WO2023106086A1 - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

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WO2023106086A1
WO2023106086A1 PCT/JP2022/043161 JP2022043161W WO2023106086A1 WO 2023106086 A1 WO2023106086 A1 WO 2023106086A1 JP 2022043161 W JP2022043161 W JP 2022043161W WO 2023106086 A1 WO2023106086 A1 WO 2023106086A1
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WO
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etching
target
wafer
scan
distribution
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PCT/JP2022/043161
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English (en)
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Inventor
洋 丸本
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing system.
  • Patent Document 1 describes a grinding process of grinding the surface of a substrate, a measuring process of measuring the thickness of the ground substrate, and a wet treatment performed on the substrate based on the measured thickness of the substrate.
  • a substrate processing method including a condition determination step of determining processing conditions for an etching process, and a step of supplying a processing liquid to the ground substrate to perform a wet etching process based on the determined processing conditions. It is
  • the technology according to the present disclosure appropriately controls the surface shape of an etching target after etching processing.
  • One aspect of the present disclosure is a substrate processing method for processing a substrate, comprising: determining optimum etching conditions; rotating an etching target on the substrate based on the optimum etching conditions; Etching the surface of the object to be etched by supplying an etchant from the etchant supply unit to the surface of the object to be etched while reciprocating radially above the center of rotation of the object to be etched; Determining the etching conditions includes obtaining learning data including a radial etching amount distribution of the etching target when the surface of the etching target is etched under a plurality of different etching conditions, and using the learning data.
  • the first residual distribution between the first etching amount distribution predicted from the following equations (1) to (6) and the first target etching amount distribution is minimized. and optimizing a first etching condition in the first etching amount distribution.
  • ER scan (R) ER ref (R) ⁇ Ratio scan (R) (1)
  • Ratio scan (R) b0 *exp( b1 *T+ b2 )+C ...
  • FIG. 3 is a side view of an example of a stacked wafer being processed in a wafer processing system
  • 1 is a plan view schematically showing the outline of the configuration of a wafer processing system
  • FIG. It is a side view which shows the outline of a structure of an etching apparatus. It is explanatory drawing which shows a mode that an etching liquid supply part moves to a radial direction.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a constant-speed scan sequence
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of learning data
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of learning data and a reference etching amount distribution
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a radial distribution of scan ratios
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a radial distribution of non-ejection time;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between scan ratio and non-ejection time;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for comparing measured values of etching amount distribution in a constant-speed scan sequence and calculated values of etching amount distribution in a constant-speed scan model;
  • FIG. 2 is a flow chart showing main steps of wafer processing;
  • FIG. 4 is a flowchart showing main steps of a method for determining optimum etching conditions;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the etching amount distribution in each step of determining the optimum etching conditions;
  • a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a "wafer") having a plurality of devices such as electronic circuits formed on its surface is ground to be thinned, and the ground surface of the wafer is smoothed. is being done. Smoothing of the ground surface is performed, for example, by so-called spin etching in which an etchant is supplied from above the ground surface of the wafer while rotating the wafer.
  • Patent Document 1 discloses that a wet etching process is performed on a wafer after grinding to remove a damaged layer formed on the surface of the wafer by the grinding process.
  • the conditions for the wet etching process are the operation of the nozzle for supplying the processing liquid, the number of rotations of the wafer, and the supply of the processing liquid. The amount, the supply time of the processing liquid, the type of the processing liquid, etc. are determined.
  • scan etching the surface shape of the wafer is controlled by supplying the etchant to the central portion of the wafer and generating a flow of the etchant on the surface of the wafer at the central portion.
  • etching amount distribution is controlled by adjusting the etching conditions (etching recipe) such as the wafer rotation speed (number of rotations), the scanning speed and scanning width in the reciprocating movement of the nozzle, etc., so that the target etching amount distribution can be obtained. done.
  • the etching amount distribution is controlled by the so-called trial-and-error method, in which an engineer predicts variations in the etching amount distribution, sequentially acquires data on the etching amount distribution, and matches it to the target etching amount distribution. It is the mainstream to do.
  • the control of the etching amount distribution depends on the ability of the engineer, and individual differences may occur in the work time required for control, the degree of perfection of control, and the like.
  • the technology according to the present disclosure appropriately controls the surface shape of an etching target after etching processing.
  • a wafer processing system as a substrate processing system and a wafer processing method as a substrate processing method according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings.
  • elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
  • processing is performed on a superposed wafer T as a substrate in which a first wafer W and a second wafer S are joined as shown in FIG.
  • a front surface Wa the surface of the first wafer W to be bonded to the second wafer S
  • a rear surface Wb the surface opposite to the front surface Wa
  • the surface on the side bonded to the first wafer W is referred to as a front surface Sa
  • the surface opposite to the front surface Sa is referred to as a rear surface Sb.
  • the first wafer W is, for example, a semiconductor wafer such as a silicon substrate, and a device layer Dw including a plurality of devices is formed on the surface Wa side.
  • a bonding film Fw is further formed on the device layer Dw, and is bonded to the second wafer S via the bonding film Fw.
  • the bonding film Fw for example, an oxide film (THOX film, SiO 2 film, TEOS film), SiC film, SiCN film, adhesive, or the like is used.
  • the second wafer S has, for example, the same configuration as the first wafer W, and the device layer Ds and the bonding film Fs are formed on the surface Sa.
  • the second wafer S does not have to be a device wafer on which the device layer Ds is formed, and may be a supporting wafer that supports the first wafer W, for example. In such a case, the second wafer S functions as a protective material that protects the device layer Dw of the first wafer W.
  • the wafer processing system 1 has a configuration in which a loading/unloading station 2 and a processing station 3 are integrally connected.
  • a cassette C capable of accommodating a plurality of superposed wafers T is loaded/unloaded to/from the outside.
  • the processing station 3 includes various processing devices for performing desired processing on the superposed wafer T.
  • the loading/unloading station 2 is provided with a cassette mounting table 10 on which a plurality of, for example, three cassettes C are mounted.
  • a wafer transfer device 20 is provided adjacent to the cassette mounting table 10 on the X-axis negative direction side of the cassette mounting table 10 .
  • the wafer transfer device 20 is configured to be movable on a transfer path 21 extending in the Y-axis direction.
  • the wafer transfer device 20 also has, for example, two transfer arms 22, 22 that hold and transfer the superposed wafer T. As shown in FIG.
  • Each transport arm 22 is configured to be movable horizontally, vertically, around a horizontal axis, and around a vertical axis. Note that the configuration of the transport arm 22 is not limited to the present embodiment, and may take any configuration.
  • the wafer transfer device 20 is configured to transfer the overlapped wafers T to the cassette C on the cassette mounting table 10 and the transition device 30, which will be described later.
  • the loading/unloading station 2 is provided with a transition device 30 adjacent to the wafer transport device 20 on the X-axis negative direction side of the wafer transport device 20 and for transferring the overlapped wafers T to and from the processing station 3 . ing.
  • the processing station 3 is provided with, for example, three processing blocks B1 to B3.
  • the first processing block B1, the second processing block B2, and the third processing block B3 are arranged in this order from the X-axis positive direction side (carrying in/out station 2 side) to the negative direction side.
  • An etching device 40, a thickness measuring device 41, and a wafer transfer device 50 are provided in the first processing block B1.
  • the etching device 40 and the thickness measuring device 41 are stacked and arranged. Note that the number and arrangement of the etching device 40 and the thickness measuring device 41 are not limited to this.
  • the etching device 40 etches the back surface Wb (grinding surface) of the first wafer W after grinding in the processing device 80 to be described later, and further thins the first wafer W after grinding (overlapped wafer T). At the same time, the ground surface is smoothed by removing grinding traces generated by the grinding process. A detailed configuration of the etching apparatus 40 will be described later.
  • the thickness measuring device 41 includes a measuring section (not shown) and a calculating section (not shown).
  • the measurement unit includes sensors for measuring the thickness of the first wafer W after etching at a plurality of points.
  • the calculation unit acquires the thickness distribution of the first wafer W from the measurement result (thickness of the first wafer W) by the measurement unit, and further calculates the flatness (TTV: Total Thickness Variation) of the first wafer W. .
  • TTV Total Thickness Variation
  • the wafer transfer device 50 is arranged on the X-axis negative direction side of the transition device 30 .
  • the wafer transfer device 50 has, for example, two transfer arms 51, 51 that hold and transfer the superposed wafer T. As shown in FIG.
  • Each transport arm 51 is configured to be movable in the horizontal direction, the vertical direction, and around the horizontal axis and around the vertical axis.
  • the wafer transfer device 50 is configured to transfer the overlapped wafer T to the transition device 30, the etching device 40, the thickness measurement device 41, the cleaning device 60 described later, the thickness measurement device 61 described later, and the buffer device 62 described later. It is
  • a cleaning device 60, a thickness measuring device 61, a buffer device 62 and a wafer transfer device 70 are provided in the second processing block B2.
  • the cleaning device 60, the thickness measuring device 61 and the buffer device 62 are arranged in layers. Note that the number and arrangement of the cleaning device 60, the thickness measuring device 61, and the buffer device 62 are not limited to this.
  • the cleaning device 60 cleans the back surface Wb (grinding surface) of the first wafer W after grinding in the processing device 80 described later. For example, a brush is brought into contact with the back surface Wb to scrub clean the back surface Wb. For cleaning the first wafer W, a pressurized cleaning liquid may be used. Further, the cleaning device 60 may be configured to be able to clean the rear surface Sb of the second wafer S at the same time as cleaning the first wafer W. As shown in FIG.
  • the thickness measuring device 61 includes a measuring section (not shown) and a calculating section (not shown).
  • the measurement unit includes sensors for measuring the thickness of the first wafer W after grinding at a plurality of points.
  • the calculation unit acquires the thickness distribution of the first wafer W from the measurement result (thickness of the first wafer W) by the measurement unit, and further calculates the flatness (TTV) of the first wafer W.
  • TTV flatness
  • the calculation of the thickness distribution and flatness of the first wafer W may be performed by the control device 90, which will be described later, instead of the calculation unit.
  • a calculator (not shown) may be provided in the control device 90, which will be described later.
  • the configuration of the thickness measuring device 61 is not limited to this, and can be configured arbitrarily.
  • the buffer device 62 temporarily holds the unprocessed superposed wafer T to be transferred from the first processing block B1 to the second processing block B2.
  • the configuration of the buffer device 62 is arbitrary.
  • the buffer device 62 may have an alignment mechanism (not shown) that adjusts the center position of the overlapped wafer T and/or the horizontal direction of the overlapped wafer T with respect to the chuck 83, which will be described later.
  • the wafer transfer device 70 is arranged, for example, on the Y-axis positive side of the cleaning device 60, the thickness measuring device 61, and the buffer device 62.
  • the wafer transfer device 70 has, for example, two transfer arms 71, 71 for transferring the superposed wafer T while holding it by suction with a suction holding surface (not shown).
  • Each transport arm 71 is supported by a multi-joint arm member 72 and is configured to be movable in the horizontal direction, the vertical direction, and around the horizontal axis and around the vertical axis.
  • the wafer transfer device 70 is configured to transfer the superposed wafer T to the etching device 40, the thickness measurement device 41, the cleaning device 60, the thickness measurement device 61, the buffer device 62, and the processing device 80, which will be described later.
  • a processing device 80 is provided in the third processing block B3.
  • the processing device 80 grinds and thins the first wafer W and functions as a thinning device in the present disclosure.
  • the processing device 80 has a rotary table 81 .
  • the rotary table 81 is rotatable around a vertical center line 82 of rotation by a rotary mechanism (not shown).
  • Two chucks 83 for holding the superposed wafer T by suction are provided on the rotary table 81 .
  • the chucks 83 are evenly arranged on the same circumference as the rotary table 81 .
  • the two chucks 83 are movable to the delivery position A0 and the processing position A1 by rotating the rotary table 81 .
  • Each of the two chucks 83 is configured to be rotatable about a vertical axis by a rotating mechanism (not shown).
  • a grinding unit 84 is arranged at the processing position A1, and grinds the first wafer W while the second wafer S is held by the chuck 83 by suction. Grinding unit 84 has a grinding section 85 with an annular, rotatable grinding wheel (not shown). Further, the grinding part 85 is configured to be movable in the vertical direction along the support 86 .
  • the configuration of the processing device 80 is not limited to this.
  • four chucks 83 are provided on the rotary table 81, and the four chucks 83 correspond to the transfer position of the superposed wafer T, a rough grinding section (not shown) that roughly grinds the first wafer W, and the first wafer W. It may be configured to be movable between a medium grinding section (not shown) that performs medium grinding of the wafer W and a finish grinding section (not shown) that performs finish grinding of the first wafer W. Further, for example, the processing device 80 may be provided with a thickness measuring device (not shown) that measures the thickness of the first wafer W after grinding at a plurality of points.
  • a controller 90 is provided in the wafer processing system 1 described above.
  • the control device 90 is, for example, a computer having a CPU, a memory, etc., and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores programs for controlling the processing of the superposed wafers T in the wafer processing system 1 .
  • the program may be recorded in a computer-readable storage medium H and installed in the control device 90 from the storage medium H. Further, the storage medium H may be temporary or non-temporary.
  • the etching apparatus 40 has a wafer holder 100 as a substrate holder, a rotating mechanism 101, and an etchant supply unit .
  • the wafer holding part 100 holds the outer edge of the overlapped wafer T at a plurality of points, three points in this embodiment.
  • the configuration of the wafer holding section 100 is not limited to the illustrated example, and the wafer holding section 100 may include, for example, a chuck that sucks and holds the superimposed wafer T from below.
  • the rotating mechanism 101 rotates the superposed wafer T (first wafer W) held by the wafer holding part 100 about a vertical rotation center line 100a.
  • the etchant supply unit 102 has, for example, a nozzle for supplying the etchant E to the rear surface Wb of the first wafer W held by the wafer holder 100 .
  • the etchant supply unit 102 is provided above the wafer holding unit 100 and is configured to be movable in horizontal and vertical directions by a moving mechanism 103 .
  • the etchant supply unit 102 can reciprocate (scan move) through the rotation center line 100a of the wafer holding unit 100, that is, above the center of the first wafer W as shown in FIG. Configured.
  • the back-and-forth movement of the etchant supply unit 102 is defined as one loop.
  • the etchant E contains at least hydrofluoric acid, nitric acid, or a mixed acid in order to properly etch the silicon of the first wafer W that can be etched. Also, the etchant E may contain phosphoric acid or sulfuric acid.
  • the etching target is not limited to the first wafer W, and may be amorphous silicon, for example. Further, the etching target in this embodiment is not limited to the back surface Wb of the first wafer W. As shown in FIG. For example, it can be applied to the processing of wafers that are not processed by the processing device 80 . For example, when a film is formed on the rear surface Wb, the film is also an etching target.
  • the etching liquid is supplied from the etching liquid supply section 102 to the back surface Wb of the first wafer W while the first wafer W is rotated and the etching liquid supply section 102 is reciprocated. Etching is performed.
  • a prediction model is used to predict the etching amount distribution in scan etching.
  • the prediction model of the etching amount distribution is for scan etching under etching conditions of a constant scan speed and a symmetrical scan as shown in FIG. That is, the scanning speed V when reciprocating the etchant supply unit 102 is constant. Further, the scanning width L of the etchant supply unit 102 is bilaterally symmetrical from the center of the first wafer W, and the etchant supply unit 102 reciprocates between one scanning end “+L” and the other scanning end “ ⁇ L”.
  • this scan etching sequence may be referred to as a "constant-speed scan sequence”
  • the derived prediction model may be referred to as a "constant-speed scan model”.
  • the constant speed scan model consists of the following equations (1) to (6).
  • ER scan (R) ER ref (R) ⁇ Ratio scan (R) (1)
  • Ratio scan (R) b0 *exp( b1 *T+ b2 )+C
  • b0 f(S, V)
  • b1 f(S, V)
  • b2 f(S, V)
  • T (LR)/V (6)
  • ER scan Etching amount when the etchant supply unit 102 is reciprocated
  • ER ref etching amount when the etchant supply unit 102 is not reciprocated
  • Ratio scan scan ratio, R: position from the center of the first wafer W; T: non-ejection time during which etchant E is not supplied;
  • C constant, S: rotation speed when rotating the first wafer W;
  • V scan speed when reciprocating the etchant supply unit 102, L: scan width when the etchant supply unit 102 is reciprocated.
  • each of the above formulas (3) to (5) are determined by analyzing the learning data. For example, constant-speed scan sequence etching is performed on a dummy wafer under a plurality of different etching conditions to acquire learning data on the etching amount distribution. Specifically, the dummy wafer is etched by changing the rotation speed S of the dummy wafer, the scan speed V at which the etchant supply unit 102 is reciprocated, and the scan width L of the etchant supply unit 102 . At this time, the etching processing time for each dummy wafer is the same.
  • the etching of the dummy wafer under each etching condition is performed for a predetermined desired time. Then, the etching amount distribution of the dummy wafer is obtained, and the etching amount distribution is output to the control device 90 . Further, the controller 90 compresses the output etching amount distribution under each etching condition into an etching amount distribution (etching rate) per unit time or unit loop, and uses each of the compressed etching amount distributions as learning data.
  • etching rate etching amount distribution
  • FIG. 6 is an example of acquired learning data.
  • the rotational speed S of the dummy wafer was varied from S1 to S5.
  • the scanning speed V of the etchant supply unit 102 was varied from V1 to V3.
  • the scan width L of the etchant supply unit 102 was varied from L1 to L4.
  • etching amount distributions were acquired for a plurality of etching conditions, 60 in this example.
  • the horizontal axis indicates the radial position from the center of the dummy wafer (0 (zero) on the horizontal axis) to one outer edge
  • the vertical axis indicates the etching amount (etching rate).
  • the object to be etched when acquiring the learning data is not limited to the dummy wafer.
  • the etching processing result of the first wafer W actually processed by the wafer processing system 1 may be stored as the learning data.
  • the etching target may be the film, and the etching processing result of the film may be stored as the learning data.
  • the etching amount distribution when the etchant supply unit 102 is fixed and does not reciprocate is the reference etching amount of the etching amount distribution predicted by the constant speed scan model. distribution.
  • FIG. 7 shows the etching amount distribution when the rotation speed S is S5, the scan speed V is V3, and the scan width L is changed from L1 to L4 in the learning data shown in FIG. .
  • FIG. 7 also shows the reference etching amount distribution without scanning.
  • scan etching only the etching amount distribution on the inner peripheral side changes with the scan width L as the starting point, and the etching amount distribution on the outer peripheral side does not change.
  • the etching amount distribution on the inner circumference side of the scan width L varies from the reference etching amount distribution without scanning, and the etching amount distribution on the outer circumference side of the scan width L is the same as the reference etching amount distribution. behavior. Therefore, the etching amount distribution without scanning can be used as a reference.
  • FIG. 8 shows the scan ratio Ratio scan when the rotation speed S is S5, the scan speed V is varied from V1 to V3, and the scan width L is varied from L1 to L4.
  • the scan ratio ratio scan on the inner circumference side fluctuates starting from the scan width L on the inner circumference side, and the fluctuation of the etching amount distribution in the scan etching can be quantitatively separated. can be captured. Then, the following formula (1) in the constant speed scan model is derived from the following formula (7).
  • the non-ejection time T was defined by the following formula (6).
  • the non-ejection time T is a time during which the etchant E is not supplied to the inner peripheral side of the etchant supply unit 102 due to the movement of the etchant supply unit 102 .
  • the etching amount decreases.
  • FIG. 9 shows the non-ejection time T when the rotation speed S is S5, the scan speed V is varied from V1 to V3, and the scan width L is varied from L1 to L4.
  • the horizontal axis of FIG. 9 indicates the radial position from the center of the first wafer W (0 (zero) on the horizontal axis) to one outer edge, and the vertical axis indicates the non-ejection time T.
  • T non-ejection time during which etchant E is not supplied
  • V scan speed when reciprocating the etchant supply unit 102
  • L scan width when the etchant supply unit 102 is reciprocated.
  • FIG. 10 shows the relationship between the scan ratio ratio scan and the non-ejection time T when the rotation speed S is S5 and the scan speed V is varied from V1 to V3.
  • the horizontal axis of FIG. 10 indicates the non-ejection time T
  • the vertical axis indicates the scan ratio Ratio scan .
  • the scan ratio Ratio scan exponentially decreases with respect to the non-ejection time T, and can be defined by the attenuation curve model of the following equation (2).
  • This attenuation curve model is also suitable for explaining the behavior of an actual physical phenomenon in which the amount of etching decreases as the time during which the etchant E is not supplied is longer.
  • Ratio scan (R) b0 *exp( b1 *T+ b2 )+C (2) however, b 0 : scale (intercept), b 1 : attenuation rate (slope), b 2 : attenuation delay value, C: Asymptote.
  • b0 is the scale (intercept) of the decay curve
  • b1 is the decay rate (slope) of the decay curve
  • b2 is the decay delay value of the decay curve.
  • b2 is a correction term used when the amount of the etchant E is large and the amount of the remaining liquid on the first wafer W is large, and when the effects such as attenuation do not occur immediately.
  • the scale b 0 , the attenuation rate b 1 , and the attenuation delay value b 2 depend on the rotation speed S and the scan speed V, and can be defined by the following equations (3) to (5), respectively.
  • b0 f(S, V) (3)
  • b1 f(S, V) (4)
  • b2 f(S, V) (5) however, S: rotation speed when rotating the first wafer W;
  • V Scanning speed when the etchant supply unit 102 is reciprocated.
  • the thick line is the measured value obtained by the experiment
  • the thin line is the calculated value calculated by the constant speed scan model equation (2).
  • the measured values and the calculated values approximately match, confirming that the attenuation curve model of the above equation (2) is appropriate.
  • a constant speed scan model (etching amount distribution prediction model) is derived from the following equations (1) to (6).
  • ER scan (R) ER ref (R) ⁇ Ratio scan (R) (1)
  • Ratio scan (R) b0 *exp( b1 *T+ b2 )+C
  • b0 f(S, V)
  • b1 f(S, V)
  • b2 f(S, V) (5)
  • T (LR)/V (6)
  • FIG. 11 is a graph comparing the measured etching amount distribution obtained by experiment (thick line in FIG. 11) and the calculated etching amount distribution calculated from the constant speed scan model (thin line in FIG. 11). is.
  • the rotation speed S was varied from S1 to S4, the scan speed V was varied from V1 to V3, and the scan width L was varied from L1 to L4.
  • the measured values and the calculated values approximately match, confirming that the constant-speed scan model of the above equations (1) to (6) is appropriate.
  • the superimposed wafer T is formed in advance in a bonding apparatus (not shown) outside the wafer processing system 1 .
  • the peripheral edge of the first wafer W for example, the range of 0.5 mm to 3 mm in the radial direction from the outer end of the first wafer W may be removed in advance.
  • a cassette C containing a plurality of superposed wafers T is mounted on the cassette mounting table 10 of the loading/unloading station 2 .
  • the superposed wafer T in the cassette C is taken out by the wafer transfer device 20 and transferred to the transition device 30 .
  • the superposed wafer T transferred to the transition device 30 is transferred to the buffer device 62 by the wafer transfer device 50 .
  • the center position of the overlapped wafer T with respect to the chuck 83 and/or the horizontal direction of the overlapped wafer T may be adjusted.
  • the superposed wafer T is transferred by the wafer transfer device 70 to the processing device 80 and transferred to the chuck 83 at the transfer position A0.
  • the chuck 83 holds the back surface Sb of the second wafer S by suction.
  • the chuck 83 is moved to the processing position A ⁇ b>1 and the back surface Wb of the first wafer W is ground by the grinding unit 84 .
  • the thickness of the first wafer W (overlapped wafer T) is reduced to a desired grinding target thickness (step S1 in FIG. 12).
  • the superposed wafer T is transferred to the thickness measuring device 61 by the wafer transfer device 70 .
  • the thickness measuring device 61 measures the thickness of the first wafer W after grinding (overlapped wafer T) at a plurality of points to acquire the thickness distribution of the first wafer W after grinding. is calculated (step S2 in FIG. 12).
  • the calculated thickness distribution and flatness of the first wafer W are output to the controller 90, for example. If the processing apparatus 80 is provided with a thickness measuring device, the thickness of the first wafer W after grinding may be measured by the thickness measuring device of the processing device 80 .
  • the controller 90 determines optimum etching conditions for the subsequent etching process from the output thickness distribution and flatness of the first wafer W (step S3 in FIG. 12). A detailed method of determining the optimum etching conditions in the control device 90 will be described later.
  • the superposed wafer T for which the thickness of the first wafer W has been measured is then transferred to the cleaning device 60 by the wafer transfer device 70 or the wafer transfer device 50 .
  • the cleaning device 60 cleans the back surface Wb, which is the grinding surface of the first wafer W after grinding (step S4 in FIG. 12). Further, in the cleaning device 60, the back surface Sb of the second wafer S may be cleaned as described above.
  • the order of steps S2 and S3 and step S4 may be reversed. That is, after cleaning the rear surface Wb of the first wafer W with the cleaning device 60, the thickness of the first wafer W may be measured with the thickness measuring device 61 to determine the optimum etching conditions for the etching process.
  • the superimposed wafer T is transferred to the etching device 40 by the wafer transfer device 50 .
  • the back surface Wb which is the ground surface of the first wafer W, is etched with the etchant E under the optimum etching conditions (step S5 in FIG. 12).
  • the wafer holder 100 (first wafer W) is rotated about a vertical rotation center line 100a, and the etchant E is supplied from the etchant supply unit 102 ( discharge) is started, and etching of the back surface Wb is started.
  • the etchant supply unit 102 is moved to the center of rotation of the first wafer W as shown in FIG. It is reciprocally moved (scanned) upward, that is, through the rotation center line 100a with the rotation center line 100a as an intermediate point.
  • a detailed method of determining etching conditions such as the rotational speed of the first wafer W, the scanning speed when the etchant supply unit 102 is reciprocated, and the scan width of the etchant supply unit 102 will be described later.
  • the supply of the etchant E from the etchant supply unit 102 is stopped, and the back surface Wb of the first wafer W is rinsed with pure water and then shaken off and dried. . After that, the rotation of the wafer holder 100 (first wafer W) is stopped, and the etching of the first wafer W is finished.
  • the optimum etching conditions for the first wafer W are determined based on the thickness distribution and flatness of the first wafer W after grinding as described above. Specifically, the measured values of the thickness distribution and flatness of the first wafer W in the thickness measuring device 61 and the target surface shape of the first wafer W after etching (hereinafter referred to as "target shape"). The optimum etching conditions are determined based on the difference between the thickness distribution and the flatness in . Then, in step S5, by etching the first wafer W under the optimum etching conditions, the difference between the measured value and the target value of the thickness of the first wafer W is removed by etching, and the surface of the first wafer W is etched. Work into the target shape.
  • the target surface shape of the first wafer W can be appropriately obtained regardless of the surface shape of the first wafer W after grinding.
  • the superposed wafer T is transported to the thickness measuring device 41 by the wafer transporting device 50 .
  • the thickness measuring device 41 measures the thickness of the first wafer W after etching (overlapped wafer T) at a plurality of points to acquire the thickness distribution of the first wafer W after etching. is calculated (step S6 in FIG. 12).
  • the calculated thickness distribution and flatness of the first wafer W are output to, for example, the control device 90 and used, for example, to process another superposed wafer T to be processed next by the wafer processing system 1 .
  • the thickness of the first wafer W after grinding is measured by the thickness measuring device of the processing device 80
  • the thickness of the first wafer W after etching may be measured by the thickness measuring device 61 .
  • the superposed wafer T that has undergone all the processes is transported to the cassette C on the cassette mounting table 10 via the transition device 30.
  • a series of wafer processing in the wafer processing system 1 is completed.
  • step S3 in FIG. 12 a detailed method for determining the optimum etching conditions
  • step S3-1 in FIG. 13 learning data is acquired prior to processing the overlapped wafer T in the wafer processing system 1 (step S3-1 in FIG. 13).
  • a prediction model of the etching amount distribution is derived from the learning data (step S3-2 in FIG. 13).
  • step S3-1 as described above, for example, a dummy wafer is etched in a constant speed scan sequence, and learning data relating to the etching amount distribution shown in FIG. 6 is acquired.
  • step S3-2 as described above, a predictive model of the etching amount distribution, ie, a constant speed scan model, is derived from the following equations (1) to (6).
  • the functions in each of the following formulas (3) to (5) are determined by analyzing the learning data acquired in step S3-1.
  • ER scan (R) ER ref (R) ⁇ Ratio scan (R) (1)
  • Ratio scan scan ratio, R: position from the center of the first wafer W; T: non-ejection time during which etchant E is not supplied; C: constant, S: rotation speed when rotating the first wafer W; V: scan speed when reciprocating the etchant supply unit 102, L: scan width when the etchant supply unit 102 is reciprocated.
  • FIG. 14 is a graph showing each etching amount distribution when steps S3-3 to S3-8 described later are performed to determine the optimum etching conditions.
  • the horizontal axis of FIG. 14 indicates the radial position from the center of the first wafer W (0 (zero) on the horizontal axis) to one outer edge, and the vertical axis indicates the etching amount (etching rate).
  • the first target etching amount distribution in the etching process of step S5 is obtained (step S3-3 in FIG. 13).
  • the first target etching amount distribution is the thickness distribution in the target shape of the first wafer W after etching (hereinafter referred to as "target thickness distribution"), and the first wafer after grinding obtained in step S2. It is acquired based on the thickness distribution in the surface shape of W (hereinafter referred to as "measured thickness distribution").
  • the first target etching amount distribution can be obtained by calculating the difference between the target thickness distribution and the actually measured thickness distribution of the first wafer W, as an example. This first target etching amount distribution is indicated by a solid line in FIG. Further, in this example, the first target etching amount distribution is flat within the wafer surface.
  • a first residual difference distribution between the first etching amount distribution calculated using the constant speed scan model in step S3-2 and the first target etching amount distribution obtained in step S3-3 is Using the method of least squares, the first etching condition in the first etching amount distribution is optimized so as to minimize it (step S3-4 in FIG. 13).
  • the first etching conditions to be optimized include the rotation speed S of the first wafer W, the scan speed V of the etchant supply section 102 and the scan width L of the etchant supply section 102 . Note that the first etching amount distribution corresponding to the optimized first etching condition is indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • step S3-4 the first residual distribution in step S3-4 is set as the second target etching amount distribution (step S3-5 in FIG. 13).
  • a second residual difference distribution between the second etching amount distribution calculated using the constant speed scan model in step S3-2 and the second target etching amount distribution set in step S3-5 is Using the method of least squares, the second etching condition in the second etching amount distribution is optimized so as to minimize it (step S3-6 in FIG. 13).
  • the second etching conditions to be optimized include the rotation speed S of the first wafer W, the scan speed V and scan width L of the etchant supply unit 102 .
  • the second etching amount distribution corresponding to the optimized second etching conditions is indicated by a chain double-dashed line in FIG.
  • the first etching amount distribution and the second etching amount distribution are connected according to the time ratio (loop frequency ratio) (step S3-7 in FIG. 13).
  • the time ratio (loop count ratio) is the ratio between the time (loop count) for performing the constant speed scan sequence 1 under the first etching condition and the time (loop count) for performing the constant speed scan sequence 2 under the second etching condition. is.
  • a connected etching amount distribution (hereinafter referred to as "connected etching amount distribution”) is indicated by a dotted line in FIG.
  • the connected etching amount distribution substantially matches the first target etching amount distribution. Therefore, the etching condition corresponding to the connected etching amount distribution is determined as the optimum etching condition. Specifically, the optimum etching conditions are determined by combining the first etching conditions and the second etching conditions according to the time ratio (step S3-8 in FIG. 13).
  • step S4 after cleaning the back surface Wb of the first wafer W, in step S5, the back surface Wb of the first wafer W is etched under the optimum etching conditions. That is, in the etching apparatus 40, the superposed wafer T (first wafer W) is rotated at a rotational speed determined by the optimum etching conditions, and the etchant supply unit 102 is moved at the determined scan speed and scan width. , an etchant E is supplied to the first wafer W.
  • the above embodiment it is possible to appropriately predict the etching amount distribution using the constant-speed scan model consisting of the above equations (1) to (6). Therefore, when controlling the etching amount distribution, it is possible to reduce the working time required for the control and improve the completeness of the control without relying on the ability of the engineer as in the conventional art. In addition, it is possible to suppress variations in man-hours when determining the optimum etching conditions in step S3, and improve the accuracy of the optimum etching conditions.
  • the first wafer W can be etched under the optimum etching conditions in step S5.
  • the etching amount distribution in the etching process can be brought close to the first target etching amount distribution, and as a result, the surface shape of the first wafer W after etching can be the target shape.
  • the optimum etching conditions can be determined from unstable etching conditions, and the surface shape of the first wafer W after etching can be appropriately controlled.
  • the first wafer W after etching was found to have a V-shaped, A-shaped, M-shaped, and W-shaped distribution of the first target etching amount. It was possible to keep the variation in thickness distribution within the allowable range.
  • the flatness (TTV) of the first wafer W after etching is also improved as compared with the prior art.
  • the V-shape has a substantially V-shape in a graph in which the amount of etching at the center of the first wafer W is smaller than the amount of etching at both ends, and the horizontal axis is the wafer position and the vertical axis is the etching amount. distribution.
  • the amount of etching at the center of the first wafer W is greater than that at both ends, and the distribution has a substantially A-shaped shape in the above graph, which is upside down from the V-shaped distribution.
  • the M-shape is a shape in which two A-shapes are arranged with the center of the first wafer W interposed therebetween, and is a distribution having a substantially M-shape as a whole.
  • the W-shape is a shape in which two V-shapes are arranged with the center of the first wafer W interposed therebetween, and is a distribution having a substantially W-shape as a whole.
  • steps S1 to S6 are performed for each superposed wafer T, even if the surface shape before etching (after grinding in this embodiment) is different for each wafer, the first wafer after etching can be processed.
  • the surface shape of W can be controlled to a target shape by a single wafer.
  • the etching conditions are optimized twice using the least squares method in steps S3-4 and S3-6, but the number of optimizations is not limited to this.
  • the optimization calculation by the method of least squares may be performed once.
  • the first etching condition may be determined as the optimum etching condition. In this case, steps S3-5 to S3-8 can be omitted.
  • optimization calculations by the method of least squares may be performed three times or more. For example, if the joint etching amount distribution in step S3-8 does not substantially match the first target etching amount distribution, the third residual distribution between this joint etching amount distribution and the first target etching amount distribution is The third target etching amount distribution is set. Then, steps S3-6 to S3-8 are performed to substantially match the combined etching amount distribution and the first target etching amount distribution. In this way, the residual distribution of the joint etching amount distribution and the first target etching amount distribution is successively reduced, and the optimum etching amount by the least-squares method is obtained until the joint etching amount distribution and the first target etching amount distribution substantially match. Iterative calculations are performed. Then, the optimum etching conditions are determined by combining the etching conditions at the time when the joint etching amount distribution and the first target etching amount distribution substantially match each other.
  • the case where various kinds of processing are performed on the rear surface Wb of the first wafer W in the superposed wafer T in which the first wafer W and the second wafer S are bonded has been described as an example. It is not limited to this.
  • a single wafer may be subjected to thinning treatment or etching treatment.
  • the object to be processed may be a film formed on the surface of the wafer, such as an oxide film or titanium nitride.
  • the etchant supply unit 102 in the etching apparatus 40 may be configured to be able to arbitrarily switch the supply of different types of etchant E according to the object to be etched.
  • the etching processing result of the film may be stored as the part.
  • the thickness measuring device 61 measures the thickness of the film.
  • thinning treatment or etching treatment may be performed on the surface opposite to the protective tape.
  • a thinning process or an etching process may be performed on a wafer cut out from an ingot by a wire saw or the like and then lapped. Etching can be performed under the optimum etching conditions of the above embodiments for any processing object.
  • the film when a film is formed on the rear surface Wb of the first wafer, the film may be etched.
  • the thickness measuring device 61 measures the thickness of the film, and in step S2, the thickness of the film is measured instead of the thickness of the first wafer W, and the thickness distribution and flatness of the film are calculated. be done. Then, in step S3, optimum etching conditions are determined based on the calculated thickness distribution and flatness of the film.
  • the wafer processing system 1 includes various devices other than the etching device 40, but the device configuration to which the present disclosure is applied is not limited to this.
  • the processing device 80 which is a thinning device, may be omitted.
  • the etching target is not limited to the thinned wafer.
  • the technology of the present disclosure can be applied when etching a wafer in a single etching apparatus.
  • the thinning method is not limited to this.
  • the thinning process of the first wafer W includes polishing of the back surface Wb of the first wafer W as well.
  • the thickness may be reduced by separation based on a modified layer (not shown) formed inside the first wafer W by laser processing.
  • the wafer processing system 1 is provided with a laser processing device (not shown) for forming a modified layer (not shown) instead of the processing device 80 .
  • REFERENCE SIGNS LIST 1 wafer processing system 40 etching device 90 control device 102 etchant supply unit E etchant T polymerized wafer W first wafer S second wafer

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Abstract

最適エッチング条件を決定することは、複数の異なるエッチング条件でエッチング対象の表面をエッチングした際の、当該エッチング対象の径方向のエッチング量分布を含む学習データを取得することと、学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第1のエッチング量分布と、第1の目標エッチング量分布との第1の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、第1のエッチング量分布における第1のエッチング条件を最適化することと、を含む。 ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1) Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2) b=f(S,V) ・・・(3) b=f(S,V) ・・・(4) b=f(S,V) ・・・(5) T=(L-R)/V ・・・(6)

Description

基板処理方法及び基板処理システム
 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、基板の表面を研削する研削工程と、研削された前記基板の厚さを測定する測定工程と、測定された前記基板の厚さに基づき、前記基板に対して行われるウェットエッチング処理の処理条件を決定する条件決定工程と、決定された前記処理条件に基づいて、研削された前記基板に処理液を供給してウェットエッチング処理を行う工程と、を含む基板処理方法が開示されている。
特開2018-147908号公報
 本開示にかかる技術は、エッチング処理後のエッチング対象の表面形状を適切に制御する。
 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、最適エッチング条件を決定することと、前記最適エッチング条件に基づいて、前記基板におけるエッチング対象を回転させるとともに、エッチング液供給部を前記エッチング対象の回転中心の上方を通って径方向に往復移動させながら、前記エッチング液供給部から前記エッチング対象の表面にエッチング液を供給して当該表面をエッチングすることと、を含み、前記最適エッチング条件を決定することは、複数の異なるエッチング条件で前記エッチング対象の表面をエッチングした際の、当該エッチング対象の径方向のエッチング量分布を含む学習データを取得することと、前記学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第1のエッチング量分布と、第1の目標エッチング量分布との第1の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、前記第1のエッチング量分布における第1のエッチング条件を最適化することと、を含む。
ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
=f(S,V) ・・・(3)
=f(S,V) ・・・(4)
=f(S,V) ・・・(5)
T=(L-R)/V ・・・(6)
但し、
ERscan:前記エッチング液供給部を往復移動させた場合のエッチング量、
ERref:前記エッチング液供給部を往復移動させない場合のエッチング量、
Ratioscan:スキャン比、
R:前記エッチング対象の中心からの位置、
T:前記エッチング液が供給されない未吐出時間、
C:定数、
S:前記エッチング対象を回転させる際の回転速度、
V:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン速度、
L:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン幅。
 本開示によれば、エッチング処理後のエッチング対象の表面形状を適切に制御することができる。
ウェハ処理システムで処理される重合ウェハの一例を示す側面図である。 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。 エッチング装置の構成の概略を示す側面図である。 エッチング液供給部が径方向に移動する様子を示す説明図である。 定速スキャンシーケンスを示す説明図である。 学習データの一例を示す説明図である。 学習データの一例と基準エッチング量分布を示す説明図である。 スキャン比の径方向分布を示す説明図である。 未吐出時間の径方向分布を示す説明図である。 スキャン比と未吐出時間の関係を示す説明図である。 定速スキャンシーケンスのエッチング量分布の実測値と、定速スキャンモデルのエッチング量分布の計算値とを比較する説明図である。 ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 最適エッチング条件の決定方法の主な工程を示すフロー図である。 最適エッチング条件を決定する工程の各々のエッチング量分布を示す説明図である。
 半導体デバイスの製造工程では、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。)を研削して薄化し、更に、当該ウェハの研削面を平滑化することが行われている。研削面の平滑化は、例えばウェハを回転させながら当該ウェハの研削面上方からエッチング液を供給する、いわゆるスピンエッチングにより行われる。
 上述した特許文献1には、研削後のウェハにウェットエッチング処理を行って、研削処理によりウェハの表面に形成されたダメージ層を除去することが開示されている。特許文献1に記載の条件決定工程では、測定工程で得られたウェハの厚さに基づいて、ウェットエッチング処理の条件として、処理液を供給するノズルの動作、ウェハの回転数、処理液の供給量、処理液の供給時間、処理液の種類等を決定している。
 しかしながら、特許文献1に開示される方法のように、ウェハを回転させながら処理液を供給するスピンエッチングを行った場合、ウェハ表面に供給された処理液が遠心力により径方向外側へと通流する関係で、精密なエッチング制御を行うことが困難であった。より具体的には、特にウェハの中心部において、エッチング処理後のウェハの表面形状を適切に制御することが困難であった。
 そこで、ウェハを回転させるとともに、ノズルをウェハの中心を通る径方向に往復移動(スキャン)させながら、ノズルからウェハの表面にエッチング液を供給して当該表面をエッチングすることが提案されている。以下、このようなエッチングを「スキャンエッチング」という場合がある。スキャンエッチングでは、ウェハの中心部へのエッチング液の供給を行いつつ、当該中心部におけるウェハの表面にエッチング液の流れを発生させることで、ウェハの表面形状を制御する。
 ここで、エッチング処理後のウェハの表面形状を制御するには、ウェハ径方向のエッチング量分布(エッチングプロファイル)を適切に制御することが肝要となる。エッチング量分布の制御は、ウェハの回転速度(回転数)、ノズルの往復移動におけるスキャン速度及びスキャン幅等のエッチング条件(エッチングレシピ)を調整することにより、目標のエッチング量分布が得られるように行われる。
 しかしながら、従来、エッチング量分布の制御は、エンジニアがエッチング量分布の変動を予測し、逐次的にエッチン量分布に関するデータを取得して目標のエッチング量分布に合わせていく、いわゆるトライアンドエラー方式で行われるのが主流である。かかる場合、エッチング量分布の制御はエンジニアの能力に依存し、制御に要する作業時間や制御の完成度等に個人差が生じ得る。
 本開示にかかる技術は、エッチング処理後のエッチング対象の表面形状を適切に制御する。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。
 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のウェハWと、第2のウェハSとが接合された基板としての重合ウェハTに対して処理を行う。以下、第1のウェハWにおいて、第2のウェハSと接合される側の面を表面Waといい、表面Waと反対側の面を裏面Wbという。同様に、第2のウェハSにおいて、第1のウェハWと接合される側の面を表面Saといい、表面Saと反対側の面を裏面Sbという。
 第1のウェハWは、例えばシリコン基板等の半導体ウェハであって、表面Wa側に複数のデバイスを含むデバイス層Dwが形成されている。また、デバイス層Dwには更に接合用膜Fwが形成され、当該接合用膜Fwを介して第2のウェハSと接合されている。接合用膜Fwとしては、例えば酸化膜(THOX膜、SiO膜、TEOS膜)、SiC膜、SiCN膜又は接着剤などが用いられる。
 第2のウェハSは、例えば第1のウェハWと同様の構成を有しており、表面Saにはデバイス層Ds及び接合用膜Fsが形成されている。なお、第2のウェハSはデバイス層Ds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W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Sは第1のウェハWのデバイス層Dwを保護する保護材として機能する。
 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では、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Cが搬入出される。処理ステーション3は、重合ウェハTに対して所望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、複数、例えば3つのカセットCを載置するカセット載置台10が設けられている。また、カセット載置台10のX軸負方向側には、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C、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を処理ステーション3との間で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B1~B3が設けられている。第1の処理ブロックB1、第2の処理ブロックB2、及び第3の処理ブロックB3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B1には、エッチング装置40、厚み測定装置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と厚み測定装置41は、積層して配置されている。なお、エッチング装置40と厚み測定装置41の数や配置はこれに限定されない。
 エッチング装置40は、後述の加工装置80における研削後の第1のウェハWの裏面Wb(研削面)をエッチングし、研削後の第1のウェハW(重合ウェハT)の更なる薄化を行うとともに、研削処理により生じた研削痕の除去により研削面を平滑化する。なお、エッチング装置40の詳細な構成は後述する。
 厚み測定装置41は、一例において測定部(図示せず)と算出部(図示せず)を備える。測定部は、エッチング後の第1のウェハWの厚みを複数点で測定するセンサを備える。算出部は、測定部による測定結果(第1のウェハWの厚み)から第1のウェハWの厚み分布を取得し、更に第1のウェハWの平坦度(TTV:Total Thickness Variation)を算出する。なお、かかる第1のウェハWの厚み分布及び平坦度の算出は、当該算出部に代えて、後述の制御装置90で行われてもよい。換言すれば、後述の制御装置90内に算出部(図示せず)が設けられてもよい。なお、厚み測定装置41の構成はこれに限定されず、任意に構成できる。
 ウェハ搬送装置50は、トランジション装置30のX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回りに移動自在に構成されている。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、厚み測定装置41、後述の洗浄装置60、後述の厚み測定装置61及び後述のバッファ装置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B2には、洗浄装置60、厚み測定装置61、バッファ装置62及びウェハ搬送装置70が設けられている。洗浄装置60、厚み測定装置61及びバッファ装置62は、積層して配置されている。なお、洗浄装置60、厚み測定装置61及びバッファ装置62の数や配置はこれに限定されない。
 洗浄装置60は、後述の加工装置80における研削後の第1のウェハWの裏面Wb(研削面)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、第1のウェハW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60は、第1のウェハWを洗浄する際、第2のウェハSの裏面Sbを同時に洗浄可能に構成されていてもよい。
 厚み測定装置61は、一例において測定部(図示せず)と算出部(図示せず)を備える。測定部は、研削後の第1のウェハWの厚みを複数点で測定するセンサを備える。算出部は、測定部による測定結果(第1のウェハWの厚み)から第1のウェハWの厚み分布を取得し、更に第1のウェハWの平坦度(TTV)を算出する。なお、かかる第1のウェハWの厚み分布及び平坦度の算出は、当該算出部に代えて、後述の制御装置90で行われてもよい。換言すれば、後述の制御装置90内に算出部(図示せず)が設けられてもよい。なお、厚み測定装置61の構成はこれに限定されず、任意に構成できる。
 バッファ装置62は、第1の処理ブロックB1から第2の処理ブロックB2に受け渡される処理前の重合ウェハTを一時的に保持する。バッファ装置62の構成は任意である。なお、バッファ装置62は、後述するチャック83に対する重合ウェハTの中心位置、及び/又は重合ウェハTの水平方向の向きを調整するアライメント機構(図示せず)を有していてもよい。
 ウェハ搬送装置70は、例えば洗浄装置60、厚み測定装置61及びバッファ装置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回りに移動自在に構成されている。そしてウェハ搬送装置70は、エッチング装置40、厚み測定装置41、洗浄装置60、厚み測定装置61、バッファ装置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B3には、加工装置80が設けられている。加工装置80は、第1のウェハWを研削して薄化し、本開示における薄化装置として機能する。
 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2のウェハSをチャック83で吸着保持した状態で第1のウェハW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。
 なお、加工装置80の構成はこれに限定されるものではない。例えば、回転テーブル81上に4つのチャック83を設け、当該4つのチャック83が、重合ウェハTの受渡位置、第1のウェハWの粗研削を行う粗研削部(図示せず)、第1のウェハWの中研削を行う中研削部(図示せず)及び第1のウェハWの仕上げ研削を行う仕上研削部(図示せず)の間で移動可能に構成されてもよい。また、例えば加工装置80には、研削後の第1のウェハWの厚みを複数点で測定する厚み測定装置(図示せず)が設けられていてもよい。
 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CPUやメモリ等を備えた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。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。また、上記記憶媒体Hは、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。
 次に、上述したエッチング装置40の構成について説明する。図3に示すようにエッチング装置40は、基板保持部としてのウェハ保持部100と、回転機構101と、エッチング液供給部102とを有している。
 ウェハ保持部100は、重合ウェハTの外縁部を複数点、本実施形態においては3点で保持する。なお、ウェハ保持部100の構成は図示の例には限定されず、例えばウェハ保持部100は、重合ウェハTを下方から吸着保持するチャックを備えていてもよい。回転機構101は、ウェハ保持部100に保持された重合ウェハT(第1のウェハW)を鉛直な回転中心線100aを中心に回転させる。
 エッチング液供給部102は、一例として、ウェハ保持部100に保持された第1のウェハWの裏面Wbにエッチング液Eを供給するノズルを有する。エッチング液供給部102は、ウェハ保持部100の上方に設けられ、移動機構103によって水平方向及び鉛直方向に移動可能に構成されている。一例においてエッチング液供給部102は、ウェハ保持部100の回転中心線100aを通って、すなわち、図4に示すように第1のウェハWの中心部上方を通って往復移動(スキャン移動)可能に構成される。なお、以下の説明では、エッチング液供給部102の往復移動を1ループとする。
 エッチング液Eには、エッチング対象となり得る第1のウェハWのシリコンを適切にエッチングするため、少なくともフッ酸、硝酸、又は混酸が含まれている。また、エッチング液Eには、リン酸又は硫酸が含まれていてもよい。なお、エッチング対象は、第1のウェハWに限定されず、例えばアモルファスシリコンでもよい。また、本実施形態のエッチング対象は、第1のウェハWの裏面Wbに限定されない。例えば加工装置80による加工処理が行われないウェハの処理の場合にも適応できる。例えば、裏面Wbに膜が形成されている場合には、当該膜もエッチング対象になる。
 以上のエッチング装置40では、第1のウェハWを回転させるとともに、エッチング液供給部102を往復移動させながら、エッチング液供給部102から第1のウェハWの裏面Wbにエッチング液を供給する、スキャンエッチングが行われる。本実施形態では、予測モデルを用いて、スキャンエッチングにおけるエッチング量分布を予測する。
 エッチング量分布の予測モデルは、図5に示すように一定スキャン速度及び左右対称スキャンのエッチング条件でスキャンエッチングを行う際のものである。すなわち、エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度Vは一定である。また、エッチング液供給部102のスキャン幅Lは第1のウェハWの中心から左右対称であり、エッチング液供給部102はスキャン一端部「+L」とスキャン他端部「-L」の間を往復移動する。以下において、このスキャンエッチングのシーケンスを「定速スキャンシーケンス」といい、導出される予測モデルを「定速スキャンモデル」という場合がある。
 定速スキャンモデルは、下記式(1)~(6)からなる。
ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
=f(S,V) ・・・(3)
=f(S,V) ・・・(4)
=f(S,V) ・・・(5)
T=(L-R)/V ・・・(6)
但し、
ERscan:エッチング液供給部102を往復移動させた場合のエッチング量、
ERref:エッチング液供給部102を往復移動させない場合のエッチング量、
Ratioscan:スキャン比、
R:第1のウェハWの中心からの位置、
T:エッチング液Eが供給されない未吐出時間、
C:定数、
S:第1のウェハWを回転させる際の回転速度、
V:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度、
L:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン幅。
 上記式(3)~(5)のそれぞれにおける関数は、学習データを解析して決定する。例えば、複数の異なるエッチング条件でダミーウェハに対して定速スキャンシーケンスのエッチングを行い、エッチング量分布に関する学習データを取得する。具体的には、ダミーウェハの回転速度S、エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度V、及びエッチング液供給部102のスキャン幅Lを変更して、ダミーウェハのエッチングを行う。この際、各ダミーウェハに対するエッチングの処理時間は同じである。
 各エッチング条件でのダミーウェハのエッチングは、予め決められた所望の時間で実施される。そして、ダミーウェハのエッチング量分布が取得され、当該エッチング量分布は制御装置90に出力される。更に制御装置90では、出力された各エッチング条件でのエッチング量分布を単位時間又は単位ループでのエッチング量分布(エッチングレート)に圧縮し、当該圧縮された各々のエッチング量分布を、学習データとして記憶する。
 図6は、取得される学習データの一例である。ダミーウェハの回転速度Sは、S1~S5に変化させた。エッチング液供給部102のスキャン速度Vは、V1~V3に変化させた。エッチング液供給部102のスキャン幅Lは、L1~L4に変化させた。このように複数、本例においては60種類のエッチング条件に対して、エッチング量分布を取得した。各学習データのグラフにおいて、横軸はダミーウェハの中心(横軸の0(ゼロ))から一外端までの径方向位置を示し、縦軸はエッチング量(エッチングレート)を示す。
 なお、上記においてはダミーウェハのエッチングにより上記学習データを取得する場合を例に説明を行ったが、学習データを取得する際のエッチング対象はダミーウェハには限定されない。具体的には、例えばウェハ処理システム1で実処理される第1のウェハWのエッチング処理結果を、上記学習データとして記憶するようにしてもよい。また、例えば第1のウェハWの裏面Wbに膜が形成されている場合には、エッチング対象を膜として、当該膜のエッチング処理結果を、上記学習データとして記憶するようにしてもよい。
 次に、上述した定速スキャンモデルの詳細な導出方法について説明する。
 先ず、本発明者らは、スキャンエッチングにおけるエッチング量分布を把握した。そして、エッチング液供給部102が固定されて、往復移動しない場合(以下、「スキャン無し」という場合がある。)のエッチング量分布が、定速スキャンモデルで予測されるエッチング量分布の基準エッチング量分布となることを見出した。
 図7は、上記図6に示した学習データのうち、回転速度SがS5であり、スキャン速度VがV3であって、スキャン幅LをL1~L4に変化させた場合のエッチング量分布を示す。また図7は、スキャン無しの場合の基準エッチング量分布も示す。図7を参照すると、スキャンエッチングでは、スキャン幅Lを起点に内周側のエッチング量分布だけが変動し、外周側のエッチング量分布は変動しない。換言すれば、スキャンエッチングにおいてスキャン幅Lの内周側のエッチング量分布のみが、スキャン無しの基準エッチング量分布から変動し、スキャン幅Lの外周側のエッチング量分布は、基準エッチング量分布と同じ挙動を示す。したがって、スキャン無しのエッチング量分布が基準となり得る。
 次に、本発明者らは、スキャンエッチングにおけるエッチング量分布の変動分を分離した。具体的には、スキャン無しの基準エッチング量分布が存在するという概念から、当該基準エッチング量分布に対するスキャンエッチングのエッチング量分布の比を、下記式(7)によりスキャン比Ratioscanと定義した。このスキャン比Ratioscanにより、スキャンエッチングの効果を定量的に分離できる。図8は、回転速度SがS5であって、スキャン速度VをV1~V3に変化させ、スキャン幅LをL1~L4に変化させた場合のスキャン比Ratioscanを示す。図8の横軸は第1のウェハWの中心(横軸の0(ゼロ))から一外端までの径方向位置を示し、縦軸はスキャン比Ratioscanを示す。図8を参照すると、スキャン幅Lを起点に内周側のスキャン幅Lを起点に内周側のスキャン比Ratioscanが変動し、上記スキャンエッチングにおけるエッチング量分布の変動分を定量的に分離して捉えることができる。そして、下記式(7)より、定速スキャンモデルにおける下記式(1)が導出される。
Ratioscan(R)=ERscan(R)/ERref(R) ・・・(7)
ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
但し、
Ratioscan:スキャン比、
ERscan:エッチング液供給部102を往復移動させた場合のエッチング量、
ERref:エッチング液供給部102を往復移動させない場合のエッチング量。
 また、下記式(6)により未吐出時間Tを定義した。未吐出時間Tは、エッチング液供給部102が移動することで、当該エッチング液供給部102より内周側にエッチング液Eが供給されない時間である。そしてこの未吐出時間Tでは、エッチング量が減少する。図9は、回転速度SがS5であって、スキャン速度VをV1~V3に変化させ、スキャン幅LをL1~L4に変化させた場合の未吐出時間Tを示す。図9の横軸は第1のウェハWの中心(横軸の0(ゼロ))から一外端までの径方向位置を示し、縦軸は未吐出時間Tを示す。図9を参照すると、スキャン幅Lを起点に内周側のスキャン幅Lを起点に内周側の未吐出時間Tが変動することを捉えることができる。
T=(L-R)/V ・・・(6)
但し、
T:エッチング液Eが供給されない未吐出時間、
V:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度、
L:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン幅。
 次に、本発明者らは、スキャン比Ratioscanと未吐出時間Tとの関係を調べた。図10は、回転速度SがS5であって、スキャン速度VをV1~V3に変化させた場合の、スキャン比Ratioscanと未吐出時間Tとの関係を示す。図10の横軸は未吐出時間Tを示し、縦軸はスキャン比Ratioscanを示す。図10を参照すると、未吐出時間Tに対してスキャン比Ratioscanは指数関数的に小さくなり、下記式(2)の減衰曲線モデルで定義できる。この減衰曲線モデルは、エッチング液Eが供給されない時間が長いほどエッチング量が減少していくという、実際の物理現象の挙動を説明するにも適している。
Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
但し、
:スケール(切片)、
:減衰率(傾き)、
:減衰ディレイ値、
C:漸近線。
 上記bは、減衰曲線のスケール(切片)であり、bは、減衰曲線の減衰率(傾き)である。bは、減衰曲線の減衰ディレイ値である。例えばbは、エッチング液Eの液量が多く、第1のウェハWにおける残液が多い場合であって、すぐに減衰が起きない等の影響が大きい場合に使用する補正項である。Cは、減衰曲線の漸近線である。例えばCが無い場合、スキャン比Ratioscanは数式的に0(ゼロ)に近づいていく。しかしながら実際は、一旦エッチング液Eが供給されると第1のウェハWは必ずエッチングされるので、スキャン比Ratioscanは0(ゼロ)になることはない。Cは、この現象を補正するための補正項である。またCは、例えば上記式(2)で一旦解析した後、C<0であればC=0とし、C>0であればCを残す、という方法で決定することができる。
 なお、bとCは、実用的に不要と判断される場合、b=0、C=0として、省略することは可能である。
 また、スケールb、減衰率b1、及び減衰ディレイ値bは、回転速度Sとスキャン速度Vに依存し、それぞれ下記式(3)~(5)で定義できる。
=f(S,V) ・・・(3)
=f(S,V) ・・・(4)
=f(S,V) ・・・(5)
但し、
S:第1のウェハWを回転させる際の回転速度、
V:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度。
 ここで図10中、太線は実験によって取得された実測値であり、細線は定速スキャンモデルの上記式(2)で算出される計算値である。実測値と計算値は略一致しており、上記式(2)の減衰曲線モデルが適切であることが確認された。
 以上より、下記式(1)~(6)からなる定速スキャンモデル(エッチング量分布の予測モデル)が導出される。
ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
=f(S,V) ・・・(3)
=f(S,V) ・・・(4)
=f(S,V) ・・・(5)
T=(L-R)/V ・・・(6)
 図11は、実験によって取得されるエッチング量分布の実測値(図11中の太線)と、定速スキャンモデルから算出されるエッチング量分布の計算値(図11中の細線)とを比較したグラフである。回転速度SをS1~S4に変化させ、スキャン速度VをV1~V3に変化させ、スキャン幅LをL1~L4に変化させた。実測値と計算値は略一致しており、上記式(1)~(6)の定速スキャンモデルが適切であることが確認された。
 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、予めウェハ処理システム1の外部の接合装置(図示せず)において重合ウェハTが形成されている。また、第1のウェハWの周縁部、例えば第1のウェハWの外端部から径方向に0.5mm~3mmの範囲は、予め除去されていてもよい。
 先ず、複数の重合ウェハT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10に載置される。次に、ウェハ搬送装置20によりカセットC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。トランジション装置30に搬送された重合ウェハTは、ウェハ搬送装置50によりバッファ装置62に搬送される。なお、バッファ装置62では、チャック83に対する重合ウェハTの中心位置、及び/又は重合ウェハTの水平方向の向きを調整してもよい。
 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、受渡位置A0のチャック83に受け渡される。チャック83では、第2のウェハSの裏面Sbが吸着保持される。次に、チャック83を加工位置A1に移動させ、研削ユニット84によって第1のウェハWの裏面Wbを研削する。かかる研削処理により、第1のウェハW(重合ウェハT)の厚みを所望の研削目標厚みまで減少させる(図12のステップS1)。
 次に、重合ウェハTはウェハ搬送装置70により厚み測定装置61に搬送される。厚み測定装置61では、研削後の第1のウェハW(重合ウェハT)の厚みを複数点で測定することで第1のウェハWの研削後の厚み分布を取得し、更に第1のウェハWの平坦度を算出する(図12のステップS2)。算出された第1のウェハWの厚み分布及び平坦度は例えば制御装置90に出力される。なお、加工装置80に厚み測定装置が設けられている場合、研削後の第1のウェハWの厚みは、当該加工装置80の厚み測定装置で測定してもよい。
 制御装置90では、出力された第1のウェハWの厚み分布及び平坦度から、後続のエッチング処理における最適エッチング条件を決定する(図12のステップS3)。制御装置90における最適エッチング条件の詳細な決定方法については後述する。
 第1のウェハWの厚みが測定された重合ウェハTは、次に、ウェハ搬送装置70又はウェハ搬送装置50により洗浄装置60に搬送される。洗浄装置60では、研削後の第1のウェハWの研削面である裏面Wbを洗浄する(図12のステップS4)。また、洗浄装置60では、上述したように第2のウェハSの裏面Sbが洗浄されてもよい。なお、本実施形態のように厚み測定装置61で研削後の厚みを測定する場合、ステップS2及びステップS3と、ステップS4との順序は逆でもよい。すなわち、洗浄装置60で第1のウェハWの裏面Wbを洗浄した後、厚み測定装置61での第1のウェハWの厚みを測定し、エッチング処理における最適エッチング条件を決定してもよい。
 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、最適エッチング条件で、第1のウェハWの研削面である裏面Wbがエッチング液Eによりエッチングされる(図12のステップS5)。
 第1のウェハWのエッチングに際しては、先ず、ウェハ保持部100(第1のウェハW)を鉛直な回転中心線100aを中心に回転させるとともに、エッチング液供給部102からのエッチング液Eの供給(吐出)を開始し、裏面Wbのエッチングを開始する。
 更に第1のウェハWのエッチングに際しては、エッチング液供給部102からのエッチング液Eの供給を継続しながら、図4に示したようにエッチング液供給部102を第1のウェハWの回転中心の上方、すなわち回転中心線100aを通るように、当該回転中心線100aを中間点として往復移動(スキャン)させる。なお、第1のウェハWの回転速度、エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度、及びエッチング液供給部102のスキャン幅等のエッチング条件の詳細な決定方法については後述する。
 第1のウェハWに所望のエッチング量が得られると、エッチング液供給部102からのエッチング液Eの供給を停止し、第1のウェハWの裏面Wbを純水でリンスした後、振り切り乾燥させる。その後、ウェハ保持部100(第1のウェハW)の回転を停止し、第1のウェハWのエッチングを終了する。
 ここで、第1のウェハWの最適エッチング条件は、上述したように研削後の第1のウェハWの厚み分布及び平坦度に基づいて決定される。具体的には、厚み測定装置61における第1のウェハWの厚み分布及び平坦度の実測値と、目標とするエッチング後の第1のウェハWの表面形状(以下、「目標形状」という。)における厚み分布及び平坦度との差分に基づいて最適エッチング条件を決定する。そしてステップS5では、最適エッチング条件で第1のウェハWをエッチングすることにより、第1のウェハWの厚みの実測値と目標値との差分をエッチングにより除去し、第1のウェハWの表面を目標形状に加工する。これにより本実施形態によれば、研削後の第1のウェハWの表面形状に依らず、適切に目標とする第1のウェハWの表面形状を得ることができる。
 次に、重合ウェハTはウェハ搬送装置50により厚み測定装置41に搬送される。厚み測定装置41では、エッチング後の第1のウェハW(重合ウェハT)の厚みを複数点で測定することで第1のウェハWのエッチング後の厚み分布を取得し、更に第1のウェハWの平坦度を算出する(図12のステップS6)。算出された第1のウェハWの厚み分布及び平坦度は例えば制御装置90に出力され、一例として、次にウェハ処理システム1で処理される他の重合ウェハTの処理に用いられる。なお、加工装置80の厚み測定装置で研削後の第1のウェハWの厚みを測定する場合、厚み測定装置61において、エッチング後の第1のウェハWの厚みを測定してもよい。
 その後、全ての処理が施された重合ウェハTは、トランジション装置30を介してカセット載置台10のカセットC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。
 次に、上述した最適エッチング条件の詳細な決定方法(図12のステップS3)について説明する。
 先ず、最適エッチング条件の決定に際しては、ウェハ処理システム1における重合ウェハTに対する処理に先立って、学習データを取得する(図13のステップS3-1)。当該学習データからエッチング量分布の予測モデルを導出する(図13のステップS3-2)。
 ステップS3-1では、上述したように、例えばダミーウェハに対して定速スキャンシーケンスのエッチングを行い、図6に示したエッチング量分布に関する学習データを取得する。
 ステップS3-2では、上述したように、下記式(1)~(6)からなるエッチング量分布の予測モデル、すなわち定速スキャンモデルを導出する。この際、下記式(3)~(5)のそれぞれにおける関数は、ステップS3-1で取得された学習データを解析して決定する。
ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
=f(S,V) ・・・(3)
=f(S,V) ・・・(4)
=f(S,V) ・・・(5)
T=(L-R)/V ・・・(6)
但し、
ERscan:エッチング液供給部102を往復移動させた場合のエッチング量、
ERref:エッチング液供給部102を往復移動させない場合のエッチング量、
Ratioscan:スキャン比、
R:第1のウェハWの中心からの位置、
T:エッチング液Eが供給されない未吐出時間、
C:定数、
S:第1のウェハWを回転させる際の回転速度、
V:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン速度、
L:エッチング液供給部102を往復移動させる際のスキャン幅。
 ここで、図14は、最適エッチング条件を決定するため、後述するステップS3-3~S3-8を行った際の、各々のエッチング量分布を示すグラフである。図14の横軸は第1のウェハWの中心(横軸の0(ゼロ))から一外端までの径方向位置を示し、縦軸はエッチング量(エッチングレート)を示す。
 ステップS3-1及びS3-2に並行して、上記ステップS5のエッチング処理における第1の目標エッチング量分布を取得する(図13のステップS3-3)。第1の目標エッチング量分布は、エッチング後の第1のウェハWの目標形状における厚み分布(以下、「目標厚み分布」という。)と、上記ステップS2で取得された研削後の第1のウェハWの表面形状における厚み分布(以下、「実測厚み分布」という。)とに基づいて取得する。第1の目標エッチング量分布は、一例として第1のウェハWの目標厚み分布と実測厚み分布との差分を算出することで取得できる。この第1の目標エッチング量分布は、図14において実線で示されている。また、本例において第1の目標エッチング量分布は、ウェハ面内で平坦である。
 次に、ステップS3-2の定速スキャンモデルを用いて算出される第1のエッチング量分布と、ステップS3-3で取得された第1の目標エッチング量分布との第1の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、第1のエッチング量分布における第1のエッチング条件を最適化する(図13のステップS3-4)。最適化される第1のエッチング条件は、第1のウェハWの回転速度S、エッチング液供給部102のスキャン速度V、及びエッチング液供給部102のスキャン幅Lを含む。なお、最適化された第1のエッチング条件に対応する第1のエッチング量分布は、図14において一点鎖線で示されている。
 次に、ステップS3-4の第1の残差分布を、第2の目標エッチング量分布に設定する(図13のステップS3-5)。
 次に、ステップS3-2の定速スキャンモデルを用いて算出される第2のエッチング量分布と、ステップS3-5で設定された第2の目標エッチング量分布との第2の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、第2のエッチング量分布における第2のエッチング条件を最適化する(図13のステップS3-6)。最適化される第2のエッチング条件は、第1のウェハWの回転速度S、エッチング液供給部102のスキャン速度V及びスキャン幅Lを含む。なお、最適化された第2のエッチング条件に対応する第2のエッチング量分布は、図14において二点鎖線で示されている。
 次に、第1のエッチング量分布と第2のエッチング量分布を、時間比率(ループ回数比率)に応じて連結する(図13のステップS3-7)。時間比率(ループ回数比率)は、第1のエッチング条件で定速スキャンシーケンス1を行う時間(ループ回数)と、第2のエッチング条件で定速スキャンシーケンス2を行う時間(ループ回数)との比率である。連結されたエッチング量分布(以下、「連結エッチング量分布」という。)は、図14において点線で示されている。
 本例においては、連結エッチング量分布は、第1の目標エッチング量分布と略一致している。そこで、当該連結エッチング量分布に対応するエッチング条件を最適エッチング条件に決定する。具体的には、第1のエッチング条件と第2のエッチング条件を時間比率に応じて組み合わせて、最適エッチング条件に決定する(図13のステップS3-8)。
 その後、ステップS4において、第1のウェハWの裏面Wbを洗浄した後、ステップS5において、最適エッチング条件で、第1のウェハWの裏面Wbがエッチングされる。すなわち、エッチング装置40では、最適エッチング条件で決められた回転速度で重合ウェハT(第1のウェハW)を回転させると共に、決められたスキャン速度及びスキャン幅でエッチング液供給部102を移動させつつ、第1のウェハWに対してエッチング液Eを供給する。
 本実施形態にかかる最適エッチング条件の決定、及び当該最適エッチング条件に基づく第1のウェハWに対するエッチング処理は以上のようにして行われる。
 以上の実施形態によれば、上記式(1)~(6)からなる定速スキャンモデルを用いてエッチング量分布を適切に予測することができる。このため、エッチング量分布の制御に際して、従来のようにエンジニアの能力に依存することなく、制御に要する作業時間を抑制して、制御の完成度を高めることができる。また、ステップS3において最適エッチング条件を決定する際の工数のばらつきを抑制し、最適エッチング条件の精度を向上させることができる。
 また、ステップS3において最小二乗法を用いて最適エッチング条件を決定するので、その後、ステップS5において当該最適エッチング条件で第1のウェハWをエッチングできる。これにより、エッチング処理におけるエッチング量分布を第1の目標エッチング量分布に近づけることができ、その結果、エッチング後の第1のウェハWの表面形状を目標形状にすることができる。換言すれば、不定のエッチング条件から最適エッチング条件を決定することができ、エッチング後の第1のウェハWの表面形状を適切に制御することができる。
 実際に本発明者らがシミュレーションを行ったところ、第1の目標エッチング量分布がV字型、A字型、M字型、W字型のいずれの場合でも、エッチング後の第1のウェハWの厚み分布のばらつきを許容範囲内に収めることができた。また、エッチング後の第1のウェハWの平坦度(TTV)についても、従来より向上した。なお、V字型は、第1のウェハWの中心部のエッチング量が両端部のエッチング量に比べて小さく、横軸をウェハ位置、縦軸をエッチング量としたグラフにおいて略V字形状を有する分布である。A字型は、第1のウェハWの中心部のエッチング量が両端部のエッチング量に比べて大きく、上記グラフにおいて略A字形状を有し、V字型と上下反対の形状を有する分布である。M字型は、上記グラフにおいて、第1のウェハWの中心部を挟んでA字型を2つ並べた形状であって、全体として略M字形状を有する分布である。W字型は、上記グラフにおいて、第1のウェハWの中心部を挟んでV字型を2つ並べた形状であって、全体として略W字形状を有する分布である。
 また、1枚毎の重合ウェハTに対してステップS1~S6を行うので、エッチング前(本実施形態では研削後)の表面形状が1枚毎に異なっていても、エッチング後の第1のウェハWの表面形状を目標形状に枚葉で制御することができる。
 以上の実施形態では、ステップS3-4とステップS3-6において2回の最小二乗法を用いたエッチング条件の最適化を行ったが、この最適化の回数はこれに限定されない。
 例えば、最小二乗法による最適化計算は1回であってもよい。例えば、ステップS3-4で第1のエッチング条件を最適化した結果、第1のエッチング条件に対応する第1のエッチング量分布が第1の目標エッチング量分布と略一致している場合には、当該第1のエッチング条件を最適エッチング条件に決定してもよい。かかる場合、ステップS3-5~S3-8を省略することができる。
 例えば、最小二乗法による最適化計算は3回以上であってもよい。例えば、ステップS3-8の連結エッチング量分布が第1の目標エッチング量分布と略一致していない場合、この連結エッチング量分布と第1の目標エッチング量分布との第3の残差分布を、第3の目標エッチング量分布に設定する。そして、ステップS3-6~S3-8を行って、連結エッチング量分布と第1の目標エッチング量分布を略一致させる。このように連結エッチング量分布と第1の目標エッチング量分布の残差分布を逐次的に小さくし、当該連結エッチング量分布と第1の目標エッチング量分布が略一致するまで、最小二乗法による最適化計算を繰り返し行う。そして、連結エッチング量分布と第1の目標エッチング量分布が略一致した時点でのエッチング条件を組み合わせて、最適エッチング条件に決定する。
 以上の実施形態では、第1のウェハWと第2のウェハSが接合された重合ウェハTにおいて、第1のウェハWの裏面Wbに各種処理を施す場合を例に説明したが、処理対象はこれに限定されない。例えば、1枚のウェハ単体に対して、薄化処理やエッチング処理を行ってもよい。処理対象は、ウェハの表面に形成された膜、例えば酸化膜やチタンナイトライドであってもよい。かかる場合、エッチング装置40におけるエッチング液供給部102は、エッチング対象に応じて、異なる種類のエッチング液Eの供給を任意に切り替え可能に構成されてもよい。また、例えばウェハ表面に形成された膜をエッチング対象とする場合には、当該膜のエッチング処理結果を、上記パーツとして記憶するようにしてもよい。厚み測定装置61では、膜の厚みが測定される。また、ウェハのデバイス面に保護テープが貼り付けられている場合、保護テープと反対側の面に対して薄化処理やエッチング処理を行ってもよい。更に、インゴットからワイヤーソー等により切り出され、ラッピングされたウェハに対して、薄化処理やエッチング処理を行ってもよい。いずれの処理対象であっても、上記実施形態の最適エッチング条件でエッチング処理を行うことができる。
 また、例えば第1のウェハの裏面Wbに膜が形成されている場合、当該膜をエッチング対象としてもよい。かかる場合、例えば厚み測定装置61は膜の厚みを測定し、ステップS2において、第1のウェハWの厚みに代えて、膜の厚みが測定され、更に膜の厚み分布と膜の平坦度が算出される。そして、ステップS3において、算出された膜の厚み分布及び平坦度に基づいて、最適エッチング条件が決定される。
 また、ウェハ処理システム1は、エッチング装置40以外の種々の装置を備えているが、本開示が適用される装置構成はこれに限定されない。例えば、薄化装置である加工装置80を省略してもよい。かかる場合、エッチング対象は、薄化処理後のウェハに限定されない。また、例えば、エッチング装置単体においてウェハをエッチングする際にも本開示の技術を適用できる。
 以上の実施形態では、加工装置80で第1のウェハWを薄化したが、薄化方法はこれに限定されない。例えば、第1のウェハWの薄化処理には、当該第1のウェハWの裏面Wbの研磨も含まれる。あるいは例えば、第1のウェハWの内部にレーザ加工により形成された改質層(図示せず)を基点とした分離により薄化されてもよい。かかる場合、ウェハ処理システム1には、加工装置80に代えて、改質層(図示せず)の形成用のレーザ処理装置(図示せず)が設けられる。
 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
  40  エッチング装置
  90  制御装置
  102 エッチング液供給部
  E   エッチング液
  T   重合ウェハ
  W   第1のウェハ
  S   第2のウェハ

Claims (14)

  1. 基板を処理する基板処理方法であって、
    最適エッチング条件を決定することと、
    前記最適エッチング条件に基づいて、前記基板におけるエッチング対象を回転させるとともに、エッチング液供給部を前記エッチング対象の回転中心の上方を通って径方向に往復移動させながら、前記エッチング液供給部から前記エッチング対象の表面にエッチング液を供給して当該表面をエッチングすることと、を含み、
    前記最適エッチング条件を決定することは、
    複数の異なるエッチング条件で前記エッチング対象の表面をエッチングした際の、当該エッチング対象の径方向のエッチング量分布を含む学習データを取得することと、
    前記学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第1のエッチング量分布と、第1の目標エッチング量分布との第1の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、前記第1のエッチング量分布における第1のエッチング条件を最適化することと、を含む、基板処理方法。
    ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
    Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
    =f(S,V) ・・・(3)
    =f(S,V) ・・・(4)
    =f(S,V) ・・・(5)
    T=(L-R)/V ・・・(6)
    但し、
    ERscan:前記エッチング液供給部を往復移動させた場合のエッチング量、
    ERref:前記エッチング液供給部を往復移動させない場合のエッチング量、
    Ratioscan:スキャン比、
    R:前記エッチング対象の中心からの位置、
    T:前記エッチング液が供給されない未吐出時間、
    C:定数、
    S:前記エッチング対象を回転させる際の回転速度、
    V:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン速度、
    L:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン幅。
  2. 前記最適エッチング条件は、前記回転速度、前記スキャン速度及び前記スキャン幅を含む、請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記第1の残差分布を第2の目標エッチング量分布に設定することと、
    前記学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第2のエッチング量分布と、前記第2の目標エッチング量分布との第2の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、前記第2のエッチング量分布における第2のエッチング条件を最適化することと、
    最適化された前記第1のエッチング条件と最適化された前記第2のエッチング条件を時間比率に応じて組み合わせて、前記最適エッチング条件に決定することと、を含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
  4. 上記式(3)~(5)のそれぞれ関数は、前記学習データを解析して基づいて決定する、請求項1~3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記エッチング対象の表面をエッチングする前に、前記エッチング対象の厚みを測定して、当該エッチング対象の径方向の厚み分布を取得することと、
    取得された前記エッチング対象の厚み分布に基づいて、前記第1のエッチング量分布を予測することと、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。
  6. 前記エッチング対象の表面をエッチングする前に、前記エッチング対象の厚みを測定して、当該エッチング対象の径方向の厚み分布を取得することを含み、
    前記第1の目標エッチング量分布は、取得された前記エッチング対象の厚み分布と、前記エッチング対象の目標厚み分布とに基づいて取得される、請求項1~5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記エッチング対象の厚みを測定する前に、前記基板を薄化することを含む、請求項5又は6に記載の基板処理方法。
  8. 基板を処理する基板処理システムであって、
    前記基板におけるエッチング対象を回転させるとともに、エッチング液供給部を前記エッチング対象の回転中心の上方を通って径方向に往復移動させながら、前記エッチング液供給部から前記エッチング対象の表面にエッチング液を供給して当該表面をエッチングするエッチング装置と、
    最適エッチング条件に基づいて、前記エッチング装置における前記エッチング対象の表面のエッチングを制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    複数の異なるエッチング条件で前記エッチング対象の表面をエッチングした際の、当該エッチング対象の径方向のエッチング量分布を含む学習データを取得することと、
    前記学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第1のエッチング量分布と、第1の目標エッチング量分布との第1の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、前記第1のエッチング量分布における第1のエッチング条件を最適化することと、を実行する、基板処理システム。
    ERscan(R)=ERref(R)×Ratioscan(R) ・・・(1)
    Ratioscan(R)=b×exp(b×T+b)+C ・・・(2)
    =f(S,V) ・・・(3)
    =f(S,V) ・・・(4)
    =f(S,V) ・・・(5)
    T=(L-R)/V ・・・(6)
    但し、
    ERscan:前記エッチング液供給部を往復移動させた場合のエッチング量、
    ERref:前記エッチング液供給部を往復移動させない場合のエッチング量、
    Ratioscan:スキャン比、
    R:前記エッチング対象の中心からの位置、
    T:前記エッチング液が供給されない未吐出時間、
    C:定数、
    S:前記エッチング対象を回転させる際の回転速度、
    V:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン速度、
    L:前記エッチング液供給部を往復移動させる際のスキャン幅。
  9. 前記最適エッチング条件は、前記回転速度、前記スキャン速度及び前記スキャン幅を含む、請求項8に記載の基板処理システム。
  10. 前記制御装置は、
    前記第1の残差分布を第2の目標エッチング量分布に設定することと、
    前記学習データを用いて下記式(1)~(6)から予測される第2のエッチング量分布と、前記第2の目標エッチング量分布との第2の残差分布が最小になるように、最小二乗法を用いて、前記第2のエッチング量分布における第2のエッチング条件を最適化することと、
    最適化された前記第1のエッチング条件と最適化された前記第2のエッチング条件を時間比率に応じて組み合わせて、前記最適エッチング条件に決定することと、を実行する、請求項8又は9に記載の基板処理システム。
  11. 前記制御装置は、上記式(3)~(5)のそれぞれ関数を、前記学習データを解析して決定する、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. エッチング前の前記エッチング対象の厚みを測定する厚み測定装置を有し、
    前記制御装置は、前記厚み測定装置で測定された前記エッチング対象の厚みから取得される当該エッチング対象の厚み分布に基づいて、前記第1のエッチング量分布を予測する、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. エッチング前の前記エッチング対象の厚みを測定する厚み測定装置を有し、
    前記制御装置は、前記厚み測定装置で測定された前記エッチング対象の厚みから取得される当該エッチング対象の厚み分布と、前記エッチング対象の目標厚み分布とに基づいて、前記第1の目標エッチング量分布を取得する、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. 前記基板を薄化する薄化装置を有し、
    前記厚み測定装置は、薄化後の前記基板における前記エッチング対象の厚みを測定する、請求項12又は13に記載の基板処理システム。
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