JP7203666B2 - レーザー加工装置、薄化システム、レーザー加工方法、および薄化方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザー加工装置、薄化システム、レーザー加工方法、および薄化方法に関する。

特許文献１に記載の積層ウェハの加工方法は、積層ウェハ形成ステップと、改質面形成ステップと、分離ステップとを有する。積層ウェハ形成ステップは、第１ウェハと第２ウェハとを積層することにより、積層ウェハを形成する。改質面形成ステップは、第１ウェハの内部にレーザー光線の集光点を形成することにより、第１ウェハの内部に改質面を形成する。分離ステップは、改質面を境界に第１ウェハの一部を積層ウェハから分離する。

特開２０１５－０３２６９０号公報

本開示の一態様は、改質層を形成する時に生じるクラック同士のつながりを向上できる、技術を提供する。

本開示の一態様に係るレーザー加工装置は、
板状または柱状の処理体を保持する保持部と、
前記保持部で前記処理体を保持した状態で、前記処理体の厚さ方向における前記処理体の分割面にレーザー光線の集光点を形成し、前記集光点に改質層を形成する集光照射部と、
前記分割面における前記集光点を変位させる変位部と、
前記分割面での前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する制御部とを備える。

本開示の一態様によれば、改質層を形成する時に生じるクラック同士のつながりを向上できる。

図１は、一実施形態に係る薄化システムを示す平面図である。 図２は、一実施形態に係る下地基板、デバイス層、および支持基板を示す側面図である。 図３は、一実施形態に係る薄化方法を示すフローチャートである。 図４は、一実施形態に係る第１改質層および第２改質層の形成時のレーザー加工装置を示す断面図である。 図５は、一実施形態に係る第１分割面および第２分割面の位置を示す平面図である。 図６は、一実施形態に係る第３改質層の形成時のレーザー加工装置を示す断面図である。 図７は、下地基板の回転時に形成される第３改質層の位置の一例を示す平面図である。 図８は、図７に続いて、下地基板の回転時に形成される第３改質層の位置の一例を示す平面図である。 図９は、一実施形態に係る薄化装置を示す断面図である。 図１０は、薄化装置で薄化した直後の下地基板の第２主表面の参考例を示す写真である。 図１１は、下地基板の１回転中に第１領域のみに第３改質層を形成する処理の一例を示す平面図である。 図１２は、下地基板の１回転中に第２領域のみに第３改質層を形成する処理の一例を示す平面図である。 図１３は、変形例に係る第１領域と第２領域とを示す平面図である。 図１４は、変形例に係る薄化方法を示すフローチャートである。 図１５は、曲げ変形を実施する前の、曲げ変形装置の第１例を示す断面図である。 図１６は、曲げ変形を実施した後の、曲げ変形装置の第１例を示す断面図である。 図１７は、曲げ変形装置の第２例を示す断面図である。 図１８は、曲げ変形装置の第２例を示す平面図である。 図１９は、曲げ変形装置の第３例を示す断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。本明細書において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

図１は、一実施形態に係る薄化システムを示す平面図である。薄化システム１は、下地基板１００を薄化する。下地基板１００は、円板状の処理体である。また、薄化システム１は、下地基板１００を薄化する前に、下地基板１００のベベル１０４を除去する。ベベル１０４とは、面取り加工が施された部分である。ベベル１０４は、図２ではＲ面取り加工が施された部分であるが、Ｃ面取り加工が施された部分であってもよい。

下地基板１００は、例えばシリコンウェハまたは化合物半導体ウェハなどの半導体基板である。下地基板１００の片面には、図２に示すようにデバイス層１１０が予め形成される。デバイス層１１０は、電子回路である。以下、下地基板１００のデバイス層１１０が形成される主表面を、第１主表面１０１とも呼ぶ。また、第１主表面１０１とは反対向きの主表面を、第２主表面１０２とも呼ぶ。第２主表面１０２は、下地基板１００の薄化によって第１主表面１０１に近づく。

図２は、一実施形態に係る下地基板、デバイス層、および支持基板を示す側面図である。デバイス層１１０の、下地基板１００とは反対側の表面には、酸化層１２０が形成される。酸化層１２０は、下地基板１００のベベル１０４を円滑に除去すべく、下地基板１００の直径よりも小さく形成される。酸化層１２０は、例えば酸化シリコン層である。酸化シリコン層は、例えばオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）で形成される。

支持基板１３０は、下地基板１００と同様に、シリコンウェハまたは化合物半導体ウェハなどの半導体基板である。支持基板１３０は、デバイス層１１０を介して下地基板１００と貼合される。

支持基板１３０の、デバイス層１１０に対向する表面には、酸化層１４０が形成される。酸化層１４０は、酸化層１２０と同様に形成される。なお、酸化層１４０と支持基板１３０との間には、不図示のデバイス層が形成されてもよい。

重合基板１５０は、下地基板１００と、デバイス層１１０と、２つの酸化層１２０、１４０と、支持基板１３０とを有する。２つの酸化層１２０、１４０は、加熱処理によって結合される。なお、重合基板１５０は、２つの酸化層１２０、１４０のうちの１つのみを有してもよい。

薄化システム１は、下地基板１００を薄化する。また、薄化システム１は、下地基板１００を薄化する前に、下地基板１００のベベル１０４を除去する。薄化システム１は、図１に示すように、搬入出ステーション２と、処理ステーション３と、制御装置９とを備える。搬入出ステーション２と、処理ステーション３とは、この順で、Ｘ軸方向負側からＸ軸方向正側に配置される。

搬入出ステーション２は、複数の載置部２１を備える。複数の載置部２１は、Ｙ軸方向に一列に配置される。複数の載置部２１には、複数のカセットＣＳ１～ＣＳ３が載置される。カセットＣＳ１は、処理前の重合基板１５０を鉛直方向に間隔をおいて複数収容する。カセットＣＳ２は、処理後の重合基板１５０を鉛直方向に間隔をおいて複数収容する。カセットＣＳ３は処理の途中で異常の生じた重合基板１５０を鉛直方向に間隔をおいて複数収容する。なお、載置部２１の数は特に限定されない。同様に、カセットＣＳ１～ＣＳ３の数も特に限定されない。

また、搬入出ステーション２は、搬送部２３を備える。搬送部２３は、複数の載置部２１の隣に配置され、例えばこれらのＸ軸方向正側に配置される。また、搬送部２３は、受渡部２６の隣に配置され、例えば受渡部２６のＸ軸方向負側に配置される。搬送部２３は、搬送装置２４を内部に備える。

搬送装置２４は、重合基板１５０を保持する保持機構を備える。保持機構は、水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向）および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能である。搬送装置２４は、複数の載置部２１に載置された複数のカセットＣＳ１～ＣＳ３と、受渡部２６との間で、重合基板１５０を搬送する。

また、搬入出ステーション２は、受渡部２６を備える。受渡部２６は、搬送部２３の隣に配置され、例えば搬送部２３のＸ軸方向正側に配置される。また、受渡部２６は、処理ステーション３の隣に配置され、例えば、処理ステーション３のＸ軸方向負側に配置される。受渡部２６は、トランジション装置２７を有する。トランジション装置２７は、重合基板１５０を一時的に収容する。複数のトランジション装置２７が鉛直方向に積み重ねられてもよい。トランジション装置２７の配置や個数は、特に限定されない。

処理ステーション３は、第１処理ブロック４と、第２処理ブロック５と、搬送ブロック６とを備える。第１処理ブロック４は、搬送ブロック６の隣に配置され、例えば、搬送ブロック６のＹ軸方向正側に配置される。第２処理ブロック５は、搬送ブロック６の隣に配置され、例えば、搬送ブロック６のＹ軸方向負側に配置される。

第１処理ブロック４は、例えば、レーザー加工装置４１と、ベベル除去装置４２と、薄化装置４３とを有する。レーザー加工装置４１は、図４に示すように下地基板１００の内部にレーザー光線ＬＢの集光点Ｐを形成し、その集光点Ｐに第１改質層Ｍ１および第２改質層Ｍ２を形成する。ベベル除去装置４２は、下地基板１００に外力を加え、第１改質層Ｍ１を起点に形成される第１クラックＣ１と、第２改質層Ｍ２を起点に形成される第２クラックＣ２とを伸展し、下地基板１００のベベル１０４を除去する。レーザー加工装置４１は、図６に示すように下地基板１００の内部にレーザー光線ＬＢの集光点Ｐを形成し、その集光点Ｐに第３改質層Ｍ３を形成する。薄化装置４３は、図９に示すように下地基板１００に外力を加え、第３改質層Ｍ３を起点に形成される第３クラックＣ３を面状に広げ、下地基板１００を厚さ方向に分割し、下地基板１００を薄化する。

第２処理ブロック５は、例えば、洗浄装置５１と、エッチング装置５２とを有する。洗浄装置５１は、下地基板１００の第２主表面１０２を洗浄する。エッチング装置５２は、下地基板１００の第２主表面１０２をエッチングする。薄化で生じたダメージ層を除去できる。

搬送ブロック６は、トランジション装置２７の隣に配置され、例えばトランジション装置２７のＸ軸方向正側に配置される。搬送ブロック６は、搬送装置６１を内部に備える。搬送装置６１は、重合基板１５０を保持する保持機構を備える。保持機構は、水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向）および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能である。搬送装置６１は、重合基板１５０を、トランジション装置２７、レーザー加工装置４１、ベベル除去装置４２、薄化装置４３、洗浄装置５１およびエッチング装置５２に対して、予め設定された順番で搬送する。

なお、レーザー加工装置４１、ベベル除去装置４２、薄化装置４３、洗浄装置５１およびエッチング装置５２の配置および個数は、図１に示す配置および個数に限定されない。これらの装置のうちの、複数の装置が鉛直方向に積み重ねられてもよい。一の装置の内部に、他の一の装置が組み込まれてもよい。

制御装置９は、例えばコンピュータであり、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、薄化システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御装置９は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、薄化システム１の動作を制御する。また、制御装置９は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを備える。制御装置９は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。

上記プログラムは、例えばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶され、その記憶媒体から制御装置９の記憶媒体９２にインストールされる。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御装置９の記憶媒体９２にインストールされてもよい。

図３は、一実施形態に係る薄化方法を示すフローチャートである。薄化方法は、図３の工程Ｓ１０１～Ｓ１０６を含む。これらの工程Ｓ１０１～Ｓ１０６は、制御装置９による制御下で実施される。

先ず、搬送装置２４が、載置部２１に載置されたカセットＣＳ１から重合基板１５０を取り出し、トランジション装置２７に搬送する。続いて、搬送装置６１が、トランジション装置２７から重合基板１５０を受け取り、レーザー加工装置４１に搬送する。

図４は、一実施形態に係る第１改質層および第２改質層の形成時のレーザー加工装置を示す断面図である。図５は、一実施形態に係る第１分割面および第２分割面の位置を示す平面図である。

レーザー加工装置４１は、保持部２１０と、集光照射部２２０と、変位部２３０とを有する。保持部２１０は、下地基板１００の第２主表面１０２を上に向けて、下地基板１００を下方から水平に保持する。例えば、保持部２１０は、支持基板１３０およびデバイス層１１０を介して下地基板１００を保持する。保持部２１０は、真空チャックまたは静電チャックなどである。

集光照射部２２０は、集光レンズ２２１を有する。集光レンズ２２１は、保持部２１０で下地基板１００を保持した状態で、下地基板１００を基準としてデバイス層１１０とは反対側（例えば上側）から、下地基板１００の内部にレーザー光線ＬＢの集光点Ｐを形成し、その集光点Ｐに改質層を形成する。レーザー光線ＬＢは、パルス発振される。

下地基板１００が単結晶シリコンである場合、レーザー光線ＬＢとして赤外線が用いられる。赤外線は単結晶シリコンに対して高い透過性を有し、赤外線の集光点Ｐに、改質層としてアモルファスシリコン層が形成される。改質層は、下地基板１００の分割の起点になる。下地基板１００の分割は、応力の印加によって行われる。

集光照射部２２０は、空間光変調器２２２を有する。空間光変調器２２２は、レーザー光線ＬＢの空間分布を制御する。空間分布は、例えば位相、偏波面、振幅、強度および伝播方向を含む。空間光変調器２２２は、例えばＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を含む。空間光変調器２２２は、下地基板１００の第２主表面１０２から集光点Ｐまでの深さを調節できる。また、空間光変調器２２２は、下地基板１００に照射されるレーザー光線ＬＢの形状および数のうちの少なくとも１つを調節できる。空間光変調器２２２は、複数の点に同時にレーザー光線ＬＢを照射できる。

変位部２３０は、保持部２１０と集光照射部２２０とを相対的に変位させ、下地基板１００における集光点Ｐを変位させる。変位部２３０は、例えば、第１駆動部２３１と、第２駆動部２３２と、第３駆動部２３３とを有する。第１駆動部２３１は、保持部２１０を、鉛直な回転軸２１１を中心に回転させる。第２駆動部２３２は、保持部２１０を、水平なガイドレール２１２に沿って移動させる。第３駆動部２３３は、集光照射部２２０を、鉛直方向に移動させる。

第１駆動部２３１と第２駆動部２３２とは、レーザー光線ＬＢの集光点Ｐを、下地基板１００の周方向と下地基板１００の径方向とに変位させる。第２駆動部２３２は、本実施形態では保持部２１０を水平方向に移動させるが、集光照射部２２０を水平方向に移動させてもよい。

また、第３駆動部２３３は、レーザー光線ＬＢの集光点Ｐを、下地基板１００の厚さ方向に変位させる。第３駆動部２３３は、本実施形態では集光照射部２２０を鉛直方向に移動させるが、保持部２１０を鉛直方向に移動させてもよい。

レーザー加工装置４１は、下地基板１００を径方向に分割する第１分割面Ｄ１に、第１改質層Ｍ１を形成する（図１のＳ１０１）。第１分割面Ｄ１は、下地基板１００の外周面１０３と同心円状の円周面である。第１改質層Ｍ１は、下地基板１００の周方向と下地基板１００の厚さ方向に間隔をおいて複数形成される。第１改質層Ｍ１の形成時に、第１改質層Ｍ１同士をつなぐ第１クラックＣ１が生じる。

第１分割面Ｄ１は、下地基板１００のベベル１０４よりも径方向内側に配置される。第１分割面Ｄ１よりも径方向外側の部分１０５を除去することにより、ベベル１０４を除去できる。ベベル１０４を除去したうえで下地基板１００の薄化を行うことができ、いわゆるナイフエッジ１０６の発生を防止できる。

また、レーザー加工装置４１は、第１分割面Ｄ１から下地基板１００の外周面１０３まで放射状に延びる複数の第２分割面Ｄ２に、第２改質層Ｍ２を形成する（図１のＳ１０１）。第２改質層Ｍ２は、下地基板１００の径方向および厚さ方向に間隔をおいて複数形成される。第２改質層Ｍ２の形成時に、第２改質層Ｍ２同士をつなぐ第２クラックＣ２が生じる。

第２分割面Ｄ２の数は、図５では８つであるが、２つ以上であればよい。第２分割面Ｄ２の数が２つ以上であれば、リング形状の周縁部１０５を、周方向に分割して除去できる。

第１改質層Ｍ１と第２改質層Ｍ２とは、どちらが先に形成されてもよい。第１改質層Ｍ１と第２改質層Ｍ２の形成（図１のＳ１０１）の後、搬送装置６１が、レーザー加工装置４１から重合基板１５０を受け取り、ベベル除去装置４２に搬送する。

次いで、ベベル除去装置４２が、下地基板１００に外力を加え、第１改質層Ｍ１を起点に形成される第１クラックＣ１と、第２改質層Ｍ２を起点に形成される第２クラックＣ２とを伸展し、下地基板１００のベベル１０４を除去する（図１のＳ１０２）。ベベル１０４の除去によって、下地基板１００は径方向に縮小する。径方向に縮小した下地基板１００の外周面１０３は、第１分割面Ｄ１と一致する。その後、搬送装置６１が、ベベル除去装置４２から重合基板１５０を受け取り、レーザー加工装置４１に搬送する。

図６は、一実施形態に係る第３改質層の形成時のレーザー加工装置を示す断面図である。図７は、下地基板の回転時に形成される第３改質層の位置の一例を示す平面図である。図８は、図７に続いて、下地基板の回転時に形成される第３改質層の位置の一例を示す平面図である。図８に示す第３改質層Ｍ３の位置と、図７に示す第３改質層Ｍ３の位置とは、下地基板１００の径方向にずれている。

図６に示すように、レーザー加工装置４１は、下地基板１００を厚さ方向に分割する第３分割面Ｄ３に、第３改質層Ｍ３を形成する（図１のＳ１０３）。第３分割面Ｄ３は、下地基板１００の第１主表面１０１および第２主表面１０２に対して平行な平坦面である。レーザー加工装置４１は、第３分割面Ｄ３における集光点Ｐを、第３分割面Ｄ３の周方向と径方向とに変位させ、複数の第３改質層Ｍ３を分散して形成する。

第３分割面Ｄ３の周方向に集光点Ｐを変位することと、第３分割面Ｄ３の径方向に集光点Ｐを変位することとが交互に行われ、第３改質層Ｍ３が図８に示すように同心円状に配列される。なお、第３分割面Ｄ３の周方向に集光点Ｐを変位することと、第３分割面Ｄ３の径方向に集光点Ｐを変位することとが同時に行われ、第３改質層Ｍ３が螺旋状に配列されてもよい。

第３改質層Ｍ３は、第３分割面Ｄ３の面内に分散して複数形成される。第３改質層Ｍ３の形成時に、第３改質層Ｍ３同士をつなぐ第３クラックＣ３が生じる。その後、搬送装置６１が、レーザー加工装置４１から重合基板１５０を受け取り、薄化装置４３に搬送する。

図９は、一実施形態に係る薄化装置を示す断面図である。薄化装置４３は、下地基板１００に外力を加え、第３改質層Ｍ３を起点に形成される第３クラックＣ３を面状に広げ、下地基板１００を厚さ方向に分割し、下地基板１００を薄化する（図１のＳ１０４）。

薄化装置４３は、例えば、第１保持部３１０と、第２保持部３２０と、外力印加部３３０とを有する。第１保持部３１０と、第２保持部３２０とは、下地基板１００を挟んで配置され、下地基板１００を上下両側から水平に保持する。外力印加部３３０は、第１保持部３１０と第２保持部３２０とを相対的に変位させ、下地基板１００に外力を印加する。

外力印加部３３０は、例えば、第１駆動部３３１と、第２駆動部３３２とを有する。第１駆動部３３１は、第１保持部３１０と第２保持部３２０とを鉛直方向に相対的に移動させ、第３分割面Ｄ３に引張応力を生じさせる。第２駆動部３３２は、鉛直な回転中心線を中心に、第１保持部３１０と第２保持部３２０とを相対的に回転させ、第３分割面Ｄ３に対してねじり応力を印加する。

薄化装置４３は、上記の通り、下地基板１００を薄化する。薄化した下地基板１００は、デバイス層１１０が形成済みの第１主表面１０１と、第１主表面１０１とは反対向きの第２主表面１０２とを有する。第２主表面１０２は、第３分割面Ｄ３と一致する。その後、搬送装置６１が、薄化装置４３から重合基板１５０を受け取り、洗浄装置５１に搬送する。

次いで、洗浄装置５１が、下地基板１００の第２主表面１０２を洗浄する（図１のＳ１０５）。洗浄方法は、例えばスクラブ洗浄である。第２主表面１０２を洗浄することにより、薄化（図１のＳ１０４）で生じたパーティクルなどを除去できる。その後、搬送装置６１が、洗浄装置５１から重合基板１５０を受け取り、エッチング装置５２に搬送する。

次いで、エッチング装置５２が、下地基板１００の第２主表面１０２をエッチングする（図１のＳ１０６）。エッチング方法は、例えばウェットエッチングである。第２主表面１０２をエッチングすることにより、第３改質層Ｍ３などのダメージ層を除去できる。

その後、搬送装置６１が、エッチング装置５２から重合基板１５０を受け取り、トランジション装置２７に搬送する。続いて、搬送装置２４が、トランジション装置２７から重合基板１５０を受け取り、載置部２１に載置されたカセットＣＳ２に搬送する。その後、今回の処理が終了する。

なお、工程Ｓ１０１～Ｓ１０６の順番は、図３に示す順番には限定されない。例えば、第３改質層Ｍ３の形成（Ｓ１０３）の後に、第１改質層Ｍ１および第２改質層Ｍ２の形成（Ｓ１０１）が行われてもよい。また、第１改質層Ｍ１および第２改質層Ｍ２の形成（Ｓ１０１）とベベル１０４の除去（Ｓ１０２）とは行われなくてもよい。また、薄化（Ｓ１０４）の後、エッチング（Ｓ１０６）の前に、第２主表面１０２の研削が行われてもよい。

図１０は、薄化装置で薄化した直後の下地基板の第２主表面の参考例を示す写真である。図１０に示す下地基板１００は単結晶シリコンウェハであり、その第２主表面１０２の面指数は（００１）であった。第２主表面１０２の方位指数のうち、＜１１０＞、＜１００＞を図１０に示す。図１０には、方位指数を表す方位角を併記する。＜１１０＞は方位角０°であり、＜１００＞は方位角４５°である。

本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上にバーを付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

円形の第２主表面１０２は、その周方向に、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを交互に４つずつ有する。４つの第１領域Ａ１および４つの第２領域Ａ２は、それぞれ、中心角が４５°の扇形である。第１領域Ａ１は、その周方向中心の方位角が０°、９０°、１８０°、２７０°である。一方、第２領域Ａ２は、その周方向中心の方位角が４５°、１３５°、２２５°、３１５°である。

図１０から明らかなように、第１領域Ａ１に比べて、第２領域Ａ２では、画像の輝度ムラが大きいことから、表面粗さが大きいことが分かる。これは、第３クラックＣ３の伸びやすさが、単結晶シリコンウェハの方位角に応じて変化するからである。第１領域Ａ１に比べて、第２領域Ａ２では、第３改質層Ｍ３の形成時に第３クラックＣ３が伸び難く、第３クラックＣ３同士のつながりが不十分である。その結果、第１領域Ａ１に比べて、第２領域Ａ２では、その後の薄化（図１のＳ１０４）で第３クラックＣ３を面状に広げる時に第３クラックＣ３同士のずれが生じやすく、表面粗さが大きくなると推定される。なお、第２領域Ａ２の表面粗さを小さくするには第３改質層Ｍ３のピッチを小さくすることも考えられるが、その場合、スループットが悪くなってしまう。

そこで、本実施形態の制御装置９は、第３分割面Ｄ３での集光点Ｐの位置に応じて、第３分割面Ｄ３でのレーザー光線ＬＢの形状を変更する。その形状は、第２主表面１０２でのレーザー光線ＬＢの形状を相似縮小した形状であるので、第２主表面１０２でも確認できる。以下、第３分割面Ｄ３でのレーザー光線ＬＢの形状をスポット形状とも呼ぶ。スポット形状の変更によって、熱応力分布を変更できるので、第３クラックＣ３の伸びやすさを改善でき、第２領域Ａ２の表面粗さを低減できる。

例えば、制御装置９は、第３分割面Ｄ３の周方向における集光点Ｐの位置に応じて、スポット形状を変更する。具体的には、制御装置９は、第３分割面Ｄ３の周方向に交互に並ぶ第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とで、スポット形状を変更する。スポット形状の変更は、例えば空間光変調器２２２によって行う。空間光変調器２２２は、上記の通り、レーザー光線ＬＢの空間分布を制御できるので、スポット形状を変更できる。

スポット形状は、第１領域Ａ１では第１形状であり、第２領域Ａ２では第１形状とは異なる第２形状である。第１形状は例えば円形であり、第２形状は例えば楕円形である。スポット形状は、円形、または楕円形には限定されず、例えば、長方形またはひし形などであってもよい。なお、図１０に示す従来例では、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との両方で、スポット形状が円形であった。

図１１は、下地基板の１回転中に第１領域のみに第３改質層を形成する処理の一例を示す平面図である。図１２は、下地基板の１回転中に第２領域のみに第３改質層を形成する処理の一例を示す平面図である。図１１および図１２に示すように、円形の第３分割面Ｄ３は、その周方向に、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを交互に繰り返し有する。第１領域Ａ１および第２領域Ａ２は、それぞれ、扇形である。

例えば、制御装置９は、図１１に示すように、下地基板１００を１回転させる間に、複数の第１領域Ａ１のそれぞれに第３改質層Ｍ３を形成する。下地基板１００を１回転させるのは、第３分割面Ｄ３における集光点Ｐの位置を、第３分割面Ｄ３の周方向に１回転させるためである。制御装置９は、下地基板１００を１回転させる間に、複数の第１領域Ａ１のみに第３改質層Ｍ３を形成する。その間、空間光変調器２２２がスポット形状を切換えないので、切換えにかかる時間を省略できる。

続いて、制御装置９は、図１２に示すように、下地基板１００を１回転させる間に、複数の第２領域Ａ２のそれぞれに第３改質層Ｍ３を形成する。制御装置９は、下地基板１００を１回転させる間に、複数の第２領域Ａ２のみに第３改質層Ｍ３を形成する。その間、空間光変調器２２２がスポット形状を切換えないので、切換えにかかる時間を省略できる。

次いで、制御装置９は、下地基板１００をＸ軸方向に移動させる。下地基板１００をＸ軸方向に移動させるのは、第３分割面Ｄ３における集光点Ｐを、第３分割面Ｄ３の径方向に変位させるためである。その後、制御装置９は、下地基板１００の１回転中に第１領域Ａ１のみに第３改質層Ｍ３を形成することと、下地基板１００の１回転中に第２領域Ａ２のみに第３改質層Ｍ３を形成することとを実施する。

上記の通り、制御装置９は、下地基板１００の１回転中に第１領域Ａ１のみに第３改質層Ｍ３を形成することと、下地基板１００の１回転中に第２領域Ａ２のみに第３改質層Ｍ３を形成すること、下地基板１００をＸ軸方向に移動させることとを繰り返し実施する。これにより、第３分割面Ｄ３の全体に、第３改質層Ｍ３を形成できる。第３改質層Ｍ３は、径方向外側から径方向内側に順次形成されるが、径方向内側から径方向外側に順次形成されてもよい。つまり、制御装置９は、第３分割面Ｄにおける集光点Ｐを、第３分割面Ｄ３の径方向外側から径方向内側に変位させる代わりに、径方向内側から径方向外側に変位させてもよい。

なお、制御装置９は、上記の通り、空間光変調器２２２によるスポット形状の切換えにかかる時間を省略すべく、下地基板１００の１回転中に第１領域Ａ１と第２領域Ａ２のうちのいずれか１つのみに第３改質層Ｍ３を形成するが、本開示の技術はこれには限定されない。

例えば、制御装置９は、下地基板１００の１回転中に、一の集光照射部２２０によって第１領域Ａ１のみに第３改質層Ｍ３を形成し、且つ、他の一の集光照射部２２０によって第２領域Ａ２のみに第３改質層Ｍ３を形成してもよい。つまり、制御装置９は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とで、スポット形状を切換えるべく、集光照射部２２０を切換えてもよい。この場合も、空間光変調器２２２がスポット形状を切換えないので、切換えにかかる時間を省略できる。また、下地基板１００の１回転中に第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の両方に第３改質層Ｍ３を形成するので、下地基板１００の回転回数を半分に低減でき、所要時間を短縮できる。

図１３は、変形例に係る第１領域と第２領域とを示す平面図である。図１１および図１２に示す例では、制御装置９は、第３分割面Ｄ３の周方向における集光点Ｐの位置に応じて、レーザー光線ＬＢのスポット形状を変更する。これに対し、図１３に示す例では、制御装置９は、第３分割面Ｄ３の径方向における集光点Ｐの位置に応じて、レーザー光線ＬＢのスポット形状を変更する。

図１３に示すように、円形の第３分割面Ｄ３は、その径方向に、第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２とを交互に繰り返し有する。第１領域Ｂ１および第２領域Ｂ２は、それぞれ、リング形状である。制御装置９は、下地基板１００の径方向に交互に並ぶ第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２とで、レーザー光線ＬＢのスポット形状を切換える。

スポット形状は、第１領域Ｂ１では第１形状であり、第２領域Ｂ２では第１形状とは異なる第２形状である。第１形状は、図１０に示す第１領域Ａ１で第３クラックＣ３同士をつなげるのに適した形状、例えば円形である。一方、第２形状は、図１０に示す第２領域Ａ２で第３クラックＣ３同士をつなげるのに適した形状、例えば楕円形である。その結果、第３クラックＣ３同士が、第３分割面Ｄ３の全体的に均等につながる。

例えば、制御装置９は、（１）下地基板１００を１回転させる間に、第１領域Ｂ１に第３改質層Ｍ３を形成する。続いて、制御装置９は、（２）下地基板１００をＸ軸方向に移動させる。次いで、制御装置９は、（３）下地基板１００を１回転させる間に、第２領域Ｂ２に第３改質層Ｍ３を形成する。次いで、制御装置９は、（４）下地基板１００をＸ軸方向に移動させる。

その後、制御装置９は、上記（１）、（２）、（３）および（４）を繰り返し実施する。これにより、第３分割面Ｄ３の全体に、第３改質層Ｍ３を形成できる。第３改質層Ｍ３は、径方向外側から径方向内側に順次形成されるが、径方向内側から径方向外側に順次形成されてもよい。

制御装置９は、上記の通り、下地基板１００の１回転中に第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２のうちのいずれか１つのみに第３改質層Ｍ３を形成する。その間、空間光変調器２２２がスポット形状を切換えないので、切換えにかかる時間を省略できる。また、下地基板１００の１回転中に、１つの集光点Ｐのみで、第３分割面Ｄ３の周方向全体に第３改質層Ｍ３を形成できる。

なお、制御装置９は、上記の通り、下地基板１００の１回転中に第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２のうちのいずれか１つのみに第３改質層Ｍ３を形成するが、本開示の技術はこれには限定されない。空間光変調器２２２は、上記の通り、複数の点に同時にレーザー光線ＬＢを照射できるので、下地基板１００の１回転中に第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２との両方に同時に第３改質層Ｍ３を形成できる。

また、制御装置９は、下地基板１００の１回転中に、一の集光照射部２２０によって第１領域Ｂ１のみに第３改質層Ｍ３を形成し、且つ、他の一の集光照射部２２０によって第２領域Ｂ２のみに第３改質層Ｍ３を形成してもよい。つまり、制御装置９は、第１領域Ｂ１と第２領域Ｂ２とで、スポット形状を切換えるべく、集光照射部２２０を切換えてもよい。

図１４は、変形例に係る薄化方法を示すフローチャートである。図１４に示す薄化方法は、第３改質層Ｍ３の形成（Ｓ１０３）の後、薄化（Ｓ１０４）の前に、曲げ変形（Ｓ１１１）を含む。以下、図３に示す薄化方法との相違点について主に説明する。

図１５は、曲げ変形を実施する前の、曲げ変形装置の第１例を示す断面図である。図１６は、曲げ変形を実施した後の、曲げ変形装置の第１例を示す断面図である。曲げ変形装置４５は、下地基板１００を曲げ変形し、下地基板１００の外周で第３クラックＣ３を開く。第３クラックＣ３を開くことで、くさび形の空間が形成される。下地基板１００の外周に薄化の起点を形成できるので、薄化を容易に実施できる。

曲げ変形装置４５は保持部４１０を有し、保持部４１０はリング４１１と蓋４１６とを含む。リング４１１は、下地基板１００を支持する支持面４１２を有する。支持面４１２は、第３クラックＣ３を開く部分を、片側（例えば下側）から平坦に支持する。リング４１１は、例えば、支持基板１３０およびデバイス層１１０を介して下地基板１００を支持する。蓋４１６は、リング４１１の内側の空間４１５を、下地基板１００とは反対側から塞ぐ。リング４１１が下地基板１００を支持すると、リング４１１と下地基板１００と蓋４１６とが空間４１５を密閉する。

曲げ変形装置４５は排気部４２０を有し、排気部４２０はリング４１１の支持面４１２と、密閉された空間４１５とに負圧を発生させる。排気部４２０は、例えば真空ポンプなどの排気源と、負圧の大きさを制御する圧力制御器とを含む。排気部４２０の数は、１つでもよいが、図１５に示すように複数であってよい。リング４１１の支持面４１２と、密閉された空間４１５とに独立に負圧を発生できる。

リング４１１は、支持面４１２に、吸引溝４１３を有する。吸引溝４１３は、例えばリング形状に形成される。吸引溝４１３の本数は、１本であるが、複数本であってもよい。複数本の吸引溝４１３は、同心円状に配置される。排気部４２０は、吸引溝４１３のガスを排気し、支持面４１２に負圧を発生させ、支持面４１２に下地基板１００を吸着させる。

排気部４２０は、密閉された空間４１５のガスを排気し、空間４１５に負圧を発生させ、空間４１５に下地基板１００を引き込み、下地基板１００を曲げ変形させる。曲げ応力によって、下地基板１００の外周で第３クラックＣ３が開き、くさび形の空間が形成される。その結果、第３クラックＣ３を開く部分の、リング４１１とは反対側の表面が変位する。

曲げ変形装置４５は、第３クラックＣ３を開く部分の、リング４１１とは反対側の表面の変位を計測する変位計４３０を有する。変位計４３０として、例えば非接触式のレーザー変位計が用いられる。なお、変位計４３０として、接触式のものが用いられてもよい。変位計４３０は、その計測結果を制御装置９に送信する。制御装置９は、変位計４３０の計測結果に基づき、第３クラックＣ３の開きの大きさが基準の大きさ以上か否かを判断できる。基準の大きさは、薄化（Ｓ１０４）を容易に実施できるように、例えば薄化でチッピングが生じないように、予め実験等で決められる。

制御装置９は、変位計４３０の計測結果に基づき、空間４１５の負圧の大きさを制御してもよい。空間４１５の負圧の大きさが大きいほど、下地基板１００の曲げ変形が大きく、曲げ応力の大きさが大きいので、第３クラックＣ３の開きの大きさが大きい。制御装置９は、第３クラックＣ３の開きの大きさが基準の大きさよりも小さいと判断した場合、空間４１５の負圧の大きさを大きくする。その結果、第３クラックＣ３を大きく開くことができる。

曲げ変形装置４５は、例えば図１に示す第１処理ブロック４に備えられる。曲げ変形装置４５は、レーザー加工装置４１、ベベル除去装置４２および薄化装置４３から選ばれる少なくとも１つと、水平に並べて配置されてもよいし、鉛直に並べて配置されてもよい。また、曲げ変形装置４５はレーザー加工装置４１に組込まれてもよく、曲げ変形装置４５の保持部４１０はレーザー加工装置４１の保持部２１０を兼ねてもよい。また、曲げ変形装置４５は、レーザー加工装置４１ではなく、ベベル除去装置４２または薄化装置４３に組込まれてもよい。

図１７は、曲げ変形装置の第２例を示す断面図である。図１８は、曲げ変形装置の第２例を示す平面図である。以下、図１５および図１６に示す曲げ変形装置４５との相違点について主に説明する。

図１７および図１８に示すように、保持部４１０は、リング４１１の内側に、下地基板１００を支持する支持ピン４１７を有する。支持ピン４１７は、リング４１１の周方向に間隔をおいて複数設けられる。複数の支持ピン４１７に沿って下地基板１００を波状に変形でき、曲げ応力の大きさを下地基板１００の周方向に周期的に変更できる。その結果、曲げ応力の大きさの大きい部分で、第３クラックＣ３の開きの大きさを大きくできる。

図１９は、曲げ変形装置の第３例を示す断面図である。以下、図１５～図１８に示す曲げ変形装置４５との相違点について主に説明する。

図１９に示すように、曲げ変形装置４５は保持部５１０を有し、保持部５１０は下地基板１００を支持基板１３０とは反対側から保持する。保持部５１０は下地基板１００の第２主表面１０２の全体を平坦に保持する。保持部５１０は、例えば真空チャックまたは静電チャックなどである。

曲げ変形装置４５は押圧部５２０を有し、押圧部５２０は支持基板１３０の下地基板１００に対向する面１３１の、下地基板１００よりも径方向外側の部分を押す。支持基板１３０に追従するように下地基板１００を曲げ変形でき、下地基板１００の外周で第３クラックＣ３を開くことができる。

押圧部５２０は接触子５２１を有し、接触子５２１は支持基板１３０と接触する。接触子５２１は、例えば支持基板１３０と接触する回転体５２２と、回転体５２２を回転自在に保持するホルダ５２３とを有する。回転体５２２は、図１９では車輪であるが、ボールでもよく、その形状は特に限定されない。回転体５２２は、下地基板１００の径方向に延びる回転中心線５２４を中心に回転する。

押圧部５２０は移動駆動部５２５を有し、移動駆動部５２５は下地基板１００の第２主表面１０２に対して垂直な方向に接触子５２１を移動させる。移動駆動部５２５は、ホルダ５２３を介して回転体５２２を支持基板１３０に押し付ける。移動駆動部５２５は、例えばエアシリンダを含む。なお、移動駆動部５２５は、回転モータと、回転モータの回転運動を接触子５２１の直線運動に変換するボールねじとを含んでもよい。

曲げ変形装置４５は回転駆動部５３０を有し、回転駆動部５３０は保持部５１０を回転させ、支持基板１３０の接触子５２１と接触する位置を下地基板１００の周方向に変位させる。その結果、下地基板１００の外周全周に亘って、下地基板１００の外周で第３クラックＣ３を開くことができる。その結果、第３クラックＣ３を開く部分の、保持部５１０とは反対側の表面が変位する。

曲げ変形装置４５は、第３クラックＣ３を開く部分の、保持部５１０とは反対側の表面の変位を計測する変位計５４０を有する。変位計５４０として、例えば非接触式のレーザー変位計が用いられる。なお、変位計５４０として、接触式のものが用いられてもよい。変位計５４０は、その計測結果を制御装置９に送信する。制御装置９は、変位計５４０の計測結果に基づき、第３クラックＣ３の開きの大きさが基準の大きさ以上か否かを判断できる。

制御装置９は、変位計５４０の計測結果に基づき、押圧部５２０の押す力を制御してもよい。押圧部５２０の押す力が大きいほど、支持基板１３０の曲げ変形が大きく、曲げ応力の大きさが大きいので、第３クラックＣ３の開きの大きさが大きい。制御装置９は、第３クラックＣ３の開きの大きさが基準の大きさよりも小さいと判断した場合、押圧部５２０の押す力を大きくする。その結果、第３クラックＣ３を大きく開くことができる。

曲げ変形装置４５は、図１９に示す構造とは上下反転した構造を有してもよい。この場合、曲げ変形装置４５はレーザー加工装置４１に組込まれてもよく、曲げ変形装置４５の保持部４１０はレーザー加工装置４１の保持部２１０を兼ねてもよい。また、曲げ変形装置４５は、レーザー加工装置４１ではなく、ベベル除去装置４２または薄化装置４３に組込まれてもよい。

以上、本開示に係るレーザー加工装置、薄化システム、レーザー加工方法、および薄化方法について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

下地基板１００は、単結晶基板であればよく、シリコンウェハには限定されない。下地基板１００は、例えば、炭化珪素ウェハ、窒化ガリウムウェハ、酸化ガリウムウェハなどであってもよい。単結晶基板は、クラックの伸びやすさが結晶方位に応じて変化するからである。

一方、支持基板１３０は、単結晶基板でもよいし、単結晶基板ではなく、例えばガラス基板でもよい。支持基板１３０が単結晶基板である場合、薄化システム１は支持基板１３０も薄化できる。また、薄化システム１は、他の基板と貼合されない、一枚の基板を薄化してもよい。

薄化システム１で処理する処理体は、円板状のものには限定されず、円柱状のものであってもよい。円柱状の処理体として、インゴットが挙げられる。つまり、薄化システム１は、インゴットから複数枚の基板を作製するのに利用されてもよい。第３分割面Ｄ３で分割された２つの分割片がそれぞれ基板となる。

第３分割面Ｄ３で分割された２つの分割片がそれぞれ製品となる場合、２つの分割片の直径は同じであってよい。この場合、薄化システム１はベベル除去装置４２を有しなくてよく、レーザー加工装置４１は第３改質層Ｍ３のみを形成してよい。

薄化システム１で処理する処理体は、板状または柱状であればよく、例えば四角板状または四角柱状であってもよい。

１ 薄化システム
９ 制御装置（制御部）
４１ レーザー加工装置
４３ 薄化装置
４５ 曲げ変形装置
１００ 下地基板（処理体）
２１０ 保持部
２２０ 集光照射部
２２２ 空間光変調器
２３０ 変位部
４１０ 保持部
４１１ リング
４１２ 支持面
４１５ 空間
４１６ 蓋
４１７ 支持ピン
４２０ 排気部
４３０ 変位計
５１０ 保持部
５２０ 押圧部
５２１ 接触子
５２５ 移動駆動部
５３０ 回転駆動部
５４０ 変位計
ＬＢ レーザー光線
Ｃ３ 第３クラック
Ｄ３ 第３分割面
Ｍ３ 第３改質層

Claims (20)

1. 板状または柱状の処理体を保持する保持部と、
   前記保持部で前記処理体を保持した状態で、前記処理体の厚さ方向における前記処理体の分割面にレーザー光線の集光点を形成し、前記集光点に改質層を形成する集光照射部と、
   前記分割面における前記集光点を変位させる変位部と、
   前記分割面での前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する制御部とを備える、レーザー加工装置。
2. 前記処理体は、円板状または円柱状であり、
   前記制御部は、前記分割面の周方向における前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する、請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記制御部は、前記分割面の周方向に交互に並ぶ第１領域と第２領域とで、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する、請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記処理体は、円板状または円柱状であり、
   前記制御部は、前記分割面の径方向における前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する、請求項１に記載のレーザー加工装置。
5. 前記制御部は、前記分割面の径方向に交互に並ぶ第１領域と第２領域とで、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する、請求項４に記載のレーザー加工装置。
6. 前記レーザー光線の空間分布を制御する空間光変調器を備え、
   前記制御部は、前記変位部と前記空間光変調器とを制御し、前記分割面での前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更する、請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載されたレーザー加工装置と、
   前記改質層を起点に形成されるクラックを面状に広げ、前記処理体を前記分割面で分割し、前記処理体を薄化する薄化装置とを備える、薄化システム。
8. 前記処理体を前記分割面で分割する前に、前記処理体を曲げ変形し、前記処理体の外周で前記クラックを開く、曲げ変形装置を備える、請求項７に記載の薄化システム。
9. 前記曲げ変形装置は、
   前記クラックを開く部分を、片側から平坦に支持するリングと、前記リングの内側の空間を前記処理体とは反対側から塞ぐ蓋とを有する保持部と、
   前記リングの前記処理体を支持する支持面と、前記リングと前記処理体と前記蓋とで密閉された前記空間とに、負圧を発生させる排気部とを備える、請求項８に記載の薄化システム。
10. 前記曲げ変形装置は、前記クラックを開く部分の、前記リングとは反対側の表面の変位を計測する変位計を備える、請求項９に記載の薄化システム。
11. 前記曲げ変形装置の前記保持部は、前記リングの内側に、前記処理体を支持する支持ピンを有し、
    前記支持ピンは、前記リングの周方向に間隔をおいて複数設けられる、請求項９または１０に記載の薄化システム。
12. 前記処理体は、前記処理体を支持する支持基板と貼合された第１主表面と、前記第１主表面とは反対向きの第２主表面とを有し、
    前記曲げ変形装置は、
    前記処理体の前記第２主表面の全体を平坦に保持する保持部と、
    前記支持基板の前記処理体に対向する面の、前記処理体よりも径方向外側の部分を押す押圧部とを備える、請求項８に記載の薄化システム。
13. 前記押圧部は、前記支持基板と接触する接触子と、前記処理体の前記第２主表面に対して垂直な方向に前記接触子を移動させる移動駆動部とを有し、
    前記曲げ変形装置は、前記保持部を回転させ、前記支持基板の前記接触子と接触する位置を前記処理体の周方向に変位させる、回転駆動部を備える、請求項１２に記載の薄化システム。
14. 前記曲げ変形装置は、前記クラックを開く部分の、前記保持部とは反対側の表面の変位を計測する変位計を備える、請求項１２または１３に記載の薄化システム。
15. 前記曲げ変形装置の前記保持部は、前記レーザー加工装置の前記保持部を兼ねる、請求項９～１４のいずれか１項に記載の薄化システム。
16. 板状または柱状の処理体の厚さ方向における前記処理体の分割面にレーザー光線の集光点を形成し、前記集光点に改質層を形成することと、
    前記分割面における前記集光点を変位させることと、
    前記分割面での前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更することとを含む、レーザー加工方法。
17. 前記処理体は、円板状または円柱状であり、
    前記分割面の周方向における前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更することを含む、請求項１６に記載のレーザー加工方法。
18. 前記処理体は、円板状または円柱状であり、
    前記分割面の径方向における前記集光点の位置に応じて、前記分割面での前記レーザー光線の形状を変更することを含む、請求項１６に記載のレーザー加工方法。
19. 請求項１６～１８のいずれか１項に記載のレーザー加工方法で、前記処理体の前記分割面に前記改質層を形成することと、
    前記改質層を起点に形成されるクラックを面状に広げ、前記処理体を前記分割面で分割し、前記処理体を薄化することとを含む、薄化方法。
20. 前記処理体を前記分割面で分割する前に、前記処理体を曲げ変形し、前記処理体の外周で前記クラックを開くことを含む、請求項１９に記載の薄化方法。

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