(57)【要約】【課題】一対の基板が接合されて製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合される一対の基板の接合面となる各表面に対して親水化処理を行う。親水化処理が行われた各表面同士が接合される前までの期間に、一対の基板のうち少なくとも一方の基板を所定温度に温調する。そして、少なくとも一方の基板が所定温度に温調された一対の基板を接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合される一対の基板の接合面となる各表面に対して親水化処理を行う工程と、
前記親水化処理が行われた前記各表面同士が接合される前までの期間に、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板を所定温度に温調する工程と、
少なくとも一方の基板が前記所定温度に温調された前記一対の基板を接合する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
温調された流体を前記基板に接触させることによって、前記少なくとも一方の基板を温調する
ことを含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
温調された固体を前記基板に接触させることによって、前記少なくとも一方の基板を温調する
ことを含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記所定温度は、
前記親水化処理が行われた前記一対の基板の前記各表面同士が接合された後に、前記少なくとも一方の基板に対してフォトリソグラフィ処理が行われる処理室内の温度と略同一の温度である
ことを含む請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
接合される一対の基板の接合面となる各表面に対して親水化処理を行う親水化処理部と、
前記親水化処理が行われた前記基板の洗浄および乾燥を行うとともに、該基板を所定温度に温調する温調洗浄乾燥部と、
前記洗浄および乾燥が行われた前記基板の位置合せを行うとともに、該基板を所定温度に温調する温調位置合せ部と、
前記位置合せが行われた一対の前記基板を接合する接合部と、
前記親水化処理部、前記温調洗浄乾燥部、前記温調位置合せ部、および前記接合部の動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の基板を接合して製造される半導体装置がある。例えば、裏面照射型のイメージセンサは、第１の基板におけるフォトダイオード等の半導体素子が形成された側の表面と、支持基板となる第２の基板の表面とが接合された後、第１の基板の裏面側が研磨されることによりフォトダイオードの受光面が形成されて製造される。
【０００３】
互いに接合される一対の基板は、接合面となる表面が親水化処理されることによって活性化され、その後、洗浄および乾燥が行われた後に接合されることによって、接着剤などを用いずに直接接合される。
【０００４】
しかしながら、接合される一対の基板は、洗浄および乾燥が行われる工程において、温度が低下して接合面の温度分布が不均一になり、接合面に歪みが生じることがある。そして、かかる接合面の歪みは、一対の基板が接合されて製造される半導体装置の歩留まりを低下させる原因の一つとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの実施形態は、一対の基板が接合されて製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合される一対の基板の接合面となる各表面に対して親水化処理を行う。前記親水化処理が行われた前記各表面同士が接合される前までの期間に、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板を所定温度に温調する。そして、少なくとも一方の基板が前記所定温度に温調された前記一対の基板を接合する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る製造装置の構成を示す平面視による模式図。
【図２】実施形態に係る親水化処理部の構成および動作の一例を示す説明図。
【図３】実施形態に係る温調洗浄乾燥部の構成および動作の一例を示す説明図。
【図４】実施形態に係る温調位置合せ部の構成および動作の一例を示す説明図。
【図５】実施形態に係る接合部の構成の一例を示す説明図。
【図６】実施形態に係る接合部の動作の一例を示す説明図。
【図７】実施形態に係る第１の基板と第２の基板との接合の仕組みを示す説明図。
【図８】実施形態に係る製造装置の制御部が実行する処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る半導体装置の製造装置（以下、単に「製造装置」と記載する）および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、かかる実施形態により本発明が限定されるものではない。なお、以下の説明中における「温調」とは、温度の調整を意味する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る製造装置１の構成を示す平面視による模式図である。製造装置１は、第１の基板と第２の基板とを接合して半導体装置を製造する装置であり、例えば、裏面照射型のイメージセンサの製造に用いられる。なお、製造装置１によって製造される半導体装置は、裏面照射型のイメージセンサに限定されるものではない。
【００１１】
図１に示すように、製造装置１は、搬送室２と、搬送室２に連設される第１の載置台３と、第２の載置台４と、第３の載置台５と、親水化処理部６と、温調洗浄乾燥部７と、温調位置合せ部８と、搬送室２の外部に設けられる制御部１０とを備える。
【００１２】
第１の載置台３には、接合前の第１の基板Ｗ１が複数枚収納された搬入用ＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）１１が載置される。第２の載置台４には、接合前の第２の基板Ｗ２が複数枚収納された搬入用ＦＯＵＰ１２が載置される。
【００１３】
ここで、第１の基板Ｗ１は、例えば、表面側に多層配線層や複数のフォトダイオードなどの半導体素子が順次積層されたＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板である。なお、第１の基板Ｗ１は、ＳＯＩ基板に限定されるものではなく、シリコン基板などの任意の半導体基板であってもよい。また、第２の基板Ｗ２は、例えば、シリコン基板である。以下、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを区別しない場合には、単に基板Ｗと記載する。
【００１４】
搬送室２は、一定以上の空気清浄度が確保されるようにコンタミネーションコントロールが行われるクリーンルームである。搬送室２内には、ロボット１４が設けられる。ロボット１４は、基部１５と、第１アーム１６と、第２アーム１７と、第３アーム１８と、エンドエフェクタ１９とを備える。
【００１５】
第１アーム１６は、基端部が基部１５に対して昇降および回転自在に連結される。第２アーム１７は、基端部が第１アーム１６の先端部に対して回転自在に連結される。第３アーム１８は、基端部が第２アーム１７の先端部に対して回転自在に連結される。なお、第１アーム１６、第２アーム１７、第３アーム１８は、それぞれ、ロボット１４の設置面と平行な平面内で回転する。
【００１６】
エンドエフェクタ１９は、基板Ｗを把持するロボットハンドであり、基端部が第３アーム１８の先端部に対して回転自在に連結される。なお、エンドエフェクタ１９は、第３アーム１８の延伸方向に延びる仮想線を回転軸として回転する。これにより、エンドエフェクタ１９は、把持した基板Ｗの表裏を反転させることができる。
【００１７】
かかるロボット１４は、搬送室２の内部で基板Ｗの搬送を行う。具体的には、ロボット１４は、搬入用ＦＯＵＰ１１，１２から親水化処理部６へ基板Ｗを搬送し、親水化処理部６から温調洗浄乾燥部７へ基板Ｗを搬送する。
【００１８】
さらに、ロボット１４は、温調洗浄乾燥部７から温調位置合せ部８へ基板Ｗを搬送し、温調位置合せ部８から接合部９へ基板Ｗを搬送し、接合部９から搬出用ＦＯＵＰ１３へ基板Ｗを搬送する。
【００１９】
親水化処理部６は、搬入される基板Ｗの接合面となる表面を親水化処理することによって活性化させる処理部である。親水化処理部６の構成の一例については、図２を参照して後述する。
【００２０】
温調洗浄乾燥部７は、親水化処理が施された基板Ｗの洗浄および乾燥を行う処理部である。かかる温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗの洗浄処理を行った後、基板Ｗの乾燥処理中に基板Ｗを所定温度に温調する。このとき、温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗの表面における温度分布が均一に所定温度となるように、基板Ｗの温調を行う。
【００２１】
これにより、温調洗浄乾燥部７は、例えば、洗浄処理によって基板Ｗの温度が低下したとしても、基板Ｗの乾燥処理中に基板Ｗの表面全体の温度を均一に所定温度まで上昇させることができる。したがって、製造装置１によれば、洗浄処理による温度低下に起因して基板Ｗに歪みが生じることを抑制することができる。
【００２２】
ここでの所定温度は、例えば、製造装置１によって第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを接合した後に、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２のうち、少なくとも一方の基板Ｗに対してフォトリソグラフィ処理が行われる処理室内の温度と略同一の温度である。より具体的には、所定温度は、例えば、２３℃〜２７℃であり、好ましくは、２５℃である。なお、温調洗浄乾燥部７の構成の一例については、図３を参照して後述する。
【００２３】
温調位置合せ部８は、温調洗浄乾燥部７によって乾燥された基板Ｗを回転させ、基板Ｗの外周部に予め設けられるノッチのロボット１４に対する位置を所定の位置に合わせる処理部である。かかる調温位置合せ部８は、ノッチの位置を合わせる処理中に、基板Ｗを所定温度に温調する。
【００２４】
このとき、温調位置合せ部８は、基板Ｗの表面における温度分布が均一に所定温度となるように、基板Ｗの温調を行う。なお、ここでの所定温度は、前述した所定温度と同様に、２３℃〜２７℃であり、好ましくは、２５℃である。
【００２５】
これにより、温調位置合せ部８は、基板Ｗが温調洗浄乾燥部７から温調位置合せ部８へ搬送されるまでの期間に、基板Ｗの温度が所定温度未満まで低下した場合、基板Ｗの表面全体の温度を均一に所定温度まで上昇させることができる。これによっても、温度低下に起因して基板Ｗに歪みが生じることを抑制することができる。
【００２６】
なお、温調位置合せ部８によって温調された基板Ｗは、次に、ロボット１４によって接合部９へ搬送されるが、搬送中の温度低下は無視できる程度である。具体的には、温調洗浄乾燥部７と温調位置合せ部８とは、搬送室２を挟んで対向した位置に設けられる。これに対して、温調位置合せ部８と接合部９とは隣設される。
【００２７】
つまり、温調位置合せ部８から接合部９までの基板Ｗの搬送距離は、温調洗浄乾燥部７から温調位置合せ部８までの基板Ｗの搬送距離よりも短い。このため、温調位置合せ部８から接合部９までの搬送中における基板Ｗの温度低下は無視できる程度となる。
【００２８】
したがって、製造装置１によれば、温度低下に起因した歪みを抑制した基板Ｗを接合部９へ搬入することができる。なお、温調位置合せ部８は、温調洗浄乾燥部７から搬入された基板Ｗの温度が所定温度である場合には、基板Ｗの温調を行うことはない。かかる温調位置合せ部８の構成の一例については、図４を参照して後述する。
【００２９】
接合部９は、ロボット１４によって搬入される第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを接合させる処理部である。かかる接合部９には、前述したように、表面全体の温度分布が均一に所定温度となるよう調温されて歪みが抑制された基板Ｗが搬入される。したがって、接合部９は、基板Ｗの歪みによる接合不良を生じさせることなく、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを接合させることによって、歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
しかも、接合部９へ搬入される基板Ｗは、後にリソグラフィ処理が行われる処理室内の温度と略同一の温度に温調される。このため、基板Ｗは、接合後に様々な処理が施されて熱膨張や収縮したとしても、リソグラフィ処理が行われる工程では、接合時点の形状となる。つまり、接合後の基板Ｗは、リソグラフィ処理が行われる場合に、接合時の歪みのない形状に戻る。
【００３１】
したがって、製造装置１によれば、例えば、後のリソグラフィ処理によって、半導体装置に様々なパターンを形成する場合に、パターンの合わせズレが発生することを抑制することによって、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。なお、接合部９の構成の一例については、図５を参照して後述する。
【００３２】
制御部１０は、予め記憶されたプログラムを実行することによって、製造装置１全体の動作を制御する処理部であり、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。制御部１０は、通信用のバス１０ａを介して、ロボット１４、親水化処理部６、温調洗浄乾燥部７、温調位置合せ部８、および接合部９と接続される。
【００３３】
そして、制御部１０は、バス１０ａを介して、ロボット１４、親水化処理部６、温調洗浄乾燥部７、温調位置合せ部８、および接合部９のそれぞれに制御信号を出力することによって、製造装置１全体の動作を制御する。制御部１０が実行する処理の一例については、図８を参照して後述する。
【００３４】
次に、図２を参照して、親水化処理部６の構成および動作の一例について説明する。図２は、実施形態に係る親水化処理部６の構成および動作の一例を示す説明図である。図２に示すように、親水化処理部６は、チャンバ６１と、高周波電源６４とを備える。なお、図２には、チャンバ６１内部の構成を説明するために、チャンバ６１を鉛直方向に切断した親水化処理部６の側面を模式的に示している。
【００３５】
チャンバ６１は、反応性ガスＧ１をチャンバ６１内部に導入するための吸気孔６１ａと、反応性ガスＧ１をチャンバ６１外部へ排気するための排気孔６１ｂとを備える。また、チャンバ６１の内部には、基板Ｗが搬入されて載置される下部電極６２と、下部電極６２に対して対向配置される上部電極６３とが設けられる。下部電極６２および上部電極６３は、チャンバ６１の外部で高周波電源６４を介して接続される。また、上部電極６３は、グランド６５に接続される。
【００３６】
かかる親水化処理部６には、ロボット１４によって、搬入用ＦＯＵＰ１１，１２から取り出された接合前の基板Ｗがチャンバ６１の内部へ搬入されて、下部電極６２上に載置される。このとき、ロボット１４は、後に接合面となる側の表面が上側となるように基板Ｗを下部電極６２上に載置する。
【００３７】
その後、親水化処理部６は、吸気孔６１ａからチャンバ６１内への反応性ガスＧ１の導入と、排気孔６１からチャンバ６１外への反応性ガスＧ１の排気とを並行して行いながら、高周波電源６４によって下部電極６２および上部電極６３へ高周波電圧を印加する。ここで、反応性ガスＧ１は、例えば、酸素ガス、窒素ガス、または、これらのガスを主成分とする混合ガスである。
【００３８】
反応性ガスＧ１は、高周波電源６４によって下部電極６２および上部電極６３へ高周波電圧が印加されると、チャンバ６１内でプラズマ化する。そして、プラズマ中の正イオン６０は、下部電極６２側へ引き寄せられて、基板Ｗの表面に衝突する。
【００３９】
これにより、基板Ｗは、表面に水酸基（ＯＨ基）が付着して親水化処理され、表面が活性化した状態となる。親水化処理が施された基板Ｗは、ロボット１４によって温調洗浄乾燥部７へ搬送される。なお、ここでは、基板Ｗの表面へプラズマを衝突させることによって親水化処理を行う場合について説明したが、親水化処理部６は、基板Ｗの表面をウェットエッチングすることによって親水化処理する構成であってもよい。
【００４０】
次に、図３を参照して、温調洗浄乾燥部７の構成および動作の一例について説明する。図３は、実施形態に係る温調洗浄乾燥部７の構成および動作の一例を示す説明図である。
【００４１】
図３に（ａ）で示すように、温調洗浄乾燥部７は、ウェハステージ７１と、駆動部７２と、洗浄液供給部７３と、ガス供給部７４と、温調部７５と、吐出部７６と、配管７７と、温度センサ７８とを備える。洗浄液供給部７３と吐出部７６との間、ガス供給部７４と温調部７５との間、および温調部７５と吐出部７６との間は、それぞれ配管７７によって接続される。
【００４２】
また、洗浄液供給部７３と吐出部７６とを接続する配管７７の中途部には、配管７７を開閉するバルブＢ１が設けられる。また、温調部７５と吐出部７６とを接続する配管７７の中途部には、配管７７を開閉するバルブＢ２が設けられる。なお、バルブＢ１，Ｂ２は、基板Ｗの洗浄乾燥を行わない期間では閉塞される。
【００４３】
かかる温調洗浄乾燥部７には、親水化処理済みの基板Ｗがロボット１４によって搬入されてウェハステージ７１に載置される。このとき、ロボット１４は、後に接合面となる基板Ｗの表面を上にしてウェハステージ７１に載置する。
【００４４】
温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗの洗浄乾燥を行う場合、図３に（ａ）で示すように、まず、ウェハステージ７１によって基板Ｗを吸着保持する。その後、温調洗浄乾燥部７は、ウェハステージ７１に連結されるシャフトを駆動部７２によって回転駆動させ、ウェハステージ７１とともに基板Ｗを回転させる。
【００４５】
続いて、温調洗浄乾燥部７は、図３に（ｂ）で示すように、バルブＢ１を開放し、洗浄液供給部７３から配管７７を介して吐出部７６へ基板Ｗ洗浄用の洗浄液Ｃを供給させる。ここでの洗浄液Ｃは、例えば、酸、塩基および純水のうち、少なくとも１種類を含む薬液である。これにより、吐出部７６から基板Ｗの表面へ洗浄液Ｃが吹き付けられ、基板Ｗの洗浄が行われる。
【００４６】
温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗの洗浄が完了すると、図３に（ｃ）で示すように、バルブＢ１を閉塞してバルブＢ２を開放する。そして、温調洗浄乾燥部７は、ガス供給部７４から配管７７を介して温調部７５へ基板乾燥用のガスＧ２を供給させる。基板乾燥用のガスＧ２は、例えば、窒素ガスである。なお、基板乾燥用のガスＧ２は、酸素ガスや清浄な空気など、他の任意の気体であってもよい。
【００４７】
続いて、温調洗浄乾燥部７は、ガス供給部７４から供給されるガスＧ２を温調部７５によって温調し、配管７７を介して吐出部７６へ供給する。これにより、吐出部７６から基板Ｗの表面全体へ均一にガスＧ２が吹き付けられ、基板Ｗの乾燥が行われる。
【００４８】
このとき、温調部７５は、基板Ｗ表面の温度に応じてガスＧ２の温調を行う。具体的には、温調洗浄乾燥部７では、基板Ｗの洗浄前および洗浄中に、温度センサ７８によって基板Ｗの温度を検出する。
【００４９】
この温度センサ７８は、例えば、基板Ｗから放射される赤外線を分析することによって、基板Ｗ表面の温度を検出するサーモグラフィ装置であり、検出した基板Ｗ表面の温度に関する情報を温調部７５へ出力する。
【００５０】
そして、温調部７５は、温度センサ７８から入力される基板Ｗ表面の温度に関する情報に応じてガスＧ２の温調を行う。例えば、温調部７５は、基板Ｗ表面の温度が所定温度の一例である２５℃未満であった場合、ガスＧ２を３０℃〜４０℃に温調し、吐出部７６へ供給する。このように、温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗに温調した気体（ここでは、ガスＧ２）を接触させることによって、基板Ｗの温調および乾燥を行う。乾燥および温調が完了した基板Ｗは、ロボット１４によって温調位置合せ部８へ搬送される。
【００５１】
なお、ここでは、吐出部７６が洗浄液ＣおよびガスＧ２の吐出用として兼用される場合について説明したが、吐出部７６は、洗浄液Ｃ吐出用と、ガスＧ２吐出用とにそれぞれ設けられてもよい。
【００５２】
かかる場合、ガスＧ２吐出専用の吐出部７６は、基板Ｗの中央部へ吐出するガスＧ２の量よりも、基板Ｗの外周部へ吐出するガスＧ２の量が大きくなる構成とする。これにより、基板Ｗ全体をより均一に所定温度となるよう温調することができる。
【００５３】
具体的には、ウェハステージ７１に載置されて回転する基板Ｗは、駆動部７２で発生する熱によって中央部の温度が外周部よりも高くなることがある。かかる場合に、基板Ｗの中央部よりも外周部へ吐出するＧ２の量が大きいガスＧ２吐出専用の吐出部７６を設けることによって、基板Ｗ全体をより均一に所定温度となるよう温調することができる。
【００５４】
次に、図４を参照して、温調位置合せ部８の構成および動作の一例について説明する。図４は、実施形態に係る温調位置合せ部８の構成および動作の一例を示す説明図である。図４に示すように、温調位置合せ部８は、基板Ｗを吸着保持するウェハステージ８１と、ウェハステージ８１を回転させる駆動部８２と、ウェハステージ８１の外周部上面に対して対向配置されるノッチ検出部８３とを備える。
【００５５】
なお、ウェハステージ８１は、例えば、基板Ｗが載置される上面の光反射率が、基板Ｗ表面の光反射率よりも低い材料によって形成される。また、ノッチ検出部８３は、レーザ光Ｌを投光し、反射してきたレーザ光Ｌの受光強度に応じてノッチＷｎを検出する光学センサである。
【００５６】
さらに、温調位置合せ部８は、ウェハステージ８１を温調する温調部８４と、ウェハステージ８１の上面に対して対向配置される温度センサ８５とを備える。なお、温度センサ８５は、例えば、図３に示す温度センサ７８と同様のサーモグラフィ装置である。
【００５７】
かかる温調位置合せ部８には、温調洗浄乾燥部７によって乾燥および温調が行われた基板Ｗがロボット１４によって搬入されてウェハステージ８１に載置される。そして、温調位置合せ部８は、ウェハステージ８１上に基板Ｗが載置されると、まず、ウェハステージ８１によって基板Ｗを吸着保持する。
【００５８】
その後、温調位置合せ部８は、ノッチ検出部８３によるレーザ光Ｌの投光および受光を開始させる。そして、温調位置合せ部８は、ウェハステージ８１に連結されるシャフトを駆動部８２によって回転駆動させ、ウェハステージ８１とともに基板Ｗを回転させる。
【００５９】
ここで、図４に示すように、ノッチＷｎは、基板Ｗの外周部の１箇所に予め設けられる切欠である。かかる切欠は、基板Ｗの結晶方位を基準とした位置に設けられる。そして、前述のように、ウェハステージ８１は、基板Ｗが載置される上面の光反射率が、基板Ｗ表面の光反射率よりも低い材料によって形成される。
【００６０】
このため、ノッチ検出部８３は、基板Ｗの回転中に受光するレーザ光Ｌの受光強度が低下した場合に、ノッチＷｎを検出し、その旨を示す信号を駆動部８２へ出力する。駆動部８２は、ノッチ検出部８３からノッチＷｎを検出したことを示す信号が入力されると、ウェハステージ８１の回転を停止させる。これにより、温調位置合せ部８は、ロボット１４に対するノッチＷｎの位置を所定の位置に合わせることができる。
【００６１】
さらに、温調位置合せ部８は、基板Ｗが搬入されてからノッチＷｎの位置合せが行われ、その後、基板Ｗが搬出されるまでの期間に、温調部８４によって基板Ｗの温度を所定温度に温調する。具体的には、温調部８４は、温度センサ８５から入力される基板Ｗの温度に関する情報に応じて、ウェハステージ８１を温調することによって、ウェハステージ８１に載置される基板Ｗを所定温度に温調する。
【００６２】
なお、温調部８４がウェハステージ８１を温調する構成としては、任意の構成を用いることが可能である。例えば、ウェハステージ８１の内部全体に電熱線をはり巡らせて埋設しておき、温調部８４から電熱線へ電流を供給することによってウェハステージ８１を温調する構成であってもよい。
【００６３】
また、例えば、ウェハステージ８１の内部に管をはり巡らせて埋設しておき、温調部８４からウェハステージ８１内部の管へ温調した流体を供給して循環させることによって、ウェハステージ８１を温調する構成であってもよい。
【００６４】
ノッチＷｎの位置合せおよび温調が完了した基板Ｗは、ロボット１４によって接合部９へ搬送される。このように、温調位置合せ部８は、基板Ｗに温調された固体（ここでは、ウェハステージ８１）を接触させることによって、基板Ｗが接合部９へ向けて搬出される直前まで、基板Ｗを所定温度に保つことができる。
【００６５】
次に、図５および図６を参照して、接合部９の構成および動作の一例について説明する。図５は、実施形態に係る接合部９の構成の一例を示す説明図であり、図６は、実施形態に係る接合部９の動作の一例を示す説明図である。
【００６６】
図５に示すように、接合部９は、第１の基板Ｗ１が載置されるウェハステージ９１と、第２の基板Ｗ２における外周部下面を支持する複数の支持部９２と、ウェハステージ９１の上面中央に対して対向配置される加圧子９３とを備える。なお、図５には、２個の支持部９２を図示しているが、支持部９２は、少なくとも３個以上設けられる。
【００６７】
支持部９２は、ウェハステージ９１の周囲に立設される複数本のガイド９４に対して、昇降および進退自在に摺動する摺動体９５の先端に設けられる。つまり、支持部９２は、ウェハステージ９１が設置される設置面の法線と平行な方向に昇降可能であり、支持する第２の基板Ｗ２の径方向へ進退可能である。また、加圧子９３は、ウェハステージ９１が設置される設置面の法線と平行な方向に昇降可能である。
【００６８】
かかる接合部９には、ロボット１４によって温調位置合せ部８から第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２が搬入される。ロボット１４は、図６に（ａ）で示すように、第１の基板Ｗ１をウェハステージ９１上に載置する。このとき、ロボット１４は、後に接合面となる側の表面、つまり親水化処理が施された方の表面を上にして第１の基板Ｗ１をウェハステージ９１に載置する。
【００６９】
さらに、ロボット１４は、第２の基板Ｗ２を支持部９２によって支持させる。このとき、ロボット１４は、後に接合面となる側の表面、つまり親水化処理が施された方の表面を下にして、支持部９２によって第２の基板Ｗ２を保持させる。これにより、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２は、僅かな間隔をあけて互いに対向した状態となる。
【００７０】
その後、接合部９は、支持部９２によって第２の基板Ｗ２を支持させた状態で、加圧子９３を降下させ、加圧子９３によって第２基板Ｗ２の中央を押圧させる。これにより、図６に（ｂ）で示すように、第２の基板Ｗ２の下面中央部が第１の基板Ｗ１の上面中央部へ接合される。
【００７１】
その後、図６に（ｃ）で示すように、接合部９は、支持部９２を第２の基板Ｗ２の外周よりも外側まで後退させる。これにより、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の接合は、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の中央部から周縁部へ向けて同心円状に進展していき、図６に（ｄ）で示すように、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の外周部まで到達する。
【００７２】
最後に、接合部９は、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２に対して所定の熱処理を施す。これによって、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の接合力が増大し、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の直接接合が完了する。なお、直接接合の仕組みについては、図７を参照して後述する。
【００７３】
かかる接合部９は、前述したように、直前まで所定温度に温調されていた第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２が搬入されるので、温度低下に起因した歪みが抑制された状態で、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを接合することができる。したがって、製造装置１によれば、一対の基板Ｗを接合して製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００７４】
次に、図７を参照して、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２との接合の仕組みについて説明する。図７は、実施形態に係る第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２との接合の仕組みを示す説明図である。
【００７５】
図７に（ａ）で示すように、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の接合面となる表面に対して親水化処理を行うと、各接合面には水酸基が付着する。かかる状態で、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とを当接させると、図７に（ｂ）で示すように、各接合面の水酸基が結合手として機能し、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２との間に水素結合層が形成される。
【００７６】
その後、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２に対して、例えば、１００℃程度で熱処理を行うと、図７に（ｃ）で示すように、水素結合層から水分子が蒸発する。これにより図７に（ｄ）で示すように、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の各接合面におけるシリコン原子同士が酸素原子を介して化学結合して、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とが強固に接合される。
【００７７】
次に、図８を参照して、制御部１０が実行する処理について説明する。図８は、実施形態に係る製造装置１の制御部１０が実行する処理を示すフローチャートである。図８に示すように、制御部１０は、まず、ロボット１４によって、搬入用ＦＯＵＰ１１，１２から親水化処理部６へ基板Ｗを移送させる（ステップＳ１０１）。
【００７８】
続いて、制御部１０は、親水化処理部６によって基板Ｗの親水化処理を行わせる（ステップＳ１０２）。その後、制御部１０は、ロボット１４によって、親水化処理部６から温調洗浄乾燥部７へ基板Ｗを移送させる（ステップＳ１０３）。続いて、制御部１０は、温調洗浄乾燥部７によって、基板Ｗの洗浄処理を行わせ（ステップＳ１０４）、その後、温調洗浄乾燥部７によって、基板Ｗの温調乾燥処理を行わせる（ステップＳ１０５）。
【００７９】
続いて、制御部１０は、ロボット１４によって、温調洗浄乾燥部７から温調位置合せ部８へ基板Ｗを移送させる（ステップＳ１０６）。そして、制御部１０は、温調位置合せ部８によって、基板Ｗの温調位置合せ処理を行わせる（ステップＳ１０７）。
【００８０】
続いて、制御部１０は、ロボット１４によって、温調位置合せ部８から接合部９へ基板Ｗを移送させ（ステップＳ１０８）、接合部９によって、基板Ｗの接合処理を行わせる（ステップＳ１０９）。最後に、制御部１０は、ロボット１４によって、接合部９から搬出用ＦＯＵＰ１３へ基板Ｗを移送させて（ステップＳ１１０）、処理を終了する。
【００８１】
上述してきたように、実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合される一対の基板表面の親水化処理が完了してから、一対の基板が接合されるまでの期間に、基板を所定温度に温調する。
【００８２】
これにより、実施形態に係る半導体装置の製造方法では、温度変化による基板の歪みを抑制した状態で一対の基板同士を接合させることができる。したがって、実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、一対の基板が接合されて製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００８３】
なお、上述した実施形態は、一例であり種々の変形が可能である。例えば、製造装置１は、温調洗浄乾燥部７および温調位置合せ部８を備え、親水化処理部６および接合部９を備えない構成であってもよい。かかる場合、製造装置１には、親水化処理後の基板Ｗが搬入される。
【００８４】
そして、製造装置１は、搬入される基板Ｗに対して洗浄処理および温調乾燥処理を行い、その後、基板Ｗに対して温調位置合せ処理を行う。温調位置合せ処理が完了した基板Ｗは、ロボット１４によって搬出用ＦＯＵＰ１３へ搬出され、その後、別装置にて接合処理が行われる。
【００８５】
かかる構成によっても、製造装置１は、接合前の基板Ｗを所定温度に保つことで、温度変化による基板Ｗの歪みを抑制した状態で一対の基板Ｗ同士を接合させることができ、一対の基板Ｗが接合されて製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００８６】
また、温調洗浄乾燥部７の構成は、図３に示すものに限定されるものではなく、基板Ｗに対して温調された流体を接触させて基板Ｗの温調を行うものであれば、他の構成であってもよい。例えば、温調乾燥洗浄部７は、洗浄液供給部７３から供給される洗浄液Ｃの温度を温調する温調部をさらに備える構成であってもよい。
【００８７】
かかる構成によれば、温調洗浄乾燥部７は、温調された洗浄液によって基板Ｗを洗浄することによって、洗浄中の基板Ｗの温度変化（温度低下）を低減することができる。なお、温調洗浄乾燥部７は、洗浄液Ｃの温度を温調する温調部を備える場合、ガスＧ２を温調する温調部７５を備えない構成であってもよい。
【００８８】
また、温調位置合せ部８の構成は、図４に示す構成に限定されるものではなく、基板Ｗに対して温調された固体を接触させて基板Ｗの温調を行う構成であれば、他の構成であってもよい。例えば、温調位置合せ部８は、ウェハステージ８１に載置されて回転中の基板Ｗの上面に載置されるシートと、シートを温調する温調部をさらに備えてもよい。
【００８９】
なお、かかる構成とする場合、温調位置合せ部８は、図４に示す温調部８４を備えない構成であってもよい。かかる構成によっても、温調位置合せ部８は、基板Ｗが接合部９へ向けて搬出される直前まで、基板Ｗを所定温度に保つことによって、一対の基板Ｗが接合されて製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００９０】
また、図３に示す温度センサ７８および図４に示す温度センサ８５は、省略することも可能である。かかる場合、温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗの洗浄中に基板Ｗの温度に関わらず、例えば、前述した所定温度よりも温度が２℃〜３℃高いガスＧ２を基板Ｗへ吹き付ける。かかる構成によっても、温調洗浄乾燥部７は、基板Ｗを適切に温調することができる。
【００９１】
また、温調位置合せ部８は、基板Ｗの温度に関わらず、ウェハステージ８１の温度を、例えば、前述した所定温度よりも温度が２℃〜３℃高い温度に保つ。かかる構成によっても、温調位置合せ部８は、基板Ｗを適切に温調することができる。
【００９２】
また、上述した実施形態では、基板Ｗに対して、温調された流体や固体を接触させることによって基板Ｗを温調する場合について説明したが、製造装置１は、例えば、基板Ｗを電磁波中に晒すことによって温調する構成であってもよい。
【００９３】
また、製造装置１は、搬送室２、親水化処理部６、温調洗浄乾燥部７、温調位置合せ部８、および接合部９の全て、もしくは、これらの一部の内部雰囲気温度を空調装置によって温調する構成であってもよい。これらの構成によっても、製造装置１は、基板Ｗを適切に温調することができる。
【００９４】
また、上述した実施形態では、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の双方を温調する場合について説明したが、温調する基板Ｗは、いずれか一方であってもよい。かかる場合、少なくとも半導体素子が形成された方の第１の基板Ｗ１を温調する。これにより、製造装置１によれば、基板Ｗの温調を行わない他の製造装置よりも、製造する半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９６】
１  製造装置、２  搬送室、６  親水化処理部、７  温調洗浄乾燥部、８  温調位置合せ部、９  接合部、１１，１２  搬入用ＦＯＵＰ、１３  搬出用ＦＯＵＰ、１４  ロボット、７５，８４  温調部、Ｗ  基板、Ｗ１  第１の基板、Ｗ２  第２の基板
【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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