JP2018093018A - 接合装置、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 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行う。【解決手段】上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合する接合装置は、下面に上ウェハＷＵを真空引きして吸着保持する上チャック１４０と、上チャック１４０の下方に設けられ、上面に下ウェハＷＬを真空引きして吸着保持する下チャック１４１と、上チャック１４０に設けられ、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材１９０と、上チャック１４０に設けられ、上チャック１４０からの上ウェハＷＵの離脱を検出する複数のセンサ１７５と、を有する。【選択図】図６

Description

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。

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。

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、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化した後、接合装置においてウェハ同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。

上記接合装置は、下面に一のウェハ（以下、「上ウェハ」という。）を保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に他のウェハ（以下、「下ウェハ」という。）を保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動部材と、を有している。かかる接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させ、当該中心部同士が接合して接合領域が形成される。その後、ウェハの中心部から外周部に向けて、接合領域が拡大していく、いわゆるボンディングウェーブが発生する。そして、上ウェハと下ウェハが接合される。

特開２０１６−０３９３６４号公報

接合後の重合ウェハの歪みを抑えるためには、ボンディングウェーブが、ウェハの中心部から外周部に向けて均等にすなわち同心円状に拡大していくことが好ましい。しかしながら、上述した特許文献１に記載された接合装置では、ボンディングウェーブをモニタリングすることは行われておらず、ボンディングウェーブが不均一に拡大しても把握することはできない。したがって、従来のウェハの接合処理には改善の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、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、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第１の保持部に設けられ、当該第１の保持部からの第１の基板の離脱を検出する複数の基板検出部と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、基板検出部によって、第１の保持部に保持された第１の基板が、当該第１の保持部から離脱するのを検出することができる。この第１の基板の離脱が生じると、第１の基板は第２の基板に落下して当接し、第１の基板と第２の基板が分子間力によって接合する。したがって、第１の基板の離脱を検出することにより、ボンディングウェーブを把握することができ、ウェハの接合処理の状態を検査することができる。そして、例えばボンディングウェーブが均一である場合（接合処理の状態が正常である場合）、そのままの処理条件で接合処理を継続すれば良い。一方、例えばボンディングウェーブが不均一である場合（接合処理の状態が異常である場合）、処理条件を補正して接合処理を行えば良い。したがって、本発明によれば、基板の接合処理を適切に行うことができる。

前記接合装置において、前記基板検出部は、第１の基板に光を反射させ、反射光の受光量を測定してもよい。また、前記基板検出部は、第１の基板との間の静電容量を測定してもよい。さらに、前記基板検出部は、前記第１の保持部と第１の基板との距離を測定してもよい。

前記接合装置において、前記基板検出部は、前記第１の保持部と同心円周上に設けられていてもよい。また、前記基板検出部は、複数の円周上に設けられていてもよい。

前記第１の保持部は、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を有し、前記接合装置は、前記基板検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御する制御部をさらに有していてもよい。

前記接合装置において、前記制御部は、一の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングと、他の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングとの時間差を算出し、当該時間差が所定の閾値内になるように前記吸引部を制御してもよい。

前記接合装置は、前記押動部材の変位を測定する変位計をさらに有していてもよい。

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。

また別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記接合工程において、前記第１の基板に設けられた複数の基板検出部によって、当該第１の保持部からの第１の基板の離脱を検出し、接合処理の状態を検査することを特徴としている。

前記接合方法において、前記基板検出部は、第１の基板に光を反射させ、反射光の受光量を測定してもよい。また、前記基板検出部は、第１の基板との間の静電容量を測定してもよい。さらに、前記基板検出部は、前記第１の保持部と第１の基板との距離を測定してもよい。

前記接合方法において、前記第１の保持部は、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を有し、前記基板検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御してもよい。

前記接合方法において、一の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングと、他の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングとの時間差を算出し、当該時間差が所定の閾値内になるように前記吸引部を制御してもよい。

前記接合工程において、変位計によって前記押動部材の変位をさらに測定し、前記変位計による測定結果と前記基板検出部による検出結果に基づいて、接合処理の状態を検査してもよい。

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。

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。

本発明によれば、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行うことができる。

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。 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。 上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 上チャック、上チャック保持部、及び下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 従来におけるウェハ間の接合領域の拡大の様子を示す説明図である。 センサの出力結果の一例を示すグラフである。 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。 上ウェハと下ウェハを対向配置した様子を示す説明図である。 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。 上ウェハと下ウェハの接合を中心部から外周部に拡散させる様子を示す説明図である。 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。 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。 他の実施の形態にかかるセンサの配置を示す上チャックの平面図である。 他の実施の形態にかかるセンサの配置を示す上チャックの平面図である。 他の実施の形態にかかる上チャック、上チャック保持部、及び下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．接合システムの構成＞
先ず、本実施の形態にかかる接合システムの構成について説明する。図１は、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。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ」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Ｗ_Ｌ」という。また、上ウェハＷ_Ｕが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｕ１」といい、当該表面Ｗ_Ｕ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｕ２」という。同様に、下ウェハＷ_Ｌが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｌ１」といい、当該表面Ｗ_Ｌ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｌ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して、重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔを形成する。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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。

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Ｃ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、複数の下ウェハＷ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｔ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Ｃ_Ｔのうち、１つのカセットＣ_Ｔを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣ_Ｔを正常な重合ウェハＷ_Ｔの収容用として用いている。

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Ｃ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

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。

例えば第１の処理ブロックＧ１には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１に照射されて、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１がプラズマ処理され、改質される。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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。なお、接合装置４１の構成については後述する。

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ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１上を拡散し、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１が親水化される。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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。

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。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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。

＜２．接合装置の構成＞
次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。

＜２−１．接合装置の全体構成＞
接合装置４１は、図４及び図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６０側の側面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１０４が形成されている。

搬送領域Ｔ１のＹ方向正方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのいずれか２つを同時に載置することができる。

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、例えば鉛直方向、水平方向（Ｘ方向、Ｙ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

搬送領域Ｔ１のＹ方向負方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部１２２でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌを保持する構造は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック構造やスピンチャック構造など、種々の構造が用いられる。

また、搬送領域Ｔ１には、上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕ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（Ｘ方向）に延伸している。また保持アーム１３１には、上ウェハＷ_Ｕ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。

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（Ｘ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Ｗ_Ｕ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Ｗ_Ｕ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。

処理領域Ｔ２には、上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｕと下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌは対向して配置可能となっている。

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保持部１５０に保持されている。上チャック保持部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、上チャック保持部１５０を介して処理容器１００に固定されて設けられている。

上チャック保持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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。

下チャック１４１は、当該下チャック１４１の下方に設けられた下チャックステージ１６０に支持されている。下チャックステージ１６０には、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１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。

下チャックステージ１６０は、当該下チャックステージ１６０の下方に設けられた第１の下チャック移動部１６２に支持され、さらに第１の下チャック移動部１６２は、支持台１６３に支持されている。第１の下チャック移動部１６２は、後述するように下チャック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。また、第１の下チャック移動部１６２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。

支持台１６３は、当該支持台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、支持台１６３は、第１の下チャック移動部１６２によりレール１６４に沿って移動自在に構成されている。なお、第１の下チャック移動部１６２は、例えばレール１６４に沿って設けられたリニアモータ（図示せず）によって移動する。

一対のレール１６４、１６４は、第２の下チャック移動部１６５に配設されている。第２の下チャック移動部１６５は、当該第２の下チャック移動部１６５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１６６、１６６に取り付けられている。そして、第２の下チャック移動部１６５は、レール１６６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（Ｙ方向）に移動させるように構成されている。第２の下チャック移動部１６５は、例えばレール１６６に沿って設けられたリニアモータ（図示せず）によって移動する。一対のレール１６６、１６６は、処理容器１００の底面に設けられた載置台１６７上に配設されている。

＜２−２．上チャックの構成＞
次に、接合装置４１の上チャック１４０の詳細な構成について説明する。

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、平面視において上ウェハＷ_Ｕの径以上の径を有する本体部１７０を有している。本体部１７０の下面には、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２に接触する複数のピン１７１が設けられている。なお、図７においては、ピン１７１の図示を省略している。

また、本体部１７０の下面には、上ウェハＷ_Ｕを真空引きして吸着する複数の吸引部１７２〜１７４が設けられている。吸引部１７２〜１７４は、それぞれピン１７１と同じ高さを有し、上ウェハＷ_Ｕの裏面Ｗ_Ｕ２に接触する。

第１の吸引部１７２は、平面視において円弧形状を有している。第１の吸引部１７２は、本体部１７０の外周部において、当該本体部１７０と同心円周上に複数、例えば８つ、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。

これら８つの第１の吸引部１７２には、それぞれ第１の吸引管１７２ａを介して、第１の真空ポンプ１７２ｂが接続されている。第１の真空ポンプ１７２ｂによる真空引きによって、８つの第１の吸引部１７２は個別に上ウェハＷ_Ｕを吸着することができる。

第２の吸引部１７３は、第１の吸引部１７２と同様に、平面視において円弧形状を有している。第２の吸引部１７３は、第１の吸引部１７２よりも本体部１７０の内周側において、当該本体部１７０と同心円周上に複数、例えば８つ、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。なお、第１の吸引部１７２の中心部と第２の吸引部１７３の中心部は、本体部１７０の中心線上に配置されている。

これら８つの第２の吸引部１７３には、それぞれ第２の吸引管１７３ａを介して、第２の真空ポンプ１７３ｂが接続されている。第２の真空ポンプ１７３ｂによる真空引きによって、８つの第２の吸引部１７３は個別に上ウェハＷ_Ｕを吸着することができる。

第３の吸引部１７４は、平面視において円環形状を有している。第３の吸引部１７４は、第２の吸引部１７３よりも本体部１７０の内周側において、当該本体部１７０と同心円周上に配置されている。第３の吸引部１７４には、第３の吸引管１７４ａを介して、第３の真空ポンプ１７４ｂが接続されている。第３の真空ポンプ１７４ｂによる真空引きによって、第３の吸引部１７４は上ウェハＷ_Ｕを吸着することができる。

本体部１７０には、当該本体部１７０からの上ウェハＷ_Ｕの離脱を検出する基板検出部としてのセンサ１７５が設けられている。センサ１７５は、第１の吸引部１７２と第２の吸引部１７３の間において、本体部１７０と同心円周上に複数、例えば８つ、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。すなわち、センサ１７５、第１の吸引部１７２の中心部及び第２の吸引部１７３の中心部は、本体部１７０の同一中心線上に配置されている。なお、これらセンサ１７５の種類や配置等の詳細については後述する。

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１７６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Ｗ_Ｕの中心部に対応している。そして貫通孔１７６には、後述する押動部材１９０におけるアクチュエータ部１９１の先端部が挿通するようになっている。

＜２−３．上チャックのセンサの詳細＞
次に、上述したセンサ１７５の詳細、及び当該センサ１７５の検査結果を用いた吸引部１７２〜１７４の制御方法について説明する。

後述するように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合する際には、先ず、上ウェハＷ_Ｕの中心部を押し下げて下ウェハＷ_Ｌの中心部に接触させ、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とが分子間力により接合されることによって両ウェハの中心部に接合領域が形成される。その後、接合領域が両ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの中心部から外周部に向かって拡大するボンディングウェーブが発生して、上ウェハＷ_Ｕ及び下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が全面で接合される。

センサ１７５は、このボンディングウェーブを把握するために、本体部１７０に設けられている。

センサ１７５には、種々のセンサを用いることができる。例えばセンサ１７５には、反射式のファイバセンサを用いてもよい。かかる場合、センサ１７５から上ウェハＷ_Ｕに向けて光を発し、さらにセンサ１７５においてその反射光を受光して受光量を測定する。そして、この反射光の受光量を測定することにより、光軸と上ウェハＷ_Ｕとの直交度を把握することができる。すなわち、反射光量が小さい場合、光軸と上ウェハＷ_Ｕとの直交度が大きく（上ウェハＷ_Ｕの傾きが大きく）、上ウェハＷ_Ｕは上チャック１４０から離脱しているものの、下ウェハＷ_Ｌと当接していない状態を意味している。一方、反射光量が大きい場合、光軸と上ウェハＷ_Ｕとの直交度が小さく（上ウェハＷ_Ｕの傾きが小さく）、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１４０から離脱し、下ウェハＷ_Ｌに当接している状態を意味している。したがって、センサ１７５で反射光量を測定することで、当該センサ１７５における上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの当接状態（換言すれば、上チャック１４０からの上ウェハＷ_Ｕの離脱状態）を検出することができ、ボンディングウェーブを把握することができる。

また、例えばセンサ１７５には、静電容量センサ又は距離測長センサを用いてもよい。静電容量センサを用いる場合、上ウェハＷ_Ｕとの静電容量を測定することで、上チャック１４０と上ウェハＷ_Ｕとの距離を測定することができる。また、距離測長センサを用いる場合、センサ１７５から上ウェハＷ_Ｕにレーザ光を発し、センサ１７５においてその反射光を受光することで、上チャック１４０と上ウェハＷ_Ｕとの距離を測定することができる。このように上チャック１４０と上ウェハＷ_Ｕとの距離を測定することで、当該センサ１７５における上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの当接状態（換言すれば、上チャック１４０からの上ウェハＷ_Ｕの離脱状態）を検出することができ、ボンディングウェーブを把握することができる。

また、例えばセンサ１７５には、流体センサを用いてもよい。かかる場合、本体部１７０には吸着パッド（図示せず）が設けられ、すなわち図６及び図７に示す符号「１７５」の位置には吸着パッドが設けられ、センサ１７５はこの吸着パッドに接続される吸引管（図示せず）に設けられている。なお、吸着パッドは、上ウェハＷ_Ｕを吸着して保持することを目的とするものではなく、ボンディングウェーブに影響しない程度の微小な圧力、例えば−１０ｋＰａ程度で上ウェハＷ_Ｕを真空引きする。そして、センサ１７５は、各吸引管を流れる気体の流量又は圧力を測定する。例えば上チャック１４０から上ウェハＷ_Ｕが離脱した場合、吸引管内の気体の流れが変わり、その気体の流量及び圧力が変化する。センサ１７５は、この吸引管内の気流の変化を測定し、上チャック１４０からの上ウェハＷ_Ｕの離脱（換言すれば、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの当接状態）を検出することができ、ボンディングウェーブを把握することができる。なお、センサ１７５は、第１の吸引部１７２の第１の吸引管１７２ａ及び第２の吸引部１７３の第２の吸引管１７３ａにそれぞれ設けられていてもよい。

かかるセンサ１７５は、上述したように第１の吸引部１７２と第２の吸引部１７３の間において、本体部１７０と同心円周上に周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。次に、このセンサ１７５の配置について説明する。

センサ１７５の配置は、上ウェハＷ_Ｕの物性、例えばヤング率やポアソン比等の異方性に応じて決定される。図８は、従来におけるウェハ間の接合領域の拡大の様子を示す説明図である。本発明者らは、図８に示すように、接合処理を行う際、接合領域Ａが同心円状ではなく、不均一に拡大することを知見した。なお、図８は、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕを下方から見た平面図である。

上ウェハＷ_Ｕは、表面Ｗ_Ｕ1と垂直な方向における結晶方向が［１００］である単結晶シリコンウェハである。上ウェハＷ_Ｕのノッチ部Ｎは、上ウェハＷ_Ｕの［０１１］結晶方向の外縁に形成される。そして、接合領域Ａは、上ウェハＷ_Ｕの中心部から上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ1に対して平行な［０−１１］結晶方向に向かう方向を基準とする９０°周期の方向（図８に示す０°、９０°、１８０°、２７０°の方向であって、以下、９０°方向という場合がある。）と比較し、上ウェハＷ_Ｕの中心部から上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に対して平行な［０１０］結晶方向に向かう方向を基準とする４５°周期の方向（図８に示す４５°、１３５°、２２５°、３１５°の方向、以下、４５°方向という場合がある。）に速く拡大する。この結果、接合開始時（中心部接合時）に円形状であった接合領域Ａの形状は、拡大するにつれて４５°方向を頂点とする四角形に近づいていくこととなる。

本実施の形態では、センサ１７５が本体部１７０と同心円周上に８つ設けられ、すなわち９０°方向と４５°方向に設けられている。したがって、これらセンサ１７５を用いて上チャック１４０からの上ウェハＷ_Ｕの離脱を検出し、図８に示した接合領域Ａを検出することで、ボンディングウェーブを把握することができる。

かかるセンサ１７５の検出結果は、制御部７０に出力される。制御部７０では、センサ１７５の検出結果に基づいて、吸引部１７２〜１７４の動作を制御する。

図９は、センサ１７５の出力結果の一例を示すグラフである。図９の横軸は、接合処理の経過時間を示し、縦軸は、センサ１７５の出力結果、すなわち上チャック１４０に対する上ウェハＷ_Ｕの位置を示している。センサ１７５の出力結果がＰ１（上チャック１４０に対して上ウェハＷ_Ｕが近い）の場合、当該センサ１７５の位置において上ウェハＷ_Ｕは上チャック１４０に当接しており、接合領域Ａが到達していないことを示している。センサ１７５の検出結果がＰ２（上チャック１４０に対して上ウェハＷ_Ｕが遠い）の場合、当該センサ１７５の位置において上ウェハＷ_Ｕは上チャック１４０から離れ、下ウェハＷ_Ｌと当接しており、接合領域Ａが到達したことを示している。

図９（ａ）は、図８に示したように接合領域Ａが不均一、すなわち略四角形状に拡大する場合を示している。上述したように接合領域Ａは、９０°方向と比較して４５°方向において速く拡大する。このため、４５°方向において接合領域Ａが到達するタイミングと、９０°方向において接合領域Ａが到達するタイミングの時間差ΔＴは大きくなる。

そこで、制御部７０では、接合領域Ａの拡大を均一にするため、図９（ｂ）に示すように時間差ΔＴが所定の閾値内に収まるように制御する。ここで、時間差ΔＴと接合後の重合ウェハＷ_Ｔの歪みとの間には相関がある。上記ΔＴの所定の閾値は、この重合ウェハＷ_Ｔの歪みの許容範囲から設定される。

制御部７０における制御は、具体的に４５°方向における第２の吸引部１７３が上ウェハＷ_Ｕを離すタイミングを遅くし、９０°方向における第２の吸引部１７３が上ウェハＷ_Ｕを離すタイミングを早くする。これにより、８つのセンサ１７５の位置において、接合領域Ａが到達するタイミングをほぼ同じにすることができる。したがって、接合領域Ａの拡大を均一にして、ボンディングウェーブを均一（同心円状に近い形状）にすることができる。

なお、本実施の形態では、センサ１７５の検出結果に基づいて第２の吸引部１７３の吸着タイミングを制御する場合について説明したが、さらに第２の吸引部１７３の吸着力を制御してもよい。また、センサ１７５の検出結果に基づいて、他の吸引部１７２、１７４を制御してもよい。

＜２−４．上チャック保持部の構成＞
次に、接合装置４１の上チャック保持部１５０の詳細な構成について説明する。

上チャック保持部１５０は、図５に示すように上チャック１４０の本体部１７０の上面に設けられた上チャックステージ１８０を有している。上チャックステージ１８０は、平面視において少なくとも本体部１７０の上面を覆うように設けられ、且つ本体部１７０に対して例えばネジ止めによって固定されている。上チャックステージ１８０は、処理容器１００の天井面に設けられた複数の支持部材１８１に支持されている。

上チャックステージ１８０の上面には、図６に示すように上ウェハＷ_Ｕの中心部を押圧する押動部材１９０がさらに設けられている。押動部材１９０は、アクチュエータ部１９１とシリンダ部１９２とを有している。

アクチュエータ部１９１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１９１は、上ウェハＷ_Ｕの中心部と当接して当該上ウェハＷ_Ｕ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１９１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１７６を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。

アクチュエータ部１９１は、シリンダ部１９２に支持されている。シリンダ部１９２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１９１を鉛直方向に移動させることができる。

以上のように押動部材１９０は、アクチュエータ部１９１によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部１９２によってアクチュエータ部１９１の移動の制御をしている。そして、押動部材１９０は、後述するウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合時に、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とを当接させて押圧することができる。

＜２−５．下チャックの構成＞
次に、接合装置４１の下チャック１４１の詳細な構成について説明する。

下チャック１４１には、図６に示すように上チャック１４０と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック１４１は、平面視において下ウェハＷ_Ｌの径以上の径を有する本体部２００を有している。本体部２００の上面には、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２に接触する複数のピン２０１が設けられている。また、本体部２００の上面の外周部には、ピン２０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２の外周部を支持する外側リブ２０２が設けられている。外側リブ２０２は、複数のピン２０１の外側に環状に設けられている。

また、本体部２００の上面には、外側リブ２０２の内側において、ピン２０１と同じ高さを有し、下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２を支持する内側リブ２０３が設けられている。内側リブ２０３は、外側リブ２０２と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ２０２の内側の領域２０４（以下、吸引領域２０４という場合がある。）は、内側リブ２０３の内側の第１の吸引領域２０４ａと、内側リブ２０３の外側の第２の吸引領域２０４ｂとに区画されている。

本体部２００の上面には、第１の吸引領域２０４ａにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第１の吸引口２０５ａが形成されている。第１の吸引口２０５ａは、例えば第１の吸引領域２０４ａにおいて１箇所に形成されている。第１の吸引口２０５ａには、本体部２００の内部に設けられた第１の吸引管２０６ａが接続されている。さらに第１の吸引管２０６ａには、第１の真空ポンプ２０７ａが接続されている。

また、本体部２００の上面には、第２の吸引領域２０４ｂにおいて、下ウェハＷ_Ｌを真空引きするための第２の吸引口２０５ｂが形成されている。第２の吸引口２０５ｂは、例えば第２の吸引領域２０４ｂにおいて２箇所に形成されている。第２の吸引口２０５ｂには、本体部２００の内部に設けられた第２の吸引管２０６ｂが接続されている。さらに第２の吸引管２０６ｂには、第２の真空ポンプ２０７ｂが接続されている。

そして、下ウェハＷ_Ｌ、本体部２００及び外側リブ２０２に囲まれて形成された吸引領域２０４ａ、２０４ｂをそれぞれ吸引口２０５ａ、２０５ｂから真空引きし、吸引領域２０４ａ、２０４ｂを減圧する。このとき、吸引領域２０４ａ、２０４ｂの外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハＷ_Ｌは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域２０４ａ、２０４ｂ側に押され、下チャック１４１に下ウェハＷ_Ｌが吸着保持される。また、下チャック１４１は、第１の吸引領域２０４ａと第２の吸引領域２０４ｂ毎に下ウェハＷ_Ｌを真空引き可能に構成されている。

下チャック１４１において、本体部２００の中心部付近には、当該本体部２００を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）が例えば３箇所に形成されている。そして貫通孔には、第１の下チャック移動部１６２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。

本体部２００の外周部には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔ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（図示せず）が設けられている。ガイド部材は、本体部２００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。

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。

＜３．接合処理方法＞
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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理方法について説明する。図１０は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、複数枚の上ウェハＷ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、複数枚の下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔ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Ｃ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕ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。

次に上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に照射されて、当該表面Ｗ_Ｕ１がプラズマ処理される。そして、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が改質される（図１０の工程Ｓ１）。

次に上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕを回転させながら、当該上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１０の工程Ｓ２）。

次に上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕ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Ｗ_Ｕの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ３）。

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Ｗ_Ｕ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Ｗ_Ｕの表裏面が反転される（図１０の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方に向けられる。

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Ｗ_Ｕが受け渡される。上ウェハＷ_Ｕは、上チャック１４０にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ５）。具体的には、真空ポンプ１７２ｂ、１７３ｂ、１７４ｂを作動させ、吸引部１７２、１７３、１７４で上ウェハＷ_Ｕを真空引きし、上ウェハＷ_Ｕが上チャック１４０に吸着保持される。

上ウェハＷ_Ｕ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Ｗ_Ｕに続いて下ウェハＷ_Ｌ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Ｃ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌ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。

次に下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が改質される（図１０の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が親水化される共に当該表面Ｗ_Ｌ１が洗浄される（図１０の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌ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Ｗ_Ｌの水平方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ８）。

その後、下ウェハＷ_Ｌ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Ｗ_Ｌ２が吸着保持される（図１０の工程Ｓ９）。具体的には、真空ポンプ２０７ａ、２０７ｂを作動させ、吸引領域２０４ａ、２０４ｂにおいて吸引口２０５ａ、２０５ｂを介して下ウェハＷ_Ｌを真空引きし、下ウェハＷ_Ｌが下チャック１４１に吸着保持される。

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌ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１６２と第２の下チャック移動部１６５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Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１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Ｗ_Ｕの基準点と下ウェハＷ_Ｌ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１６２と第２の下チャック移動部１６５によって下チャック１４１を移動させる。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの水平方向位置が調節される（図１０の工程Ｓ１０）。

なお、工程Ｓ１０では、上述のように下チャック１４１を水平方向に移動させると共に、第１の下チャック移動部１６２によって下チャック１４１を回転させて、当該下チャック１４１の回転方向位置（下チャック１４１の向き）も調節される。

その後、第１の下チャック移動部１６２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Ｗ_Ｕと下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向位置の調節を行う（図１０の工程Ｓ１１）。なお、下ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間隔は所定の距離、例えば５０μｍ〜２００μｍに調節される。そして、図１１に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが所定の位置に対向配置される。

次に、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕと下チャック１４１に保持された下ウェハＷ_Ｌの接合処理が行われる。

なお、本実施の形態では、上述したようにボンディングウェーブが均一になるように、予め第２の吸引部１７３の吸着タイミングが設定されている場合について説明する。すなわち、例えば前ロットの上ウェハＷ_Ｕに対してセンサ１７５により接合領域Ａの拡大を検出し、その検出結果に基づいて、今回ロットの上ウェハＷ_Ｕに対する、第２の吸引部１７３の吸着タイミングが設定されている。

先ず、図１２に示すように押動部材１９０のシリンダ部１９２によってアクチュエータ部１９１を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部１９１の下降に伴い、上ウェハＷ_Ｕ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１９１には、所定の押圧荷重がかけられる。そして、押動部材１９０によって、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧する（図１０の工程Ｓ１３）。

工程Ｓ１３では、第１の真空ポンプ１７２ｂの動作を停止して、第１の吸引部１７２からの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止すると共に、第２の真空ポンプ１７３ｂ及び第３の真空ポンプ１７４ｂは作動させたままにし、第２の吸引部１７３及び第３の吸引部１７４で上ウェハＷ_Ｕを真空引きする。

上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接させて押圧すると、当該中心部の間で接合が開始する。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。さらに、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１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Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間の親水基が水素結合し（分子間力）、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。このようにして、接合領域Ａが形成される。

その後、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｕとの間では、上ウェハＷ_Ｕ及び下ウェハＷ_Ｕの中心部から外周部に向けて接合領域Ａが拡大していくボンディングウェーブが発生する。

図１３に示すように押動部材１９０によって上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を押圧した状態で第２の真空ポンプ１７３ｂの作動を停止して、第２の吸引部１７３からの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。この際、上述したように８つの第２の吸引部１７３の吸着タイミングを異ならしめる。すなわち、４５°方向における第２の吸引部１７３が上ウェハＷ_Ｕを離すタイミングを遅くし、９０°方向における第２の吸引部１７３が上ウェハＷ_Ｕを離すタイミングを早くする。これにより８つのセンサ１７５の位置において、接合領域Ａが到達するタイミングをほぼ同じにすることができ、ボンディングウェーブを均一にすることができる。

さらに図１４に示すように、第３の真空ポンプ１７４ｂの作動を停止して、第３の吸引部１７４からの上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。そして、上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に順次落下して当接し、上述した表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１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、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が全面で当接し、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１０の工程Ｓ１４）。この際、ボンディングウェーブが均一になっているので、接合された重合ウェハＷ_Ｔの歪み（ディストーション）を抑制することができる。

なお、工程Ｓ１４では、８つのセンサ１７５を用いて接合領域Ａを検出して、ボンディングウェーブをモニタリングし、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの接合状態を検査する。上述したように本実施の形態では、予めボンディングウェーブを均一になるように第２の吸引部１７３の吸着タイミングが設定されているが、種々の外乱によりボンディングウェーブが不均一になる場合がある。かかる場合には、警告を発することで、製品の歩留まりを向上させることができる。また、このようにボンディングウェーブが不均一になる場合、センサ１７５の検出結果に基づいて、後続の上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合する際の、第２の吸引部１７３の吸着タイミングを補正する。

その後、図１５に示すように押動部材１９０のアクチュエータ部１９１を上チャック１４０まで上昇させる。また、真空ポンプ２０７ａ、２０７ｂの作動を停止し、吸引領域２０４における下ウェハＷ_Ｌの真空引きを停止して、下チャック１４１による下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。

上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔ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Ｃ_Ｔに搬送される。こうして、一連のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、センサ１７５によって、上チャック１４０に保持された上ウェハＷ_Ｕが、当該上チャック１４０から離脱するのを検出することができ、ボンディングウェーブを把握することができる。そして、制御部７０では、センサ１７５の検出結果に基づいて、第２の吸引部１７３の吸着タイミングを制御する。これにより、ボンディングウェーブを均一にすることができ、重合ウェハＷ_Ｔの歪みを抑制することができる。

また、本実施の形態の接合システム１は、表面改質装置３０、表面親水化装置４０、及び接合装置４１を備えているので、一のシステム内でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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向上させることができる。

＜４．他の実施の形態＞
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。

以上の実施の形態の上チャック１４０において、センサ１７５は第１の吸引部１７２と第２の吸引部１７３の間において、本体部１７０と同心円周上に周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されていたが、センサ１７５の配置はこれに限定されない。

図１６に示すようにセンサ１７５は、第１の吸引部１７２と第２の吸引部１７３の間に加えて、さらに第２の吸引部１７３よりも本体部１７０の内周側において、本体部１７０と同心円周上に複数、例えば８つ、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されていてもよい。すなわち、２つのセンサ１７５、第１の吸引部１７２の中心部及び第２の吸引部１７３の中心部は、本体部１７０の同一中心線上に配置されている。なお、以下においては、第１の吸引部１７２と第２の吸引部１７３の間のセンサ１７５をセンサ１７５ａといい、第２の吸引部１７３の内周側のセンサ１７５をセンサ１７５ｂという。

かかる場合、センサ１７５ｂの検出結果に基づいて、当該センサ１７５ｂと同一中心線上にある第２の吸引部１７３の吸着タイミングを制御することができる。したがって、第２の吸引部１７３をリアルタイムにフィードフォワード制御することができ、ボンディングウェーブをより確実に均一にすることができる。

なお、センサ１７５ａを省略して、センサ１７５ｂのみを設けてもよい。但し、センサ１７５ａは、本体部１７０の中心部から離れて配置されているため、センサ１７５ｂに比べて接合領域Ａの不均一拡散を顕著に把握することができる。具体的には、例えば上ウェハＷ_Ｕの径が３００ｍｍである場合、センサ１７５ａは、本体部１７０の中心部から径２４０ｍｍより外側に配置されているのが好ましい。

また、図８に示したように、従来における接合領域Ａは略四角形状に拡大する。この接合領域Ａの拡大の対象性を考慮すると、センサ１７５の数を少なくすることも可能である。

例えば図１７（ａ）〜（ｂ）に示すように２つのセンサ１７５を本体部１７０の同一円周上に配置してもよい。すなわち、少なくとも４５°方向と９０°方向にそれぞれ１つのセンサ１７５が配置されていればよい。かかる場合、４５°方向のセンサ１７５を用いて、他の４５°方向の接合領域Ａの拡大を推測することができ、また９０°方向のセンサ１７５を用いて、他の９０°方向の接合領域Ａの拡大を推測することができる。

但し、図７に示したようにセンサ１７５を本体部１７０の円周上の全周に亘って設けた場合、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの間の間隔の大小まで把握することができる。ここで、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは厳密には平行ではなく、微小な距離、例えば数μｍ傾いている場合がある。かかる場合、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの間隔が大きい方が空気が外部に抜けやすいため、接合領域Ａが早く拡大する。このように接合領域Ａの拡大に差があっても、センサ１７５が本体部１７０の全周に設けられていると、ボンディングウェーブを適切に把握することができる。

以上の実施の形態では、センサ１７５を用いて上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの当接状態を検出し、ボンディングウェーブを把握していたが、さらにアクチュエータ部１９１の変位を測定して、ボンディングウェーブを把握してもよい。図１９に示すように押動部材１９０には、レーザ変位計３００が設けられている。レーザ変位計３００は、アクチュエータ部１９１に設けられたターゲット３０１の変位を測定して、当該アクチュエータ部１９１の変位を測定する。

かかる場合、上記実施の形態の工程Ｓ１３（図１２）において、押動部材１９０のアクチュエータ部１９１を下降させる際、レーザ変位計３００によってアクチュエータ部１９１の変位を測定する。そして、このレーザ変位計３００で測定された変位が所定の閾値に達した際に、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部を当接したことを検出する。

このようにレーザ変位計３００による測定結果に基づいて、接合領域Ａの開始を把握することができるので、ボンディングウェーブをより適切に把握することができる。また、レーザ変位計３００による測定結果に基づいて、吸引部１７２〜１７４の吸着タイミングを制御することも可能となる。

なお、押動部材１９０に設けられる変位計は、レーザ変位計３００に限定されず、アクチュエータ部１９１の変位を測定できるものであれば任意に選択することができる。

以上の実施の形態の上チャック１４０において、８つの第２の吸引部１７３には個別の第２の真空ポンプ１７３ｂが接続されていたが、１つの第２の真空ポンプ１７３ｂが複数の第２の吸引部１７３の動作を纏めて制御してもよい。例えば４つの４５°方向にある第２の吸引部１７３を、１つの第２の真空ポンプ１７３ｂで制御してもよい。また、４つの９０°方向にある第２の吸引部１７３を、１つの第２の真空ポンプ１７３ｂで制御してもよい。

同様に、８つの第１の吸引部１７２についても、１つの第１の真空ポンプ１７２ｂが複数の第１の吸引部１７２の動作を纏めて制御してもよい。

また、吸引部１７２〜１７４の数や配置は、図７に示した例に限定されない。本体部１７０において同一円周上の吸引部の数は、８つ以外であってもよい。また、本体部１７０において、吸引部は３重以上に設けられていてもよい。

以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が水平方向に移動可能に構成されていたが、上チャック１４０を水平方向に移動可能に構成してもよいし、あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を水平方向に移動可能に構成してもよい。

また、以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が鉛直方向に移動可能に構成されていたが、上チャック１４０を鉛直方向に移動可能に構成してもよいし、あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を鉛直方向に移動可能に構成してもよい。

さらに、以上の実施の形態の接合装置４１では、下チャック１４１が回転可能に構成されていたが、上チャック１４０を回転可能に構成してもよいし、あるいは上チャック１４０と下チャック１４１の両方を回転可能に構成してもよい。

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Ｗ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷ_Ｔ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Ｗ_Ｔ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。

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。

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
１７２ 第１の吸引部
１７３ 第２の吸引部
１７４ 第３の吸引部
１７５ センサ
１９０ 押動部材
３００ レーザ変位計
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (19)

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、
   前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材と、
   前記第１の保持部に設けられ、当該第１の保持部からの第１の基板の離脱を検出する複数の基板検出部と、を有することを特徴とする、接合装置。
2. 前記基板検出部は、第１の基板に光を反射させ、反射光の受光量を測定することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
3. 前記基板検出部は、第１の基板との間の静電容量を測定することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
4. 前記基板検出部は、前記第１の保持部と第１の基板との距離を測定することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
5. 前記基板検出部は、前記第１の保持部と同心円周上に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記基板検出部は、複数の円周上に設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の接合装置。
7. 前記第１の保持部は、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を有し、
   前記接合装置は、前記基板検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御する制御部をさらに有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の接合装置。
8. 前記制御部は、一の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングと、他の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングとの時間差を算出し、当該時間差が所定の閾値内になるように前記吸引部を制御することを特徴とする、請求項７に記載の接合装置。
9. 前記押動部材の変位を測定する変位計をさらに有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の接合装置。
10. 請求項１〜９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。
11. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第１の保持部の下面に保持された第１の基板と第２の保持部の上面に保持された第２の基板とを対向配置する配置工程と、
    その後、前記第１の保持部に設けられ、第１の基板の中心部を押圧する押動部材を下降させ、当該押動部材によって第１の基板の中心部と第２の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
    その後、第１の基板の中心部と第２の基板の中心部が当接した状態で、第１の基板の中心部から外周部に向けて、第１の基板と第２の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
    前記接合工程において、前記第１の基板に設けられた複数の基板検出部によって、当該第１の保持部からの第１の基板の離脱を検出し、接合処理の状態を検査することを特徴とする、接合方法。
12. 前記基板検出部は、第１の基板に光を反射させ、反射光の受光量を測定することを特徴とする、請求項１１に記載の接合方法。
13. 前記基板検出部は、第１の基板との間の静電容量を測定することを特徴とする、請求項１１に記載の接合方法。
14. 前記基板検出部は、前記第１の保持部と第１の基板との距離を測定することを特徴とする、請求項１１に記載の接合方法。
15. 前記第１の保持部は、第１の基板に接触し、当該第１の基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を有し、
    前記基板検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御することを特徴とする、請求項１１〜１４いずれか一項に記載の接合方法。
16. 一の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングと、他の前記基板検出部が第１の基板の離脱を検出するタイミングとの時間差を算出し、当該時間差が所定の閾値内になるように前記吸引部を制御することを特徴とする、請求項１５に記載の接合方法。
17. 前記接合工程において、変位計によって前記押動部材の変位をさらに測定し、前記変位計による測定結果と前記基板検出部による検出結果に基づいて、接合処理の状態を検査することを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の接合方法。
18. 請求項１１〜１７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。
19. 請求項１８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。

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