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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-15
(45)【発行日】2023-11-24
(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20231116BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20231116BHJP
B23K 26/70 20140101ALI20231116BHJP
B23K 26/08 20140101ALI20231116BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 C
H01L21/68 N
B23K26/70
B23K26/08 D
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2019236258
(22)【出願日】2019-12-26
(65)【公開番号】P2021106197
(43)【公開日】2021-07-26
【審査請求日】2022-09-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】山下 陽平
(72)【発明者】
【氏名】田之上 隼斗
【審査官】正山 旭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１２７１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６３－０９０８４０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１９－０８３２８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２４３７０８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｂ２３Ｋ ２６／７０
Ｂ２３Ｋ ２６／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第１の基板から前記第２の基板を剥離して、前記第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する装置であって、前記第１の基板の下面を保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部が前記第１の基板を保持した状態で、前記第２の基板の上方より、前記第２の基板に形成されたレーザ吸収層にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記第１の保持部が前記第１の基板を保持した状態で、前記第２の基板を保持する第２の保持部を有する、基板処理装置。
【請求項2】
前記第２の保持部は、前記第２の基板の上面又は側面を保持する、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記第２の保持部の動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記レーザ照射部によって前記レーザ光を照射する際に、前記第２の基板を保持するように前記第２の保持部を制御する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項4】
前記第２の保持部は、前記第２の基板の保持する保持位置と、前記第２の基板を保持しない非保持位置との間で移動自在に構成され、前記制御部は、前記第１の基板から前記第２の基板の剥離が進んだ段階から、前記第２の保持部が前記非保持位置から前記保持位置に移動して前記第２の保持部による前記第２の基板の保持を開始するように前記第２の保持部を制御する、請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項5】
前記第１の保持部を水平方向に移動させる第１の移動機構を有し、前記制御部は、前記レーザ照射部による前記レーザ光の照射が終了した後、前記第１の保持部が水平方向に移動する際に、前記第２の基板を保持するように前記第２の保持部を制御する、請求項３又は４に記載の基板処理装置。
【請求項6】
前記第２の保持部は、前記第２の基板の上面を保持し、かつ前記レーザ光を透過させる、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項7】
前記第１の保持部を回転させる回転機構を有し、前記第１の保持部と前記第２の保持部は一体に回転する、請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項8】
前記第２の基板に対して接触又は離間させるように、前記第２の保持部を移動させる第２の移動機構を有し、前記第２の保持部は、前記第２の基板と接触している状態で、前記第１の保持部とともに回転自在に構成されている、請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項9】
前記第２の保持部は、前記第１の保持部から鉛直上方に延伸して設けられた垂直部と、
前記垂直部から上方に向けて径が広がるように設けられた傾斜部と、を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項10】
前記第１の保持部は、前記第１の基板の下面全面を保持する、請求項１～９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項11】
前記第１の基板から剥離された前記第２の基板を搬送する搬送部を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項12】
第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第１の基板から前記第２の基板を剥離して、前記第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する方法であって、第１の保持部が前記第１の基板の下面を保持した状態で、前記第２の基板の上方より、前記第２の基板に形成されたレーザ吸収層にレーザ光を照射することと、
前記レーザ光を照射中、前記第１の保持部が前記第１の基板を保持した状態で、第２の保持部が前記第２の基板を保持することと、を有する、基板処理方法。
【請求項13】
前記第２の保持部は、前記第２の基板の上面又は側面を保持する、請求項１２に記載の基板処理方法。
【請求項14】
前記レーザ光を照射する際に、前記第２の保持部は前記第２の基板を保持する、請求項１２又は１３に記載の基板処理方法。
【請求項15】
前記第１の基板から前記第２の基板の剥離が進んだ段階から、前記第２の保持部は、前記第２の基板を保持しない位置から、前記第２の基板を保持する位置に移動して、前記第２の保持部による前記第２の基板の保持を開始する、請求項１４に記載の基板処理方法。【請求項16】
前記レーザ光の照射が終了した後、前記第１の保持部が水平方向に移動する際に、前記第２の保持部は前記第２の基板を保持する、請求項１４又は１５に記載の基板処理方法。
【請求項17】
前記第２の保持部は、前記第２の基板の上面を保持し、かつ前記レーザ光を透過させる、請求項１２又は１３に記載の基板処理方法。
【請求項18】
前記第２の保持部は、前記第２の基板に対して接触又は離間するように移動し、前記第２の保持部は、前記第２の基板と接触している状態で、前記第１の保持部とともに回転する、請求項１２～１７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項19】
前記第２の保持部は、前記第１の保持部から鉛直上方に延伸して設けられた垂直部と、前記垂直部から上方に向けて径が広がるように設けられた傾斜部とを有し、前記レーザ光を照射する前に、前記第２の保持部で前記重合基板が案内され、前記第１の保持部が前記第１の基板を保持する、請求項１２～１８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項20】
前記第１の保持部は、前記第１の基板の下面全面を保持する、請求項１２～１９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、半導体装置の製造方法が開示されている。かかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の裏面よりＣＯ２レーザを照射して剥離酸化膜を局所的に加熱する加熱工程と、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転写工程と、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－２２０７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示にかかる技術は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第１の基板から前記第２の基板を剥離して、前記第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する装置であって、前記第１の基板の下面を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部が前記第１の基板を保持した状態で、前記第２の基板の上方より、前記第２の基板に形成されたレーザ吸収層にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記第１の保持部が前記第１の基板を保持した状態で、前記第２の基板を保持する第２の保持部を有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】ウェハ処理システムにおいて処理される重合ウェハの構成の概略を示す側面図である。
【図2】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。
【図3】本実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。
【図4】本実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す平面図である。
【図5】本実施形態にかかるガイド部の構成の概略を示す側面図である。
【図6】本実施形態にかかる保持部材の構成の概略を示す側面図である。
【図7】本実施形態にかかるガイド部と保持部材の構成の概略を示す平面図である。
【図8】レーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。
【図9】レーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。
【図10】レーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。
【図11】レーザ吸収層から第２のウェハを剥離する様子を示す説明図である。
【図12】他の実施形態にかかる保持部材の構成の概略を示す側面図である。
【図13】他の実施形態にかかる保持部材の構成の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
近年、ＬＥＤの製造プロセスにおいては、レーザ光を用いてサファイア基板からＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物結晶層（材料層）を剥離する、いわゆるレーザリフトオフが行われている。このようにレーザリフトオフが行われる背景には、サファイア基板が短波長のレーザ光（例えばＵＶ光）に対して透過性を有するため、吸収層に対して吸収率の高い短波長のレーザ光を使用することができ、レーザ光についても選択の幅が広いことが挙げられる。
【0009】
一方、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、一の基板（半導体などのシリコン基板）の表面に形成されたデバイス層を他の基板に転写することが行われる。シリコン基板は、一般的にＮＩＲ（近赤外線）の領域のレーザ光に対しては透過性を有するが、吸収層もＮＩＲのレーザ光に対して透過性を有するため、デバイス層が損傷を被るおそれがある。そこで、半導体デバイスの製造プロセスにおいてレーザリフトオフを行うためには、ＦＩＲ（遠赤外線）の領域のレーザ光を使用する。
【0010】
一般的には、例えばＣＯ２レーザにより、ＦＩＲの波長のレーザ光を使用することができる。上述した特許文献１に記載の方法では、剥離酸化膜にＣＯ２レーザを照射することで、剥離酸化膜と基板の界面において剥離を生じさせている。
【0011】
ここで、上述した特許文献１に記載の方法では、剥離酸化膜に対してＣＯ２レーザを局所的に照射している。この点、発明者らが鋭意検討した結果、このように剥離酸化膜の一部にＣＯ２レーザを照射しただけでは、剥離が生じる部分が小さ過ぎ、酸化剥離膜からの基板の剥離が適切に行われない場合があることが分かった。そこで、基板が剥離できる程度に酸化剥離膜に対してＣＯ２レーザを照射する範囲を大きくする必要がある。かかる場合、レーザヘッドからＣＯ２レーザを一度に照射する範囲には限界があるため、例えば基板を保持するチャックを回転又は移動させて、ＣＯ２レーザを照射する範囲を大きくする。
【0012】
但し、剥離が進んだ状態でチャックを回転又は移動させると、基板に遠心力や慣性力が作用し、基板が酸化剥離膜からずれ、レーザ処理中に、処理対象位置以外の場所にレーザ光が照射されるおそれがある。また、剥離された基板が滑落する可能性もある。しかしながら、特許文献１の方法では、このような基板のずれや滑落については全く考慮されておらず、その示唆もない。したがって、従来のデバイス層の転写方法には改善の余地がある。
【0013】
本開示にかかる技術は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する。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。
【0014】
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の基板としての第１のウェハＷ１と第２の基板としての第２のウェハＷ２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Ｗ１において、第２のウェハＷ２に接合される側の面を表面Ｗ１ａといい、表面Ｗ１ａと反対側の面を裏面Ｗ１ｂという。同様に、第２のウェハＷ２において、第１のウェハＷ１に接合される側の面を表面Ｗ２ａといい、表面Ｗ２ａと反対側の面を裏面Ｗ２ｂという。
【0015】
第１のウェハＷ１は、例えばシリコン基板等の半導体ウェハである。第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａには、デバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が表面Ｗ１ａ側からこの順で積層されている。デバイス層Ｄ１は、複数のデバイスを含む。表面膜Ｆ２としては、例えば酸化膜（ＳｉＯ２膜、ＴＥＯＳ膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜又は接着剤などが挙げられる。なお、表面Ｗ１ａには、デバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が形成されていない場合もある。
【0016】
第２のウェハＷ２も、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Ｗ２の表面Ｗ２ａには、レーザ吸収層Ｐ、デバイス層Ｄ２、表面膜Ｆ２が表面Ｗ２ａ側からこの順で積層されている。レーザ吸収層Ｐは、後述するようにレーザヘッド１４０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。デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２はそれぞれ、第１のウェハＷ１のデバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１と同様である。そして、第１のウェハＷ１の表面膜Ｆ１と第２のウェハＷ２の表面膜Ｆ２が接合される。なお、レーザ吸収層Ｐの位置は、上記実施形態に限定されず、例えばデバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２の間に形成されていてもよい。また、表面Ｗ２ａには、デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２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１のウェハＷ１側に形成され、第１のウェハＷ１側のデバイス層Ｄ１が第２のウェハＷ２側に転写される。
【0017】
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は搬送ブロック２０のＸ軸負方向側に配置され、後述する洗浄装置３２は搬送ブロック２０のＸ軸正方向側に配置されている。
【0018】
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Ｗ１、複数の第２のウェハＷ２をそれぞれ収容可能なカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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、Ｃｗ１、Ｃｗ２をＸ軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台１１に載置されるカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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。
【0019】
搬送ブロック２０には、Ｘ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在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Ｗ１、第２のウェハＷ２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周りに移動自在に構成されている。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、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、Ｃｗ１、Ｃｗ２、後述するレーザ照射装置３１及び洗浄装置３２に対して、重合ウェハＴ、第１のウェハＷ１、第２のウェハＷ２を搬送可能に構成されている。
【0020】
処理ブロック３０は、レーザ照射装置３１と洗浄装置３２を有している。レーザ照射装置３１は、第２のウェハＷ２のレーザ吸収層Ｐにレーザ光を照射する。なお、レーザ照射装置３１の構成は後述する。
【0021】
洗浄装置３２は、レーザ照射装置３１で分離された第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａに形成されたレーザ吸収層Ｐの表面を洗浄する。例えばレーザ吸収層Ｐの表面にブラシを当接させて、当該表面をスクラブ洗浄する。なお、表面の洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、洗浄装置３２は、第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａ側と共に、裏面Ｗ１ｂを洗浄する構成を有していてもよい。
【0022】
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。
【0023】
次に、上述したレーザ照射装置３１について説明する。
【0024】
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、第１の保持部としてのチャック１００を有している。チャック１００は、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂの全面を吸着保持する。なお、チャック１００は裏面Ｗ１ｂの一部を吸着保持してもよい。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、昇降自在に構成されている。
【0025】
図５に示すようにチャック１００の上面には、重合ウェハＴをチャック１００に対して案内する第２の保持部としてのガイド部１１０が設けられている。ガイド部１１０は、チャック１００から鉛直上方に延伸して設けられた垂直部１１１と、垂直部１１１から上方に向けて径が広がるように設けられた傾斜部１１２と、を有している。垂直部１１１の内径は、重合ウェハＴの径と若干大きい。そして、チャック１００の上方に配置された重合ウェハＴは、傾斜部１１２でセンタリングされ、さらに垂直部１１１に案内されて、チャック１００に保持される。
【0026】
図６及び図７に示すようにチャック１００の上面には、当該チャック１００の上面から鉛直上方に延伸し、第２のウェハＷ２の側面を保持する第２の保持部としての保持部材１２０が設けられている。保持部材１２０は、チャック１００の同心円上に複数箇所、例えば３箇所に配置されている。保持部材１２０は、移動機構１２１（本開示における第２の移動機構に相当）によって、第２のウェハＷ２に対して接触又は離間するように進退自在に構成されている。そして、保持部材１２０が第２のウェハＷ２を保持することで、当該第２のウェハＷ２の位置ずれや滑落を防止することができる。なお、ガイド部１１０における保持部材１２０の対応する位置には切り欠き部１１３が形成され、保持部材１２０は切り欠き部１１３を移動することで、ガイド部１１０に干渉しないようになっている。
【0027】
なお、本実施形態では、ガイド部１１０と保持部材１２０が両方設けられているが、ガイド部１１０だけ設けてもよいし、保持部材１２０だけ設けてもよい。ガイド部１１０だけを設けた場合は、垂直部１１１によって第２のウェハＷ２の位置ずれや滑落を抑制することができる。特に、垂直部１１１と第２のウェハＷ２の間の隙間が位置ずれの許容範囲である場合、ガイド部１１０は有用となる。但し、ガイド部１１０と保持部材１２０の両方を設けた方が、重合ウェハＴのセンタリングと、第２のウェハＷ２の位置ずれおよび滑落防止の効果が高まる。
【0028】
図３及び図４に示すようにチャック１００は、エアベアリング１３０を介して、スライダテーブル１３１に支持されている。スライダテーブル１３１の下面側には、回転機構１３２が設けられている。回転機構１３２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１３２によってエアベアリング１３０を介して、θ軸（鉛直軸）回りに回転自在に構成されている。また、この回転機構１３２によって、保持部材１２０もチャック１００と一体に回転自在に構成されている。スライダテーブル１３１は、その下面側に設けられた移動機構１３３（本開示における第１の移動機構に相当）によって、基台１３５に設けられＹ軸方向に延伸するレール１３４に沿って移動可能に構成されている。なお、移動機構１３３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。
【0029】
チャック１００の上方には、レーザ照射部としてのレーザヘッド１４０が設けられている。レーザヘッド１４０は、レンズ１４１を有している。レンズ１４１は、レーザヘッド１４０の下面に設けられた筒状の部材であり、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。本実施形態ではレーザ光はＣＯ２レーザ光であり、レーザヘッド１４０から発せられたレーザ光は第２のウェハＷ２を透過し、レーザ吸収層Ｐに照射される。なお、ＣＯ２レーザ光の波長は、例えば８．９μｍ～１１μｍである。また、レーザヘッド１４０は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。なお、レーザ光の光源は、レーザヘッド１４０の外部の離れた位置に設けられている。
【0030】
また、チャック１００の上方には、搬送部としての搬送パッド１５０が設けられている。搬送パッド１５０は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。また、搬送パッド１５０は、第２のウェハＷ２の吸着面を有している。そして、搬送パッド１５０は、チャック１００と搬送アーム２３との間で、第２のウェハＷ２を搬送する。具体的には、チャック１００を搬送パッド１５０の下方（搬送アーム２３との受渡位置）まで移動させた後、搬送パッド１５０は第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持し、第１のウェハＷ１から剥離する。続いて、剥離された第２のウェハＷ２を搬送パッド１５０から搬送アーム２３に受け渡して、レーザ照射装置３１から搬出する。なお、搬送パッド１５０は、反転機構（図示せず）により、ウェハ表裏面を反転させるように構成されていてもよい。
【0031】
図７に示したレーザ照射装置３１においては、搬送アーム２３は搬送パッド１５０に対してＸ軸正方向側からアクセスする。但し、図７に示したレーザ照射装置３１を反時計回りに９０度回転させ、搬送アーム２３は搬送パッド１５０に対してＹ軸負方向側からアクセスしてもよい。
【0032】
なお、重合ウェハＴをレーザ照射装置３１に搬入する際には、搬送アーム２３から昇降ピンに重合ウェハＴが受け渡され、昇降ピンを下降させることでチャック１００に載置される。また、剥離された第１のウェハＷ１をレーザ照射装置３１から搬出する際には、チャック１００に載置された重合ウェハＴが昇降ピンによって上昇し、昇降ピンから搬送アーム２３に受け渡される。
【0033】
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Ｗ１と第２のウェハＷ２が接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。
【0034】
先ず、重合ウェハＴを複数収納したカセット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。
【0035】
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から昇降ピンに受け渡され、チャック１００に吸着保持される。この際、重合ウェハＴは、ガイド部１１０の傾斜部１１２でセンタリングされ、さらに垂直部１１１に案内されて、チャック１００に保持される。また、３つの保持部材１２０は、第２のウェハＷ２に接触しない位置に退避している。
【0036】
続いて、移動機構１３３によってチャック１００を処理位置に移動させる。この処理位置は、レーザヘッド１４０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。またこの際、３つの保持部材１２０を第２のウェハＷ２の側面に接触する位置に移動させ、これら保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持する。
【0037】
次に、図８及び図９に示すようにレーザヘッド１４０からレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ（ＣＯ２レーザ光）をパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂ側から当該第２のウェハＷ２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、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において剥離が生じる。なお、レーザ光Ｌはレーザ吸収層Ｐにほぼすべて吸収され、デバイス層Ｄ２に到達することがない。このため、デバイス層Ｄ２がダメージを被るのを抑制することができる。
【0038】
レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する際、回転機構１３２によってチャック１００（重合ウェハＴ）を回転させると共に、移動機構１３３によってチャック１００をＹ軸方向に移動させる。そうすると、レーザ光Ｌは、レーザ吸収層Ｐに対して径方向外側から内側に向けて照射され、その結果、外側から内側に螺旋状に照射される。なお、図９に示す黒塗り矢印はチャック１００の回転方向を示している。
【0039】
ここで、このようにレーザ光Ｌを径方向外側から内側に螺旋状に照射する際、剥離が進んでいくと、チャック１００が回転しているため、第２のウェハＷ２に遠心力が作用し、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２がずれ、レーザ処理中に、処理対象位置以外の場所にレーザ光Ｌが照射されるおそれがある。また、剥離された第２のウェハＷ２がチャック１００から滑落する可能性もある。この点、本実施形態では、保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持しているので、かかる第２のウェハＷ２のずれや滑落を防止することができる。そして、このように第２のウェハＷ２のずれや滑落を防止できるので、適切な位置にレーザ光Ｌを照射することができる。なお、上述したように保持部材１２０は、チャック１００と一体に回転する。
【0040】
レーザ光Ｌの照射開始位置は、第２のウェハＷ２の外周端Ｅａと、重合ウェハＴにおける第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の接合端Ｅｂとの間であるのが好ましい。かかる場合、例えば重合ウェハＴにおいて、第１のウェハＷ１の中心と第２のウェハＷ２の中心がずれて偏心している場合でも、その偏心分を吸収して、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを適切に照射することができる。
【0041】
なお、図１０に示すようにレーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌは同心円状に環状に照射してもよい。但し、この場合、チャック１００の回転とチャック１００のＹ方向が交互に行われるため、上述したようにレーザ光Ｌを螺旋状に照射した方が、照射時間を短時間にしてスループットを向上させることができる。
【0042】
また、レーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌは径方向内側から外側に向けて照射されてもよい。但し、この場合、レーザ吸収層Ｐの内側が先に剥離するため、剥離に伴う応力が径方向外側に向かい、その外側においてレーザ光Ｌが照射されていない部分も剥離する場合がある。この点、上述したようにレーザ光Ｌを径方向外側から内側に向けて照射する場合、剥離に伴う応力を外側に逃がすことができるので、剥離の制御がより容易になる。また、剥離を適切に制御することで、剥離面の荒れを抑制することも可能となる。
【0043】
また、本実施形態ではレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射するにあたり、チャック１００を回転させたが、レーザヘッド１４０を移動させて、チャック１００に対してレーザヘッド１４０を相対的に回転させてもよい。また、チャック１００をＹ軸方向に移動させたが、レーザヘッド１４０をＹ軸方向に移動させてもよい。
【0044】
こうしてレーザ照射装置３１では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌがパルス状に照射される。ここで、発明者らが鋭意検討したところ、剥離の発生要因が、レーザ光Ｌのエネルギー量ではなく、ピークパワー（レーザ光の最大強度）であることを見出した。例えば、レーザ光Ｌを連続発振させた場合（連続波を用いた場合）、ピークパワーを高くすることは難しく、剥離を発生できない場合がある。一方、レーザ光Ｌをパルス状に発振させた場合（パルス波を用いた場合）、ピークパワーを高くして、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において剥離を発生させることができ、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を適切に剥離させることができる。なお、本開示においてＣＯ２レーザをパルス状に発振させたレーザ光は、いわゆるパルスレーザであり、そのパワーが０（ゼロ）と最大値を繰り返すものである。
【0045】
次に、移動機構１３３によってチャック１００を受渡位置に移動させる。ここで、チャック１００の移動中、第２のウェハＷ２に慣性力が作用し、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２がずれるおそれがある。かかる場合、その後に搬送パッド１５０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持する際、適切な位置を吸着保持できない。そこで、本実施形態では、このチャック１００の移動中も、保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持し、当該第２のウェハＷ２のずれを防止する。
【0046】
受渡位置では、３つのロッドを移動させ、第２のウェハＷ２に接触しない位置に退避させる。そして、図１１（ａ）に示すように搬送パッド１５０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持する。その後、図１１（ｂ）に示すように搬送パッド１５０が第２のウェハＷ２を吸着保持した状態で、当該搬送パッド１５０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離する。この際、上述したようにレーザ光Ｌの照射によってレーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２の界面には剥離が生じているので、大きな荷重をかけることなく、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離することができる。
【0047】
剥離された第２のウェハＷ２は、搬送パッド１５０からウェハ搬送装置２２の搬送アーム２３に受け渡され、カセット載置台１１のカセットＣｗ２に搬送される。なお、レーザ照射装置３１から搬出された第２のウェハＷ２は、カセットＣｗ２に搬送される前に洗浄装置３２に搬送され、その剥離面である表面Ｗ２ａが洗浄されてもよい。この場合、搬送パッド１２０によって第２のウェハＷ２の表裏面を反転させて、搬送アーム２３に受け渡してもよい。
【0048】
一方、チャック１００に保持されている第１のウェハＷ１については、昇降ピンによってチャック１００から上昇し、搬送アーム２３に受け渡され、洗浄装置３２に搬送される。洗浄装置３２では、剥離面であるレーザ吸収層Ｐの表面がスクラブ洗浄される。なお、洗浄装置３２では、レーザ吸収層Ｐの表面と共に、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂが洗浄されてもよい。また、レーザ吸収層Ｐの表面と第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。
【0049】
その後、すべての処理が施された第１のウェハＷ１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Ｃｗ１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。
【0050】
以上の実施形態によれば、レーザ光Ｌを径方向外側から内側に螺旋状に照射する際、保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持しているので、剥離が進んだとしても、第２のウェハＷ２のずれや滑落を防止することができる。また、レーザ光Ｌの照射を行った後、チャック１００が移動する際にも、保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持し、当該第２のウェハＷ２のずれを防止することができる。したがって、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を適切に剥離させることができ、デバイス層Ｄ２を第１のウェハＷ１に転写することができる。
【0051】
なお、本実施形態では、チャック１００が処理位置に移動してからレーザ光Ｌの照射が終了するまで、保持部材１２０で第２のウェハＷ２を保持していたが、剥離が進んだ段階から、保持部材１２０による第２のウェハＷ２の保持を開始してもよい。少なくとも第２のウェハＷ２が完全に剥離される前に、保持部材１２０で第２のウェハＷ２が保持されていればよい。
【0052】
以上の実施形態では、保持部材１２０を用いて第２のウェハＷ２を保持したが、第２のウェハＷ２の保持方法はこれに限定されない。
【0053】
例えば保持部材１２０に代えて、図１２に示すように保持部材２００を用いてもよい。保持部材２００は、チャック１００の上面に設けられている。保持部材２００は、チャック１００の上面から鉛直上方に延伸し、第２のウェハＷ２の側面を保持する側面保持部２０１と、側面保持部２０１の上端から水平方向に延伸し、第２のウェハＷ２の外周部上面を保持する上面保持部２０２と、を有している。保持部材２００は、チャック１００の同心円上に複数箇所、例えば３箇所に配置されている。保持部材２００は、移動機構２０３によって、第２のウェハＷ２に対して接触又は離間するように進退自在に構成されている。
【0054】
かかる場合、重合ウェハＴを保持したチャック１００を処理位置に移動させた後、レーザヘッド１４０からレーザ吸収層Ｐの外周部にレーザ光Ｌが照射される際には、３つの保持部材２００は、第２のウェハＷ２に接触しない位置に退避している。続いて、レーザ光Ｌの照射位置が径方向内側に移動すると、３つの保持部材２００を第２のウェハＷ２の側面に接触する位置に移動させ、これら保持部材２００で第２のウェハＷ２を保持する。すなわち、保持部材２００には、レーザ光Ｌが照射されない。また、レーザ光Ｌの照射を行った後、チャック１００を受渡位置に移動させる際にも、保持部材２００で第２のウェハＷ２を保持する。
【0055】
また、例えば保持部材１２０に代えて、図１３に示すように保持部材２１０を用いてもよい。保持部材２１０は、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂ（上面）全面を保持する。また、保持部材２１０は、移動機構（図示せず）によって、水平方向及び鉛直方向に移動自在に構成されている。保持部材２１０は、レーザ光Ｌを透過させる材料、例えばシリコンから構成される。
【0056】
かかる場合、重合ウェハＴを保持したチャック１００を処理位置に移動させた後、レーザヘッド１４０からレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌが照射される際、保持部材２１０は、第２のウェハＷ２の上面に接触して第２のウェハＷ２を保持する。その後、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する際、レーザ光Ｌは保持部材２１０を透過する。また、レーザ光Ｌの照射を行った後、チャック１００を受渡位置に移動させる際にも、保持部材２１０で第２のウェハＷ２を保持する。
【0057】
以上のように保持部材２００、２１０のいずれを用いた場合でも、上記実施形態と同様の効果を享受できる。すなわち、保持部材２００、２１０で第２のウェハＷ２を保持してすることにより、当該第２のウェハＷ２のずれや滑落を防止することができる。
【0058】
以上の実施形態では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを螺旋状や同心円状に照射したが、レーザ光Ｌの照射パターンはこれに限定されない。また、このような種々の照射パターンに対応する装置の構成も、上記実施形態のレーザ照射装置３１に限定されない。上記レーザ照射装置３１では、チャック１００はθ軸回りに回転自在で、一軸（Ｙ軸）方向に移動自在であったが、二軸（Ｘ軸及びＹ軸）に移動させてもよい。また、レーザヘッド１４０には例えばガルバノを使用し、レーザヘッド１４０から照射されるレーザ光Ｌをレーザ吸収層Ｐに対して走査させてもよい。
【0059】
かかる場合、レーザ光Ｌを照射する際、レーザ吸収層Ｐの予め定められたスキャン範囲においてレーザ光Ｌを走査させる。次に、レーザ光Ｌの照射を停止した状態でチャック１００をＸ軸方向に移動させる。このようにレーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック１００の移動とを繰り返し行って、Ｘ軸方向に一列にレーザ光Ｌを照射する。次に、チャック１００をＹ軸方向にずらすように移動させ、上述と同様にレーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック１００の移動とを繰り返し行って、Ｘ軸方向に一列にレーザ光Ｌを照射する。そうすると、レーザ光Ｌがレーザ吸収層Ｐに照射される。
【0060】
また、上記レーザ光Ｌの照射パターンでは、レーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック１００の移動とを繰り返し行ったが、Ｘ軸方向一列において、チャック１００を移動させながら、レーザ光Ｌの照射及び走査を行ってもよい。そして、Ｘ軸方向一列にレーザ光Ｌを照射した後、チャック１００をＹ軸方向にずらすように移動させ、レーザ光Ｌをレーザ吸収層Ｐに照射する。
【0061】
また、以上の実施形態の、螺旋状（又は同心円状）のレーザ光Ｌの照射と、レーザ光Ｌの照射及び走査とを組み合わせてもよい。
【0062】
チャック１００（重合ウェハＴ）を回転させる場合、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、チャック１００の回転速度が大きくなる。そこで、レーザ吸収層Ｐの外周部においては、チャック１００を回転させながら、当該チャック１００を径方向外側から内側に移動させて、レーザ光Ｌを螺旋状に照射する。そして、チャック１００の回転速度が上限に達すると、レーザ吸収層Ｐの中央部において、チャック１００の回転を停止し、レーザ光Ｌを照射しながら走査させる。
【0063】
このようにレーザ吸収層Ｐの外周部と中央部でレーザ光Ｌの照射パターンを変えることで、レーザ光Ｌが重ならないようにして、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ことができる。その結果、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の剥離をウェハ面内で均一に行うことができる。
【0064】
なお、レーザヘッド１４０のレーザ光Ｌの照射範囲が広い場合、例えば照射範囲がレーザ吸収層Ｐの径以上である場合には、レーザ吸収層Ｐの全面に対して一括にレーザ光Ｌを照射してもよい。
【0065】
以上の実施形態のウェハ処理システム１は洗浄装置３２を有していたが、さらにウェハ処理システム１は、エッチング装置（図示せず）を有していてもよい。エッチング装置は、剥離後の第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａ、具体的にはレーザ吸収層Ｐの表面をエッチング処理する。例えば、洗浄装置３２でレーザ吸収層Ｐの表面をスクラブ洗浄後、レーザ吸収層Ｐの表面に対して薬液（エッチング液）を供給し、当該表面をウェットエッチングする。また、ウェハ処理システム１は、洗浄装置３２又はエッチング装置のいずれか一方を有していてもよい。
【0066】
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。
【符号の説明】
【0067】
３１ レーザ照射装置
１００ チャック
１２０ 保持部材
１４０ レーザヘッド
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 第１のウェハ
Ｗ２ 第２のウェハ
１００ チャック
１２０ 保持部材
１４０ レーザヘッド
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 第１のウェハ
Ｗ２ 第２のウェハ
【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】