JP2022091504A - レーザ照射システム、基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にレーザ光を照射して処理する際に、当該レーザ光の照射を効率よく行う。【解決手段】基板にレーザ光を照射するレーザ照射システムであって、レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光を異なる方向に変向させる光学素子と、前記光学素子を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記光学素子を制御して、前記基板に照射されるレーザ光の周波数を調整する。【選択図】図３

Description

本開示は、レーザ照射システム、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、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ＣＯ_２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。

特開２００７－２２０７４９号公報

本開示にかかる技術は、基板にレーザ光を照射して処理する際に、当該レーザ光の照射を効率よく行う。

本開示の一態様は、基板にレーザ光を照射するレーザ照射システムであって、レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光を異なる方向に変向させる光学素子と、前記光学素子を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記光学素子を制御して、前記基板に照射されるレーザ光の周波数を調整する。

本開示によれば、基板にレーザ光を照射して処理する際に、当該レーザ光の照射を効率よく行うことができる。

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。 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。 ウェハ処理装置の構成の概略を示す側面図である。 ウェハ処理装置の構成の概略を示す平面図である。 音響光学変調器でレーザ光の周波数を変更する様子を示す説明図である。 音響光学変調器でレーザ光の周波数を変更する様子を示す説明図である。 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。 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。 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。 他の実施形態にかかるレーザ照射システムの構成の概略を模式的に示す説明図である。 他の実施形態にかかるレーザ照射システムの構成の概略を模式的に示す説明図である。 他の実施形態において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。 他の実施形態にかかるウェハ処理の説明図である。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２レーザを照射しただけでは、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ＣＯ_２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ＣＯ_２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、当該ＣＯ_２レーザを照射する範囲を大きくする。また、基板処理の効率向上（生産性向上）や装置のフットプリント削減の観点から、チャックを回転させつつ、ＣＯ_２レーザを径方向に移動させて、酸化剥離膜全面（基板全面）に対してＣＯ_２レーザを照射するのが好ましい。

上述のようにレーザヘッドからＣＯ_２レーザ（以下、レーザ光という。）を照射する場合、例えばレーザ光はパルス状に照射される。そして、例えばチャックを回転させながら、レーザ光を径方向外側から内側に移動させる際、基板の剥離を基板面内で均一に行うためには、レーザ光を照射する間隔、すなわちパルスの間隔を一定にするのが好ましい。しかしながら、チャックを回転させながら、レーザ光が径方向外側から内側に移動するにしたがって、チャックの回転速度が速くなる。かかる場合、チャックの回転速度が上限に達すると、レーザ光の照射位置が径方向内側に移動するにつれ、レーザ光の間隔は小さくなっていき、中心部ではレーザ光が重なる場合もあり得る。

そこで、レーザ光の照射間隔を調整する必要がある。具体的にレーザ光の照射間隔を調整するには、例えばレーザ光の周波数を制御する。すなわち、レーザ光の照射位置が酸化剥離膜の径方向外側にある場合には周波数を大きくし、レーザ光の照射位置が内側にある場合に周波数を小さくする。そうすると、レーザ光を照射する間隔を一定にすることができる。

このようにレーザ光の周波数を制御する際、例えばレーザヘッドのレーザ発振器においてレーザ光の周波数を制御する場合、レーザ光の出力やパルス波形を考慮してパラメータを調整する必要がある。例えば、酸化剥離膜の径方向外側と内側で剥離させるために必要なレーザ光のエネルギーが同じである場合、外側におけるレーザ光の周波数を大きくすると出力を大きくし、内側におけるレーザ光の周波数を小さくすると出力を小さくする必要がある。さらに、レーザ発振器においてレーザ光の周波数を変更すると、当該レーザ光のパルス波形も変わる。したがって、レーザ光の出力やパルス波形を考慮した複雑な調整が必要となり、レーザ処理のプロセス制御が難しい。

本開示にかかる技術は、基板にレーザ光を照射して処理する際に、当該レーザ光の照射を効率よく行う。以下、本実施形態にかかるレーザ照射システム、基板処理装置としてのウェハ処理装置、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。

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Ｗ１と第２のウェハＷ２とが接合された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。

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Ｆ１としては、例えば酸化膜（ＳｉＯ_２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。

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照射システム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_２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。

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の後述するウェハ処理装置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。

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。

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、後述するウェハ処理装置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。

処理ブロック３０は、ウェハ処理装置３１と洗浄装置３２を有している。ウェハ処理装置３１は、第２のウェハＷ２のレーザ吸収層Ｐにレーザ光を照射して、第１のウェハＷ１から第２のウェハＷ２を剥離する。なお、ウェハ処理装置３１の構成は後述する。

洗浄装置３２は、ウェハ処理装置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。

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。

次に、上述したウェハ処理装置３１について説明する。

図３及び図４に示すようにウェハ処理装置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、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。

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）回りに回転自在に構成されている。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１０６に設けられＹ軸方向に延伸するレール１０５に沿って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。

チャック１００の上方には、レーザ照射システム１１０が設けられている。レーザ照射システム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。レンズ１１３は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されていてもよい。

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１２０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り、そのパワーが０（ゼロ）と最大値を繰り返すものである。レーザ発振器１２０から発振されるレーザ光の周波数は、後述する音響光学変調器１２１が制御できる最高周波数である。また、本実施形態ではレーザ光はＣＯ_２レーザ光であり、ＣＯ_２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１２０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、レーザ発振器１２０からのレーザ光を異なる方向に変向させる、光学素子としての音響光学変調器（ＡＯＭ）１２１と、レーザ発振器１２０からのレーザ光を減衰させ、レーザ光の出力を調整する減衰器としてのアッテネータ１２２とを有している。音響光学変調器１２１とアッテネータ１２２は、レーザ発振器１２０側からこの順で設けられている。

音響光学変調器１２１は、レーザ光の強度や位置を電気的に高速で制御する光学変調器である。図５に示すように音響光学変調器１２１は、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１が入射した際、電圧を印加してレーザ光Ｌ１の屈折率を変化させることで、当該レーザ光Ｌ１を異なる方向に変向させる。具体的には電圧を調整することで、レーザ光Ｌ１の変更角度を制御する。本実施形態では、例えばレーザ光Ｌ１を２つの異なる方向に変向させ、一方向のレーザ光Ｌ２はレーザ吸収層Ｐ（重合ウェハＴ）に照射され、他方向のレーザ光Ｌ３はレーザ吸収層Ｐに照射されない。このレーザ光Ｌ２、Ｌ３の変向を制御することで、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。

ここで従来、レーザ照射システムが本実施形態の音響光学変調器を備えていない場合、例えばレーザ発振器においてレーザ光の周波数を制御していた。かかる場合、上述したようにレーザ光の出力やパルス波形を考慮してパラメータを調整する必要がある。例えば重合ウェハの径方向外側と内側で剥離に必要なレーザ光のエネルギーが同じである場合、外側におけるレーザ光の周波数を大きくすると出力を大きくし、内側におけるレーザ光の周波数を小さくすると出力を小さくする必要がある。さらに、レーザ発振器においてレーザ光の周波数を変更すると、当該レーザ光のパルス波形も変わる。したがって、レーザ光の出力やパルス波形を考慮した複雑な調整が必要となり、レーザ処理のプロセス制御が難しい。

この点、本実施形態では、音響光学変調器１２１を用いてレーザ光Ｌ１のパルスを間引くことによって、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。例えば、あるタイミングにおいて、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を１００：０にすれば、レーザ光Ｌ１がそのままレーザ光Ｌ２となってレーザ吸収層Ｐに照射される。一方、別のタイミングにおいて、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を０：１００にすれば、レーザ光Ｌ２は０（ゼロ）となり、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２は照射されない。かかる場合、図６（ａ）に示すレーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の周波数に対して、図６（ｂ）に示す音響光学変調器１２１で変向したレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。なお、図６の横軸は時間を示し、縦軸はレーザ光Ｌ２の強度を示す。すなわち、図６のグラフ中の密度がレーザ光Ｌ２の周波数を示す。

しかもこの場合、レーザ発振器１２０から発振されるレーザ光Ｌ１の周波数を変更しないので、レーザ光Ｌ１のパルス波形は変わらず、レーザ光Ｌ２のパルス波形もレーザ光Ｌ１のパルス波形と同じにできる。したがって、レーザ光Ｌ２の周波数を容易に調整することができ、上述したような従来の複雑な調整は不要となり、レーザ処理のプロセス制御が容易となる。

なお、本実施形態では光学素子として音響光学変調器１２１を用いたが、これに限定されない。例えば光学素子として、電気光学変調器（ＥＯＭ）を用いてもよい。また、音響光学偏向器（ＡＯＤ）や電気光学偏向器（ＥＯＤ）などの光学偏向器を用いてもよい。

レンズ１１３は、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。レーザ照射システム１１０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。

図４に示すようにチャック１００の上方には、搬送パッド１３０が設けられている。搬送パッド１３０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１３０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１３０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１３０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１３０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１３０から搬送アーム２３に受け渡して、ウェハ処理装置３１から搬出する。

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。

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。

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、ウェハ処理装置３１に搬送される。ウェハ処理装置３１において重合ウェハＴは、搬送アーム２３からチャック１００に受け渡され、チャック１００に吸着保持される。続いて、移動機構１０４によってチャック１００を処理位置に移動させる。この処理位置は、レーザ照射システム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。

次に、図７及び図８に示すようにレーザ照射システム１１０からレーザ吸収層Ｐ、より詳細にはレーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２の界面にレーザ光Ｌ２（ＣＯ_２レーザ光）をパルス状に照射する。レーザ光Ｌ２は、図５に示したようにレーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１が変向してレーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光である。レーザ光Ｌ２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Ｌ２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。

レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を照射する際、回転機構１０３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１０４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Ｌ２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８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。

レーザ光Ｌ２は同心円状に環状に照射してもよい。また、レーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌ２は径方向内側から外側に向けて照射されてもよい。

また、本実施形態ではレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を照射するにあたり、チャック１００を回転させたが、レンズ１１３を移動させて、チャック１００に対してレンズ１１３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、レンズ１１３をＹ軸方向に移動させてもよい。

こうしてウェハ処理装置３１では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２がパルス状に照射される。そして、レーザ光Ｌ２をパルス状に発振させた場合、ピークパワー（レーザ光の最大強度）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る。その結果、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。

次に、レーザ照射システム１１０からレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を照射する際の、当該レーザ光Ｌ２の制御方法について説明する。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するためには、レーザ光Ｌ２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。しかしながら、パルスの間隔を一定にするために、チャック１００（重合ウェハＴ）を回転させる場合、レーザ光Ｌ２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の回転速度が速くなる。かかる場合、チャック１００の回転速度が上限に達すると、レーザ光Ｌ２の照射位置が径方向内側に移動するにつれ、レーザ光Ｌ２の間隔は小さくなっていき、中心部ではレーザ光Ｌ２が重なる場合もあり得る。

そこで、レーザ光Ｌ２の周波数を調整して、レーザ光Ｌ２の照射間隔を調整する。すなわち、レーザ光Ｌ２の照射位置がレーザ吸収層Ｐの径方向外側にある場合には周波数を大きくし、レーザ光Ｌ２の照射位置が内側にある場合に周波数を小さくする。具体的には、図５に示したように音響光学変調器１２１において、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１を、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２とレーザ吸収層Ｐに照射されないレーザ光Ｌ３に変向させる。そうすると、図６に示したようにレーザ光Ｌ１の周波数に対して、レーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。また、上述したようにレーザ光Ｌ１の周波数は、音響光学変調器１２１が制御できる最高周波数であるため、レーザ光Ｌ２の周波数を任意に調整することができる。

以下、具体例を用いて説明する。なお、この具体例における数値は一例であって、本開示がこの数値に限定されるものではない。例えば、レーザ吸収層Ｐの径方向外側と内側のそれぞれにおいて、剥離に必要なエネルギーを４００μＪとする。レーザ吸収層Ｐの径方向外側におけるレーザ光Ｌ２の必要周波数を１００ｋＨｚとし、内側におけるレーザ光の必要周波数を５０ｋＨｚとする。レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の周波数は１００ｋＨｚ、出力は４０Ｗとする。

かかる場合、レーザ吸収層Ｐの径方向外側に対しては、音響光学変調器１２１においてレーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１のパルスを間引かない。そうすると、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数は、レーザ光Ｌ１の周波数と同じ１００ｋＨｚにすることができる。また、レーザ光Ｌ２の出力もレーザ光Ｌ１の出力と同じ４０Ｗになる。そして、レーザ光Ｌ２のエネルギーは４００μＪ（＝４０Ｗ／１００ｋＨｚ）となり、剥離を適切に行うことができる。

一方、レーザ吸収層Ｐの径方向内側に対しては、音響光学変調器１２１においてレーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１のパルスを半分間引く。そうすると、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数は、レーザ光Ｌ１の周波数の半分である５０ｋＨｚにすることができる。また、このレーザ光Ｌ１の間引きにより、レーザ光Ｌ２の出力もレーザ光Ｌ１の出力の半分である２０Ｗになる。そして、レーザ光Ｌ２のエネルギーは４００μＪ（＝２０Ｗ／５０ｋＨｚ）となり、剥離を適切に行うことができる。

このようにレーザ光Ｌ２の周波数と照射位置に応じて、パルスの間隔が一定になるように、チャック１００の回転速度を制御する。そして、レーザ吸収層Ｐの中心部では、チャック１００の最高回転速度を維持し、音響光学変調器１２１が当該最高回転速度にあわせて、レーザ光Ｌ２の周波数を調整する。これにより、チャック１００の高回転速度、レーザ光Ｌ２の高周波数を最大限維持したレーザ処理を行うことができ、高スループットのレーザ処理を実現することができる。

しかもこの場合、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の周波数を変更しないので、レーザ光Ｌ１のパルス波形は変わらず、レーザ光Ｌ２のパルス波形もレーザ光Ｌ１のパルス波形と同じにできる。したがって、レーザ光Ｌ２の周波数を容易に調整することができ、連続したシームレスな加工が可能となる。その結果、レーザ処理のプロセス制御が容易となり、安定したプロセスを実現することができる。

なお、本実施形態では、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の出力が４０Ｗであったため、剥離に必要なエネルギー４００μＪに対して出力の調整は不要であった。この点、例えばレーザ光Ｌ１の出力が５０Ｗであった場合には、アッテネータ１２２においてレーザ光Ｌ１の出力を２０％減衰させて出力を調整すればよい。

以上のようにレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を照射した後、次に、移動機構１０４によってチャック１００を受渡位置に移動させる。そして、図９（ａ）に示すように搬送パッド１３０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持する。その後、図９（ｂ）に示すように搬送パッド１３０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１３０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Ｌ２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。なお、搬送パッド１３０を鉛直軸周りに回転させて、第２のウェハＷ２を剥離してもよい。

剥離された第２のウェハＷ２は、搬送パッド１３０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、ウェハ処理装置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１３０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。

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、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。

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。

以上の実施形態によれば、レーザ照射システム１１０は音響光学変調器１２１を有しているので、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の周波数に対して、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。また、この周波数の調整に伴い、レーザ光Ｌ２の出力も調整することができる。しかも、レーザ光Ｌ２のパルス波形はレーザ光Ｌ１のパルス波形と同じであるため、従来のような複雑な調整が不要で、レーザ光Ｌ２の周波数を容易に調整することができる。したがって、レーザ処理のプロセス制御が容易で、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。

以上の実施形態のレーザ照射システム１１０では、音響光学変調器１２１は光学系１１２の内部においてアッテネータ１２２の上流側に設けられていたが、設置場所はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように音響光学変調器１２１は光学系１１２の内部においてアッテネータ１２２の下流側に設けられていてもよい。あるいは例えば、図１１に示すように音響光学変調器１２１はレーザヘッド１１１の内部においてレーザ発振器１２０の下流側に設けられていてもよい。さらに、音響光学変調器１２１は上記設置位置に２箇所以上に設けられていてもよい。

なお、レーザ照射システム１１０では、音響光学変調器１２１でレーザ光Ｌ２の周波数と出力を調整した後、アッテネータ１２２で出力を微調整することが可能である。ここで、レーザ発振器１２０から発振されるレーザ光Ｌ１の出力は、レーザ発振器１２０の個体差によってばらつく場合がある。アッテネータ１２２では、このような出力のばらつきを調整することができる。また、レーザ発振器１２０からのレーザ光Ｌ１の出力を経時的にモニターする場合、アッテネータ１２２をフィードバック制御して出力を調整することができる。そして、このようにアッテネータ１２２でレーザ光Ｌ２の出力を微調整するという観点からは、音響光学変調器１２１は、図５に示したようにアッテネータ１２２の上流側に設けられるのが好ましい。

以上の実施形態のレーザ照射システム１１０において、アッテネータ１２２を省略してもよい。例えばレーザ光Ｌ２の出力調整は、アッテネータ１２２に代えて、音響光学変調器１２１で調整することができる。例えばレーザ光Ｌ１の出力が５０Ｗであって、剥離に必要なレーザ光Ｌ２の出力が４０Ｗである場合、音響光学変調器１２１において、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を８０：２０にすれば、レーザ光Ｌ２の出力を４０Ｗにすることができる。

以上の実施形態では、音響光学変調器１２１によりレーザ光Ｌ１のパルスを間引いて、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２と、レーザ吸収層Ｐに照射されないレーザ光Ｌ３とに変向させたが、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３を共にレーザ吸収層Ｐに照射してもよい。例えば図１２に示すように、チャック１００を回転させながら、レーザ照射システム１１０からのレーザ光Ｌ２、Ｌ３を、第１の方向としてのパルスピッチ方向と第２の方向としてのパルスインデックス方向に振り分けてレーザ吸収層Ｐに照射する。レーザ光Ｌ２は径方向外側に照射され、レーザ光Ｌ３は径方向内側に照射される。そして、レーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌ２が照射領域Ｓ１に照射された後、レーザ光Ｌ３が照射領域Ｓ２に照射される。続いて、レーザ光Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ、照射領域Ｓ３、Ｓ４、照射領域Ｓ５、Ｓ６に順次照射される。このように本実施形態では、チャック１００が１回転する間に、径方向外側と内側に２列にレーザ光Ｌ２、Ｌ３が照射される。したがって、レーザ処理のスループットを向上させることができる。

なお、レーザ照射システム１１０から振り分けられるレーザ光は３以上であってもよく、かかる場合、チャック１００が１回転する間に、レーザ光を３列以上に照射することができる。

以上の実施形態では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を螺旋状や同心円状に照射したが、レーザ光Ｌ２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、上記実施形態のウェハ処理装置３１に限定されない。上記ウェハ処理装置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１１１には例えばガルバノを使用し、レーザ照射システム１１０から照射されるレーザ光Ｌ２をレーザ吸収層Ｐに対して走査させてもよい。

レーザ光Ｌ２の照射方法がいずれであっても、レーザ光Ｌ２の照射位置に応じて、パルスの間隔が一定になるように、レーザ光Ｌ２の周波数と出力を調整することで、レーザ処理を適切に行うことができる。

以上の実施形態では、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離するレーザリフトオフを行う際に、本開示のレーザ照射システム１１０を適用したが、適用対象のウェハ処理はこれに限定されない。

半導体デバイスの製造工程においては、表面に複数の電子回路等のデバイスが形成されたウェハのシリコン基板の内部に、面方向に沿ってレーザ光を照射して改質層を形成し、当該改質層を基点にウェハを分離することで、ウェハを薄化することが行われている。例えば図１３に示すように、チャック１００に保持された重合ウェハＴに対し、レーザ照射システム１１０から第２のウェハＷ２のシリコン基板の内部の全面にレーザ光Ｌ２を照射して、当該シリコン基板の内部に改質層Ｍを形成後、第２のウェハＷ２を分離する。このように第２のウェハＷ２のシリコン基板の内部にレーザ光Ｌ２を照射する際にも、レーザ光Ｌ２の照射位置に応じてパルスの間隔が一定になるように、音響光学変調器１２１を用いてレーザ光Ｌ２の周波数と出力を調整することで、レーザ処理を適切に行うことができる。

また、上記実施形態では、第２のウェハＷ２に対しレーザ吸収層Ｐ又はシリコン基板の内部の全面にレーザ光Ｌ２を照射したが、第２のウェハＷ２に対しレーザ吸収層Ｐの周縁部又はシリコン基板の内部の周縁部にレーザ光Ｌ２を照射し、当該周縁部を除去する際にも、音響光学変調器１２１を用いてレーザ光Ｌ２の周波数と出力を調整してもよい。

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。

３１ ウェハ処理装置
４０ 制御装置
１００ チャック
１１０ レーザ照射システム
１２０ レーザ発振器
１２１ 音響光学変調器
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 第１のウェハ
Ｗ２ 第２のウェハ

Claims (19)

1. 基板にレーザ光を照射するレーザ照射システムであって、
   レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器からのレーザ光を異なる方向に変向させる光学素子と、
   前記光学素子を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記光学素子を制御して、前記基板に照射されるレーザ光の周波数を調整する、レーザ照射システム。
2. 前記レーザ発振器からのレーザ光のパルス波形と、前記基板に照射されるレーザ光のパルス波形とは同じである、請求項１に記載のレーザ照射システム。
3. 前記レーザ発振器からのレーザ光の周波数は、前記光学素子が制御できる最高周波数である、請求項１又は２に記載のレーザ照射システム。
4. 前記制御部は、
   前記基板を回転させつつ、前記基板に対して径方向外側から内側に向けてレーザ光を照射する際、
   前記基板の径方向外側に照射されるレーザ光の周波数が、内側に照射されるレーザ光の周波数よりも大きくなるように、前記光学素子における前記基板に照射されるレーザ光と前記基板に照射されないレーザ光との変向制御を、前記基板の径方向外側と内側で変更する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ照射システム。
5. 前記制御部は、
   前記光学素子において、前記レーザ発振器からのレーザ光を第１の方向と第２の方向に偏光させ、
   前記レーザ光を前記第１の方向と前記第２の方向に振り分けて前記基板に照射する、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ照射システム。
6. 前記レーザ発振器からのレーザ光を減衰させる減衰器を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ照射システム。
7. 前記レーザ発振器を備えたレーザヘッドと、
   前記減衰器を備えた光学系と、を有し、
   前記光学素子は前記光学系の内部に設けられる、請求項６に記載のレーザ照射システム。
8. 前記レーザ発振器を備えたレーザヘッドを有し、
   前記光学素子は、前記レーザヘッドの内部において前記レーザ発振器の下流側に設けられる、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ照射システム。
9. 前記光学素子は音響光学変調器である、請求項１～８のいずれか一項に記載のレーザ照射システム。
10. 基板にレーザ光を照射して処理する基板処理装置であって、
    前記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基板にレーザ光を照射するレーザ照射システムと、
    前記レーザ照射システムを制御する制御部と、を有し、
    前記レーザ照射システムは、
    レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器からのレーザ光を異なる方向に変向させる光学素子と、を有し、
    前記制御部は、前記光学素子を制御して、前記基板に照射されるレーザ光の周波数を調整する、基板処理装置。
11. 前記レーザ発振器からのレーザ光のパルス波形と、前記基板に照射されるレーザ光のパルス波形とは同じである、請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記レーザ発振器からのレーザ光の周波数は、前記光学素子が制御できる最高周波数である、請求項１０又は１１に記載の基板処理装置。
13. 前記基板保持部を回転させる回転機構を有し、
    前記制御部は、
    前記レーザ照射システムと前記回転機構を制御して、前記基板を回転させつつ、前記基板に対して径方向外側から内側に向けてレーザ光を照射し、
    前記基板の径方向外側に照射されるレーザ光の周波数が、内側に照射されるレーザ光の周波数よりも大きくなるように、前記光学素子における前記基板に照射されるレーザ光と前記基板に照射されないレーザ光との変向制御を、前記基板の径方向外側と内側で変更する、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
14. 前記制御部は、
    前記光学素子において、前記レーザ発振器からのレーザ光を第１の方向と第２の方向に偏光させ、
    前記レーザ光を前記第１の方向と前記第２の方向に振り分けて前記基板に照射する、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
15. 前記レーザ照射システムは、前記レーザ発振器からのレーザ光を減衰させる減衰器を有する、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
16. 基板にレーザ光を照射して処理する基板処理方法であって、
    レーザ発振器から光学素子に向けてパルス状のレーザ光を発振することと、
    前記光学素子においてレーザ光の周波数を調整することと、
    前記周波数が調整されたレーザ光を基板に照射することと、を有する、基板処理方法。
17. 前記レーザ発振器からのレーザ光のパルス波形と、前記基板に照射されるレーザ光のパルス波形とは同じであり、
    前記レーザ発振器からのレーザ光の周波数は、前記光学素子が制御できる最高周波数であり、
    減衰器において前記レーザ発振器からのレーザ光を減衰させる、請求項１６に記載の基板処理方法。
18. 前記基板を回転させつつ、前記基板に対して径方向外側から内側に向けてレーザ光を照射し、
    前記基板の径方向外側に照射されるレーザ光の周波数が、内側に照射されるレーザ光の周波数よりも大きくなるように、前記光学素子における前記基板に照射されるレーザ光と前記基板に照射されないレーザ光との変向制御を、前記基板の径方向外側と内側で変更する、請求項１６又は１７に記載の基板処理方法。
19. 前記前記光学素子において、前記レーザ発振器からのレーザ光を第１の方向と第２の方向に偏光させ、
    前記レーザ光を前記第１の方向と前記第２の方向に振り分けて前記基板に照射する、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の基板処理方法。

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