JP2023038075A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】貼合対象の基板を好適に加工することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する除去部とを備える。前記除去部は、前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部とを備える。【選択図】図１２

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
基板同士を貼り合わせて半導体装置を製造する場合、これらの基板を例えばトリミングやグラインドにより加工することが多い。このような場合、これらの基板を好適な方法により加工することが望ましい。
特開２０２０－１６７３０３号公報 特開２０１４－０６５６１４号公報
貼合対象の基板を好適に加工することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する除去部とを備える。前記除去部は、前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部とを備える。
第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(1/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(2/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(3/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(4/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(5/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(6/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(7/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(8/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(9/10)である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図(10/10)である。 第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。 第１実施形態の外周バキュームチャックの構造を示す平面図である。 第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/3)である。 第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/3)である。 第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図(3/3)である。 第２比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。 第２比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。 第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。 第２実施形態の外周バキュームチャックの構造を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１～図２０において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す平面図である。
本実施形態の半導体製造装置は、載置部１と、搬送部２と、検出部３と、改質層形成部４と、剥離層形成部５と、除去部６と、制御部７とを備えている。載置部１は複数のロードポート１ａを備え、搬送部２は搬送ロボット２ａを備えている。改質層形成部４はチャックテーブル４ａを備え、剥離層形成部５はチャックテーブル５ａを備えている。
図１は、互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示している。この明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
本実施形態の半導体製造装置は、ウェハＷを加工するために使用される。後述するように、本実施形態のウェハＷは、下ウェハと上ウェハとを含んでおり、これら２枚のウェハが貼り合わされた構造を有している。ウェハＷのさらなる詳細については、後述する。
載置部１は、ウェハＷを収容するためのＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を載置するために使用される。半導体製造装置の筐体内にウェハＷを搬入する際には、ウェハＷを収容しているＦＯＵＰがいずれかのロードポート１ａ上に載置され、ＦＯＵＰから筐体内にウェハＷが搬入される。一方、筐体から搬出されたウェハＷは、いずれかのロードポート１ａ上のＦＯＵＰ内に収容される。
搬送部２は、筐体内のウェハＷを搬送ロボット２ａにより搬送する。検出部３は、搬送部２により搬送されたウェハＷのノッチアライメントを行い、さらにはウェハＷの中心を検出する。改質層形成部４は、検出部３から搬送されたウェハＷをチャックテーブル４ａ上に載置し、ウェハＷ内に含まれる上ウェハ内に改質層を形成する。剥離層形成部５は、改質層形成部４から搬送されたウェハＷをチャックテーブル５ａ上に載置し、ウェハＷ内の上ウェハと下ウェハとの間に剥離層を形成する。除去部６は、剥離層形成部５から搬送されたウェハＷ内の上ウェハを部分的に除去する。検出部３、改質層形成部４、剥離層形成部５、および除去部６を経由したウェハＷは、搬送部２により筐体外に搬出される。
制御部７は、本実施形態の半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部７は、搬送ロボット２ａを制御してウェハＷを搬送したり、チャックテーブル４ａ、５ａを制御してウェハＷを回転させたりする。
図２～図１１は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図と平面図である。
本実施形態の半導体装置は、図１に示すウェハＷから製造される。また、本実施形態の半導体装置の製造方法の一部は、図１に示す半導体製造装置を使用して実行される。そのため、以下の説明では、図１に示す符号が適宜使用される。
図２(ａ)は、ウェハＷの断面形状を示しており、図２(ｂ)は、ウェハＷの平面形状を示している。これは、図３(ａ)～図１１(ｂ)でも同様である。
まず、図２(ａ)および図２(ｂ)に示すウェハＷを用意する。前述のように、本実施形態のウェハＷは、下ウェハ１０と上ウェハ２０とを含んでおり、下ウェハ１０の表面（上面）と上ウェハ２０の表面（下面）とが貼り合わされた構造を有している。上ウェハ２０は、第１基板の例である。下ウェハ１０は、第２基板の例である。
下ウェハ１０は、半導体ウェハ１１と、半導体ウェハ１１の下面や側面に形成された膜１２と、半導体ウェハ１１の上面に形成された膜１３とを含んでいる。上ウェハ２０は、半導体ウェハ２１と、半導体ウェハ２１の上面や側面に形成された膜２２と、半導体ウェハ２１の下面に形成された膜２３とを含んでいる。上ウェハ２０は、膜１３と膜２３とが貼り合わされる形で、下ウェハ１０上に載置されている。
半導体ウェハ１１、２１の各々は例えば、シリコンウェハである。膜１３、２３の各々は例えば、層間絶縁膜、配線層、プラグ層、パッド層などの様々な絶縁膜、半導体層、および導体層を含んでいる。膜１３、２３は例えば、メモリセルアレイやトランジスタなどのデバイスを含んでいてもよい。本実施形態の膜１３、２３の各々は、膜１３と膜２３との界面にシリコン酸化膜を含んでおり、膜１３内のシリコン酸化膜と膜２３内のシリコン酸化膜とが貼り合わされている。
図２(ａ)および図２(ｂ)は、上ウェハ２０の中心Ｃと、上ウェハ２０内の中心Ｃ側の部分である中央部２０ａと、上ウェハ２０内の中心Ｃとは逆側の部分である外周部２０ｂとを示している。下ウェハ１０の中心は、上ウェハ２０の中心Ｃのほぼ真下（－Ｚ方向）に位置している。本実施形態の半導体装置の製造方法では、後述する工程により、ウェハＷから上ウェハ２０の外周部２０ｂが除去される。中央部２０ａは第１部分の例であり、外周部２０ｂは第２部分の例である。
次に、ウェハＷをアニールする（図３(ａ)および図３(ｂ)）。その結果、膜２３の下面が膜１３の上面と接合され、膜１３、２３内の膜１３と膜２３との界面付近に接合層２６が形成される。このようにして、下ウェハ１０と上ウェハ２０とが接合層２６により接合される。
次に、上ウェハ２０を部分的に改質して、上ウェハ２０内の中央部２０ａと外周部２０ｂとの間に改質層２４を形成する（図４(ａ)および図４(ｂ)）。図４(ａ)は、改質層形成部４内に設けられており、レーザＬ１を出射する出射部Ｐ１を示している。本実施形態の改質層２４は、上ウェハ２０にレーザＬ１を照射することで形成され、具体的には、レーザＬ１が照射された箇所に形成される。本実施形態では、レーザＬ１が照射された箇所がアモルファス化され、例えば、半導体ウェハ２１内のモノシリコンがアモルファスシリコンに変化する。よって、改質層２４としてアモルファス層が形成される。
本実施形態の改質層２４は、図４(ａ)に示すように、上ウェハ２０内を－Ｚ方向へと延びて上ウェハ２０を貫通するように形成される。また、本実施形態の改質層２４は、図４(ｂ)に示すように、環状の平面形状を有するように上ウェハ２０内に形成される。そのため、図４(ｂ)に示す中央部２０ａ、すなわち、上ウェハ２０における改質層２４の内側の部分は、円形の平面形状を有している。一方、図４(ｂ)に示す外周部２０ｂ、すなわち、上ウェハ２０における改質層２４の外側の部分は、環状の平面形状を有しており、中央部２０ａを環状に包囲している。改質層２４は例えば、ウェハＷをチャックテーブル４ａ上に載置し、チャックテーブル４ａを回転しながらウェハＷにレーザＬ１を照射することで形成される。レーザＬ１の波長は、半導体ウェハ２１に吸収されない値に設定することが望ましく、例えば１１１７ｎｍ以上に設定される。
なお、改質層２４は、図４(ａ)および図４(ｂ)に示す形状とは異なる形状を有するように形成されてもよい。例えば、改質層２４は、中央部２０ａの平面形状が円形以外の形状となるように形成されてもよい。また、中央部２０ａの平面形状が円形である場合、中央部２０ａの直径の値は、ウェハＷから除去したい外周部２０ｂのサイズに応じて、どのような値に設定してもよい。例えば、外周部２０ｂ内の半導体ウェハ２１のサイズは、半導体ウェハ２１のベベル部のサイズよりも大きくても小さくてもよい。この場合、外周部２０ｂの最内周と最外周との距離は、例えば１～６ｍｍとする。また、改質層２４は、本実施形態では上ウェハ２０と下ウェハ１０との貼合後に形成されているが、代わりにこれらの貼合前に形成されてもよい。
次に、下ウェハ１０と外周部２０ｂとの間に、下ウェハ１０と外周部２０ｂとを剥離するための剥離層２５を形成する（図５(ａ)および図５(ｂ)）。図５(ａ)は、剥離層形成部５内に設けられており、レーザＬ２を出射する出射部Ｐ２を示している。本実施形態の剥離層２５は、膜１３、２３にレーザＬ２を照射することで形成され、具体的には、レーザＬ２が照射された箇所に形成される。本実施形態の剥離層２５は、レーザＬ２が膜１３、２３により吸収されることで形成される。そのため、本実施形態の膜１３、２３の界面は、レーザＬ２を吸収する材料で形成することが望ましい。このような材料の例は、シリコン酸化膜である。レーザＬ２の波長は、膜１３、２３に吸収される値に設定することが望ましい。
本実施形態の剥離層２５は、図５(ａ)に示すように、膜１３、２３内において膜１３と膜２３との界面付近に形成される。また、本実施形態の剥離層２５は、図５(ｂ)に示すように、環状の平面形状を有するように形成される。剥離層２５は、下ウェハ１０と外周部２０ｂとの間に形成されることから、改質層２４に対し中心Ｃとは逆側に形成される。本実施形態の剥離層２５は、改質層２４付近に形成される。また、本実施形態の剥離層２５は、中央部２０ａおよび外周部２０ｂのうちの、外周部２０ｂ内のみに形成される。これにより、外周部２０ｂが下ウェハ１０から剥離されやすくなる。剥離層２５は例えば、ウェハＷをチャックテーブル５ａ上に載置し、チャックテーブル５ａを回転しながらウェハＷにレーザＬ２を照射することで形成される。
なお、剥離層２５は、図５(ａ)および図５(ｂ)に示す形状とは異なる形状を有するように形成されてもよい。また、剥離層２５は、本実施形態では改質層２４が形成された後に形成されているが、代わりに改質層２４が形成される前に形成されてもよい。また、膜１３が、複数の層を含む積層膜を含んでいる場合には、剥離層２５は、この積層膜内のいずれか２つの層間に形成されてもよい。同様に、膜２３が、複数の層を含む積層膜を含んでいる場合には、剥離層２５は、この積層膜内のいずれか２つの層間に形成されてもよい。
図３(ａ)および図３(ｂ)に示すアニールは、中央部２０ａおよび外周部２０ｂのうちの、内周部２０ａのみがアニールされるように行ってもよい。この場合、中央部２０ａ内では膜１３と膜２３との界面付近に接合層２６が形成されるが、外周部２０ｂ内では膜１３と膜２３との界面付近に接合層２６が形成されない。そのため、外周部２０ｂは、アニール後も下ウェハ１０から剥離されやすい。よって、この場合には、図５(ａ)および図５(ｂ)に示す工程を省略してもよい。
次に、ウェハＷの向きを反転させる（図６(ａ)および図６(ｂ)）。その結果、図６(ａ)に示すウェハＷは、ウェハＷ内の下側に上ウェハ２０を含み、ウェハＷ内の上側に下ウェハ１０を含んでいる。本実施形態の除去部６は、不図示の反転部を備えており、反転部が、剥離層形成部５から除去部６に搬送されたウェハＷの向きを反転させる。
次に、除去部６内の上部バキュームチャック３１によりウェハＷを吸着することで、ウェハＷを保持する（図７(ａ)および図７(ｂ)）。上部バキュームチャック３１は、下ウェハ１０の上方から下ウェハ１０に接触することで、下ウェハ１０を吸着により保持することができる。上部バキュームチャック３１はさらに、吸着により保持している下ウェハ１０を移動させることができる。また、下ウェハ１０は上ウェハ２０と貼り合わされていることから、上部バキュームチャック３１は、下ウェハ１０と共に上ウェハ２０を移動させることができる。上部バキュームチャック３１は、移動部の第１保持部の例である。
上部バキュームチャック３１は、バキューム溝３１ａを備えており、バキューム溝３１ａからの吸着力により下ウェハ１０を保持する。上部バキュームチャック３１はさらに、下ウェハ１０を冷却する冷却機構を備えていてもよい。これにより、上部バキュームチャック３１により保持されている下ウェハ１０を、当該冷却機構により冷却することが可能となる。当該冷却機構は例えば、液体窒素などの冷却流体を用いて下ウェハ１０を冷却する。当該冷却機構は、下ウェハ１０を冷却することで、間接的に上ウェハ２０も冷却してもよい。
次に、上部バキュームチャック３１によりウェハＷを移動させて、中央バキュームチャック３２および外周バキュームチャック３３上にウェハＷを載置する（図８(ａ)および図８(ｂ)）。除去部６は、下ウェハ１０を保持するための１つの上部バキュームチャック３１と、上ウェハ２０を保持するための２つの下部バキュームチャック（中央バキュームチャック３２および外周バキュームチャック３３）とを備えている。中央バキュームチャック３２は、中央部２０ａに接触することで、中央部２０ａを吸着により保持することができる。外周バキュームチャック３３は、外周部２０ｂに接触することで、外周部２０ｂを吸着により保持することができる。中央バキュームチャック３２は、移動部の第２保持部の例である。外周バキュームチャック３３は、移動部の第３保持部の例である。
中央バキュームチャック３２は、バキューム溝３２ａを備えており、バキューム溝３２ａからの吸着力により中央部２０ａを保持する。中央バキュームチャック３２はさらに、中央部２０ａを冷却する冷却機構を備えていてもよい。これにより、中央バキュームチャック３２により保持されている中央部２０ａを、当該冷却機構により冷却することが可能となる。当該冷却機構は例えば、液体窒素などの冷却流体を用いて中央部２０ａを冷却する。当該冷却機構は、中央部２０ａを冷却することで、間接的に下ウェハ１０も冷却してもよい。
外周バキュームチャック３３は、バキューム溝３３ａを備えており、バキューム溝３３ａからの吸着力により外周部２０ｂを保持する。外周バキュームチャック３３はさらに、外周部２０ｂを加熱する加熱部３３ｂを備えている。これにより、外周バキュームチャック３３により保持されている外周部２０ｂを、加熱部３３ｂにより加熱することが可能となる。本実施形態では、外周バキュームチャック３３上にウェハＷを載置する前に、加熱部３３ｂの温度をあらかじめ高温に設定しておく。よって、外周バキュームチャック３３上にウェハＷを載置すると、外周部２０ｂが加熱部３３ｂにより迅速に加熱され、外周部２０ｂの温度が急激に上昇する。本実施形態の外周部２０ｂは、図８(ａ)に示すように、加熱部３３ｂ上に載置される。本実施形態の加熱部３３ｂの上面は、外周部２０ｂを保持しやすくするためや、外周部２０ｂに接触しやすくするために、ＸＹ平面に対し傾斜している。
本実施形態では、外周部２０ｂを加熱し、中央部２０ａを冷却することで、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間に温度差が生じる。その結果、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間に熱応力が生じ、改質層２４内で亀裂が進展する。これにより、外周部２０ｂと中央部２０ａとを分割することが可能となる。加えて、本実施形態のウェハＷは、外周部２０ｂと下ウェハ１０との間に剥離層２５を備えているため、外周部２０ｂが、下ウェハ１０から剥離しやすくなっている。よって、本実施形態によれば、外周部２０ｂと中央部２０ａとを熱応力により分割し、かつ外周部２０ｂと下ウェハ１０とを剥離層２５において剥離することが可能となる（図９(ａ)および図９(ｂ)）。
本実施形態の除去部６は、外周部２０ｂの温度が中央部２０ａの温度より高くなるように、外周部２０ｂを加熱部３３ｂにより加熱し、中央部２０ａおよび下ウェハ１０を上記冷却機構により冷却する。これらの加熱および冷却は、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間が温度差が２００～４００℃となるように行うことが望ましい。これにより、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間の膨張・収縮量の差を十分に大きくし、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間に十分な熱応力を生じさせることが可能となる。例えば、半導体ウェハ２１がシリコン基板である場合の外周部２０ｂと中央部２０ａとの間の膨張・収縮量の差は、２００～４００℃の温度差により０．２～０．５ｍｍ程度となる。
なお、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間の温度差は、加熱部３３ｂによる加熱と上記冷却機構による冷却により生じさせてもよいし、加熱部３３ｂによる加熱のみにより生じさせてもよい。前者の方法には例えば、外周部２０ｂの温度を非常に高くする必要がなくなるという利点がある。後者の方法には例えば、除去部６に上記冷却機構が不要になるという利点がある。後者の方法を採用する場合には、冷却されない中央部２０ａの温度が、室温となる。同様に、冷却されない下ウェハ１０の温度も、室温となる。また、外周部２０ｂと中央部２０ａとの間の温度差は、中央部２０ａのみを加熱することで実現してもよいし、中央部２０ａを加熱し外周部２０ｂを冷却することで実現してもよい。
本実施形態の除去部６はその後、上部バキュームチャック３１、中央バキュームチャック３２、および外周バキュームチャック３３が下ウェハ１０、中央部２０ａ、および外周部２０ｂを吸着により保持している状態で、上部バキュームチャック３１および中央バキュームチャック３２を上方向（＋Ｚ方向）に上昇させる（図９(ａ)および図９(ｂ)）。すなわち、上部バキュームチャック３１および中央バキュームチャック３２を、外周バキュームチャック３３に対し相対移動させる。その結果、下ウェハ１０および中央部２０ａが、上部バキュームチャック３１と中央バキュームチャック３２との間に挟まれた状態で上昇し、外周部２０ｂから分離される。これにより、上ウェハ１０の表面に中央部２０ａを残存させつつ、上ウェハ１０の表面から外周部２０ｂを除去することが可能となる。別言すると、外周部２０ｂが除去されるようにウェハＷをトリミングすることが可能となる。
なお、外周バキュームチャック３３が外周部２０ｂを吸着することには例えば、下ウェハ１０および中央部２０ａを外周部２０ｂから分離しやすくなるという利点や、分離後の外周部２０ｂが外周バキュームチャック３３から落下して割れることを防止できるという利点がある。また、下ウェハ１０を冷却することには例えば、上記の亀裂が下ウェハ１０まで進展することを抑制できるという効果や、下ウェハ１０と中央部２０ａとの剥離を抑制できるという利点がある。
改質層２４は、本実施形態ではＺ方向に平行に延びているが、Ｚ方向に対して傾斜していてもよい。例えば、改質層２４は、中央部２０ａの直径が、膜２３の側で大きくなり、膜２３の逆側で小さくなるように、Ｚ方向に対して傾斜していてもよい。これにより、円形の平面形状を有する中央部２０ａが、環状の平面形状を有する外周部２０ｂの中から抜けやすくなり、中央部２０ａを外周部２０ｂから分離しやすくなる。この場合、中央部２０ａの外周面や、外周部２０ｂの内周面は、テーパー面となる。
次に、ウェハＷの向きを再び反転させる（図１０(ａ)および図１０(ｂ)）。その結果、図１０(ａ)に示すウェハＷは、ウェハＷ内の下側に下ウェハ１０を含み、ウェハＷ内の上側に上ウェハ２０（中央部２０ａ）を含んでいる。本実施形態の除去部６では、上述の反転部が、トリミング後のウェハＷの向きを反転させる。
その後、本実施形態のウェハＷは、搬送ロボット２ａにより半導体製造装置の筐体外に搬出される。また、ウェハＷから除去された外周部２０ｂも、搬送ロボット２ａにより筐体外に搬出される。搬送ロボット２ａは、搬送機構の例である。一般的なトリミングは、外周部２０ｂを削ることで外周部２０ｂを除去するため、外周部２０ｂは大量の粉末になってウェハＷから除去される。一方、本実施形態のトリミングは、外周部２０ｂを中央部２０ａから分割し下ウェハ１０から剥離することで外周部２０ｂを除去するため、外周部２０ｂは大量の粉末にならずにウェハＷから除去される。よって、本実施形態によれば、外周部２０ｂを搬送ロボット２ａにより筐体から簡単に搬出することが可能となり、筐体から大量の粉末を除去する手間を抑制することが可能となる。なお、本実施形態の半導体製造装置は、搬送ロボット２ａ以外の搬送機構により外周部２０ｂを筐体外に搬出してもよい。外周部２０ｂは例えば、ＦＯＵＰ内に回収される。
次に、上ウェハ２０の上面を、グラインダＰ３によりグラインドする（図１１(ａ)および図１１(ｂ)）。その結果、上ウェハ２０が薄膜化される。なお、図１１(ａ)および図１１(ｂ)に示す工程は、本実施形態の半導体製造装置以外の装置により行われる。
その後、ウェハＷが種々の工程により加工される。このようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。本実施形態の半導体装置は、例えば３次元半導体メモリである。
図１２は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。具体的には、図１２(ａ)と図１２(ｂ)はそれぞれ、本実施形態の半導体製造装置内の除去部６の構造を示す断面図と平面図である。
本実施形態の除去部６は、図１２(ａ)に示すように、前述の上部バキュームチャック３１、中央バキュームチャック３２、および外周バキュームチャック３３を備えている。上部バキュームチャック３１は、バキューム溝３１ａを備えている。中央バキュームチャック３２は、バキューム溝３２ａを備えている。外周バキュームチャック３３は、バキューム溝３３ａと、加熱部３３ｂとを備えている。図１２(ａ)は、図８(ａ)および図８(ｂ)に示す工程のウェハＷを示している。図１２(ａ)はさらに、上部バキュームチャック３１が備える上記の冷却機構を符号Ｃ１で示し、中央バキュームチャック３２が備える上記の冷却機構を符号Ｃ２で示している。
中央バキュームチャック３２と外周バキュームチャック３３は、隙間Ｇを介して互いに離間されている。本実施形態の隙間Ｇは、空気で満たされている。これにより、中央バキュームチャック３２と外周バキュームチャック３３との間の断熱性を向上させることが可能となる。一方、除去部６は、隙間Ｇ内に何らかの部材（例えば断熱材）を備えていてもよい。
図１２(ｂ)は、中央バキュームチャック３２の平面形状をクロスハッチングで示し、外周バキュームチャック３３の平面形状をドットハッチングで示し、隙間Ｇの平面形状を白抜きで示している。図１２(ｂ)はさらに、バキューム溝３２ａ、３３ａの位置を太い実線で示し、ウェハＷの輪郭を破線で示している。
図１２(ｂ)に示すように、中央バキュームチャック３２は、中央部２０ａを保持しやすいように平面視で円形の形状を有している。一方、外周バキュームチャック３３は、外周部２０ｂを保持しやすいように平面視で環状の形状を有しており、中央部２０ａを環状に包囲している。また、バキューム溝３２ａは、中央バキュームチャック３２内を円に沿って延びており、バキューム溝３３ａは、外周バキュームチャック３３内を円に沿って延びている。これは、バキューム溝３１ａについても同様である。バキューム溝３１ａは、上部バキュームチャック３１内を円に沿って延びている（図１２(ａ)）。
図１３は、第１実施形態の外周バキュームチャック３３の構造を示す平面図である。
図１３は、図１２(ｂ)と同様に、外周バキュームチャック３３の平面形状をドットハッチングで示している。図１３はさらに、バキューム溝３３ａの位置を太い実線で示し、加熱部３３ｂの輪郭を破線で示している。本実施形態の加熱部３３ｂは、図１３に示すように、外周部２０ｂを加熱しやすいように平面視で環状の形状を有している。これにより、外周部２０ｂ全体を迅速に加熱することが可能となる。
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法を、第１比較例や第２比較例の半導体装置の製造方法と比較する。
（１）第１比較例
図１４～図１６は、第１実施形態の第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ１０と上ウェハ２０とを貼り合わせる前に、上ウェハ２０がトリミングされる。
まず、図１４(ａ)に示す上ウェハ２０を用意し、図１４(ｂ)に示すように上ウェハ２０をトリミングする。図１４(ｂ)は、上ウェハ２０のトリミング部分Ｔ１を示している。次に、上ウェハ２０内の膜２３をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置Ｐ４を用いて研磨し（図１５(ａ)）、その後に上ウェハ２０を下ウェハ１０と貼り合わせる（図１５(ｂ)）。次に、ウェハＷをアニールすることで、膜２３の下面を膜１３の上面と接合する（図１６(ａ)）。次に、上ウェハ２０の上面をグラインダＰ３によりグラインドすることで、上ウェハ２０を薄膜化する（図１６(ｂ)）。この際、上ウェハ２０内におけるトリミング部分Ｔ１上の部分が、端材２０ｃとなる。
本比較例では、図１４(ｂ)の工程で上ウェハ２０をトリミングした際に、トリミング部分Ｔ１が大量の粉末となってしまう。また、本比較例では、図１５(ａ)の工程で膜２３を研磨する際に、膜２３のエッジが過研磨されるおそれがある。かといって、膜２３を研磨しないと、トリミングの影響が膜２３に残ってしまうおそれがある。また、本比較例では、端材２０ｃを回収するための面倒な処理が必要となる。一方、本実施形態によれば、これらの問題を抑制することが可能となる。
（２）第２比較例
図１７および図１８は、第１実施形態の第２比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本比較例では、下ウェハ１０と上ウェハ２０とを貼り合わせた後に、上ウェハ２０がトリミングされる。
まず、上ウェハ２０を下ウェハ１０と貼り合わせる（図１７(ａ)）。次に、ウェハＷをアニールすることで、膜２３の下面を膜１３の上面と接合する（図１７(ｂ)）。次に、上ウェハ２０をブレードＰ５によりトリミングする（図１８(ａ)）。図１８(ａ)は、上ウェハ２０のトリミング部分Ｔ２を示している。次に、上ウェハ２０の上面をグラインダＰ３によりグラインドすることで、上ウェハ２０を薄膜化する（図１８(ｂ)）。
本比較例では、図１８(ａ)の工程で上ウェハ２０をトリミングした際に、トリミング部分Ｔ２が大量の粉末となってしまう。また、本比較例では、図１８(ａ)の工程で上ウェハ２０をトリミングした際に、上ウェハ２０だけでなく下ウェハ１０までもトリミングされてしまうおそれがある。一方、本実施形態によれば、これらの問題を抑制することが可能となる。
本実施形態のウェハＷのトリミングでは、ウェハＷ内に改質層２４および剥離層２５を形成し、ウェハＷ内の外周部２０ｂを加熱する（図８(ａ)および図８(ｂ)を参照）。これにより、外周部２０ｂを中央部２０ａから分割し、かつ外周部２０ｂを下ウェハ１０から剥離することで、ウェハＷから外周部２０ｂを除去することができる（図９(ａ)および図９(ｂ)を参照）。よって、本実施形態によれば、上記のように、外周部２０ｂを大量の粉末にせずにウェハＷから除去することが可能となる。
一方、ウェハＷのトリミングは、ウェハＷ内の外周部２０ｂを加熱する代わりに、下ウェハ１０と上ウェハ２０との間にブレードを挿入することで行うことが考えられる。すなわち、ウェハＷのトリミングを、加熱により生じる熱応力ではなく、ブレードから加わる機械的な力により実現することが考えられる。ブレードによるトリミングによれば、熱応力によるトリミングと同様に、外周部２０ｂを大量の粉末にせずにウェハＷから除去することが可能となる。しかしながら、ブレードによるトリミングによれば、ブレードを適切に操作しないと、下ウェハ１０と上ウェハ２０との剥離が中央部２０ａまで進展してしまう可能性や、ウェハＷに過剰な力が加わってチッピングが起こる可能性がある。本実施形態によれば、これらの問題も抑制することが可能となる。
以上のように、本実施形態では、ウェハＷを加熱することで、外周部２０ｂを中央部２０ａから分割し、かつ外周部２０ｂを下ウェハ１０から剥離する。よって、本実施形態によれば、例えば外周部２０ｂを大量の粉末にせずにウェハＷから簡単に除去することが可能となるなど、ウェハＷを好適に加工することが可能となる。
（第２実施形態）
図１９は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図と平面図である。
本実施形態の半導体製造装置は、第１実施形態の半導体製造装置と同様に、図１に示す構造を有し、図２(ａ)～図１１(ｂ)に示す方法の一部を実行するために使用される。一方、第１実施形態の半導体製造装置の除去部６は、図１２(ａ)および図１２(ｂ)に示す構造を有するのに対し、本実施形態の半導体製造装置の除去部６は、図１９(ａ)および図１９(ｂ)に示す構造を有している。図１９(ａ)および図１９(ｂ)はそれぞれ、本実施形態の除去部６の構造を示す断面図および平面図である。
本実施形態の除去部６は、次の２つの点において、第１実施形態の除去部６と相違している。第１に、本実施形態の上部バキュームチャック３１は、上部バキュームチャック３１を回転させる回転軸３１ｂを備えている。本実施形態の除去部６は、上部バキュームチャック３１を回転させることで、上部バキュームチャック３１により保持されているウェハＷを回転させることができる。第２に、本実施形態の外周バキュームチャック３３は、後述する複数の加熱部３３ｂを備えている。本実施形態の除去部６は、回転軸３１ｂによりウェハＷを回転させつつ、これらの加熱部３３ｂにより外周部２０ｂを加熱することができる。
図２０は、第２実施形態の外周バキュームチャック３３の構造を示す平面図である。
本実施形態の外周バキュームチャック３３は、図２０に示すように、複数の加熱部３３ｂを備えている。加熱部３３ｂの個数は、本実施形態では４つであるが、４つ以外でもよい。また、各加熱部３３ｂの平面形状は、本実施形態では四角形であるが、その他の形状でもよい。例えば、外周バキュームチャック３３は、円弧形（扇形）の平面形状を有する加熱部３３ｂを複数備えていてもよいし、円弧形（扇形）の平面形状を有する加熱部３３ｂを１つだけ備えていてもよい。
仮に本実施形態のウェハＷを回転させずに外周部２０ｂを加熱すると、外周部２０ｂ内に温度のむらが生じやすい。例えば、外周部２０ｂ内においていずれかの加熱部３３ｂに近い箇所では、その箇所の温度が高くなりやすい。一方、外周部２０ｂ内においていずれの加熱部３３ｂからも遠い箇所では、その箇所の温度が低くなりやすい。しかしながら、本実施形態のウェハＷは回転されながら加熱されるため、外周部２０ｂ内に温度にむらが生じることを抑制することが可能となる。
なお、本発明の実施形態は、次のような態様で実施してもよい。
（付記１）
第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、
前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、
前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する除去部とを備え、
前記除去部は、
前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、
前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
（付記２）
前記第２部分は、前記第１部分を環状に包囲する形状を有する、付記１に記載の半導体製造装置。
（付記３）
前記改質層形成部は、前記第１基板を部分的にアモルファス化することで、前記改質層としてアモルファス層を形成する、付記１または２に記載の半導体製造装置。
（付記４）
前記改質層形成部は、前記第１基板をレーザにより部分的に改質する、付記１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記５）
前記剥離層は、前記第１部分および前記第２部分のうちの、前記第２部分内のみに形成される、付記１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記６）
前記剥離層形成部は、前記剥離層をレーザにより形成する、付記１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記７）
前記加熱部は、前記第２部分の温度が前記第１部分の温度よりも高くなるように、前記第１部分または前記第２部分を加熱する、付記１から６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記８）
前記加熱部は、前記第１部分の温度と前記第２部分の温度との差が２００～４００℃となるように、前記第１部分または前記第２部分を加熱する、付記１から７のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記９）
前記加熱部は、平面視で環状の形状を有する、付記１から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１０）
前記除去部は、前記第１基板および前記第２基板を回転させつつ、前記第１部分または前記第２部分を前記加熱部により加熱する、付記１から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１１）
前記移動部は、前記第２基板を保持する第１保持部と、前記第１部分を保持する第２保持部と、前記第２部分を保持する第３保持部とを備える、付記１から１０のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１２）
前記第１保持部は、前記第２基板を冷却する機構を備える、付記１１に記載の半導体製造装置。
（付記１３）
前記第２保持部は、前記第１部分を冷却する機構を備える、付記１１または１２に記載の半導体製造装置。
（付記１４）
前記第３保持部は、前記第２部分を加熱する前記加熱部を備える、付記１１から１３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１５）
前記第３保持部は、前記第２保持部を包囲する環状の形状を有する、付記１１から１４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１６）
前記第２基板から剥離された前記第２部分を搬送する搬送機構をさらに備える、付記１から１５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
（付記１７）
第２基板の表面に設けられた第１基板内の第１部分または第２部分を加熱することで、前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、
前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部と、
を備える半導体製造装置。
（付記１８）
前記第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の前記第１部分と前記第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記改質層の形成後に、前記第１部分または前記第２部分を加熱する、付記１７に記載の半導体製造装置。
（付記１９）
前記第２基板と前記第２部分の間に剥離層を形成する剥離層形成部をさらに備え、
前記加熱部は、前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割する、付記１７または１８に記載の半導体製造装置。
（付記２０）
第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成し、
前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成し、
前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割し、
前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：載置部、１ａ：ロードポート、２：搬送部、２ａ：搬送ロボット、
３：検出部、４：改質層形成部、４ａ：チャックテーブル、
５：剥離層形成部、５ａ：チャックテーブル、６：除去部、７：制御部、
１０：下ウェハ、１１：半導体ウェハ、１２：膜、１３：膜、
２０：上ウェハ、２０ａ：中央部、２０ｂ：外周部、２０ｃ：端材、
２１：半導体ウェハ、２２：膜、２３：膜、
２４：改質層、２５：剥離層、２６：接合層、
３１：上部バキュームチャック、３１ａ：バキューム溝、３１ｂ：回転軸、
３２：中央バキュームチャック、３２ａ：バキューム溝、
３３：外周バキュームチャック、３３ａ：バキューム溝、３３ｂ：加熱部

Claims (7)

  1. 第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部と、
    前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成する剥離層形成部と、
    前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する除去部とを備え、
    前記除去部は、
    前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、
    前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部と、
    を備える半導体製造装置。
  2. 前記加熱部は、前記第２部分の温度が前記第１部分の温度よりも高くなるように、前記第１部分または前記第２部分を加熱する、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記除去部は、前記第１基板および前記第２基板を回転させつつ、前記第１部分または前記第２部分を前記加熱部により加熱する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記移動部は、前記第２基板を保持する第１保持部と、前記第１部分を保持する第２保持部と、前記第２部分を保持する第３保持部とを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  5. 第２基板の表面に設けられた第１基板内の第１部分または第２部分を加熱することで、前記第１部分と前記第２部分とを分割する加熱部と、
    前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する移動部と、
    を備える半導体製造装置。
  6. 前記第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の前記第１部分と前記第２部分との間に改質層を形成する改質層形成部をさらに備え、
    前記加熱部は、前記改質層の形成後に、前記第１部分または前記第２部分を加熱する、請求項５に記載の半導体製造装置。
  7. 第１基板を部分的に改質して、前記第１基板内の第１部分と第２部分との間に改質層を形成し、
    前記第１基板の表面に設けられた第２基板と前記第２部分との間に、剥離層を形成し、
    前記第１部分または前記第２部分を加熱することで、前記第２基板と前記第２部分とを前記剥離層において剥離し、かつ前記第１部分と前記第２部分とを分割し、
    前記第２基板を前記第２部分に対し相対移動させることで、前記第２基板の表面に前記第１部分を残存させつつ、前記第２基板の表面から前記第２部分を除去する、
    ことを含む半導体装置の製造方法。
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