JP7085623B2 - 基板処理方法 - Google Patents

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Description

(関連出願の相互参照)
本願は、2018年6月12日に日本国に出願された特願2018-111598号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本開示は、基板処理方法に関する。
特許文献1は、2枚のウェハの貼り合わせ装置が開示されている。貼り合わせ装置では、先ず、上下方向で対向配置させた2枚のウェハのうち、上ウェハの中心部を押動ピンで押圧してこの中心部を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させ、当該ウェハ同士を接合する。
日本国特開2004-207436号公報
本開示にかかる技術は、基板の裏面が保持された状態で、当該基板の表面を精度よく処理する。
本開示の一態様は、基板を処理する基板処理方法であって、少なくとも前記基板の裏面表層又は前記基板の内部に、レーザ光を照射して改質層を形成する改質工程と、その後、前記基板の裏面が保持された状態で、当該基板の表面を処理する表面処理工程と、を有し、前記改質工程において、前記基板の裏面表層に前記改質層を形成し、前記表面処理工程において、前記基板の表面にフォトリソグラフィー処理における露光処理を行う。
本開示の一態様によれば、基板の裏面が保持された状態で、当該基板の表面を精度よく処理することができる。
基板の結晶方位とDistortionの関係を示す説明図である。 第1の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 重合基板の構成の概略を示す側面図である。 接合ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 第1の基板と第2の基板を接合する様子を示す説明図である。 改質装置の構成の概略を示す側面図である。 第1の基板に改質層を形成した様子を示す縦断面図である。 第1の基板に改質層を形成した様子を示す平面図である。 第1の基板に改質層を形成した様子を示す平面図である。 第1の基板に改質層を形成した様子を示す平面図である。 第2の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 第2の実施形態にかかる基板処理システムの内構成の概略を模式的に示す側面図である。 第2の実施形態にかかる基板処理システムの内構成の概略を模式的に示す側面図である。 露光装置の構成の概略を示す側面図である。
先ず、従来の基板の接合装置及び接合方法について説明する。
半導体デバイスを3次元に積層する3次元集積技術では、2枚の半導体基板(以下、「基板」という。)の接合が行われる。具体的には、例えば基板同士をファンデルワールス力及び水素結合(分子間力)によって接合する。そして、半導体デバイスを適切に製造するためには、基板を接合して積層する際、上側に配置される第1の基板と下側に配置される第2の基板とを適切に位置合わせすることが重要になる。すなわち、第1の基板に形成されたパターンの位置と、第2の基板に形成されたパターンの位置とを合わせる必要がある。
しかしながら、基板同士の接合では、種々の要因により第1の基板と第2の基板の位置ずれが生じる。例えば特許文献1に記載された装置を用いた場合、上チャックで第1の基板の外周部を保持した状態で、押動ピンによって第1の基板の中心部を第2の基板の中心部側に下降させるので、当該第1の基板は下方に凸に反って伸びる。そうすると、接合された基板(以下、「重合基板」という。)において、第1の基板と第2の基板の中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれが生じる(Scaling)。そして、第1の基板と第2の基板の大きさの比率が変わる。
また、このScalingの他、Translation、Rotation、Orthogonalityなどの位置ずれも生じる。Translationは、第2の基板に対して第1の基板の位置が水平方向に全体的にずれる場合である。Rotationは、第2の基板に対して第1の基板が回動してずれる場合である。Orthogonalityは、第2の基板のパターンに対して第1の基板のパターンの直交性がずれる場合である。なお、これらScaling、Translation、Rotation、Orthogonalityなどの位置ずれは、モデル式を用いて計算することができる。モデル式は、例えば第1の基板と第2の基板の各点の位置(座標)を測定し、その測定結果から最小二乗近似により導出される。そして、モデル式による計算結果に基づいて接合条件を補正することで、上記位置ずれを解消することができる。
しかしながら、上記補正によってScaling、Translation、Rotation、Orthogonalityなどの位置ずれを解消したとしてもなお、基板面内でランダム的に水平方向の位置ずれが残る場合がある。以下、この補正で解消できない位置ずれをDistortionという。そして、このDistortionにより、例えば重合基板において第1の基板のパターンと第2の基板のパターンの位置ずれが生じてしまう。
発明者らが鋭意検討したところ、Distortionは、基板面内の結晶方位の差に起因することが分かった。なお、結晶方位の差には、基板に形成されたパターンの粗密差なども含まれる。以下、例えば基板がシリコンウェハであり、ミラー指数が(110)と(100)の結晶面を有する場合について説明する。(110)結晶面と(100)結晶面では、それぞれヤング率とポアソン比が異なる、すなわち、これら(110)結晶面と(100)結晶面における基板の伸び縮み量が異なる。そうすると、上述したように押動ピンによって基板の中心を押圧し、当該基板を凸形状に変形させた場合、結晶方位の差によって、基板面内で伸び量が異なる。換言すると、基板の内部にかかる応力が、基板面内で異なる。そして、この伸び量の差によって基板に歪みが発生し、基板面内でランダム的にDistortionが発生する。
具体的に、図1に示すように基板Wには、例えばノッチNの位置を基準に0°の方向と90°の方向に(110)結晶面があり、45°の方向に(100)結晶面がある。かかる場合において、発明者らは、接合後の基板Wに生じるDistortionを算出した。Distortionの算出に際しては先ず、接合後の基板Wの面内各点において、伸び量の実測値を測定し、さらに上述したモデル式から線形成分(Scaling、Translation、Rotation、Orthogonality)を算出した。そして、実測値からモデル算出値を差し引いて、Distortionを算出した。図1にその結果の一例を示す。図1中には、基板Wの面内各点におけるDistortionの量と向きを矢印で示している。図1を参照すると、基板Wの結晶方位とDistortionの向きがよく対応しており、Distortionは基板面内の結晶方位の差に起因することが分かる。
以下、Distortionを抑制するための、第1の実施形態にかかる改質装置、当該改質装置を備えた基板処理システム、及び基板処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
先ず、第1の実施形態にかかる基板処理システムの構成について説明する。図2は、基板処理システム1の構成の概略を模式的に示す平面図である。
基板処理システム1では、図3に示すように第1の基板W1と第2の基板W2を接合して重合基板Tを形成し、さらに第1の基板W1の加工処理を行う。以下、第1の基板W1において第2の基板W2と接合される面を「表面W1a」、表面W1aと反対側の面を「裏面W1b」という。また、第2の基板W2において、第1の基板W1と接合される面を「表面W2a」、表面W2aと反対側の面を「裏面W2b」という。なお、第1の基板W1と第2の基板W2は、それぞれ例えばシリコン基板などの半導体基板であって、複数のパターンが形成されている。また、第1の基板W1と第2の基板W2は、それぞれ図1に示したように(110)結晶面と(100)結晶面を有している。
図2に示すように基板処理システム1は、搬入出ステーション2と処理ステーション3を一体に接続した構成を有している。搬入出ステーション2には、例えば外部との間で複数の第1の基板W1、複数の第2の基板W2、複数の重合基板Tをそれぞれ収容可能なカセットCw1、Cw2、Ctが搬入出される。処理ステーション3は、第1の基板W1、第2の基板W2、重合基板Tに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えている。
搬入出ステーション2には、カセット載置台10が設けられている。図示の例では、カセット載置台10には、複数、例えば4つのカセットCw1、Cw2、CtをX軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台10に載置されるカセットCw1、Cw2、Ctの個数は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
搬入出ステーション2には、カセット載置台10に隣接して搬送領域20が設けられている。搬送領域20には、X軸方向に延伸する搬送路21上を移動自在な搬送装置22が設けられている。搬送装置22は、第1の基板W1、第2の基板W2、重合基板Tを保持して搬送する、例えば2本の搬送アーム23、23を有している。各搬送アーム23は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸回りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム23の構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。
処理ステーション3には、搬送領域20のY軸正方向側に、改質装置30、接合装置31、及び加工装置32がX軸負方向から正方向側に向けて並べて配置されている。改質装置30は、第1の基板W1に改質層を形成する。接合装置31は、第1の基板W1と第2の基板W2を接合する。加工装置32は、第1の基板W1の裏面W1bを研削して加工する。なお、これら改質装置30、接合装置31、加工装置32の数や配置は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
以上の基板処理システム1には、制御装置40が設けられている。制御装置40は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、基板処理システム1における第1の基板W1、第2の基板W2、重合基板Tの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム1における後述の基板処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Hに記録されていたものであって、当該記憶媒体Hから制御装置40にインストールされたものであってもよい。
次に、改質装置30、接合装置31、及び加工装置32について説明する。なお、以下では、技術の理解を容易にする都合上、加工装置32、接合装置31、改質装置30の順に説明する。
加工装置32は、接合装置31において形成された重合基板Tにおける、第1の基板W1の裏面W1bを研削して加工する。具体的に加工装置32は、例えば裏面W1bを研削する研削ユニット、第1の基板W1の裏面W1bや第2の基板W2の裏面W2bを洗浄する洗浄ユニット等を備えている。なお、加工装置32の構成は任意であり、公知の加工装置を用いることができる。
接合装置31は、第1の基板W1の表面W1aと第2の基板W2の表面W2aをファンデルワールス力及び水素結合(分子間力)によって接合する。具体的に接合装置31は、例えば第1の基板W1と第2の基板W2を接合する接合ユニット、表面W1aと表面W2aを活性化する活性化ユニット、表面W1aと表面W2aを親水化する親水化ユニット等を備えている。活性化ユニットでは、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面W1aと表面W2aに照射されて、表面W1aと表面W2aがプラズマ処理され、活性化される。親水化ユニットでは、活性化された表面W1aと表面W2aに純水を供給し、表面W1aと表面W2aを親水化する。そして、接合ユニットでは、活性化され親水化された表面W1aと表面W2aを接合する。
図4に示すように接合ユニット100は、第1の基板W1の裏面W1bを吸着保持する第1の保持部110と、第2の基板W2の裏面W2bを吸着保持する第2の保持部111とが設けられている。第2の保持部111は、第1の保持部110の下方に設けられ、第1の保持部110と対向配置可能に構成されている。すなわち、第1の保持部110に保持された第1の基板W1と第2の保持部111に保持された第2の基板W2は対向して配置可能となっている。なお、第2の保持部111は、移動機構(図示せず)によってX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動可能に構成され、かつ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
第1の保持部110には、ピンチャック方式が採用されている。第1の保持部110は、平面視において少なくとも第1の基板W1より大きい径を有する本体部120を有している。本体部120の下面には、第1の基板W1の裏面W1bに接触する複数のピン121が設けられている。また本体部120の下面には、第1の基板W1の裏面W1bの外周部を支持する外壁部122が設けられている。外壁部122は、複数のピン121の外側に環状に設けられている。
また、本体部120の下面には、外壁部122の内側において隔壁部123が設けられている。隔壁部123は、外壁部122と同心円状に環状に設けられている。そして、外壁部122の内側の領域124(以下、吸引領域124という場合がある。)は、隔壁部123の内側の第1の吸引領域124aと、隔壁部123の外側の第2の吸引領域124bとに区画されている。
本体部120の下面には、第1の吸引領域124aにおいて、第1の基板W1を真空引きするための第1の吸引口125aが形成されている。第1の吸引口125aは、例えば第1の吸引領域124aにおいて2箇所に形成されている。第1の吸引口125aには、本体部120の内部に設けられた第1の吸引管126aが接続されている。さらに第1の吸引管126aには、第1の真空ポンプ127aが接続されている。
また、本体部120の下面には、第2の吸引領域124bにおいて、第1の基板W1を真空引きするための第2の吸引口125bが形成されている。第2の吸引口125bは、例えば第2の吸引領域124bにおいて2箇所に形成されている。第2の吸引口125bには、本体部120の内部に設けられた第2の吸引管126bが接続されている。さらに第2の吸引管126bには、第2の真空ポンプ127bが接続されている。
第1の保持部110において、本体部120の中心部には、当該本体部120を厚み方向に貫通する貫通孔128が形成されている。この本体部120の中心部は、第1の保持部110に吸着保持される第1の基板W1の中心部に対応している。そして貫通孔128には、後述する押動部材130におけるアクチュエータ部131の先端部が挿通するようになっている。
第1の保持部110の上面には、第1の基板W1の中心部を押圧する押動部材130が設けられている。押動部材130は、アクチュエータ部131とシリンダ部132とを有している。押動部材130は、アクチュエータ部131によって第1の基板W1の中心部にかかる押圧荷重の制御をし、シリンダ部132によってアクチュエータ部131の鉛直方向の移動の制御をしている。そして、押動部材130は、第1の基板W1と第2の基板W2の接合時に、第1の基板W1の中心部と第2の基板W2の中心部とを当接させて押圧することができる。
第2の保持部111には、第1の保持部110と同様にピンチャック方式が採用されている。第2の保持部111は、平面視において少なくとも第2の基板W2より大きい径を有する本体部140を有している。本体部140の上面には、第2の基板W2の裏面W2bに接触する複数のピン141が設けられている。また本体部140の上面には、第2の基板W2の裏面W2bの外周部を支持する外壁部142が設けられている。外壁部142は、複数のピン141の外側に環状に設けられている。
また、本体部140の上面には、外壁部142の内側において隔壁部143が設けられている。隔壁部143は、外壁部142と同心円状に環状に設けられている。そして、外壁部142の内側の領域144(以下、吸引領域144という場合がある。)は、隔壁部143の内側の第1の吸引領域144aと、隔壁部143の外側の第2の吸引領域144bとに区画されている。
本体部140の上面には、第1の吸引領域144aにおいて、第2の基板W2を真空引きするための第1の吸引口145aが形成されている。第1の吸引口145aは、例えば第1の吸引領域144aにおいて2箇所に形成されている。第1の吸引口145aには、本体部140の内部に設けられた第1の吸引管146aが接続されている。さらに第1の吸引管146aには、第1の真空ポンプ147aが接続されている。
また、本体部140の上面には、第2の吸引領域144bにおいて、第2の基板W2を真空引きするための第2の吸引口145bが形成されている。第2の吸引口145bは、例えば第2の吸引領域144bにおいて2箇所に形成されている。第2の吸引口145bには、本体部140の内部に設けられた第2の吸引管146bが接続されている。さらに第2の吸引管146bには、第2の真空ポンプ147bが接続されている。
接合ユニット100では、先ず、図5(a)に示すように吸引口125a、125bから第1の基板W1が真空引きされ、当該第1の基板W1の裏面W1bが第1の保持部110に吸着保持される。また、吸引口145a、145bから第2の基板W2が真空引きされ、当該第2の基板W2の裏面W2bが第2の保持部111に吸着保持される。その後、第1の基板W1と第2の基板W2の水平方向及び鉛直方向の位置合わせ(アライメント)が行われる。
次に、図5(b)に示すように押動部材130のシリンダ部132によってアクチュエータ部131を下降させる。そうすると、このアクチュエータ部131の下降に伴い、第1の基板W1の中心部が押圧されて下降する。そして、押動部材130によって、第1の基板W1の中心部と第2の基板W2の中心部を押圧して当接させる。この際、第1の吸引口125aからの第1の基板W1の真空引きを停止する。そうすると、押圧された第1の基板W1の中心部と第2の基板W2の中心部との間で、ファンデルワールス力と水素結合による接合が開始する(図5(b)中の太線部)。
続いて、図5(c)に示すように表面W1aと表面W2aの間の接合(ボンディングウェーブ)は中心部から外周部に拡散し、所定の時間経過後、その外周部を除いて、表面W1aと表面W2aの接合がほぼ全面で完了する。
次に、図5(d)に示すように第2の吸引口125bからの第1の基板W1の真空引きを停止する。そうすると、第1の基板W1の外周部が第2の基板W2上に落下する。そして、図5(e)に示すように表面W1aと表面W2aが全面で当接し、第1の基板W1と第2の基板W2が接合される。
改質装置30は、接合前の第1の基板W1の内部にレーザ光を照射し、改質層を形成する。改質装置30は、図6に示すように裏面W1bが上側であって表面W1aが下側に配置された状態で第1の基板W1を保持する保持部150を有している。保持部150は、移動機構151によってX軸方向及びY軸方向に移動可能に構成されている。移動機構151は、一般的な精密XYステージで構成されている。また、保持部150は、回転機構152によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
保持部150の上方には、第1の基板W1の内部にレーザ光を照射するレーザ照射部153が設けられている。レーザ照射部153は、レーザ光発振器(図示せず)から発振された高周波のパルス状のレーザ光であって、第1の基板W1に対して透過性を有する波長のレーザ光を、第1の基板W1の内部の所定位置に集光して照射する。これによって、図7に示すように第1の基板W1の内部においてレーザ光Lが集光した部分が改質して、具体的にはアモルファス化して改質層Mが形成される。改質層Mは、深さ方向に延伸し、縦長のアスペクト比を有する。図6に示すようにレーザ照射部153は、移動機構154によってX軸方向及びY軸方向に移動可能に構成されていてもよい。移動機構154は、一般的な精密XYステージで構成されている。またレーザ照射部153は、昇降機構155によってZ軸方向に移動可能に構成されていてもよい。
改質装置30では、先ず、保持部150で第1の基板W1を保持した後、移動機構151によって保持部150を水平方向に移動させて、第1の基板W1のセンタリングを行う。また、移動機構154によってレーザ照射部153が第1の基板W1の所定位置の直上に位置するように位置調整行う。その後、回転機構152によって保持部150を回転させながら、レーザ照射部153から第1の基板W1の内部にレーザ光Lを照射して改質層Mを形成する。なお、上述した位置調整を行うため、改質装置30には、重合基板Tの位置を撮像するカメラ(図示せず)が設けられていてもよい。
なお、本実施形態の改質装置30では、保持部150を水平方向に移動させていたが、レーザ照射部153を水平方向に移動させてもよく、あるいは保持部150とレーザ照射部153の両方を水平方向に移動させてもよい。また、保持部150を回転させていたが、レーザ照射部153を回転させてもよい。
次に、第1の基板W1における改質層Mの形成位置について詳述する。基板処理システム1では、加工装置32において、第2の基板W2に接合された第1の基板W1の裏面W1bを研削する。図7に示すように改質層Mの下端は、研削後の第1の基板W1の目標面W1c(図7中の点線)より上方に位置している。かかる場合、加工装置32では、第1の基板W1の裏面W1bが改質層Mを含めて研削され、研削後の第1の基板W1に改質層Mは残らない。なお、ここで研削除去される改質層Mには、改質された部分から伸びるクラックも含まれる。
また、改質層Mは、図5に示したように接合時に、押動部材130によって第1の基板W1の中心部が押圧され、当該第1の基板W1が凸形状に変形した際、第1の基板W1の伸び量が基板面内で均一になるように形成される。図1に示したように第1の基板W1は(110)結晶面と(100)結晶面を有し、この結晶方位の差に起因して伸び量の差が生じる。改質層Mは、この伸び量の差を補正して、Distortionを抑制するように形成される。
改質層Mは、図7に示したようにレーザ照射部153から照射されたレーザ光Lが集光した部分がアモルファス化したものである。そうすると、第1の基板W1の内部において、改質層Mが形成された部分は非結晶化し、当該第1の基板W1の伸び量が変わる。その結果、第1の基板W1における結晶方位の差が解消され、当該結晶方位の差に起因する伸び量の差を補正して抑制することができる。また、改質層Mにはボイド(空隙)が形成されるため、当該ボイドで第1の基板W1の伸びを吸収し、伸び量を補正することができる。
具体的に、改質層Mを第1の基板W1のどの位置に形成するかは、任意に設定することができる。例えば図8に示すように(110)結晶面に対応する位置に、改質層Mを径方向に2重に形成してもよい。また、図9に示すように(100)結晶面に対応する位置に、改質層Mを径方向に2重に形成してもよい。さらに、図10に示すように第1の基板W1と同心円状に、改質層Mを径方向に2重に形成してもよい。なお、改質層Mは径方向に1重に形成してもよいし、あるいは3重以上に形成してもよい。いずれの場合でも、改質層Mは、第1の基板W1の伸び量が基板面内で均一になるように形成されればよい。
なお、本実施形態のように基板処理システム1における基板処理前に、第1の基板W1における結晶方位が分かっている場合には、この結晶方位に基づいて、図8~図10に例示した改質層Mの形成位置を任意に制御できる。また、事前にDistortionが分かっている場合にも、改質層Mの形成位置を任意に制御できる。このように第1の基板W1の結晶方位やDistortionに基づいて、改質層Mの形成位置をフィードフォワード制御してもよい。
また、第1の基板W1の伸び量を均一にするため、改質層Mの深さや幅を制御してもよい。図5に示したようにボンディングウェーブが中心部から外周部に移動するが、当該ボンディングウェーブが外周部に到達した際に、第1の基板W1にかかる応力が大きくなる。すなわち、ボンディングウェーブの移動に伴い、第1の基板W1にかかる応力は変動する。そこで、この応力の大きさに応じて、第1の基板W1の径方向に改質程度、例えば改質層Mの深さや幅を制御してもよい。さらに、改質層Mは、深さ方向において、複数層に形成されてもよい。但し、このように改質層Mが複数層に形成される場合でも、すべての改質層Mが加工装置32における裏面W1bの研削により除去されるのが望ましい。
次に、以上のように構成された基板処理システム1を用いて行われる基板処理について説明する。
先ず、複数の第1の基板W1を収納したカセットCw1、複数の第2の基板W2を収納したカセットCw2が、搬入出ステーション2のカセット載置台10に載置される。
次に、搬送装置22によってカセットCw1内の第1の基板W1が取り出され、改質装置30に搬送される。改質装置30では、保持部150に保持された第1の基板W1の内部に、レーザ照射部153からレーザ光Lが照射される。そして、第1の基板W1の内部には、レーザ光Lが集光した部分が改質され改質層Mが形成される。この改質層Mは、例えば図7に示したように、その下端が、研削後の第1の基板W1の目標面W1cより上方に位置するように形成される。また、改質層Mは、例えば図8~図10に例示したように、第1の基板W1における結晶方位の差が解消され、当該結晶方位の差に起因する伸び量の差が抑制されるように形成される。
次に、内部に改質層Mが形成された第1の基板W1は、搬送装置22によって接合装置31に搬送される。また続けて、搬送装置22によってカセットCw2内の第2の基板W2が取り出され、接合装置31に搬送される。接合装置31では、先ず、活性化ユニットにおいて、第1の基板W1の表面W1aと第2の基板W2の表面W2aが、例えばプラズマ化された酸素イオン又は窒素イオンによって活性化される。その後、親水化ユニットにおいて、表面W1aと表面W2aに純水を供給し、当該表面W1aと表面W2aが親水化される。なお、接合装置31では、例えば反転ユニット(図示せず)において、第1の基板W1の表裏面と第2の基板W2の表裏面が、それぞれ適宜反転される。
その後、接合ユニット100において、接合ユニットでは、活性化され親水化された表面W1aと表面W2aが接合される。なお、第1の基板W1と第2の基板W2の接合は、上述の図5を用いて説明したとおりである。そして、この接合では、押動部材130によって第1の基板W1の中心部が押圧され、当該第1の基板W1が凸形状に変形する。しかしながら、第1の基板W1には改質層Mが形成されているため、結晶方位の差に起因する伸び量の差は抑制される。このため、第1の基板W1は凸形状に変形したとしても、その伸び量は基板面内で均一になる。したがって、接合時のDistortionを抑制することができ、第1の基板W1と第2の基板W2を適切に接合することができる。
次に、第1の基板W1と第2の基板W2が接合された重合基板Tは、搬送装置22によって加工装置32に搬送される。加工装置32では、重合基板Tにおける第1の基板W1の裏面W1bが、図7に示した目標面W1cまで研削される。そうすると、第1の基板W1の裏面W1bは改質層Mを含めて研削され、研削後の第1の基板W1に改質層Mは残らない。ここで、改質層Mは、アモルファス化しており強度が弱い。この点、本実施形態では、研削後の第1の基板W1に改質層Mが残らいので、強い強度を確保することができる。
その後、すべての処理が施された重合基板Tは、搬送装置22によりカセット載置台10のカセットCtに搬送される。こうして、基板処理システム1における一連の基板処理が終了する。
以上、本実施形態によれば、改質装置30で第1の基板W1の内部に改質層Mが形成されるので、接合装置31における接合時に第1の基板W1が凸形状に変形しても、結晶方位の差に起因する伸び量の差は抑制される。このため、第1の基板W1の伸び量は基板面内で均一になる。したがって、接合時のDistortionを抑制することができ、第1の基板W1と第2の基板W2を適切に接合することができる。
また、本実施形態によれば、改質装置30で第1の基板W1の内部に形成される改質層Mは、その下端が、研削後の第1の基板W1の目標面W1cより上方に位置している。このため、加工装置32において第1の基板W1の裏面W1bは改質層Mを含めて研削され、研削後の第1の基板W1に改質層Mは残らない。このため、研削後の第1の基板W1は、強い強度を確保することができる。
なお、以上の第1の実施形態では、改質装置30において第1の基板W1の内部に改質層Mを形成したが、第2の基板W2の内部に改質層Mを形成してもよい。あるいは、第1の基板W1の内部と第2の基板W2の内部のそれぞれに改質層Mを形成してもよい。いずれにしても、上記実施形態と同様の効果を享受することができ、すなわち接合時のDistortionを抑制することができる。
また、以上の第1の実施形態では、改質装置30において第1の基板W1の内部に改質層Mを形成したが、第1の基板W1の裏面W1bの表層に改質層Mを形成してもよい。具体的には、改質装置30において、裏面W1bの表層にレーザ光Lを照射して集光する。そして、レーザ光Lが集光した部分に改質層Mが形成される。
ここで、接合装置31では、第1の保持部110によって第1の基板W1の裏面W1bが吸着保持される。この際、第1の保持部110の保持面と裏面W1bとの間で摩擦が発生し、さらに摩擦に起因して第1の基板W1に応力が発生してしまう場合がある。そしてこのように第1の基板W1に応力がかかると、当該第1の基板W1が歪む。
これに対して、本実施形態のように裏面W1bの表層に改質層Mを形成すると、当該裏面W1bが粗化される。そうすると、粗化した裏面W1bと第1の保持部110の保持面との摩擦力が低下する。その結果、摩擦に起因して第1の基板W1に発生する応力を抑制することができ、第1の基板W1の歪みを抑制することができる。
また、改質装置30では、第1の基板W1と同様に第2の基板W2に対しても、裏面W2bの表層に改質層Mを形成してもよい。かかる場合、粗化した裏面W2bと第2の保持部111の保持面との摩擦力が低下する。その結果、摩擦に起因して第2の基板W2に発生する応力を抑制することができ、第2の基板W2の歪みも抑制することができる。
なお、改質装置30では、第1の基板W1の裏面W1bと第2の基板W2の全面に、改質層Mを形成してもよいし、あるいは局所的に改質層Mを形成してもよい。例えば事前にDistortionが分かっている場合には、当該Distortionに応じて、局所的に改質層Mを形成してもよい。
また、改質装置30では、第1の基板W1の内部と裏面W1bの表層の両方に改質層Mを形成してもよいし、いずれか一方に改質層Mを形成してもよい。同様に第2の基板W2の内部と裏面W2bの表層の両方に改質層Mを形成してもよいし、いずれか一方に改質層Mを形成してもよい。
また更に、第1の基板W1の内部(第2の基板W2の内部)への改質層Mの形成と、第1の基板W1の裏面W1bの表層(第2の基板W2の裏面W2bの表層)への改質層Mの形成と、は異なる改質装置で行われてもよい。かかる場合、裏面W1b、W2bの表層に改質層Mを形成する改質装置では、第1の基板W1と第2の基板W2を透過しない波長のレーザ光を用いてもよい。
以上の実施形態の基板処理システム1は、改質装置30、接合装置31、及び加工装置32を有していたが、基板処理システム1の構成はこれに限定されない。例えば接合装置31や加工装置32は、基板処理システム1の外部に設けられていてもよい。
次に、第2の実施形態にかかる基板処理システムの構成について説明する。図11は、基板処理システム200の構成の概略を模式的に示す平面図である。図12及び図13は、それぞれ基板処理システム200の内部構成の概略を模式的に示す側面図である。なお、本実施形態の基板処理システム200では、基板Wに対してフォトリソグラフィー処理を行う。基板Wは、シリコン基板などの半導体基板である。
図11に示すように基板処理システム200は、搬入出ステーション210、処理ステーション211、及びインターフェイスステーション212を一体に接続した構成を有している。搬入出ステーション210には、例えば外部との間で複数の基板Wを収容したカセットCが搬入出される。処理ステーション211は、基板Wに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えている。インターフェイスステーション212は、処理ステーション211に隣接し、基板Wに露光処理を行う露光装置213との間で基板Wの受け渡しを行う。
搬入出ステーション210には、カセット載置台220が設けられている。図示の例では、カセット載置台220には、複数、例えば4つのカセットCをY軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台220に載置されるカセットCの個数は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
搬入出ステーション210には、カセット載置台220に隣接して搬送領域221が設けられている。搬送領域221には、Y軸方向に延伸する搬送路222上を移動自在な搬送装置223が設けられている。搬送装置223は、鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、カセットCと、後述する処理ステーション211の第3のブロックG3の受け渡し装置との間で基板Wを搬送できる。
処理ステーション211には、各種装置を備えた複数、例えば4つのブロック、すなわち第1のブロックG1~第4のブロックG4が設けられている。例えば処理ステーション211の正面側(図11のY軸負方向側)には第1のブロックG1が設けられ、処理ステーション211の背面側(図11のY軸正方向側)には第2のブロックG2が設けられている。また、処理ステーション211の搬入出ステーション210側(図11のX軸負方向側)には第3のブロックG3が設けられ、処理ステーション211のインターフェイスステーション212側(図11のX軸正方向側)には第4のブロックG4が設けられている。
第1のブロックG1には、図12に示すように複数の液処理装置、例えば現像装置230、下部反射防止膜形成装置231、塗布装置232、及び上部反射防止膜形成装置233が下からこの順に配置されている。現像装置230は、基板Wを現像処理する。下部反射防止膜形成装置231は、基板Wのレジスト膜の下層に反射防止膜を形成する。塗布装置232は、基板Wに塗布液としてのレジスト液を塗布してレジスト膜を形成する。上部反射防止膜形成装置233は、基板Wのレジスト膜の上層に反射防止膜を形成する。
例えば現像装置230、下部反射防止膜形成装置231、塗布装置232、及び上部反射防止膜形成装置233は、それぞれ水平方向に3つ並べて配置されている。なお、これら現像装置230、下部反射防止膜形成装置231、塗布装置232、上部反射防止膜形成装置233の数や配置は、任意に選択できる。
第2のブロックG2には、図13に示すように熱処理装置240、疎水化処理装置241、及び周辺露光装置242が鉛直方向と水平方向に並べて設けられている。熱処理装置240は、基板Wの加熱や冷却といった熱処理を行う。疎水化処理装置241は、レジスト液と基板Wとの定着性を高めるために疎水化処理を行う。周辺露光装置242は、基板Wの外周部を露光する。なお、これら熱処理装置240、疎水化処理装置241、周辺露光装置242の数や配置についても、任意に選択できる。
第3のブロックG3には、複数の受け渡し装置250、251、252、253、254、255、256が下から順に設けられている。また、第4のブロックG4には、複数の受け渡し装置260、261、262が下から順に設けられている。
図11に示すように第1のブロックG1~第4のブロックG4に囲まれた領域には、搬送領域270が形成されている。搬送領域270には、例えば水平方向、鉛直方向及び鉛直軸周りに移動自在な搬送装置271が複数配置されている。搬送装置271は、搬送領域270内を移動し、周囲の第1のブロックG1、第2のブロックG2、第3のブロックG3及び第4のブロックG4内の所定の装置に基板Wを搬送できる。
また、搬送領域270には、図13に示すように、第3のブロックG3と第4のブロックG4との間で直線的に基板Wを搬送するシャトル搬送装置280が設けられている。
シャトル搬送装置280は、例えば図13のX軸方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置280は、基板Wを支持した状態でX軸方向に移動し、第3のブロックG3の受け渡し装置252と第4のブロックG4の受け渡し装置262との間で基板Wを搬送できる。
図11に示すように第3のブロックG3のY軸正方向側の隣には、例えば水平方向、鉛直方向及び鉛直軸周りに移動自在な搬送装置290が設けられている。搬送装置290は、基板Wを支持した状態で上下に移動して、第3のブロックG3内の各受け渡し装置に基板Wを搬送できる。
インターフェイスステーション212には、搬送装置300、受け渡し装置301、及び改質装置30が設けられている。搬送装置300は、例えば水平方向、鉛直方向及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。搬送装置300は、第4のブロックG4内の各受け渡し装置、受け渡し装置301、改質装置30、及び露光装置213との間で基板Wを搬送できる。なお、改質装置30の構成は、第1の実施形態の基板処理システム1における改質装置30の構成と同様である。但し、本実施形態の改質装置30では、基板Wの裏面Wbの表層に改質層Mを形成する。
次に、露光装置213について説明する。図14に示すように露光装置213は、載置台310、光源311、及びマスク312を有している。載置台310は、基板Wの裏面Wbを吸着保持して載置する。光源311は、載置台310の上方に配置されている。光源311は、載置台310上に載置された基板Wの表面Waに対して光を照射する。マスク312は、載置台310と光源311との間に配置されている。マスク312には、所定のパターンが面付けされている。そして、露光装置213では、光源311からマスク312を介して載置台310上の基板Wに対して光を照射して、基板W上のレジスト膜を所定のパターンに露光する。
次に、以上のように構成された基板処理システム200を用いて行われる基板処理について説明する。
先ず、複数の基板Wを収納したカセットCが、搬入出ステーション2のカセット載置台220に載置される。
次に、搬送装置223によってカセットC内の各基板Wが取り出され、当該基板W処理ステーション211の第3のブロックG3の受け渡し装置253に搬送される。
次に、基板Wは、搬送装置271によって第2のブロックG2の熱処理装置240に搬送され、温度調節処理される。その後、基板Wは、搬送装置271によって第1のブロックG1の下部反射防止膜形成装置231に搬送され、基板W上に下部反射防止膜が形成される。その後、基板Wは、第2のブロックG2の熱処理装置240に搬送され、加熱処理が行われる。その後、基板Wは、第3のブロックG3の受け渡し装置253に戻される。
次に、基板Wは、搬送装置290によって第3のブロックG3の受け渡し装置254に搬送される。その後、基板Wは、搬送装置271によって第2のブロックG2の疎水化処理装置241に搬送され、疎水化処理が行われる。
次に、基板Wは、搬送装置271によって塗布装置232に搬送され、基板W上にレジスト膜が形成される。その後、基板Wは、搬送装置271によって熱処理装置240に搬送され、プリベーク処理される。その後、基板Wは、搬送装置271によって第3のブロックG3の受け渡し装置255に搬送される。
次に、基板Wは、搬送装置271によって上部反射防止膜形成装置233に搬送され、基板W上に上部反射防止膜が形成される。その後、基板Wは、搬送装置271によって熱処理装置240に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、基板Wは、周辺露光装置242に搬送され、周辺露光処理される。
その後、基板Wは、搬送装置271によって第3のブロックG3の受け渡し装置256に搬送される。
次に、基板Wは、搬送装置290によって受け渡し装置252に搬送され、シャトル搬送装置280によって第4のブロックG4の受け渡し装置262に搬送される。
次に、基板Wは、インターフェイスステーション212の搬送装置300によって改質装置30に搬送され、裏面Wbの表層に改質層Mが形成される。改質層Mは、基板Wの裏面Wb全面に形成してもよいし、あるいは局所的に形成してもよい。なお、この改質装置30における改質層Mの形成は、第1の実施形態と同様である。
次に、基板Wは、搬送装置300によって露光装置213に搬送され、所定のパターンで露光処理される。露光装置213では、載置台310によって基板Wの裏面Wbが吸着保持される。この際、従来の露光装置であれば、載置台310の保持面と基板Wの裏面Wbとの間で摩擦が発生し、さらに摩擦に起因して基板Wに応力が発生してしまう場合がある。そしてこのように第1の基板W1に応力がかかると、当該第1の基板W1が歪む。これに対して、本実施形態のように改質装置30において基板Wの裏面Wb表層に改質層Mを形成すると、当該裏面Wbが粗化される。そうすると、粗化した裏面Wbと載置台310の保持面との摩擦力が低下する。その結果、摩擦に起因して基板Wに発生する応力を抑制することができ、基板Wの歪みを抑制することができる。
次に、基板Wは、搬送装置300によって第4のブロックG4の受け渡し装置260に搬送される。その後、搬送装置271によって熱処理装置240に搬送され、露光後ベーク処理される。
次に、基板Wは、搬送装置271によって現像装置230に搬送され、現像される。現像終了後、基板Wは、搬送装置290によって熱処理装置240に搬送され、ポストベーク処理される。
その後、基板Wは、搬送装置271によって第3のブロックG3の受け渡し装置250に搬送され、その後搬入出ステーション210の搬送装置223によってカセット載置台220のカセットCに搬送される。こうして、一連の基板処理が終了する。
以上、本実施形態によれば、改質装置30で基板Wの裏面Wbの表層に改質層Mが形成されるので、当該裏面Wbと載置台310の保持面との摩擦力が低下する。そうすると、摩擦に起因して基板Wに発生する応力を抑制することができ、基板Wの歪みを抑制することができる。その結果、基板Wにパターンを所定の位置に適切に形成することができる。
ここで、基板W上には、フォトリソグラフィー処理が複数回行われ、複数層のパターンが形成される。かかる場合、本実施形態では、上述したように各層におけるパターンを所定の位置に適切に形成できるので、オーバレイ(重ね合わせ位置精度)を改善することができる。
なお、本実施形態においても第1の実施形態と同様に、改質装置30では、基板Wの内部に改質層Mを形成してもよい。基板Wの歪みをより確実に抑制することができる。
また、基板処理システム200における処理装置において、露光装置213と同様に基板Wの裏面Wbが吸着保持される場合には、当該処理装置における処理が行われる前に、基板Wの裏面Wbの表層に改質層Mを形成してもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
30 改質装置
153 レーザ照射部
W 基板
W1 第1の基板
W2 第2の基板

Claims (1)

  1. 基板を処理する基板処理方法であって、
    少なくとも前記基板の裏面表層又は前記基板の内部に、レーザ光を照射して改質層を形成する改質工程と、
    その後、前記基板の裏面が保持された状態で、当該基板の表面を処理する表面処理工程と、を有し、
    前記改質工程において、前記基板の裏面表層に前記改質層を形成し、
    前記表面処理工程において、前記基板の表面にフォトリソグラフィー処理における露光処理を行う。
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