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JP7809012B2 - Joining system and joining method - Google Patents
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JP7809012B2 - Joining system and joining method - Google Patents

Joining system and joining method

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JP7809012B2 JP2022087379A JP2022087379A JP7809012B2 JP 7809012 B2 JP7809012 B2 JP 7809012B2 JP 2022087379 A JP2022087379 A JP 2022087379A JP 2022087379 A JP2022087379 A JP 2022087379A JP 7809012 B2 JP7809012 B2 JP 7809012B2
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Description

本開示は、接合システムおよび接合方法に関する。 This disclosure relates to a joining system and a joining method.

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。 To meet the demand for higher integration of semiconductor devices, three-dimensional integration technology has been proposed, which stacks semiconductor devices in three dimensions. A known example of semiconductor manufacturing equipment used in this three-dimensional integration technology is a bonding system that bonds substrates such as semiconductor wafers together.

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。 Patent Document 1 discloses a bonding system in which the surfaces of substrates to be bonded are modified, the modified substrate surfaces are made hydrophilic, and the hydrophilized substrates are bonded together using van der Waals forces and hydrogen bonds (intermolecular forces).

特開2017-073455号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-073455

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。 This disclosure provides technology that can improve the bonding quality of laminated substrates.

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、制御部とを備える。表面改質装置は、基板の表面に位置する絶縁膜および金属配線のうち絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う。接合装置は、表面改質処理によって絶縁膜が改質された2つの基板を分子間力により接合する接合処理を行う。制御部は、表面改質処理前における基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて表面改質処理の処理条件を決定する。 A bonding system according to one aspect of the present disclosure includes a surface modification device, a bonding device, and a control unit. The surface modification device performs a surface modification process that modifies the insulating film of the insulating film and metal wiring located on the surface of the substrate using plasma from a processing gas. The bonding device performs a bonding process that uses intermolecular forces to bond two substrates whose insulating films have been modified by the surface modification process. The control unit acquires information regarding the thickness of the metal oxide film on the surface of the substrate before the surface modification process, and determines the processing conditions for the surface modification process based on the acquired information.

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。 This disclosure makes it possible to improve the bonding quality of laminated substrates.

図1は、第1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。FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a joining system according to a first embodiment. 図2は、同模式側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of the same. 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。FIG. 3 is a schematic side view of the upper wafer and the lower wafer according to the embodiment. 図4は、表面改質装置の構成を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the surface modification device. 図5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。FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the joining device according to the embodiment. 図6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。FIG. 6 is a schematic side view showing the configuration of the joining device according to the embodiment. 図7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。FIG. 7 is a schematic diagram showing an upper chuck and a lower chuck according to the embodiment. 図8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。FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of a process executed by the joint system according to the embodiment. 図9は、表面改質処理の処理時間と接合強度との関係の一例を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification processing and the bonding strength. 図10は、高周波電源からステージへの印加電力が比較的低い印加電力である場合における、表面改質処理の処理時間と金属酸化膜厚との関係の一例を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification process and the thickness of the metal oxide film when the power applied from the high frequency power source to the stage is relatively low. 図11は、高周波電源からステージへの印加電力が比較的高い印加電力である場合における、表面改質処理の処理時間と金属酸化膜厚との関係の一例を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification process and the thickness of the metal oxide film when the power applied from the high frequency power source to the stage is relatively high. 図12は、改質閾値および膜厚閾値の両方を考慮した表面改質処理のプロセスウィンドウの一例を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing an example of a process window of a surface modification process taking into consideration both the modification threshold and the film thickness threshold. 図13は、表面改質処理の処理条件決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing an example of a procedure for determining processing conditions for a surface modification process. 図14は、接合処理実行可否判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a procedure for determining whether or not joining processing is executable. 図15は、接合システムが備える処理ステーションの他の構成例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing another example of the configuration of the processing station included in the bonding system. 図16は、接合システムの他の構成例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing another example of the configuration of the joining system. 図17は、第2実施形態に係る接合システムの構成を示す平面模式図である。FIG. 17 is a schematic plan view showing the configuration of a joining system according to the second embodiment. 図18は、第2実施形態に係る除去装置の構成を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram showing the configuration of a removal device according to the second embodiment. 図19は、プラズマ処理におけるプラズマの印加電力と、プラズマ処理後のCu基板における金属酸化膜および金属窒化膜の存在割合との関係を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the plasma power applied in the plasma treatment and the proportion of metal oxide films and metal nitride films present on the Cu substrate after the plasma treatment. 図20は、プラズマ処理におけるプラズマの照射時間と、プラズマ処理後のCu基板における金属酸化膜および金属窒化膜の存在割合との関係を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing the relationship between the plasma irradiation time in the plasma treatment and the proportion of metal oxide films and metal nitride films present on the Cu substrate after the plasma treatment. 図21は、表面に金属酸化膜が存在するCu基板における、プラズマの印加電力とプラズマ処理後の金属窒化膜の存在割合との関係を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the relationship between the plasma applied power and the proportion of metal nitride film present after plasma treatment on a Cu substrate having a metal oxide film on its surface. 図22は、表面に金属酸化膜が存在しないCu基板における、プラズマの印加電力とプラズマ処理後の金属窒化膜の存在割合との関係を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the relationship between the plasma applied power and the proportion of metal nitride film present after plasma treatment on a Cu substrate on the surface of which no metal oxide film exists.

以下に、本開示による接合システムおよび接合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。 Below, a detailed description will be given of a form (hereinafter referred to as an "embodiment") for implementing the bonding system and bonding method according to the present disclosure, with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to this embodiment. Furthermore, the embodiments can be combined as appropriate to the extent that the processing content is not contradictory. Furthermore, the same components in the following embodiments will be assigned the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.

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。 Furthermore, in the embodiments described below, expressions such as "constant," "orthogonal," "perpendicular," or "parallel" may be used, but these expressions do not necessarily mean "constant," "orthogonal," "perpendicular," or "parallel" in the strict sense. In other words, the above expressions allow for deviations due to, for example, manufacturing accuracy, installation accuracy, etc.

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。 In addition, for ease of understanding, the drawings referenced below may show an orthogonal coordinate system in which the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are defined as being orthogonal to each other, with the positive Z-axis direction being the vertically upward direction. Furthermore, the direction of rotation around the vertical axis may be referred to as the θ direction.

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。 Please note that the drawings are schematic and the dimensional relationships and proportions of each element may differ from reality. Furthermore, there may be parts in the drawings where the dimensional relationships and proportions differ.

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。 A conventional method for bonding substrates such as semiconductor wafers involves modifying the surfaces of the substrates to be bonded, making the modified substrate surfaces hydrophilic, and then bonding the hydrophilized substrates together using van der Waals forces and hydrogen bonds (intermolecular forces).

基板の表面改質処理は、基板の表面を処理ガスのプラズマによって改質する処理である。具体的には、表面改質処理は、基板の表面に位置している絶縁膜をプラズマによって活性化させる処理である。 Substrate surface modification is a process in which the surface of a substrate is modified using plasma from a processing gas. Specifically, surface modification is a process in which the insulating film located on the surface of the substrate is activated by plasma.

ここで、基板の表面には絶縁膜だけでなく金属配線が位置している場合がある。絶縁膜と金属配線とが表面に位置する基板に対して表面改質処理を行った場合、金属配線上の自然酸化膜(以下、「金属酸化膜」と記載する)は、プラズマによって削られて一旦なくなった後、再び金属配線上に堆積する。すなわち、金属配線上の金属酸化膜の膜厚は、表面改質処理によって一旦薄くなった後、再び厚くなる。なお、この現象は、必ず起こるものではなく、比較的高い電力(ハイパワー)でプラズマを生成した場合に生じ易いことがわかっている。一方で、比較的低い電力(ローパワー)でプラズマを生成した場合には、金属酸化膜自体が削れない(もしくはほとんど削れない)こともわかっている。 In some cases, the surface of a substrate contains not only an insulating film but also metal wiring. When a surface modification process is performed on a substrate with an insulating film and metal wiring on its surface, the native oxide film on the metal wiring (hereinafter referred to as "metal oxide film") is removed by the plasma and then re-deposited on the metal wiring. In other words, the thickness of the metal oxide film on the metal wiring is temporarily thinned by the surface modification process, and then thickens again. Note that this phenomenon does not always occur, and it is known to occur more easily when plasma is generated with relatively high power. On the other hand, it is also known that when plasma is generated with relatively low power, the metal oxide film itself is not removed (or is barely removed).

表面改質処理後の基板において、金属配線上の金属酸化膜の膜厚が厚すぎると、基板同士を接合した際に、一方の基板の金属配線と他方の基板の金属配線とが接合不良となるおそれがある。 If the metal oxide film on the metal wiring of a substrate after surface modification treatment is too thick, there is a risk of poor bonding between the metal wiring of one substrate and the metal wiring of the other substrate when the substrates are bonded together.

なお、金属配線上に形成される金属酸化膜の膜厚は、製造工程や環境等により基板ごとにばらつく。このため、一定の処理条件(印加電力、処理時間等)で表面改質処理を行うこととすると、金属酸化膜の膜厚を適切に制御することができないおそれがある。すなわち、たとえば金属酸化膜の膜厚が厚い基板に対してローパワーで生成したプラズマを用いて表面改質処理を行った場合、金属酸化膜は削れないため、金属酸化膜が臨界膜厚よりも厚い状態のまま接合処理に進むこととなるおそれがある。また、金属酸化膜の膜厚が厚い基板に対してハイパワーで生成したプラズマを用いて表面改質処理を行った場合、プラズマによって金属酸化膜は一旦削れるが、処理時間によっては金属酸化膜が再び堆積して臨界膜厚よりも厚い状態となってしまうおそれがある。なお、臨界膜厚とは、金属配線同士の接合不良が生じない膜厚として予め設定された膜厚である。 The thickness of the metal oxide film formed on the metal wiring varies from substrate to substrate due to factors such as the manufacturing process and environment. Therefore, if surface modification is performed under fixed processing conditions (applied power, processing time, etc.), it may not be possible to properly control the thickness of the metal oxide film. For example, if a surface modification process is performed on a substrate with a thick metal oxide film using low-power plasma, the metal oxide film may not be removed, and the metal oxide film may proceed to the bonding process while remaining thicker than the critical thickness. Furthermore, if a surface modification process is performed on a substrate with a thick metal oxide film using high-power plasma, the metal oxide film may be removed by the plasma, but depending on the processing time, the metal oxide film may re-deposit and become thicker than the critical thickness. The critical thickness is a predetermined thickness that prevents poor bonding between metal wiring.

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。具体的には、表面改質処理において、絶縁膜の活性化を達成しつつ、金属配線上の金属酸化膜の厚みを臨界膜厚以下に抑えることで、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。 Therefore, there is a need to develop technology that can overcome the above-mentioned problems and improve the bonding quality of laminated substrates. Specifically, there is a need to develop technology that can improve the bonding quality of laminated substrates by activating the insulating film during surface modification while keeping the thickness of the metal oxide film on the metal wiring below the critical film thickness.

(第1実施形態)
<接合システムの構成>
まず、第1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、第1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、第1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。
(First embodiment)
<Configuration of the joining system>
First, the configuration of a bonding system 1 according to a first embodiment will be described with reference to Fig. 1 to Fig. 3. Fig. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the bonding system 1 according to the first embodiment, and Fig. 2 is a schematic side view of the same. Also, Fig. 3 is a schematic side view of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 according to the first embodiment.

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。 The bonding system 1 shown in Figure 1 forms a laminated wafer T by bonding a first substrate W1 and a second substrate W2.

第1基板W1および第2基板W2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である。第1基板W1と第2基板W2とは、略同径を有する。 The first substrate W1 and the second substrate W2 are semiconductor substrates such as silicon wafers or compound semiconductor wafers. The first substrate W1 and the second substrate W2 have approximately the same diameter.

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。 Hereinafter, the first substrate W1 will be referred to as the "upper wafer W1," and the second substrate W2 will be referred to as the "lower wafer W2." In other words, the upper wafer W1 is an example of a first substrate, and the lower wafer W2 is an example of a second substrate. Furthermore, when referring collectively to the upper wafer W1 and the lower wafer W2, they may be referred to as "wafer W."

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。 Furthermore, as shown in FIG. 3, of the surfaces of the upper wafer W1, the surface that is bonded to the lower wafer W2 will be referred to as the "bonding surface W1j," and the surface opposite the bonding surface W1j will be referred to as the "non-bonding surface W1n." Furthermore, of the surfaces of the lower wafer W2, the surface that is bonded to the upper wafer W1 will be referred to as the "bonding surface W2j," and the surface opposite the bonding surface W2j will be referred to as the "non-bonding surface W2n."

図3に示すように、第1基板W1の接合面W1jおよび第2基板W2の接合面W2jには、絶縁膜WLと金属配線WMとが位置している。絶縁膜WLは、たとえばSiO(二酸化ケイ素)膜またはSiCN(炭窒化シリコン)膜等である。また、金属配線WMは、たとえば、Cu(銅)配線である。 3, an insulating film WL and metal wiring WM are located on the bonding surface W1j of the first substrate W1 and the bonding surface W2j of the second substrate W2. The insulating film WL is, for example, a SiO2 (silicon dioxide) film or a SiCN (silicon carbonitride) film. The metal wiring WM is, for example, a Cu (copper) wiring.

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。 As shown in FIG. 1, the bonding system 1 includes a loading/unloading station 2 and a processing station 3. The loading/unloading station 2 and the processing station 3 are arranged in the positive direction of the X-axis in the order loading/unloading station 2 and processing station 3. The loading/unloading station 2 and the processing station 3 are also integrally connected.

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。 The loading/unloading station 2 comprises a mounting table 10 and a transfer area 20. The mounting table 10 comprises multiple mounting plates 11. Each mounting plate 11 is loaded with a cassette C1, C2, or C3, which holds multiple substrates (e.g., 25 substrates) in a horizontal position. For example, cassette C1 is a cassette that holds upper wafers W1, cassette C2 is a cassette that holds lower wafers W2, and cassette C3 is a cassette that holds overlapping wafers T.

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。 The transport area 20 is located adjacent to the mounting table 10 on the positive side of the X axis. This transport area 20 is provided with a transport path 21 extending in the Y axis direction and a transport device 22 that can move along this transport path 21.

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。 The transfer device 22 is capable of moving not only in the Y-axis direction but also in the X-axis direction and of rotating around the Z-axis. The transfer device 22 transfers the upper wafer W1, lower wafer W2, and overlapping wafer T between cassettes C1 to C3 placed on the mounting plate 11 and the third processing block G3 of processing station 3, which will be described later.

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。 Note that the number of cassettes C1 to C3 placed on the placement plate 11 is not limited to that shown in the figure. Furthermore, in addition to cassettes C1, C2, and C3, cassettes for recovering defective substrates may also be placed on the placement plate 11.

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。 Processing station 3 is equipped with multiple processing blocks, such as three processing blocks G1, G2, and G3, each equipped with various devices. For example, a first processing block G1 is provided on the front side of processing station 3 (negative Y-axis side in Figure 1), and a second processing block G2 is provided on the rear side of processing station 3 (positive Y-axis side in Figure 1). Furthermore, a third processing block G3 is provided on the loading/unloading station 2 side of processing station 3 (negative X-axis side in Figure 1).

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に位置する絶縁膜WLが活性化される。 The first processing block G1 is equipped with a surface modification device 30 that modifies the bonding surfaces W1j, W2j of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 using plasma from a processing gas. In the surface modification device 30, for example, a given processing gas is excited into plasma, ionized, or radicalized in a reduced-pressure atmosphere. The ions (radicals) of elements contained in the processing gas are then irradiated onto the bonding surfaces W1j, W2j of the upper wafer W1 and the lower wafer W2, activating the insulating film WL located on the bonding surfaces W1j, W2j.

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に位置する絶縁膜WLを活性化することができる。 For example, when nitrogen gas is used as the processing gas, the surface modification apparatus 30 can form dangling bonds on the bonding surfaces W1j and W2j of the upper wafer W1 and lower wafer W2 by irradiating plasma. In this case, the surface modification apparatus 30 can activate the insulating film WL located on the bonding surfaces W1j and W2j so that they are more likely to be subsequently rendered hydrophilic.

また、第1処理ブロックG1には、表面親水化装置40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。 The first processing block G1 also includes a surface hydrophilization device 40. The surface hydrophilization device 40 hydrophilizes the bonding surfaces W1j and W2j of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 using, for example, pure water, and cleans the bonding surfaces W1j and W2j.

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。 In the surface hydrophilization device 40, pure water is supplied onto the upper wafer W1 or lower wafer W2 while the upper wafer W1 or lower wafer W2 is rotated, for example, while being held by a spin chuck. As a result, the pure water supplied onto the upper wafer W1 or lower wafer W2 spreads over the bonding surfaces W1j, W2j of the upper wafer W1 or lower wafer W2, making the bonding surfaces W1j, W2j hydrophilic.

第2処理ブロックG2には、膜厚測定器35が配置される。膜厚測定器35は、上ウエハW1の接合面W1jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の膜厚を測定する。同様に、膜厚測定器35は、下ウエハW2の接合面W2jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の膜厚を測定する。膜厚測定器35としては、たとえば、エリプソメーターまたは光学干渉計(一例として、UV干渉計)等を用いることができる。 A film thickness measuring device 35 is disposed in the second processing block G2. The film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W1j of the upper wafer W1. Similarly, the film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W2j of the lower wafer W2. The film thickness measuring device 35 can be, for example, an ellipsometer or an optical interferometer (e.g., a UV interferometer).

膜厚測定器35の光軸は、測定対象面である接合面W1j,W2jに対して垂直であることが好ましい。かかる構成とすることで、光軸を接合面W1j,W2jに対して斜めにした場合と比べて、入射光の照射エリアを絞ることができる。したがって、金属配線WMのパターンが微細であっても、金属配線WMのみに入射光を照射し易く、金属配線WM以外(すなわち、絶縁膜WL)の測定結果への影響を排除することができる。つまり、金属酸化膜の膜厚の測定精度を高めることができる。 The optical axis of the film thickness measuring device 35 is preferably perpendicular to the bonding surfaces W1j and W2j, which are the surfaces to be measured. This configuration allows the incident light to be irradiated onto a narrower area than when the optical axis is angled relative to the bonding surfaces W1j and W2j. Therefore, even if the pattern of the metal wiring WM is fine, it is easy to irradiate only the metal wiring WM with the incident light, eliminating the influence of layers other than the metal wiring WM (i.e., the insulating film WL) on the measurement results. This means that the accuracy of measuring the thickness of the metal oxide film can be improved.

なお、膜厚測定器35の光軸は、必ずしも接合面W1j,W2jに対して垂直であることを要しない。膜厚測定器35の光軸は、接合面W1j,W2jに対して斜めであってもよい。 Note that the optical axis of the film thickness measuring instrument 35 does not necessarily have to be perpendicular to the bonding surfaces W1j and W2j. The optical axis of the film thickness measuring instrument 35 may be oblique to the bonding surfaces W1j and W2j.

また、第2処理ブロックG2には、接合装置41が配置される。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。 The second processing block G2 also includes a bonding device 41. The bonding device 41 bonds the upper wafer W1 and the lower wafer W2. Details of the bonding device 41 will be described later.

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。 As shown in FIG. 2, the third processing block G3 is equipped with transition (TRS) devices 50 and 51 for the upper wafer W1, lower wafer W2, and overlapping wafer T, which are arranged in two stages from bottom to top.

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。 As shown in FIG. 1, a transfer region 60 is formed in the area surrounded by the first processing block G1, the second processing block G2, and the third processing block G3. A transfer device 61 is disposed in the transfer region 60. The transfer device 61 has a transfer arm that can move, for example, vertically, horizontally, and around a vertical axis.

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。 The transfer device 61 moves within the transfer area 60 and transfers the upper wafer W1, lower wafer W2, and overlapped wafer T to designated devices within the first processing block G1, second processing block G2, and third processing block G3 adjacent to the transfer area 60.

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。 The bonding system 1 also includes a control device 4. The control device 4 controls the operation of the bonding system 1. The control device 4 is, for example, a computer, and includes a control unit 5 and a memory unit 6. The memory unit 6 stores programs that control various processes, such as the bonding process. The control unit 5 controls the operation of the bonding system 1 by reading and executing the programs stored in the memory unit 6.

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。 The program may be recorded on a computer-readable recording medium and installed from that recording medium into the memory unit 6 of the control device 4. Examples of computer-readable recording media include hard disks (HDs), flexible disks (FDs), compact disks (CDs), magnetic optical disks (MOs), and memory cards.

<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、表面改質装置30の構成を示す模式断面図である。
<Configuration of Surface Modification Device>
Next, the configuration of the surface modification device 30 will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the surface modification device 30.

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。 As shown in FIG. 4, the surface modification apparatus 30 has a processing vessel 70 whose interior can be sealed. A loading/unloading port 71 for the upper wafer W1 or the lower wafer W2 is formed on the side of the processing vessel 70 facing the transfer area 60 (see FIG. 1), and a gate valve 72 is provided at the loading/unloading port 71.

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。 A stage 80 is disposed inside the processing vessel 70. The stage 80 is, for example, a lower electrode and is made of a conductive material such as aluminum. Pin through-holes (not shown) are formed in the stage 80, and lifter pins (not shown) are housed in these pin through-holes. The lifter pins are configured to be able to be raised and lowered in the vertical direction by a lifting mechanism (not shown).

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排気リング103が配置される。排気リング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。 An exhaust ring 103 with multiple baffle holes is placed between the stage 80 and the inner wall of the processing vessel 70. The exhaust ring 103 allows the atmosphere inside the processing vessel 70 to be uniformly exhausted from within the processing vessel 70.

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力がステージ80に印加される。 A power feed rod 104 made of a conductor is connected to the underside of the stage 80. A high-frequency power supply 106 is connected to the power feed rod 104 via a matching device 105, such as a blocking capacitor. During plasma processing, a given high-frequency power is applied to the stage 80 from the high-frequency power supply 106.

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。ステージ80の上面と上部電極110の下面との間隔は、不図示の昇降機構により調整される。 An upper electrode 110 is disposed inside the processing vessel 70. The upper surface of the stage 80 and the lower surface of the upper electrode 110 are disposed parallel to each other and facing each other with a given distance between them. The distance between the upper surface of the stage 80 and the lower surface of the upper electrode 110 is adjusted by an elevation mechanism (not shown).

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。 The upper electrode 110 is grounded and connected to ground potential. Because the upper electrode 110 is grounded in this way, damage to the underside of the upper electrode 110 during plasma processing can be suppressed.

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、高周波電力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。 In this way, plasma is generated inside the processing vessel 70 by applying high-frequency power from the high-frequency power supply 106 to the stage 80, which serves as the lower electrode.

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、上部電極110、および整合器は、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発生機構の一例である。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。 In this embodiment, the stage 80, power feed rod 104, matching box 105, high-frequency power supply 106, upper electrode 110, and matching box are an example of a plasma generation mechanism that generates plasma of the processing gas within the processing vessel 70. The high-frequency power supply 106 is controlled by the control unit 5 of the control device 4 described above.

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は、内部に処理ガスや除電用ガスを貯留するガス供給源122に連通している。また、ガス供給管121には、処理ガスや除電用ガスの流れを制御するバルブや流量調整部などを含む供給機器群123が設けられている。 A hollow portion 120 is formed inside the upper electrode 110. A gas supply pipe 121 is connected to the hollow portion 120. The gas supply pipe 121 is connected to a gas supply source 122 that stores a processing gas and a static elimination gas inside. The gas supply pipe 121 is also provided with a group of supply devices 123, including valves and flow rate regulators that control the flow of the processing gas and the static elimination gas.

そして、ガス供給源122から供給された処理ガスや除電用ガスは、供給機器群123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に導入される。処理ガスには、たとえば酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなどが用いられる。また、除電用ガスには、たとえば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。 The processing gas and static elimination gas supplied from the gas supply source 122 are flow-controlled by a supply device group 123 and introduced into the hollow portion 120 of the upper electrode 110 via a gas supply pipe 121. Examples of processing gases that can be used include oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas. Examples of static elimination gases that can be used include inert gases such as nitrogen gas and argon gas.

中空部120の内部には、処理ガスや除電用ガスの均一拡散を促進するためのバッフル板124が設けられている。バッフル板124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の内部に処理ガスや除電用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。 A baffle plate 124 is provided inside the hollow portion 120 to promote uniform diffusion of the processing gas and static elimination gas. The baffle plate 124 has a large number of small holes. The lower surface of the upper electrode 110 has a large number of gas outlets 125 formed therein, which eject the processing gas and static elimination gas from the hollow portion 120 into the processing vessel 70.

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。 The processing vessel 70 is formed with an intake port 130. The intake port 130 is connected to an intake pipe 132 that communicates with a vacuum pump 131 that reduces the atmosphere inside the processing vessel 70 to a given vacuum level.

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。 The upper surface of the stage 80, i.e., the surface facing the upper electrode 110, is a horizontal surface that is circular in plan view and has a diameter larger than the diameters of the upper wafer W1 and lower wafer W2. A stage cover 90 is placed on the upper surface of the stage 80, and the upper wafer W1 or lower wafer W2 is placed on the placement portion 91 of the stage cover 90.

<接合装置の構成>
次に、接合装置41の構成について図5および図6を参照して説明する。図5は、実施形態に係る接合装置41の構成を示す模式平面図であり、図6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。
<Configuration of the joining device>
Next, the configuration of the joining device 41 will be described with reference to Fig. 5 and Fig. 6. Fig. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the joining device 41 according to the embodiment, and Fig. 6 is a schematic side view showing the configuration of the joining device 41 according to the embodiment.

図5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。 As shown in FIG. 5, the bonding apparatus 41 has a processing vessel 190 whose interior can be sealed. A loading/unloading port 191 for the upper wafer W1, the lower wafer W2, and the overlapped wafer T is formed on the side of the processing vessel 190 facing the transfer area 60, and the loading/unloading port 191 is provided with an opening/closing shutter 192.

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。 The interior of the processing vessel 190 is divided into a transfer region T1 and a processing region T2 by an inner wall 193. The above-mentioned loading/unloading port 191 is formed on the side of the processing vessel 190 in the transfer region T1. In addition, loading/unloading ports 194 for the upper wafer W1, lower wafer W2, and overlapping wafer T are also formed in the inner wall 193.

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。 In the transport area T1, a transition 200, a substrate transport mechanism 201, an inversion mechanism 220, and a position adjustment mechanism 210 are arranged, for example, in this order from the loading/unloading port 191 side.

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。 The transition 200 temporarily holds the upper wafer W1, the lower wafer W2, and the overlapped wafer T. The transition 200 may be formed, for example, in two stages, allowing any two of the upper wafer W1, the lower wafer W2, and the overlapped wafer T to be held simultaneously.

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。 The substrate transfer mechanism 201 has a transfer arm that can move freely, for example, in the vertical direction (Z-axis direction), horizontal direction (Y-axis direction, X-axis direction), and direction around the vertical axis (θ direction). The substrate transfer mechanism 201 can transfer the upper wafer W1, lower wafer W2, and overlapping wafer T within the transfer region T1 or between the transfer region T1 and processing region T2.

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。 The position adjustment mechanism 210 adjusts the horizontal orientation of the upper wafer W1 and the lower wafer W2. Specifically, the position adjustment mechanism 210 has a base 211 equipped with a holding unit (not shown) that holds and rotates the upper wafer W1 and the lower wafer W2, and a detection unit 212 that detects the position of the notch portion of the upper wafer W1 and the lower wafer W2. The position adjustment mechanism 210 adjusts the position of the notch portion by detecting the position of the notch portion of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 using the detection unit 212 while rotating the upper wafer W1 and the lower wafer W2 held on the base 211. This adjusts the horizontal orientation of the upper wafer W1 and the lower wafer W2.

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。 The inversion mechanism 220 inverts the upper wafer W1. Specifically, the inversion mechanism 220 has a holding arm 221 that holds the upper wafer W1. The holding arm 221 extends horizontally (in the X-axis direction). The holding arm 221 also has holding members 222, for example, at four locations, that hold the upper wafer W1.

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。 The holding arm 221 is supported by a drive unit 223 equipped with, for example, a motor. The drive unit 223 allows the holding arm 221 to rotate freely around a horizontal axis. The holding arm 221 is also rotatable around the drive unit 223 and is also movable horizontally (in the X-axis direction). Below the drive unit 223, another drive unit (not shown) equipped with, for example, a motor is provided. This other drive unit allows the drive unit 223 to move vertically along a support column 224 extending vertically.

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。 In this way, the upper wafer W1 held by the holding member 222 can be rotated around a horizontal axis by the drive unit 223 and moved vertically and horizontally. Furthermore, the upper wafer W1 held by the holding member 222 can rotate around the drive unit 223 and move between the position adjustment mechanism 210 and the upper chuck 230, which will be described later.

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。 The processing region T2 is provided with an upper chuck 230 that suction-holds the upper surface (non-bonding surface W1n) of the upper wafer W1 from above, and a lower chuck 231 that suction-holds the lower surface (non-bonding surface W2n) of the lower wafer W2 from below. The lower chuck 231 is provided below the upper chuck 230 and is configured to be able to be positioned opposite the upper chuck 230. The upper chuck 230 and the lower chuck 231 are, for example, vacuum chucks.

図6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。 As shown in FIG. 6 , the upper chuck 230 is supported by a support member 270 provided above the upper chuck 230. The support member 270 is fixed to the ceiling surface of the processing vessel 190 via, for example, multiple support columns 271.

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。 An upper imaging unit 235 is provided to the side of the upper chuck 230 to capture an image of the upper surface (bonding surface W2j) of the lower wafer W2 held by the lower chuck 231. The upper imaging unit 235 may be, for example, a CCD camera.

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。 The lower chuck 231 is supported by a first moving unit 250 provided below the lower chuck 231. As described below, the first moving unit 250 moves the lower chuck 231 in the horizontal direction (X-axis direction). The first moving unit 250 is also configured to be able to move the lower chuck 231 vertically and rotate it around a vertical axis.

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。 The first moving section 250 is provided with a lower imaging section 236 that captures an image of the lower surface (bonding surface W1j) of the first substrate W1 held by the upper chuck 230. The lower imaging section 236 is, for example, a CCD camera.

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。 The first moving unit 250 is attached to a pair of rails 252, 252. The pair of rails 252, 252 are provided on the underside of the first moving unit 250 and extend horizontally (in the X-axis direction). The first moving unit 250 is configured to be freely movable along the rails 252.

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。 The pair of rails 252, 252 are arranged on the second moving part 253. The second moving part 253 is attached to a pair of rails 254, 254. The pair of rails 254, 254 are arranged on the underside of the second moving part 253 and extend horizontally (in the Y-axis direction). The second moving part 253 is configured to be movable horizontally (in the Y-axis direction) along the rails 254. The pair of rails 254, 254 are arranged on a mounting table 255 provided on the bottom surface of the processing vessel 190.

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。 The first moving unit 250, second moving unit 253, etc. constitute the alignment unit 256. The alignment unit 256 moves the lower chuck 231 in the X-axis direction, Y-axis direction, and θ direction to horizontally align the upper wafer W1 held by the upper chuck 230 and the lower wafer W2 held by the lower chuck 231. The alignment unit 256 also moves the lower chuck 231 in the Z-axis direction to vertically align the upper wafer W1 held by the upper chuck 230 and the lower wafer W2 held by the lower chuck 231.

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。 Note that, although the lower chuck 231 is moved in the X-axis direction, Y-axis direction, and θ direction here, the alignment unit 256 may, for example, move the lower chuck 231 in the X-axis direction and Y-axis direction, and move the upper chuck 230 in the θ direction. Note that, although the lower chuck 231 is moved in the Z-axis direction here, the alignment unit 256 may, for example, move the upper chuck 230 in the Z-axis direction.

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7を参照して説明する。図7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。 Next, the configuration of the upper chuck 230 and the lower chuck 231 will be described with reference to Figure 7. Figure 7 is a schematic diagram showing the upper chuck 230 and the lower chuck 231 according to the embodiment.

図7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。 As shown in FIG. 7 , the upper chuck 230 has a main body 260. The main body 260 is supported by a support member 270. A through-hole 266 is formed in the support member 270 and the main body 260, penetrating the support member 270 and the main body 260 in the vertical direction. The position of the through-hole 266 corresponds to the center of the upper wafer W1 held by suction on the upper chuck 230. A pressing pin 281 of a striker 280 is inserted into the through-hole 266.

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。 The striker 280 is disposed on the upper surface of the support member 270 and comprises a pressure pin 281, an actuator unit 282, and a linear motion mechanism 283. The pressure pin 281 is a cylindrical member extending vertically and is supported by the actuator unit 282.

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。 The actuator unit 282 generates a constant pressure in a certain direction (vertically downward in this case) using air supplied from, for example, an electropneumatic regulator (not shown). The actuator unit 282 contacts the center of the upper wafer W1 using air supplied from the electropneumatic regulator, allowing it to control the pressure load applied to the center of the upper wafer W1. In addition, the tip of the actuator unit 282 is movable vertically through the through-hole 266 using air from the electropneumatic regulator.

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。 The actuator unit 282 is supported by a linear motion mechanism 283. The linear motion mechanism 283 moves the actuator unit 282 vertically using, for example, a drive unit incorporating a motor.

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。 The striker 280 is configured as described above, with the linear motion mechanism 283 controlling the movement of the actuator unit 282, and the actuator unit 282 controlling the pressing load on the upper wafer W1 by the pressing pin 281. As a result, the striker 280 presses the center of the upper wafer W1, which is held by suction on the upper chuck 230, to bring it into contact with the lower wafer W2.

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。 The underside of the main body 260 is provided with multiple pins 261 that contact the upper surface (non-bonding surface W1n) of the upper wafer W1. The multiple pins 261 have a diameter of, for example, 0.1 mm to 1 mm and a height of several tens to several hundred μm. The multiple pins 261 are evenly spaced, for example, at intervals of 2 mm.

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。 The upper chuck 230 has a plurality of suction portions that suction the upper wafer W1 in a portion of the area where the plurality of pins 261 are provided. Specifically, the lower surface of the main body 260 of the upper chuck 230 is provided with a plurality of outer suction portions 391 and a plurality of inner suction portions 392 that suction the upper wafer W1 by vacuuming. The plurality of outer suction portions 391 and the plurality of inner suction portions 392 have suction areas that are arc-shaped in plan view. The plurality of outer suction portions 391 and the plurality of inner suction portions 392 have the same height as the pins 261.

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。 The multiple outer suction portions 391 are arranged on the outer periphery of the main body 260. The multiple outer suction portions 391 are connected to a suction device (not shown), such as a vacuum pump, and suck the outer periphery of the upper wafer W1 by vacuuming.

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。 The multiple inner suction portions 392 are arranged in a row along the circumferential direction, radially inward of the multiple outer suction portions 391 in the main body portion 260. The multiple inner suction portions 392 are connected to a suction device (not shown), such as a vacuum pump, and suck the area between the outer periphery and center of the upper wafer W1 by vacuuming.

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。 The lower chuck 231 has a main body 290 with a diameter equal to or larger than that of the lower wafer W2. Here, the lower chuck 231 is shown with a diameter larger than that of the lower wafer W2. The upper surface of the main body 290 is the opposing surface that faces the lower surface (non-bonding surface W2n) of the lower wafer W2.

本体部290の上面には、下ウエハW2の下面(非接合面W2n)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。 The upper surface of the main body 290 is provided with multiple pins 291 that contact the lower surface (non-bonding surface W2n) of the lower wafer W2. The multiple pins 291 have a diameter of, for example, 0.1 mm to 1 mm and a height of several tens to several hundred μm. The multiple pins 291 are evenly spaced, for example, at intervals of 2 mm.

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。 In addition, a lower rib 292 is provided in an annular shape on the upper surface of the main body 290, outside the multiple pins 291. The lower rib 292 is formed in an annular shape and supports the outer periphery of the lower wafer W2 around the entire circumference.

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。 The main body 290 also has a plurality of lower suction ports 293. The plurality of lower suction ports 293 are provided in the suction area surrounded by the lower ribs 292. The plurality of lower suction ports 293 are connected to a suction device (not shown), such as a vacuum pump, via a suction pipe (not shown).

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。 The lower chuck 231 depressurizes the suction area surrounded by the lower ribs 292 by vacuuming it through multiple lower suction ports 293. As a result, the lower wafer W2 placed in the suction area is suction-held by the lower chuck 231.

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。 Because the lower ribs 292 support the entire outer periphery of the lower surface of the lower wafer W2, the lower wafer W2 is properly vacuumed up to its outer periphery. This allows the entire surface of the lower wafer W2 to be suction-held. Furthermore, because the lower surface of the lower wafer W2 is supported by multiple pins 291, the lower wafer W2 is easily released from the lower chuck 231 when the vacuum on the lower wafer W2 is released.

<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8を参照して説明する。図8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8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。
<Specific operation of the joining system>
Next, a specific operation of the bonding system 1 according to the embodiment will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a flowchart showing the procedure of processing executed by the bonding system 1 according to the embodiment. The various processing shown in Fig. 8 is executed based on control by the control unit 5 of the control device 4.

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。 First, cassette C1 containing multiple upper wafers W1, cassette C2 containing multiple lower wafers W2, and empty cassette C3 are placed on a predetermined loading plate 11 in the load/unload station 2. Then, the upper wafer W1 in cassette C1 is removed by the transfer device 22 and transferred to the transition device 50 located in the third processing block G3.

次に、上ウエハW1は、搬送装置61によって膜厚測定器35に搬送される。膜厚測定器35では、上ウエハW1の膜厚測定が行われる(ステップS101)。具体的には、膜厚測定器35では、上ウエハW1の接合面W1jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の膜厚の測定が行われる。膜厚測定器35による測定結果は、制御部5に入力される。 Next, the upper wafer W1 is transferred to the film thickness measuring device 35 by the transfer device 61. The film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the upper wafer W1 (step S101). Specifically, the film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W1j of the upper wafer W1. The measurement results from the film thickness measuring device 35 are input to the control unit 5.

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S102)。具体的には、上ウエハW1の接合面W1jに位置する絶縁膜WL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。 Next, the upper wafer W1 is transferred by the transfer device 61 to the surface modification device 30 in the first processing block G1. In the surface modification device 30, the bonding surface W1j of the upper wafer W1 is surface modified (step S102). Specifically, dangling bonds are formed by removing terminal groups from the insulating film WL located on the bonding surface W1j of the upper wafer W1, and the dangling bonds are terminated with OH groups.

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S103)。 Next, the upper wafer W1 is transferred by the transfer device 61 to the surface hydrophilization device 40 in the first processing block G1. In the surface hydrophilization device 40, pure water is supplied onto the upper wafer W1 while the upper wafer W1 held by the spin chuck is rotated. This makes the bonding surface W1j of the upper wafer W1 hydrophilic. The bonding surface W1j of the upper wafer W1 is also cleaned with the pure water (step S103).

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S104)。 Next, the upper wafer W1 is transferred by the transfer device 61 to the bonding device 41 in the second processing block G2. After being transferred to the bonding device 41, the upper wafer W1 is transferred via the transition 200 to the position adjustment mechanism 210, where its horizontal orientation is adjusted by the position adjustment mechanism 210 (step S104).

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S105)。具体的には、上ウエハW1の接合面W1jが下方に向けられる。 Then, the upper wafer W1 is transferred from the position adjustment mechanism 210 to the reversing mechanism 220, which then reverses the upper wafer W1 upside down (step S105). Specifically, the bonding surface W1j of the upper wafer W1 faces downward.

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S106)。 Next, the upper wafer W1 is transferred from the reversing mechanism 220 to the upper chuck 230, and the upper wafer W1 is held by suction by the upper chuck 230 (step S106).

上ウエハW1に対するステップS101~S106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。 The processing of the lower wafer W2 overlaps with the processing of steps S101 to S106 for the upper wafer W1. First, the transfer device 22 removes the lower wafer W2 from the cassette C2 and transfers it to the transition device 50 located in the third processing block G3.

次に、下ウエハW2は、搬送装置61によって膜厚測定器35に搬送される。膜厚測定器35では、下ウエハW2の膜厚測定が行われる(ステップS107)。具体的には、膜厚測定器35では、下ウエハW2の接合面W2jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の膜厚の測定が行われる。膜厚測定器35による測定結果は、制御部5に入力される。 Next, the lower wafer W2 is transferred by the transfer device 61 to the film thickness measuring device 35. The film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the lower wafer W2 (step S107). Specifically, the film thickness measuring device 35 measures the film thickness of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W2j of the lower wafer W2. The measurement results from the film thickness measuring device 35 are input to the control unit 5.

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S108)。 Next, the lower wafer W2 is transferred by the transfer device 61 to the surface modification device 30, where the bonding surface W2j of the lower wafer W2 is modified (step S108).

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S109)。 Then, the lower wafer W2 is transferred by the transfer device 61 to the surface hydrophilization device 40, where the bonding surface W2j of the lower wafer W2 is hydrophilized and cleaned (step S109).

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S110)。 The lower wafer W2 is then transferred to the bonding device 41 by the transfer device 61. After being transferred to the bonding device 41, the lower wafer W2 is transferred to the position adjustment mechanism 210 via the transition 200. The position adjustment mechanism 210 then adjusts the horizontal orientation of the lower wafer W2 (step S110).

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S111)。 The lower wafer W2 is then transferred to the lower chuck 231 and held by suction on the lower chuck 231 with the notch facing in a predetermined direction (step S111).

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S112)。 Next, the horizontal positions of the upper wafer W1 held by the upper chuck 230 and the lower wafer W2 held by the lower chuck 231 are adjusted (step S112).

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S113)。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。 Next, the vertical positions of the upper wafer W1 held by the upper chuck 230 and the lower wafer W2 held by the lower chuck 231 are adjusted (step S113). Specifically, the first moving part 250 moves the lower chuck 231 vertically upward, thereby bringing the lower wafer W2 closer to the upper wafer W1.

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S114)、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S115)。 Next, the upper wafer W1 is released from suction by the multiple inner suction portions 392 (step S114), and the pressure pin 281 of the striker 280 is lowered to press down the center of the upper wafer W1 (step S115).

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。 When the center of the upper wafer W1 comes into contact with the center of the lower wafer W2 and the striker 280 presses the centers of the upper wafer W1 and lower wafer W2 together with a predetermined force, bonding begins between the pressed centers of the upper wafer W1 and lower wafer W2. That is, because the bonding surface W1j of the upper wafer W1 and the bonding surface W2j of the lower wafer W2 have been modified, van der Waals forces (intermolecular forces) are first generated between the bonding surfaces W1j and W2j, bonding the bonding surfaces W1j and W2j together. Furthermore, because the bonding surface W1j of the upper wafer W1 and the bonding surface W2j of the lower wafer W2 have been hydrophilized, the hydrophilic groups between the bonding surfaces W1j and W2j form hydrogen bonds, firmly bonding the bonding surfaces W1j and W2j together. In this way, a bonded region is formed.

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S116)。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。 After that, a bonding wave is generated between the upper wafer W1 and the lower wafer W2, expanding the bonding area from the center of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 toward their outer peripheries. Then, the upper wafer W1 is released from suction and hold by the multiple outer suction members 391 (step S116). This causes the outer periphery of the upper wafer W1, which had been suction-held by the outer suction members 391, to fall. As a result, the entire bonding surface W1j of the upper wafer W1 and the entire bonding surface W2j of the lower wafer W2 come into contact, forming the overlapped wafer T.

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。 Then, the pressure pin 281 is raised to the upper chuck 230, and the lower chuck 231 releases the lower wafer W2 from suction. The overlapped wafer T is then removed from the bonding device 41 by the transfer device 61. This completes the series of bonding processes.

次に、ステップS102およびステップS108における表面改質処理について説明する。まず、表面改質処理の処理時間と接合強度との関係について図9を参照して説明する。図9は、表面改質処理の処理時間と接合強度との関係の一例を示すグラフである。 Next, the surface modification process in steps S102 and S108 will be described. First, the relationship between the processing time of the surface modification process and the bonding strength will be described with reference to Figure 9. Figure 9 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification process and the bonding strength.

図9に示すように、表面改質処理の処理時間と接合強度との間には相関関係がある。具体的には、表面改質処理の処理時間が長くなるほど接合強度が高くなる傾向がある。所望の接合強度を得るためには、言い換えれば、改質閾値以上の接合強度を得るためには、時間t0以上の処理時間が必要となる。なお、図9では示されていないが、表面改質処理の処理時間が長すぎると接合強度が却って低下することが知られている。 As shown in Figure 9, there is a correlation between the processing time of the surface modification process and the bond strength. Specifically, the longer the processing time of the surface modification process, the higher the bond strength tends to be. To obtain the desired bond strength, in other words, to obtain a bond strength equal to or greater than the modification threshold, a processing time of at least t0 is required. Although not shown in Figure 9, it is known that if the processing time of the surface modification process is too long, the bond strength will actually decrease.

つづいて、表面改質処理の処理時間と金属配線WM上の金属酸化膜の膜厚(以下、「金属酸化膜厚」と記載する)との関係について図10および図11を参照して説明する。図10は、高周波電源106からステージ80への印加電力が比較的低い印加電力(たとえば、30W)である場合における、表面改質処理の処理時間と金属酸化膜厚との関係の一例を示すグラフである。また、図11は、高周波電源106からステージ80への印加電力が比較的高い印加電力(たとえば、150W)である場合における、表面改質処理の処理時間と金属酸化膜厚との関係の一例を示すグラフである。 Next, the relationship between the processing time of the surface modification process and the thickness of the metal oxide film on the metal wiring WM (hereinafter referred to as "metal oxide film thickness") will be described with reference to Figures 10 and 11. Figure 10 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification process and the thickness of the metal oxide film when the power applied from the high-frequency power supply 106 to the stage 80 is relatively low (e.g., 30 W). Figure 11 is a graph showing an example of the relationship between the processing time of the surface modification process and the thickness of the metal oxide film when the power applied from the high-frequency power supply 106 to the stage 80 is relatively high (e.g., 150 W).

図10に示すように、金属酸化膜は、比較的低い印加電力で生成したプラズマでは削れない(もしくはほとんど削れない)。したがって、たとえば、金属酸化膜厚が膜厚閾値(接合不良が生じない膜厚の上限、臨界膜厚)以下のT1である場合には問題とならないが、膜厚閾値を超えるT2である場合には、表面改質処理を行っても膜厚が変化しないため接合不良が生じるおそれがある。 As shown in Figure 10, metal oxide films are not removed (or are removed very little) by plasma generated with a relatively low applied power. Therefore, for example, if the metal oxide film thickness T1 is below the film thickness threshold (the upper limit of film thickness at which poor bonding does not occur, or the critical film thickness), there is no problem. However, if the film thickness T2 exceeds the film thickness threshold, there is a risk of poor bonding because the film thickness does not change even after surface modification treatment.

なお、「ほとんど削れない」とは、表面改質処理の常識的な処理時間を考慮した場合に金属酸化膜の削れる量が無視できる程度に小さいことを意味する。また、「比較的低い印加電力」とは、金属酸化膜が削れない(もしくはほとんど削れない)プラズマを生成するための印加電力(第1電力の一例に相当)を意味する。 Note that "almost no abrasion" means that the amount of abrasion of the metal oxide film is negligibly small when taking into account the typical processing time for the surface modification process. Furthermore, "relatively low applied power" refers to the applied power (equivalent to an example of the first power) that generates plasma that does not (or hardly) abrade the metal oxide film.

一方、図11に示すように、比較的高い印加電力でプラズマを生成すると、金属酸化膜はプラズマによって削られる。すなわち、金属酸化膜厚は、表面改質処理の処理時間の経過とともに薄くなる。このため、たとえば、金属酸化膜厚がT2である場合、表面改質処理の処理時間がt1を超えると、金属酸化膜厚は、接合不良が生じない膜厚閾値以下となる。 On the other hand, as shown in Figure 11, when plasma is generated with a relatively high applied power, the metal oxide film is eroded by the plasma. In other words, the metal oxide film thickness becomes thinner as the processing time of the surface modification process elapses. Therefore, for example, if the metal oxide film thickness is T2, when the processing time of the surface modification process exceeds t1, the metal oxide film thickness will fall below the film thickness threshold at which bonding failure does not occur.

しかしながら、比較的高い印加電力でプラズマを生成した場合、金属酸化膜は一旦削られた後、金属配線WM上に再び堆積し始める。たとえば、金属酸化膜厚がT2である場合、表面改質処理の処理時間がt3を超えると、金属酸化膜厚は膜厚閾値を超えてしまう。また、金属酸化膜厚がもともと膜厚閾値以下であるT1である場合も、表面改質処理の処理時間がt2を超えることで、金属酸化膜厚が膜厚閾値を超えてしまう。 However, when plasma is generated with a relatively high applied power, the metal oxide film is first removed and then begins to deposit again on the metal wiring WM. For example, if the metal oxide film thickness is T2, the metal oxide film will exceed the film thickness threshold if the surface modification treatment time exceeds t3. Also, even if the metal oxide film thickness is originally T1, which is below the film thickness threshold, the metal oxide film will exceed the film thickness threshold if the surface modification treatment time exceeds t2.

なお、「比較的高い印加電力」とは、金属酸化膜が削れるプラズマを生成するための印加電力(第2電力の一例に相当)を意味する。 Note that "relatively high applied power" refers to the applied power (equivalent to an example of the second power) required to generate plasma that removes the metal oxide film.

図12は、改質閾値および膜厚閾値の両方を考慮した表面改質処理のプロセスウィンドウの一例を示すグラフである。 Figure 12 is a graph showing an example of the process window for a surface modification process that takes into account both the modification threshold and the film thickness threshold.

上述したように、改質閾値以上の接合強度を得るためには、表面改質処理の処理時間は、t0以上に設定される必要がある。また、金属酸化膜厚がT1である場合において、金属酸化膜厚を膜厚閾値以下に抑えるためには、表面改質処理の処理時間は、t2以下に設定される必要がある。また、金属酸化膜厚がT2である場合において、金属酸化膜厚を膜厚閾値以下に抑えるためには、表面改質処理の処理時間は、t1以上t3以下に設定される必要がある。 As mentioned above, in order to obtain a bonding strength equal to or greater than the modification threshold, the processing time for the surface modification process must be set to t0 or greater. Furthermore, when the metal oxide film thickness is T1, in order to keep the metal oxide film thickness below the film thickness threshold, the processing time for the surface modification process must be set to t2 or less. Furthermore, when the metal oxide film thickness is T2, in order to keep the metal oxide film thickness below the film thickness threshold, the processing time for the surface modification process must be set to t1 or greater and t3 or less.

したがって、改質閾値および膜厚閾値の両方を考慮すると、表面改質処理の処理時間は、金属酸化膜厚がT1である場合にはt0以上t2以下の範囲(図12に示す範囲P1)内に設定される必要がある。また、表面改質処理の処理時間は、金属酸化膜厚がT2である場合にはt1以上t3以下の範囲(図12に示す範囲P2)内に設定される必要がある。 Therefore, taking into account both the modification threshold and the film thickness threshold, the processing time for the surface modification process must be set within the range of t0 to t2 (range P1 shown in Figure 12) when the metal oxide film thickness is T1. Furthermore, the processing time for the surface modification process must be set within the range of t1 to t3 (range P2 shown in Figure 12) when the metal oxide film thickness is T2.

第1実施形態に係る接合システム1において、制御部5は、表面改質処理を行う前に、膜厚測定器35による測定結果を取得する。そして、制御部5は、取得した測定結果に基づいて、改質閾値および膜厚閾値の両方を満足するように表面改質処理の処理条件を決定する。 In the bonding system 1 according to the first embodiment, the control unit 5 acquires the measurement results from the film thickness measuring device 35 before performing the surface modification process. Then, based on the acquired measurement results, the control unit 5 determines the processing conditions for the surface modification process so as to satisfy both the modification threshold and the film thickness threshold.

図13は、表面改質処理の処理条件決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。図13に示す処理条件決定処理は、図8に示すステップS101とステップS102との間、もしくは、ステップS107とステップS108との間において実行される。 Figure 13 is a flowchart showing an example of the procedure for determining processing conditions for surface modification processing. The processing condition determination process shown in Figure 13 is executed between steps S101 and S102, or between steps S107 and S108, shown in Figure 8.

図13に示すように、制御部5は、まず、膜厚測定器35による金属酸化膜厚の測定結果を取得する(ステップS201)。つづいて、制御部5は、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下であるか否かを判定する(ステップS202)。 As shown in FIG. 13, the control unit 5 first acquires the measurement results of the metal oxide film thickness from the film thickness measuring device 35 (step S201). Next, the control unit 5 determines whether the metal oxide film thickness is equal to or less than the film thickness threshold (step S202).

ステップS202において、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下である場合(ステップS202,Yes)、制御部5は、高周波電源106からステージ80に印加する電力を第1電力に決定する(ステップS203)。上述したように、第1電力は、金属酸化膜が削れない(もしくはほとんど削れない)プラズマを生成するための印加電力として予め設定された電力である。 In step S202, if the metal oxide film thickness is equal to or less than the film thickness threshold (step S202, Yes), the control unit 5 determines the power to be applied from the high-frequency power supply 106 to the stage 80 to be the first power (step S203). As described above, the first power is a power that is preset as the applied power for generating plasma that does not (or hardly does) remove the metal oxide film.

また、制御部5は、処理時間を第1処理時間に決定する(ステップS204)。具体的には、印加電力を第1電力に決定した場合、制御部5は、接合強度が改質閾値以上となる表面改質処理の処理時間として予め決められた時間を第1処理時間として決定する。 The control unit 5 also determines the processing time as the first processing time (step S204). Specifically, if the applied power is determined to be the first power, the control unit 5 determines the first processing time to be the time predetermined as the processing time for the surface modification process at which the bonding strength becomes equal to or greater than the modification threshold.

一方、ステップS202において、金属酸化膜厚が膜厚閾値を超えている場合(ステップS202,No)、制御部5は、高周波電源106からステージ80に印加する電力を第2電力に決定する(ステップS205)。上述したように、第2電力は、金属酸化膜を削るプラズマを生成するための印加電力として予め設定された電力である。 On the other hand, if the metal oxide film thickness exceeds the film thickness threshold in step S202 (step S202, No), the control unit 5 determines the power to be applied from the high-frequency power supply 106 to the stage 80 to be the second power (step S205). As described above, the second power is a power that is preset as the power to be applied to generate plasma that removes the metal oxide film.

また、制御部5は、処理時間を第2処理時間に決定する(ステップS206)。具体的には、印加電力を第2電力に決定した場合、制御部5は、接合強度が改質閾値以上となり、かつ、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下となる表面改質処理の処理時間を第2処理時間として決定する。 The control unit 5 also determines the processing time as the second processing time (step S206). Specifically, if the applied power is determined to be the second power, the control unit 5 determines the processing time of the surface modification process at which the bonding strength becomes equal to or greater than the modification threshold and the metal oxide film thickness becomes equal to or less than the film thickness threshold as the second processing time.

ここで、「金属酸化膜厚が膜厚閾値以下となる表面改質処理の処理時間」は、たとえば、金属酸化膜厚と表面改質処理の処理時間との関係を示す情報として記憶部6に予め記憶された情報(以下、「膜厚変化情報」と記載する)に基づいて決定されてもよい。 Here, the "processing time for the surface modification process at which the metal oxide film thickness becomes equal to or less than the film thickness threshold" may be determined, for example, based on information (hereinafter referred to as "film thickness change information") previously stored in the memory unit 6 as information indicating the relationship between the metal oxide film thickness and the processing time for the surface modification process.

膜厚変化情報は、複数の第2電力ごとに記憶部6に記憶されていてもよい。たとえば、記憶部6には、第2電力が100Wである場合の膜厚変化情報と、第2電力が120Wである場合の膜厚変化情報と、第2電力が150Wである場合の膜厚変化情報とが記憶されていてもよい。この場合、制御部5は、ステップS205において決定した第2電力に対応する膜厚変化情報と、ステップS201において取得した金属酸化膜厚とを用いて、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下となる表面改質処理の処理時間を決定することができる。 The film thickness change information may be stored in the memory unit 6 for each of multiple second powers. For example, the memory unit 6 may store film thickness change information when the second power is 100 W, film thickness change information when the second power is 120 W, and film thickness change information when the second power is 150 W. In this case, the control unit 5 can use the film thickness change information corresponding to the second power determined in step S205 and the metal oxide film thickness obtained in step S201 to determine the processing time for the surface modification process at which the metal oxide film thickness will be equal to or less than the film thickness threshold.

ステップS204またはステップS206の処理を終えると、制御部5は、表面改質処理の処理条件決定処理を終える。その後、制御部5は、ステップS102またはステップS108に移行し、処理条件決定処理において決定した処理条件にて表面改質処理を行う。 After completing step S204 or step S206, the control unit 5 ends the processing condition determination process for the surface modification process. The control unit 5 then proceeds to step S102 or step S108, where it performs the surface modification process under the processing conditions determined in the processing condition determination process.

(第1実施形態における第1変形例)
上述した第1実施形態では、表面改質処理前に金属酸化膜の膜厚測定を行う場合の例について説明した。これに限らず、第1実施形態に係る接合システム1は、表面改質処理後に金属酸化膜の膜厚測定を行ってもよい。この場合の例について図14を参照して説明する。図14は、接合処理実行可否判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図14に示す接合処理実行可否判定処理は、ウエハWに対して表面改質処理を実行した後、表面親水化処理を行う前に実行される。
(First Modification of the First Embodiment)
In the first embodiment described above, an example in which thickness measurement of a metal oxide film is performed before a surface modification process has been described. However, the bonding system 1 according to the first embodiment may also perform thickness measurement of a metal oxide film after a surface modification process. This example will be described with reference to FIG. 14 . FIG. 14 is a flowchart showing an example of the procedure for a bonding process execution feasibility determination process. The bonding process execution feasibility determination process shown in FIG. 14 is performed after a surface modification process is performed on a wafer W and before a surface hydrophilization process is performed.

図14に示すように、制御部5は、表面改質処理後のウエハWを膜厚測定器35に搬入し(ステップS301)、膜厚測定器35において金属酸化膜厚の測定処理を行う(ステップS302)。そして、制御部5は、膜厚測定器35による金属酸化膜厚の測定結果を取得する(ステップS303)。 As shown in FIG. 14, the control unit 5 loads the wafer W after the surface modification process into the film thickness measuring device 35 (step S301), and the film thickness measuring device 35 performs a measurement process of the metal oxide film thickness (step S302). Then, the control unit 5 obtains the measurement results of the metal oxide film thickness measured by the film thickness measuring device 35 (step S303).

つづいて、制御部5は、ステップS303において取得した測定結果に基づき、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下であるか否かを判定する(ステップS304)。 Next, the control unit 5 determines whether the metal oxide film thickness is equal to or less than the film thickness threshold based on the measurement results obtained in step S303 (step S304).

ステップS304において、金属酸化膜厚が膜厚閾値以下である場合(ステップS304,Yes)、制御部5は、接合処理の実行を許可する(ステップS305)。具体的には、制御部5は、上ウエハW1であれば、図8に示すステップS103移行の処理を進め、下ウエハW2であれば、図8に示すステップS109移行の処理を進める。 In step S304, if the metal oxide film thickness is equal to or less than the film thickness threshold (step S304, Yes), the control unit 5 permits the execution of the bonding process (step S305). Specifically, if the wafer is the upper wafer W1, the control unit 5 proceeds to step S103 shown in FIG. 8, and if the wafer is the lower wafer W2, the control unit 5 proceeds to step S109 shown in FIG. 8.

一方、ステップS304において、金属酸化膜厚が膜厚閾値を超えている場合(ステップS304,No)、制御部5は、接合処理の実行を禁止する(ステップS306)。すなわち、制御部5は、上ウエハW1であれば、図8に示すステップS103移行の処理を行わず、下ウエハW2であれば、図8に示すステップS109移行の処理を行わない。 On the other hand, in step S304, if the metal oxide film thickness exceeds the film thickness threshold (step S304, No), the control unit 5 prohibits the execution of the bonding process (step S306). That is, if the wafer is the upper wafer W1, the control unit 5 does not perform the process proceeding to step S103 shown in FIG. 8, and if the wafer is the lower wafer W2, the control unit 5 does not perform the process proceeding to step S109 shown in FIG. 8.

また、制御部5は、金属酸化膜厚が閾値を超えているウエハWに対して異常対応処理を実行する(ステップS307)。 The control unit 5 also performs abnormality response processing on wafers W whose metal oxide film thickness exceeds the threshold (step S307).

たとえば、制御部5は、異常対応処理として、金属酸化膜厚が閾値を超えているウエハWを接合システム1から搬出するために搬入出ステーション2(搬入出部の一例)戻す処理を行ってもよい。この場合、載置台10には、不具合が生じたウエハを回収するためのカセット(図示せず)が載置されていてもよい。制御部5は、搬送装置61および搬送装置22を制御して、金属酸化膜厚が閾値を超えているウエハWを膜厚測定器35から取り出して上記回収用のカセットに収容してもよい。 For example, as an abnormality response process, the control unit 5 may return a wafer W whose metal oxide film thickness exceeds a threshold to the transfer station 2 (an example of a transfer unit) in order to transfer it from the bonding system 1. In this case, a cassette (not shown) for recovering defective wafers may be placed on the mounting table 10. The control unit 5 may control the transfer device 61 and the transfer device 22 to remove the wafer W whose metal oxide film thickness exceeds a threshold from the film thickness measuring device 35 and store it in the recovery cassette.

また、制御部5は、異常対応処理として、金属酸化膜厚が閾値を超えているウエハWを表面改質装置30に搬入し、表面改質装置30において表面改質処理を再度実行してもよい。このとき、制御部5は、初回の表面改質処理と2回目の表面改質処理とで処理条件を異ならせてもよい。たとえば、制御部5は、初回の表面改質処理を第1電力にて行った場合に、2回目の表面改質処理を第2電力にて行うこととしてもよい。また、制御部5は、初回の表面改質処理および2回目の表面改質処理を第2電力にて行った場合に、2回目の表面改質処理の処理時間を初回の表面改質処理の処理時間よりも短い時間に設定してもよい。なお、ステップS307において表面改質処理を再度行う場合、制御部5は、処理をステップS301に戻し、ステップS301移行の処理を再度行ってもよい。 Furthermore, as an abnormality response process, the control unit 5 may load a wafer W whose metal oxide film thickness exceeds the threshold into the surface modification apparatus 30 and perform the surface modification process again in the surface modification apparatus 30. In this case, the control unit 5 may set different process conditions for the first surface modification process and the second surface modification process. For example, if the first surface modification process is performed at a first power, the control unit 5 may perform the second surface modification process at a second power. Furthermore, if the first surface modification process and the second surface modification process are performed at a second power, the control unit 5 may set the processing time for the second surface modification process to be shorter than the processing time for the first surface modification process. Note that if the surface modification process is to be performed again in step S307, the control unit 5 may return the process to step S301 and perform the process from step S301 again.

ステップS306またはステップS307の処理を終えると、制御部5は、接合処理実行可否判定処理を終える。 When step S306 or step S307 is completed, the control unit 5 ends the joining process execution feasibility determination process.

このように、第1実施形態に係る接合システム1は、表面改質処理後に金属酸化膜の膜厚測定を行ってもよい。 In this way, the bonding system 1 according to the first embodiment may measure the thickness of the metal oxide film after the surface modification treatment.

(第2変形例)
図15は、接合システム1が備える処理ステーション3の他の構成例を示す図である。上述した第1実施形態では、膜厚測定器35が処理ステーション3の第2処理ブロックG2に配置される場合の例について説明したが、膜厚測定器35の配置は本例に限定されない。
(Second Modification)
15 is a diagram showing another example of the configuration of the processing station 3 included in the bonding system 1. In the first embodiment described above, an example has been described in which the film thickness measuring device 35 is disposed in the second processing block G2 of the processing station 3, but the location of the film thickness measuring device 35 is not limited to this example.

たとえば、図15に示すように、膜厚測定器35は、表面改質装置30に内蔵されていてもよい。かかる構成とすることにより、接合システム1における一連の処理の所要時間を短縮することができる。また、膜厚測定器35を組み込むことによる接合システム1のフットプリントの増大を抑えることができる。 For example, as shown in FIG. 15, the film thickness measuring device 35 may be built into the surface modification device 30. This configuration can shorten the time required for a series of processes in the bonding system 1. In addition, the increase in the footprint of the bonding system 1 due to the incorporation of the film thickness measuring device 35 can be suppressed.

(第3変形例)
図16は、接合システム1の他の構成例を示す図である。図16に示すように、膜厚測定器35は、接合システム1と別体に設けられていてもよい。すなわち、接合システム1は、必ずしも膜厚測定器35を備えることを要しない。この場合、制御装置4は、膜厚測定器35から金属酸化膜厚の情報をLAN(Local Area Network)等のネットワーク経由で取得すればよい。また、この場合、接合システム1には、膜厚測定器35において膜厚測定済みのウエハWが搬入されることになる。
(Third Modification)
16 is a diagram showing another example of the configuration of the bonding system 1. As shown in FIG. 16, the film thickness measuring device 35 may be provided separately from the bonding system 1. That is, the bonding system 1 does not necessarily need to include the film thickness measuring device 35. In this case, the control device 4 may obtain information on the metal oxide film thickness from the film thickness measuring device 35 via a network such as a LAN (Local Area Network). In this case, the wafer W whose film thickness has already been measured by the film thickness measuring device 35 is loaded into the bonding system 1.

上述してきたように、第1実施形態に係る接合システム(一例として、接合システム1)は、表面改質装置と(一例として、表面改質装置30)、接合装置(一例として、接合装置41)と、制御部(一例として、制御部5)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)の表面に位置する絶縁膜(一例として、絶縁膜WL)および金属配線(一例として、金属配線WM)のうち絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う。接合装置は、表面改質処理によって絶縁膜が改質された2つの基板を分子間力により接合する接合処理を行う。制御部は、表面改質処理前における基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて表面改質処理の処理条件を決定する。 As described above, the bonding system (for example, bonding system 1) according to the first embodiment includes a surface modification device (for example, surface modification device 30), a bonding device (for example, bonding device 41), and a control unit (for example, control unit 5). The surface modification device performs a surface modification process using plasma from a processing gas to modify the insulating film (for example, insulating film WL) and metal wiring (for example, metal wiring WM) located on the surfaces of substrates (for example, upper wafer W1 and lower wafer W2). The bonding device performs a bonding process using intermolecular forces to bond two substrates whose insulating films have been modified by the surface modification process. The control unit acquires information about the thickness of the metal oxide film on the surfaces of the substrates before the surface modification process and determines the processing conditions for the surface modification process based on the acquired information.

かかる接合システムは、金属酸化膜による接合不良の発生を抑制しつつ、絶縁膜の活性化を達成することができる。したがって、第1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。 This bonding system can activate the insulating film while suppressing bonding defects caused by metal oxide films. Therefore, the bonding system according to the first embodiment can improve the bonding quality of laminated substrates.

また、第1実施形態に係る接合システムは、(一例として、接合システム1)は、表面改質装置と(一例として、表面改質装置30)、接合装置(一例として、接合装置41)と、制御部(一例として、制御部5)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)の表面に位置する絶縁膜(一例として、絶縁膜WL)および金属配線(一例として、金属配線WM)のうち絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う。接合装置は、表面改質処理によって絶縁膜が改質された2つの基板を分子間力により接合する接合処理を行う。制御部は、表面改質処理後における基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した情報に基づき、表面改質処理後の基板に対する接合処理の実行の可否を決定する。 The bonding system according to the first embodiment (for example, bonding system 1) includes a surface modification device (for example, surface modification device 30), a bonding device (for example, bonding device 41), and a control unit (for example, control unit 5). The surface modification device performs a surface modification process using plasma from a processing gas to modify the insulating film (for example, insulating film WL) and metal wiring (for example, metal wiring WM) located on the surfaces of substrates (for example, upper wafer W1 and lower wafer W2). The bonding device performs a bonding process using intermolecular forces to bond two substrates whose insulating films have been modified by the surface modification process. The control unit acquires information regarding the thickness of the metal oxide film on the surfaces of the substrates after the surface modification process, and determines whether or not to perform a bonding process on the substrates after the surface modification process based on the acquired information.

このように、金属酸化膜の膜厚に関する情報に基づいて、接合処理前に接合処理の実行の可否を判断することで、重合基板の接合品質を向上させることができる。 In this way, by determining whether or not to perform the bonding process beforehand based on information about the thickness of the metal oxide film, the bonding quality of the laminated substrate can be improved.

たとえば、第1実施形態に係る接合システムは、金属酸化膜の膜厚が臨界膜厚よりも厚い場合に、接合処理の実行を禁止することで歩留まりを抑制することができる。すなわち、接合処理によって接合された2枚の基板を剥がして再度接合処理を行うことはできない。これに対し、接合処理を行う前の基板であれば、たとえば接合システムから一旦搬出し、CMP(化学機械研磨)処理を施したうえで再度接合システムに搬入することで、製品基板として救済することができる。 For example, the bonding system according to the first embodiment can suppress yield by prohibiting the execution of the bonding process when the thickness of the metal oxide film is thicker than the critical thickness. In other words, two substrates bonded by a bonding process cannot be separated and then re-bonded. In contrast, if the substrate has not yet been bonded, it can be salvaged as a product substrate by, for example, temporarily removing it from the bonding system, subjecting it to CMP (chemical mechanical polishing), and then loading it back into the bonding system.

(第2実施形態)
接合システムは、金属酸化膜の膜厚測定を行う前に、基板に対して金属酸化膜を除去する処理を行うこととしてもよい。そこで、第2実施形態では、基板の金属酸化膜の少なくとも一部を除去装置を用いて除去した後に、金属酸化膜の膜厚測定処理を行う場合の例について説明する。
Second Embodiment
The bonding system may perform a process of removing the metal oxide film from the substrate before measuring the thickness of the metal oxide film. Therefore, in the second embodiment, an example will be described in which the thickness measurement process of the metal oxide film is performed after at least a part of the metal oxide film on the substrate is removed using a removal device.

図17は、第2実施形態に係る接合システム1Aの構成を示す平面模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Figure 17 is a schematic plan view showing the configuration of a joint system 1A according to the second embodiment. In the following explanation, parts that are similar to parts already explained will be assigned the same reference numerals as those already explained, and duplicate explanations will be omitted.

図17に示すように、第2実施形態に係る接合システム1Aは、第2処理ブロックG2に除去装置300が配置される点が、第1実施形態に係る接合システム1と異なる。除去装置300は、上ウエハW1の接合面W1jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の少なくとも一部を除去する。同様に、除去装置300は、下ウエハW2の接合面W2jに位置する金属配線WM上の金属酸化膜の少なくとも一部を除去する。 As shown in FIG. 17, the bonding system 1A according to the second embodiment differs from the bonding system 1 according to the first embodiment in that a removal device 300 is disposed in the second processing block G2. The removal device 300 removes at least a portion of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W1j of the upper wafer W1. Similarly, the removal device 300 removes at least a portion of the metal oxide film on the metal wiring WM located on the bonding surface W2j of the lower wafer W2.

かかる除去装置300の構成の一例について図18を参照して説明する。図18は、第2実施形態に係る除去装置300の構成を示す模式図である。 An example of the configuration of such a removal device 300 will be described with reference to Figure 18. Figure 18 is a schematic diagram showing the configuration of a removal device 300 according to the second embodiment.

図18に示すように、除去装置300は、チャンバ320と、基板保持機構330と、液供給部340と、回収カップ350とを備える。 As shown in FIG. 18, the removal device 300 includes a chamber 320, a substrate holding mechanism 330, a liquid supply unit 340, and a collection cup 350.

チャンバ320は、基板保持機構330と液供給部340と回収カップ350とを収容する。チャンバ320の天井部には、FFU(Fan Filter Unit)321が設けられる。FFU321は、チャンバ320内にダウンフローを形成する。 The chamber 320 houses the substrate holding mechanism 330, the liquid supply unit 340, and the collection cup 350. An FFU (Fan Filter Unit) 321 is provided on the ceiling of the chamber 320. The FFU 321 creates a downflow within the chamber 320.

FFU321は、バルブ322を介してダウンフローガス供給源323に接続される。FFU321は、ダウンフローガス供給源323から供給されるダウンフローガス(たとえば、ドライエア)をチャンバ320内に吐出する。 FFU 321 is connected to downflow gas supply source 323 via valve 322. FFU 321 discharges downflow gas (e.g., dry air) supplied from downflow gas supply source 323 into chamber 320.

基板保持機構330は、回転保持部331と、支柱部332と、駆動部333とを備える。回転保持部331は、チャンバ320の略中央に設けられる。回転保持部331の上面には、ウエハWを側面から保持する保持部材311が設けられる。ウエハWは、かかる保持部材311によって回転保持部331の上面からわずかに離間した状態で水平保持される。 The substrate holding mechanism 330 includes a rotating holder 331, a support column 332, and a drive unit 333. The rotating holder 331 is located approximately in the center of the chamber 320. A holding member 311 that holds the wafer W from the side is provided on the upper surface of the rotating holder 331. The wafer W is held horizontally by the holding member 311, slightly spaced from the upper surface of the rotating holder 331.

支柱部332は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部333によって回転可能に支持され、先端部において回転保持部331を水平に支持する。駆動部333は、支柱部332を鉛直軸まわりに回転させる。 The support column 332 is a member extending vertically, its base end is rotatably supported by the drive unit 333, and its tip end supports the rotation holder 331 horizontally. The drive unit 333 rotates the support column 332 around the vertical axis.

かかる基板保持機構330は、駆動部333を用いて支柱部332を回転させることによって支柱部332に支持された回転保持部331を回転させ、これにより、回転保持部331に保持されたウエハWを回転させる。 The substrate holding mechanism 330 rotates the support column 332 using the drive unit 333, thereby rotating the rotary holder 331 supported by the support column 332, thereby rotating the wafer W held by the rotary holder 331.

液供給部340は、基板保持機構330に保持されたウエハWに対して各種の処理液を供給する。かかる液供給部340は、ノズル341と、ノズル341を水平に支持するアーム342と、アーム342を旋回および昇降させる旋回昇降機構343とを備える。 The liquid supply unit 340 supplies various processing liquids to the wafer W held by the substrate holding mechanism 330. The liquid supply unit 340 includes a nozzle 341, an arm 342 that horizontally supports the nozzle 341, and a pivoting and lifting mechanism 343 that pivots and raises and lowers the arm 342.

ノズル341は、バルブ344aを介してクエン酸供給源345aに接続される。また、ノズル341は、バルブ344bを介してリンス液供給源345bに接続される。クエン酸供給源345aは、バルブ344aを介してノズル341にクエン酸(クエン酸水溶液)を供給する。リンス液供給源345bは、バルブ344bを介してノズル341にリンス液を供給する。リンス液は、たとえば、常温(23~25度程度)の純水(脱イオン水)である。図18では、液供給部340が1つのノズル341を有する場合の例を示しているが、液供給部340は、クエン酸を供給するノズルと、リンス液を供給するノズルの合計2つのノズルを備えていてもよい。 Nozzle 341 is connected to citric acid supply source 345a via valve 344a. Nozzle 341 is also connected to rinse liquid supply source 345b via valve 344b. Citric acid supply source 345a supplies citric acid (citric acid aqueous solution) to nozzle 341 via valve 344a. Rinse liquid supply source 345b supplies rinse liquid to nozzle 341 via valve 344b. The rinse liquid is, for example, pure water (deionized water) at room temperature (approximately 23 to 25 degrees). While Figure 18 shows an example in which liquid supply unit 340 has one nozzle 341, liquid supply unit 340 may also have a total of two nozzles: one for supplying citric acid and one for supplying rinse liquid.

液供給部340は、上記のように構成されており、クエン酸水溶液またはリンス液をウエハWに対して供給する。 The liquid supply unit 340 is configured as described above and supplies the citric acid aqueous solution or rinse liquid to the wafer W.

クエン酸は、ウエハWの表面から金属酸化膜の少なくとも一部を除去する除去処理液の一例である。なお、クエン酸に代えて、たとえばシュウ酸や硫酸などが除去処理液として使用されてもよい。リンス液は、ウエハW上に残存するクエン酸を洗い流すための処理液である。 Citric acid is an example of a removal processing liquid that removes at least a portion of a metal oxide film from the surface of the wafer W. Note that, instead of citric acid, oxalic acid, sulfuric acid, or the like may also be used as the removal processing liquid. The rinse liquid is a processing liquid used to wash away citric acid remaining on the wafer W.

回収カップ350は、回転保持部331を取り囲むように配置され、回転保持部331の回転によってウエハWから飛散する処理液を捕集する。回収カップ350の底部には、排液口351が形成されており、回収カップ350によって捕集された処理液は、かかる排液口351から除去装置300の外部へ排出される。また、回収カップ350の底部には、FFU321から供給されるダウンフローガスを除去装置300の外部へ排出する排気口352が形成される。 The collection cup 350 is disposed to surround the rotating holder 331 and collects the processing liquid scattered from the wafer W due to the rotation of the rotating holder 331. A drain port 351 is formed in the bottom of the collection cup 350, and the processing liquid collected by the collection cup 350 is discharged from the drain port 351 to the outside of the removal device 300. In addition, an exhaust port 352 is formed in the bottom of the collection cup 350, which discharges the downflow gas supplied from the FFU 321 to the outside of the removal device 300.

次に、第2実施形態に係る除去装置300の具体的動作について説明する。除去装置300による処理は、たとえば、第1実施形態における金属酸化膜の膜厚測定前に行われてもよい。この場合、除去装置300による処理は、図8のステップS101およびステップS107の前に上ウエハW1と下ウエハW2それぞれに対して行われてもよい。以下では、上ウエハW1および下ウエハW2を総称して「ウエハW」と記載する。同様に、以下では、接合面W1jおよび接合面W2jを総称して「接合面」と記載する。 Next, the specific operation of the removal apparatus 300 according to the second embodiment will be described. Processing by the removal apparatus 300 may be performed, for example, before the film thickness measurement of the metal oxide film in the first embodiment. In this case, processing by the removal apparatus 300 may be performed on the upper wafer W1 and the lower wafer W2, respectively, before steps S101 and S107 in FIG. 8. Hereinafter, the upper wafer W1 and the lower wafer W2 will be collectively referred to as "wafer W." Similarly, below, the bonding surfaces W1j and W2j will be collectively referred to as "bonding surfaces."

まず、除去装置300では、基板搬入処理が行われる。かかる基板搬入処理では、基板搬送装置によってチャンバ320内に搬入されたウエハWが基板保持機構330の保持部材311により保持される。このときウエハWは、接合面が上方を向いた状態で保持部材311により保持される。その後、駆動部333によって回転保持部331が回転する。これにより、ウエハWは、回転保持部331に水平保持された状態で回転保持部331とともに回転する。 First, a substrate loading process is performed in the removal apparatus 300. During this substrate loading process, the wafer W loaded into the chamber 320 by the substrate transfer device is held by the holding member 311 of the substrate holding mechanism 330. At this time, the wafer W is held by the holding member 311 with its bonding surface facing upward. The rotating holder 331 is then rotated by the drive unit 333. As a result, the wafer W rotates together with the rotating holder 331 while being held horizontally by the rotating holder 331.

つづいて、除去装置300では、金属酸化膜の除去処理が行われる。かかる金属酸化膜の除去処理では、液供給部340のノズル341がウエハWの中央上方に位置する。その後、ウエハWの接合面に対して、金属酸化膜の除去処理液であるクエン酸が供給される。ウエハWへ供給されたクエン酸は、ウエハWの回転に伴う遠心力によってウエハWの接合面に広がる。これにより、ウエハWの接合面における金属酸化膜の少なくとも一部が除去される。たとえば、除去装置300は、ウエハWの接合面における金属酸化膜のほぼ全てをクエン酸によって除去してもよい。金属酸化膜の除去率は、たとえば、クエン酸の濃度、クエン酸の供給時間、供給流量等により制御可能である。 Next, in the removal device 300, a metal oxide film removal process is performed. During this metal oxide film removal process, the nozzle 341 of the liquid supply unit 340 is positioned above the center of the wafer W. Then, citric acid, a metal oxide film removal process liquid, is supplied to the bonding surface of the wafer W. The citric acid supplied to the wafer W spreads over the bonding surface of the wafer W due to centrifugal force generated by the rotation of the wafer W. This removes at least a portion of the metal oxide film from the bonding surface of the wafer W. For example, the removal device 300 may remove almost all of the metal oxide film from the bonding surface of the wafer W using citric acid. The metal oxide film removal rate can be controlled, for example, by the concentration of citric acid, the supply time of citric acid, the supply flow rate, etc.

つづいて、除去装置300では、リンス処理が行われる。かかるリンス処理では、回転するウエハWに対してリンス液が供給されることにより、ウエハWの接合面が洗浄される。 Next, a rinse process is performed in the removal device 300. During this rinse process, a rinse liquid is supplied to the rotating wafer W, thereby cleaning the bonding surface of the wafer W.

つづいて、除去装置300では、乾燥処理が行われる。かかる乾燥処理では、たとえばウエハWの回転速度を所定時間増加させることによって、ウエハWの表面に残存するリンス液を振り切ってウエハWを乾燥させる。その後、ウエハWの回転が停止する。 Next, a drying process is performed in the removal device 300. In this drying process, for example, the rotation speed of the wafer W is increased for a predetermined period of time to shake off any rinsing liquid remaining on the surface of the wafer W and dry the wafer W. Thereafter, the rotation of the wafer W is stopped.

なお、乾燥処理は、FFU321から供給されるダウンフローガスによってチャンバ320内の湿度を低下させる処理であってもよい。 The drying process may also be a process of reducing the humidity inside the chamber 320 using downflow gas supplied from the FFU 321.

つづいて、除去装置300では、基板搬出処理が行われる。かかる基板搬出処理では、搬送装置61(図1参照)によって、除去装置300のチャンバ320からウエハWが取り出される。その後、ウエハWは、搬送装置61によって膜厚測定器35に搬送される。かかる基板搬出処理が完了すると、1枚のウエハWについての金属酸化膜の除去処理が完了する。 Next, the removal apparatus 300 performs a substrate unloading process. During this substrate unloading process, the transfer device 61 (see FIG. 1) removes the wafer W from the chamber 320 of the removal apparatus 300. The wafer W is then transferred to the film thickness measuring device 35 by the transfer device 61. Once this substrate unloading process is complete, the metal oxide film removal process for one wafer W is complete.

ここで、本願発明者は、表面に金属酸化膜を有する基板に対してプラズマ処理を行った場合に、基板の表面に金属窒化膜が生成されることを実験により見出した。 The inventors of the present application have experimentally discovered that when plasma processing is performed on a substrate having a metal oxide film on its surface, a metal nitride film is formed on the surface of the substrate.

実験の内容は以下の通りである。まず、本願発明者は、表面に金属酸化膜(CuO)が形成された複数のCu基板を用意し、これら複数のCu基板に対して、異なる印加電力により生成したプラズマを照射した。具体的には、4つのCu基板に対して、それぞれ50W、100W、200Wおよび400Wの印加電力にてプラズマ照射を行った。そして、プラズマ処理を行った上記4つのCu基板と、プラズマ処理を行わなかったCu基板(すなわち、印加電力を0WとしたCu基板)の合計5つのCu基板について、金属酸化膜(CuO)および金属窒化膜(CuN)の存在割合を調べた。その結果を図19に示す。 The experiment was carried out as follows. First, the inventors prepared a plurality of Cu substrates each having a metal oxide film (Cu 2 O) formed on its surface, and irradiated these Cu substrates with plasma generated by applying different powers. Specifically, plasma was irradiated to four Cu substrates at applied powers of 50 W, 100 W, 200 W, and 400 W, respectively. The proportions of the metal oxide film (Cu 2 O) and the metal nitride film (CuxOyN) were then examined for a total of five Cu substrates, including the four Cu substrates that had been subjected to plasma treatment and a Cu substrate that had not been subjected to plasma treatment (i.e., a Cu substrate with an applied power of 0 W ). The results are shown in FIG. 19 .

図19は、プラズマ処理におけるプラズマの印加電力と、プラズマ処理後のCu基板上における金属酸化膜(CuO)および金属窒化膜(CuN)の存在割合との関係を示すグラフである。図19に示すように、プラズマ処理を行わなかったCu基板(印加電力が0WのCu基板)からは、金属窒化膜(CuN)は検出されなかった。これに対し、プラズマ処理を行った4つのCu基板からは、金属窒化膜(CuN)が検出された。また、金属窒化膜(CuN)の存在割合は、より高い印加電力でプラズマ処理を行ったCu基板ほど、すなわち、金属酸化膜(CuO)の除去量が多いCu基板ほど高くなる傾向が見られた。 19 is a graph showing the relationship between the applied plasma power in plasma treatment and the abundance ratio of metal oxide film (Cu 2 O) and metal nitride film (Cu x O y N) on Cu substrates after plasma treatment. As shown in FIG. 19, no metal nitride film (Cu x O y N) was detected from the Cu substrate that was not subjected to plasma treatment (Cu substrate with applied power of 0 W). In contrast, metal nitride film (Cu x O y N) was detected from the four Cu substrates that were subjected to plasma treatment. Furthermore, the abundance ratio of metal nitride film (Cu x O y N) tended to be higher for Cu substrates that were subjected to plasma treatment with higher applied power, i.e., Cu substrates from which a larger amount of metal oxide film (Cu 2 O) was removed.

また、本願発明者は、表面に金属酸化膜が形成された複数のCu基板に対し、同一の印加電力により生成したプラズマを異なる照射時間で照射した。そして、プラズマ処理を行った各Cu基板と、プラズマ処理を行わなかったCu基板(すなわち、照射時間を0secとしたCu基板)とについて、金属酸化膜(CuO)および金属窒化膜(CuN)の存在割合を調べた。その結果を図20に示す。 The inventors of the present invention also irradiated a plurality of Cu substrates having metal oxide films formed on their surfaces with plasma generated by the same applied power for different irradiation times. Then, the inventors investigated the abundance ratios of the metal oxide film (Cu 2 O) and the metal nitride film (Cu x O y N) for each of the Cu substrates that had been subjected to plasma treatment and for a Cu substrate that had not been subjected to plasma treatment (i.e., a Cu substrate with an irradiation time of 0 seconds). The results are shown in Figure 20.

図20は、プラズマ処理におけるプラズマの照射時間と、プラズマ処理後のCu基板上における金属酸化膜(CuO)および金属窒化膜(CuN)の存在割合との関係を示すグラフである。 FIG. 20 is a graph showing the relationship between the plasma irradiation time in the plasma treatment and the proportion of the metal oxide film (Cu 2 O) and the metal nitride film (Cu x O y N) on the Cu substrate after the plasma treatment.

図20に示すように、金属窒化膜(CuN)の存在割合は、プラズマの照射時間が長いCu基板ほど、すなわち、金属酸化膜(CuO)の除去量が多いCu基板ほど高くなる傾向が見られた。 As shown in FIG. 20, the abundance ratio of the metal nitride film (Cu x O y N) tended to be higher for Cu substrates exposed to plasma for a longer period of time, i.e., for Cu substrates from which a larger amount of the metal oxide film (Cu 2 O) was removed.

これら図19および図20に示す結果から、金属酸化膜(CuO)が存在する基板に対してプラズマ処理を行うと、基板上に金属窒化膜(CuN)が生成されることが分かる。 From the results shown in FIGS. 19 and 20, it can be seen that when a plasma treatment is performed on a substrate on which a metal oxide film (Cu 2 O) exists, a metal nitride film (Cu x O y N) is produced on the substrate.

なお、プラズマ処理による金属窒化膜の生成メカニズムとしては、たとえば、プラズマ処理において使用される窒素がプラズマ処理中に金属酸化膜(CuO)と結合することによって金属窒化膜(CuN)が生成されることが考えられる。 The mechanism by which the metal nitride film is produced by plasma processing may be, for example, that nitrogen used in the plasma processing combines with the metal oxide film (Cu 2 O) during the plasma processing to produce the metal nitride film (Cu x O y N).

本願発明者は、表面に金属酸化膜が存在するCu基板と、表面に金属酸化膜が存在しないCu基板とを用意し、各Cu基板について、100Wおよび400Wの印加電力にてプラズマ処理を行った。そして、プラズマ処理後の各Cu基板について、金属酸化膜(CuO)および金属窒化膜(CuN)の存在割合を調べた。その結果を図21および図22に示す。 The inventors of the present invention prepared Cu substrates with and without a metal oxide film on their surfaces, and performed plasma treatment on each Cu substrate at applied powers of 100 W and 400 W. After the plasma treatment, the inventors investigated the proportions of metal oxide film (Cu 2 O) and metal nitride film (CuxOyN ) on each Cu substrate. The results are shown in Figures 21 and 22.

図21は、表面に金属酸化膜が存在するCu基板における、プラズマの印加電力と、プラズマ処理後の金属窒化膜(CuN)の存在割合との関係を示すグラフである。図22は、表面に金属酸化膜が存在しないCu基板における、プラズマの印加電力と、プラズマ処理後の金属窒化膜(CuN)の存在割合との関係を示すグラフである。 Fig. 21 is a graph showing the relationship between the applied plasma power and the abundance ratio of a metal nitride film (Cu x O y N) after plasma treatment for a Cu substrate having a metal oxide film on its surface. Fig. 22 is a graph showing the relationship between the applied plasma power and the abundance ratio of a metal nitride film (Cu x O y N) after plasma treatment for a Cu substrate having no metal oxide film on its surface.

図21に示すように、表面に金属酸化膜(CuO)が存在するCu基板に対してプラズマ処理を行うと、Cu基板の表面に金属窒化膜(CuN)が生成されることがわかる。これに対し、図22に示すように、表面に金属酸化膜(CuO)が存在するCu基板に対してプラズマ処理を行った場合には、Cu基板の表面に金属窒化膜(CuN)が生成されないことがわかる。これらの結果から、Cu基板の表面から金属酸化膜を除去することで、プラズマ処理(表面改質処理)による金属窒化膜の生成が抑制されることがわかる。 As shown in Figure 21, when a plasma treatment is performed on a Cu substrate having a metal oxide film (Cu 2 O) on its surface, a metal nitride film (Cu x O y N) is generated on the surface of the Cu substrate. In contrast, as shown in Figure 22, when a plasma treatment is performed on a Cu substrate having a metal oxide film (Cu 2 O) on its surface, a metal nitride film (Cu x O y N) is not generated on the surface of the Cu substrate. These results show that removing the metal oxide film from the surface of the Cu substrate suppresses the generation of a metal nitride film due to plasma treatment (surface modification treatment).

金属窒化膜は比較的還元されにくいことから、基板上に金属窒化膜が存在していると、その後の接合処理において接合強度の低下等の悪影響が生じるおそれがある。これに対し、第2実施形態では、金属酸化膜の膜厚測定を行う前に、具体的には表面改質処理前に、基板上の金属酸化膜を除去する処理を行うことで、表面改質処理により基板上に金属窒化膜が生成されることを抑制することができる。したがって、第2実施形態に係る接合システム1Aによれば、基板上の金属窒化膜によって接合処理に悪影響が生じることを抑制することができる。 Because metal nitride films are relatively difficult to reduce, their presence on the substrates can have adverse effects, such as reduced bonding strength, during the subsequent bonding process. In contrast, in the second embodiment, a process for removing the metal oxide film from the substrate is performed before measuring the thickness of the metal oxide film, specifically before the surface modification process, thereby preventing the formation of a metal nitride film on the substrate during the surface modification process. Therefore, the bonding system 1A according to the second embodiment can prevent the metal nitride film on the substrate from adversely affecting the bonding process.

(第2実施形態における変形例)
上述した第2実施形態では、クエン酸を用いて金属酸化膜の除去処理を行ったが、金属酸化膜の除去処理は、処理液を用いたウェット処理に限定されず、ドライ処理であってもよい。例えば、金属酸化膜の除去は、ウエハWの接合面に対して水素(H)ガスを供給してもよい。水素ガスは、金属酸化膜を還元し、除去する。水素ガスは、化学反応を推進すべく、高温に加熱されてもよい。また、水素ガスは、化学反応を推進すべく、プラズマ化されてもよい。
(Modification of the second embodiment)
In the second embodiment described above, the metal oxide film removal process is performed using citric acid. However, the metal oxide film removal process is not limited to a wet process using a processing liquid, and may be a dry process. For example, the metal oxide film may be removed by supplying hydrogen (H 2 ) gas to the bonding surface of the wafer W. The hydrogen gas reduces and removes the metal oxide film. The hydrogen gas may be heated to a high temperature to promote a chemical reaction. The hydrogen gas may also be converted into plasma to promote the chemical reaction.

以上のように、第2実施形態に係る接合システム1Aでは、金属酸化膜の膜厚測定前に、かかる金属酸化膜の少なくとも一部を除去する処理を行う。上述したように、第1実施形態の図8のフローチャートにおいて、金属酸化膜の除去処理は、ステップS101およびステップS107の前に上ウエハW1と下ウエハW2それぞれに対して行われる。そして、制御部5は、除去処理後における金属酸化膜の膜厚の情報に基づいて表面改質処理の処理条件を決定する。かかる処理によれば、金属酸化膜の膜厚が薄くなるため、第1実施形態で説明した図13のステップS202においてYesとなり、比較的電力の低い印加電力により生成したプラズマによって表面改質処理を実施することができる。 As described above, in the bonding system 1A according to the second embodiment, a process for removing at least a portion of the metal oxide film is performed before measuring the thickness of the metal oxide film. As described above, in the flowchart of FIG. 8 according to the first embodiment, the metal oxide film removal process is performed on each of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 before steps S101 and S107. The control unit 5 then determines the process conditions for the surface modification process based on information about the thickness of the metal oxide film after the removal process. This process reduces the thickness of the metal oxide film, so step S202 in FIG. 13 described in the first embodiment is answered Yes, and the surface modification process can be performed using plasma generated by applying a relatively low power.

第1実施形態の第1変形例において金属酸化膜の除去処理を行う場合、除去処理は、たとえば、図14のフローチャートのステップS301の前、具体的には、表面改質処理前において、上ウエハW1と下ウエハW2それぞれに対して行われる。その後、ウエハWに対して表面改質処理が実行され、ステップS301の処理が開始される。 When performing the metal oxide film removal process in the first modified example of the first embodiment, the removal process is performed, for example, before step S301 in the flowchart of FIG. 14, specifically, before the surface modification process, on each of the upper wafer W1 and the lower wafer W2. Thereafter, the surface modification process is performed on the wafer W, and the process of step S301 is initiated.

かかる金属酸化膜の除去処理によれば、金属酸化膜の膜厚が薄くなるため、比較的電力の低い印加電力により生成したプラズマによって表面改質処理を実施することができる。また、かかる金属酸化膜の除去処理によれば、金属酸化膜の膜厚が薄くなるため、ステップS304においてYesとなり、接合処理が実行される。つまり、第1変形例においては、金属酸化膜の除去処理を行うことで、異常対応処理の対象となる基板を減らすことができる。 This metal oxide film removal process reduces the thickness of the metal oxide film, allowing surface modification processing to be performed using plasma generated by applying a relatively low amount of power. Furthermore, this metal oxide film removal process reduces the thickness of the metal oxide film, resulting in a Yes result in step S304, and the bonding process is performed. In other words, in the first modified example, performing the metal oxide film removal process can reduce the number of substrates that are subject to abnormality response processing.

また、第1実施形態で説明した図12に示すように、金属酸化膜の膜厚が薄いことにより、表面改質処理の処理時間を短縮することができる。 Furthermore, as shown in Figure 12 described in the first embodiment, the thin metal oxide film allows for a reduction in the processing time for surface modification.

さらに、金属酸化膜の除去処理を行うことにより、表面改質処理による金属配線上の金属窒化膜の発生を抑制することができ、その後の接合処理に悪影響が生じることを抑制することができる。 Furthermore, by performing the metal oxide film removal process, it is possible to suppress the formation of a metal nitride film on the metal wiring due to the surface modification process, thereby preventing adverse effects on the subsequent bonding process.

したがって、第2実施形態に係る接合システム1Aによれば、より効率的に表面改質処理を行うことができ、金属酸化膜による接合不良の発生を抑制することができる。 Therefore, with the bonding system 1A according to the second embodiment, surface modification processing can be performed more efficiently, and bonding defects caused by metal oxide films can be suppressed.

(その他の実施形態)
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、添付の請求の範囲およ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。
(Other embodiments)
The disclosed embodiments should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. Indeed, the above-described embodiments may be embodied in various forms. Furthermore, the above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

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
10 載置台
30 表面改質装置
35 膜厚測定器
40 表面親水化装置
41 接合装置
80 ステージ
106 高周波電源
110 上部電極
230 上チャック
231 下チャック
280 ストライカー
T 重合ウエハ
W1 上ウエハ
W2 下ウエハ
WL 絶縁膜
WM 金属配線
REFERENCE SIGNS LIST 1 Bonding system 2 Loading/unloading station 3 Processing station 4 Control device 5 Control unit 6 Memory unit 10 Mounting table 30 Surface modification device 35 Film thickness measuring device 40 Surface hydrophilization device 41 Bonding device 80 Stage 106 High frequency power supply 110 Upper electrode 230 Upper chuck 231 Lower chuck 280 Striker T Overlapped wafer W1 Upper wafer W2 Lower wafer WL Insulating film WM Metal wiring

Claims (15)

基板の表面に位置する絶縁膜および金属配線のうち前記絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う表面改質装置と、
前記表面改質処理によって前記絶縁膜が改質された2つの前記基板を分子間力により接合する接合処理を行う接合装置と、
前記表面改質処理前における前記基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した前記情報に基づいて前記表面改質処理の処理条件を決定する制御部と
を備える、接合システム。
a surface modification device for performing a surface modification process to modify the insulating film of the insulating film and the metal wiring located on the surface of the substrate by plasma of a processing gas;
a bonding apparatus for performing a bonding process by which the two substrates, the insulating films of which have been modified by the surface modification process, are bonded together by intermolecular forces;
a control unit that acquires information about the thickness of the metal oxide film on the surface of the substrate before the surface modification treatment, and determines treatment conditions for the surface modification treatment based on the acquired information.
前記基板の表面の前記金属酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定器を備える、請求項1に記載の接合システム。 The bonding system of claim 1, further comprising a film thickness measuring device that measures the film thickness of the metal oxide film on the surface of the substrate. 前記表面改質装置は、前記膜厚測定器を備える、請求項2に記載の接合システム。 The bonding system described in claim 2, wherein the surface modification device is equipped with the film thickness measuring device. 前記膜厚測定器の光軸は、前記基板の表面に対して垂直である、請求項2に記載の接合システム。 The bonding system of claim 2, wherein the optical axis of the film thickness gauge is perpendicular to the surface of the substrate. 前記制御部は、前記金属酸化膜の膜厚が閾値以下である場合には、第1電力にてプラズマを生成し、前記金属酸化膜の膜厚が前記閾値を超えた場合には、前記第1電力よりも大きい第2電力にてプラズマを生成する、請求項1に記載の接合システム。 The bonding system described in claim 1, wherein the control unit generates plasma at a first power when the thickness of the metal oxide film is equal to or less than a threshold value, and generates plasma at a second power greater than the first power when the thickness of the metal oxide film exceeds the threshold value. 前記制御部は、前記金属酸化膜の膜厚が前記閾値以下である場合と前記金属酸化膜の膜厚が前記閾値を超えた場合とで、前記表面改質処理の処理時間を異ならせる、請求項5に記載の接合システム。 The bonding system described in claim 5, wherein the control unit varies the processing time of the surface modification treatment depending on whether the thickness of the metal oxide film is equal to or less than the threshold value or whether the thickness of the metal oxide film exceeds the threshold value. 前記制御部は、前記金属酸化膜の膜厚が前記閾値を超えた場合において、前記金属酸化膜の膜厚が前記表面改質処理によって前記閾値を超えない処理時間の範囲として予め定められた範囲内で前記表面改質処理の処理時間を決定する、請求項6に記載の接合システム。 The bonding system described in claim 6, wherein the control unit determines the processing time of the surface modification treatment within a predetermined range as a processing time range in which the thickness of the metal oxide film does not exceed the threshold value when the thickness of the metal oxide film exceeds the threshold value due to the surface modification treatment. 前記表面改質処理前における前記基板の表面から前記金属酸化膜の少なくとも一部を除去する除去処理を行う除去装置
を備え、
前記制御部は、前記除去処理後における前記金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得する、請求項1に記載の接合システム。
a removal device that performs a removal process to remove at least a part of the metal oxide film from the surface of the substrate before the surface modification process,
The bonding system according to claim 1 , wherein the control unit acquires information about a thickness of the metal oxide film after the removal process.
基板の表面に位置する絶縁膜および金属配線のうち前記絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う表面改質装置と、
前記表面改質処理によって前記絶縁膜が改質された2つの前記基板を分子間力により接合する接合処理を行う接合装置と、
前記表面改質処理後における前記基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した前記情報に基づき、前記表面改質処理後の前記基板に対する前記接合処理の実行の可否を決定する制御部と
を備える、接合システム。
a surface modification device for performing a surface modification process to modify the insulating film of the insulating film and the metal wiring located on the surface of the substrate by plasma of a processing gas;
a bonding apparatus for performing a bonding process by which the two substrates, the insulating films of which have been modified by the surface modification process, are bonded together by intermolecular forces;
and a control unit that acquires information about the thickness of a metal oxide film on the surface of the substrate after the surface modification treatment, and determines whether or not to perform the bonding treatment on the substrate after the surface modification treatment based on the acquired information.
前記制御部は、前記金属酸化膜の膜厚が閾値以下である場合には、前記表面改質処理後の前記基板に対する前記接合処理の実行を許可し、前記金属酸化膜の膜厚が前記閾値を超えた場合には、前記表面改質処理後の前記基板に対する前記接合処理の実行を禁止する、請求項9に記載の接合システム。 The bonding system of claim 9, wherein the control unit permits the execution of the bonding process on the substrate after the surface modification process when the thickness of the metal oxide film is equal to or less than a threshold value, and prohibits the execution of the bonding process on the substrate after the surface modification process when the thickness of the metal oxide film exceeds the threshold value. 前記接合システムへの前記基板の搬入出が行われる搬入出部
を備え、
前記制御部は、前記接合処理の実行を禁止した前記基板を前記搬入出部に戻す、請求項10に記載の接合システム。
a loading/unloading unit for loading/unloading the substrate into/from the bonding system,
The bonding system according to claim 10 , wherein the control unit returns the substrate for which the execution of the bonding process has been prohibited to the carry-in/out unit.
前記制御部は、前記接合処理の実行を禁止した前記基板を前記表面改質装置に搬入して、当該基板に対して前記表面改質処理を再度実行する、請求項10に記載の接合システム。 The bonding system described in claim 10, wherein the control unit loads the substrate for which the bonding process has been prohibited into the surface modification device and performs the surface modification process on the substrate again. 前記表面改質処理前における前記基板の表面から前記金属酸化膜の少なくとも一部を除去する除去処理を行う除去装置
を備え、
前記制御部は、前記除去処理後における前記金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得する、請求項9に記載の接合システム。
a removal device that performs a removal process to remove at least a part of the metal oxide film from the surface of the substrate before the surface modification process,
The bonding system according to claim 9 , wherein the control unit acquires information about a thickness of the metal oxide film after the removal process.
基板の表面に位置する絶縁膜および金属配線のうち前記絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う工程と、
前記表面改質処理によって前記絶縁膜が改質された2つの前記基板を分子間力により接合する接合処理を行う工程と、
前記表面改質処理前における前記基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した前記情報に基づいて前記表面改質処理の処理条件を決定する工程と
を含む、接合方法。
a step of performing a surface modification process in which the insulating film and the metal wiring located on the surface of the substrate are modified by plasma of a processing gas;
a step of performing a bonding process of bonding the two substrates, the insulating films of which have been modified by the surface modification process, by intermolecular forces;
acquiring information about the thickness of the metal oxide film on the surface of the substrate before the surface modification treatment, and determining treatment conditions for the surface modification treatment based on the acquired information.
基板の表面に位置する絶縁膜および金属配線のうち前記絶縁膜を処理ガスのプラズマによって改質する表面改質処理を行う工程と、
前記表面改質処理によって前記絶縁膜が改質された2つの前記基板を分子間力により接合する接合処理を行う工程と、
前記表面改質処理後における前記基板の表面の金属酸化膜の膜厚に関する情報を取得し、取得した前記情報に基づき、前記表面改質処理後の前記基板に対する前記接合処理の実行の可否を決定する工程と
を含む、接合方法。
a step of performing a surface modification process in which the insulating film and the metal wiring located on the surface of the substrate are modified by plasma of a processing gas;
a step of performing a bonding process of bonding the two substrates, the insulating films of which have been modified by the surface modification process, by intermolecular forces;
acquiring information about the thickness of a metal oxide film on the surface of the substrate after the surface modification treatment, and determining whether or not to perform the bonding treatment on the substrate after the surface modification treatment based on the acquired information.
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