TW202040722A - 處理裝置及處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於使被處理體之薄化處理的處理量提高。 本發明之處理裝置包含：固持部，用於固持被處理體；改質部，對固持於固持部之被處理體的內部照射雷射光，而沿著面方向形成改質層；旋轉機構，使固持部與改質部相對旋轉；及移動機構，使固持部與改質部在水平方向上相對移動。該處理裝置係在「一邊藉由旋轉機構使固持於固持部之被處理體對於改質部相對旋轉，一邊從改質部對被處理體之內部周期性地照射雷射光，並進一步藉由移動機構使改質部對固持部在徑向上相對移動，而形成改質層」時，計算改質層之周向間隔成為既定臨界值時的雷射光之徑向的邊界位置，並從邊界位置起，在改質部的移動方向上，使改質層的徑向間隔縮小、及/或使雷射光的頻率降低。

Description

處理裝置及處理方法
本發明係關於一種處理裝置及處理方法。
在專利文獻1中，已揭露一種疊設型半導體裝置的製造方法。在此製造方法中，係將兩個以上的半導體晶圓加以疊設，而製造疊設型半導體裝置。此時，各半導體晶圓在疊設於其他半導體晶圓之後，係進行背面研磨以達到所期望的厚度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012－69736號公報
[發明所欲解決之問題]
依本發明之技術，係使被處理體之薄化處理的處理量提高。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣，係將被處理體加以處理的處理裝置，包含：固持部，用於固持被處理體；改質部，對固持於該固持部之被處理體的內部照射雷射光，而沿著面方向形成改質層；旋轉機構，使該固持部與該改質部相對旋轉；移動機構，使該固持部與該改質部在水平方向上相對移動；及控制部，控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構；該控制部係控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構，以在一邊藉由該旋轉機構使固持於該固持部之被處理體對於該改質部相對旋轉，一邊從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，並進一步藉由該移動機構使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，而形成該改質層時，計算該改質層之周向間隔成為既定臨界值時的該雷射光之徑向的邊界位置，且從該邊界位置起，在該改質部之移動方向上，使該改質層的徑向間隔縮小、及/或使該雷射光的頻率降低。 [發明效果]
根據本發明，可使被處理體之薄化處理的處理量提高。
在半導體器件的製程中，例如係如專利文獻1所揭露之方法般，對於在表面形成有複數電子電路等器件之半導體晶圓（以下，稱為晶圓），進行研磨加工該晶圓之背面，而薄化晶圓。
晶圓之背面的研磨加工，例如係在使研磨磨石抵接於該背面的狀態下，分別使晶圓及研磨磨石旋轉，並進一步使研磨磨石下降而進行。此情況下，研磨磨石會磨損，而必須定期更換。又，在研磨加工中，係使用研磨液，故亦必須進行其廢液處理。
為此，沿著面方向對晶圓之內部照射雷射光而形成改質層，並以該改質層為起點，將晶圓分離。此情況下，由於照射雷射光時所使用的雷射頭不容易隨時間劣化，而使消耗品變得較少，故可降低維修頻率。又，由於係使用了雷射光的乾式製程，故不需要研磨液及廢液處理。然而，在使用了此雷射光的薄化處理中，從處理量的觀點來看，尚有改善的餘地。
依本發明之技術，係縮短晶圓之薄化處理的時間而有效率地進行薄化處理。以下，參照圖面說明具備「有效率地進行薄化處理之作為依本發明之實施態樣之處理裝置的改質裝置」的晶圓處理系統、及作為處理方法的晶圓處理方法。又，在本說明書及圖面中，對於實質上具有相同功能構成的元素，係藉由賦予相同符號而省略重複說明。
首先，說明依本發明之實施態樣的晶圓處理系統之構成。圖1係示意地顯示晶圓處理系統1之概略構成的俯視圖。
如圖2及圖3所示，在晶圓處理系統1中，係對「將作為第一基板的被處理晶圓W與作為第二基板的支撐晶圓S加以接合而成之作為疊合基板的疊合晶圓T」，進行既定處理。又，在晶圓處理系統1中，係將被處理晶圓W的周緣部We去除，並進一步薄化該被處理晶圓W。以下，在被處理晶圓W中，係將與支撐晶圓S接合之面稱為表面Wa，將與表面Wa相反側的面稱為背面Wb。同樣地，在支撐晶圓S中，係將與被處理晶圓W接合的面稱為表面Sa，將與表面Sa相反側的面稱為背面Sb。又，在本發明之實施態樣中，被處理晶圓W係相當於本發明中的被處理體。
被處理晶圓W例如為矽基板等半導體晶圓，其在表面Wa形成有包含複數器件的器件層（未圖示）。又，在器件層中係進一步形成有氧化膜F，例如SiO2 膜（TEOS膜）。又，被處理晶圓W的周緣部We係進行倒角加工，故在周緣部We之剖面中，厚度會往其前端變小。又，周緣部We在邊緣修整中去除的部分，例如係從被處理晶圓W之外端部起往徑向1mm～5mm的範圍。
又，在圖2中，係為了避免圖示的複雜化，而省略氧化膜F的圖示。又，在以下說明所使用的其他圖面中，有時亦同樣地省略氧化膜F之圖示。
支撐晶圓S係支撐被處理晶圓W的晶圓，例如為矽晶圓。在支撐晶圓S的表面Sa形成有氧化膜（未圖示）。又，支撐晶圓S係作為保護被處理晶圓W之表面Wa的器件的保護材而發揮功能。又，在支撐晶圓S之表面Sa形成有複數器件的情況下，會與被處理晶圓W同樣地在表面Sa形成器件層（未圖示）。
此處，若在被處理晶圓W的周緣部We中，接合有被處理晶圓W及支撐晶圓S，則會有無法適當地去除周緣部We的疑慮。又，在被處理晶圓W與支撐晶圓S的邊界面，係形成「氧化膜F與支撐晶圓S之表面Sa接合的接合區域Aa」、及「接合區域Aa之徑向外側的區域亦即未接合區域Ab」。如此，藉由存在未接合區域Ab，可適當地去除周緣部We。又，接合區域Aa的外側端部，係位於比去除之周緣部We的內側端部更徑向外側一些。
又，未接合區域Ab例如係在接合前形成。亦即，在接合前，於氧化膜F的外周部，對支撐晶圓S的表面Sa進行使接合強度降低的處理。具體而言，可將外周部的表層進行拋光或濕蝕刻等而去除。或是，亦可將外周部的表面加以疏水化，亦能以雷射使表面粗糙化。
又，未接合區域Ab例如亦可在接合後形成。例如，亦可在接合後，藉由對氧化膜F的外周部照射雷射光，而使支撐晶圓S之表面Sa的接合強度降低。
如圖1所示，晶圓處理系統1具有將搬入搬出站2與處理站3一體地連接的構成。搬入搬出站2例如，在與外部之間，將可收納複數疊合晶圓T的晶圓匣盒Ct搬入搬出。處理站3具備對疊合晶圓T實施既定處理的各種處理裝置。
在搬入搬出站2設有晶圓匣盒載置台10。在圖示的例子中，係將複數例如三個晶圓匣盒Ct，在Y軸方向上呈一列地自由載置於晶圓匣盒載置台10。又，載置於晶圓匣盒載置台10的晶圓匣盒Ct之個數，並不限定於本發明之實施態樣，而可任意設定。
在搬入搬出站2中，係於晶圓匣盒載置台10的X軸負方向側，與該晶圓匣盒載置台10鄰接而設有晶圓搬運裝置20。晶圓搬運裝置20係在沿Y軸方向延伸之搬運路徑21上移動自如。又，晶圓搬運裝置20係固持並搬運疊合晶圓T，其例如具有兩個搬運臂22、22。各搬運臂22可在水平方向上、垂直方向上、繞著水平軸及繞著垂直軸而移動自如。又，搬運臂22的構成並不限定於本發明之實施態樣，可採取任意之構成。又，晶圓搬運裝置20可對晶圓匣盒載置台10的晶圓匣盒Ct、及後述移轉裝置30，搬運疊合晶圓T。
在搬入搬出站2中，係於晶圓搬運裝置20的X軸負方向側，與該晶圓搬運裝置20鄰接而設有用於傳遞疊合晶圓T的移轉裝置30。
在處理站3中，例如設有三個處理區塊G1～G3。第一處理區塊G1、第二處理區塊G2及第三處理區塊G3，係從X軸正方向側（搬入搬出站2側）往負方向側依此順序並列配置。
在第一處理區塊G1中，設有蝕刻裝置40、清洗裝置41及晶圓搬運裝置50。蝕刻裝置40與清洗裝置41係疊設配置。又，蝕刻裝置40與清洗裝置41的數量或配置並不限定於此。例如，蝕刻裝置40與清洗裝置41亦可分別在X軸方向上延伸，並在俯視觀察下，排列成並列而載置。再者，該等蝕刻裝置40與清洗裝置41亦可各自疊設。
蝕刻裝置40係將「藉由後述加工裝置80研磨後之被處理晶圓W的背面Wb」，進行蝕刻處理。例如，對背面Wb供給化學藥液（蝕刻液），並將該背面Wb加以濕蝕刻。化學藥液例如係使用HF、HNO3 、H3 PO4 、TMAH、Choline、KOH等。
清洗裝置41係將「藉由後述加工裝置80研磨後之被處理晶圓W的背面Wb」加以清洗。例如，使刷具抵接於背面Wb，而將該背面Wb刷擦清洗。又，在背面Wb的清洗中，亦可使用加壓後的清洗液。又，清洗裝置41亦可包含將支撐晶圓S之背面Sb與被處理晶圓W之背面Wb一起清洗的構成。
晶圓搬運裝置50例如係相對於蝕刻裝置40與清洗裝置41而配置於Y軸負方向側。晶圓搬運裝置50係固持並搬運疊合晶圓T，其例如具有兩個搬運臂51、51。各搬運臂51可在水平方向上、垂直方向上、繞著水平軸及繞著垂直軸而移動自如。又，搬運臂51之構成並不限定於本發明之實施態樣，可採取任意之構成。又，晶圓搬運裝置50可對移轉裝置30、蝕刻裝置40、清洗裝置41及後述改質裝置60，搬運疊合晶圓T。
在第二處理區塊G2中，設有改質裝置60及晶圓搬運裝置70。又，改質裝置60的數量或配置並不限定於本發明之實施態樣，亦可將複數改質裝置60疊設配置。
改質裝置60係對被處理晶圓W的內部照射雷射光，而形成周緣改質層及內部面改質層。改質裝置60的具體構成會在之後敘述。
晶圓搬運裝置70例如係相對於改質裝置60而配置於Y軸正方向側。晶圓搬運裝置70係固持並搬運疊合晶圓T，其例如具有兩個搬運臂71、71。各搬運臂71係受到多關節之臂部構件72支撐，並可在水平方向上、垂直方向上、繞著水平軸及繞著垂直軸而移動自如。搬運臂71的具體構成會在之後敘述。又，晶圓搬運裝置70可對清洗裝置41、改質裝置60、及後述加工裝置80，搬運疊合晶圓T。
在第三處理區塊G3中，設有加工裝置80。又，加工裝置80的數量或配置並不限定於本發明之實施態樣，亦可任意配置複數加工裝置80。
加工裝置80係研磨被處理晶圓W的背面Wb。接著，在形成有內部面改質層的背面Wb中，去除該內部面改質層，並進一步去除周緣改質層。
加工裝置80具有旋轉台81。旋轉台81係藉由旋轉機構（未圖示），而以垂直之旋轉中心線82為中心旋轉自如。在旋轉台81上，設有兩個吸附固持疊合晶圓T的夾頭83。夾頭83係均等地配置於和旋轉台81同一圓周上。兩個夾頭83可藉由旋轉台81旋轉，而移動至傳遞位置A0及加工位置B0又，兩個夾頭83可分別藉由旋轉機構（未圖示）而繞著垂直軸旋轉。
在傳遞位置A0中，係進行疊合晶圓T的傳遞。在加工位置B0配置有研磨單元84。在研磨單元84中，係研磨被處理晶圓W之背面Wb。研磨單元84包含研磨部85，其具備有呈環狀形狀且旋轉自如之研磨磨石（未圖示）。又，研磨部85可沿著支柱86而在垂直方向上移動。又，在使固持於夾頭83的被處理晶圓W之背面Wb抵接於研磨磨石的狀態下，使夾頭83與研磨磨石分別旋轉，而研磨背面Wb。
在以上的晶圓處理系統1中，設有作為控制部的控制裝置90。控制裝置90例如為電腦，並具有程式儲存部（未圖示）。在程式儲存部中，儲存有控制晶圓處理系統1中之疊合晶圓T之處理的程式。又，在程式儲存部中，亦儲存有用於控制上述各種處理裝置及搬運裝置等驅動系統之動作，而使晶圓處理系統1中之後述晶圓處理實現的程式。又，上述程式可記錄於電腦可讀取之記錄媒體H，亦可從該記錄媒體H安裝至控制裝置90。
接著，說明上述改質裝置60。圖4係顯示改質裝置60之概略構成的俯視圖。圖5係顯示改質裝置60之概略構成的側視圖。
改質裝置60包含作為固持部的夾頭100，其以頂面固持疊合晶圓T。夾頭100係在被處理晶圓W被配置於上側且支撐晶圓S被配置於下側的狀態下，吸附固持該支撐晶圓S。夾頭100係經由空氣軸承101，而支撐於滑台102。在滑台102的底面側，設有旋轉機構103。旋轉機構103例如內建有馬達作為驅動源。夾頭100係藉由旋轉機構103並經由空氣軸承101，而繞著垂直軸旋轉自如。滑台102係藉由設於其底面側的移動機構104，而可沿著設於基座106且在Y軸方向上延伸之軌道105移動。又，移動機構104的驅動源並無特別限定，但例如係使用線性馬達。
在夾頭100的上方，設有作為改質部的雷射頭110。雷射頭110具有透鏡111。透鏡111係設於雷射頭110之底面的筒狀構件，並將雷射光照射至固持於夾頭100之被處理晶圓W。
雷射頭110係將「由雷射光振盪器（未圖示）振盪後的高頻脈衝式雷射光」，且「對被處理晶圓W具有透射性之波長的雷射光」，聚光而照射於被處理晶圓W之內部的既定位置。藉此，可將被處理晶圓W之內部中雷射光所聚光的部分改質，並形成周緣改質層及內部面改質層。
雷射頭110係受到支撐構件112支撐。雷射頭110係藉由升降機構114，而沿著在垂直方向上延伸之軌道113升降自如。又，雷射頭110係藉由移動機構115而在Y軸方向上移動自如。又，升降機構114及移動機構115係分別受到支撐柱116支撐。
在夾頭100的上方且雷射頭110的Y軸正方向側，設有微距相機120與顯微相機121。例如，微距相機120與顯微相機121係一體地構成，並且微距相機120係配置於顯微相機121的Y軸正方向側。微距相機120與顯微相機121係藉由升降機構122而升降自如，並進一步藉由移動機構123而在Y軸方向上移動自如。
微距相機120係拍攝被處理晶圓W（疊合晶圓T）的外側端部。微距相機120例如具備同軸透鏡，並照射可見光例如紅光，且進一步接收來自對象物的反射光。另外，例如，微距相機120的拍攝倍率為兩倍。
顯微相機121係拍攝被處理晶圓W的周緣部，並拍攝接合區域Aa與未接合區域Ab的邊界。顯微相機121例如具備同軸透鏡，並照射紅外光線（IR光），且進一步接收來自對象物的反射光。另外，例如，顯微相機121的拍攝倍率為十倍，視野相對於微距相機120而言約為1/5，像素大小相對於微距相機120而言約為1/5。
接著，說明上述晶圓搬運裝置70的搬運臂71。圖6係顯示搬運臂71之概略構成的縱剖面圖。
搬運臂71包含圓板狀的吸附板130，其具有大於疊合晶圓T的直徑。在吸附板130的底面，設有固持被處理晶圓W之背面Wb的固持部140。
固持部140係與抽吸被處理晶圓W之抽吸管141連接，並且抽吸管141例如係與真空泵等抽吸機構142連通。在抽吸管141中，設有測量抽吸壓力的壓力感測器143。壓力感測器143之構成為任意構成，例如可採用隔膜型的壓力計。
在吸附板130的頂面，設有使該吸附板130繞著垂直軸旋轉的旋轉機構150。旋轉機構150係受到支撐構件151支撐。又，支撐構件151（旋轉機構150）係受到臂部構件72支撐。
接著，說明使用如上述般構成之晶圓處理系統1而進行之晶圓處理。圖7係顯示晶圓處理之主要步驟的流程圖。圖8係晶圓處理之主要步驟的說明圖。又，在本發明之實施態樣中，係於晶圓處理系統1之外部的接合裝置（未圖示）中，接合被處理晶圓W與支撐晶圓S，而預先形成疊合晶圓T。
首先，收納有複數圖8（a）所示之疊合晶圓T之晶圓匣盒Ct，係載置於搬入搬出站2的晶圓匣盒載置台10。
接著，藉由晶圓搬運裝置20取出晶圓匣盒Ct內的疊合晶圓T，並搬運至移轉裝置30。接著，藉由晶圓搬運裝置50取出移轉裝置30的疊合晶圓T，並搬運至改質裝置60。如圖8（b）所示，在改質裝置60中，係於被處理晶圓W之內部形成周緣改質層M1（圖7的步驟A1），並進一步如圖8（c）所示，形成內部面改質層M2（圖7的步驟A2）。周緣改質層M1係在邊緣修整中作為去除周緣部We時的基點。內部面改質層M2係作為用於薄化被處理晶圓W的基點。
在改質裝置60中，首先，從晶圓搬運裝置50搬入疊合晶圓T，並將其固持於夾頭100。接著，使夾頭100移動至微距對準位置。微距對準位置係微距相機120可拍攝被處理晶圓W之外側端部的位置。
接著，藉由微距相機120，拍攝被處理晶圓W之周向360度的外側端部之影像。拍攝到之影像係從微距相機120輸出至控制裝置90。
在控制裝置90中，係根據微距相機120的影像，而計算夾頭100之中心Cc與被處理晶圓W之中心Cw的第一偏心量。再者，在控制裝置90中，係基於第一偏心量而計算夾頭100的移動量，以修正該第一偏心量的Y軸分量。夾頭100係基於此計算出之移動量，而在Y軸方向上移動，並使夾頭100移動至顯微對準位置。顯微對準位置係顯微相機121可拍攝被處理晶圓W之周緣部的位置。此處，如上所述，由於顯微相機121的視野相對於微距相機120而言較小，約為1/5，故若不修正第一偏心量的Y軸分量，則有時被處理晶圓W的周緣部不會進入顯微相機121的視角，而無法以顯微相機121進行拍攝。因此，基於第一偏心量之Y軸分量的修正，亦可謂係為了使夾頭100移動至顯微對準位置。
接著，藉由顯微相機121，拍攝被處理晶圓W之周向360度的接合區域Aa與未接合區域Ab之邊界。拍攝到的影像係從顯微相機121輸出至控制裝置90。
在控制裝置90中，係根據顯微相機121的影像，而計算夾頭100之中心Cc與接合區域Aa之中心Ca的第二偏心量。再者，在控制裝置90中，係基於第二偏心量而決定夾頭100相對於周緣改質層M1的位置，以使接合區域Aa的中心與夾頭100的中心一致。
接著，如圖9及圖10所示，從雷射頭110照射雷射光L1（周緣用雷射光L1），而在被處理晶圓W之周緣部We與中央部Wc的邊界形成周緣改質層M1（圖7的步驟A1）。周緣改質層M1係形成於比接合區域Aa的外側端部更徑向內側的位置。
藉由上述雷射光L1而形成的周緣改質層M1之下端，係位於比薄化後之被處理晶圓W的目標表面（圖9中之點線）更上方的位置。亦即，周緣改質層M1的下端與被處理晶圓W的表面Wa之間的距離H1，係大於薄化後之被處理晶圓W的目標厚度H2。此情況下，在薄化後的被處理晶圓W中，不會殘留周緣改質層M1。又，在被處理晶圓W的內部中，來自周緣改質層M1的裂縫C1僅延展至表面Wa，並未到達背面Wb。
在步驟A1中，係配合由控制裝置90所決定之夾頭100的位置，而在藉由旋轉機構103使夾頭100旋轉的同時，藉由移動機構104使夾頭100在Y軸方向上移動，以使接合區域Aa的中心與夾頭100的中心一致。此時，係使夾頭100同步進行旋轉與在Y軸方向上的移動。
又，如此一邊使夾頭100（被處理晶圓W）旋轉及移動，一邊從雷射頭110對被處理晶圓W之內部照射雷射光L1。亦即，一邊修正第二偏心量，一邊形成周緣改質層M1。如此一來，周緣改質層M1會與接合區域Aa同心圓狀地形成為環狀。因此，其後，能以周緣改質層M1為基點而適當地去除周緣部We。
又，在本例中，當第二偏心量具備X軸分量時，係一邊使夾頭100在Y軸方向上移動，一邊使夾頭100旋轉，而修正該X軸分量。另一方面，在第二偏心量未具備X軸分量的情況下，可使夾頭100不旋轉，而僅在X軸方向上移動。
接著，如圖11及圖12所示，從雷射頭110照射雷射光L2（內部面用雷射光L2），而沿著面方向形成內部面改質層M2（圖7的步驟A2）。又，圖12所示之黑色箭頭係顯示夾頭100的旋轉方向。
內部面改質層M2的下端，係位於比薄化後之被處理晶圓W的目標表面（圖11中的點線）稍微上方的位置。亦即，內部面改質層M2的下端與被處理晶圓W的表面Wa之間的距離H3，係稍微大於薄化後之被處理晶圓W的目標厚度H2。又，在被處理晶圓W的內部，裂縫C2係從內部面改質層M2往面方向延展。裂縫C2僅延展至周緣改質層M1的內側。
在步驟A2中，係一邊使夾頭100（被處理晶圓W）旋轉一周（360度），一邊從雷射頭110對被處理晶圓W之內部照射雷射光L2，而形成環狀的內部面改質層M2。其後，使雷射頭110往被處理晶圓W之徑向內側（Y軸方向）移動。將該等環狀的內部面改質層M2之形成、及雷射頭110往徑向內側之移動重複進行，而在面方向上形成內部面改質層M2。又，關於在此步驟A2中的內部面改質層M2之形成方法的細節，係在之後敘述。
又，本發明之實施態樣在形成內部面改質層M2時，係使雷射頭110在Y軸方向上移動，但亦可使夾頭100在Y軸方向上移動。又，在形成內部面改質層M2時，係使夾頭100旋轉，但亦可使雷射頭110移動，而使雷射頭110對夾頭100相對旋轉。
接著，當在被處理晶圓W形成內部面改質層M2後，係藉由晶圓搬運裝置70搬出疊合晶圓T。
接著，疊合晶圓T係藉由晶圓搬運裝置70搬運至加工裝置80。在加工裝置80中，首先，如圖8（d）所示，在從搬運臂71將疊合晶圓T傳遞至夾頭83時，係以周緣改質層M1與內部面改質層M2為基點，將被處理晶圓W之背面Wb側（以下，稱為背面晶圓Wb1）分離（圖7的步驟A3）。此時，亦從被處理晶圓W去除周緣部We。
如圖13（a）所示，在步驟A3中，係一邊以搬運臂71之吸附板130吸附固持被處理晶圓W，一邊以夾頭83吸附固持支撐晶圓S。又，使吸附板130旋轉，而以周緣改質層M1與內部面改質層M2為邊界切除背面晶圓Wb1。其後，如圖13（b）所示，在吸附板130吸附固持背面晶圓Wb1的狀態下，使該吸附板130升高，而將背面晶圓Wb1從被處理晶圓W分離。此時，藉由以壓力感測器143測量抽吸背面晶圓Wb1的壓力，而偵測背面晶圓Wb1之有無，可確認是否已將背面晶圓Wb1從被處理晶圓W分離。又，分離之背面晶圓Wb1係回收至晶圓處理系統1之外部。如上所述，在步驟A3中，背面晶圓Wb1係與周緣部We一體地分離，亦即，周緣部We的去除與被處理晶圓W的分離係同時進行。
又，在本發明之實施態樣中，係在使吸附板130旋轉後，再使吸附板130升高而分離被處理晶圓W，但亦可省略吸附板130的旋轉，僅藉由吸附板130的上升而分離被處理晶圓W。
接著，使夾頭83移動至加工位置B0。又，如圖8（e）所示，藉由研磨單元84研磨固持於夾頭83之被處理晶圓W的背面Wb，以去除殘留於該背面Wb的內部面改質層M2及周緣改質層M1（圖7的步驟A4）。在步驟A4中，係在使研磨磨石抵接於背面Wb的狀態下，分別使被處理晶圓W與研磨磨石旋轉，而研磨背面Wb。另外，其後，亦可使用清洗液噴嘴（未圖示），而藉由清洗液清洗被處理晶圓W的背面Wb。
接著，疊合晶圓T係藉由晶圓搬運裝置70搬運至清洗裝置41。在清洗裝置41中，係將被處理晶圓W之研磨面亦即背面Wb刷擦清洗（圖7的步驟A5）。又，在清洗裝置41中，亦可將支撐晶圓S的背面Sb與被處理晶圓W的背面Wb一起清洗。
接著，疊合晶圓T係藉由晶圓搬運裝置50搬運至蝕刻裝置40。在蝕刻裝置40中，係藉由化學藥液濕蝕刻被處理晶圓W的背面Wb（圖7的步驟A6）。在藉由上述加工裝置80研磨後之背面Wb中，有時會形成研磨痕。在本步驟A6中，可藉由進行濕蝕刻而去除研磨痕，並可將背面Wb平滑化。
其後，實施完所有處理的疊合晶圓T係藉由晶圓搬運裝置50搬運至移轉裝置30，並進一步藉由晶圓搬運裝置20搬運至晶圓匣盒載置台10的晶圓匣盒Ct。如此一來，晶圓處理系統1中之一系列的晶圓處理便結束。
又，在上述實施態樣中於步驟A3中將被處理晶圓W分離後，內部面改質層M2與周緣改質層M1的去除係在步驟A4中藉由研磨被處理晶圓W的背面Wb而進行，但亦可藉由步驟A6中的濕蝕刻進行。此情況下，可省略步驟A4。
又，若在步驟A4中，研磨被處理晶圓W的背面Wb而去除內部面改質層M2與周緣改質層M1，則亦可省略步驟A6中的濕蝕刻。
接著，使用圖14～圖16詳細說明步驟A2中的內部面改質層M2之形成方法。在步驟A2中，係如上述般在徑向上形成複數環狀的內部面改質層M2，但在以下的說明中，有時為了方便說明，會將各環稱為加工線。又，如圖11及圖12所示，將在加工線上鄰接之內部面改質層M2在周向上的間隔稱為周向間隔P（脈衝間距），將在徑向上鄰接之加工線間的間隔稱為徑向間隔Q（定位間距）。
此處，本案發明人係針對縮短步驟A2之處理時間，並提高生產率此點進行探討。若要縮短步驟A2的處理時間，只要使每單位時間的雷射光L2之照射次數增加即可，但在提高從雷射頭110照射之雷射光L2的頻率方面，亦具有界限。
又，本案發明人係針對藉由使圖11及圖12所示之周向間隔P及徑向間隔Q變大，而使雷射光L2的照射次數（內部面改質層M2的數量）減少此點進行探討。為了在步驟A3中將背面晶圓Wb1從被處理晶圓W適當地分離（剝離），必須使作為該分離之基點的裂縫C2適當地延展。例如，若周向間隔P過大，則來自在周向上鄰接之內部面改質層M2的裂縫C2會無法連接。同樣地，若徑向間隔Q過大，則來自在徑向上鄰接之內部面改質層M2的裂縫C2亦會無法連接。又，本案發明人深入進行探討後的結果，就一例而言，在雷射光L2的能量為18.5μJ時，只要周向間隔P為15μm、徑向間隔Q為30μm，則裂縫C2會適當地延展，並可使被處理晶圓W分離。
另一方面，在被處理晶圓W的中心部，有時會無法適當地分離背面晶圓Wb1。例如，為了在雷射光L2的頻率為固定的條件下，將周向間隔P維持於固定，必須隨著雷射光L2的照射位置從徑向外側往內側移動，而使夾頭100的旋轉速度升高。然而，若夾頭100的旋轉速度達到上限，則隨著雷射光L2的照射位置往徑向內側移動，周向間隔P會變小，有時在中心部中，內部面改質層M2會重疊在同一加工線上。因此，有時會無法分離被處理晶圓W之中心部。
進一步詳細說明無法分離被處理晶圓W之中心部的原因。若藉由雷射光L2的照射而形成內部面改質層M2，則該內部面改質層M2會膨脹。藉由此膨脹時產生的應力，而形成裂縫C2。然而，例如，當內部面改質層M2重疊時，由於會對第一個內部面改質層M2，照射下一次的（第二次的）雷射光L2，因此裂縫C2難以在徑向上延展。又例如，即使在內部面改質層M2並未重疊的情況下，周向間隔P小於既定臨界值時，亦會對從第一個內部面改質層M2延展之裂縫C2，照射下一次的（第二次的）雷射光L2。此情況下，由於會對已經釋放應力的裂縫C2照射雷射光L2，因此裂縫C2亦難以在徑向上延展。如上所述，由於無法在被處理晶圓W的中心部中使裂縫C2適當地延展，故有時無法分離該中心部。
又，本案發明人思及以下兩個方法，作為用於使被處理晶圓W之中心部分離的方法。
第一個方法，係在被處理晶圓W的中心部中，使徑向間隔Q縮小的方法。如上所述，即使從各內部面改質層M2往徑向延展之裂縫C2的長度變得較短，但只要能連接來自在徑向鄰接之內部面改質層M2之裂縫C2即可。為此，使徑向間隔Q縮小。
第二個方法，係使從雷射頭110照射之雷射光L2之頻率降低的方法。此情況下，可將周向間隔P維持在既定臨界值以上，其結果，可從各內部面改質層M2使裂縫C2適當地延展。周向間隔P的既定臨界值，係由雷射光L2的能量決定。例如，當雷射光L2的能量為18.5μJ時，既定臨界值為7.5μm。
如以上所述，為了在整個晶圓面內形成內部面改質層M2，必須使裂縫C2適當地延展。為了滿足此裂縫C2的條件，在本發明之實施態樣中，係於步驟A2中形成內部面改質層M2時，進行以下第一步驟A21～第三步驟A23。又，在本發明之實施態樣中，例如從雷射頭110照射之雷射光L2的能量為18.5μJ，雷射光L2的頻率為180kHz。
圖14係第一步驟A21的說明圖。在第一步驟A21中，係在從被處理晶圓W之端部到第一邊界位置B1的第一區域R1中，形成內部面改質層M2。
在第一步驟A21中，為了將周向間隔P固定地維持在既定臨界值（例如7.5μm）以上之第一周向間隔P1（例如15μm），係使夾頭100的旋轉速度隨著使雷射頭110往徑向內側移動而升高。雷射頭110係移動至雷射光L2的照射位置到達第一邊界位置B1為止。此第一邊界位置B1係夾頭100的旋轉速度達到最大旋轉速度（例如1200rpm）的位置。
第一邊界位置B1能以計算求之。例如，當雷射光L2的頻率為180kHz、夾頭100的最大旋轉速度為1200rpm，且將第一周向間隔P1固定地維持於15μm時，第一邊界位置B1係計算為從中心起往徑向43.2mm的位置。亦即，用於維持第一周向間隔P1亦即15μm的旋轉速度，可根據雷射光L2的徑向位置而加以計算，並將該計算出之旋轉速度達到最大旋轉速度位置設為第一邊界位置B1。又，第一邊界位置B1係在進行晶圓處理前預先進行計算。
又，在第一步驟A21中，徑向間隔Q係第一徑向間隔Q1（例如30μm）。
圖15係第二步驟A22的說明圖。在第二步驟A22中，係在從第一邊界位置B1到第二邊界位置B2的第二區域R2中，形成內部面改質層M2。
在第二區域R2中，即使將夾頭100的旋轉速度維持在最大旋轉速度（例如1200rpm），但周向間隔P亦會隨著使雷射頭110往徑向內側移動，而變得小於第一周向間隔P1（例如15μm）。但是，如上所述，在周向間隔P達到既定臨界值亦即第二周向間隔P2（例如7.5μm）為止，均可使裂縫C2延展。又，在第二步驟A22中，係一邊使夾頭100以最大旋轉速度旋轉，一邊使雷射頭110移動至雷射光L2的照射位置到達第二邊界位置B2為止。此第二邊界位置B2係周向間隔P達到第二周向間隔P2的位置。
第二邊界位置B2能以計算求之。例如，在雷射光L2的頻率為180kHz，且夾頭100的最大旋轉速度為1200rpm時，第二邊界位置B2係計算為從中心起往徑向22mm的位置。亦即，周向間隔P可根據雷射光L2的徑向位置而加以計算，並將該計算出之周向間隔P達到第二周向間隔P2的位置設為第二邊界位置B2。換言之，第二邊界位置B2係以「變更夾頭100的旋轉速度與周向間隔P之關係，而使該周向間隔P成為第二周向間隔P2」的方式來加以計算出之位置。又，第二邊界位置B2係在進行晶圓處理前預先進行計算。
又，在第二步驟A22中，徑向間隔Q亦第一步驟A21相同，為第一徑向間隔Q1（例如30μm）。
圖16係第三步驟A23的說明圖。在第三步驟A23中，係在比第二邊界位置B2更徑向內側的第三區域R3中，形成內部面改質層M2。
在第三步驟A23中，係如上述般進行使徑向間隔Q縮小（第一個方法），或是進行使雷射光L2的頻率降低（第二個方法）。或是，亦可進行該等兩者。
接著，說明第一個方法。在使徑向間隔Q縮小時，係使第一區域R1與第二區域R2的第一徑向間隔Q1亦即例如為30μm縮小至第二徑向間隔Q2亦即例如為10μm～15μm。此情況下，即便使周向間隔P變小，而使從各內部面改質層M2往徑向延展之裂縫C2的長度變短，亦可連接來自在徑向上鄰接之內部面改質層M2的裂縫C2。從而，亦可適當地分離被處理晶圓W的中心部。又，關於要使徑向間隔Q縮小多少，只要以可分離被處理晶圓W之中心部的方式預先設定即可。
接著，說明第二個方法。在使從雷射頭110照射之雷射光L2的頻率降低時，可將周向間隔P維持在第一周向間隔P1。此情況下，可從各內部面改質層M2使裂縫C2適當地延展。從而，亦可適當地分離被處理晶圓W的中心部。又，關於要使雷射光L2的頻率降低多少，只要以可分離被處理晶圓W之中心部的方式預先設定即可。
此處，若使徑向間隔Q縮小，則形成內部面改質層M2的數量會相應增加，並且處理時間會變長。又，即使係使雷射光L2的頻率降低，形成內部面改質層M2的數量亦會增加，並且處理時間亦會變長。關於此點，在本發明之實施態樣中，可將使徑向間隔Q縮小的時間點，或是使雷射光L2之頻率降低的時間點，設定為雷射光L2到達第二邊界位置B2的時間點，而將第三區域R3最小化。從而，可縮短處理時間，並使生產率提高。
根據以上實施態樣，係在第三步驟A23中，使徑向間隔Q縮小、及/或使雷射光L2的頻率降低（維持周向間隔P）。其結果，在第三區域R3中，可使裂縫C2適當地延展，並可從被處理晶圓W適當地分離背面晶圓Wb1。
在第一步驟A21中，由於使周向間隔P及徑向間隔Q盡可能地變大，故可縮短處理時間。又，在第二步驟A22中，雖然為了使夾頭100的旋轉速度達到最大旋轉速度，而使周向間隔P變小，但由於分別維持住徑向間隔Q及雷射光L2的頻率，故可將處理時間變長之情形抑制在最小限度。再者，在第三步驟A23中，雖然處理時間會為了優先使裂縫C2適當地延展而變長相應之時間，但由於將第三區域R3最小化，故仍可將處理時間變長之情形抑制在最小限度。從而，可縮短處理時間使處理量提高，而進一步使生產率提高。
又，在被處理晶圓W中，裂縫C2之延展的容易度會因為矽的晶向而有所不同，延展的長度亦不固定。即使如此般裂縫C2的延展長度有所不同，只要使用本發明之實施態樣的方法，便可適當地連接裂縫C2。
在以上實施態樣中，係於步驟A2中形成複數之環狀的內部面改質層M2，但亦可例如圖17所示，從徑向外側往內側螺旋狀地形成內部面改質層M2。具體而言，係一邊使夾頭100（被處理晶圓W）旋轉，並同時使雷射頭110在Y軸方向上從被處理晶圓W之徑向外側往內側移動，一邊從雷射頭110對被處理晶圓W之內部照射雷射光L2。
即使在此情況下，亦與上述實施態樣同樣地，預先求取出第一邊界位置B1與第二邊界位置B2，並在第一區域R1～第三區域R3中，依序進行第一步驟A21～第三步驟A23。如此一來，便可享有與上述實施態樣相同的效果。
又，在以上實施態樣中，係於步驟A2中從徑向外側往內側形成內部面改質層M2，但亦可從徑向內側往外側而形成。亦即，亦可一邊使雷射頭110在Y軸方向上從被處理晶圓W的徑向內側往外側移動，一邊從雷射頭110對被處理晶圓W之內部照射雷射光L2。即使在此情況下，亦可在徑向外側的區域中，藉由使徑向間隔Q縮小、及/或使雷射光L2的頻率降低（維持周向間隔P），而使裂縫C2適當地延展，並可從被處理晶圓W適當分離背面晶圓Wb1。
又，在以上實施態樣中，係將周緣部We的去除與被處理晶圓W的分離同時進行，但亦可各別進行該等處理。此情況下，在晶圓處理系統1中，去除周緣部We的周緣去除裝置（未圖示）例如係與改質裝置60疊設而設置。藉由周緣去除裝置去除周緣部We的方法並無特別限定，但例如亦可對周緣部賦予物理上的衝擊而去除。
在以上實施態樣中，係說明將被處理晶圓W與支撐晶圓S直接接合的情況，但該等被處理晶圓W與支撐晶圓S亦可經由黏接劑而接合。
又，在以上實施態樣中，係說明將疊合晶圓T中的被處理晶圓W加以薄化的情況，但將一片晶圓加以薄化的情況亦可應用上述實施態樣。例如，亦可對一片晶圓進行完薄化處理後，再與支撐晶圓S接合而形成疊合晶圓T。
又，在以上實施態樣中，係以被處理體為矽基板的情況為例子進行說明，但被處理體的種類並不限定於此。例如，亦可選擇玻璃基板、單晶基板、多晶基板或是非晶基板等代替矽基板作為被處理體。又例如，亦可選擇鑄錠、基材或是薄板等代替基板作為被處理體。
應了解到，本次所揭露之實施態樣其所有的內容僅為例示並非限制。上述實施態樣只要在不脫離附加之申請專利範圍及其主旨的情況下，亦能以各式各樣的形態進行省略、替換、變更。
1:晶圓處理系統 2:搬入搬出站 3:處理站 10:晶圓匣盒載置台 20,50,70:晶圓搬運裝置 21:搬運路徑 22,51,71:搬運臂 30:移轉裝置 40:蝕刻裝置 41:清洗裝置 60:改質裝置 72:臂部構件 80:加工裝置 81:旋轉台 82:旋轉中心線 83,100:夾頭 84:研磨單元 85:研磨部 86:支柱 90:控制裝置 101:空氣軸承 102:滑台 103,150:旋轉機構 104,115,123:移動機構 105,113:軌道 106:基座 110:雷射頭 111:透鏡 112,151:支撐構件 114,122:升降機構 116:支撐柱 120:微距相機 121:顯微相機 130:吸附板 140:固持部 141:抽吸管 142:抽吸機構 143:壓力感測器 Aa:接合區域 Ab:未接合區域 A0:傳遞位置 A1~A6,A21~A23:步驟 B0:加工位置 B1:第一邊界位置 B2:第二邊界位置 Ca,Cc,Cw:中心 Ct:晶圓匣盒 C1,C2:裂縫 G1:第一處理區塊 G2:第二處理區塊 G3:第三處理區塊 F:氧化膜 H:記錄媒體 H1,H3:距離 H2:目標厚度 L1,L2:雷射光 M1:周緣改質層 M2:內部面改質層 P:周向間隔 P1:第一周向間隔 P2:第二周向間隔 Q:徑向間隔 Q1:第一徑向間隔 Q2:第二徑向間隔 R1:第一區域 R2:第二區域 R3:第三區域 S:支撐晶圓 Sa,Wa:表面 T:疊合晶圓 W:被處理晶圓 Wb1:背面晶圓 Sb,Wb:背面 Wc:中央部 We:周緣部
圖1係示意地顯示依本發明之實施態樣之晶圓處理系統之概略構成的俯視圖。 圖2係顯示疊合晶圓之概略構成的側視圖。 圖3係顯示疊合晶圓之一部分之概略構成的側視圖。 圖4係顯示改質裝置之概略構成的俯視圖。 圖5係顯示改質裝置之概略構成的側視圖。 圖6係顯示搬運臂之概略構成的縱剖面圖。 圖7係顯示依本發明之實施態樣之晶圓處理之主要步驟的流程圖。 圖8（a）～（e）係顯示依本發明之實施態樣之晶圓處理之主要步驟的說明圖。 圖9係顯示在被處理晶圓形成周緣改質層之態樣的說明圖。 圖10係顯示在被處理晶圓形成有周緣改質層之態樣的說明圖。 圖11係顯示在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。 圖12係顯示在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。 圖13（a）～（b）係顯示將背面晶圓從被處理晶圓分離之態樣的說明圖。 圖14係顯示在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。 圖15係顯示在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。 圖16係顯示在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。 圖17係顯示在另一實施態樣中，在被處理晶圓形成內部面改質層之態樣的說明圖。
B1:第一邊界位置
B2:第二邊界位置
M2:內部面改質層
P2:第二周向間隔
Q2:第二徑向間隔
R1:第一區域
R2:第二區域
R3:第三區域
W:被處理晶圓

Claims (14)

  1. 一種處理裝置，係用於將被處理體加以處理，其包含： 固持部，用於固持被處理體； 改質部，對固持於該固持部之被處理體的內部照射雷射光，而沿著面方向形成改質層； 旋轉機構，使該固持部與該改質部相對旋轉； 移動機構，使該固持部與該改質部在水平方向上相對移動；及 控制部，控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構； 該控制部係控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構，而在一邊藉由該旋轉機構使固持於該固持部之被處理體對該改質部相對旋轉，一邊從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，並進一步藉由該移動機構使該改質部對該固持部在徑向上相對移動，而形成該改質層時，計算該改質層之周向間隔成為既定臨界值時的該雷射光之徑向的邊界位置，並從該邊界位置起，在該改質部的移動方向上，使該改質層的徑向間隔縮小、及/或使該雷射光的頻率降低。
  2. 如請求項1所述之處理裝置，其中， 該控制部係控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構，而執行以下步驟： 使該固持部對於該改質部的相對旋轉速度，隨著使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動而升高至最大旋轉速度，以使該改質層的周向間隔固定； 一邊使該固持部以該最大旋轉速度對於該改質部相對旋轉，一邊使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，直到該雷射光到達該邊界位置為止；及 從該邊界位置起，在該改質部的移動方向上，使該改質層的徑向間隔縮小、及/或使該雷射光的頻率降低。
  3. 如請求項1或2所述之處理裝置，其中， 該控制部係將變更該固持部對於該改質部之相對旋轉速度與該改質層之周向間隔的關係，而使得該改質層之周向間隔成為該既定臨界值時的該雷射光之徑向位置，計算為該邊界位置。
  4. 如請求項1或2所述之處理裝置，其中， 該既定臨界值係根據該雷射光的能量而決定。
  5. 如請求項1或2所述之處理裝置，其中， 該控制部係控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構，以一邊使固持於該固持部之被處理體對於該改質部相對旋轉一周，一邊從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，而形成環狀的該改質層， 其後，使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動， 並重複進行該環狀之改質層的形成與該改質部在徑向上之移動，而在面方向上形成該改質層。
  6. 如請求項1或2所述之處理裝置，其中， 該控制部係控制該固持部、該改質部、該旋轉機構及該移動機構，以一邊使固持於該固持部之被處理體對於該改質部相對旋轉，一邊使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，並同時從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，而在該改質部的移動方向上形成螺旋狀的該改質層。
  7. 如請求項1或2所述之處理裝置，其中， 該被處理體係將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板，該固持部係從該第二基板側固持該疊合基板，該改質部係對該第一基板之內部照射雷射光，而沿著面方向形成該改質層。
  8. 一種處理方法，係用於將被處理體加以處理，其包含以下步驟： 以固持部固持被處理體；及 一邊使固持於該固持部之被處理體對於照射雷射光之改質部相對旋轉，一邊從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，並進一步使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，而沿著面方向形成改質層； 該處理方法係計算該改質層之周向間隔成為既定臨界值時的該雷射光之徑向的邊界位置，並從該邊界位置起，在該改質部的移動方向上，使該改質層的徑向間隔縮小、及/或使該雷射光的頻率降低。
  9. 如請求項8所述之處理方法，更包含以下步驟： 使該固持部對於該改質部的相對旋轉速度，隨著使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動而升高至最大旋轉速度，以使該改質層的周向間隔固定； 一邊使該固持部以該最大旋轉速度對於該改質部相對旋轉，一邊使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，直到該雷射光到達該邊界位置為止；及 從該邊界位置起，在該改質部的移動方向上，使該改質層的徑向間隔縮小、及/或使該雷射光的頻率降低。
  10. 如請求項8或9所述之處理方法，其中， 將變更該固持部對於該改質部之相對旋轉速度與該改質層之周向間隔的關係，而使得該改質層的周向間隔成為該既定臨界值時的該雷射光之徑向位置，計算為該邊界位置。
  11. 如請求項8或9所述之處理方法，其中， 該既定臨界值係根據該雷射光的能量而決定。
  12. 如請求項8或9所述之處理方法，其中， 一邊使固持於該固持部之被處理體對於該改質部相對旋轉一周，一邊從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，而形成環狀的該改質層， 其後，使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動， 並重複進行該環狀之改質層的形成與該改質部在徑向上的移動，而在面方向上形成該改質層。
  13. 如請求項8或9所述之處理方法，其中， 一邊使固持於該固持部之被處理體對於該改質部相對旋轉，一邊使該改質部對於該固持部在徑向上相對移動，並同時從該改質部對被處理體之內部周期性地照射該雷射光，而在該改質部的移動方向上形成螺旋狀的該改質層。
  14. 如請求項8或9所述之處理方法，其中， 該被處理體係將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板， 該固持部係從該第二基板側固持該疊合基板， 該改質部係對該第一基板的內部照射雷射光，而沿著面方向形成該改質層。
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