JP2023038075A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】貼合対象の基板を好適に加工することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する除去部とを備える。前記除去部は、前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部とを備える。【選択図】図12
Description
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
基板同士を貼り合わせて半導体装置を製造する場合、これらの基板を例えばトリミングやグラインドにより加工することが多い。このような場合、これらの基板を好適な方法により加工することが望ましい。
貼合対象の基板を好適に加工することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する除去部とを備える。前記除去部は、前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部とを備える。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1~図20において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の半導体製造装置の構造を示す平面図である。
図1は、第1実施形態の半導体製造装置の構造を示す平面図である。
本実施形態の半導体製造装置は、載置部1と、搬送部2と、検出部3と、改質層形成部4と、剥離層形成部5と、除去部6と、制御部7とを備えている。載置部1は複数のロードポート1aを備え、搬送部2は搬送ロボット2aを備えている。改質層形成部4はチャックテーブル4aを備え、剥離層形成部5はチャックテーブル5aを備えている。
図1は、互いに垂直なX方向、Y方向、およびZ方向を示している。この明細書では、+Z方向を上方向として取り扱い、-Z方向を下方向として取り扱う。-Z方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
本実施形態の半導体製造装置は、ウェハWを加工するために使用される。後述するように、本実施形態のウェハWは、下ウェハと上ウェハとを含んでおり、これら2枚のウェハが貼り合わされた構造を有している。ウェハWのさらなる詳細については、後述する。
載置部1は、ウェハWを収容するためのFOUP(Front Opening Unified Pod)を載置するために使用される。半導体製造装置の筐体内にウェハWを搬入する際には、ウェハWを収容しているFOUPがいずれかのロードポート1a上に載置され、FOUPから筐体内にウェハWが搬入される。一方、筐体から搬出されたウェハWは、いずれかのロードポート1a上のFOUP内に収容される。
搬送部2は、筐体内のウェハWを搬送ロボット2aにより搬送する。検出部3は、搬送部2により搬送されたウェハWのノッチアライメントを行い、さらにはウェハWの中心を検出する。改質層形成部4は、検出部3から搬送されたウェハWをチャックテーブル4a上に載置し、ウェハW内に含まれる上ウェハ内に改質層を形成する。剥離層形成部5は、改質層形成部4から搬送されたウェハWをチャックテーブル5a上に載置し、ウェハW内の上ウェハと下ウェハとの間に剥離層を形成する。除去部6は、剥離層形成部5から搬送されたウェハW内の上ウェハを部分的に除去する。検出部3、改質層形成部4、剥離層形成部5、および除去部6を経由したウェハWは、搬送部2により筐体外に搬出される。
制御部7は、本実施形態の半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部7は、搬送ロボット2aを制御してウェハWを搬送したり、チャックテーブル4a、5aを制御してウェハWを回転させたりする。
図2~図11は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図である。
本実施形態の半導体装置は、図1に示すウェハWから製造される。また、本実施形態の半導体装置の製造方法の一部は、図1に示す半導体製造装置を使用して実行される。そのため、以下の説明では、図1に示す符号が適宜使用される。
図2(a)は、ウェハWの断面形状を示しており、図2(b)は、ウェハWの平面形状を示している。これは、図3(a)~図11(b)でも同様である。
まず、図2(a)および図2(b)に示すウェハWを用意する。前述のように、本実施形態のウェハWは、下ウェハ10と上ウェハ20とを含んでおり、下ウェハ10の表面(上面)と上ウェハ20の表面(下面)とが貼り合わされた構造を有している。上ウェハ20は、第1基板の例である。下ウェハ10は、第2基板の例である。
下ウェハ10は、半導体ウェハ11と、半導体ウェハ11の下面や側面に形成された膜12と、半導体ウェハ11の上面に形成された膜13とを含んでいる。上ウェハ20は、半導体ウェハ21と、半導体ウェハ21の上面や側面に形成された膜22と、半導体ウェハ21の下面に形成された膜23とを含んでいる。上ウェハ20は、膜13と膜23とが貼り合わされる形で、下ウェハ10上に載置されている。
半導体ウェハ11、21の各々は例えば、シリコンウェハである。膜13、23の各々は例えば、層間絶縁膜、配線層、プラグ層、パッド層などの様々な絶縁膜、半導体層、および導体層を含んでいる。膜13、23は例えば、メモリセルアレイやトランジスタなどのデバイスを含んでいてもよい。本実施形態の膜13、23の各々は、膜13と膜23との界面にシリコン酸化膜を含んでおり、膜13内のシリコン酸化膜と膜23内のシリコン酸化膜とが貼り合わされている。
図2(a)および図2(b)は、上ウェハ20の中心Cと、上ウェハ20内の中心C側の部分である中央部20aと、上ウェハ20内の中心Cとは逆側の部分である外周部20bとを示している。下ウェハ10の中心は、上ウェハ20の中心Cのほぼ真下(-Z方向)に位置している。本実施形態の半導体装置の製造方法では、後述する工程により、ウェハWから上ウェハ20の外周部20bが除去される。中央部20aは第1部分の例であり、外周部20bは第2部分の例である。
次に、ウェハWをアニールする(図3(a)および図3(b))。その結果、膜23の下面が膜13の上面と接合され、膜13、23内の膜13と膜23との界面付近に接合層26が形成される。このようにして、下ウェハ10と上ウェハ20とが接合層26により接合される。
次に、上ウェハ20を部分的に改質して、上ウェハ20内の中央部20aと外周部20bとの間に改質層24を形成する(図4(a)および図4(b))。図4(a)は、改質層形成部4内に設けられており、レーザL1を出射する出射部P1を示している。本実施形態の改質層24は、上ウェハ20にレーザL1を照射することで形成され、具体的には、レーザL1が照射された箇所に形成される。本実施形態では、レーザL1が照射された箇所がアモルファス化され、例えば、半導体ウェハ21内のモノシリコンがアモルファスシリコンに変化する。よって、改質層24としてアモルファス層が形成される。
本実施形態の改質層24は、図4(a)に示すように、上ウェハ20内を-Z方向へと延びて上ウェハ20を貫通するように形成される。また、本実施形態の改質層24は、図4(b)に示すように、環状の平面形状を有するように上ウェハ20内に形成される。そのため、図4(b)に示す中央部20a、すなわち、上ウェハ20における改質層24の内側の部分は、円形の平面形状を有している。一方、図4(b)に示す外周部20b、すなわち、上ウェハ20における改質層24の外側の部分は、環状の平面形状を有しており、中央部20aを環状に包囲している。改質層24は例えば、ウェハWをチャックテーブル4a上に載置し、チャックテーブル4aを回転しながらウェハWにレーザL1を照射することで形成される。レーザL1の波長は、半導体ウェハ21に吸収されない値に設定することが望ましく、例えば1117nm以上に設定される。
なお、改質層24は、図4(a)および図4(b)に示す形状とは異なる形状を有するように形成されてもよい。例えば、改質層24は、中央部20aの平面形状が円形以外の形状となるように形成されてもよい。また、中央部20aの平面形状が円形である場合、中央部20aの直径の値は、ウェハWから除去したい外周部20bのサイズに応じて、どのような値に設定してもよい。例えば、外周部20b内の半導体ウェハ21のサイズは、半導体ウェハ21のベベル部のサイズよりも大きくても小さくてもよい。この場合、外周部20bの最内周と最外周との距離は、例えば1~6mmとする。また、改質層24は、本実施形態では上ウェハ20と下ウェハ10との貼合後に形成されているが、代わりにこれらの貼合前に形成されてもよい。
次に、下ウェハ10と外周部20bとの間に、下ウェハ10と外周部20bとを剥離するための剥離層25を形成する(図5(a)および図5(b))。図5(a)は、剥離層形成部5内に設けられており、レーザL2を出射する出射部P2を示している。本実施形態の剥離層25は、膜13、23にレーザL2を照射することで形成され、具体的には、レーザL2が照射された箇所に形成される。本実施形態の剥離層25は、レーザL2が膜13、23により吸収されることで形成される。そのため、本実施形態の膜13、23の界面は、レーザL2を吸収する材料で形成することが望ましい。このような材料の例は、シリコン酸化膜である。レーザL2の波長は、膜13、23に吸収される値に設定することが望ましい。
本実施形態の剥離層25は、図5(a)に示すように、膜13、23内において膜13と膜23との界面付近に形成される。また、本実施形態の剥離層25は、図5(b)に示すように、環状の平面形状を有するように形成される。剥離層25は、下ウェハ10と外周部20bとの間に形成されることから、改質層24に対し中心Cとは逆側に形成される。本実施形態の剥離層25は、改質層24付近に形成される。また、本実施形態の剥離層25は、中央部20aおよび外周部20bのうちの、外周部20b内のみに形成される。これにより、外周部20bが下ウェハ10から剥離されやすくなる。剥離層25は例えば、ウェハWをチャックテーブル5a上に載置し、チャックテーブル5aを回転しながらウェハWにレーザL2を照射することで形成される。
なお、剥離層25は、図5(a)および図5(b)に示す形状とは異なる形状を有するように形成されてもよい。また、剥離層25は、本実施形態では改質層24が形成された後に形成されているが、代わりに改質層24が形成される前に形成されてもよい。また、膜13が、複数の層を含む積層膜を含んでいる場合には、剥離層25は、この積層膜内のいずれか2つの層間に形成されてもよい。同様に、膜23が、複数の層を含む積層膜を含んでいる場合には、剥離層25は、この積層膜内のいずれか2つの層間に形成されてもよい。
図3(a)および図3(b)に示すアニールは、中央部20aおよび外周部20bのうちの、内周部20aのみがアニールされるように行ってもよい。この場合、中央部20a内では膜13と膜23との界面付近に接合層26が形成されるが、外周部20b内では膜13と膜23との界面付近に接合層26が形成されない。そのため、外周部20bは、アニール後も下ウェハ10から剥離されやすい。よって、この場合には、図5(a)および図5(b)に示す工程を省略してもよい。
次に、ウェハWの向きを反転させる(図6(a)および図6(b))。その結果、図6(a)に示すウェハWは、ウェハW内の下側に上ウェハ20を含み、ウェハW内の上側に下ウェハ10を含んでいる。本実施形態の除去部6は、不図示の反転部を備えており、反転部が、剥離層形成部5から除去部6に搬送されたウェハWの向きを反転させる。
次に、除去部6内の上部バキュームチャック31によりウェハWを吸着することで、ウェハWを保持する(図7(a)および図7(b))。上部バキュームチャック31は、下ウェハ10の上方から下ウェハ10に接触することで、下ウェハ10を吸着により保持することができる。上部バキュームチャック31はさらに、吸着により保持している下ウェハ10を移動させることができる。また、下ウェハ10は上ウェハ20と貼り合わされていることから、上部バキュームチャック31は、下ウェハ10と共に上ウェハ20を移動させることができる。上部バキュームチャック31は、移動部の第1保持部の例である。
上部バキュームチャック31は、バキューム溝31aを備えており、バキューム溝31aからの吸着力により下ウェハ10を保持する。上部バキュームチャック31はさらに、下ウェハ10を冷却する冷却機構を備えていてもよい。これにより、上部バキュームチャック31により保持されている下ウェハ10を、当該冷却機構により冷却することが可能となる。当該冷却機構は例えば、液体窒素などの冷却流体を用いて下ウェハ10を冷却する。当該冷却機構は、下ウェハ10を冷却することで、間接的に上ウェハ20も冷却してもよい。
次に、上部バキュームチャック31によりウェハWを移動させて、中央バキュームチャック32および外周バキュームチャック33上にウェハWを載置する(図8(a)および図8(b))。除去部6は、下ウェハ10を保持するための1つの上部バキュームチャック31と、上ウェハ20を保持するための2つの下部バキュームチャック(中央バキュームチャック32および外周バキュームチャック33)とを備えている。中央バキュームチャック32は、中央部20aに接触することで、中央部20aを吸着により保持することができる。外周バキュームチャック33は、外周部20bに接触することで、外周部20bを吸着により保持することができる。中央バキュームチャック32は、移動部の第2保持部の例である。外周バキュームチャック33は、移動部の第3保持部の例である。
中央バキュームチャック32は、バキューム溝32aを備えており、バキューム溝32aからの吸着力により中央部20aを保持する。中央バキュームチャック32はさらに、中央部20aを冷却する冷却機構を備えていてもよい。これにより、中央バキュームチャック32により保持されている中央部20aを、当該冷却機構により冷却することが可能となる。当該冷却機構は例えば、液体窒素などの冷却流体を用いて中央部20aを冷却する。当該冷却機構は、中央部20aを冷却することで、間接的に下ウェハ10も冷却してもよい。
外周バキュームチャック33は、バキューム溝33aを備えており、バキューム溝33aからの吸着力により外周部20bを保持する。外周バキュームチャック33はさらに、外周部20bを加熱する加熱部33bを備えている。これにより、外周バキュームチャック33により保持されている外周部20bを、加熱部33bにより加熱することが可能となる。本実施形態では、外周バキュームチャック33上にウェハWを載置する前に、加熱部33bの温度をあらかじめ高温に設定しておく。よって、外周バキュームチャック33上にウェハWを載置すると、外周部20bが加熱部33bにより迅速に加熱され、外周部20bの温度が急激に上昇する。本実施形態の外周部20bは、図8(a)に示すように、加熱部33b上に載置される。本実施形態の加熱部33bの上面は、外周部20bを保持しやすくするためや、外周部20bに接触しやすくするために、XY平面に対し傾斜している。
本実施形態では、外周部20bを加熱し、中央部20aを冷却することで、外周部20bと中央部20aとの間に温度差が生じる。その結果、外周部20bと中央部20aとの間に熱応力が生じ、改質層24内で亀裂が進展する。これにより、外周部20bと中央部20aとを分割することが可能となる。加えて、本実施形態のウェハWは、外周部20bと下ウェハ10との間に剥離層25を備えているため、外周部20bが、下ウェハ10から剥離しやすくなっている。よって、本実施形態によれば、外周部20bと中央部20aとを熱応力により分割し、かつ外周部20bと下ウェハ10とを剥離層25において剥離することが可能となる(図9(a)および図9(b))。
本実施形態の除去部6は、外周部20bの温度が中央部20aの温度より高くなるように、外周部20bを加熱部33bにより加熱し、中央部20aおよび下ウェハ10を上記冷却機構により冷却する。これらの加熱および冷却は、外周部20bと中央部20aとの間が温度差が200~400℃となるように行うことが望ましい。これにより、外周部20bと中央部20aとの間の膨張・収縮量の差を十分に大きくし、外周部20bと中央部20aとの間に十分な熱応力を生じさせることが可能となる。例えば、半導体ウェハ21がシリコン基板である場合の外周部20bと中央部20aとの間の膨張・収縮量の差は、200~400℃の温度差により0.2~0.5mm程度となる。
なお、外周部20bと中央部20aとの間の温度差は、加熱部33bによる加熱と上記冷却機構による冷却により生じさせてもよいし、加熱部33bによる加熱のみにより生じさせてもよい。前者の方法には例えば、外周部20bの温度を非常に高くする必要がなくなるという利点がある。後者の方法には例えば、除去部6に上記冷却機構が不要になるという利点がある。後者の方法を採用する場合には、冷却されない中央部20aの温度が、室温となる。同様に、冷却されない下ウェハ10の温度も、室温となる。また、外周部20bと中央部20aとの間の温度差は、中央部20aのみを加熱することで実現してもよいし、中央部20aを加熱し外周部20bを冷却することで実現してもよい。
本実施形態の除去部6はその後、上部バキュームチャック31、中央バキュームチャック32、および外周バキュームチャック33が下ウェハ10、中央部20a、および外周部20bを吸着により保持している状態で、上部バキュームチャック31および中央バキュームチャック32を上方向(+Z方向)に上昇させる(図9(a)および図9(b))。すなわち、上部バキュームチャック31および中央バキュームチャック32を、外周バキュームチャック33に対し相対移動させる。その結果、下ウェハ10および中央部20aが、上部バキュームチャック31と中央バキュームチャック32との間に挟まれた状態で上昇し、外周部20bから分離される。これにより、上ウェハ10の表面に中央部20aを残存させつつ、上ウェハ10の表面から外周部20bを除去することが可能となる。別言すると、外周部20bが除去されるようにウェハWをトリミングすることが可能となる。
なお、外周バキュームチャック33が外周部20bを吸着することには例えば、下ウェハ10および中央部20aを外周部20bから分離しやすくなるという利点や、分離後の外周部20bが外周バキュームチャック33から落下して割れることを防止できるという利点がある。また、下ウェハ10を冷却することには例えば、上記の亀裂が下ウェハ10まで進展することを抑制できるという効果や、下ウェハ10と中央部20aとの剥離を抑制できるという利点がある。
改質層24は、本実施形態ではZ方向に平行に延びているが、Z方向に対して傾斜していてもよい。例えば、改質層24は、中央部20aの直径が、膜23の側で大きくなり、膜23の逆側で小さくなるように、Z方向に対して傾斜していてもよい。これにより、円形の平面形状を有する中央部20aが、環状の平面形状を有する外周部20bの中から抜けやすくなり、中央部20aを外周部20bから分離しやすくなる。この場合、中央部20aの外周面や、外周部20bの内周面は、テーパー面となる。
次に、ウェハWの向きを再び反転させる(図10(a)および図10(b))。その結果、図10(a)に示すウェハWは、ウェハW内の下側に下ウェハ10を含み、ウェハW内の上側に上ウェハ20(中央部20a)を含んでいる。本実施形態の除去部6では、上述の反転部が、トリミング後のウェハWの向きを反転させる。
その後、本実施形態のウェハWは、搬送ロボット2aにより半導体製造装置の筐体外に搬出される。また、ウェハWから除去された外周部20bも、搬送ロボット2aにより筐体外に搬出される。搬送ロボット2aは、搬送機構の例である。一般的なトリミングは、外周部20bを削ることで外周部20bを除去するため、外周部20bは大量の粉末になってウェハWから除去される。一方、本実施形態のトリミングは、外周部20bを中央部20aから分割し下ウェハ10から剥離することで外周部20bを除去するため、外周部20bは大量の粉末にならずにウェハWから除去される。よって、本実施形態によれば、外周部20bを搬送ロボット2aにより筐体から簡単に搬出することが可能となり、筐体から大量の粉末を除去する手間を抑制することが可能となる。なお、本実施形態の半導体製造装置は、搬送ロボット2a以外の搬送機構により外周部20bを筐体外に搬出してもよい。外周部20bは例えば、FOUP内に回収される。
次に、上ウェハ20の上面を、グラインダP3によりグラインドする(図11(a)および図11(b))。その結果、上ウェハ20が薄膜化される。なお、図11(a)および図11(b)に示す工程は、本実施形態の半導体製造装置以外の装置により行われる。
その後、ウェハWが種々の工程により加工される。このようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。本実施形態の半導体装置は、例えば3次元半導体メモリである。
図12は、第1実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。具体的には、図12(a)と図12(b)はそれぞれ、本実施形態の半導体製造装置内の除去部6の構造を示す断面図と平面図である。
本実施形態の除去部6は、図12(a)に示すように、前述の上部バキュームチャック31、中央バキュームチャック32、および外周バキュームチャック33を備えている。上部バキュームチャック31は、バキューム溝31aを備えている。中央バキュームチャック32は、バキューム溝32aを備えている。外周バキュームチャック33は、バキューム溝33aと、加熱部33bとを備えている。図12(a)は、図8(a)および図8(b)に示す工程のウェハWを示している。図12(a)はさらに、上部バキュームチャック31が備える上記の冷却機構を符号C1で示し、中央バキュームチャック32が備える上記の冷却機構を符号C2で示している。
中央バキュームチャック32と外周バキュームチャック33は、隙間Gを介して互いに離間されている。本実施形態の隙間Gは、空気で満たされている。これにより、中央バキュームチャック32と外周バキュームチャック33との間の断熱性を向上させることが可能となる。一方、除去部6は、隙間G内に何らかの部材(例えば断熱材)を備えていてもよい。
図12(b)は、中央バキュームチャック32の平面形状をクロスハッチングで示し、外周バキュームチャック33の平面形状をドットハッチングで示し、隙間Gの平面形状を白抜きで示している。図12(b)はさらに、バキューム溝32a、33aの位置を太い実線で示し、ウェハWの輪郭を破線で示している。
図12(b)に示すように、中央バキュームチャック32は、中央部20aを保持しやすいように平面視で円形の形状を有している。一方、外周バキュームチャック33は、外周部20bを保持しやすいように平面視で環状の形状を有しており、中央部20aを環状に包囲している。また、バキューム溝32aは、中央バキュームチャック32内を円に沿って延びており、バキューム溝33aは、外周バキュームチャック33内を円に沿って延びている。これは、バキューム溝31aについても同様である。バキューム溝31aは、上部バキュームチャック31内を円に沿って延びている(図12(a))。
図13は、第1実施形態の外周バキュームチャック33の構造を示す平面図である。
図13は、図12(b)と同様に、外周バキュームチャック33の平面形状をドットハッチングで示している。図13はさらに、バキューム溝33aの位置を太い実線で示し、加熱部33bの輪郭を破線で示している。本実施形態の加熱部33bは、図13に示すように、外周部20bを加熱しやすいように平面視で環状の形状を有している。これにより、外周部20b全体を迅速に加熱することが可能となる。
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法を、第1比較例や第2比較例の半導体装置の製造方法と比較する。
(1)第1比較例
図14~図16は、第1実施形態の第1比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ10と上ウェハ20とを貼り合わせる前に、上ウェハ20がトリミングされる。
図14~図16は、第1実施形態の第1比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ10と上ウェハ20とを貼り合わせる前に、上ウェハ20がトリミングされる。
まず、図14(a)に示す上ウェハ20を用意し、図14(b)に示すように上ウェハ20をトリミングする。図14(b)は、上ウェハ20のトリミング部分T1を示している。次に、上ウェハ20内の膜23をCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置P4を用いて研磨し(図15(a))、その後に上ウェハ20を下ウェハ10と貼り合わせる(図15(b))。次に、ウェハWをアニールすることで、膜23の下面を膜13の上面と接合する(図16(a))。次に、上ウェハ20の上面をグラインダP3によりグラインドすることで、上ウェハ20を薄膜化する(図16(b))。この際、上ウェハ20内におけるトリミング部分T1上の部分が、端材20cとなる。
本比較例では、図14(b)の工程で上ウェハ20をトリミングした際に、トリミング部分T1が大量の粉末となってしまう。また、本比較例では、図15(a)の工程で膜23を研磨する際に、膜23のエッジが過研磨されるおそれがある。かといって、膜23を研磨しないと、トリミングの影響が膜23に残ってしまうおそれがある。また、本比較例では、端材20cを回収するための面倒な処理が必要となる。一方、本実施形態によれば、これらの問題を抑制することが可能となる。
(2)第2比較例
図17および図18は、第1実施形態の第2比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ10と上ウェハ20とを貼り合わせた後に、上ウェハ20がトリミングされる。
図17および図18は、第1実施形態の第2比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ10と上ウェハ20とを貼り合わせた後に、上ウェハ20がトリミングされる。
まず、上ウェハ20を下ウェハ10と貼り合わせる(図17(a))。次に、ウェハWをアニールすることで、膜23の下面を膜13の上面と接合する(図17(b))。次に、上ウェハ20をブレードP5によりトリミングする(図18(a))。図18(a)は、上ウェハ20のトリミング部分T2を示している。次に、上ウェハ20の上面をグラインダP3によりグラインドすることで、上ウェハ20を薄膜化する(図18(b))。
本比較例では、図18(a)の工程で上ウェハ20をトリミングした際に、トリミング部分T2が大量の粉末となってしまう。また、本比較例では、図18(a)の工程で上ウェハ20をトリミングした際に、上ウェハ20だけでなく下ウェハ10までもトリミングされてしまうおそれがある。一方、本実施形態によれば、これらの問題を抑制することが可能となる。
本実施形態のウェハWのトリミングでは、ウェハW内に改質層24および剥離層25を形成し、ウェハW内の外周部20bを加熱する(図8(a)および図8(b)を参照)。これにより、外周部20bを中央部20aから分割し、かつ外周部20bを下ウェハ10から剥離することで、ウェハWから外周部20bを除去することができる(図9(a)および図9(b)を参照)。よって、本実施形態によれば、上記のように、外周部20bを大量の粉末にせずにウェハWから除去することが可能となる。
一方、ウェハWのトリミングは、ウェハW内の外周部20bを加熱する代わりに、下ウェハ10と上ウェハ20との間にブレードを挿入することで行うことが考えられる。すなわち、ウェハWのトリミングを、加熱により生じる熱応力ではなく、ブレードから加わる機械的な力により実現することが考えられる。ブレードによるトリミングによれば、熱応力によるトリミングと同様に、外周部20bを大量の粉末にせずにウェハWから除去することが可能となる。しかしながら、ブレードによるトリミングによれば、ブレードを適切に操作しないと、下ウェハ10と上ウェハ20との剥離が中央部20aまで進展してしまう可能性や、ウェハWに過剰な力が加わってチッピングが起こる可能性がある。本実施形態によれば、これらの問題も抑制することが可能となる。
以上のように、本実施形態では、ウェハWを加熱することで、外周部20bを中央部20aから分割し、かつ外周部20bを下ウェハ10から剥離する。よって、本実施形態によれば、例えば外周部20bを大量の粉末にせずにウェハWから簡単に除去することが可能となるなど、ウェハWを好適に加工することが可能となる。
(第2実施形態)
図19は、第2実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。
図19は、第2実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。
本実施形態の半導体製造装置は、第1実施形態の半導体製造装置と同様に、図1に示す構造を有し、図2(a)~図11(b)に示す方法の一部を実行するために使用される。一方、第1実施形態の半導体製造装置の除去部6は、図12(a)および図12(b)に示す構造を有するのに対し、本実施形態の半導体製造装置の除去部6は、図19(a)および図19(b)に示す構造を有している。図19(a)および図19(b)はそれぞれ、本実施形態の除去部6の構造を示す断面図および平面図である。
本実施形態の除去部6は、次の2つの点において、第1実施形態の除去部6と相違している。第1に、本実施形態の上部バキュームチャック31は、上部バキュームチャック31を回転させる回転軸31bを備えている。本実施形態の除去部6は、上部バキュームチャック31を回転させることで、上部バキュームチャック31により保持されているウェハWを回転させることができる。第2に、本実施形態の外周バキュームチャック33は、後述する複数の加熱部33bを備えている。本実施形態の除去部6は、回転軸31bによりウェハWを回転させつつ、これらの加熱部33bにより外周部20bを加熱することができる。
図20は、第2実施形態の外周バキュームチャック33の構造を示す平面図である。
本実施形態の外周バキュームチャック33は、図20に示すように、複数の加熱部33bを備えている。加熱部33bの個数は、本実施形態では4つであるが、4つ以外でもよい。また、各加熱部33bの平面形状は、本実施形態では四角形であるが、その他の形状でもよい。例えば、外周バキュームチャック33は、円弧形(扇形)の平面形状を有する加熱部33bを複数備えていてもよいし、円弧形(扇形)の平面形状を有する加熱部33bを1つだけ備えていてもよい。
仮に本実施形態のウェハWを回転させずに外周部20bを加熱すると、外周部20b内に温度のむらが生じやすい。例えば、外周部20b内においていずれかの加熱部33bに近い箇所では、その箇所の温度が高くなりやすい。一方、外周部20b内においていずれの加熱部33bからも遠い箇所では、その箇所の温度が低くなりやすい。しかしながら、本実施形態のウェハWは回転されながら加熱されるため、外周部20b内に温度にむらが生じることを抑制することが可能となる。
なお、本発明の実施形態は、次のような態様で実施してもよい。
(付記1)
第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、
前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する除去部とを備え、
前記除去部は、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、
前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する除去部とを備え、
前記除去部は、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
(付記2)
前記第2部分は、前記第1部分を環状に包囲する形状を有する、付記1に記載の半導体製造装置。
前記第2部分は、前記第1部分を環状に包囲する形状を有する、付記1に記載の半導体製造装置。
(付記3)
前記改質層形成部は、前記第1基板を部分的にアモルファス化することで、前記改質層としてアモルファス層を形成する、付記1または2に記載の半導体製造装置。
前記改質層形成部は、前記第1基板を部分的にアモルファス化することで、前記改質層としてアモルファス層を形成する、付記1または2に記載の半導体製造装置。
(付記4)
前記改質層形成部は、前記第1基板をレーザにより部分的に改質する、付記1から3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記改質層形成部は、前記第1基板をレーザにより部分的に改質する、付記1から3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記5)
前記剥離層は、前記第1部分および前記第2部分のうちの、前記第2部分内のみに形成される、付記1から4のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記剥離層は、前記第1部分および前記第2部分のうちの、前記第2部分内のみに形成される、付記1から4のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記6)
前記剥離層形成部は、前記剥離層をレーザにより形成する、付記1から5のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記剥離層形成部は、前記剥離層をレーザにより形成する、付記1から5のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記7)
前記加熱部は、前記第2部分の温度が前記第1部分の温度よりも高くなるように、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記1から6のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記加熱部は、前記第2部分の温度が前記第1部分の温度よりも高くなるように、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記1から6のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記8)
前記加熱部は、前記第1部分の温度と前記第2部分の温度との差が200~400℃となるように、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記1から7のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記加熱部は、前記第1部分の温度と前記第2部分の温度との差が200~400℃となるように、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記1から7のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記9)
前記加熱部は、平面視で環状の形状を有する、付記1から8のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記加熱部は、平面視で環状の形状を有する、付記1から8のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記10)
前記除去部は、前記第1基板および前記第2基板を回転させつつ、前記第1部分または前記第2部分を前記加熱部により加熱する、付記1から8のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記除去部は、前記第1基板および前記第2基板を回転させつつ、前記第1部分または前記第2部分を前記加熱部により加熱する、付記1から8のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記11)
前記移動部は、前記第2基板を保持する第1保持部と、前記第1部分を保持する第2保持部と、前記第2部分を保持する第3保持部とを備える、付記1から10のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記移動部は、前記第2基板を保持する第1保持部と、前記第1部分を保持する第2保持部と、前記第2部分を保持する第3保持部とを備える、付記1から10のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記12)
前記第1保持部は、前記第2基板を冷却する機構を備える、付記11に記載の半導体製造装置。
前記第1保持部は、前記第2基板を冷却する機構を備える、付記11に記載の半導体製造装置。
(付記13)
前記第2保持部は、前記第1部分を冷却する機構を備える、付記11または12に記載の半導体製造装置。
前記第2保持部は、前記第1部分を冷却する機構を備える、付記11または12に記載の半導体製造装置。
(付記14)
前記第3保持部は、前記第2部分を加熱する前記加熱部を備える、付記11から13のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記第3保持部は、前記第2部分を加熱する前記加熱部を備える、付記11から13のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記15)
前記第3保持部は、前記第2保持部を包囲する環状の形状を有する、付記11から14のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記第3保持部は、前記第2保持部を包囲する環状の形状を有する、付記11から14のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記16)
前記第2基板から剥離された前記第2部分を搬送する搬送機構をさらに備える、付記1から15のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
前記第2基板から剥離された前記第2部分を搬送する搬送機構をさらに備える、付記1から15のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
(付記17)
第2基板の表面に設けられた第1基板内の第1部分または第2部分を加熱することで、前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
第2基板の表面に設けられた第1基板内の第1部分または第2部分を加熱することで、前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
(付記18)
前記第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の前記第1部分と前記第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記改質層の形成後に、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記17に記載の半導体製造装置。
前記第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の前記第1部分と前記第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記改質層の形成後に、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、付記17に記載の半導体製造装置。
(付記19)
前記第2基板と前記第2部分の間に剥離層を形成する剥離層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する、付記17または18に記載の半導体製造装置。
前記第2基板と前記第2部分の間に剥離層を形成する剥離層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する、付記17または18に記載の半導体製造装置。
(付記20)
第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成し、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成し、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割し、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成し、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成し、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割し、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
1:載置部、1a:ロードポート、2:搬送部、2a:搬送ロボット、
3:検出部、4:改質層形成部、4a:チャックテーブル、
5:剥離層形成部、5a:チャックテーブル、6:除去部、7:制御部、
10:下ウェハ、11:半導体ウェハ、12:膜、13:膜、
20:上ウェハ、20a:中央部、20b:外周部、20c:端材、
21:半導体ウェハ、22:膜、23:膜、
24:改質層、25:剥離層、26:接合層、
31:上部バキュームチャック、31a:バキューム溝、31b:回転軸、
32:中央バキュームチャック、32a:バキューム溝、
33:外周バキュームチャック、33a:バキューム溝、33b:加熱部
3:検出部、4:改質層形成部、4a:チャックテーブル、
5:剥離層形成部、5a:チャックテーブル、6:除去部、7:制御部、
10:下ウェハ、11:半導体ウェハ、12:膜、13:膜、
20:上ウェハ、20a:中央部、20b:外周部、20c:端材、
21:半導体ウェハ、22:膜、23:膜、
24:改質層、25:剥離層、26:接合層、
31:上部バキュームチャック、31a:バキューム溝、31b:回転軸、
32:中央バキュームチャック、32a:バキューム溝、
33:外周バキュームチャック、33a:バキューム溝、33b:加熱部
Claims (7)
- 第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、
前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する除去部とを備え、
前記除去部は、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。 - 前記加熱部は、前記第2部分の温度が前記第1部分の温度よりも高くなるように、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、請求項1に記載の半導体製造装置。
- 前記除去部は、前記第1基板および前記第2基板を回転させつつ、前記第1部分または前記第2部分を前記加熱部により加熱する、請求項1または2に記載の半導体製造装置。
- 前記移動部は、前記第2基板を保持する第1保持部と、前記第1部分を保持する第2保持部と、前記第2部分を保持する第3保持部とを備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
- 第2基板の表面に設けられた第1基板内の第1部分または第2部分を加熱することで、前記第1部分と前記第2部分とを分割する加熱部と、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。 - 前記第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の前記第1部分と前記第2部分との間に改質層を形成する改質層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記改質層の形成後に、前記第1部分または前記第2部分を加熱する、請求項5に記載の半導体製造装置。 - 第1基板を部分的に改質して、前記第1基板内の第1部分と第2部分との間に改質層を形成し、
前記第1基板の表面に設けられた第2基板と前記第2部分との間に、剥離層を形成し、
前記第1部分または前記第2部分を加熱することで、前記第2基板と前記第2部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第1部分と前記第2部分とを分割し、
前記第2基板を前記第2部分に対し相対移動させることで、前記第2基板の表面に前記第1部分を残存させつつ、前記第2基板の表面から前記第2部分を除去する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
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