JP7118245B2 - 基板処理システム、および基板処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理システム、および基板処理方法に関する。

特許文献１に記載の半導体装置の製造方法は、基板の上面に酸化シリコン膜を所望のパターンで形成することと、酸化シリコン膜の上面にカーボン含有膜をスピンオン法で形成することと、酸化シリコン膜が露出するまでカーボン含有膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法で研磨することとを含む。この研磨方法によれば、酸化シリコン膜の平坦面と、カーボン含有膜の平坦面とが、同一平面上に形成される。

特許文献２に記載の半導体装置の製造方法は、第１基板に絶縁膜を形成することと、第２基板に絶縁膜を形成することと、２つの絶縁膜を介して第１基板と第２基板とを貼り合せることを含む。絶縁膜は、酸化シリコン、炭化シリコン、または炭窒化シリコンなどで形成される。

特許文献３に記載の半導体装置の製造方法（第１０の変形例の製造方法）は、シリコン基板の上面に絶縁膜を形成することと、絶縁膜の上面の一部に開口部を形成すること、開口部に埋め込み材料膜を形成することとを含む。埋め込み材料膜は、例えば酸化シリコン膜である。埋め込み材料膜は、開口部以外の、絶縁膜の上面にも形成され、ＣＭＰ法によって平坦化される。その後、埋め込み材料膜と仮接合基板とが貼り合わされる。

国際公開第２０１６／１４３７９７号 日本国特開２０１８－１９５６５６号公報 日本国特開２０１８－１０１８００号公報

本開示の一態様は、凹凸層を短時間で平坦化できる、技術を提供する。

本開示の一態様に係るレーザー加工装置は、
下地基板、前記下地基板の主表面に形成される凹凸パターン、および前記凹凸パターンに倣って形成される凹凸層を含む基板を保持する保持部と、
前記保持部で前記基板を保持した状態で、前記凹凸層の凸部にレーザー光線を照射し、前記凹凸層を平坦化する照射部と、
前記レーザー光線の照射点の位置を制御する制御部とを備える。

本開示の一態様によれば、凹凸層を短時間で平坦化できる。

図１は、一実施形態に係る基板処理システムを示す平面図である。 図２Ａは、一実施形態に係る凹凸層の断面視パターンを示す断面図である。 図２Ｂは、一実施形態に係る凹凸層の平面視パターンを示す平面図である。 図３は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 図４は、一実施形態に係るレーザー加工装置を示す断面図である。 図５は、一実施形態に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。 図６Ａは、一実施形態に係るガルバノスキャナの照射点を形成できる領域を示す平面図である。 図６Ｂは、変形例に係るガルバノスキャナの照射点を形成できる領域を示す平面図である。 図７Ａは、ホモジナイザを通過する前の、レーザー光線の強度分布の一例を示す図である。 図７Ｂは、ホモジナイザを通過した後の、レーザー光線の強度分布の一例を示す図である。 図８Ａは、照射点の並べ方の第１例を示す平面図である。 図８Ｂは、照射点の並べ方の第２例を示す平面図である。 図８Ｃは、照射点の並べ方の第３例を示す平面図である。 図９Ａは、第１変形例に係る基板を示す断面図である。 図９Ｂは、第２変形例に係る基板を示す断面図である。 図１０Ａは、第３変形例に係る基板のレーザー光線を照射する前の状態を示す断面図である。 図１０Ｂは、第３変形例に係る基板のレーザー光線を照射した後の状態を示す断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。本明細書において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

図１は、一実施形態に係る基板処理システムを示す平面図である。基板処理システム１は、基板１００の凹凸層をレーザー光線で平坦化する。また、基板処理システム１は、レーザー光線で平坦化した凹凸層を研磨する。また、基板処理システム１は、凹凸層を研磨する前に、レーザー光線の照射時に生じるデブリを除去してよい。

図２Ａは、一実施形態に係る凹凸層の断面視パターンを示す断面図である。図２Ａにおいて、二点鎖線は平坦化後の凹凸層１３０を示す。図２Ｂは、一実施形態に係る凹凸層の平面視パターンを示す平面図である。

基板１００は、図２Ａに示すように、下地基板１１０を含む。下地基板１１０は、例えばシリコンウェハまたは化合物半導体ウェハなどの半導体基板である。また、基板１００は、下地基板１１０の主表面に形成される凹凸パターン１２０を含む。凹凸パターン１２０は、例えば電子回路の凹凸パターンである。

基板１００は、凹凸パターン１２０に倣って形成される凹凸層１３０を含む。凹凸層１３０の形成方法は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはスピンオン法などである。

凹凸層１３０の形成方法は、本実施形態ではＣＶＤ法またはＡＬＤ法である。ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、スピンオン法とは異なり、気体から固体を析出させるので、凹凸パターン１２０をそのまま凹凸層１３０に転写できる。一方、スピンオン法は、スピンコート法で液体を塗布し、塗布した液膜を熱処理で固化する方法である。詳しくは後述するが、スピンオン法でも、凹凸層１３０は、凹凸パターン１２０に倣って形成され、凹凸パターン１２０で決まる形状に形成される。

凹凸層１３０は、下地基板１１０に最も近く且つ下地基板１１０に平行な底面１３１と、その底面１３１から下地基板１１０とは反対側に突出する凸部１３２とを含む。凸部１３２は、図２Ｂに示すように、例えば平面視で矩形状である。矩形は、２つの長辺と２つの短辺とを有する長方形の他に、４辺の長さが等しい正方形を含む。

凸部１３２は、例えば行列状に複数配置される。複数の凸部１３２は、同じ高さＨを有してよい。隣り合う凸部１３２の間には底面１３１が存在し、底面１３１は四角格子状に形成される。なお、隣り合う凸部１３２の間に底面１３１が存在しなくてもよく、高さＨの異なる２つの凸部１３２が連続的に並んでいてもよい。

凹凸層１３０は、後述するようにレーザー光線ＬＢによって平坦化された後、研磨によって平坦化されるので、研磨時間を短縮できる。凹凸層１３０が酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、炭窒化シリコン、またはカーボンを含む場合、これらの材料は硬く、研磨速度が遅いので、レーザー光線ＬＢによって平坦化する意義が大きい。

なお、凹凸層１３０は、レーザー光線ＬＢによって平坦化されればよく、その後に研磨によって平坦化されなくてもよい。研磨は、凹凸層１３０の用途に応じて実施されればよい。凹凸層１３０の用途によって、要求される平坦度が異なるからである。

凹凸層１３０の用途は、例えば接合層である。この場合、凹凸層１３０は、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、または炭窒化シリコンで形成される。凹凸層１３０は、平坦化された面にて、基板１００とは別の基板と接合される。凹凸層１３０の基板と接合される面が予め平坦化されるので、凹凸層１３０と基板とを密着でき、接合できる。

なお、凹凸層１３０の用途は、保護層であってもよい。例えば、凹凸層１３０は、平坦化された後に、上下反転され、チャックに吸着される。その状態で、下地基板１１０が砥石などで研削される。凹凸層１３０のチャックに吸着される面が予め平坦化されるので、下地基板１１０を平坦に研削できる。

図１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と、制御装置９とを備える。搬入出ステーション２と、処理ステーション３とは、この順で、Ｘ軸方向負側からＸ軸方向正側に配置される。

搬入出ステーション２は、複数の載置部２１を備える。複数の載置部２１は、Ｙ軸方向に一列に配置される。複数（例えば３つ）の載置部２１には、それぞれ、カセットＣが載置される。一のカセットＣは、処理前の基板１００を複数枚収容する。他の一のカセットＣは、処理後の基板１００を複数枚収容する。残りの一のカセットＣは、処理中に異常の生じた基板１００を複数枚収容する。なお、載置部２１の数、およびカセットＣの数は特に限定されない。

また、搬入出ステーション２は、搬送部２３を備える。搬送部２３は、複数の載置部２１の隣に配置され、例えばこれらのＸ軸方向正側に配置される。また、搬送部２３は、受渡部２６の隣に配置され、例えば受渡部２６のＸ軸方向負側に配置される。搬送部２３は、搬送装置２４を内部に備える。

搬送装置２４は、基板１００を保持する保持機構を備える。保持機構は、水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向）および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能である。搬送装置２４は、複数の載置部２１に載置された複数のカセットＣと、受渡部２６との間で、基板１００を搬送する。

また、搬入出ステーション２は、受渡部２６を備える。受渡部２６は、搬送部２３の隣に配置され、例えば搬送部２３のＸ軸方向正側に配置される。また、受渡部２６は、処理ステーション３の隣に配置され、例えば、処理ステーション３のＸ軸方向負側に配置される。受渡部２６は、トランジション装置２７を有する。トランジション装置２７は、基板１００を一時的に収容する。複数のトランジション装置２７が鉛直方向に積み重ねられてもよい。トランジション装置２７の配置や個数は、特に限定されない。

処理ステーション３は、第１処理ブロック４と、第２処理ブロック５と、搬送ブロック６とを備える。第１処理ブロック４は、搬送ブロック６の隣に配置され、例えば、搬送ブロック６のＹ軸方向正側に配置される。第２処理ブロック５は、搬送ブロック６の隣に配置され、例えば、搬送ブロック６のＹ軸方向負側に配置される。

第１処理ブロック４は、例えば、レーザー加工装置４１を有する。レーザー加工装置４１は、図４に示すように凹凸層１３０の凸部１３２に、レーザー光線ＬＢの照射点Ｐを形成する。レーザー光線ＬＢは、凹凸層１３０に対し吸収性を有する。凹凸層１３０がカーボンを含む場合、レーザー光線ＬＢとして例えば波長１９０ｎｍのものが用いられる。また、凹凸層１３０が酸化シリコンを含む場合、レーザー光線ＬＢとして例えば波長９３００ｎｍのものが用いられる。凸部１３２は、レーザー光線ＬＢを吸収し、固相から気相に状態変化し飛散するか、または固相のまま飛散するので、除去される。除去された凸部１３２の位置には、図２Ａに二点鎖線で示すように底面１３１と同じ高さの平坦面１３３が形成される。その結果、凹凸層１３０が平坦化される。

第２処理ブロック５は、例えば、デブリ除去装置５１と、研磨装置５２とを有する。デブリ除去装置５１は、レーザー光線ＬＢの照射時に生じるデブリ（Ｄｅｂｒｉｓ）を除去する。デブリは、照射点Ｐから飛散する飛散物である。研磨装置５２は、凹凸層１３０をレーザー光線ＬＢで平坦化した後に、凹凸層１３０を研磨する。研磨方法は、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法である。研磨装置５２は、凹凸パターン１２０が露出するまで凹凸層１３０を研磨してもよいし、凹凸パターン１２０が露出しないように凹凸層１３０を研磨してもよい。研磨装置５２の研磨量は、凹凸層１３０の用途に応じて決定される。研磨装置５２が凹凸層１３０を研磨する前に、デブリ除去装置５１がデブリを除去する。但し、デブリの除去は、凹凸層１３０を研磨しない場合に実施されてもよい。また、デブリの除去が不要な場合も、当然にありうる。

搬送ブロック６は、トランジション装置２７の隣に配置され、例えばトランジション装置２７のＸ軸方向正側に配置される。搬送ブロック６は、搬送装置６１を内部に備える。搬送装置６１は、基板１００を保持する保持機構を備える。保持機構は、水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向）および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能である。搬送装置６１は、基板１００を、トランジション装置２７、レーザー加工装置４１、デブリ除去装置５１および研磨装置５２に対して、予め設定された順番で搬送する。

なお、レーザー加工装置４１、デブリ除去装置５１および研磨装置５２の配置および個数は、図１に示す配置および個数に限定されない。これらの装置のうちの、複数の装置が鉛直方向に積み重ねられてもよい。

制御装置９は、例えばコンピュータであり、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御装置９は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理システム１の動作を制御する。また、制御装置９は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを備える。制御装置９は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。

上記プログラムは、例えばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶され、その記憶媒体から制御装置９の記憶媒体９２にインストールされる。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、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スク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御装置９の記憶媒体９２にインストールされてもよい。

図３は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。図３に示す処理は、制御装置９による制御下で実施される。先ず、搬送装置２４が、載置部２１に載置されたカセットＣから基板１００を取り出し、トランジション装置２７に搬送する。続いて、搬送装置６１が、トランジション装置２７から基板１００を受け取り、レーザー加工装置４１に搬送する。

次いで、レーザー加工装置４１が、基板１００の凹凸層１３０をレーザー加工する（Ｓ１）。具体的には、レーザー加工装置４１が、凹凸層１３０の凸部１３２にレーザー光線ＬＢを照射し、凹凸層１３０を平坦化する。その後、搬送装置６１が、レーザー加工装置４１から基板１００を受け取り、デブリ除去装置５１に搬送する。

次いで、デブリ除去装置５１が、レーザー光線ＬＢの照射時に生じるデブリを除去する（Ｓ２）。デブリ除去装置５１は、例えば、エッチングによってデブリを除去するエッチング装置である。エッチングは、例えばウェットエッチングである。エッチング液が、平坦化済みの凹凸層１３０の表面と、デブリとの接触点をエッチングし、デブリを剥離して押し流す。レーザー加工（Ｓ１）で凹凸層１３０を平坦化した後に、凹凸層１３０をさらに平坦化する目的で研磨（Ｓ３）を実施する前に、デブリの除去（Ｓ２）が行われるので、デブリが研磨工具と基板１００との間に噛み込むのを防止でき、研磨後の平坦度を向上できる。希フッ酸液を用いたウェットエッチングは、レーザー加工（Ｓ１）で凹凸層１３０に生じた変色層をも除去できる。その後、搬送装置６１が、デブリ除去装置５１から基板１００を受け取り、研磨装置５２に搬送する。

次いで、研磨装置５２が、レーザー加工（Ｓ１）により平坦化された凹凸層１３０を研磨する（Ｓ３）。研磨方法は、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法である。レーザー加工（Ｓ１）の後に研磨（Ｓ３）を行うので、研磨時間を短縮できる。

その後、搬送装置６１が、研磨装置５２から基板１００を受け取り、トランジション装置２７に搬送する。続いて、搬送装置２４が、トランジション装置２７から基板１００を受け取り、載置部２１に載置されたカセットＣに搬送する。その後、今回の処理が終了する。

次に、レーザー加工装置４１の構成および動作について説明する。図４は、一実施形態に係るレーザー加工装置を示す断面図である。レーザー加工装置４１は、例えば、保持部２１０と、照射部２２０と、パターン測定器２３０と、回転駆動部２４０と、移動駆動部２５０とを備える。

保持部２１０は、基板１００を保持する。例えば、保持部２１０は、凹凸層１３０を上に向けて、基板１００を下方から水平に保持する。保持部２１０は、真空チャックまたは静電チャックなどである。

照射部２２０は、保持部２１０で基板１００を保持した状態で、凹凸層１３０の凸部１３２にレーザー光線ＬＢを照射する。凹凸層１３０には、レーザー光線ＬＢの照射点Ｐが形成される。照射部２２０は、凹凸層１３０に向けてレーザー光線ＬＢを集光照射してよく、照射点Ｐは本実施形態ではパワー密度が最も高くなる集光点である。但し、照射点Ｐは、集光点ではなくてもよい。凸部１３２は、レーザー光線ＬＢを吸収し、固相から気相に状態変化し飛散するか、または固相のまま飛散する。凸部１３２が除去されるので、凹凸層１３０が平坦化される。

照射部２２０は、例えばガルバノスキャナ２２１を含む。ガルバノスキャナ２２１は、例えば、保持部２１０で保持された基板１００の上方に配置される。ガルバノスキャナ２２１によれば、ガルバノスキャナ２２１と保持部２１０との相対位置を固定した状態でも、凹凸層１３０における照射点Ｐを変位できる。

ガルバノスキャナ２２１は、ガルバノミラー２２２と、ガルバノモータ２２３との組を２組（図４には１組のみ図示）含む。１つのガルバノモータ２２３は、１つのガルバノミラー２２２を回転させ、Ｘ軸方向に照射点Ｐを変位させる。別の１つのガルバノモータ２２３は、別の１つのガルバノミラー２２２を回転させ、Ｙ軸方向に照射点Ｐを変位させる。

照射部２２０は、ｆθレンズ２２４を含んでよい。ｆθレンズ２２４は、Ｚ軸方向に対して垂直な焦点面２２５を形成する。ガルバノスキャナ２２１が照射点ＰをＸ軸方向またはＹ軸方向に変位させる間、ｆθレンズ２２４が照射点ＰのＺ軸方向位置を焦点面２２５に維持し、また、焦点面２２５における照射点Ｐの形状および寸法を維持する。その結果、後述するように矩形の照射点Ｐを、矩形の凸部１３２に規則正しく且つ隙間なく二次元的並べることができる。

パターン測定器２３０は、平坦化する前の凹凸層１３０のパターンを測定する。パターン測定器２３０として、例えば、凹凸層１３０の高さＨを測定する変位計２３１が用いられる。凹凸層１３０の高さＨは、例えば底面１３１を基準として測定する。変位計２３１は、例えばレーザー変位計であって、凹凸層１３０までの距離を測定することで、凹凸層１３０の高さＨを測定する。変位計２３１は、本実施形態では非接触式であるが、接触式でもよい。変位計２３１は、その測定結果のデータを制御装置９に送信する。制御装置９は、変位計２３１と保持部２１０とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動しながら、変位計２３１で凹凸層１３０の高さＨを測定し、凹凸層１３０の断面視パターンを測定する。

また、パターン測定器２３０として、例えば、凹凸層１３０の凸部１３２の輪郭を撮像するカメラ２３２が用いられる。カメラ２３２は、底面１３１に対して垂直な方向から凸部１３２の輪郭を撮像し、その撮像した画像のデータを制御装置９に送信する。制御装置９は、カメラ２３２から受信した画像を画像処理し、凹凸層１３０の平面視パターンを測定する。凹凸層１３０の平面視パターンは、凸部１３２の輪郭を含む。

回転駆動部２４０は、保持部２１０を回転させる。保持部２１０の回転中心線２４１は、Ｚ軸方向に平行である。回転駆動部２４０は、例えば回転モータを含む。回転駆動部２４０は、保持部２１０と共に基板１００を回転させ、平面視矩形状の凸部１３２の２辺をＸ軸方向に平行にすると共に、残りの２辺をＹ軸方向に平行にする。

移動駆動部２５０は、保持部２１０と照射部２２０とを相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させる。移動駆動部２５０は例えば第１駆動部２５１と第２駆動部２５２とを有し、第１駆動部２５１が保持部２１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、第２駆動部２５２が照射部２２０をＺ軸方向に移動させる。

第１駆動部２５１は、例えばＸＹステージなどである。第２駆動部２５２は、Ｚ軸ガイド２５３と、Ｚ軸ガイド２５３に沿って照射部２２０を移動させるモータなどの駆動源２５４とを含む。照射部２２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向には移動しないので、Ｚ軸方向からのレーザー光線ＬＢを常に同一点で受けることができる。照射部２２０は、ｆθレンズ２２４の焦点面２２５と凸部１３２の頂面とが一致するように、Ｚ軸方向に移動させられる。なお、照射部２２０の代わりに、保持部２１０がＺ軸方向に移動してもよい。

図５は、一実施形態に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。図５に示す処理は、レーザー加工装置４１が搬送装置６１から基板１００を受け取り、保持部２１０が基板１００を吸着した後に開始される。

先ず、制御装置９は、パターン測定器２３０で凹凸層１３０のパターンを測定する（Ｓ１１）。具体的には、制御装置９は、変位計２３１と保持部２１０とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動しながら、変位計２３１で凹凸層１３０の高さを測定し、凹凸層１３０の断面視パターンを測定する。また、制御装置９は、カメラ２３２で凹凸層１３０を撮像し、撮像した画像を画像処理し、凹凸層１３０の平面視パターンを測定する。

次に、制御装置９は、回転駆動部２４０および移動駆動部２５０を制御し、保持部２１０と照射部２２０との位置合わせを実施する（Ｓ１２）。具体的には、制御装置９は、カメラ２３２で測定した凸部１３２の輪郭に基づいて保持部２１０の回転を制御し、平面視矩形状の凸部１３２の２辺をＸ軸方向に平行にすると共に、残りの２辺をＹ軸方向に平行にする。また、制御装置９は、照射部２２０をＺ軸方向に移動させ、照射点Ｐの高さと凸部１３２の高さとを合わせる。照射点Ｐの高さは、焦点面２２５の高さである。さらに、制御装置９は、保持部２１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、ガルバノスキャナ２２１の照射点Ｐを形成できる領域Ａと、基板１００の所望の領域とを重ねる。領域Ａは、ガルバノミラー２２２の回転によって照射点Ｐを移動できる領域である。

図６Ａは、一実施形態に係るガルバノスキャナの照射点を形成できる領域を示す平面図である。図６Ａに示すように、基板１００は例えば周方向に４つの領域Ｂ１～Ｂ４に区分けされる。４つの領域Ｂ１～Ｂ４は、それぞれ、中心角が９０°の扇形状である。４つの領域Ｂ１～Ｂ４のうちの、１つの領域（例えば領域Ｂ１）が、領域Ａの内部に収まる。

次に、制御装置９は、凸部１３２にレーザー光線ＬＢを照射し、凸部１３２を除去する（Ｓ１３）。制御装置９は、変位計２３１で測定した凸部１３２の高さＨに基づき、レーザー光線ＬＢの光源２７０の出力（Ｗ）を制御する。その出力は、除去する凸部１３２の位置に、底面１３１と同じ高さの平坦面１３３が形成されるように設定される。凸部１３２の高さＨが高いほど、光源２７０の出力が高く設定される。制御装置９は、ガルバノスキャナ２２１を制御し、領域Ｂ１の内部に存在する複数の凸部１３２を除去する。

次に、制御装置９は、４つの領域Ｂ１～Ｂ４の全てにおいて、凸部１３２が除去されたか否かをチェックする（Ｓ１４）。

４つの領域Ｂ１～Ｂ４の１つ以上で、凸部１３２が残っている場合（Ｓ１４、ＮＯ）、残っている凸部１３２を除去すべく、制御装置９はＳ１２に戻り、Ｓ１２以降の処理を実施する。具体的には、制御装置９は、保持部２１０を回転させ、４つの領域Ｂ１～Ｂ４のうちの、凸部１３２が残っている領域（例えば領域Ｂ２）を、領域Ａと重ねる。制御装置９は、保持部２１０を９０°×ｎ（ｎは１以上の整数）回転し、領域Ａと重なる、基板１００の領域を切り替える。保持部２１０が９０°×ｎ（ｎは１以上の整数）回転するので、平面視矩形状の凸部１３２の２辺はＸ軸方向に平行になり、残りの２辺はＹ軸方向に平行になる。本実施形態では基板１００が４つの領域Ｂ１～Ｂ４に区分けされるので、Ｓ１２とＳ１３が４回実施される。

一方、４つの領域Ｂ１～Ｂ４の全てで、凸部１３２が無い場合（Ｓ１４、ＹＥＳ）、制御装置９は今回の処理を終了する。その後、制御装置９は、保持部２１０による基板１００の保持を解除する。その後、搬送装置６１が、レーザー加工装置４１から基板１００を受け取り、デブリ除去装置５１に搬送する。

なお、本実施形態の基板１００は図６Ａに示すように周方向に４つの領域Ｂ１～Ｂ４に区分けされるが、その区分けの仕方は特に限定されない。例えば、図６Ｂに示すように、基板１００は周方向に２つの領域Ｂ１、Ｂ２に区分けされてもよい。２つの領域Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、中心角が１８０°の半円状である。２つの領域Ｂ１、Ｂ２のうちの、１つの領域（例えば領域Ｂ１）が、領域Ａの内部に収まる。制御装置９は、保持部２１０を１８０°×ｎ（ｎは１以上の整数）回転し、領域Ａと重なる、基板１００の領域を切り替える。図６Ｂに示す基板１００は２つの領域Ｂ１～Ｂ２に区分けされるので、Ｓ１２とＳ１３が２回実施される。

制御装置９は、上記の通り、ガルバノスキャナ２２１、回転駆動部２４０、および移動駆動部２５０を制御し、照射点Ｐの位置を制御する。なお、移動駆動部２５０のみを制御し、照射点Ｐの位置を制御することも可能である。その場合、ガルバノスキャナ２２１は無くてもよい。

ところで、図４に示すように、レーザー加工装置４１は、ホモジナイザ２６０を備えてよい。図７Ａは、ホモジナイザを通過する前の、レーザー光線の強度分布の一例を示す図である。図７Ｂは、ホモジナイザを通過した後の、レーザー光線の強度分布の一例を示す図である。ホモジナイザ２６０は、レーザー光線ＬＢの強度分布を図７Ａに示すガウシアン分布から図７Ｂに示すトップハット分布に変更し、その強度分布を均一化する。

また、図４に示すように、レーザー加工装置４１は、アパーチャ２６５を備えてよい。アパーチャ２６５は、レーザー光線ＬＢの断面形状を矩形に整形する。矩形は、長方形のみならず、正方形を含む。アパーチャ２６５は、矩形の開口を有する遮光膜である。その開口は、例えば図７Ｂに矢印Ｄで示す範囲のレーザー光線ＬＢを通過させる。

ホモジナイザ２６０とアパーチャ２６５とによって、強度分布が均一な矩形の照射点Ｐを形成できる。その照射点Ｐを後述するように規則正しく且つ隙間なく二次元的に並べることによって、単位面積当たりのレーザー光線ＬＢの積算照射量（Ｊ）を均一化でき、局所的な加熱を抑制できるので、凹凸層１３０の下の凹凸パターン１２０の損傷を抑制しつつ、凹凸層１３０の所望の部分を選択的に除去できる。また、照射点Ｐの外縁で強度分布が不連続に変化するので、凹凸層１３０の除去する部分と、凹凸層１３０の残存する部分との境界をシャープに形成できる。

図８Ａは、照射点の並べ方の第１例を示す平面図である。照射点Ｐは強度分布が均一な矩形であり、矩形の二辺はＸ軸方向に平行であり、矩形の残りの二辺はＹ軸方向に平行である。照射点ＰのＸ軸方向寸法Ｘ０は、照射点ＰのＹ軸方向寸法Ｙ０と同一でもよいし、異なってもよい。図８Ｂおよび図８Ｃにおいて同様である。

図８Ａに示すように、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０ずつ動かし、凸部１３２のＸ軸方向全体に亘って照射点Ｐを隙間なく一列に並べる。その後、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＹ軸方向にＹ０だけ動かすことと、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０ずつ動かすこととを繰り返し、凸部１３２に照射点Ｐを隙間なく二次元的に並べる。図８Ａに示す照射点Ｐの並べ方によれば、単位面積当たりのレーザー光線ＬＢの積算照射量を均一化でき、局所的な加熱を抑制できる。

図８Ｂは、照射点の並べ方の第２例を示す平面図である。図８Ｂに示すように、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の半値ずつ動かし、凸部１３２のＸ軸方向全体に亘って照射点Ｐを重ねながら一列に並べる。その後、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＹ軸方向にＹ０だけ動かすことと、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の半値ずつ動かすこととを繰り返し、凸部１３２に照射点Ｐを隙間なく二次元的に並べる。図８Ｂに示す照射点Ｐの並べ方によれば、単位面積当たりのレーザー光線ＬＢの積算照射量を均一化でき、局所的な加熱を抑制できる。なお、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＹ軸方向にＹ０だけ動かすことの代わりに、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＹ軸方向にＹ０の半値だけ動かすことを実施してもよい。

図８Ｃは、照射点の並べ方の第３例を示す平面図である。図８Ｃに示すように、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の２倍ずつ動かし、凸部１３２のＸ軸方向全体に亘って隙間ＳＰを形成しつつ照射点Ｐを一列に並べる。次いで、制御装置９は、上記隙間ＳＰを照射点Ｐで埋めるように、再びレーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の２倍ずつ動かす。その後、制御装置９は、レーザー光線ＬＢをパルス発振しながら、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＹ軸方向にＹ０だけ動かすことと、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の２倍ずつ動かすことと、上記隙間ＳＰを照射点Ｐで埋めるように、パルスのオフ時間の間に照射点ＰをＸ軸方向にＸ０の２倍ずつ動かすこととを繰り返し、照射点Ｐを隙間なく二次元的に並べる。図８Ｃに示す照射点Ｐの並べ方によれば、単位面積当たりのレーザー光線ＬＢの積算照射量を均一化でき、局所的な加熱を抑制できる。

以上、本開示に係るレーザー加工装置、基板処理システム、レーザー加工方法、および基板処理方法について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

凹凸パターン１２０は、下地基板１１０の主表面に形成されればよく、例えば下地基板１１０とは別の基板に形成された半導体チップを下地基板１１０の主表面に間隔をおいて複数並べ、複数の半導体チップと下地基板１１０とを接合することで形成されてもよい。複数の半導体チップは、間隔をおいて行列状に配置されてよい。

図９Ａは、第１変形例に係る基板を示す断面図である。図９Ａにおいて、二点鎖線は平坦化後の凹凸層１３０を示す。本変形例の凹凸層１３０は、スピンオン法で形成される。スピンオン法は、スピンコート法で液体を塗布し、塗布した液膜を熱処理で固化する方法である。液体として、例えばカーボンを含むものが用いられる。液体は流動し得るので、微細な凹凸構造の上では、液膜の高さが平均化され、凸部１３２の高さが低くなる。その結果、異なる高さＨ１、Ｈ２の複数の凸部１３２が存在する。制御装置９は、変位計２３１で測定した凸部１３２の高さＨ１、Ｈ２に基づき、レーザー光線ＬＢの光源２７０の出力（Ｗ）を制御する。その出力は、除去する凸部１３２の位置に、底面１３１と同じ高さの平坦面１３３が形成されるように設定される。

図９Ｂは、第２変形例に係る基板を示す断面図である。図９Ｂにおいて、二点鎖線は平坦化後の凹凸層１３０を示す。本変形例の凹凸層１３０は、上記第１変形例の凹凸層１３０と同様にスピンオン法で形成されるが、上記第１変形例の凹凸層１３０よりも厚く形成される。制御装置９は、凸部１３２だけではなく、底面１３１にも照射点Ｐを形成する。つまり、制御装置９は、凹凸層１３０の上面全体に、レーザー光線ＬＢを照射する。制御装置９は、変位計２３１で測定した凸部１３２の高さＨ１、Ｈ２および底面１３１の高さＨ３に基づき、レーザー光線ＬＢの光源２７０の出力（Ｗ）を制御する。この場合、凸部１３２の高さＨ１、Ｈ２および底面１３１の高さＨ３は、平坦化後の凹凸層１３０の平坦面１３３を基準として測定される。光源２７０の出力は、凹凸層１３０の全体が平坦化され、その層厚が一定になるように設定される。なお、底面１３１の高さＨ３は、凹凸層１３０の材料である液体の塗布量で決まる。

図１０Ａは、第３変形例に係る基板のレーザー光線を照射する前の状態を示す断面図である。図１０Ｂは、第３変形例に係る基板のレーザー光線を照射した後の状態を示す断面図である。本変形例の基板１００は下地基板１１０、凹凸パターン１２０および凹凸層１３０に加えて、水溶性保護層１４０をさらに有する。水溶性保護層１４０は、凹凸層１３０の下地基板１１０とは反対側の表面に形成され、レーザー光線ＬＢの照射時に生じるデブリ１４１から、凹凸層１３０を保護する。水溶性保護層１４０は、水溶性の樹脂などで形成される。この場合、デブリ除去装置５１は、水溶性保護層１４０を水に溶かして除去し、デブリ１４１を除去する洗浄装置である。

本出願は、２０１９年４月５日に日本国特許庁に出願した特願２０１９－０７３０４２号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１９－０７３０４２号の全内容を本出願に援用する。

１ 基板処理システム
９ 制御装置（制御部）
４１ レーザー加工装置
５１ デブリ除去装置
５２ 研磨装置
１００ 基板
１１０ 下地基板
１２０ 凹凸パターン
１３０ 凹凸層
１４０ 水溶性保護層
２１０ 保持部
２２０ 照射部
２２１ ガルバノスキャナ
２３０ パターン測定器
２４０ 回転駆動部
２５０ 移動駆動部

Claims (22)

1. 下地基板、前記下地基板の主表面に形成される凹凸パターン、および前記凹凸パターンに倣って形成される凹凸層を含む基板を保持する保持部と、前記保持部で前記基板を保持した状態で、前記凹凸層の凸部にレーザー光線を照射し、前記凸部を除去し、前記凹凸層を平坦化する照射部と、を備える、レーザー加工装置と、
   前記レーザー光線の照射点の位置を制御する制御部と、
   前記凸部が前記レーザー光線で除去され、平坦化された後の前記凹凸層を研磨する研磨装置と、
   を備える、基板処理システム。
2. 前記凹凸層は、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、炭窒化シリコン、またはカーボンを含む、請求項１に記載の基板処理システム。
3. 前記レーザー加工装置は、前記レーザー光線で前記凸部を除去する前に前記凹凸層の高さを測定する変位計を備え、
   前記制御部は、前記変位計で測定した前記凸部の高さに基づき、前記レーザー光線の光源の出力を制御する、請求項１または２に記載の基板処理システム。
4. （削除）
5. 前記レーザー加工装置は、前記レーザー光線で前記凸部を除去する前に前記凹凸層を撮像するカメラと、前記保持部を回転させる回転駆動部と、を備え、
   前記レーザー加工装置の前記照射部は、前記レーザー光線の強度分布を均一化するホモジナイザと、前記レーザー光線の断面形状を矩形に整形するアパーチャと、前記凹凸層における前記照射点を変位するガルバノスキャナと、を含み、
   前記制御部は、前記カメラで撮像した前記凸部の輪郭に基づき前記保持部の回転を制御し、前記ガルバノスキャナの前記照射点を形成できる領域と重なる前記基板の領域を切り替え、前記凸部を前記領域ごとに除去した後、前記基板を回転させ前記領域を切り替える、請求項１～３のいずれか１項に記載の基板処理システム。
6. （削除）
7. （削除）
8. （削除）
9. （削除）
10. 前記凸部が除去され、平坦化された後の前記凹凸層に生じたデブリを、前記基板を前記研磨装置に搬入する前に除去するデブリ除去装置と、
    前記レーザー加工装置と、前記研磨装置と、前記デブリ除去装置との間で、前記基板を搬送する搬送装置と、
    を備える、請求項１～３、５のいずれか１項に記載の基板処理システム。
11. （削除）
12. 前記凹凸層の前記下地基板とは反対側の表面には、前記デブリから前記凹凸層を保護する水溶性保護層が形成されており、
    前記デブリ除去装置は、前記水溶性保護層を水に溶かして除去する洗浄装置である、請求項１０に記載の基板処理システム。
13. 下地基板、前記下地基板の主表面に形成される凹凸パターン、および前記凹凸パターンに倣って形成される凹凸層を含む基板を、保持部で保持することと、
    前記保持部で前記基板を保持した状態で、前記凹凸層の凸部にレーザー光線を照射し、前記レーザー光線の照射点の位置を制御し、前記凸部を除去し、前記凹凸層を平坦化することと、
    前記凸部が前記レーザー光線で除去され、平坦化された後の前記凹凸層を、研磨装置で研磨することと、
    を含む、基板処理方法。
14. 前記レーザー光線で前記凸部を除去する前に、前記凹凸層の高さを測定することと、
    前記測定した前記凸部の高さに基づき、前記レーザー光線の光源の出力を制御することと、
    を含む、請求項１３に記載の基板処理方法。
15. 前記レーザー光線の強度分布を、ホモジナイザによって均一化することと、
    前記レーザー光線の断面形状を、アパーチャによって矩形に整形することと、
    ガルバノスキャナによって、前記凹凸層における前記照射点を変位することと、
    前記レーザー光線で前記凸部を除去する前に、前記凹凸層を撮像することと、
    前記撮像した前記凸部の輪郭に基づき前記保持部の回転を制御し、前記ガルバノスキャナの前記照射点を形成できる領域と重なる前記基板の領域を切り替え、前記凸部を前記領域ごとに除去した後、前記基板を回転させ前記領域を切り替えることとを含む、請求項１３または１４に記載の基板処理方法
16. （削除）
17. （削除）
18. （削除）
19. （削除）
20. 前記凸部が除去され、平坦化された後の前記凹凸層に生じたデブリを、前記基板を前記研磨装置に搬入する前に除去することを含む、請求項１３～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
21. 前記凹凸層の前記下地基板とは反対側の表面には、前記デブリから前記凹凸層を保護する水溶性保護層が形成されており、
    前記デブリを除去することは、前記水溶性保護層を水に溶かして除去することを含む、請求項２０に記載の基板処理方法。
22. 前記凹凸層は、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、炭窒化シリコン、またはカーボンを含む、請求項１３～１５、２０～２１のいずれか１項に記載の基板処理方法。

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