(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システムであって、
基板の表面を洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置で洗浄された基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合装置と、
前記仮接合装置で仮接合された重合基板を本接合する本接合装置と、を備え、
前記仮接合装置は、
処理ガスのプラズマを生成して、基板の表面の前記絶縁部を活性化する表面活性部と、
基板の表面の前記絶縁部に処理液を供給して、当該絶縁部を親水化する表面親水部と、を有し、
前記本接合装置は、
前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合を強固にする第１の温度で重合基板を熱処理する第１の熱処理板と、
前記第１の温度よりも高く、且つ押圧によって前記金属接合部同士が接合する第２の温度で重合基板を熱処理する第２の熱処理板と、
前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、を有することを特徴とする、接合システム。
【請求項２】
前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸であることを特徴とする、請求項１に記載の接合システム。
【請求項３】
前記仮接合装置は、基板の表面に接着剤を供給する接着剤供給部を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合システム。
【請求項４】
前記接着剤は、前記第１の温度で昇華することを特徴とする、請求項３に記載の接合システム。
【請求項５】
前記洗浄装置は、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合システム。
【請求項６】
表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合方法であって、
基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
その後、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の前記絶縁部を親水化する表面処理工程と、
その後、前記表面処理工程が行われた基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合工程と、
その後、前記仮接合工程で仮接合された重合基板を第１の温度で熱処理し、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合を強固にした後、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を押圧し前記金属接合部同士を接合させて本接合する本接合工程と、を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項７】
前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸であることを特徴とする、請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記仮接合工程において、接着剤を用いて基板の表面を接着することを特徴とする、請求項６又は７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記接着剤は、前記第１の温度で昇華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】
前記洗浄工程において、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄することを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずかに記載の接合方法を接合システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
【請求項１２】
請求項１１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、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システム、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、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、金属接合部を当接させた状態でウェハ同士を重ね合わせ（以下、「重合ウェハ」という場合がある。）、当該重合ウェハを高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ず重合ウェハを所定の温度まで加熱する熱処理工程と、その後重合ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該重合ウェハを押圧して接合する接合工程とを順次行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、この場合、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、２枚のウェハを接合するのに多大な時間を要する。
【０００７】
すなわち、熱処理工程において前記所定の温度が高温であるため、重合ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、重合ウェハを急速に加熱すると金属接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを加熱する必要がある。また、接合工程にかかる時間は、金属接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。
【０００８】
このように金属接合部を有するウェハ同士の接合には多大な時間を要するため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属接合部を有する基板同士の接合を適切に行いつつ、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
【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、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合システムであって、基板の表面を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置で洗浄された基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合装置と、前記仮接合装置で仮接合された重合基板を本接合する本接合装置と、を備え、前記仮接合装置は、処理ガスのプラズマを生成して、基板の表面の前記絶縁部を活性化する表面活性部と、基板の表面の前記絶縁部に処理液を供給して、当該絶縁部を親水化する表面親水部と、を有し、前記本接合装置は、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合を強固にする第１の温度で重合基板を熱処理する第１の熱処理板と、前記第１の温度よりも高く、且つ押圧によって前記金属接合部同士が接合する第２の温度で重合基板を熱処理する第２の熱処理板と、前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、本接合装置において、第１の熱処理板上の重合基板を第１の温度で熱処理した後、第２の熱処理板上の重合基板を第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を第２の熱処理板側に押圧して本接合することができる。かかる場合、重合基板を接合する温度が高温であっても、第１の熱処理板と第２の熱処理板で２つの重合基板を並行して熱処理することができ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。しかも、重合基板を段階的に熱処理することができるので、重合基板が急速に加熱されず、基板同士を適切に接合することができる。
【００１２】
また、仮接合装置において、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の絶縁部を親水化して当該絶縁部に水酸基を形成できる。かかる場合、活性化した絶縁部同士をファンデルワールス力によって仮接合できると共に、親水化した絶縁部の水酸基を水素結合させて、基板同士を強固に接合することができる。このため、基板同士を適切に仮接合でき、仮接合された重合基板を搬送したり本接合する際にも重合基板が位置ずれすることがない。さらに、本接合装置で重合基板を第１の温度及び第２の温度で熱処理すると、絶縁部間のファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、基板同士をより適切に本接合することができる。
【００１３】
前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸であってもよい。
【００１４】
前記仮接合装置は、基板の表面に接着剤を供給する接着剤供給部を有していてもよい。
【００１５】
前記接着剤は、前記第１の温度で昇華してもよい。
【００１６】
前記洗浄装置は、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄してもよい。
【００１７】
別な観点による本発明は、表面に金属接合部と絶縁部とが形成された基板同士を接合する接合方法であって、基板の表面を洗浄する洗浄工程と、その後、処理ガスのプラズマを用いて基板の表面の前記絶縁部を活性化すると共に、処理液を用いて基板の表面の前記絶縁部を親水化する表面処理工程と、その後、前記表面処理工程が行われた基板同士を、前記金属接合部を当接させた状態で重ね合わせて、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合によって仮接合する仮接合工程と、その後、前記仮接合工程で仮接合された重合基板を第１の温度で熱処理し、前記絶縁部におけるファンデルワールス力及び水素結合を強固にした後、重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理しながら、当該重合基板を押圧し前記金属接合部同士を接合させて本接合する本接合工程と、を有することを特徴としている。
【００１８】
前記処理液は、霧状の純水又は霧状のアクリル酸であってもよい。
【００１９】
前記仮接合工程において、接着剤を用いて基板の表面を接着してもよい。
【００２０】
前記接着剤は、前記第１の温度で昇華してもよい。
【００２１】
前記洗浄工程において、他の処理ガスのプラズマを用いて基板の表面を洗浄してもよい。
【００２２】
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システムによって実行させるために、当該接合システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明によれば、金属接合部を有する基板同士の接合を適切に行いつつ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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断面図である。
【図４】洗浄装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図６】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】位置調節機構の側面図である。
【図８】複合ノズル体の構成の概略を示す説明図である。
【図９】反転機構の側面図である。
【図１０】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図１１】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１２】保持アームの保持部が第２の熱処理板に収容され、重合ウェハが第２の熱処理板に載置される様子を示す説明図である。
【図１３】後熱処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。
【図１４】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１５】第１の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。
【図１６】保持アームから第２の熱処理板に重合ウェハが載置される様子を示す説明図である。
【図１７】第２の熱処理板上の重合ウェハが押圧され接合される様子を示す説明図である。
【図１８】第２の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。
【図１９】保持アームから第３の熱処理板に重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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」という場合がある。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。各ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１には、複数の金属接合部ＪＵ、ＪＬがそれぞれ形成されている。また、各ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１において、複数の金属接合部ＪＵ、ＪＬ以外の部分は絶縁部ＢＵ、ＢＬをそれぞれ形成している。すなわち、絶縁部ＢＵ、ＢＬはそれぞれウェハＷＵ、ＷＬの一部である。そして、接合システム１では、各金属接合部ＪＵ、ＪＬを当接させウェハＷＵ、ＷＬを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷＴを形成し、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を接合する。なお、本実施の形態では、例えば金属接合部ＪＵにはアルミニウムが用いられ、金属接合部ＪＬにはゲルマニウムが用いられる。
【００２８】
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、重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出されるカセットステーション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。
【００２９】
カセットステーション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。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。
【００３０】
カセットステーション２には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下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のブロックＧ３のトランジション装置５０との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００３１】
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のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられている。
【００３２】
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を洗浄する洗浄装置３０、ウェハＷＵ、ＷＬの位置調整をして重ね合わせ、これらウェハＷＵ、ＷＬを仮接合して重合ウェハＷＴを形成する仮接合装置３１がカセットステーション２側からこの順で配置されている。
【００３３】
例えば第２の処理ブロックＧ２には、重合ウェハＷＴを接合する複数、例えば４つの本接合装置４０〜４３が設けられている。本接合装置４０〜４３は、水平方向のＹ方向（図１中の左右方向）に一列に並べて配置されている。なお、本接合装置４０〜４３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。
【００３４】
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、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの熱処理を行う熱処理装置５１〜５３が下から順に４段に設けられている。
【００３５】
図１に示すように第１のブロックＧ１〜第３のブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置６０が配置されている。
【００３６】
ウェハ搬送装置６０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２及び第３のブロック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。
【００３７】
次に、上述した洗浄装置３０の構成について説明する。洗浄装置３０は、図４に示すように、上部が開口した処理容器７０を有している。処理容器７０の上部開口には、後述するシャワーヘッド８０が設けられ、処理容器７０の内部空間である処理室７１は、密閉されている。また、処理容器７０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面にはウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられている。
【００３８】
処理室７１内には、ウェハＷＵ、ＷＬが載置される載置台７２が設置されている。載置台７２の上面には、ウェハＷＵ、ＷＬが略水平な姿勢で保持されるようになっている。
【００３９】
載置台７２には、電極板７３が内蔵されており、電極板７３は、例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源７４に接続されている。そして、載置台７２の表面に静電気力を生じさせて、ウェハＷＵ、ＷＬを載置台７２上に静電吸着することができる。
【００４０】
載置台７２には、冷却媒体を流通させる温度調節機構７５が内蔵されている。温度調節機構７５は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部７６に接続されている。そして、液温調節部７６によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台７２の温度を制御できる。この結果、載置台７２上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬを所定の温度に維持できる。
【００４１】
処理容器７０の上部開口には、シャワーヘッド８０が設けられている。シャワーヘッド８０には、当該シャワーヘッド８０に処理ガスを供給する供給管８１が接続されている。供給管８１は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源８２に連通している。また、供給管８１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８３が設けられている。なお、処理ガスとしては、例えば水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。
【００４２】
シャワーヘッド８０の内部には、ガス供給源８２から供給された処理ガスが導入される内部空間９０が設けられている。シャワーヘッド８０の下面には、内部空間９０に導入された処理ガスを処理室７１内に向かって吐出させる複数の吐出口９１が、シャワーヘッド８０の下面全体に分布させられた状態で設けられている。すなわち、内部空間９０内の処理ガスが、載置台７２上に載置されたウェハＷＵ、ＷＬの上方において、複数の吐出口９１を介して吐出され、処理室７１全体に拡散するように配置されている。
【００４３】
シャワーヘッド８０の上部には、プラズマ発生用の高周波のマイクロ波を２次元的に均一に供給するラジアルラインスロットアンテナ９２が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ９２には、マイクロ波発振装置（図示せず）が接続され、ラジアルラインスロットアンテナ９２に対しマイクロ波が発振される。
【００４４】
処理容器７０の底面には、排気管９３が設けられている。排気管９３には排気ポンプ（図示せず）が接続され、排気管９３を介して処理室７１内の雰囲気を排気することができる。
【００４５】
なお、載置台７２の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、載置台７２に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、載置台７２の上面から突出可能になっている。
【００４６】
次に、上述した仮接合装置３１の構成について説明する。本接合装置４１は、図５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Ｄ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路１１１上を移動自在なウェハ搬送体１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１２は、図５及び図６に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００５０】
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、図７に示すように基台１２１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部１２２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部１２３と、を有している。そして、位置調節機構１２０では、保持部１２２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部１２３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。
【００５１】
図５に示すように搬送領域Ｔ１において、位置調節機構１２０のＸ方向負方向側には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１３０が形成されている。レール１３０は、例えば位置調節機構１２０のＹ方向負方向側の外方からＹ方向正方向側の外方まで形成されている。レール１３０には、例えば２本のノズルアーム１３１、１３２が取り付けられている。
【００５２】
第１のノズルアーム１３１には、図５及び図６に示すように複合ノズル体１３３が支持されている。第１のノズルアーム１３１は、図５に示すノズル駆動部１３４により、レール１３０上を移動自在である。これにより、複合ノズル体１３３は、位置調節機構１２０のＹ方向正方向側から位置調整機構１２０に保持されたウェハＷＵ、ＷＬの上方まで移動できる。また、第１のノズルアーム１３１は、ノズル駆動部１３４によって昇降自在であり、複合ノズル体１３３の高さを調節できる。
【００５３】
複合ノズル体１３３は、図８に示すように大気圧プラズマを噴射するプラズマノズル１４０と、処理液を噴霧する処理液ノズル１４１とを有している。
【００５４】
プラズマノズル１４０には、当該プラズマノズル１４０に処理ガスを供給する供給管１４２が接続されている。供給管１４２は、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１４３に連通している。また、供給管１４１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１４４が設けられている。なお、処理ガスとしては、例えば窒素ガスやアルゴンガス等が用いられる。
【００５５】
また、プラズマノズル１４０には、高周波電源１４５が接続されている。ここの高周波電源１４５によって、ガス供給源１４３からプラズマノズル１４２内に供給された処理ガスがプラズマ化される。
【００５６】
処理液ノズル１４１には、当該プラズマノズル１４０に処理液を供給する供給管１４６が接続されている。供給管１４６は、内部に処理液を貯留する液供給源１４７に連通している。また、供給管１４６には、処理液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１４８が設けられている。なお、処理液としては、例えば霧状の純水や霧状のアクリル酸等が用いられる。また、純水やアクリル酸は、液供給源１４７の内部において霧状に貯留されていてもよいし、例えば処理液ノズル１４１にスプレーノズル等を用いて当該処理液ノズル１４１から噴霧されてもよい。
【００５７】
かかる複合ノズル体１３３では、プラズマノズル１４２から処理ガスのプラズマが噴射されると共に、処理液ノズル１４１から処理液が噴霧される。そして、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の絶縁部ＢＵ、ＢＬは、処理ガスのプラズマによって活性化され、処理液によって親水化される。なお、本実施の形態では、プラズマノズル１４０、供給管１４２、ガス供給源１４３、供給機器群１４４及び高周波電源１４５が表面活性部を構成している。また、本実施の形態では、処理液ノズル１４１、供給管１４６、ガス供給源１４７及び供給機器群１４８が表面親水部を構成している。
【００５８】
図５及び図６に示すように第２のノズルアーム１３２には、液体状の接着剤を吐出する接着剤供給部としての接着剤ノズル１５０が支持されている。第２のノズルアーム１３２は、図５に示すノズル駆動部１５１により、レール１３０上を移動自在である。これにより、接着剤ノズル１５０は、位置調節機構１２０のＹ方向負方向側から位置調整機構１２０に保持されたウェハＷＵ、ＷＬの上方まで移動できる。また、第２のノズルアーム１３２は、ノズル駆動部１５１によって昇降自在であり、接着剤ノズル１５０の高さを調節できる。なお、接着剤ノズル１５０には、当該接着剤ノズル１５０に接着剤を供給する供給管（図示せず）が接続されている。また、接着剤は、後述するように第１の温度、例えば２００℃〜３００℃で昇華する。
【００５９】
なお、以上の構成では、複合ノズル体１３３と接着剤ノズル１５０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、複合ノズル体１３３と接着剤ノズル１５０の移動と供給タイミングを制御してもよい。
【００６０】
処理領域Ｔ２には、図５及び図６に示すように下ウェハＷＬを上面で載置して保持する下部チャック１６０と、上ウェハＷＵを下面で吸着保持する上部チャック１６１とが設けられている。上部チャック１６１は、下部チャック１６０の上方に設けられ、下部チャック１６０と対向配置可能に構成されている。すなわち、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵは対向して配置可能となっている。
【００６１】
下部チャック１６０の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、下ウェハＷＬを下部チャック１６０の上面に吸着保持できる。
【００６２】
下部チャック１６０の下方には、図６に示すようにシャフト１６２を介してチャック駆動部１６３が設けられている。このチャック駆動部１６３により、下部チャック１６０は昇降自在になっている。なお、チャック駆動部１６３によって、下部チャック１６０は水平方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
【００６３】
上部チャック１６１の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、上ウェハＷＵを上部チャック１６１の下面に吸着保持できる。
【００６４】
上部チャック１６１の上方には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１６４が設けられている。上部チャック１６１は、チャック駆動部１６５によりレール１６４上を移動自在になっている。なお、チャック駆動部１６５によって、上部チャック１６１は鉛直方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
【００６５】
搬送領域Ｔ１には、当該搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間を移動し、且つ上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構１７０が設けられている。反転機構１７０は、図９に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム１７１を有している。保持アーム１７１上には、上ウェハＷＵを吸着して水平に保持する吸着パッド１７２が設けられている。保持アーム１７１は、第１の駆動部１７３に支持されている。この第１の駆動部１７３により、保持アーム１７１は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第１の駆動部１７３の下方には、第２の駆動部１７４が設けられている。この第２の駆動部１７４により、第１の駆動部１７３は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第２の駆動部１７４は、図５及び図６に示すＹ方向に延伸するレール１７５に取り付けられている。レール１７５は、処理領域Ｔ２から搬送領域Ｔ１まで延伸している。この第２の駆動部１７４により、反転機構１７０は、レール１７５に沿って位置調節機構１２０と上部チャック１６１との間を移動可能になっている。なお、反転機構１７０の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハＷＵの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構１７０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。また、ウェハ搬送体１１２に反転機構を付与し、反転機構１７０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
【００６６】
次に、上述した本接合装置４０〜４３の構成について説明する。本接合装置４０は、図１０及び図１１に示すように前熱処理ユニット１８０、接合ユニット１８１、後熱処理ユニット１８２を水平方向のＹ方向（図１０及び図１１中の左右方向）にこの順で並べて一体に接続した構成を有している。すなわち、前熱処理ユニット１８０と後熱処理ユニット１８２は、それぞれゲートバルブ１８３、１８４を介して接合ユニット１８１に気密に接続されている。
【００６７】
前熱処理ユニット１８０は、内部を密閉することができる処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１にはゲートバルブ１９２が設けられている。また、処理容器１９０の接合ユニット１８１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１９３が形成され、当該搬入出口１９３には上述したゲートバルブ１８３が設けられている。
【００６８】
処理容器１９０の底面には吸気口１９４が形成されている。吸気口１９４には、処理容器１９０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１９５に連通する吸気管１９６が接続されている。
【００６９】
処理容器１９０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第１の熱処理板２００が設けられている。第１の熱処理板２００には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第１の熱処理板２００の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
【００７０】
第１の熱処理板２００の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン２０１が例えば３本設けられている。昇降ピン２０１は、昇降駆動部２０２により上下動できる。第１の熱処理板２００の中央部付近には、当該第１の熱処理板２００を厚み方向に貫通する貫通孔２０３が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン２０１は貫通孔２０３を挿通し、第１の熱処理板２００の上面から突出可能になっている。また、第１の熱処理板２００の外周部には、後述する保持アーム２４０の保持部２４２を通過させるための切欠き部２０４が例えば４箇所に形成されている。
【００７１】
第１の熱処理板２００は、支持部材２１０に支持されている。支持部材２１０の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール２１１上を移動自在の駆動部２１２が取り付けられている。この駆動部２１２により、第１の熱処理板２００は、前熱処理ユニット１８０と接合ユニット１８１との間を移動自在になっている。
【００７２】
接合ユニット１８１は、内部を密閉することができる処理容器２２０を有している。処理容器２２０は、容器本体２２１と天板２２２がシールドベローズ２２３によって接続された構成を有している。シールドベローズ２２３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ２２３によって天板２２２は鉛直方向に移動自在になっている。
【００７３】
容器本体２２１の前熱処理ユニット１８０側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２２４が形成され、当該搬入出口２２４には上述したゲートバルブ１８３が設けられている。また、容器本体２２１の後熱処理ユニット１８２側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２２５が形成され、当該搬入出口２２５には上述したゲートバルブ１８４が設けられている。
【００７４】
容器本体２２１の側面には吸気口２２６が形成されている。吸気口２２６には、処理容器２２０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２２７に連通する吸気管２２８が接続されている。
【００７５】
処理容器２２０の内部であって天板２２２には、後述する第２の熱処理板２５０上の重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０側に押圧する加圧機構２３０が設けられている。加圧機構２３０は、重合ウェハＷＴに当接して押圧する押圧部材２３１と、天板２２２に環状に取り付けられた支持部材２３２と、押圧部材２３１と支持部材２３２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ２３３とを有している。押圧部材２３１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。そして、加圧機構２３０の内部、すなわち押圧部材２３１、加圧ベローズ２３３、支持部材２３２及び天板２２２で囲まれた内部空間に例えば圧縮空気を給気又は吸気することで、加圧ベローズ２３３が伸縮し押圧部材２３１が鉛直方向に移動自在になっている。なお、加圧機構２３０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構２３０の加圧ベローズ２３３の剛性は、処理容器２２０のシールドベローズ２２３の剛性より大きくなっている。
【００７６】
また、処理容器２２０の内部であって天板２２２には、第１の熱処理板２００又は後述する第３の熱処理板２８０と第２の熱処理板２５０との間で重合ウェハＷＴを受け渡すための保持アーム２４０が設けられている。したがって、保持アーム２４０は、天板２２２の移動に伴って鉛直方向に移動自在になっている。保持アーム２４０は、例えば重合ウェハＷＴの同一円周上に等間隔に４本設けられ、当該重合ウェハＷＴの外周部を４箇所で保持するようになっている。保持アーム２４０は、図１２に示すように天板２２２から鉛直方向下方に延伸し、その下端部が屈曲して水平方向内側に延伸した支持部２４１と、支持部２４１に支持され、重合ウェハＷＴを保持する保持部２４２とを有している。保持部２４２は、水平方向内側に突出し、重合ウェハＷＴの外周部下面を保持する突出部材２４３と、当該突出部材２４３から鉛直方向上方に延伸し、重合ウェハＷＴの外周部側面をガイドするガイド部材２４４とを有している。また、ガイド部材２４４上端の内側面は、下側から上側に向かってテーパ状に拡大している。
【００７７】
図１１に示すように処理容器２２０の内部であって加圧機構２３０の下方には、当該加圧機構２３０に対向する位置に、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板２５０が設けられている。第２の熱処理板２５０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第２の熱処理板２５０の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。また、第２の熱処理板２５０の外周部には、図１２に示すように保持アーム２４０から第２の熱処理板２５０に重合ウェハＷＴを受け渡した状態で、当該保持アーム２４０の保持部２４２を収容するための切欠き溝２５１が形成されている。切欠き溝２５１は、図１０に示すように第２の熱処理板２５０の外周部に例えば４箇所に形成されている。
【００７８】
図１１に示すように第２の熱処理板２５０の下面側には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板２６０が設けられている。冷却板２６０には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板２６０の冷却温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
【００７９】
後熱処理ユニット１８２は、前熱処理ユニット１８０とほぼ同様の構成を有している。すなわち、図１０及び図１１に示すように後熱処理ユニット１８２は、内部を密閉することができる処理容器２７０を有している。処理容器２７０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２７１が形成され、当該搬入出口２７１にはゲートバルブ２７２が設けられている。また、処理容器２７０の接合ユニット１８１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口２７３が形成され、当該搬入出口２７３には上述したゲートバルブ１８４が設けられている。
【００８０】
処理容器２７０の底面には吸気口２７４が形成されている。吸気口２７４には、処理容器２７０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２７５に連通する吸気管２７６が接続されている。
【００８１】
処理容器２７０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第３の熱処理板２８０が設けられている。第３の熱処理板２８０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第３の熱処理板２８０の加熱温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。
【００８２】
第３の熱処理板２８０の下方には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板２８１が設けられている。冷却板２８１には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板２８１の冷却温度は、例えば後述する制御部３００により制御される。また、冷却板２８１は、昇降駆動部（図示せず）により上下動可能に構成されている。
【００８３】
第３の熱処理板２８０及び冷却板２８１の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン２８２が例えば３本設けられている。昇降ピン２８２は、昇降駆動部２８３により上下動できる。第３の熱処理板２８０の中央部付近には、当該第３の熱処理板２８０を厚み方向に貫通する貫通孔２８４が例えば３箇所に形成されている。また、冷却板２８１の中央部付近にも、当該冷却板２８１を厚み方向に貫通する貫通孔２８５が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン２８２は貫通孔２８４、２８５を挿通し、第３の熱処理板２８０の上面から突出可能になっている。また、第３の熱処理板２８０の外周部には、保持アーム２４０の保持部２４２を通過させるための切欠き部２８６が例えば４箇所に形成されている。
【００８４】
第３の熱処理板２８０は、支持部材２９０に支持されている。支持部材２９０の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール２９１上を移動自在の駆動部２９２が取り付けられている。この駆動部２９２により、第３の熱処理板２８０は、後熱処理ユニット１８２と接合ユニット１８１との間を移動自在になっている。また、支持部材２９０は、図１３に示すように冷却板２８１に干渉しないように駆動部２９２から鉛直方向に延伸し、その上端部が屈曲して水平方向に延伸している。
【００８５】
なお、本接合装置４１〜４３の構成は、上述した本接合装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。
【００８６】
以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、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。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部３００にインストールされたものであってもよい。
【００８７】
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１４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。
【００８８】
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、カセットステーション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２１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のブロックＧ３の例えばトランジション装置５０に搬送される。
【００８９】
次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によって第１のブロックＧ１の洗浄装置３０に搬送される。洗浄装置３０に搬送された上ウェハＷＵは、表面ＷＵ１が上方を向いた状態で載置台７２に載置される。このとき、載置台７２は温度調節機構７５によって所定の温度に調節されている。そして、処理室７１が密閉され、処理室７１の圧力が大気圧よりも低い所定の真空度に減圧される。その後、ガス供給源８２から処理ガスがシャワーヘッド８０内でそれぞれ所定の流量で供給される。この処理ガスは、ラジアルラインスロットアンテナ９２から放射されたマイクロ波によってプラズマ化される。そして、シャワーヘッド８０から処理室７１内に、この処理ガスのプラズマが供給される。こうして処理ガスのプラズマが上ウェハＷＵに対して減圧下で所定の時間供給されることによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１上の酸化膜や有機物が除去され、当該表面ＷＵ１が洗浄される（図１４の工程Ｓ１）。
【００９０】
次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によって第１の処理ブロックＧ１の仮接合装置３１に搬送される。仮接合装置３１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体１１２により位置調節機構１２０に搬送される。
【００９１】
上ウェハＷＵが位置調整機構１２０の保持部１２２に保持されると、第１のノズルアーム１３１によって複合体ノズル体１３３を上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部上方に移動させる。続いて、上ウェハＷＵを回転させながら、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部に対して、プラズマノズル１４０から処理ガスの大気圧プラズマを噴射すると共に、処理液ノズル１４１から処理液を噴霧する。そうすると、大気圧プラズマによって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部における絶縁部ＢＵが活性化される。また、処理液によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の外周部における絶縁部ＢＵに水酸基が付着して、当該絶縁部ＢＵが親水化される（図１４の工程Ｓ２）。
【００９２】
その後、第１のノズルアーム１３１によって複合ノズル体１３３を上ウェハＷＵの上方から退避させる。続いて、上ウェハＷＵを回転させながら、検出部１２３によって上ウェハＷＵのノッチ部の位置を検出することで、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１４の工程Ｓ３）。
【００９３】
その後、位置調節機構１２０から反転機構１７０の保持アーム１７１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１７１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１４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。その後、反転機構１７０が上部チャック１６１側に移動し、反転機構１７０から上部チャック１６１に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上部チャック１６１にその裏面ＷＵ２が吸着保持される。その後、上部チャック１６１は、チャック駆動部１６５によって下部チャック１６０の上方であって当該下部チャック１６０に対向する位置まで移動する。そして、上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが本接合装置４１に搬送されるまで上部チャック１６１で待機する。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、反転機構１７０の移動中に行われてもよい。
【００９４】
上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１〜Ｓ４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２１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。
【００９５】
次に下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６０によって洗浄装置３０に搬送され、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が洗浄される（図１４の工程Ｓ５）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ５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。
【００９６】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６０によって仮接合装置３１に搬送される。仮接合装置３１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体１１２により位置調節機構１２０に搬送される。そして、複合ノズル体１３３のプラズマノズル１４０からから噴射される処理ガスの大気圧プラズマと処理液ノズル１４１から噴霧される処理液によって、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の外周部における絶縁部ＢＬが活性化されると共に親水化される（図１４の工程Ｓ６）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ６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。
【００９７】
その後、第１のノズルアーム１３１によって複合ノズル体１３３を下ウェハＷＬの上方から退避させると共に、第２のノズルアーム１３２によって接着剤ノズル１５０を下ウェハＷＬの中心部上方に移動させる。続いて、下ウェハＷＬを回転させながら、接着剤ノズル１５０から下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を供給する。供給された接着剤は遠心力により下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に拡散されて、当該表面ＷＬ１に接着剤が塗布される（図１４の工程Ｓ７）。
【００９８】
その後、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１４の工程Ｓ８）。なお、下ウェハＷＬに対する工程Ｓ８は、上述した工程Ｓ３と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００９９】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体１１２によって下部チャック１６０に搬送され、下部チャック１６０に吸着保持される。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が上方を向くように、当該下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２が下部チャック１６０に保持される。なお、下部チャック１６０の上面にはウェハ搬送体１１２の形状に適合する溝（図示せず）が形成され、下ウェハＷＬの受け渡しの際にウェハ搬送体１１２と下部チャック１６０とが干渉するのを避けるようにしてもよい。
【０１００】
次に、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬと上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵとの水平方向の位置調節を行う。具体的には、先ず、例えばＣＣＤカメラを用いて、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する。そして、撮像された画像に基づいて、予め定められた下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の基準点（図示せず）と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１の基準点（図示せず）とが合致するように、上部チャック１６１によって上ウェハＷＵの水平方向の位置が調節される。なお、下部チャック１６０がチャック駆動部１６３によって水平方向に移動自在である場合には、当該下部チャック１６０によって下ウェハＷＬの水平方向の位置を調節してもよく、また下部チャック１６０及び上部チャック１６１の両方で下ウェハＷＬと上ウェハＷＵの相対的な水平方向の位置を調節してもよい。
【０１０１】
その後、チャック駆動部１６３によって下部チャック１６０を上昇させ、下部チャック１６０に保持された下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上部チャック１６１に保持された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１とを当接させる。このとき、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ６において活性化されているため、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。また、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１はそれぞれ親水化されているため、当該表面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。さらに、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１は、接着剤によって接着される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが仮接合され、重合ウェハＷＴが形成される（図１４の工程Ｓ９）。
【０１０２】
なお、工程Ｓ９において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを仮接合する際、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが当接した状態で、ウェハＷＵ、ＷＬの外周部を押圧してもよい。上述したようにウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の外周部における絶縁部ＢＵ、ＢＬは活性化され且つ親水化されているため、押圧することによってより強固に接合される。
【０１０３】
その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第２のブロックＧ２の本接合装置４０に搬送される。
【０１０４】
本接合装置４０では、先ず、前熱処理ユニット１８０のゲートバルブ１９２を開き、ウェハ搬送装置６０によって重合ウェハＷＴが第１の熱処理板２００の上方に搬入される。続いて昇降ピン２０１を上昇させ、重合ウェハＷＴをウェハ搬送装置６０から昇降ピン２０１に受け渡した後、昇降ピン２０１を下降させ、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板２００に載置する。このとき、ゲートバルブ１９２を閉じ、真空ポンプ１９５によって処理容器１９０の内部の雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気が減圧される。その後、第１の熱処理板２００によって重合ウェハＷＴが第１の温度、例えば２００℃〜３００℃まで加熱される（図１４の工程Ｓ１０）。このとき、重合ウェハＷＴの金属接合部ＪＵ、ＪＬ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０℃／分〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。また、前熱処理ユニット１８０内の圧力は、接合ユニット１８１内の圧力にまで減圧される。そして、このように第１の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、当該重合ウェハＷＴ中の接着剤が昇華すると共に、重合ウェハＷＴの外周部の絶縁部ＢＵ、ＢＬにおける結合がより強固になる。すなわち、第１の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。
【０１０５】
重合ウェハＷＴが第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ１８３を開く。続いて、駆動部２１２によって重合ウェハＷＴを載置した第１の熱処理板２００を接合ユニット１８１に移動させ、重合ウェハＷＴが第２の熱処理板２５０の上方に搬送される。このとき、保持アーム２４０は、第１の熱処理板２００の下方に待機している。
【０１０６】
なお、第１の熱処理板２００によって重合ウェハＷＴを前熱処理ユニット１８０から接合ユニット１８１に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを加熱してもよい。
【０１０７】
その後、図１５に示すように保持アーム２４０を上昇させ、保持アーム２４０を第１の熱処理板２００の切欠き部２０４を通過させて、第１の熱処理板２００から保持アーム２４０の保持部２４２に重合ウェハＷＴが受け渡される。このとき、保持部２４２のガイド部材２４４上端の内側面が下側から上側に向かってテーパ状に拡大しているため、例えば第１の熱処理板２００上の重合ウェハＷＴがガイド部材２４４の内側面からずれて配置されていても、重合ウェハＷＴはガイド部材２４４に円滑に保持される。その後、第１の熱処理板２００を前熱処理ユニット１８０に移動させ、ゲートバルブ１８３を閉じる。
【０１０８】
その後、図１６に示すように保持アーム２４０を下降させて、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０に載置する。このとき、保持アーム２４０の保持部２４２は、第２の熱処理板２５０の切欠き溝２５１に収容される。
【０１０９】
その後、第１の熱処理板２００によって重合ウェハＷＴが第２の温度、例えば５００℃まで加熱される。重合ウェハＷＴは、例えば１０℃／分〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器２２０の内部の雰囲気は、所定の真空度、例えば０．１Ｐａの真空度に維持されている。
【０１１０】
その後、重合ウェハＷＴの温度を第２の温度に維持しながら、図１７に示すように加圧機構２３０に圧縮空気を供給し、押圧部材２３１を下降させる。そして、押圧部材２３１を重合ウェハＷＴに当接させ、当該重合ウェハＷＴを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第２の熱処理板２５０側に押圧する。そして、重合ウェハＷＴが所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷＴが接合される（図１４の工程Ｓ１１）。このとき、重合ウェハＷＴの金属接合部ＪＵ、ＪＬ同士が結合されると共に、重合ウェハＷＴの外周部の絶縁部ＢＵ、ＢＬにおける結合がより強固になる。すなわち、第２の温度で重合ウェハＷＴを加熱することにより、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、重合ウェハＷＴは適切に接合される。なお、重合ウェハＷＴの温度は、例えば押圧部材２３１内のヒータや冷却板２６０を用いて第２の温度に維持してもよい。
【０１１１】
その後、第２の熱処理板２５０によって重合ウェハＷＴが例えば３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷＴは、金属接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０℃／分〜５０℃／分の冷却速度で冷却される。なお、重合ウェハＷＴの冷却は、例えば押圧部材２３１内のヒータや冷却板２６０を用いてもよい。
【０１１２】
重合ウェハＷＴが３５０℃まで冷却されると、図１８に示すように保持アーム２４０を上昇させ、第２の熱処理板２５０から保持アーム２４０に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、保持アーム２４０をさらに上昇させると共に、ゲートバルブ１８４を開く。そして、駆動部２９２によって後熱処理ユニット１８２の第３の熱処理板２８０を保持アーム２４０の下方であって第２の熱処理板２５０の上方に移動させる。なお、後熱処理ユニット１８２内の圧力は、予め接合ユニット１８１内の圧力に減圧されている。
【０１１３】
その後、図１９に示すように保持アーム２４０を下降させ、保持アーム２４０を第３の熱処理板２８０の切欠き部２８６を通過させて、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板２８０に載置する。
【０１１４】
その後、第３の熱処理板２８０を後熱処理ユニット１８２に移動させ、ゲートバルブ１８４を閉じる。その後、第３の熱処理板２８０によって重合ウェハＷＴが第３の温度、例えば２００℃まで冷却される（図１４の工程Ｓ１２）。このとき、冷却板２８１が第３の熱処理板２８０に当接するまで当該冷却板２８１を上昇させて、冷却板２８１によって重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
【０１１５】
なお、第３の熱処理板２８０によって重合ウェハＷＴを接合ユニット１８１から後熱処理ユニット１８２に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
【０１１６】
その後、後熱処理ユニット１８２内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン２８２を上昇させ、第３の熱処理板２８０から昇降ピン２８２に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、ゲートバルブ２７２を開き、昇降ピン２８２からウェハ搬送装置６０に受け渡され、本接合装置４０から重合ウェハＷＴが搬出される。
【０１１７】
その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第３のブロックＧ３の熱処理装置５１に搬送され、所定の温度に温度調節される（図１４の工程Ｓ１３）。その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によってトランジション装置５０に搬送され、その後カセットステーション２のウェハ搬送装置２１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。
【０１１８】
なお、本接合装置４０では、接合ユニット１８１において一の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１１の接合処理が行われている間、前熱処理ユニット１８０において他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１０の前熱処理が行われていてもよい。また、このとき、後熱処理ユニット１８２においても他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ１２の後熱処理が行われてもよい。すなわち、一の本接合装置４０において、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対する処理が並行して行われる。
【０１１９】
以上の実施の形態の接合装置１によれば、前熱処理ユニット１８０、接合ユニット１８１、後熱処理ユニット１８２において、重合ウェハＷＴを順次処理することができる。すなわち、先ず、前熱処理ユニット１８０で行われる工程Ｓ１０において、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板２００に載置して第１の温度に加熱する。その後、接合ユニット１８１で行われる工程Ｓ１１において、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０に載置して当該重合ウェハＷＴを所定の温度である第２の温度に維持しながら、加圧機構２３０によって重合ウェハＷＴを第２の熱処理板２５０側に押圧して当該重合ウェハＷＴを接合する。その後、後熱処理ユニット１８２で行われる工程Ｓ１２において、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板２８０に載置して冷却する。そして、接合ユニット１８１において一の重合ウェハＷＴを処理している間、少なくとも前熱処理ユニット１８０又は後熱処理ユニット１８２において他の重合ウェハＷＴを並行して処理することができる。このように本実施の形態によれば、第２の温度が高温であっても、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対して同時に効率よく処理を行うことができるので、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。
【０１２０】
また、重合ウェハＷＴを第１の温度と第２の温度で段階的に熱処理することができるので、重合ウェハＷＴが急速に加熱されず、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
【０１２１】
また、仮接合装置３１において、処理ガスのプラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の絶縁部ＢＵ、ＢＬを活性化すると共に、処理液を用いて絶縁部ＢＵ、ＢＬを親水化して当該絶縁部ＢＵ、ＢＬに水酸基を形成できる。かかる場合、活性化した絶縁部ＢＵ、ＢＬ同士をファンデルワールス力によって仮接合できると共に、親水化した絶縁部ＢＵ、ＢＬの水酸基を水素結合させて、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を強固に接合することができる。このため、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に仮接合でき、仮接合された重合ウェハＷＴを搬送したり本接合する際にも重合ウェハＷＴが位置ずれすることがない。さらに、本接合装置３０で重合ウェハＷＴを第１の温度及び第２の温度で熱処理すると、絶縁部ＢＵ、ＢＬにおけるファンデルワールス力と水素結合がより強固になる。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をより適切に接合することができる。
【０１２２】
また、仮接合装置３１では、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１は接着剤によって接着される。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬの仮接合をより強固にすることができる。また、本接合装置４０の前処理ユニット１８０で重合ウェハＷＴを第１の温度で熱処理すると、当該重合ウェハＷＴの接着剤は昇華する。このため、その後、接合ユニット１８１で重合ウェハＷＴを第２の温度で熱処理しながら押圧する際に、接着剤が重合ウェハＷＴの接合処理に影響を及ぼすことがない。したがって、ウェハＷＵ、ＷＬ同士をより適切に接合することができる。
【０１２３】
また、洗浄装置３０では、エネルギーの高い処理ガスのプラズマを用いてウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄しているので、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に洗浄することができる。特に金属接合部ＪＵ、ＪＬ上には酸化膜が形成されているが、かかる酸化膜を例えば純水のみで洗浄するのは困難である。この点、本実施の形態によれば、高いエネルギーの処理ガスのプラズマによって上記酸化膜を適切に除去することができる。
【０１２４】
以上の実施の形態では、仮接合装置３１において、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の外周部を活性化し且つ親水化していたが、同様にウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の中心部付近を活性化し且つ親水化してもよい。かかる場合、ファンデルワールス力と水素結合によるウェハＷＵ、ＷＬの仮接合をより強固にすることができる。
【０１２５】
また、以上の実施の形態では、仮接合装置３１において、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を塗布していたが、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１にも接着剤を塗布してもよい。また、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１に接着剤を拡散させず、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の外周部のみに接着剤を供給してもよい。
【０１２６】
また、以上の実施の形態の本接合装置４０では、第１の熱処理板２００、第２の熱処理板２５０、第３の熱処理板２８０はそれぞれ別のユニット１８０、１８１、１８２に設けられていたが、例えば第１の熱処理板２００と第３の熱処理板２８０を一の熱処理ユニットに設けてもよい。かかる場合、本接合装置４０の占有面積を小さくすることができる。
【０１２７】
また、以上の実施の形態の洗浄装置３０では、ラジアルラインスロットアンテナ９２から放射されたマイクロ波を用いて処理ガスをプラズマ化させていたが、洗浄装置３０の構成はこれに限定されない。例えば洗浄装置として、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で処理ガスをプラズマ化させて処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いてもよい。
【０１２８】
なお、以上の実施の形態の接合システム１において、例えば第１の処理ブロックＧ１に検査装置（図示せず）をさらに設けてもよい。検査装置は、本接合装置４０〜４３で接合された重合ウェハＷＴが適切に接合されているかどうかを検査することができる。かかる場合、検査装置において重合ウェハＷＴが適切に接合されていないと判断された場合、例えば本接合装置４０〜４３における処理条件を補正することができる。
【０１２９】
また、以上の実施の形態では、金属接合部ＪＵ、ＪＬにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、金属接合部ＪＵ、ＪＬに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット１８１における処理条件、例えば重合ウェハＷＴの加熱温度や押圧荷重などが決定される。
【０１３０】
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】
【０１３１】
１    接合システム
３０  洗浄装置
３１  仮接合装置
４０〜４３  接合装置
１３３  複合ノズル体
１４０  プラズマノズル
１４１  処理液ノズル
１４２  供給管
１４３  ガス供給源
１４４  供給機器群
１４５  高周波電源
１４６  供給管
１４７  ガス供給源
１４８  供給機器群
１５０  接着剤ノズル
１８０  前熱処理ユニット
１８１  接合ユニット
１８２  後熱処理ユニット
２００  第１の熱処理板
２３０  加圧機構
２５０  第２の熱処理板
２８０  第３の熱処理板
３００  制御部
ＢＵ、ＢＬ    絶縁部
ＪＵ、ＪＬ    金属接合部
ＷＵ    上ウェハ
ＷＬ    下ウェハ
ＷＴ    重合ウェハ
ＷＵ１、ＷＬ１  表面
【図１】
0005352546.tif 000002
【図２】
0005352546.tif 000003
【図３】
0005352546.tif 000004
【図４】
0005352546.tif 000005
【図５】
0005352546.tif 000006
【図６】
0005352546.tif 000007
【図７】
0005352546.tif 000008
【図８】
0005352546.tif 000009
【図９】
0005352546.tif 000010
【図１０】
0005352546.tif 000011
【図１１】
0005352546.tif 000012
【図１２】
0005352546.tif 000013
【図１３】
0005352546.tif 000014
【図１４】
0005352546.tif 000015
【図１５】
0005352546.tif 000016
【図１６】
0005352546.tif 000017
【図１７】
0005352546.tif 000018
【図１８】
0005352546.tif 000019
【図１９】
0005352546.tif 000020