JP7268931B2 - 接合方法、基板接合装置および基板接合システム - Google Patents

Description

本発明は、接合方法、基板接合装置および基板接合システムに関する。

２つの基板同士をボンディングするための装置であって、ボンディング時において基板が取り付けられる取付装置を備えた装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された取付装置は、基板の周部を真空チャックにより保持する外側の環状部分と、基板の中央部を取付装置から突出させるように基板を変形させる変形手段と、を有する。そして、この装置は、２つの基板の接合面の中央部同士を接触させた状態にしてから、一方の基板の周部の真空チャックによる吸着保持を解除する。これにより、一方の基板の周部に作用する復元力および重力により一方の基板の中心を起点として半径方向外側に向かって接触部分が広がっていき一方の基板の周面に至る。このようにして、２つの基板同士をボンディングする。

国際公開第２０１３／０２３７０８号

しかしながら、特許文献１に記載されている装置の場合、一方の基板の周部に作用する復元力および重力の大きさが不十分である場合、一方の基板の周部が他方の基板の周部から浮いた状態となる場合があり、この場合、互いに接合された２つの基板の周部にボイドが発生してしまう虞や強度が低下する虞がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、互いに接合された基板の周部におけるボイドの発生を抑制し基板同士の接合強度を向上させることができる接合方法、基板接合装置および基板接合システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る接合方法は、
第１基板と第２基板とを接合する接合方法であって、
前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方について周部のみを保持し且つ前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面とが互いに対向した状態で前記第１基板と前記第２基板とを保持する基板保持工程と、
前記第１基板の周部に対して前記第１基板の中央部が前記第２基板に向かって突出するように前記第１基板を撓ませた状態で、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とを接触させる第１接触工程と、
前記第１接触工程の後、前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げていく第２接触工程と、
前記第２接触工程の後、前記第１基板を保持した状態における前記第１基板の周部に対向する第１領域の内側の第２領域に凹部が形成されている第１基板保持部に、前記第１基板の周部が保持され、且つ、前記第１基板と前記第２基板とが全面で接触した状態で、前記第１基板の周部のみを前記第２基板の周部に押し付けることにより前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、を含む。

他の観点から見た本発明に係る基板接合装置は、
第１基板と第２基板とを接合する基板接合装置であって、
前記第１基板の周部を保持し、前記第１基板を保持した状態における前記第１基板の周部に対向する第１領域の内側の第２領域に凹部が形成されている第１基板保持部と、
前記第２基板の接合面を前記第１基板の接合面に対向させた状態で前記第２基板を保持する第２基板保持部と、
前記第１基板保持部と前記第２基板保持部とが互いに近づく方向または互いに離れる方向へ前記第１基板保持部または前記第２基板保持部の少なくとも一方を駆動する保持部駆動部と、
前記第１基板保持部により前記第１基板の中央部が前記第１基板の周部に対して前記第２基板に向かって突出するように前記第１基板が撓んだ状態で保持され、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とが互いに接触した状態から、前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げていき、前記第１基板と前記第２基板とを全面で接触させた状態で、前記第１基板保持部を前記第２基板保持部に押し付けることにより前記第１基板の周部のみを前記第２基板の周部に押し付けるように前記保持部駆動部を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、第１基板の周部に対して第１基板の中央部が第２基板に向かって突出するように第１基板を撓ませた状態で、第１基板の中央部と第２基板の中央部とを接触させた後、第１基板および第２基板の中央部から周部に向かって第１基板と第２基板との接触部分を広げていく。そして、第１基板と第２基板とが全面で接触した状態で、第１基板の周部のみを第２基板の周部に相対的に押し付けることにより第１基板と第２基板とを接合する。これにより、第１基板と第２基板との接触部分を中央部から周部に向けて広げていくことにより第２基板の周部が第１基板の周部に対して浮いた状態となった場合でも第１基板の周部のみを第２基板の周部に相対的に押し付けることにより第１基板の周部と第２基板の周部とを隙間無く接触させることができる。従って、第１基板と第２基板とが互いに接合された状態での第１基板の周部と第２基板の周部におけるボイドの発生を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る基板接合システムの概略構成図である。 実施の形態１に係る活性化処理装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る基板接合装置の概略正面図である。 実施の形態に係るステージおよびヘッド付近を示す概略斜視図である。 実施の形態に係るヘッドを微調整する方法を説明する図である。 実施の形態に係るステージおよびヘッドの概略平面図である。 実施の形態に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。 接合する２つの基板の一方に設けられた２つのアライメントマークを示す図である。 接合する２つの基板の他方に設けられた２つのアライメントマークを示す図である。 アライメントマークの撮影画像を示す概略図である。 アライメントマークが互いにずれている状態を示す概略図である。 実施の形態１に係る親水化接合方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る基板接合装置が実行する基板接合工程の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１に係るステージおよびヘッドに基板が保持された状態を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るステージおよびヘッドに保持された基板の接合面の中央部同士を接触させた状態を示す概略断面図である。 ２つの基板の中央部同士を接触させた直後における基板の外観写真である。 図１１Ａの時点よりも後の時点における基板の外観写真である。 図１１Ｂの時点よりも後の時点における基板の外観写真である。 図１１Ｃの時点よりも後の時点における基板の外観写真である。 図１１Ｄの時点よりも後の時点における基板の外観写真である。 実施の形態１に係るステージおよびヘッドに保持された基板同士を近づける様子を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るステージおよびヘッドに保持された基板の接合面の周部同士を接触させた状態を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るヘッドをステージから離脱させる様子を示す概略断面図である。 ２つの基板の周部同士を加圧しなかった場合の互いに接合された２つの基板の外観写真である。 ２つの基板の周部同士を加圧した場合の互いに接合された２つの基板の外観写真である。 本発明の実施の形態２に係る基板接合システムの概略構成図である。 実施の形態２に係る基板接合装置の概略正面図である。 実施の形態２に係る粒子ビーム源の概略図である。 実施の形態２に係る直接接合方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る基板接合装置が実行する基板接合工程の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る基板接合装置の概略正面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略平面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略平面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略平面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略平面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドに保持された基板の接合面の中央部同士を接触させた状態を示す概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドに保持された基板の接合面の中央部同士を接触させた状態を示す概略断面図である。 変形例に係るステージおよびヘッドの概略断面図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る基板接合システムについて、図を参照しながら説明する。本実施の形態に係る基板接合システムは、基板Ｗ１、Ｗ２をいわゆる親水化接合する。基板接合システムは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化する活性化処理工程を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を水洗浄する水洗浄工程を行う。このとき、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にＯＨ基が生成される。その後、基板接合システムは、接合面にＯＨ基が生成された基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。

本実施の形態に係る接合システムは、図１に示すように、導入ポート８１１、８１２と、取り出しポート８１３と、第１搬送装置８２と、活性化処理装置２と、洗浄装置３と、基板接合装置１と、ロードロック部８３と、第２搬送装置８４と、制御部９と、を備える。制御部９は、第１搬送装置８２、活性化処理装置２、洗浄装置３、基板接合装置１およびロードロック部８３を制御する。第１搬送装置８２および洗浄装置３には、ＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air）フィルタ（図示せず）が設けられている。これにより、第１搬送装置８２および洗浄装置３内はパーティクルが極めて少ない大気圧環境になっている。

第１搬送装置８２は、先端部に基板を保持する保持部８２１ａが設けられたアームを有する搬送ロボット８２１を備える。搬送ロボット８２１は、導入ポート８１１、８１２および取り出しポート８１３の並び方向に沿って移動可能であるとともに、旋回することによりアームの先端部の向きを変更することができる。保持部８２１ａは、真空チャック、静電チャック等を有し、基板における接合面側とは反対側を吸着保持する。

活性化処理装置２は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと窒素ラジカルの照射との少なくとも一方を行うことにより接合面を活性化する活性化処理を行う。活性化処理装置２は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を発生させる装置であり、図２に示すように、ステージ２１０と、チャンバ２１２と、プラズマチャンバ２１３と、プラズマチャンバ２１３の外側に巻回された誘導コイル２１５と、誘導コイル２１５へ高周波電流を供給する高周波電源２１６と、を有する。なお、活性化処理装置２としては、例えばチャンバの上部でプラズマを発生させてイオントラップ板に形成された孔を通してプラズマに含まれるラジカルのみをダウンフローさせる方式のものであってもよい。また、プラズマ発生源としては、平行平板型のプラズマ発生源であってもよいし、マイクロ波を利用したプラズマ発生源であってもよい。プラズマチャンバ２１３は、例えば石英ガラスから形成されている。また、活性化処理装置２００２は、窒素ガス供給部２２０Ａと、酸素ガス供給部２２０Ｂと、を有する。窒素ガス供給部２２０Ａは、窒素ガス貯留部２２１Ａと、供給弁２２２Ａと、供給管２２３Ａと、を有する。酸素ガス供給部２２０Ｂは、酸素ガス貯留部２２１Ｂと、供給弁２２２Ｂと、供給管２２３Ｂと、を有する。ステージ２１０には、基板Ｗ１、Ｗ２が載置される。また、ステージ２１０には、基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する基板加熱部２１０ａが設けられている。チャンバ２１２は、プラズマチャンバ２１３内に連通している。チャンバ２１２は、排気管２０１ｂと排気弁２０１ｃとを介して真空ポンプ２０１ａに接続されている。排気弁２０１ｃを開状態にして真空ポンプ２０１ａを作動させると、チャンバ２１２内の気体が、排気管２０１ｂを通してチャンバ２１２外へ排出され、チャンバ２１２内の気圧が低減（減圧）される。なお、チャンバ２１２内の気圧は、１０^－２Ｐａ以下にすることができる。

高周波電源２１６としては、誘導コイル２１５へ例えば２７ＭＨｚの高周波電流を供給するものを採用することができる。そして、プラズマチャンバ２１３内にＮ２ガスが導入された状態で、高周波電流が誘導コイル２１５へ供給されると、プラズマチャンバ２１３内にプラズマＰＬＭが形成される。ここで、誘導コイル２１５によりプラズマチャンバ２１３内にプラズマ中に含まれるイオンがトラップされるため、プラズマチャンバ２１３とチャンバ２１２との間の部分にトラップ板が無い構成であってもよい。バイアス印加部２１７は、ステージ２１０に支持された基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加する高周波電源である。このバイアス印加部２１７としては、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを発生させるものを採用することができる。このように、バイアス印加部２１７により基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面の近傍に運動エネルギを有するイオンが繰り返し基板Ｗ１、Ｗ２に衝突するシース領域が発生する。そして、このシース領域に存在する運動エネルギを有するイオンにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面がエッチングされる。

洗浄装置３は、搬送されてきた基板に向けて水、洗浄液またはＮ_２ガスを吐出しながら洗浄する。洗浄装置３は、基板を支持するステージ（図示せず）と、ステージを鉛直方向に直交する面内で回転させる回転駆動部（図示せず）と、超音波またはメガソニック振動を与えた水、洗浄液またはＮ_２ガスを吐出する洗浄ノズル（図示せず）と、を有する。そして、洗浄装置３は、洗浄ノズルを基板Ｗ１、Ｗ２の径方向へ揺動させながら洗浄ノズルから超音波を印加した水を基板の接合面に吹き付けながら、ステージを回転させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面全面を洗浄する。そして、洗浄装置３は、洗浄ノズルによる水の吐出を停止させた状態でステージを回転させることにより基板Ｗ１、Ｗ２をスピン乾燥する。

ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１と、待機チャンバ８３１内に連通する排気管８３２ｂと、排気管８３２ｂを通じて待機チャンバ８３１内の気体を排出する真空ポンプ８３２ａと、排気管８３２ｂに介挿された排気弁８３２ｃと、を備える。排気弁８３２ｃを開状態にして真空ポンプ８３２ａを作動させると、チャンバ８３１内の気体が、排気管８３２ｂを通してチャンバ８３１外へ排出され、チャンバ８３１内の気圧が低減（減圧）される。なお、チャンバ８３１内の気圧は、１０^－２Ｐａ以下にすることができる。また、ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１における第１搬送装置８２側に配設されたゲート８３３ａと、待機チャンバ８３１における接合装置１側に配設されたゲート８３３ｂと、ゲート８３３ａ、８３３ｂそれぞれを各別に開閉駆動するゲート駆動部８３４と、を備える。

基板接合装置１は、図３に示すように、チャンバ１２０と第１支持台であるステージ４０１と第２支持台であるヘッド４０２とステージ駆動部４０３とヘッド駆動部４０４と基板加熱部４８１、４８２と位置測定部５００とを備える。また、基板接合装置１は、ステージ４０１とヘッド４０２との間の距離を測定する距離測定部４９０を備える。なお、以下の説明において、適宜図３の±Ｚ方向を上下方向、ＸＹ方向を水平方向として説明する。

チャンバ１２０は、基板Ｗ１、Ｗ２が配置される領域Ｓ１を予め設定された基準真空度以上の真空度で維持する。チャンバ１２０は、排気管１２１ｂと排気弁１２１ｃとを介して真空ポンプ１２１ａに接続されている。排気弁１２１ｃを開状態にして真空ポンプ１２１ａを作動させると、チャンバ１２０内の気体が、排気管１２１ｂを通してチャンバ１２０外へ排出され、チャンバ１２０内が減圧雰囲気で維持される。また、排気弁１２１ｃの開閉量を変動させて排気量を調節することにより、チャンバ１２０内の気圧（真空度）を調節することができる。また、チャンバ１２０の一部には、位置測定部５００により基板Ｗ１、Ｗ２間における相対位置を測定するために使用される窓部５０３が設けられている。なお、チャンバ１２０内の気圧は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内に設定することができる。

ステージ駆動部４０３は、ステージ４０１をＸＹ方向へ移動させたり、Ｚ軸周りに回転させたりすることができる保持部駆動部である。

ヘッド駆動部４０４は、ヘッド４０２を鉛直上方または鉛直下向（図３の矢印ＡＲ１参照）へ昇降させる昇降駆動部４０６と、ヘッド４０２をＸＹ方向へ移動させるＸＹ方向駆動部４０５と、ヘッド４０２をＺ軸周りの回転方向（図３の矢印ＡＲ２参照）に回転させる回転駆動部４０７と、を有する。ＸＹ方向駆動部４０５と回転駆動部４０７とから、ヘッド４０２を鉛直方向に直交する方向（ＸＹ方向、Ｚ軸周りの回転方向）へ移動させる保持部駆動部を構成する。また、ヘッド駆動部４０４は、ヘッド４０２のステージ４０１に対する傾きを調整するためのピエゾアクチュエータ４１１と、ヘッド４０２に加わる圧力を測定するための第１圧力センサ４１２と、を有する。ＸＹ方向駆動部４０５および回転駆動部４０７が、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ軸周りの回転方向において、ヘッド４０２をステージ４０１に対して相対的に移動させることにより、ステージ４０１に保持された基板Ｗ１とヘッド４０２に保持された基板Ｗ２とのアライメントが可能となる。

昇降駆動部４０６は、ヘッド４０２を鉛直方向へ移動させることにより、ステージ４０１とヘッド４０２とを互いに近づけたり、ヘッド４０２をステージ４０１から遠ざけたりする。昇降駆動部４０６がヘッド４０２を鉛直下方へ移動させることにより、ステージ４０１に保持された基板Ｗ１とヘッド４０２に保持された基板Ｗ２とが接触する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２同士が接触した状態において昇降駆動部４０６がヘッド４０２に対してステージ４０１に近づく方向への駆動力を作用させると、基板Ｗ２が基板Ｗ１に押し付けられる。また、昇降駆動部４０６には、昇降駆動部４０６がヘッド４０２に対してステージ４０１に近づく方向へ作用させる駆動力を測定する第２圧力センサ４０８が設けられている。第２圧力センサ４０８の測定値から、昇降駆動部４０６により基板Ｗ２が基板Ｗ１に押し付けられたときに基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に作用する圧力が検出できる。第２圧力センサ４０８は、例えばロードセルから構成される。

ピエゾアクチュエータ４１１、第１圧力センサ４１２は、それぞれ図４Ａに示すように、３つずつ存在する。３つのピエゾアクチュエータ４１１と３つの第１圧力センサ４１２とは、ヘッド４０２とＸＹ方向駆動部４０５との間に配置されている。３つのピエゾアクチュエータ４１１は、ヘッド４０２の上面における同一直線上ではない３つの位置、平面視略円形のヘッド４０２の上面の周部においてヘッド４０２の周方向に沿って略等間隔に並んだ３つの位置に固定されている。３つの第１圧力センサ４１２は、それぞれピエゾアクチュエータ４１１の上端部とＸＹ方向駆動部４０５の下面とを接続している。３つのピエゾアクチュエータ４１１は、各別に上下方向に伸縮可能である。そして、３つのピエゾアクチュエータ４１１が伸縮することにより、ヘッド４０２のＸ軸周りおよびＹ軸周りの傾きとヘッド４０２の上下方向の位置とが微調整される。例えば図４Ｂの破線で示すように、ヘッド４０２がステージ４０１に対して傾いている場合、３つのピエゾアクチュエータ４１１のうちの１つを伸長させて（図４Ｂの矢印ＡＲ３参照）ヘッド４０２の姿勢を微調整することにより、ヘッド４０２の下面とステージ４０１の上面とが略平行な状態にすることができる。また、３つの第１圧力センサ４１２は、ヘッド４０２の下面における３つの位置での加圧力を測定する。そして、３つの第１圧力センサ４１２で測定された加圧力が等しくなるように３つのピエゾアクチュエータ４１１それぞれを駆動することにより、ヘッド４０２の下面とステージ４０１の上面とを略平行に維持しつつ基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させることができる。

ステージ４０１とヘッド４０２とは、チャンバ１２０内において、鉛直方向で互いに対向し且つステージ４０１がヘッド４０２よりも鉛直下方に位置するように配置されている。ステージ４０１は、その上面４０１ａで基板Ｗ１を支持する第１基板保持部であり、ヘッド４０２は、その下面４０２ａで基板Ｗ２を支持する第２基板保持部である。ここで、ステージ４０１は、その上面４０１ａが基板Ｗ１全体に面接触した状態で基板Ｗ１を支持し、ヘッド４０２は、その下面４０２ａが基板Ｗ２全体に面接触した状態で基板Ｗ２を支持する。ステージ４０１とヘッド４０２とは、例えば透光性を有するガラスのような透光性材料から形成されている。ステージ４０１およびヘッド４０２には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２を保持する静電チャック４４１、４４２と、基板Ｗ１の中央部を押圧する第１押圧機構４３１と、基板Ｗ２の中央部を押圧する第２押圧機構４３２と、が設けられている。静電チャック４４１、４４２は、基板Ｗ１、Ｗ２の周部を保持する。また、ステージ４０１、ヘッド４０２の中央部には、平面視円形の貫通孔４０１ｂ、４０２ｂが設けられている。

静電チャック４４１、４４２は、ステージ４０１、ヘッド４０２に基板Ｗ１、Ｗ２が支持された状態で、ステージ４０１、ヘッド４０２における基板Ｗ１、Ｗ２の周部に対向する第１領域Ａ１に設けられている。静電チャック４４１、４４２は、それぞれ、円環状であり、ステージ４０１、ヘッド４０２における第１領域Ａ１の内側の第２領域Ａ２の外側において周方向に沿って配設された端子電極と、直線状であり基端部において端子電極に電気的に接続された複数の電極子と、を有する。端子電極および複数の電極子は、例えばＩＴＯのような透明な導電性材料を含む透明導電膜から形成されている。静電チャック４４１、４４２は、チャック駆動部（図示せず）により電圧が印加された状態で、基板Ｗ１、Ｗ２を吸着保持する。

また、ステージ４０１、ヘッド４０２は、それぞれ、第２領域Ａ２に凹部４０１ｃ、４０２ｃが設けられている。凹部４０１ｃ、４０２ｃの深さは、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で凹部４０１ｃ、４０２ｃの底が基板Ｗ１、Ｗ２に接触しない程度の深さに設定され、例えば１μｍ以上に設定される。

図５Ｂに示すように、第１押圧機構４３１は、ステージ４０１の中央部に設けられ、第２押圧機構４３２は、ヘッド４０２の中央部に設けられている。第１押圧機構４３１は、ステージ４０１の貫通孔４０１ｂを通じてヘッド４０２側へ出没可能な第１押圧部４３１ａと、第１押圧部４３１ａを駆動する第１押圧駆動部４３１ｂと、を有する。また、第１押圧機構４３１は、第１押圧部４３１ａが予め設定された没入量以上に移動するのを規制するためのストッパ４３１ｃを有する。第２押圧機構４３２は、ヘッド４０２の貫通孔４０２ｂを通じてステージ４０１側へ出没可能な第２押圧部４３２ａと、第２押圧部４３２ａを駆動する第２押圧駆動部４３２ｂと、を有する。また、第２押圧機構４３２は、第２押圧部４３２ａが予め設定された没入量以上に移動するのを規制するためのストッパ４３２ｃを有する。第１押圧駆動部４３１ｂおよび第２押圧駆動部４３２ｂは、例えばボイスコイルモータを有する。また、第１押圧部４３１ａおよび第２押圧部４３２ａは、基板Ｗ１、Ｗ２に印加する圧力を一定に維持するよう制御する圧力制御と、基板Ｗ１、Ｗ２の接触位置を一定に維持するように制御する位置制御と、のいずれかがなされる。例えば、第１押圧部４３１ａが位置制御され、第２押圧部４３２ａが圧力制御されることにより、基板Ｗ１、Ｗ２が一定の位置で一定の圧力で押圧される。

図３に戻って、距離測定部４９０は、例えばレーザ距離計であり、ステージ４０１およびヘッド４０２に接触せずにステージ４０１とヘッド４０２との間の距離を測定する。距離測定部４９０は、透明なヘッド４０２の上方からステージ４０１に向かってレーザ光を照射したときのステージ４０１の上面での反射光とヘッド４０２の下面での反射光との差分からステージ４０１とヘッド４０２との間の距離を測定する。距離測定部４９０は、図４Ａに示すように、ステージ４０１の上面における３箇所の部位Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３と、ヘッド４０２の下面における、Ｚ方向において部位Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３に対向する３箇所の部位Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３との間の距離を測定する。

図３に戻って、位置測定部５００は、鉛直方向に直交する方向（ＸＹ方向、Ｚ軸周りの回転方向）における、基板Ｗ１と基板Ｗ２との位置ずれ量を測定する。位置測定部５００は、第１撮像部５０１と、第２撮像部５０２と、ミラー５０４、５０５と、を有する。第１撮像部５０１と第２撮像部５０２とは、ステージ４０１における基板Ｗ１を保持する側とは反対側に配置されている。第１撮像部５０１および第２撮像部５０２は、それぞれ、撮像素子（図示せず）と同軸照明系（図示せず）とを有している。同軸照明系の光源としては、基板Ｗ１、Ｗ２およびステージ４０１、チャンバ１２０に設けられた窓部５０３を透過する光（例えば赤外光）を出射する光源が用いられる。

例えば図６Ａおよび図６Ｂに示すように、基板Ｗ１には、２つのアライメントマーク（第１アライメントマーク）ＭＫ１ａ、ＭＫ１ｂが設けられ、基板Ｗ２には、２つのアライメントマーク（第２アライメントマーク）ＭＫ２ａ、ＭＫ２ｂが設けられている。基板接合装置１は、位置測定部５００により両基板Ｗ１、Ｗ２に設けられた各アライメントマークＭＫ１ａ、ＭＫ１ｂ、ＭＫ２ａ、ＭＫ２ｂの位置を認識しながら、両基板Ｗ１、Ｗ２の位置合わせ動作（アライメント動作）を実行する。より詳細には、基板接合装置１は、まず、位置測定部５００により基板Ｗ１、Ｗ２に設けられたアライメントマークＭＫ１ａ、ＭＫ１ｂ、ＭＫ２ａ、ＭＫ２ｂを認識しながら、基板Ｗ１、Ｗ２の大まかなアライメント動作（ラフアライメント動作）を実行して、２つの基板Ｗ１、Ｗ２を対向させる。その後、基板接合装置１は、位置測定部５００により２つの基板Ｗ１、Ｗ２に設けられたアライメントマークＭＫ１ａ、ＭＫ２ａ、ＭＫ１ｂ、ＭＫ２ｂを同時に認識しながら、更に精緻なアライメント動作（ファインアライメント動作）を実行する。

ここで、図３の破線矢印ＳＣ１、ＳＣ２に示すように、第１撮像部５０１の同軸照明系の光源から出射された光は、ミラー５０４で反射されて上方に進行し、窓部５０３および基板Ｗ１、Ｗ２の一部あるいは全部を透過する。基板Ｗ１、Ｗ２の一部あるいは全部を透過した光は、基板Ｗ１、Ｗ２のアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａで反射され、下向きに進行し、窓部５０３を透過してミラー５０４で反射されて第１撮像部５０１の撮像素子に入射する。また、第２撮像部５０２の同軸照明系の光源から出射された光は、ミラー５０５で反射されて上方に進行し、窓部５０３および基板Ｗ１、Ｗ２の一部あるいは全部を透過する。基板Ｗ１、Ｗ２の一部あるいは全部を透過した光は、基板Ｗ１、Ｗ２のアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａで反射され、下向きに進行し、窓部５０３を透過してミラー５０５で反射されて第２撮像部５０２の撮像素子に入射する。このようにして、位置測定部５００は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、２つの基板Ｗ１、Ｗ２のアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａを含む撮影画像ＧＡａと、２つの基板Ｗ１、Ｗ２のアライメントマークＭＫ１ｂ，ＭＫ２ｂを含む撮影画像ＧＡｂと、を取得する。なお、第１撮像部５０１による撮影画像ＧＡａの撮影動作と第２撮像部５０２による撮影画像ＧＡｂの撮影動作とは、略同時に実行される。

図３に戻って、基板加熱部４８１、４８２は、例えば電熱ヒータであり、図５Ｂに示すように、それぞれステージ４０１、ヘッド４０２に設けられている。基板加熱部４８１、４８２は、ステージ４０１およびヘッド４０２に保持されている基板Ｗ１，Ｗ２に熱を伝達することにより基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する。また、基板加熱部４８１、４８２の発熱量を調節することにより、基板Ｗ１，Ｗ２やそれらの接合面の温度を調節できる。また、基板加熱部４８１、４８２は、加熱部駆動部（図示せず）に接続されており、加熱部駆動部は、図１に示す制御部９から入力される制御信号に基づいて、基板加熱部４８１、４８２へ電流を供給することにより基板加熱部４８１、４８２を発熱させる。

図１に戻って、制御部９は、例えばパーソナルコンピュータを有する制御システムであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを有する。メモリは、ＣＰＵが実行するプログラムを記憶する。また、メモリには、後述する基板Ｗ１、Ｗ２の相対的な算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθに対して予め設定された位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈが記憶されている。制御部９は、第１圧力センサ４１２、第２圧力センサ４０８および距離測定部４９０から入力される計測信号を計測情報に変換して取得する。また、制御部９は、第１撮像部５０１および第２撮像部５０２から入力される撮影画像信号を撮影画像情報に変換して取得する。更に、制御部９は、保持部駆動部、ピエゾアクチュエータ４１１、第１押圧駆動部４３１ｂ、第２押圧駆動部４３２ｂ、加熱部駆動部、ステージ駆動部４０３およびヘッド駆動部４０４それぞれへ制御信号を出力することによりこれらの動作を制御する。制御部９は、図７Ｂに示すように、第１撮像部５０１から取得した撮影画像ＧＡａに基づいて、基板Ｗ１、Ｗ２に設けられた１組のアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａ相互間の位置ずれ量Δｘａ、Δｙａを算出する。なお、図７Ｂは、１組のアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａが互いにずれている状態を示している。同様に、制御部９は、第２撮像部５０２から取得した撮影画像ＧＡｂに基づいて、基板Ｗ１、Ｗ２に設けられた他の１組のアライメントマークＭＫ１ｂ，ＭＫ２ｂ相互間の位置ずれ量Δｘｂ、Δｙｂを算出する。その後、制御部９は、これら２組のアライメントマークの位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂと２組のマークの幾何学的関係とに基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ軸周りの回転方向における２つの基板Ｗ１、Ｗ２の相対的な位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを算出する。そして、制御部９は、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθが低減されるように、ヘッド４０２をＸ方向およびＹ方向へ移動させたり、Ｚ軸周りに回転させたりする。これにより、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の相対的な位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθが低減される。このようにして、基板接合装置１は、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の水平方向における位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを補正するファインアライメント動作を実行する。

また、制御部９は、活性化処理装置２、第２搬送装置８４、第１搬送装置８２へ制御信号を出力することによりこれらの動作を制御する。

次に、本実施の形態に係る基板接合システムが実行する親水化接合方法について、図８および図９を参照しながら説明する。まず、第１搬送装置８２が、導入ポート８１１、８１２に配置されている基板Ｗ２を取り出して活性化処理装置２００２へ搬送する（ステップＳ１０１）。ここで、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を導入ポート８１１、８１２から取り出す。そして、活性化処理装置２の導入口が開放されると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が活性化処理装置２側を向くように旋回する。このとき、搬送ロボット８２１は、導入ポート８１１、８１２から取り出した基板Ｗ１、Ｗ２をその接合面側が鉛直上方を向いた姿勢で維持した状態で旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部をチャンバ２１２内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部からチャンバ２１２内のステージ２１０へ移載される。次に、搬送ロボット８２１は、ステージ２１０への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。

次に、活性化処理装置２のチャンバ２１２内を減圧した後、基板加熱部２１０ａが、ステージ２１０に基板Ｗ１、Ｗ２が載置された状態で基板Ｗ１、Ｗ２を加熱する。続いて、減圧雰囲気下において基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う（ステップＳ１０２）。ここで、減圧雰囲気とは、例えばチャンバ２１２内の気圧が１×１０^－２Ｐａ以下の状態である。また、活性化処理装置２は、例えば図２に示す供給弁２２２Ａを開くことにより窒素ガス貯留部２２１Ａから供給管２２３Ａを通じてチャンバ２１２内にＮ２ガスを導入する。次に、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を停止させた状態で、バイアス印加部２１７によりステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２に高周波バイアスを印加する。これにより、基板Ｗ１の接合面に対して、Ｎ２ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が行われる。続いて、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を開始して、Ｎ２ガスでプラズマを発生させる。このとき、活性化処理装置２は、バイアス引加部２１７による基板Ｗ１への高周波バイアスの印加を停止する。このようにして、基板Ｗ１の接合面にＮ２ラジカルが照射される。

一方、活性化処理装置２は、基板Ｗ２、即ち、Ｓｉまたは窒化物基板の接合面を活性化処理する場合、まず、供給弁２２２Ｂを開くことにより酸素ガス貯留部２２１Ｂから供給管２２３Ｂを通じてチャンバ２１２内にＯ_２ガスを導入する。次に、活性化処理装置２００２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を停止させた状態で、バイアス印加部２１７によりステージ２１０に載置された基板Ｗ２に高周波バイアスを印加する。これにより、基板Ｗ２の接合面に対して、Ｏ_２ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が行われる。続いて、活性化処理装置２は、供給弁６２２Ｂを閉じてＯ_２ガス貯留部６２１Ｂからチャンバ６１２内へのＯ２ガスの供給を停止することにより、チャンバ６１２内のＯ_２ガスを排気する。その後、活性化処理装置２は、供給弁２２２Ａを開くことにより窒素ガス貯留部２２１Ａから供給管２２３Ａを通じてチャンバ２１２内にＮ２ガスを導入する。その後、活性化処理装置２は、高周波電源２１６から誘導コイル２１５への高周波電流の供給を開始して、Ｎ２ガスでプラズマを発生させる。このとき、活性化処理装置２００２は、バイアス引加部２１７による基板Ｗ２への高周波バイアスの印加を停止する。このようにして、基板Ｗ２の接合面にＮ２ラジカルが照射される。なお、活性化処理工程と同時、または、活性化処理工程の前に、活性化処理する基板Ｗ１、Ｗ２の周囲の活性化処理領域を含む形でチャンバ２１２内に配置されたカバー（図示せず）を加熱するカバー加熱工程を同時に行ってもよい。

その後、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３へ搬送する（ステップＳ１０３）。ここで、活性化処理装置２の導入口が開放されると、搬送ロボット８２１が、活性化処理装置２のチャンバ２１２内のステージ２１０に載置された基板Ｗ１、Ｗ２を取り出す。そして、洗浄装置３が基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放すると、搬送ロボット８２１が、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部が洗浄装置３側を向くように旋回する。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部から洗浄装置３のステージへ移載される。

続いて、洗浄装置３が、基板Ｗ１、Ｗ２を水洗浄する水洗浄工程を実行する（ステップＳ１０４）。その後、第１搬送装置８２が、水洗浄工程が完了した基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ１０５）。ここで、第１搬送装置８２の搬送ロボット８２１は、洗浄装置３の基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口が開放された状態で、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入し、洗浄装置３内のステージから基板Ｗ１、Ｗ２を受け取る。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを収縮させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３から取り出す。続いて、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１の第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放すると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部がロードロック部８３側を向くように旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部から待機チャンバ８３１内へ移載される。次に、搬送ロボット８２１は、基板保持機構８３６のカセット８３６１への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。そして、ゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１のゲート８３３ａを閉じる。続いて、ロードロック部８３は、待機チャンバ８３１内を減圧雰囲気にする。ここで、減圧雰囲気とは、例えば待機チャンバ８３１内の気圧が１０_－２Ｐａ以下の状態である。その後、第２搬送装置８４が、待機チャンバ８３１内に配置された基板Ｗ１、Ｗ２を接合装置１へ搬送する（ステップＳ１０６）。次に、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する基板接合工程を行う（ステップＳ１０７）。この基板接合工程の詳細は後述する。

次に、第２搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ１０８）。続いて、第１搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から取り出しポート８１３へ搬送する（ステップＳ１０９）。ここでは、まず、ロードロック部８３が、待機チャンバ８３１内を大気開放する。次に、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１における第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放するとともに、搬送ロボット８２１が、アーム８２１ａの先端部をロードロック部８３側に向けた状態でアーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２が、待機チャンバ８３１内において搬送ロボット８２１のアーム８２１ａの先端部へ移載される。続いて、搬送ロボット８２１が、アーム８２１ａを収縮させることにより互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を待機チャンバ８３１から取り出した後、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、ゲート８３３ａを閉じる。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａの先端部が取り出しポート８１３側を向くように旋回する。次に、搬送ロボット８２１は、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を取り出しポート８１３内へ挿入して互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を取り出しポート８１３内に配置する。そして、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２は、取り出しボート８１３から取り出された後、例えば温度２００℃の環境に２時間曝露することにより熱処理を行う。

次に、基板接合装置１が実行する前述の基板接合工程について図９から図１１を参照しながら説明する。なお、図９において、基板接合装置１は、距離測定部４９０により、ステージ４０１およびヘッド４０２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持されていない状態で、ステージ４０１の上面とヘッド４０２の下面との間の距離の測定を完了しその結果をＣＰＵユニットまたは入出力制御ユニットのメモリに記憶しているものとする。更に、基板Ｗ１、Ｗ２の厚さの測定結果が既にＣＰＵユニットまたは入出力制御ユニットのメモリに記憶されているものとする。

まず、基板接合装置１は、ステージ４０１に基板Ｗ１の周部のみを保持させるとともに、ヘッド４０２に基板Ｗ１、Ｗ２の接合面が互いに対向した状態で基板Ｗ２の周部のみを保持させる基板保持工程を実行する（ステップＳ１）。ここで、制御部９は、例えば基板Ｗ１がステージ４０１に載置された状態で、ステージ４０１の第１領域Ａ１に配設された静電チャック４４１を駆動してステージ４０１に基板Ｗ１の周部のみを保持させる。また、制御部９は、例えば搬送ロボット（図示せず）等によりヘッド４０２の鉛直下方に配置された基板Ｗ２の接合面側とは反対側にヘッド４０２を接触させた状態で、ヘッド４０２の第１領域Ａ１に配設された静電チャック４４２を駆動してヘッド４０２に基板Ｗ２の周部のみを保持させる。

次に、基板接合装置１は、ステージ４０１およびヘッド４０２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持されていない状態でのステージ４０１の上面とヘッド４０２の下面との間の距離と基板Ｗ１、Ｗ２の厚さとに基づいて、基板Ｗ１の接合面と基板Ｗ２の接合面との間の距離を算出する。そして、基板接合装置１は、算出した距離に基づいて、ヘッド４０２を鉛直下方へ移動させて基板Ｗ１、Ｗ２同士を近づける（ステップＳ２）。

次に、基板接合装置１は、図１０Ａに示すように基板Ｗ１、Ｗ２同士が離間した状態で、基板Ｗ１の基板Ｗ２に対する位置ずれ量を算出する（ステップＳ３）。ここにおいて、制御部９は、まず、位置測定部５００の第１撮像部５０１および第２撮像部５０２から、非接触状態における２つの基板Ｗ１、Ｗ２の撮影画像ＧＡａ，ＧＡｂ（図７Ａ参照）を取得する。そして、制御部９は、２つの撮影画像ＧＡａ，ＧＡｂに基づいて、２つの基板Ｗ１、Ｗ２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸周りの回転方向の位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθそれぞれを算出する。具体的には、制御部９は、例えばＺ方向に離間したアライメントマークＭＫ１ａ，ＭＫ２ａを同時に読み取った撮影画像ＧＡａに基づき、ベクトル相関法を用いて位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ（図７Ｂ参照）を算出する。同様に、Ｚ方向に離間したアライメントマークＭＫ１ｂ，ＭＫ２ｂを同時に読み取った撮影画像ＧＡｂに基づき、ベクトル相関法を用いて位置ずれ量Δｘｂ、Δｙｂを算出する。そして、制御部９は、位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂに基づいて、２つの基板Ｗ１、Ｗ２の水平方向における位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを算出する。

図９に戻って、続いて、基板接合装置１は、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを補正するように基板Ｗ２を基板Ｗ１に対して相対的に移動させることにより、位置合わせを実行する（ステップＳ４）。ここにおいて、基板接合装置１は、ステージ４０１を固定した状態で、位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθが解消するように、ヘッド４０２をＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸周りの回転方向へ移動させる。

その後、基板接合装置１は、ヘッド４０２をステージ４０１に近づけることにより、ヘッド４０２を、基板Ｗ１、Ｗ２の間の隙間が基板Ｗ１、Ｗ２を撓ませた状態で中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させるのに最適な隙間となる位置に配置する。そして、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２が互いに離間した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２を撓ませる（ステップＳ５）。基板接合装置１は、例えば図１０Ｂに示すように、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓに対して中央部Ｗ１ｃが基板Ｗ２に向かって突出するように基板Ｗ１を撓ませる。このとき、基板接合装置１は、保持部駆動部から静電チャック４４１へ電圧を印加させることにより静電チャック４４１に基板Ｗ１を保持させた状態で、第１押圧部４３１ａにより基板Ｗ１の中央部を基板Ｗ２に向けて押圧する。これにより、基板Ｗ１は、その中央部Ｗ１ｃが基板Ｗ２に向かって突出するように撓む。また、基板接合装置１は、基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに対して中央部Ｗ２ｃが基板Ｗ１に向かって突出するように基板Ｗ２を撓ませる。このとき、基板接合装置１は、保持部駆動部から静電チャック４４２へ電圧を印加させることにより静電チャック４４２に基板Ｗ２を保持させた状態で、第２押圧部４３２ａにより基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃを基板Ｗ１に向けて押圧する。これにより、基板Ｗ２は、その中央部Ｗ２ｃが基板Ｗ１に向かって突出するように撓む。

図９に戻って、次に、基板接合装置１は、基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃと基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃとを接触させる第１接触工程を実行する（ステップＳ６）。このとき、基板Ｗ１、Ｗ２は、図１０Ｂに示すように、それらの中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士が接触する。続いて、基板接合装置１は、昇降駆動部４０６によりヘッド４０２を下方向へ移動させることにより、図９に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を広げていく第２接触工程を実行する（ステップＳ７）。ここで、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を突き合わるとともに基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓの間の距離を一定に維持した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が、基板Ｗ１、Ｗ２の間に生じる分子間力（ファンデルワールス力）により基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって広がっていく。ここでは、基板接合装置１が、基板Ｗ１、Ｗ２を５０μｍ程度離間させた状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃを第１押圧部４３１ａ、第２押圧部４３２ａにより点加圧する。そして、この点加圧がトリガとなって、外部から基板Ｗ１、Ｗ２に対して基板Ｗ１、Ｗ２同士が互いに近づく方向へ加圧することなく、自然にいわゆるボンディングウェーブが基板Ｗ１、Ｗ２の周部へ広がっていく。このボンディングウェーブは、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に存在する水またはＯＨ基による接合力により、外部から基板Ｗ１、Ｗ２に対して基板Ｗ１、Ｗ２同士が互いに近づく方向へ加圧しなくても基板Ｗ１、Ｗ２の周部に向かって広がっていく。例えば図１１Ａから図１１Ｅに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって広がっていく。ここで、図１１Ａが基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させた直後の状態を示し、図１１Ｂから図１１Ｅの順に基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させた後の放置時間が長くなっている。そして、基板接合装置１は、図１２Ａの矢印ＡＲ１２に示すように、第１押圧部４３１ａをステージ４０１に没入させる方向へ移動させ且つ第２押圧部４３２ａをヘッド４０２に没入させる方向へ移動させる。同時に、基板接合装置１は、矢印ＡＲ１３に示すように、ヘッド４０２をステージ４０１に近づく方向へ移動させる。ここで、第１押圧部駆動部４３１ｂは、第１押圧部４３１ａの先端部が予め設定された位置で維持されるように位置制御しながらヘッド４０２の下降に伴って埋没させ、第２押圧部駆動部４３２ｂが、第２押圧部４３２ａに加わる圧力が一定となるように加圧制御することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が基板Ｗ１、Ｗ２の対向方向における中央の位置で維持されるようにする。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２が接合されたときに基板Ｗ１、Ｗ２に反りが発生することを抑制できる。そして、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を突き合わせた状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓの間の距離を縮める。そうすると、図１２Ａの矢印ＡＲ１１に示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって更に広がっていく。

ここで、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分ＡＣの周縁における基板Ｗ１の接合面と基板Ｗ２の接合面とのなす角度θ１が予め設定された基準角度以下となるようにステージ４０１、ヘッド４０２を駆動する。なお、基準角度は、例えば４５度に設定され、１５度以下であることが好ましい。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接触時における基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分ＡＣの周縁部分に生じる歪みが緩和される。なお、このとき、基板Ｗ１と基板Ｗ２とは、互いに離脱させることが可能な状態で接合されたいわゆる仮接合状態となっている。また、基準角度θ１は、基板Ｗ１、Ｗ２同士が仮接合した状態における基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合力と、基板Ｗ１、Ｗ２をステージ４０１、ヘッド４０２から剥離する際に要する剥離力と、に基づいて設定される。なお、前述の接合力、吸着力および剥離力は、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合処理を行う前に事前に計測しておく。

図９に戻って、その後、基板接合装置１は、基板Ｗ１の接合面が基板Ｗ２の接合面に接触した状態で、 基板Ｗ２の基板Ｗ１に対する位置ずれ量を測定する（ステップＳ８）。このとき、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２同士の仮接合が進むことにより基板Ｗ２の基板Ｗ１に対する移動が規制された状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の位置ずれ量を測定する。次に、基板接合装置１は、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθの全てが予め設定された位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

ここで、基板接合装置１により、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθのいずれかが、予め設定された位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈよりも大きいと判定されたとする（ステップＳ９：Ｎｏ）。この場合、基板接合装置１は、基板Ｗ２を基板Ｗ１から離脱させる（ステップＳ１０）。このとき、基板接合装置１は、ヘッド４０２を上昇させて基板Ｗ１、Ｗ２の間の距離を広げつつ、第１押圧部４３１ａをステージ４０１に没入させる方向へ移動させるとともに、第２押圧部４３２ａをヘッド４０２に埋没させる方向へ移動させる。ここにおいて、基板接合装置１は、基板Ｗ２を基板Ｗ１から剥がす際の基板Ｗ２の引っ張り圧力が一定となるようにヘッド４０２の上昇を制御する。これにより、基板Ｗ２が基板Ｗ１から離脱し、基板Ｗ１、Ｗ２の接触状態が解除される。

続いて、基板接合装置１は、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを全て位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈ以下にするための基板Ｗ１、Ｗ２の補正移動量を算出する（ステップＳ１１）。ここにおいて、制御部９は、基板Ｗ２を基板Ｗ１に接触させた状態での基板Ｗ１と基板Ｗ２との位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθと、基板Ｗ２が基板Ｗ１に接触していない状態での基板Ｗ１と基板Ｗ２との位置ずれ量との差分に相当する移動量だけ移動させるような補正移動量を算出する。この補正移動量だけオフセットしてアライメントすることにより、再度基板Ｗ１、Ｗ２同士が接触したときに同様の基板Ｗ１、Ｗ２の接触による位置ずれが発生すれば基板Ｗ１、Ｗ２の位置ずれが無くなることになる。

その後、基板接合装置１は、２つの基板Ｗ１、Ｗ２が接触していない状態で２つの基板Ｗ１、Ｗ２の相対的な位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθを補正するように、位置合わせを実行する（ステップＳ１２）。ここにおいて、基板接合装置１は、ステージ４０１が固定された状態で、ヘッド４０２をステップＳ１１で算出された補正移動量だけＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸周りの回転方向に移動させる。このようにして、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２が互いに離間した状態で、位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθが小さくなるように基板Ｗ２の基板Ｗ１に対する相対位置を調整する。そして、基板接合装置１は、再びステップＳ５の処理を実行する。

一方、基板接合装置１により、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθの全てが、予め設定された位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈ以下であると判定されたとする（ステップＳ９：Ｙｅｓ）。この場合、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を更に広げていき基板Ｗ１、Ｗ２同士を全面で接触させる（ステップＳ１３）。ここでは、基板接合装置１は、第１押圧部４３１ａをステージ４０１に没入させる方向へ移動させ且つ第２押圧部４３２ａをヘッド４０２に没入させる方向へ移動させると同時に、ヘッド４０２をステージ４０１に近づく方向へ移動させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部同士の距離を縮める。このようにして、基板接合装置１は、基板Ｗ１の周部を基板Ｗ２の周部に接触させて基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を全面で接触させる。

次に、基板接合装置１は、図１２Ｂに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓのみを基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに押し付けることにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を加圧することにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合工程を実行する（ステップＳ１４）。続いて、基板接合装置１は、図９に示すように、ヘッド４０２の静電チャック４４２を停止させることにより基板Ｗ２の保持を解除する（ステップＳ１５）。その後、基板接合装置１は、図１２Ｃの矢印ＡＲ１４に示すように、ヘッド４０２を上昇させることによりヘッド４０２を基板Ｗ２から離脱させる。

ところで、図９から図１２を用いて説明した基板接合工程のステップＳ１４において、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を加圧しなかったとする。この場合、前述のボンディングウェーブが、基板Ｗ１、Ｗ２の周縁まで進まず、特に基板Ｗ１、Ｗ２の周部に浮きが発生してしまう。従来の基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する方法では、基板Ｗ１、Ｗ２の周部の保持を解除して基板Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓを他方の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓへ自然落下させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を接合するのが一般的である。この場合、基板Ｗ１、Ｗ２の熱処理のために基板Ｗ１、Ｗ２をチャンバ１２０からチャンバ１２０外の大気中に放出した際、基板Ｗ１、Ｗ２の周部に大気中に含まれる水分が侵入し、熱処理時にそれらに起因してマイクロボイドが発生してしまう。例えば図１３Ａに示すように、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２の周部にボイドが発生してしまう。これに対して、本実施の形態に係る基板接合工程では、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓのみを基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに押し付けることにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を加圧する。これにより、例えば図１３Ｂに示すように、基板Ｗ１、Ｗ２の周部にボイドが発生することを抑制できる。このように、基板Ｗ１、Ｗ２の周部におけるボイドの発生を抑制することにより、例えば基板Ｗ１、Ｗ２を接合する工程の後の工程で基板Ｗ１、Ｗ２をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を利用して研磨する際の基板Ｗ１，Ｗ２の剥がれを抑制でき、これに伴い、例えば基板Ｗ１、Ｗ２の剥がれに起因した削りすぎ等を抑制できる。

以上説明したように、本実施の形態に係る接合方法によれば、基板Ｗ１の周部に対して基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃが基板Ｗ２に向かって突出するように基板Ｗ１を撓ませた状態で、基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃと基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃとを接触させた後、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を広げていく。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓのみを基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに相対的に押し付けることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向けて広げていくことにより基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓが基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓに対して浮いた状態となった場合でも基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓを隙間無く接触させることができる。従って、基板Ｗ１、Ｗ２同士が互いに接合された状態での基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓにおけるボイドの発生を抑制できる。

ところで、ステージ４０１、ヘッド４０２における基板Ｗ１、Ｗ２を保持する面が平坦であるとする。この場合、接合処理において基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させた状態で基板Ｗ１を基板Ｗ２に相対的に押し付けた場合、基板Ｗ１、Ｗ２に生じる歪みが生じる。そうすると、例えば基板Ｗ１、Ｗ２それぞれに半導体デバイスの基となるデバイス部分が作り込まれている場合、基板Ｗ１のデバイス部分に対する基板Ｗ２のデバイス部分の位置がずれてしまう虞がある。これに対して、本実施の形態に係るステージ４０１、ヘッド４０２は、それぞれ、第２領域Ａ２に凹部４０１ｃ、４０２ｃが設けられている。これにより、接合処理において基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させた状態で基板Ｗ１を基板Ｗ２に相対的に押し付けた場合、ステージ４０１、ヘッド４０２の第２領域Ａ２に設けられた凹部４０１ｃ、４０２ｃにより基板Ｗ１、Ｗ２に生じる歪みが緩和される。従って、基板Ｗ１のデバイス部分と基板Ｗ２のデバイス部分とを高い位置精度で接合することができる。

また、ステージ、ヘッドにおける基板Ｗ１、Ｗ２の載置面が平坦な場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させた場合、基板Ｗ１、Ｗ２の全面が同時に接触するとは限らず先に接触したところから接合が進み、先に接触した部分の間で歪みが発生することになる。また、この場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させた状態で加圧すると加圧斑が生じてしまい、このことも基板Ｗ１、Ｗ２に歪みが生じる原因となる。この場合、例えば約０．５μｍ程度の歪みが発生する。これに対して、本実施の形態に係る基板接合工程のように、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃにおいて点接触させて基板Ｗ１、Ｗ２同士の接触部分を、外部から基板Ｗ１、Ｗ２に対して互いに近づく方向へ加圧することなく、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓへ自然に広げることにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士を歪み無く接合をさせることができる。実際、歪み量は、０．１μｍ以下に低減することができた。

また、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させると、前述のように、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が、基板Ｗ１、Ｗ２の間に生じる分子間力（ファンデルワールス力）により、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって広がっていく。そして、従来、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分が、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ近傍にまで広がった状態で、基板Ｗ１、Ｗ２の保持を解除して基板Ｗ２の周部を基板Ｗ１の周部に落下させることで基板Ｗ１、Ｗ２を全面で接触させて接合する技術が提供されている。しかしながら、この場合、例えば基板Ｗ１、Ｗ２を熱処理するためにチャンバ１２０外の大気中に放出した際、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに大気中に含まれる水分が侵入し、熱処理時にこの水分起因したマイクロボイドが発生する虞がある。これに対して、本実施の形態に係る接合方法では、基板Ｗ１、Ｗ２を全面で接触させた後、基板Ｗ１、Ｗ２の周部を加圧する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の周部が浮いて基板Ｗ１、Ｗ２に大気中に曝露した場合に基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに水分が侵入することなく、ボイドの発生を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るステージ４０１、ヘッド４０３には、凹部４０１ｃ、４０２ｃが設けられている。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部に基板Ｗ１、Ｗ２同士を加圧したときにも圧力が加わらない構造となっている。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させると、前述のボンディングウェーブが自然に広がるため、基板Ｗ１、Ｗ２に歪みが発生しない。なお、基板Ｗ１、Ｗ２を全面で接触させた後、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を互いに近づく方向へ加圧するため基板Ｗ１、Ｗ２の周部には歪みが生じるが、基板Ｗ１、Ｗ２の周部には半導体デバイスの基となる部分が形成されていないことが多いため大きな問題が生じないと考えられる。

また、本実施の形態に係る基板接合工程では、ステップＳ７からＳ１２までの一連の処理を行う。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２を互いに接合したときの相対的な位置精度を高めることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る基板接合システムは、２つの基板の接合面を活性化した後、親水化処理を行うことなく２つの基板同士を接合する点で実施の形態１と相違する。基板接合システムは、２つの基板同士を予め設定された基準真空度以上の真空度のチャンバ内で、互いに接合される接合面に対して活性化処理が施された２つの基板同士を接触させて２つの基板を接合する。ここで、活性化処理では、基板の接合面に特定のエネルギ粒子を当てることにより基板の接合面を活性化する。

本実施の形態に係る基板接合システムは、図１４に示すように、導入ポート８１１、８１２と、取り出しポート８１３と、第１搬送装置８２と、洗浄装置３と、基板接合装置２００１と、ロードロック部８３と、第２搬送装置８４と、制御部２００９と、を備える。制御部２００９は、第１搬送装置８２、洗浄装置３、基板接合装置２００１およびロードロック部８３を制御する。なお、実施の形態１と同様の構成については図１と同様の符号を用いて説明する。

基板接合装置２００１は、図１５に示すように、粒子ビーム源１６１、１６２を備える点で実施の形態１に係る基板接合装置２００１と相違する。なお、図１５において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。また、基板接合装置２００１のチャンバ１２０内の真空度は、例えば１０^－５Ｐａよりも高い真空度に設定される。

粒子ビーム源１６１、１６２は、それぞれ、例えば高速原子ビーム（ＦＡＢ、Fast Atom Beam）源であり、例えば図１６に示すように、放電室１６０１と、放電室１６０１内に配置される電極１６０２と、ビーム源駆動部１６０３と、アルゴンガスを放電室１６０１内へ供給するガス供給部１６０４と、を有する。放電室１６０１の周壁には、中性原子を放出するＦＡＢ放射口１６０１ａが設けられている。放電室１６０１は、炭素材料から形成されている。ここで、放電室１６０１は長尺箱状であり、その長手方向に沿って複数のＦＡＢ放射口１６０１ａが一直線上に並設されている。ビーム源駆動部１６０３は、放電室１６０１内にアルゴンガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部（図示せず）と、電極１６０２と放電室１６０１の周壁との間に直流電圧を印加する直流電源（図示せず）と、を有する。ビーム源駆動部１６０３は、放電室１６０１内にアルゴンガスのプラズマを発生させた状態で、放電室１６０１の周壁と電極１６０２との間に直流電圧を印加する。このとき、プラズマ中のアルゴンイオンが、放電室１６０１の周壁に引き寄せられる。このとき、ＦＡＢ放射口１６０１ａへ向かうアルゴンイオンは、ＦＡＢ放射口１６０１ａを通り抜ける際、ＦＡＢ放射口１６０１ａの外周部の、炭素材料から形成された放電室１６０１の周壁から電子を受け取る。そして、このアルゴンイオンは、電気的に中性化されたアルゴン原子となって放電室１６０１外へ放出される。そして、矢印ＡＲ２１に示すように、アルゴン原子の粒子ビームが、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に照射される。

次に、本実施の形態に係る基板接合システムを用いた比較的高い真空度で基板Ｗ１、Ｗ２同士を、ＯＨ基等を介さずに直接基板Ｗ１、Ｗ２を構成する分子同士を接合するいわゆる直接接合方法について、図１７を参照しながら説明する。まず、第１搬送装置８２が、導入ポート８１１、８１２に配置されている基板Ｗ２を取り出して洗浄装置３へ搬送する（ステップＳ２０１）。次に、洗浄装置３が、基板Ｗ１、Ｗ２を水洗浄する水洗浄工程を実行する（ステップＳ２０２）。このステップＳ２０２の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１０４の処理と同様である。洗浄装置３は、水洗浄処理が完了すると、基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口を開放する。

続いて、第１搬送装置８２が、水洗浄工程が完了した基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２０３）。ここで、第１搬送装置８２の搬送ロボット８２１は、洗浄装置３の基板Ｗ１、Ｗ２の搬出入口が開放された状態で、アーム８２１ａを伸張させてアーム８２１ａの先端部を洗浄装置３内へ挿入し、洗浄装置３内のステージから基板Ｗ１、Ｗ２を受け取る。次に、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを収縮させることにより、基板Ｗ１、Ｗ２を洗浄装置３から取り出す。続いて、ロードロック部８３のゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１の第１搬送装置８２側のゲート８３３ａを開放すると、搬送ロボット８２１は、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、アーム８２１ａの先端部がロードロック部８３側を向くように旋回する。その後、搬送ロボット８２１は、アーム８２１ａを伸張させることによりアーム８２１ａの先端部を待機チャンバ８３１内へ挿入する。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が、アーム８２１ａの先端部から待機チャンバ８３１内に移載される。次に、搬送ロボット８２１は、待機チャンバ８３１内への基板Ｗ１、Ｗ２の移載が完了すると、アーム８２１ａを収縮させる。そして、ゲート駆動部８３４が、待機チャンバ８３１のゲート８３３ａを閉じる。

その後、第２搬送装置８４が、待機チャンバ８３１内に配置された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から基板接合装置２００１へ搬送する（ステップＳ２０４）。次に、減圧雰囲気下において２つの基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面を活性化する活性化処理工程を行う（ステップＳ２０５）。ここでは、接合装置１が、図１６の矢印ＡＲ２１に示すように、粒子ビーム源１６１、１６２から放射される粒子ビームを基板Ｗ１、Ｗ２の接合面へ照射することにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して活性化処理を行う。

図１７に戻って、その後、基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する基板接合工程を行う（ステップＳ２０６）。ここで、基板接合工程の詳細について、図１８を参照しながら説明する。まず、基板接合装置２００１は、ステップＳ２１からＳ２５までの一連の工程を実行する。このステップＳ２１からＳ２５までの一連の工程は、実施の形態１で図９を用いて説明したステップＳ１からＳ５までの一連の工程と同様である。次に、基板接合装置２００１は、基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃと基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃとを接触させる第１接触工程を実行する（ステップＳ２６）。ここで、基板接合装置２００１は、ステップＳ５において、基板Ｗ１、Ｗ２の間の隙間が１０μｍ程度になるように基板Ｗ１、Ｗ２同士を近づけた状態で、基板Ｗ１、Ｗ２を撓ませて基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させる。

ここで、本実施の形態では、粒子ビームにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に付着した不純物がエッチングされることで、基板Ｗ１、Ｗ２の材料そのものの分子の結合が外されることによる結合手となるダングリングボンドが基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に露出している。このため、図１８のステップＳ６の第１接触工程、ステップＳ７の第２接触工程において、基板Ｗ１、Ｗ２それぞれの接合面に現れたダングリングボンド同士の間に働くファンデルワールス力またはイオン結合力により、ボンディングウェーブが、外部から基板Ｗ１、Ｗ２に対して基板Ｗ１、Ｗ２同士が互いに近づく方向へ加圧しなくても基板Ｗ１、Ｗ２の周部に向かって広がっていく。

続いて、基板接合装置２００１は、ステップＳ２７からＳ３０までの一連の工程を実行する。ここで、ステップＳ２７は、実施の形態１で図９を用いて説明したステップＳ７の工程と同様であり、ステップＳ２８からＳ３０までの一連の工程は、実施の形態１で図９を用いて説明したステップＳ１３からＳ１５までの一連の工程と同様である。

図１７に戻って、次に、第２搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、接合装置１からロードロック部８３へ搬送する（ステップＳ２０７）。続いて、第１搬送装置８４が、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２を、ロードロック部８３から取り出しポート８１３へ搬送する（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０７、Ｓ２０８での処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１０８、Ｓ１０９での処理と同様である。

以上説明したように、本実施の形態に係る接合方法によれば、基板接合工程において、実施の形態１と同様に、基板Ｗ１の周部に対して基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃが基板Ｗ２に向かって突出するように基板Ｗ１を撓ませた状態で、基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃと基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃとを接触させた後、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を広げていく。そして、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓのみを基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに相対的に押し付けることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向けて広げていくことにより基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓが基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓに対して浮いた状態となった場合でも基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓを隙間無く接触させることができる。従って、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに隙間が生じたことによるボイドの発生や基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度の低下が抑制される。

ところで、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに隙間が生じている場合、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が低下したり、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓのボイドが発生したりする。これに対して、本実施の形態に係る基板接合工程では、実施の形態１と同様に、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓが接触した状態で基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓを加圧することにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部同士を密着させていわゆる浮きを無くすことにより、基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が高まるという利点がある。

また、本実施の形態に係る直接接合方法では、前述のように、１０^－５Ｐａ以下の分子の存在が薄い超高真空環境下において、原子ビーム、イオンビーム等の粒子ビームまたはプラズマ曝露等により活性化処理工程を行った後、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面にダングリングボンドが存在した状態で基板Ｗ１、Ｗ２の接合面同士を接触させて基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する。これに対して、本実施の形態では、基板接合装置２００１において、活性化処理工程の後、直ちに同一のチャンバ１２０内において接合工程を行う。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に現れたダングリングボンドに他の分子が吸着してしまうことを抑制できるので基板Ｗ１、Ｗ２同士を堅固に接合することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば図１９に示すように、基板接合装置３００１が、チャンバを備えておらず、大気圧下で、互いに接合される接合面に対して親水化処理が施された２つの基板Ｗ１、Ｗ２同士を接触させて加圧することにより、２つの基板Ｗ１、Ｗ２を接合するものであってもよい。なお、図１９において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。

ステージ３４０１、３４０２は、鉛直方向で互いに対向するように配置されている。ステージ３４０１およびヘッド３４０２は、例えば透光性を有するガラスのような透光性材料から形成されている。また、ステージ３４０１、ヘッド３４０２では、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、第１領域Ａ１に吸着孔３４４１ａ、３４４２ａ、３４５１ａ、３４５２ａが配設され、第２領域Ａ２に凹部３４０１ｃ、３４０２ｃと長尺のリブ３４０１ｄ、３４０２ｄとが設けられている。吸着孔３４４１ａ、３４５１ａは、各別に基板Ｗ１を吸着保持した状態と吸着保持しない状態とをとりうる。また、吸着孔３４４２ａ、３４５２ａも、各別に基板Ｗ２を吸着保持した状態と吸着保持しない状態とをとりうる。吸着孔３４４１ａ、３４５１ａ、３４４２ａ、３４５２ａは、例えば真空ポンプ（図示せず）に各別の排気管（図示せず）を介して接続されている。また、ステージ３４０１およびヘッド３４０２には、基板Ｗ１の中央部を押圧する第１押圧機構４３１と、基板Ｗ２の中央部を押圧する第２押圧機構４３２と、が設けられている。

また、本実施の形態に係る基板接合装置は、吸着孔３４４１ａ、３４５１ａ、３４４２ａ、３４５２ａに接続された排気管それぞれに介挿され、各別に開閉する開閉バルブ（図示せず）と、開閉バルブの開閉状態を変化させることにより基板Ｗ１、Ｗ２の保持した状態と保持しない状態とに切り替える保持部駆動部（図示せず）と、を備える。保持部駆動部は、制御部２７００から入力される制御信号に基づいて、各開閉バルブの開閉状態を変化させる。

図１９に戻って、制御部３００９は、実施の形態１で説明した制御部９と同様の構成を有する。制御部３００９は、制御部９と同様に、第１圧力センサ４１２、第２圧力センサ４０８および距離測定部４９０から入力される計測信号を計測情報に変換して取得する。また、制御部３００９は、第１撮像部５０１および第２撮像部５０２から入力される撮影画像信号を撮影画像情報に変換して取得する。更に、制御部３００９は、補助記憶部が記憶するプログラムを主記憶部に読み込んで実行することにより、保持部駆動部、ピエゾアクチュエータ４１１、第１押圧駆動部４３１ｂ、第２押圧駆動部４３２ｂ、加熱部駆動部、ステージ駆動部４０３およびヘッド駆動部４０４それぞれへ制御信号を出力する。

次に、本実施の形態に係る基板接合装置が実行する接合方法について説明する。本実施の形態に係る基板接合工程は、実施の形態１で図９を用いて説明した接合方法と同様であるため、図９を参照しながら説明する。また、本変形例に係る接合方法では、前述のステップＳ６における第１接触工程よりも前に、実施の形態で説明したように基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を親水化する親水化工程を行ってもよい。本変形例に係る接合方法では、まず、図９に示すステップＳ１からＳ９までの一連の工程が実行される。ここで、基板接合装置３００１は、図９のステップＳ５において、基板Ｗ１、Ｗ２の間の隙間が数１００μｍ程度になるように基板Ｗ１、Ｗ２同士を近づけた状態で、基板Ｗ１、Ｗ２を撓ませる。そして、ステップＳ９において、基板接合装置３００１により、算出した位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δθの全てが、予め設定された位置ずれ量閾値Δｘｔｈ、Δｙｔｈ、Δθｔｈ以下であると判定されたとする（ステップＳ９：Ｙｅｓ）。この場合、基板接合装置３００１は、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓに向かって基板Ｗ１、Ｗ２の接触部分を更に広げていき基板Ｗ１、Ｗ２同士を全面で接触させる（ステップＳ１３）。次に、基板接合装置１は、基板Ｗ１、Ｗ２が全面で接触した状態で、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓのみを基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに押し付けることにより基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を加圧することにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する接合工程を実行する（ステップＳ１４）。続いて、基板接合装置３００１は、ヘッド３４０２の吸着孔３４４２ａ、３４５２ａによる吸着保持を停止させることにより基板Ｗ２の保持を解除する（ステップＳ１５）。その後、基板接合装置３００１は、ヘッド３４０２を上昇させることによりヘッド３４０２を基板Ｗ２から離脱させる。

本構成によれば、大気圧下で基板Ｗ１、Ｗ２を接合する際、基板Ｗ１、Ｗ２の周部への気体の周り込みを抑制することができるので、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２の周部におけるボイドの発生を抑制できる。

なお、本変形例では、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態で、吸着孔３４４１ａ、３４４２ａ、３４５１ａ、３４５２ａの一部が凹部３４０１ｃ、３４０２ｃに連通してしまい凹部３４０１ｃ、３４０２ｃの内圧が低下してしまう虞がある。また、ステージ３４０１、ヘッド３４０２の第２領域Ａ２の内側の貫通孔４０１ｂ、４０２ｂが凹部３４０１ｃ、３４０２ｃの内側に連通すると、貫通孔４０１ｂ、４０２ｂを通じて凹部３０４１ｃ、３４０２ｃの内側へ気体が流入し凹部３４０１ｃ、３４０２ｃの内圧が上昇してしまう虞がある。このため、ステージ３４０１、ヘッド３４０２には、凹部３４０１ｃ、３４０２ｃの内側に連通する大気開放用の連通孔（図示せず）が設けられていることが好ましい。

実施の形態に係る基板接合装置１において、例えば図２１Ａおよび図２１Ｂに示すようなステージ４４０１、ヘッド４４０２を備えるものであってもよい。ステージ４４０１とヘッド４４０２とは、チャンバ１２０内において、鉛直方向で互いに対向するように配置されている。ステージ４４０１、ヘッド４４０２は、図２１Ａに示すように、第１領域Ａ１の内側の第２領域Ａ２に設けられた凹部４４０１ｃ、４４０２ｃを有する。ここで、第１領域Ａ１は、ステージ４４０１、ヘッド４４０２に基板Ｗ１、Ｗ２が支持された状態で、ステージ４４０１、ヘッド４４０２における基板Ｗ１、Ｗ２の周部に対向する領域に相当する。そして、ステージ４４０１、ヘッド４４０２は、凹部４４０１ｃ、４４０２ｃの中央部から凹部４４０１ｃ、４４０２ｃの周縁に亘って延在し基板Ｗ１、Ｗ２に当接する４つのリブ４４０１ｄ、４４０２ｄを有する。ここで、４つのリブ４４０１ｄ、４４０２ｄは、凹部４４０１ｃの中央部から放射状に延在している。そして、ステージ４４０１、ヘッド４４０２の周部４４０１ａ、４４０２ａと、ステージ４４０１、ヘッド４４０２の第２領域Ａ２の内側の貫通孔４０１ｂ、４０２ｂの外周部に相当する内側部位４４０１ｂ、４４０２ｂと、リブ４４０１ｄ、４４０２ｄとで、基板Ｗ１、Ｗ２を支持する。

本構成によれば、ステージ４４０１、ヘッド４４０２が、ステージ４４０１、ヘッド４４０２における第２領域Ａ２に設けられた凹部４４０１ｃ、４４０２ｃの中央部から凹部４４０１ｃ、４４０２ｃの周縁に亘って延在し基板Ｗ１、Ｗ２に当接する４つのリブ４４０１ｄ、４４０２ｄを有する。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２を４つのリブ４４０１ｄ、４４０２ｄで支持することができるので、ステージ４４０１、ヘッド４４０２に基板Ｗ１、Ｗ２が保持された状態における基板Ｗ１、Ｗ２の撓みを抑制することができる。

実施の形態に係る基板接合装置１において、例えば図２２に示すようなステージ５４０１およびヘッド５４０２を備えるものであってもよい。なお、図２２において実施の形態３と同様の構成については図５Ａと同一の符号を付している。ステージ５４０１、ヘッド５４０２は、円環状の第１領域Ａ１に沿って配設された４つの円弧状の第１突出部５４０１ａ、５４０２ａと、第１領域Ａ１の内側の第２領域Ａ２に形成された凹部５４０１ｃ、５４０２ｃの内側に設けられた４つの長尺のリブ５４０１ｄ、５４０２ｄと、を有する。第１突出部５４０１ａ、５４０２ａには、それぞれ、静電チャック５４４１、５４４２が配設されている。また、ステージ５４０１、ヘッド５４０２は、それらの貫通孔４０１ｂ、４０２ｂの外周部に４つのリブ５４０１ｄ、５４０２ｄの長手方向における貫通孔４０１ｂ、４０２ｂ側の一端部が連続する円環状の第２突出部５４０１ｂ、５４０２ｂを有する。そして、４つのリブ５４０１ｄ、５４０２ｄの長手方向における他端部と第１突出部５４０１ａ、５４０２ａとの間には隙間が形成されている。ここで、第１突出部５４０１ａ、５４０２ａ、リブ５４０１ｄ、５４０２ｄおよび第２突出部５４０１ｂ、５４０２ｂのステージ５４０１、ヘッド５４０２の厚さ方向の高さが等しくなっている。これにより、第１押圧部４３１ａ、第２押圧部４３２ａをステージ５４０１、ヘッド５４０２に没入させた状態で、ステージ５４０１、ヘッド５４０２に基板Ｗ１、Ｗ２を支持させると、第１突出部５４０１ａ、５４０２ａ、リブ５４０１ｄ、５４０２ｄおよび第２突出部５４０１ｂ、５４０２ｂが基板Ｗ１、Ｗ２に当接する。

本構成によれば、第１領域Ａ１における基板Ｗ１、Ｗ２と第１突出部５４０１ａ、５４０２ａとの接触面積が小さい分、基板Ｗ１、Ｗ２を保持した状態における基板Ｗ１、Ｗ２へのストレスを低減することができるので、基板Ｗ１、Ｗ２に生じる歪みを低減できる。

実施の形態では、ステージ４０１、ヘッド４０２における第１領域Ａ１に静電チャック４４１、４４２が配設され、第２領域Ａ２に静電チャック４５１、４５２、４６１、４６２が配設されている例について説明した。但し、これに限らず、例えば図２３に示すように、ステージ６４０１、ヘッド６４０２における第２領域Ａ２には、円環状の凹部６４０１ｃ、６４０２ｃが設けられ、静電チャックが配設されていないものであってもよい。なお、図２３において、実施の形態と同様の構成については図５Ａと同一の符号を付している。ここで、ステージ６４０１、ヘッド６４０２は、第１領域Ａ１を含む周部６４０１ａ、６４０２ａと、第２領域Ａ２の内側における貫通孔４０１ｂ、４０２ｂの外周部に相当する内側部位６４０１ｂ、６４０２ｂと、を有する。この場合、第１押圧部４３１ａ、第２押圧部４３２ａをステージ６４０１、ヘッド６４０２に没入させた状態で、ステージ６４０１、ヘッド６４０２に基板Ｗ１、Ｗ２を支持させると、周部６４０１ａ、６４０２ａおよび内側部位６４０１ｂ、６４０２ｂが基板Ｗ１、Ｗ２に当接する。

本構成によれば、基板Ｗ１、Ｗ２をステージ６４０１、ヘッド６４０２の中央部で支持することができるので、基板Ｗ１、Ｗ２の撓みを低減することができる。

各実施の形態において、第１押圧機構４３１のストッパ４３１ｃ或いは第２押圧機構４３２のストッパ４３２ｃの位置を調整することにより、第１押圧部４３１ａ、第２押圧部４３２ａの押圧前におけるそれらの先端部の位置を調整して、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃの１点を支持するようにしてもよい。また、ストッパ４３１ｃ、４３２ｃが無く、第１押圧駆動部４３１ｂまたは第２押圧駆動部４３２ｂが、第１押圧部４３１ａまたは第２押圧部４３２ａの先端部の位置を調整することができるものであってもよい。

各実施の形態では、基板Ｗ１、Ｗ２の両方を撓ませる例について説明したが、これに限らず、例えば基板Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方のみを撓ませるようにしてもよい。例えば図２４Ａに示すようなステージ４０１と、ヘッド７４０２と、を備えるものであってもよい。ここで、ステージ４０１は、第１押圧部４３１ａを有し凹部４０１ｃが設けられており、ヘッド７４０２には、押圧部が無く凹部も設けられていない。つまり、ステージ４０１のみに第１押圧機構４３１が設けられ、ヘッド７４０２に押圧機構が設けられていない。そして、ヘッド４０２は、基板Ｗ２を保持する側に平坦面を有し、基板Ｗ２を保持した状態における基板Ｗ２の周部に対向する第３領域に静電チャック４４２が配設されている。また、ヘッド４０２における前述の第３領域の内側の第４領域に静電チャック４５２が配設されている。この場合、基板接合装置は、例えば図２４Ｂに示すように、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓに対して中央部Ｗ１ｃが基板Ｗ２に向かって突出するように基板Ｗ１を撓ませることができる。そして、基板接合装置は、基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃを基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃに接触させるようにすればよい。或いは、基板接合装置が、第２押圧部４３２ａを有し且つ凹部４０２ｃが設けられヘッド４０２と、押圧部および凹部が設けられていないステージを備えるものであってもよい。つまり、ヘッド４０２のみに第２押圧機構４３２が設けられ、ステージに押圧機構が設けられていないものであってもよい。この場合、基板Ｗ２のみを撓ませることができる。なお、前述の変形例で説明した基板接合装置について、ステージ３４０１、４４０１のみに第１押圧機構４３１が設けられ、ヘッド３４０２、４４０２に押圧機構が設けられていないものであってもよい。或いは、ヘッド３４０２、４４０２のみに第２押圧機構４３２が設けられ、ステージ３４０１、４４０１に押圧機構が設けられていないものであってもよい。

本構成によれば、ステージ４０１、３４０１、４４０１、ヘッド４０２、３４０２、４４０２のいずれか一方の基板Ｗ１、Ｗ２の載置面が平坦になっているので、載置面が平坦な方に保持された基板Ｗ１、Ｗ２が撓み無く保持されているので、基板Ｗ１、Ｗ２同士のアライメントの精度が向上するという利点がある。

例えば、ヘッドにおいて基板Ｗ２の中央部Ｗ２ｃを押圧することにより基板Ｗ２を撓ませる構成である場合、ヘッドにおける基板Ｗ２の周部に対向する部分で、基板Ｗ２の自重に抗することができる程度の十分な保持力で基板Ｗ２を保持する必要がある。このため、基板Ｗ２に加わるストレスが大きくなり基板Ｗ２に歪みが生じ易くなる。これに対して、図２４Ａに示すように、ヘッド７４０２が、基板Ｗ２を保持する側に平坦面を有し、ヘッド７４０２の鉛直下方に配置されたステージ４０１のみが凹部４０１ｃを有する構成では、基板Ｗ２に対して鉛直下方に配置される基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃのみを基板Ｗ１の鉛直下方から鉛直上方に向かって押圧する。この場合、基板Ｗ１の周部Ｗ１ｓが、自重によりステージ４０１に保持されるので、ステージ４０１による基板Ｗ１の保持力を低減することができる。これにより、基板Ｗ１に加わるストレスを低減することができるので、基板Ｗ１に生じる歪みを低減することができる。

また、これらの本構成であっても、実施の形態１と同様に、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃに基板Ｗ１、Ｗ２同士を加圧したときにも圧力が加わらない。このため、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させると、前述のボンディングウェーブが自然に広がるため、基板Ｗ１、Ｗ２に歪みが発生しない。なお、基板Ｗ１、Ｗ２を全面で接触させた後、基板Ｗ１、Ｗ２の周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓ同士を互いに近づく方向へ加圧するため基板Ｗ１、Ｗ２の周部には歪みが生じるが、基板Ｗ１、Ｗ２の周部には半導体デバイスの基となる部分が形成されていないことが多いため大きな問題が生じないと考えられる。

また、ステージ４０１、３４０１、４４０１に、気体吐出部（図示せず）を設けて、ステージ４０１、３４０１、４４０１に基板Ｗ１の周部が保持された状態で、ステージ４０１、３４０１、４４０１と基板Ｗ１との間に気体を吐出することにより基板Ｗ１を撓ませるものであってもよい。或いは、ヘッド４０２、３４０２、４４０２に、気体吐出部（図示せず）を設けて、ヘッド４０２、３４０２、４４０２に基板Ｗ２の周部が保持された状態で、ヘッド４０２、３４０２、４４０２と基板Ｗ２との間に気体を吐出することにより基板Ｗ２を撓ませるものであってもよい。例えば図２５Ａに示すように、ヘッド４０２に気体を吐出する気体吐出部８４４２ａがヘッド８４０２に設けられているものであってもよい。ここで、気体吐出部８４４２ａは、ヘッド８４０２の静電チャック４４２により基板Ｗ２の周部がヘッド８４０２に保持された状態で、ヘッド８４０２と基板Ｗ２との間に気体を吐出することにより、図２５Ｂに示すように、基板Ｗ２の周部Ｗ２ｓに対して中央部Ｗ２ｃが基板Ｗ１に向かって突出するように基板Ｗ１を撓ませる。気体吐出部８４４２ａから吐出される気体は、気体の圧力を制御してもよいし、気体の流量、流速を制御してもよい。気体吐出部８４４２ａから吐出される気体の流量、流速が、基板Ｗ１、Ｗ２を接触させたときに生じる基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓへ広がるボンディングウェーブの広がり速度に合わせて基板Ｗ２の剥がれが進むように制御されることが好ましい。例えば気体吐出部８４４２ａに供給される気体の流量をマスフローコントローラを用いて制御することにより、気体の流量を細かく制御することができる。

ところで、基板Ｗ１、Ｗ２の一方のみを撓ませた状態で基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する場合、互いに接合された基板Ｗ１、Ｗ２に反りが生じる虞がある。これに対して、本構成によれば、基板Ｗ１、Ｗ２同士のアライメントを行った後、或いは、基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ同士を接触させた後、ヘッド８４０２から基板Ｗ２を剥がすためにヘッド８４０２の中央部に設けられた気体吐出部８４４２ａから基板Ｗ２とヘッド８４０２との間に気体が吐出される。これにより、基板Ｗ１、Ｗ２における歪みまたは反りの発生を抑制しつつ前述のボンディングウェーブを基板Ｗ１、Ｗ２の中央部Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃから周部Ｗ１ｓ、Ｗ２ｓへ進めて基板Ｗ１、Ｗ２同士を全面で接触させることができる。

実施の形態１において、例えば図２６に示すように、ステージ９４０１、ヘッド９４０２それぞれが、それらの凹部４０１ｃ、４０２ｃの内側に配設された複数の突起９４０１ｆ、９４０２ｆを有するものであってもよい。

実施の形態１において、ステップＳ７からＳ１２までの工程を省略して、ステップＳ６の後、そのままステップＳ１３以降の処理をおこなってもよい。

実施の形態２では、基板接合装置２００１が、粒子ビーム源１６１、１６２を備え、基板接合装置２００１のチャンバ１２０内において基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に粒子ビームを照射する例について説明した。但し、これに限らず、基板接合システムが、基板接合装置２００１とは別に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に粒子ビームを照射する活性化処理装置を備え、基板Ｗ１、Ｗ２を基板接合装置２００１へ投入する前に活性化処理装置において基板Ｗ１、Ｗ２の接合面に粒子ビームを照射するものであってもよい。また、粒子ビーム源１６１、１６２は、イオンガンであってもよい。なお、粒子ビームに限らず、プラズマに曝露するプラズマ処理を行ってもよい。この場合、基板接合システムが、基板Ｗ１、Ｗ２が基板接合装置２００１へ投入される前に、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面をプラズマに曝露することにより基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化する活性化処理装置を備えるものとすればよい。また、実施の形態２において、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面を活性化する活性化処理工程を行うチャンバと、基板Ｗ１、Ｗ２とを接合する基板接合工程チャンバと、を分離して設けて、これらを１０^－５Ｐａよりも高い高真空を維持した状態で連結したものであってもよい。

各実施の形態では、ステージ４０１、２４０１、３４０１に対してヘッド４０２、２４０２、３４０２が鉛直方向へ移動する例について説明したが、これに限らず、例えばヘッド４０２、２４０２、３４０２に対してステージ４０１、２４０１、３４０１が鉛直方向へ移動するものであってもよい。

実施の形態では、第１撮像部５０１と第２撮像部５０２とが、それぞれ撮像素子と同軸照明系とを有するいわゆる反射型である例について説明したが、第１撮像部、第２撮像部の構成は、これに限定されない。例えば第１撮像部と第２撮像部とが、それぞれ、基板Ｗ１、Ｗ２の厚さ方向において基板Ｗ１、Ｗ２を挟んで対向する位置に配置された撮像素子（図示せず）と光源（図示せず）とを備え、光源から出射し基板Ｗ１、Ｗ２を透過した光を撮像素子で受光する配置でアライメントマークＭＫ１ａ、ＭＫ２ａ、ＭＫ１ｂ、ＭＫ２ｂを撮像するいわゆる透過型の構成であってもよい。

なお、前述の各実施の形態に係る基板接合工程は、従来の樹脂層が形成された基板同士の接合或いは金属部分が形成された基板同士の接合のように互いに接合する基板同士を互いに近づく方向へ加圧する必要がある接合には適用できない。前述の各実施の形態に係る基板接合工程は、外部から基板Ｗ１、Ｗ２に対して互いに近づく方向へ加圧することなく、自然にボンディングウェーブにより基板Ｗ１、Ｗ２同士の接合を進ませることにより基板Ｗ１、Ｗ２同士を接合する場合に適用されるものである。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０２１年２月２６日に出願された日本国特許出願特願２０２１－０２９５１９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２１－０２９５１９号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、例えばＣＭＯＳイメージセンサやメモリ、演算素子、ＭＥＭＳの製造に好適である。

１，２００１：基板接合装置、２：活性化処理装置、３：洗浄装置、９：制御部、８２：第１搬送装置、８３：ロードロック部、８４：第２搬送装置、１２０，２１２：チャンバ、１２１ａ，８３２ａ：真空ポンプ、１２１ｂ，８３２ｂ：排気管、１２１ｃ，８３２ｃ：排気弁、２１０，４０１，３４０１，４４０１，５４０１，６４０１，９４０１：ステージ、２１３：プラズマチャンバ、２１５：誘導コイル、２１６：高周波電源、４０１ａ：上面、４０１ｂ，４０２ｂ：貫通孔、４０１ｃ，４０２ｃ，３４０１ｃ，３４０２ｃ，４４０１ｃ，４４０２ｃ：凹部、４０２，３４０２，４４０２，５４０２，６４０２，７４０２，８４０２，９４０２：ヘッド、４０２ａ：下面、４０３：ステージ駆動部、４０４：ヘッド駆動部、４０５：ＸＹ方向駆動部、４０６：昇降駆動部、４０７：回転駆動部、４０８：第２圧力センサ、４１１：ピエゾアクチュエータ、４１２：第１圧力センサ、４３１：第１押圧機構、４３１ａ：第１押圧部、４３１ｂ：第１押圧駆動部、４３２：第２押圧機構、４３２ａ：第２押圧部、４３２ｂ：第２押圧駆動部、４４１，４４２，４５１，４５２，４６１，４６２：静電チャック、４８１，４８２：基板加熱部、４９０：距離測定部、５００：位置測定部、５０１：第１撮像部、５０２：第２撮像部、５０３：窓部、５０４，５０５：ミラー、８１１，８１２：導入ポート、８１３：取り出しポート、８３１：待機チャンバ、３４４１ａ，３４４２ａ，３４５１ａ，３４５２ａ：吸着孔、４４０１ａ，４４０２ａ：周部、４４０１ｂ，４４０２ｂ：内側部位、４４０１ｄ、４４０２ｄ，５４０１ｄ，５４０２ｄ：リブ、５４０１ａ，５４０２ａ：第１突出部、５４０１ｂ、５４０２ｂ：第２突出部、９４０１ｆ、９４０２ｆ：突起、Ａ１：第１領域、Ａ２：第２領域、ＡＣ：接触部分、ＧＡａ，ＧＡｂ：撮影画像、ＭＫ１ａ，ＭＫ１ｂ，ＭＫ２ａ，ＭＫ２ｂ：アライメントマーク、Ｓ１：領域、Ｗ１，Ｗ２：基板、

Claims (23)

1. 第１基板と第２基板とを接合する接合方法であって、
   前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方について周部のみを保持し且つ前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面とが互いに対向した状態で前記第１基板と前記第２基板とを保持する基板保持工程と、
   前記第１基板の周部に対して前記第１基板の中央部が前記第２基板に向かって突出するように前記第１基板を撓ませた状態で、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とを接触させる第１接触工程と、
   前記第１接触工程の後、前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げていく第２接触工程と、
   前記第２接触工程の後、前記第１基板を保持した状態における前記第１基板の周部に対向する第１領域の内側の第２領域に凹部が形成されている第１基板保持部に、前記第１基板の周部が保持され、且つ、前記第１基板と前記第２基板とが全面で接触した状態で、前記第１基板の周部のみを前記第２基板の周部に押し付けることにより前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、を含む、
   接合方法。
2. 前記基板保持工程において、前記第１基板および前記第２基板は静電チャックにより保持される、
   請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第２接触工程において、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とを突き合わせた状態で、前記第１基板の周部と前記第２基板の周部との間の距離を縮めることにより、前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げていく、
   請求項１または２に記載の接合方法。
4. 前記第２接触工程において、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とを突き合わせることにより、外部から前記第１基板と前記第２基板とを互いに近づく方向へ加圧することなく、前記第１基板と前記第２基板との間に生じる分子間力により前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の接合方法。
5. 前記第１接触工程よりも前に、前記第１基板の接合面および前記第２基板の接合面を親水化する親水化工程を更に含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の接合方法。
6. 少なくとも前記第１接触工程、前記第２接触工程および前記接合工程は、減圧下で行われる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の接合方法。
7. 前記第１接触工程よりも前に、前記第１基板の接合面および前記第２基板の接合面を活性化する活性化処理工程を更に含み、
   少なくとも前記第１接触工程、前記第２接触工程および前記接合工程は、１０^－５Ｐａよりも真空度が高い環境下で行われる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の接合方法。
8. 第１基板と第２基板とを接合する基板接合装置であって、
   前記第１基板の周部を保持し、前記第１基板を保持した状態における前記第１基板の周部に対向する第１領域の内側の第２領域に凹部が形成されている第１基板保持部と、
   前記第２基板の接合面を前記第１基板の接合面に対向させた状態で前記第２基板を保持する第２基板保持部と、
   前記第１基板保持部と前記第２基板保持部とが互いに近づく方向または互いに離れる方向へ前記第１基板保持部または前記第２基板保持部の少なくとも一方を駆動する保持部駆動部と、
   前記第１基板保持部により前記第１基板の中央部が前記第１基板の周部に対して前記第２基板に向かって突出するように前記第１基板が撓んだ状態で保持され、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とが互いに接触した状態から、前記第１基板および前記第２基板の中央部から周部に向かって前記第１基板と前記第２基板との接触部分を広げていき、前記第１基板と前記第２基板とを全面で接触させた状態で、前記第１基板保持部を前記第２基板保持部に押し付けることにより前記第１基板の周部のみを前記第２基板の周部に押し付けるように前記保持部駆動部を制御する制御部と、を備える、
   基板接合装置。
9. 前記第１基板保持部は、前記第１基板の周部を保持する第１静電チャックを有し、
   前記第２基板保持部は、前記第２基板の周部を保持する第２静電チャックを有する、
   請求項８に記載の基板接合装置。
10. 前記第２基板保持部は、前記第２基板を保持する側に平坦面を有し、前記第２基板を保持した状態における前記第２基板の周部に対向する第３領域に前記第２静電チャックが配設され、前記第３領域の内側の第４領域に第３静電チャックが配設されている、
    請求項９に記載の基板接合装置。
11. 前記第１基板保持部と前記第２基板保持部との少なくとも一方は、透明なガラスから形成され、
    前記第１基板保持部と前記第２基板保持部とのうちの透明なガラスから形成された方に配設された前記第１静電チャックまたは前記第２静電チャックは、透明導電膜から形成されている、
    請求項９または１０に記載の基板接合装置。
12. 前記第１基板保持部は、前記第２基板保持部よりも鉛直下方に位置する、
    請求項８から１１のいずれか１項に記載の基板接合装置。
13. 前記第１基板保持部における前記第１基板が支持される側とは反対側または前記第２基板保持部における前記第２基板が支持される側とは反対側に配置された撮像部を更に備え、
    前記保持部駆動部は、更に、前記第１基板保持部と前記第２基板保持部との少なくとも一方を他方に対して前記第１基板保持部と前記第２基板保持部とが対向する方向と交差する方向へ相対的に移動させることが可能であり、
    前記第１基板は、第１アライメントマークが設けられ、
    前記第２基板は、第２アライメントマークが設けられ、
    前記撮像部は、前記第１基板保持部または前記第２基板保持部を透過して前記第１アライメントマークおよび前記第２アライメントマークを撮像し、
    前記制御部は、更に、前記撮像部により撮像された前記第１アライメントマークおよび前記第２アライメントマークの撮影画像に基づいて、前記第１基板の前記第２基板に対する相対的な位置ずれ量が小さくなるように前記第１基板保持部と前記第２基板保持部との少なくとも一方を移動させるよう前記保持部駆動部を制御する、
    請求項１２に記載の基板接合装置。
14. 前記制御部は、前記第１基板の中央部と前記第２基板の中央部とが互いに接触した状態から前記第１基板の周部を前記第２基板の周部に接触させる際、前記第１基板保持部と前記第２基板保持部との少なくとも一方が前記第１基板保持部と前記第２基板保持部とが互いに近づく方向へ移動するように前記保持部駆動部を制御する、
    請求項８から１３のいずれか１項に記載の基板接合装置。
15. 前記第１基板保持部は、前記第１基板保持部における前記第１領域の内側の第２領域に前記第２領域の中央部を中心とした環状の凹部が設けられている、
    請求項１４に記載の基板接合装置。
16. 前記第１基板保持部は、前記第１基板保持部における前記第１領域の内側の第２領域に設けられた凹部の中央部から前記凹部の周縁に亘って延在し前記第１基板に当接する少なくとも１つのリブを有する、
    請求項８から１５のいずれか１項に記載の基板接合装置。
17. 前記少なくとも１つのリブは、複数存在し、
    複数のリブは、前記凹部の中央部から放射状に延在している、
    請求項１６に記載の基板接合装置。
18. 前記第１基板保持部は、前記凹部の底部に立設し前記第１基板保持部が前記第１基板を保持した状態で先端部が前記第１基板に当接する複数の突起を更に有する、
    請求項８から１７のいずれか１項に記載の基板接合装置。
19. 前記第１基板と前記第２基板とが配置される領域を減圧雰囲気で維持するチャンバを更に備える、
    請求項８から１８のいずれか１項に記載の基板接合装置。
20. 前記第１基板保持部は、前記第１基板の周部を保持した状態で、前記第１基板保持部と前記第１基板との間に気体を吐出することにより、前記第１基板の周部に対して前記第１基板の中央部が前記第２基板に向かって突出するように前記第１基板を撓ませる気体吐出部を更に有する、
    請求項８から１９のいずれか１項に記載の基板接合装置。
21. 前記第１基板の接合面および前記第２基板の接合面に粒子ビームを照射することにより前記第１基板の接合面と前記第２基板の接合面とを活性化する粒子ビーム源を更に備え、
    前記第１基板と前記第２基板とを、１０^－５Ｐａよりも真空度が高い環境下で接合する、
    請求項８から２０のいずれか１項に記載の基板接合装置。
22. 請求項８から２１のいずれか１項に記載の基板接合装置と、
    前記第１基板および前記第２基板が前記基板接合装置へ投入される前に、前記第１基板の接合面および第２基板の接合面に対して水を吐出することにより前記第１基板の接合面と第２基板の接合面とを洗浄する洗浄装置と、を備える、
    基板接合システム。
23. 請求項８から２１のいずれか１項に記載の基板接合装置と、
    前記第１基板および前記第２基板が前記基板接合装置へ投入される前に、前記第１基板の接合面および第２基板の接合面をプラズマに曝露することにより前記第１基板の接合面と第２基板の接合面とを活性化する活性化処理装置と、を備え、
    前記基板接合装置は、前記第１基板と前記第２基板とを、１０^－５Ｐａよりも真空度が高い環境下で接合する、
    基板接合システム。

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