassette mounting plate 11 of the carry-out station 2 accommodating the wafers W U on the plurality Placed on. Thereafter, the upper wafer W U in the cassette C U is taken out by the wafer transfer device 22 is conveyed to the transition unit 50 of the third processing block G3 in the processing station 3.
  • the vacuum pump 131 is operated, and the atmosphere inside the processing container 70 is reduced to a predetermined degree of vacuum, for example, 67 Pa to 333 Pa (0.5 Torr to 2.5 Torr) via the air inlet 130. Then, processing on the wafer W U as described below, the atmosphere in the processing chamber 70 is maintained at the predetermined degree of vacuum.
  • a high voltage set to, for example, a DC voltage of 2500 V is applied from the high voltage power source 96 to the conductive film 93 of the electrostatic chuck 90.
  • the upper wafer W U is electrostatically attracted to the upper surface of the lower electrode 80 by the Coulomb force generated by the high voltage applied to the electrostatic chuck 90 (step S1 in FIG. 15).
  • the upper wafer W U electrostatically attracted to the lower electrode 80 is maintained at a predetermined temperature, for example, 25 ° C. to 30 ° C. by the heat medium in the heat medium circulation channel 82.
  • the processing gas supplied from the gas supply source 122 is uniformly supplied into the processing vessel 70 from the gas outlet 125 on the lower surface of the upper electrode 110.
  • a high frequency voltage of 2 MHz for example, is applied from the first high frequency power supply 106 to the lower electrode 80
  • a high frequency voltage of 60 MHz is applied from the second high frequency power supply 112 to the upper electrode 110.
  • an electric field is formed between the upper electrode 110 and the lower electrode 80, and the processing gas supplied into the processing container 70 is turned into plasma by the electric field.
  • the plasma of the processing gas activates the surface W U1 of the upper wafer W U on the lower electrode 80 and removes organic substances on the surface W U1. Is done.
  • the oxygen gas plasma in the processing plasma mainly contributes to the removal of organic substances on the surface W U1 . Further, the oxygen gas plasma can promote the oxidation of the surface W U1 of the upper wafer W U , that is, the hydrophilization.
  • the argon gas plasma in the processing plasma has a certain amount of high energy, and organic substances on the surface W U1 are positively (physically) removed by the argon gas plasma. Further, the argon gas plasma has an effect of removing residual moisture contained in the atmosphere in the processing vessel 70. In this way, the surface W U1 of the upper wafer W U is activated by the processing plasma (step S2 in FIG. 15).
  • the surface W U1 of the upper wafer W U When the surface W U1 of the upper wafer W U is activated, the supply of the processing gas into the processing container 70 is stopped, and the lower electrode 80 and the upper electrode from the first high-frequency power source 106 and the second high-frequency power source 112 are stopped. Application of the high frequency voltage to 110 is stopped. Thereafter, a high voltage set to a DC voltage of, for example, ⁇ 2500 V (minus 2500 V) is applied from the high voltage power source 96 to the conductive film 93 of the electrostatic chuck 90.
  • ⁇ 2500 V minus 2500 V
  • the static elimination gas supplied from the gas supply source 122 is uniformly supplied from the gas outlet 125 on the lower surface of the upper electrode 110 into the processing vessel 70. Then, a high frequency voltage is applied from the first high frequency power source 106 to the lower electrode 80, and a high frequency voltage is applied from the second high frequency power source 112 to the upper electrode 110. Then, an electric field is formed between the upper electrode 110 and the lower electrode 80, and the static elimination gas supplied to the inside of the processing container 70 is turned into plasma by this electric field.
  • the supply of the discharging gas into the processing vessel 70 is stopped, and the high frequency from the first high frequency power source 106 and the second high frequency power source 112 to the lower electrode 80 and the upper electrode 110 is stopped.
  • the application of voltage and the application of high voltage from the high-voltage power supply 96 to the lower electrode 80 are stopped.
  • the vacuum pump 131 is stopped and the decompression in the processing container 70 is also stopped.
  • the gate valve 72 is opened, the upper wafer W U is delivered from the lower electrode 80 to the wafer transfer device 61, is unloaded from the processing chamber 70.
  • the upper wafer W U is transferred to a surface hydrophilizing apparatus 40 of the second processing block G2 by the wafer transfer apparatus 61.
  • Surface hydrophilizing device wafer after being carried into the 40 W U is the passed suction holding the wafer transfer apparatus 61 to the spin chuck 160.
  • the upper wafer W U is transferred from the position adjusting mechanism 210 to the holding arm 251 of the reversing mechanism 250. Subsequently, in transfer region T1, by reversing the holding arm 251, the front and back surfaces of the upper wafer W U is inverted (step S7 in FIG. 15). That is, the surface W U1 of the upper wafer W U is directed downward. Thereafter, the reversing mechanism 250 is moved to the upper chuck 221 side, the upper wafer W U is transferred from the inverting mechanism 250 in the upper chuck 221. The upper wafer W U has its rear surface W U 2 adsorbed and held by the upper chuck 221.
  • the horizontal position of the upper wafer W U is regulated by the upper chuck 221.
  • Horizontal position of the upper wafer W U and the lower wafer W L is adjusted in this way (step S14 in FIG. 15).
  • the lower chuck 220 is horizontally movable by the chuck drive unit 223 may adjust the horizontal position of the lower wafer W L by the lower chuck 220 and lower chuck 220 and upper chuck
  • the relative horizontal position of the lower wafer W L and the upper wafer W U may be adjusted by both of them.
  • the upper wafer W U and the lower wafer W L overlapped wafer bonded W T is transferred to the transition unit 51 by the wafer transfer apparatus 61, then carry out by the wafer transfer apparatus 22 of the station 2 of a predetermined cassette mounting plate 11 It is conveyed to the cassette C T.
  • a series of wafers W U, bonding process of W L is completed.
  • the bonding apparatus 41 the surfaces W U1 and W L1 of the activated wafers W U and W L are bonded to each other by van der Waals force, and then the surfaces W U1 and W L1 of the hydrophilic wafers W U and W L are obtained.
  • the wafers W U and W L can be firmly bonded to each other by hydrogen bonding.
  • carry-out station 2 wafer W U, W since L can be held or a plurality of the overlapped wafer W T, the wafer W U to the processing station 3 from unloading station 2, the continuously conveying the W L wafer W U in the processing station 3, since the W L can be continuously processed, it is possible to further improve the throughput of wafer bonding process.

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Abstract

　本発明の基板接合システムは、基板の接合される表面を活性化する表面活性化装置と、活性化された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、表面が親水化された基板同士を接合する接合装置とを有し、表面活性化装置においては、処理容器内に供給された処理ガスがプラズマ化されて基板表面が活性化され、その後除電用ガスがプラズマ化され、その後表面親水化装置において基板表面が親水化され、その後接合装置において基板同士が好適に接合される。

Description

接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体
　本発明は、基板同士を接合する接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体に関する。
　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、例えば接合装置を用いて、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。例えば接合装置は、不活性ガスをプラズマ状態にして、ウェハの表面に不活性ガスイオンビーム又は不活性ガス中性原子ビームを照射するビーム照射手段と、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハを押圧する一組のワークローラとを有している。そして、この接合装置では、ビーム照射手段によってウェハの表面（接合面）を活性化し、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハの表面間にファンデルワールス力を発生させて仮接合する。その後、２枚のウェハを押圧することでウェハ同士を接合している（特許文献１）。
日本国特開２００４－３３７９２８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の接合装置を用いた場合、ビーム照射手段がウェハを収容する処理容器内に設けられているため、ウェハがチャージアップダメージを受けるおそれがある。このため、その後ウェハ同士を適切に接合できない懸念があった。
　また、特許文献１に記載の接合装置を用いた場合、一組のワークローラで２枚のウェハを押圧する際の荷重により、ウェハが破損するおそれがあった。さらに、表面が活性化した２枚のウェハの表面間にファンデルワールス力を発生させて行われる仮接合はその接合強度が十分でないため、２枚のウェハを鉛直方向からずれて押圧した場合、ウェハの位置ずれが生じるおそれがあった。しかも、ウェハ同士を適切に接合するためには、２枚のウェハの押圧に多大な時間を要するため、ウェハ接合処理のスループットの低下も招いていた。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を適切に接合しつつ、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
　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システムであって、基板に所定の処理を行い、基板同士を接合する処理ステーションと、基板又は基板同士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、基板の接合される表面を活性化する表面活性化装置と、前記表面活性化装置で活性化された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、前記表面活性化装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、前記表面活性化装置は、処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に、プラズマ生成用の電圧を印加する第１の電源と、前記下部電極に、基板を静電吸着させるための電圧を印加する第２の電源と、前記処理容器内に処理ガス又は除電用ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、前記下部電極に基板を静電吸着させる第１の工程と、その後、前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化する第２の工程と、その後、前記下部電極に対する基板の静電吸着を停止する第３の工程と、その後、前記処理容器内に除電用ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記除電用ガスをプラズマ化し、当該除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電する第４の工程とを実行するように、前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記減圧機構を制御する制御部と、を有する。なお基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。
　本発明によれば、表面活性化装置において、下部電極に基板を静電吸着させた状態で、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化した後、下部電極に対する基板の静電吸着を停止し、除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電している。かかる場合、処理ガスのプラズマが高いエネルギーを有するため、基板の表面を十分に活性化することができる。また、除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電しているので、従来のように基板がチャージアップダメージを受けることがない。したがって、基板の表面を適切に活性化することができ、その後基板同士を適切に接合することができる。
　また、本発明の接合システムによれば、表面活性化装置において基板の表面を活性化した後、表面親水化装置において基板の表面を親水化して当該表面に水酸基を形成できる。その後、接合装置において、活性化した基板の表面同士をファンデルワールス力によって接合した後、親水化した基板の表面の水酸基を水素結合させて、基板同士を強固に接合することができる。このため、従来のように基板を重ね合わせた状態で押圧する必要がない。したがって、従来のように基板が破損するおそれもなく、また基板の位置ずれが生じるおそれもない。さらに、基板同士はファンデルワールス力と水素結合のみによって接合されるので、接合に要する時間を短縮することができる。したがって、本発明によれば、基板同士を適切に接合しつつ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。また、搬入出ステーションは複数の基板又は複数の重合基板を保有可能であるので、搬入出ステーションから処理ステーションに基板を連続的に搬送して当該処理ステーションで基板を連続的に処理できるので、基板接合処理のスループットをさらに向上させることができる。
　別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、処理容器内に対向配置された上部電極と下部電極を備えた表面活性化装置において、基板の接合される表面を活性化する表面活性化工程と、その後、搬送領域を介して表面親水化装置に基板を搬送し、当該表面親水化装置において、基板の表面を親水化する表面親水化工程と、その後、搬送領域を介して接合装置に基板を搬送し、当該接合装置において、前記表面活性化工程及び前記表面親水化工程が行われた基板同士を、ファンデルワールス力及び水素結合によって接合する接合工程と、を有し、前記表面活性化工程、前記表面親水化工程及び前記接合工程を複数の基板に対して連続して行い、表面活性化工程は、前記下部電極に基板を静電吸着させる第１の工程と、その後、前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化する第２の工程と、その後、前記下部電極に対する基板の静電吸着を停止する第３の工程と、その後、前記処理容器内に除電用ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記除電用ガスをプラズマ化し、当該除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電する第４の工程と、を有する。
　また別な観点による本発明は、前記接合方法を接合システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体である。
　本発明によれば、基板同士を適切に接合しつつ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
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側面図である。 表面活性化装置の構成の概略を示す縦断面図である。 下部電極の平面図である。 表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。 表面親水化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。 位置調節機構の側面図である。 上部チャックの平面図である。 上部チャックの縦断面図である。 反転機構の側面図である。 接合システム内に生じる気流の説明図である。 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。 上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 押動部材により上ウェハの一端部と下ウェハの一端部を押圧する様子を示す説明図である。 上部チャックの真空引きを領域毎に停止する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。
　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ＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という。また、上ウェハＷＵが接合される接合面を「表面ＷＵ１」といい、当該表面ＷＵ１と反対側の面を「裏面ＷＵ２」という。同様に、下ウェハＷＬが接合される接合面を「表面ＷＬ１」といい、当該表面ＷＬ１と反対側の面を「裏面ＷＬ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して、重合基板としての重合ウェハＷＴ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ＷＵ、ＷＬ、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴ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つを不具合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ＷＵと下ウェハＷＬとの接合に不具合が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷＴ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ＣＴのうち、１つのカセットＣＴを不具合ウェハの回収用として用い、他のカセットＣＴを正常な重合ウェハＷＴ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ＣＵ、ＣＬ、ＣＴ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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。ウェハ搬送部２０の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、ウェハ搬送部２０の内部の雰囲気は、排気口（図示せず）から排気される。
　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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化する表面活性化装置３０が配置されている。
　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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬ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。
　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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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。なお、ウェハ搬送領域６０の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、ウェハ搬送領域６０の内部の雰囲気は、排気口（図示せず）から排気される。したがって、ウェハ搬送領域６０内の圧力は大気圧以上であり、当該ウェハ搬送領域６０において、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのいわゆる大気系の搬送が行われる。
　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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　次に、上述した表面活性化装置３０の構成について説明する。表面活性化装置３０は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器７０を有している。処理容器７０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられている。
　処理容器７０の内部には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置させるための下部電極８０が設けられている。下部電極８０は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、例えばモータなどを備えた駆動部８１が設けられている。この駆動部８１により、下部電極８０は昇降自在になっている。
　下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられている。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調整された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調整される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬに伝達されて、ウェハＷＵ、ＷＬが所望の温度に調節される。
　なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。
　下部電極８０の上部は、ウェハＷＵ、ＷＬを静電吸着するための静電チャック９０に構成されている。静電チャック９０は、例えばポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、例えば銅箔などの導電膜９３を配置した構造を有している。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して第２の電源としての高圧電源９６に接続されている。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）にウェハＷＵ、ＷＬが静電吸着させられる。
　下部電極８０の上面には、ウェハＷＵ、ＷＬの裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられている。図５に示すように複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において、複数の同心円状に均一に配置されている。
　各伝熱ガス供給穴１００には、図４に示すように伝熱ガス供給管１０１が接続されている。伝熱ガス供給管１０１はガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウムなどの伝熱ガスが、下部電極８０の上面とウェハＷＵ、ＷＬの裏面ＷＵ２、ＷＬ２との間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面からウェハＷＵ、ＷＬに効率よく熱が伝達される。
　なお、ウェハＷＵ、ＷＬに十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。
　下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置されたウェハＷＵ、ＷＬの外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置されている。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側のウェハＷＵ、ＷＬにだけ効果的に入射せしめるように作用する。
　下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置されている。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。
　下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続されている。給電棒１０４には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１０５を介して、第１の電源としての第１の高周波電源１０６が接続されている。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。
　下部電極８０の上方には、上部電極１１０が配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置されている。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調整される。
　上部電極１１０には、例えばブロッキングコンデンサなどから成る整合器１１１を介して第１の電源としての第２の高周波電源１１２が接続されている。プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧が、上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。
　なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、後述する制御部３００によって制御される。
　上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成されている。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続されている。ガス供給管１２１は、内部に処理ガスや除電用ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１には、処理ガスや除電用ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１２３が設けられている。そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスや除電用ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。また、除電用ガスには、例えば窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。
　中空部１２０の内部には、処理ガスや除電用ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられている。バッフル板１２４には、多数の小孔が設けられている。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスや除電用ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成されている。なお、本実施の形態においては、これら中空部１２０、ガス供給管１２１、ガス供給源１２２、供給機器群１２３、バッフル板１２４及びガス噴出口１２５が、ガス供給機構を構成している。
　処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成されている。吸気口１３０には、処理容器７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１３１に連通する吸気管１３２が接続されている。なお、本実施の形態においては、これら吸気口１３０、真空ポンプ１３１及び吸気管１３２が、減圧機構を構成している。
　なお、下部電極８０の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能になっている。
　次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
　処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
　スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度で回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。
　スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。なお、処理容器１５０の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、排気管１６４は、処理容器１５０の内部の雰囲気も排気する。
　図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
　ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
　純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１７８が設けられている。
　スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。
　なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
　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８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。なお、処理容器１９０の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、処理容器１９０の内部の雰囲気は、排気口（図示せず）から排気される。
　処理容器１９０の内部は、内壁１９３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１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを一時的に載置するためのトランジション２００が設けられている。トランジション２００は、例えば２段に形成され、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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、Ｘ方向に延伸する搬送路２０１上を移動自在なウェハ搬送体２０２が設けられている。ウェハ搬送体２０２は、図８及び図９に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３でウェハＷＵ、ＷＬ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ＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節している。
　処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように下ウェハＷＬを上面で載置して保持する下部チャック２２０と、上ウェハＷＵを下面で吸着保持する上部チャック２２１とが設けられている。上部チャック２２１は、下部チャック２２０の上方に設けられ、下部チャック２２０と対向配置可能に構成されている。すなわち、下部チャック２２０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック２２１に保持された上ウェハＷＵは対向して配置可能となっている。
　下部チャック２２０の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、下ウェハＷＬを下部チャック２２０の上面に吸着保持できる。
　下部チャック２２０の下方には、図９に示すようにシャフト２２２を介してチャック駆動部２２３が設けられている。このチャック駆動部２２３により、下部チャック２２０は昇降自在になっている。なお、チャック駆動部２２３によって、下部チャック２２０は水平方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
　上部チャック２２１には、図１１に示すように２つの切欠き部２３０、２３１が形成されている。第１の切欠き部２３０は、後述する反転機構２５０の保持アーム２５１と干渉しないように形成されている。また、第２の切欠き部２３１は、後述する押動部材２４０と干渉しないように形成されている。
　上部チャック２２１の内部は、図１２に示すように複数、例えば３つの領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃに区画されている。各領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃには、上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃには、異なる真空ポンプ２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック２２１は、各領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
　上部チャック２２１の上方には、図９に示すようにＹ方向に沿って延伸するレール２３４が設けられている。上部チャック２２１は、チャック駆動部２３５によりレール２３４上を移動自在になっている。なお、チャック駆動部２３５によって、上部チャック２２１は鉛直方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
　処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように押動部材２４０が設けられている。押動部材２４０は、例えばシリンダ等の駆動部２４１によって昇降自在に構成されている。そして、押動部材２４０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、下ウェハＷＬの一端部と、当該下ウェハＷＬの一端部に対向する上ウェハＷＵの一端部とを当接させて押圧することができる。
　搬送領域Ｔ１には、当該搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間を移動し、且つ上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構２５０が設けられている。反転機構２５０は、図１３に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２５１を有している。保持アーム２５１上には、上ウェハＷＵを吸着して水平に保持する吸着パッド２５２が設けられている。保持アーム２５１は、第１の駆動部２５３に支持されている。この第１の駆動部２５３により、保持アーム２５１は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第１の駆動部２５３の下方には、第２の駆動部２５４が設けられている。この第２の駆動部２５４により、第１の駆動部２５３は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第２の駆動部２５４は、図８及び図９に示すＹ方向に延伸するレール２５５に取り付けられている。レール２５５は、処理領域Ｔ２から搬送領域Ｔ１まで延伸している。この第２の駆動部２５４により、反転機構２５０は、レール２５５に沿って位置調節機構２１０と上部チャック２２１との間を移動可能になっている。なお、反転機構２５０の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハＷＵの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構２５０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。また、ウェハ搬送体２０２に反転機構を付与し、反転機構２５０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
　なお、処理領域Ｔ２には、後述するように下部チャック２２０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック２２１に保持された上ウェハＷＵとの水平方向の位置調節を行うため、後述する下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する下部撮像部材と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する上部撮像部材とが設けられている。下部撮像部材と上部撮像部材には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。
　以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴ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３００にインストールされたものであってもよい。
　次に、以上のように構成された接合システム１においてウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を行う際、当該接合システム１内に生じる気流について図１４に基づいて説明する。なお、図１４中の矢印は気流の方向を示している。
　接合システム１では、接合装置４１内の圧力は最も高圧になる。したがって、接合装置４１内の圧力はウェハ搬送領域６０内の圧力に対して陽圧となり、接合装置４１の開閉シャッタ１９２を開けると、接合装置４１からウェハ搬送領域６０に向かう気流が生じる。このため、接合装置４１内に外部からパーティクル等が流入することがなく、ウェハＷＵ、ＷＬの接合を適切に行うことができる。
　また、ウェハ搬送領域６０内の圧力は、表面活性化装置３０内の圧力、表面親水化装置４０内の圧力、第３の処理ブロックＧ３内の圧力及び搬入出ステーション２内の圧力に対して陽圧となっている。したがって、ゲートバルブ７２、開閉シャッタ１５２等を開けると、ウェハ搬送領域６０から、表面活性化装置３０、表面親水化装置４０、第３の処理ブロックＧ３及び搬入出ステーション２に向かう気流が生じる。このため、搬送中にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴにパーティクルが付着するのを抑制することができる。なお、第３の処理ブロックＧ３内の圧力は搬入出ステーション２内の圧力に対して陽圧になっている。
　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ＷＵ、ＷＬの接合処理方法について説明する。図１５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ＷＵを収容したカセットＣＵ、複数枚の下ウェハＷＬを収容したカセットＣＬ、及び空のカセットＣＴ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ＣＵ内の上ウェハＷＵ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ＷＵは、ウェハ搬送装置６１によって第１の処理ブロックＧ１の表面活性化装置３０に搬送される。表面活性化装置３０に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面活性化装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。
　その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６７Ｐａ～３３３Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ～２．５Ｔｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵを処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
　また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば２５００Vの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷＵが静電吸着させられる（図１５の工程Ｓ１）。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷＵは、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、例えば２５℃～３０℃に維持される。
　その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。
　この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が活性化されると共に、当該表面ＷＵ１上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが表面ＷＵ１上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中のアルゴンガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、このアルゴンガスのプラズマによって表面ＷＵ１上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、アルゴンガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が活性化される（図１５の工程Ｓ２）。
　上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が活性化されると、処理容器７０内への処理ガスの供給を停止すると共に、第１の高周波電源１０６及び第２の高周波電源１１２から下部電極８０及び上部電極１１０への高周波電圧の印加をそれぞれ停止する。その後、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば－２５００V（マイナス２５００Ｖ）の直流電圧に設定された高電圧が印加される。これによって、下部電極８０と上ウェハＷＵとの間を除電し、下部電極８０に対する上ウェハＷＵの静電吸着を停止する（図１５の工程Ｓ３）。
　その後、ガス供給源１２２から供給された除電用ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出口１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された除電用ガスがプラズマ化される。
　なお、この除電用ガスのプラズマ（以下、「除電用プラズマ」という場合がある。）によって、既に処理が終了している上ウェハＷＵの表面ＷＵ１がさらに活性化されることは回避する必要がある。このため、除電用プラズマを生成する際の第１の高周波電源１０６及び第２の高周波電源１１２からの高周波の出力は、処理用プラズマを生成する際の高周波の出力よりも小さく設定される。例えば処理用プラズマを生成する際の出力が数千ワットである場合において、除電用プラズマを生成する際の出力は数百ワットであることが好ましい。
　そして、このように生成された除電用プラズマによって、上ウェハＷＵ内に残留する電荷が除電用プラズマ側に引き寄せられ、上ウェハＷＵが除電される（図１５の工程Ｓ４）。
　上ウェハＷＵが除電されると、処理容器７０内への除電用ガスの供給を停止すると共に、第１の高周波電源１０６及び第２の高周波電源１１２から下部電極８０及び上部電極１１０への高周波電圧の印加と、高圧電源９６から下部電極８０への高電圧の印加をそれぞれ停止する。また、真空ポンプ１３１を停止し、処理容器７０内の減圧も停止する。その後、ゲートバルブ７２が開けられた後、下部電極８０からウェハ搬送装置６１に上ウェハＷＵが受け渡され、処理容器７０から搬出される。
　次に上ウェハＷＵ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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
　続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に水酸基が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ５）。
　次に上ウェハＷＵ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ＷＵは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ６）。
　その後、位置調節機構２１０から反転機構２５０の保持アーム２５１に上ウェハＷＵが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム２５１を反転させることにより、上ウェハＷＵの表裏面が反転される（図１５の工程Ｓ７）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が下方に向けられる。その後、反転機構２５０が上部チャック２２１側に移動し、反転機構２５０から上部チャック２２１に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上部チャック２２１にその裏面ＷＵ２が吸着保持される。その後、上部チャック２２１は、チャック駆動部２３５によって下部チャック２２０の上方であって当該下部チャック２２０に対向する位置まで移動する。そして、上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック２２１で待機する。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、反転機構２５０の移動中に行われてもよい。
　上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１～Ｓ７の処理が行われている間、当該上ウェハＷＵに続いて下ウェハＷＬ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ＣＬ内の下ウェハＷＬ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ＷＬは、ウェハ搬送装置６１によって表面活性化装置３０に搬送される。表面活性化装置３０では、下部電極８０の上面に下ウェハＷＬが静電吸着させられた後（図１５の工程Ｓ８）、処理用プラズマによって下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が活性化される（図１５の工程Ｓ９）。その後、下部電極８０に対する下ウェハＷＬの静電吸着を停止した後（図１５の工程Ｓ１０）、除電用プラズマによって下ウェハＷＬが除電される（図１５の工程Ｓ１１）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ８～Ｓ１１は、上述した工程Ｓ１～Ｓ４と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、下ウェハＷＬ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ＷＬの表面ＷＬ１が親水化される共に当該表面ＷＬ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ１２）。なお、工程Ｓ１２における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ５と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、下ウェハＷＬ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ＷＬは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ１３）。
　その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体２０２によって下部チャック２２０に搬送され、下部チャック２２０に吸着保持される。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が上方を向くように、当該下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２が下部チャック２２０に保持される。なお、下部チャック２２０の上面にはウェハ搬送体２０２の形状に適合する溝（図示せず）が形成され、下ウェハＷＬの受け渡しの際にウェハ搬送体２０２と下部チャック２２０とが干渉するのを避けるようにしてもよい。
　次に、下部チャック２２０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック２２１に保持された上ウェハＷＵとの水平方向の位置調節を行う。図１６に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数の基準点Ｂが形成されている。そして、下部撮像部材２６０を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、上部撮像部材２６１を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、下部撮像部材２６０が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、上部撮像部材２６１が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、上部チャック２２１によって上ウェハＷＵの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１４）。なお、下部チャック２２０がチャック駆動部２２３によって水平方向に移動自在である場合には、当該下部チャック２２０によって下ウェハＷＬの水平方向の位置を調節してもよく、また下部チャック２２０及び上部チャック２２１の両方で下ウェハＷＬと上ウェハＷＵの相対的な水平方向の位置を調節してもよい。
　その後、チャック駆動部２２３によって、図１７に示すように下部チャック２２０を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔Ｄが所定の距離、例えば０．５ｍｍになるように、下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１５）。
　その後、図１８に示すように押動部材２４０を下降させ下ウェハＷＬの一端部と上ウェハＷＵの一端部とを当接させて押圧する（図１５の工程Ｓ１６）。このとき、上部チャック２２１のすべての領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。
　その後、図１９に示すように押動部材２４０によって下ウェハＷＬの一端部と上ウェハＷＵの一端部が押圧された状態で、上部チャック２２１の領域２２１ａにおける上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、領域２２１ａに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。そして、上ウェハＷＵの一端側から他端側に向けて、領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃの順で上ウェハＷＵの真空引きを停止する。こうして、図２０に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が全面で当接する。当接した上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ９において活性化されているため、先ず、表面ＷＵ１、ＷＬ１間にファンデルワールス力が生じ、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が接合される。その後、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ５、Ｓ１２において親水化されているため、表面ＷＵ１、ＷＬ１間の親水基が水素結合し、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図１５の工程Ｓ１７）。
　なお、本実施の形態では領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃの順で上ウェハＷＵの真空引きを停止したが、真空引きの停止方法はこれに限定されない。例えば領域２２１ａ、２２１ｂにおいて同時に真空引きを停止し、その後領域２２１ｃにおいて真空引きを停止してもよい。また、各領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ間における真空引きを停止する時間間隔を変えてもよい。例えば領域２２１ａでの真空引きを停止してから１秒後に領域２２１ｂでの真空引きを停止し、さらにこの領域２２１ｂでの真空引きを停止してから２秒後に領域２２１ｃでの真空引きの停止をしてもよい。
　上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合された重合ウェハＷＴ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ＣＴに搬送される。こうして、一連のウェハＷＵ、ＷＬの接合処理が終了する。
　以上の実施の形態によれば、表面活性化装置３０において、下部電極８０にウェハＷＵ、ＷＬを静電吸着させた状態で、処理用プラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面を活性化した後、下部電極８０に対するウェハＷＵ、ＷＬの静電吸着を停止し、除電用プラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬを除電している。かかる場合、処理用プラズマが高いエネルギーを有するため、ウェハＷＵ、ＷＬの表面を十分に活性化することができる。また、除電用プラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬを除電しているので、従来のようにウェハがチャージアップダメージを受けることがない。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの表面を適切に活性化することができ、その後ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
　また、本実施の形態の接合システム１によれば、表面活性化装置３０においてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化した後、表面親水化装置４０においてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化して当該表面ＷＵ１、ＷＬ１に水酸基を形成できる。その後、接合装置４１において、活性化したウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１同士をファンデルワールス力によって接合した後、親水化したウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の水酸基を水素結合させて、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を強固に接合することができる。このため、従来のようにウェハを重ね合わせた状態で押圧する必要がない。したがって、従来のようにウェハが破損するおそれもなく、またウェハの位置ずれが生じるおそれもない。さらに、ウェハＷＵ、ＷＬ同士はファンデルワールス力と水素結合のみによって接合されるので、接合に要する時間を短縮することができる。したがって、本実施の形態によれば、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合しつつ、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。また、搬入出ステーション２はウェハＷＵ、ＷＬ又は複数の重合ウェハＷＴを保有可能であるので、搬入出ステーション２から処理ステーション３にウェハＷＵ、ＷＬを連続的に搬送して当該処理ステーション３でウェハＷＵ、ＷＬを連続的に処理できるので、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。
　また、工程Ｓ１、Ｓ８において下部電極８０にウェハＷＵ、ＷＬを静電吸着する際、下部電極８０における導電膜９３に２５００Ｖの電圧が印加されるのに対し、工程Ｓ３、Ｓ１０において下部電極８０に対するウェハＷＵ、ＷＬの静電吸着を停止する際、導電膜９３に－２５００Ｖの電圧が印加される。このようにウェハＷＵ、ＷＬの静電吸着の際とその静電吸着の停止の際に印加される電圧を反対の極性にしているので、ウェハＷＵ、ＷＬの静電吸着の停止をより迅速に行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。
　また、ウェハ搬送領域６０内の圧力は、表面活性化装置３０内の圧力に対して陽圧となっているので、ウェハ搬送領域６０から表面活性化装置３０に向かう気流が生じる。したがって、搬送中にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴにパーティクルが付着するのを抑制することができる。
　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で接合された重合ウェハＷＴを検査する検査装置（図示せず）をさらに設けてもよい。検査装置は、例えば第３の処理ブロックＧ３の最上層に配置される。検査装置では、例えば重合ウェハＷＴ上に赤外線を照射し、当該重合ウェハＷＴの画像を撮像することで、重合ウェハＷＴの接合が適切に行われているか否か、例えば重合ウェハＷＴ中のボイドの有無等を検査する。かかる場合、検査装置において重合ウェハＷＴを検査することができるので、検査結果に基づいて接合システム１における処理条件を補正することができる。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をさらに適切に接合することができる。
　また、以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１で接合された重合ウェハＷＴを加熱処理する熱処理装置（図示せず）をさらに設けてもよい。熱処理装置３５０は、例えば第１の処理ブロックＧ１において表面活性化装置３０の搬入出ステーション２側に配置される。熱処理装置では、重合ウェハＷＴが所定の温度、例えば１００℃～２００℃に加熱される。そうすると、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１間の水素結合が脱水縮合し、当該ウェハＷＵ、ＷＬがより強固に接合される。ここで、接合システム１から搬出された重合ウェハＷＴは接合システム１の外部に設置された炉において焼成されるが、この重合ウェハＷＴの焼成には多大な時間を要する。接合システム１に熱処理装置を設けた場合、かかる焼成時間を短縮することができる。
　また、以上の実施の形態では、工程Ｓ２、Ｓ９において下部電極８０と上部電極１１０の両方に高周波電圧を印加したが、下部電極８０と上部電極１１０のいずれか一方のみに高周波電圧を印加してもよい。かかる場合でも、処理ガスを適切にプラズマ化することができる。
　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　表面活性化装置
　　４０　表面親水化装置
　　４１　接合装置
　　６０　ウェハ搬送領域
　　７０　処理容器
　　８０　下部電極
　　９６　高圧電源
　　１０６　第１の高周波電源
　　１１０　上部電極
　　１１２　第２の高周波電源
　　１２０　中空部
　　１２１　ガス供給管
　　１２２　ガス供給源
　　１２３　供給機器群
　　１２４　バッフル板
　　１２５　ガス噴出口
　　１３０　吸気口
　　１３１　真空ポンプ
　　１３２　吸気管
　　３００　制御部
　　ＷＵ　　上ウェハ
　　ＷＵ１　　表面
　　ＷＬ　　下ウェハ
　　ＷＬ１　　表面
　　ＷＴ　　重合ウェハ

Claims (9)

  1. 基板同士を接合する接合システムであって、
    基板に所定の処理を行い、基板同士を接合する処理ステーションと、
    基板又は基板同士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、
    基板の接合される表面を活性化する表面活性化装置と、
    前記表面活性化装置で活性化された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
    前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、
    前記表面活性化装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、
    前記表面活性化装置は、
    処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、
    前記処理容器内において前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
    前記上部電極と前記下部電極との間に、プラズマ生成用の電圧を印加する第１の電源と、
    前記下部電極に、基板を静電吸着させるための電圧を印加する第２の電源と、
    前記処理容器内に処理ガス又は除電用ガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理容器内を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、
    前記下部電極に基板を静電吸着させる第１の工程と、その後、前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化する第２の工程と、その後、前記下部電極に対する基板の静電吸着を停止する第３の工程と、その後、前記処理容器内に除電用ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記除電用ガスをプラズマ化し、当該除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電する第４の工程とを実行するように、前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記減圧機構を制御する制御部と、
    を有する。
  2. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記制御部は、前記第１の工程において前記下部電極に印加する電圧の極性と、前記第３の工程において前記下部電極に印加する電圧の極性とが反対の極性になるように、前記第１の電源及び前記第２の電源を制御する。
  3. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記除電用ガスは不活性ガスである。
  4. 請求項１に記載の接合システムにおいて、
    前記搬送領域内の圧力は、前記表面活性化装置内の圧力に対して陽圧である。
  5. 基板同士を接合する接合方法であって、
    処理容器内に対向配置された上部電極と下部電極を備えた表面活性化装置において、基板の接合される表面を活性化する表面活性化工程と、
    その後、搬送領域を介して表面親水化装置に基板を搬送し、当該表面親水化装置において、基板の表面を親水化する表面親水化工程と、
    その後、搬送領域を介して接合装置に基板を搬送し、当該接合装置において、前記表面活性化工程及び前記表面親水化工程が行われた基板同士を、ファンデルワールス力及び水素結合によって接合する接合工程と、を有し、
    前記表面活性化工程、前記表面親水化工程及び前記接合工程を複数の基板に対して連続して行い、
    前記表面活性化工程は、
    前記下部電極に基板を静電吸着させる第１の工程と、
    その後、前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化する第２の工程と、
    その後、前記下部電極に対する基板の静電吸着を停止する第３の工程と、
    その後、前記処理容器内に除電用ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記除電用ガスをプラズマ化し、当該除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電する第４の工程と、を有する。
  6. 請求項５に記載の接合方法において、
    前記第１の工程において前記下部電極に印加する電圧の極性と、前記第３の工程において前記下部電極に印加する電圧の極性とは、反対の極性である。
  7. 請求項５に記載の接合方法において、
    前記除電用ガスは不活性ガスである。
  8. 請求項５に記載の接合方法において、
    前記搬送領域内の圧力は、前記表面活性化装置内の圧力に対して陽圧である。
  9. 基板同士を接合する接合方法を接合システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
    前記基板接合方法は、
    処理容器内に対向配置された上部電極と下部電極を備えた表面活性化装置において、基板の接合される表面を活性化する表面活性化工程と、
    その後、搬送領域を介して表面親水化装置に基板を搬送し、当該表面親水化装置において、基板の表面を親水化する表面親水化工程と、
    その後、搬送領域を介して接合装置に基板を搬送し、当該接合装置において、前記表面活性化工程及び前記表面親水化工程が行われた基板同士を、ファンデルワールス力及び水素結合によって接合する接合工程と、を有し、
    前記表面活性化工程、前記表面親水化工程及び前記接合工程を複数の基板に対して連続して行い、
    前記表面活性化工程は、
    前記下部電極に基板を静電吸着させる第１の工程と、
    その後、前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記処理ガスをプラズマ化し、当該処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を活性化する第２の工程と、
    その後、前記下部電極に対する基板の静電吸着を停止する第３の工程と、
    その後、前記処理容器内に除電用ガスを供給して、前記下部電極と前記上部電極との間で前記除電用ガスをプラズマ化し、当該除電用ガスのプラズマを用いて基板を除電する第４の工程と、を有する。
     
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