(57)【要約】【課題】基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質する。【解決手段】表面改質装置３０は、ウェハＷＵ、ＷＬを収容する処理容器１００と、ウェハＷＵ、ＷＬを載置する載置台１１０と、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ１２０と、処理領域１１０内に処理ガスを供給するガス供給管１３０と、処理容器１００内をプラズマ生成領域Ｒ１と処理領域Ｒ２に区画するように設けられたイオン通過構造体１４０と、を有している。イオン通過構造体１４０は、所定の電圧が印加される一対の電極１４１、１４２を備え、当該イオン通過構造体１４０には、プラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に処理ガスのイオンが通過する開口部１４４が複数形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置であって、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、
前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、
前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されていることを特徴とする、表面改質装置。
【請求項２】
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の表面改質装置。
【請求項３】
前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面改質装置。
【請求項４】
前記一対の電極間の電流を測定する電流計と、
前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する制御部と、を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表面改質装置。
【請求項５】
前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計と、
前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する制御部と、を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の表面改質装置。
【請求項６】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の表面改質装置。
【請求項７】
前記処理ガスは、酸素ガスを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の表面改質装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の表面改質装置を備えた接合システムであって、
前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有することを特徴とする、接合システム。
【請求項９】
基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、
前記表面改質装置は、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有し、
前記表面改質方法では、
前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、
前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、
前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質することを特徴とする、表面改質方法。
【請求項１０】
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の表面改質方法。
【請求項１１】
前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の表面改質方法。
【請求項１２】
前記表面処理装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計を有し、
前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の表面改質方法。
【請求項１３】
前記表面処理装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計を有し、
前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の表面改質方法。
【請求項１４】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の表面改質方法。
【請求項１５】
前記処理ガスは、酸素ガスを有することを特徴とする、請求項９〜１４のいずれかに記載の表面改質方法。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずかに記載の表面改質方法を表面改質装置によって実行させるために、当該表面改質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１７】
請求項１６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前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置、接合システム、表面改質方法、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、例えば接合装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば接合装置は、不活性ガスをプラズマ状態にしてウェハの表面に照射するビーム照射手段と、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハを押圧する一組のワークローラとを有している。そして、この接合装置では、ビーム照射手段によってウェハの表面（接合面）を改質し、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハの表面間にファンデルワールス力を発生させて仮接合する。その後、２枚のウェハを押圧することでウェハ同士を接合している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３７９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の接合装置を用いた場合、ビーム照射手段によってウェハの表面に向けて照射されたプラズマ状態の不活性ガスは、大きい衝突力でウェハの表面に衝突する。このため、ウェハの表面が物理的なダメージを受けるおそれがある。したがって、ウェハの表面の平坦性が損なわれ、その後ウェハ同士を適切に接合できない懸念があった。
【０００６】
また、ウェハの表面を改質させるため、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で生成されたプラズマによって処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる平行平板型のプラズマ処理装置を用いた場合でも、上述と同様に、ウェハは物理的なダメージを被るおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置であって、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されていることを特徴としている。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。
【０００９】
本発明によれば、イオン通過構造体の一対の電極に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与し、当該処理ガスのイオンのみをプラズマ処理領域から処理領域に導入することができる。そして、処理領域において、処理ガスのイオンを用いて載置部上の基板の表面を改質することができる。かかる場合、処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、処理ガスのイオンが基板の表面に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、基板の表面が物理的なダメージを受けることなく、基板の表面の平坦性が損なわれることもない。このように本発明によれば、基板がダメージを受けることなく、当該基板の表面を適切に改質することができる。したがって、その後基板同士を適切に接合することができる。
【００１０】
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていてもよい。
【００１１】
前記表面改質装置は、前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御する制御部を有していてもよい。
【００１２】
前記表面改質装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計と、前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する制御部と、を有していてもよい。
【００１３】
前記表面改質装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計と、前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する制御部と、を有していてもよい。
【００１４】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化してもよい。
【００１５】
前記処理ガスは、酸素ガスを有していてもよい。
【００１６】
別な観点による本発明は、前記表面改質装置を備えた接合システムであって、前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有することを特徴としている。
【００１７】
また別な観点による本発明は、基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、前記表面改質装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有し、前記表面改質方法では、前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質することを特徴としている。
【００１８】
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていてもよい。
【００１９】
前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御してもよい。
【００２０】
前記表面処理装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計を有し、前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御してもよい。
【００２１】
前記表面処理装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計を有し、前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御してもよい。
【００２２】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化してもよい。
【００２３】
前記処理ガスは、酸素ガスを有していてもよい。
【００２４】
また別な観点による本発明によれば、前記表面改質方法を表面改質装置によって実行させるために、当該表面改質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。
【００２５】
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】
【００２６】
本発明によれば、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態にかかる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】表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】イオン通過構造体の平面図である。
【図６】表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】表面親水化装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図８】接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図９】接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１０】位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１１】反転機構の構成の概略を示す側面図である。
【図１２】上部チャックと下部チャックの構成の概略を示す縦断面図である。
【図１３】上部チャックを下方から見た平面図である。
【図１４】下部チャックを上方から見た平面図である。
【図１５】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１６】上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１７】上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。
【図１８】上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を当接させて押圧する様子を示す説明図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】他の実施の形態にかかる表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。
【００２９】
接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。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。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して重合ウェハＷＴを形成する。なお、本実施の形態においては、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１には、ＳｉＯ２膜が形成されている。
【００３０】
接合システム１は、図１に示すように例えば外部との間で複数のウェハＷＵ、ＷＬ、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。
【００３１】
搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを載置することができる。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの１つを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。
【００３２】
搬入出ステーション２には、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送部２０が設けられている。ウェハ搬送部２０には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、鉛直方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴと、後述する処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０、５１との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００３３】
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１の処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２の処理ブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。
【００３４】
例えば第１の処理ブロックＧ１には、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０が配置されている。本実施の形態では、表面改質装置３０において、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１におけるＳｉＯ２の二重結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する。
【００３５】
例えば第２の処理ブロックＧ２には、例えば純水によってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬを接合する接合装置４１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＹ方向に並べて配置されている。
【００３６】
例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのトランジション装置５０、５１が下から順に２段に設けられている。
【００３７】
図１に示すように第１の処理ブロックＧ１〜第３の処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域６０が形成されている。ウェハ搬送領域６０には、例えばウェハ搬送装置６１が配置されている。
【００３８】
ウェハ搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６１は、ウェハ搬送領域６０内を移動し、周囲の第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２及び第３の処理ブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
【００３９】
次に、上述した表面改質装置３０の構成について説明する。表面改質装置３０は、図４に示すように処理容器１００を有している。処理容器１００の上面は開口し、当該上面開口部に後述するラジアルラインスロットアンテナ１２０が配置されて、処理容器１００は内部を密閉可能に構成されている。
【００４０】
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の搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１にはゲートバルブ１０２が設けられている。
【００４１】
処理容器１００の底面には、吸気口１０３が形成されている。吸気口１０３には、処理容器１００の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する吸気装置１０４に連通する吸気管１０５が接続されている。
【００４２】
また、処理容器１００の底面には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置する載置部としての載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、例えば静電吸着や真空吸着によってウェハＷＵ、ＷＬを載置することができる。載置台１１０には、後述するように載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬに照射される処理ガスのイオン（酸素イオン）によって生じるイオン電流を測定する他の電流計としてのイオン電流計１１１が設けられている。
【００４３】
載置台１１０には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構１１２が内蔵されている。温度調節機構１１２は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部１１３に接続されている。そして、液温調節部１１３によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台１１０の温度を制御できる。この結果、載置台１１０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。
【００４４】
なお、載置台１１０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１１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し載置台１１０の上面から突出可能になっている。
【００４５】
処理容器１００の上面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ１２０（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ１２０は、下面が開口したアンテナ本体１２１を備えている。アンテナ本体１２１の内部には、例えば冷却媒体を流通させる流通路（図示せず）が設けられている。
【００４６】
アンテナ本体１２１の下面の開口部には、複数のスロットが形成され、アンテナとして機能するスロット板１２２が設けられている。スロット板１２２の材料には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。アンテナ本体１２１内のスロット板１２２の上部には、遅相板１２３が設けられている。遅相板１２３の材料には、低損失誘電体材料、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられる。
【００４７】
アンテナ本体１２１及びスロット板１２２の下方には、マイクロ波透過板１２４が設けられている。マイクロ波透過板１２４は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１００の内部を塞ぐように配置されている。マイクロ波透過板１２４の材料には、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等が用いられる。
【００４８】
アンテナ本体１２１の上部には、マイクロ波発振装置１２５に通じる同軸導波管１２６が接続されている。マイクロ波発振装置１２５は、処理容器１００の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ１２０に対し、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振できる。
【００４９】
かかる構成により、マイクロ波発振装置１２５から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ１２０内に伝搬され、遅相板１２３で圧縮され短波長化され、スロット板１２２で円偏波を発生させた後、マイクロ波透過板１２４を透過して処理容器１００内に向けて放射される。なお、本実施の形態では、ラジアルラインスロットアンテナ１２０、マイクロ波発振装置１２５、同軸導波管１２６が、本発明におけるプラズマ生成機構を構成している。
【００５０】
処理容器１００の側面には、当該処理容器１００内に処理ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給管１３０が接続されている。ガス供給管１３０は、後述するイオン通過構造体１４０の上方に配置され、処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に酸素ガスを供給する。また、ガス供給管１３０には、内部に酸素ガスを貯留するガス供給源１３１に連通している。ガス供給管１３０には、酸素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１３２が設けられている。なお、本実施の形態では、ガス供給管１３０、ガス供給源１３１、供給機器群１３２が、本発明におけるガス供給機構を構成している。
【００５１】
処理容器１００内の載置台１１０とラジアルラインスロットアンテナ１２０との間には、イオン通過構造体１４０が設けられている。すなわち、イオン通過構造体１４０は、処理容器１００の内部を、ガス供給管１３０から供給された酸素ガスをラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されたマイクロ波によってプラズマ化するプラズマ生成領域Ｒ１と、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンを用いて載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する処理領域Ｒ２に区画するように設けられている。
【００５２】
イオン通過構造体１４０は、一対の電極１４１、１４２を有している。以下、上部に配置された電極を「上部電極１４１」といい、下部に配置された電極を「下部電極１４２」という場合がある。一対の電極１４１、１４２間には、当該一対の電極１４１、１４２を電気的に絶縁する絶縁材１４３が設けられている。
【００５３】
各電極１４１、１４２は、図４及び図５に示すように平面視においてウェハＷＵ、ＷＬの径よりも大きい円形状を有している。また、各電極１４１、１４２には、プラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に酸素イオンが通過する開口部１４４が複数形成されている。これら複数の開口部１４４は、例えば格子状に配置されている。なお、複数の開口部１４４の形状や配置は、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。
【００５４】
ここで、各開口部１４４の寸法は、例えばラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定されるのが好ましい。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ１２０から供給されたマイクロ波がイオン通過構造体１４０で反射され、マイクロ波の処理領域Ｒ２への進入を抑制できる。この結果、載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬがマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波によるウェハＷＵ、ＷＬの損傷を防止できる。
【００５５】
イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を印加する電源１４５が接続されている。この電源１４５によって印加される所定の電圧は、後述する制御部３００によって制御され、最大電圧は例えば１ＫｅＶである。また、イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間を流れる電流を測定する電流計１４６が接続されている。
【００５６】
次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
【００５７】
処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
【００５８】
スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。
【００５９】
スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。
【００６０】
図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
【００６１】
ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
【００６２】
純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水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１７８が設けられている。
【００６３】
スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。
【００６４】
なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０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ていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
【００６５】
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８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０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１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。
【００６６】
処理容器１９０の内部は、内壁１９３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１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４が形成されている。
【００６７】
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２００が設けられている。トランジション２００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。
【００６８】
搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路２０１上を移動自在なウェハ搬送体２０２が設けられている。ウェハ搬送体２０２は、図８及び図９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。なお、本実施の形態では、搬送路２０１及びウェハ搬送体２０２が搬送機構を構成している。
【００６９】
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２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３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。
【００７０】
また、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２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１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２２２が設けられている。保持アーム２２１は、第１の駆動部２２３に支持されている。この第１の駆動部２２３により、保持アーム２２１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２２３の下方には、第２の駆動部２２４が設けられている。この第２の駆動部２２４により、第１の駆動部２２３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２２４は、図８及び図９に示すＹ方向に延伸するレール２２５に取り付けられている。レール２２５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２２４により、反転機構２２０は、レール２２５に沿って位置調節機構２１０と後述する上部チャック２３０との間を移動可能になっている。そして、反転機構２２０は、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送する搬送機構としての機能も有している。なお、反転機構２２０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２２０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体２０２に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。また、位置調節機構２１０に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
【００７１】
処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷＵを下面で吸着保持する上部チャック２３０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する下部チャック２３１とが設けられている。下部チャック２３１は、上部チャック２３０の下方に設けられ、上部チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１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。
【００７２】
上部チャック２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上部チャック２３０の上面外周部を支持している。下部チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下部チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下部チャック２３１の下方には、下ウェハ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、下部チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部チャック２３１の上面から突出可能になっている。なお、本実施の形態では、シャフト２３３及びチャック駆動部２３４が昇降機構及び移動機構を構成している。
【００７３】
上部チャック２３０は、図１２に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１３に示すように上部チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１２に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃがそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
【００７４】
なお、以下において、上述した３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、それぞれ第１の領域２３０ａ、第２の領域２３０ｂ、第３の領域２３０ｃという場合がある。また、吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを、それぞれ第１の吸引管２４０ａ、第２の吸引管２４０ｂ、第３の吸引管２４０ｃという場合がある。さらに、真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを、それぞれ第１の真空ポンプ２４１ａ、第２の真空ポンプ２４１ｂ、第３の真空ポンプ２４１ｃという場合がある。
【００７５】
上部チャック２３０の中心部には、当該上部チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４２が形成されている。この上部チャック２３０の中心部は、当該上部チャック２３０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２４２には、後述する押動部材２５０の押動ピン２５１が挿通するようになっている。
【００７６】
上部チャック２３０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、シリンダ構造を有し、押動ピン２５１と当該押動ピン２５１が昇降する際のガイドとなる外筒２５２とを有している。押動ピン２５１は、例えばモータを内蔵した駆動部（図示せず）によって、貫通孔２４２を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材２５０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。
【００７７】
上部チャック２３０には、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する第２の撮像部材としての上部撮像部材２５３が設けられている。上部撮像部材２５３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５３は、上部チャック２３０上に設けられていてもよい。
【００７８】
下部チャック２３１は、図１４に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下部チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１２に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下部チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷＬの真空引きを設定可能に構成されている。
【００７９】
下部チャック２３１の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが当該下部チャック２３１から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材２６２が設けられている。ストッパ部材２６２は、その頂部が少なくとも下部チャック２３１上の重合ウェハＷＴよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材２６２は、図１４に示すように下部チャック２３１の外周部に複数個所、例えば５箇所に設けられている。
【００８０】
下部チャック２３１には、図１２に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する第１の撮像部材としての下部撮像部材２６３が設けられている。下部撮像部材２６３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６３は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
【００８１】
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、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３００にインストールされたものであってもよい。
【００８２】
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１５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。
【００８３】
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。
【００８４】
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に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から載置台１１０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ１０２が閉じられる。なお、載置台１１０に載置された上ウェハＷＵは、温度調節機構１１２によって所定の温度、例えば２５℃〜３０℃に維持される。
【００８５】
その後、吸気装置１０４を作動させ、吸気口１０３を介して処理容器１００の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６７Ｐａ〜３３３Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ〜２．５Ｔｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵを処理中、処理容器１００内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
【００８６】
その後、ガス供給管１３０から処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、酸素ガスが供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ１２０からプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ生成領域Ｒ１内において酸素ガスが励起されてプラズマ化され、例えば酸素ガスがイオン化する。このとき、下方に進行するマイクロ波は、イオン通過構造体１４０で反射し、プラズマ生成領域Ｒ１内に留まる。この結果、プラズマ生成領域Ｒ１内には、高密度のプラズマが生成される。
【００８７】
続いて、イオン通過構造体１４０において、電源１４５により一対の電極１４１、１４２に所定の電圧を印加する。そうすると、この一対の電極１４１、１４２によって、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンのみが、イオン通過構造体１４０の開口部１４４を通過して処理領域Ｒ２に流入する。
【００８８】
このとき、制御部３００によって、一対の電極１４１、１４２間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極１４１、１４２を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーが制御される。この酸素イオンに付与されるエネルギーは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１のＳｉＯ２の二重結合を切断して単結合のＳｉＯとするのに十分なエネルギーであって、当該表面ＷＵ１が損傷しないエネルギーに設定される。
【００８９】
また、このとき、電流計１４６によって一対の電極１４１、１４２間を流れる電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの通過量に基づいて、当該通過量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
【００９０】
その後、処理領域Ｒ２に導入された酸素イオンは、載置台１１０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射されて注入される。そして、照射された酸素イオンによって、表面ＷＵ１におけるＳｉＯ２の二重結合が切断されて単結合のＳｉＯとなる。また、この表面ＷＵ１の改質には酸素イオンが用いられているため、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオン自体がＳｉＯの結合に寄与する。こうして、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１５の工程Ｓ１）。
【００９１】
このとき、イオン電流計１１１によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオンによって生じるイオン電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射される酸素イオンの照射量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの照射量に基づいて、当該照射量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
【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の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
【００９３】
続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、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、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ２）。
【００９４】
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２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ３）。
【００９５】
その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１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２２１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１５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。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、後述する反転機構２２０の移動中に行われてもよい。
【００９６】
その後、反転機構２２０が上部チャック２３０側に移動し、反転機構２２０から上部チャック２３０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２３０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１５の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック２３０で待機する。
【００９７】
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。
【００９８】
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１５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。
【００９９】
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１５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と同様であるので詳細な説明を省略する。
【０１００】
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２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ８）。
【０１０１】
その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体２０２によって下部チャック２３１に搬送され、下部チャック２３１に吸着保持される（図１５の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。そして、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２３１に吸着保持される。
【０１０２】
次に、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１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。図１６に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５３を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、下部撮像部材２６３を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５３が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６３が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、下部チャック２３１によって下ウェハＷＬの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷＬの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１０）。
【０１０３】
なお、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷＬ、ＷＵの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
【０１０４】
その後、チャック駆動部２３４によって、図１７に示すように下部チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔が所定の距離、例えば５０μｍになるように下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５〜工程Ｓ１１において、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。同様に工程Ｓ９〜工程Ｓ１１において、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。
【０１０５】
その後、第１の真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１８に示すように第１の領域２３０ａにおける第１の吸引管２４０ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このとき、第２の領域２３０ｂと第３の領域２３０ｃでは、上ウェハＷＵが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材２５０の押動ピン２５１を下降させることによって、上ウェハＷＵの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷＵを下降させる。このとき、押動ピン２５１には、上ウェハＷＵがない状態で当該押動ピン２５１が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２５０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１５の工程Ｓ１２）。
【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１８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、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。
【０１０７】
その後、図１９に示すように押動部材２５０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２４１ｂの作動を停止して、第２の領域２３０ｂにおける第２の吸引管２４０ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、第２の領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。さらにその後、第３の真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３の領域２３０ｃにおける第３の吸引管２４０ｃからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このように上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵの真空引きを停止し、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接する。そして、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、上述した結合が順次拡がる。こうして、図２０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１５の工程Ｓ１３）。
【０１０８】
その後、図２１に示すように押動部材２５０を上部チャック２３０まで上昇させる。また、下部チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下部チャック２３１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。
【０１０９】
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。
【０１１０】
以上の実施の形態によれば、表面改質装置３０において、イオン通過構造体１４０の一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンに所定のエネルギーを付与し、当該酸素イオンのみをプラズマ処理領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に導入することができる。そして、処理領域Ｒ２において、酸素イオンを用いて載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質することができる。かかる場合、酸素イオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、当該酸素イオンがウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１が物理的なダメージを受けることなく、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の平坦性が損なわれることもない。このように本実施の形態によれば、ウェハＷＵ、ＷＬがダメージを受けることなく、表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。したがって、その後ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の表面改質装置３０を用いた場合、制御部３００によって種々のパラメータを適切に制御し、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
【０１１２】
すなわち、制御部３００によって、一対の電極１４１、１４２間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極１４１、１４２を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーを適切に制御できる。
【０１１３】
また、制御部３００によって、電流計１４６で測定される一対の電極１４１、１４２間の電流値に基づき、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量を制御できる。
【０１１４】
さらに、制御部３００によって、イオン電流計１１１で測定されるイオン電流の電流値に基づき、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射される酸素イオンの照射量を制御できる。
【０１１５】
このように、一対の電極１４１、１４２間の電圧、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射される酸素イオンの照射量を制御することで、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に酸素イオンを適切に照射することができる。したがって、表面ＷＵ１、ＷＬ１を損傷することなく、ＳｉＯ２の二重結合のみを切断して単結合のＳｉＯとして表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
【０１１６】
また、イオン通過構造体１４０には一対の電極１４１、１４２を電気的に絶縁する絶縁材１４３が設けられているので、当該一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を適切に印加することができる。
【０１１７】
また、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する処理ガスとして酸素ガスを用いているので、表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射された酸素イオン自体を、ＳｉＯ２の二重結合を切断し単結合のＳｉＯにする改質に寄与させることができる。したがって、表面ＷＵ１、ＷＬ１の改質を効率よく行うことができる。
【０１１８】
また、表面改質装置３０のプラズマ生成機構は、マイクロ波によって酸素ガスをプラズマ化しているので、プラズマ生成領域Ｒ１に供給される酸素ガスの供給量が少ない場合でも当該酸素ガスを励起させてプラズマ化することができる。したがって、効率よく酸素ガスのプラズマを生成することができる。また、このように酸素ガスの供給量が少ない場合、プラズマ生成領域Ｒ１の真空度を低く維持できる。このため、プラズマ生成領域Ｒ１と処理領域Ｒ２の排気を分ける必要がなく、表面改質装置３０の装置構成を簡略化することができる。
【０１１９】
さらに、接合システム１は、表面改質装置３０に加えて、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と、ウェハＷＵ、ＷＬを接合する接合装置４１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。
【０１２０】
以上の実施の形態では、プラズマ生成機構はマイクロ波によって処理ガス（酸素ガス）をプラズマ化していたが、プラズマを生成する方法はこれに限定されず、種々の方法を取り得る。
【０１２１】
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を用いて酸素ガスをプラズマ化してもよい。かかる場合、図２２に示すように表面改質装置３０において、処理容器１００の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ１２０（マイクロ波発振装置１２５、同軸導波管１２６）に代えて、電極４００が設けられる。電極４００には、高周波電源４０１が接続されている。この高周波電源４０１は、イオン通過構造体１４０における上部電極１４１にも接続されている。なお、表面改質装置３０のその他の構成は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２２】
そして、工程Ｓ１においてプラズマ生成領域Ｒ１で酸素ガスをプラズマ化する際には、先ず、ガス供給管１３０からプラズマ生成領域Ｒ１に酸素ガスが供給される。また、高周波電源４０１から電極４００と上部電極１４１に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、電極４００と上部電極１４１との間に電界が形成され、この電界によってプラズマ生成領域Ｒ１内に供給された酸素ガスがプラズマ化される。そして、イオン通過構造体１４０を介してプラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に酸素イオンが導入され、当該酸素イオンによってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１が改質される。なお、その他の工程Ｓ２〜Ｓ１３は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２３】
本実施の形態においても、イオン通過構造体１４０を用いて酸素イオンをウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に照射できるので、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
【０１２４】
以上の実施の形態の表面改質装置３０では、処理ガス（酸素ガス）は処理容器１００の側面に接続されたガス供給管１３０からプラズマ生成領域Ｒ１に供給されていたが、処理ガスの供給方法はこれに限定されない。例えばプラズマ生成領域Ｒ１の上方から処理ガスを供給してもよい。かかる場合、例えば表面改質装置３０のラジアルラインスロットアンテナ１２０の下面側に、処理ガスを供給するシャワーヘッドを設けてもよい。シャワーヘッドの下面には、例えば処理ガスを供給する複数の供給口が形成されている。そして、当該シャワーヘッドからプラズマ生成領域Ｒ１内に均一に処理ガスが供給される。
【０１２５】
以上の実施の形態では、処理ガスとして酸素ガスを用いていたが、他のガス、例えばアルゴンガスや窒素ガス等を用いてもよい。また、処理ガスとして酸素ガスとこれらその他のガスを混合した混合ガスを用いてもよい。いずれの場合でも、処理ガスのイオンによってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質することができる。
【０１２６】
以上の実施の形態では、ＳｉＯ２膜が形成されたウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合について説明したが、他の膜、例えばＳｉＮ膜が形成されたウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合にも本発明を適用することができる。また、膜が形成されていないベアウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合にも本発明を適用することができる。
【０１２７】
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、例えば４００℃で加熱してもよい。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。
【０１２８】
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】
【０１２９】
１    接合システム
３０  表面改質装置
４０  表面親水化装置
４１  接合装置
１００  処理容器
１１０  載置台
１１１  イオン電流計
１２０  ラジアルラインスロットアンテナ
１２５  マイクロ波発振装置
１２６  同軸導波管
１３０  ガス供給管
１３１  ガス供給源
１３２  供給機器群
１４０  イオン通過構造体
１４１  上部電極
１４２  下部電極
１４３  絶縁材
１４４  開口部
１４５  電源
１４６  電流計
３００  制御部
４００  電極
４０１  高周波電源
Ｒ１  プラズマ生成領域
Ｒ２  処理領域
ＷＵ    上ウェハ
ＷＵ１    表面
ＷＬ    下ウェハ
ＷＬ１    表面
ＷＴ    重合ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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