JP7549551B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

国際特許出願公開ＷＯ２０１９／２０８２９８号公報 国際特許出願公開ＷＯ２０１９／１７６５８９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部を備える。さらに、前記装置は、前記第１部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層を形成する接合部を備える。さらに、前記装置は、前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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部分を除去する除去部を備える。

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(1/7)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(2/7)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(3/7)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(4/7)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(5/7)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(6/7)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(7/7)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１実施形態の接合部の動作を説明するための斜視図である。 第１実施形態の接合部の構造を示す断面図である。 第１実施形態の接合層の例を示す平面図(1/2)である。 第１実施形態の接合層の例を示す平面図(2/2)である。 第１実施形態の変形例の接合部の構造を説明するための平面図および斜視図である。 第１実施形態の変形例の外側遮光部の例を示す平面図である。 第１実施形態の変形例の内側遮光部の例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の詳細を示す断面図である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す別の平面図および断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図２２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、改質部４と、接合部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。改質部４はチャックテーブル４ａを備え、接合部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内の上ウェハを部分的に改質する。接合部５は、改質部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を部分的に接合する。除去部６は、接合部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、改質部４、接合部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から図８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８(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と上ウェハ２０とが貼り合わされた構造を有している。ただし、図２(ａ)および図２(ｂ)に示す段階では、下ウェハ１０と上ウェハ２０はまだ接合はされていない。上ウェハ２０は第１基板の例であり、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、検出部３によるアライメントの結果、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、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３(ａ)および図３(ｂ)）。図３(ａ)は、改質部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３(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３(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３(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３(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３(ａ)および図３(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。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、中央部２０ａと下ウェハ１０との間に、中央部２０ａと下ウェハ１０とを接合する接合層２５を形成する（図４(ａ)および図４(ｂ)）。図４(ａ)は、接合部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。本実施形態の接合層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。本実施形態のレーザＬ２は、膜１３、２３により吸収されることで熱を発生し、膜１３、２３内でこの熱により脱水縮合を生じさせることで接合層２５を形成する。よって、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く、例えば９４００ｎｍまたは１１５００ｎｍに設定される。

本実施形態の接合層２５は、図４(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、本実施形態の接合層２５は、図４(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。接合層２５は、中央部２０ａと下ウェハ１０との間に形成されることから、改質層２４よりも中心Ｃ側に形成される。本実施形態の接合層２５は、改質層２４付近に形成される。また、本実施形態の接合層２５は、中央部２０ａおよび外周部２０ｂのうち中央部２０ａ内のみに形成される。接合層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、接合層２５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。このような接合層２５の例については、後述する。また、接合層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。

次に、下ウェハ１０とウェハ２０との間にブレードＰ３を挿入し、ブレードＰ３が挿入された状態でウェハＷを回転させる（図５(ａ)および図５(ｂ)）。これにより、中央部２０ａと外周部２０ｂとを分離することで、下ウェハ１０の表面に中央部２０ａを残存させつつ、下ウェハ１０の表面から外周部２０ｂを除去する（図６(ａ)および図６(ｂ)）。

図５(ａ)および図５(ｂ)に示す工程は、除去部６内のブレードＰ３により行われる。外周部２０ｂは、ブレードＰ３から力が加わることで下ウェハ１０から剥がれていく。一方、中央部２０ａは、接合層２５により下ウェハ１０と接合されているため、ブレードＰ３から力が加わっても下ウェハ１０から剥がれない。そのため、下ウェハ１０と上ウェハ２０との界面にひずみがたまり、改質層２４が破壊される形で応力が解放される。その結果、中央部２０ａと外周部２０ｂとが改質層２４を境に分離されて、外周部２０ｂが完全に下ウェハ１０から剥がれる。このようにして、外周部２０ｂが、下ウェハ１０の表面から除去され、中央部２０ａは、下ウェハ１０の表面に残存する（図６(ａ)および図６(ｂ)）。別言すると、外周部２０ｂが除去されるようにウェハＷがトリミングされる。ブレードＰ３は、挿入部材の例である。

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から分離して下ウェハ１０から剥がすことで外周部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、ウェハＷをアニールする（図７(ａ)および図７(ｂ)）。その結果、膜２３の下面全体が膜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。なお、図７(ａ)および図７(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。

次に、上ウェハ２０の上面を、グラインダＰ４によりグラインドする（図８(ａ)および図８(ｂ)）。その結果、上ウェハ２０が薄膜化される。なお、図８(ａ)および図８(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９から図１１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９(ａ)に示す上ウェハ２０を用意し、図９(ｂ)に示すように上ウェハ２０をトリミングする。図９(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Ｐ５を用いて研磨し（図１０(ａ)）、その後に上ウェハ２０を下ウェハ１０と貼り合わせる（図１０(ｂ)）。次に、ウェハＷをアニールすることで、膜２３の下面全体を膜１３の上面と接合する（図１１(ａ)）。次に、上ウェハ２０の上面をグラインダＰ４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１１(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９(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１０(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。

図１２と図１３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１２(ａ)）。次に、ウェハＷをアニールすることで、膜２３の下面全体を膜１３の上面と接合する（図１２(ｂ)）。次に、上ウェハ２０をブレードＰ６によりトリミングする（図１３(ａ)）。図１３(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Ｐ４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１４(ｂ)）。

本比較例では、図１３(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１３(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。

図１４は、第１実施形態の接合部５の動作を説明するための斜視図である。

図１４(ａ)は、接合部５内の２つの出射部Ｐ２を示している。このように、本実施形態の接合部５は、レーザＬ２を出射する出射部Ｐ２を２つ備えていてもよい。この場合、接合部５は、これら２つの出射部Ｐ２を、中心Ｃに対称に移動させるように構成されていてもよい。図１４(ａ)では、一方の出射部Ｐ２が＋Ｘ方向に移動しており、他方の出射部Ｐ２が－Ｘ方向に移動しており、その結果、これらの出射部Ｐ２が、中心Ｃに対称に移動している。これらの出射部Ｐ２は、レーザＬ２を出射しながら移動しており、これにより上ウェハ２０（および下ウェハ１０）がレーザＬ２により走査されている。これらの出射部Ｐ２は、第１および第２出射部の例である。

出射部Ｐ２は、図１４(ａ)に示す方向に移動した後に、図１４(ｂ)および図１４(ｃ)に示す方向にさらに移動してもよい。図１４(ｂ)では、出射部Ｐ２が中心Ｃ付近に戻った後、一方の出射部Ｐ２が＋Ｙ方向に移動しており、他方の出射部Ｐ２が－Ｙ方向に移動している。図１４(ｃ)では、＋Ｙ方向に移動した出射部Ｐが、時計周りに移動しており、－Ｙ方向に移動した出射部Ｐも、時計周りに移動している。その結果、図１４(ｂ)や図１４(ｃ)に示す出射部Ｐ２も、中心Ｃに対称に移動している。ただし、図１４(ａ)や図１４(ｂ)に示す出射部Ｐ２は、上ウェハ２０の放射方向に移動しており、これにより上ウェハ２０にレーザＬ２が照射される位置も、上ウェハ２０の放射方向に移動している。一方、図１４(ｃ)に示す出射部Ｐ２は、上ウェハ２０の円周方向に移動しており、これにより上ウェハ２０にレーザＬ２が照射される位置も、上ウェハ２０の円周方向に移動している。

その結果、図１４(ｄ)に示す形状の接合層２５が、上ウェハ２０と下ウェハ１０との間に形成される。図１４(ｄ)に示す接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延び、円の円周の形状を有する１つの接合層２５ａと、上ウェハ２０の放射方向に延び、円の直径の形状を有する２つの接合層２５ｂとを含んでいる。この接合層２５は、接合層２５ａだけでなく接合層２５ｂも含んでいるため、接合層２５ａのみを含む接合層２５に比べて上ウェハ２０と下ウェハ１０とを強く接合することができる。接合層２５ａは第１領域の例であり、接合層２５ｂは第２領域の例である。

図１５は、第１実施形態の接合部５の構造を示す断面図である。

本実施形態の接合部５は、図１５に示すように、上述のチャックテーブル５ａと、回転軸５ｂと、棒状部材５ｃと、上述の２つの出射部Ｐ２とを備えている。チャックテーブル５ａはテーブルの例であり、棒状部材５ｃは移動部の例である。

図１５は、チャックテーブル５ａにより支持されているウェハＷを示している。回転軸５ｂは、チャックテーブル５ａに取り付けられており、チャックテーブル５ａを回転させることで、チャックテーブル５ａ上のウェハＷを回転させることができる。矢印Ａ１は、回転軸５ｂの回転方向を示している。

棒状部材５ｃは、棒状の形状を有する部材であり、チャックテーブル５ａの上方に配置されている。棒状部材５ｃは、２つの出射部Ｐ２を保持しており、これらの出射部Ｐ２を棒状部材５ｃに沿って移動させることができる。矢印Ａ２は、出射部Ｐ２の移動方向を示している。

本実施形態の棒状部材５ｃは、回転軸５ｂの回転中心の真上（＋Ｚ方向）に配置されている。また、本実施形態のウェハＷは、上ウェハ２０の中心Ｃが回転軸５ｂの回転中心の真上にくるように、チャックテーブル５ａ上に載置される。よって、出射部Ｐ２は、棒状部材５ｃに沿って移動することで、上ウェハ２０の放射方向に移動することができる。また、本実施形態の棒状部材５ｃは、２つの出射部Ｐ２を、中心Ｃに対称に移動させるように構成されている。

上述の図１４(ａ)や図１４(ｂ)に示す工程では、回転軸５ｂが静止した状態で、これらの出射部Ｐ２が棒状部材５ｃに沿って移動する。これにより、上ウェハ２０にレーザＬ２が照射される位置を、上ウェハ２０の放射方向に移動させることが可能となり、接合層２５ｂを形成することが可能となる。

一方、上述の図１４(ｃ)に示す工程では、これらの出射部Ｐ２が棒状部材５ｃ上で静止した状態で、回転軸５ｂがチャックテーブル５ａを回転させる。これにより、上ウェハ２０にレーザＬ２が照射される位置を、上ウェハ２０の円周方向に移動させることが可能となり、接合層２５ａを形成することが可能となる。

図１６と図１７は、第１実施形態の接合層２５の例を示す平面図である。

図１６(ａ)に示す例では、接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延びる１つの接合層２５ａのみを含んでいる。図１６(ｂ)に示す例では、接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延びる１つの接合層２５ａと、上ウェハ２０の放射方向に延びる１つの接合層２５ｂとを含んでいる。図１６(ｃ)に示す例では、接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延びる１つの接合層２５ａと、上ウェハ２０の放射方向に延びる２つの接合層２５ｂとを含んでいる。図１６(ｃ)に示す接合層２５は、図１４(ｄ)に示す接合層２５と同じ形状を有している。上述したように、接合層２５ａは第１領域の例であり、接合層２５ｂは第２領域の例である。

図１７(ａ)に示す例では、接合層２５は、１つの接合層２５ａの代わりに２つの接合層２５ｃを含んでいる。接合層２５ｃは、接合層２５ａと同様に、上ウェハ２０の円周方向に延びている。しかしながら、接合層２５ａが、３６０度分の円周の形状を有しているのに対して、各接合部２５ｃは、約１８０度分の円周（円弧）の形状を有している。このように、接合層２５は、環状の形状を有する接合層２５ａを含んでいてもよいし、非環状の形状を有する接合層２５ｃを含んでいてもよい。ただし、図１７(ａ)に示す２つの接合層２５ｃは、これらの接合層２５ｃの組合せにより環状の形状に近い形状を形成している。接合層２５ｃは、第１領域の例である。

図１７(ｂ)に示す例では、接合層２５は、１つの接合層２５ａの代わりに４つの接合層２５ｄを含んでいる。接合層２５ｄは、接合層２５ａや接合層２５ｃと同様に、上ウェハ２０の円周方向に延びている。しかしながら、接合層２５ａが、３６０度分の円周の形状を有しているのに対して、各接合部２５ｄは、約９０度分の円周（円弧）の形状を有している。このように、接合層２５は、非環状の形状を有する接合層２５ｄを含んでいてもよい。ただし、図１７(ｂ)に示す４つの接合層２５ｄは、これらの接合層２５ｄの組合せにより環状の形状に近い形状を形成している。接合層２５ｄは、第１領域の例である。

図１７(ｃ)に示す例では、接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延びる４つの接合層２５ｅと、上ウェハ２０の放射方向に延びる２つの接合層２５ｂとを含んでいる。このように、接合層２５は、非環状の形状を有するように上ウェハ２０の円周方向に延びる接合層２５ｅと、上ウェハ２０の放射方向に延びる接合層２５ｂとを含んでいてもよい。接合層２５ｅは、第１領域の例である。

図１８は、第１実施形態の変形例の接合部５の構造を説明するための平面図および斜視図である。

図１８(ａ)は、本変形例の上ウェハ２０と、上ウェハ２０内の接合層２５とを示している。本変形例の接合層２５は、図１８(ａ)にてクロスハッチングで示す領域内に形成されている。よって、本変形例の接合層２５は、上ウェハ２０の円周方向に延びる環状の形状を有しており、かつ、上ウェハ２０の放射方向に、ある程度の幅を有している。このような幅を有する接合層２５は、レーザＬ２で形成しようとすると、レーザＬ２の照射面積が広くなるため面倒である。そこで、本変形例の接合層２５は例えば、図１８(ｂ)に示す接合部５により形成される。

図１８(ｂ)は、本変形例の接合部５の構造を示している。本変形例の接合部５は、光を発生させる光源３１と、光源３１からの光を成形するマスク３２とを備えている。マスク３２により成形された光は、上ウェハ２０と下ウェハ１０との間の所定の領域、すなわち、接合層２５を形成すべき領域に照射される。その結果、この所定の領域に接合層２５が形成される。

本変形例のマスク３２は、外側遮光部３２ａと、透光部３２ｂと、内側遮光部３２ｃとを含んでいる。内側遮光部３２ｃは、円形の平面形状を有している。透光部３２ｂは、円形の内周および外周を有する平面形状を有しており、内側遮光部３２ｃを環状に包囲している。外側遮光部３２ａは、円形の内周と正方形または長方形の外周とを有する平面形状を有しており、透光部３２ｂを環状に包囲している。内側遮光部３２ｃは第１遮光部の例であり、外側遮光部３２ａは第２遮光部の例である。

外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃは、光源３１からの光を遮断する性質を有している。一方、透光部３２ｂは、光源３１からの光を透過させる性質を有している。よって、光源３１からマスク３２に入射した光は、透光部３２ｂを透過して、上述の所定の領域に照射される。その結果、図１８(ｂ)に示す形状を有する接合層５が、上ウェハ２０と下ウェハ１０との間に形成される。本変形例によれば、ある程度の幅を有する接合層２５を簡単に形成することが可能となる。

外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃは、光を遮断することができる任意の材料により形成可能である。一方、透光部３２ｂは、外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃとの間に部材を配置しないことで形成されてもよいし、外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃとの間に、光を透過させることができる部材を配置することで形成されてもよい。

図１９は、第１実施形態の変形例の外側遮光部３２ａの例を示す平面図である。

図１９(ａ)に示す外側遮光部３２ａは、光源３１からの光を遮断する複数枚の遮光部材３３を含んでいる。これらの遮光部材３３は、円形の空間Ｓを形成するように配置されている。この場合、内側遮光部３２ｃは空間Ｓ内に配置され、外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃとの間の隙間が透光部３２ｂとなる。

各遮光部材３３は、回転軸３４の周りを回転可能である。本変形例では、各遮光部材３３が回転軸３４の周りを回転することで、空間Ｓの形状を変形させることができる。具体的には、空間Ｓの直径を増加または減少させることができる。図１９(ｂ)は、図１９(ａ)の空間Ｓに比べて直径が減少した空間Ｓを示している。

本変形例によれば、空間Ｓの形状を変形させることで、上記所定の領域の形状を変化させることが可能となる。例えば、空間Ｓの直径が減少すると、上記所定の領域の外周が小さくなり、上記所定の領域の面積が小さくなる。

図２０は、第１実施形態の変形例の内側遮光部３２ｃの例を示す平面図である。

図２０(ａ)に示す内側遮光部３２ｃは、光源３１からの光を遮断する複数枚の遮光部材３５を含んでいる。これらの遮光部材３５は、円形の内側遮光部３２ｃを形成するように配置されている。この場合、外側遮光部３２ａは内側遮光部３２ｃを環状に包囲するように配置され、外側遮光部３２ａと内側遮光部３２ｃとの間の隙間が透光部３２ｂとなる。

これらの遮光部材３５は、内側遮光部３２ｃの形状を円形に保ちつつスライドすることが可能である。具体的には、これらの遮光部材３５は、内側遮光部３２ｃの形状の中心軸を基点に前後に移動することが可能である。本変形例では、これらの遮光部材３５がスライドすることで、内側遮光部３２ｃの形状を変形させることができる。具体的には、内側遮光部３２ｃの直径を増加または減少させることができる。図２０(ｂ)は、図２０(ａ)の内側遮光部３２ｃに比べて直径が減少した内側遮光部３２ｃを示している。

本変形例によれば、内側遮光部３２ｃの形状を変形させることで、上記所定の領域の形状を変化させることが可能となる。例えば、内側遮光部３２ｃの直径が減少すると、上記所定の領域の内周が小さくなり、上記所定の領域の面積が大きくなる。

なお、本変形例のマスク３２は、図１９(ａ)の構造と図２０(ａ)の構造の両方を備えていてもよいし、図１９(ａ)の構造と図２０(ａ)の構造のいずれか一方のみを備えていてもよいし、図１９(ａ)の構造と図２０(ａ)の構造のいずれも備えていなくてもよい。

図２１は、第１実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す断面図であり、具体的には、図５(ａ)および図５(ｂ)に示す工程の詳細を示している。

図２１(ａ)は、ウェハＷ内に形成された改質層２４および接合層２５を示している。この工程では、下ウェハ１０とウェハ２０との間にブレードＰ３を挿入し、ブレードＰ３が挿入された状態でウェハＷを回転させる（図２１(ｂ)）。図２１(ｂ)のブレードＰ３は、膜１３と膜２３との間に挿入されている。図２１(ｂ)の工程は、１つのブレードＰ３のみを用いて行ってもよいし、２つ以上のブレードＰ３を同時に用いて行ってもよい。

図２１(ｂ)に示すように、外周部２０ｂは、ブレードＰ３から力が加わることで下ウェハ１０から剥がれていく。外周部２０ｂは、接合層２５により下ウェハ１０と接合されていないため、下ウェハ１０から剥がれやすくなっている。一方、中央部２０ａは、接合層２５により下ウェハ１０と接合されているため、ブレードＰ３から力が加わっても下ウェハ１０から剥がれない。そのため、下ウェハ１０と上ウェハ２０との界面にひずみがたまり、改質層２４が破壊される形で応力が解放される。図２１(ｃ)は、改質部２４にクラックが入った様子を示している。図２１(ｄ)は、このクラックが上ウェハ２０を貫通した様子を示している。本実施形態の改質層２４はアモルファス化されているため、クラックが入りやすい。

その結果、中央部２０ａと外周部２０ｂとが改質層２４を境に分離されて、外周部２０ｂが完全に下ウェハ１０から剥がれる。このようにして、外周部２０ｂが、下ウェハ１０の表面から除去され、中央部２０ａは、下ウェハ１０の表面に残存する。

図２２は、第１実施形態の半導体装置の製造方法の詳細を示す別の平面図および断面図である。

図２２(ａ)は、上ウェハ２０内の複数のチップ領域Ｒ１とスクライブ領域Ｒ２とを示している。チップ領域Ｒ１は、ウェハＷのダイシング後に、個々の半導体装置（半導体チップ）になる領域である。スクライブ領域Ｒ２は、ウェハＷのダイシング時に、ダイサーが当てられる領域である。

図２２(ａ)に示す改質層２４は、図３(ｂ)等に示す改質層２４と同様に、１本の円周上に配置されている。よって、図２２(ａ)に示す改質層２４は、チップ領域Ｒ１およびスクライブ領域Ｒ２内に形成されている。一方、図２２(ａ)に示す接合層２５は、図４(ｂ)等に示す接合層２５と同様に、１本の円周上に配置されているが、チップ領域Ｒ１内で断絶されている。よって、図２２(ａ)に示す接合層２５は、チップ領域Ｒ１およびスクライブ領域Ｒ２のうちスクライブ領域Ｒ２内のみに形成されている。

図２２(ｂ)は、図２２(ａ)に示す上ウェハ２０と、この上ウェハ２０下の下ウェハ１０とを示している。図２２(ｂ)では、膜１３が、絶縁膜１３ａと、絶縁膜１３ｂとを含んでおり、膜２３が、絶縁膜２３ａと、絶縁膜２３ｂと、金属膜２３ｃと、積層膜２３ｄとを含んでいる。積層膜２３ｄは例えば、３次元半導体メモリのワード線や選択ゲートを含んでいる。金属膜２３ｃは例えば、積層膜２３ｄ用の配線層として形成されている。本実施形態の金属膜２３ｃおよび積層膜２３ｄは、チップ領域Ｒ１およびスクライブ領域Ｒ２のうちチップ領域Ｒ１内のみに形成されている。

図２２(ｂ)はさらに、出射部Ｐ２からスクライブ領域Ｒ２に入射したレーザＬ２と、出射部Ｐ２からチップ領域Ｒ１に入射したレーザＬ２（区別のため「Ｌ２’」で表す）とを示している。一般に、金属膜２３ｃはレーザＬ２を反射する性質を有する。よって、チップ領域Ｒ１に入射したレーザＬ２であるレーザＬ２’は、金属膜２３ｃで反射され、膜１３と膜２３との界面に到達していない。これが、図２２(ａ)に示す接合層２５がチップ領域Ｒ１内に形成されていない理由である。

図２２(ａ)では、接合層２５がチップ領域Ｒ１内に形成されていないため、上ウェハ２０と下ウェハ１０との間の接合層２５による接合強度が不十分になる可能性がある。しかしながら、検証によれば、接合層２５がスクライブ領域Ｒ２内のみに形成されている場合でも、上ウェハ２０と下ウェハ１０との間の接合層２５による接合強度を十分に確保することができる。よって、本実施形態の接合層２５は、図２２(ａ)に示す形状を有するように形成してもよい。なお、接合層２５による接合強度を高めたい場合には、接合層２５を上述の接合層２５ｂを含むように形成してもよいし、接合層２５を図１８(ｂ)に示す接合部５により、ある程度の幅を有するように形成してもよい。なお、図２２(ａ)に示す接合部２５は、図１８(ａ)に示す接合層２５と同様に、ある程度の幅を有するように形成されている。

同様に、検証によれば、改質層２４がスクライブ領域Ｒ２内のみに形成されている場合でも、図５(ａ)および図５(ｂ)に示す工程を行うことができる。よって、本実施形態の改質層２４は、図２２(ａ)に示す形状を有するように形成してもよい。

以上のように、本実施形態では、ウェハＷ内に改質層２４および接合層２５を形成し、改質層２４および接合層２５を利用してウェハＷから上ウェハ２０の外周部２０ｂを除去する。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外周部２０ｂを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。

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部と、
前記第１部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層を形成する接合部と、
前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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部分を除去する除去部と、
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）
前記接合層は、前記第１および第２部分のうち前記第１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）
前記接合層は、前記第１基板の円周方向に延びる第１領域を含む、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）
前記接合層はさらに、前記第１基板の放射方向に延びる第２領域を含む、付記６に記載の半導体製造装置。

（付記８）
前記接合部は、前記接合層をレーザにより形成する、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）
前記接合部の前記レーザは、前記第１および第２基板により吸収されることで熱を発生し、前記第１および第２基板内で前記熱により脱水縮合を生じさせることで前記接合層を形成する、付記８に記載の半導体製造装置。

（付記１０）
前記接合部は、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の放射方向および円周方向に移動させることが可能である、付記８または９に記載の半導体製造装置。

（付記１１）
前記接合部は、
前記レーザを出射する出射部と、
前記第１および第２基板を支持するテーブルと、
前記テーブルを回転させる回転軸と、
前記テーブルの放射方向に前記出射部を移動させる移動部とを備え、
前記移動部が前記出射部を移動させることで、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の放射方向に移動させ、
前記回転軸が前記テーブルを回転させることで、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の円周方向に移動させる、
付記１０に記載の半導体製造装置。

（付記１２）
前記出射部は、前記レーザを出射する第１および第２出射部を含み、
前記移動部は、前記第１および第２出射部を前記第１基板の中心に対称に移動させる、
付記１０または１１に記載の半導体製造装置。

（付記１３）
前記接合部は、光を発生させる光源と、前記光を成形するマスクとを備え、前記マスクにより成形された前記光を前記第１基板と前記第２基板との間の所望の領域に照射して、前記所定の領域に前記接合層を形成する、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１４）
前記マスクは、第１遮光部と、前記第１遮光部を環状に包囲する第２遮光部とを備え、前記第１遮光部と前記第２遮光部との間の透光部を透過した前記光を前記所定の領域に照射する、付記１３に記載の半導体製造装置。

（付記１５）
前記マスクは、前記第１および第２遮光部の少なくともいずれかの形状を変形させることで、前記所定の領域の形状を変化させることが可能である、付記１４に記載の半導体製造装置。

（付記１６）
前記除去部は、前記第１基板と前記第２基板との間に挿入部材を挿入して前記第２基板から前記第２部分を剥がすことで、前記第２部分を除去する、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）
前記第２基板から剥がされた前記第２部分を搬送する搬送機構をさらに備える、付記１６に記載の半導体製造装置。

（付記１８）
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部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層を形成し、
前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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。

（付記１９）
前記改質層は、前記接合層が形成される前に形成される、付記１８に記載の半導体装置の製造方法。

（付記２０）
前記改質層は、前記接合層が形成された後に形成される、付記１８に記載の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：改質部、４ａ：チャックテーブル、５：接合部、
５ａ：チャックテーブル、５ｂ：回転軸、５ｃ：棒状部材、６：除去部、７：制御部、
１０：下ウェハ、１１：半導体ウェハ、１２：膜、
１３：膜、１３ａ：絶縁膜、１３ｂ：絶縁膜、
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、２３ａ：絶縁膜、２３ｂ：絶縁膜、
２３ｃ：金属膜、２３ｄ：積層膜、２４：改質層、２５：接合層、２５ａ：接合層、
２５ｂ：接合層、２５ｃ：接合層、２５ｄ：接合層、２５ｅ：接合層、２６：接合層、
３１：光源、３２：マスク、３２ａ：外側遮光部、３２ｂ：透光部、
３２ｃ：内側遮光部、３３：遮光部材、３４：回転軸、３５：遮光部材

Claims (12)

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部と、
   前記第１部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層をレーザにより形成する接合部と、
   前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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部分を除去する除去部と、
   を備え、
   前記接合部の前記レーザは、前記第１および第２基板により吸収されることで熱を発生し、前記第１および第２基板内で前記熱により脱水縮合を生じさせることで前記接合層を形成する、半導体製造装置。
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、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記改質部は、前記第１基板をレーザにより部分的に改質する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記接合層は、前記第１および第２部分のうち前記第１部分内のみに形成される、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部と、
   前記第１部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層を形成する接合部と、
   前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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部分を除去する除去部と、
   を備え、
   前記接合層は、前記第１基板の円周方向に延びる第１領域と、前記第１基板の放射方向に延びる第２領域とを含む、半導体製造装置。
6. 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部と、
   前記第１部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層をレーザにより形成する接合部と、
   前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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部分を除去する除去部と、
   を備え、
   前記接合部は、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の放射方向および円周方向に移動させることが可能である、半導体製造装置。
7. 前記接合部は、
   前記レーザを出射する出射部と、
   前記第１および第２基板を支持するテーブルと、
   前記テーブルを回転させる回転軸と、
   前記テーブルの放射方向に前記出射部を移動させる移動部とを備え、
   前記移動部が前記出射部を移動させることで、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の放射方向に移動させ、
   前記回転軸が前記テーブルを回転させることで、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の円周方向に移動させる、
   請求項６に記載の半導体製造装置。
8. 前記出射部は、前記レーザを出射する第１および第２出射部を含み、
   前記移動部は、前記第１および第２出射部を前記第１基板の中心に対称に移動させる、
   請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 前記除去部は、前記第１基板と前記第２基板との間に挿入部材を挿入して前記第２基板から前記第２部分を剥がすことで、前記第２部分を除去する、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
10. 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部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層をレーザにより形成し、
    前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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、
    ことを含み、
    前記レーザは、前記第１および第２基板により吸収されることで熱を発生し、前記第１および第２基板内で前記熱により脱水縮合を生じさせることで前記接合層を形成する、半導体装置の製造方法。
11. 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部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層を形成し、
    前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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、
    ことを含み、
    前記接合層は、前記第１基板の円周方向に延びる第１領域と、前記第１基板の放射方向に延びる第２領域とを含む、半導体装置の製造方法。
12. 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部分と第２基板との間に、前記第１部分と前記第２基板とを接合する接合層をレーザにより形成し、
    前記第１部分と前記第２部分とを分離することで、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、
    ことを含み、
    前記接合層を形成する際に、前記第１基板に前記レーザが照射される位置を、前記第１基板の放射方向および円周方向に移動させる、半導体装置の製造方法。

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