JP7720722B2 - 接合システムおよび表面改質方法 - Google Patents

Description

本開示は、接合システムおよび表面改質方法に関する。

半導体デバイスの高集積化の要請に応えるため、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術が提案されている。この３次元集積技術に用いられる半導体製造装置として、半導体ウエハ等の基板同士を接合する接合システムが知られている。

特許文献１には、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する接合システムが開示されている。

特開２０１７－０７３４５５号公報

本開示は、重合基板の接合品質を向上させることができる技術を提供する。

本開示の一態様による接合システムは、表面改質装置と、接合装置とを備える。表面改質装置は、基板の他の基板と接合される接合面を処理ガスのプラズマによって改質する。接合装置は、表面改質装置によって改質された２つの基板を分子間力により接合する。また、表面改質装置は、基板を収容可能な処理容器と、処理容器の内部に、水分を含んだ処理ガスを供給する処理ガス供給部と、水分を含んだ処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部とを備える。

本開示によれば、重合基板の接合品質を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図である。 図２は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式側面図である。 図３は、実施形態に係る上ウエハおよび下ウエハの模式側面図である。 図４は、実施形態に係る表面改質装置の構成を示す模式断面図である。 図５は、実施形態に係る処理ガス供給源の構成の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る処理ガス供給源の構成の他の一例を示す図である。 図７は、実施形態に係る接合装置の構成を示す模式平面図である。 図８は、実施形態に係る接合装置の構成を示す模式側面図である。 図９は、実施形態に係る上チャックおよび下チャックを示す模式図である。 図１０は、実施形態に係る接合システムが実行する処理の手順を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態に係る表面改質処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１２は、水蒸気プラズマ中におけるＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定結果を示すグラフである。 図１３は、水蒸気プラズマ中におけるＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定結果を示すグラフである。 図１４は、実施形態に係る表面改質処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。 図１５は、変形例に係る表面改質処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合システムおよび表面改質方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態および変形例において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。また、鉛直軸を回転中心とする回転方向をθ方向と呼ぶ場合がある。

図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

従来、半導体ウエハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。

一方で、基板の接合面に金属配線が設けられている場合、処理ガスのプラズマを用いた表面改質工程において、かかるプラズマによって金属配線にダメージ等が加わってしまう場合がある。そして、接合面の状態悪化を原因として、重合基板の接合品質が悪化してしまうと、かかる重合基板内に形成される素子の歩留まりが低下する恐れがある。

そこで、上述の問題点を克服し、重合基板の接合品質を向上させることができる技術の実現が期待されている。

また、基板の表面改質は、表面改質装置を用いて行われる。表面改質装置は、処理容器内に基板を収容し、収容した基板の表面を処理ガスのプラズマによって改質する。

ここで、表面改質装置の処理容器内で基板の表面改質が繰り返し行われると、真空引き等によって処理容器内の水分量が徐々に減少する。処理容器内の水分量が減少すると、処理容器内で生成される処理ガスのプラズマの状態が変化するため、基板の表面改質が十分に行われない。その結果、改質済みの基板と他の基板とを接合した場合に得られる、基板間の接合強度が低下する場合がある。接合強度の低下は、基板の剥離等の不具合を発生させる要因となるおそれがある。この点からも、重合基板の接合品質を向上させることができる技術の実現が期待されている。

＜接合システムの構成＞
まず、実施形態に係る接合システム１の構成について、図１～図３を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る接合システム１の構成を示す模式平面図であり、図２は、同模式側面図である。また、図３は、実施形態に係る上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の模式側面図である。

図１に示す接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合ウエハＴを形成する。

第１基板Ｗ１は、たとえばシリコンウエハや化合物半導体ウエハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、たとえば電子回路が形成されていないベアウエハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。

以下では、第１基板Ｗ１を「上ウエハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウエハＷ２」と記載する。すなわち、上ウエハＷ１は第１基板の一例であり、下ウエハＷ２は第２基板の一例である。また、上ウエハＷ１と下ウエハＷ２とを総称する場合、「ウエハＷ」と記載する場合がある。

また、以下では、図３に示すように、上ウエハＷ１の板面のうち、下ウエハＷ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、下ウエハＷ２の板面のうち、上ウエハＷ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。

図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２および処理ステーション３は、Ｘ軸正方向に沿って、搬入出ステーション２および処理ステーション３の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション２および処理ステーション３は、一体的に接続される。

搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（たとえば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１、Ｃ２、Ｃ３がそれぞれ載置される。たとえば、カセットＣ１は上ウエハＷ１を収容するカセットであり、カセットＣ２は下ウエハＷ２を収容するカセットであり、カセットＣ３は重合ウエハＴを収容するカセットである。

搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、この搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。

搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能である。そして、搬送装置２２は、載置板１１に載置されたカセットＣ１～Ｃ３と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴの搬送を行う。

なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１～Ｃ３の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板１１には、カセットＣ１、Ｃ２、Ｃ３以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセットなどが載置されてもよい。

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、たとえば３つの処理ブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられる。たとえば、処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）には、第１処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＹ軸正方向側）には、第２処理ブロックＧ２が設けられる。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＸ軸負方向側）には、第３処理ブロックＧ３が設けられる。

第１処理ブロックＧ１には、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０では、たとえば、減圧雰囲気下において所与の処理ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化あるいはラジカル化される。そして、かかる処理ガスに含まれる元素のイオン（ラジカル）が、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。

たとえば、処理ガスとして窒素ガスを用いた場合、表面改質装置３０は、プラズマ照射により、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに未結合手（ダングリングボンド）を形成することができる。この場合、表面改質装置３０は、その後親水化されやすくするように当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質することができる。

一方、実施形態に係る表面改質装置３０は、処理ガスとして、水分を含んだガス（たとえば、水蒸気）を用いてプラズマを発生させる。水分を含んだ処理ガスをプラズマ化すると、ＯＨラジカルおよびＨラジカルが発生する。表面改質装置３０は、ＯＨラジカルにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにダングリングボンドを形成するとともに、ダングリングボンドをＯＨ基で終端させることができる。また、実施形態に係る表面改質装置３０は、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに露出する金属（たとえば、Ｃｕ配線等）の表面に形成された金属酸化物をＨラジカルの還元力によって除去することができる。かかる表面改質装置３０の詳細については後述する。

第２処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０と、接合装置４１とが配置される。表面親水化装置４０は、たとえば純水によって上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。

表面親水化装置４０では、たとえばスピンチャックに保持された上ウエハＷ１または下ウエハＷ２を回転させながら、当該上ウエハＷ１または下ウエハＷ２上に純水を供給する。これにより、上ウエハＷ１または下ウエハＷ２上に供給された純水が上ウエハＷ１または下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。

接合装置４１は、上ウエハＷ１と下ウエハＷ２とを接合する。かかる接合装置４１の詳細については後述する。

第３処理ブロックＧ３には、図２に示すように、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴのトランジション（ＴＲＳ）装置５０、５１が下から順に２段に設けられる。

また、図１に示すように、第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、たとえば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。

かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所与の装置に上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴを搬送する。

また、接合システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部５および記憶部６を備える。記憶部６には、接合処理などの各種処理を制御するプログラムが格納される。制御部５は、記憶部６に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって接合システム１の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置４の記憶部６にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

＜表面改質装置の構成＞
次に、表面改質装置３０の構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る表面改質装置３０の構成を示す模式断面図である。

図４に示すように、表面改質装置３０は、内部を密閉可能な処理容器７０を有する。処理容器７０の搬送領域６０（図１参照）側の側面には、上ウエハＷ１または下ウエハＷ２の搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１にはゲートバルブ７２が設けられる。

処理容器７０の内部には、ステージ８０が配置される。ステージ８０は、たとえば下部電極であり、たとえばアルミニウムなどの導電性材料で構成される。ステージ８０には、不図示のピン用貫通孔が形成され、かかるピン用貫通孔には、不図示のリフターピンが収容される。リフターピンは、不図示の昇降機構によって上下方向に昇降可能に構成される。

ステージ８０の上面、すなわち上部電極１１０との対向面は、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２よりも大きい径を有する平面視円形の水平面である。かかるステージ８０の上面にはステージカバー９０が載置され、上ウエハＷ１または下ウエハＷ２は、かかるステージカバー９０の載置部９１上に載置される。

ステージ８０と処理容器７０の内壁との間には、複数のバッフル孔が設けられた、リング状の仕切板１０３が配置される。仕切板１０３は、排気リングとも呼ばれる。仕切板１０３により、載置部９１を境界として処理容器７０の内部空間が上下に仕切られる。また、仕切板１０３により、処理容器７０内の雰囲気が処理容器７０内から均一に排気される。

ステージ８０の下面には、導体で形成された給電棒１０４が接続される。給電棒１０４には、たとえばブロッキングコンデンサなどからなる整合器１０５を介して、高周波電源１０６が接続される。プラズマ処理時には、高周波電源１０６から所与の高周波電圧がステージ８０に印加される。

処理容器７０の内部には、上部電極１１０が配置される。ステージ８０の上面と上部電極１１０の下面とは、互いに平行に、所与の間隔をあけて対向して配置されている。

上部電極１１０は接地され、グランド電位に接続されている。このように上部電極１１０が接地されているため、プラズマ処理中、上部電極１１０の下面の損傷を抑制することができる。

このように、高周波電源１０６から下部電極であるステージ８０に、高周波電圧が印加されることにより、処理容器７０の内部にプラズマが発生する。

実施形態において、ステージ８０、給電棒１０４、整合器１０５、高周波電源１０６及び上部電極１１０は、処理容器７０内に処理ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成部の一例である。なお、高周波電源１０６は、上述の制御装置４の制御部５によって制御される。

上部電極１１０の内部には中空部１２０が形成されている。中空部１２０には、ガス供給管１２１が接続されている。ガス供給管１２１には、処理ガス供給部１２２、不活性ガス供給部１２３およびパージガス供給部１２４が接続されている。

処理ガス供給部１２２は、ガス供給管１２１を介して上部電極１１０の中空部１２０に水分（Ｈ_２Ｏ）を含んだ処理ガスを供給する。水分を含んだ処理ガスは、たとえば、水蒸気である。また、水分を含んだ処理ガスは、水分の他にキャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられ得る。

処理ガス供給部１２２は、処理ガス供給源１２２ａと、処理ガス供給路１２２ｂと、流量調整器１２２ｃと、開閉弁１２２ｄとを備える。処理ガス供給源１２２ａは、水分を含んだ処理ガス（以下、単に「処理ガス」と記載する場合がある）を供給する。処理ガス供給路１２２ｂは、処理ガスの供給経路であり、処理ガス供給源１２２ａとガス供給管１２１とを接続する。流量調整器１２２ｃおよび開閉弁１２２ｄは、処理ガス供給路１２２ｂの中途部に設けられる。このうち、流量調整器１２２ｃは、処理ガス供給路１２２ｂを流れる処理ガスの流量を調整する。また、開閉弁１２２ｄは、処理ガス供給路１２２ｂを開閉する。

処理ガス供給源１２２ａから処理ガス供給路１２２ｂに供給された処理ガスは、流量調整器１２２ｃおよび開閉弁１２２ｄで流量制御され、ガス供給管１２１を介して上部電極１１０の中空部１２０に供給される。

ここで、処理ガス供給源１２２ａの構成例について図５および図６を参照して説明する。図５は、実施形態に係る処理ガス供給源１２２ａの構成の一例を示す図である。また、図６は、実施形態に係る処理ガス供給源１２２ａの構成の他の一例を示す図である。

図５に示すように、処理ガス供給源１２２ａは、貯留部１２２１と、キャリアガス供給源１２２２と、キャリアガス供給路１２２３とを備える。貯留部１２２１は、水を貯留する。貯留部１２２１には、処理ガス供給路１２２ｂが接続されている。処理ガス供給路１２２ｂは、貯留部１２２１内の水面よりも高い位置に設けられる。貯留部１２２１は、たとえば密閉された容器である。キャリアガス供給路１２２３は、キャリアガス供給源１２２２と貯留部１２２１とを接続する。キャリアガス供給路１２２３の先端部（キャリアガスの吐出部に相当）は、貯留部１２２１内の水面よりも低い位置に設けられる。

上記のように構成された処理ガス供給源１２２ａは、キャリアガス供給源１２２２からキャリアガス供給路１２２３を介して貯留部１２２１に供給されるキャリアガスを用いて貯留部１２２１に貯留された水をバブリングする。これにより、水分およびキャリアガスの成分を含んだ処理ガスが貯留部１２２１の内部に発生する。貯留部１２２１の内部に発生した処理ガスは、処理ガス供給路１２２ｂを介して処理容器７０の内部に供給される。

図６に示すように、処理ガス供給源１２２ａは、水供給源１２２４と、水供給路１２２５と、液体材料気化装置１２２６とを備える構成であってもよい。水供給源１２２４は、水を供給する。水供給路１２２５は、水供給源１２２４と液体材料気化装置１２２６とを接続する。液体材料気化装置１２２６は、水供給源１２２４から水供給路１２２５を介して供給される水を直接気化する。たとえば、液体材料気化装置１２２６は、水供給源１２２４から水供給路１２２５を介して供給される水に対して熱量を与えることにより、水を気化させることができる。このような液体材料気化装置１２２６としては、いずれの公知技術を用いて構わない。液体材料気化装置１２２６には、処理ガス供給路１２２ｂが接続される。

上記のように構成された処理ガス供給源１２２ａは、水供給源１２２４から水供給路１２２５を介して供給される水を液体材料気化装置１２２６を用いて直接気化する。これにより、水分を含み且つキャリアガスを含まない処理ガスが生成され、生成された処理ガスは、処理ガス供給路１２２ｂを介して処理容器７０の内部に供給される。

図４に戻る。不活性ガス供給部１２３は、ガス供給管１２１を介して上部電極１１０の中空部１２０に不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガスおよび窒素ガス等が用いられ得る。

不活性ガス供給部１２３は、不活性ガス供給源１２３ａと、不活性ガス供給経路１２３ｂと、流量調整器１２３ｃと、開閉弁１２３ｄとを有する。不活性ガス供給源１２３ａは、不活性ガスを供給する。不活性ガス供給経路１２３ｂは、不活性ガスの供給経路であり、不活性ガス供給源１２３ａとガス供給管１２１とを接続する。流量調整器１２３ｃおよび開閉弁１２３ｄは、不活性ガス供給経路１２３ｂの中途部に設けられる。このうち、流量調整器１２３ｃは、不活性ガス供給経路１２３ｂを流れる不活性ガスの流量を調整する。また、開閉弁１２３ｄは、不活性ガス供給経路１２３ｂを開閉する。

パージガス供給部１２４は、ガス供給管１２１を介して上部電極１１０の中空部１２０にパージガスを供給する。パージガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガスおよびアルゴンガス等の不活性ガスが用いられ得る。

なお、不活性ガス供給部１２３から供給される不活性ガス（第１不活性ガス）は、パージガス供給部１２４から供給される不活性ガス（第２不活性ガス）よりも質量が小さい気体が用いられることが好ましい。この点については後述する。ここでは、第１不活性ガスとしてヘリウムガスが用いられ、第２不活性ガスとして窒素ガスが用いられるものとする。

パージガス供給部１２４は、パージガス供給源１２４ａと、パージガス供給経路１２４ｂと、流量調整器１２４ｃと、開閉弁１２４ｄとを有する。パージガス供給源１２４ａは、パージガスを供給する。パージガス供給経路１２４ｂは、パージガスの供給経路であり、パージガス供給源１２４ａとガス供給管１２１とを接続する。流量調整器１２４ｃおよび開閉弁１２４ｄは、パージガス供給経路１２４ｂの中途部に設けられる。このうち、流量調整器１２４ｃは、パージガス供給経路１２４ｂを流れるパージガスの流量を調整する。また、開閉弁１２４ｄは、パージガス供給経路１２４ｂを開閉する。

不活性ガス供給源１２３ａから不活性ガス供給経路１２３ｂに供給された不活性ガスは、流量調整器１２３ｃおよび開閉弁１２３ｄで流量制御され、ガス供給管１２１を介して上部電極１１０の中空部１２０に供給される。

中空部１２０の内部には、処理ガスおよび不活性ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板１２６が設けられている。バッフル板１２６には、多数の小孔が設けられている。上部電極１１０の下面には、中空部１２０から処理容器７０の内部に処理ガスおよび不活性ガスを噴出させる多数のガス噴出口１２５が形成されている。

処理容器７０には、吸気口１３０が形成される。吸気口１３０には、処理容器７０の内部の雰囲気を所与の真空度まで減圧する真空ポンプ１３１に連通する吸気管１３２が接続される。吸気管１３２には、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１３３が設けられる。真空ポンプ１３１により処理容器７０内が排気され、ＡＰＣバルブ１３３の開度が調整されることにより、処理容器７０内の圧力が所定の圧力に維持される。

処理容器７０には、処理容器７０内の各波長の発光データを測定可能な分光光度計１４１が取り付けられている。具体的には、分光光度計１４１は、載置部９１よりも上方で且つガス噴出口１２５よりも下方に配置されて処理容器７０に取り付けられている。分光光度計１４１は、例えばＯＥＳ（Optical Emission Spectroscopy）センサであり、処理容器７０内で生成されるプラズマの発光状態を測定する。分光光度計１４１は、自身が保持するチャンバ内でプラズマを生成してプラズマの発光状態を測定可能なセルフバイアス式ＯＥＳセンサであってもよい。分光光度計１４１は、測定された発光データを制御装置４の制御部５へ出力する。

また、処理容器７０には、処理容器７０内の雰囲気を特定の物質の質量数に関して分析可能な質量分析計１４２が取り付けられている。具体的には、質量分析計１４２は、仕切板１０３よりも下方に配置されて処理容器７０に取り付けられている。質量分析計１４２は、例えば四重極質量分析計（Quadrupole Mass Spectrometer：ＱＭＳ）であり、処理容器７０内の雰囲気を特定の物質の質量数に関して分析した分析値を測定する。質量分析計１４２は、測定された分析値を制御装置４の制御部５へ出力する。質量分析計１４２が仕切板１０３よりも下方に配置されていることにより、プラズマによる質量分析計１４２の破損を防止することができる。

＜接合装置の構成＞
次に、接合装置４１の構成について図７および図８を参照して説明する。図７は、実施形態に係る接合装置４１の構成を示す模式平面図であり、図８は、実施形態に係る接合装置４１の構成を示す模式側面図である。

図７に示すように、接合装置４１は、内部を密閉可能な処理容器１９０を有する。処理容器１９０の搬送領域６０側の側面には、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴの搬入出口１９１が形成され、当該搬入出口１９１には開閉シャッタ１９２が設けられている。

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に区画される。上述した搬入出口１９１は、搬送領域Ｔ１における処理容器１９０の側面に形成される。また、内壁１９３にも、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴの搬入出口１９４が形成される。

搬送領域Ｔ１には、トランジション２００、基板搬送機構２０１、反転機構２２０および位置調節機構２１０が、たとえば搬入出口１９１側からこの順番で並べて配置される。

トランジション２００は、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴを一時的に載置する。トランジション２００は、たとえば２段に形成され、上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。

基板搬送機構２０１は、たとえば鉛直方向（Ｚ軸方向）、水平方向（Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）および鉛直軸周りの方向（θ方向）に移動自在な搬送アームを有する。基板搬送機構２０１は、搬送領域Ｔ１内または搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間で上ウエハＷ１、下ウエハＷ２および重合ウエハＴを搬送することが可能である。

位置調節機構２１０は、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の水平方向の向きを調節する。具体的には、位置調節機構２１０は、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２を保持して回転させる図示しない保持部を備えた基台２１１と、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２のノッチ部の位置を検出する検出部２１２と、を有する。位置調節機構２１０は、基台２１１に保持された上ウエハＷ１および下ウエハＷ２を回転させながら検出部２１２を用いて上ウエハＷ１および下ウエハＷ２のノッチ部の位置を検出することにより、ノッチ部の位置を調節する。これにより、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の水平方向の向きが調節される。

反転機構２２０は、上ウエハＷ１の表裏を反転させる。具体的には、反転機構２２０は、上ウエハＷ１を保持する保持アーム２２１を有する。保持アーム２２１は、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する。また、保持アーム２２１には、上ウエハＷ１を保持する保持部材２２２がたとえば４箇所に設けられている。

保持アーム２２１は、たとえばモータなどを備えた駆動部２２３に支持される。保持アーム２２１は、かかる駆動部２２３によって水平軸周りに回動自在である。また、保持アーム２２１は、駆動部２２３を中心に回動自在であると共に、水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在である。駆動部２２３の下方には、たとえばモータなどを備えた他の駆動部（図示せず）が設けられる。この他の駆動部によって、駆動部２２３は、鉛直方向に延伸する支持柱２２４に沿って鉛直方向に移動できる。

このように、保持部材２２２に保持された上ウエハＷ１は、駆動部２２３によって水平軸周りに回動できると共に鉛直方向および水平方向に移動することができる。また、保持部材２２２に保持された上ウエハＷ１は、駆動部２２３を中心に回動して、位置調節機構２１０と後述する上チャック２３０との間を移動することができる。

処理領域Ｔ２には、上ウエハＷ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）を上方から吸着保持する上チャック２３０と、下ウエハＷ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）を下方から吸着保持する下チャック２３１とが設けられる。下チャック２３１は、上チャック２３０よりも下方に設けられ、上チャック２３０と対向配置可能に構成される。上チャック２３０および下チャック２３１は、たとえばバキュームチャックである。

図８に示すように、上チャック２３０は、上チャック２３０の上方に設けられた支持部材２７０によって支持される。支持部材２７０は、たとえば、複数の支持柱２７１を介して処理容器１９０の天井面に固定される。

上チャック２３０の側方には、下チャック２３１に保持された下ウエハＷ２の上面（接合面Ｗ２ｊ）を撮像する上部撮像部２３５が設けられている。上部撮像部２３５には、たとえばＣＣＤカメラが用いられる。

下チャック２３１は、下チャック２３１の下方に設けられた第１移動部２５０に支持される。第１移動部２５０は、後述するように下チャック２３１を水平方向（Ｘ軸方向）に移動させる。また、第１移動部２５０は、下チャック２３１を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸周りに回転可能に構成される。

第１移動部２５０には、上チャック２３０に保持された第１基板Ｗ１の下面（接合面Ｗ１ｊ）を撮像する下部撮像部２３６が設けられている。下部撮像部２３６には、たとえばＣＣＤカメラが用いられる。

第１移動部２５０は、一対のレール２５２，２５２に取り付けられている。一対のレール２５２，２５２は、第１移動部２５０の下面側に設けられ、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する。第１移動部２５０は、レール２５２に沿って移動自在に構成されている。

一対のレール２５２，２５２は、第２移動部２５３に配設されている。第２移動部２５３は、一対のレール２５４，２５４に取り付けられている。一対のレール２５４，２５４は、第２移動部２５３の下面側に設けられ、水平方向（Ｙ軸方向）に延伸する。第２移動部２５３は、レール２５４に沿って水平方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成される。なお、一対のレール２５４，２５４は、処理容器１９０の底面に設けられた載置台２５５上に配設されている。

第１移動部２５０および第２移動部２５３等により、位置合わせ部２５６が構成される。位置合わせ部２５６は、下チャック２３１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させることにより、上チャック２３０に保持されている上ウエハＷ１と、下チャック２３１に保持されている下ウエハＷ２との水平方向位置合わせを行う。また、位置合わせ部２５６は、下チャック２３１をＺ軸方向に移動させることにより、上チャック２３０に保持されている上ウエハＷ１と、下チャック２３１に保持されている下ウエハＷ２との鉛直方向位置合わせを行う。

なお、ここでは、下チャック２３１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させることとしたが、位置合わせ部２５６は、たとえば、下チャック２３１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、上チャック２３０をθ方向に移動させてもよい。また、ここでは、下チャック２３１をＺ軸方向に移動させることとしたが、位置合わせ部２５６は、たとえば、上チャック２３０をＺ軸方向に移動させてもよい。

次に、上チャック２３０および下チャック２３１の構成について図９を参照して説明する。図９は、実施形態に係る上チャック２３０および下チャック２３１を示す模式図である。

図９に示すように、上チャック２３０は、本体部２６０を有する。本体部２６０は、支持部材２７０によって支持される。支持部材２７０および本体部２６０には、支持部材２７０および本体部２６０を鉛直方向に貫通する貫通孔２６６が形成される。貫通孔２６６の位置は、上チャック２３０に吸着保持される上ウエハＷ１の中心部に対応している。貫通孔２６６には、ストライカー２８０の押圧ピン２８１が挿通される。

ストライカー２８０は、支持部材２７０の上面に配置され、押圧ピン２８１と、アクチュエータ部２８２と、直動機構２８３とを備える。押圧ピン２８１は、鉛直方向に沿って延在する円柱状の部材であり、アクチュエータ部２８２によって支持される。

アクチュエータ部２８２は、たとえば電空レギュレータ（図示せず）から供給される空気により一定方向（ここでは鉛直下方）に一定の圧力を発生させる。アクチュエータ部２８２は、電空レギュレータから供給される空気により、上ウエハＷ１の中心部と当接して当該上ウエハＷ１の中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部２８２の先端部は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔２６６を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。

アクチュエータ部２８２は、直動機構２８３に支持される。直動機構２８３は、たとえばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部２８２を鉛直方向に沿って移動させる。

ストライカー２８０は、以上のように構成されており、直動機構２８３によってアクチュエータ部２８２の移動を制御し、アクチュエータ部２８２によって押圧ピン２８１による上ウエハＷ１の押圧荷重を制御する。これにより、ストライカー２８０は、上チャック２３０に吸着保持された上ウエハＷ１の中心部を押圧して下ウエハＷ２に接触させる。

本体部２６０の下面には、上ウエハＷ１の上面（非接合面Ｗ１ｎ）に接触する複数のピン２６１が設けられている。複数のピン２６１は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであり、高さが数十μｍ～数百μｍである。複数のピン２６１は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。

上チャック２３０は、これら複数のピン２６１が設けられている領域のうちの一部の領域に、上ウエハＷ１を吸着する複数の吸着部を備える。具体的には、上チャック２３０における本体部２６０の下面には、上ウエハＷ１を真空引きして吸着する複数の外側吸着部３９１および複数の内側吸着部３９２が設けられている。複数の外側吸着部３９１および複数の内側吸着部３９２は、平面視において円弧形状の吸着領域を有する。複数の外側吸着部３９１および複数の内側吸着部３９２は、ピン２６１と同じ高さを有する。

複数の外側吸着部３９１は、本体部２６０の外周部に配置される。複数の外側吸着部３９１は、真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続され、真空引きによって上ウエハＷ１の外周部を吸着する。

複数の内側吸着部３９２は、複数の外側吸着部３９１よりも本体部２６０の径方向内方において、周方向に沿って並べて配置される。複数の内側吸着部３９２は、真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続され、真空引きによって上ウエハＷ１の外周部と中心部との間の領域を吸着する。

下チャック２３１は、下ウエハＷ２と同径もしくは下ウエハＷ２より大きい径を有する本体部２９０を有する。ここでは、下ウエハＷ２よりも大きい径を有する下チャック２３１を示している。本体部２９０の上面は、下ウエハＷ２の下面（非接合面Ｗ２ｎ）と対向する対向面である。

本体部２９０の上面には、下ウエハＷ２の下面（非接合面Ｗｎ２）に接触する複数のピン２９１が設けられている。複数のピン２９１は、たとえば、径寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであり、高さが数十μｍ～数百μｍである。複数のピン２９１は、たとえば２ｍｍの間隔で均等に配置される。

また、本体部２９０の上面には、下側リブ２９２が複数のピン２９１の外側に環状に設けられている。下側リブ２９２は、環状に形成され、下ウエハＷ２の外周部を全周に亘って支持する。

また、本体部２９０は、複数の下側吸引口２９３を有する。複数の下側吸引口２９３は、下側リブ２９２によって囲まれた吸着領域に複数設けられる。複数の下側吸引口２９３は、図示しない吸引管を介して真空ポンプ等の図示しない吸引装置に接続される。

下チャック２３１は、下側リブ２９２によって囲まれた吸着領域を複数の下側吸引口２９３から真空引きすることによって吸着領域を減圧する。これにより、吸着領域に載置された下ウエハＷ２は、下チャック２３１に吸着保持される。

下側リブ２９２が下ウエハＷ２の下面の外周部を全周に亘って支持するため、下ウエハＷ２は外周部まで適切に真空引きされる。これにより、下ウエハＷ２の全面を吸着保持することができる。また、下ウエハＷ２の下面は複数のピン２９１に支持されるため、下ウエハＷ２の真空引きを解除した際に、下ウエハＷ２が下チャック２３１から剥がれ易くなる。

＜接合システムの具体的動作＞
次に、実施形態に係る接合システム１の具体的な動作について図１０を参照して説明する。図１０は、実施形態に係る接合システム１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示す各種の処理は、制御装置４の制御部５による制御に基づいて実行される。

まず、複数枚の上ウエハＷ１を収容したカセットＣ１、複数枚の下ウエハＷ２を収容したカセットＣ２、および空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の上ウエハＷ１が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置５０に搬送される。

次に、上ウエハＷ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊの表面改質が行われる（ステップＳ１０１）。この点については後述する。

次に、上ウエハＷ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された上ウエハＷ１を回転させながら、上ウエハＷ１上に純水を供給する。これにより、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊが親水化される。また、当該純水によって、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊが洗浄される（ステップＳ１０２）。

次に、上ウエハＷ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウエハＷ１は、トランジション２００を介して位置調節機構２１０に搬送され、位置調節機構２１０によって水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。

その後、位置調節機構２１０から反転機構２２０に上ウエハＷ１が受け渡され、反転機構２２０によって上ウエハＷ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。具体的には、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。

つづいて、反転機構２２０から上チャック２３０に上ウエハＷ１が受け渡され、上チャック２３０によって上ウエハＷ１が吸着保持される（ステップＳ１０５）。

上ウエハＷ１に対するステップＳ１０１～Ｓ１０５の処理と重複して、下ウエハＷ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の下ウエハＷ２が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置５０に搬送される。

次に、下ウエハＷ２は、搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、下ウエハＷ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０６）。この点については後述する。

その後、下ウエハＷ２は、搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウエハＷ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面Ｗ２ｊが洗浄される（ステップＳ１０７）。

その後、下ウエハＷ２は、搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウエハＷ２は、トランジション２００を介して位置調節機構２１０に搬送される。そして、位置調節機構２１０によって、下ウエハＷ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０８）。

その後、下ウエハＷ２は、下チャック２３１に搬送され、ノッチ部を予め決められた方向に向けた状態で下チャック２３１に吸着保持される（ステップＳ１０９）。

つづいて、上チャック２３０に保持された上ウエハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウエハＷ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１０）。

次に、上チャック２３０に保持された上ウエハＷ１と下チャック２３１に保持された下ウエハＷ２との鉛直方向位置の調節を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、第１移動部２５０が下チャック２３１を鉛直上方に移動させることによって、下ウエハＷ２を上ウエハＷ１に接近させる。

次に、複数の内側吸着部３９２による上ウエハＷ１の吸着保持を解除した後（ステップＳ１１２）、ストライカー２８０の押圧ピン２８１を下降させることによって、上ウエハＷ１の中心部を押下する（ステップＳ１１３）。

上ウエハＷ１の中心部が下ウエハＷ２の中心部に接触し、上ウエハＷ１の中心部と下ウエハＷ２の中心部とがストライカー２８０によって所定の力で押圧されると、押圧された上ウエハＷ１の中心部と下ウエハＷ２の中心部との間で接合が開始される。すなわち、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウエハＷ２の接合面Ｗ２ｊは改質されているため、まず、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間にファンデルワールス力（分子間力）が生じ、当該接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が接合される。さらに、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウエハＷ２の接合面Ｗ２ｊは親水化されているため、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ間の親水基が水素結合し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ同士が強固に接合される。このようにして、接合領域が形成される。

その後、上ウエハＷ１と下ウエハＷ２との間では、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の中心部から外周部に向けて接合領域が拡大していくボンディングウェーブが発生する。その後、複数の外側吸着部３９１による上ウエハＷ１の吸着保持が解除される（ステップＳ１１４）。これにより、外側吸着部３９１によって吸着保持されていた上ウエハＷ１の外周部が落下する。この結果、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊと下ウエハＷ２の接合面Ｗ２ｊが全面で当接し、重合ウエハＴが形成される。

その後、押圧ピン２８１を上チャック２３０まで上昇させ、下チャック２３１による下ウエハＷ２の吸着保持を解除する。その後、重合ウエハＴは、搬送装置６１によって接合装置４１から搬出される。こうして、一連の接合処理が終了する。

次に、ステップＳ１０１およびステップＳ１０６における表面改質処理について図１１を参照して説明する。図１１は、実施形態に係る表面改質処理の手順の一例を示すフローチャートである。

図１１に示すように、実施形態において、表面改質装置３０では、搬入ステップ（ステップＳ２０１）、活性化ステップ（ステップＳ２０２）と、還元ステップ（ステップＳ２０３）と、搬出ステップ（ステップＳ２０４）、待機ステップ（ステップＳ２０５）とが、この順番で実行される。

搬入ステップ（ステップＳ２０１）は、ウエハＷを表面改質装置３０に搬入するステップである。活性化ステップは、主に、ウエハＷの接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質するためのステップである。還元ステップは、主に、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに金属（たとえば、Ｃｕ配線等の金属配線）が露出している場合に、金属の表面に形成された金属酸化物を除去するためのステップである。搬出ステップは、表面改質装置３０からウエハＷを搬出するステップである。待機ステップは、表面改質装置３０からウエハＷを搬出した後、次のウエハＷが表面改質装置３０に対する搬入ステップが開始されるまでの待機時間において実行されるステップである。

本願発明者は、鋭意研究の結果、水分を含んだ処理ガスを用いたプラズマの生成条件を変えることにより、プラズマ中のＯＨラジカルおよびＨラジカルの比率を制御できることを見出した。

図１２および図１３は、水蒸気プラズマ中におけるＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定結果を示すグラフである。図１２および図１３には、処理容器７０で水蒸気プラズマを生成した場合に分光光度計１４１により測定される発光データが示されている。図１２および図１３に示すグラフにおいて、３１０ｎｍ付近に見られるピークは、ＯＨラジカルに起因する発光強度を示しており、６５０ｎｍ付近に見えられるピークは、Ｈラジカルに起因する発光強度を示している。

図１２には、水蒸気プラズマの生成条件のうち処理ガス（水蒸気）の流量を変化させた場合のＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定結果を示している。具体的には、図１２に示す２つのグラフのうち上側のグラフは、高周波電源１０６のパワー「１００Ｗ」、処理容器７０の内圧「１０Ｐａ」、処理ガス（水蒸気）の流量「５０ｓｃｃｍ」の生成条件にて水蒸気プラズマを生成させた場合の測定結果を示している。また、図１２に示す２つのグラフのうち下側のグラフは、高周波電源１０６のパワー「１００Ｗ」、処理容器７０の内圧「１０Ｐａ」、処理ガス（水蒸気）の流量「４００ｓｃｃｍ」の生成条件にて水蒸気プラズマを生成させた場合の測定結果を示している。なお、処理容器７０の内圧は、ＡＰＣバルブ１３３（図４参照）により制御可能である。

図１２に示すように、低流量条件（図１２上図）で水蒸気プラズマを生成した場合、高流量条件（図１２下図）で水蒸気プラズマを生成した場合と比較して、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が大きくなることがわかった。この理由の一つとしては、たとえば、低流量条件では高流量条件と比較してガス分子の滞在時間が長くなるため、その分ＯＨラジカルの電子衝突（電離）の機会が増え、ＯＨラジカルの乖離が進む結果、Ｈラジカルの発光強度が相対的に上がったものと考えられる。

図１３には、水蒸気プラズマの生成条件のうち処理容器７０の内圧を変化させた場合のＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定結果を示している。具体的には、図１３に示す２つのグラフのうち上側のグラフは、高周波電源１０６のパワー「１００Ｗ」、処理容器７０の内圧「１０Ｐａ」、処理ガス（水蒸気）の流量「２００ｓｃｃｍ」の生成条件にて水蒸気プラズマを生成させた場合の測定結果を示している。また、図１３に示す２つのグラフのうち下側のグラフは、高周波電源１０６のパワー「１００Ｗ」、処理容器７０の内圧「５２Ｐａ」、処理ガス（水蒸気）の流量「２００ｓｃｃｍ」の生成条件にて水蒸気プラズマを生成させた場合の測定結果を示している。

図１３に示すように、低圧条件（図１３上図）にて水蒸気プラズマを生成した場合、高圧条件（図１３下図）にて水蒸気プラズマを生成した場合と比較して、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が大きくなることがわかった。この理由の一つとしては、たとえば、低圧条件では高流量条件と比較してガス分子の滞在時間が長くなるため、その分ＯＨラジカルの電子衝突（電離）の機会が増え、ＯＨラジカルの乖離が進む結果、Ｈラジカルの発光強度が相対的に上がったものと考えられる。

このように、水蒸気プラズマの生成条件を変化させることで、水蒸気プラズマ中におけるＯＨラジカルおよびＨラジカルの比率を変化させることができる。具体的には、処理ガス（水蒸気）の流量を相対的に少なくする、または、処理容器７０の内圧を相対的に低くすることで、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を上げることができる。

なお、本願発明者は、水蒸気プラズマの生成条件のうち高周波電源１０６のパワーを変化させた場合のＯＨラジカルおよびＨラジカルの発光強度の測定も行った。その結果、高パワー条件（８００Ｗ）にて水蒸気プラズマを生成した場合、低パワー条件（１００Ｗ）にて水蒸気プラズマを生成した場合と比較して、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が大きくなることがわかった。この理由の一つとしては、たとえば、高パワー条件では低パワー条件と比較して電子がより大きなエネルギーを蓄えているため、ＯＨラジカルの乖離が進む結果、Ｈラジカルの発光強度が相対的に上がったものと考えられる。このように、高周波電源１０６のパワーを相対的に大きくすることによっても、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を上げることができる。

図１４は、実施形態に係る表面改質処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。

図１４に示すように、制御部５は、搬入ステップ開始前の待機ステップにおいて、パージガス供給部１２４の開閉弁１２４ｄを開状態にしておくことで、処理容器７０の内部にパージガス（ここでは、窒素ガス）を供給する。また、制御部５は、待機ステップにおいて、ＡＰＣバルブ１３３を開状態にしておくことで、パージガス供給部１２４から処理容器７０の内部に供給されたパージガスを処理容器７０から排出する。このとき、制御部５は、ＡＰＣバルブ１３３の開度を第１開度に調整することで、処理容器７０の内圧を所定の圧力（第１圧力）に調整する。

つづいて、搬入ステップにおいて、制御部５は、まず、時間Ｔ１１で、ステージ８０からリフターピン（図４に図示せず）を上昇させ、時間Ｔ１１から所定の時間経過した時間Ｔ１２で、ゲートバルブ７２を開ける。その後、制御部５は、搬送装置６１の搬送アームを処理容器７０内に進出させ、搬送アーム上に保持された上ウエハＷ１をリフターピンに受け渡す。そして、制御部５は、搬送装置６１の搬送アームが処理容器７０内から退出した時間Ｔ１３で、ゲートバルブ７２を閉じるとともにリフターピンを降下させてウエハＷをステージ８０上に載置する。その後、制御部５は、時間Ｔ１３から所定時間が経過した時間Ｔ１４で、ＡＰＣバルブ１３３の開度を初期値である第１開度から全開に調整することにより、処理容器７０内を真空引きする。これにより、処理容器７０の内圧が、初期値である第１圧力から第１圧力よりも低い圧力に調整される。

つづいて、制御部５は、活性化ステップを行う。まず、活性化ステップの前処理として、制御部５は、時間Ｔ１４から所定時間が経過した時間Ｔ１５で、パージガス供給部１２４からのパージガスの供給を停止し、処理ガス供給部１２２からの処理ガスの供給を開始させる。これにより、処理容器７０の内部の雰囲気が、パージガス（ここでは、窒素ガス）から、水分を含んだ処理ガス（ここでは、水蒸気）に切り替わる。

このとき、制御部５は、処理ガスを第１流量で処理容器７０の内部に供給する。一例として、第１流量は、３００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下である。

また、制御部５は、時間Ｔ１５から所定時間が経過した時間Ｔ１６で、ＡＰＣバルブ１３３の開度を全開から第１開度よりも小さい第２開度に調整する。これにより、処理容器７０の内圧が、第１圧力よりも高い第２圧力に調整される。一例として、第２圧力は、２０Ｐａ以上４０Ｐａ以下である。

つづいて、制御部５は、活性化ステップの本処理を行う。具体的には、制御部５は、時間Ｔ１６から所定時間が経過した時間Ｔ１７で、高周波電源１０６を制御して、ステージ８０に高周波電圧を印加することにより、処理容器７０の内部に水分を含んだ処理ガス（ここでは、水蒸気）のプラズマを発生させる。

活性化ステップの本処理では、後述する還元ステップの本処理と比べて、処理ガス（水蒸気）の流量が多く設定される。また、活性化ステップの本処理では、還元ステップの本処理と比べて、処理容器７０の内圧が高く設定される。

このような条件下において水蒸気プラズマを生成することで、活性化ステップの本処理では、還元ステップの本処理と比べてＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が小さくなる、言い換えれば、ＯＨラジカルの発生量が多くなる。この結果、活性化ステップでは、ウエハＷの接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおいてＯＨラジカルによるシリコンの酸化およびＳｉ－ＯＨが促進される。すなわち、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおいて終端基を除去することでダングリングボンドを形成するとともに、ダングリングボンドをＯＨ基で終端させることができる。

つづいて、制御部５は、還元ステップの前処理として、時間Ｔ１７から所定時間が経過した時間Ｔ１８で、高周波電圧の印加を停止する。また、制御部５は、時間Ｔ１８において、処理ガス（水蒸気）の流量を第１流量から第１流量よりも少ない第２流量に変更する。一例として、第２流量は、１０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下である。また、制御部５は、ＡＰＣバルブ１３３の開度を第２開度から第１開度および第２開度よりも大きい第３開度に変更する。ＡＰＣバルブ１３３の開度を第３開度とすることにより、処理容器７０の内圧は、第２圧力から第２圧力よりも小さい第３圧力に調整される。一例として、第３圧力は、５Ｐａ以上１５Ｐａ以下である。

このように、還元ステップでは、活性化ステップと比較して低流量条件かつ低圧力条件にて水蒸気プラズマの生成が行われる。この結果、還元ステップでは、活性化ステップと比較してＨラジカルの発生量が多くなる。

さらに、制御部５は、時間Ｔ１８において、不活性ガス供給部１２３から処理容器７０の内部への不活性ガス（ここでは、ヘリウムガス）の供給を開始する。不活性ガスの流量は、第１流量および第２流量よりも少ない第３流量である。一例として、第３流量は、５ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下である。

このように、還元ステップにおいて、処理ガスである水蒸気とは異なる種類のガス（ここでは、ヘリウムガス）を処理容器７０の内部に供給することで、ペニング効果によってＯＨラジカルの電離が進む結果、より多くのＨラジカルを生成することができる。また、水蒸気と混合させる不活性ガスとして、質量が比較的少ないヘリウムガスを用いることで、ウエハＷに与えるダメージを極力少なくすることができる。

つづいて、制御部５は、還元ステップの本処理を行う。具体的には、制御部５は、時間Ｔ１８から所定時間が経過した時間Ｔ１９で、高周波電源１０６を制御して、ステージ８０に高周波電圧を印加することにより、処理容器７０の内部に水蒸気プラズマを発生させる。

上述した活性化ステップでは、ＯＨラジカルが比較的多く生成されるため、ウエハＷの接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに露出する金属（たとえば、Ｃｕ配線）が酸化され易い。このように接合面Ｗ１ｊの状態が悪化した上ウエハＷ１と、同様に接合面Ｗ２ｊの状態が悪化した下ウエハＷ２とを接合すると、重合ウエハＴの接合品質が悪化する恐れがある。

これに対し、還元ステップの本処理では、活性化ステップの本処理と比べて、水蒸気プラズマ中におけるＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。このため、還元ステップでは、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに露出する金属の表面に形成された金属酸化物のＨラジカルによる還元が促進される。すなわち、還元ステップでは、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに露出する金属の表面から金属酸化物を除去することができ、金属酸化物を除去することで、重合ウエハＴの接合品質を向上させることができる。

つづいて、還元ステップの本処理を終えると、制御部５は、搬出ステップを行う。具体的には、制御部５は、時間Ｔ１９から所定時間が経過した時間Ｔ２０で、高周波電圧の印加を停止する。また、制御部５は、時間Ｔ２０において、不活性ガスおよび処理ガスの供給を停止し、パージガスの供給を開始する。また、制御部５は、ステージ８０からリフターピンを上昇させるとともに、ＡＰＣバルブ１３３の開度を第３開度から全開に調整する。

つづいて、制御部５は、時間Ｔ２０から所定時間が経過した時間Ｔ２１で、ゲートバルブ７２を開き、時間Ｔ２１から所定時間が経過した時間Ｔ２２で、ＡＰＣバルブ１３３の開度を全開から第１開度に調整することにより、処理容器７０内の圧力を初期圧力に戻す。この状態で、制御部５は、搬送装置６１の搬送アームを処理容器７０内に進出させ、ステージ８０の上方に配置された改質済みのウエハＷを搬送アームに受け渡す。その後、制御部５は、改質済みのウエハＷを搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送する。

つづいて、制御部５は、時間Ｔ２２から所定時間が経過した時間Ｔ２３で、ゲートバルブ７２を閉じ、リフターピンを下降させる。その後、制御部５は、時間Ｔ２４で、搬出ステップから待機ステップへ移行する。

ところで、たとえば処理ガスとして窒素ガスを用いた場合、高周波電源のパワー（高周波電圧）を上げると接合強度が低下する傾向が見られた。このように、処理ガスとして窒素ガスを用いる従来の表面改質装置では、高周波電圧のプロセスウィンドウ（最適範囲）が比較的狭いことが、重合ウエハＴの接合品質を向上させる上で課題となっていた。

これに対し、本願発明者は、水分を含んだ処理ガス（水蒸気）を用いて表面改質処理を行った場合に、窒素ガスを用いた場合と比べて、高周波電圧を上げても接合強度が低下し難いことを見出した。すなわち、本願発明者は、水分を含んだ処理ガス（水蒸気）を用いて表面改質処理を行うことで、高周波電圧のプロセスウィンドウ（最適範囲）が広がることを見出した。このように、水分を含んだ処理ガス（水蒸気）を用いることで、窒素ガスを用いた場合と比べて表面改質処理の制御容易性が向上するため、重合ウエハＴの接合品質を安定化させることができる。言い換えれば、重合ウエハＴの接合品質を向上させることができる。

また、水分を含んだ処理ガス（水蒸気）を用いて表面改質処理を行うことで、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにＯが存在しないウエハ、たとえば、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにシリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）を有するウエハに対してもＯＨ基を形成することができる。

（変形例）
図１５は、変形例に係る表面改質処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。図１５に示すように、制御部５は、活性化ステップおよび還元ステップの開始前に、処理容器７０の内部の水分量を調整する調湿ステップを行ってもよい。

本願発明者は、鋭意研究の結果、表面改質装置３０の処理容器７０内の水分量を調整することで、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおいてダングリングボンドの形成が促進されることを見出した。そこで、制御部５は、待機ステップおよび搬入ステップにおいて、パージガスに代えて、水分を含んだ処理ガス（水蒸気）を加湿ガスとして処理容器７０の内部に供給することで、処理容器７０内の水分量を調整してもよい。

図１５に示す例では、調湿ステップにおいて一定流量（第４流量）の水蒸気を供給することとしているが、制御部５は、処理容器７０内の水分量に応じて加湿ガスとしての水蒸気の流量を変化させてもよい。

具体的には、制御部５は、処理容器７０内に加湿ガスを供給する際に、たとえば質量分析計１４２を用いて、処理容器７０内の水分量を示す値を測定することができる。この場合、制御部５は、測定された処理容器７０内の水分量を示す値に基づいて、加湿ガスとしての水蒸気の流量又は水分含有量を制御してもよい。

たとえば、処理容器７０内の水分量は、処理容器７０内でウエハＷの表面改質が所定回数繰り返し行われた場合に、真空引きによって徐々に減少する。

制御部５は、質量分析計１４２により測定された分析値を処理容器７０内の水分量を示す値として測定する。そして、制御部５は、測定した分析値に基づいて、加湿ガスの流量又は水分含有量を制御する。処理容器７０内の水分量が減少するに連れて、質量分析計１４２の分析値が減少する。例えば、制御部５は、測定した分析値が所定の閾値以下となっているか否かを判定することにより、処理容器７０内の水分量が規定の下限値を下回ったか否かを判定する。そして、制御部５は、処理容器７０内の水分量が規定の下限値を下回ったと判定した場合に、処理ガス供給部１２２を制御して、加湿ガスの流量又は水分含有量を増大させる。これにより、制御部５は、処理容器７０内の水分量を適切に調整することができる。

以下では、処理容器７０内の水分量が調整された状態で、ウエハＷの接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質することにより、接合される上ウエハＷ１と下ウエハＷ２との間の接合強度の低下が抑制される理由について説明する。

すなわち、本実施形態では、上ウエハＷ１の改質に先立って、上ウエハＷ１を収容可能な処理容器７０内に加湿ガスを供給することによって、処理容器７０内の水分量を調整する。これにより、処理容器７０内の水分量が上昇し、上ウエハＷ１の接合面Ｗ１ｊ近傍に多量の水分（Ｈ_２Ｏ）が存在する状態が形成される。

この状態で、上ウエハＷ１に対して、処理ガスである窒素ガスのプラズマによる表面改質処理を行う。この際、窒素ガスのプラズマに含まれる第１励起準位の窒素イオンおよび第２励起準位の窒素イオンのうち、相対的に活性度の低い第１励起準位の窒素イオンのエネルギーが接合面Ｗ１ｊ近傍に存在する水分（Ｈ_２Ｏ）に転移する。

これにより、第１励起準位の窒素イオンが処理容器７０内から消失する一方、第１励起準位の窒素イオンよりも活性度が高い第２励起準位の窒素イオンの比率が高くなる。結果として、第１励起準位の窒素イオンによる窒化を抑制しつつ、相対的に活性度が高い第２励起準位の窒素イオンを接合面Ｗ１ｊに照射することができ、接合面Ｗ１ｊの最表面においてシリコン原子のダングリングボンドの形成を促進することができる。一方で、接合面Ｗ１ｊの最表面において、第１励起準位の窒素イオンによる窒化が抑制されることから、窒化部分の発生が低減される。

この状態で、上ウエハＷ１が表面改質装置３０から搬出され、大気雰囲気にさらされると、大気中の水分（Ｈ_２Ｏ）に起因して、シリコン原子のダングリングボンドがＯＨ基で終端される。

ここで、接合面Ｗ１ｊの最表面において、窒化部分の発生が低減されていることから、かかる窒化部分によってＯＨ基の形成が阻害されることがない。

次に、表面改質装置３０から搬出された上ウエハＷ１および下ウエハＷ２は、表面親水化装置４０で接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化処理され、接合装置４１で接合処理される。かかる接合処理では、接合面Ｗ１ｊのＯＨ基と接合面Ｗ２ｊのＯＨ基との間の水素結合により、ウエハＷの中心部から端部に向かって接合が形成される。

ここで、本実施形態では、接合面Ｗ１ｊの最表面における窒化部分の発生が低減されていることから、かかる窒化部分によって上述のＯＨ基に起因する接合が阻害されることがない。すなわち、本実施形態では、処理容器７０内の水分量の調整によって、ＯＨ基を起点としたＳｉ－Ｏ－Ｓｉ結合の形成を阻害する窒化部分の発生を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、接合される上ウエハＷ１と下ウエハＷ２との間の接合強度の低下を抑制することができる。

上述した実施形態では、活性化ステップおよび還元ステップの順番で処理を行う場合の例について説明したが、制御部５は、活性化ステップおよび還元ステップの順番は逆でもよい。すなわち、制御部５は、還元ステップおよび活性化ステップの順番で処理を行ってもよい。

また、上述した実施形態では、活性化ステップおよび還元ステップの両方を行う場合の例について説明したが、制御部５は、活性化ステップおよび還元ステップのうち何れか一方のみを行ってもよい。たとえば、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに金属が露出していないウエハＷについては、還元ステップを行わず、活性化ステップのみを行ってもよい。

また、上述した実施形態では、表面改質装置３０において表面改質処理を行った後に、表面親水化装置４０において表面親水化処理を行う場合の例について説明した。しかしながら、実施形態に係る表面改質装置３０によれば、活性化ステップにおいて接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにＯＨ基を形成することができる。このため、制御部５は、たとえばウエハＷの種類によっては、表面親水化処理を省略してもよい。

また、上述した実施形態では、水分を含んだ処理ガスとして、水蒸気を用いる場合の例について説明したが、水分を含んだ処理ガスは、水蒸気に限らず、たとえば、アンモニアガスおよび水素ガス等であってもよい。ただし、管理容易性やコストの観点から、水分を含んだ処理ガスは、水蒸気であることが好ましい。

上述した実施形態では、活性化ステップおよび還元ステップの両方において、水分を含んだ処理ガスを用いる場合の例について説明した。これに限らず、制御部５は、たとえば、活性化ステップにおいて、水分を含んだ処理ガス以外の処理ガス（たとえば、窒素ガス等の不活性ガス）を用い、還元ステップにおいて、水分を含んだ処理ガスを用いてもよい。

上述した実施形態では、ＯＨラジカルおよびＨラジカルの生成比率を制御する方法として、処理ガスの流量を変化させること、処理容器の内圧を変化させること、不活性ガスの供給すること、の全てを行うこととした。これに限らず、制御部５は、処理ガスの流量を変化させること、処理容器の内圧を変化させること、不活性ガスの供給すること、のうち少なくとも１つを実行すればよい。

＜効果＞
上述してきたように、実施形態に係る接合システムは、表面改質装置（一例として、表面改質装置３０）と、接合装置（一例として、接合装置４１）とを備える。表面改質装置は、基板（一例として、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２）の他の基板（一例として、上ウエハＷ１および下ウエハＷ２）と接合される接合面（一例として、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ）を処理ガスのプラズマによって改質する。接合装置は、表面改質装置によって改質された２つの基板を分子間力により接合する。また、表面改質装置は、基板を収容可能な処理容器（一例として、処理容器７０）と、処理容器の内部に、水分を含んだ処理ガス（一例として、水蒸気）を供給する処理ガス供給部（一例として、処理ガス供給部１２２）と、水分を含んだ処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部（一例として、ステージ８０、給電棒１０４、整合器１０５、高周波電源１０６及び上部電極１１０）とを備える。

これにより、水分を含んだ処理ガスを処理容器の内部に供給することで、処理容器の内部の水分量の低下が抑制される。これにより、水分量の低下に伴う接合強度の低下を抑制することができる。したがって、実施形態に係る接合システムによれば、重合基板の接合品質を向上させることができる。

プラズマ生成部は、水分を含んだ処理ガスをプラズマ化することにより、ＯＨラジカルおよびＨラジカルを生成する。これにより、たとえば接合面に金属（Ｃｕ配線等）が露出している場合に、かかる金属の表面に形成された金属酸化物をＨラジカルの還元力によって除去することができる。これにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊの状態を良くすることができることから、重合基板の接合品質を向上させることができる。また、ＯＨラジカルによるシリコンの酸化およびＳｉ－ＯＨを促進させることができる。

表面改質装置は、処理容器の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部（一例として、不活性ガス供給部１２３）と、不活性ガス供給部から処理容器の内部への不活性ガスの供給経路（一例として、不活性ガス供給経路１２３ｂ）に設けられた開閉弁（一例として、開閉弁１２３ｄ）とを備える。これにより、たとえば、表面改質処理中に、処理容器の内部に対し、水分を含んだ処理ガスとともに不活性ガスを供給したり、あるいは、不活性ガスの供給を停止して水分を含んだ処理ガスのみを処理容器の内部に供給したりすることができる。

実施形態に係る接合システムは、表面改質装置を制御する制御部（一例として、制御部５）を備える。制御部は、処理容器の内部に水分を含んだ処理ガスを供給し、水分を含んだ処理ガスのプラズマを用いて基板を処理する活性化ステップと、処理容器の内部に水分を含んだ処理ガスおよび不活性ガスを供給し、水分を含んだ処理ガスおよび不活性ガスのプラズマを用いて基板を処理する還元ステップとを表面改質装置に実行させる。これにより、たとえば、活性化ステップにおいて、ＯＨラジカルによるシリコンの酸化およびＳｉ－ＯＨを促進させることができ、還元ステップにおいて、接合面に露出する金属の表面に形成された金属酸化物をＨラジカルにより除去することができる。

制御部は、活性化ステップにおいて、水分を含んだ処理ガスを第１流量で供給し、還元ステップにおいて、水分を含んだ処理ガスを第１流量よりも少ない第２流量で供給し且つ不活性ガスを第１流量よりも少ない第３流量で供給する。これにより、活性化ステップにおけるＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を、還元ステップにおける同比率と比べて小さくすることができる。すなわち、活性化ステップにおいてはＯＨラジカルの発生量を増やすことができ、還元ステップにおいてはＨラジカルの発生量を増やすことができる。

実施形態に係る接合システムは、表面改質装置を制御する制御部を備える。制御部は、処理容器の内部に水分を含んだ処理ガスを第１流量で供給し、水分を含んだ処理ガスのプラズマを用いて基板を処理する活性化ステップと、処理容器の内部に水分を含んだ処理ガスを第１流量よりも少ない第２流量で供給し、水分を含んだ処理ガスのプラズマを用いて基板を処理する還元ステップとを表面改質装置に実行させる。これにより、たとえば、活性化ステップにおいて、ＯＨラジカルによるシリコンの酸化およびＳｉ－ＯＨを促進させることができ、還元ステップにおいて、接合面に露出する金属の表面に形成された金属酸化物をＨラジカルにより除去することができる。

制御部は、活性化ステップの後に還元ステップを実行させる。これにより、たとえば、活性化ステップにおいて接合面に露出する金属の表面に形成された金属酸化物を、還元ステップにおいて除去することができる。

不活性ガスは、ヘリウムガスである。これにより、基板に与えるダメージを極力少なくすることができる。

制御部は、活性化ステップおよび還元ステップを開始する前に、処理容器の内部に水分を含んだ処理ガスを供給することによって処理容器の内部の水分量を調整する調湿ステップを表面改質装置に実行させる。これにより、活性化ステップおよび還元ステップにおけるプラズマの状態が処理容器の内部の水分量によってばらつくことを抑制することができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

たとえば、上記の実施形態では、ＳＷＰ型、ＩＣＰ型およびＥＣＲ型のプラズマ生成装置を用いて処理ガスのプラズマＰを生成する例について示した。しかしながら、実施形態に係るプラズマ生成装置はかかる型式に限られず、マイクロ波Ｍを用いて処理ガスのプラズマＰを生成することができれば、どのような型式のプラズマ生成装置が用いられてもよい。

今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣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。

１；接合システム
２；搬入出ステーション
３；処理ステーション
４；制御装置
５；制御部
６；記憶部
３０；表面改質装置
４０；表面親水化装置
４１；接合装置
５０；トランジション装置
７０；処理容器
７２；ゲートバルブ
８０；ステージ
１０６；高周波電源
１１０；上部電極
１２０；中空部
１２１；ガス供給管
１２２；処理ガス供給部
１２３；不活性ガス供給部
１２４；パージガス供給部
１３３；ＡＰＣバルブ
１４１；分光光度計
１４２；質量分析計
２３０；上チャック
２３１；下チャック
２８０；ストライカー
１２２１；貯留部
１２２２；キャリアガス供給源
１２２３；キャリアガス供給路
１２２４；水供給源
１２２５；水供給路
１２２６；液体材料気化装置

Claims (10)

1. 基板の他の基板と接合される接合面を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質装置と、
   前記表面改質装置によって改質された２つの前記基板を分子間力により接合する接合装置と、
   前記表面改質装置を制御する制御部と
   を備え、
   前記表面改質装置は、
   前記基板を収容可能な処理容器と、
   前記処理容器の内部に、水分を含んだ処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記水分を含んだ処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記処理容器の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記不活性ガス供給部から前記処理容器の内部への前記不活性ガスの供給経路に設けられた開閉弁と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスを供給し、前記水分を含んだ処理ガスのプラズマを用いて前記基板を処理する活性化ステップと、前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスおよび前記不活性ガスを供給し、前記水分を含んだ処理ガスおよび前記不活性ガスのプラズマを用いて前記基板を処理する還元ステップとを前記表面改質装置に実行させ、前記活性化ステップにおいて、前記水分を含んだ処理ガスを第１流量で供給し、前記還元ステップにおいて、前記水分を含んだ処理ガスを前記第１流量よりも少ない第２流量で供給し且つ前記不活性ガスを前記第１流量よりも少ない第３流量で供給する、接合システム。
2. 前記プラズマ生成部は、前記水分を含んだ処理ガスをプラズマ化することにより、ＯＨラジカルおよびＨラジカルを生成する、請求項１に記載の接合システム。
3. 前記制御部は、前記活性化ステップの後に前記還元ステップを実行させる、請求項１または２に記載の接合システム。
4. 前記不活性ガスは、ヘリウムガスである、請求項１～３のいずれか一つに記載の接合システム。
5. 前記制御部は、
   前記活性化ステップおよび前記還元ステップを開始する前に、前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスを供給することによって前記処理容器の内部の水分量を調整する調湿ステップを前記表面改質装置に実行させる、請求項１～４のいずれか一つに記載の接合システム。
6. 基板の他の基板と接合される接合面を改質する表面改質方法であって、
   前記基板が収容された処理容器の内部に対し、水分を含んだ処理ガスを供給する供給工程と、
   前記処理容器の内部に、前記水分を含んだ処理ガスのプラズマを生成する生成工程と
   を含み、
   前記生成工程は、
   前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスを供給し、前記水分を含んだ処理ガスのプラズマを用いて前記基板を処理する活性化工程と、
   前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスおよび不活性ガスを供給し、前記水分を含んだ処理ガスおよび前記不活性ガスのプラズマを用いて前記基板を処理する還元工程と
   を含み、
   前記活性化工程は、前記水分を含んだ処理ガスを第１流量で供給し、前記還元工程は、前記水分を含んだ処理ガスを前記第１流量よりも少ない第２流量で供給し且つ前記不活性ガスを前記第１流量よりも少ない第３流量で供給する、表面改質方法。
7. 前記生成工程は、前記水分を含んだ処理ガスをプラズマ化することにより、ＯＨラジカルおよびＨラジカルを生成する、請求項６に記載の表面改質方法。
8. 前記生成工程は、
   前記活性化工程の後に前記還元工程を行う、請求項６または７に記載の表面改質方法。
9. 前記不活性ガスは、ヘリウムガスである、請求項６～８のいずれか一つに記載の表面改質方法。
10. 前記生成工程の前に、前記処理容器の内部に前記水分を含んだ処理ガスを供給することによって前記処理容器の内部の水分量を調整する調湿工程
    を含む、請求項６～９のいずれか一つに記載の表面改質方法。