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WO2013002012A1 - 表面改質装置、接合システム及び表面改質方法 - Google Patents

表面改質装置、接合システム及び表面改質方法 Download PDF

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Publication number
WO2013002012A1
WO2013002012A1 PCT/JP2012/064769 JP2012064769W WO2013002012A1 WO 2013002012 A1 WO2013002012 A1 WO 2013002012A1 JP 2012064769 W JP2012064769 W JP 2012064769W WO 2013002012 A1 WO2013002012 A1 WO 2013002012A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
processing
wafer
processing gas
plasma generation
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/064769
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
重徳 北原
典彦 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of WO2013002012A1 publication Critical patent/WO2013002012A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10P72/0428—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
    • H10P10/128—

Definitions

  • the present invention relates to a surface modification device, a bonding system, and a surface modification method for modifying the surfaces to be bonded of the substrates before bonding the substrates to each other.
  • the bonding apparatus has beam irradiation means for irradiating the surface of a wafer with an inert gas in a plasma state, and a set of work rollers for pressing the two wafers in a state where the two wafers are overlapped. is doing.
  • the surface (bonding surface) of the wafer is modified by the beam irradiation means, and Van der Waals force is generated between the surfaces of the two wafers in a state where the two wafers are overlapped. Temporary joining. Thereafter, the wafers are bonded together by pressing two wafers (Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to appropriately modify the surfaces of the substrates before the substrates are bonded to each other.
  • the present invention provides a surface modification device for modifying a surface to which substrates are bonded before bonding the substrates to each other, and includes a processing container that accommodates the substrate, and the processing container A placement unit for placing a substrate thereon, a gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container, a plasma generation mechanism for converting the processing gas into plasma in the processing container, and the processing container
  • the inside is divided into a plasma generation region for converting the processing gas into plasma and a processing region for modifying the surface of the substrate on the mounting portion using ions of the processing gas generated in the plasma generation region.
  • an ion passage structure provided on the surface.
  • the ion passage structure includes a pair of electrodes to which a predetermined voltage is applied, and the ion passage structure has an opening through which ions of the processing gas pass from the plasma generation region to the processing region.
  • the surface of the substrate refers to a bonding surface to which the substrate is bonded.
  • the present invention by applying a predetermined voltage to the pair of electrodes of the ion passage structure, a predetermined energy is given to the ions of the processing gas generated in the plasma generation region, and only the ions of the processing gas are applied.
  • the plasma treatment region can be introduced into the treatment region.
  • the surface of the substrate on the mounting portion can be modified using the ions of the processing gas.
  • the collision force when the ions of the processing gas reach the surface of the substrate is extremely small as compared with the conventional case where plasma is used. For this reason, the surface of the substrate is not physically damaged, and the flatness of the surface of the substrate is not impaired.
  • the surface of the substrate can be appropriately modified without damaging the substrate. Accordingly, the substrates can be appropriately bonded thereafter.
  • a bonding system including the surface modification device, the surface hydrophilization device for hydrophilizing the surface of the substrate modified by the surface modification device, and the surface hydrophilization device. And a bonding apparatus for bonding substrates whose surfaces are hydrophilized.
  • a surface modification method for modifying a surface to which a substrate is bonded in a surface modification apparatus before bonding the substrates to each other, wherein the surface modification apparatus contains the substrates.
  • a processing container that is disposed in the processing container, places a substrate thereon, a gas supply mechanism that supplies a processing gas into the processing container, and converts the processing gas into plasma in the processing container Using the plasma generation mechanism, a plasma generation region for converting the processing gas into plasma, and processing gas ions generated in the plasma generation region, the surface of the substrate on the mounting portion is modified.
  • An ion having a pair of electrodes to which a predetermined voltage is applied and an opening through which ions of the processing gas pass from the plasma generation region to the processing region.
  • the processing gas supplied from the gas supply mechanism is converted into plasma by the plasma generation mechanism, a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes, and the plasma generation region Ions of the processing gas generated in step 1 are introduced into the processing region via the ion passage structure, and the surface of the substrate on the mounting portion is modified using the processing gas ions in the processing region. It is characterized by that.
  • the surfaces of the substrates can be appropriately modified before the substrates are bonded to each other.
  • FIG. 1 is a plan view showing the outline of the configuration of the joining system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view illustrating the outline of the internal configuration of the joining system 1.
  • the wafer disposed on the upper side may be referred to as “upper wafer W U ”, and the wafer disposed on the lower side may be referred to as “lower wafer W L ”.
  • a bonding surface to which the upper wafer W U is bonded is referred to as “front surface W U1 ”, and a surface opposite to the front surface W U1 is referred to as “back surface W U2 ”.
  • the bonding surface to which the lower wafer W L is bonded is referred to as “front surface W L1 ”, and the surface opposite to the front surface W L1 is referred to as “back surface W L2 ”.
  • SiO 2 films are formed on the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L.
  • the bonding system 1 carries in and out cassettes C U , C L , and C T that can accommodate a plurality of wafers W U and W L and a plurality of superposed wafers W T , respectively, with the outside.
  • the loading / unloading station 2 and the processing station 3 including various processing apparatuses that perform predetermined processing on the wafers W U , W L , and the overlapped wafer W T are integrally connected.
  • the loading / unloading station 2 is provided with a cassette mounting table 10.
  • the cassette mounting table 10 is provided with a plurality of, for example, four cassette mounting plates 11.
  • the cassette mounting plates 11 are arranged in a line in the horizontal X direction (vertical direction in FIG. 1). These cassette mounting plates 11, cassettes C U to the outside of the interface system 1, C L, when loading and unloading the C T, a cassette C U, C L, it is possible to place the C T .
  • carry-out station 2 a wafer over multiple W U, a plurality of lower wafer W L, and is configured to be held by a plurality of overlapped wafer W T.
  • the number of cassette mounting plates 11 is not limited to the present embodiment, and can be arbitrarily determined.
  • One of the cassettes may be used for collecting abnormal wafers.
  • using a one cassette C T for the recovery of the abnormal wafer, and using other cassettes C T for the accommodation of a normal overlapped wafer W T among the plurality of cassettes C T, using a one cassette C T for the recovery of the abnormal wafer, and using other cassettes C T for the accommodation of a normal overlapped wafer W T.
  • a wafer transfer unit 20 is provided adjacent to the cassette mounting table 10.
  • the wafer transfer unit 20 is provided with a wafer transfer device 22 that is movable on a transfer path 21 extending in the X direction.
  • the wafer transfer device 22 is also movable in the vertical direction and around the vertical axis ( ⁇ direction), and includes cassettes C U , C L , C T on each cassette mounting plate 11 and a third of the processing station 3 described later.
  • the wafers W U and W L and the superposed wafer W T can be transferred between the transition devices 50 and 51 in the processing block G3.
  • the processing station 3 is provided with a plurality of, for example, three processing blocks G1, G2, G3 provided with various devices.
  • a first processing block G1 is provided on the front side of the processing station 3 (X direction negative direction side in FIG. 1), and on the back side of the processing station 3 (X direction positive direction side in FIG. 1)
  • Two processing blocks G2 are provided.
  • a third processing block G3 is provided on the loading / unloading station 2 side of the processing station 3 (Y direction negative direction side in FIG. 1).
  • a surface modification device 30 for modifying the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L is disposed.
  • the surface modification apparatus 30 cuts the double bond of SiO 2 on the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L to form single-bonded SiO, so that the surface W U1. , W L1 is modified.
  • the second processing block G2 includes, for example, a surface hydrophilizing device 40 that hydrophilizes the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L with pure water and cleans the surfaces W U1 and W L1.
  • a surface hydrophilizing device 40 that hydrophilizes the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L with pure water and cleans the surfaces W U1 and W L1.
  • U, bonding device 41 for bonding the W L are arranged side by side in the horizontal direction of the Y-direction in this order from the carry-out station 2 side.
  • the third processing block G3, the wafer W U as shown in FIG. 2, W L, a transition unit 50, 51 of the overlapped wafer W T are provided in two tiers from the bottom in order.
  • a wafer transfer region 60 is formed in a region surrounded by the first processing block G1 to the third processing block G3.
  • a wafer transfer device 61 is disposed in the wafer transfer region 60.
  • the wafer transfer device 61 has, for example, a transfer arm that can move around the vertical direction, horizontal direction (Y direction, X direction), and vertical axis.
  • the wafer transfer device 61 moves in the wafer transfer region 60, and adds wafers W U , W L , and W to predetermined devices in the surrounding first processing block G1, second processing block G2, and third processing block G3. You can transfer the overlapping wafer W T.
  • the surface modification device 30 has a processing container 100 as shown in FIG. An upper surface of the processing container 100 is opened, and a radial line slot antenna 120 described later is disposed in the upper surface opening, so that the processing container 100 can be sealed inside.
  • a suction port 103 is formed on the bottom surface of the processing container 100.
  • an intake pipe 105 communicating with an intake device 104 for reducing the atmosphere inside the processing container 100 to a predetermined degree of vacuum.
  • a mounting table 110 is provided as a mounting unit on which the wafers W U and W L are mounted.
  • Table 110 may be mounted wafer W U, the W L, for example, by electrostatic attraction or vacuum attraction.
  • the mounting table 110 measures the ion current generated by the ions of the process gas to be irradiated on the wafer W U, W L on table 110 mounting as described below (oxygen ions), the ion current meter as another ammeter 111 is provided.
  • a temperature adjusting mechanism 112 for circulating a cooling medium is incorporated.
  • the temperature adjustment mechanism 112 is connected to a liquid temperature adjustment unit 113 that adjusts the temperature of the cooling medium.
  • coolant medium is adjusted by the liquid temperature control part 113, and the temperature of the mounting base 110 can be controlled. As a result, the wafer W mounted on the mounting table 110 can be maintained at a predetermined temperature.
  • the wafer W U the wafer W U, the lift pins for supporting and elevating the the W L from below (not shown) is provided below the mounting table 110.
  • the elevating pins can be protruded from the upper surface of the mounting table 110 through a through hole (not shown) formed in the mounting table 110.
  • the radial opening slot antenna 120 (RLSA: Radial Line Slot Antenna) which supplies the microwave for plasma generation is provided in the upper surface opening part of the processing container 100. As shown in FIG.
  • the radial line slot antenna 120 includes an antenna body 121 having an open bottom surface. Inside the antenna body 121, for example, a flow path (not shown) for circulating a cooling medium is provided.
  • a plurality of slots are formed in the opening on the lower surface of the antenna body 121, and a slot plate 122 that functions as an antenna is provided.
  • a conductive material such as copper, aluminum, nickel or the like is used.
  • a slow phase plate 123 is provided above the slot plate 122 in the antenna body 121.
  • a low-loss dielectric material such as quartz, alumina, aluminum nitride, or the like is used.
  • a microwave transmission plate 124 is provided below the antenna main body 121 and the slot plate 122.
  • the microwave transmission plate 124 is disposed so as to close the inside of the processing container 100 via a sealing material (not shown) such as an O-ring.
  • a sealing material such as an O-ring.
  • a dielectric such as quartz or Al 2 O 3 is used.
  • a coaxial waveguide 126 leading to the microwave oscillation device 125 is connected to the upper part of the antenna body 121.
  • the microwave oscillating device 125 is installed outside the processing container 100 and can oscillate a microwave having a predetermined frequency, for example, 2.45 GHz, with respect to the radial line slot antenna 120.
  • the microwave oscillated from the microwave oscillating device 125 is propagated into the radial line slot antenna 120, compressed by the slow phase plate 123 to be shortened, and circularly polarized by the slot plate 122. After that, the light passes through the microwave transmission plate 124 and is emitted toward the processing container 100.
  • the radial line slot antenna 120, the microwave oscillation device 125, and the coaxial waveguide 126 constitute the plasma generation mechanism in the present invention.
  • a gas supply pipe 130 for supplying oxygen gas as a processing gas into the processing container 100 is connected to the side surface of the processing container 100.
  • the gas supply pipe 130 is disposed above an ion passage structure 140 described later, and supplies oxygen gas to the plasma generation region R ⁇ b> 1 in the processing container 100.
  • the gas supply pipe 130 communicates with a gas supply source 131 that stores oxygen gas therein.
  • the gas supply pipe 130 is provided with a supply device group 132 including a valve for controlling the flow of oxygen gas, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • the gas supply pipe 130, the gas supply source 131, and the supply device group 132 constitute the gas supply mechanism in the present invention.
  • An ion passage structure 140 is provided between the mounting table 110 in the processing container 100 and the radial line slot antenna 120. That is, the ion passage structure 140 includes a plasma generation region R1 that converts the oxygen gas supplied from the gas supply pipe 130 into plasma by the microwave radiated from the radial line slot antenna 120, and the plasma generation inside the processing vessel 100.
  • the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L on the mounting table 110 are provided so as to be divided into processing regions R2 for reforming using oxygen ions generated in the region R1.
  • the ion passage structure 140 has a pair of electrodes 141 and 142.
  • the electrode disposed in the upper part may be referred to as “upper electrode 141”, and the electrode disposed in the lower part may be referred to as “lower electrode 142”.
  • An insulating material 143 that electrically insulates the pair of electrodes 141 and 142 is provided between the pair of electrodes 141 and 142.
  • Each of the electrodes 141 and 142 has a circular shape larger than the diameters of the wafers W U and W L in plan view as shown in FIGS.
  • Each electrode 141, 142 has a plurality of openings 144 through which oxygen ions pass from the plasma generation region R1 to the processing region R2.
  • the plurality of openings 144 are arranged in a grid, for example. Note that the shape and arrangement of the plurality of openings 144 are not limited to this embodiment, and can be arbitrarily set.
  • each opening 144 is preferably set shorter than the wavelength of the microwave radiated from the radial line slot antenna 120, for example.
  • the microwave supplied from the radial line slot antenna 120 is reflected by the ion passage structure 140, and the microwave can be prevented from entering the processing region R2.
  • the wafer W U on the mounting table 110, W L is not be directly exposed to the microwave can be prevented damage to the wafer W U, W L microwave.
  • the ion passage structure 140 is connected to a power source 145 that applies a predetermined voltage between the pair of electrodes 141 and 142.
  • the predetermined voltage applied by the power source 145 is controlled by the control unit 300 described later, and the maximum voltage is, for example, 1 KeV.
  • the ion passage structure 140 is connected to an ammeter 146 that measures current flowing between the pair of electrodes 141 and 142.
  • the surface hydrophilizing device 40 has a processing container 150 capable of sealing the inside.
  • the side surface of the wafer transfer area 60 side of the processing chamber 150, the wafer W U, the transfer port 151 of the W L is formed as shown in FIG. 7, the opening and closing a shutter 152 is provided to the out port 151.
  • a spin chuck 160 that holds and rotates the wafers W U and W L is provided at the center of the processing container 150 as shown in FIG.
  • the spin chuck 160 has a horizontal upper surface, and the upper surface is, for example, the wafer W U, suction port for sucking the W L (not shown) is provided. By suction from the suction port, the wafers W U and W L can be sucked and held on the spin chuck 160.
  • the spin chuck 160 has a chuck drive unit 161 provided with, for example, a motor, and can be rotated at a predetermined speed by the chuck drive unit 161.
  • the chuck driving unit 161 is provided with an elevating drive source such as a cylinder, and the spin chuck 160 can be moved up and down.
  • a cup 162 that receives and collects the liquid scattered or dropped from the wafers W U and W L.
  • a discharge pipe 163 for discharging the collected liquid
  • an exhaust pipe 164 for evacuating and exhausting the atmosphere in the cup 162.
  • a rail 170 extending along the Y direction is formed on the negative side of the cup 162 in the X direction (downward direction in FIG. 7).
  • the rail 170 is formed from the outside of the cup 162 on the Y direction negative direction (left direction in FIG. 7) to the outside on the Y direction positive direction (right direction in FIG. 7).
  • a nozzle arm 171 and a scrub arm 172 are attached to the rail 170.
  • the nozzle arm 171, pure water nozzle 173 is supported for supplying pure water to the wafer W U, W L as shown in FIGS.
  • the nozzle arm 171 is movable on the rail 170 by a nozzle driving unit 174 shown in FIG.
  • the pure water nozzle 173 can move from the standby unit 175 installed on the outer side of the cup 162 on the positive side in the Y direction to the upper part of the center of the wafers W U and W L in the cup 162.
  • the nozzle arm 171 can be moved up and down by a nozzle driving unit 174, and the height of the pure water nozzle 173 can be adjusted.
  • a supply pipe 176 that supplies pure water to the pure water nozzle 173 is connected to the pure water nozzle 173.
  • the supply pipe 176 communicates with a pure water supply source 177 that stores pure water therein.
  • the supply pipe 176 is provided with a supply device group 178 including a valve for controlling the flow of pure water, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • a scrub cleaning tool 180 is supported on the scrub arm 172.
  • a plurality of thread-like or sponge-like brushes 180a are provided.
  • the scrub arm 172 is movable on the rail 170 by a cleaning tool driving unit 181 shown in FIG. 7, and the scrub cleaning tool 180 is moved from the outside of the cup 162 in the negative Y direction side to the wafer W U in the cup 162. it can be moved to above the central portion of the W L. Further, the scrub arm 172 can be moved up and down by the cleaning tool driving unit 181, and the height of the scrub cleaning tool 180 can be adjusted.
  • the pure water nozzle 173 and the scrub cleaning tool 180 are supported by separate arms, but may be supported by the same arm. Further, the pure water nozzle 173 may be omitted and pure water may be supplied from the scrub cleaning tool 180. Further, the cup 162 may be omitted, and a discharge pipe that discharges liquid to the bottom surface of the processing container 150 and an exhaust pipe that exhausts the atmosphere in the processing container 150 may be connected. Further, in the surface hydrophilizing device 40 having the above configuration, an antistatic ionizer (not shown) may be provided.
  • the bonding apparatus 41 includes a processing container 190 that can seal the inside.
  • the side surface of the wafer transfer area 60 side of the processing vessel 190, the wafer W U, W L, the transfer port 191 of the overlapped wafer W T is formed, close shutter 192 is provided to the out port 191.
  • the inside of the processing container 190 is divided into a transport region T1 and a processing region T2 by an inner wall 193.
  • the loading / unloading port 191 described above is formed on the side surface of the processing container 190 in the transfer region T1.
  • a loading / unloading port 194 for the wafers W U and W L and the overlapped wafer W T is formed on the inner wall 193.
  • a transition 200 for temporarily placing the wafers W U and W L and the superposed wafer W T is provided on the positive side in the X direction of the transfer region T1.
  • the transition 200 is formed in, for example, two stages, and any two of the wafers W U , W L , and the superposed wafer W T can be placed at the same time.
  • a wafer transfer body 202 that is movable on a transfer path 201 extending in the X direction is provided. As shown in FIGS. 8 and 9, the wafer transfer body 202 is also movable in the vertical direction and the vertical axis, and the wafers W U , W in the transfer area T1 or between the transfer area T1 and the processing area T2 are used. L, the polymerization wafer W T can be conveyed.
  • the transfer path 201 and the wafer transfer body 202 constitute a transfer mechanism.
  • Position adjusting mechanism 210 that adjusts the horizontal direction of the wafers W U and W L is provided on the X direction negative direction side of the transfer region T1.
  • Position adjusting mechanism 210 includes a base 211, as shown in FIG. 10, the wafer W U, W L and a holding portion 212 for holding and rotating suction, detection for detecting a position of the notch portion of the wafer W U, W L Part 213. Then, the position adjusting mechanism 210, the wafer W U sucked and held by the holding portion 212, the detection unit 213 while rotating the W L by detecting the position of the notch portion of the wafer W U, W L, the notch Are adjusted to adjust the horizontal orientation of the wafers W U and W L.
  • inverting mechanism 220 which moves between the transfer region T1 and the processing region T2, to and reverses the front and rear surfaces of the upper wafer W U is provided.
  • Inverting mechanism 220 has a holding arm 221 which holds the upper wafer W U as shown in FIG. 11.
  • the suction pads 222 held horizontally by suction on the wafer W U is provided.
  • the holding arm 221 is supported by the first driving unit 223.
  • the first driving unit 223 By the first drive unit 223, the holding arm 221 can be rotated around the horizontal axis and can be expanded and contracted in the horizontal direction.
  • a second driving unit 224 is provided below the first driving unit 223.
  • the first drive unit 223 can rotate about the vertical axis and can be moved up and down in the vertical direction.
  • the second drive unit 224 is attached to a rail 225 extending in the Y direction shown in FIGS.
  • the rail 225 extends from the processing area T2 to the transport area T1.
  • the second driving unit 224 allows the reversing mechanism 220 to move between the position adjusting mechanism 210 and an upper chuck 230 described later along the rail 225.
  • the inverting mechanism 220 also functions as a transport mechanism for transporting the wafer W U, W L, the overlapped wafer W T.
  • the configuration of the inverting mechanism 220 is not limited to the configuration of the above embodiment, it is sufficient to invert the front and rear surfaces of the upper wafer W U.
  • the reversing mechanism 220 may be provided in the processing region T2. Further, a reversing mechanism may be added to the wafer transport body 202, and another transport means may be provided at the position of the reversing mechanism 220. Further, a reversing mechanism may be added to the position adjusting mechanism 210, and another conveying unit may be provided at the position of the reversing mechanism 220.
  • the processing region T2 provided with an upper chuck 230 for attracting and holding the upper wafer W U at the lower surface as shown in FIGS. 8 and 9, the lower chuck 231 which holds adsorbed by placing the lower wafer W L with the upper surface It has been.
  • the lower chuck 231 is provided below the upper chuck 230 and is configured to be disposed so as to face the upper chuck 230. That is, the lower wafer W L held by the wafer W U and the lower chuck 231 on which is held in the upper chuck 230 is adapted to be placed opposite.
  • the upper chuck 230 is supported by a support member 232 provided on the ceiling surface of the processing container 190.
  • the support member 232 supports the outer peripheral portion of the upper surface of the upper chuck 230.
  • a chuck driving unit 234 is provided below the lower chuck 231 via a shaft 233.
  • the chuck driving unit 234 By the chuck driving unit 234, the lower chuck 231 can be moved up and down in the vertical direction and can be moved in the horizontal direction. Further, the lower chuck 231 is rotatable about the vertical axis by the chuck driving unit 234. Below the lower chuck 231, the lift pins for lifting and supporting the lower wafer W L from below (not shown) is provided.
  • the elevating pins are inserted through through holes (not shown) formed in the lower chuck 231 and can protrude from the upper surface of the lower chuck 231.
  • the shaft 233 and the chuck drive unit 234 constitute an elevating mechanism and a moving mechanism.
  • the upper chuck 230 is divided into a plurality of, for example, three regions 230a, 230b, and 230c. These regions 230a, 230b, and 230c are provided in this order from the center of the upper chuck 230 toward the outer periphery as shown in FIG.
  • the region 230a has a circular shape in plan view, and the regions 230b and 230c have an annular shape in plan view.
  • Each region 230a, 230b, the 230c, the suction pipe 240a for sucking and holding the upper wafer W U as shown in FIG. 12, 240b, 240c are provided independently.
  • Different vacuum pumps 241a, 241b, 241c are connected to the respective suction pipes 240a, 240b, 240c.
  • the three regions 230a, 230b, and 230c described above may be referred to as a first region 230a, a second region 230b, and a third region 230c, respectively.
  • the suction tubes 240a, 240b, and 240c may be referred to as a first suction tube 240a, a second suction tube 240b, and a third suction tube 240c, respectively.
  • the vacuum pumps 241a, 241b, and 241c may be referred to as a first vacuum pump 241a, a second vacuum pump 241b, and a third vacuum pump 241c, respectively.
  • a through hole 242 that penetrates the upper chuck 230 in the thickness direction is formed at the center of the upper chuck 230. Central portion of the upper chuck 230 corresponds to the central portion of the upper wafer W U which is attracted and held on the upper chuck 230. A push pin 251 of a push member 250 described later is inserted into the through hole 242.
  • the pushing member 250 has a cylinder structure, and includes a pushing pin 251 and an outer cylinder 252 that serves as a guide when the pushing pin 251 moves up and down.
  • the push pin 251 is movable up and down in the vertical direction through the through hole 242 by, for example, a drive unit (not shown) incorporating a motor.
  • the pressing member 250, the wafer W U to be described later, at the time of bonding of W L, can be pressed by contacting the center portion of the center and lower wafer W L of the upper wafer W U.
  • the upper chuck 230, the upper imaging member 253 as a second imaging member for imaging the surface W L1 of the lower wafer W L is provided.
  • the upper imaging member 253 for example, a wide-angle CCD camera is used. Note that the upper imaging member 253 may be provided on the upper chuck 230.
  • the lower chuck 231 is divided into a plurality of, for example, two regions 231a and 231b. These regions 231a and 231b are provided in this order from the center of the lower chuck 231 toward the outer periphery.
  • the region 231a has a circular shape in plan view
  • the region 231b has an annular shape in plan view.
  • Each region 231a, the 231b, the suction pipe 260a for sucking and holding the lower wafer W L as shown in FIG. 12, 260b are provided independently.
  • Different vacuum pumps 261a and 261b are connected to the suction pipes 260a and 260b, respectively. Therefore, the lower chuck 231, each region 231a, and is capable of setting the vacuum of the lower wafer W L per 231b.
  • the outer peripheral portion of the lower chuck 231, the wafer W U, W L, or jump out from the overlapped wafer W T is the lower chuck 231, the stopper member 262 to prevent the sliding is provided.
  • the stopper member 262, the top portion extends in the vertical direction so as to be positioned above the overlapped wafer W T on at least a lower chuck 231. Further, as shown in FIG. 14, the stopper member 262 is provided at a plurality of places, for example, five places on the outer peripheral portion of the lower chuck 231.
  • the lower chuck 231 is provided with a lower imaging member 263 as a first imaging member that images the surface W U1 of the upper wafer W U as shown in FIG.
  • a lower imaging member 263 for example, a wide-angle CCD camera is used.
  • the lower imaging member 263 may be provided on the lower chuck 231.
  • the above joining system 1 is provided with a control unit 300 as shown in FIG.
  • the control unit 300 is a computer, for example, and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program for controlling processing of the wafers W U and W L and the overlapped wafer W T in the bonding system 1.
  • the program storage unit also stores a program for controlling operations of driving systems such as the above-described various processing apparatuses and transfer apparatuses to realize later-described wafer bonding processing in the bonding system 1.
  • the program is recorded on a computer-readable storage medium H such as a computer-readable hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnetic optical desk (MO), or a memory card. May have been installed in the control unit 300 from the storage medium H.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of main steps of the wafer bonding process.
  • the cassette C U, the cassette C L accommodating the lower wafer W L of the plurality, and the empty cassette C T is a predetermined cassette mounting plate 11 of the carry-out station 2 accommodating the wafers W U on the plurality Placed on. Thereafter, the upper wafer W U in the cassette C U is taken out by the wafer transfer device 22 is conveyed to the transition unit 50 of the third processing block G3 in the processing station 3.
  • the upper wafer W U is transferred to the surface modification apparatus 30 of the first processing block G1 by the wafer transfer apparatus 61. Wafer after being carried into the surface modifying apparatus 30 W U is placed is delivered to the upper surface of the table 110 mounting the wafer transfer apparatus 61. Thereafter, the wafer transfer device 61 leaves the surface modification device 30 and the gate valve 102 is closed. Note that the upper wafer W U mounted on the mounting table 110 is maintained at a predetermined temperature, for example, 25 ° C. to 30 ° C. by the temperature adjustment mechanism 112.
  • the intake device 104 is operated, and the atmosphere inside the processing container 100 is reduced to a predetermined degree of vacuum, for example, 67 Pa to 333 Pa (0.5 Torr to 2.5 Torr) via the intake port 103. Then, processing on the wafer W U as described below, the atmosphere in the processing chamber 100 is maintained at the predetermined degree of vacuum.
  • a predetermined degree of vacuum for example, 67 Pa to 333 Pa (0.5 Torr to 2.5 Torr) via the intake port 103.
  • oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 130 toward the plasma generation region R1 in the processing container 100. Further, for example, a microwave of 2.45 GHz is radiated from the radial line slot antenna 120 toward the plasma generation region R1. By this microwave radiation, the oxygen gas is excited and turned into plasma in the plasma generation region R1, for example, oxygen gas is ionized. At this time, the microwave traveling downward is reflected by the ion passage structure 140 and remains in the plasma generation region R1. As a result, high-density plasma is generated in the plasma generation region R1.
  • a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes 141 and 142 by the power source 145. Then, only oxygen ions generated in the plasma generation region R1 by the pair of electrodes 141 and 142 pass through the opening 144 of the ion passage structure 140 and flow into the processing region R2.
  • the energy applied to the oxygen ions passing through the pair of electrodes 141 and 142 is controlled by controlling the voltage applied between the pair of electrodes 141 and 142 by the control unit 300.
  • the energy imparted to the oxygen ions is sufficient to break the double bond of SiO 2 on the surface W U1 of the upper wafer W U to form single bond SiO, and the surface W U1 is damaged. Not set to energy.
  • the current value of the current flowing between the pair of electrodes 141 and 142 is measured by the ammeter 146. Based on the measured current value, the amount of oxygen ions passing through the ion passage structure 140 is grasped. Then, in the control unit 300, the supply amount of oxygen gas from the gas supply pipe 130 and the pair of electrodes 141 and 142 are set so that the passage amount becomes a predetermined value based on the grasped passage amount of oxygen ions. Various parameters such as the voltage between them are controlled.
  • oxygen ions are introduced into the processing region R2 is injected is irradiated onto the surface W U1 of the upper wafer W U on the mounting table 110. Then, the irradiated oxygen ions, a double bond of SiO 2 is cut in the surface W U1 a single bond SiO. Also, because this is the modification of the surface W U1 it has been used oxygen ions, oxygen ions themselves which are applied to the surface W U1 of the upper wafer W U contributes to the binding of SiO. Thus, the surface W U1 of the upper wafer W U is modified (Step S1 in FIG. 15).
  • the ion ammeter 111 measures the current value of the ion current generated by the oxygen ions irradiated on the surface W U1 of the upper wafer W U. Based on the measured current value, the irradiation amount of oxygen ions irradiated on the surface W U1 of the upper wafer W U is grasped. Then, in the control unit 300, based on the grasped irradiation amount of oxygen ions, the supply amount of oxygen gas from the gas supply pipe 130 and the pair of electrodes 141 and 142 so that the irradiation amount becomes a predetermined value. Various parameters such as the voltage between them are controlled.
  • the upper wafer W U is transferred to a surface hydrophilizing apparatus 40 of the second processing block G2 by the wafer transfer apparatus 61.
  • Surface hydrophilizing device wafer after being carried into the 40 W U is the passed suction holding the wafer transfer apparatus 61 to the spin chuck 160.
  • the pure water nozzle 173 of the standby unit 175 is moved to above the center of the upper wafer W U by the nozzle arm 171, and the scrub cleaning tool 180 is moved onto the upper wafer W U by the scrub arm 172.
  • the scrub cleaning tool 180 is moved onto the upper wafer W U by the scrub arm 172.
  • a hydroxyl group adheres to the surface W U1 of the upper wafer W U that has been modified by the surface modifying apparatus 30, and the surface W U1 is hydrophilized.
  • the surface W U1 of the upper wafer W U is cleaned by pure water from the pure water nozzle 173 and the scrub cleaning tool 180 (step S2 in FIG. 15).
  • the upper wafer W U is transferred to the bonding apparatus 41 of the second processing block G2 by the wafer transfer apparatus 61.
  • Upper wafer W U which is carried into the joining device 41 is conveyed to the position adjusting mechanism 210 by the wafer transfer body 202 via the transition 200.
  • the position adjusting mechanism 210, the horizontal orientation of the upper wafer W U is adjusted (step S3 in FIG. 15).
  • the upper wafer W U is transferred from the position adjusting mechanism 210 to the holding arm 221 of the inverting mechanism 220. Subsequently, in transfer region T1, by reversing the holding arm 221, the front and back surfaces of the upper wafer W U is inverted (step S4 in FIG. 15). That is, the surface W U1 of the upper wafer W U is directed downward. Incidentally, reversal of the front and rear surfaces of the upper wafer W U may be performed during movement of the reversing mechanism 220 to be described later.
  • the reversing mechanism 220 is moved to the upper chuck 230 side, the upper wafer W U is transferred from the inverting mechanism 220 in the upper chuck 230.
  • Upper wafer W U, the back surface W U2 is held by suction to the upper chuck 230 (step S5 in FIG. 15).
  • Upper wafer W U the process waits at the upper chuck 230 to the lower wafer W L is transported to the bonding apparatus 41 described later.
  • the processing of the lower wafer W L Following the on wafer W U is performed.
  • the lower wafer W L in the cassette C L is taken out by the wafer transfer device 22 is conveyed to the transition unit 50 in the processing station 3.
  • Step S6 in FIG. 15 modification of the surface W L1 of the lower wafer W L in step S6 is the same as step S1 of the aforementioned.
  • step S7 hydrophilic and cleaning of the surface W L1 of the lower wafer W L in step S7, to omit the detailed description is the same as step S2 of the above-described.
  • the lower wafer W L is transported to the bonding apparatus 41 by the wafer transfer apparatus 61.
  • Lower wafer W L which is transported to the bonding unit 41 is conveyed to the position adjusting mechanism 210 by the wafer transfer body 202 via the transition 200. Then the position adjusting mechanism 210, the horizontal orientation of the lower wafer W L are adjusted (step S8 in FIG. 15).
  • the lower wafer W L is transferred to the lower chuck 231 by the wafer transfer body 202, it is attracted and held by the lower chuck 231 (step S9 in FIG. 15).
  • all of the vacuum pumps 261a actuates the 261b, all the regions 231a of the lower chuck 231, in 231b, are evacuated lower wafer W L.
  • the surface W L1 of the lower wafer W L is to face upwards, the back surface W L2 of the lower wafer W L is sucked and held by the lower chuck 231.
  • a plurality of predetermined reference points A for example, four or more reference points A are formed on the surface W L1 of the lower wafer W L , and similarly, predetermined on the surface W U1 of the upper wafer W U.
  • a plurality of, for example, four or more reference points B are formed.
  • these reference points A and B for example, predetermined patterns formed on the wafers W L and W U are used, respectively. Then, by moving the upper imaging member 253 in the horizontal direction, the surface W L1 of the lower wafer W L is imaged.
  • the lower imaging member 263 is moved in the horizontal direction, and the surface W U1 of the upper wafer W U is imaged. Thereafter, the position of the reference point A of the lower wafer W L to an upper imaging member 253 is displayed in the image captured, and the position of the reference point B of the wafer W U on the lower imaging member 263 is displayed in the image captured Consistently, the horizontal position of the lower wafer W L by the lower chuck 231 (including the horizontal direction) is adjusted. That is, the chuck drive unit 234 to move the lower chuck 231 in the horizontal direction is adjusted horizontal position of the lower wafer W L. Horizontal position of the upper wafer W U and the lower wafer W L is adjusted in this way (step S10 in FIG. 15).
  • the horizontal direction of the wafers W U and W L is adjusted by the position adjusting mechanism 210 in steps S3 and S8, but fine adjustment is performed in step S10.
  • the predetermined patterns formed on the wafers W L and W U are used as the reference points A and B.
  • other reference points can be used.
  • the outer peripheral portion and the notch portion of the wafers W L and W U can be used as the reference points.
  • the chuck drive unit 234 raises the lower chuck 231 as shown in FIG. 17, to place the lower wafer W L to a predetermined position.
  • Vertical position of the upper wafer W U and the lower wafer W L is adjusted in this way (step S11 in FIG. 15).
  • step S5 ⁇ step S11, all areas 230a of the upper chuck 230, 230b, in 230c, are evacuated upper wafer W U.
  • step S9 ⁇ step S11 all areas 231a of the lower chuck 231, in 231b, are evacuated lower wafer W L.
  • the bonding is started between the central portion of the central portion and the lower wafer W L of the upper wafer W U which pressed (thick line portion in FIG. 18). That is, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are respectively modified in steps S1 and S6, first, van der Waals force is generated between the surfaces W U1 and W L1 , The surfaces W U1 and W L1 are joined to each other. Further, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are hydrophilized in steps S2 and S7, respectively, hydrophilic groups between the surfaces W U1 and W L1 are hydrogen-bonded. U1 and WL1 are firmly joined to each other.
  • the pushing member 250 is raised to the upper chuck 230 as shown in FIG.
  • the suction pipe 260a in the lower chuck 231 to stop the evacuation of the lower wafer W L from 260b, stopping the suction and holding of the lower wafer W L by the lower chuck 231.
  • the upper wafer W U and the lower wafer W L overlapped wafer bonded W T is transferred to the transition unit 51 by the wafer transfer apparatus 61, then carry out by the wafer transfer apparatus 22 of the station 2 of a predetermined cassette mounting plate 11 It is conveyed to the cassette C T.
  • a series of wafers W U, bonding process of W L is completed.
  • oxygen ions generated in the plasma generation region R1 are applied to the oxygen ions generated in the plasma generation region R1.
  • predetermined energy By applying predetermined energy, only the oxygen ions can be introduced from the plasma processing region R1 into the processing region R2.
  • the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L on the mounting table 110 can be modified using oxygen ions.
  • predetermined energy is given to the oxygen ions, when the oxygen ions reach the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L compared to the case where plasma is used as in the prior art.
  • the impact force is extremely small. Therefore, without the wafer W U, the surface W of W L U1, W L1 is subjected to physical damage, the wafer W U, that no impaired surface flatness W U1, W L1 of W L.
  • the surfaces W U1 and W L1 can be appropriately modified without damaging the wafers W U and W L. Therefore, the wafers W U and W L can be appropriately bonded thereafter.
  • control unit 300 controls various parameters to appropriately modify the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L. Can do.
  • the energy applied to the oxygen ions passing through the pair of electrodes 141 and 142 can be appropriately controlled by controlling the voltage applied between the pair of electrodes 141 and 142 by the control unit 300.
  • control unit 300 can control the amount of oxygen ions passing through the ion passage structure 140 based on the current value between the pair of electrodes 141 and 142 measured by the ammeter 146.
  • control unit 300 can control the irradiation amount of oxygen ions irradiated on the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L based on the current value of the ion current measured by the ion ammeter 111.
  • the insulating material 143 that electrically insulates the pair of electrodes 141 and 142 is provided in the ion passage structure 140, a predetermined voltage can be appropriately applied between the pair of electrodes 141 and 142. it can.
  • oxygen gas is used as a processing gas for modifying the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L , the oxygen ions themselves irradiated on the surfaces W U1 and W L1 are converted into SiO 2 double. It is possible to contribute to the modification by cutting the bond to form a single bond SiO. Therefore, the modification of the surfaces W U1 and W L1 can be performed efficiently.
  • the plasma generation mechanism of the surface modification apparatus 30 converts oxygen gas into plasma by microwaves, even when the supply amount of oxygen gas supplied to the plasma generation region R1 is small, the oxygen gas is excited to generate plasma. Can be Therefore, it is possible to efficiently generate oxygen gas plasma. Further, when the supply amount of oxygen gas is small as described above, the degree of vacuum of the plasma generation region R1 can be kept low. For this reason, it is not necessary to separate the exhaust of the plasma generation region R1 and the processing region R2, and the device configuration of the surface modification device 30 can be simplified.
  • the bonding system 1 includes, in addition to the surface modification device 30, a surface hydrophilization device 40 that hydrophilizes the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L and cleans the surfaces W U1 and W L1. Since the bonding apparatus 41 for bonding the wafers W U and W L is also provided, the wafers W U and W L can be bonded efficiently in one system. Accordingly, the throughput of the wafer bonding process can be further improved.
  • the plasma generation mechanism converts the processing gas (oxygen gas) into plasma by microwaves, but the method of generating plasma is not limited to this, and various methods can be adopted.
  • oxygen gas may be turned into plasma using a high frequency of 13.56 MHz.
  • an electrode 400 is provided on the upper surface of the processing vessel 100 in place of the radial line slot antenna 120 (microwave oscillation device 125, coaxial waveguide 126). It is done.
  • a high frequency power source 401 is connected to the electrode 400.
  • the high frequency power source 401 is also connected to the upper electrode 141 in the ion passage structure 140.
  • description is abbreviate
  • oxygen gas is first supplied from the gas supply pipe 130 to the plasma generation region R1. Further, a high frequency voltage of 13.56 MHz, for example, is applied from the high frequency power supply 401 to the electrode 400 and the upper electrode 141. Then, an electric field is formed between the electrode 400 and the upper electrode 141, and the oxygen gas supplied into the plasma generation region R1 is converted into plasma by this electric field. Then, oxygen ions are introduced from the plasma generation region R1 to the processing region R2 via the ion passage structure 140, and the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L are modified by the oxygen ions. Since the other steps S2 to S13 are the same as those in the above embodiment, the description thereof is omitted.
  • oxygen ions can be appropriately irradiated onto the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L using the ion passage structure 140, so that the surfaces W U1 and W L1 are appropriately modified. can do.
  • the processing gas (oxygen gas) is supplied from the gas supply pipe 130 connected to the side surface of the processing vessel 100 to the plasma generation region R1, but the processing gas supply method Is not limited to this.
  • the processing gas may be supplied from above the plasma generation region R1.
  • a shower head for supplying a processing gas may be provided on the lower surface side of the radial line slot antenna 120 of the surface modification device 30.
  • On the lower surface of the shower head for example, a plurality of supply ports for supplying process gas are formed. Then, the processing gas is uniformly supplied from the shower head into the plasma generation region R1.
  • oxygen gas is used as the processing gas.
  • other gases such as argon gas and nitrogen gas may be used.
  • the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L can be modified by the ions of the processing gas.
  • the case where the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L on which the SiO 2 film is formed is modified, but the wafer W on which another film, for example, a SiN film is formed, is described.
  • U even when modifying the surface W U1, W L1 of W L can be applied to the present invention.
  • the present invention can be applied to the case where the surfaces W U1 and W L1 of the bare wafers W U and W L on which no film is formed are modified.
  • the bonded wafer W T may be heated at a predetermined temperature, for example, 400 ° C. By performing the heat treatment according to the overlapped wafer W T, it is possible to more firmly bond the bonding interface.
  • the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
  • the present invention is not limited to this example and can take various forms.
  • the present invention can also be applied to a case where the substrate is another substrate such as an FPD (flat panel display) other than a wafer or a mask reticle for a photomask.
  • FPD flat panel display

Landscapes

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Abstract

　本発明は、基板を収容する処理容器と、処理容器内に配置されて基板を載置する載置部と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、処理容器内で処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構とを有し、処理容器内は、イオン通過構造体によって、処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画され、イオン通過構造体には、所定の電圧が印加される一対の電極と、プラズマ生成領域から処理領域に処理ガスのイオンが通過する開口部が設けられている。

Description

表面改質装置、接合システム及び表面改質方法
　本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置、接合システム及び表面改質方法に関する。
　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、例えば接合装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば接合装置は、不活性ガスをプラズマ状態にしてウェハの表面に照射するビーム照射手段と、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハを押圧する一組のワークローラとを有している。そして、この接合装置では、ビーム照射手段によってウェハの表面（接合面）を改質し、２枚のウェハを重ね合わせた状態で当該２枚のウェハの表面間にファンデルワールス力を発生させて仮接合する。その後、２枚のウェハを押圧することでウェハ同士を接合している（特許文献１）。
日本国特開２００４－３３７９２８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の接合装置を用いた場合、ビーム照射手段によってウェハの表面に向けて照射されたプラズマ状態の不活性ガスは、大きい衝突力でウェハの表面に衝突する。このため、ウェハの表面が物理的なダメージを受けるおそれがある。したがって、ウェハの表面の平坦性が損なわれ、その後ウェハ同士を適切に接合できない懸念があった。
　また、ウェハの表面を改質させるため、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で生成されたプラズマによって処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる平行平板型のプラズマ処理装置を用いた場合でも、上述と同様に、ウェハは物理的なダメージを被るおそれがある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することを目的とする。
　前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置であって、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有している。そして前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されている。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。
　本発明によれば、イオン通過構造体の一対の電極に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与し、当該処理ガスのイオンのみをプラズマ処理領域から処理領域に導入することができる。そして、処理領域において、処理ガスのイオンを用いて載置部上の基板の表面を改質することができる。かかる場合、処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、処理ガスのイオンが基板の表面に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、基板の表面が物理的なダメージを受けることなく、基板の表面の平坦性が損なわれることもない。このように本発明によれば、基板がダメージを受けることなく、当該基板の表面を適切に改質することができる。したがって、その後基板同士を適切に接合することができる。
　別な観点による本発明は、前記表面改質装置を備えた接合システムであって、前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有することを特徴としている。
　また別な観点による本発明は、基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、前記表面改質装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有している。そして前記表面改質方法では、前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質することを特徴としている。
　本発明によれば、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することができる。
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。 表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。 イオン通過構造体の平面図である。 表面親水化装置の構成の概略を示す縦断面図である。 表面親水化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。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 上部チャックと下部チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上部チャックを下方から見た平面図である。 下部チャックを上方から見た平面図である。 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の水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を当接させて押圧する様子を示す説明図である。 上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。 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表面改質装置の構成の概略を示す縦断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。
　接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。また、上ウェハＷＵが接合される接合面を「表面ＷＵ１」といい、当該表面ＷＵ１と反対側の面を「裏面ＷＵ２」という。同様に、下ウェハＷＬが接合される接合面を「表面ＷＬ１」といい、当該表面ＷＬ１と反対側の面を「裏面ＷＬ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬを接合して重合ウェハＷＴを形成する。なお、本実施の形態においては、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１には、ＳｉＯ２膜が形成されている。
　接合システム１は、図１に示すように例えば外部との間で複数のウェハＷＵ、ＷＬ、複数の重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。
　搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを載置することができる。このように、搬入出ステーション２は、複数の上ウェハＷＵ、複数の下ウェハＷＬ、複数の重合ウェハＷＴを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの１つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。異常ウェハの回収用のカセットとは、種々の要因で上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷＴと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットＣＴのうち、１つのカセットＣＴを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットＣＴを正常な重合ウェハＷＴの収容用として用いている。
　搬入出ステーション２には、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送部２０が設けられている。ウェハ搬送部２０には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、鉛直方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴと、後述する処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０、５１との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　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ＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する表面改質装置３０が配置されている。本実施の形態では、表面改質装置３０において、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１におけるＳｉＯ２の二重結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する。
　例えば第２の処理ブロックＧ２には、例えば純水によってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷＵ、ＷＬを接合する接合装置４１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＹ方向に並べて配置されている。
　例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのトランジション装置５０、５１が下から順に２段に設けられている。
　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ＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
　次に、上述した表面改質装置３０の構成について説明する。表面改質装置３０は、図４に示すように処理容器１００を有している。処理容器１００の上面は開口し、当該上面開口には、後述するラジアルラインスロットアンテナ１２０が配置されて、処理容器１００は内部を密閉可能に構成されている。
　処理容器１００のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１にはゲートバルブ１０２が設けられている。
　処理容器１００の底面には、吸気口１０３が形成されている。吸気口１０３には、処理容器１００の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する、吸気装置１０４に連通する吸気管１０５が接続されている。
　また、処理容器１００の底面には、ウェハＷＵ、ＷＬを載置する載置部としての載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、例えば静電吸着や真空吸着によってウェハＷＵ、ＷＬを載置することができる。載置台１１０には、後述するように載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬに照射される処理ガスのイオン（酸素イオン）によって生じるイオン電流を測定する、他の電流計としてのイオン電流計１１１が設けられている。
　載置台１１０には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構１１２が内蔵されている。温度調節機構１１２は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部１１３に接続されている。そして、液温調節部１１３によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台１１０の温度を制御できる。この結果、載置台１１０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。
　なお、載置台１１０の下方には、ウェハＷＵ、ＷＬを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、載置台１１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し載置台１１０の上面から突出可能になっている。
　処理容器１００の上面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ１２０（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ１２０は、下面が開口したアンテナ本体１２１を備えている。アンテナ本体１２１の内部には、例えば冷却媒体を流通させる流通路（図示せず）が設けられている。
　アンテナ本体１２１の下面の開口部には、複数のスロットが形成され、アンテナとして機能するスロット板１２２が設けられている。スロット板１２２の材料には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。アンテナ本体１２１内のスロット板１２２の上部には、遅相板１２３が設けられている。遅相板１２３の材料には、低損失誘電体材料、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられる。
　アンテナ本体１２１及びスロット板１２２の下方には、マイクロ波透過板１２４が設けられている。マイクロ波透過板１２４は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１００の内部を塞ぐように配置されている。マイクロ波透過板１２４の材料には、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等が用いられる。
　アンテナ本体１２１の上部には、マイクロ波発振装置１２５に通じる同軸導波管１２６が接続されている。マイクロ波発振装置１２５は、処理容器１００の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ１２０に対し、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振できる。
　かかる構成により、マイクロ波発振装置１２５から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ１２０内に伝搬され、遅相板１２３で圧縮されて短波長化され、スロット板１２２で円偏波を発生させた後、マイクロ波透過板１２４を透過して処理容器１００内に向けて放射される。なお、本実施の形態では、ラジアルラインスロットアンテナ１２０、マイクロ波発振装置１２５、同軸導波管１２６が、本発明におけるプラズマ生成機構を構成している。
　処理容器１００の側面には、当該処理容器１００内に処理ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給管１３０が接続されている。ガス供給管１３０は、後述するイオン通過構造体１４０の上方に配置され、処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に酸素ガスを供給する。また、ガス供給管１３０には、内部に酸素ガスを貯留するガス供給源１３１に連通している。ガス供給管１３０には、酸素ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１３２が設けられている。なお、本実施の形態では、ガス供給管１３０、ガス供給源１３１、供給機器群１３２が、本発明におけるガス供給機構を構成している。
　処理容器１００内の載置台１１０とラジアルラインスロットアンテナ１２０との間には、イオン通過構造体１４０が設けられている。すなわち、イオン通過構造体１４０は、処理容器１００の内部を、ガス供給管１３０から供給された酸素ガスをラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されたマイクロ波によってプラズマ化するプラズマ生成領域Ｒ１と、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンを用いて載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する処理領域Ｒ２に区画するように設けられている。
　イオン通過構造体１４０は、一対の電極１４１、１４２を有している。以下、上部に配置された電極を「上部電極１４１」といい、下部に配置された電極を「下部電極１４２」という場合がある。一対の電極１４１、１４２間には、当該一対の電極１４１、１４２を電気的に絶縁する絶縁材１４３が設けられている。
　各電極１４１、１４２は、図４及び図５に示すように平面視においてウェハＷＵ、ＷＬの直径よりも大きい円形状を有している。また、各電極１４１、１４２には、プラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に酸素イオンが通過する開口部１４４が複数形成されている。これら複数の開口部１４４は、例えば格子状に配置されている。なお、複数の開口部１４４の形状や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
　ここで、各開口部１４４の寸法は、例えばラジアルラインスロットアンテナ１２０から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定されるのが好ましい。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ１２０から供給されたマイクロ波がイオン通過構造体１４０で反射され、マイクロ波の処理領域Ｒ２への進入を抑制できる。この結果、載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬはマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波によるウェハＷＵ、ＷＬの損傷を防止できる。
　イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を印加する電源１４５が接続されている。この電源１４５によって印加される所定の電圧は、後述する制御部３００によって制御され、最大電圧は例えば１ＫｅＶである。また、イオン通過構造体１４０には、一対の電極１４１、１４２間を流れる電流を測定する電流計１４６が接続されている。
　次に、上述した表面親水化装置４０の構成について説明する。表面親水化装置４０は、図６に示すように内部を密閉可能な処理容器１５０を有している。処理容器１５０のウェハ搬送領域６０側の側面には、図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの搬入出口１５１が形成され、当該搬入出口１５１には開閉シャッタ１５２が設けられている。
　処理容器１５０内の中央部には、図６に示すようにウェハＷＵ、ＷＬを保持して回転させるスピンチャック１６０が設けられている。スピンチャック１６０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷＵ、ＷＬを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷＵ、ＷＬをスピンチャック１６０上に吸着保持できる。
　スピンチャック１６０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１６１を有し、そのチャック駆動部１６１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１６１には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１６０は昇降自在になっている。
　スピンチャック１６０の周囲には、ウェハＷＵ、ＷＬから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１６２が設けられている。カップ１６２の下面には、回収した液体を排出する排出管１６３と、カップ１６２内の雰囲気を真空引きして排気する排気管１６４が接続されている。
　図７に示すようにカップ１６２のＸ方向負方向（図７の下方向）側には、Ｙ方向（図７の左右方向）に沿って延伸するレール１７０が形成されている。レール１７０は、例えばカップ１６２のＹ方向負方向（図７の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図７の右方向）側の外方まで形成されている。レール１７０には、例えばノズルアーム１７１とスクラブアーム１７２が取り付けられている。
　ノズルアーム１７１には、図６及び図７に示すようにウェハＷＵ、ＷＬに純水を供給する純水ノズル１７３が支持されている。ノズルアーム１７１は、図７に示すノズル駆動部１７４により、レール１７０上を移動自在である。これにより、純水ノズル１７３は、カップ１６２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１７５からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷＵ、ＷＬ上をウェハＷＵ、ＷＬの径方向に移動できる。また、ノズルアーム１７１は、ノズル駆動部１７４によって昇降自在であり、純水ノズル１７３の高さを調節できる。
　純水ノズル１７３には、図６に示すように当該純水ノズル１７３に純水を供給する供給管１７６が接続されている。供給管１７６は、内部に純水を貯留する純水供給源１７７に連通している。また、供給管１７６には、純水の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１７８が設けられている。
　スクラブアーム１７２には、スクラブ洗浄具１８０が支持されている。スクラブ洗浄具１８０の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ１８０ａが設けられている。スクラブアーム１７２は、図７に示す洗浄具駆動部１８１によってレール１７０上を移動自在であり、スクラブ洗浄具１８０を、カップ１６２のＹ方向負方向側の外方からカップ１６２内のウェハＷＵ、ＷＬの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部１８１によって、スクラブアーム１７２は昇降自在であり、スクラブ洗浄具１８０の高さを調節できる。
　なお、以上の構成では、純水ノズル１７３とスクラブ洗浄具１８０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル１７３を省略して、スクラブ洗浄具１８０から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ１６２を省略して、処理容器１５０の底面に液体を排出する排出管と、処理容器１５０内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置４０において、帯電防止用のイオナイザ（図示せず）を設けてもよい。
　次に、上述した接合装置４１の構成について説明する。接合装置４１は、図８に示すように内部を密閉可能な処理容器１９０を有している。処理容器１９０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。
　処理容器１９０の内部は、内壁１９３によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画されている。上述した搬入出口１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成されている。また、内壁１９３にも、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬入出口１９４が形成されている。
　搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを一時的に載置するためのトランジション２００が設けられている。トランジション２００は、例えば２段に形成され、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのいずれか２つを同時に載置することができる。
　搬送領域Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路２０１上を移動自在なウェハ搬送体２０２が設けられている。ウェハ搬送体２０２は、図８及び図９に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。なお、本実施の形態では、搬送路２０１及びウェハ搬送体２０２が搬送機構を構成している。
　搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節する位置調節機構２１０が設けられている。位置調節機構２１０は、図１０に示すように基台２１１と、ウェハＷＵ、ＷＬを吸着保持して回転させる保持部２１２と、ウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出する検出部２１３と、を有している。そして、位置調節機構２１０では、保持部２１２に吸着保持されたウェハＷＵ、ＷＬを回転させながら検出部２１３でウェハＷＵ、ＷＬのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハＷＵ、ＷＬの水平方向の向きを調節している。
　また、搬送領域Ｔ１には、当該搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間を移動し、且つ上ウェハＷＵの表裏面を反転させる反転機構２２０が設けられている。反転機構２２０は、図１１に示すように上ウェハＷＵを保持する保持アーム２２１を有している。保持アーム２２１上には、上ウェハＷＵを吸着して水平に保持する吸着パッド２２２が設けられている。保持アーム２２１は、第１の駆動部２２３に支持されている。この第１の駆動部２２３により、保持アーム２２１は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第１の駆動部２２３の下方には、第２の駆動部２２４が設けられている。この第２の駆動部２２４により、第１の駆動部２２３は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第２の駆動部２２４は、図８及び図９に示すＹ方向に延伸するレール２２５に取り付けられている。レール２２５は、処理領域Ｔ２から搬送領域Ｔ１まで延伸している。この第２の駆動部２２４により、反転機構２２０は、レール２２５に沿って位置調節機構２１０と後述する上部チャック２３０との間を移動可能になっている。そして、反転機構２２０は、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送する搬送機構としての機能も有している。なお、反転機構２２０の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハＷＵの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構２２０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体２０２に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。また、位置調節機構２１０に反転機構を付与し、反転機構２２０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
　処理領域Ｔ２には、図８及び図９に示すように上ウェハＷＵを下面で吸着保持する上部チャック２３０と、下ウェハＷＬを上面で載置して吸着保持する下部チャック２３１とが設けられている。下部チャック２３１は、上部チャック２３０の下方に設けられ、上部チャック２３０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬは対向して配置可能となっている。
　上部チャック２３０は、図９に示すように処理容器１９０の天井面に設けられた支持部材２３２に支持されている。支持部材２３２は、上部チャック２３０の上面外周部を支持している。下部チャック２３１の下方には、シャフト２３３を介してチャック駆動部２３４が設けられている。このチャック駆動部２３４により、下部チャック２３１は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下部チャック２３１の下方には、下ウェハＷＬを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、下部チャック２３１に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、下部チャック２３１の上面から突出可能になっている。なお、本実施の形態では、シャフト２３３及びチャック駆動部２３４が昇降機構及び移動機構を構成している。
　上部チャック２３０は、図１２に示すように複数、例えば３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに区画されている。これら領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、図１３に示すように上部チャック２３０の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３０ａは平面視において円形状を有し、領域２３０ｂ、２３０ｃは平面視において環状形状を有している。各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、図１２に示すように上ウェハＷＵを吸着保持するための吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃには、異なる真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃが０それぞれ接続されている。したがって、上部チャック２３０は、各領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ毎に上ウェハＷＵの真空引きを設定可能に構成されている。
　なお、以下において、上述した３つの領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、それぞれ第１の領域２３０ａ、第２の領域２３０ｂ、第３の領域２３０ｃという場合がある。また、吸引管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを、それぞれ第１の吸引管２４０ａ、第２の吸引管２４０ｂ、第３の吸引管２４０ｃという場合がある。さらに、真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを、それぞれ第１の真空ポンプ２４１ａ、第２の真空ポンプ２４１ｂ、第３の真空ポンプ２４１ｃという場合がある。
　上部チャック２３０の中心部には、当該上部チャック２３０を厚み方向に貫通する貫通孔２４２が形成されている。この上部チャック２３０の中心部は、当該上部チャック２３０に吸着保持される上ウェハＷＵの中心部に対応している。そして、貫通孔２４２には、後述する押動部材２５０の押動ピン２５１が挿通するようになっている。
　上部チャック２３０の上面には、上ウェハＷＵの中心部を押圧する押動部材２５０が設けられている。押動部材２５０は、シリンダ構造を有し、押動ピン２５１と当該押動ピン２５１が昇降する際のガイドとなる外筒２５２とを有している。押動ピン２５１は、例えばモータを内蔵した駆動部（図示せず）によって、貫通孔２４２を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材２５０は、後述するウェハＷＵ、ＷＬの接合時に、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部とを当接させて押圧することができる。
　上部チャック２３０には、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１を撮像する第２の撮像部材としての上部撮像部材２５３が設けられている。上部撮像部材２５３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、上部撮像部材２５３は、上部チャック２３０上に設けられていてもよい。
　下部チャック２３１は、図１４に示すように複数、例えば２つの領域２３１ａ、２３１ｂに区画されている。これら領域２３１ａ、２３１ｂは、下部チャック２３１の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域２３１ａは平面視において円形状を有し、領域２３１ｂは平面視において環状形状を有している。各領域２３１ａ、２３１ｂには、図１２に示すように下ウェハＷＬを吸着保持するための吸引管２６０ａ、２６０ｂがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管２６０ａ、２６０ｂには、異なる真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂがそれぞれ接続されている。したがって、下部チャック２３１は、各領域２３１ａ、２３１ｂ毎に下ウェハＷＬの真空引きを設定可能に構成されている。
　下部チャック２３１の外周部には、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴが当該下部チャック２３１から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材２６２が設けられている。ストッパ部材２６２は、その頂部が少なくとも下部チャック２３１上の重合ウェハＷＴよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材２６２は、図１４に示すように下部チャック２３１の外周部に複数個所、例えば５箇所に設けられている。
　下部チャック２３１には、図１２に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１を撮像する第１の撮像部材としての下部撮像部材２６３が設けられている。下部撮像部材２６３には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。なお、下部撮像部材２６３は、下部チャック２３１上に設けられていてもよい。
　以上の接合システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合システム１におけるウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述のウェハ接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部３００にインストールされたものであってもよい。
　次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われるウェハＷＵ、ＷＬの接合処理方法について説明する。図１５は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。
　先ず、複数枚の上ウェハＷＵを収容したカセットＣＵ、複数枚の下ウェハＷＬを収容したカセットＣＬ、及び空のカセットＣＴが、搬入出ステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣＵ内の上ウェハＷＵが取り出され、処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置５０に搬送される。
　次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１によって第１の処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１から載置台１１０の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置６１が表面改質装置３０から退出し、ゲートバルブ１０２が閉じられる。なお、載置台１１０に載置された上ウェハＷＵは、温度調節機構１１２によって所定の温度、例えば２５℃～３０℃に維持される。
　その後、吸気装置１０４を作動させ、吸気口１０３を介して処理容器１００の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば６７Ｐａ～３３３Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ～２．５Ｔｏｒｒ）まで減圧される。そして、後述するように上ウェハＷＵを処理中、処理容器１００内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
　その後、ガス供給管１３０から処理容器１００内のプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、酸素ガスが供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ１２０からプラズマ生成領域Ｒ１に向けて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ生成領域Ｒ１内において酸素ガスが励起されてプラズマ化され、例えば酸素ガスがイオン化する。このとき、下方に進行するマイクロ波は、イオン通過構造体１４０で反射し、プラズマ生成領域Ｒ１内に留まる。この結果、プラズマ生成領域Ｒ１内には、高密度のプラズマが生成される。
　続いて、イオン通過構造体１４０において、電源１４５により一対の電極１４１、１４２に所定の電圧を印加する。そうすると、この一対の電極１４１、１４２によって、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンのみが、イオン通過構造体１４０の開口部１４４を通過して処理領域Ｒ２に流入する。
　このとき、制御部３００によって、一対の電極１４１、１４２間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極１４１、１４２を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーが制御される。この酸素イオンに付与されるエネルギーは、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１のＳｉＯ２の二重結合を切断して単結合のＳｉＯとするのに十分なエネルギーであって、当該表面ＷＵ１が損傷しないエネルギーに設定される。
　また、このとき、電流計１４６によって一対の電極１４１、１４２間を流れる電流の電流値が測定される。この測定された電流値に基づいて、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの通過量に基づいて、当該通過量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
　その後、処理領域Ｒ２に導入された酸素イオンは、載置台１１０上の上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射されて注入される。そして、照射された酸素イオンによって、表面ＷＵ１におけるＳｉＯ２の二重結合が切断されて単結合のＳｉＯとなる。また、この表面ＷＵ１の改質には酸素イオンが用いられているため、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオン自体がＳｉＯの結合に寄与する。こうして、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が改質される（図１５の工程Ｓ１）。
　このとき、イオン電流計１１１によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射された酸素イオンによって生じるイオン電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に照射される酸素イオンの照射量が把握される。そして、制御部３００では、把握された酸素イオンの照射量に基づいて、当該照射量が所定の値になるように、ガス供給管１３０からの酸素ガスの供給量や、一対の電極１４１、１４２間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
　次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０に搬入された上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１からスピンチャック１６０に受け渡され吸着保持される。
　続いて、ノズルアーム１７１によって待機部１７５の純水ノズル１７３を上ウェハＷＵの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム１７２によってスクラブ洗浄具１８０を上ウェハＷＵ上に移動させる。その後、スピンチャック１６０によって上ウェハＷＵを回転させながら、純水ノズル１７３から上ウェハＷＵ上に純水を供給する。そうすると、表面改質装置３０において改質された上ウェハＷＵの表面ＷＵ１に水酸基（シラノール基）が付着して当該表面ＷＵ１が親水化される。また、純水ノズル１７３からの純水とスクラブ洗浄具１８０によって、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ２）。
　次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷＵは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、上ウェハＷＵの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ３）。
　その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０の保持アーム２２１に上ウェハＷＵが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム２２１を反転させることにより、上ウェハＷＵの表裏面が反転される（図１５の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が下方に向けられる。なお、上ウェハＷＵの表裏面の反転は、後述する反転機構２２０の移動中に行われてもよい。
　その後、反転機構２２０が上部チャック２３０側に移動し、反転機構２２０から上部チャック２３０に上ウェハＷＵが受け渡される。上ウェハＷＵは、上部チャック２３０にその裏面ＷＵ２が吸着保持される（図１５の工程Ｓ５）。このとき、すべての真空ポンプ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを作動させ、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。上ウェハＷＵは、後述する下ウェハＷＬが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック２３０で待機する。
　上ウェハＷＵに上述した工程Ｓ１～Ｓ５の処理が行われている間、当該上ウェハＷＵに続いて下ウェハＷＬの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣＬ内の下ウェハＷＬが取り出され、処理ステーション３のトランジション装置５０に搬送される。
　次に下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が改質される（図１５の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の改質は、上述した工程Ｓ１と同様である。
　その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が親水化される共に当該表面ＷＬ１が洗浄される（図１５の工程Ｓ７）。なお、工程Ｓ７における下ウェハＷＬの表面ＷＬ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様であるので詳細な説明を省略する。
　その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷＬは、トランジション２００を介してウェハ搬送体２０２により位置調節機構２１０に搬送される。そして位置調節機構２１０によって、下ウェハＷＬの水平方向の向きが調節される（図１５の工程Ｓ８）。
　その後、下ウェハＷＬは、ウェハ搬送体２０２によって下部チャック２３１に搬送され、下部チャック２３１に吸着保持される（図１５の工程Ｓ９）。このとき、すべての真空ポンプ２６１ａ、２６１ｂを作動させ、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。そして、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が上方を向くように、当該下ウェハＷＬの裏面ＷＬ２が下部チャック２３１に吸着保持される。
　次に、上部チャック２３０に保持された上ウェハＷＵと下部チャック２３１に保持された下ウェハＷＬとの水平方向の位置調節を行う。図１６に示すように下ウェハＷＬの表面ＷＬ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷＵの表面ＷＵ１には予め定められた複数、例えば４点以上の基準点Ｂが形成されている。これら基準点Ａ、Ｂとしては、例えばウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材２５３を水平方向に移動させ、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が撮像される。また、下部撮像部材２６３を水平方向に移動させ、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１が撮像される。その後、上部撮像部材２５３が撮像した画像に表示される下ウェハＷＬの基準点Ａの位置と、下部撮像部材２６３が撮像した画像に表示される上ウェハＷＵの基準点Ｂの位置とが合致するように、下部チャック２３１によって下ウェハＷＬの水平方向の位置（水平方向の向きを含む）が調節される。すなわち、チャック駆動部２３４によって、下部チャック２３１を水平方向に移動させて、下ウェハＷＬの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの水平方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１０）。
　なお、ウェハＷＵ、ＷＬの水平方向きは、工程Ｓ３、Ｓ８において位置調節機構２１０によって調節されているが、工程Ｓ１０において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程Ｓ１０では、基準点Ａ、Ｂとして、ウェハＷＬ、ＷＵ上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハＷＬ、ＷＵの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
　その後、チャック駆動部２３４によって、図１７に示すように下部チャック２３１を上昇させ、下ウェハＷＬを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷＬの表面ＷＬ１と上ウェハＷＵの表面ＷＵ１との間の間隔が所定の距離、例えば５０μｍになるように下ウェハＷＬを配置する。こうして上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの鉛直方向の位置が調節される（図１５の工程Ｓ１１）。なお、工程Ｓ５～工程Ｓ１１において、上部チャック２３０のすべての領域２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃにおいて、上ウェハＷＵを真空引きしている。同様に工程Ｓ９～工程Ｓ１１において、下部チャック２３１のすべての領域２３１ａ、２３１ｂにおいて、下ウェハＷＬを真空引きしている。
　その後、第１の真空ポンプ２４１ａの作動を停止して、図１８に示すように第１の領域２３０ａにおける第１の吸引管２４０ａからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このとき、第２の領域２３０ｂと第３の領域２３０ｃでは、上ウェハＷＵが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材２５０の押動ピン２５１を下降させることによって、上ウェハＷＵの中心部を押圧しながら当該上ウェハＷＵを下降させる。このとき、押動ピン２５１には、上ウェハＷＵがない状態で当該押動ピン２５１が７０μｍ移動するような荷重、例えば２００ｇがかけられる。そして、押動部材２５０によって、上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を当接させて押圧する（図１５の工程Ｓ１２）。
　そうすると、押圧された上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部との間で接合が開始する（図１８中の太線部）。すなわち、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ６において改質されているため、先ず、表面ＷＵ１、ＷＬ１間にファンデルワールス力が生じ、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が接合される。さらに、上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ７において親水化されているため、表面ＷＵ１、ＷＬ１間の親水基が水素結合し、表面ＷＵ１、ＷＬ１同士が強固に接合される。
　その後、図１９に示すように押動部材２５０によって上ウェハＷＵの中心部と下ウェハＷＬの中心部を押圧した状態で、第２の真空ポンプ２４１ｂの作動を停止して、第２の領域２３０ｂにおける第２の吸引管２４０ｂからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。そうすると、第２の領域２３０ｂに保持されていた上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に落下する。さらにその後、第３の真空ポンプ２４１ｃの作動を停止して、第３の領域２３０ｃにおける第３の吸引管２４０ｃからの上ウェハＷＵの真空引きを停止する。このように上ウェハＷＵの中心部から外周部に向けて、上ウェハＷＵの真空引きを停止し、上ウェハＷＵが下ウェハＷＬ上に順次落下して当接する。そして、上述した表面ＷＵ１、ＷＬ１間のファンデルワールス力と水素結合による接合が、上述した結合が順次拡がる。こうして、図２０に示すように上ウェハＷＵの表面ＷＵ１と下ウェハＷＬの表面ＷＬ１が全面で当接し、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合される（図１５の工程Ｓ１３）。
　その後、図２１に示すように押動部材２５０を上部チャック２３０まで上昇させる。また、下部チャック２３１において吸引管２６０ａ、２６０ｂからの下ウェハＷＬの真空引きを停止して、下部チャック２３１による下ウェハＷＬの吸着保持を停止する。
　上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが接合された重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６１によってトランジション装置５１に搬送され、その後搬入出ステーション２のウェハ搬送装置２２によって所定のカセット載置板１１のカセットＣＴに搬送される。こうして、一連のウェハＷＵ、ＷＬの接合処理が終了する。
　以上の実施の形態によれば、表面改質装置３０において、イオン通過構造体１４０の一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域Ｒ１で生成された酸素イオンに所定のエネルギーを付与し、当該酸素イオンのみをプラズマ処理領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に導入することができる。そして、処理領域Ｒ２において、酸素イオンを用いて載置台１１０上のウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質することができる。かかる場合、酸素イオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、当該酸素イオンがウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１が物理的なダメージを受けることなく、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１の平坦性が損なわれることもない。このように本実施の形態によれば、ウェハＷＵ、ＷＬがダメージを受けることなく、表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。したがって、その後ウェハＷＵ、ＷＬ同士を適切に接合することができる。
　また、本実施の形態の表面改質装置３０を用いた場合、制御部３００によって種々のパラメータを適切に制御し、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
　すなわち、制御部３００によって、一対の電極１４１、１４２間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極１４１、１４２を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーを適切に制御できる。
　また、制御部３００によって、電流計１４６で測定される一対の電極１４１、１４２間の電流値に基づき、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量を制御できる。
　さらに、制御部３００によって、イオン電流計１１１で測定されるイオン電流の電流値に基づき、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射される酸素イオンの照射量を制御できる。
　このように、一対の電極１４１、１４２間の電圧、イオン通過構造体１４０を通過する酸素イオンの通過量、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射される酸素イオンの照射量を制御することで、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１に酸素イオンを適切に照射することができる。したがって、表面ＷＵ１、ＷＬ１を損傷することなく、ＳｉＯ２の二重結合のみを切断して単結合のＳｉＯとして表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
　また、イオン通過構造体１４０には一対の電極１４１、１４２を電気的に絶縁する絶縁材１４３が設けられているので、当該一対の電極１４１、１４２間に所定の電圧を適切に印加することができる。
　また、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する処理ガスとして酸素ガスを用いているので、表面ＷＵ１、ＷＬ１に照射された酸素イオン自体を、ＳｉＯ２の二重結合を切断し単結合のＳｉＯにする改質に寄与させることができる。したがって、表面ＷＵ１、ＷＬ１の改質を効率よく行うことができる。
　また、表面改質装置３０のプラズマ生成機構は、マイクロ波によって酸素ガスをプラズマ化しているので、プラズマ生成領域Ｒ１に供給される酸素ガスの供給量が少ない場合でも当該酸素ガスを励起させてプラズマ化することができる。したがって、効率よく酸素ガスのプラズマを生成することができる。また、このように酸素ガスの供給量が少ない場合、プラズマ生成領域Ｒ１の真空度を低く維持できる。このため、プラズマ生成領域Ｒ１と処理領域Ｒ２の排気を分ける必要がなく、表面改質装置３０の装置構成を簡略化することができる。
　さらに、接合システム１は、表面改質装置３０に加えて、ウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を親水化すると共に当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を洗浄する表面親水化装置４０と、ウェハＷＵ、ＷＬを接合する接合装置４１も備えているので、一のシステム内でウェハＷＵ、ＷＬの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。
　以上の実施の形態では、プラズマ生成機構はマイクロ波によって処理ガス（酸素ガス）をプラズマ化していたが、プラズマを生成する方法はこれに限定されず、種々の方法を採り得る。
　例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を用いて酸素ガスをプラズマ化してもよい。かかる場合、図２２に示すように表面改質装置３０において、処理容器１００の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ１２０（マイクロ波発振装置１２５、同軸導波管１２６）に代えて、電極４００が設けられる。電極４００には、高周波電源４０１が接続されている。この高周波電源４０１は、イオン通過構造体１４０における上部電極１４１にも接続されている。なお、表面改質装置３０のその他の構成は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
　そして、工程Ｓ１においてプラズマ生成領域Ｒ１で酸素ガスをプラズマ化する際には、先ず、ガス供給管１３０からプラズマ生成領域Ｒ１に酸素ガスが供給される。また、高周波電源４０１から電極４００と上部電極１４１に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加される。そうすると、電極４００と上部電極１４１との間に電界が形成され、この電界によってプラズマ生成領域Ｒ１内に供給された酸素ガスがプラズマ化される。そして、イオン通過構造体１４０を介してプラズマ生成領域Ｒ１から処理領域Ｒ２に酸素イオンが導入され、当該酸素イオンによってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１が改質される。なお、その他の工程Ｓ２～Ｓ１３は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
　本実施の形態においても、イオン通過構造体１４０を用いて酸素イオンをウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に照射できるので、当該表面ＷＵ１、ＷＬ１を適切に改質することができる。
　以上の実施の形態の表面改質装置３０では、処理ガス（酸素ガス）は処理容器１００の側面に接続されたガス供給管１３０からプラズマ生成領域Ｒ１に供給されていたが、処理ガスの供給方法はこれに限定されない。例えばプラズマ生成領域Ｒ１の上方から処理ガスを供給してもよい。かかる場合、例えば表面改質装置３０のラジアルラインスロットアンテナ１２０の下面側に、処理ガスを供給するシャワーヘッドを設けてもよい。シャワーヘッドの下面には、例えば処理ガスを供給する複数の供給口が形成されている。そして、当該シャワーヘッドからプラズマ生成領域Ｒ１内に均一に処理ガスが供給される。
　以上の実施の形態では、処理ガスとして酸素ガスを用いていたが、他のガス、例えばアルゴンガスや窒素ガス等を用いてもよい。また、処理ガスとして酸素ガスとこれらその他のガスを混合した混合ガスを用いてもよい。いずれの場合でも、処理ガスのイオンによってウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質することができる。
　以上の実施の形態では、ＳｉＯ２膜が形成されたウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合について説明したが、他の膜、例えばＳｉＮ膜が形成されたウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合にも本発明を適用することができる。また、膜が形成されていないベアウェハＷＵ、ＷＬの表面ＷＵ１、ＷＬ１を改質する場合にも本発明を適用することができる。
　以上の実施の形態の接合システム１において、接合装置４１でウェハＷＵ、ＷＬを接合した後、さらに接合された重合ウェハＷＴを所定の温度、例えば４００℃で加熱してもよい。重合ウェハＷＴにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。
　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
　　３０　表面改質装置
　　４０　表面親水化装置
　　４１　接合装置
　　１００　処理容器
　　１１０　載置台
　　１１１　イオン電流計
　　１２０　ラジアルラインスロットアンテナ
　　１２５　マイクロ波発振装置
　　１２６　同軸導波管
　　１３０　ガス供給管
　　１３１　ガス供給源
　　１３２　供給機器群
　　１４０　イオン通過構造体
　　１４１　上部電極
　　１４２　下部電極
　　１４３　絶縁材
　　１４４　開口部
　　１４５　電源
　　１４６　電流計
　　３００　制御部
　　４００　電極
　　４０１　高周波電源
　　Ｒ１　プラズマ生成領域
　　Ｒ２　処理領域
　　ＷＵ　　上ウェハ
　　ＷＵ１　　表面
　　ＷＬ　　下ウェハ
　　ＷＬ１　　表面
　　ＷＴ　　重合ウェハ

Claims (15)

  1. 基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置であって、
    基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
    前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、
    前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、
    前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されている。
  2. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられている。
  3. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御する制御部を有する。
  4. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記一対の電極間の電流を測定する電流計と、
    前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する制御部と、を有する。
  5. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計と、
    前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する制御部と、を有する。
  6. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化する。
  7. 請求項１に記載の表面改質装置において、
    前記処理ガスは、酸素ガスを有する。
  8. 基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する、表面改質装置を備えた接合システムであって、
    前記表面改質装置は、
    基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
    前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、
    前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、
    前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成され、
    前記接合システムは、前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
    前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有する。
  9. 基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、
    前記表面改質装置は、
    基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
    前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有し、
    前記表面改質方法では、
    前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、
    前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、
    前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する。
  10. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられている。
  11. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御する。
  12. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記表面処理装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計を有し、
    前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する。
  13. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記表面処理装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計を有し、
    前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する。
  14. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化する。
  15. 請求項９に記載の表面改質方法において、
    前記処理ガスは、酸素ガスを有する。
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