JP7412131B2 - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理システムに関する。

特許文献１には、ウェハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザ光線を照射し、ウェハの外周部を除去する工程と、外周部が除去されたウェハの被研削面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する工程と、を含むウェハの研削方法が開示されている。特許文献１に記載の研削方法によれば、ウェハの外周縁にナイフエッジを生ずることなくウェハを所定の厚さに研削することができる。

特開２００６－１０８５３２号公報

本開示にかかる技術は、基板同士が接合された重合基板において、第１の基板の周縁部を適切に除去する。

本開示の一態様は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を処理する方法であって、前記第１の基板の除去対象の周縁部と、前記第１の基板の中央部の境界に沿って周縁改質層を形成することと、前記周縁部における前記第１の基板と前記第２の基板の接合強度を弱める未接合領域を形成することと、前記第１の基板の面方向に沿って、前記第１の基板の分離の基点となる内部面改質層を形成することと、前記周縁改質層を基点に前記周縁部を除去することと、を含み、前記周縁改質層から前記第２の基板に向けて亀裂を伸展させ、前記周縁改質層は、前記亀裂の下端が前記未接合領域よりも下方まで伸展するように形成する。

本開示によれば、基板同士が接合された重合基板において、第１の基板の周縁部を適切に除去することができる。

ウェハ処理システムにおいて処理される重合ウェハの構成の一例を示す説明図である。 ウェハ処理システムの構成の一例を模式的に示す平面図である。 ウェハ処理の主な工程の一例を示すフロー図である。 ウェハ処理の主な工程の一例を示す説明図である。 ウェハ処理の主な工程の一例を示す説明図である。 第１のウェハの内部に発生する応力による影響の説明図である。 本実施形態におけるクラックの効果を示す説明図である。 第１のウェハの分離の他の方法の一例を示す説明図である。

近年、半導体デバイスの製造工程においては、基板同士が接合された重合基板において、表面に複数の電子回路等のデバイスが形成された半導体基板（以下、「ウェハ」という。）に対し、当該ウェハの裏面を研削して、ウェハを薄化することが行われている。

ところで、通常、ウェハの周縁部は面取り加工がされているが、上述したようにウェハに研削処理を行うと、ウェハの周縁部が鋭く尖った形状（いわゆるナイフエッジ形状）になる。そうすると、ウェハの周縁部でチッピングが発生し、ウェハが損傷を被るおそれがある。そこで、研削処理前に予めウェハの周縁部を削る、いわゆるエッジトリムが行われている。

上述した特許文献１に記載の研削方法は、ウェハ（第１のウェハ）の外周部にこのナイフエッジ形状が形成されるのを抑制するための研削方法である。しかしながら特許文献１に記載の方法で第２のウェハに接合された第１のウェハのエッジトリム（外周部の除去）を行う場合、当該外周部が第２のウェハと接合された状態であるため、適切に外周部を除去できない場合があった。具体的には、例えば外周部の一部が第１のウェハから適切に剥離されずに残存し、第１のウェハの裏面に傷を形成したり、装置を故障させる原因となったりする場合があった。したがって、従来のエッジトリムには改善の余地がある。

そこで本開示者らは、エッジトリムによる除去対象としての周縁部において、第１のウェハと第２のウェハとの接合強度が低下された領域（以下、「未接合領域」という。）を形成することで、より適切に周縁部を剥離できることを見出した。かかる未接合領域は、例えば第１のウェハと第２のウェハとの界面にレーザ光を照射することにより形成される。なお、未接合領域が形成される「界面」とは、第１のウェハと第２のウェハの接合界面には限られない。

しかしながら、この未接合領域の形成においては、上述のように第１のウェハと第２のウェハとの界面に処理が行われるため、加工による応力がこれらウェハの内部に蓄積される。そして、このようにウェハの内部に応力が蓄積された場合、当該応力により界面には剥離方向に力が作用し、剥離を意図していない領域、例えば除去対象である周縁部よりも径方向内側までウェハの剥離が進行してしまう場合がある。このように周縁部よりも径方向内側まで剥離が進行した場合、第２のウェハに対して第１のウェハが浮いた状態となり、エッジトリム及び研削後の品質が悪化する。

そこで本開示にかかる技術は、基板同士が接合された重合基板において、第１の基板の周縁部を適切に除去する。以下、本実施形態にかかる基板処理システムとしてのウェハ処理システム、及び基板処理方法としてのウェハ処理方法ついて、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。

本実施形態にかかる後述のウェハ処理システム１では、図１に示すように第１の基板としての第１のウェハＷ１と第２の基板としての第２のウェハＷ２とが接合された重合基板としての重合ウェハＴに対して処理を行う。そしてウェハ処理システム１では、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅを除去しつつ、当該第１のウェハＷ１を薄化する。以下、第１のウェハＷ１において、第２のウェハＷ２に接合された面を表面Ｗ１ａといい、表面Ｗ１ａと反対側の面を裏面Ｗ１ｂという。同様に、第２のウェハＷ２において、第１のウェハＷ１に接合された面を表面Ｗ２ａといい、表面Ｗ２ａと反対側の面を裏面Ｗ２ｂという。

第１のウェハＷ１は、例えばシリコン基板等の半導体ウェハであって、表面Ｗ１ａに複数のデバイスを含むデバイス層Ｄが形成されている。デバイス層Ｄにはさらに、表面膜Ｆが形成され、当該表面膜Ｆを介して第２のウェハＷ２と接合されている。表面膜Ｆとしては、例えば酸化膜（ＳｉＯ_２膜、ＴＥＯＳ膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜又は接着剤などが挙げられる。なお、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅは面取り加工がされており、周縁部Ｗｅの断面はその先端に向かって厚みが小さくなっている。また、周縁部Ｗｅは後述のエッジトリムにおいて除去される部分であり、例えば第１のウェハＷ１の外端部から径方向に０．５ｍｍ～３ｍｍの範囲である。

第２のウェハＷ２は、例えば第１のウェハＷ１と同様の構成を有しており、表面Ｗ２ａにはデバイス層Ｄ及び表面膜Ｆが形成され、周縁部は面取り加工がされている。なお、第２のウェハＷ２はデバイス層Ｄが形成されたデバイスウェハである必要はなく、例えば第１のウェハＷ１を支持する支持ウェハであってもよい。かかる場合、第２のウェハＷ２は第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａのデバイス層Ｄを保護する保護材として機能する。

なお、本実施形態のウェハ処理システム１では、重合ウェハＴにおける第１のウェハＷ１を、表面Ｗ１ａ側と裏面Ｗ１ｂ側とに分離することにより薄化する。以下の説明においては、分離された表面Ｗ１ａ側の第１のウェハＷ１を第１の分離ウェハＷｄ１といい、分離された裏面Ｗ１ｂ側の第１のウェハＷ１を第２の分離ウェハＷｄ２という。第１の分離ウェハＷｄ１はデバイス層Ｄを有し製品化される。第２の分離ウェハＷｄ２は再利用される。なお、第１の分離ウェハＷｄ１は第２のウェハＷ２と接合された状態の第１のウェハＷ１を指し、第２のウェハＷ２を含めて第１の分離ウェハＷｄ１という場合がある。また、第１の分離ウェハＷｄ１及び第２の分離ウェハＷｄ２において分離された面をそれぞれ分離面という場合がある。

図２に示すようにウェハ処理システム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は、例えば外部との間で複数の重合ウェハＴ、複数の第１の分離ウェハＷｄ１、複数の第２の分離ウェハＷｄ２をそれぞれ収容可能なカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２がそれぞれ搬入出される。処理ステーション３は、重合ウェハＴに対して所望の処理を施す各種処理装置を備えている。

なお、本実施形態では、カセットＣｔとカセットＣｗ１を別々に設けたが、同じカセットとしてもよい。すなわち、処理前の重合ウェハＴを収容するカセットと、処理後の第１の分離ウェハＷｄ１を収容するカセットとを共通に用いてもよい。

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３つのカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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１０に載置されるカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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のＸ軸負方向側において、当該カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送装置２０が設けられている。ウェハ搬送装置２０は、Ｙ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在に構成されている。また、ウェハ搬送装置２０は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム２２、２２を有している。各搬送アーム２２は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム２２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。そして、ウェハ搬送装置２０は、カセット載置台１０のカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２、及び後述するトランジション装置３０に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。

搬入出ステーション２には、ウェハ搬送装置２０のＸ軸負方向側において、当該ウェハ搬送装置２０に隣接して、重合ウェハＴを受け渡すためのトランジション装置３０が設けられている。

処理ステーション３には、例えば３つの処理ブロックＧ１～Ｇ３が設けられている。第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２、及び第３の処理ブロックＧ３は、Ｘ軸正方向側（搬入出ステーション２側）から負方向側にこの順で並べて配置されている。

第１の処理ブロックＧ１には、エッチング装置４０、洗浄装置４１、及びウェハ搬送装置５０が設けられている。エッチング装置４０と洗浄装置４１は、積層して配置されている。なお、エッチング装置４０と洗浄装置４１の数や配置はこれに限定されない。例えば、エッチング装置４０と洗浄装置４１はそれぞれＸ軸方向に並べて載置されていてもよい。さらに、これらエッチング装置４０と洗浄装置４１はそれぞれ積層されていてもよい。

エッチング装置４０は、後述する加工装置８０で研削された第１のウェハＷ１の研削面をエッチング処理する。例えば、研削面に対して薬液（エッチング液）を供給し、当該研削面をウェットエッチングする。薬液には、例えばＨＦ、ＨＮＯ_３、Ｈ_３ＰＯ_４、ＴＭＡＨ、Ｃｈｏｌｉｎｅ、ＫＯＨなどが用いられる。

洗浄装置４１は、後述する加工装置８０で研削された第１のウェハＷ１の研削面を洗浄する。例えば研削面にブラシを当接させて、当該研削面をスクラブ洗浄する。なお、研削面の洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、洗浄装置４１は、第１のウェハＷ１の研削面と共に、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを洗浄する構成を有していてもよい。

ウェハ搬送装置５０は、例えばエッチング装置４０と洗浄装置４１のＹ軸負方向側に配置されている。ウェハ搬送装置５０は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム５１、５１を有している。各搬送アーム５１は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム５１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。そして、ウェハ搬送装置５０は、トランジション装置３０、エッチング装置４０、洗浄装置４１、後述する界面改質装置６０、後述する内部改質装置６１及び後述する周縁除去装置６２に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。

第２の処理ブロックＧ２には、第２改質部としての界面改質装置６０、第１改質部及び第３改質部としての内部改質装置６１、除去部としての周縁除去装置６２及びウェハ搬送装置７０が設けられている。界面改質装置６０、内部改質装置６１及び周縁除去装置６２は、積層して配置されている。なお、界面改質装置６０、内部改質装置６１及び周縁除去装置６２の数や配置はこれに限定されない。例えば、界面改質装置６０、内部改質装置６１及び周縁除去装置６２はそれぞれＸ軸方向に並べて載置されていてもよい。さらに、これら界面改質装置６０、内部改質装置６１及び周縁除去装置６２はそれぞれ、積層されていてもよい。

界面改質装置６０は、例えば第１のウェハＷ１のデバイス層Ｄの外周部にレーザ光（界面用レーザ光、例えばＣＯ_２レーザ）を照射し、当該デバイス層Ｄの外周部を改質する。より具体的には、除去対象としての第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅにおける第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面を改質する。これにより、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅには、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２との接合強度が低下された未接合領域Ａｅが形成される。

内部改質装置６１は、第１のウェハＷ１の内部にレーザ光（内部用レーザ光、例えばＹＡＧレーザ）を照射し、周縁改質層Ｍ１、分割改質層Ｍ２及び内部面改質層Ｍ３を形成する。周縁改質層Ｍ１は、後述のエッジトリムにおいて周縁部Ｗｅを剥離する際の基点となるものである。分割改質層Ｍ２は、除去される周縁部Ｗｅを小片化するための基点となるものである。内部面改質層Ｍ３は、第１のウェハＷ１を第１の分離ウェハＷｄ１と第２の分離ウェハＷｄ２に分離する際の基点となるものである。

周縁除去装置６２は、内部改質装置６１において形成された周縁改質層Ｍ１及び分割改質層Ｍ２を基点として、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅの除去、すなわちエッジトリムを行う。エッジトリムの方法は、任意に選択することができる。

ウェハ搬送装置７０は、例えば界面改質装置６０、内部改質装置６１及び周縁除去装置６２のＹ軸正方向側に配置されている。ウェハ搬送装置７０は、重合ウェハＴを図示しない吸着保持面により吸着保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム７１、７１を有している。各搬送アーム７１は、多関節のアーム部材７２に支持され、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム７１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。そして、ウェハ搬送装置７０は、エッチング装置４０、洗浄装置４１、界面改質装置６０、内部改質装置６１、周縁除去装置６２及び後述する加工装置８０に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。

第３の処理ブロックＧ３には、加工装置８０が設けられている。なお、加工装置８０の数や配置は図示の例に限定されず、複数の加工装置８０が任意に配置されていてもよい。

加工装置８０は、回転テーブル８１を有している。回転テーブル８１は、回転機構（図示せず）によって、鉛直な回転中心線８２を中心に回転自在に構成されている。回転テーブル８１上には、重合ウェハＴを吸着保持するチャック８３が２つ設けられている。チャック８３は、回転テーブル８１と同一円周上に均等に配置されている。２つのチャック８３は、回転テーブル８１が回転することにより、受渡位置Ａ０及び加工位置Ａ１に移動可能になっている。また、２つのチャック８３はそれぞれ、回転機構（図示せず）によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

受渡位置Ａ０では、重合ウェハＴの受け渡しが行われる。加工位置Ａ１には、研削ユニット８４が配置され、第１のウェハＷ１を研削する。研削ユニット８４は、環状形状で回転自在な研削砥石（図示せず）を備えた研削部８５を有している。また、研削部８５は、支柱８６に沿って鉛直方向に移動可能に構成されている。そして、チャック８３に保持された重合ウェハＴに研削砥石に当接させた状態で、チャック８３と研削砥石をそれぞれ回転させる。

以上のウェハ処理システム１には、制御部としての制御装置９０が設けられている。制御装置９０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、ウェハ処理システム１における重合ウェハ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、ウェハ処理システム１における後述のウェハ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９０にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成されたウェハ処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。なお、本実施形態では、ウェハ処理システム１の外部の接合装置（図示せず）において、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２が接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。

先ず、図４（ａ）に示す重合ウェハＴを複数収納したカセットＣｔ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、ウェハ搬送装置２０によりカセットＣｔ内の重合ウェハＴが取り出され、トランジション装置３０に搬送される。

続けて、ウェハ搬送装置５０により、トランジション装置３０の重合ウェハＴが取り出され、内部改質装置６１に搬送される。内部改質装置６１では、図４（ｂ）に示すように第１のウェハＷ１の内部にレーザ光を照射し、周縁改質層Ｍ１と分割改質層Ｍ２を順次形成する（図３のステップＳ１）。なお、図示の煩雑さを回避するため、図４（ｂ）以降の図面においては、分割改質層Ｍ２の図示を省略している。

周縁改質層Ｍ１の形成にあたっては、重合ウェハＴ（第１のウェハＷ１）を回転させながら、レーザヘッド（図示せず）から第１のウェハＷ１の内部にレーザ光を周期的に照射する。これにより、周縁改質層Ｍ１は接合領域Ａｃ（未接合領域Ａｅ）と同心円状の環状に形成される。なお、第１のウェハＷ１の厚み方向における周縁改質層Ｍ１の形成数は図示の例には限定されず、任意に決定できる。

ここで周縁改質層Ｍ１の形成位置は、例えば第１のウェハＷ１の端部や中心位置を基準として、界面改質装置６０において後に形成される未接合領域Ａｅの内端よりも若干径方向内側に決定される。周縁改質層Ｍ１は、接合領域Ａｃと未接合領域Ａｅとの境界（以下、単に「境界」という。）と重なる位置に形成されることが理想であるが、例えば加工誤差などにより周縁改質層Ｍ１がずれて形成される場合がある。そして、これにより周縁改質層Ｍ１が境界から径方向外側に離れた位置、すなわち未接合領域Ａｅに形成されると、周縁部Ｗｅが除去された後に第２のウェハＷ２に対して第１のウェハＷ１が浮いた状態になってしまう場合がある。そして、このように第１のウェハＷ１が浮いた状態となった場合、以降のウェハ処理やウェハ搬送において第１のウェハＷ１のエッジが欠け、コンタミネーションを発生する原因となり得る。

この点、周縁改質層Ｍ１を境界よりも径方向内側に形成するように制御することにより、例えば加工誤差により形成位置がずれたとしても、境界と重なる位置、または境界よりも径方向内側であっても当該境界に近接した位置に周縁改質層Ｍ１を形成することができ、境界から径方向外側に離れた位置に周縁改質層Ｍ１が形成されるのを抑制できる。

なお、第１のウェハＷ１の内部には、周縁改質層Ｍ１から厚み方向（以下、「上下方向」という場合があり、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂ側を「上方」、表面Ｗ１ａ側を「下方」とする。）にクラックＣ１が伸展する。周縁改質層Ｍ１から上方に伸展するクラックＣ１は、例えば第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂに到達させる。また、下方に伸展するクラックＣ１は、当該クラックＣ１の下端が、少なくとも後に形成される未接合領域Ａｅの内側端部（以下、「内端」という。）よりも下方に位置するように、クラックＣ１の伸展を制御する。クラックＣ１の伸展は、例えば第１のウェハＷ１の厚み方向における周縁改質層Ｍ１の形成位置を調節することにより、または、例えば周縁改質層Ｍ１の形成時におけるレーザ光の出力やぼかし具合を調節することにより制御される。

周縁改質層Ｍ１が形成されると、レーザヘッド（図示せず）を移動させて、周縁改質層Ｍ１の径方向外側に、第１のウェハＷ１の径方向に延伸する分割改質層Ｍ２を形成する。なお、図１及び図４（ｂ）の例においては、分割改質層Ｍ２は第１のウェハＷ１の円周方向に８箇所、厚み方向に３箇所形成されているが、この分割改質層Ｍ２の数は任意である。

周縁改質層Ｍ１と分割改質層Ｍ２が形成された重合ウェハＴは、次に、ウェハ搬送装置７０により界面改質装置６０に搬送される。界面改質装置６０では、図４（ｃ）に示すように第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面にレーザ光を照射し、当該界面を改質する（図３のステップＳ２）。

ステップＳ２において第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面を改質すると第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の接合強度が低下する。これにより第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面には、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とが接合された接合領域Ａｃと、接合領域Ａｃの径方向外側で接合強度が低下した領域である未接合領域Ａｅとが形成される。後述するエッジトリムにおいては、除去対象である第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅが除去されるが、このように未接合領域Ａｅが存在することで、かかる周縁部Ｗｅを適切に除去できる。なお、未接合領域Ａｅの形成にあたっては、重合ウェハＴ（第１のウェハＷ１）の中心軸を回転軸として回転させながら、レーザ光を照射する。これにより、未接合領域Ａｅは重合ウェハＴ（第１のウェハＷ１）と同心円状に形成される。

ここで、未接合領域Ａｅの形成にあたっては、第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄとの界面に処理が行われるため、加工による応力σがウェハの内部に蓄積される。そして、このようにウェハの内部に応力σが蓄積された場合、図６に示すように当該応力σにより界面の剥離方向に力が作用し、剥離を意図していない領域、例えば除去対象である周縁部Ｗｅよりも径方向内側までウェハの剥離が進行してしまう場合がある。そして、このように周縁部Ｗｅの径方向内側、すなわち接合領域Ａｃまで剥離が進行した場合、上述のように周縁部Ｗｅが除去された後に第２のウェハＷ２に対して第１のウェハＷ１が浮いた状態になってしまう場合がある

この点、本実施形態においては周縁改質層Ｍ１の形成により伸展するクラックＣ１を、少なくとも未接合領域Ａｅの形成位置よりも下方まで伸展させている。より具体的には、クラックＣ１を境に、周縁部Ｗｅを第１のウェハＷ１から縁切りしている。これにより、未接合領域Ａｅの形成にあたって内部応力により第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の剥離が進行した場合であっても、図７に示すように、クラックＣ１により周縁部Ｗｅが縁切りされているため、剥離がクラックＣ１を跨いで進行することがない。すなわち、適切に周縁部Ｗｅの除去を行うことができ、周縁部Ｗｅが除去された後に第２のウェハＷ２に対して第１のウェハＷ１が浮いた状態となることが抑制される。

またこの際、未接合領域Ａｅの径方向内側端部（内端）をクラックＣ１よりも径方向外側となるように位置させることで、更に適切に剥離がクラックＣ１を跨いで進行することを抑制できる。

なお、図示の例において未接合領域Ａｅは第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面に形成されたが、未接合領域Ａｅの形成位置は、重合ウェハＴの内部であって、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の接合強度を低下できるものであればこれに限定されるものではない。例えば、未接合領域Ａｅは第２のウェハＷ２とデバイス層Ｄの界面に形成されてもよいし、例えば第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とが実際に接合されるそれぞれの表面膜Ｆの界面に形成されてもよい。また未接合領域Ａｅは、例えば第２のウェハＷ２とデバイス層Ｄとの界面に形成される場合、反転された重合ウェハＴの上方、すなわち、第２のウェハＷ２側からレーザ光を照射することにより形成してもよい。かかる場合であっても、未接合領域Ａｅよりも下方までクラックＣ１を進展させることにより、換言すれば、重合ウェハＴの厚み方向における未接合領域Ａｅの形成高さにクラックＣ１が形成されていることで、内部応力による剥離が周縁部Ｗｅの径方向内側まで進行することを適切に抑制できる。

またここで、後のエッジトリム処理において、未接合領域Ａｅを境とする周縁部Ｗｅの除去を効果的に促進するためには、界面用レーザ光の波長が８．９μｍ～１１μｍの波長帯を有することが好ましい。具体的には、例えば表面膜ＦがＳｉＯ_２膜からなる場合、最も効率的に光を吸収するのは、吸収係数が最も大きい非対称伸縮ピークであることが知られており、かかる非対称伸縮ピークで光を吸収させるためには、レーザ光の波長が８．９μｍ～１１μｍの間にあることが好ましい。

本実施形態において界面用レーザ光として使用されるＣＯ_２レーザは、８．９μｍ～１１μｍの波長帯に多くの発振線を有している。すなわち、上記事情を鑑みて、ＳｉＯ_２膜からなる表面膜Ｆに未接合領域Ａｅを形成するには、界面用レーザ光としてＣＯ_２レーザを使用することが好ましく、より適切には、波長が９．３μｍ程度のＣＯ_２レーザ光であることが望ましい。

未接合領域Ａｅが形成された重合ウェハＴは、ウェハ搬送装置７０により、再度、内部改質装置６１に搬送される。内部改質装置６１では、図４（ｄ）に示すように第１のウェハＷ１の内部に内部面改質層Ｍ３が形成される（図３のステップＳ３）。

内部面改質層Ｍ３の形成にあたっては、重合ウェハＴ（第１のウェハＷ１）を回転させながらレーザヘッド（図示せず）からレーザ光を周期的に照射するとともに、レーザヘッドを第１のウェハＷ１の径方向内側に相対的に移動させる。これにより、第１のウェハＷ１の内部には、面方向に沿って全面に内部面改質層Ｍ３が形成される。なお、第１のウェハＷ１の内部には、内部面改質層Ｍ３から面方向にクラックＣ２が伸展する。前述のように周縁部ＷｅはクラックＣ１により第１のウェハＷ１から縁切りされているため、クラックＣ２は周縁改質層Ｍ１の径方向内側のみに伸展する。

また、形成される内部面改質層Ｍ３の下端は、分離後の第１の分離ウェハＷｄ１の最終仕上げ処理後の表面より上方に位置している。すなわち、分離後の第１の分離ウェハＷｄ１に内部面改質層Ｍ３が残らないように形成位置が調節される。

またここで、ステップＳ１において形成される周縁改質層Ｍ１の下端は、内部面改質層Ｍ３よりも上方に位置していることが望ましい。周縁改質層Ｍ１の下端が内部面改質層Ｍ３よりも下方に位置する場合、エッジトリムの品質が低下するおそれがある。具体的には、例えば周縁改質層Ｍ１が分離後の第１の分離ウェハＷｄ１の最終仕上げ処理後の表面や側面に残ることにより、仕上げ面が粗れてしまうおそれがある。かかる観点から、第１の分離ウェハＷｄ１の最終仕上げ面上に周縁改質層Ｍ１が残さないようにするため、周縁改質層Ｍ１の下端は、内部面改質層Ｍ３よりも上方に位置することが好ましい。

また更に、前述のように内部応力により径方向内側へと進行する第１のウェハＷ１の剥離がクラックＣ１ではなく周縁改質層Ｍ１に到達した場合、換言すれば、未接合領域Ａｅの形成高さに周縁改質層Ｍ１が形成されていた場合、周縁部Ｗｅの除去を適切に行えない場合がある。具体的には、上述のように未接合領域Ａｅの形成高さにクラックＣ１が伸展していた場合には当該クラックＣ１により適切に周縁部Ｗｅが第１のウェハＷ１から縁切りされる。しかしながら、未接合領域Ａｅの形成高さに周縁改質層Ｍ１が形成されていた場合、第１のウェハＷ１と周縁部Ｗｅとは、周縁改質層Ｍ１を介して繋がった状態である。このため、内部応力により進行する第１のウェハＷ１の剥離が周縁改質層Ｍ１を介して径方向内側まで進行してしまうおそれがあり、かかる観点からも、周縁改質層Ｍ１の下端は未接合領域Ａｅよりも上方、より望ましくは内部面改質層Ｍ３よりも上方に位置させる。

第１のウェハＷ１の内部に内部面改質層Ｍ３が形成されると、次に、ウェハ搬送装置７０によって重合ウェハＴが内部改質装置６１から周縁除去装置６２へと搬送される。

周縁除去装置６２においては、図５（ａ）に示すように、周縁改質層Ｍ１（クラックＣ１）及び未接合領域Ａｅを基点に、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅが除去される（図３のステップＳ４）。

周縁部Ｗｅの除去にあたっては、重合ウェハＴを形成する第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２との界面に、例えばくさび形状からなる挿入部材としてのブレードを挿入してもよい。これにより、周縁部Ｗｅの除去にあたってはブレード挿入時の衝撃により適切に周縁部Ｗｅが周縁改質層Ｍ１を基点に剥離される。この際、上述のように第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄとの界面には未接合領域Ａｅが形成され、第２のウェハＷ２との接合強度が低下しているため、周縁部Ｗｅが適切に除去される。

また、上述のようにクラックＣ１により周縁部Ｗｅが第１のウェハＷ１から縁切りされている。このため、周縁部Ｗｅの径方向内側まで剥離が進行せずに周縁部Ｗｅの除去範囲が適切に制御されるため、第１の分離ウェハＷｄ１において第１のウェハＷ１が第２のウェハＷ２に対して浮いた状態とならず、トリム後の品質を適切に保つことができる。

第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅが除去された重合ウェハＴは、次に、ウェハ搬送装置７０によって周縁除去装置６２から加工装置８０へと搬送される。加工装置８０では、先ず、図５（ｂ）に示すように内部面改質層Ｍ３（クラックＣ２）を基点に、第１のウェハＷ１が第１の分離ウェハＷｄ１と第２の分離ウェハＷｄ２とに分離される（図３のステップＳ５）。

第１のウェハＷ１の分離にあたっては、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂを搬送アーム７１で吸着保持し、また第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂをチャック８３で吸着保持した状態で、搬送アーム７１を上昇させる。これにより第１のウェハＷ１は内部面改質層Ｍ３を基点として第１の分離ウェハＷｄ１と第２の分離ウェハＷｄ２とに分離され、第２の分離ウェハＷｄ２が搬送アーム７１に保持された状態で上方に持ち上げられる。

なお、分離された第２の分離ウェハＷｄ２は、例えば受渡位置Ａ０上に載置して搬送アーム７１の吸着保持面により吸引吸着した後、ウェハ処理システム１の外部に回収される。また例えば、搬送アーム７１の可動範囲内に回収部（図示せず）を設け、当該回収部において第２の分離ウェハＷｄ２の吸着保持を解除することで、分離された第２の分離ウェハＷｄ２を回収してもよい。

また、本実施形態では、搬送アーム７１の上昇により第１のウェハＷ１を分離したが、搬送アーム７１を回転させることにより内部面改質層Ｍ３を境界に第２の分離ウェハＷｄ２を縁切りした後、搬送アーム７１を上昇させてもよい。また例えば、搬送アーム７１に圧力センサ（図示せず）を設け、第２の分離ウェハＷｄ２を吸引する圧力を測定することで、第２の分離ウェハＷｄ２の有無を検知して、第１のウェハＷ１が分離されたか否かを確認してもよい。

続いて、チャック８３を加工位置Ａ１に移動させる。そして、研削ユニット８４によって、図５（ｃ）に示すようにチャック８３に保持された分離後の重合ウェハＴ、すなわち第１の分離ウェハＷｄ１の分離面を研削し、当該分離面に残る周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３を除去する（図３のステップＳ６）。ステップＳ６では、分離面に研削砥石を当接させた状態で、重合ウェハＴ（第１の分離ウェハＷｄ１）と研削砥石をそれぞれ回転させ、分離面を研削する。なおその後、洗浄液ノズル（図示せず）を用いて、第１の分離ウェハＷｄ１の研削面が洗浄液によって洗浄されてもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により洗浄装置４１に搬送される。洗浄装置４１では第１の分離ウェハＷｄ１の研削面である研削面がスクラブ洗浄される（図３のステップＳ７）。なお、洗浄装置４１では、第１の分離ウェハＷｄ１の研削面と共に、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂが洗浄されてもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置５０によりエッチング装置４０に搬送される。エッチング装置４０では第１の分離ウェハＷｄ１の研削面が薬液によりウェットエッチングされる（図３のステップＳ８）。上述した加工装置８０で研削された研削面には、研削痕が形成される場合がある。本ステップＳ８では、ウェットエッチングすることによって研削痕を除去でき、研削面を平滑化することができる。

その後、すべての処理が施された重合ウェハＴは、ウェハ搬送装置５０によりトランジション装置３０に搬送され、さらにウェハ搬送装置２０によりカセット載置台１０のカセットＣｗ１に搬送される。こうして、ウェハ処理システム１における一連のウェハ処理が終了する。

以上の実施形態によれば、周縁改質層Ｍ１から伸展するクラックＣ１の下端を少なくとも未接合領域Ａｅよりも下方まで伸展させるため、未接合領域Ａｅが当該クラックＣ１よりも径方向内側に、すなわち周縁部Ｗｅよりも径方向内側に到達するのを適切に抑制できる。そしてこれにより、第１のウェハＷ１から周縁部Ｗｅが適切に除去され、また、周縁部Ｗｅの除去後の第１のウェハＷ１において、当該第１のウェハＷ１が第２のウェハＷ２に対して浮いた状態になるのを適切に抑制できる。

また、このように周縁部Ｗｅが適切に除去され、また第１のウェハＷ１が浮いた状態となることが抑制されるため、後のウェハ処理におけるチッピングやパーティクルの発生が抑制され、重合ウェハＴや各種処理装置の損傷を適切に抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては第１のウェハＷ１の内部に周縁改質層Ｍ１を形成（図３のステップＳ１）した後に、第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面に未接合領域Ａｅを形成（図３のステップＳ２）したが、ウェハ処理工程の順序はこれに限定されない。すなわち、例えば第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面に未接合領域Ａｅを形成した後、当該未接合領域Ａｅの内端よりも径方向内側において周縁改質層Ｍ１を形成するようにしてもよい。かかる場合であっても、クラックＣ１を未接合領域Ａｅの下方まで伸展させておくことにより、後のエッジトリム時において未接合領域Ａｅが周縁部Ｗｅの径方向内側まで伸展して形成されることを抑制することができる。またこの際、未接合領域Ａｅの内端を、後に形成される周縁改質層Ｍ１（クラックＣ１）の形成位置よりも、若干径方向外側に位置させることにより、更に適切に未接合領域Ａｅが周縁部Ｗｅの径方向内側まで伸展することを抑制できる。

なお、このように未接合領域Ａｅを周縁改質層Ｍ１に先立って形成する場合には、未接合領域Ａｅの内端が、後に形成される周縁改質層Ｍ１の形成位置よりも径方向外側に位置するように、未接合領域Ａｅの形成領域が制御される。より具体的には、未接合領域Ａｅの形成により蓄積される内部応力の影響により剥離される範囲が、周縁改質層Ｍ１の形成位置よりも径方向外側となるように、未接合領域Ａｅの形成領域が制御される。

なお、上述の実施形態においてはウェハ処理システム１に設けられた界面改質装置６０において未接合領域Ａｅを形成したが、未接合領域Ａｅはウェハ処理システム１の外部において形成してもよい。また、第２のウェハＷ２と接合前の第１のウェハＷ１に未接合領域Ａｅを形成してもよい。なお、ここで、接合前の第１のウェハＷ１に表面膜Ｆの表面に未接合領域Ａｅを形成する場合、当該未接合領域Ａｅの形成時において第１のウェハＷ１の内部に応力が蓄積されることが抑制されるため、内部応力により周縁部Ｗｅの径方向内側まで剥離が進行するのを抑制できる。

なお、上記の実施形態においては、周縁改質層Ｍ１から上方に伸展するクラックＣ１を第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂまで到達させたが、図８（ａ）に示すように、クラックＣ１を裏面Ｗ１ｂまで到達させず、内部面改質層Ｍ３から面方向に伸展するクラックＣ２と連結させてもよい。かかる場合、第１のウェハＷ１の分離においては、図８（ｂ）に示すように第２の分離ウェハＷｄ２は周縁部Ｗｅと一体に分離される。すなわち周縁部Ｗｅの除去と第１のウェハＷ１の分離が同時に行われる。なお、このように第２の分離ウェハＷｄ２と周縁部Ｗｅとを一体に分離する場合には、上述の実施形態における図３のステップＳ１において、分割改質層Ｍ２は形成しなくてもよい。

また、上記実施形態においては、第１のウェハＷ１の内部に内部面改質層Ｍ３を形成することにより、当該内部面改質層Ｍ３を基点として第１のウェハＷ１を分離（薄化）したが、第１のウェハＷ１の薄化方法はこれに限定されない。例えば、重合ウェハＴに未接合領域Ａｅ、周縁改質層Ｍ１及び分割改質層Ｍ２を形成し、第１のウェハＷ１の周縁部Ｗｅを除去した後、加工装置８０における研削処理により第１のウェハＷ１を薄化してもよい。

なお、上記実施形態においては第１のウェハＷ１とデバイス層Ｄの界面に未接合領域Ａｅを形成した後、周縁改質層Ｍ１と分割改質層Ｍ２を形成した内部改質装置６１に再度重合ウェハＴを搬入し、内部面改質層Ｍ３を形成したが、内部面改質層Ｍ３は他の装置において形成されてもよい。すなわち、ウェハ処理システム１には、内部面改質層Ｍ３を形成するための第２の内部改質装置（図示せず）が更に設けられていてもよい。第２の内部改質装置は、例えば界面改質装置６０及び周縁改質層Ｍ１を形成するための内部改質装置６１と積層して配置することができる。かかる場合、当該第２の内部改質装置が、本開示の第３改質部に相当する。

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。

１ ウェハ処理システム
６０ 界面改質装置
６１ 内部改質装置
６２ 周縁除去装置
９０ 制御装置
Ａｅ 未接合領域
Ｃ１ クラック
Ｍ１ 周縁改質層
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 第１のウェハ
Ｗ２ 第２のウェハ
Ｗｃ 中心部
Ｗｅ 周縁部

Claims (14)

1. 第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を処理する方法であって、
   前記第１の基板の除去対象の周縁部と、前記第１の基板の中央部の境界に沿って周縁改質層を形成することと、
   前記第１の基板の面方向に沿って、前記第１の基板の分離の基点となる内部面改質層を形成することと、
   前記周縁部における前記第１の基板と前記第２の基板の接合強度を弱める未接合領域を形成することと、
   前記周縁改質層を基点に前記周縁部を除去することと、を含み、
   前記周縁改質層から前記第２の基板に向けて亀裂を伸展させ、
   前記周縁改質層は、
   前記亀裂の下端が前記未接合領域よりも下方まで伸展するように形成する、基板処理方法。
2. 前記未接合領域を、当該未接合領域の内端が前記亀裂よりも径方向外側となるように形成する、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記周縁改質層の下端が前記未接合領域よりも上方に位置するように、前記周縁改質層及び前記未接合領域を形成する、請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 前記周縁部の内部にレーザ光を照射して前記第１の基板の径方向に延伸する複数の分割改質層を形成することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記周縁改質層の下端が前記内部面改質層よりも上方となるように、前記周縁改質層及び前記内部面改質層を形成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記周縁部を、前記第１の基板の分離時において一体に除去する、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 前記第１の基板の裏面を研削することにより、前記第１の基板を薄化することを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
8. 第１の基板と第２の基板が接合された重合基板を処理するシステムであって、
   前記第１の基板の除去対象の周縁部と、前記第１の基板の中央部の境界に沿って周縁改質層を形成する第１改質部と、
   前記周縁部における前記第１の基板と前記第２の基板の接合強度を弱める未接合領域を形成する第２改質部と、
   前記第１の基板の面方向に沿って、前記第１の基板の分離の基点となる内部面改質層を形成する第３改質部と、
   前記周縁改質層を基点に前記周縁部を除去する除去部と、
   前記第１改質部の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記周縁改質層から前記第２の基板に向けて伸展する亀裂の下端が前記未接合領域よりも下方まで伸展するように、前記第１改質部の動作を制御する、基板処理システム。
9. 前記制御部は、前記未接合領域の内端が前記亀裂よりも径方向外側となるように前記第２改質部の動作を制御する、請求項８に記載の基板処理システム。
10. 前記制御部は、前記周縁改質層の下端が前記未接合領域よりも上方に位置するように、前記第１改質部及び前記第２改質部の動作を制御する、請求項８または９に記載の基板処理システム。
11. 前記制御部は、前記周縁部の内部にレーザ光を照射して前記第１の基板の径方向に延伸する複数の分割改質層を形成するように、前記第１改質部の動作を制御する、請求項８～１０のいずれか一項に記載の基板処理システム。
12. 前記制御部は、前記周縁改質層の下端が前記内部面改質層よりも上方となるように、前記第３改質部の動作を制御する、請求項８～１１のいずれか一項に記載の基板処理システム。
13. 前記制御部は、前記周縁部を前記第１の基板の分離時において一体に除去するように、前記第１改質部、前記第３改質部及び前記除去部の動作を制御する、請求項８～１２のいずれか一項に記載の基板処理システム。
14. 研削砥石により前記第１の基板の裏面を研削することにより、前記第１の基板を薄化する研削部を備える、請求項８～１１のいずれか一項に記載の基板処理システム。

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