JP7491973B2 - 接合装置、接合システム及び接合方法 - Google Patents

接合装置、接合システム及び接合方法 Download PDF

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Description

本開示は、接合装置、接合システム及び接合方法に関する。
特許文献１には、基板同士を接合する接合装置が開示されている。接合装置は、第１基板を保持する第１保持部と、第２基板を保持する第２保持部と、第１保持部と第２保持部を収容するチャンバと、チャンバの外部に設けられた撮像部とを有している。撮像部は、チャンバ、第１保持部、第２保持部のそれぞれに形成された貫通孔を介して、第１基板と第２基板に形成されたアライメントマークを撮像する。
特開２０１６－１３４４４６号公報
本開示にかかる技術は、基板同士を接合する際の接合精度を向上させる。
本開示の一態様は、第１基板と第２基板を接合する接合装置であって、前記第１基板を保持する第１保持部と、前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、前記第１基板の厚みを測定する第１変位計と、前記第２基板の厚みを測定する第２変位計と、前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記第１変位計と前記第２変位計を第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、を有する。
本開示によれば、基板同士を接合する際の接合精度を向上させことができる。
本実施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。 重合基板の構成の概略を示す側面図である。 第１基板の構成の概略を示す平面図である。 接合装置の構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す平面図である。 第１保持部及びその周辺の構成の断面図である。 第１保持部及びその周辺を下方から見た平面図である。 第１保持部及びその周辺を上方から見た平面図である。 第２保持部及びその周辺の構成の断面図である。 第２保持部及びその周辺の構成の断面図である。 第２保持部及びその周辺を上方から見た平面図である。 第１撮像ユニットの構成の概略を示す平面図である。 第１撮像ユニットの構成の概略を示す側面図である。 第１撮像ユニットの内部構成を模式的に示した説明図である。 従来の撮像ユニットの内部構成を模式的に示した説明図である。 基準マーク部の構成の概略を示す側面図である。 接合処理の主な工程を示すフロー図である。 接合処理のステップＡ３、Ａ６を示す説明図である。 接合処理のステップＡ７、Ａ８を示す説明図である。 接合処理のステップＡ９を示す説明図である。 接合処理のステップＡ９、Ａ１０を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１０を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１１を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１２を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１３を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１４を示す説明図である。 第１基板と第２基板を押圧する際の荷重の負荷状況を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１５を示す説明図である。 接合処理のステップＡ１５を示す説明図である。
半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術では、２枚の半導体基板（以下、「基板」という。）の接合が行われる。具体的には、例えば基板同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。そして、半導体デバイスを適切に製造するためには、基板を接合して積層する際、上側に配置される第１基板と下側に配置される第２基板とを適切に位置合わせすることが重要になる。
従来、例えば特許文献１に開示された接合装置では、チャンバの外部に設けられた撮像部よって、チャンバの内部に収容された第１基板と第２基板のアライメントマークを撮像する。そして、撮像されたアライメントマークの検出結果に基づいて、第１保持部の水平方向における位置及び向きを調整し、第１基板と第２基板のアライメントを行っている。
しかしながら、特許文献１の接合装置では、撮像部が水平方向に固定されているため、第１基板と第２基板のアライメントマークを適切に撮像できない場合がある。この場合、アライメントを適切に行うことができず、接合精度を向上させるという点でさらなる改善の余地がある。
本開示にかかる技術は、接合精度を向上させる。以下、本実施形態にかかる接合装置、当該接合装置を備えた接合システム、及び接合方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜接合システム１の構成＞
先ず、本実施形態にかかる接合システムの構成について説明する。図１は、接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
接合システム１では、図３に示すように第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合して重合基板Ｔを形成する。以下、第１基板Ｗ１において第２基板Ｗ２と接合される面を「接合面Ｗ１ａ」、接合面Ｗ１ａと反対側の面を「非接合面Ｗ１ｂ」という。また、第２基板Ｗ２において、第１基板Ｗ１と接合される面を「接合面Ｗ２ａ」、接合面Ｗ２ａと反対側の面を「非接合面Ｗ２ｂ」という。なお、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２は、それぞれ例えばシリコン基板などの半導体基板である。
図４に示すように、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａには、２つの第１アライメントマークＭ１１、Ｍ１２が形成されている。第１アライメントマークＭ１１、Ｍ１２はそれぞれ、例えば第１基板Ｗ１の中心を通るＹ軸上に形成されている。また、第１アライメントマークＭ１１、Ｍ１２はそれぞれ、十字形状を有する。同様に第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａにも、十字形状を有する２つの第２アライメントマークＭ２１、Ｍ２２が、例えば第２基板Ｗ２の中心を通るＹ軸上に形成されている。なお、アライメントマークＭ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２の形状は十字形状に限定されず、任意の形状を取り得る。
図１に示すように接合システム１は、例えば外部との間で複数の第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、重合基板Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣｗ１、Ｃｗ２、Ｃｔが搬入出される搬入出ステーション２と、基板Ｗ１、Ｗ２、重合基板Ｔに対して所望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Ｃｗ１、Ｃｗ２、Ｃｔを搬入出する際に、カセットＣｗ１、Ｃｗ２、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、複数の第１基板Ｗ１、複数の第２基板Ｗ２、複数の重合基板Ｔを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。また、カセット載置板１１には、カセットＣｗ１、Ｃｗ２、Ｃｔ以外に、たとえば不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。
搬入出ステーション２には、カセット載置台１０のＸ軸正方向側において、カセット載置台１０に隣接して基板搬送領域２０が設けられている。基板搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在な基板搬送装置２２が設けられている。基板搬送装置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Ｃｗ１、Ｃｗ２、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６０、６１との間で第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、重合基板Ｔを搬送できる。
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）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Ｙ軸正方向側）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Ｘ軸負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。
第１の処理ブロックＧ１には、基板Ｗ１、Ｗ２を接合する接合装置３０が配置されている。なお、接合装置３０の構成については後述する。
図２に示すように第２の処理ブロックＧ２は、例えば２層構造を有している。第２の処理ブロックＧ２の下層には、改質装置４０、搬送室４１、ロードロック室４２が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＸ軸方向に並べて配置されている。
改質装置４０は、基板Ｗ１、Ｗ２の接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａを改質する。改質装置４０では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａに照射されて、接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａがプラズマ処理され、改質される。
ロードロック室４２は、後述する基板搬送領域７０のＹ軸正方向側にゲートバルブ（図示せず）を介して隣接して配置される。ロードロック室４２は、その内部空間を、大気圧状態と真空状態とに切り替えられるように構成されている。また、ロードロック室４２の内部には、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２を受け渡す受渡部（図示せず）が設けられる。
搬送室４１は、ロードロック室４２のＹ軸負方向側にゲートバルブ（図示せず）を介して隣接して配置される。搬送室４１には、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２を搬送する基板搬送装置（図示せず）が配置される。基板搬送装置は、ロードロック室４２と改質装置４０との間で第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２を搬送できる。
第２の処理ブロックＧ２の上層には、親水化装置５０、５１が、搬入出ステーション２側からこの順で水平方向のＸ軸方向に並べて配置されている。親水化装置５０、５１は、例えば純水によって基板Ｗ１、Ｗ２の接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａを親水化すると共に当該接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａを洗浄する。親水化装置５０では、例えばスピンチャック（図示せず）に保持された基板Ｗ１、Ｗ２を回転させながら、当該基板Ｗ１、Ｗ２上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は基板Ｗ１、Ｗ２の接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａ上を拡散し、接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａが親水化される。
第３の処理ブロックＧ３には、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、重合基板Ｔのトランジション装置６０、６１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、基板搬送領域７０が形成されている。基板搬送領域７０には、例えば基板搬送装置７１が配置されている。
基板搬送装置７１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。基板搬送装置７１は、基板搬送領域７０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内の所望の装置に第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２、重合基板Ｔを搬送できる。
以上の接合システム１には、制御部としての制御装置８０が設けられている。制御装置８０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における基板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における後述の基板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、上記プログラムは、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、当該記憶媒体Ｈから制御装置８０にインストールされたものであってもよい。
＜接合装置３０の構成＞
次に、上述した接合装置３０の構成について説明する。図５及び図６は、接合装置３０の構成の概略を示す側面図である。図７は、接合装置３０の構成の概略を示す平面図である。
接合装置３０は、基台１００上に各種部材が搭載された構成を有している。具体的に接合装置３０は、処理容器１１０と、第１保持部１２０と、第２保持部１３０と、を有している。また、接合装置３０は、処理容器１１０の周辺において、チャンバ昇降機構１４０と、減圧部１５０とを有している。また、接合装置３０は、第１保持部１２０の周辺において、支持部１６０と、水平位置調整部１７０と、鉛直位置調整部１８０と、加圧部１９０とを有している。また、接合装置３０は、第２保持部１３０の周辺において、固定撮像部２００、２０１を有している。さらに、接合装置３０は、処理容器１１０の内部と外部の間を移動する撮像ユニット２１０、２１１を有している。以下、各構成について説明する。
（処理容器１１０及びその周辺の構成）
先ず、処理容器１１０及びその周辺の構成について説明する。
処理容器１１０は、内部を密閉可能な容器であり、第１保持部１２０と第２保持部１３０を収容する。処理容器１１０は２つに分割され、第１保持部１２０側（上方側）の第１チャンバ１１１と、第２保持部１３０側（下方側）の第２チャンバ１１２とを有している。第２チャンバ１１２における第１チャンバ１１１との接合面には、処理容器１１０の内部の気密性を保持するためのシール材１１３が設けられている。シール材１１３には、例えばＯリングが用いられる。そして、第１チャンバ１１１と第２チャンバ１１２を当接させることで、処理容器１１０の内部に密閉空間が形成される。
第１チャンバ１１１は、第１チャンバ１１１の上面に設けられた支持板１１４に支持されている。さらに支持板１１４は、チャンバ昇降機構１４０に支持されている。チャンバ昇降機構１４０は、支柱１４１と昇降部材１４２とを有している。支柱１４１と昇降部材１４２はそれぞれ、支持板１１４の外周において例えば４箇所に設けられている。支柱１４１は、基台１００から鉛直上方に延伸して設けられている。昇降部材１４２は支持板１１４の外周を支持し、且つ昇降部材１４２の基端部は支柱１４１に取り付けられている。そして、昇降部材１４２は、例えばモータなどを備えた駆動部（図示せず）によって支柱１４１に沿って昇降する。かかる構成のチャンバ昇降機構１４０により、第１チャンバ１１１は昇降自在に構成されている。なお、４本の昇降部材１４２の先端部は、天板１４３に支持されている。
なお、本実施形態では、支持板１１４の外周においてチャンバ昇降機構１４０が４つ設けられていたが、チャンバ昇降機構１４０の数はこれに限定されない。例えば支持板１１４の外周を４箇所で支持する場合、２箇所にチャンバ昇降機構１４０を設け、他の２箇所には伸縮自在のシャフトを設けてもよい。
第２チャンバ１１２は、基台１００上に設けられた支持台１１５に支持されている。すなわち、第２チャンバ１１２は移動せず、固定されている。支持台１１５は中空に構成されている。また、第２チャンバ１１２には、処理容器１１０の内部を減圧する減圧部１５０が設けられている。減圧部１５０は、処理容器１１０の内部の雰囲気を吸引するための吸気管１５１と、吸気管１５１に接続された例えば真空ポンプ等の吸気装置１５２とを有している。
（第１保持部１２０及びその周辺の構成）
次に、第１保持部１２０及びその周辺の構成について説明する。図８は、第１保持部１２０及びその周辺の構成の断面図である。図９は、第１保持部１２０及びその周辺を下方から見た平面図である。図１０は、第１保持部１２０及びその周辺を上方から見た平面図である。
第１保持部１２０は、第１基板Ｗ１を保持する保持部である。第１保持部１２０は、静電チャック１２１と冷却板１２２とを有している。静電チャック１２１は、内部電極と誘電体とを有し、内部電極に電圧を印加することによって発生する静電気力を用いて第１基板Ｗ１を吸着面に吸着させる。冷却板１２２は例えば水冷板であって、内部を冷却水が流通する。この冷却板１２２により、静電チャック１２１に保持された第１基板Ｗ１が所望温度、例えば常温に調整される。
第１保持部１２０の下面側には、第１保持マークとしての、２つの第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２が形成されている。第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２はそれぞれ、例えば静電チャック１２１の下面外周部において、静電チャック１２１の中心を通るＹ軸上に形成されている。また、第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２はそれぞれ、十字形状を有する。なお、第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２の形状は十字形状に限定されず、任意の形状を取り得る。
静電チャック１２１の下面には、第１基板Ｗ１を吸着保持する吸着パッド１２３が設けられている。吸着パッド１２３は、例えば３箇所に設けられている。吸着パッド１２３は、静電チャック１２１及び冷却板１２２を貫通して形成された貫通孔１２４を挿通する吸引管１２５を介して、第１基板Ｗ１を吸引する吸引機構１２６に連通している。また、吸着パッド１２３及び吸引管１２５は、吸引機構１２６によって昇降自在に構成されている。
第１保持部１２０は、支持部１６０によって上方から吊り下げた状態で支持される。支持部１６０によって、第１保持部１２０は第１チャンバ１１１との間に隙間をあけた状態で配置される。支持部１６０は、可動板１６１と伝達シャフト１６２とを有している。可動板１６１は、処理容器１１０の外部であって支持板１１４の上方に設けられている。可動板１６１の中央部は開口し、可動板１６１は円環形状を有している。
伝達シャフト１６２は、可動板１６１の下面において、当該可動板１６１と同心円上に略均一間隔で、例えば３箇所に配置されている。各伝達シャフト１６２は、可動板１６１から鉛直下方に延伸し、支持板１１４と第１チャンバ１１１を貫通して、第１保持部１２０の冷却板１２２の上面に接続される。
伝達シャフト１６２の外周部には、当該伝達シャフト１６２を覆うベローズ１６３が設けられている。ベローズ１６３の上端は可動板１６１の下面に接続され、ベローズ１６３の下端は支持板１１４の上面に接続される。かかるベローズ１６３により、処理容器１１０の密閉性を確保しつつ、処理容器１１０の外部から処理容器１１０の内部に設けられた第１保持部１２０を移動させることができる。
また、支持板１１４と第１チャンバ１１１には貫通孔１６４が形成され、伝達シャフト１６２は貫通孔１６４の内部を挿通する。なお、後述するように伝達シャフト１６２は水平位置調整部１７０によって水平方向に移動するため、貫通孔１６４の内径は伝達シャフト１６２の外径より十分大きい。
可動板１６１の下面と支持板１１４の上面との間には、水平位置調整部１７０が設けられている。すなわち、水平位置調整部１７０は処理容器１１０の外部に設けられている。水平位置調整部１７０は、可動板１６１と同心円上に略均一間隔で、例えば３箇所に配置されている。
水平位置調整部１７０には、例えばＵ軸、Ｖ軸及びＷ軸を駆動軸とするＵＶＷステージが用いられる。かかる場合、水平位置調整部１７０によって、可動板１６１をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ軸方向に移動させることができる。そして、可動板１６１の水平移動は、伝達シャフト１６２を介して第１保持部１２０に伝達され、当該第１保持部１２０の水平位置が調整される。なお、水平位置とは、上述したようにＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ軸方向の位置であり、すなわち水平方向における位置及び向きのことである。
なお、水平位置調整部１７０のＵＶＷステージには、公知のステージが用いられる。また、水平位置調整部１７０の構成はこれに限定されず、例えばＸ軸、Ｙ軸及びθ軸を駆動軸とするＸＹθステージを用いてもよいし、あるいはＸＹθの駆動を一平面で行う、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の４つの駆動軸を持つ４軸ステージを用いてもよい。
可動板１６１の上面には、鉛直位置調整部１８０が設けられている。すなわち、鉛直位置調整部１８０は処理容器１１０の外部に設けられている。鉛直位置調整部１８０は、可動板１６１と同心円上に略均一間隔で、例えば３箇所に配置されている。
鉛直位置調整部１８０には、例えばモータなどを備えた駆動部（図示せず）が設けられている。鉛直位置調整部１８０は、伝達シャフト１６２に接続され、当該伝達シャフト１６２を昇降させる。そして、伝達シャフト１６２の昇降は第１保持部１２０に伝達され、当該第１保持部１２０の鉛直方向位置が調整される。また、３つの鉛直位置調整部１８０で第１保持部１２０を昇降させることで、第１保持部１２０のチルト（水平度）が調整される。
可動板１６１の中央の開口部には、加圧部１９０が挿通して設けられている。すなわち、加圧部１９０は処理容器１１０の外部に設けられている。加圧部１９０は、押圧機構１９１と、測定機構１９２と、プレスロッド１９３とを有している。押圧機構１９１、測定機構１９２、プレスロッド１９３は上方からこの順で設けられている。
押圧機構１９１には、例えば油圧シリンダが用いられる。このように油圧シリンダを用いると、装置構成を省スペース化することができる。なお、押圧機構１９１の構成は油圧シリンダに限定されず、例えばエアシリンダ（空圧シリンダ）を用いてもよい。
押圧機構１９１は、押圧機構１９１の上面に設けられた支持板１９４に支持されている。さらに、支持板１９４は、支持板１９４の下面に設けられた、複数、例えば３本の支持柱１９５に支持されている。支持柱１９５の上端は支持板１９４の下面に接続され、支持柱１９５の下端は支持板１１４の上面に接続される。支持板１９４は、平面視において略三角形状を有する。３本の支持柱１９５は、支持板１９４の各頂点部分に設けられる。
測定機構１９２には、例えばロードセルが用いられる。測定機構１９２は、押圧機構１９１と、プレスロッド１９３の上端に設けられたフランジ１９６との間に設けられる。そして、測定機構１９２では、押圧機構１９１を用いて第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を押圧した場合に、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２にかかる荷重を測定する。測定機構１９２の測定結果は、制御装置８０に出力される。
プレスロッド１９３は、フランジ１９６から鉛直下方に延伸し、支持板１１４と第１チャンバ１１１を貫通して、第１保持部１２０の冷却板１２２の上面中央部に接続される。なお、支持板１１４と第１チャンバ１１１には貫通孔１９７が形成され、プレスロッド１９３は貫通孔１９７の内部を挿通する。
プレスロッド１９３の外周部には、当該プレスロッド１９３を覆うベローズ１９８が設けられている。ベローズ１９８の上端はフランジ１９６の下面に接続され、ベローズ１９８の下端は支持板１１４の上面に接続される。かかるベローズ１９８により、処理容器１１０の密閉性を確保しつつ、処理容器１１０の外部から処理容器１１０の内部に設けられた第１保持部１２０を押圧することができる。
加圧部１９０は、以上のように構成されており、押圧機構１９１を用いてプレスロッド１９３を鉛直方向に移動させる。これにより、第１保持部１２０が第２保持部１３０に接近して、第１保持部１２０に保持された第１基板Ｗ１を、第２保持部１３０に保持された第２基板Ｗ２に押圧する。またこの際、測定機構１９２を用いて、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２にかかる荷重を測定する。
（第２保持部１３０及びその周辺の構成）
次に、第２保持部１３０及びその周辺の構成について説明する。図１１及び図１２は、第２保持部１３０及びその周辺の構成の断面図である。図１３は、第２保持部１３０及びその周辺を上方から見た平面図である。
第２保持部１３０は、第２基板Ｗ２を保持する保持部である。第２保持部１３０は、第１保持部１２０に対して鉛直方向に対向配置され、第２チャンバ１１２の中央部に載置して設けられている。なお、上述した減圧部１５０の吸気管１５１は、平面視において第２保持部１３０の外側で、第２チャンバ１１２に接続されている。
第２保持部１３０は、静電チャック１３１と冷却板１３２とを有している。静電チャック１３１は、内部電極と誘電体とを有し、内部電極に電圧を印加することによって発生する静電気力を用いて第２基板Ｗ２を吸着面に吸着させる。冷却板１３２は例えば水冷板であって、内部を冷却水が流通する。この冷却板１３２により、静電チャック１３１に保持された第２基板Ｗ２が所望温度、例えば常温に調整される。なお、これら静電チャック１３１と冷却板１３２は、第１保持部１２０の静電チャック１２１と冷却板１２２と同様の構成を有している。
第２保持部１３０の上面側には、第２保持マークとしての、２つの第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２が形成されている。第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２はそれぞれ、例えば静電チャック１３１の上面外周部において、静電チャック１３１の中心を通るＹ軸上に形成されている。また、第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２はそれぞれ、十字形状を有する。なお、これら第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２はそれぞれ、第１保持部１２０に形成された第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２に対向して配置されている。また、第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２の形状は十字形状に限定されず、任意の形状を取り得る。
第２保持部１３０には、第２基板Ｗ２（又は重合基板Ｔ）を下方から支持し昇降させるための昇降ピン１３３が、例えば３本設けられている。昇降ピン１３３は、静電チャック１３１、冷却板１３２及び第２チャンバ１１２を貫通して形成された貫通孔１３４を挿通している。昇降ピン１３３は、支持台１１５の内部に設けられた昇降機構１３５によって昇降自在に構成されている。
第２保持部１３０と第２チャンバ１１２の下方には、例えば２つの固定撮像部２００、２０１が設けられている。固定撮像部２００、２０１には、それぞれカメラが用いられる。
第１固定撮像部２００は、第１チャックマークＮ１１と第２チャックマークＮ２１とに対向する位置に配置されている。また、第１固定撮像部２００と第２チャックマークＮ２１の間において、静電チャック１３１、冷却板１３２及び第２チャンバ１１２には、第１ビューポート２０２が形成されている。第１ビューポート２０２は、例えば石英ガラスで形成される。第１ビューポート２０２により、第１固定撮像部２００による撮像を妨げることなく処理容器１１０の密閉性を保つことができる。かかる構成により、第１固定撮像部２００は、第１ビューポート２０２を介して、第２チャックマークＮ２１と第１チャックマークＮ１１とを撮像することができる。なお、第１チャックマークＮ１１は、第２チャックマークＮ２１を透過して撮像される。第１固定撮像部２００の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
第２固定撮像部２０１及びその周辺も、第１固定撮像部２００と同様の構成を有している。すなわち、第２固定撮像部２０１は第１チャックマークＮ１２と第２チャックマークＮ２２とに対向する位置に配置され、静電チャック１３１、冷却板１３２及び第２チャンバ１１２に第２ビューポート２０３が形成されている。そして、第２固定撮像部２０１は、第２ビューポート２０３を介して、第２チャックマークＮ２２と第１チャックマークＮ１２とを撮像することができる。第２固定撮像部２０１の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
第２チャンバ１１２には、変位計２０４が設けられている。変位計２０４には、レーザ変位計が用いられる。変位計２０４は、第２保持部１３０の下面外周部において、複数箇所、例えば３箇所に設けられている。
静電チャック１３１、冷却板１３２及び第２チャンバ１１２において、変位計２０４に対応する位置には、ビューポート２０５が形成されている。ビューポート２０５は、例えば石英ガラスで形成される。ビューポート２０５により、変位計２０４のレーザ光の光路を妨げることなく処理容器１１０の密閉性を保つことができる。
かかる構成により、変位計２０４は、ビューポート２０５を介して、第１保持部１２０の静電チャック１２１の下面にレーザ光を照射することができ、さらに静電チャック１２１からの反射光を受光することができる。そして、変位計２０４では、第１保持部１２０と第２保持部１３０の距離を測定することができる。また、３つの変位計２０４を用いることで、第１保持部１２０の傾きも測定することができる。変位計２０４の測定結果は、制御装置８０に出力される。
なお、変位計２０４は処理容器１１０の内部に配置されず、真空対応である必要がない。このため、変位計２０４には、大気環境下で使用できる安価な変位計を用いることができる。
（撮像ユニット２１０、２１１及びその周辺の構成）
次に、撮像ユニット２１０、２１１及びその周辺の構成について説明する。図５～図７に示すように２つの撮像ユニット２１０、２１１は、処理容器１１０の内部と外部の間を移動するように構成されている。
図１４は、第１撮像ユニット２１０の構成の概略を示す平面図である。図１５は、第１撮像ユニット２１０の構成の概略を示す側面図である。図１６は、第１撮像ユニット２１０の内部構成を模式的に示した説明図である。なお、図１６において、実線矢印はカメラからの撮像経路（第１撮像経路Ｑ１、第２撮像経路Ｑ２）を示し、点線矢印は光源からの光路（第１光路Ｒ１、第２光路Ｒ２）を示す。
第１撮像ユニット２１０は、第１撮像部２２０と、第２撮像部２３０と、共通レンズ部２４０とを有している。
第１撮像部２２０は、第１カメラ２２１と、第１光源２２２と、第１レンズ２２３と、第１経路変更部２２４とを有している。第１光源２２２と第１レンズ２２３の内部にはそれぞれ、第１光源２２２からの第１光路Ｒ１を変更するための反射ミラ２２２ａ、２２３ａが設けられている。第１経路変更部２２４の内部には、第１カメラ２２１の第１撮像経路Ｑ１と第１光路Ｒ１を変更するための反射ミラ２２４ａが設けられている。
第２撮像部２３０も、第１撮像部２２０と同様の構成を有している。すなわち、第２撮像部２３０は、第２カメラ２３１と、第２光源２３２と、第２レンズ２３３と、第２経路変更部２３４とを有している。
共通レンズ部２４０は、上部レンズ２４１と、下部レンズ２４２と、反射ミラ２４３とを有している。反射ミラ２４３は側面視において４５度傾斜して設けられている。第１撮像部２２０からの第１撮像経路Ｑ１と第１光路Ｒ１はそれぞれ、鉛直上方に方向変換され、上部レンズ２４１から鉛直上方に向けられる。また、第２撮像部２３０からの第２撮像経路Ｑ２と第２光路Ｒ２はそれぞれ、鉛直下方に方向変換され、下部レンズ２４２から鉛直下方に向けられる。なお、第１撮像経路Ｑ１（第１光路Ｒ１）と第２撮像経路Ｑ２（第２光路Ｒ２）は鉛直方向に同軸上に延在する。
第１撮像ユニット２１０は、以上の構成を有し、後述するように第１撮像部２２０による第１アライメントマークＭ１１の撮像と、第２撮像部２３０による第２アライメントマークＭ２１の撮像とを同時に行う。また、第１撮像ユニット２１０は、第１撮像部２２０による第１チャックマークＮ１１の撮像と、第２撮像部２３０による第２チャックマークＮ２１の撮像も同時に行う。第１撮像ユニット２１０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
ここで、第１撮像ユニット２１０の利点について、従来の撮像ユニットと比較して説明する。図１７は、従来の撮像ユニット５００の内部構成を模式的に示した説明図である。鉛直上方と鉛直下方を同時に撮像する仕様の場合、従来の撮像ユニット５００において、鉛直上方を撮像する第１撮像部５１０と、鉛直下方を撮像する第２撮像部５２０が鉛直方向に並べて設けられていた。第１撮像部５１０の第１カメラ５１１はフォーカス軸を備え、第１レンズ５１２が第１経路変更部５１３の上方に設けられる。第２撮像部５２０の第２カメラ５２１はフォーカス軸を備え、第２レンズ５２２が第２経路変更部５２３の下方に設けられる。かかる場合、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との間の鉛直距離Ｌ２は、例えば２２０ｍｍであり非常に長くなる。
これに対して、本実施形態の第１撮像ユニット２１０は共通レンズ部２４０を有しているため、図１６に示すように第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との間の鉛直距離Ｌ１を、例えば１１０ｍｍに短くすることができる。後述するように第１撮像ユニット２１０による撮像は、処理容器１１０が開けられた状態で行われるが、この際に離間した第１チャンバ１１１と第２チャンバ１１２の距離を小さくできる。そうするとその後、処理容器１１０を密閉すべく、第１チャンバ１１１が下降する際の移動距離を小さくできる。その結果、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の位置ずれを抑制することができる。また、処理時間を短縮することも可能となる。
なお、第１撮像部２２０と、第２撮像部２３０及び共通レンズ部２４０は、支持板２５０上に支持され、さらに第１撮像部２２０の一部と第２撮像部２３０の一部は、カバー２５１で覆われている。
第２撮像ユニット２１１も、第１撮像ユニット２１０と同様の構成を有し、すなわち第１撮像部２２０と、第２撮像部２３０と、共通レンズ部２４０とを備えている。
但し、第１撮像ユニット２１０には、変位計２５２、２５３がさらに設けられている。変位計２５２、２５３には、それぞれ変位計２５２、２５３には、レーザ変位計が用いられる。上部変位計２５２は、上方、例えば第１基板Ｗ１の厚みを測定し、下部変位計２５３は、下方、例えば第２基板Ｗ２の厚みを測定する。
図５～図７に示すように接合装置３０は、撮像ユニット２１０、２１１を移動させるための、第１移動機構２６０と、第２移動機構２７０と、第３移動機構２８０とを有している。
第１移動機構２６０は、第１保持部１２０と第２保持部１３０との間の平面領域内において、２つの撮像ユニット２１０、２１１をＸ軸方向（第１方向）に沿って移動させる。第１移動機構２６０は、２つの撮像ユニット２１０、２１１を支持し、平面視においてＹ軸方向に延伸する門型の移動フレーム２６１を有している。また、基台１００上には、処理容器１１０のＸ軸負方向側から正方向側に延伸する、一対のレール２６２、２６２が設けられている。移動フレーム２６１は、この一対のレール２６２、２６２に取り付けられている。また、移動フレーム２６１には例えばモータなどを備えた駆動部（図示せず）が設けられ、移動フレーム２６１は、Ｘ軸に延伸するレール２６２に沿って移動可能に構成されている。
第２移動機構２７０は、第１撮像ユニット２１０を、Ｙ軸方向（第２方向）に沿って移動させる。第２移動機構２７０は第１撮像ユニット２１０を支持し、移動フレーム２６１の上面に取り付けられている。第２移動機構２７０は、例えば例えばモータなどを備えた駆動部を内蔵し、移動フレーム２６１に沿って移動可能に構成されている。
第３移動機構２８０は、第２撮像ユニット２１１を、Ｙ軸方向（第２方向）に沿って移動させる。第３移動機構２８０は第２撮像ユニット２１１を支持し、移動フレーム２６１の上面に取り付けられている。第３移動機構２８０は、例えば例えばモータなどを備えた駆動部を内蔵し、移動フレーム２６１に沿って移動可能に構成されている。
処理容器１１０のＸ軸負方向側には、基準マーク部２９０が設けられている。図１８は、基準マーク部２９０の構成の概略を示す側面図である。基準マーク部２９０は、第１基準マーク支持体２９１と第２基準マーク支持体２９２を有している。
第１基準マーク支持体２９１は、基台１００上に設けられ、Ｙ軸方向に延伸する門型のフレーム構造を有している。第１基準マーク支持体２９１は移動フレーム２６１より大きく形成され、第１基準マーク支持体２９１の内側を移動フレーム２６１が通過するようになっている。
第１基準マーク支持体２９１の下面には、例えば３つの第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３が形成されている。移動フレーム２６１に支持された撮像ユニット２１０、２１１が、第１基準マーク支持体２９１を通過する際、各撮像ユニット２１０、２１１の第１撮像部２２０がそれぞれ、第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３のいずれか１つを撮像するようになっている。第１撮像部２２０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。なお、本実施形態では、第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を３つ設けているが、各撮像ユニット２１０、２１１の第１撮像部２２０が撮像するためには、第１基準マークは２つ以上あればよい。
第２基準マーク支持体２９２は、基台１００上において鉛直上方に延伸して設けられている。第２基準マーク支持体２９２は、第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３のそれぞれの下方に３つ設けられている。第２基準マーク支持体２９２は移動フレーム２６１の内側に設けられ、第１基準マーク支持体２９１の上方を移動フレーム２６１が通過するようになっている。
３つの第２基準マーク支持体２９２のそれぞれの上面には、第２基準マークＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が形成されている。すなわち、第２基準マークＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３はそれぞれ、第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３に対向して配置されている。そして、移動フレーム２６１に支持された撮像ユニット２１０、２１１が、第２基準マーク支持体２９２を通過する際、各撮像ユニット２１０、２１１の第２撮像部２３０がそれぞれ、第２基準マークＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれか１つを撮像するようになっている。第２撮像部２３０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
なお、第１撮像部２２０による第１基準マークＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と、第２撮像部２３０による第２基準マークＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３とは同時に行われる。また、後述するように、基準マークの撮像画像に基づいて、撮像ユニット２１０、２１１の姿勢（向き）が調整される。
＜接合システム１の動作＞
次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われる基板Ｗ１、Ｗ２の接合処理について説明する。図１９は、基板接合処理の主な工程を示すフロー図である。
先ず、複数枚の第１基板Ｗ１を収容したカセットＣｗ１、複数枚の第２基板Ｗ２を収容したカセットＣｗ２、及び空のカセットＣｔが、搬入出ステーション２の所望のカセット載置板１１に載置される。その後、基板搬送装置２２によりカセットＣｗ１内の第１基板Ｗ１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６０に搬送される。
次に第１基板Ｗ１は、基板搬送装置７１によって第２の処理ブロックＧ２のロードロック室４２に搬送される。その後、ロードロック室４２内が密閉され、減圧される。続いて、第１基板Ｗ１は、搬送室４１の基板搬送装置によって改質装置４０に搬送される。
改質装置４０では、所望の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａに照射されて、当該接合面Ｗ１ａがプラズマ処理される。そして、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａが改質される（図１９のステップＡ１）。
次に第１基板Ｗ１は、搬送室４１の基板搬送装置によってロードロック室４２に搬送される。その後、ロードロック室４２内が密閉され、大気開放される。続いて、第１基板Ｗ１は、基板搬送装置７１によって親水化装置５０に搬送される。
親水化装置５０では、スピンチャックに保持された第１基板Ｗ１を回転させながら、当該第１基板Ｗ１上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａ上を拡散し、改質装置４０において改質された第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａに水酸基（シラノール基）が付着して当該接合面Ｗ１ａが親水化される。また、当該純水によって、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａが洗浄される（図１９のステップＡ２）。
次に第１基板Ｗ１は、オリフラ又はノッチの位置を調整することで、第１基板Ｗ１の水平方向の向きが調整される。また、第１基板Ｗ１の表裏が反転され、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａが下方に向けられる。なお、この第１基板Ｗ１の水平方向の向き調整と表裏反転は、接合システム１に設けられた装置（図示せず）で行われる。
次に第１基板Ｗ１は、基板搬送装置７１によって第１の処理ブロックＧ１の接合装置３０に搬送される。この際、第１チャンバ１１１と第２チャンバ１１２は離間し、処理容器１１０は開放されている。第１基板Ｗ１は、接合面Ｗ１ａが下方に向けられた状態で、予め第１保持部１２０の静電チャック１２１より下方に待機している吸着パッド１２３に受け渡される。続いて、吸着パッド１２３を上昇させ、図２０に示すように第１基板Ｗ１は、静電チャック１２１に吸着保持される（図１９のステップＡ３）。
第１基板Ｗ１に上述したステップＡ１～Ａ３の処理が行われている間、当該第１基板Ｗ１に続いて第２基板Ｗ２の処理が行われる。先ず、基板搬送装置２２によりカセットＣｗ２内の第２基板Ｗ２が取り出され、処理ステーション３のトランジション装置６０に搬送される。
次に第２基板Ｗ２は、基板搬送装置７１によってロードロック室４２に搬送され、さらに搬送室４１の基板搬送装置によって改質装置４０に搬送される。改質装置４０では、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａが改質される（図１９のステップＡ４）。なお、ステップＡ４における第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａの改質は、上述したステップＡ１と同様である。
次に第２基板Ｗ２は、搬送室４１の基板搬送装置によってロードロック室４２に搬送され、さらに基板搬送装置７１によって親水化装置５０に搬送される。親水化装置５０では、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａが親水化される共に当該接合面Ｗ２ａが洗浄される（図１９のステップＡ５）。なお、ステップＡ５における第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａの親水化及び洗浄は、上述したステップＡ２と同様である。
次に第２基板Ｗ２は、オリフラ又はノッチの位置を調整することで、第１基板Ｗ１の水平方向の向きが調整される。なお、この第２基板Ｗ２の水平方向の向き調整と表裏反転は、接合システム１に設けられた装置（図示せず）で行われる。
次に第２基板Ｗ２は、基板搬送装置７１によって接合装置３０に搬送される。接合装置３０に搬入された第２基板Ｗ２は、接合面Ｗ２ａが上方に向けられた状態で、予め第２保持部１３０の静電チャック１３１より上方に待機している昇降ピン１３３に受け渡される。続いて、昇降ピン１３３を下降させ、図２０に示すように第２基板Ｗ２は、静電チャック１３１に吸着保持される（図１９のステップＡ６）。
次に、第１撮像ユニット２１０と第２撮像ユニット２１１の姿勢（向き）を調整する（図１９のステップＡ７）。
ステップＡ７では、図２１に示すように処理容器１１０の外部に待機していた撮像ユニット２１０、２１１を、第１移動機構２６０によってＸ軸正方向側に基準マーク部２９０の位置まで移動させる。基準マーク部２９０では、第１撮像ユニット２１０の第１撮像部２２０が第１基準マークＳ１１を撮像すると同時に、第２撮像部２３０が第２基準マークＳ２１を撮像する。第１撮像ユニット２１０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０では、取得した画像データに対してエッジ検出を行うことにより、第１基準マークＳ１１と第２基準マークＳ２１をそれぞれ検出する。そして、これら第１基準マークＳ１１と第２基準マークＳ２１とを一致させるように、第１撮像ユニット２１０の調整機構（図示せず）を制御する。そして、第１撮像ユニット２１０は、調整機構によって姿勢（向き）が調整される。
また、ステップＡ７では、第１撮像ユニット２１０に対する上記調整方法と同様の方法で、第２撮像ユニット２１１の姿勢（向き）が調整される。このように撮像ユニット２１０、２１１の姿勢を調整することで、当該撮像ユニット２１０、２１１による撮像精度を向上させることができる。その結果、後述するステップＡ９における基板Ｗ１、Ｗ２の水平位置の調整精度（アライメント精度）を向上させることができる。
次に、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の厚みを測定する（図１９のステップＡ８）。
ステップＡ８では、図２１に示すように撮像ユニット２１０、２１１を、さらにＸ軸正方向側に移動させ、処理容器１１０の内部に配置する。処理容器１１０の内部では、基板Ｗ１、Ｗ２の一端部から他端部まで、第１撮像ユニット２１０をＸ軸方向に移動させながら、変位計２５２、２５３を用いてそれぞれ、第１基板Ｗ１の厚みと第２基板Ｗ２の厚みを測定する。変位計２５２、２５３の測定結果は、制御装置８０に出力される。制御装置８０では、第１基板Ｗ１の厚みと第２基板Ｗ２の厚みを、後述するステップＡ１３において第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合する際の、基板Ｗ１、Ｗ２間の間隔（ギャップ）を管理する際に用いる。
なお、ステップＡ８では、第１保持部１２０の水平度（鉛直位置）を調整してもよい。制御装置８０では、変位計２５２、２５３の測定結果に基づいて、第１保持部１２０の水平度を測定する。そして、第１保持部１２０の静電チャック１２１の吸着面が水平になるように、３つの鉛直位置調整部１８０を制御する。これら３つの鉛直位置調整部１８０を個別に駆動させることで、３つの伝達シャフトを個別に昇降させることができ、第１保持部１２０の水平度を調整することができる。
次に、第１保持部１２０の水平位置を調整し、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の水平位置を調整する（図１９のステップＡ９）。
ステップＡ９では、図２２及び図２３に示すように第１移動機構２６０によって撮像ユニット２１０、２１１をＸ軸方向に移動させ、各撮像ユニット２１０、２１１の共通レンズ部２４０を基板Ｗ１、Ｗ２のＸ軸方向中心位置に配置する。
続いて、第２移動機構２７０によって第１撮像ユニット２１０をＹ軸正方向に移動させ、共通レンズ部２４０を第１アライメントマークＭ１１と第２アライメントマークＭ２１に対向する位置に配置する。そして、第１撮像部２２０が第１アライメントマークＭ１１を撮像すると同時に、第２撮像部２３０が第２アライメントマークＭ２１を撮像する。第１撮像ユニット２１０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。このように第１アライメントマークＭ１１の撮像と第２アライメントマークＭ２１の撮像を同時に行うので、撮像時間を短縮することができ、また後述する水平位置の調整精度（アライメント精度）を向上させることができる。
同様に、第３移動機構２８０によって第２撮像ユニット２１１をＹ軸負方向に移動させ、共通レンズ部２４０を第１アライメントマークＭ１２と第２アライメントマークＭ２２に対向する位置に配置する。そして、第１撮像部２２０が第１アライメントマークＭ１２を撮像すると同時に、第２撮像部２３０が第２アライメントマークＭ２２を撮像する。第２撮像ユニット２１１の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
制御装置８０では、取得した画像データに対してエッジ検出を行うことにより、アライメントマークＭ１１、Ｍ２１、Ｍ１２、Ｍ２２をそれぞれ検出する。そして、第１アライメントマークＭ１１の十字形状と第２アライメントマークＭ２１の十字形状を一致させ、且つ第１アライメントマークＭ１２の十字形状と第２アライメントマークＭ２２の十字形状を一致させるように、水平位置調整部１７０を制御する。この水平位置調整部１７０を制御することで、第１保持部１２０の水平位置（水平方向における位置及び向き）を調整する。
水平位置調整部１７０は、第１保持部１２０を水平方向に移動させ、あるいは鉛直軸回りに回転させる。これにより、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の水平位置を調整する。
このようにステップＡ９では、２つの撮像ユニット２１０、２１１によってアライメントマークＭ１１、Ｍ２１、Ｍ１２、Ｍ２２を撮像子、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の水平位置を調整しているので、当該調整の精度（アライメント精度）を向上させることができる。また、当該調整を短時間で行うことも可能となる。
次に、第１チャックマークＮ１１、Ｎ１２と第２チャックマークＮ２１、Ｎ２２の検出を行う（図１９のステップＡ１０）。
ステップＡ１０では、図２３及び図２４に示すように、第２移動機構２７０によって第１撮像ユニット２１０をＹ軸正方向に移動させ、第１撮像ユニット２１０の共通レンズ部２４０を第１チャックマークＮ１１と第２チャックマークＮ２１に対向する位置に配置する。そして、第１撮像部２２０が第１チャックマークＮ１１を撮像すると同時に、第２撮像部２３０が第２チャックマークＮ２１を撮像する。第１撮像ユニット２１０の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
同様に、第３移動機構２８０によって第２撮像ユニット２１１をＹ軸負方向に移動させ、共通レンズ部２４０を第１チャックマークＮ１２と第２チャックマークＮ２２に対向する位置に配置する。そして、第１撮像部２２０が第１チャックマークＮ１２を撮像すると同時に、第２撮像部２３０が第２チャックマークＮ２２を撮像する。第２撮像ユニット２１１の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
ここで、ステップＡ９における基板Ｗ１、Ｗ２の水平方向位置を調整する前、対向する一対のチャックマークＮ１１、Ｎ２１の座標（ｘ、ｙ）は基準座標（０、０）である。そしてその後、ステップＡ９において第１保持部１２０を水平方向に移動させると、チャックマークＮ１１、Ｎ２１も移動するので、当該チャックマークＮ１１、Ｎ２１の座標（ｘ、ｙ）は（Δｘ１、Δｙ１）となる。同様に、他の対向する一対のチャックマークＮ１２、Ｎ２２の座標（ｘ、ｙ）も（Δｘ２、Δｙ２）となる。
制御装置８０では、取得した画像データに対してエッジ検出を行うことにより、チャックマークＮ１１、Ｎ２１、Ｎ１２、Ｎ２２をそれぞれ検出する。そして、上述したチャックマークＮ１１、Ｎ２１の座標（Δｘ１、Δｙ１）と、チャックマークＮ１２、Ｎ２２の座標（Δｘ２、Δｙ２）とを算出する。制御装置８０では、これらチャックマークの座標（Δｘ１、Δｙ１）、（Δｘ２、Δｙ２）を、後述するステップＡ１２において第１保持部１２０の水平位置を調整する際に用いる。
なお、本実施形態では、アライメントマークＭ１１、Ｍ２１、Ｍ１２、Ｍ２２とチャックマークＮ１１、Ｎ２１、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれ、同一Ｙ軸上に配置されている。このため、ステップＡ１０における撮像ユニット２１０、２１１の移動は、Ｙ軸方向の移動のみでよい。しかも、アライメントマークＭ１１、Ｍ２１、Ｍ１２、Ｍ２２とチャックマークＮ１１、Ｎ２１、Ｎ１２、Ｎ２２とのそれぞれの距離Ｄは、例えば２０ｍｍ～３０ｍｍと小さい。かかる場合、撮像ユニット２１０、２１１の移動に伴う姿勢のずれを抑制することができ、撮像ユニット２１０、２１１による撮像精度を向上させることができる。
以上のステップＡ８～Ａ１０が終了すると、第１移動機構２６０によって撮像ユニット２１０、２１１をＸ軸負方向に移動させ、処理容器１１０の外部に退出させる。なお、ステップＡ９、Ａ１０では図２３に示したように、第１撮像ユニット２１０はＹ軸正方向側の第１領域Ｂ１を移動して撮像し、第２撮像ユニット２１１はＹ軸負方向側の第２領域Ｂ２を移動して撮像する。
次に、処理容器１１０を密閉し、当該処理容器１１０の内部を所望の真空度まで減圧する（図１９のステップＡ１１）。
ステップＡ１１では、図２５に示すように、チャンバ昇降機構１４０によって第１チャンバ１１１を下降させ、第１チャンバ１１１と第２チャンバ１１２を当接させる。そして、処理容器１１０の内部に密閉空間が形成される。その後、減圧部１５０の吸気装置１５２を作動させ、処理容器１１０の内部を減圧する。これにより、処理容器１１０の内部は、例えば１Ｐａ以下の所望の真空度に維持される。
ここで、上述したように撮像ユニット２１０、２１１を用いた場合、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との間の鉛直距離Ｌ１は短いので、第１チャンバ１１１が下降する際の移動距離を小さくできる。このため、第１チャンバ１１１の下降に伴う、第１保持部１２０の水平位置の位置ずれを抑制することができる。また、ステップＡ１１にかかる時間を短縮することができる。
次に、第１保持部１２０の水平位置を調整する（図１９のステップＡ１２）。ここで、上述したステップＡ１１では処理容器１１０の内部が減圧されて圧力変動が生じるので、その衝撃により、ステップＡ９で調整した第１保持部１２０の水平位置が若干ずれる。そこで、第１保持部１２０の水平位置を再調整する。
ステップＡ１２では、第１固定撮像部２００が第１チャックマークＮ１１と第２チャックマークＮ２１を撮像し、第２固定撮像部２０１は第１チャックマークＮ１２と第２チャックマークＮ２２を撮像する。固定撮像部２００、２０１の撮像画像は、制御装置８０に出力される。
制御装置８０では、取得した画像データに対してエッジ検出を行うことにより、チャックマークＮ１１、Ｎ２１、Ｎ１２、Ｎ２２をそれぞれ検出する。そして、上述したステップＡ１０で取得したチャックマークＮ１１、Ｎ２１の座標（Δｘ１、Δｙ１）と、チャックマークＮ１２、Ｎ２２の座標（Δｘ２、Δｙ２）をここで復元する。すなわち、図２６に示すように、チャックマークＮ１１、Ｎ２１が座標（Δｘ１、Δｙ１）に位置し、チャックマークＮ１２、Ｎ２２が座標（Δｘ２、Δｙ２）に位置するように、水平位置調整部１７０を制御する。この水平位置調整部１７０を制御することで、第１保持部１２０の水平位置（水平方向における位置及び向き）を調整する。
次に、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合する（図１９のステップＡ１３）。
ステップＡ１３では、図２７に示すように、３つの鉛直位置調整部１８０を用いて第１保持部１２０を下降させ、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を当接させる。この際、制御装置８０では、ステップＡ８で測定された第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の厚みを考慮しつつ、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の間の間隔を制御する。
第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａはそれぞれステップＡ１、Ａ４において改質されているため、先ず、接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａ同士が接合される。さらに、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ａはそれぞれステップＡ２、Ａ５において親水化されているため、接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａ間の親水基が水素結合し（分子間力）、接合面Ｗ１ａ、Ｗ２ａ同士が接合される。
次に、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を押圧し、さらに強固に接合する（図１９のステップＡ１４）。
ステップＡ１４では、図２８に示すように、加圧部１９０の押圧機構１９１を用いてプレスロッド１９３を鉛直方向に移動させる。これにより、第１保持部１２０が第２保持部１３０に接近して、第１保持部１２０に保持された第１基板Ｗ１を、第２保持部１３０に保持された第２基板Ｗ２に押圧する。またこの際、測定機構１９２を用いて、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２にかかる荷重を測定する。なお、押圧荷重は例えば３０ｋＮである。そして、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２が押圧されることにより、当該第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２はさらに強固に接合され、重合基板Ｔが形成される。
図２９は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を押圧する際の荷重の負荷状況を示す説明図である。上述したように加圧部１９０による押圧荷重Ｐ１は、３０ｋＮである。一方、処理容器１１０の支持板１１４の上面には、処理容器１１０の外部の大気圧力と内部の真空圧力の差圧荷重Ｐ２である１８ｋＮがかかっている。そうすると、実質的に処理容器１１０にかかる荷重は、押圧荷重Ｐ１から差圧荷重Ｐ２を差し引いた１２ｋＮである。この１２ｋＮを、チャンバ昇降機構１４０による反力Ｐ３で負担する。したがって、本実施形態では、処理容器１１０に負荷をかけることなく、押圧荷重Ｐ１を負担することができる。
また、このように第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を押圧した場合でも、支持部１６０の可動板１６１に負荷がかからない。その理由について、以下説明する。
第１保持部１２０は、伝達シャフト１６２によって上方から吊り下げた状態で支持される。また、加圧部１９０によって上方から第１保持部１２０を押圧しており、伝達シャフト１６２を押圧から切り離すことができる。ここで、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２が当接した状態で第１保持部１２０を押圧すると、当該第１保持部１２０が変形するおそれがある。第１保持部１２０が変形すると、伝達シャフト１６２を介して可動板１６１に応力がかかる。この点、例えば鉛直位置調整部１８０のモータを停止させれば、伝達シャフト１６２と可動板１６１は鉛直方向にフリーな状態になる。このように、可動板１６１と第１保持部１２０が、鉛直方向に関して独立した関係になるため、可動板１６１に負荷がかからない。また、可動板１６１に負荷がかからないので、当然に水平位置調整部１７０にも負荷がかからない。
したがって、本実施形態の接合装置３０では、加圧部１９０による高荷重の接合処理と、支持部１６０を介した水平位置調整部１７０による高精度のアライメントとが、同時に実現可能になっている。
次に、処理容器１１０を開放し、当該処理容器１１０の内部を大気圧にする（図１９のステップＡ１５）。
ステップＡ１５では、図３０に示すように、チャンバ昇降機構１４０によって第１チャンバ１１１を上昇させ、処理容器１１０を開放する。この際、第１保持部１２０の静電チャック１２１による第１基板Ｗ１の吸着保持を停止し、鉛直位置調整部１８０によって第１保持部１２０も上昇させる。また、加圧部１９０による押圧も停止する。
次に、第２保持部１３０の静電チャック１３１による第２基板Ｗ２（重合基板Ｔ）の吸着保持を停止し、続いて、昇降ピン１３３によって重合基板Ｔを静電チャック１３１から上昇させる。その後、図３１に示すように、重合基板Ｔが昇降ピン１３３から基板搬送装置７１に受け渡され、接合装置３０から搬出される。
次に重合基板Ｔは、基板搬送装置７１によってトランジション装置６１に搬送され、その後搬入出ステーション２の基板搬送装置２２によって所望のカセット載置板１１のカセットＣｔに搬送される。こうして、一連の基板Ｗ１、Ｗ２の接合処理が終了する。
以上の実施形態によれば、ステップＡ９において第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２の水平位置を適切に調整することができるので、ステップＡ１３において第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合する際の接合精度を向上させることができる。また、接合処理のスループットを向上させることも可能となる。
なお、以上の実施形態では、ステップＡ１３で第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合した後、ステップＡ１４で第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を押圧したが、ステップＡ１３で十分な接合強度が得られる場合には、ステップＡ１４を省略してもよい。かかる場合、加圧部１９０を省略してもよい。
また、加圧部１９０を省略する代わりに、第１保持部１２０の上面中心のみを下降させるストライカを設けてもよい。かかる場合、第１基板Ｗ１が下方に凸状に反った状態で、当該第１基板Ｗ１の中心と第２基板Ｗ２の中心を当接させる。そして、基板中心から外周に向かって順次接合させる。
以上の実施形態では、加圧部１９０が第１保持部１２０を鉛直下方に押圧する例について説明したが、加圧部１９０は、第２保持部１３０を鉛直上方に押圧してもよい。
また、以上の実施形態では、支持部１６０、水平位置調整部１７０及び鉛直位置調整部１８０で構成されるアライメント機構は、第１保持部１２０に設けられていたが、第２保持部１３０に設けられていてもよい。
また、以上の実施形態では、第１保持部１２０が上方で第２保持部１３０が下方に配置された例について説明したが、これら第１保持部１２０と第２保持部１３０の配置を上下反対にしてもよい。さらに、以上の実施形態では、第１保持部１２０が鉛直方向に移動可能に構成されていたが、第２保持部１３０が鉛直方向に移動自在であってもよく、あるいは第１保持部１２０と第２保持部１３０の両方が鉛直方向に移動自在であってもよい。
また、以上の実施形態では、真空雰囲気下で第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２を接合したが、大気雰囲気下で接合場合にも本実施形態は適用できる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）第１基板と第２基板を接合する接合装置であって、前記第１基板を保持する第１保持部と、前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部とを備えた、２つの撮像ユニットと、前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記２つの撮像ユニットを第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第１撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第２移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第２撮像ユニットを、前記第２方向に沿って移動させる第３移動機構と、を有する、接合装置。
（２）前記第１撮像ユニットが第１領域を撮像し、前記第２撮像ユニットが第２領域を撮像するように、前記第１移動機構、前記第２移動機構及び前記第３移動機構を制御する制御部を有する、前記（１）に記載の接合装置。
（３）前記撮像ユニットは、前記第１撮像部の第１光軸を前記第１基板側に変更するとともに、前記第２撮像部の第２光軸を前記第１光軸と同軸上であって第２基板側に変更する反射ミラを有する、前記（１）又は（２）に記載の接合装置。
（４）前記第１撮像部は、前記第１保持部に形成された第１保持マークを撮像し、前記第２撮像部は、前記第２保持部に形成された第２保持マークを撮像する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接合装置。
（５）前記第１保持部と前記第２保持部とを収容する処理容器と、前記処理容器の外部から前記第１保持マークと前記第２保持マークを撮像ずる固定撮像部と、を有する、前記（４）に記載の接合装置。
（６）平面視において前記第１保持部と前記第２保持部から前記第１方向に離間した位置に設けられ、前記第１撮像部が撮像する第１基準マークと、前記第１基準マークと対向して設けられ、前記第２撮像部が撮像する第２基準マークと、を有する、前記（１）～（５）のいずれかに記載の接合装置。
（７）第１基板と第２基板を接合する接合システムであって、前記第１基板と前記第２基板を接合する接合装置を備えた処理ステーションと、前記第１基板、前記第２基板又は前記第１基板と前記第２基板が接合された重合基板を、前記処理ステーションに対して搬入出する搬入出ステーションと、を有し、前記接合装置は、前記第１基板を保持する第１保持部と、前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部とを備えた、２つの撮像ユニットと、前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記２つの撮像ユニットを第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第１撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第２移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第２撮像ユニットを、前記第２方向に沿って移動させる第３移動機構と、を有する、接合システム。
（８）接合装置を用いて第１基板と第２基板を接合する接合方法であって、前記接合装置は、
前記第１基板を保持する第１保持部と、前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部とを備えた、２つの撮像ユニットと、前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記２つの撮像ユニットを第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第１撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第２移動機構と、前記２つの撮像ユニットのうち第２撮像ユニットを、前記第２方向に沿って移動させる第３移動機構と、を有し、前記接合方法は、（ａ）前記第１保持部によって前記第１基板を保持する工程と、（ｂ）前記第２保持部によって前記第２基板を保持する工程と、（ｃ）前記第１移動機構によって前記第１撮像ユニットと前記第２撮像ユニットを前記第１方向に移動させる工程と、（ｄ）前記第２移動機構によって前記第１撮像ユニットを前記第２方向に移動させる工程と、（ｅ）前記第３移動機構によって前記第２撮像ユニットを前記第２方向に移動させる工程と、（ｆ）前記第１撮像ユニットと前記第２撮像ユニットのそれぞれによって、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを撮像する工程と、（ｇ）前記（ｆ）工程で撮像した画像に基づいて、前記第１保持部に保持された前記第１基板と、前記第２保持部に保持された前記第２基板との水平方向位置を調整する工程と、を有する、接合方法。
（９）前記（ｄ）工程では、前記第１撮像ユニットを第１領域において移動させ、前記（ｅ）工程では、前記第２撮像ユニットを第２領域において移動させ、前記（ｆ）工程では、前記第１撮像ユニットによって第１領域を撮像し、前記第２撮像ユニットによって第２領域を撮像する、前記（８）に記載の接合方法。
（１０）前記撮像ユニットは、前記第１撮像部の第１撮像経路を前記第１基板側に変更するとともに、前記第２撮像部の第２撮像経路を前記第１撮像経路と同軸上であって第２基板側に変更する反射ミラを有し、前記（ｆ）工程では、前記撮像ユニットによって前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを同時に撮像する、前記（８）又は（９）に記載の接合方法。
（１１）前記（ｇ）工程の後、前記第２移動機構によって前記第１撮像ユニットを前記第２方向に移動させ、
前記第３移動機構によって前記第２撮像ユニットを前記第２方向に移動させ、前記第１撮像ユニットと前記第２撮像ユニットのそれぞれにおいて、前記第１撮像部によって前記第１保持部に形成された第１保持マークを撮像し、前記第２撮像部によって前記第２保持部に形成された第２保持マークを撮像する、前記（８）～（１０）のいずれかに記載の接合方法。
（１２）前記接合装置は、平面視において前記第１撮像部と前記第２撮像部から離間して前記第１方向に沿った位置に設けられ、前記第１撮像部が撮像する第１基準マークと、前記第１基準マークと対向して設けられ、前記第２撮像部が撮像する第２基準マークと、を有し、前記（ｃ）工程では、前記第１撮像部によって前記第１基準マークを撮像し、前記第２撮像部によって前記第２基準マークを撮像する、前記（８）～（１１）のいずれかに記載の接合方法。
３０ 接合装置
１２０ 第１保持部
１３０ 第２保持部
２１０ 第１撮像ユニット
２１１ 第２撮像ユニット
２２０ 第１撮像部
２３０ 第１撮像部
２６０ 第１移動機構
２７０ 第２移動機構
２８０ 第３移動機構
Ｗ１ 第１基板
Ｗ２ 第２基板

Claims (8)

  1. 第１基板と第２基板を接合する接合装置であって、
    前記第１基板を保持する第１保持部と、
    前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、
    前記第１基板の厚みを測定する第１変位計と、
    前記第２基板の厚みを測定する第２変位計と、
    前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記第１変位計と前記第２変位計を第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、を有する、接合装置。
  2. 前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部とを備えた第１撮像ユニットを有し、
    前記第１変位計と前記第２変位計は、前記第１撮像ユニットに設けられている、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記第１撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第２移動機構を有する、請求項２に記載の接合装置。
  4. 前記第１変位計と前記第２変位計を第１方向に移動させながら、前記第１基板の厚みと前記第２基板の厚みを測定し、
    前記第１基板の厚みと前記第２基板の厚みの測定結果に基づいて、前記第１保持部の水平度を調整し、
    前記第１撮像ユニットを第２方向に移動させて、前記第１撮像部と前記第２撮像部によって、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを撮像するように、前記第１撮像ユニット、前記第１移動機構及び前記第２移動機構を制御する制御部を有する、請求項３に記載の接合装置。
  5. 前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部とを備えた第２撮像ユニットと、
    前記第２撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第３移動機構と、を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載の接合装置。
  6. 第１基板と第２基板を接合する接合システムであって、
    前記第１基板と前記第２基板を接合する接合装置を備えた処理ステーションと、
    前記第１基板、前記第２基板又は前記第１基板と前記第２基板が接合された重合基板を、前記処理ステーションに対して搬入出する搬入出ステーションと、を有し、
    前記接合装置は、
    前記第１基板を保持する第１保持部と、
    前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、
    前記第１基板の厚みを測定する第１変位計と、
    前記第２基板の厚みを測定する第２変位計と、
    前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記第１変位計と前記第２変位計を第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、を有する、接合システム。
  7. 接合装置を用いて第１基板と第２基板を接合する接合方法であって、
    前記接合装置は、
    前記第１基板を保持する第１保持部と、
    前記第１保持部と対向配置され、前記第２基板を保持する第２保持部と、
    前記第１基板の厚みを測定する第１変位計と、
    前記第２基板の厚みを測定する第２変位計と、
    前記第１保持部と前記第２保持部との間の平面領域内において、前記第１変位計と前記第２変位計を第１方向に沿って移動させる第１移動機構と、を有し、
    前記接合方法は、
    （ａ）前記第１保持部によって前記第１基板を保持する工程と、
    （ｂ）前記第２保持部によって前記第２基板を保持する工程と、
    （ｃ）前記第１移動機構によって前記第１変位計と前記第２変位計を前記第１方向に移動させながら、前記第１基板の厚みと前記第２基板の厚みを測定する工程と、を有する、接合方法。
  8. 前記接合装置は、
    前記第１基板の接合面に形成された第１アライメントマークを撮像する第１撮像部と、前記第２基板の接合面に形成された第２アライメントマークを撮像する第２撮像部と、前記第１変位計と、前記第２変位計と、を備えた第１撮像ユニットと、
    前記第１撮像ユニットを、前記第１方向と直交する第２方向に沿って移動させる第２移動機構と、を有し、
    前記接合方法は、
    （ｄ）前記（ｃ）工程で測定された前記第１基板の厚みと前記第２基板の厚みに基づいて、前記第１保持部の水平度を調整する工程と、
    （ｅ）前記第２移動機構によって前記第１撮像ユニットを第２方向に移動させる工程と、
    （ｆ）前記第１撮像部と前記第２撮像部によって、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークを撮像する工程と、を有する、請求項７に記載の接合方法。
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