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JP7808697B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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JP7808697B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置及び基板処理方法

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Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
特許文献1には、剥離酸化膜及び半導体素子が表面上に形成された半導体基板において、半導体素子を転写先基板に転写することが開示されている。特許文献1に記載の方法は、半導体基板の裏面より光を照射して剥離酸化膜を局所的に加熱する工程と、剥離酸化膜中、及び/又は剥離酸化膜と半導体基板との界面において剥離を生じさせて、半導体素子を転写先基板に転写させる工程と、を含む。
日本国特開2007-220749号公報
本開示にかかる技術は、レーザ吸収層が第1の基板と第2の基板の界面に形成された重合基板において、第1の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行う。
本開示の一態様は、第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、前記重合基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、前記基板保持部を回転させる回転機構と、制御部と、を備え、前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、前記内周領域において、径方向外側の第1の内周領域と径方向内側の第2の内周領域とが設定され、前記制御部は、前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と、前記第1の内周領域において、前記レーザ光の周波数を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記重合基板の回転速度を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、前記第2の内周領域において、前記重合基板の回転速度を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記レーザ光の周波数を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、を実行する。
本開示によれば、レーザ吸収層が第1の基板と第2の基板の界面に形成された重合基板において、第1の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行うことができる。
実施形態にかかる重合ウェハの構成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示す平面図である。 レーザ照射装置の構成の概略を示す平面図である。 レーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。 分離装置の動作の様子を示す側面図である。 レーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 ウェハ処理システムにおけるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 重合ウェハに生じた熱の拡散の様子を示す説明図である。 レーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第1のウェハとレーザ吸収層の剥離の様子を示す説明図である。 第1のウェハとレーザ吸収層の剥離の様子を示す説明図である。 ウェハ処理システムにおけるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 重合ウェハの領域、各領域におけるチャックの回転速度、及び各領域におけるレーザ光の周波数を示す説明図である。 外周領域と第1の内周領域を示す側面図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第2の内周領域と第1の内周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第1の内周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 中心領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 剥離促進層とレーザ吸収層の剥離の様子を示す説明図である。 他の実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。
半導体デバイスの製造工程では、2枚の半導体基板(以下、「ウェハ」という。)が接合された重合ウェハにおいて、第1のウェハの表面に形成されたデバイス層を第2のウェハに転写することが行われている。この第2のウェハに対するデバイス層の転写は、第1のウェハとデバイス層の間に形成されたレーザ吸収層に対してレーザ光を照射し、当該第1のウェハとレーザ吸収層を剥離させることにより実行される。具体的には、例えば重合ウェハを回転させると共に、レーザ光を径方向外側から内側に移動させながら、当該レーザ光をレーザ吸収層にパルス状に照射する。
ここで、重合ウェハの周縁部は面取りされた面取り部(ベベル部)を有し、かかる周縁部は接合されていない。すなわち、重合ウェハの外周領域は未接合領域を含み、未接合領域と接合領域の境界において、第1のウェハ(デバイス層を含む)と第2のウェハの界面の接合強度が低い。かかる場合、レーザ光を外周領域に照射すると、当該外周領域では、接合強度が低い第1のウェハと第2のウェハの界面で剥離が生じる。
この状態で、外周領域においてレーザ光を径方向外側から内側に移動させながら照射すると、未接合領域の径方向内側に隣接する接合領域では、剥離した第1のウェハと第2のウェハの界面を先端として剥離が進みやすくなる。すなわち、外周領域の接合領域では、所望の界面である第1のウェハとレーザ吸収層の界面で剥離が生じない。そうすると、第1のウェハのデバイス層を第2のウェハに転写できない場合がある。
本開示にかかる技術は、レーザ吸収層が第1の基板と第2の基板の界面に形成された重合基板において、第1の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行う。以下、本実施形態にかかる基板処理装置としてのレーザ照射装置を備えた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とが接合された重合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の基板としての第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る。一実施形態において、第1のウェハWは略円板形状を有する。第1のウェハWの表面Waには、複数の膜が積層した積層膜が形成されている。積層膜は、表面Wa側から順にレーザ吸収層P、デバイス層Dw及び表面膜Fwを含む。デバイス層Dwは、複数のデバイスを含む。表面膜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挙げられる。第1のウェハWは、この表面膜Fwを介して第2のウェハSと接合される。なお、表面Waには、デバイス層Dwと表面膜Fwが形成されていない場合もある。この場合、レーザ吸収層Pは第2のウェハS側に形成され、後述する第2のウェハS側のデバイス層Dsが第1のウェハW側に転写される。
レーザ吸収層Pは、後述するようにレーザ照射部110から照射されたレーザ光を吸収する。レーザ吸収層Pには、例えば酸化膜(SiO膜、TEOS膜)が用いられるが、レーザ光を吸収するものであれば特に限定されない。レーザ吸収層Pは、例えば後述するウェハ処理システム1の外部において、CVD(Chemical Vapor Deposition)プロセスにより形成される。レーザ吸収層Pとしての酸化膜(SiO膜、TEOS膜)の組成は、CVDプロセスに用いられる処理ガスの種類や混合比等に応じて任意に変更できる。
第2の基板としての第2のウェハSは、例えばシリコン基板等の半導体ウェハである。第2のウェハSの表面Saには、積層膜が形成されている。積層膜は、デバイス層Dsと表面膜Fsを表面Sa側からこの順に有する。デバイス層Dsと表面膜Fsはそれぞれ、第1のウェハWのデバイス層Dw、表面膜Fwと同様である。そして、第1のウェハWの表面膜Fwと第2のウェハSの表面膜Fsが接合される。なお、表面Saには、デバイス層Dsと表面膜Fsが形成されていない場合もある。
なお、本開示の技術においては、第1のウェハWと第2のウェハSの界面に形成された積層膜、具体的にはレーザ吸収層P、デバイス層Dw、Ds、表面膜Fw、Fsを併せて、「界面層」という場合がある。本開示の技術において、界面層は、少なくともレーザ吸収層Pを含む。
なお、第1のウェハWと第2のウェハSの界面に形成される積層膜の種類は、図1に示した例に限定されない。例えば積層膜は、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離を適切に行うための、後述する「剥離促進膜」を含んでもよい。この場合、上記した界面層には剥離促進膜が含まれる。
図2に示すようにウェハ処理システム1は、搬入出ブロック10、搬送ブロック20、及び処理ブロック30を一体に接続した構成を有している。搬入出ブロック10と処理ブロック30は、搬送ブロック20の周囲に設けられている。具体的に搬入出ブロック10は、搬送ブロック20のY軸負方向側に配置されている。処理ブロック30の後述するレーザ照射装置31及び後述する分離装置32は搬送ブロック20のX軸負方向側に配置され、後述する第1の洗浄装置33及び後述する第2の洗浄装置34は搬送ブロック20のX軸正方向側に配置されている。
搬入出ブロック10は、例えば外部との間で複数の重合ウェハT、複数の第1のウェハW、複数の第2のウェハSをそれぞれ収容可能なカセットCt、Cw、Csがそれぞれ搬入出される。搬入出ブロック10には、カセット載置台11が設けられている。図示の例では、カセット載置台11には、複数、例えば3つのカセットCt、Cw、CsをX軸方向に一列に載置可能になっている。なお、カセット載置台11に載置されるカセットCt、Cw、Csの個数は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
搬送ブロック20には、X軸方向に延伸する搬送路21上を移動可能に構成されたウェハ搬送装置22が設けられている。ウェハ搬送装置22は、重合ウェハT、第1のウェハW又は第2のウェハSを保持して搬送する、例えば2つの搬送アーム23、23を有している。各搬送アーム23は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸回りに移動可能に構成されている。なお、搬送アーム23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22は、カセット載置台11のカセットCt、Cw、Cs、レーザ照射装置31、分離装置32、第1の洗浄装置33及び第2の洗浄装置34に対して、重合ウェハT、第1のウェハW、第2のウェハSを搬送可能に構成されている。
処理ブロック30は、レーザ照射装置31、分離装置32、第1の洗浄装置33及び第2の洗浄装置34を有している。一例において、レーザ照射装置31と分離装置32は、搬送ブロック20のX軸負方向側において積層して配置される。また、第1の洗浄装置33と第2の洗浄装置34は、搬送ブロック20のX軸正方向側において積層して配置される。なお、レーザ照射装置31、分離装置32、第1の洗浄装置33及び第2の洗浄装置34の数や配置はこれに限定されるものではない。
レーザ照射装置31は、重合ウェハTの内部、より具体的には第1のウェハWの表面Waに形成されたレーザ吸収層Pにレーザ光を照射して第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面における接合強度を低下させる。
図3に示すようにレーザ照射装置31の内部には受渡位置A1と処理位置A2が設定されている。受渡位置A1は、搬送アーム23から後述のチャック100に重合ウェハTの受け渡しができる位置であって、且つ、後述のカメラ120により重合ウェハT(レーザ吸収層P)を撮像できる位置である。処理位置A2は、後述のレーザ照射部110から重合ウェハT(レーザ吸収層P)にレーザ光を照射できる位置である。
図3及び図4に示すように、レーザ照射装置31は、重合ウェハTを上面で保持する、基板保持部としてのチャック100を有している。チャック100は上面に重合ウェハTの保持面を備え、第2のウェハSの裏面Sbの全面、又は裏面Sbの径方向内側の一部を吸着保持する。チャック100は、一例として静電チャック(ESC:Electrostatic Chuck)や真空チャック(Vacuum Chuck)である。チャック100には、重合ウェハTを下方から支持し昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられている。昇降ピンは、チャック100を貫通して形成された貫通孔(図示せず)を挿通し、昇降可能に構成されている。
チャック100は、エアベアリング101を介して、スライダテーブル102に支持されている。スライダテーブル102の下面側には、回転機構103が設けられている。回転機構103は、駆動源として例えばモータを内蔵している。チャック100は、回転機構103によってエアベアリング101を介して、θ軸(鉛直軸)回りに回転可能に構成されている。スライダテーブル102は、その下面側に設けられた移動機構104によって、基台105に設けられY軸方向に延伸するレール106に沿って、上記した受渡位置A1と処理位置A2の間で移動可能に構成されている。なお、移動機構104の駆動源は特に限定されるものではないが、例えばリニアモータが用いられる。
処理位置A2におけるチャック100の上方には、レーザ照射部110が設けられている。レーザ照射部110は、レーザヘッド111、光学系112、及びレンズ113を有している。レーザ照射部110は、レーザ光を走査(スキャン)させることができる。以下の説明において、レーザ光を走査させるとは、レーザ照射部110のレンズ113から照射されるレーザ光を、レーザ吸収層Pに対して移動させることをいう。
レーザヘッド111は、レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器(図示せず)を有している。このレーザ光は、いわゆるパルスレーザである。また、本実施形態ではレーザ光はCOレーザ光であり、COレーザ光の波長は例えば8.9μm~11μmである。なお、レーザヘッド111は、レーザ発振器の他の機器、例えば増幅器などを有していてもよい。
光学系112は、レーザ光の強度や位置を制御する光学素子(図示せず)と、レーザ光を減衰させて出力を調整するアッテネータ(図示せず)と、レーザ光を走査させるレーザ走査部(図示せず)を有している。レーザ走査部には、例えばロータリーウェッジスキャナやガルバノスキャナが用いられる。また、光学系112は、レーザ光の分岐を制御可能に構成されてもよい。
レンズ113は、チャック100に保持された重合ウェハTにレーザ光を照射する。レーザ照射部110から発せられたレーザ光は第1のウェハWを透過し、レーザ吸収層Pに照射される。レンズ113は、移動機構(図示せず)によって水平方向に移動可能に構成されていてもよいし、昇降機構(図示せず)によって鉛直方向に昇降可能に構成されていてもよい。
また、受渡位置A1におけるチャック100の上方には、カメラ120が設けられている。カメラ120は、マクロカメラやマイクロカメラ等から選択される1つ以上のカメラを有している。なお、カメラ120は、移動機構(図示せず)によって水平方向に移動可能に構成されていてもよいし、昇降機構(図示せず)によって鉛直方向に昇降可能に構成されていてもよい。
カメラ120は、チャック100に保持された重合ウェハTを撮像する。カメラ120は、例えば同軸レンズを備え、赤外光(IR)を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。カメラ120で撮像された画像データは、後述する制御装置40に出力される。
なお、後述するようにウェハ処理システム1は制御装置40を有しているが、かかる制御装置40は、レーザ照射装置31に設けられ当該レーザ照射装置31を制御する制御部としても機能する。
分離部としての分離装置32は、レーザ照射装置31で接合強度が低下された、剥離部分としての第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面を基点として第2のウェハS(重合ウェハT)から第1のウェハWを剥離する。
一例において分離装置32は、図5に示すように、第2のウェハSの裏面Sbを下方から吸着保持する吸着チャック200と、第1のウェハWの裏面Wbを上方から吸着保持する吸着パッド210とを有する。そして分離装置32では、図5に示すように吸着チャック200が第2のウェハSを吸着保持し、吸着パッド210が第1のウェハWを吸着保持した状態で、当該吸着パッド210を上昇させて、レーザ吸収層Pから第1のウェハWを剥離する。
なお、分離装置32の構成はこれに限定されるものではなく、第2のウェハSから第1のウェハWを剥離できれば、任意の構成をとることができる。
第1の洗浄装置33は、分離装置32での剥離により分離された第2のウェハSの表面Sa側を洗浄する。例えば第2のウェハSの表面Sa側のレーザ吸収層Pにブラシを当接させて、当該レーザ吸収層Pを洗浄する。なお、第2のウェハSの洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、第1の洗浄装置33は、第2のウェハSの表面Sa側と共に、裏面Sbを洗浄する構成を有していてもよい。
第2の洗浄装置34は、分離装置32での剥離により分離された第1のウェハWの表面Wa側を洗浄する。例えば第1のウェハWの表面Waにブラシを当接させて、当該表面Waを洗浄する。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、第2の洗浄装置34は、第1のウェハWの表面Wa側と共に、裏面Wbを洗浄する構成を有していてもよい。
なお、本実施形態においては、上記したように第2のウェハSを洗浄する第1の洗浄装置33と第1のウェハWを洗浄する第2の洗浄装置34をそれぞれ独立して配置したが、第1のウェハWの洗浄と第2のウェハSの洗浄は、同一の洗浄装置を用いて行われてもよい。この場合、第1のウェハWと第2のウェハSの洗浄は同時に行われてもよいし、又は独立して行われてもよい。
また、本実施形態においては、分離装置32を用いて第2のウェハSから第1のウェハWを剥離したが、レーザ照射装置31の内部においてかかる剥離を行ってもよい。例えばレーザ照射装置31の受渡位置A1に、昇降可能な搬送パッド(図示せず)を設ける。そして、チャック100が第2のウェハSを吸着保持した状態で、搬送パッドで第1のウェハWを吸着保持し、更に搬送パッドを上昇させることで、第2のウェハSから第1のウェハWを剥離する。
以上のウェハ処理システム1には、制御部としての制御装置40が設けられている。制御装置40は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム1における重合ウェハTの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、ウェハ処理システム1における後述のウェハ処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Hに記録されていたものであって、当該記憶媒体Hから制御装置40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、以上のように構成されたウェハ処理システム1を用いて行われるウェハ処理について説明する。なお、本実施形態では、ウェハ処理システム1の外部の接合装置(図示せず)において、第1のウェハWと第2のウェハSが接合され、予め重合ウェハTが形成されている。
先ず、複数の重合ウェハTを収納したカセットCtが、搬入出ブロック10のカセット載置台11に載置される。
次に、ウェハ搬送装置22によりカセットCt内の重合ウェハTが取り出され、レーザ照射装置31に搬送される。レーザ照射装置31において重合ウェハTは、搬送アーム23から受渡位置A1に配置されたチャック100に受け渡され、チャック100に第2のウェハSの裏面Sbが吸着保持される。続いて、移動機構104によってチャック100を処理位置A2に移動させる。
次に、図6に示すようにレーザ照射部110からレーザ吸収層P、より詳細には第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面に焦点を合わせ、当該界面にレーザ光L(COレーザ光)をパルス状に照射する。この際、レーザ光Lは、第1のウェハWの裏面Wb側から当該第1のウェハWを透過し、レーザ吸収層Pにおいて吸収される。そして、このレーザ光Lによって、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合強度を低下させる。なお、実施形態において「接合強度が低下」とは、少なくともレーザ光Lの照射前と比較して接合強度が低下している状態のことを言い、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離を含む。
なお、レーザ光Lの照射により生じる第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合強度の低下メカニズムについての詳細は後述する。
処理位置A2におけるレーザ吸収層Pへのレーザ光Lの照射に際しては、先ず、カメラ120で重合ウェハT(第1のウェハW)を撮像する。カメラ120で撮像された画像データは、制御装置40に出力される。制御装置40では、画像データに基づいて、レーザ吸収層Pに対するレーザ光Lの照射開始位置を決定する。
続いて処理位置A2では、レーザ照射部110から平面視におけるレーザ吸収層Pの全面に所望の間隔でレーザ光Lを照射し、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の全面で接合強度を低下させる。このレーザ吸収層Pに対するレーザ光Lの照射方法の詳細は後述する。
レーザ吸収層Pの全面にレーザ光Lが照射され、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの全面で接合強度が低下されると、次に、移動機構104によってチャック100(重合ウェハT)を受渡位置A1に移動させる。
次に、チャック100上の重合ウェハTはウェハ搬送装置22の搬送アーム23に受け渡され、分離装置32に搬送される。分離装置32では、図5(a)に示したように吸着チャック200で第2のウェハSの裏面Sbを吸着保持し、更に吸着パッド210で第1のウェハWの裏面Wbを吸着保持する。その後、図5(b)に示したように吸着パッド210が第1のウェハWを吸着保持した状態で、当該吸着パッド210を上昇させて、レーザ吸収層Pから第1のウェハWを剥離する。この際、上述したようにレーザ光Lの照射によって第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面では接合強度が低下しているので、大きな荷重をかけることなく、レーザ吸収層Pから第1のウェハWを分離することができる。
分離された第1のウェハWは、吸着パッド210からウェハ搬送装置22の搬送アーム23に受け渡され、第2の洗浄装置34に搬送される。この際、分離装置32から搬出される第1のウェハWは、例えば反転装置(図示せず)や吸着パッド210の動作により表裏面が反転されて、表面Waが上側を向いた状態とされた後、第2の洗浄装置34に搬送されてもよい。
第2の洗浄装置34では、分離装置32で分離された側の面である第1のウェハWの表面Waが洗浄される。なお、第2の洗浄装置34では表面Waと共に裏面Wbが洗浄されてもよい。また、表面Waと裏面Wbをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。その後、第2の洗浄装置34による洗浄が施された第1のウェハWは、ウェハ搬送装置22によりカセット載置台11のカセットCwに搬送される。
一方、吸着チャック200に保持されている第2のウェハSについては、搬送アーム23に受け渡され、第1の洗浄装置33に搬送される。第1の洗浄装置33では、分離装置32で分離された側の面である第2のウェハSの表面Sa側、具体的にはレーザ吸収層Pの表面が洗浄される。なお、第1の洗浄装置33では、レーザ吸収層Pの表面と共に、第2のウェハSの裏面Sbが洗浄されてもよい。また、レーザ吸収層Pの表面と第2のウェハSの裏面Sbをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。その後、第1の洗浄装置33による洗浄が施された第2のウェハSは、ウェハ搬送装置22によりカセット載置台11のカセットCs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。
続いて、上記したレーザ照射装置31の処理位置A2におけるレーザ光Lの照射により生じる、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合強度の低下にかかるメカニズムの詳細について説明する。
上記したように、レーザ照射装置31の処理位置A2では、チャック100に保持された重合ウェハTに対して、第1のウェハWの裏面Wb側からレーザ光Lが照射される(図7のステップSt11)。レーザ照射部110のレンズ113から出力されたレーザ光Lは、図6に示したように、シリコン(第1のウェハW)を透過してレーザ吸収層Pに吸収される(図7のステップSt12)。
レーザ吸収層Pで吸収されたレーザ光Lは、そのエネルギー分布に応じて熱に変換される(図7のステップSt13)。換言すれば、レーザ光Lの吸収により、レーザ吸収層Pの温度が上昇する。レーザ吸収層Pの温度は、レーザ光Lの照射直下の領域で最も高くなっている。
レーザ光Lの吸収によりレーザ吸収層Pにおいて生じた熱(図中のHt)は、図8に示すように、その大部分が第1のウェハW側へと拡散する(図7のステップSt14)。換言すれば、レーザ吸収層Pからの熱拡散により、レーザ吸収層Pと第1のウェハW(シリコン)の界面の温度が上昇する。
レーザ吸収層Pで生じた熱が第1のウェハW側へと拡散すると、この熱の影響、すなわちレーザ吸収層Pと第1のウェハWの界面温度の上昇により、図9に示すようにレーザ光Lの照射部分における第1のウェハWがその温度分布に応じて局所的に膨張(レーザ吸収層P側に対して、下側凸形状に塑性変形)する(図7のステップSt15)。
以下、レーザ光Lの照射により生じる熱の影響を受ける領域を、レーザ光Lの「照射領域R」という場合がある。換言すれば、第1のウェハWは、レーザ光Lの照射領域Rにおいて局所的に膨張する。
ここで、第1のウェハWが膨張すると、この第1のウェハWの膨張に伴ない、レーザ吸収層Pが上側(第1のウェハW側)から押圧され、これにより、図9に示したようにレーザ光Lの照射位置におけるレーザ吸収層Pには圧縮応力σ1が発生する。発生した圧縮応力σ1は、図9に示したように、第1のウェハWとレーザ吸収層Pを剥離する方向(図中の下向き方向であって、レーザ吸収層P側)に作用して剥離応力σ2を発生させる。
換言すれば、レーザ光Lの照射領域Rにおいては、レーザ光Lの照射直下の領域(照射領域Rの中央部)においてシリコン(第1のウェハW)が膨張して圧縮応力σ1が発生すると共に、照射領域Rの端部Re(図9を参照)において圧縮応力σ1に起因する剥離方向の応力である剥離応力σ2が発生する。この剥離応力σ2は、照射領域Rの端部Reにおいて生じる引張応力である。
発生した圧縮応力σ1及び剥離応力σ2は、レーザ吸収層Pの内部に蓄積される。この時、照射領域Rの端部Reにおいては、複数の照射領域Rで発生した剥離応力σ2が相乗的(重複的)に作用する。
そして、照射領域Rの端部Reにおける剥離応力σ2の蓄積総量(相乗量)が、当該端部Reにおける単位面積当たりの第1のウェハWとレーザ吸収層Pの密着力Σを超えたとき(n×σ2>Σ(ただし、nは自然数でレーザ光Lの照射数))、図10に示すように照射領域Rの端部Reにおいて第1のウェハWとレーザ吸収層Pとの界面で剥離が生じ、この結果、レーザ吸収層Pと第1のウェハWの接合強度が低下する(図7のステップSt16)。
なお、レーザ吸収層Pの内部に蓄積されていた応力σ(圧縮応力σ1及び剥離応力σ2)は、この第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離により解放される。
そして、レーザ照射装置31の処理位置A2では、図11に示すように、平面視で第1のウェハWとレーザ吸収層Pとの界面の全面で剥離を生じさせることで、換言すれば、第1のウェハWとレーザ吸収層Pとの界面の全面で、照射領域Rの端部Reで生じた剥離を繋げることで、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの全面において接合強度を低下させ、これにより、分離装置32において第1のウェハWとレーザ吸収層Pとを適切に分離できる(図7のステップSt17)。
なお、処理位置A2におけるレーザ光Lの照射後の重合ウェハTにおいては、第1のウェハWの全面においてレーザ吸収層Pとの剥離が生じていること、換言すれば、照射領域Rの端部Reで剥離が生じた後、剥離応力σ2により照射直下の領域を含む照射領域Rの中央部でも、第1のウェハWとレーザ吸収層Pが剥離されていることが理想である。しかしながら、図10に示したように、照射領域Rの中央部(レーザ光Lの照射直下の領域)においては、照射領域Rの端部Reで剥離が生じた後においても、第1のウェハWとレーザ吸収層Pが繋がったままの状態(剥離されていない状態)が維持されることがある。このため、本開示の技術にかかるウェハ処理システム1においては、レーザ光L照射後の重合ウェハTにおいて、第1のウェハWを重合ウェハT(レーザ吸収層P)から確実に分離するため、分離装置32を配置し、当該分離装置32において第1のウェハWを重合ウェハTから分離する工程を設けることが好ましい。
ここで、このように重合ウェハTからの第1のウェハWの分離を分離装置32で行う場合、上記した理想の状態、すなわち第1のウェハWの全面においてレーザ吸収層Pとの剥離が生じている状態で分離装置32に対する重合ウェハTの搬送を行うと、この搬送に伴う慣性力等により第1のウェハWが第2のウェハSから落下してしまうおそれがある。
また、このように第1のウェハWの全面においてレーザ吸収層Pとの剥離が生じていると、レーザ光Lの照射後の重合ウェハTを分離装置32に搬送する必要がない場合であっても、処理位置A2におけるレーザ吸収層Pに対するレーザ光Lの照射中において、チャック100の回転に伴う遠心力等により第1のウェハWが第2のウェハS上から飛んでしまうおそれがある。
かかる点に鑑みて、レーザ吸収層Pに対するレーザ光Lの照射中、及び重合ウェハTの搬送中に第1のウェハWが飛散、落下してしまうことを抑制するため、処理位置A2では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態(剥離されていない状態)を維持するように、レーザ光Lの照射条件(照射位置や出力等)を制御することが好ましい。
これにより、レーザ光Lの照射中や分離装置32への搬送中等において第1のウェハWがレーザ吸収層Pから完全に分離され、第2のウェハSから飛散、落下してしまうことが抑制される。
レーザ照射装置31の処理位置A2における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合強度の低下は、以上のようにして行われる。すなわち、本実施形態においてレーザ照射装置31では、レーザ光Lの照射により生じる熱により第1のウェハWを膨張させ、レーザ吸収層Pに圧縮応力σ1を発生させることで第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面に剥離方向の剥離応力σ2が発生し、これにより第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせることで、接合強度を低下させる。
なお、上記実施形態においては、図9に示したようにレーザ吸収層Pに対して複数回のレーザ光Lの照射を行い、これにより生じる剥離応力σ2の蓄積総量が第1のウェハWとレーザ吸収層Pの密着力Σを超えた際に照射領域Rの端部Reで剥離が発生したが、かかる剥離が発生するまでのレーザ光Lの照射回数は複数回とは限られない。
例えばレーザ光Lの照射単発(1回)で発生する剥離応力σ2が、端部Reの密着力Σを超える場合には、当該単発のレーザ光Lの照射によって、照射領域Rの端部Reにおいて第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面に剥離が生じる場合もある。
次に、上記したレーザ照射装置31の処理位置A2においてレーザ吸収層Pにレーザ光Lを照射する方法の詳細について説明する。
先ず、図13に示すように重合ウェハT(レーザ吸収層P)の平面視における領域を、外周領域Z0、第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3に設定する(図12のステップSt20)。具体的には、例えばオペレータが外周領域Z0、第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3に設定し、これら外周領域Z0、第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3は制御装置40に記憶される。外周領域Z0、第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3は、径方向外側から内側に向けてこの順で配置される。また外周領域Z0、第1の内周領域Z1、及び第2の内周領域Z2は重合ウェハTと同心環状に配置され、中心領域Z3は重合ウェハTと同心円状に配置される。
図13及び図14に示すように外周領域Z0は、重合ウェハTの周縁領域であって、第1のウェハW(表面膜Fw)と第2のウェハS(表面膜Fs)が接合されていない未接合領域Qと、未接合領域Qの径方向内側の接合領域Bとを含む領域である。未接合領域Qは、周縁部が面取り加工された面取り部(ベベル部)を含む。また未接合領域Qは、例えば接合の位置ずれやその他の要因で、第1のウェハWと第2のウェハSが接合されていない領域も含む。
第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3はそれぞれ、第1のウェハWと第2のウェハSの接合領域Bに配される領域である。
ここで、本実施形態では、重合ウェハTを回転させると共に、レーザ光Lを径方向に移動させながら、当該レーザ光Lをパルス状に照射する。この際、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離をウェハ面内で均一に行うためには、レーザ光Lを照射する間隔、すなわちパルスの間隔を一定にするのが好ましい。この点、レーザ光Lの照射間隔を一定にするため、例えばレーザ光Lが径方向外側から内側に移動するにしたがって重合ウェハTの回転速度を速くする。また重合ウェハTの回転速度が上限に達すると、次に、例えばレーザ光Lが径方向外側から内側に移動するにしたがってレーザ光Lをパルス状に照射する際の周波数を小さくする。そして、重合ウェハTの回転速度が上限に達し、且つ、レーザ光の周波数が下限に達すると、例えばレーザ光Lが径方向外側から内側に移動するにしたがってレーザ光の照射間隔は小さくなっていき、重合ウェハTの中心領域ではレーザ光Lが重なる場合がある。
そこで、本実施形態では、外周領域Z0、第1の内周領域Z1、及び第2の内周領域Z2において、重合ウェハTを回転させながらレーザ光Lを照射する。一方、中心領域Z3において、重合ウェハTの回転を停止させた状態でレーザ光Lを走査させる。
外周領域Z0及び第1の内周領域Z1では、レーザ光Lの周波数を一定にしつつ、レーザ光Lの径方向移動に伴い重合ウェハTの回転速度を変動させて、レーザ光Lをパルス状に照射する。具体的には、レーザ光Lが径方向外側から内側に移動する際には重合ウェハTの回転速度を速くし、レーザ光Lが径方向内側から外側に移動する際には重合ウェハTの回転速度を遅くする。
第2の内周領域Z2では、重合ウェハTの回転速度を一定にしつつ、レーザ光Lの径方向移動に伴いレーザ光Lの周波数を変動させて、レーザ光Lをパルス状に照射する。具体的には、レーザ光Lが径方向外側から内側に移動する際にはレーザ光Lの周波数を小さくし、レーザ光Lが径方向内側から外側に移動する際にはレーザ光Lの周波数を大きくする。
なお、第1の内周領域Z1と第2の内周領域Z2の境界位置は、重合ウェハTの回転速度が上限に達する位置に設定される。第2の内周領域Z2と中心領域Z3の境界位置は、レーザ光Lの周波数が下限に達する位置に設定される。
次に、レーザ吸収層Pにレーザ光Lを照射する。この際、領域Z0~Z3毎にレーザ処理の処理条件を変更する。そして本実施形態では、外周領域Z0に対するレーザ光Lの照射(図12のステップSt21)、第2の内周領域Z2に対するレーザ光Lの照射(図12のステップSt22)、第1の内周領域Z1に対するレーザ光Lの照射(図12のステップSt23)、及び中心領域Z3に対するレーザ光Lの照射(図12のステップSt24)をこの順で行う。
ステップSt21において外周領域Z0では、図15に示すように回転機構103によってチャック100(チャック100に保持された重合ウェハT)を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。この際、レーザ光Lは走査させずに固定する。そうすると、外周領域Z0において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Lが螺旋状に照射される。また、上記したレーザ光Lの照射により生じる第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離メカニズムにより、図16に示すように外周領域Z0では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。
なお、外周領域Z0は未接合領域Qを含むため、未接合領域Qと接合領域Bの境界において、第1のウェハWと第2のウェハSの接合強度、すなわち表面膜Fwと表面膜Fsの接合強度が低い。かかる場合、レーザ光Lを外周領域Z0に照射すると、図17に示すように外周領域Z0では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの密着力Σを剥離応力σ2が超えない場合、第1のウェハWとレーザ吸収層Pでは剥離が生じない。そして、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の凸形状が表面膜Fwに伝わり、表面膜Fwと表面膜Fsの界面に応力が作用する。この応力により、未接合領域Qと接合領域Bの境界において、接合強度が低い表面膜Fwと表面膜Fsの界面で剥離が生じる場合がある。この状態で、外周領域Z0においてレーザ光Lを径方向外側から内側に移動させて照射すると、未接合領域Qの径方向内側に隣接する接合領域Bでは、剥離した表面膜Fwと表面膜Fsの界面を先端として剥離が進みやすくなる。すなわち、外周領域Z0の接合領域Bでは、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの所望の界面で剥離が生じない場合がある。
そこで、本実施形態では、外周領域Z0において、径方向内側から外側に向けてレーザ光Lを照射する。そうすると、図16に示すように接合領域Bにおいて、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離E1が生じる。この際、各照射領域Rには、剥離E1が中央部から端部Reにわたって生じるように、応力σを発生させる。このように大きい応力σを発生させるためには、例えばレーザ光Lの周波数を大きくしてもよいし(レーザ光Lのピッチを短くしてもよいし)、レーザ光Lの照射強度を高くしてもよい。また、接合領域Bと未接合領域Qの境界では、表面膜Fwと表面膜Fsの界面の接合強度が低いため、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面から表面膜Fwと表面膜Fsの界面に向けて延伸する剥離E2が生じる。なお、剥離E2が生じたとしても、当該剥離E2の径方向外側のデバイス層Dwは製品化されないデバイスなので、影響はない。
次に、ステップSt22において第2の内周領域Z2では、図18に示すように回転機構103によってチャック100を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。この際、レーザ光Lは走査させずに固定する。そうすると、第2の内周領域Z2において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Lが螺旋状に照射される。また、第2の内周領域Z2では、図11に示したように第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。
次に、ステップSt23において第1の内周領域Z1でも、図18に示すようにステップSt22における第2の内周領域Z2に連続してレーザ光Lを照射する。すなわち、回転機構103によってチャック100を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。この際、レーザ光Lは走査させずに固定する。
そうするとステップSt23では、第1の内周領域Z1において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Lが螺旋状に照射される。この第1の内周領域Z1におけるレーザ光Lの螺旋状は、第2の内周領域Z2におけるレーザ光Lの螺旋状と、外周領域Z0におけるレーザ光Lの螺旋状に連続する。すなわち、外周領域Z0、第1の内周領域Z1、及び第2の内周領域Z2において、チャック100の回転方向は反時計回りに同一であって、レーザ光Lの照射方向(移動方向)は径方向内側から外側に同一であるため、レーザ光Lの螺旋状は連続する。
またステップSt23では、図19に示すように第1の内周領域Z1において、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。この第1の内周領域Z1における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離は、第2の内周領域Z2における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離と、外周領域Z0における界面の剥離に連続する。
なお、ステップSt22の第2の内周領域Z2とステップSt23の第1の内周領域Z1では、各照射領域Rにおいて、端部Reで第1のウェハWとレーザ吸収層Pが剥離し、もしくは、接合力が弱い状態になり、中央部で第1のウェハWとレーザ吸収層Pが繋がっている。すなわち、外周領域Z0に比べて、第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1では、レーザ吸収層Pの内部に蓄積される応力σが小さい。このように小さい応力σを発生させるためには、例えばレーザ光Lの周波数を小さくしてもよいし(レーザ光Lのピッチを長くしてもよいし)、レーザ光Lの照射強度を低くしてもよい。レーザ光Lのピッチを長くする場合、レーザ処理にかかる時間を短縮して、スループットを向上させることができる。また、レーザ光Lの照射強度を低くする場合、レーザ処理を効率よく行うことができる。
ここで、第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1において、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面が完全に剥離するような大きい応力σを発生させ、当該応力σが蓄積されると、第1のウェハWが割れるおそれがある。そこで、上述したように第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態で剥離し、第1のウェハWの割れを抑制する。
そして、図19に示すように第1の内周領域Z1における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離E3が、外周領域Z0における剥離E1に繋がると、第1の内周領域Z1と第2の内周領域Z2において第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の全面が剥離する。なお、前述した「端部Reで第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合力が弱い状態」とは、このように第1の内周領域Z1における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離E3が、外周領域Z0における剥離E1に繋がった際に、端部Reが剥離する程度の接合力である。
次に、ステップSt24において中心領域Z3では、チャック100の回転を停止する。そして、レーザ照射部110からレーザ光Lをパルス状に照射する。また、中心領域Z3においてこのレーザ光Lを走査させる。この際、図20に示すようにレーザ光LのX軸方向の走査照射と、チャック100(重合ウェハT)のY軸方向への移動を交互に繰り返し行う。あるいは、レーザ光LのX軸方向の走査照射と、チャック100のY軸負方向移動を同期させてもよい。なお、ウェハ処理のスループットを向上させるため、上記した光学系112によりレーザ光Lを分岐させ、レーザ吸収層Pの複数点に同時にレーザ光Lを照射してもよい。また、上記したレーザ光Lの照射により生じる第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離メカニズムにより、中心領域Z3では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。
本実施形態によれば、ステップSt20~St24を行うことで、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせることができる。その結果、第1のウェハWとレーザ吸収層Pとを分離して、第1のウェハWのデバイス層Dwを第2のウェハSに転写することができる。
また、ステップSt21において外周領域Z0では、レーザ光Lを径方向内側から外側に移動させて照射するので、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせることができる。そうすると、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の接合強度を低下させることができ、当該第1のウェハWとレーザ吸収層Pとを剥離させることができる。
また、ステップSt22の第2の内周領域Z2とステップSt23の第1の内周領域Z1では、径方向内側から外側に向けてレーザ光Lを連続して照射するので、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面での剥離を適切に繋げることができる。
なお、上述したようにレーザ照射装置31におけるレーザ光L照射後の重合ウェハTを適切に搬送することを鑑みると、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態が好ましい。そこで、第1の内周領域Z1、第2の内周領域Z2、及び中心領域Z3の少なくともいずれかにおいて、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の少なくとも一部を繋がった状態を維持するのが好ましい。
なお、上記実施形態の効果を享受するため、すなわち少なくとも外周領域Z0において第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離させるためには、当該外周領域Z0において径方向内側から外側に向けてレーザ光Lを照射すればよい。そして、その他の処理条件は上記実施形態に限定されない。
具体的に領域Z0~Z3毎に、レーザ処理の処理条件を任意に変更することができる。処理条件は、例えばチャック100の回転速度、レーザ光Lの周波数、チャック100の回転方向、領域Z0~Z3の加工順序(レーザ光Lの照射順序)などである。
例えば、図21に示すように第2の内周領域Z2に対するレーザ光Lの照射、第1の内周領域Z1に対するレーザ光Lの照射、外周領域Z0に対するレーザ光Lの照射、及び中心領域Z3に対するレーザ光Lの照射をこの順で行ってもよい。
かかる場合、図21(a)に示すように第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1において、ステップSt22、St23と同様に、回転機構103によってチャック100を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。
第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1では、各照射領域Rにおいて、端部Reで第1のウェハWとレーザ吸収層Pが剥離し、もしくは、接合力が弱い状態になり、中央部で第1のウェハWとレーザ吸収層Pが繋がっている。すなわち、第2の内周領域Z2と第1の内周領域Z1では、レーザ吸収層Pの内部に蓄積される応力σを小さくする。上述したように大きい応力σを発生させて蓄積されると、第1のウェハWが割れるおそれがある。この点、本実施形態のように応力σを小さくすることで、第1のウェハWの割れを抑制することができる。なお、前述した「端部Reで第1のウェハWとレーザ吸収層Pの接合力が弱い状態」とは、このように第1の内周領域Z1における第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離E3が、外周領域Z0における剥離E1に繋がった際に、端部Reが剥離する程度の接合力である。
次に、図21(b)に示すように外周領域Z0において、ステップSt21と同様に、回転機構103によってチャック100を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。外周領域Z0では、各照射領域Rにおいて、剥離E1が中央部から端部Reにわたって生じるように、大きい応力σを発生させる。
次に、中心領域Z3では、ステップSt24と同様に、チャック100の回転を停止した状態で、レーザ光Lを走査させる。そして、中心領域Z3では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。
本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせることができる。
また例えば、図22に示すように第1の内周領域Z1と第2の内周領域Z2において、レーザ光Lを径方向外側から内側に移動させながら照射してもよい。かかる場合、外周領域Z0に対するレーザ光Lの照射、第1の内周領域Z1に対するレーザ光Lの照射、第2の内周領域Z2に対するレーザ光Lの照射、及び中心領域Z3に対するレーザ光Lの照射をこの順で行う。
先ず、図22(a)に示すように外周領域Z0では、ステップSt21と同様に、回転機構103によってチャック100を反時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸正方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。そうすると、外周領域Z0において、径方向内側から外側に向けてレーザ光Lが螺旋状に照射される。外周領域Z0では、各照射領域Rにおいて、剥離E1が中央部から端部Reにわたって生じるように、大きい応力σを発生させる。
次に、図22(b)に示すように第1の内周領域Z1において、回転機構103によってチャック100を時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸負方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。そうすると、第1の内周領域Z1において、径方向外側から内側に向けてレーザ光Lが螺旋状に照射される。
かかる場合、隣接する外周領域Z0と第1の内周領域Z1では、チャック100の回転方向が逆であり、レーザ光Lの照射方向も逆である。そうすると、外周領域Z0と第1の内周領域Z1では、レーザ光Lの螺旋状を連続させることができる。換言すれば、隣接する領域においてレーザ光Lの照射方向が異なる場合、当該隣接する領域におけるチャック100の回転方向を逆にすれば、レーザ光Lの螺旋状を連続させることができる。
次に、第2の内周領域Z2においても、回転機構103によってチャック100を時計回りに回転させると共に、移動機構104によってチャック100をY軸負方向に移動させながら、レーザ光Lをパルス状に照射する。そうすると、第2の内周領域Z2において、径方向外側から内側に向けてレーザ光Lが螺旋状に照射される。
なお、第1の内周領域Z1と第2の内周領域Z2において、レーザ吸収層Pの内部に蓄積される応力σの大小は限定されない。第1の内周領域Z1にレーザ光Lを照射すると、当該レーザ光Lによる第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面の剥離は、外周領域Z0における剥離E1に繋がる。したがって、第1の内周領域Z1では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で適切に剥離する。そして、この剥離が第2の内周領域Z2にも伝達し、当該第2の内周領域Z2でも、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で適切に剥離する。
次に、中心領域Z3では、ステップSt24と同様に、チャック100の回転を停止した状態で、レーザ光Lを走査させる。そして、中心領域Z3では、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離が生じる。
本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせることができる。
以上の実施形態では、ステップSt20において内周領域を第1の内周領域Z1と第2の内周領域Z2の2つに設定したが、内周領域は1つであってもよい。この内周領域では、レーザ光Lの周波数を一定にしつつ、レーザ光Lの径方向移動に伴い重合ウェハTの回転速度を変動させて、レーザ光Lをパルス状に照射してもよい。あるいは、内周領域では、重合ウェハTの回転速度を一定にしつつ、レーザ光Lの径方向移動に伴いレーザ光Lの周波数を変動させて、レーザ光Lをパルス状に照射してもよい。いずれにしても、内周領域では、レーザ光Lの照射間隔が一定になるように処理条件が制御される。
以上の実施形態では、レーザ処理を行う際、チャック100を水平方向に移動させたが、レーザ照射部110のレンズ113を水平方向に移動させてもよいし、チャック100とレンズ113の両方を水平方向に移動させてもよい。チャック100とレンズ113を相対的に水平方向に移動させることで、レーザ光Lによるレーザ処理を実行することができる。
以上の実施形態では、ステップSt24において中心領域Z3に対して、チャック100の回転を停止した状態でレーザ光Lを走査させて照射したが、図23に示すようにチャック100を回転させながら、レーザ照射部110からレーザ光Lを走査させて照射してもよい。なおこの際、外周領域Z0、第1の内周領域Z1及び第2の内周領域Z2に比して中心領域Z3におけるチャック100の回転速度を低くしてもよい。
以上の実施形態において、外周領域Z0、第1の内周領域Z1及び第2の内周領域Z2ではレーザ光Lを螺旋状に照射したが、同心円状に環状に照射してもよい。また、図23に示した実施形態において、中心領域Z3でも、レーザ光Lを螺旋状に照射したが、同心円状に環状に照射してもよい。
以上の実施形態においては、図8~図11で示したように第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせた。しかしながら、上述したように第1のウェハWの表面Waには第1のウェハWとレーザ吸収層Pの剥離を適切に行うための剥離促進膜が形成されていてもよく、この場合、剥離促進膜とレーザ吸収層Pの界面で剥離を生じさせてもよい。
具体的には、図24(a)に示すように、第1のウェハWの表面Waには、積層膜としての剥離促進膜Pe、レーザ吸収層P、デバイス層Dw及び表面膜Fwがこの順に積層して形成され得る。剥離促進膜Peは、第1のウェハWの第2のウェハSからの剥離を容易に行うために形成され、第1のウェハW(シリコン)との密着性が、レーザ吸収層Pとの密着性よりも低く、且つレーザ光Lに対して透過性を有する材料、例えば窒化ケイ素(SiN)により形成される。
第2のウェハSからの第1のウェハWの分離に際しては、先ず、レーザ吸収層Pに対するレーザ光Lの照射が行われる(図25のステップSt31)。レーザ光Lは、第1のウェハW及び剥離促進膜Peを透過してレーザ吸収層Pに吸収される(図25のステップSt32)。
レーザ吸収層Pで吸収されたレーザ光Lは、そのエネルギー分布に応じて熱に変換され(図25のステップSt33)、これによりレーザ吸収層Pの温度が上昇する。レーザ光Lの吸収によりレーザ吸収層Pにおいて生じた熱は、その大部分が第1のウェハW側の剥離促進膜Peへと拡散し(図25のステップSt34)、この熱拡散により、レーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの界面の温度が上昇する。
レーザ吸収層Pで生じた熱が第1のウェハW側へと拡散すると、この熱の影響、すなわちレーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの界面温度の上昇により、図24(b)に示すように剥離促進膜Peがその温度分布に応じて局所的に膨張する(図25のステップSt35)。この時、レーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの界面の熱影響は第1のウェハWに影響する場合もあり、図24(b)で示したように第1のウェハWも温度分布に応じて局所的に膨張する場合もある。
その後、剥離促進膜Pe(及び第1のウェハW)が局所的に膨張すると、この膨張により生じた応力により、図24(c)で示すように密着性が低いレーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの界面で剥離が生じ、この結果、レーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの接合強度が低下する(図25のステップSt36)。そして、剥離促進膜Peとレーザ吸収層Pとの界面の全面で剥離を繋げることで、剥離促進膜Peとレーザ吸収層Pの全面において接合強度を低下させ、これにより、分離装置32において剥離促進膜Peとレーザ吸収層P(第1のウェハWと第2のウェハS)を適切に分離できる(図25のステップSt37)。
このように、第1のウェハWの表面Waに、第1のウェハW(シリコン)との密着性が、レーザ吸収層Pとの密着性よりも低い剥離促進膜Peを形成し、第1のウェハWに代えて、又は第1のウェハWとともに剥離促進膜Peを膨張させることでも、第1のウェハWの表面Waに形成されたデバイス層Dwの転写を適切に実行できる。
なお、図24に示した例では、剥離促進膜Peを第1のウェハWとレーザ吸収層Pの界面に形成したが、例えば剥離促進膜Peをレーザ吸収層Pとデバイス層Dwの界面に形成し、レーザ吸収層Pと剥離促進膜Peの界面で剥離を生じさせることで、デバイス層Dwの転写先である第2のウェハS側に剥離促進膜Peを残すようにしてもよい。
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。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
31 レーザ照射装置
40 制御装置
100 チャック
103 回転機構
104 移動機構
110 レーザ照射部
L レーザ光
P レーザ吸収層
S 第2のウェハ
T 重合ウェハ
W 第1のウェハ

Claims (18)

  1. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、
    前記内周領域において、径方向外側の第1の内周領域と径方向内側の第2の内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と
    前記第1の内周領域において、前記レーザ光の周波数を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記重合基板の回転速度を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、
    前記第2の内周領域において、前記重合基板の回転速度を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記レーザ光の周波数を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、を実行する、基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御を実行する、請求項に記載の基板処理装置。
  3. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と
    前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と、
    前記レーザ光によって前記外周領域に発生する応力が、前記レーザ光によって前記内周領域に発生する応力より大きくなるように、前記レーザ光を照射する制御と、を実行する、基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記内周領域において、前記レーザ光を径方向外側から内側に向けて移動させながら照射する制御を実行する、請求項に記載の基板処理装置。
  5. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と
    隣接する領域における前記レーザ光の移動方向が異なる場合、当該隣接する領域における前記重合基板の回転方向を逆にする制御と、を実行する、基板処理装置。
  6. 前記制御部は、前記外周領域において前記レーザ光を照射した後、前記内周領域において前記レーザ光を照射する制御を実行する、請求項に記載の基板処理装置。
  7. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と
    前記内周領域において前記レーザ光を照射した後、前記外周領域において前記レーザ光を照射する制御と、を実行する、基板処理装置。
  8. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域と、前記内周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される中心領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と
    前記中心領域において、前記重合基板の回転を停止した状態で、前記レーザ光を走査させながら照射する制御と、を実行する、基板処理装置。
  9. 前記界面層は剥離促進膜を含み、
    前記界面層と前記レーザ吸収層の界面の剥離を、前記剥離促進膜と前記レーザ吸収層の界面で発生させる、請求項1、3、5、7又は8に記載の基板処理装置。
  10. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とを設定することと、
    前記内周領域において、径方向外側の第1の内周領域と径方向内側の第2の内周領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと
    前記第1の内周領域において、前記レーザ光の周波数を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記重合基板の回転速度を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射することと、
    前記第2の内周領域において、前記重合基板の回転速度を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記レーザ光の周波数を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射することと、含む、基板処理方法。
  11. 前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する、請求項10に記載の基板処理方法。
  12. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと
    前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと、
    前記レーザ光によって前記外周領域に発生する応力が、前記レーザ光によって前記内周領域に発生する応力より大きくなるように、前記レーザ光を照射することと、含む、基板処理方法。
  13. 前記内周領域において、前記レーザ光を径方向外側から内側に向けて移動させながら照射する、請求項10に記載の基板処理方法。
  14. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと
    隣接する領域における前記レーザ光の移動方向が異なる場合、当該隣接する領域における前記重合基板の回転方向を逆にすることと、含む、基板処理方法。
  15. 前記外周領域において前記レーザ光を照射した後、前記内周領域において前記レーザ光を照射する、請求項10に記載の基板処理方法。
  16. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと
    前記内周領域において前記レーザ光を照射した後、前記外周領域において前記レーザ光を照射することと、含む、基板処理方法。
  17. 第1の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第2の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第1の基板と前記第2の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される内周領域と、前記内周領域の径方向内側であって前記第1の基板と前記第2の基板の接合領域に配される中心領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第1の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと
    前記中心領域において、前記重合基板の回転を停止した状態で、前記レーザ光を走査させながら照射することと、含む、基板処理方法。
  18. 前記界面層は剥離促進膜を含み、
    前記界面層と前記レーザ吸収層の界面の剥離を、前記剥離促進膜と前記レーザ吸収層の界面で発生させる、請求項10、12、14、16又は17に記載の基板処理方法。
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