特開 2025-8562 ウエーハの加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008562

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】ウエーハの加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20250109BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20250109BHJP

   B28D 5/02 20060101ALI20250109BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20250109BHJP

   B24B 1/00 20060101ALI20250109BHJP

   B24B 27/06 20060101ALI20250109BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 601Z

H01L21/304 622W

H01L21/02 B

B28D5/02 A

B23K26/53

B24B1/00 Z

B24B27/06 M

B24B7/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023110819

(22)【出願日】2023-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 彬

【テーマコード（参考）】

3C043

3C049

3C069

3C158

4E168

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C043BA03

3C043BA07

3C043BA09

3C043BA12

3C043BA16

3C043CC04

3C043DD02

3C043DD04

3C043DD06

3C049AA03

3C049AA14

3C049AA16

3C049AB04

3C049AC04

3C049CB01

3C069AA03

3C069BA04

3C069BA08

3C069BB04

3C069BC01

3C069CB01

3C069CB03

3C069DA06

3C158AA03

3C158AA14

3C158AA16

3C158AB04

3C158AC04

3C158CB01

3C158DA17

4E168AE01

4E168CB07

4E168GA01

4E168JA12

4E168JA13

5F057AA05

5F057BA19

5F057BA20

5F057BB07

5F057BB09

5F057BB12

5F057BC02

5F057CA16

5F057DA17

5F057DA22

5F057DA31

(57)【要約】

【課題】貼り合わせウエーハの研削工程において、デバイスの破損を抑制しつつ外周余剰領域を除去することができるウエーハの加工方法を提供すること。
【解決手段】ウエーハの加工方法は、第一のウエーハと第二のウエーハとを仮接合して貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１と、レーザービームで第一のウエーハの内部に環状の改質層と改質層から伸展するクラックとを形成する改質層形成ステップ２０２と、アニール処理により貼り合わせウエーハの接合強度を上げるアニール処理ステップ２０３と、第一のウエーハの環状領域に切削ブレードを位置付け、他方の面側から第二のウエーハに至らない深さまで切り込んで環状領域に沿って切削することで、改質層およびクラックよりも外周縁側の外周領域を除去する外周領域除去ステップ２０４と、第一のウエーハを他方の面側から研削して仕上げ厚さまで薄化する研削ステップ２０５とを備える。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエーハの加工方法であって、
第一のウエーハと第二のウエーハとを接合するために、第一のウエーハの一方の面と、第二のウエーハの一方の面とを仮接合して貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成ステップと、
該貼り合わせウエーハ形成ステップを実施した後に、該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを該第一のウエーハの外周縁よりも所定距離内側の環状領域に対して照射し、該第一のウエーハの内部に環状の改質層と該改質層から伸展するクラックとを形成する改質層形成ステップと、
該改質層形成ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハに対してアニール処理を施すことで、該第一のウエーハと該第二のウエーハとの接合強度を上げるアニール処理ステップと、
該アニール処理ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハの該第一のウエーハを他方の面側から研削して仕上げ厚さまで薄化する研削ステップと、
を備え、
該改質層形成ステップを実施した後、かつ該研削ステップを実施する前に、該第一のウエーハの該環状領域に切削ブレードを位置付け、該第一のウエーハの該他方の面側から該第二のウエーハに至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削することで、該改質層および該クラックよりも該外周縁側の外周領域を除去する外周領域除去ステップを更に備える
ことを特徴とする、ウエーハの加工方法。

【請求項2】

ウエーハの加工方法であって、
第一のウエーハの一方の面と、第二のウエーハの一方の面とを接合して貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成ステップと、
該貼り合わせウエーハ形成ステップを実施した後に、該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを該第一のウエーハの外周縁よりも所定距離内側の環状領域に対して照射し、該第一のウエーハの内部に環状の改質層と該改質層から伸展するクラックとを形成する改質層形成ステップと、
該改質層形成ステップを実施した後に、該第一のウエーハの該環状領域に切削ブレードを位置付け、該第一のウエーハの他方の面側から該第二のウエーハに至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削することで、該改質層および該クラックよりも該外周縁側の外周領域を除去する外周領域除去ステップと、
該外周領域除去ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハの該第一のウエーハを該他方の面側から研削して仕上げ厚さまで薄化する研削ステップと、
を備える
ことを特徴とする、ウエーハの加工方法。

【請求項3】

該外周領域除去ステップでは、
該第一のウエーハの該他方の面側から該改質層に至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。

【請求項4】

該外周領域除去ステップでは、
該切削ブレードの厚み方向の中心が、該環状領域よりも該第一のウエーハの径方向外側に位置付けられる
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。

【請求項5】

該外周領域除去ステップでは、
該切削ブレードの厚み方向の中心が、該環状領域よりも該第一のウエーハの径方向内側に位置付けられる
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエーハの加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年のデバイスチップの低背化や高集積化に伴い、３次元積層された半導体ウエーハの開発が進んでいる。例えばＴＳＶ（Through-Silicon Via）ウエーハは、貫通電極によって２つのチップ同士の貼り合わせによる両チップの電極の接続を可能にしている。

【0003】

こうしたウエーハは、基台となる支持ウエーハ（シリコンやガラス、セラミックス等）に貼り合わされた状態で研削して薄化される。通常、ウエーハは、外周縁が面取りされているため、極薄に研削されると外周縁が所謂ナイフエッジとなり、研削中にエッジの欠けが発生しやすい。これにより、デバイスにまで欠けが延長してデバイスの破損に繋がる可能性がある。

【0004】

ナイフエッジの対策として、ウエーハの表面側の外周縁を環状に切削する所謂エッジトリミング技術が開発された（特許文献１参照）。また、ウエーハを貼り合わせてから、デバイスの外周縁に沿ってレーザービームを照射して環状の改質層を形成することで、その研削中に発生するウエーハのエッジ欠けがデバイスに伸展することを抑制するエッジトリミング方法も考案された（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４８９５５９４号公報

【特許文献2】特開２０２０－０５７７０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の方法は、切削時にデバイスに届くチッピングを発生させてデバイスを破損させる可能性があり、また、大量の切削屑が出るため、デバイスがコンタミで汚れやすいという課題があった。また、特許文献２の方法は、改質層が接合領域よりも内側に形成されている場合、研削時に除去したい外周余剰領域の端材が剥離せず残存してしまう可能性があった。また、研削時に剥離できたとしても、外周余剰領域の端材が研削ホイールとウエーハとの間に挟まってしまい、ウエーハに傷がつく可能性があった。

【0007】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、貼り合わせウエーハの研削工程において、デバイスの破損を抑制しつつ外周余剰領域を除去することができるウエーハの加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウエーハの加工方法の第一の態様は、第一のウエーハと第二のウエーハとを接合するために、第一のウエーハの一方の面と、第二のウエーハの一方の面とを仮接合して貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成ステップと、該貼り合わせウエーハ形成ステップを実施した後に、該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを該第一のウエーハの外周縁よりも所定距離内側の環状領域に対して照射し、該第一のウエーハの内部に環状の改質層と該改質層から伸展するクラックとを形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハに対してアニール処理を施すことで、該第一のウエーハと該第二のウエーハとの接合強度を上げるアニール処理ステップと、該アニール処理ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハの該第一のウエーハを他方の面側から研削して仕上げ厚さまで薄化する研削ステップと、を備え、該改質層形成ステップを実施した後、かつ該研削ステップを実施する前に、第一のウエーハの該環状領域に切削ブレードを位置付け、該第一のウエーハの該他方の面側から該第二のウエーハに至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削することで、該改質層および該クラックよりも該外周縁側の外周領域を除去する外周領域除去ステップを更に備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明のウエーハの加工方法の第二の態様は、第一のウエーハの一方の面と、第二のウエーハの一方の面とを接合して貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成ステップと、該貼り合わせウエーハ形成ステップを実施した後に、該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを該第一のウエーハの外周縁よりも所定距離内側の環状領域に対して照射し、該第一のウエーハの内部に環状の改質層と該改質層から伸展するクラックとを形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後に、第一のウエーハの該環状領域に切削ブレードを位置付け、該第一のウエーハの他方の面側から該第二のウエーハに至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削することで、該改質層および該クラックよりも該外周縁側の外周領域を除去する外周領域除去ステップと、該外周領域除去ステップを実施した後に、該貼り合わせウエーハの該第一のウエーハを該他方の面側から研削して仕上げ厚さまで薄化する研削ステップと、を備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明のウエーハの加工方法において、該外周領域除去ステップでは、該第一のウエーハの該他方の面側から該改質層に至らない深さまで切り込んで該環状領域に沿って切削することが好ましい。

【0011】

また、本発明のウエーハの加工方法において、該外周領域除去ステップでは、該切削ブレードの厚み方向の中心が、該環状領域よりも該第一のウエーハの径方向外側に位置付けられてもよい。

【0012】

また、本発明のウエーハの加工方法において、該外周領域除去ステップでは、該切削ブレードの厚み方向の中心が、該環状領域よりも該第一のウエーハの径方向内側に位置付けられてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、貼り合わせウエーハの研削工程において、デバイスの破損を抑制しつつ外周余剰領域を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象のウエーハの一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るウエーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４は、図３に示す貼り合わせウエーハ形成ステップの一状態を示す斜視図である。

【図5】図５は、図３に示す改質層形成ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。

【図6】図６は、図３に示す改質層形成ステップ後の貼り合わせウエーハの一部を拡大して示す断面図である。

【図7】図７は、図３に示す外周領域除去ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。

【図8】図８は、図７における切削ブレードの位置付け例を示す断面図である。

【図9】図９は、図７における切削ブレードの位置付け例を示す断面図である。

【図10】図１０は、図７における切削ブレードの位置付け例を示す断面図である。

【図11】図１１は、図３に示す研削ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係るウエーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。

【図13】図１３は、図１２に示す貼り合わせウエーハ形成ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。

【図14】図１４は、図１２に示す貼り合わせウエーハ形成ステップ後における貼り合わせウエーハの接合面の状態を模式的に示す断面図である。

【図15】図１５は、図１２に示すアニール処理ステップの一例を一部断面で示す側面図である。

【図16】図１６は、図１２に示すアニール処理ステップ後における貼り合わせウエーハの接合面の状態を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

【0016】

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るウエーハ１０の加工方法を図面に基づいて説明する。まず、加工対象のウエーハ１０について説明する。図１は、第１実施形態に係るウエーハ１０の加工方法の加工対象のウエーハ１０の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【0017】

図１および図２に示すウエーハ１０は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１１とする円板状の半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等のウエーハであり、第１実施形態において、シリコンウエーハである。ウエーハ１０は、図２に示すように、厚さ方向の中央が最も外周側に突出して、基板１１の表面１３から裏面１４に亘って断面円弧状になるように、外周縁１２が面取りされている。

【0018】

ウエーハ１０は、図１に示すように、基板１１の表面１３側に中央領域１５と、中央領域１５を囲繞する外周領域１６と、を含むデバイス層を有する。中央領域１５は、基板１１の表面１３に格子状に設定された複数の分割予定ライン１７と、分割予定ライン１７によって区画された各領域に形成されたデバイス１８と、を有している。外周領域１６は、全周に亘って中央領域１５を囲繞し、かつデバイス１８が形成されていない領域である。

【0019】

デバイス１８は、第１実施形態において、３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリを構成し、電極パッドと、電極パッドに接続した貫通電極とを備える。貫通電極は、基板１１が薄化されてデバイス１８がウエーハ１０から個々に分割された際に、基板１１の裏面１４側に貫通する。すなわち、第１実施形態のウエーハ１０は、個々に分割されたデバイス１８が貫通電極を有する所謂ＴＳＶウエーハである。なお、本発明のウエーハ１０は、第１実施形態のような貫通電極を有するＴＳＶウエーハに限定されず、貫通電極のないデバイスウエーハであってもよい。

【0020】

次に、ウエーハ１０の加工方法の流れについて説明する。図３は、第１実施形態に係るウエーハ１０の加工方法の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、第１実施形態のウエーハ１０の加工方法は、貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１と、改質層形成ステップ１０２と、外周領域除去ステップ１０３と、研削ステップ１０４と、を備える。第１実施形態のウエーハ１０の加工方法は、一対のウエーハ１０の一方の面側を互いに貼り合わせ、外周領域１６を除去するための分割起点を形成した後、一方のウエーハ１０（第一のウエーハ１０－１）を所定の仕上げ厚さ１９まで薄化する方法である。なお、第１実施形態において、一方の面は、表面１３である。

【0021】

なお、以降の説明において、一対のウエーハ１０のウエーハ１０同士を区別する際には、一方のウエーハ１０を第一のウエーハ１０－１と記し、他方のウエーハ１０を第二のウエーハ１０－２（図４参照）と記し、区別しない場合には、単にウエーハ１０と記す。薄化しない他方の第二のウエーハ１０－２は、第１実施形態では第一のウエーハ１０－１と同様のＴＳＶウエーハであるものとして説明するが、本発明ではパターンの無い単なるサブストレートウエーハでもよい。

【0022】

（貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１）
図４は、図３に示す貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１の一状態を示す斜視図である。貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１は、第一のウエーハ１０－１の一方の面（第１実施形態では、表面１３）と、第二のウエーハ１０－２の一方の面（第１実施形態では、表面１３）とを接合して貼り合わせウエーハ２０を形成するステップである。

【0023】

貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１では、まず、図４に示すように、第一のウエーハ１０－１の表面１３と、第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、間隔をあけて対向させる。次に、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、貼り合わせる。これにより、貼り合わせウエーハ２０を形成する。

【0024】

この際、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との間に接合層を設ける場合は、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とのうちの一方に接合層を積層してから、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、接合層を介して貼り合わせる。なお、接合層は、基材層の表裏面に粘着材層が積層された両面テープであってもよいし、酸化膜でもよいし、樹脂等を含む接着剤が塗布されることにより形成されるものでもよい。

【0025】

また、接合層を用いず、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２とを直接接合してもよい。また、実施形態では、第一のウエーハ１０－１の表面１３側と第二のウエーハ１０－２の表面１３側とを貼り合わせるが、第二のウエーハ１０－２がサブストレートウエーハである場合、第二のウエーハ１０－２のいずれの面に貼り合わせてもよい。

【0026】

（改質層形成ステップ１０２）
図５は、図３に示す改質層形成ステップ１０２の一状態を一部断面で示す側面図である。図６は、図３に示す改質層形成ステップ１０２後の貼り合わせウエーハ２０の一部を拡大して示す断面図である。改質層形成ステップ１０２は、貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１を実施した後に実施される。改質層形成ステップ１０２は、第一のウエーハ１０－１を透過する波長のレーザービーム４３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２よりも所定距離内側の環状領域２３に対して照射し、第一のウエーハ１０－１の内部に環状の改質層２１と改質層２１から伸展するクラック２２とを形成するステップである。

【0027】

改質層形成ステップ１０２では、図５に示すレーザー加工装置４０によるステルスダイシングによって、第一のウエーハ１０－１の内部に改質層２１およびクラック２２を形成する。レーザー加工装置４０は、保持テーブル４１と、レーザービーム照射ユニット４２と、を備える。保持テーブル４１は、ウエーハ１０を保持面に保持し、垂直な軸心回りに回動可能である。レーザービーム照射ユニット４２は、保持テーブル４１に保持されたウエーハ１０に対してレーザービーム４３を照射する。レーザー加工装置４０は、更に、保持テーブル４１とレーザービーム照射ユニット４２とを相対的に移動させる不図示の移動ユニット、および保持テーブル４１に保持されたウエーハ１０を撮像する不図示の撮像ユニット等を備える。

【0028】

改質層形成ステップ１０２では、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から、第一のウエーハ１０－１の外周縁１２より所定距離内側の位置に沿ってレーザービーム４３を照射することで、第一のウエーハ１０－１の内部に環状の改質層２１を形成する。外周縁１２より所定距離内側の位置とは、具体的には、中央領域１５と外周領域１６との境界である。レーザービーム４３は、第一のウエーハ１０－１に対して透過性を有する波長のレーザービームであり、例えば、赤外線（Infrared Rays；ＩＲ）である。

【0029】

改質層２１とは、レーザービーム４３が照射されることによって、密度、屈折率、機械的強度またはその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質層２１は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。改質層２１は、第一のウエーハ１０－１の他の部分よりも機械的な強度等が低い。

【0030】

改質層形成ステップ１０２では、まず、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持テーブル４１の保持面（上面）に吸引保持する。次に、第一のウエーハ１０－１とレーザービーム照射ユニット４２の集光器との位置合わせを行う。具体的には、不図示の移動ユニットによって、保持テーブル４１をレーザービーム照射ユニット４２の下方の照射領域まで移動させる。次に、不図示の撮像ユニットで第一のウエーハ１０－１を撮影しアライメントすることで、レーザービーム照射ユニット４２の照射部を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２より所定距離内側の位置に向けて鉛直方向に対向させた後、レーザービーム４３の集光点４４を、第一のウエーハ１０－１の内部に設定する。

【0031】

改質層形成ステップ１０２では、次に、保持テーブル４１を垂直な軸心回りに回転させながら、レーザービーム照射ユニット４２からパルス状のレーザービーム４３を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から照射する。すなわち、レーザービーム４３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２より所定距離内側の位置に沿って環状に照射する。

【0032】

これにより、第一のウエーハ１０－１において、外周縁１２より所定距離内側の位置に沿う環状の改質層２１が形成され、改質層２１からはクラック２２が伸展し、改質層２１とクラック２２との連結によって、第一のウエーハ１０－１の外周縁１２より所定距離内側の位置に分割起点が形成される。図６に示すように、改質層形成ステップ１０２では、改質層２１から伸展するクラック２２が、第一のウエーハ１０－１の表面１３側に表出するように、レーザービーム４３の照射による改質層２１を形成することが好ましい。

【0033】

なお、改質層形成ステップ１０２では、レーザービーム４３の集光点４４の高さを変更して複数回レーザービーム４３を照射する、または、第一のウエーハ１０－１の厚さ方向に離れた複数の集光点４４を有するレーザービーム４３を照射することで、第一のウエーハ１０－１の厚さ方向に重なる複数の改質層２１を形成してもよい。複数回レーザービーム４３を第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から照射する場合は、表面１３側から裏面１４側に向かって順に改質層２１を形成する。また、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直とは、伸展したクラック２２全体を平面に近似した近似平面の垂直面に対する傾きが、±５度以内、好ましくは±２度以内であることを示す。また、レーザービーム４３の進行方向に分岐されたレーザービーム４３を用いてもよいし、進行方向と直交する方向に分岐されたレーザービーム４３を用いてもよいし、進行方向が長軸かつ進行方向と直交する方向に短軸を有する楕円形状のレーザービーム４３を用いてもよい。

【0034】

図６に示すように、第一のウエーハ１０－１は、改質層２１およびクラック２２が形成されることによって、改質層２１およびクラック２２より外周縁１２側の外周領域１６において、表面１３側が凸状となる反りを生じさせる。

【0035】

この外周領域１６の反りによって、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との接合が解除される。なお、反りにより接合が解除されるのは、第一のウエーハ１０－１の表面１３側のデバイス層と第二のウエーハ１０－２の表面１３側のデバイス層との界面に限定されず、第一のウエーハ１０－１の基板１１とデバイス層との界面や、第二のウエーハ１０－２の基板１１とデバイス層との界面において、接合が解除されてもよい。改質層２１およびクラック２２を第一のウエーハ１０－１の全周に沿って環状に形成すると、改質層形成ステップ１０２を終了する。

【0036】

（外周領域除去ステップ１０３）
図７は、図３に示す外周領域除去ステップ１０３の一状態を一部断面で示す側面図である。外周領域除去ステップ１０３は、改質層形成ステップ１０２を実施した後に実施される。外周領域除去ステップ１０３は、第一のウエーハ１０－１の環状領域２３に切削ブレード５３を位置付け、第一のウエーハ１０－１の他方の面（第１実施形態では、裏面１４側から第二のウエーハ１０－２に至らない深さまで切り込んで環状領域２３に沿って切削することで、改質層２１およびクラック２２よりも外周縁１２側の外周領域１６を除去するステップである。第１実施形態では、改質層２１に至らない深さまで切り込む。

【0037】

第１実施形態の外周領域除去ステップ１０３では、図７に示す切削装置５０によって、所定の深さで環状領域２３に沿って切削する。切削装置５０は、保持テーブル５１と、切削ユニット５２と、を備える。切削ユニット５２は、切削ブレード５３と、スピンドル５４と、スピンドルハウジング５５と、を含む。切削ブレード５３は、円環状の切削砥石を有し、軸心がスピンドル５４の軸心に一致するようにスピンドル５４に装着される。回転軸部材であるスピンドル５４は、保持テーブル５１の保持面と平行な回転軸で回転する。スピンドルハウジング５５は、スピンドル５４を回転軸回りに回転可能に保持する。切削装置５０は、更に、保持テーブル５１と切削ブレード５３とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、不図示の撮像ユニットと、切削ブレード５３の加工点に切削水を供給する不図示の切削水供給ユニットと、を備える。

【0038】

外周領域除去ステップ１０３では、まず、保持テーブル５１の保持面に、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を吸引保持する。次に、第一のウエーハ１０－１と切削ブレード５３との位置合わせを行う。具体的には、不図示の移動ユニットによって、保持テーブル５１を切削ブレード５３の下方の加工領域まで移動させる。次に、不図示の撮像ユニットで第一のウエーハ１０－１を撮影しアライメントすることで、切削ブレード５３の加工点を、第一のウエーハ１０－１の環状領域２３に位置合わせする。

【0039】

外周領域除去ステップ１０３では、次に、不図示の切削水供給ユニットによって、第一のウエーハ１０－１の表面１３に向けて切削水の供給を開始させる。次に、不図示の移動ユニットによって、切削ブレード５３を切り込ませて、保持テーブル５１を垂直な軸心回りに回転させる。そして、切削ブレード５３を第一のウエーハ１０－１の表面１３側から所定深さまで切り込ませる。

【0040】

所定深さは、多くとも第二のウエーハ１０－２に至らない深さである。所定深さは、改質層形成ステップ１０２で形成されたクラック２２に達する深さであることが好ましいが、切削ブレード５３による応力負荷によりクラック２２が伸展するため、必ずしも改質層形成ステップ１０２で形成された時点でのクラック２２の位置まで達していなくても構わない。例えば、第一のウエーハ１０－１の厚みが７７５μｍであり、最も裏面１４側にある改質層２１の形成位置が６００μｍの深さである場合、所定深さは、５８０μｍである。

【0041】

外周領域除去ステップ１０３では、環状領域２３を所定深さまで切削することにより、切削ブレード５３による応力負荷がかかるとともに第一のウエーハ１０－１の表面１３側とクラック２２との間に亀裂が伸展する。これにより、改質層２１およびクラック２２と切削溝とを分割起点として、外周領域１６の端材が除去される。

【0042】

図８から図１０は、図７における切削ブレード５３の位置付け例を示す断面図である。図８に示す例では、切削ブレード５３の厚み方向の中心が、環状領域２３よりも第一のウエーハ１０－１の径方向外側に位置付けられる。図９に示す例では、切削ブレード５３の厚み方向の中心が、環状領域２３よりも第一のウエーハ１０－１の径方向内側に位置付けられる。図１０に示す例では、切削ブレード５３の厚み方向の全体が、環状領域２３よりも第一のウエーハ１０－１の径方向内側に位置付けられる。

【0043】

図８のように、切削ブレード５３の厚み方向の中心が、環状領域２３よりも第一のウエーハ１０－１の径方向外側に位置付けられる場合は、外周領域１６自体に直接負荷がかかるため、切り込み深さを深くしなくとも、切削ブレード５３が第一のウエーハ１０－１の裏面１４に当接させる程度で、外周領域１６の除去が可能である。したがって、切り込み量を少なくでき、切削屑を削減できる一方で、外周領域１６が装置内に飛散しやすくなる可能性がある。

【0044】

一方で、図９および図１０のように、切削ブレード５３の厚み方向の中心が、環状領域２３よりも第一のウエーハ１０－１の径方向内側に位置付けられる場合は、外周領域１６自体に直接負荷がかからないため、外周領域１６の装置内への飛散を抑制できる。したがって、加工対象である第一のウエーハ１０－１のサイズや材質、外周領域１６の大きさ等によって、適宜設定されることが好ましい。

【0045】

（研削ステップ１０４）
図１１は、図３に示す研削ステップ１０４の一状態を一部断面で示す側面図である。研削ステップ１０４は、外周領域除去ステップ１０３を実施した後に実施される。研削ステップ１０４は、貼り合わせウエーハ２０の第一のウエーハ１０－１を他方の面（第１実施形態では、裏面１４）側から研削して仕上げ厚さ１９まで薄化するステップである。

【0046】

第１実施形態の研削ステップ１０４では、図１１に示す研削装置７０によって、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側を研削して所定の仕上げ厚さ１９まで薄化する。研削装置７０は、保持テーブル７１と、回転軸部材であるスピンドル７２と、スピンドル７２の下端に取り付けられた研削ホイール７３と、研削ホイール７３の下面に装着される研削砥石７４と、不図示の研削液供給ユニットと、を備える。研削ホイール７３は、保持テーブル７１の軸心と平行な回転軸で回転する。

【0047】

研削ステップ１０４では、まず、保持テーブル７１の保持面に、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を吸引保持する。次に、保持テーブル７１を軸心回りに回転させた状態で、研削ホイール７３を軸心回りに回転させる。不図示の研削液供給ユニットによって研削液を加工点に供給するとともに、研削ホイール７３の研削砥石７４を保持テーブル７１に所定の送り速度で近付けることによって、研削砥石７４で第一のウエーハ１０－１の裏面１４を研削し、所定の仕上げ厚さ１９まで薄化する。

【0048】

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るウエーハ１０の加工方法を図面に基づいて説明する。第２実施形態の加工対象のウエーハ１０は、第１実施形態の加工対象のウエーハ１０と同様であるため、説明を省略する。また、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

【0049】

第２実施形態のウエーハ１０の加工方法の流れについて説明する。図１２は、第２実施形態に係るウエーハ１０の加工方法の流れを示すフローチャートである。図１２に示すように、第２実施形態のウエーハ１０の加工方法は、貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１と、改質層形成ステップ２０２と、アニール処理ステップ２０３と、外周領域除去ステップ２０４と、研削ステップ２０５と、を備える。

【0050】

なお、第２実施形態の改質層形成ステップ２０２、外周領域除去ステップ２０４、および研削ステップ２０５は、第１実施形態の改質層形成ステップ１０２、外周領域除去ステップ１０３、および研削ステップ１０４、と同様の手順であるため、説明を省略する。

【0051】

（貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１）
図１３は、図１２に示す貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１の一状態を一部断面で示す側面図である。図１４は、図１２に示す貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１後における貼り合わせウエーハ２０の接合面の状態を模式的に示す断面図である。第２実施形態の貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１は、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２とを接合するために、第一のウエーハ１０－１の一方の面（第２実施形態では、表面１３）と、第二のウエーハ１０－２の一方の面（第２実施形態では、表面１３）とを仮接合して貼り合わせウエーハ２０を形成するステップである。

【0052】

第２実施形態の貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１では、第一のウエーハ１０－１および第二のウエーハ１０－２の接合面となる面の少なくともいずれかにプラズマ処理を施すことにより活性化させた状態で貼り合わせて仮接合する。なお、仮接合は、後述のアニール処理ステップ２０３においてアニール処理が施されることで接合強度が上がる。

【0053】

第２実施形態の貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１では、図１３に示すプラズマ処理装置３０によって、ウエーハ１０（第一のウエーハ１０－１および第二のウエーハ１０－２）の表面１３に対してプラズマ処理を施す。プラズマ処理装置３０は、チャンバ３１と、下部電極３２と、上部電極３４と、ガス供給源３５と、高周波電源３６と、不図示の静電吸着機構、昇降機構、搬入出口、および排気機構と、を備える。

【0054】

チャンバ３１内には、下部電極３２および上部電極３４が上下に対向して配置される。下部電極３２は、導電性の材料で形成され、ウエーハ１０を保持する円盤状の保持部を有する。保持部の内部には、不図示の静電吸着機構が形成される。静電吸着機構が駆動することにより、保持部の上面に載置されたウエーハ１０を静電吸着で固定可能である。

【0055】

上部電極３４は、導電性の材料で形成され、下部電極３２の保持部に保持されたウエーハ１０の上方を覆う円盤状のガス噴出部を有する。ガス噴出部は、ガス供給源３５に連通する。ガス供給源３５は、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）または酸素（Ｏ_２）等のプロセスガスを、ガス噴出部を介してチャンバ３１内部に供給する。上部電極３４は、不図示の昇降機構によって、下部電極３２に対して上下に昇降可能である。

【0056】

下部電極３２および上部電極３４は、チャンバ３１との間に不図示の絶縁部材を有し、チャンバ３１と絶縁されている。下部電極３２および上部電極３４は、高周波電源３６と接続する。高周波電源３６は、不図示の制御装置から出力される制御信号に基づいて、下部電極３２および上部電極３４に所定の高周波電力を供給する。

【0057】

貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１では、まず、ウエーハ１０を、不図示の搬入口からチャンバ３１内に搬入し、表面１３側を上方に向けるように下部電極３２の保持部に載置する。次に、不図示の静電吸着機構を駆動させて、ウエーハ１０を保持部に静電吸着させて保持する。また、不図示の搬入口を閉塞してチャンバ３１内の処理空間を密閉する。更に、下部電極３２と上部電極３４とがプラズマ処理に適した所定の位置関係となるように、不図示の昇降機構によって上部電極３４の高さ位置を調整する。

【0058】

貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１では、次に、不図示の排気機構を駆動させ、チャンバ３１内の処理空間を真空（低圧）とする。次に、ガス供給源３５からチャンバ３１内の処理空間にプロセスガスを所定の流量で供給しつつ、高周波電源３６から下部電極３２および上部電極３４に所定の高周波電力を供給することで、プラズマ状のガスをウエーハ１０の表面１３に供給させる。このようなプラズマ処理を実施することにより、ウエーハ１０の表面１３に吸着した有機物等の表面不純物が除去されて清浄な面が露出する。更に、露出した清浄な表面１３のＳｉ未結合種に、水酸基（ＯＨ基）が結合する。すなわち、プラズマ処理により活性化されたウエーハ１０の表面１３にＯＨ基が形成される。

【0059】

貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１では、次に、図４に示す第１実施形態の貼り合わせウエーハ形成ステップ１０１と同様に、第一のウエーハ１０－１の表面１３と、第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、間隔をあけて対向させる。次に、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、貼り合わせる。これにより、貼り合わせウエーハ２０を形成する。

【0060】

この際、図１４に示すように、第一のウエーハ１０－１の表面１３側に形成されたＯＨ基の水素原子（Ｈ）が、第二のウエーハ１０－２の表面１３側に形成されたＯＨ基の酸素原子（Ｏ）との間に水素結合を形成する。また、第二のウエーハ１０－２の表面１３側に形成されたＯＨ基の水素原子（Ｈ）が、第一のウエーハ１０－１の表面１３側に形成されたＯＨ基の酸素原子（Ｏ）との間に水素結合を形成する。これにより、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２とは、水素結合により互いに引き合い、仮接合される。

【0061】

貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１のプラズマ処理は、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３のいずれに対しても実施されるが、いずれか一方の面であってもよい。また、貼り合わせウエーハ形成ステップ２０１において、プラズマ処理を実施する方法は、第２実施形態に記載したチャンバ３１内を減圧してプラズマを発生させる減圧プラズマ法に限定されず、ウエーハ１０を載置した待機中においてプラズマ発生電極を面内スキャンする開放型大気圧プラズマ法であってもよい。

【0062】

（アニール処理ステップ２０３）
図１５は、図１２に示すアニール処理ステップ２０３の一例を一部断面で示す側面図である。図１６は、図１２に示すアニール処理ステップ２０３後における貼り合わせウエーハ２０の接合面の状態を模式的に示す断面図である。アニール処理ステップ２０３は、改質層形成ステップ２０２を実施した後、外周領域除去ステップ２０４を実施する前に実施される。アニール処理ステップ２０３は、貼り合わせウエーハ２０に対してアニール処理を施すことで、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との接合強度を上げるステップである。

【0063】

第２実施形態のアニール処理ステップ２０３は、図１５に示すアニール処理装置６０において実施される。アニール処理装置６０は、チャンバ６１と、保持テーブル６２と、加熱源６３と、を備える。チャンバ６１内には、保持テーブル６２が配置される。保持テーブル６２は、保持面に貼り合わせウエーハ２０を吸引保持可能である。チャンバ６１内は、加熱源６３によって、内部が加熱される。加熱源６３は、例えば、赤外線ランプを含む。保持テーブル６２が内部に加熱源を有し、保持テーブル６２が保持面上に保持された貼り合わせウエーハ２０を加熱してもよい。

【0064】

第２実施形態のアニール処理ステップ２０３では、まず、貼り合わせウエーハ２０を、不図示の搬入口からチャンバ６１内に搬入し、保持テーブル６２で保持する。次に、加熱源６３を駆動させ、チャンバ６１内を加熱する。第２実施形態のウエーハ１０は、シリコンウエーハであるため、赤外線を吸収しやすい。このため、赤外線ランプを含む加熱源６３により加熱された貼り合わせウエーハ２０は、急速に加熱される。なお、このような加熱方法を、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）と呼ぶ。

【0065】

加熱された貼り合わせウエーハ２０の第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との接合面では、脱水縮合反応が生じる。すなわち、表面１３に形成されたＯＨ基から水（Ｈ_２Ｏ）が失われることにより、酸素原子（Ｏ）を介する共有結合となるため、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３との間の結合強度が向上する。

【0066】

なお、アニール処理ステップ２０３において、貼り合わせウエーハ２０をアニール処理する方法は、第２実施形態に記載したチャンバ６１内部で１枚ずつ急速加熱する枚葉式ＲＴＡに限定されず、例えば、石英製の炉心管に配置した複数枚の貼り合わせウエーハ２０を外側からヒーターで加熱し、同時に熱処理するバッチ式であってもよい。また、赤外線による加熱に限定されず、ホットプレートで加熱する方法であってもよい。

【0067】

以上説明したように、各実施形態のウエーハ１０の加工方法は、貼り合わせウエーハ２０の外周縁１２から所定距離内側の位置である環状領域２３にレーザービーム４３を照射して改質層２１と改質層２１から伸展するクラック２２とを形成した後、切削ブレード５３によって環状領域２３に沿って切削加工する。

【0068】

これにより、改質層２１を起点として外周領域１６の端材を確実に除去することができ、研削時に研削ホイール７３と第一のウエーハ１０－１との間に端材が挟まって損傷する可能性を回避することができるという効果を奏する。また、単に切削のみによって環状領域２３の厚み分を加工する場合と比較して、切削屑を削減することができる。

【0069】

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【0070】

例えば、改質層形成ステップ１０２、２０２では、第一のウエーハ１０－１の外周領域１６における周方向の所定の位置において、外周領域１６の内周縁と外周縁１２との間に、補助改質層を形成してもよい。これにより、外周領域１６における反りおよび剥離が促進される。また、補助改質層により外周領域１６が複数の領域に分割されることで、外周領域１６の除去が容易である。

【0071】

また、第２実施形態では、アニール処理ステップ２０３を実施する前に、外周領域除去ステップ２０４を実施してもよい。これにより、接合強度が弱い状態で外周領域１６を除去することができる。

【符号の説明】

【0072】

１０ ウエーハ
１０－１ 第一のウエーハ
１０－２ 第二のウエーハ
１１ 基板
１２ 外周縁
１３ 表面
１４ 裏面
１５ 中央領域
１６ 外周領域
１７ 分割予定ライン
１８ デバイス
１９ 仕上げ厚さ
２０ 貼り合わせウエーハ
２１ 改質層
２２ クラック
２３ 環状領域
４３ レーザービーム
４４ 集光点
５３ 切削ブレード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】