JP7556064B2 - 周縁除去装置及び周縁除去方法 - Google Patents

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Description

本発明は、周縁除去装置及び周縁除去方法に関する。
特許文献１には、積層型半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法では、２以上の半導体ウェハを積層して積層型半導体装置を製造する。この際、各半導体ウェハは、他の半導体ウェハに積層された後、所望の厚みを持つように裏面研削される。
特許文献２には、外周部に砥粒が設けられた円板状の研削工具を回転し、研削工具の少なくとも外周面を半導体ウェハに線状に当接させて半導体ウェハの周端部を略Ｌ字状に研削することが開示されている。半導体ウェハは、二枚のシリコンウェハを貼り合わせて作製されたものである。
特開２０１２－６９７３６号公報 特開平９－２１６１５２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、一の基板の周縁部の除去を効率よく行う。
本開示の一態様は、処理基板と支持基板の表面側同士が重合した重合基板において、除去対象の前記処理基板の周縁部を除去する周縁除去装置であって、前記重合基板は、前記処理基板の内部に、除去対象の周縁部と中央部との境界に沿って形成された周縁改質層を有し、前記処理基板の裏面中央部を保持する中央保持部を備える吸着板と、前記吸着板を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられて前記吸着板の側方に配置された、前記処理基板の周縁部を前記周縁改質層を基点として除去する周縁除去部と、を備え、前記周縁除去部は、前記処理基板と前記支持基板の界面に挿入される。
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、一の基板の周縁部の除去を効率よく行うことができる。
本実施形態にかかるウェハ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。 重合ウェハの構成の概略を示す側面図である。 重合ウェハの一部の構成の概略を示す側面図である。 改質装置の構成の概略を示す平面図である。 改質装置の構成の概略を示す側面図である。 周縁除去装置の構成の概略を示す平面図である。 周縁除去装置の構成の概略を示す側面図である。 搬送アームの構成の概略を示す縦断面図である。 第１の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 第１の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程の説明図である。 改質処理の主な工程の説明図である。 処理ウェハに周縁改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに周縁改質層を形成した様子を示す説明図である。 処理ウェハに分割改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに分割改質層を形成した様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 周縁部を除去する様子を示す説明図である。 処理ウェハから裏面ウェハを分離する様子を示す説明図である。 他の実施形態にかかる周縁除去装置の構成の概略を示す側面図である。 他の実施形態にかかる改質装置の構成の概略を示す平面図である。 他の実施形態にかかる改質装置の構成の概略を示す平面図である。 第１の実施形態の変形例にかかるウェハ処理の主な工程の説明図である。 第２の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 第２の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程の説明図である。 第２の実施形態において処理ウェハから裏面ウェハを分離する様子を示す説明図である。 除去分離装置の構成の概略を示す側面図である。 第３の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 第３の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程の説明図である。 他の実施形態にかかる搬送アームの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施形態にかかる吸着板の周縁部の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施形態にかかる搬送アームにおいて周縁部を除去する様子を示す説明図である。 他の実施形態にかかる改質装置の構成の概略を示す平面図である。 他の実施形態において処理ウェハに周縁改質層を形成する様子を示す説明図である。 他の実施形態において処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。
半導体デバイスの製造工程においては、例えば特許文献１に開示された方法のように、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ウェハ（以下、ウェハという）に対し、当該ウェハの裏面を研削加工して、ウェハを薄化することが行われている。
ウェハの裏面の研削加工は、例えば当該裏面に研削砥石を当接させた状態で、ウェハと研削砥石をそれぞれ回転させ、さらに研削砥石を下降させて行われる。かかる場合、研削砥石が摩耗し、定期的な交換が必要となる。また、研削加工においては、研削水を使用し、その廃液処理も必要となる。このため、従来のウェハの薄化処理にはランニングコストがかかる。
また、通常、ウェハの周縁部は面取り加工がされているが、上述のようにウェハの裏面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除去する、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２に記載の端面研削装置は、このエッジトリムを行う装置である。しかしながら、この端面研削装置では、研削によりエッジトリムを行うため、砥石が摩耗し、定期的な交換が必要となる。また、大量の研削水を使用し、廃液処理も必要となる。このため、従来のエッジトリムにはランニングコストがかかる。
本開示にかかる技術は、ウェハの薄化処理とエッジトリムを効率よく行うため、これらの前処理を効率よく行う。以下、本実施形態にかかる基板処理装置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、本実施形態にかかるウェハ処理システムの構成について説明する。図１は、ウェハ処理システム１の構成の概略を模式的に示す平面図である。
ウェハ処理システム１では、図２及び図３に示すように第１の基板としての処理ウェハＷと第２の基板としての支持ウェハＳとが接合された、重合基板としての重合ウェハＴに対して所定の処理を行う。そしてウェハ処理システム１では、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを除去し、さらに当該処理ウェハＷを薄化する。以下、処理ウェハＷにおいて、支持ウェハＳに接合された面を表面Ｗａといい、表面Ｗａと反対側の面を裏面Ｗｂという。同様に、支持ウェハＳにおいて、処理ウェハＷに接合された面を表面Ｓａといい、表面Ｓａと反対側の面を裏面Ｓｂという。
処理ウェハＷは、例えばシリコンウェハなどの半導体ウェハであって、表面Ｗａに複数のデバイスを含むデバイス層（図示せず）が形成されている。また、デバイス層にはさらに酸化膜Ｆ、例えばＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。なお、処理ウェハＷ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はエッジトリムにおいて除去される部分であり、例えば処理ウェハＷの外端部から径方向に１ｍｍ～５ｍｍの範囲である。
なお、図２においては、図示の煩雑さを回避するため、酸化膜Ｆの図示を省略している。また、以下の説明で用いられる他の図面においても同様に、酸化膜Ｆの図示を省略する場合がある。
支持ウェハＳは、処理ウェハＷを支持するウェハであって、例えばシリコンウェハである。支持ウェハＳの表面Ｓａには酸化膜（図示せず）が形成されている。また、支持ウェハＳは、処理ウェハＷの表面Ｗａのデバイスを保護する保護材として機能する。なお、支持ウェハＳの表面Ｓａの複数のデバイスが形成されている場合には、処理ウェハＷと同様に表面Ｓａにデバイス層（図示せず）が形成される。
ここで、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅにおいて、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合されていると、周縁部Ｗｅを適切に除去できないおそれがある。そこで、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面には、酸化膜Ｆと支持ウェハＳの表面Ｓａが接合された接合領域Ａａと、接合領域Ａａの径方向外側の領域である未接合領域Ａｂとを形成する。このように未接合領域Ａｂが存在することで、周縁部Ｗｅを適切に除去できる。なお、詳細は後述するが、接合領域Ａａの外側端部は、除去される周縁部Ｗｅの内側端部より若干径方向外側に位置させることが好ましい。
図１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を収容可能なカセットＣｔが搬入出される。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３つのカセットＣｔ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、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軸方向に延伸し、平面視において並列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で研削された処理ウェハＷの裏面Ｗｂをエッチング処理する。例えば、裏面Ｗｂに対して薬液（エッチング液）を供給し、当該裏面Ｗｂをウェットエッチングする。薬液には、例えばＨＦ、ＨＮＯ３、Ｈ３ＰＯ４、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で研削された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを洗浄する。例えば裏面Ｗｂにブラシを当接させて、当該裏面Ｗｂをスクラブ洗浄する。なお、裏面Ｗｂ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、処理ウェハＷの裏面Ｗｂと共に、支持ウェハＳの裏面Ｓｂ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に対して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、及び後述する改質装置６０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、改質装置６０、周縁除去装置６１、及びウェハ搬送装置７０が設けられている。改質装置６０と周縁除去装置６１は、積層して配置されている。なお、改質装置６０と周縁除去装置６１の数や配置はこれに限定されない。
改質装置６０は、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射し、周縁改質層、分割改質層、及び内部面改質層を形成する。改質装置６０の具体的な構成は後述する。
周縁除去装置６１は、改質装置６０で形成された周縁改質層を基点に、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを除去する。周縁除去装置６１の具体的な構成は後述する。
ウェハ搬送装置７０は、例えば改質装置６０と周縁除去装置６１に対して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。搬送アーム７１の具体的な構成は後述する。そして、ウェハ搬送装置７０は、洗浄装置４１、改質装置６０、周縁除去装置６１、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の数や配置は本実施形態に限定されず、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、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削する。そして、内部面改質層が形成された裏面Ｗｂにおいて、当該内部面改質層を除去し、さらに周縁改質層を除去する。具体的に、加工装置８０は、チャック８１に保持された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削砥石（図示せず）に当接させた状態で、処理ウェハＷと研削砥石をそれぞれ回転させ、裏面Ｗｂを研削する。なお、本実施形態では、チャック８１と研削砥石（図示せず）が加工部を構成している。また、加工装置８０には公知の研削装置（研磨装置）が用いられ、例えば特開２０１０－６９６０１号公報に記載の装置が用いられる。
以上のウェハ処理システム１には、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９０にインストールされたものであってもよい。
次に、上述した改質装置６０について説明する。図４は、改質装置６０の構成の概略を示す平面図である。図５は、改質装置６０の構成の概略を示す側面図である。
改質装置６０は、重合ウェハＴを上面で保持する、基板保持部としてのチャック１００を有している。チャック１００は、処理ウェハＷが上側であって支持ウェハＳが下側に配置された状態で、当該支持ウェハＳを吸着保持する。チャック１００は、エアベアリング１０１を介して、スライダテーブル１０２に支持されている。スライダテーブル１０２の下面側には、回転部１０３が設けられている。回転部１０３は、駆動源として例えばモータを内蔵している。チャック１００は、回転部１０３によってエアベアリング１０１を介して、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。スライダテーブル１０２は、その下面側に設けられた水平移動部１０４によって、基台１０６に設けられＹ軸方向に延伸するレール１０５に沿って移動可能に構成されている。なお、水平移動部１０４の駆動源は特に限定されるものではないが、例えばリニアモータが用いられる。
チャック１００の上方には、レーザヘッド１１０が設けられている。レーザヘッド１１０は、レンズ１１１を有している。レンズ１１１は、レーザヘッド１１０の下面に設けられた筒状の部材であり、チャック１００に保持された処理ウェハＷにレーザ光を照射する。なお、本実施形態では、周縁改質部と内部面改質部が共通のレーザヘッド１１０を有している。
またレーザヘッド１１０は、図示しないＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）をさらに有している。ＬＣＯＳは、空間光変調器であって、レーザ光を変調して出力する。具体的にＬＣＯＳは、レーザ光の焦点位置や位相を制御することができ、処理ウェハＷに照射されるレーザ光の形状や数（分岐数）を調整することができる。
そしてレーザヘッド１１０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、処理ウェハＷに対して透過性を有する波長のレーザ光を、処理ウェハＷの内部の所定位置に集光して照射する。これによって、処理ウェハＷの内部においてレーザ光が集光した部分が改質し、周縁改質層、分割改質層、及び内部面改質層が形成される。
レーザヘッド１１０は、支持部材１２０に支持されている。レーザヘッド１１０は、鉛直方向に延伸するレール１２１に沿って、昇降機構１３０により昇降自在に構成されている。またレーザヘッド１１０は、移動機構１３１によってＹ軸方向に移動自在に構成されている。なお、昇降機構１３０及び移動機構１３１はそれぞれ、支持柱１３２に支持されている。
チャック１００の上方であって、レーザヘッド１１０のＹ軸正方向側には、マクロカメラ１４０とマイクロカメラ１５０が設けられている。例えば、マクロカメラ１４０とマイクロカメラ１５０は一体に構成され、マクロカメラ１４０はマイクロカメラ１５０のＹ軸正方向側に配置されている。マクロカメラ１４０とマイクロカメラ１５０は、昇降機構１６０によって昇降自在に構成され、さらに移動機構１６１によってＹ軸方向に移動自在に構成されている。
マクロカメラ１４０は、処理ウェハＷ（重合ウェハＴ）の外側端部を撮像する。マクロカメラ１４０は、例えば同軸レンズを備え、可視光、例えば赤色光を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。なお例えば、マクロカメラ１４０の撮像倍率は２倍である。
マイクロカメラ１５０は、処理ウェハＷの周縁部を撮像し、接合領域Ａａと未接合領域Ａｂの境界を撮像する。マイクロカメラ１５０は、例えば同軸レンズを備え、赤外光（ＩＲ光）を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。なお例えば、マイクロカメラ１５０の撮像倍率は１０倍であり、視野はマクロカメラ１４０に対して約１／５であり、ピクセルサイズはマクロカメラ１４０に対して約１／５である。
次に、上述した周縁除去装置６１について説明する。図６は、周縁除去装置６１の構成の概略を示す平面図である。図７は、周縁除去装置６１の構成の概略を示す側面図である。
周縁除去装置６１は、重合ウェハＴを上面で保持する、他の基板保持部としてのチャック１７０を有している。チャック１７０は、処理ウェハＷが上側であって支持ウェハＳが下側に配置された状態で、当該支持ウェハＳを吸着保持する。またチャック１７０は、回転機構１７１によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
チャック１７０の上方には、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを保持して移送する、周縁除去部としてのパッド１８０が設けられている。パッド１８０には例えば真空ポンプなどの吸引機構（図示せず）が接続され、パッド１８０はその下面において周縁部Ｗｅを吸着保持する。パッド１８０には、パッド１８０を鉛直方向に昇降させる昇降機構１８１と、パッド１８０を水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させる移動機構１８２とが設けられている。
チャック１７０の上方には、処理ウェハＷから周縁部Ｗｅが除去されたか否かを確認するための検知部１９０が設けられている。検知部１９０は、チャック１７０に保持され、且つ周縁部Ｗｅが除去された処理ウェハＷにおいて、周縁部Ｗｅの有無を検知する。検知部１９０には、例えばセンサが用いられる。センサは、例えばライン型のレーザ変位計であり、重合ウェハＴ（処理ウェハＷ）の周縁部にレーザを照射して当該重合ウェハＴの厚みを測定することで、周縁部Ｗｅの有無を検知する。なお、検知部１９０による周縁部Ｗｅの有無の検知方法はこれに限定されない。例えば検知部１９０には、例えばラインカメラを用い、重合ウェハＴ（処理ウェハＷ）を撮像することで、周縁部Ｗｅの有無を検知してもよい。
なお、チャック１７０の下方には、パッド１８０で移送された周縁部Ｗｅを回収する回収部（図示せず）が設けられている。回収部は、パッド１８０で吸着保持された周縁部Ｗｅを収容して回収する。
次に、上述したウェハ搬送装置７０の搬送アーム７１について説明する。図８は、搬送アーム７１の構成の概略を示す縦断面図である。
基板分離部及び搬送部としての搬送アーム７１は、重合ウェハＴより大きい径を有する、円板状の吸着板２００を有している。吸着板２００の下面には、処理ウェハＷの中央部Ｗｃを保持する保持部２１０が設けられている。
保持部２１０には中央部Ｗｃを吸引する吸引管２１１が接続され、吸引管２１１は例えば真空ポンプなどの吸引機構２１２に連通している。吸引管２１１には、吸引圧力を測定する圧力センサ２１３が設けられている。圧力センサ２１３の構成は任意であるが、例えばダイヤフラム型の圧力計が用いられる。
吸着板２００の上面には、当該吸着板２００を鉛直軸回りに回転させる回転機構２２０が設けられている。回転機構２２０は、支持部材２２１に支持されている。また、支持部材２２１（回転機構２２０）は、アーム部材７２に支持されている。
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、第１の実施形態にかかるウェハ処理について説明する。図９は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。図１０は、ウェハ処理の主な工程の説明図である。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、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。
先ず、図１０（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、改質装置６０に搬送される。改質装置６０では、図１０（ｂ）に示すように処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１と分割改質層Ｍ２が順次形成され（図９のステップＡ１、Ａ２）、さらに図１０（ｃ）に示すように内部面改質層Ｍ３が形成される（図９のステップＡ３）。周縁改質層Ｍ１は、エッジトリムにおいて周縁部Ｗｅを除去の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、処理ウェハＷを薄化するための基点となるものである。
図１１は、改質装置６０における改質処理の主な工程の説明図である。先ず、図１１（ａ）に示すようにチャック１００（スライダテーブル１０２）を搬入出位置Ｐ１に移動させる。そして、ウェハ搬送装置５０から重合ウェハＴが搬入され、チャック１００に保持される。
次に、図１１（ｂ）に示すようにチャック１００をマクロアライメント位置Ｐ２に移動させる。マクロアライメント位置Ｐ２は、マクロカメラ１４０が処理ウェハＷの外側端部を撮像できる位置である。
次に、マクロカメラ１４０によって、処理ウェハＷの周方向３６０度における外側端部の画像が撮像される。撮像された画像は、マクロカメラ１４０から制御装置９０に出力される。
制御装置９０では、マクロカメラ１４０の画像から、チャック１００の中心Ｃｃと処理ウェハＷの中心Ｃｗの第１の偏心量を算出する。さらに制御装置９０では、第１の偏心量に基づいて、当該第１の偏心量のＹ軸成分を補正するように、チャック１００の移動量を算出する。チャック１００は、この算出された移動量に基づいてＹ軸方向に移動し、図１１（ｃ）に示すようにチャック１００をマイクロアライメント位置Ｐ３に移動させる。マイクロアライメント位置Ｐ３は、マイクロカメラ１５０が処理ウェハＷの周縁部を撮像できる位置である。ここで、上述したようにマイクロカメラ１５０の視野はマクロカメラ１４０に対して約１／５と小さいため、第１の偏心量のＹ軸成分を補正しないと、処理ウェハＷの周縁部がマイクロカメラ１５０の画角に入らず、マイクロカメラ１５０で撮像できない場合がある。このため、第１の偏心量に基づくＹ軸成分の補正は、チャック１００をマイクロアライメント位置Ｐ３に移動させるためともいえる。
次に、マイクロカメラ１５０によって、処理ウェハＷの周方向３６０度における接合領域Ａａと未接合領域Ａｂの境界を撮像する。撮像された画像は、マイクロカメラ１５０から制御装置９０に出力される。
制御装置９０では、マイクロカメラ１５０の画像から、チャック１００の中心Ｃｃと接合領域Ａａの中心Ｃａの第２の偏心量を算出する。さらに制御装置９０では、第２の偏心量に基づいて、接合領域Ａａの中心とチャック１００の中心が一致するように、周縁改質層Ｍ１に対するチャック１００の位置を決定する。ここで上述したように、処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合前に未接合領域Ａｂを形成するが、この未接合領域Ａｂの中心（接合領域Ａａの中心Ｃａ）と、処理ウェハＷの中心とがずれる場合がある。この点、本実施形態のように第２の偏心量に基づいて周縁改質層Ｍ１に対するチャック１００の位置を調整することで、未接合領域Ａｂのずれが補正される。
次に、図１１（ｄ）に示すようにチャック１００を、改質位置Ｐ４に移動させる。改質位置Ｐ４は、レーザヘッド１１０が処理ウェハＷにレーザ光を照射して、周縁改質層Ｍ１を形成する位置である。なお、本実施形態では、改質位置Ｐ４はマイクロアライメント位置Ｐ３と同じである。
次に、図１２及び図１３に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ１（周縁用レーザ光Ｌ１）を照射して、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃの境界に周縁改質層Ｍ１を形成する（図９のステップＡ１）。レーザ光Ｌ１は、ＬＣＯＳによって、その形状と数が調整される。具体的にレーザ光Ｌ１は、後述の周縁改質層Ｍ１を形成するように、その焦点位置と位相が制御されて形状が調整される。また本実施形態では、レーザ光Ｌ１の数は１つである。
上記レーザ光Ｌ１によって形成される周縁改質層Ｍ１は、厚み方向に延伸し縦長のアスペクト比を有する。周縁改質層Ｍ１の下端は、薄化後の処理ウェハＷの目標表面（図１２中の点線）より上方に位置している。すなわち、周縁改質層Ｍ１の下端と処理ウェハＷの表面Ｗａとの間の距離Ｈ１は、薄化後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より大きい。かかる場合、薄化後の処理ウェハＷに周縁改質層Ｍ１が残らない。なお、処理ウェハＷの内部には、周縁改質層Ｍ１からクラックＣ１が進展し、表面Ｗａと裏面Ｗｂに到達している。
なお、周縁改質層Ｍ１は、接合領域Ａａの外側端部よりも径方向内側に形成される。レーザヘッド１１０からのレーザ光Ｌ１によって周縁改質層Ｍ１を形成する際に、例えば加工誤差などにより周縁改質層Ｍ１が接合領域Ａａの外側端部からずれて形成されたとしても、当該周縁改質層Ｍ１が接合領域Ａａの外側端部から径方向外側に形成されるのを抑制できる。ここで、周縁改質層Ｍ１が接合領域Ａａの外側端部から径方向外側に形成されると、周縁部Ｗｅが除去された後に支持ウェハＳに対して処理ウェハＷが浮いた状態になってしまう。この点、本実施形態では、かかる処理ウェハＷの状態を確実に抑制することができる。
なお、本発明者らが鋭意検討したところ、周縁改質層Ｍ１と接合領域Ａａの外側端部との距離Ｄが十分に小さいと周縁部Ｗｅを適切に除去できることを確認している。そして、この距離Ｄは５００μｍ以内であるのが好く、さらに好ましくは５０μｍ以内である。
ここで、上述したように制御装置９０では、第２の偏心量に基づいてチャック１００の位置が決定されている。ステップＡ１では、この決定されたチャック１００の位置に合わせて、接合領域Ａａの中心とチャック１００の中心が一致するように、回転部１０３によってチャック１００を回転させると共に、水平移動部１０４によってチャック１００をＹ軸方向に移動させる。この際、チャック１００の回転とＹ軸方向の移動を同期させる。このように完全同期制御を行うことで、チャック１００の移動を、決定された位置に誤差が少なく適切に追従させることができる。
そして、このようにチャック１００（処理ウェハＷ）を回転及び移動させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ１を照射する。すなわち、第２の偏心量を補正しながら、周縁改質層Ｍ１を形成する。そうすると周縁改質層Ｍ１は、接合領域Ａａと同心円状に環状に形成される。すなわち、図１２に示す周縁改質層Ｍ１と接合領域Ａａの外側端部との距離Ｄを一定にすることができる。このため、その後周縁除去装置６１において、周縁改質層Ｍ１を基点に周縁部Ｗｅを適切に除去することができる。
なお、本例においては、第２の偏心量がＸ軸成分を備える場合に、チャック１００をＹ軸方向に移動させつつ、チャック１００を回転させて、当該Ｘ軸成分を補正している。一方、第２の偏心量がＸ軸成分を備えない場合には、チャック１００を回転させずに、Ｙ軸方向に移動させるだけでよい。
次に、レーザヘッド１１０をＹ軸方向に移動させて、図１４及び図１５に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ２（分割用レーザ光Ｌ２）を照射して、周縁改質層Ｍ１の径方向外側に分割改質層Ｍ２を形成する（図９のステップＡ２）。この際、ＬＣＯＳによって、レーザヘッド１１０から照射されるレーザ光が、レーザ光Ｌ１からレーザ光Ｌ２に切り替えられ、レーザ光Ｌ２はその形状と数が調整される。具体的にレーザ光Ｌ２は、後述の分割改質層Ｍ２を形成するように、その焦点位置と位相が制御されて形状が調整される。また本実施形態では、レーザ光Ｌ２の数は１つである。
分割改質層Ｍ２も、周縁改質層Ｍ１と同様に厚み方向に延伸し、縦長のアスペクト比を有する。なお、本実施形態においては、分割改質層Ｍ２は周縁改質層Ｍ１と同じ高さに形成される。また、分割改質層Ｍ２からクラックＣ２が進展し、表面Ｗａと裏面Ｗｂに到達している。
また、分割改質層Ｍ２及びクラックＣ２を径方向に数μｍのピッチで複数形成することで、図１５に示すように周縁改質層Ｍ１から径方向外側に延伸する、１ラインの分割改質層Ｍ２が形成される。なお、図示の例においては、径方向に延伸するラインの分割改質層Ｍ２は８箇所に形成されているが、この分割改質層Ｍ２の数は任意である。少なくとも、分割改質層Ｍ２が２箇所に形成されていれば、周縁部Ｗｅは除去できる。かかる場合、エッジトリムにおいて周縁部Ｗｅを除去する際、当該周縁部Ｗｅは、環状の周縁改質層Ｍ１を基点に分離しつつ、分割改質層Ｍ２によって複数に分割される。そうすると、除去される周縁部Ｗｅが小片化され、より容易に除去することができる。
なお、本実施形態では分割改質層Ｍ２を形成するにあたり、レーザヘッド１１０をＹ軸方向に移動させたが、チャック１００をＹ軸方向に移動させてもよい。
次に、図１６及び図１７に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ３（内部面用レーザ光Ｌ３）を照射して、面方向に沿って内部面改質層Ｍ３を形成する（図９のステップＡ３）。この際、ＬＣＯＳによって、レーザヘッド１１０から照射されるレーザ光が、レーザ光Ｌ２からレーザ光Ｌ３に切り替えられ、レーザ光Ｌ３はその形状と数が調整される。具体的にレーザ光Ｌ３は、後述の内部面改質層Ｍ３を形成するように、その焦点位置と位相が制御されて形状が調整される。また本実施形態では、レーザ光Ｌ３の数は１つである。なお、図１７に示す黒塗り矢印はチャック１００の回転方向を示し、以下の説明においても同様である。
内部面改質層Ｍ３の下端は、薄化後の処理ウェハＷの目標表面（図１６中の点線）より少し上方に位置している。すなわち、内部面改質層Ｍ３の下端と処理ウェハＷの表面Ｗａとの間の距離Ｈ３は、薄化後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より少し大きい。なお、処理ウェハＷの内部には、内部面改質層Ｍ３から面方向にクラックＣ３が進展する。
ステップＡ３では、チャック１００（処理ウェハＷ）を回転させると共に、レーザヘッド１１０を処理ウェハＷの外周部から中心部に向けてＹ軸方向に移動させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ３を照射する。そうすると、内部面改質層Ｍ３は、処理ウェハＷの面内において、外側から内側に螺旋状に形成される。
なお、本実施形態では内部面改質層Ｍ３を形成するにあたり、レーザヘッド１１０をＹ軸方向に移動させたが、チャック１００をＹ軸方向に移動させてもよい。
次に、図１１（ｅ）に示すようにチャック１００を搬入出位置Ｐ１に移動させる。そして、ウェハ搬送装置７０によって重合ウェハＴが搬出される。
以上のように改質装置６０では、ステップＡ１における周縁改質層Ｍ１とステップＡ３における内部面改質層Ｍ３がこの順で行われている。ここで、仮に周縁改質層Ｍ１の前に内部面改質層Ｍ３を形成すると、処理ウェハＷに膨張や反りが発生する可能性がある。例えば内部面改質層Ｍ３を形成すると、クラックＣ３が処理ウェハＷの面方向に形成される。そうすると、クラックＣ３に応力がかかり、処理ウェハＷが面方向に膨張する。また、この膨張の大きさが処理ウェハＷの面方向位置で異なると、局所的に処理ウェハＷの分離が進む場合がある。かかる場合、処理ウェハＷの高さが面内で不均一になり、反りが発生する。このように処理ウェハＷに膨張や反りが発生すると、周縁改質層Ｍ１が適切な位置に形成することができない。そしてその結果、周縁部Ｗｅを適切に除去することができず、品質を確保することができない。この点、本実施形態では、周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３をこの順で形成し、処理ウェハＷの膨張や反りを抑制することができる。
次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により周縁除去装置６１に搬送される。周縁除去装置６１では、図１０（ｄ）に示すように周縁改質層Ｍ１を基点に、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを除去する（図９のステップＡ４）。ステップＡ４では、図１８に示すように昇降機構１８１によりパッド１８０を下降させて周縁部Ｗｅを吸着保持した後、さらにパッド１８０を上昇させる。そうすると、パッド１８０に保持された周縁部Ｗｅが、周縁改質層Ｍ１を基点に処理ウェハＷから分離される。この際、分割改質層Ｍ２を基点に、周縁部Ｗｅは小片化して分離される。なお、除去された周縁部Ｗｅは、パッド１８０から回収部（図示せず）に回収される。
次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により加工装置８０に搬送される。加工装置８０では、先ず、搬送アーム７１からチャック８１に重合ウェハＴを受け渡す際、図１０（ｅ）に示すように内部面改質層Ｍ３を基点に、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側（以下、裏面ウェハＷｂ１という）を分離する（図９のステップＡ５）。
ステップＡ５では、図１９（ａ）に示すように搬送アーム７１の吸着板２００で処理ウェハＷを吸着保持しつつ、チャック８１で支持ウェハＳを吸着保持する。そして、吸着板２００を回転させて、内部面改質層Ｍ３を境界に裏面ウェハＷｂ１が縁切りされる。その後、図１９（ｂ）に示すように吸着板２００が裏面ウェハＷｂ１を吸着保持した状態で、当該吸着板２００を上昇させて、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を分離する。この際、圧力センサ２１３で裏面ウェハＷｂ１を吸引する圧力を測定することで、裏面ウェハＷｂ１の有無を検知して、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１が分離されたか否かを確認することができる。なお、図１９（ｂ）に示したように吸着板２００を上昇させるだけで裏面ウェハＷｂ１を分離できる場合、図１９（ａ）に示した吸着板２００の回転を省略してもよい。また、分離された裏面ウェハＷｂ１は、ウェハ処理システム１の外部に回収される。
続いて、図１０（ｆ）に示すようにチャック８１に保持された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削し、当該裏面Ｗｂに残る内部面改質層Ｍ３と周縁改質層Ｍ１を除去する（図９のステップＡ６）。ステップＡ６では、裏面Ｗｂに研削砥石を当接させた状態で、処理ウェハＷと研削砥石をそれぞれ回転させ、裏面Ｗｂを研削する。なおその後、洗浄液ノズル（図示せず）を用いて、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ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では処理ウェハＷの研削面である裏面Ｗｂがスクラブ洗浄される（図９のステップＡ７）。なお、洗浄装置４１では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂと共に、支持ウェハＳの裏面Ｓｂ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では処理ウェハＷの裏面Ｗｂが薬液によりウェットエッチングされる（図９のステップＡ８）。上述した加工装置８０で研削された裏面Ｗｂには、研削痕が形成される場合がある。本ステップＡ８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、裏面Ｗｂ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Ｃｔ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を基点に周縁部Ｗｅを除去してエッジトリムを行い、さらに内部面改質層Ｍ３を基点に裏面ウェハＷｂ１を分離して処理ウェハＷの薄化処理を行っている。そして、これら周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３の形成に用いられるレーザヘッド１１０は経時的に劣化しにくく、消耗品が少なくなるため、メンテナンス頻度を低減することができる。また、レーザを用いたドライプロセスであるため、研削水や廃水処理が不要となる。このため、ランニングコストを低廉化することができる。したがって、従来の研削によるエッジトリムや研削による薄化処理に比して、ランニングコストを抑えることができる。
なお、本実施形態では、ステップＡ６において裏面Ｗｂの研削を行っているが、この研削は内部面改質層Ｍ３及び周縁改質層Ｍ１を除去すればよく、その研削量は数十μｍ程度と少ない。これに対して、従来のように処理ウェハＷを薄化するために裏面Ｗｂを研削する場合、その研削量は例えば７００μｍ以上と多く、研削砥石の摩耗度合いが大きい。このため、本実施形態では、やはりメンテナンス頻度を低減することができる。
また、本実施形態によれば、処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３をこの順で形成している。上述したように、仮に内部面改質層Ｍ３を先に行った場合、処理ウェハＷの膨張や反りが発生する場合があるが、本実施形態では、これら処理ウェハＷの膨張や反りを抑制することができる。そしてその結果、周縁部Ｗｅを適切に除去することができ、品質を確保することができる。
また、本実施形態によれば、１つのレーザヘッド１１０を用いてレーザ光Ｌ１～Ｌ３の形状を調整することで、周縁改質層Ｍ１、分割改質層Ｍ２、及び内部面改質層Ｍ３を形成することができる。すなわち、改質層が延伸する方向や、求められる加工品質が異なる場合でも、１つのレーザヘッド１１０を用いてレーザ光の適切な形状を選択することができる。そして、このように任意の形状の改質層を形成することができるので、当該改質層を形成する自由度が向上する。また、装置の占有面積（フットプリント）を小さくすることができ、省スペース化を実現することができる。さらに、装置構成が単純になるので、装置コストを低廉化することも可能となる。このように本実施形態では、処理ウェハＷの薄化処理とエッジトリムの前処理を効率よく行うことができる。
なお、以上の実施形態では、１つのレーザヘッド１１０によって異なる形状のレーザ光Ｌ１～Ｌ３を照射していたが、レーザヘッド１１０は、処理対象の重合ウェハＴが改質装置６０に搬入される前に較正（キャリブレーション）されるのが好ましい。より詳細には、重合ウェハＴがチャック１００に保持される前に、レーザヘッド１１０の較正をしておくのが好ましい。かかる場合、１つの処理ウェハＷに対する改質処理中にレーザヘッド１１０の較正を行う必要がなく、レーザ光Ｌ１～Ｌ３の切り替えに要する時間を短縮することができる。その結果、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。
また、以上の実施形態では、周縁改質層Ｍ１を形成するに際し、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部に１つのレーザ光Ｌ１を照射したが、複数のレーザ光Ｌ１を照射してもよい。かかる場合、周縁改質層Ｍ１を形成する時間を短縮することができ、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。同様に、内部面改質層Ｍ３を形成するに際し、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部に１つのレーザ光Ｌ３を照射したが、複数のレーザ光Ｌ３を照射してもよい。かかる場合も、内部面改質層Ｍ３を形成する時間を短縮することができ、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。
以上の実施形態では、周縁除去装置６１においてパッド１８０を用いて周縁部Ｗｅを除去し、加工装置８０において搬送アーム７１を用いて処理ウェハＷを分離していたが、これら周縁部Ｗｅの除去と搬送アーム７１は同一装置内で行われてもよい。例えば図２０に示すように、周縁除去装置６１においてチャック１７０の上方には、基板分離部としての吸着板２３０がさらに設けられている。吸着板２３０は、搬送アーム７１の吸着板２００と同様の構成であり、重合ウェハＴより大きい径の円板形状を有する。吸着板２３０には例えば真空ポンプなどの吸引機構（図示せず）が接続され、吸着板２３０はその下面において処理ウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持する。吸着板２３０には、吸着板２３０を鉛直方向に昇降させる昇降機構２３１と、吸着板２３０を鉛直軸回りに回転させる回転機構２３２とが設けられている。
かかる場合、ステップＡ４においてパッド１８０により周縁部Ｗｅを除去した後、ステップＡ５において吸着板２３０により処理ウェハＷを分離する。ステップＡ５では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを、吸着板２３０で吸着保持する。そして、吸着板２３０を回転させて、内部面改質層Ｍ３を境界に裏面ウェハＷｂ１が縁切りされる。その後、吸着板２３０が裏面ウェハＷｂ１を吸着保持した状態で、当該吸着板２３０を上昇させて、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を分離する。なお、吸着板２３０を上昇させるだけで裏面ウェハＷｂ１を分離できる場合、吸着板２３０の回転を省略してもよい。
なお、吸着板２３０は、処理ウェハＷの中央部Ｗｃと周縁部Ｗｅを個別に吸着保持してもよい。具体的に例えば、吸着板２３０の下面には、中央部Ｗｃを保持する中央保持部（図示せず）と、周縁部Ｗｅを保持する周縁保持部（図示せず）とが設けられていてもよい。中央保持部と周縁保持部にはそれぞれ個別の吸引機構（図示せず）が接続され、これら中央保持部と周縁保持部を切り替えて、中央部Ｗｃと周縁部Ｗｅを個別に吸着保持できる。かかる場合、ステップＡ４における周縁部Ｗｅの除去と、ステップＡ５における処理ウェハＷの分離は、それぞれ吸着板２３０によって行われる。なお、本例においては、パッド１８０、昇降機構１８１及び移動機構１８２は省略される。
本実施形態でも、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離を適切に行うことができる。しかも、これらを同一装置内で行うことができるため、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。
ここで、本実施形態では、処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３をこの順で形成していたが、内部面改質層Ｍ３を形成する際、処理ウェハＷが膨張する場合がある。かかる場合、処理ウェハＷの膨張により周縁部Ｗｅが剥離し、剥離した周縁部Ｗｅが改質装置６０内の回転部１０３や水平移動部１０４などの駆動系に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、周縁部Ｗｅの剥離防止対策を行うのが好ましい。対策としては、例えば次の２つが考えられる。
１つ目の周縁部Ｗｅの剥離防止対策は、当該周縁部Ｗｅを物理的に押える方法である。例えば図２１に示すように、処理ウェハＷの外側端部に当接する円筒状の周縁保持部２４０を複数設けてもよい。あるいは、例えば図２２に示すように、処理ウェハＷの外側端部に当接する直方体状の周縁保持部２４１を複数設けてもよい。これら周縁保持部２４０、２４１はそれぞれ、移動機構（図示せず）によって鉛直方向及び水平方向に移動自在に構成されている。そして周縁保持部２４０、２４１は、処理ウェハＷに対して点接触又は線接触するかの違いはあるものの、いずれにしても周縁部Ｗｅの剥離を防止することができる。なお、周縁保持部２４０、２４１は、内部面改質層Ｍ３を形成する際に処理ウェハＷの外側端部に当接していればよく、それ以外では処理ウェハＷから退避していていてもよい。
２つ目の周縁部Ｗｅの剥離防止対策は、周縁改質層Ｍ１から処理ウェハＷの厚み方向に形成されるクラックＣ１を表面Ｗａのみに進展させる方法である。レーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌ１の形状を調整することで、図２３（ａ）に示すようにクラックＣ１が表面Ｗａまでのみ進展し、裏面Ｗｂには到達しないようにする。また、同様に、分割改質層Ｍ２を形成する際にも、クラックＣ２が表面Ｗａまでのみ進展し、裏面Ｗｂには到達しないようにする。かかる場合、その後、図２３（ｂ）に示すように内部面改質層Ｍ３を形成しても、周縁部Ｗｅは処理ウェハＷから剥離しない。
次に、第２の実施形態にかかるウェハ処理について説明する。図２４は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。図２５は、ウェハ処理の主な工程の説明図である。
第１の実施形態では周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離を別々に行っていたが、第２の実施形態ではこれらを同時に行う。これら周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離は、例えば加工装置８０において、除去分離部としての搬送アーム７１を用いて行われる。なお、本実施形態の搬送アーム７１は、処理ウェハＷの全体、すなわち中央部Ｗｃと周縁部Ｗｅを保持する。また、このように周縁部Ｗｅの除去が搬送アーム７１を用いて行われるため、本実施形態のウェハ処理システム１では、周縁除去装置６１を省略してもよい。
第２の実施形態にかかるウェハ処理では、先ず、図２５（ａ）に示す重合ウェハＴが改質装置６０に搬送される。改質装置６０では、図２５（ｂ）に示すように処理ウェハＷに周縁改質層Ｍ１０（図２４のステップＢ１）が形成され、さらに図２５（ｃ）に示すように内部面改質層Ｍ３０（図２４のステップＢ２）が形成される。
ここで、ステップＢ１における周縁改質層Ｍ１０の形成方法は、ステップＡ１と同様である。但し、図１０（ｂ）に示した周縁改質層Ｍ１ではクラックＣ１が表面Ｗａと裏面Ｗｂまで進展していたのに対し、周縁改質層Ｍ１０からのクラックＣ１０は表面Ｗａまでのみ進展し、裏面Ｗｂには到達しない。
また、ステップＢ２における内部面改質層Ｍ３０の形成方法は、ステップＡ３と同様である。但し、図１０（ｃ）に示した内部面改質層Ｍ３ではクラックＣ３が面方向に処理ウェハＷの外側端部まで進展していたのに対し、内部面改質層Ｍ３０からのクラックＣ３０は周縁改質層Ｍ１０の内側のみに進展する。
次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により加工装置８０に搬送される。加工装置８０では、先ず、搬送アーム７１からチャック８１に重合ウェハＴを受け渡す際、図２５（ｄ）に示すように周縁改質層Ｍ１０と内部面改質層Ｍ３０を基点に、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側（以下、裏面ウェハＷｂ２という）を分離する（図２４のステップＢ３）。
ステップＢ３では、図２６（ａ）に示すように搬送アーム７１の吸着板２００で処理ウェハＷを吸着保持しつつ、チャック８１で支持ウェハＳを吸着保持する。そして、吸着板２００を回転させて、周縁改質層Ｍ１０と内部面改質層Ｍ３０を境界に裏面ウェハＷｂ２が縁切りされる。その後、図２６（ｂ）に示すように吸着板２００が裏面ウェハＷｂ２を吸着保持した状態で、当該吸着板２００を上昇させて、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ２を分離する。このようにステップＢ３では、裏面ウェハＷｂ２は周縁部Ｗｅと一体に分離され、すなわち周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離が同時に行われる。
続いて、図２５（ｅ）に示すように処理ウェハＷの裏面Ｗｂが研削され（図２４のステップＢ４）、さらに洗浄装置４１における裏面Ｗｂの洗浄（図２４のステップＢ５）、エッチング装置４０における裏面Ｗｂのウェットエッチング（図２４のステップＢ６）が順次行われる。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。
本実施形態においても、処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１０と内部面改質層Ｍ３０をこの順で形成しており、第１の実施形態と同様の効果を享受することができる。しかも、周縁改質層Ｍ１０からのクラックは裏面Ｗｂに到達しないため、内部面改質層Ｍ３０の形成時の処理ウェハＷの膨張によって周縁部Ｗｅが剥離することもない。なお、周縁部Ｗｅの剥離をより確実に防止するため、図２１又は図２２に示したように周縁保持部２４０、２４１を設けてもよい。
以上の実施形態では、周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離は搬送アーム７１を用いて行われたが、別途の装置で行われてもよい。例えばウェハ処理システム１には、周縁除去装置６１に代えて、図２７に示す除去分離装置３００が設けられていてもよい。
除去分離装置３００は、重合ウェハＴを上面で保持する、他の基板保持部としてのチャック３１０を有している。チャック３１０は、処理ウェハＷが上側であって支持ウェハＳが下側に配置された状態で、当該支持ウェハＳを吸着保持する。またチャック３１０は、回転機構３１１によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
チャック３１０の上方には、除去分離部としての吸着板３２０が設けられている。吸着板３２０は、搬送アーム７１の吸着板２００と同様の構成であり、重合ウェハＴより大きい径の円板形状を有する。吸着板３２０には例えば真空ポンプなどの吸引機構（図示せず）が接続され、吸着板３２０はその下面において処理ウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持する。吸着板３２０には、吸着板３２０を鉛直方向に昇降させる昇降機構３２１と、吸着板３２０を鉛直軸回りに回転させる回転機構３２２とが設けられている。
かかる場合、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを、吸着板３２０で吸着保持する。そして、吸着板３２０を回転させて、周縁改質層Ｍ１０と内部面改質層Ｍ３０を境界に裏面ウェハＷｂ２が縁切りされる。その後、吸着板３２０が裏面ウェハＷｂ２を吸着保持した状態で、当該吸着板３２０を上昇させて、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ２を分離する。本実施形態の除去分離装置３００でも、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離を適切に行うことができる。
次に、第３の実施形態にかかるウェハ処理について説明する。図２８は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。図２９は、ウェハ処理の主な工程の説明図である。
第１の実施形態では内部面改質層Ｍ３を形成した後、周縁部Ｗｅを除去していたが、第３の実施形態では周縁部Ｗｅを除去した後、内部面改質層Ｍ３１を形成する。すなわち、第３の実施形態では、周縁改質層Ｍ１１の形成、周縁部Ｗｅの除去、内部面改質層Ｍ３１の形成をこの順で行う。周縁改質層Ｍ１１と内部面改質層Ｍ３１はそれぞれ改質装置６０で行われるが、周縁部Ｗｅの除去を改質装置６０の外部で行うと、スループットが低下する。そこで、本実施形態では、周縁部Ｗｅの除去を改質装置６０の内部において、周縁除去装置としての搬送アーム７１を用いて行う。このように周縁部Ｗｅの除去が搬送アーム７１を用いて行われるため、本実施形態のウェハ処理システム１では、周縁除去装置６１を省略してもよい。なお、搬送アーム７１は後述するように基板分離部としても機能する。
図３０に示すように搬送アーム７１は、処理ウェハＷより大きい径を有する、円板状の吸着板４００を有している。吸着板４００の下面には、処理ウェハＷの中央部Ｗｃを保持する中央保持部４１０と、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを保持する周縁保持部４２０と、が設けられている。
中央保持部４１０には中央部Ｗｃを吸引する吸引管４１１が接続され、吸引管４１１は例えば真空ポンプなどの中央吸引機構４１２に連通している。吸引管４１１には、吸引圧力を測定する中央圧力センサ４１３が設けられている。中央圧力センサ４１３の構成は任意であるが、例えばダイヤフラム型の圧力計が用いられる。
周縁保持部４２０には周縁部Ｗｅを吸引する吸引管４２１が接続され、吸引管４２１は例えば真空ポンプなどの周縁吸引機構４２２に連通している。吸引管４２１には、吸引圧力を測定する周縁圧力センサ４２３が設けられている。周縁圧力センサ４２３の構成も任意であるが、例えばダイヤフラム型の圧力計が用いられる。
なお、図３１に示すように吸着板４００の周縁部であって、周縁保持部４２０が設けられる部分には、中央保持部４１０より上方に窪んだ窪み部４００ａが形成されている。後述するように周縁部Ｗｅは周縁除去部４４０によって押し上げられて除去されるが、窪み部４００ａは、この周縁部Ｗｅが押し上げられるスペースを確保している。
かかる構成により、中央保持部４１０と周縁保持部４２０はそれぞれ個別に、中央部Ｗｃと周縁部Ｗｅを吸引して保持することができる。また、中央圧力センサ４１３と周縁圧力センサ４２３はそれぞれ個別に、中央部Ｗｃを吸引する圧力と周縁部Ｗｅを吸引する圧力を測定することができる。
吸着板４００の上面には、当該吸着板４００を鉛直軸回りに回転させる回転機構４３０が設けられている。回転機構４３０は、支持部材４３１に支持されている。また、支持部材４３１（回転機構４３０）は、アーム部材７２に支持されている。
吸着板４００の側方には、当該吸着板４００の周方向に沿って周縁除去部４４０が複数設けられている。各周縁除去部４４０は、くさびローラ４４１と支持ローラ４４２を有している。
くさびローラ４４１は、側面視において、先端が尖ったくさび形状を有している。くさびローラ４４１は、処理ウェハＷと支持ウェハＳの外側端部から、当該処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面に挿入される。そして、挿入されたくさびローラ４４１により周縁部Ｗｅが押し上げられ、処理ウェハＷから分離して除去される。
支持ローラ４４２は、くさびローラ４４１の中心を貫通して、当該くさびローラ４４１を支持している。支持ローラ４４２は、移動機構（図示せず）によって水平方向に移動自在に構成され、支持ローラ４４２が移動することでくさびローラ４４１も移動する。また、支持ローラ４４２は鉛直軸回りに回転自在に構成され、支持ローラ４４２が回転することでくさびローラ４４１も回転する。なお、本実施形態では、支持ローラ４４２には、後述するようにチャック１００の回転を受けて回転する、いわゆるフリーローラが用いられる。但し、支持ローラ４４２は、回転機構（図示せず）によって積極的に回転されてもよい。
支持ローラ４４２の上面には回転シャフト４４３が設けられ、回転シャフト４４３は移動機構４４４に支持されている。移動機構４４４は、支持部材４３１の上面外周部に設けられている。移動機構４４４は例えばエアシリンダであり、回転シャフト４４３を介して、くさびローラ４４１と支持ローラ４４２を水平方向に移動させることができる。
第３の実施形態にかかるウェハ処理では、先ず、図２９（ａ）に示す重合ウェハＴが改質装置６０に搬送される。改質装置６０では、図２９（ｂ）に示すように処理ウェハＷに周縁改質層Ｍ１１と分割改質層Ｍ２１が順次形成される（図２８のステップＣ１、Ｃ２）。なお、ステップＣ１における周縁改質層Ｍ１１の形成方法はステップＡ１と同様であり、ステップＣ２における分割改質層Ｍ２１の形成方法はステップＡ２と同様である。
次に、ウェハ搬送装置７０の搬送アーム７１が改質装置６０の内部に進入し、図２９（ｃ）に示すように周縁部Ｗｅが除去される（図２８のステップＣ３）。
ステップＣ３では、先ず、搬送アーム７１の吸着板４００で処理ウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持する。その後、図３２（ａ）に示すようにくさびローラ４４１を重合ウェハＴ側に移動させ、くさびローラ４４１を処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面に当接させる。この際、吸着板４００を回転させることで、くさびローラ４４１も平面視において逆方向に回転する。次に、図３２（ｂ）に示すように吸着板４００を回転させながら、くさびローラ４４１をさらに移動させ、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面に挿入する。そうすると、周縁部Ｗｅが押し上げられ、処理ウェハＷから分離し、周縁保持部４２０に吸着保持される。
その後、周縁保持部４２０で周縁部Ｗｅを吸着保持しつつ、複数のくさびローラ４４１で周縁部Ｗｅを保持した状態で、搬送アーム７１が改質装置６０から退出する。そして、改質装置６０の外部に設けられた回収部（図示せず）において、周縁部Ｗｅが回収される。
なお、この周縁部Ｗｅを除去する際、中央圧力センサ４１３と周縁圧力センサ４２３により、それぞれ中央部Ｗｃを吸引する圧力と周縁部Ｗｅを吸引する圧力を測定する。周縁部Ｗｅが適切に除去されている場合、中央部Ｗｃを吸引する圧力はゼロで、周縁部Ｗｅを吸引する圧力は所定の圧力となる。一方、周縁部Ｗｅが適切に除去されていない場合、例えば周縁部Ｗｅを吸引する圧力がゼロとなる。このように中央圧力センサ４１３と周縁圧力センサ４２３で吸引圧力を測定することで、処理ウェハＷに対する周縁部Ｗｅの有無を検知して、処理ウェハＷから周縁部Ｗｅが除去されたか否かを確認することができる。
次に、改質装置６０において、図２９（ｄ）に示すように内部面改質層Ｍ３１が形成される（図２８のステップＣ４）。なお、ステップＣ４における内部面改質層Ｍ３１の形成方法はステップＡ３と同様である。
次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により加工装置８０に搬送される。加工装置８０では、先ず、搬送アーム７１からチャック８１に重合ウェハＴを受け渡す際、図２９（ｅ）に示すように内部面改質層Ｍ３１を基点に、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側（以下、裏面ウェハＷｂ３という）を分離する（図２８のステップＣ５）。なお、ステップＣ５における処理ウェハＷの分離方法はステップＡ５と同様である。また、処理ウェハＷの分離は、搬送アーム７１を用いて行う方法に限定されず、例えば図２０に示した周縁除去装置６１と同様の装置を用いて行ってもよい。
続いて、図２９（ｆ）に示すように処理ウェハＷの裏面Ｗｂが研削され（図２８のステップＣ６）、さらに洗浄装置４１における裏面Ｗｂの洗浄（図２８のステップＣ７）、エッチング装置４０における裏面Ｗｂのウェットエッチング（図２８のステップＣ８）が順次行われる。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。
本実施形態においても、処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１１と内部面改質層Ｍ３１をこの順で形成しており、第１の実施形態と同様の効果を享受することができる。しかも、ステップＣ１の周縁改質層Ｍ１１の形成、ステップＣ３の周縁部Ｗｅの除去、ステップＣ４内部面改質層Ｍ３１の形成が、一の改質装置６０で行われるので、ウェハ処理のスループットを維持することができる。なお、本実施形態では、ステップＣ３の周縁部Ｗｅの除去を改質装置６０内で行ったが、もちろん別途の装置で行ってもよい。
次に、改質装置６０の他の実施形態について説明する。上記実施形態の改質装置６０には、１つのレーザヘッド１１０が設けられていたが、図３３に示すように複数、例えば２つのレーザヘッド１１０、５００が設けられていてもよい。本実施形態では説明の便宜上、レーザヘッド１１０を第１のレーザヘッド１１０といい、レーザヘッド５００を第２のレーザヘッド５００という。なお、レーザヘッドの数は本実施形態に限定されない。また、図３３においては図示の煩雑さを回避するため、マクロカメラ１４０とマイクロカメラ１５０の図示を省略している。
第２のレーザヘッド５００は、第１のレーザヘッド１１０のＹ軸正方向側に設けられている。第２のレーザヘッド５００の構成は、第１のレーザヘッド１１０の構成と同様である。すなわち、第２のレーザヘッド５００は、レンズ５０１とＬＣＯＳ（図示せず）を有している。
第２のレーザヘッド５００の支持構成も、第１のレーザヘッド１１０の支持構成と同様である。すなわち、第２のレーザヘッド５００は、支持部材５１０、レール５１１、昇降機構５２０、及び移動機構５２１に支持されている。そして、第２のレーザヘッド５００は、昇降自在かつＹ軸方向に移動自在に構成されている。
かかる場合、例えば第１の実施形態において周縁改質層Ｍ１を形成する際には、図３４に示すように第１のレーザヘッド１１０と第２のレーザヘッド５００を、処理ウェハＷの外周部において同心円上に配置する。そして、処理ウェハＷを回転させながら、第１のレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ１２を照射するとともに、第２のレーザヘッド５００からレーザ光Ｌ１３を照射する。そうすると、レーザ光Ｌ１２によって周縁改質層Ｍ１２が形成され、レーザ光Ｌ１３によって周縁改質層Ｍ１３が形成される。周縁改質層Ｍ１２、Ｍ１３はそれぞれ処理ウェハＷの半周分に形成され、これら周縁改質層Ｍ１２、Ｍ１３を合わせて周縁改質層Ｍ１が環状に形成される。すなわち、本実施形態では、周縁改質層Ｍ１を形成するにあたり、処理ウェハＷは１８０度回転させるだけでよい。したがって、周縁改質層Ｍ１を形成する時間を短縮することができ、その結果、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。
なお、上記例においては、第１のレーザヘッド１１０からのレーザ光Ｌ１２と、第２のレーザヘッド５００からのレーザ光Ｌ１３とを、処理ウェハＷの内部において同じ深さに照射し、周縁改質層Ｍ１２と周縁改質層Ｍ１３を同じ深さに形成していた。この点、レーザ光Ｌ１２とレーザ光Ｌ１３を異なる深さに照射し、周縁改質層Ｍ１２と周縁改質層Ｍ１３を異なる深さに形成してもよい。
また、内部面改質層Ｍ３を形成する際には、図３５に示すように第１のレーザヘッド１１０と第２のレーザヘッド５００を、処理ウェハＷの外周部において同心円上に配置する。そして、処理ウェハＷを回転させると共に、第１のレーザヘッド１１０と第２のレーザヘッド５００をそれぞれ処理ウェハＷの外周部から中心部に向けてＹ軸方向に移動させる。すなわち、第１のレーザヘッド１１０をＹ軸正方向に移動させ、第２のレーザヘッド５００をＹ軸負方向に移動させる。この処理ウェハＷの回転及びレーザヘッド１１０、５００の移動中、第１のレーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ３２を照射し、第２のレーザヘッド５００から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ３３を照射する。そうすると、レーザ光Ｌ３２によって内部面改質層Ｍ３２が形成され、レーザ光Ｌ３３によって内部面改質層Ｍ３３が形成される。内部面改質層Ｍ３２、Ｍ３３はそれぞれ螺旋状に形成され、処理ウェハＷの全面に内部面改質層Ｍ３が形成される。このように内部面改質層Ｍ３２、Ｍ３３を同時に形成することにより、内部面改質層Ｍ３を形成する時間を短縮することができ、その結果、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。
なお、以上の実施形態では、分割改質層Ｍ２の形成は、改質装置６０において他の周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ３の形成で用いられるレーザヘッド１１０を用いて形成したが、別途のレーザヘッド（図示せず）を用いてもよい。さらに改質装置６０では、周縁改質層Ｍ１、分割改質層Ｍ２、内部面改質層Ｍ３をそれぞれ、別のレーザヘッド（図示せず）を用いて形成してもよい。
例えば、上記実施形態では、接合前の処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面に未接合領域Ａｂを形成したが、接合後に未接合領域Ａｂを形成してもよい。例えば接合後、酸化膜Ｆの外周部にレーザ光を照射することで、接合強度を低下させ、未接合領域Ａｂを形成することも可能である。
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 改質装置
１００ チャック
１１０ レーザヘッド
Ｓ 支持ウェハ
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ 処理ウェハ

Claims (6)

  1. 処理基板と支持基板の表面側同士が重合した重合基板において、除去対象の前記処理基板の周縁部を除去する周縁除去装置であって、
    前記重合基板は、前記処理基板の内部に、除去対象の周縁部と中央部との境界に沿って形成された周縁改質層を有し、
    前記処理基板の裏面中央部を保持する中央保持部を備える吸着板と、
    前記吸着板を支持する支持部材と、
    前記支持部材に設けられて前記吸着板の側方に配置された、前記処理基板の周縁部を前記周縁改質層を基点として除去する周縁除去部と、を備え、
    前記周縁除去部は、前記処理基板と前記支持基板の界面に挿入される、周縁除去装置。
  2. 前記周縁除去部が、前記吸着板の周方向に沿って複数設けられる、請求項１に記載の周縁除去装置。
  3. 前記周縁除去部を水平方向に移動させる移動機構を有する、請求項１又は２のいずれか一項に記載の周縁除去装置。
  4. 前記吸着板の周縁部には、前記中央保持部よりも窪んだ窪み部が形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の周縁除去装置。
  5. 前記中央保持部には、前記処理基板の裏面中央部を吸引する吸引管が接続され、
    前記吸引管には、吸引圧力を測定する中央圧力センサが設けられる、請求項１～４のいずれか一項に記載の周縁除去装置。
  6. 処理基板と支持基板の表面側同士が重合した重合基板において、除去対象の前記処理基板の周縁部を除去する周縁除去方法であって、
    前記重合基板は、前記処理基板の内部に、除去対象の周縁部と中央部との境界に沿って形成された周縁改質層を有し、
    支持部材で支持された吸着板で前記処理基板の裏面中央部を保持することと、
    前記支持部材に設けられて前記吸着板の側方に配置された周縁除去部を、前記処理基板と前記支持基板の界面に挿入し、前記周縁改質層を基点に前記周縁部を前記処理基板から分離することと、を含む、周縁除去方法。
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