(57)【要約】      （修正有）【課題】基板を品質高くプラズマ処理し、接合品質を向上させる。【解決手段】基板同士を分子間力によって接合する接合システムであって、表面改質装置と、表面親水化装置と、接合装置とを備える。表面改質装置は、下部電極と、上部電極１１０と、ガス供給管とを備える。下部電極は、内部を密閉可能な処理容器内に配置され、基板が載置される。上部電極は、下部電極に対向して配置される。ガス供給管は、下部電極に載置された基板の略中心の上方に供給口が位置付くように配置される。また、上部電極は、第１拡散板と、第２拡散板とを有する。第１拡散板は、ガス供給管から供給される処理ガスを下方へ拡散させる第１拡散孔が設けられる。第２拡散板は、軸方向において第１拡散孔よりも大きい第２拡散孔が設けられて第１拡散板の下段に配置され、第１拡散孔により拡散された処理ガスを第２拡散孔によって処理容器内へ拡散させる。【選択図】図４Ｂ
2017073455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板同士を分子間力によって接合する接合システムであって、
前記基板の接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置と、
前記表面改質装置によって改質された前記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によって親水化された前記基板同士を接合する接合装置と
を備え、
前記表面改質装置は、
内部を密閉可能な処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、
前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
前記下部電極に載置された前記基板の略中心の上方に供給口が位置付くように配置されるガス供給管と
を備え、
前記上部電極は、
前記ガス供給管から供給される前記処理ガスを下方へ拡散させる第１拡散孔が設けられた第１拡散板と、
軸方向において前記第１拡散孔よりも大きい第２拡散孔が設けられて前記第１拡散板の下段に配置され、前記第１拡散孔により拡散された前記処理ガスを前記第２拡散孔によって前記処理容器内へ拡散させる第２拡散板と
を有することを特徴とする接合システム。
【請求項２】
前記第２拡散孔は、径方向において前記第１拡散孔よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の接合システム。
【請求項３】
前記第２拡散孔の径寸法は、前記第１拡散孔の径寸法の１０分の１以下であること
を特徴とする請求項２に記載の接合システム。
【請求項４】
前記第２拡散孔の個数は、前記第１拡散孔の個数よりも多いこと
を特徴とする請求項１、２または３に記載の接合システム。
【請求項５】
前記第１拡散孔は、
前記第１拡散板における仮想的な同心円の各円周上で等間隔となるように配置されること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合システム。
【請求項６】
前記第１拡散孔は、
前記同心円ごとで径および個数が異なるように配置されること
を特徴とする請求項５に記載の接合システム。
【請求項７】
内側の前記同心円に配置される前記第１拡散孔は、
外側の前記同心円に配置される前記第１拡散孔よりも径方向において小さく個数において少ないこと
を特徴とする請求項６に記載の接合システム。
【請求項８】
前記第２拡散孔は、
前記第２拡散板における仮想的な格子状の平行直線の各直線上で等間隔となり、かつ、隣り合う前記直線同士では互い違いとなるように配置されること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の接合システム。
【請求項９】
前記第２拡散板は、下面側が半導体材料からなること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の接合システム。
【請求項１０】
絶縁性材料からなり、前記上部電極の外周を囲むように配置される環状部材
を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の接合システム。
【請求項１１】
前記上部電極へ接続される電源との接続接点は、
前記上部電極の中心軸を中心とする仮想円の円周上に等間隔で複数配置されること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の接合システム。
【請求項１２】
前記処理容器の上方に設けられ、前記上部電極および前記環状部材によって前記処理容器とは隔離された内部空間を有するグランドボックス
を備え、
前記グランドボックスは、
前記内部空間へ外気を通気させる通気孔を有すること
を特徴とする請求項１０または１１に記載の接合システム。
【請求項１３】
前記グランドボックス内の前記上部電極の上面側に設けられる温度センサ
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の接合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、接合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの高集積化の要請に応えるため、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次元集積技術を用いたシステムとしては、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と言う）等の基板同士を接合する接合システムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ウェハの接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質し、改質されたウェハの表面を親水化し、親水化されたウェハ同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する接合システムが開示されている。
【０００４】
かかる接合システムでは、ウェハの表面を改質するための処理ガスのプラズマを生成するに際し、内部を密閉可能な処理容器内で上下方向に対向配置させた２つの電極の間にウェハを載置し、処理ガスを上側の電極から処理容器内に拡散させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４９２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術には、処理ガスをより均一に拡散させることで品質高くプラズマ処理を行い、これに基づいて接合品質を向上させるという点でさらなる改善の余地がある。
【０００７】
実施形態の一態様は、基板を品質高くプラズマ処理し、接合品質を向上させることができる接合システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係る接合システムは、基板同士を分子間力によって接合する接合システムであって、表面改質装置と、表面親水化装置と、接合装置とを備える。表面改質装置は、基板の接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する。表面親水化装置は、表面改質装置によって改質された基板の表面を親水化する。接合装置は、表面親水化装置によって親水化された基板同士を接合する。また、表面改質装置は、下部電極と、上部電極と、ガス供給管とを備える。下部電極は、内部を密閉可能な処理容器内に配置され、基板が載置される。上部電極は、下部電極に対向して配置される。ガス供給管は、下部電極に載置された基板の略中心の上方に供給口が位置付くように配置される。また、上部電極は、第１拡散板と、第２拡散板とを有する。第１拡散板は、ガス供給管から供給される処理ガスを下方へ拡散させる第１拡散孔が設けられる。第２拡散板は、軸方向において第１拡散孔よりも大きい第２拡散孔が設けられて第１拡散板の下段に配置され、第１拡散孔により拡散された処理ガスを第２拡散孔によって処理容器内へ拡散させる。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、基板を品質高くプラズマ処理し、接合品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式側面図である。
【図３】図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、表面改質装置の構成を示す模式断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示すＭ１部の拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、下部電極の模式平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、上部電極の第１バッフル板の模式平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、上部電極の第２バッフル板の模式平面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、上部電極の第２バッフル板の模式底面図である。
【図６】図６は、接合装置の構成を示す模式平面図である。
【図７】図７は、接合装置の構成を示す模式側面図である。
【図８】図８は、位置調節機構の構成を示す模式側面図である。
【図９】図９は、反転機構の構成を示す模式平面図である。
【図１０】図１０は、反転機構の構成を示す模式側面図（その１）である。
【図１１】図１１は、反転機構の構成を示す模式側面図（その２）である。
【図１２】図１２は、保持アームおよび保持部材の構成を示す模式側面図である。
【図１３】図１３は、接合装置の内部構成を示す模式側面図である。
【図１４】図１４は、上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。
【図１５】図１５は、上チャックを下方から見た場合の模式平面図である。
【図１６】図１６は、下チャックを上方から見た場合の模式平面図である。
【図１７】図１７は、接合システムが実行する処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、接合装置の動作説明図（その１）である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、接合装置の動作説明図（その２）である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、接合装置の動作説明図（その３）である。
【図１８Ｄ】図１８Ｄは、接合装置の動作説明図（その４）である。
【図１８Ｅ】図１８Ｅは、接合装置の動作説明図（その５）である。
【図１８Ｆ】図１８Ｆは、接合装置の動作説明図（その６）である。
【図１８Ｇ】図１８Ｇは、接合装置の動作説明図（その７）である。
【図１８Ｈ】図１８Ｈは、接合装置の動作説明図（その８）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きをＺ軸の正方向とする直交座標系を示す場合がある。
【００１３】
＜１．接合システムの構成＞
まず、本実施形態に係る接合システムの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図であり、図２は、同模式側面図である。また、図３は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。
【００１４】
図１に示す本実施形態に係る接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合ウェハＴを形成する（図３参照）。
【００１５】
第１基板Ｗ１は、例えばシリコンウェハや化合物半導体ウェハ等の半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、例えば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。
【００１６】
以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」と記載する。また、これらを総称する場合、「ウェハＷ」と記載する場合がある。
【００１７】
また、以下では、図３に示すように、上ウェハＷ１の板面のうち、下ウェハＷ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、下ウェハＷ２の板面のうち、上ウェハＷ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。
【００１８】
また、図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２および処理ステーション３は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２および処理ステーション３の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション２および処理ステーション３は、一体的に接続される。
【００１９】
搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（例えば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ載置される。例えば、カセットＣ１は上ウェハＷ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は下ウェハＷ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合ウェハＴを収容するカセットである。
【００２０】
搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、この搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能であり、載置板１１に載置されたカセットＣ１〜Ｃ３と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬送を行う。
【００２１】
なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１〜Ｃ３の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板１１には、カセットＣ１，Ｃ２，Ｃ３以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。
【００２２】
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、例えば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）には、第１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Ｙ軸正方向側）には、第２処理ブロックＧ２が設けられる。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Ｘ軸負方向側）には、第３処理ブロックＧ３が設けられる。
【００２３】
第１処理ブロックＧ１には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ２の結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、その後親水化されやすくするように当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。
【００２４】
なお、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が励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、かかる酸素イオンが、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。
【００２５】
第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０と、接合装置４１とが配置される。表面親水化装置４０は、例えば純水によって上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。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上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を回転させながら、当該上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に純水を供給する。これにより、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２上に供給された純水が上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。接合装置４１は、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を接合する。接合装置４１の構成については、後述する。
【００２６】
第３処理ブロックＧ３には、図２に示すように、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのトランジション（ＴＲＳ）装置５０，５１が下から順に２段に設けられる。
【００２７】
また、図１に示すように、第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所定の装置に上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。
【００２８】
また、図１に示すように、接合システム１は、制御装置３００を備える。制御装置３００は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置３００は、例えばコンピュータであり、図示しない制御部および記憶部を備える。記憶部には、接合処理等の各種処理を制御するプログラムが格納される。制御部は記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって接合システム１の動作を制御する。
【００２９】
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置３００の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、例えばハードディスク（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ィスク（ＭＯ）、メモリカード等がある。
【００３０】
＜２．表面改質装置の構成＞
次に、上述した表面改質装置３０の構成について図４Ａ〜図５Ｄを参照して説明する。図４Ａは、表面改質装置３０の構成を示す模式断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示すＭ１部の拡大図である。
【００３１】
また、図５Ａは、下部電極８０の模式平面図である。また、図５Ｂは、上部電極１１０の第１バッフル板１２４ａの模式平面図である。また、図５Ｃは、上部電極１１０の第２バッフル板１２４ｂの模式平面図であり、図５Ｄは、同模式底面図である。
【００３２】
図４Ａに示すように、表面改質装置３０は、内部を密閉可能な処理容器７０と、処理容器７０の上方に設けられるグランドボックス７５とを有する。処理容器７０の搬送領域６０（図１参照）側の側面には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられる。
【００３３】
処理容器７０の内部には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を載置させるための下部電極８０が設けられる。下部電極８０は、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成される。下部電極８０の下方には、例えばモータ等を備えた駆動部８１が設けられる。駆動部８１は、下部電極８０を昇降させる。
【００３４】
下部電極８０の内部には、熱媒循環流路８２が設けられる。熱媒循環流路８２には、温調手段（図示せず）により適当な温度に温度調節された熱媒が熱媒導入管８３を介して導入される。熱媒導入管８３から導入された熱媒は熱媒循環流路８２内を循環し、これによって、下部電極８０が所望の温度に調節される。そして、下部電極８０の熱が、下部電極８０の上面に載置された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に伝達されて、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２が所望の温度に調節される。
【００３５】
なお、下部電極８０の温度を調節する温度調節機構は、熱媒循環流路８２に限定されず、冷却ジャケット、ヒータ等、その他の機構を用いることもできる。
【００３６】
下部電極８０の上部には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を静電吸着する静電チャック９０が設けられる。静電チャック９０は、例えばポリイミド樹脂等の高分子絶縁材料からなる２枚のフィルム９１、９２の間に、例えば銅箔等の導電膜９３を配置した構造を有する。導電膜９３は、配線９４、コイル等のフィルタ９５を介して高圧電源９６に接続される。プラズマ処理時には、高圧電源９６から、任意の直流電圧に設定された高電圧が、フィルタ９５で高周波をカットされて、導電膜９３に印加される。こうして導電膜９３に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面（静電チャック９０の上面）に上ウェハＷ１または下ウェハＷ２が静電吸着される。
【００３７】
下部電極８０の上面には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の裏面に向けて伝熱ガスを供給する複数の伝熱ガス供給穴１００が設けられる。図５Ａに示すように、複数の伝熱ガス供給穴１００は、下部電極８０の上面において複数の同心円状に均一に配置されている。
【００３８】
各伝熱ガス供給穴１００には、図４Ａに示すように伝熱ガス供給管１０１が接続される。伝熱ガス供給管１０１は、ガス供給源（図示せず）に連通し、当該ガス供給源よりヘリウム等の伝熱ガスが、下部電極８０の上面と上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の非接合面Ｗ１ｎ，Ｗ２ｎとの間に形成される微小空間に供給される。これにより、下部電極８０の上面から上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に効率よく熱が伝達される。
【００３９】
なお、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２に十分効率よく熱が伝達される場合には、伝熱ガス供給穴１００と伝熱ガス供給管１０１を省略してもよい。
【００４０】
下部電極８０の上面の周囲には、下部電極８０の上面に載置された上ウェハＷ１または下ウェハＷ２の外周を囲むように、環状のフォーカスリング１０２が配置される。フォーカスリング１０２は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性または導電性の材料からなり、反応性イオンを、内側の上ウェハＷ１または下ウェハＷ２にだけ効果的に入射せしめるように作用する。
【００４１】
下部電極８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた排気リング１０３が配置される。この排気リング１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。
【００４２】
下部電極８０の下面には、中空に成形された導体よりなる給電棒１０４が接続される。給電棒１０４には、例えばブロッキングコンデンサ等から成る整合器１０５を介して、第１の高周波電源１０６が接続される。プラズマ処理時には、第１の高周波電源１０６から、例えば４００ｋＨｚの高周波電圧が、下部電極８０に印加される。
【００４３】
処理容器７０の下方には、吸気口１３０が形成される。吸気口１３０には、処理容器７０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１３１に連通する吸気管１３２が接続される。
【００４４】
なお、下部電極８０の下方には、上ウェハＷ１または下ウェハＷ２を下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられる。昇降ピンは、下部電極８０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部電極８０の上面から突出可能に構成される。
【００４５】
下部電極８０の上方には、上部電極１１０が設けられる。上部電極１１０は、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成され、下面側はシリコン等の半導体材料で構成される。この点については後述する下側第２バッフル板１２４ｂｂの説明でも触れる。
【００４６】
下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面は、互いに平行に、所定の間隔をあけて対向して配置される。下部電極８０の上面と上部電極１１０の下面の間隔は、駆動部８１により調節される。
【００４７】
また、上部電極１１０の周囲には、上部電極１１０の外周を囲むように、２段の環状部材１２７，１２８が配置される。環状部材１２７，１２８は、例えばセラミック等の絶縁性材料からなり、処理容器７０とグランドボックス７５とを隔離する。
【００４８】
上部電極１１０には、例えばブロッキングコンデンサ等から成る整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２が接続される。接続の接点は、図４Ａに示すように、例えば上部電極１１０の中心軸を中心とする仮想円の円周上に等間隔で複数設けられてよい。
【００４９】
プラズマ処理時には、第２の高周波電源１１２から、例えば４０ｋＨｚの高周波電圧が上部電極１１０に印加される。このように、第１の高周波電源１０６と第２の高周波電源１１２から下部電極８０と上部電極１１０に高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが生成される。
【００５０】
なお、グランドボックス７５は、図４Ａに示すように、所定の高さｈを確保した相当量の内部空間を有する。このように上部電極１１０の上方に相当量の空間を有することにより、プラズマ処理時の異常放電を抑えるのに資することができる。また、部品交換等の際のメンテナンス性を高める効果を得ることもできる。
【００５１】
また、グランドボックス７５の天井部には通気孔７５ａが、側壁部には通気孔７５ｂが、それぞれ形成される。通気孔７５ａ，７５ｂは、例えばダウンフロー等からドライエアを取り入れ、グランドボックス７５の内部空間を乾燥状態に保つ。これにより、プラズマが生成される際の放電安定性を得るのに資することができる。
【００５２】
なお、静電チャック９０の導電膜９３に高電圧を印加する高圧電源９６、下部電極８０に高周波電圧を印加する第１の高周波電源１０６、上部電極１１０に高周波電圧を印加する第２の高周波電源１１２は、制御装置３００によって制御される。
【００５３】
また、グランドボックス７５内の上部電極１１０の上面側には、温度センサ１４０が設けられる。制御装置３００は、かかる温度センサ１４０の検出結果に基づき、上部電極１１０の熱膨張等を監視することができる。なお、温度センサ１４０は、例えば非接触式の赤外線センサ等で構成される。
【００５４】
上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成される。中空部１２０には、グランドボックス７５の内部空間の中央部を高さｈ方向に貫いてガス供給管１２１が接続される。ガス供給管１２１は、ウェハＷの略中心の上方に供給口が位置付くように配置され、内部に処理ガスを貯留するガス供給源１２２に連通している。また、ガス供給管１２１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１２３が設けられる。これらガス供給管１２１、ガス供給源１２２および供給機器群１２３は、ガス供給機構を構成する。
【００５５】
そして、ガス供給源１２２から供給された処理ガスは、供給機器群１２３で流量制御され、ガス供給管１２１を介して、上部電極１１０の中空部１２０に導入される。なお、処理ガスには、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が用いられる。
【００５６】
中空部１２０の内部には、処理ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２４が設けられる。バッフル板１２４には、処理ガスを拡散させる小孔である拡散孔（以下、「バッフル孔」と言う）が多数設けられる。かかるバッフル孔は、上部電極１１０の下面側ではガス噴出孔１２５として処理ガスを噴出させ、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスを拡散させる。
【００５７】
より具体的に上部電極１１０の内部構造について説明する。図４Ｂに示すように、上部電極１１０は、バッフル板１２４を備える。バッフル板１２４は、上方から順に、第１バッフル板１２４ａと、第２バッフル板１２４ｂとからなる。第２バッフル板１２４ｂはさらに、上側第２バッフル板１２４ｂａと、下側第２バッフル板１２４ｂｂとからなる。
【００５８】
中空部１２０は、第１バッフル板１２４ａと、第２バッフル板１２４ｂとによって、第１室１２０ａと第２室１２０ｂとに区画される。このとき、第１室１２０ａの高さｉ１と、第２室１２０ｂの高さｉ２とが略均等となるように区画されることが好ましい。
【００５９】
また、第１バッフル板１２４ａは、上面から下面に貫通する複数のバッフル孔１２６を有する。図５Ｂに示すように、複数のバッフル孔１２６は、第１バッフル板１２４ａにおける仮想的な同心円の各円周上で等間隔となるように配置される。
【００６０】
ここで、バッフル孔１２６は、同心円ごとで径および個数を異ならせて配置することができる。例えば図５Ｂに示すように、外側の同心円の円周上には、内側に対し相対的に径が大きい８個のバッフル孔１２６ａを、内側の同心円の円周上には、外側に対し相対的に径が小さい４個のバッフル孔１２６ｂを、それぞれ配置することができる。
【００６１】
このように、内側のバッフル孔１２６ｂよりも外側のバッフル孔１２６ａの径を相対的に大きく、また個数も多くすることによって、ガス供給管１２１により第１室１２０ａの中央部へ供給される処理ガスを、かかる中央部より離れた位置でも拡散しやすくすることができる。
【００６２】
すなわち、このような第１バッフル板１２４ａを用いることにより、ガス供給管１２１により第１室１２０ａへ供給された処理ガスを、第１室１２０ａから第２室１２０ｂへ粗くはあるが略均一に拡散（以下、便宜的に「粗拡散」と言う）させるのに資することができる。
【００６３】
なお、具体的な寸法の一例として、ウェハＷの径が３００ｍｍ前後の場合、例えばバッフル孔１２６ａの径は８〜１０ｍｍに、バッフル孔１２６ｂの径は６〜８ｍｍに、それぞれすることができる。また、ここでは仮想的な同心円を２つとして説明したが、無論その個数を限定するものではない。
【００６４】
図４Ｂの説明に戻り、次に第２バッフル板１２４ｂについて説明する。既に述べたように、第２バッフル板１２４ｂは、上側第２バッフル板１２４ｂａと、下側第２バッフル板１２４ｂｂとからなる。下側第２バッフル板１２４ｂｂは、例えばシリコン等の半導体材料で構成される。これにより、プラズマ処理におけるプラズマの影響により、仮に下側第２バッフル板１２４ｂｂの下面が削られても、下方のウェハＷへ与える影響を少なくすることができる。
【００６５】
また、第２バッフル板１２４ｂは、上面から下面に貫通する多数のガス噴出孔１２５を有する。すなわち、図５Ｃおよび図５Ｄに示すように、ガス噴出孔１２５は、上側第２バッフル板１２４ｂａ側から下側第２バッフル板１２４ｂｂ側に貫通させて多数設けられる。
【００６６】
具体的な一例として、ウェハＷの径が３００ｍｍ前後の場合、ガス噴出孔１２５はその径を例えば０．５ｍｍ程度として、２００個前後設けられる。すなわち、ガス噴出孔１２５の径寸法は、第１バッフル板１２４ａのバッフル孔１２６の径寸法の少なくとも１０分の１以下となるように設けられる。
【００６７】
また、その配列は図５Ｄに示すように、第２バッフル板１２４ｂにおける仮想的な格子状の平行直線の各直線上で等間隔となり、かつ、隣り合う直線同士では互い違いとなるように設けられる。また、その配列の範囲は、ウェハＷの面積と略同等かそれより大きいことが好ましい。
【００６８】
このように、バッフル孔１２６に比して小径のガス噴出孔１２５を、ウェハＷの面積と略同等かそれより大きい範囲に均一となるように多数配置することによって、第１バッフル板１２４ａにより第１室１２０ａから第２室１２０ｂへ粗拡散された処理ガスを、さらにきめ細かく均一にウェハＷの全面に亘るように第２室１２０ｂから処理容器７０の内部に噴出させることができる。
【００６９】
また、図４Ｂに示すように、ガス噴出孔１２５は、その深さＤｂが、バッフル孔１２６の深さＤａよりも大きくなるように設けられる。すなわち、ガス噴出孔１２５は、径方向においてはバッフル孔１２６よりも小さく、軸方向においてはバッフル孔１２６よりも大きくなるように設けられ、その個数もバッフル孔１２６より大きくなるように設けられる。
【００７０】
これにより、ガス供給管１２１から第１室１２０ａへ供給される処理ガスを、第１室１２０ａから第２室１２０ｂ、第２室１２０ｂから処理容器７０の内部へと至るに連れて粗から密に、段階的に均一となるように拡散させることができる。また、ガス噴出孔１２５が軸方向に大きいことで、処理ガスをガス噴出孔１２５から均一な密度で噴出させることができる。
【００７１】
したがって、本実施形態に係る接合システム１によれば、上述した構成の上部電極１１０を用いることで処理ガスをより均一に拡散させることができるので、品質高くプラズマ処理を行うことが可能となる。また、かかるプラズマ処理に基づいて表面親水化処理および接合処理を行うことで、基板の接合品質を向上させることができる。
【００７２】
＜３．接合装置の構成＞
次に、接合装置４１の構成について図６〜図１３を参照して説明する。図６は、接合装置４１の構成を示す模式平面図であり、図７は、同模式側面図である。また、図８は、位置調節機構２１０の構成を示す模式側面図である。また、図９は、反転機構２２０の構成を示す模式平面図であり、図１０および図１１は、同模式側面図（その１）および（その２）である。また、図１２は、保持アーム２２１および保持部材２２２の構成を示す模式側面図であり、図１３は、接合装置４１の内部構成を示す模式側面図である。
【００７３】
図６に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１９０を有する。処理容器１９０の搬送領域６０側の側面には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴ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が設けられる。
【００７４】
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の側面に形成される。また、内壁１９３にも、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴの搬入出口１９４が形成される。
【００７５】
搬送領域Ｔ１のＹ軸負方向側には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを一時的に載置するためのトランジション２００が設けられる。トランジション２００は、例えば２段に形成され、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。
【００７６】
搬送領域Ｔ１には、搬送機構２０１が設けられる。搬送機構２０１は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。そして、搬送機構２０１は、搬送領域Ｔ１内、または搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間で上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴを搬送する。
【００７７】
搬送領域Ｔ１のＹ軸正方向側には、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０が設けられる。位置調節機構２１０は、図８に示すように基台２１１と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を吸着保持して回転させる保持部２１２と、上ウェハＷ１および下ウェハＷ２のノッチ部の位置を検出する検出部２１３とを有する。
【００７８】
かかる位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持された上ウェハＷ１および下ウェハＷ２を回転させながら検出部２１３で上ウェハＷ１および下ウェハＷ２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上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の水平方向の向きを調節する。
【００７９】
また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ１の表裏面を反転させる反転機構２２０が設けられる。反転機構２２０は、図９〜図１２に示すように上ウェハＷ１を保持する保持アーム２２１を有する。
【００８０】
保持アーム２２１は、水平方向に延在する。また保持アーム２２１には、上ウェハＷ１を保持する保持部材２２２が例えば４箇所に設けられる。保持部材２２２は、図１２に示すように保持アーム２２１に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材２２２の側面には、上ウェハＷ１の外周部を保持するための切り欠き２２３が形成される。これら保持部材２２２は、上ウェハＷ１を挟み込んで保持することができる。
【００８１】
保持アーム２２１は、図９〜図１１に示すように、例えばモータ等を備えた第１駆動部２２４に支持される。保持アーム２２１は、この第１駆動部２２４によって、水平軸周りに回動自在である。また保持アーム２２１は、第１駆動部２２４を中心に回動自在であると共に、水平方向に移動自在である。
【００８２】
第１駆動部２２４の下方には、例えばモータ等を備えた第２駆動部２２５が設けられる。第１駆動部２２４は、この第２駆動部２２５によって、鉛直方向に延在する支持柱２２６に沿って鉛直方向に移動可能である。
【００８３】
このように、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１は、第１駆動部２２４と第２駆動部２２５によって、水平軸周りに回動することができるとともに鉛直方向および水平方向に移動することができる。また、保持部材２２２に保持された上ウェハＷ１は、第１駆動部２２４を中心に回動して、位置調節機構２１０から後述する上チャック２３０との間を移動することができる。
【００８４】
また、図７に示すように、処理領域Ｔ２には、上チャック２３０と下チャック２３１とが設けられる。上チャック２３０は、上ウェハＷ１を上方から吸着保持する。また、下チャック２３１は、上チャック２３０の下方に設けられ、下ウェハＷ２を下方から吸着保持する。
【００８５】
上チャック２３０は、図７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２８０に支持される。支持部材２８０には、下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊを撮像する上部撮像部２８１（図１３参照）が設けられる。上部撮像部２８１は、上チャック２３０に隣接して設けられる。
【００８６】
また、図６、図７および図１３に示すように、下チャック２３１は、当該下チャック２３１の下方に設けられた第１下チャック移動部２９０に支持される。第１下チャック移動部２９０は、後述するように下チャック２３１を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させる。また、第１下チャック移動部２９０は、下チャック２３１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る。
【００８７】
第１下チャック移動部２９０には、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊを撮像する下部撮像部２９１が設けられている。下部撮像部２９１は、下チャック２３１に隣接して設けられる。
【００８８】
また、図６、図７および図１３に示すように、第１下チャック移動部２９０は、当該第１下チャック移動部２９０の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ軸方向）に延伸する一対のレール２９５に取り付けられる。第１下チャック移動部２９０は、レール２９５に沿って移動自在に構成される。
【００８９】
一対のレール２９５は、第２下チャック移動部２９６に設けられる。第２下チャック移動部２９６は、当該第２下チャック移動部２９６の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する一対のレール２９７に取り付けられる。そして、第２下チャック移動部２９６は、レール２９７に沿って移動自在に、すなわち下チャック２３１を水平方向（Ｘ軸方向）に移動させるように構成される。なお、一対のレール２９７は、処理容器１９０の底面に設けられた載置台２９８上に設けられる。
【００９０】
次に、上チャック２３０と下チャック２３１の構成について図１４〜図１６を参照して説明する。図１４は、上チャック２３０および下チャック２３１の構成を示す模式側面図である。また、図１５は、上チャック２３０を下方から見た場合の模式平面図であり、図１６は、下チャック２３１を上方から見た場合の模式平面図である。
【００９１】
図１４に示すように、上チャック２３０は、複数、例えば３つの領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃに区画される。これら領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃは、図１５に示すように、上チャック２３０の中心部から周縁部（外周部）に向けてこの順で設けられる。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する。
【００９２】
各領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃには、図１４に示すように上ウェハＷ１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る。このように、上チャック２３０は、各領域２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ毎に上ウェハＷ１の真空引きを設定可能に構成されている。
【００９３】
上チャック２３０の中心部には、当該上チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４３が形成される。この上チャック２３０の中心部は、当該上チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａに対応している。そして、貫通孔２４３には、基板押圧機構２５０の押圧ピン２５３が挿通するようになっている。押圧ピン２５３は、押圧部材の一例である。
【００９４】
基板押圧機構２５０は、上チャック２３０の上面に設けられ、押圧ピン２５３によって上ウェハＷ１の中心部を押圧する。押圧ピン２５３は、シリンダ部２５１およびアクチュエータ部２５２によって鉛直軸沿いに直動可能に設けられ、先端部において対向する基板（本実施形態では上ウェハＷ１）をかかる先端部で押圧する。具体的には、押圧ピン２５３は、後述する上ウェハＷ１および下ウェハＷ２の接合時に、まず上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａと下ウェハＷ２の中心部Ｗ２ａとを当接させるスタータとなる。
【００９５】
下チャック２３１は、図１６に示すように、複数、例えば２つの領域２３１ａ，２３１ｂに区画される。これら領域２３１ａ，２３１ｂは、下チャック２３１の中心部から周縁部に向けてこの順で設けられる。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する。
【００９６】
各領域２３１ａ，２３１ｂには、図１４に示すように下ウェハＷ２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る。このように、下チャック２３１は、各領域２３１ａ，２３１ｂ毎に下ウェハＷ２の真空引きを設定可能に構成されている。
【００９７】
下チャック２３１の周縁部には、上ウェハＷ１、下ウェハＷ２および重合ウェハＴが当該下チャック２３１から飛び出したり、滑落したりすることを防止するストッパ部材２６３が複数箇所、例えば５箇所に設けられる。
【００９８】
＜４．接合システムの具体的動作＞
次に、以上のように構成された接合システム１の具体的な動作について、図１７〜図１８Ｈを参照して説明する。
【００９９】
図１７は、接合システム１が実行する処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。また、図１８Ａ〜図１８Ｈは、接合装置４１の動作説明図（その１）〜（その８）である。なお、図１７に示す各種の処理は、制御装置３００による制御に基づいて実行される。
【０１００】
まず、複数枚の上ウェハＷ１を収容したカセットＣ１、複数枚の下ウェハＷ２を収容したカセットＣ２、および空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の上ウェハＷ１が取り出され、処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。
【０１０１】
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第１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Ｗ１は、搬送装置６１から下部電極８０の上面に受け渡され載置される。その後、搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ７２が閉じられる。
【０１０２】
その後、真空ポンプ１３１を作動させ、吸気口１３０を介して処理容器７０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、上ウェハＷ１を処理中、処理容器７０内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
【０１０３】
また、高圧電源９６から静電チャック９０の導電膜９３に、例えば２５００Ｖの直流電圧に設定された高電圧が印加される。こうして静電チャック９０に印加された高電圧により発生されたクーロン力によって、下部電極８０の上面に上ウェハＷ１が静電吸着させられる。また、下部電極８０に静電吸着された上ウェハＷ１は、熱媒循環流路８２の熱媒によって所定の温度、例えば２５℃〜３０℃に維持される。
【０１０４】
その後、ガス供給源１２２から供給された処理ガスが、上部電極１１０の下面のガス噴出孔１２５から、処理容器７０の内部に均一に供給される。そして、第１の高周波電源１０６から下部電極８０に、例えば４００ｋＨｚの高周波電圧が印加され、第２の高周波電源１１２から上部電極１１０に、例えば４０ｋＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、上部電極１１０と下部電極８０との間に電界が形成され、この電界によって処理容器７０の内部に供給された処理ガスがプラズマ化される。
【０１０５】
この処理ガスのプラズマ（以下、「処理用プラズマ」という場合がある。）によって、下部電極８０上の上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊがその後親水化されやすくなるようにＳｉＯ２の結合が切断されて改質されると共に、当該接合面Ｗ１ｊ上の有機物が除去される。このとき、主として処理用プラズマ中の酸素ガスのプラズマが接合面Ｗ１ｊ上の有機物の除去に寄与する。さらに、酸素ガスのプラズマは、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの酸化、すなわち親水化を促進させることもできる。また、処理用プラズマ中のアルゴンガスのプラズマはある程度の高エネルギーを有しており、このアルゴンガスのプラズマによって接合面Ｗ１ｊ上の有機物が積極的（物理的）に除去される。さらに、アルゴンガスのプラズマは、処理容器７０内の雰囲気中に含まれる残留水分を除去するという効果もある。こうして処理用プラズマによって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが改質される（ステップＳ１０１）。
【０１０６】
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２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Ｗ１を回転させながら、当該上ウェハＷ１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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊ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Ｗ１の接合面Ｗ１ｊに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ１ｊが親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが洗浄される（ステップＳ１０２）。
【０１０７】
次に、上ウェハＷ１は、搬送装置６１によって第２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Ｗ１は、トランジション２００を介して搬送機構２０１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Ｗ１の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。
【０１０８】
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Ｗ１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Ｗ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。
【０１０９】
その後、反転機構２２０の保持アーム２２１が、第１駆動部２２４を中心に回動して上チャック２３０の下方に移動する。そして、反転機構２２０から上チャック２３０に上ウェハＷ１が受け渡される。上ウェハＷ１は、上チャック２３０にその非接合面Ｗ１ｎが吸着保持される（ステップＳ１０５）。
【０１１０】
このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷ１を真空引きしている。上ウェハＷ１は、後述する下ウェハＷ２が接合装置４１に搬送されるまで上チャック２３０で待機する。
【０１１１】
上ウェハＷ１に上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が行われている間、下ウェハＷ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の下ウェハＷ２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。
【０１１２】
次に、下ウェハＷ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの改質は、上述したステップＳ１０１と同様である。
【０１１３】
その後、下ウェハＷ２は、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Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面Ｗ２ｊが洗浄される（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０７における下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの親水化および洗浄は、上述したステップＳ１０２と同様である。
【０１１４】
その後、下ウェハＷ２は、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Ｗ２は、トランジション２００を介して搬送機構２０１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Ｗ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。
【０１１５】
その後、下ウェハＷ２は、搬送機構２０１によって下チャック２３１に搬送され、下チャック２３１に吸着保持される（ステップＳ１０９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷ２を真空引きしている。そして、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが上方を向くように、当該下ウェハＷ２の非接合面Ｗ２ｎが下チャック２３１に吸着保持される。
【０１１６】
次に、上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。
【０１１７】
なお、位置調節に先立っては、図１８Ａに示すように、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊには予め定められた複数、例えば３点の基準点Ａ１〜Ａ３が設定され、同様に下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊには予め定められた複数、例えば３点の基準点Ｂ１〜Ｂ３が設定される。これら基準点Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３としては、例えば上ウェハＷ１および下ウェハＷ２上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。なお、基準点の数は任意に設定可能である。
【０１１８】
まず、図１８Ａに示すように、上部撮像部２８１および下部撮像部２９１の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部２９１が上部撮像部２８１の略下方に位置するように、第１下チャック移動部２９０と第２下チャック移動部２９６によって下チャック２３１を水平方向に移動させる。そして、上部撮像部２８１と下部撮像部２９１とで共通のターゲットＸを確認し、上部撮像部２８１と下部撮像部２９１の水平方向位置が一致するように、下部撮像部２９１の水平方向位置が微調節される。
【０１１９】
次に、図１８Ｂに示すように、第１下チャック移動部２９０によって下チャック２３１を鉛直上方に移動させた後、上チャック２３０と下チャック２３１の水平方向位置の調節を行う。
【０１２０】
具体的には、第１下チャック移動部２９０と第２下チャック移動部２９６によって下チャック２３１を水平方向に移動させながら、上部撮像部２８１を用いて下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊの基準点Ｂ１〜Ｂ３を順次撮像する。同時に、下チャック２３１を水平方向に移動させながら、下部撮像部２９１を用いて上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊの基準点Ａ１〜Ａ３を順次撮像する。なお、図１８Ｂは上部撮像部２８１によって下ウェハＷ２の基準点Ｂ１を撮像するとともに、下部撮像部２９１によって上ウェハＷ１の基準点Ａ１を撮像する様子を示している。
【０１２１】
撮像された画像データは、制御装置３００に出力される。制御装置３００では、上部撮像部２８１で撮像された画像データと下部撮像部２９１で撮像された画像データとに基づいて、上ウェハＷ１の基準点Ａ１〜Ａ３と下ウェハＷ２の基準点Ｂ１〜Ｂ３とがそれぞれ合致するように、第１下チャック移動部２９０と第２下チャック移動部２９６によって下チャック２３１の水平方向位置を調節させる。こうして上チャック２３０と下チャック２３１の水平方向位置が調節され、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の水平方向位置が調節される。
【０１２２】
次に、図１８Ｃに示すように、第１下チャック移動部２９０によって下チャック２３１を鉛直上方に移動させて、上チャック２３０と下チャック２３１の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック２３０に保持された上ウェハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウェハＷ２との鉛直方向位置の調節を行う（ステップＳ１１１）。このとき、下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊと上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊとの間の間隔は所定の距離、例えば８０μｍ〜２００μｍになっている。
【０１２３】
図１８Ｄは、上述したステップＳ１１１までの処理が終わった後の上チャック２３０、上ウェハＷ１、下チャック２３１および下ウェハＷ２の様子を示している。図１８Ｄに示すように、上ウェハＷ１は、上チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて真空引きされて保持され、下ウェハＷ２も下チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて真空引きされて保持されている。
【０１２４】
次に、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２の接合処理が行われる。具体的には、真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１８Ｅに示すように、領域２３０ａにおける吸引管２４０ａからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。このとき、領域２３０ｂ，２３０ｃでは、上ウェハＷ１が真空引きされて吸着保持されている。その後、基板押圧機構２５０の押圧ピン２５３を下降させることによって、上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａを押圧しながら当該上ウェハＷ１を下降させる。このとき、押圧ピン２５３には、上ウェハＷ１がない状態で当該押圧ピン２５３が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。このように、基板押圧機構２５０の押圧ピン２５３によって、上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａと下ウェハＷ２の中心部Ｗ２ａを当接させて押圧する（ステップＳ１１２）。
【０１２５】
そうすると、押圧された上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａと下ウェハＷ２の中心部Ｗ２ａとの間で接合が開始する（図１８Ｅ中の太線部）。すなわち、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０１，Ｓ１０６において改質されているため、まず、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が接合される。さらに、上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊはそれぞれステップＳ１０２，Ｓ１０７において親水化されているため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間の親水基が水素結合し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。
【０１２６】
その後、図１８Ｆに示すように、押圧ピン２５３によって上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａと下ウェハＷ２の中心部Ｗ２ａを押圧した状態で、真空ポンプ２４１ｂの作動を停止して、領域２３０ｂにおける吸引管２４０ｂからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。
【０１２７】
そうすると、領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に落下する。さらにその後、真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、領域２３０ｃにおける吸引管２４０ｃからの上ウェハＷ１の真空引きを停止する。このように上ウェハＷ１の中心部Ｗ１ａから周縁部Ｗ１ｂに向けて、上ウェハＷ１の真空引きを段階的に停止し、上ウェハＷ１が下ウェハＷ２上に段階的に落下して当接する。そして、上述した接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間のファンデルワールス力と水素結合による接合が中心部Ｗ１ａから周縁部Ｗ１ｂに向けて順次拡がる。
【０１２８】
こうして、図１８Ｇに示すように上ウェハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウェハＷ２の接合面Ｗ２ｊが全面で当接し、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２が接合される（ステップＳ１１３）。
【０１２９】
その後、図１８Ｈに示すように、押圧ピン２５３を上チャック２３０まで上昇させる。また、下チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷ２の真空引きを停止して、下チャック２３１による下ウェハＷ２の吸着保持を解除する。これにより、接合装置４１での接合処理が終了する。
【０１３０】
上述してきたように、本実施形態に係る接合システム１は、ウェハＷ（「基板」の一例に相当）同士を分子間力によって接合する接合システムであって、表面改質装置３０と、表面親水化装置４０と、接合装置４１とを備える。
【０１３１】
表面改質装置３０は、ウェハＷの接合される表面を処理ガスのプラズマによって改質する。表面親水化装置４０は、表面改質装置３０によって改質されたウェハＷの表面を親水化する。接合装置４１は、表面親水化装置４０によって親水化されたウェハＷ同士を接合する。
【０１３２】
また、表面改質装置３０は、下部電極８０と、上部電極１１０と、ガス供給管１２１とを備える。下部電極８０は、内部を密閉可能な処理容器７０内に配置され、ウェハＷが載置される。上部電極１１０は、下部電極８０に対向して配置される。ガス供給管１２１は、下部電極８０に載置されたウェハＷの略中心の上方に供給口が位置付くように配置される。
【０１３３】
また、上部電極１１０は、第１バッフル板１２４ａ（「第１拡散板」の一例に相当）と、第２バッフル板１２４ｂ（「第２拡散板」の一例に相当）とを有する。第１バッフル板１２４ａは、ガス供給管１２１から供給される処理ガスを下方へ拡散させるバッフル孔１２６（「第１拡散孔」の一例に相当）が設けられる。
【０１３４】
第２バッフル板１２４ｂは、軸方向においてバッフル孔１２６よりも大きいガス噴出孔１２５（「第２拡散孔」の一例に相当）が設けられて第１バッフル板１２４ａの下段に配置され、バッフル孔１２６により拡散された処理ガスをガス噴出孔１２５によって処理容器７０内へ拡散させる。
【０１３５】
したがって、本実施形態に係る接合システム１によれば、処理ガスをより均一に処理容器７０内に拡散させることで基板を品質高くプラズマ処理し、これに基づいて接合品質を向上させることができる。
【０１３６】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３７】
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
７５  グランドボックス
７５ａ，７５ｂ  通気孔
８０  下部電極
１１０  上部電極
１２１  ガス供給管
１２４  バッフル板
１２４ａ  第１バッフル板
１２４ｂ  第２バッフル板
１２４ｂａ  上側第２バッフル板
１２４ｂｂ  下側第２バッフル板
１２５  ガス噴出孔
１２６，１２６ａ，１２６ｂ  バッフル孔
１２７，１２８  環状部材
１４０  温度センサ
３００  制御装置
Ｗ  ウェハ
Ｗ１  上ウェハ
Ｗ２  下ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１８Ｈ】
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