(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を接合する接合装置であって、
下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、
前記第２の保持部は、
第２の基板を真空引きする本体部と、
前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、
前記本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記ピンより低い高さの複数の非接触リブと、
前記本体部において前記非接触リブの内側で同心円状に環状に設けられ、前記ピンと同じ高さの接触リブと、を有し、
隣接する前記非接触リブの間には、前記複数のピンが設けられ、
前記第２の保持部は、前記接触リブの内側の第１の吸引領域と前記接触リブの外側の第２の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、
前記本体部は、
前記第１の吸引領域において第２の基板を真空引きする第１の吸引口と、
前記複数の非接触リブのうち最内周に位置する非接触リブの内側に形成され、前記第２の吸引領域において第２の基板を真空引きする第２の吸引口と、を有することを特徴とする、接合装置。
【請求項２】
前記第２の吸引口は、前記複数の非接触リブが設けられた領域において、第２の基板の外周部を真空引きすることを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、
前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合装置。
【請求項４】
前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項５】
前記温度調節機構は、第２の基板の外周部を温度調節する第１の温度調節部と、第２の基板において外周部内側の中央部を温度調節する第２の温度調節部と、を有することを特徴とする、請求項４に記載の接合装置。
【請求項６】
前記第１の保持部は、
第１の基板を真空引きする他の本体部と、
前記他の本体部に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、
前記他の本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記他のピンより低い高さの複数の他の非接触リブと、を有し、
隣接する前記他の非接触リブの間には、前記複数の他のピンが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の接合装置を備えた接合システムであって、
前記接合装置を備えた処理ステーションと、
第１の基板、第２の基板又は第１の基板と第２の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
前記処理ステーションは、
第１の基板又は第２の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
前記表面改質装置で改質された第１の基板又は第２の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、
前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、接合システム。
【請求項８】
接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
前記接合装置は、
下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、
前記第２の保持部は、
第２の基板を真空引きする本体部と、
前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、
前記本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記ピンより低い高さの複数の非接触リブと、
前記本体部において前記非接触リブの内側で同心円状に環状に設けられ、前記ピンと同じ高さの接触リブと、を有し、
隣接する前記非接触リブの間には、前記複数のピンが設けられ、
前記第２の保持部は、前記接触リブの内側の第１の吸引領域と前記接触リブの外側の第２の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、
前記本体部は、
前記第１の吸引領域において第２の基板を真空引きする第１の吸引口と、
前記複数の非接触リブのうち最内周に位置する非接触リブの内側に形成され、前記第２の吸引領域において第２の基板を真空引きする第２の吸引口と、を有し、
前記接合方法は、
前記第１の保持部によって第１の基板を真空引きして保持する第１の保持工程と、
前記第２の保持部によって、第２の基板をその中心部から外周部に向けて順次真空引きして保持する第２の保持工程と、
その後、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して接合する接合工程と、を有し、
前記第２の保持工程において、前記第１の吸引領域で前記第１の吸引口から第２の基板を吸着した後、前記第２の吸引領域で前記第２の吸引口から第２の基板を吸着することを特徴とする、接合方法。
【請求項９】
前記第２の保持工程では、前記第２の吸引口から、前記複数の非接触リブが設けられた領域において、第２の基板の外周部を真空引きすることを特徴とする、請求項８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、
前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さく、
前記接合工程において、第１の基板の中心部と第２の基板の前記内側のピン領域を押圧して当接させた後、前記第１の保持部による第１の基板の真空引きを停止し、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ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記接合工程において、前記第２の保持部に設けられた温度調節機構によって第２の基板の温度を調節しながら、第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記温度調節機構は、第２の基板の外周部を温度調節する第１の温度調節部と、第２の基板において外周部内側の中央部を温度調節する第２の温度調節部と、を有し、
前記接合工程において、前記第１の温度調節部の設定温度を前記第２の温度調節部の設定温度より高くすることを特徴とする、請求項１１に記載の接合方法。
【請求項１３】
前記第１の保持部は、
第１の基板を真空引きする他の本体部と、
前記他の本体部に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、
前記他の本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記他のピンより低い高さの複数の他の非接触リブと、を有し、
隣接する前記他の非接触リブの間には、前記複数の他のピンが設けられ、
前記第１の保持工程では、前記第１の保持部によって、第１の基板をその中心部から外周部に向けて順次真空引きして保持することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３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部のコンピュータ上で動作するプログラム。
【請求項１５】
請求項１４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。
【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装置、当該接合装置を備えた接合システム、当該接合装置を用いた接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【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に記載の接合システムを用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば接合システムは、ウェハの接合される表面を改質する表面改質装置と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質した後、表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化する。その後、接合装置において、２枚のウェハを上下に対向配置し（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）、上チャックに吸着保持された上ウェハと下チャックに吸着保持された下ウェハとを、ファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。
【０００４】
上述した下チャックには、いわゆるピンチャック方式が用いられている。かかる場合、複数のピンの高さを揃えることで、下チャックの上面を平坦にすることができる（上面の平面度を小さくすることができる）。また、例えば接合装置内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピンの間隔を調節することで、下チャック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の上面を平坦にして、当該下チャックに保持された下ウェハにおける鉛直方向の歪みの抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５３８６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、例えば下ウェハ上には複数の半導体デバイスが形成されているため、当該下ウェハに拘束力が作用していない通常状態では、若干程度反ってる。そうすると、上述の特許文献１に記載された下チャックで下ウェハを真空引きしただけでは、特に下ウェハの外周部を保持できず、当該外周部が反ったままになるおそれがある。かかる場合、当該下ウェハと上ウェハを接合すると、接合された重合ウェハに鉛直方向の歪みが生じる。
【０００７】
また、このように下ウェハの外周部が平坦でない場合、接合される上ウェハと下ウェハとの間の距離が小さい場所が存在することになる。この場所では、上ウェハと下ウェハが当接する際、これら上ウェハと下ウェハとの間の空気を外部に追い出しきれず、接合された重合ウェハにボイドが発生するおそれがある。したがって、ウェハの接合処理に改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する際に基板を適切に保持して、当該基板同士の接合処理を適切に行うことを目的とする。
【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、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板を真空引きする本体部と、前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、
前記本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記ピンより低い高さの複数の非接触リブと、前記本体部において前記非接触リブの内側で同心円状に環状に設けられ、前記ピンと同じ高さの接触リブと、を有し、隣接する前記非接触リブの間には、前記複数のピンが設けられ、前記第２の保持部は、前記接触リブの内側の第１の吸引領域と前記接触リブの外側の第２の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、前記本体部は、前記第１の吸引領域において第２の基板を真空引きする第１の吸引口と、前記複数の非接触リブのうち最内周に位置する非接触リブの内側に形成され、前記第２の吸引領域において第２の基板を真空引きする第２の吸引口と、を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、本体部の外周部において複数の非接触リブが設けられ、隣接する非接触リブの間に複数のピンが設けられており、すなわち、非接触リブが設けられている領域（以下、「リブ領域」という。）とピンが設けられている領域（以下、「ピン領域」という。）が交互に複数配置されている。かかる場合、本体部の中心部から外周部に向けて、各ピン領域（各リブ領域）における第２の基板の真空引きを順次行うことで、第２の保持部によって第２の基板を順次吸着保持できる。したがって、第２の基板が反っていても、第２の保持部は当該第２の基板の外周部まで適切に保持することができ、接合された重合基板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【００１１】
しかも、本発明では、本体部の外周部においてピンより低い高さの非接触リブが設けられており、いわゆる静圧シール方式が採用されている。すなわち、第２の保持部が第２の基板を真空引きする際、非接触リブは第２の基板に接触せず、ピンが第２の基板に接触し、リブ領域において真空引きされる空気の流速は、ピン領域において真空引きされる空気の流速より大きくなる。そうすると、第２の基板の外周部を強い力で真空引きすることができるので、当該外周部を適切に保持することができる。また、非接触リブが第２の基板に接触しないので、第２の保持部の外周部における第２の基板との接触面積を小さくすることができ、当該第２の保持部の外周部上面にパーティクルが存するのを抑制できる。そして、第２の保持部は、第２の基板の外周部まで平坦に保持することができる。したがって、接合処理において基板同士を当接させる際には、当該基板間の空気を外部に流出させて、重合基板にボイドが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
以上のように本発明によれば、重合基板の鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、基板同士の接合処理を適切に行うことができる。
【００１４】
前記第２の吸引口は、前記複数の非接触リブが設けられた領域において、第２の基板の外周部を真空引きしてもよい。
【００１５】
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さくてもよい。
【００１６】
前記第２の保持部は、当該第２の保持部に保持された第２の基板の温度を調節する温度調節機構をさらに有していてもよい。また、前記温度調節機構は、第２の基板の外周部を温度調節する第１の温度調節部と、第２の基板において外周部内側の中央部を温度調節する第２の温度調節部と、を有していてもよい。
【００１７】
前記第１の保持部は、第１の基板を真空引きする他の本体部と、前記他の本体部に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、前記他の本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記他のピンより低い高さの複数の他の非接触リブと、を有し、隣接する前記他の非接触リブの間には、前記複数の他のピンが設けられていてもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
また別な観点による本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第１の基板を真空引きして吸着保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の下方に設けられ、上面に第２の基板を真空引きして吸着保持する第２の保持部と、を有し、前記第２の保持部は、第２の基板を真空引きする本体部と、前記本体部に設けられ、第２の基板の裏面に接触する複数のピンと、前記本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記ピンより低い高さの複数の非接触リブと、前記本体部において前記非接触リブの内側で同心円状に環状に設けられ、前記ピンと同じ高さの接触リブと、を有し、隣接する前記非接触リブの間には、前記複数のピンが設けられ、前記第２の保持部は、前記接触リブの内側の第１の吸引領域と前記接触リブの外側の第２の吸引領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であり、前記本体部は、前記第１の吸引領域において第２の基板を真空引きする第１の吸引口と、前記複数の非接触リブのうち最内周に位置する非接触リブの内側に形成され、前記第２の吸引領域において第２の基板を真空引きする第２の吸引口と、を有し、前記接合方法は、前記第１の保持部によって第１の基板を真空引きして保持する第１の保持工程と、前記第２の保持部によって、第２の基板をその中心部から外周部に向けて順次真空引きして保持する第２の保持工程と、その後、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して接合する接合工程と、を有し、前記第２の保持工程において、前記第１の吸引領域で前記第１の吸引口から第２の基板を吸着した後、前記第２の吸引領域で前記第２の吸引口から第２の基板を吸着することを特徴としている。
【００２１】
前記第２の保持工程では、前記第２の吸引口から、前記複数の非接触リブが設けられた領域において、第２の基板の外周部を真空引してもよい。
【００２２】
前記本体部は同心円状に複数のピン領域に区画され、前記複数のピン領域において、内側のピン領域における前記複数のピンの間隔は、外側のピン領域における前記複数のピンの間隔の間隔より小さく、前記接合工程において、第１の基板の中心部と第２の基板の前記内側のピン領域を押圧して当接させた後、前記第１の保持部による第１の基板の真空引きを停止し、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の基板を順次接合してもよい。
【００２３】
前記接合工程において、前記第２の保持部に設けられた温度調節機構によって第２の基板の温度を調節しながら、第１の基板と第２の基板を接合してもよい。また、前記温度調節機構は、第２の基板の外周部を温度調節する第１の温度調節部と、第２の基板において外周部内側の中央部を温度調節する第２の温度調節部と、を有し、前記接合工程において、前記第１の温度調節部の設定温度を前記第２の温度調節部の設定温度より高くしてもよい。
【００２４】
前記第１の保持部は、第１の基板を真空引きする他の本体部と、前記他の本体部に設けられ、第１の基板の裏面に接触する複数の他のピンと、前記他の本体部の外周部において同心円状に環状に設けられ、前記他のピンより低い高さの複数の他の非接触リブと、を有し、隣接する前記他の非接触リブの間には、前記複数の他のピンが設けられ、前記第１の保持工程では、前記第１の保持部によって、第１の基板をその中心部から外周部に向けて順次真空引きして保持してもよい。
【００２５】
また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。
【００２６】
さらに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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基板同士を接合する際に基板を適切に保持することで、重合基板の鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合基板のボイドの発生を抑制して、当該基板同士の接合処理を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】下チャックの一部を拡大した説明図である。
【図１０】下ウェハの外周部が吸着保持される様子を示す説明図である。
【図１１】比較例において下チャックの外周部を拡大した説明図である。
【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】第１の吸引領域で下ウェハを吸着保持した様子を示す説明図である。
【図１４】第１の吸引領域〜第５の吸引領域で下ウェハを吸着保持した様子を示す説明図である。
【図１５】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１６】上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。
【図１７】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１８】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１９】他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図２０】他の実施の形態における下チャックの平面図である。
【図２１】他の実施の形態における下チャックの平面図である。
【図２２】他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図２３】他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図２４】他の実施の形態における下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６０に支持されている。第１の下チャック移動部１６０は、後述するように下チャック１４１を水平方向（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。また、第１の下チャック移動部１６０は、下チャック１４１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、複数のピン１７１の外側において環状のリブ１７２が設けられている。リブ１７２は、少なくとも上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２の外縁部を支持するように、当該裏面ＷＵ２の外周部を支持する。
【００５８】
さらに、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。
【００５９】
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２箇所に形成されている。第１の吸引口１７５ａには、本体部１７０の内部に設けられた第１の吸引管１７６ａが接続されている。さらに第１の吸引管１７６ａには、継手を介して第１の真空ポンプ１７７ａが接続されている。
【００６０】
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。
【００６１】
このように上チャック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。なお、吸引口１７５ａ、１７５ｂの配置は、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。
【００６２】
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。
【００６３】
かかる場合、リブ１７２が上ウェハＷＵの裏面ＷＵ２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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、後述する押動部材１８０におけるアクチュエータ部１８１の先端部が挿通するようになっている。
【００６７】
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材１８０が設けられている。押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１とシリンダ部１８２とを有している。
【００６８】
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。
【００６９】
アクチュエータ部１８１は、シリンダ部１８２に支持されている。シリンダ部１８２は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部１８１を鉛直方向に移動させることができる。
【００７０】
以上のように押動部材１８０は、アクチュエータ部１８１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１の移動の制御をしている。そして、押動部材１８０は、後述するウェハ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。
【００７１】
下チャック１４１には、上チャック１４０と同様に、図６、図８及び図９に示すよう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。
【００７２】
本体部１９０の上面には、環状のリブ１９２〜１９６が設けられている。これらリブ１９２〜１９６は、本体部１９０と同心円状に設けられ、且つ本体部１９０の中心部から外周部に向けてこの順に配置されている。本体部１９０の中心部に設けられたリブ１９２（以下、接触リブ１９２という場合がある。）は、ピン１９１と同じ高さを有し、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２と接触する。本体部１９０の外周部に設けられたリブ１９３〜１９６（以下、非接触リブ１９３〜１９６という場合がある。）は、ピン１９１より低い高さを有し、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２と接触しない。そして、隣接するリブ１９２〜１９６間には、複数のピン１９１が設けられている。なお、非接触リブの数は、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。
【００７３】
本体部１９０の上面において、リブ１９６の内側の領域１９７（以下、吸引領域１９７という場合がある。）は、リブ１９２〜１９６に区画されている。すなわち、吸引領域１９７は、接触リブ１９２の内側の第１の吸引領域１９７ａと、接触リブ１９２と非接触リブ１９３間の第２の吸引領域１９７ｂと、非接触リブ１９３、１９４間の第３の吸引領域１９７ｃと、非接触リブ１９４、１９５間の第４の吸引領域１９７ｄと、非接触リブ１９５、１９６間の第５の吸引領域１９７ｅとに区画されている。
【００７４】
本体部１９０の上面には、第１の吸引領域１９７ａ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１９８ａが形成されている。第１の吸引口１９８ａは、例えば第１の吸引領域１９７ａにおいて２箇所に形成されている。第１の吸引口１９８ａには、本体部１９０の内部に設けられた第１の吸引管１９９ａが接続されている。さらに第１の吸引管１９９ａには、継手を介して第１の真空ポンプ２００ａが接続されている。
【００７５】
また、本体部１９０の上面には、吸引領域１９７ｂ〜１９７ｅ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１９８ｂが形成されている。第２の吸引口１９８ｂは、例えば第２の吸引領域１９７ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口１９８ｂには、本体部１９０の内部に設けられた第２の吸引管１９９ｂが接続されている。さらに第２の吸引管１９９ｂには、継手を介して第２の真空ポンプ２００ｂが接続されている。
【００７６】
なお、吸引口１９８ａ、１９８ｂの配置は、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。例えば第２の吸引口１９８ｂは吸引領域１９７ｂ〜１９７ｅに対して共通に設けられているが、各吸引領域１９７ｂ〜１９７ｅに吸引口がそれぞれ設けられていてもよい。このように吸引領域１９７ｂ〜１９７ｅに吸引口を設けた実施の形態については後述する。
【００７７】
そして、吸引領域１９７ａ〜１９７ｅを吸引口１９８ａ、１９８ｂから真空引きし、当該吸引領域１９７ａ〜１９７ｅを減圧する。このとき、吸引領域１９７ａ〜１９７ｅ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１９７ａ〜１９７ｅ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。
【００７８】
ここで、吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅにおける下ウェハＷＬの外周部の保持について詳しく説明する。
【００７９】
吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅは非接触リブ１９３〜１９６によって区画されているので、第２の吸引口１９８ｂからの真空引きを開始すると、当該第２の吸引口１９８ｂから順に、すなわち吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅの順に真空引きが行われる。そうすると、図１０に示すように下ウェハＷＬは、その内側から外側に向けて順次吸着保持される。このため、例えば通常状態で下ウェハＷＬの外周部が鉛直上方に反っていても、下チャック１４１は下ウェハＷＬの外周部まで適切に保持することができる。
【００８０】
また、吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅでは、いわゆる静圧シールによって下ウェハＷＬが吸着保持される。第２の吸引口１９８ｂから下ウェハＷＬを真空引きする際、非接触リブ１９３〜１９６が設けられている箇所（リブ領域）では、当該非接触リブ１９３〜１９６が設けられていない箇所（ピン領域）に比べて、吸引される空気の流速が大きくなる。そうすると、下ウェハＷＬの外周部を中心部より強い力で適切に真空引きすることができる。
【００８１】
図１１は本実施の形態に対する比較例を示している。例えば本体部１９０の外周のリブＲが、下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２に接触し、且つその外縁部より内側に配置されていた場合、下チャック１４１で下ウェハＷＬを吸着保持すると、リブＲを起点に、下ウェハＷＬの外周部が鉛直上方に反る。
【００８２】
これに対して本実施の形態では、上述したように吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅにおいて下ウェハＷＬをその外周部まで適切に真空引きできるので、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。
【００８３】
しかも、複数のピン１９１の高さが均一なので、下チャック１４１の上面の平面度をさらに小さくすることができる。したがって、当該下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの平面度もさらに小さくすることができ、下ウェハＷＬの鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【００８４】
なお、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。
【００８５】
図８に示すように下チャック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２０１が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔２０１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。
【００８６】
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２０２が設けられている。ガイド部材２０２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。
【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。
【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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２の工程Ｓ９）。なお、本実施の形態では、下チャック１４１に吸着保持される前の下ウェハＷＬは、図１３に示すようにその外周部が鉛直上方に反っている。
【０１００】
工程Ｓ９では、先ず、第１の真空ポンプ２００ａを作動させ、図１３に示すように第１の吸引領域１９７ａにおいて第１の吸引口１９８ａから下ウェハＷＬを真空引きする。そうすると、下ウェハＷＬの水平方向の位置が固定される。
【０１０１】
その後、第１の真空ポンプ２００ａを作動させた状態でさらに第２の真空ポンプ２００ｂを作動させ、図１４に示すように吸引領域１９７ａ〜１９７ｅにおいて吸引口１９８ａ、１９８ｂから下ウェハＷＬを真空引きする。このとき、第２の吸引口１９８ｂからの真空引きを開始すると、当該第２の吸引口１９８ｂから順に、すなわち吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅの順に真空引きが行われ、図１０に示したように下ウェハＷＬは、その内側から外側に向けて順次吸着保持される。このため、例えば通常状態で下ウェハＷＬの外周部が鉛直上方に反っていても、下ウェハＷＬはその外周部まで適切に保持される。こうして、下ウェハＷＬが全面で下チャック１４１に吸着保持される。
【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１２の工程Ｓ１０）。
【０１０３】
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１２の工程Ｓ１１）。
【０１０４】
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。
【０１０５】
先ず、図１５に示すように押動部材１８０のシリンダ部１８２によってアクチュエータ部１８１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１８１の下降に伴い、上ウェハ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、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材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１２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、押動部材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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
その後、図１６に示すように押動部材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。そうすると、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。このとき、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の真空引きを解除した際、当該上ウェハＷＵが上チャック１４０から剥がれ易くなっている。そして上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接し、上述した表面ＷＵ１、ＷＬ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が順次拡がる。こうして、図１７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１２の工程Ｓ１３）。
【０１０８】
この工程Ｓ１３において、例えば下ウェハＷＬの外周部が鉛直上方に沿っている場合、上ウェハＷＵの外周部と下ウェハＷＬの外周部の距離が小さくなる。そうすると、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する際、その外周部ではウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を外部に追い出しきれず流出させる前に、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬに当接する場合がある。かかる場合、接合された重合ウェハＷＴにボイドが発生するおそれがある。
【０１０９】
この点、本実施の形態では、上述の図１４に示したように下チャック１４１によって下ウェハＷＬの全面が吸着保持され、下ウェハＷＬがその外周部まで平坦になっている。しかも、上チャック１４０においても上ウェハＷＵの全面が吸着保持され、上ウェハＷＵがその外周部まで平坦になっている。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を外部に流出させて、重合ウェハＷＴにボイドが発生するのを抑制することができる。
【０１１０】
その後、図１８に示すように押動部材１８０のアクチュエータ部１８１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ２００ａ、２００ｂの作動を停止し、吸引領域１９７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。このとき、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の真空引きを解除した際、当該下ウェハＷＬが下チャック１４１から剥がれ易くなっている。
【０１１１】
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。
【０１１２】
以上の実施の形態によれば、本体部１９０の外周部において複数の非接触リブ１９３〜１９５が設けられ、隣接する非接触リブ１９３〜１９５の間に複数のピン１９１が設けられている。このため、工程Ｓ９において、本体部１９０の外周部に向けて、吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅにおける下ウェハＷＬの真空引きを順次行うことで、下チャック１４１によって下ウェハＷＬを順次吸着保持できる。したがって、下ウェハＷＬが反っていても、下チャック１４１は当該下ウェハＷＬの外周部まで適切に保持することができ、接合された重合ウェハＷＴの鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【０１１３】
しかも、吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅでは、いわゆる静圧シール方式が採用されている。そうすると、上述したように下チャック１４１は、下ウェハＷＬの外周部を強い力で真空引きすることができるので、当該外周部を適切に保持することができる。また、非接触リブ１９３〜１９５が下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２に接触しないので、下チャック１４１の外周部における下ウェハＷＬとの接触面積を小さくすることができ、当該下チャック１４１の外周部上面にパーティクルが存するのを抑制できる。そして、下チャック１４１は、下ウェハＷＬの外周部まで平坦に保持することができる。したがって、工程Ｓ１３においてウェハＷＵ、ＷＬ同士を当接させる際には、ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を外部に流出させて、重合ウェハＷＴにボイドが発生するのを抑制することができる。
【０１１４】
以上のように本実施の形態によれば、重合ウェハＷＴの鉛直方向の歪みを抑制しつつ、重合ウェハＷＴのボイドの発生を抑制して、ウェハＷＵ、ＷＬ同士の接合処理を適切に行うことができる。
【０１１５】
また、下チャック１４１が接触リブ１９２によって第１の吸引領域１９７ａとその外側の吸引領域１９７ｂ〜１９７ｅに区画されているので、工程Ｓ９において、下チャック１４１で下ウェハＷＬを２段階で保持できる。すなわち、先ず、第１の吸引領域１９７ａで下ウェハＷＬを真空引きして、当該下ウェハＷＬの水平方向の位置を固定するので、その後、吸引領域１９７ａ〜１９７ｅで下ウェハＷＬを真空引きする際、当該下ウェハＷＬの水平方向の位置がずれることがない。したがって、下チャック１４１の適切な位置に下ウェハＷＬを吸着保持することができる。
【０１１６】
なお、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬは、デバイスウェハとサポートウェハのいずれであってもよい。デバイスウェハは製品となる半導体ウェハであって、例えばその表面に複数の電子回路等を備えたデバイスが形成されている。また、サポートウェハはデバイスウェハを支持するウェハであり、その表面にデバイスは形成されていない。そして、本発明はデバイスウェハとサポートウェハの接合処理と、デバイスウェハ同士の接合処理のいずれにも適用可能である。但し、デバイスウェハ同士を接合する場合、接合後の重合ウェハＷＴを製品として適切に機能させるためには、上ウェハＷＵの電子回路と下ウェハＷＬの電子回路を適切に対応させる必要がある。このため、上述のように上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの水平方向の位置を調節することは、デバイスウェハ同士の接合処理に特に有用となる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
次に、以上の実施の形態の接合装置４１における下チャック１４１の他の実施の形態について説明する。
【０１１９】
図１９及び図２０に示すように下チャック１４１の本体部１９０は、ピン１９１の配置の疎密に基づいて、第１のピン領域３００と第２のピン領域３０１に区画されていてもよい。第１のピン領域３００は、本体部１９０の中心部に円形状に設けられる。第２のピン領域３０１は、第１のピン領域３００の外側において当該第１のピン領域３００と同心円状に環状に設けられる。そして、第１のピン領域３００に設けられたピン１９１の間隔は、第２のピン領域３０１に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。
【０１２０】
上述したように工程Ｓ１２では、押動部材１８０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部（第１のピン領域３００）が押圧される。そうすると、この押圧荷重によって、下ウェハＷＬの中心部が鉛直下方に歪むおそれがある。そこで、図１９に示すように第１のピン領域３００におけるピン１９１の間隔を小さくすることで、かかる下ウェハＷＬの中心部の鉛直方向の歪みを抑制することができる。
【０１２１】
また、図２１に示すように下チャック１４１の本体部１９０は、ピン１９１の配置の疎密に基づいて、第１のピン領域３１０、第２のピン領域３１１、第３のピン領域３１２の３つに区画されていてもよい。第１のピン領域３１０、第２のピン領域３１１、第３のピン領域３１２は、同心円状に中心部から外周部に向けてこの順で配置される。そして、第１のピン領域３１０に設けられたピン１９１の間隔は、第２のピン領域３１１に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。さらに第２のピン領域３１１に設けられたピン１９１の間隔は、第３のピン領域３１２に設けられたピン１９１の間隔よりも小さい。このように中心部から外周部に向けて、ピン１９１の間隔を段階的に大きくすることで、下チャック１４１に支持される下ウェハＷＬの接触面積を滑らかに変動させることができ、下ウェハＷＬの中心部の鉛直方向の歪みを抑制して、下チャック１４１で下ウェハＷＬをより適切に保持することができる。なお、ピン領域の数は本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。区画する数が多い方が、上記効果をより顕著に享受できる。
【０１２２】
また、図２２に示すように下チャック１４１は、当該下チャック１４１に保持された下ウェハＷＬの温度を調節する温度調節機構３２０を有していてもよい。温度調節機構３２０は、例えば本体部１９０に内蔵される。また、温度調節機構３２０には、例えばヒータが用いられる。かかる場合、温度調節機構３２０によって下ウェハＷＬを所定の温度、例えば常温（２３℃）〜１００℃に加熱することにより、上述した工程Ｓ１３を行う際、ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を消滅させることができる。したがって、重合ウェハＷＴのボイドの発生をより確実に抑制することができる。
【０１２３】
また、図２３に示すように下チャック１４１の温度調節機構３３０は、第１の温度調節部３３１と第２の温度調節部３３２を有していてもよい。第１の温度調節部３３１は、下ウェハＷＬの外周部の温度調節を行い、例えば本体部１９０の外周部に内蔵される。また、第１の温度調節部３３１には、例えばヒータが用いられる。第２の温度調節部３３２は、下ウェハＷＬの外周部内側の中央部の温度調節を行い、例えば本体部１９０の中央部に内蔵される。また、第２の温度調節部３３２は、例えば内部に温度調節水などの冷却媒体が流通する流通路である。なお、第１の温度調節部３３１と第２の温度調節部３３２の設置場所やレイアウトは任意に設計することができ、第１の温度調節部３３１と第２の温度調節部３３２は例えば本体部１９０の外部に取り付けられていてもよい。
【０１２４】
ここで、ウェハＷＵ、ＷＬの外周部は、外部雰囲気に晒されているため、中央部に比べて温度が低下しやすい。そこで、第１の温度調節部３３１の設定温度を第２の温度調節部３３２の設定温度を高くする。例えば第２の温度調節部３３２の設定温度を常温（２３℃）とし、第１の温度調節部３３１の設定温度を常温より高くする。これによって、下ウェハＷＬを面内で均一に温度調節することができる。したがって、上述した工程Ｓ１３を行う際、ウェハＷＵ、ＷＬ間の空気を消滅させることができ、重合ウェハＷＴのボイドの発生をより確実に抑制することができる。そして、接合された重合ウェハＷＴの鉛直方向の歪みをより確実に抑制することができる。
【０１２５】
また、図２４に示すように下チャック１４１の本体部１９０の上面には、第３の吸引口３４０がさらに形成されていてもよい。第３の吸引口３４０は、例えば非接触リブ１９５、１９６間の第５の吸引領域１９７ｅにおいて２箇所に形成されている。第３の吸引口３４０には、本体部１９０の内部に設けられた第３の吸引管３４１が接続されている。さらに第３の吸引管３４１には、継手を介して第３の真空ポンプ３４２が接続されている。なお、第３の吸引口３４０は、非接触リブ１９３〜１９６が設けられた領域において形成されていればよく、例えば第３の吸引領域１９７ｃ又は第４の吸引領域１９７ｄに形成されていてもよい。また、第３の吸引口３４０は、吸引領域１９７ｃ〜１９７ｅのそれぞれに形成されていてもよい。
【０１２６】
かかる場合、上述した工程Ｓ９を行う際、第５の吸引領域１９７ｅにおいて、第３の吸引口３４０から下ウェハＷＬの外周部が真空引きされる。すなわち、下ウェハＷＬの外周部は静圧シールによって吸着保持されると共に、第３の吸引口３４０からも積極的に真空引きされる。そして、第５の吸引領域１９７ｅの真空度を大きくすることができる。したがって、下チャック１４１は下ウェハＷＬの外周部をより強い力で真空引きして適切に保持することができ、接合された重合ウェハＷＴの鉛直方向の歪みをより確実に抑制することができる。
【０１２７】
また、上述した下チャック１４１の構成は、上チャック１４０にも適用することができる。例えば上チャック１４０には、図６に示した下チャック１４１の構成を適用することができる。すなわち、上チャック１４０には、その中心部に接触リブ１９２と同様の接触リブが設けられ、外周部に非接触リブ１９３〜１９６と同様の非接触リブが設けられる。かかる場合、上述した工程Ｓ５を行う際、上チャック１４０は、その中心部から外周部に向けて順次真空引きを行い、上ウェハＷＵは、その中心部から外周部に向けて順次吸着保持される。また、上チャック１４０は、上ウェハＷＵの外周部を静圧シールによって適切に吸着保持することができる。
【０１２８】
また、上チャック１４０の中心部に設けられたピン１７１の先端位置は、外周部に設けられたピン１７１の先端位置よりも下方に位置してもよく、すなわち本体部１７０の下面は下方に凸形状を有していてもよい。かかる場合、上チャック１４０において上ウェハＷＵは下方に凸に保持される。このため、工程Ｓ１２において、押動部材１８０によって上ウェハＷＵの中心部が押圧される際、押圧量を小さく抑えることができる。
【０１２９】
さらに、上チャック１４０には、下チャック１４１の他の構成も適用することができる。すなわち、図１９〜２４に示した下チャック１４１の構成を上チャック１４０にも適用することができる。
【０１３０】
なお、上チャック１４０はピンチャック方式でなくてもよく、例えば平板状のチャックによる真空チャック方式や、静電チャック方式など、種々の方式を取り得る。
【０１３１】
以上の実施の形態の接合装置４１では、上チャック１４０を処理容器１００に固定し、且つ下チャック１４１を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック１４０を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック１４１を処理容器１００に固定してもよい。但し、上チャック１４０を移動させる方が、移動機構が大掛かりになるため、上記実施の形態のように上チャック１４０を処理容器１００に固定する方が好ましい。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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】
【０１３４】
１    接合システム
２    搬入出ステーション
３    処理ステーション
３０  表面改質装置
４０  表面親水化装置
４１  接合装置
６１  ウェハ搬送装置
７０  制御部
１４０  上チャック
１４１  下チャック
１７０  本体部
１７１  ピン
１９０  本体部
１９１  ピン
１９２  接触リブ
１９３〜１９６  非接触リブ
１９７ａ  第１の吸引領域
１９７ｂ  第２の吸引領域
１９７ｃ  第３の吸引領域
１９７ｄ  第４の吸引領域
１９７ｅ  第５の吸引領域
３００  第１のピン領域
３０１  第２のピン領域
３１０  第１のピン領域
３１１  第２のピン領域
３１２  第３のピン領域
３２０  温度調節機構
３３０  温度調節機構
３３１  第１の温度調節部
３３２  第２の温度調節部
３４０  第３の吸引口
ＷＵ    上ウェハ
ＷＬ    下ウェハ
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】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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