JP2023034254A - 単結晶シリコンウエーハの加工方法 - Google Patents

単結晶シリコンウエーハの加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウエーハの内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分離起点としてウエーハを分離する際の加工時間を短縮するとともにデバイスが破損する蓋然性を低減できるウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１００））が露出するように製造された単結晶シリコンウエーハに対して、当該特定の結晶面に平行であり、かつ、結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位（例えば、結晶方位［０１０］）に対してなす角が５°以下である第１方向に沿ってレーザービームを照射することによって、単結晶シリコンウエーハの表面側と裏面側との間の分離起点となる剥離層を形成する。【選択図】図７

Description

本発明は、単結晶シリコンウエーハの内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分離起点として単結晶シリコンウエーハを分離する単結晶シリコンウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス（以下、単に「デバイス」ともいう。）のチップは、一般的に、円盤状の単結晶シリコンウエーハ（以下、単に「ウエーハ」ともいう。）を利用して製造される。具体的には、このウエーハは格子状に設定された分割予定ラインによって複数の領域に区画されており、各領域の表面側にはデバイスが形成されている。そして、このウエーハを分割予定ラインに沿って分割することによってチップが製造される。
さらに、ウエーハには、複数のチップを含むパッケージの高集積化等を目的として、シリコン貫通電極（ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ－Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ））が設けられることがある。このパッケージにおいては、例えば、ＴＳＶを介して異なるチップに含まれる電極を電気的に接続することができる。
ＴＳＶは、例えば、以下の順序でウエーハに設けられる。まず、ウエーハの表面側に溝を形成する。次いで、この溝にＴＳＶを設ける。次いで、ウエーハの表面側を支持ウエーハに貼り合わせる。次いで、ＴＳＶがウエーハの裏面において露出するまで、ウエーハの裏面側を研削する。
ここで、ウエーハにおいては、割れの防止等を目的として、その外周領域が面取りされていることが多い。そして、外周領域が面取りされたウエーハの裏面側をウエーハの厚さが半分以下になるまで研削すると、この外周領域の裏面側がナイフエッジのような形状になる。
この場合、ウエーハを研削中に外周領域の裏面側に応力が集中してウエーハが割れやすくなり、ウエーハから得られるチップの歩留まりが低下するおそれがある。そこで、このようなウエーハの裏面側の研削に先立って、外周領域の表面側の一部の除去（所謂エッジトリミング）を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これにより、外周領域の裏面側の残部が研削によって除去された時点でウエーハの側面が表面及び裏面に概ね垂直になる。そのため、ウエーハの研削中に外周領域の裏面側において応力集中が生じることがなく、ウエーハが割れにくくなる。その結果、チップの歩留まりの低下を抑制することができる。
ただし、エッジトリミング後に、ウエーハの裏面においてＴＳＶが露出するまでウエーハの裏面側を研削する場合、ウエーハの研削量が多くなり、このウエーハを研削するために必要な砥石の摩耗量が多くなる。この場合、このウエーハを用いて製造されるチップ又はパッケージのコストが増加し、また、その加工が長期化するおそれがある。
この点に鑑み、形成される集光点がウエーハの内部に位置付けられ、かつ、ウエーハを透過する波長を有するレーザービームをウエーハに照射することによって、ウエーハの内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分離起点としてウエーハを分離する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この方法においては、まず、レーザービームを照射した時に乱反射が生じないウエーハの環状の第一の領域（端的には、面取りされている外周領域よりも内側の円環状の領域）に対してレーザービームを照射する。これにより、ウエーハのデバイスが形成されている領域と外周領域との間の分離起点となる剥離層（円筒状の剥離層）が形成される。
次いで、レーザービームを照射した時に乱反射が生じないウエーハの第二の領域（端的には、面取りされている外周領域よりも内側の円状の領域）に対してレーザービームを照射する。これにより、ウエーハの表面側と裏面側との間の分離起点となる剥離層（円盤状の剥離層）が形成される。
次いで、このウエーハに外力を付与することによって、円筒状の剥離層及び円盤状の剥離層においてウエーハを分離する。すなわち、ウエーハのデバイスが形成されている領域から外周領域が分離され、また、このウエーハの表面側から裏面側が分離される。
このようにウエーハが分離される場合、ウエーハの裏面においてＴＳＶが露出するまでに必要なウエーハの研削量を低減し、このウエーハを研削するために必要な砥石の摩耗量を少なくすることができる。その結果、このウエーハを用いて製造されるチップ又はパッケージのコストの増加を抑制し、また、ウエーハの研削に必要な時間を短縮することができる。
特開２００７－１５８２３９号公報 特開２０２０－１３６４４２号公報
上述した剥離層は、ウエーハを構成する単結晶シリコンの結晶構造が乱れた改質領域と、この改質領域から伸展する亀裂とによって構成される。具体的には、上述したレーザービームをウエーハに照射すると、このレーザービームの集光点を中心としてウエーハの内部に改質領域が形成される。また、この改質領域からは、ウエーハを構成する単結晶シリコンの所定の結晶面に沿って亀裂が伸展する。
ここで、単結晶シリコンは、一般的に、結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面において最も劈開しやすい。例えば、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１００））が露出するように製造されたウエーハに対して、結晶方位＜１１０＞に含まれる特定の結晶方位のうちウエーハの表面及び裏面のそれぞれにおいて露出する特定の結晶面に平行な結晶方位（例えば、結晶方位［０１１］）に沿ってレーザービームを照射すると、改質領域から結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１１１））に沿って伸展する亀裂が多く発生する。
そして、単結晶シリコンの結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１００））と結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１１１））とがなす鋭角の角度は、５４．７°程度である。そのため、上述のようにレーザービームがウエーハに照射される場合には、ウエーハの表面又は裏面に対して５４．７°程度傾いた方向に向かって改質領域から伸展する亀裂が多く発生する。
すなわち、このような亀裂が伸展する方向をウエーハの表面及び裏面に平行な成分（平行成分）及び垂直な成分（垂直成分）に分解すると、垂直成分が平行成分よりも大きくなる。そのため、上述のようにレーザービームをウエーハに照射することによって、ウエーハの表面側と裏面側との間の分離起点となる剥離層（円盤状の剥離層）を形成する場合には、以下の問題が生じるおそれがある。
まず、この場合には、亀裂が伸展する方向の平行成分が比較的小さいため、亀裂を介して隣接する改質領域を接続するために、隣接する改質領域の間隔を狭くする必要がある。そして、隣接する改質領域の間隔を狭くする場合には、円盤状の剥離層を形成するために必要な加工時間（レーザービームの照射時間）を長くする必要がある。
また、この場合には、亀裂が伸展する方向の垂直成分が比較的大きいため、円盤状の剥離層からウエーハの表面側に向かって亀裂が伸展してデバイスが破損するおそれがある。なお、ウエーハの表面から十分に離隔した位置に円盤状の剥離層を形成することによってデバイスが破損する蓋然性を低減できるものの、この場合には、その後にウエーハを研削する際の研削量が増加してしまう。
以上の点に鑑み、本発明の目的は、ウエーハの内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分離起点としてウエーハを分離する際の加工時間を短縮するとともにデバイスが破損する蓋然性を低減できるウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によれば、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面が露出するように製造され、かつ、該表面側に複数のデバイスが形成されるとともに外周領域が面取りされている単結晶シリコンウエーハに対して、形成される集光点が該単結晶シリコンウエーハの内部に位置付けられ、かつ、単結晶シリコンを透過する波長を有するレーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分離起点として該単結晶シリコンウエーハを分離する単結晶シリコンウエーハの加工方法であって、該単結晶シリコンウエーハの該表面側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる貼り合わせステップと、該単結晶シリコンウエーハの該外周領域よりも内側の環状の第一の領域に対して、該単結晶シリコンウエーハの該裏面側から該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの該複数のデバイスが形成されている領域と該外周領域との間の分離起点となる第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、該単結晶シリコンウエーハの該外周領域よりも内側の第二の領域に対して、該単結晶シリコンウエーハの該裏面側から該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの該表面側と該裏面側との間の分離起点となる第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、該貼り合わせステップ、該第一の剥離層形成ステップ及び該第二の剥離層形成ステップを実施した後、該単結晶シリコンウエーハに外力を付与することによって、該第一の剥離層及び該第二の剥離層を分離起点として該単結晶シリコンウエーハを分離する分離ステップと、を備え、該第二の剥離層形成ステップにおいては、該特定の結晶面と平行であり、かつ、結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位に対してなす角が５°以下である第一の方向に沿って該単結晶シリコンウエーハと該集光点とを相対的に移動させながら、該第二の領域に含まれる該第一の方向に沿った直線状の領域に該レーザービームを照射するレーザービーム照射ステップと、該特定の結晶面と平行であり、かつ、該第一の方向と直交する第二の方向に沿って、該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンウエーハの内部の位置を移動させる割り出し送りステップと、を繰り返し実施することによって、該第二の剥離層が形成されるウエーハの加工方法が提供される。
さらに、該第一の剥離層形成ステップは、該第二の剥離層形成ステップを実施する前に実施されることが好ましい。
また、該第二の領域は、該第一の領域よりも内側に位置することが好ましい。
また、該第一の剥離層形成ステップにおいては、該単結晶シリコンウエーハの該裏面に至らないように該第一の剥離層が形成されることが好ましい。
また、該第一の剥離層形成ステップにおいては、形成される該集光点が該外周領域に近くなるほど該単結晶シリコンウエーハの該表面に近くなるように該レーザービームを照射することによって、第一の底面が該単結晶シリコンウエーハの該表面側に位置し、かつ、該第一の底面よりも直径が短い第二の底面が該単結晶シリコンウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような該第二の剥離層が形成されることが好ましい。
本発明においては、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１００））が露出するように製造された単結晶シリコンウエーハに対して、当該特定の結晶面に平行であり、かつ、結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位（例えば、結晶方位［０１０］）に対してなす角が５°以下である第１方向に沿ってレーザービームを照射することによって、単結晶シリコンウエーハの表面側と裏面側との間の分離起点となる剥離層（第二の剥離層）が形成される。
この場合、改質領域から伸展する亀裂は、結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１１１））に沿うものよりも、結晶面｛ｎ１０｝（ｎは、１０以下の自然数）に含まれる特定の結晶面（例えば、結晶面（１０１））に沿うものが多くなる。そして、結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面と結晶面｛ｎ１０｝に含まれる特定の結晶面とがなす鋭角の角度は、４５°以下である。
そのため、本発明においては、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面が露出するように製造された単結晶シリコンウエーハに対して、当該特定の結晶面に平行であり、かつ、結晶方位＜１１０＞に含まれる特定の結晶方位（例えば、結晶方位［０１１］）に沿ってレーザービームを照射することによって第二の剥離層が形成されるような場合と比較して、亀裂が伸展する方向のウエーハの表面及び裏面に平行な成分（平行成分）が大きくなり、また、垂直な成分（垂直成分）が小さくなる。
これにより、本発明においては、亀裂が伸展する方向の平行成分が大きくなるため、隣接する改質領域の間隔を長くすることができる。その結果、割り出し送りステップにおける移動距離（インデックス）を長くすることができ、ウエーハの表面側と裏面側との間の分離起点となる剥離層を形成するために必要な加工時間（レーザービームの照射時間）を短縮することができる。
また、本発明においては、亀裂が伸展する方向の垂直成分が小さくなるため、この剥離層からウエーハの表面側に向かって亀裂が伸展しにくくなる。その結果、ウエーハの表面側と裏面側とを分離する際に、デバイスが破損する蓋然性を低減できる。
図１（Ａ）は、ウエーハの一例を模式的に示す上面図であり、図１（Ｂ）は、ウエーハの一例を模式的に示す断面図である。 図２は、ウエーハの加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図３は、ウエーハの表面側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる様子を模式的に示す断面図である。 図４は、レーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図５は、レーザービーム照射ユニットにおいてレーザービームが進行する様子を模式的に示す図である。 図６は、回転するウエーハにレーザービームを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図７は、第二の剥離層形成ステップの一例を模式的に示すフローチャートである。 図８は、Ｘ軸方向に沿って移動するウエーハにレーザービームを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図９は、インゴットの内部に形成される隣接する剥離層を模式的に示す断面図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のそれぞれは、ウエーハを分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図１１は、回転するウエーハにレーザービームを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図１２は、それぞれが異なる結晶方位に沿った直線状の領域にレーザービームを照射した時にウエーハの内部に形成される剥離層の幅を示すグラフである。 図１３は、ウエーハの変形例を模式的に示す上面図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）のそれぞれは、ウエーハの複数のデバイスが形成されている領域と外周領域とを分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）のそれぞれは、ウエーハの表面側と裏面側とを分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、ウエーハ（単結晶シリコンウエーハ）の一例を模式的に示す上面図であり、図１（Ｂ）は、ウエーハ（単結晶シリコンウエーハ）の一例を模式的に示す断面図である。なお、図１（Ａ）においては、このウエーハを構成する単結晶シリコンの結晶方位も示されている。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるウエーハ１１は、結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（ここでは、便宜上、結晶面（１００）とする。）が表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれにおいて露出する円柱状の単結晶シリコンからなる。すなわち、このウエーハ１１は、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれの垂線（結晶軸）が結晶方位［１００］に沿う円柱状の単結晶シリコンからなる。
なお、ウエーハ１１は、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに結晶面（１００）が露出するように製造されるものの、製造時の加工誤差等に起因して、その表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれが結晶面（１００）から僅かに傾いた面となっていてもよい。具体的には、ウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれは、結晶面（１００）との間で形成される鋭角の角度が１°以下の面であってもよい。
すなわち、ウエーハ１１の結晶軸は、結晶方位［１００］との間で形成される鋭角の角度が１°以下の方向に沿っていてもよい。また、ウエーハ１１の側面１１ｃにはノッチ１３が形成されており、このノッチ１３からみて結晶方位＜１１０＞に含まれる特定の結晶面（ここでは、便宜上、結晶方位［０１１］とする。）にウエーハ１１の中心が位置する。
さらに、ウエーハ１１は、互いに交差する複数の分割予定ラインで複数の領域に区画されており、各領域の表面１１ａ側には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、半導体メモリ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等のデバイス１５が形成されている。
さらに、ウエーハ１１の表面１１ａ側には、ＴＳＶが設けられる溝が形成されていてもよい。また、ウエーハ１１の外周領域は、面取りされている。すなわち、ウエーハ１１の側面１１ｃは、外側に凸になるように湾曲している。なお、ウエーハ１１の外周領域には、デバイス１５が形成されていない。すなわち、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域は、その外周領域に囲まれている。
図２は、ウエーハの加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。端的には、この方法においては、形成される集光点がウエーハ１１の内部に位置付けられ、かつ、ウエーハ１１を透過する波長を有するレーザービームをウエーハ１１に照射することによって、ウエーハ１１の内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分離起点としてウエーハ１１を分離する。
具体的には、この方法においては、まず、ウエーハ１１の表面１１ａ側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる（貼り合わせステップ：Ｓ１）。図３は、ウエーハ１１の表面１１ａ側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる様子を模式的に示す断面図である。なお、ウエーハ１１と貼り合わせられる支持ウエーハ１７は、例えば、ウエーハ１１と同様の形状を有する。
この支持ウエーハ１７は、ウエーハ１１と同様に、単結晶シリコンからなっていてもよく、また、その表面１７ａ側には複数のデバイスが形成されていてもよい。また、支持ウエーハ１７の表面１７ａには、例えば、アクリル系接着剤又はエポキシ系接着剤等の接着剤１９が設けられている。
そして、貼り合わせステップ（Ｓ１）においては、支持ウエーハ１７の裏面１７ｂ側を支持した状態で、接着剤１９を介して、ウエーハ１１の表面１１ａを支持ウエーハ１７の表面１７ａに押し当てる。これにより、ウエーハ１１の表面１１ａ側が支持ウエーハ１７の表面１７ａ側に貼り合わせられた貼り合わせウエーハが形成される。
次いで、レーザー加工装置を利用して、ウエーハ１１の内部に剥離層を形成する。図４は、ウエーハ１１の内部に剥離層を形成するために利用されるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図４に示されるＸ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）は、水平面上において互いに直交する方向であり、また、Ｚ軸方向（上下方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）である。
図４に示されるレーザー加工装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。この基台４の上面には、水平移動機構６が配置されている。そして、水平移動機構６は、基台４の上面に固定され、かつ、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のＹ軸ガイドレール８を有する。
一対のＹ軸ガイドレール８の上面側には、一対のＹ軸ガイドレール８に沿ってスライド可能な態様でＹ軸移動プレート１０が連結されている。また、一対のＹ軸ガイドレール８の間には、Ｙ軸方向に沿って延在するねじ軸１２が配置されている。このねじ軸１２の前端部（一端部）には、ねじ軸１２を回転させるためのモータ１４が連結されている。
また、ねじ軸１２の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸１２の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸１２が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＹ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｙ軸移動プレート１０の下面側に固定されている。そのため、モータ１４でねじ軸１２を回転させれば、ナット部とともにＹ軸移動プレート１０がＹ軸方向に沿って移動する。また、Ｙ軸移動プレート１０の上面には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール１６が固定されている。
一対のＸ軸ガイドレール１６の上面側には、一対のＸ軸ガイドレール１６に沿ってスライド可能な態様でＸ軸移動プレート１８が連結されている。また、一対のＸ軸ガイドレール１６の間には、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸２０が配置されている。このねじ軸２０の一端部には、ねじ軸２０を回転させるためのモータ２２が連結されている。
また、ねじ軸２０の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸２０の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸２０が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＸ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｘ軸移動プレート１８の下面側に固定されている。そのため、モータ２２でねじ軸２０を回転させれば、ナット部とともにＸ軸移動プレート１８がＸ軸方向に沿って移動する。
Ｘ軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。このテーブル基台２４の上部には、上述した貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６が配置されている。この保持テーブル２６は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して平行な円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板２６ａが露出している。
また、テーブル基台２４の下部には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。そして、この回転駆動源が動作すると、保持テーブル２６は、保持面の中心を通り、かつ、Ｚ軸方向に平行な直線を回転軸として回転する。また、上述した水平移動機構６が動作すると、保持テーブル２６は、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に沿って移動する。
さらに、ポーラス板２６ａは、保持テーブル２６の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル２６の保持面近傍の空間に負圧が生じる。
また、基台４の後方の領域上には、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して概ね平行な側面を有する支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構３２が配置されている。そして、鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定され、かつ、Ｚ軸方向に沿って延在する一対のＺ軸ガイドレール３４を有する。
一対のＺ軸ガイドレール３４の表面側には、一対のＺ軸ガイドレール３４に沿ってスライド可能な態様でＺ軸移動プレート３６が連結されている。また、一対のＺ軸ガイドレール３４の間には、Ｚ軸方向に沿って延在するねじ軸（不図示）が配置されている。このねじ軸の上端部（一端部）には、ねじ軸を回転させるためのモータ３８が連結されている。
また、ねじ軸の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、このねじ軸が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＺ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｚ軸移動プレート３６の裏面側に固定されている。そのため、モータ３８で一対のＺ軸ガイドレール３４の間に配置されているねじ軸を回転させれば、ナット部とともにＺ軸移動プレート３６がＺ軸方向に沿って移動する。
Ｚ軸移動プレート３６の表面側には、支持具４０が固定されている。この支持具４０は、レーザービーム照射ユニット４２の一部を支持する。図５は、レーザービーム照射ユニット４２においてレーザービームＬＢが進行する様子を模式的に示す図である。なお、図５においては、レーザービーム照射ユニット４２の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。
レーザービーム照射ユニット４２は、基台４に固定されたレーザー発振器４４を有する。このレーザー発振器４４は、例えば、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ等を有し、ウエーハ１１を透過する波長（例えば、１３４２ｎｍ）のレーザービームＬＢを出射する。このレーザービームＬＢは、例えば、周波数が６０ｋＨｚのパルスレーザービームである。
そして、レーザービームＬＢは、その出力が減衰器４６において調整された後、空間光変調器４８に供給される。この空間光変調器４８においては、レーザービームＬＢが分岐される。例えば、空間光変調器４８は、後述する照射ヘッド５２から出射されるレーザービームＬＢがＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面（ＸＹ座標平面）における位置（座標）及び／又はＺ軸方向における位置（高さ）が互いに異なる複数の集光点を形成するように、減衰器４６において調整されたレーザービームＬＢを分岐する。
また、空間光変調器４８において分岐されたレーザービームＬＢは、ミラー５０によって反射されて照射ヘッド５２へと導かれる。この照射ヘッド５２には、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ（不図示）等が収容されている。そして、この集光レンズで集光されたレーザービームＬＢは、保持テーブル２６の保持面側に出射される。
なお、図４に示されるように、照射ヘッド５２は、円柱状のハウジング５４の前端部に設けられている。そして、このハウジング５４の後側の側面には、支持具４０が固定されている。さらに、このハウジング５４の前側の側面には、撮像ユニット５６が固定されている。
この撮像ユニット５６は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、対物レンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子とを有する。
そして、上述した鉛直移動機構３２が動作すると、レーザービーム照射ユニット４２及び撮像ユニット５６は、Ｚ軸方向に沿って移動する。さらに、基台４上には、上述した構成要素を覆うカバー（不図示）が設けられている。このカバーの前面には、タッチパネル５８が配置されている。
このタッチパネル５８は、例えば、静電容量方式又は抵抗膜方式のタッチセンサ等の入力装置と、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置とによって構成され、ユーザインターフェースとして機能する。
レーザー加工装置２を利用して、ウエーハ１１の内部に剥離層を形成する際には、まず、保持テーブル２６の保持面の中心と支持ウエーハ１７の裏面１７ｂの中心とを一致させるように貼り合わせウエーハを保持テーブル２６に載置する。次いで、貼り合わせウエーハが保持テーブル２６によって保持されるように、保持テーブル２６と連通する吸引源を動作させる。
次いで、撮像ユニット５６が貼り合わせウエーハのウエーハ１１の裏面１１ｂ側を撮像して画像を形成する。次いで、この画像を参照して、レーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２がウエーハ１１の外周領域よりも僅かに内側の領域の真上に位置付けられるように水平移動機構６を動作させる。
また、この画像を参照して、保持テーブル２６を回転させてウエーハ１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位［０１０］がＸ軸方向に平行になり、かつ、結晶方位［００１］がＹ軸方向に平行になるように、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源を動作させてもよい。
次いで、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の環状の第一の領域に対してレーザービームＬＢを照射することによって、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域との間の分離起点となる第一の剥離層を形成する（第一の剥離層形成ステップ：Ｓ２）。
この第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の環状の第一の領域にレーザービームＬＢを照射した状態で、支持ウエーハ１７を介してウエーハ１１を保持する保持テーブル２６を回転させる。図６は、回転するウエーハ１１にレーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。
具体的には、この第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、それぞれのＺ軸方向における位置（高さ）が異なる複数（例えば、２個～１０個）の集光点を形成するように分岐されたレーザービームＬＢがウエーハ１１に照射される。
この複数の集光点は、例えば、最も下に位置する集光点がウエーハ１１の表面１１ａよりも僅かに高い位置に位置付けられ、また、最も上に位置する集光点がウエーハ１１の表面１１ａと裏面１１ｂとの中間の高さに位置付けられる。また、複数の集光点は、例えば、Ｚ軸方向における位置（高さ）が等間隔（例えば、５μｍ～１５μｍ毎）になるように配列される。
この場合、複数の集光点のそれぞれを中心として、ウエーハ１１の内部に結晶構造が乱れた改質領域２１が形成される。さらに、複数の改質領域２１のそれぞれからは、隣接する一対の改質領域２１を接続するように亀裂２３が伸展する。
これにより、複数の改質領域２１と、複数の改質領域２１のそれぞれから進展する亀裂２３とを含む剥離層がウエーハ１１の内部に形成される。次いで、レーザービームＬＢをウエーハ１１に照射したまま、貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６を一回転させるように、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源を動作させる。
その結果、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域との間に剥離層（第一の剥離層）が形成される。この第一の剥離層は、例えば、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の内部に位置する円柱の側面に沿うような円筒状の形状を有する。
次いで、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の第二の領域に対してレーザービームＬＢを照射することによって、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との間の分離起点となる第二の剥離層を形成する（第二の剥離層形成ステップ：Ｓ３）。図７は、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）の一例を模式的に示すフローチャートである。
この第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、まず、ウエーハ１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢを照射する（レーザービーム照射ステップ：Ｓ３１）。例えば、この結晶方位［０１０］がＸ軸方向に平行な状態で貼り合わせウエーハが保持テーブル２６に保持されている場合には、保持テーブル２６をＸ軸方向に沿って移動させながらウエーハ１１にレーザービームＬＢを照射する。
図８は、Ｘ軸方向に沿って移動するウエーハ１１にレーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。このレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）においては、例えば、それぞれのＹ軸方向における位置（座標）が異なる複数（例えば、２個～１０個）の集光点を形成するように分岐されたレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射する。
この複数の集光点は、例えば、上述した第一の剥離層に含まれる複数の改質領域２１のうち最も上に位置する改質領域２１と同じ高さに位置付けられる。また、複数の集光点は、例えば、Ｙ軸方向における位置（座標）が等間隔（例えば、５μｍ～１５μｍ毎）になるように配列される。
この場合、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）と同様に、複数の改質領域２１と、複数の改質領域２１のそれぞれから進展する亀裂２３とがウエーハ１１の内部に形成される。次いで、レーザービームＬＢをウエーハ１１に照射したまま、貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６をＸ軸方向に沿って移動させるように水平移動機構６を動作させる。
その結果、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の第二の領域に含まれるＸ軸方向に沿った直線状の領域に剥離層２５が形成される。ここで、この剥離層２５に含まれる亀裂２３の多くは、結晶面（ｋ０１）（ｋは、０を除く絶対値が１０以下の整数）に沿って伸展する。すなわち、このようにウエーハ１１にレーザービームＬＢが照射される場合には、以下の結晶面において亀裂２３が伸展しやすくなる。
Figure 2023034254000002
Figure 2023034254000003
そして、ウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに露出する結晶面（１００）と結晶面（ｋ０１）とがなす鋭角の角度は、４５°以下である。そのため、この亀裂２３が伸展する方向をウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに平行な成分（平行成分）及び垂直な成分（垂直成分）に分解すると、平行成分が垂直成分以上の大きさになる。
次いで、ウエーハ１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位［００１］に沿って保持テーブル２６を移動させる（割り出し送りステップ（Ｓ３２））。例えば、ウエーハ１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位［００１］がＹ軸方向に平行な状態で貼り合わせウエーハが保持テーブル２６に保持されている場合には、保持テーブル２６をＹ軸方向に沿って移動させる。
次いで、既に剥離層２５が形成されている直線状の領域に平行な直線状の領域に剥離層２５が形成されるように、レーザービーム照射ユニット４２及び水平移動機構６を動作させる。すなわち、再びレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）を実施する。図９は、２回のレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）の実施によって、ウエーハ１１の内部に形成される隣接する剥離層２５を模式的に示す断面図である。
この場合、１回目のレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）において形成された剥離層２５（剥離層２５－１）と平行になり、かつ、Ｙ軸方向において剥離層２５－１から離隔した剥離層２５（剥離層２５－２）がウエーハ１１の内部に形成される。さらに、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の第二の領域の全域に（Ｙ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで）剥離層２５が形成されるように、割り出し送りステップ（Ｓ３２）及びレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）を繰り返し実施する。
そして、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の第二の領域の全域に剥離層２５が形成されれば（ステップ（Ｓ３３）：ＹＥＳ）、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）が完了する。その結果、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との間に剥離層（第二の剥離層）が形成される。この第二の剥離層は、例えば、上述した第一の剥離層に沿う側面を有する円柱の上底面に沿うような円盤状の形状を有する。
図２に示される方法においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後、ウエーハ１１に外力を加えることによって、第一の剥離層及び第二の剥離層を分離起点としてウエーハ１１を分離する（分離ステップ：Ｓ４）。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のそれぞれは、ウエーハ１１を分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。この分離ステップ（Ｓ４）は、例えば、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示される分離装置６０において実施される。この分離装置６０は、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されたウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル６２を有する。
この保持テーブル６２は、円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板（不図示）が露出している。さらに、このポーラス板は、保持テーブル６２の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル６２の保持面近傍の空間に負圧が生じる。
また、保持テーブル６２の上方には、分離ユニット６４が設けられている。この分離ユニット６４は、円柱状の支持部材６６を有する。この支持部材６６の上部には、例えば、ボールねじ式の昇降機構（不図示）が連結されており、この昇降機構を動作させることによって分離ユニット６４が昇降する。
また、支持部材６６の下端部は、円盤状の把持爪基台６８の上部の中央に固定されている。この把持爪基台６８の外周領域の下側には、把持爪基台６８の周方向に沿って概ね等間隔に複数の把持爪７０が設けられている。この把持爪７０は、下方に向かって延在する板状の立設部７０ａが設けられている。
この立設部７０ａの上端部は把持爪基台６８に内蔵されたエアシリンダ等のアクチュエータに連結されており、このアクチュエータを動作させることによって把持爪７０が把持爪基台６８の径方向に沿って移動する。また、この立設部７０ａの下端部の内側面には、把持爪基台６８の中心に向かって延在し、かつ、把持爪基台６８の中心に近付くほど厚さが薄くなる板状の爪部７０ｂが設けられている。
分離装置６０においては、例えば、以下の順序で分離ステップ（Ｓ４）が実施される。具体的には、まず、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されたウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハの支持ウエーハ１７の裏面１７ｂの中心と保持テーブル６２の保持面の中心とを一致させるように、貼り合わせウエーハを保持テーブル６２に載置する。
次いで、貼り合わせウエーハが保持テーブル６２によって保持されるように、この保持面において露出するポーラス板と連通する吸引源を動作させる。次いで、複数の把持爪７０のそれぞれを把持爪基台６８の径方向外側に位置付けるようにアクチュエータを動作させる。
次いで、複数の把持爪７０のそれぞれの爪部７０ｂの先端を貼り合わせウエーハの接着剤１９に対応する高さに位置付けるように昇降機構を動作させる。次いで、爪部７０ｂを貼り合わせウエーハに接触させるようにアクチュエータを動作させる。次いで、爪部７０ｂを上昇させるように昇降機構を動作させる（図１０（Ａ）参照）。
これにより、ウエーハ１１の外周領域に上向きの外力、すなわち、ウエーハ１１の厚さ方向に沿った外力が付与される。その結果、第一の剥離層及び第二の剥離層に含まれる亀裂２３がさらに伸展して、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域とが分離され、かつ、その表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とが分離される（図１０（Ｂ）参照）。
上述したウエーハの加工方法においては、結晶面（１００）が表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれにおいて露出するように製造されたウエーハ１１に対して、結晶方位［０１０］に沿ってレーザービームＬＢを照射することによって、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との間の分離起点となる剥離層（第二の剥離層）が形成される。
この場合、改質領域２１から伸展する亀裂２３は、結晶面（ｋ０１）（ｋは、０を除く絶対値が１０以下の整数）に沿うものが多くなる。そして、単結晶シリコンの結晶面（１００）と結晶面（ｋ０１）とがなす鋭角の角度は、４５°以下である。そのため、このウエーハの加工方法においては、亀裂２３が伸展する方向のウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに平行な成分（平行成分）が垂直な成分（垂直成分）以上の大きさになる。
これにより、このウエーハの加工方法においては、隣接する改質領域２１の間隔を長くすることができる。その結果、割り出し送りステップ（Ｓ４２）における移動距離（インデックス）を長くすることができ、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との間の分離起点となる剥離層２５を形成するために必要な加工時間（レーザービームＬＢの照射時間）を短縮することができる。
また、このウエーハの加工方法においては、剥離層２５からウエーハ１１の表面１１ａ側に向かって亀裂２３が伸展しにくくなる。その結果、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とを分離する際に、デバイス１５が破損する蓋然性を低減できる。
なお、上述したウエーハの加工方法は本発明の一態様であって、本発明は上述した方法に限定されない。例えば、本発明においては、第一の剥離層及び第二の剥離層がウエーハ１１に形成された後に、ウエーハ１１の表面１１ａ側を支持ウエーハ１７の表面１７ａ側に貼り合わせてもよい。すなわち、本発明においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後に貼り合わせステップ（Ｓ１）を実施してもよい。
また、本発明において用いられるレーザー加工装置の構造は、上述したレーザー加工装置２の構造に限定されない。例えば、本発明は、レーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２等をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向のそれぞれに沿って移動させる水平移動機構が設けられているレーザー加工装置を用いて実施されてもよい。
すなわち、本発明においては、ウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６とレーザービームＬＢを出射するレーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２とがＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに沿って相対的に移動できればよく、そのための構造に限定はない。
また、本発明においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）の前後は限定されない。すなわち、本発明においては、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後に第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）を実施してもよい。
ただし、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）において円盤状の第二の剥離層がウエーハ１１の内部に形成されると、この第二の剥離層よりもウエーハ１１の表面１１ａ側に新たに剥離層を形成することが不可能又は困難になるおそれがある。
そのため、本発明においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）を実施した後に第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施することが好ましい。これにより、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域との間の分離起点となる剥離層（第一の剥離層）を確実に形成することができる。
あるいは、本発明においては、ウエーハ１１の第二の剥離層が形成される第二の領域が第一の剥離層が形成される第一の領域よりも内側に位置することが好ましい。これにより、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後に第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）が実施される場合であっても、第一の剥離層を確実に形成することができる。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域との間の分離起点として機能できる第一の剥離層を形成できればよく、この第一の剥離層の形状は限定されない。例えば、第一の剥離層は、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の裏面１１ｂ側に位置する円柱の側面に沿うような形状であってもよい。
すなわち、第一の剥離層は、ウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂを貫通するように形成されてもよい。ただし、第一の剥離層がこのような形状を有する場合、分離ステップ（Ｓ４）においてウエーハ１１の外周領域が端材として飛び散るおそれがある。そのため、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、ウエーハ１１の裏面１１ｂに至らないように第一の剥離層が形成されることが好ましい。
また、第一の剥離層は、下底面（第一の底面）がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、下底面よりも直径が短い上底面（第二の底面）がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような形状であってもよい。このような第一の剥離層は、例えば、形成される集光点が外周領域に近くなるほどウエーハ１１の表面１１ａに近くなるようにレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射することによって形成される。
図１１は、このような形状を有する第一の剥離層を形成するために、回転するウエーハ１１にレーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す一部断面側面図である。具体的には、このような第一の剥離層を形成する際には、まず、ウエーハ１１の径方向（Ｚ軸方向に垂直な方向）及び厚さ方向（Ｚ軸方向）のそれぞれにおいて、隣接する集光点の位置がウエーハ１１の内部で１０μｍだけずれる複数（例えば、８個）の集光点を形成するようなレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射する。
この場合、複数の集光点のそれぞれを中心として、ウエーハ１１の内部にウエーハ１１を構成する材料の結晶構造が乱れた改質領域２１が形成される。すなわち、平面視においてウエーハ１１の径方向に沿って直線状に並び、かつ、この直線とウエーハ１１の表面１１ａとがなす鋭角の角度が４５°となるような複数の改質領域２１が形成される。
なお、直線状に並ぶ複数の改質領域２１とウエーハ１１の表面１１ａとがなす鋭角の角度は、４５°に限定されない。すなわち、隣接する集光点のウエーハ１１の径方向における間隔がその厚さ方向における間隔と異なる複数の集光点が形成されるように、レーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。
さらに、複数の改質領域２１のそれぞれからは、隣接する一対の改質領域２１を接続するように亀裂２３が伸展する。これにより、複数の改質領域２１と、複数の改質領域２１のそれぞれから進展する亀裂２３とを含む剥離層がウエーハ１１の内部に形成される。
次いで、レーザービーム照射ユニット４２を動作させたまま、貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６を一回転させるように、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源を動作させる。
その結果、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような剥離層（第一の剥離層）がウエーハ１１の外周領域よりも内側の環状の第一の領域に形成される。
このような第一の剥離層が形成される場合には、上述した分離装置６０においてウエーハ１１を分離する際に、新たに露出する複数のデバイス１５が形成されている領域の側面と外周領域の内側面とが互いに接触する蓋然性が低くなる。また、この場合には、第一の剥離層から円錐台の側面に沿った方向に亀裂２３が伸展しやすくなる。
そのため、この場合には、デバイス１５に向かって亀裂２３が伸展する蓋然性も低くなり、デバイス１５の破損を抑制できる。さらに、このような第一の剥離層が形成される場合には、ウエーハ１１の表面１１ａのうち外周領域に近い領域を利用してチップを製造することが容易になる。そのため、この場合には、ウエーハ１１から製造可能なチップの個数を増加させることができる。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源に加えて又は代えて、水平移動機構６及び鉛直移動機構３２を動作させながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。すなわち、ウエーハ１１を回転させるのみならず、集光点のＸＹ座標平面における座標と高さとを変更しながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、互いの集光点の位置が同じ又は近接する複数回のレーザービームＬＢの照射が実施されてもよい。この場合、剥離層に含まれる改質領域２１のサイズが大きくなり、かつ、剥離層に含まれる亀裂２３がさらに伸展する。そのため、この場合には、分離ステップ（Ｓ４）におけるウエーハ１１の分離が容易になる。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、隣接する改質領域２１が亀裂２３を介して接続されるのではなく互いに直接接続されるように、レーザービームＬＢがウエーハ１１に照射されてもよい。この場合、改質領域２１から進展する亀裂２３の形状に依存せずに剥離層の形状を決定できるため、ウエーハ１１の安定的な加工が可能になる。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）のレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）においてレーザービームＬＢが照射される領域は、ウエーハ１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域に限定されない。例えば、このレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）においては、結晶方位［００１］に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。
なお、このようにレーザービームＬＢがウエーハ１１に照射される場合には、以下の結晶面において亀裂２３が伸展しやすくなる。
Figure 2023034254000004
Figure 2023034254000005
さらに、本発明においては、平面視において、結晶方位［０１０］又は結晶方位［００１］から僅かに傾いた方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。この点について、図１２を参照して説明する。
図１２は、それぞれが異なる結晶方位に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢを照射した時にウエーハ１１の内部に形成される剥離層の幅（当該直線状の領域が延在する方向に直交する方向の長さ）を示すグラフである。なお、このグラフの横軸は、平面視において、結晶方位［０１１］に直交する直線状の領域（基準領域）が延在する方向と、測定対象となる直線状の領域（測定領域）が延在する方向とがなす角の角度を示している。
すなわち、このグラフの横軸の値が４５°となる場合、結晶方位［００１］に沿った直線状の領域が測定対象となる。同様に、このグラフの横軸の値が１３５°となる場合、結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域が測定対象となる。また、このグラフの縦軸は、測定領域にレーザービームＬＢを照射することによって測定領域に形成される剥離層の幅を、基準領域にレーザービームＬＢを照射することによって基準領域に形成される剥離層の幅で割った時の値を示している。
図１２に示されるように、剥離層の幅は、基準領域が延在する方向と測定領域が延在する方向とがなす角の角度が４０°～５０°又は１３０°～１４０°である時に広くなる。すなわち、剥離層の幅は、結晶方位［００１］又は結晶方位［０１０］のみならず、これらの結晶方位に対してなす角が５°以下である方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢを照射した時に広くなる。
そのため、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）のレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）においては、平面視において、結晶方位［００１］又は結晶方位［０１０］から５°以下傾いた方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。
すなわち、このレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）においては、結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面のうちウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに露出する結晶面（ここでは、結晶面（１００））と平行であり、かつ、結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位（ここでは、結晶方位［００１］又は結晶方位［０１０］）に対してなす角が５°以下である方向（第一の方向）に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。
また、このようにレーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）が実施される場合には、割り出し送りステップ（Ｓ３２）は、結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面のうちウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに露出する結晶面（ここでは、結晶面（１００））と平行であり、かつ、第一の方向と直交する方向（第二の方向）に沿って、レーザービームＬＢの照射によって集光点が形成されるウエーハ１１の内部の位置を移動させることによって実施される。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の第二の領域の全域に（Ｙ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで）剥離層２５が形成された（ステップＳ３３：ＹＥＳ）後に、再度、レーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）と割り出し送りステップ（Ｓ３２）とを繰り返し実施してもよい。
すなわち、既に剥離層２５が形成されている第二の領域に対して、剥離層２５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。この場合、剥離層２５に含まれる改質領域２１及び亀裂２３のそれぞれの密度が増加する。これにより、分離ステップ（Ｓ４）におけるウエーハ１１の分離が容易になる。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、レーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）の後、かつ、割り出し送りステップ（Ｓ３２）の前に、再度、レーザービーム照射ステップ（Ｓ３１）を実施してもよい。すなわち、既に剥離層２５が形成されている直線状の領域に対して、剥離層２５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。この場合、上記同様、分離ステップ（Ｓ４）におけるウエーハの分離が容易になる。
また、本発明の分離ステップ（Ｓ４）においては、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されているウエーハ１１の分離に先立って、このウエーハ１１に超音波を付与してもよい。この場合、第一の剥離層及び第二の剥離層に含まれる亀裂２３が伸展するため、ウエーハ１１の分離が容易になる。
また、本発明の分離ステップ（Ｓ４）においては、上記の分離装置６０以外の装置を用いてウエーハ１１が分離されてもよい。例えば、本発明の分離ステップ（Ｓ４）においては、ウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域とを分離した後に、ウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とを分離してもよい。
以下では、図１３～図１５を参照して、このような分離ステップ（Ｓ４）の一例について説明する。図１３は、このような分離ステップ（Ｓ４）に供されるウエーハ１１を模式的に示す上面図である。このウエーハ１１の外周領域には、上述した貼り合わせステップ（Ｓ１）に先立って、それぞれがウエーハ１１の径方向に沿って延在する複数の切り欠き１１ｄが形成されている。
この複数の切り欠き１１ｄは、ノッチ１３が形成されている部分を除いて、ウエーハ１１の周方向に沿って概ね等間隔に形成されている。そして、複数の切り欠き１１ｄのそれぞれは、ウエーハ１１の径方向内側の部分が上述した第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）において形成される第一の剥離層に達するように形成される。
また、このウエーハ１１の内部に形成される第一の剥離層は、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の裏面１１ｂ側に位置する円柱の側面に沿うような形状を有する。すなわち、このウエーハ１１においては、ウエーハ１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂを貫通するような第一の剥離層が形成される。
なお、複数の切り欠き１１ｄは、例えば、公知の切削装置においてウエーハ１１を切削することによって形成される。あるいは、複数の切り欠き１１ｄは、公知のレーザー加工装置においてウエーハ１１にレーザーアブレーションを生じさせるレーザービームを照射することによって形成されてもよい。
さらに、ウエーハ１１の外周領域には、複数の切り欠き１１ｄに代えて、それぞれがウエーハ１１の径方向に沿って延在する複数の剥離層がウエーハ１１の外周領域に形成されていてもよい。なお、この剥離層は、例えば、上述した第一の剥離層及び第二の剥離層を形成する方法と同様の方法によって形成される。
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）のそれぞれは、図１３に示されるウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域とを分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。このウエーハ１１の分離は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示される拡張装置７２を用いて行われる。
この拡張装置７２は、固定されている円筒状のドラム７４を有する。このドラム７４の周囲には、支持ユニット７６が設けられている。この支持ユニット７６は、ドラム７４の上端部を囲むように設けられている環状の支持台７８を有する。この支持台７８上には、支持台７８の周方向に沿って概ね等間隔に複数のクランプ８０が設けられている。
また、支持台７８の下方には支持台７８の周方向に沿って概ね等間隔に複数のエアシリンダが設けられており、各エアシリンダのピストンロッド８２の上端部が支持台７８の下部に固定されている。そのため、拡張装置７２においては、複数のエアシリンダを動作させることによって、ピストンロッド８２とともに支持台７８及び複数のクランプ８０を昇降させることができる。
図１３に示されるウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域とを分離する際には、まず、円盤状のエキスパンドテープ２７の一面の周辺領域に環状フレーム２９を貼りつけ、また、その中央領域にウエーハ１１の裏面１１ｂを貼りつける。これにより、ウエーハ１１及び支持ウエーハ１７が貼り合わせられた貼り合わせウエーハと環状フレーム２９とが一体化されたフレームユニットが形成される。
次いで、支持台７８の上面がドラム７４の上端と同一平面上に位置するように複数のエアシリンダを動作させる。次いで、エキスパンドテープ２７を介して環状フレーム２９を支持台７８に載置する。すなわち、支持ウエーハ１７が上を向くようにフレームユニットが支持台７８に載置される。
次いで、環状フレーム２９を複数のクランプ８０によって固定する（図１４（Ａ）参照）。次いで、複数のクランプ８０によって固定された環状フレーム２９を下降させるように複数のエアシリンダを動作させる。これにより、環状フレーム２９が下降した分だけ、ウエーハ１１の径方向に沿って、エキスパンドテープ２７の中央領域が拡張される。
この時、エキスパンドテープ２７に貼りつけられているウエーハ１１には、ウエーハ１１の径方向外側に向かう力が作用する。その結果、第一の剥離層が分離起点となってウエーハ１１の複数のデバイス１５が形成されている領域と外周領域とが分離される（図１４（Ｂ）参照）。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）のそれぞれは、図１４（Ｂ）に示されるウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とを分離する様子を模式的に示す一部断面側面図である。このウエーハ１１の分離は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示される分離装置８４を用いて行われる。この分離装置８４は、図１４（Ｂ）に示されるウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル８６を有する。
この保持テーブル８６は、円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板（不図示）が露出している。さらに、このポーラス板は、保持テーブル８６の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そのため、この吸引源が動作すると、保持テーブル８６の保持面近傍の空間に負圧が生じる。
また、保持テーブル８６の上方には、分離ユニット８８が設けられている。この分離ユニット８８は、円柱状の支持部材９０を有する。この支持部材９０の上部には、例えば、ボールねじ式の昇降機構（不図示）が連結されており、この昇降機構を動作させることによって分離ユニット８８が昇降する。
また、支持部材９０の下端部には、円盤状の吸引板９２の上部の中央に固定されている。この吸引板９２の下面には複数の吸引口が形成されており、複数の吸引口のそれぞれは吸引板９２の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に連通している。そのため、この吸引源が動作すると、吸引板９２の下面近傍の空間に負圧が生じる。
図１４（Ｂ）に示されるウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とを分離する際には、まず、ウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハをエキスパンドテープ２７から取り外す。次いで、この貼り合わせウエーハの支持ウエーハ１７の裏面１７ｂの中心と保持テーブル８６の保持面の中心とを一致させるように、貼り合わせウエーハを保持テーブル８６に載置する。
次いで、貼り合わせウエーハが保持テーブル８６によって保持されるように、この保持面において露出するポーラス板と連通する吸引源を動作させる。次いで、吸引板９２の下面をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させるように、昇降機構を動作させて分離ユニット８８を下降させる。
次いで、ウエーハ１１の裏面１１ｂ側が吸引板９２に形成されている複数の吸引口を介して吸引されるように、複数の吸引口と連通する吸引源を動作させる。次いで、吸引板９２を保持テーブル８６から離隔させるように、昇降機構を動作させて分離ユニット８８を上昇させる（図１５（Ａ）参照）。
この時、裏面１１ｂ側が吸引板９２に形成されている複数の吸引口を介して吸引されているウエーハ１１には、ウエーハ１１の厚さ方向上向きに沿った力が作用する。その結果、第二の剥離層が分離起点となってウエーハ１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とが分離される（図１５（Ｂ）参照）。
その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ ：ウエーハ（１１ａ：表面、１１ｂ：裏面、１１ｃ：側面、１１ｄ：切り欠き）
１３ ：ノッチ
１５ ：デバイス
１７ ：支持ウエーハ（１７ａ：表面、１７ｂ：裏面）
１９ ：接着剤
２１ ：改質領域
２３ ：亀裂
２５（２５－１，２５－２）：剥離層
２７ ：エキスパンドテープ
２９ ：環状フレーム
２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構
８ ：Ｙ軸ガイドレール
１０ ：Ｙ軸移動プレート
１２ ：ねじ軸
１４ ：モータ
１６ ：Ｘ軸ガイドレール
１８ ：Ｘ軸移動プレート
２０ ：ねじ軸
２２ ：モータ
２４ ：テーブル基台
２６ ：保持テーブル（２６ａ：ポーラス板）
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構
３４ ：Ｚ軸ガイドレール
３６ ：Ｚ軸移動プレート
３８ ：モータ
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：レーザー発振器
４６ ：減衰器
４８ ：空間光変調器
５０ ：ミラー
５２ ：照射ヘッド
５４ ：ハウジング
５６ ：撮像ユニット
５８ ：タッチパネル
６０ ：分離装置
６２ ：保持テーブル
６４ ：分離ユニット
６６ ：支持部材
６８ ：把持爪基台
７０ ：把持爪（７０ａ：立設部、７０ｂ：爪部）
７２ ：拡張装置
７４ ：ドラム
７６ ：支持ユニット
７８ ：支持台
８０ ：クランプ
８２ ：ピストンロッド
８４ ：分離装置
８６ ：保持テーブル
８８ ：分離ユニット
９０ ：支持部材
９２ ：吸引板

Claims (5)

  1. 表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面が露出するように製造され、かつ、該表面側に複数のデバイスが形成されるとともに外周領域が面取りされている単結晶シリコンウエーハに対して、形成される集光点が該単結晶シリコンウエーハの内部に位置付けられ、かつ、単結晶シリコンを透過する波長を有するレーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分離起点として該単結晶シリコンウエーハを分離する単結晶シリコンウエーハの加工方法であって、
    該単結晶シリコンウエーハの該表面側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる貼り合わせステップと、
    該単結晶シリコンウエーハの該外周領域よりも内側の環状の第一の領域に対して、該単結晶シリコンウエーハの該裏面側から該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの該複数のデバイスが形成されている領域と該外周領域との間の分離起点となる第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、
    該単結晶シリコンウエーハの該外周領域よりも内側の第二の領域に対して、該単結晶シリコンウエーハの該裏面側から該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンウエーハの該表面側と該裏面側との間の分離起点となる第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、
    該貼り合わせステップ、該第一の剥離層形成ステップ及び該第二の剥離層形成ステップを実施した後、該単結晶シリコンウエーハに外力を付与することによって、該第一の剥離層及び該第二の剥離層を分離起点として該単結晶シリコンウエーハを分離する分離ステップと、を備え、
    該第二の剥離層形成ステップにおいては、
    該特定の結晶面と平行であり、かつ、結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位に対してなす角が５°以下である第一の方向に沿って該単結晶シリコンウエーハと該集光点とを相対的に移動させながら、該第二の領域に含まれる該第一の方向に沿った直線状の領域に該レーザービームを照射するレーザービーム照射ステップと、
    該特定の結晶面と平行であり、かつ、該第一の方向と直交する第二の方向に沿って、該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンウエーハの内部の位置を移動させる割り出し送りステップと、
    を繰り返し実施することによって、該第二の剥離層が形成されることを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該第一の剥離層形成ステップは、該第二の剥離層形成ステップを実施する前に実施されることを特徴とする請求項１記載のウエーハの加工方法。
  3. 該第二の領域は、該第一の領域よりも内側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のウエーハの加工方法。
  4. 該第一の剥離層形成ステップにおいては、該単結晶シリコンウエーハの該裏面に至らないように該第一の剥離層が形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  5. 該第一の剥離層形成ステップにおいては、形成される該集光点が該外周領域に近くなるほど該単結晶シリコンウエーハの該表面に近くなるように該レーザービームを照射することによって、第一の底面が該単結晶シリコンウエーハの該表面側に位置し、かつ、該第一の底面よりも直径が短い第二の底面が該単結晶シリコンウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような該第二の剥離層が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
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