(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を接合する接合方法であって、
第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、
その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴とする、接合方法。
【請求項２】
前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
基板同士を接合する接合方法であって、
第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、
その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴とする、接合方法。
【請求項４】
前記第１の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第１の基板の真空引きを設定可能であり、
前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第１の保持部において外周部の領域の第１の基板の真空引きを停止することを特徴とする、請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第２の保持部を上昇させることを特徴とする、請求項３又は４に記載の接合方法。
【請求項６】
基板同士を接合する接合方法であって、
第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、
その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
前記押圧工程と前記接合工程において、前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴とする、接合方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置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接合装置であって、
下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴とする、接合装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項９に記載の接合装置。
【請求項１１】
基板同士を接合する接合装置であって、
下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴とする、接合装置。
【請求項１２】
前記第１の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第１の基板の真空引きを設定可能であり、
前記制御部は、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第１の保持部において外周部の領域の第１の基板の真空引きを停止させることを特徴とする、請求項１１に記載の接合装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第２の保持部を上昇させることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の接合装置。
【請求項１４】
基板同士を接合する接合装置であって、
下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
前記検出部が前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴とする、接合装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の接合装置を備えた接合システムであって、
前記接合装置を備えた処理ステーションと、
第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
前記処理ステーションは、
第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、
前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、接合システム。
【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接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システムに関する。
【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、例えば特許文献１に記載の接合装置を用いて、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、２枚のウェハを上下に配置した状態（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。この貼り合わせ装置では、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部を押圧し、当該中心部を下ウェハに当接させた後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる。
【０００４】
また、特許文献２には、２枚のウェハの接合を行う接合システムが開示されている。例えば接合システムは、ウェハの接合される表面を改質する表面改質装置（表面活性化装置）と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化した後、接合装置においてウェハ同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。
【０００５】
また、上記接合装置は、下面に上ウェハを保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に下ウェハを保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの一端部を押圧する押動部材と、を有している。この接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下部ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの一端部と下ウェハの一端部を押圧して当接させた後、上ウェハの一端部と下ウェハの一端部が当接した状態で、上ウェハの一端部から他端部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８７７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１と特許文献２のいずれの接合装置でも、ウェハの接合状態を検査することについては考慮されていない。また、この接合状態の検査を行うため、接合装置の外部に別途設けられた検査装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる検査装置を別途設けるにはコストがかかる。したがって、従来のウェハ同士の接合処理には改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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方法であって、第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴としている。
【００１０】
発明者らが鋭意検討した結果、上記移動機構の駆動部にかかる負荷又は上記第１の保持部にかかる負荷を検出することで、接合処理の状態を検査できることを見出した。この接合処理の状態には、例えば基板の接合状態や押動部材にかかる荷重などが含まれる。
【００１１】
例えば接合処理前には第２の保持部の上面に第２の基板が保持されており、駆動部には所定の負荷がかかっている。その後、接合処理が完了すると、第２の基板は第１の基板側、すなわち上方に引っ張られるため、駆動部にかかる負荷は小さくなる。したがって、駆動部にかかる負荷が、上記所定の負荷（閾値）より小さくなると、基板の接合処理が適切に完了したと判断できる。なお、第１の保持部にかかる負荷を基準にする場合、当該負荷が所定の負荷より大きくなると、基板の接合処理が適切に完了したと判断できる。
【００１２】
以上のように移動機構の駆動部にかかる負荷又は第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査することができる。そうすると、例えば接合処理の状態が正常である場合、そのままの処理条件で接合処理を継続すれば良い。一方、接合処理の状態が異常である場合、処理条件を補正して後続の接合処理を行えば良い。したがって、本発明によれば、基板の接合処理を適切に行うことができる。
【００１３】
しかも、駆動部にかかる負荷又は第１の保持部にかかる負荷の検出と接合処理の状態の検査は、接合処理が行われる接合装置内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、基板の接合処理を効率よく行うことができる。
【００１５】
前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御してもよい。
【００１６】
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、第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴としている。
【００１７】
前記第１の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第１の基板の真空引きを設定可能であり、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第１の保持部において外周部の領域の第１の基板の真空引きを停止してもよい。
【００１８】
前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第２の保持部を上昇させてもよい。
【００１９】
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、第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記押圧工程と前記接合工程において、前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴としている。
【００２０】
別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。
【００２１】
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。
【００２２】
さらに別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴としている。
【００２４】
前記制御部は、前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴してもよい。
【００２５】
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴としている。
【００２６】
前記第１の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第１の基板の真空引きを設定可能であり、前記制御部は、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第１の保持部において外周部の領域の第１の基板の真空引きを停止させてもよい。
【００２７】
前記制御部は、前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第２の保持部を上昇させてもよい。
【００２８】
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第２の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第１の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、前記第１の保持部に保持された第１の基板と前記第２の保持部に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第１の保持部、前記第２の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記検出部が前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴としている。
【００２９】
また別な観点による本発明は、前記接合装置を備えた接合システムであって、前記接合装置を備えた処理ステーションと、第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、前記処理ステーションは、第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切且つ効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。
【図４】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図５】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図６】上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】上チャックを下方から見た平面図である。
【図８】下チャックを上方から見た平面図である。
【図９】第１の下チャック移動部の構成の概略を示す側面図である。
【図１０】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１１】上ウェハと下ウェハを対向配置した様子を示す説明図である。
【図１２】上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させる様子を示す説明図である。
【図１３】上ウェハと下ウェハの接合を中心部から外周部に拡散させる様子を示す説明図である。
【図１４】上ウェハの表面と下ウェハの表面を当接させた様子を示す説明図である。
【図１５】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。
【図１６】本実施の形態において駆動部のモータの電流値の経時的変動を示したグラフである。
【図１７】駆動部のモータの電流値の経時的変動（実験結果）を示したグラフである。
【図１８】駆動部のモータの電流値の経時的変動（実験結果）を示したグラフである。
【図１９】駆動部のモータの電流値の経時的変動（実験結果）を示したグラフである。
【図２０】他の実施の形態において電流値が閾値より小さくなった際、下チャックを上昇させる様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
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、第１の基板としての「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを、第２の基板としての「下ウェハ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、任意に設定することができる。また、カセットの１つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハ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を異常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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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を改質する表面改質装置３０が配置されている。表面改質装置３０では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射されて、表面ＷＵ１、ＷＬ１がプラズマ処理され、改質される。
【００３９】
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。
【００４０】
表面親水化装置４０では、例えばスピンチャックに保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら、当該ウェハＷＵ、ＷＬ上に純水を供給する。そうすると、供給された純水はウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１上を拡散し、表面ＷＵ１、ＷＬ１が親水化される。なお、接合装置４１の構成については後述する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
以上の接合システム１には、図１に示すように制御部７０が設けられている。制御部７０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合システム１におけるウェハ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における後述のウェハ接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部７０にインストールされたものであってもよい。
【００４５】
次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。接合装置４１は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器１００を有している。処理容器１００のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１には開閉シャッタ１０２が設けられている。
【００４６】
処理容器１００の内部は、内壁１０３によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画されている。上述した搬入出口１０１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１００の側面に形成されている。また、内壁１０３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１０４が形成されている。
【００４７】
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１１０が設けられている。トランジション１１０は、例えば２段に形成され、ウェハ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。
【００４８】
搬送領域Ｔ１には、ウェハ搬送機構１１１が設けられている。ウェハ搬送機構１１１は、図４及び図５に示すように例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。そして、ウェハ搬送機構１１１は、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００４９】
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１２０が設けられている。位置調節機構１２０は、ウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させる保持部（図示せず）を備えた基台１２１と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部１２２と、を有している。そして、位置調節機構１２０では、基台１２１に保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部１２２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。なお、基台１２１においてウェハＷＵ、ＷＬを保持する方式は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック方式やスピンチャック方式など、種々の方式が用いられる。
【００５０】
また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構１３０が設けられている。反転機構１３０は、上ウェハＷＵを保持する保持アーム１３１を有している。保持アーム１３１は、水平方向（Ｙ方向）に延伸している。また保持アーム１３１には、上ウェハＷＵを保持する保持部材１３２が例えば４箇所に設けられている。
【００５１】
保持アーム１３１は、例えばモータなどを備えた駆動部１３３に支持されている。この駆動部１３３によって、保持アーム１３１は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム１３１は、駆動部１３３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｙ方向）に移動自在である。駆動部１３３の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部（図示せず）が設けられている。この他の駆動部によって、駆動部１３３は鉛直方向に延伸する支持柱１３４に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部１３３によって、保持部材１３２に保持された上ウェハＷＵは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材１３２に保持された上ウェハＷＵは、駆動部１３３を中心に回動して、位置調節機構１２０から後述する上チャック１４０との間を移動できる。
【００５２】
処理領域Ｔ２には、上ウェハＷＵを下面で吸着保持する第１の保持部としての上チャック１４０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する第２の保持部としての下チャック１４１とが設けられている。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に設けられ、上チャック１４０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬは対向して配置可能となっている。
【００５３】
上チャック１４０は、当該上チャック１４０の上方に設けられた上チャック支持部１５０に支持されている。上チャック支持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられている。すなわち、上チャック１４０は、上チャック支持部１５０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。
【００５４】
上チャック支持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する上部撮像部１５１が設けられている。すなわち、上部撮像部１５１は上チャック１４０に隣接して設けられている。上部撮像部１５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
【００５５】
下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた、移動機構としての第１の下チャック移動部１６０に支持されている。第１の下チャック移動部１６０は、後述するように下チャック１４１を水平方向（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。また、第１の下チャック移動部１６０は、下チャック１４１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
【００５６】
第１の下チャック移動部１６０には、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する下部撮像部１６１が設けられている。すなわち、下部撮像部１６１は下チャック１４１に隣接して設けられている。下部撮像部１６１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
【００５７】
第１の下チャック移動部１６０は、当該第１の下チャック移動部１６０の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ方向）に延伸する一対のレール１６２、１６２に取り付けられている。そして、第１の下チャック移動部１６０は、レール１６２に沿って移動自在に構成されている。
【００５８】
一対のレール１６２、１６２は、第２の下チャック移動部１６３に配設されている。第２の下チャック移動部１６３は、当該第２の下チャック移動部１６３の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ方向）に延伸する一対のレール１６４、１６４に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６３は、レール１６４に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック１４１を水平方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。なお、一対のレール１６４、１６４は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６５上に配設されている。
【００５９】
次に、接合装置４１の上チャック１４０と下チャック１４１の詳細な構成について説明する。
【００６０】
上チャック１４０には、図６及び図７に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック１４０は、平面視において少なくとも上ウェハＷＵより大きい径を有する本体部１７０を有している。本体部１７０の下面には、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２に接触する複数のピン１７１が設けられている。また本体部１７０の下面には、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の外周部を支持するリブ１７２が設けられている。リブ１７２は、複数のピン１７１の外側に環状に設けられている。
【００６１】
また、本体部１７０の下面には、リブ１７２の内側において別のリブ１７３が設けられている。リブ１７３は、リブ１７２と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ１７２の内側の領域１７４（以下、吸引領域１７４という場合がある。）は、リブ１７３の内側の第１の吸引領域１７４ａと、リブ１７３の外側の第２の吸引領域１７４ｂとに区画されている。
【００６２】
本体部１７０の下面には、第１の吸引領域１７４ａにおいて、上ウェハＷＵを真空引きするための第１の吸引口１７５ａが形成されている。第１の吸引口１７５ａは、例えば第１の吸引領域１７４ａにおいて４箇所に形成されている。第１の吸引口１７５ａには、本体部１７０の内部に設けられた第１の吸引管１７６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１７６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１７７ａが接続されている。
【００６３】
また、本体部１７０の下面には、第２の吸引領域１７４ｂにおいて、上ウェハＷＵを真空引きするための第２の吸引口１７５ｂが形成されている。第２の吸引口１７５ｂは、例えば第２の吸引領域１７４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１７５ｂには、本体部１７０の内部に設けられた第２の吸引管１７６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１７６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ１７７ｂが接続されている。
【００６４】
そして、上ウェハＷＵ、本体部１７０及びリブ１７２に囲まれて形成された吸引領域１７４ａ、１７４ｂをそれぞれ吸引口１７５ａ、１７５ｂから真空引きし、吸引領域１７４ａ、１７４ｂを減圧する。このとき、吸引領域１７４ａ、１７４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハＷＵは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１７４ａ、１７４ｂ側に押され、上チャック１４０に上ウェハＷＵが吸着保持される。また、上チャック１４０は、第１の吸引領域１７４ａと第２の吸引領域１７４ｂ毎に上ウェハＷＵを真空引き可能に構成されている。
【００６５】
かかる場合、リブ１７２が上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の外周部を支持するので、上ウェハＷＵはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、上チャック１４０に上ウェハＷＵの全面が吸着保持され、当該上ウェハＷＵの平面度を小さくして、上ウェハＷＵを平坦にすることができる。
【００６６】
しかも、複数のピン１７１の高さが均一なので、上チャック１４０の下面の平面度をさらに小さくすることができる。このように上チャック１４０の下面を平坦にして（下面の平面度を小さくして）、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵの鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【００６７】
また、上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２は複数のピン１７１に支持されているので、上チャック１４０による上ウェハＷＵの真空引きを解除する際、当該上ウェハＷＵが上チャック１４０から剥がれ易くなる。
【００６８】
上チャック１４０において、本体部１７０の中心部には、当該本体部１７０を厚み方向に貫通する貫通孔１７８が形成されている。この本体部１７０の中心部は、上チャック１４０に吸着保持される上ウェハＷＵの中心部に対応している。そして貫通孔１７８には、後述する押動部１８０におけるアクチュエータ部１８１の先端部が挿通するようになっている。
【００６９】
上チャック１４０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部１８０が設けられている。押動部１８０は、押動部材としてのアクチュエータ部１８１とシリンダ部１８２とを有している。
【００７０】
アクチュエータ部１８１は、電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータからの空気によって、アクチュエータ部１８１は、上ウェハＷＵの中心部と当接して当該上ウェハＷＵの中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部１８１の先端部は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔１７８を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
【００７１】
アクチュエータ部１８１は、シリンダ部１８２に支持されている。シリンダ部１８２は、例えばモータを備えた駆動部によってアクチュエータ部１８１を鉛直方向に移動させることができる。
【００７２】
以上のように押動部１８０は、アクチュエータ部１８１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１の移動の制御をしている。そして、押動部１８０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部とを当接させて押圧することができる。
【００７３】
下チャック１４１には、図６及び図８に示すように上チャック１４０と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック１４１は、平面視において少なくとも下ウェハＷＬより大きい径を有する本体部１９０を有している。本体部１９０の上面には、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２に接触する複数のピン１９１が設けられている。また本体部１９０の上面には、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２の外周部を支持するリブ１９２が設けられている。リブ１９２は、複数のピン１９１の外側に環状に設けられている。
【００７４】
また、本体部１９０の上面には、リブ１９２の内側において別のリブ１９３が設けられている。リブ１９３は、リブ１９２と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ１９２の内側の領域１９４（以下、吸引領域１９４という場合がある。）は、リブ１９３の内側の第１の吸引領域１９４ａと、リブ１９３の外側の第２の吸引領域１９４ｂとに区画されている。
【００７５】
本体部１９０の上面には、第１の吸引領域１９４ａにおいて、下ウェハＷＬを真空引きするための第１の吸引口１９５ａが形成されている。第１の吸引口１９５ａは、例えば第１の吸引領域１９４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口１９５ａには、本体部１９０の内部に設けられた第１の吸引管１９６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１９６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１９７ａが接続されている。
【００７６】
また、本体部１９０の上面には、第２の吸引領域１９４ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きするための第２の吸引口１９５ｂが形成されている。第２の吸引口１９５ｂは、例えば第２の吸引領域１９４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１９５ｂには、本体部１９０の内部に設けられた第２の吸引管１９６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１９６ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ１９７ｂが接続されている。
【００７７】
そして、下ウェハＷＬ、本体部１９０及びリブ１９２に囲まれて形成された吸引領域１９４ａ、１９４ｂをそれぞれ吸引口１９５ａ、１９５ｂから真空引きし、吸引領域１９４ａ、１９４ｂを減圧する。このとき、吸引領域１９４ａ、１９４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷＬは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域１９４ａ、１９４ｂ側に押され、下チャック１４１に下ウェハＷＬが吸着保持される。また、下チャック１４１は、第１の吸引領域１９４ａと第２の吸引領域１９４ｂ毎に下ウェハＷＬを真空引き可能に構成されている。
【００７８】
かかる場合、リブ１９２が下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２の外周部を支持するので、下ウェハＷＬはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、下チャック１４１に下ウェハＷＬの全面が吸着保持され、当該下ウェハＷＬの平面度を小さくして、下ウェハＷＬを平坦にすることができる。
【００７９】
しかも、複数のピン１９１の高さが均一なので、下チャック１４１の上面の平面度をさらに小さくすることができる。また例えば処理容器１００内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピン１９１の間隔が適切であるため、下チャック１４１の上面にパーティクルが存在するのを抑制することができる。このように下チャック１４１の上面を平坦にして（上面の平坦度を小さくして）、下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【００８０】
また、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２は複数のピン１９１に支持されているので下チャック１４１による下ウェハＷＬの真空引きを解除する際、当該下ウェハＷＬが下チャック１４１から剥がれ易くなる。
【００８１】
下チャック１４１において、本体部１９０の中心部付近には、当該本体部１９０を厚み方向に貫通する貫通孔１９８が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔１９８には、第１の下チャック移動部１６０の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。
【００８２】
本体部１９０の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが下チャック１４１から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材１９９が設けられている。ガイド部材１９９は、本体部１９０の外周部に複数個所、例えば４箇所に等間隔に設けられている。
【００８３】
次に、接合装置４１の第１の下チャック移動部１６０の詳細な構成について説明する。
【００８４】
第１の下チャック移動部１６０は、図９に示すように上面が傾斜した三角柱状の基台２００を有する。基台２００の上面には、レール２０１が配設されている。基台２００上には、レール２０１に沿って移動自在のリニアガイド２０２が設けられている。リニアガイド２０２の上面には、下チャック１４１を保持するホルダ２０３が設けられている。
【００８５】
リニアガイド２０２には、支持部材２０４を介して駆動部２０５が取り付けられている。駆動部２０５は、例えばモータを備え、水平方向に移動自在に構成されている。かかる駆動部２０５の水平方向の移動に伴い、リニアガイド２０２はレール２０１に沿って水平方向及び鉛直方向に移動する。そして、このリニアガイド２０２の鉛直方向の移動により、ホルダ２０３に保持された下チャック１４１も鉛直方向に移動自在になっている。
【００８６】
駆動部２０５には、検出部としてのオシロスコープ（図示せず）が接続されている。駆動部２０５のモータの電流値は、このオシロスコープにより検出することができる。
【００８７】
なお、接合装置４１における各部の動作は、上述した制御部７０によって制御される。
【００８８】
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１０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。
【００８９】
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。
【００９０】
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の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射されて、当該表面ＷＵ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１０の工程Ｓ１）。
【００９１】
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、スピンチャックに保持された上ウェハＷＵを回転させながら、当該上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上を拡散し、表面改質装置３０において改質された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１０の工程Ｓ２）。
【００９２】
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１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ３）。
【００９３】
その後、位置調節機構１２０から反転機構１３０の保持アーム１３１に上ウェハ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１３１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１０の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が下方に向けられる。
【００９４】
その後、反転機構１３０の保持アーム１３１が、駆動部１３３を中心に回動して上チャック１４０の下方に移動する。そして、反転機構１３０から上チャック１４０に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上チャック１４０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ１７７ａ、１７７ｂを作動させ、吸引領域１７４ａ、１７４ｂにおいて吸引口１７５ａ、１７５ｂを介して上ウェハＷＵを真空引きし、上ウェハＷＵが上チャック１４０に吸着保持される。
【００９５】
上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１〜Ｓ５の処理が行われている間、当該上ウェハ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。
【００９６】
次に下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が改質される（図１０の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。
【００９７】
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１０の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７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。
【００９８】
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１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ８）。
【００９９】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送機構１１１によって下チャック１４１に搬送され、下チャック１４１にその裏面ＷＬ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ９）。具体的には、真空ポンプ１９７ａ、１９７ｂを作動させ、吸引領域１９４ａ、１９４ｂにおいて吸引口１９５ａ、１９５ｂを介して下ウェハＷＬを真空引きし、下ウェハＷＬが下チャック１４１に吸着保持される。
【０１００】
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬとの水平方向の位置調節を行う。具体的には、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させ、上部撮像部１５１を用いて、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。同時に、下部撮像部１６１を用いて、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上の予め定められた基準点を順次撮像する。撮像された画像は、制御部７０に出力される。制御部７０では、上部撮像部１５１で撮像された画像と下部撮像部１６１で撮像された画像に基づいて、上ウェハＷＵの基準点と下ウェハＷＬの基準点がそれぞれ合致するような位置に、第１の下チャック移動部１６０と第２の下チャック移動部１６３によって下チャック１４１を移動させる。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向位置が調節される（図１０の工程Ｓ１０）。
【０１０１】
その後、第１の下チャック移動部１６０によって下チャック１４１を鉛直上方に移動させて、上チャック１４０と下チャック１４１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬとの鉛直方向位置の調節を行う（図１０の工程Ｓ１１）。そして、図１１に示すように上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが所定の位置に対向配置される。
【０１０２】
次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷＵと下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの接合処理が行われる。
【０１０３】
先ず、図１２に示すように押動部１８０のシリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１８１の下降に伴い、上ウェハＷＵの中心部が押圧されて下降する。このとき、電空レギュレータから供給される空気によって、アクチュエータ部１８１には、所定の押圧荷重、例えば２００ｇ〜２５０ｇがかけられる。そして、押動部１８０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を当接させて押圧する（図１０の工程Ｓ１２）。このとき、第１の真空ポンプ１７７ａの作動を停止して、第１の吸引領域１７４ａにおける第１の吸引口１７５ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止すると共に、第２の真空ポンプ１７７ｂは作動させたままにし、第２の吸引領域１７４ｂを第２の吸引口１７５ｂから真空引きする。そして、押動部１８０で上ウェハＷＵの中心部を押圧する際にも、上チャック１４０によって上ウェハＷＵの外周部を保持することができる。
【０１０４】
そうすると、押圧された上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部との間で接合が開始する（図１２中の太線部）。すなわち、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、Ｓ６において改質されているため、先ず、表面ＷＵ１、ＷＬ１間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が接合される。さらに、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、Ｓ７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（分子間力）、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。
【０１０５】
そして、図１３に示すように表面ＷＵ１、表面ＷＬ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合は中心部から外周部に拡散し、所定の時間経過後、その外周部を除いて、表面ＷＵ１、ＷＬ１の接合がほぼ全面で完了する（図１０の工程Ｓ１３）。すなわち、上ウェハＷＵにおいて、第２の吸引口１７５ｂから真空引きされた第２の吸引領域１７４ｂ以外の領域で、表面ＷＵ１、ＷＬ１の接合が完了する。
【０１０６】
その後、図１４に示すように押動部１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧した状態で第２の真空ポンプ１７７ｂの作動を停止して、第２の吸引領域１７４ｂにおける第２の吸引管１７６ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する（図１０の工程Ｓ１４）。そうすると、上ウェハＷＵの外周部が下ウェハＷＬ上に落下する。そして、図１４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が全面で当接し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図１０の工程Ｓ１５）。
【０１０７】
その後、図１５に示すように押動部１８０のアクチュエータ部１８１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ１９７ａ、１９７ｂの作動を停止し、吸引領域１９４における下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下チャック１４１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。
【０１０８】
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。
【０１０９】
ここで、上述したように発明者らは鋭意検討した結果、第１の下チャック移動部１６０の駆動部２０５の負荷を検出することで、接合処理の状態を検査できる知見を得た。次に、接合装置４１で行われる接合処理（工程Ｓ５、Ｓ９〜Ｓ１５）において、駆動部２０５のモータの負荷である電流値（以下、単に「電流値」という場合がある。）の変動について説明する。
【０１１０】
図１６は、本実施の形態において、駆動部２０５のモータの電流値の経時的変動を示したグラフである。図１６中、縦軸は電流値を示し、横軸はプロセス時間を示している。また、図１７〜図１９は、発明者らが上記知見を得るに際し、実際にモータの電流値変動を計測した結果である。なお、図１７〜図１９において、実際に測定した値はマイナスの電流値であるが、説明を容易にするため、縦軸にはその絶対値を表記している。
【０１１１】
工程Ｓ９〜Ｓ１１において、下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬは、上ウェハＷＵと接合される前の状態であり、電流値はほぼ一定である。以下、この接合前の電流値を閾値Ｍという。
【０１１２】
その後、工程Ｓ１２において、押動部１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧する。この際、アクチュエータ部１８１にかかる荷重が下チャック１４１にかかるので、駆動部２０５への負荷が大きくなり、電流値が大きくなる。
【０１１３】
その後、工程Ｓ１２から工程Ｓ１３において、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１間の接合が中心部から外周部まで拡散する際、下ウェハＷＬは上ウェハＷＵ側、すなわち上方に引っ張られるため、駆動部２０５にかかる負荷は小さくなり、電流値は小さくなる。そして、工程Ｓ１３において表面ＷＵ１、表面ＷＬ１間の接合が外周部まで達すると、電流値は閾値Ｍに達して、さらに小さくなる。なお、本実施の形態において、電流値が閾値Ｍに達するときと、閾値Ｍより小さくなるときはほぼ同じであり、以下の説明においては同じときを指すものとして説明する。
【０１１４】
その後、工程Ｓ１４において、上ウェハＷＵの外周部（第２の吸引領域１７４ｂ）の真空引きを停止すると、アクチュエータ部１８１にかかる荷重がすべて下チャック１４１にかかるので、駆動部２０５への負荷が大きくなり、電流値が大きくなる。
【０１１５】
その後、工程Ｓ１５において、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが全面で接合されると、電流値はほぼ一定となる。このとき、下チャック１４１には上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの２枚分の荷重がかかるので、電流値は閾値Ｍより大きくなる。また、図１６において電流値は一旦下がっているが、これはアクチュエータ部１８１を上昇させたことに起因するものである。
【０１１６】
以上のように接合処理における電流値は変動し、この電流値変動を検出することで、接合処理の状態の検査として、次の検査を行うことができる。
【０１１７】
１つ目の検査として、工程Ｓ１２における電流値を検出することで、押動部１８０においてアクチュエータ部１８１にかかる荷重を検査することができる。図１７は、荷重が１２３ｇの電流値を示し、図１８は、荷重が２２５ｇの電流値を示し、図１９は、荷重が３２８ｇの電流値を示している。
【０１１８】
図１７に示すようにアクチュエータ部１８１にかかる荷重が適正荷重より小さい場合、工程Ｓ１２においてウェハＷＵ、ＷＬの中心部を押圧してから、工程Ｓ１３において電流値が閾値Ｍより小さくなるまでに時間がかかる。したがって、接合処理のスループットが低下する。また、このように時間がかかると、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬのアライメントがずれて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが適切に接合されない場合がある。
【０１１９】
図１９に示すようにアクチュエータ部１８１にかかる荷重が適正荷重より大きい場合、駆動部２０５のモータにかかる負荷が大きくなるため、メンテナンス頻度が多くなったり、さらにはモータの故障を引き起こすおそれがある。また、ウェハ中心部へのディストーション（歪み）が大きくなり、プロセス不良の原因にもなる。
【０１２０】
これに対して、図１８に示すようにアクチュエータ部１８１にかかる荷重が適正荷重の範囲内に収まっているとき、工程Ｓ１２から工程Ｓ１３にかけて電流値は滑らかに小さくなり、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部において、短時間で適切な接合を行うことができる。
【０１２１】
そこで、予め、適正荷重に対応する電流値の適正範囲（許容範囲）を導出しておく。そして、実際にウェハＷＵ、ＷＬを接合する際、工程Ｓ１２で検出される電流値と上記適正範囲を比較することで、アクチュエータ部１８１にかかる荷重を検査することができる。
【０１２２】
工程Ｓ１２で検出される電流値が上記適正範囲内である場合、アクチュエータ部１８１にかかる荷重が正常であると判断され、後続の処理が行われる。
【０１２３】
一方、工程Ｓ１２で検出される電流値が上記適正範囲外である場合、アクチュエータ部１８１にかかる荷重が異常であると判断される。かかる場合、当該ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を中止してこれらを回収し、次のウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を適切に行うため、アクチュエータ部１８１にかかる荷重が適正荷重になるように押動部１８０を調整してもよい。あるいは、当該ウェハＷＵ、ＷＬの工程Ｓ１２において、アクチュエータ部１８１にかかる荷重が適正荷重になるように、リアルタイムで押動部１８０をフィードバック制御してもよい。
【０１２４】
２つ目の検査として、工程Ｓ１３における電流値を検出することで、ウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を検査することができる。
【０１２５】
工程Ｓ１３で検出される電流値が閾値Ｍより小さい場合、ウェハＷＵ、ＷＬの接合状態は正常であると判断され、後続の処理が行われる。
【０１２６】
一方、工程Ｓ１３で検出される電流値が閾値Ｍより大きい場合、ウェハＷＵ、ＷＬの接合状態は異常であると判断される。かかる場合、当該ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を中止してこれらを回収し、次のウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を適切に行うため、接合システム１における種々の処理条件を調整する。
【０１２７】
また、このようにウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を検査することで、工程Ｓ１４における上ウェハＷＵの外周部の真空引きを停止するタイミングを自動化することが可能となる。すなわち、検出される電流値が閾値Ｍより小さくなった際、上ウェハＷＵの外周部の真空引きを停止するようにプログラムしておけばよい。
【０１２８】
かかる場合、上ウェハＷＵの外周部の真空引きを停止する際、ウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を確実に正常にできる。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を適切に行うことができる。
【０１２９】
また、工程Ｓ１３で検出される電流値が閾値Ｍより小さくなると、直ちに工程Ｓ１４において上ウェハＷＵの外周部の真空引きを停止するので、いわゆるスケーリングの悪化を抑制することができる。ここで、工程Ｓ１２からＳ１３では、上チャック１４０で上ウェハＷＵの外周部を保持した状態で、上ウェハＷＵの中心部を押圧するので、当該上ウェハＷＵは下方に凸に反って伸びる。そうすると、ウェハＷＵ、ＷＬ同士が接合された重合ウェハＷＴにおいて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれが生じる場合がある。この位置ずれをスケーリングという。本実施の形態のように、工程Ｓ１３から工程Ｓ１４までを短時間で行うことにより、スケーリングの悪化を抑制することができる。
【０１３０】
なお、図１７〜図１９においては、工程Ｓ１３の後、一定の時間が経過してから工程Ｓ１４を行っているが、この一定の時間は実験のために確保された時間であり、接合処理に必要な時間ではない。
【０１３１】
以上の実施の形態によれば、駆動部２０５のモータの電流値を検出することにより、アクチュエータ部１８１にかかる荷重やウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を検査することができるので、ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を適切に行うことができる。しかも、電流値の検出と上記検査は、接合処理が行われる接合装置４１内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を効率よく行うことができる。
【０１３２】
また、本実施の形態の接合システム１は、接合装置４１に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０と、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も備えているので、一のシステム内でウェハＷＵ、ＷＬの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。
【０１３３】
なお、以上の実施の形態では、駆動部２０５にかかる負荷として、モータの電流値を検出していたが、これに限定されず、例えばモータのトルクを検出してもよい。モータのトルクも電流値と同様の挙動を示すので、上記実施の形態の効果を享受できる。
【０１３４】
以上の実施の形態において、工程Ｓ１３において電流値が閾値Ｍより小さくなった際、図２０に示すように下チャック１４１を上昇させてもよい。かかる場合、図１３に示した場合と比べて、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの間隔が小さくなるので、スケーリングの悪化をさらに抑制することができる。
【０１３５】
以上の実施の形態では、アクチュエータ部１８１にかかる荷重やウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を検査するに際し、駆動部２０５にかかる負荷（モータの電流値又はトルク）を検出していたが、これに代えて、上チャック１４０にかかる負荷を検出してもよい。かかる場合、上チャック１４０には、検出部としての負荷検出手段、例えば荷重測定センサ（図示せず）が設けられる。そして荷重測定センサによって、上チャック１４０にかかる負荷として、上チャック１４０にかかる荷重が測定される。
【０１３６】
上チャック１４０にかかる負荷（荷重）は、駆動部２０５にかかる負荷（モータの電流値又はトルク）の挙動と逆の挙動を示す。
【０１３７】
すなわち、工程Ｓ１２において、押動部１８０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧すると、上ウェハＷＵの中心部の荷重が下チャック１４１にかかるので、上チャック１４０にかかる荷重が小さくなる。
【０１３８】
その後、工程Ｓ１２から工程Ｓ１３において、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１間の接合が中心部から外周部まで拡散する際、下ウェハＷＬは上ウェハＷＵ側、すなわち上方に引っ張られるため、上チャック１４０にかかる荷重は大きくなる。そして、工程Ｓ１３において表面ＷＵ１、表面ＷＬ１間の接合が外周部まで達すると、上チャック１４０にかかる荷重は閾値に達して、さらに大きくなる。
【０１３９】
その後、工程Ｓ１４において、上ウェハＷＵの外周部（第２の吸引領域１７４ｂ）の真空引きを停止すると、上チャック１４０にかかる荷重は小さくなる。その後、工程Ｓ１５において、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが全面で接合されると、上チャック１４０にかかる荷重はほぼ一定となる。
【０１４０】
以上のように上チャック１４０にかかる荷重は駆動部２０５にかかる負荷の挙動と逆の挙動を示し、上チャック１４０にかかる荷重変動を検出することにより、上記実施の形態と同様の効果を享受できる。すなわち、アクチュエータ部１８１にかかる荷重やウェハＷＵ、ＷＬの接合状態を検査することができるので、ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を適切に行うことができる。しかも、上チャック１４０にかかる荷重の検出と上記検査は、接合処理が行われる接合装置４１内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの接合処理を効率よく行うことができる。
【０１４１】
以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１でウェハＷＵ、ＷＬを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷＴを所定の温度で加熱（アニール処理）してもよい。重合ウェハＷＴにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。
【０１４２】
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。
【符号の説明】
【０１４３】
１    接合システム
２    搬入出ステーション
３    処理ステーション
３０  表面改質装置
４０  表面親水化装置
４１  接合装置
６１  ウェハ搬送装置
７０  制御部
１４０  上チャック
１４１  下チャック
１６０  第１の下チャック移動部
１８０  押動部
１８１  アクチュエータ部
２０５  駆動部
ＷＵ    上ウェハ
ＷＬ    下ウェハ
ＷＴ    重合ウェハ
【図１】
0006596288.tif 000002
【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】
0006596288.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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