(57)【要約】【課題】基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に活性化する。【解決手段】表面活性化装置の処理部７０は、処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成ユニット８０と、ラジカル生成ユニット８０で生成されたラジカルを用いて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化する処理ユニット８１とを有している。処理ユニット８１は、ウェハＷＵ、ＷＬを収容する処理容器１２０と、処理容器１２０内にラジカルを供給するラジカル供給口１３１と、ラジカル供給口１３１の下方に設けられ、ウェハＷＵ、ＷＬを載置して熱処理する熱処理板１４０と、処理容器１２０内をラジカル供給口１３１側のラジカル供給領域Ｒ１と熱処理板１４０側の処理領域Ｒ２に区画するように設けられ、ラジカルをラジカル供給領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に導入させるラジカル導入板１５０と、備えている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を接合する前に、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方法であって、
前記表面活性化装置は、
ラジカルを生成するラジカル生成ユニットと、
基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に前記ラジカルを供給するラジカル供給口と、前記処理容器内であって前記ラジカル供給口の下方に設けられ、基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記処理容器内を前記ラジカル供給口側のラジカル供給領域と前記熱処理板側の処理領域に区画するように設けられ、前記ラジカルを前記ラジカル供給領域から前記処理領域に導入させるラジカル導入板と、前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を備えた処理ユニットと、を有し、
前記表面活性化方法は、
前記ラジカル生成ユニットにおいて、処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成工程と、
前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧した前記処理ユニットにおいて、前記熱処理板上に基板を載置して熱処理しながら、前記ラジカル生成ユニットで生成されたラジカルを、前記ラジカル供給口、前記ラジカル供給領域、前記ラジカル導入板を介して前記処理領域に導入し、当該ラジカルを用いて基板の表面を活性化する処理工程と、を有することを特徴とする、表面活性化方法。
【請求項２】
前記ラジカル導入板には複数の貫通孔が形成され、
前記処理工程において、前記ラジカルは前記ラジカル導入板を水平面内で均一に通過することを特徴とする、請求項１に記載の表面活性化方法。
【請求項３】
前記処理容器の天板及び側壁には加熱機構が設けられ、
前記処理工程において、前記加熱機構によって基板を加熱することを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面活性化方法。
【請求項４】
前記処理ガスは、酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表面活性化方法。
【請求項５】
前記表面活性化装置は、前記ラジカル生成ユニットと前記処理ユニットを備えた処理部と、外部との間で基板を搬入出するための搬入出部と、前記処理部及び前記搬入出部との間で基板を搬送する搬送部と、を備え、
前記搬入出部は、基板の温度を調節する温度調節ユニットを有し、
前記処理部での前記処理工程後、前記温度調節ユニットにおいて、基板の温度を所定の温度に調節することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の表面活性化方法。
【請求項６】
前記処理部内の圧力及び前記搬入出部内の圧力は、前記搬送部内の圧力に対して陽圧であることを特徴とする、請求項５に記載の表面活性化方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずかに記載の表面活性化方法を表面活性化装置によって実行させるために、当該表面活性化装置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。
【請求項８】
請求項７に記載の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。
【請求項９】
基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を活性化する表面活性化装置であって、
処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成ユニットと、
前記ラジカル生成ユニットで生成されたラジカルを用いて、基板の表面を活性化する処理ユニットと、を有し、
前記処理ユニットは、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に前記ラジカルを供給するラジカル供給口と、
前記処理容器内であって前記ラジカル供給口の下方に設けられ、基板を載置して熱処理する熱処理板と、
前記処理容器内を前記ラジカル供給口側のラジカル供給領域と前記熱処理板側の処理領域に区画するように設けられ、前記ラジカルを前記ラジカル供給領域から前記処理領域に導入させるラジカル導入板と、
前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を有することを特徴とする、表面活性化装置。
【請求項１０】
前記ラジカル導入板には、前記ラジカルを通過させるための複数の貫通孔が水平面内で均一に形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の表面活性化装置。
【請求項１１】
前記処理容器の天板及び側壁には、加熱機構が設けられていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の表面活性化装置。
【請求項１２】
前記処理ガスは、酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の表面活性化装置。
【請求項１３】
前記表面活性化装置は、前記ラジカル生成ユニットと前記処理ユニットを備えた処理部と、外部との間で基板を搬入出するための搬入出部と、前記処理部及び前記搬入出部との間で基板を搬送する搬送部と、を備え、
前記搬入出部は、基板の温度を調節する温度調節ユニットを有することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の表面活性化装置。
【請求項１４】
前記搬送部には内部の雰囲気を吸引する吸気口が形成され、
前記処理部内の圧力及び前記搬入出部内の圧力は、前記搬送部内の圧力に対して陽圧であることを特徴とする、請求項１３に記載の表面活性化装置。
【請求項１５】
前記処理部と前記搬送部は、ゲートバルブを介して接続されていることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の表面活性化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を活性化する表面活性化方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び表面活性化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３７９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、ビーム照射手段によってウェハの表面に向けて照射された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は、大きい衝突力でウェハの表面に衝突する。このため、ウェハの表面が物理的なダメージを受け、当該ウェハの表面の平坦性が損なわれるおそれがある。
【０００６】
また、ビーム照射手段は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。さらに、ウェハがプラズマ被爆するおそれもある。
【０００７】
このように特許文献１に記載の接合装置を用いると、ウェハがダメージを受けるおそれがあるため、その後ウェハ同士を適切に接合できない懸念があった。
【０００８】
なお、ウェハの表面を活性化させるため、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で生成されたプラズマによって処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる平行平板型のプラズマ処理装置を用いた場合でも、上述と同様に、ウェハは、物理的なダメージ、チャージアップダメージ、プラズマ被爆などを被るおそれがある。
【０００９】
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前に、当該基板の表面を適切に活性化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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前に、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方法であって、前記表面活性化装置は、ラジカルを生成するラジカル生成ユニットと、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に前記ラジカルを供給するラジカル供給口と、前記処理容器内であって前記ラジカル供給口の下方に設けられ、基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記処理容器内を前記ラジカル供給口側のラジカル供給領域と前記熱処理板側の処理領域に区画するように設けられ、前記ラジカルを前記ラジカル供給領域から前記処理領域に導入させるラジカル導入板と、前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を備えた処理ユニットと、を有し、前記表面活性化方法は、前記ラジカル生成ユニットにおいて、処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成工程と、前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧した前記処理ユニットにおいて、前記熱処理板上に基板を載置して熱処理しながら、前記ラジカル生成ユニットで生成されたラジカルを、前記ラジカル供給口、前記ラジカル供給領域、前記ラジカル導入板を介して前記処理領域に導入し、当該ラジカルを用いて基板の表面を活性化する処理工程と、を有することを特徴としている。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。
【００１１】
本発明によれば、処理ガスをプラズマ励起させたラジカルを用いて基板の表面を活性化しているので、従来のようにイオンビーム等を用いた場合に比べて、ラジカルが基板の表面に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、基板の表面が物理的なダメージを受けることなく、基板の表面の平坦性が損なわれることもない。また、プラズマによるラジカルの生成と基板表面の活性化処理は、それぞれラジカル生成ユニットと処理ユニットの別のユニットで行われ、ラジカルは電荷を有しないため、基板がチャージアップダメージを受けることがない。このように本発明によれば、基板がダメージを受けることなく、当該基板の表面を適切に活性化することができる。したがって、その後基板同士を適切に接合することができる。
【００１２】
前記ラジカル導入板には複数の貫通孔が形成され、前記処理工程において、前記ラジカルは前記ラジカル導入板を水平面内で均一に通過してもよい。
【００１３】
前記処理容器の天板及び側壁には加熱機構が設けられ、前記処理工程において、前記加熱機構によって基板を加熱してもよい。
【００１４】
前記処理ガスは、酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含んでいてもよい。
【００１５】
前記表面活性化装置は、前記ラジカル生成ユニットと前記処理ユニットを備えた処理部と、外部との間で基板を搬入出するための搬入出部と、前記処理部及び前記搬入出部との間で基板を搬送する搬送部と、を備え、前記搬入出部は、基板の温度を調節する温度調節ユニットを有し、前記処理部での前記処理工程後、前記温度調節ユニットにおいて、基板の温度を所定の温度に調節してもよい。
【００１６】
前記処理部内の圧力及び前記搬入出部内の圧力は、前記搬送部内の圧力に対して陽圧であってもよい。
【００１７】
別な観点による本発明によれば、前記表面活性化方法を表面活性化装置によって実行させるために、当該表面活性化装置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が提供される。
【００１８】
また別な観点による本発明によれば、前記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が提供される。
【００１９】
さらに別な観点による本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を活性化する表面活性化装置であって、処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成ユニットと、前記ラジカル生成ユニットで生成されたラジカルを用いて、基板の表面を活性化する処理ユニットと、を有し、前記処理ユニットは、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に前記ラジカルを供給するラジカル供給口と、前記処理容器内であって前記ラジカル供給口の下方に設けられ、基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記処理容器内を前記ラジカル供給口側のラジカル供給領域と前記熱処理板側の処理領域に区画するように設けられ、前記ラジカルを前記ラジカル供給領域から前記処理領域に導入させるラジカル導入板と、前記処理容器内の雰囲気を所定の真空度まで減圧する減圧機構と、を有することを特徴としている。
【００２０】
前記ラジカル導入板には、前記ラジカルを通過させるための複数の貫通孔が水平面内で均一に形成されていてもよい。
【００２１】
前記処理容器の天板及び側壁には、加熱機構が設けられていてもよい。
【００２２】
前記処理ガスは、酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含んでいてもよい。
【００２３】
前記表面活性化装置は、前記ラジカル生成ユニットと前記処理ユニットを備えた処理部と、外部との間で基板を搬入出するための搬入出部と、前記処理部及び前記搬入出部との間で基板を搬送する搬送部と、を備え、前記搬入出部は、基板の温度を調節する温度調節ユニットを有していてもよい。
【００２４】
前記搬送部には内部の雰囲気を吸引する吸気口が形成され、前記処理部内の圧力及び前記搬入出部内の圧力は、前記搬送部内の圧力に対して陽圧であってもよい。
【００２５】
前記処理部と前記搬送部は、ゲートバルブを介して接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態にかかる表面活性化装置を備えた接合システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】本実施の形態にかかる表面活性化装置を備えた接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。
【図３】上ウェハと下ウェハの側面図である。
【図４】表面活性化装置の構成の概略を示す平面図である。
【図５】表面活性化装置の内部構成の概略を示す側面図である。
【図６】処理部の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】ラジカル生成ユニットの構成の概略を示す説明図である。
【図８】熱処理板の平面図である。
【図９】温度調節ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。
【図１０】温度調節ユニットの構成の概略を示す横断面図である。
【図１１】表面活性化装置に生じる気流の説明図である。
【図１２】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。
【図１３】他の実施の形態にかかる処理部の構成の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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表面活性化装置を備えた接合システム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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化するための処理を行う処理部７０と、ウェハ搬送領域６０との間でウェハＷＵ、ＷＬを搬入出するための搬入出部７１と、処理部７０と搬入出部７１との間でウェハＷＵ、ＷＬを搬送する搬送部７２と、を有している。処理部７０と搬送部７２は、ゲートバルブ７３を介して水平方向のＹ方向に並べて接続されている。また、搬入出部７１と搬送部７２は、水平方向のＸ方向に並べて配置されている。
【００４０】
処理部７０は、図５に示すように処理ガスをプラズマ励起させてラジカルを生成するラジカル生成ユニット８０と、ラジカル生成ユニット８０で生成されたラジカルを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化する処理ユニット８１と、を有している。ラジカル生成ユニット８０は、処理ユニット８１上に配置されている。
【００４１】
搬入出部７１には、図５に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを一時的に載置するトランジションユニット９０、ウェハＷＵ、ＷＬの温度を調節する温度調節ユニット９１、９２が下から順に３段に設けられている。トランジションユニット９０、温度調節ユニット９１、９２のウェハ搬送領域６０側の側面には、図４に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口を介して開閉シャッタ９３がそれぞれ設けられている。また、トランジションユニット９０、温度調節ユニット９１、９２の搬送部７２側の側面にもウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口を介して開閉シャッタ９４がそれぞれ設けられている。
【００４２】
搬送部７２には、図４に示すように鉛直方向、水平方向及び鉛直軸周りに移動自在なウェハ搬送体１００が設けられている。ウェハ搬送体１００は、処理部７０及び搬入出部７１との間でウェハＷＵ、ＷＬを搬送できる。また、搬送部７２には、当該搬送部７２の内部の雰囲気を真空引きする真空ポンブ（図示せず）に連通する吸気口１０１が形成されている。
【００４３】
処理部７０のラジカル生成ユニット８０には、図６に示すように当該ラジカル生成ユニット８０に処理ガスを供給する供給管１１０が接続されている。供給管１１０は、内部に処理ガスを貯留する処理ガス供給源１１１に連通している。また、供給管１１０には、処理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１１２が設けられている。なお、処理ガスとしては、例えば酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスが用いられる。
【００４４】
ラジカル生成ユニット８０は、図７に示すように内部で処理ガスをプラズマ励起させるチャンバ１１３を有している。チャンバ１１３は例えば円環形状を有している。また、チャンバ１１３には例えば石英が用いられる。チャンバ１１３の一端部は開口し、当該チャンバ１１３内に処理ガスを流入させる流入口１１４が形成されている。流入口１１４には、処理ガス供給源１１１に連通する供給管１１０が接続されている。また、チャンバ１１３の他端部は開口し、当該チャンバ１１３内で生成されたラジカルを流出させる流出口１１５が形成されている。流出口１１５は、処理ユニット８１に連通している。チャンバ１１３の内側には、磁性コア１１６が設けられている。磁性コア１１６には、高周波電源１１７が接続されている。
【００４５】
かかるラジカル生成ユニット８０では、処理ガス供給源１１１から供給管１１０、流入口１１４を介してチャンバ１１３内に処理ガスが供給される。チャンバ１１３内の処理ガスには、磁性コア１１６及び高周波電源１１７によって高周波が付与される。この高周波によって、処理ガスがプラズマ励起され、当該処理ガスのラジカルが生成される。そして、チャンバ１１３から流出口１１５を介してラジカルのみが流出し、処理ユニット８１に供給される。
【００４６】
処理部７０の処理ユニット８１は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１２０を有している。処理容器１２０の搬送部７２側の側壁１２０ａにはウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１２１が形成され、当該搬入出口１２１には上述したゲートバルブ７３が設けられている。また、処理容器１１１の他の側壁１２０ｂには吸気口１２２が形成されている。吸気口１２２には、処理容器１２０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１２３に連通する吸気管１２４が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口１２２、真空ポンプ１２３、吸気管１２４で減圧機構を構成している。
【００４７】
処理容器１２０の天板１２０ｃには、ラジカル生成ユニット８０で生成されたラジカルを、供給管１３０を介して処理容器１２０内に供給するためのラジカル供給口１３１が形成されている。供給管１３０の下部は上方から下方に向かってテーパー状に拡大し、当該供給管１３０の下端面が開口してラジカル供給口１３１を形成している。
【００４８】
処理容器１２０の内部であってラジカル供給口１３１の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置して加熱処理する熱処理板１４０が設けられている。熱処理板１４０は、支持部材１４１に支持されている。熱処理板１４０には、例えば給電により発熱するヒータ１４２が内蔵されている。熱処理板１４０の加熱温度は例えば後述する制御部２００により制御され、熱処理板１４０上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬが所定の温度に維持される。
【００４９】
熱処理板１４０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１４３が例えば３本設けられている。昇降ピン１４３は、昇降駆動部１４４により上下動できる。熱処理板１４０の中央部付近には、当該熱処理板１４０を厚み方向に貫通する貫通孔１４５が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン１４３は貫通孔１４５を挿通し、熱処理板１４０の上面から突出可能になっている。
【００５０】
ラジカル供給口１３１と熱処理板１４０との間には、処理容器１２０内をラジカル供給口１３１側のラジカル供給領域Ｒ１と熱処理板１４０側の処理領域Ｒ２に区画するラジカル導入板１５０が設けられている。ラジカル導入板１５０には、図８に示すようにラジカルを通過させるための複数の貫通孔１５１が水平面内で均一に形成されている。そして、図７に示すようにラジカル供給口１３１からラジカル供給領域Ｒ１に供給されたラジカルは、ラジカル導入板１５０を通過する際に水平面内で均一に拡散され、処理領域Ｒ１に導入される。なお、ラジカル導入板１５０には例えば石英が用いられる。
【００５１】
搬入出部７１の温度調節ユニット９１は、図９に示すように内部を密閉可能な処理容器１６０を有している。処理容器１６０のウェハ搬送領域６０側の側壁には、図１０に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１６１が形成され、当該搬入出口１６１には上述した開閉シャッタ９３が設けられている。また、処理容器１６０の搬送部７２側の側壁にもウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１６２が形成され、当該搬入出口１６２には上述した開閉シャッタ９４が設けられている。
【００５２】
処理容器３６０の内部には、図９に示すように例えば冷却水やペルチェ素子などの冷却部材（図示せず）が内蔵された温度調節板１７０が設けられている。冷却板１７０は、厚みのある略円盤形状を有している。温度調節板１７０の調節温度は、例えば後述する制御部２００により制御され、温度調節板１７０上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬが所定の温度に調節される。
【００５３】
温度調節板１７０の外周には、当該温度調節板１７０の外周部を保持する環状の保持部材１７１が設けられている。さらに保持部材１７１の外周には、略円筒状のサポートリング１７２が設けられている。
【００５４】
温度調節板１７０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１８０が例えば３本設けられている。昇降ピン１８０は、昇降駆動部１８１により上下動できる。温度調節板１７０の中央部付近には、当該温度調節板１７０を厚み方向に貫通する貫通孔１８２が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン１８０は貫通孔１８２を挿通し、温度調節板１７０の上面から突出可能になっている。
【００５５】
なお、温度調節ユニット９２の構成は、上述した温度調節ユニット９１の構成と同様であるので説明を省略する。
【００５６】
次に、以上のように構成された表面活性化装置３０においてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の活性化を行う際、当該表面活性化装置３０とウェハ搬送領域６０との間に生じる気流、及び表面活性化装置３０内に生じる気流について図１１に基づいて説明する。なお、図１１中の矢印は気流の方向を示している。
【００５７】
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。したがって、開閉シャッタ９３を開けると、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。
【００５８】
また、表面活性化装置３０内において、処理部７０内の圧力及び搬入出部７１内の圧力は搬送部７２内の圧力に対して陽圧になっている。すなわち、ゲートバルブ７３を開けると、吸気口１０１からの吸気によって処理部７０から搬送部７２に向かう気流が生じる。なお、ゲートバルブ７３を開けている間、例えば処理部７０内から搬送部７２に向けて積極的に窒素ガスを流して気流を発生させてもよい。また、開閉シャッタ９４を開けると、搬入出部７１から搬送部７２に向かう気流も生じる。
【００５９】
以上の接合システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００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２００にインストールされたものであってもよい。
【００６０】
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１２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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、トランジションユニット９０を介してウェハ搬送体１００によって処理ユニット８１に搬送される。
【００６３】
処理ユニット８１では、先ず、ゲートバルブ７３を開き、ウェハ搬送体１００によって上ウェハＷＵが熱処理板１４０の上方に搬入される。続いて昇降ピン１４３を上昇させ、上ウェハＷＵをウェハ搬送体１００から昇降ピン１４３に受け渡した後、昇降ピン１４３を下降させ、上ウェハＷＵを熱処理板１４０に載置する。そして、熱処理板１４０上の上ウェハＷＵは所定の温度、例えば２５℃〜３００℃に維持される。このとき、ゲートバルブ７３を閉じ、真空ポンプ１２３によって処理容器１２０内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。
【００６４】
ラジカル生成ユニット８０では、例えば酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスの処理ガスをプラズマ励起させてラジカルが生成される。その後、ラジカル生成ユニット８０で生成されたラジカルが、供給管１３０、ラジカル供給口１２１を介して処理ユニット８１の処理容器１２０内のラジカル供給領域Ｒ１に供給される。供給されたラジカルは、ラジカル導入板１５０を通過して水平面内で均一に拡散され、処理領域Ｒ１に導入される。
【００６５】
このラジカルによって、熱処理板１４０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上の有機物が除去される。このとき、主として酸素ガスのラジカルが表面ＷＵ１上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのラジカルは、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、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するため、このアルゴンガスのラジカルによって表面ＷＵ１上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、アルゴンガスのラジカルは、処理容器１２０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。こうして上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が活性化される（図１２の工程Ｓ１）。
【００６６】
その後、ゲートバルブ７３を開き、昇降ピン１４３を上昇させ、昇降ピン１４３からウェハ搬送体１００に上ウェハＷＵが受け渡される。その後、上ウェハＷＵは、ウェハ搬送体１００によって温度調節ユニット９１に搬送される。
【００６７】
温度調節ユニット９１に上ウェハＷＵが搬入されると、上ウェハＷＵはウェハ搬送体１００から予め上昇して待機していた昇降ピン１８０に受け渡される。続いて昇降ピン１８０を下降させ、上ウェハＷＵを温度調節板１７０に載置する。そして、温度調節板１７０上の上ウェハＷＵは所定の温度、例えば２５℃に調節される。その後、昇降ピン１８０を上昇させ、昇降ピン１８０からウェハ搬送装置６１に受け渡される。
【００６８】
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では、例えば上ウェハＷＵ上に純水を供給して、当該上ウェハ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、この純水によって上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１２の工程Ｓ２）。
【００６９】
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。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで待機する。
【００７０】
上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１、Ｓ２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。
【００７１】
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、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が活性化される（図１２の工程Ｓ３）。なお、工程Ｓ４における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の活性化は、上述した工程Ｓ１と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００７２】
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１２の工程Ｓ４）。なお、工程Ｓ４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Ｓ２と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００７３】
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では、待機している上ウェハＷＵと続いて搬送された下ウェハＷＬの水平方向及び鉛直方向の位置調節をした後、当該上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが当接される。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Ｓ１、Ｓ３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Ｓ２、Ｓ４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１２の工程Ｓ５）。
【００７４】
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。
【００７５】
以上の実施の形態によれば、表面活性化装置３０において、処理ガスをプラズマ励起させたラジカルを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を活性化しているので、従来のようにイオンビーム等を用いた場合に比べて、ラジカルがウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、表面ＷＵ１、ＷＬ１が物理的なダメージを受けることなく、表面ＷＵ１、ＷＬ１の平坦性が損なわれることもない。また、プラズマによるラジカルの生成と表面ＷＵ１、ＷＬ１の活性化処理は、それぞれラジカル生成ユニット８０と処理ユニット８１の別のユニットで行われるため、ウェハＷＵ、ＷＬがチャージアップダメージを受けることがない。このように本発明によれば、ウェハＷＵ、ＷＬがダメージを受けることなく、当該ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に活性化することができる。したがって、その後接合装置４１において、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
【００７６】
また、表面活性化装置３０の処理ユニット８１におけるラジカル導入板１５０には複数の貫通孔１５１が水平面内で均一に形成されている。このため、ラジカル生成ユニット８０から処理ユニット８１のラジカル供給領域Ｒ１に供給されたラジカルは、ラジカル導入板１５０を通過する際に水平面内で均一に拡散され、処理領域Ｒ２に導入される。したがって、処理領域Ｒ２では、このラジカルによってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を水平面内で均一に活性化させることができる。しかも、このようにラジカルを水平面内で均一に処理領域Ｒ２に導入することで、当該ラジカルが処理容器１２０の側壁１２０ａ、１２０ｂ等に衝突するのを抑制でき、ラジカルの消滅を抑制することができる。
【００７７】
また、表面活性化装置３０で用いられる処理ガスは、酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含んでいる。したがって、主として酸素ガスのラジカルがウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１上の有機物を除去すると共に、アルゴンガスのラジカルが表面ＷＵ１、ＷＬ１上の有機物を物理的に除去することができる。また、アルゴンガスのラジカルは、処理容器１２０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去することもできる。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に活性化することができる。
【００７８】
また、表面活性化装置３０の処理ユニット８１にはゲートバルブ７３が設けられているので、処理中に当該処理ユニット８１内の雰囲気を所定の真空度に維持することができる。したがって、処理ユニット８１内でウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に活性化させることができる。
【００７９】
また、表面活性化装置３０の搬入出部７１には、温度調節ユニット９１、９２が設けられているので、処理部７０で加熱されたウェハＷＵ、ＷＬの温度を所定の温度に調節することができる。
【００８０】
また、表面活性化装置３０において、処理部７０内の圧力及び搬入出部７１内の圧力は搬送部７２内の圧力に対して陽圧となっており、ゲートバルブ７３を開けると、吸気口１０１からの吸気によって処理部７０から搬入出部７２に向かう気流が生じる。すなわち、処理部７０内に外部から雰囲気が流入することがない。したがって、処理部７０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の表面ＷＵ１、ＷＬ１の活性化を適切に行うことができる。
【００８１】
以上の実施の形態の表面活性化装置３０において、図１３に示すように処理容器１２０の天板１２０ｃ及び側壁１２０ａ、１２０ｂには、例えば給電により発熱する加熱機構としてのヒータ２１０が設けられていてもよい。ヒータ２１０の加熱温度は例えば２５℃〜６０℃であり、制御部２００により制御される。かかる場合、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の活性化を行う際、ヒータ２１０によってウェハＷＵ、ＷＬを加熱することができる。したがって、熱処理板１４０上のウェハＷＵ、ＷＬをより確実に所定の温度、例えば２５℃〜３０℃に維持することができ、当該ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の活性化を効率よく行うことができる。
【００８２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を活性化する際に有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１    接合システム
３０  表面活性化装置
７０  処理部
７１  搬入出部
７２  搬送部
７３  ゲートバルブ
８０  ラジカル生成ユニット
８１  処理ユニット
９０  トランジションユニット
９１、９２  温度調節ユニット
１０１  吸気口
１２０  処理容器
１２０ａ、１２０ｂ  側壁
１２０ｃ  天板
１２２  吸気口
１２３  真空ポンプ
１２４  給気管
１３１  ラジカル供給口
１４０  熱処理板
１５０  ラジカル導入板
１５１  貫通孔
２００  制御部
２１０  ヒータ
Ｒ１  ラジカル供給領域
Ｒ２  処理領域
ＷＵ    上ウェハ
ＷＵ１    表面
ＷＬ    下ウェハ
ＷＬ１    表面
ＷＴ    重合ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011181631.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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