JP7218203B2

JP7218203B2 - シリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置及び修復方法

Info

Publication number: JP7218203B2
Application number: JP2019025501A
Authority: JP
Inventors: 太良津留
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP7359980B2; JP2020131218A; JP2023052577A

Description

本発明は、シリコン、サファイア、ジルコニア、ガラス等の様々な素材、特に半導体ウェハ、ガラスパネル等の板状被加工材（本願においてこれらを「シリコンウェハ」と称する。）の表面を研削加工した場合において、その研削表面に生じた研削痕による粗さを修復、平坦化し、加工変質層の修復（単結晶への復帰等）を行うレーザー照射修復装置に関し、特にそのレーザー照射を効率よく行い得るようにした装置に関する。特に、シリコンウェハの外周エッジ部やノッチ部の研削後の表面にレーザー照射を行い、粗さの向上、加工変質層の修復等の表面改善を行うことにより後工程での亀裂の進展等の破損を抑制するのに好適な技術を提供する。

近年、ウェハの品質向上の要求が強く、ウェハ端面（エッジ部）やノッチ部の加工状態が重要視され、半導体デバイス等の作製に使用されるシリコンウェハ等の半導体ウェハは、ハンドリングによるチッピングを防止するため、エッジ部等を研削することで面取り加工が行われ、研磨による鏡面面取り加工が行われている。つまり、半導体製造工程において、ウェハ製造からデバイス製造に至るまで、エッジ特性の品質改善は必要不可欠なプロセスとなっている。

シリコン等は固くてもろく、ウェハのエッジ部がスライシング時の鋭利なままでは、続く処理工程での搬送や位置合わせなどの取り扱い時に容易に割れたり欠けたりして、その断片がウェハ表面を傷つけたり汚染したりする。これを防ぐため、切り出されたウェハのエッジ部やノッチ部をダイヤモンドでコートされた面取り砥石で面取りする。

また、スマートフォンやタブレットの薄型化、軽量化されたガラス基板にマスキング印刷、センサー電極を形成し、その後に切断することが行われており、その際、面取りの加工品質、加工面粗さ、マイクロクラックの発生などがガラス基板の端面強度に直接影響する。

下記特許文献１、２及び３には、このようなウェハの面取り加工についての改良技術が開示されている。即ち、特許文献１には、シリコンウェハ等の外周エッジを、研磨テープを用いて高精度に形状加工可能なウェハエッジ加工装置等が開示されている。また、特許文献２には、ウェハの外周エッジをヘリカル研削加工する際に生じるウェハの曲げ変形を無くし、加工精度を向上させ得る面取り加工装置が開示されている。また、特許文献３には、ノッチ付きウェーハのノッチ部の面取り加工において、良好な加工面粗さを得ることが可能な面取り方法が開示されている。

上記の如きシリコンウェハの外周エッジ部の研削やノッチ部の研削後には、その表面の研削痕を取り除き、平滑化するため、従来、その表面のバフ研磨を行っているが、研削後の表面はクラックや加工歪を有していたり、非晶質となった表面部分を除去しきれないため、後工程において、ウェハのそのような部分から亀裂等が進展することによる破損で歩留まりが悪くなる。また、バフ研磨時の研磨圧（荷重）により加工歪や結晶転移を拡大するおそれもある。

また、バフ研磨は、素材の除去による研磨加工（除去加工）であるため、研削直後の寸法とその後のバフ研磨後の寸法を比較すると、バフ研磨後の寸法がある程度変化する。また、バフ研磨には、研磨糸、研磨液、薬品等の消耗品や、研磨後の洗浄（異物の除去）、乾燥等のプロセスが必要で、コストがかかる。

上記のような機械的な表面修復加工とは異なり、特許文献４には、単結晶ウェハーの研削によって生じた表面の加工変質層にレーザー照射を行うことによって、その表面欠陥を修復する方法が開示されている。しかしながら、既存のレーザー照射による表面改質は、単純な平面に対するものであり、複雑な形状や、研削後のさまざまな表面状態に応じた条件で照射したり、その照射結果をモニタリングしながら照射するものではないため、高速で効果的な処理は困難であった。

特許第５７００２６４号公報特開２０１７－１５９４２１号公報特開２００５－１５３１２９号公報特開２００８－１４７６３９号公報

上記の如く、従来のシリコンウェハの研削後の表面状態の修復手段によるときは、バフ研磨の場合、表面欠陥が完全に修復できなかったり、原寸法が厳密に維持できなかったりするため、歩留まりが悪く（特にノッチ部）、コスト高となったり、またレーザー照射の場合、研削後の表面状態や形状に応じた迅速で効果的な修復結果が得られない、等々の問題があった。

これらの問題点に鑑み、本発明の目的は、パルス幅がナノ秒レベルのパルスレーザー（本願において「レーザー」と称する。）を使用した被加工材（本願において「シリコンウェハ」と称する。）の加工ダメージの修復装置及び方法を提供することにある。

より具体的には、本発明の目的は、特にシリコンウェハの外周エッジ部及び／又はノッチ部の加工変質層の修復（単結晶化等）と粗さの改善（平坦化）を行う技術を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、ダメージ部の規模や状況を診断し、効果的な照射を行うための方法及び装置を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、形状の異なるエッジ部・ノッチ部への形状に合わせた効率の良いレーザー照射方法及び装置を提供することにある。

換言すれば、本発明の目的は、レーザーを用いて短時間（例えば、面取り部の修復の場合、１０秒以下）で効率のよい表面処理を行い、これにより製品のスループットを向上させることにある。

したがって、本発明の目的は、修復対象であるシリコンウェハについて、レーザー照射前、照射中及び／又は照射後にシリコンウェハの表面状態や形状の確認を行い、歪みや破壊等の状況に応じた条件でレーザー照射を行うことによって、効率よく効果的な表面改質を行うことができるようにすることである。

また、本発明の目的は、クラックや歪みを完全修復し、修復対象物の機械的強度を向上させ、後工程の歩留まりを向上させることにある。

また、本発明の目的は、研磨糸、研磨液、薬品等の消耗品や、洗浄、乾燥工程を不要とし、環境負荷が小さいプロセスを達成することである。

また、本発明の目的は、大気圧、常温等の環境で行うことができ、他の付加原料等の必要がないシンプルな処理を可能とすることである。

また、本発明の目的は、修復対象である素材（加工材質）の除去等を伴わないレーザー照射に基づく熱処理によって改質を行うことにより、当初の寸法（精度）が維持される修復を可能とすることである。

上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載の如く、シリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置であって、ウェハ送りユニットに保持されたレーザー照射前のシリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する計測装置と、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射するレーザー照射ユニットと、前記レーザー照射ユニットを、前記ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハに対して回転、移動、傾動のうちの少なくとも１種の変位動作が可能なように支持する変位機構と、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気をコントロールする制御装置と、を有することを特徴とするものである。
この場合において、シリコンウェハは、ウェハ送りユニットに回転、移動、傾動のうちの少なくとも一種が可能なように保持される。

また、請求項２に記載の如く、前記ウェハ送りユニットは、本発明のレーザー照射修復装置に付帯させて設けるようにしてもよく、或いは独立に設けたり、研削ユニットに付帯させたものを本発明のレーザー照射修復装置でも共用するようにしてもよい。

さらに、本発明は、上記において、前記計測装置が、研削後でレーザー照射前、レーザー照射中及び／又は照射後においてシリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定するよう構成されることが望ましい。

さらに、上記において、前記シリコンウェハの前記研削により面取りされた外周エッジ部及び／又はノッチ部をレーザー照射するよう構成されることが望ましい。

さらに、上記において、請求項３に記載の如く、前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する前記計測装置が、画像測定手段、静電容量変化測定手段、液滴接触角度測定手段、ラマン分光測定手段、表面粗さ計、音響測定手段、渦電流特性測定手段、反射率測定手段、Ｘ線ラング法測定手段、電子線回析測定手段、ＳＥＭ測定手段のうちから選ばれたいずれか１種又は２種以上の組合せにより構成されることが望ましい。

さらに、上記において、請求項４に記載の如く、前記レーザー照射ユニットが、レーザー光源に加えて、ミラー、ガルバノミラー、レンズ、プリズム、コリメーター、偏光子、ビームスプリッター、マスクのうちの少なくとも１種を含む光学機構を有し、これによりレーザーの照射条件を変更可能なように構成することが望ましい。

さらに、上記において、前記ウェハ送りユニットに保持されたシリコンウェハの加熱、冷却を行う温度調節装置を備えることが望ましい。

さらに、上記において、前記ウェハ送りユニットに保持されたシリコンウェハを囲繞する所定の加工領域の気体組成及び圧力を所定範囲に保つ雰囲気維持装置を備えることが望ましい。

さらに、上記において、前記制御装置が、前記ウェハ送りユニットの駆動装置、前記レーザー照射ユニットの変位機構、前記レーザー光源の出力特性、前記光学機構の作動、前記温度調節装置の作動、前記雰囲気維持装置の作動のうちの少なくとも１種の制御を行うよう構成されることが望ましい。

さらに、上記において、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、シリコンウェハの複数箇所を各種方向から照射するため、前記レーザー光源からのレーザーを複数に分光するビームスプリッターを少なくとも１個有することが望ましい。

さらに、上記において、請求項５に記載の如く、前記ビームスプリッターにより分光された一対のレーザーを、それぞれ個別のガルバノミラーに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーにより前記シリコンウェハのノッチ部の一対の外周側円弧部分をそれぞれ照射し、及び／又は、前記シリコンウェハの表側の面取り斜面と裏側の面取り斜面をそれぞれ照射するように構成されることが望ましい。

更にまた、前記目的を達成するため、本発明は、請求項６に記載の如く、レーザー照射修復装置によるシリコンウェハの研削後表面の修復方法であって、レーザー照射修復装置によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置により、ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する工程と、前記レーザー照射修復装置に備えられた制御装置により、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程と、前記制御装置の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程と、前記計測装置により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、前記シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程と、修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程と、を有することを特徴とするものである。

さらに、上記において、請求項７に記載の如く、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程において、前記シリコンウェハの前記研削により面取りされた外周エッジ部及び／又はノッチ部をレーザー照射することが望ましい。

さらに、上記において、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程において、前記レーザー照射ユニットの変位機構、前記レーザー光源の出力特性、前記光学機構の作動のうちの少なくとも１種の制御を行うことが望ましい。

さらに、上記において、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程において、前記レーザー照射ユニットのレーザー光源からのレーザーを複数に分光し、分光したそれぞれのレーザーによりシリコンウェハの複数箇所を各種方向から照射することが望ましい。

さらに、上記において、請求項８に記載の如く、ビームスプリッターにより分光された一対のレーザーを、それぞれ個別のガルバノミラーに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーにより前記シリコンウェハのノッチ部の一対の外周側円弧部分をそれぞれ照射し、及び／又は、前記シリコンウェハの表側の面取り斜面と裏側の面取り斜面をそれぞれ照射するように構成されることが望ましい。

さらに、上記において、請求項９に記載の如く、前記シリコンウェハのノッチ部の凹所底部の円弧部分にレーザーを照射する場合において、前記円弧部分の曲率半径の中心をレーザーの光路上に置き、前記曲率半径の中心を中心として、シリコンウェハ自体を回転、及び／又はレーザー照射方向を旋回させながら照射するように構成することが望ましい。

さらに、上記において、請求項１０に記載の如く、前記シリコンウェハのノッチ部の凹所の直線部分にレーザーを照射する場合において、レーザーの照射方向を前記直線部分と直交状態に保持した状態で、前記シリコンウェハを直線部分の方向に沿って直線移動させるように構成することが望ましい。

本発明は上記の如く構成され、その計測装置により、シリコンウェハの表面状態や形状を測定することにより、研削加工によるダメージ部の規模や状況を確認、把握した上で、その制御装置がレーザー照射ユニットの変位機構や光学機構、温度調節装置等々を介してレーザーの照射条件や雰囲気等をコントロールして効果的なレーザー照射を行うことで、効率的なウェハ表面の修復や平坦化処理を行うことが可能となる。また、形状に合わせたレーザーの走査方法を実行できるので、短時間で適正な修復が可能となる。

即ち、より具体的には、（１）研削後の表面状態を、レーザー照射前に調べ、それに応じた条件でレーザー照射を行うことにより、効率よく効果的な表面改質を行うことができる、（２）レーザーを用いて短時間（１０秒以下）で表面処理を行うことによりスループットが向上する、（３）研磨糸、研磨液・薬品や、洗浄・乾燥工程がいらず、環境負荷の小さいプロセスが可能となる、（４）大気圧、常温等の環境で行うので、他に付加しなければならない原料等が不要となる、（５）レーザー照射は一種の熱処理による改質であり、物質の除去等を伴わないので、原寸法を維持できる、（６）クラックや歪みを完全修復できるので、加工物の機械的強度が向上し、後工程の歩留まりが向上する、等々の多くの効果を達成し得る。

本発明に係るシリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置を備えたシリコンウェハの研削修復装置の一実施形態の主要部を示す正面図図１に示した研削修復装置の一実施形態における装置全体の主要部を示す平面図図１に示した研削修復装置の一実施形態における外周精研削スピンドル部の加工中の状態を示す一部拡大側面図従来技術による加工後のシリコンウェハの形状を示す断面図図１に示した研削修復装置の一実施形態における研削加工後のシリコンウェハの形状を示す断面図シリコンウェハに設けられるノッチ部と、その精研削面取り加工の工程を示す説明図本発明に係るレーザー照射修復装置の一実施形態の主要な構成要素の関係を示すブロック図本発明に係るレーザー照射修復装置に備えられる計測装置の諸例を示すイメージ図本発明に係るレーザー照射修復装置によってシリコンウェハのノッチ部の形状に合わせたレーザー照射を行う形態の一例を示すイメージ図本発明に係るレーザー照射修復装置によってシリコンウェハのノッチ部の形状に合わせたレーザー照射を行う形態の数例を示すイメージ図本発明におけるレーザーの照射条件の一例を説明するためのイメージ図本発明に係るレーザー照射修復方法のフローチャート研削加工されたシリコンウェハの表面層のレーザー照射前と照射後の状態を対比するための拡大イメージ図シリコンウェハの表面層のレーザー照射による修復原理を示す説明図面取り等の研削加工を終えた状態で、レーザー照射実施前のシリコンウェハのノッチ部の顕微鏡写真図１５に示したシリコンウェハのノッチ部の研削後の領域に、本発明に係るレーザー照射修復装置及び方法によりレーザー照射処理を行った後の顕微鏡写真

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るシリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置を備えた研削修復装置１の主要部を示す正面図である。

研削修復装置１は、ウェハ送りユニット２０と、研削ユニット１０と、本発明のレーザー照射修復装置１００とを備える。ウェハ送りユニット２０は、これにシリコンウェハＷを取り付け、そのシリコンウェハＷを回転、移動、傾動のうちの少なくとも１種が可能なように保持する。このウェハ送りユニット２０は、研削ユニット１０により研削加工を行う場合にも、レーザー照射修復装置１００によりレーザー照射を行う場合にも、同様に使用されるものであり、前記研削ユニット１０やレーザー照射修復装置１００とは独立に設けてもよく、或いはそれらのどちらかに付帯させて設けて、両者で共用するようにしてもよい。研削ユニット１０は、前記ウェハ送りユニット２０に保持されたシリコンウェハＷの表面、特にその外周エッジ部やノッチ部の面取り研削加工を行う。レーザー照射修復装置１００は、研削された前記シリコンウェハＷの表面にレーザーを照射し、表面粗さの平坦化や加工変質層の修復を行う。

まず、シリコンウェハＷの研削加工を行う研削ユニット１０及びウェハ送りユニット２０について説明する。

研削ユニット１０は、砥石回転ユニット５０や、研削ユニット各部の動作を制御するコントローラ等から構成される。

ウェハ送りユニット２０の駆動装置１２は、図示しないウェハ供給／収納部、ウェハ洗浄／乾燥部、ウェハ搬送手段等々を備えると共に、本体ベース１１上に載置されたＸ軸ベース２１、２本のＸ軸ガイドレール２２、２２、４個のＸ軸リニアガイド２３、２３、… 、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＸ軸駆動機構２５によって図のＸ方向に移動されるＸテーブル２４を有している。

Ｘテーブル２４には、２本のＹ軸ガイドレール２６、２６、４個のＹ軸リニアガイド２７、２７、… 、図示しないボールスクリュー及びステッピングモータから成るＹ軸駆動機構によって図のＹ方向に移動されるＹテーブル２８が組込まれている。

Ｙテーブル２８には、２本のＺ軸ガイドレール２９、２９と図示しない４個のＺ軸リニアガイドによって案内され、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＺ軸駆動機構３０によって図のＺ方向に移動されるＺテーブル３１が組込まれている。

Ｚテーブル３１には、θ軸モータ３２、θスピンドル３３が組込まれ、θスピンドル３３にはウェハＷ（板状の被加工材）を吸着載置するウェハテーブル３４が取り付けられており、ウェハテーブル３４はウェハテーブル回転軸心ＣＷを中心として図のθ方向に回転される。

また、ウェハテーブル３４の下部には、ウェハＷの周縁を仕上げ面取りする砥石のツルーイングに用いるツルーイング砥石４１（以下ツルアー４１と称する）が、ウェハテーブル回転軸心と同芯に取り付けられている。

このウェハ送りユニット２０によって、ウェハＷ及びツルアー４１は図のθ方向に回転されるとともに、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向に移動される。

砥石回転ユニット５０の外周粗研削装置６０には、外周粗研削砥石５２が取り付けられ、図示しない外周砥石モータによって軸心を中心に回転駆動される外周砥石スピンドル５１が設けられている。更に、砥石回転ユニット５０には上方に配置されたターンテーブル５３に取り付けられた上外周精研削スピンドル５４及び上外周精研削モータ５６を有している。同じくターンテーブル５３に下固定枠５９（図１では、一部切り欠いて図示）を介して下外周精研削スピンドル５７及び下外周精研削モータ（図示せず）が設けられている。また、ターンテーブル５３には、ノッチ部粗研削砥石６１、ノッチ部粗研削スピンドル６２、ノッチ部粗研削モータ６３と、ノッチ部精研削砥石６４、ノッチ部精研削スピンドル６５及びノッチ部精研削モータ６６が設けられている。

図２は、図１で示した研削修復装置１全体の主要部を示す平面図であり、供給回収部は、面取り加工すべきウェハＷをウェハカセット７０から供給すると共に、面取り加工されたウェハをウェハカセット７０に回収する。この動作は供給回収ロボット４０で行われる。ウェハカセット７０はカセットテーブル７１にセットされ、面取り加工するウェハが多数枚収納されている。供給回収ロボット４０はウェハカセット７０からウェハＷを１枚ずつ取り出したり、面取り加工されたウェハをウェハカセット７０に収納したりする。

供給回収ロボット４０は３軸回転型の搬送アーム８０を備えており、搬送アーム８０は、その上面部に図示しない吸着パッドを備えている。搬送アーム８０は、吸着パッドでウェハの裏面を真空吸着してウェハＷを保持する。すなわち、この供給回収ロボット４０の搬送アーム８０は、ウェハＷを保持した状態で前後、昇降移動、及び旋回することができ、この動作を組み合わせることによりウェハの搬送を行う。

研削ユニット１０は正面部に配置されており、ウェハＷの外周面取りの全加工、すなわち、粗加工から仕上げ加工までを行う。この研削ユニット１０は、図１に示すウェハ送りユニット２０と砥石回転ユニット５０から構成されている。ウェハ送りユニット２０は、レーザー照射修復装置１００の作動のためにも共用される。

上外周精研削スピンドル５４及び下外周精研削スピンドル５７は、図１に示す如く、ウェハＷの回転軸に対して回転軸が３～１５°、望ましくは６～１０°傾斜させた状態でウェハＷの外周面取りの仕上げ加工を行う。これにより、ヘリカル研削が行われ、ウェハＷの面取り部には斜め方向に弱い研削痕が発生するものの、通常研削に比べ面取り部の表面粗さが改善される効果が得られる。ただし、本発明に係る研削修復装置１に備えられる研削ユニット１０における研削方式は、このようなヘリカル研削方式に限らず、ウェハの主平面と平行な方向に沿った通常の研削方式のものも広く含まれる。

図３は、外周精研削スピンドル部の一部を拡大した側面図であり、併せてその加工中の状態を示している。上外周精研削スピンドル５４にはウェハＷの外周を仕上げ研削する面取り用砥石である上外周精研削砥石（上研削砥石）５５－１が取り付けられ、同様に、下外周精研削スピンドル５７には下外周精研削砥石（下研削砥石）５５－２が上外周精研削砥石５５－１に対してウェハＷの厚さより小さい０.１～１ｍｍ程度の隙間を持って回転軸が略同芯となるように取り付けられる。

また、上外周精研削砥石５５－１と下外周精研削砥石５５－２とは回転方向が逆回転、つまり反対回転となるように上外周精研削スピンドル５４、下外周精研削スピンドル５７でそれぞれ駆動される。ウェハＷを加工するための研削溝は、上外周精研削砥石５５－１と下外周精研削砥石５５－２とで形成される。隙間は、その研削溝の回転軸方向における略中央に設けられる。

ウェハ加工プロセスは、スライス→面取り→ラップ→エッチング→ドナーキラー→精面取りの順で行われ、工程間には汚れを取り除くため、各種洗浄が用いられる。シリコン等は固くてもろく、ウェハの外周の端面がスライシング時の鋭利なままでは、続く処理工程での搬送や位置合わせなどの取り扱い時に容易に割れたり欠けたりして、断片がウェハ表面を傷つけたり汚染したりする。これを防ぐため、面取り工程では切り出されたウェハの外周の端面をダイヤモンドでコートされた面取り砥石で面取りする。

面取り工程は、ラッピング工程の後に行なわれることもある。この時、バラツキのある外周の直径を合わせ、オリエンテーションフラット（ＯＦ）の幅の長さを合わせることや、ノッチと呼ばれる微少な切欠きの寸法を合わせることも含まれる。

前記図３には、外周精研削スピンドル部の加工中の状態が併せて示されており、上外周精研削スピンドル５４及び下外周精研削スピンドル５７の回転方向と力、クーラント液の流入、滞留、切屑の排出の関係を示している。上外周精研削スピンドル５４は左回転（矢印Ａが示す方向、即ち、図面視左から右へ回転）し、ウェハＷの回転軸に対して時計方向に傾斜、即ち、図で左から右に下方に傾斜しているので、ウェハＷに対して矢印Ａのように力が加わる。ウェハＷは中央が保持され、外周は自由端となっているので、分力により下に曲げられるようになる。一方、下外周精研削スピンドル５７は、右回転（矢印Ｂが示す方向、即ち、図面視右から左へ回転）し、図で右から左に上方に傾斜しているので、ウェハＷに対して矢印Ｂのように力が加わる。

上外周精研削砥石５５－１及び下外周精研削砥石５５－２との隙間は回転軸方向に中央で対称となっているので、ウェハＷと上外周精研削砥石５５－１及び下外周精研削砥石５５－２との接触面積は等しくなる。したがって、それぞれの研削抵抗がつり合い、ウェハＷを曲げるような力を生じない。これにより、ウェハＷが中心から先端にかけて曲げ変形することがなく、曲げ変形による加工面の形状精度に影響を与えることがない。

矢印Ｃ、Ｄは、クーラント液の流入方向を示し、ウェハＷの上側は、上外周精研削砥石５５－１の回転方向である半時計方向に沿って、図３で左側から且つウェハＷの外周から中心に向かって流入させる。下側は、下外周精研削砥石５５－２の回転方向である時計方向に沿って右側から且つウェハＷの外周から中心に向かって流入させる。

図４は、従来技術による加工後のウェハＷの形状を示す断面図であり、通常の外周精研削砥石で加工した切り込み位置でのウェハＷの形状を示し、厚さが７４０μｍで上面（表面）のＡ１が３４０μｍ、Ｂ１が３００μｍ、θ１が４３°に対して下面（裏面）のＡ２が２５０μｍ、Ｂ２が１９０μｍ、θ２が４０°と言うように、ウェハＷが下方に曲げられることで表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３との対称性が崩れていた。

一方、図５は、前記図３の外周精研削スピンドルを用いた加工後のウェハＷの形状を示す断面図であり、図４に対して、外周精研削砥石５５を上下に分離して上外周精研削砥石５５－１、下外周精研削砥石５５－２として逆回転させた場合のウェハＷの形状を示す。厚さが７４０μｍで上面（表面）のＡ１が２９０μｍ、Ｂ１が２６０μｍ、θ１が４４°に対して、下面（裏面）のＡ２が２９０μｍ、Ｂ２が２４０μｍ、θ２が４２°と言うように、表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３との対称性が改善され、精度が向上している。

なお、上記シリコンウェハＷの外周には、その結晶方位の判別及びウェハの整列を容易にするためにオリフラ（オリエンテーションフラットの略称）又はノッチ部が形成されることが多い。そして、これらのウェハについては、オリフラ又はノッチ部についても同様に精研削面取り加工を施す必要がある。

図６には、ノッチ部の一例とその精研削面取り（仕上げ面取り）加工の工程が示されている。図６の（ｄ）には、シリコンウェハＷと、その外周部の一箇所に形成されたノッチ部ｗｎが示されている。ノッチ部ｗｎは略Ｖ字型の切欠き状を呈し、その外周側の両端部と底部は円弧状をなしている。

図６（ａ）～（ｃ）には、上記ノッチ部ｗｎの精研削面取り（仕上げ面取り）を行う工程が示されているが、その前に、シリコンウェハＷの外周部を外周粗研削砥石５２により粗研削面取りする。次いで、シリコンウェハＷの外周面の１箇所に、図１に示すノッチ部粗研砥石６１を用いてノッチ部ｗｎを形成する。次いで、前記の如く、前記外周精研削砥石５５によりシリコンウェハＷの外周面取り部を精研削（仕上げ研削）する。次に、ターンテーブル５３を回転させ、図６（ａ）に示す如くノッチ精研削砥石６４を加工位置に位置付ける。この状態でノッチ部精研削砥石６４を高速回転させながら、図６（ｂ）～（ｃ）に示すように、ウェハＷをＸ及びＹ方向に送ることにより、順次ノッチ部ｗｎの輪郭に沿って精研削面取りを行う。即ち、図６（ａ）に示すノッチ部ｗｎの外周側コーナー部をノッチ精研削砥石６４で円弧状に精研削面取りし、図６（ｂ）に示す如くノッチ部ｗｎの底部を経由し、図６（ｃ）に示す反対側の外周側コーナー部まで精研削面取りを行う。この間、ウェハＷのθ回転は行わず、Ｘ及びＹ方向送りでノッチ部ｗｎを精研削面取りする。

以上により、研削修復装置１における研削ユニット１０によるシリコンウェハＷの外周エッジ部とノッチ部の表側及び裏側の面取り斜面の粗研削及び精研削作業が終了する。

次に、研削修復装置１に設けられた本発明に係るレーザー照射修復装置１００の構成とその作動について、図１を再度参照しつつ説明する。レーザー照射修復装置１００は、前記の如くして研削ユニット１０によって外周エッジ部及び／又はノッチ部を研削され、面取り加工されたシリコンウェハＷの研削部にレーザーを照射して、表面粗さの平坦化や加工変質層の修復を行う。レーザー照射修復装置１００は、レーザー照射ユニット１０１と、計測装置１０２と、制御装置１０３とを備える。また、ウェハ送りユニット２０をレーザー照射修復装置１００に付帯させ、その一部として含ませるようにしてもよい。

なお、レーザー照射修復装置１００のレーザー照射ユニット１０１が搭載される変位機構１２０において、参照符号１２１～１３４で示す各構成要素は、前記研削ユニット１０のウェハ送りユニット２０における参照符号２１～３４でそれぞれ示す各構成要素と同一又は同等の構成であるので、ここでは説明を省略する。これらの構成要素によって、回転テーブル１３５は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能であると共に、θスピンドル１３３の軸を中心に回転可能なように構成される。

更に、回転テーブル１３５上には傾動架台１３６が取り付けられ、その上にレーザー照射ユニット１０１が載置される。傾動架台１３６は、軸支ピン１３７によって回転テーブル１３５に対して傾動可能に保持され、カムピン１３９により回動可能に設けられたカム１３８をパルスモータ等（図では省略）で回動させることにより、傾動架台１３６が軸支ピン１３７を中心に回動する。これにより、レーザー照射ユニット１０１を上下方向に傾動させることができ、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動、θスピンドル１３３の軸を中心とする回転と合わせて、シリコンウェハＷへ向けてのレーザーの照射方向を連続的に調整でき、レーザーの照射条件の変更手段の一つを構成する。なお、図示した実施例では、変位機構１２０が、レーザー照射ユニット１０１をシリコンウェハＷに対して移動、回転、傾動のすべてを可能とする構成がなされているが、使用目的に応じて、移動、回転、傾動のうちの少なくとも１種の変位動作を可能とするものでもよい。

上記レーザー照射ユニット１０１は、シリコンウェハＷの研削後の所定の表面にレーザーを照射するようになっており、図１に示した実施例において、前記シリコンウェハＷの面取りされた外周エッジ部及び／又はノッチ部をレーザー照射するように構成されている。レーザー照射ユニット１０１は、図７のブロック図中に示すように、レーザー光源１０１ａと、光学機構１０１ｂとを有し、光学機構１０１ｂは、図示した実施例の場合、中継用ミラー１０１ｃと、コリメーター１０１ｄと、マスク１０１ｅと、集光レンズ１０１ｆと、焦点位置調整用の移動テーブル１０１ｇ、等々を備えている。この場合、レーザー光源１０１ａから出射されたレーザーは、中継用ミラー１０１ｃにより方向転換され、コリメーター１０１ｄにより所定径の平行光束にされた後、遮光用のマスク１０１ｅに沿って進み、集光レンズ１０１ｆによって、照射対象であるシリコンウェハＷの表面上の所定位置に収束される。集光レンズ１０１ｆは焦点位置調整用の移動テーブル１０１ｇ上に取り付けられ、レーザーを収束させる位置をシリコンウェハＷ上の照射すべき位置と合致させる。なお、光学機構１０１ｂを構成する光学要素は、図示した例のものに限らず、ミラー、ガルバノミラー、レンズ、プリズム、コリメーター、偏光子、ビームスプリッター、マスク、等々のうちの少なくとも１種を含み、それらによりレーザーの照射条件を調節できる構成のものであればよい。ガルバノミラーは、その回転や振動によりレーザーを照射対象面上で走査させる。

レーザー照射修復装置１００は、更に計測装置１０２と制御装置１０３を備えている。また、図１には示されていないが、必要に応じて、図７に示す如く、前記ウェハ送りユニット２０に保持されたシリコンウェハＷ等の加熱、冷却等を行う温度調節装置１０４や、シリコンウェハＷを囲繞する所定の加工領域の気体組成及び圧力を所定範囲に保つ雰囲気維持装置１０５も備えられている。

計測装置１０２は、図１に示す如く、その計測器本体１０２ａがウェハ送りユニット２０のＺテーブル３１に取り付けた支柱１０２ｂを介してシリコンウェハＷのレーザーを照射すべき箇所の近傍に、シリコンウェハＷとは非接触状態で保持されるようになっている。計測器本体１０２ａは支柱１０２ｂ上で位置調整可能なように構成し、また好適には、支柱１０２ｂも適宜可動なように構成して、シリコンウェハＷの所望箇所の表面状態（表面粗さ、反射特性、散乱光、等々）及び／又は形状を測定可能なように構成される。

このようなシリコンウェハＷの表面状態等の測定は、まずレーザー照射開始時の照射条件や照射雰囲気を設定するために、シリコンウェハＷの研削を終えた後でレーザー照射前のシリコンウェハＷの表面状態等を測定する。また、レーザーの当て過ぎを防止したり、照射状況の適否をモニタリングするためにレーザーの照射中にも測定を行い、更に照射結果の適否を判定するために照射後にも測定するように構成することが望ましい。

計測装置１０２によるシリコンウェハＷの表面状態及び／又は形状の測定は非破壊方式のものが望ましく、具体的な計測手段としては、例えば、画像測定手段、静電容量変化測定手段、液滴接触角度測定手段、ラマン分光測定手段、表面粗さ計、音響測定手段、渦電流特性測定手段、反射率測定手段、Ｘ線ラング法測定手段、電子線回析測定手段、ＳＥＭ測定手段、等々のうちから選ばれたいずれかを用いたり、或いはそれらの２種以上を組み合せて用いることも推奨される。これらのうち、数例を図８を参照して説明する。

図８（a）は画像測定手段を用いたものであり、シリコンウェハＷの例えば表側の面取り斜面ｗ２の表面粗さを計測するため、計測用光源１４０からレーザー光や所望の波長範囲の光等を面取り斜面ｗ２に照射し、その映像をハイパースペクトルカメラ等の検出器１４１で撮像して、その画像分析により面粗さ等を検知し、その検知結果に基づいて前記レーザー照射ユニット１０１からの照射条件等を選択、制御し、面取り斜面ｗ２等の平坦化や加工変質層の修復を行うものである。このような画像分析による面粗さ等の判定には、試行実験や対照サンプルとの比較等に基づく機械学習手段を採用するようにしてもよい。

図８（ｂ）は静電容量変化測定手段を用いた計測装置である。この場合、シリコンウェハＷの外周端面ｗ１、表側及び裏側の面取り斜面ｗ２、ｗ３に対して電極１４２を近づけて配置し、シリコンウェハＷと電極１４２との間に直流電源１４３から電圧を印加し、その静電気による引力Ｆを検知することによって、前記外周端面ｗ１、表側及び裏側の面取り斜面ｗ２、ｗ３の表面粗さ等を検知するようにしたものである。

図８（ｃ）は液滴接触角度測定手段を用いた計測装置である。この場合、シリコンウェハＷの例えば表側の面取り斜面ｗ２に適宜の液滴１４４を付着させ、面取り斜面ｗ２に対する液滴１４４の接触角１４４ａを測定するものである。面取り斜面ｗ２の表面粗さのレベルに応じてその濡れ性が変化し、それに応じて液滴１４４の接触角１４４ａも変化することを利用したものである。

計測手段としては、これらのほか、図示は省略するが、例えばラマン分光測定手段を利用することもできる。その場合、ラマンシフトからの歪みを計測することにより、シリコンウェハＷの内部の結晶状態の変化を検知でき、それに基づいて研削加工による変質のレベルを判定し、その結果に基づいてレーザー照射条件等を最適に制御することができる。また、音響測定手段により、破壊を伴わない超音波やＡＥ波を用いて検知したり、非接触式もしくは接触式の表面粗さ計を用いることも可能であり、また、渦電流特性測定手段により前記面取り斜面等の導電性の良否を測定し、研削加工による変質のレベルを判定することも可能である。更にまた、反射率測定手段、Ｘ線ラング法測定手段、電子線回析測定手段、ＳＥＭ測定手段、等々の各種公知の手段を用いて、シリコンウェハＷの表面の研削加工による変質の規模や状況を判定し、その結果に基づいてレーザー照射条件等を最適に効率よく調節、制御することができる。

次に、レーザー照射修復装置１００の制御装置１０３は、上記計測装置１０２による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気をコントロールする機能を有する。制御装置１０３は、図１に示した実施例においては、砥石回転ユニット５０の基体内に設けられているが、その設置箇所は自由であり、また研削修復装置１全体の制御装置の一部として構成されてもよい。

図７のブロック図に示す如く、レーザー照射修復装置１００の制御装置１０３の制御対象は、図示した実施例において、前記ウェハ送りユニット２０の駆動装置１２、前記レーザー照射ユニットの変位機構１２０、前記レーザー光源１０１ａの出力特性（エネルギ密度等）、前記光学機構１０１ｂの作動（レーザーの方向、光束径、焦点位置の調整、走査範囲や周波数、等々）、前記温度調節装置１０４の作動、前記雰囲気維持装置１０５の作動、等々であり、それらの制御対象を前記計測装置１０２の測定データに基づいて所定のプログラムに従ってコントロールする。

なお、前記温度調節装置１０４としては、前記の如く、シリコンウェハＷの加熱、冷却を行って熱応力の影響を排除したり、レーザーの照射効果を促進、適正化するものや、ウェハ送りユニット２０やレーザー照射ユニット１０１への熱応力の影響を排除するため、それらの温度を一定に保つものなどが設けられる。

また，シリコンウェハＷを囲繞する所定の加工領域の気体組成及び圧力を所定範囲に保つ雰囲気維持装置１０５を設け、加工条件に適した気体成分や圧力等の雰囲気を形成、維持するようにする。

なお、加工領域からのレーザーの漏洩を防止するシールド機構を設け、必要に応じて、そのようなシールド機構も制御装置１０３の制御対象とする。

次に、上記レーザー照射修復装置１００によるシリコンウェハの研削後の表面状態や形状に応じたレーザ照射において、効果的、効率的で短時間での修復が可能な照射形態の例について説明する。その場合において、表面状態に応じた照射条件の変更は、一般的には、レーザー光源１０１ａと光学機構１０１ｂによってレーザーの出力特性やエネルギー密度等を変更することにより行う。また、照射領域の形状に応じた照射の変更は、一般的には、レーザー照射ユニット及び／又はシリコンウェハ（被加工体）の位置や姿勢を変えることにより行い、ノッチ部の深さ方向に対してはシリコンウェハ側の姿勢や光学機構中のミラー等の向きを変えることにより行う。ただし、これらに限られるものではなく、これら各種手段を状況において適宜取捨選択したり、組み合わせたりすることも可能である。

図９には、シリコンウェハＷの面取りされたノッチ部の形状に合わせた本発明による照射形態の一例が示されている。より具体的には、図９（ａ）には、面取りされたノッチ部ｗｎの外周側円弧部分ｗ４とｗ５との２箇所を同時並行的に、かつ図９（ｂ）［（ａ）図中のＢ－Ｂに沿った拡大断面図］に示すように、表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３及びノッチ部凹所の外周端面ｗ１についても連続的にレーザー照射可能なように構成した光学機構が示されている。なお、図９（ａ）では、説明の便宜のため、シリコンウェハＷについては、そのノッチ部ｗｎの部分だけを拡大して描いてある。

即ち、具体的には、ビームスプリッター１０１ｍにより分光された一対のレーザーＬ１１ａとＬ１２ａを、それぞれ個別のガルバノミラー１０１ｎと１０１ｏに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーＬ１１ｂとＬ１２ｂとによりノッチ部ｗｎの一対の外周側円弧部分ｗ４及びｗ５をそれぞれ照射するように構成されている。その際、ガルバノミラー１０１ｎと１０１ｏを回転もしくは往復回動させることにより、反射レーザーＬ１１ｂとＬ１２ｂの方向が変化し、走査形式で外周側円弧部分ｗ４及びｗ５の表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３及び外周端面ｗ１が同時並行的に効率よくレーザー照射されるものである。図示した実施例の場合、ガルバノミラー１０１ｎ及び１０１ｏは放物面鏡であり、照射ターゲットである前記外周側円弧部分ｗ４及びｗ５に焦点を結ぶようになっている。この焦点位置は、上記ビームスプリッター１０１ｍに入射する以前の段階のレーザーの光束を、例えば図７に記載の前記集光レンズ１０１ｆの移動テーブル１０１ｇを調節することによって調整できるようにすることが可能である。図９（ａ）中、Ｏ１は、ノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分ｗ６の曲率半径の中心であり、Ｏ２及びＯ３は、ノッチ部ｗｎの前記円弧部分ｗ４及びｗ５の曲率半径の中心である。なお、図９（ｂ）における表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３に描いた凹凸形状は、研削によって生じた表面粗さをイメージ的に拡大して示したものである。

なお、このような光学機構を用いて、前記ガルバノミラー１０１ｎ、１０１ｏの焦点を、回転するシリコンウェハＷの外周面取り斜面に合わせてレーザー照射すれば、前記ノッチ部に限らず、シリコンウェハＷの外周の表側及び裏側の面取り斜面並びに端面についても効率的かつ効果的に、例えば外周全体について１０秒未満で迅速に修復することができる。なお、図９（ａ）中の前記ビームスプリッター１０１ｍより前段には、同図に示す如く、偏光子１０１ｌや、光束調整用のビームスプリッター１０１ｋを設け、更にその前段は、図７に記載の前記光学機構１０１ｂに接続し、そして図９（ａ）に示す各光学要素も前記光学機構１０１ｂに含めてそれら全体が本発明における光学機構を構成するものとする。

更に、図１０（ａ）には、シリコンウェハＷの表側の面取り斜面ｗ２、裏側の面取り斜面ｗ３、外周の端面ｗ１を同時に照射するもう１つの構成例が示されている。即ち、ビームスプリッター１０１ｈにより分光された一対のレーザーＬ１３ａとＬ１４ａを、それぞれ個別のガルバノミラー１０１ｉと１０１ｊに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーＬ１３ｂとＬ１４ｂとによりシリコンウェハＷの表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３をそれぞれ照射するようにした構成例が示されている。より具体的には、この照射例においては、図７で示した前記レーザー光源１０１ａから発せられたレーザーは前記光学機構１０１ｂ中の所定の光学要素を通過した後、図１０（ａ）のビームスプリッター１０１ｈを通過して、２本のレーザーＬ１３ａ及びＬ１４ａに分光される。このうち、レーザーＬ１３ａは、その光路上に置かれたガルバノミラー１０１ｉで反射されて、シリコンウェハＷの表側の面取り斜面ｗ２に照射される。ガルバノミラー１０１ｉを回転又は所定角度範囲内で回動させることにより、反射後のレーザーＬ１３ｂによって斜面ｗ２が走査形式で照射される。同様に、レーザーＬ１４ａは、その光路上に置かれたガルバノミラー１０１ｊで反射されて、シリコンウェハＷの裏側の面取り斜面ｗ３に走査形式で照射される。このときシリコンウェハＷの外周の端面ｗ１も照射されるようにするため、各光学要素の配置等を調整して、ガルバノミラー１０１ｉ及び／又は１０１ｊによる走査範囲内に前記端面ｗ１を含めるようにしてもよい。或いはまた、照射期間中、シリコンウェハＷの向きを変化させることにより照射対象領域全体が照射されるようにしてもよい。なお、図１０（ａ）に示した例では、ビームスプリッター１０１ｈの透過レーザーＬ１５によって前記シリコンウェハＷの外周の端面ｗ１を照射するようになっている。この実施形態の場合、前記ビームスプリッター１０１ｈ、ガルバノミラー１０１ｉ及び１０１ｊも前記光学機構１０１ｂの構成要素に含まれる。

次に、図１０（ｂ）には、シリコンウェハＷのノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分ｗ６にレーザーＬを照射する場合の好適な照射形態が示されている。この場合には、前記ノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分ｗ６の曲率半径の中心Ｏ１をレーザーＬの光路上に置き（換言すれば、レーザーＬが前記中心Ｏ１を通過するよう設定し）、このＯ１を中心として、シリコンウェハＷ自体を回転させながら照射するようにする。或いはまた、前記中心Ｏ１をレーザーＬの光路上に置いた状態で、このＯ１を中心として、レーザー照射方向を旋回させるようにしてもよい。これにより、レーザーＬが円弧部分ｗ６の曲面に略直交する状態で照射され続け、効果的で効率のよい照射効果が得られる。シリコンウェハＷを前記中心Ｏ１を中心として回転させるには、例えば、図１に示した研削修復装置１のウェハ送りユニット２０のウェハテーブル３４の回転中心にノッチ部の凹所底部の円弧部分ｗ６の曲率半径の中心Ｏ１を位置させて、ウェハテーブル３４を回転させるようにする。

次に、図１０（ｃ）には、シリコンウェハＷのノッチ部ｗｎの凹所の直線部分ｗ７（ｗ８の場合も同様）にレーザーＬを照射する場合の好適な照射形態を示している。この場合には、レーザーＬの照射方向を前記直線部分ｗ７と直交状態に保持した状態で、シリコンウェハＷを直線部分ｗ７の方向に沿って直線移動させるようにする。これにより、レーザーＬが直線部分ｗ７の平面に直交する状態で照射され続け、効果的で効率のよい照射効果が得られる。シリコンウェハＷを前記直線部分ｗ７の方向に沿って直線移動させるには、例えば、図１に示した研削修復装置１のウェハ送りユニット２０のＸテーブル２４とＹテーブル２８を利用して、前記直線部分ｗ７の方向に沿って直線移動させることができる。

図１１（ａ）には、本発明によりレーザー照射すべきシリコンウェハＷの外周部の面取り部分の拡大断面図が示され、図１１（ｂ）には、ノッチ部の平面図が示されている。このような照射対象に対する好適な照射条件の仕様の一例を示せば、レーザーの波長λ＝５３２ｎｍ、パルス幅＝３～７ｎｓ（一般的には１０ｎｓ以下。ただし、シリコンウェハの表面のダメージが大きく深い場合は、５０ｎｓ程度までは必要な場合がある。）、１パルス当たりのエネルギー＝６０～８０μＪ、エネルギー密度＝０．６～０．８Ｊ／ｃｍ^２（一般的には０．２４～１．４４Ｊ／ｃｍ^２の範囲）、照射領域＝０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、雰囲気圧力＝大気圧である。

次に、図１２を参照しつつ、本発明に係るシリコンウェハの研削後表面の修復方法について説明する。即ち、本発明に係る方法は、面取り等のために予め研削加工されたシリコンウェハＷのその研削後の表面を修復する方法である。

図１２に示すように、本発明によりレーザー照射すべきシリコンウェハＷは、本発明方法の実施に先立ち、まず、（イ）シリコンウェハＷを回転、移動、傾動のうちの少なくとも１種が可能なように保持するウェハ送りユニット２０に取り付ける。

次いで、（ロ）前記ウェハ送りユニット２０に保持されたシリコンウェハＷの表面を研削ユニット１０により研削する。研削においては、通常、前記の如く、粗研削と精研削が行われる。この研削済み（即ち、研削後）のシリコンウェハＷに対して、本発明によるレーザー照射修復方法を実施する。

即ち、まず、（１）レーザー照射修復装置１００によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置１０２により、前記ウェハ送りユニット２０に保持されたシリコンウェハＷの表面状態及び／又は形状を測定する工程を実行する。

次いで、（２）前記レーザー照射修復装置１００に備えられた制御装置１０３により、前記計測装置１０２による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程を実行する。

次いで、（３）前記制御装置１０３の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置１００に備えられたレーザー照射ユニット１０１により、前記シリコンウェハＷの研削された表面にレーザーを照射する工程を実行する。

次いで、（４）前記計測装置１０２により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程を実行する。

次いで、（５）修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程を実行する。

以上の如く、本発明方法によれば、シリコンウェハＷの表面状態や形状に応じたレーザー照射が効率良く行われ得るため、前記レーザー照射修復装置１００に備えられたレーザー照射ユニット１０１により、前記シリコンウェハＷの研削された表面にレーザーを照射する工程において、前記シリコンウェハＷの前記研削により面取りされた外周エッジ部及び／又はノッチ部をレーザー照射する操作を好適に行うことができる。

また、本発明方法によるときは、前記レーザーを照射する工程において、前記の如く、レーザー照射ユニットの変位機構１２０、前記レーザー光源１０１ａの出力特性（エネルギー密度等）、前記光学機構１０１ｂの作動（レーザーの方向、光束径、走査範囲や周波数、等々）のうちの少なくとも１種の制御を行うようにする。

また、本発明方法によるときは、前記計測装置１０２で取得したシリコンウェハＷの照射部の形状に応じてレーザーを照射するため、前記の如く、レーザー照射ユニット１０１のレーザー光源１０１ａからのレーザーを複数に分光し、分光したそれぞれのレーザーによりシリコンウェハＷの複数箇所を各種方向から照射するようにして、形状の異なる外周部やノッチ部への照射操作を効率よく行うことが可能である。

また、本発明方法によるときは、図９により説明した如く、ビームスプリッター１０１ｍにより分光された一対のレーザーＬ１１ａとＬ１２ａを、それぞれ個別のガルバノミラー１０１ｎと１０１ｏに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーＬ１１ｂとＬ１２ｂとによりシリコンウェハのノッチ部ｗｎの一対の外周側円弧部分ｗ４及びｗ５をそれぞれ同時に照射することが可能であり、従来は効率的で良好な照射が困難であったノッチ部への照射操作を効率よく行うことが可能である。

また、本発明方法によるときは、図１０（ａ）により説明した如く、ビームスプリッター１０１ｈにより分光された一対のレーザーＬ１３ａとＬ１４ａを、それぞれ個別のガルバノミラー１０１ｉと１０１ｊに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーＬ１３ｂとＬ１４ｂとによりシリコンウェハの表側の面取り斜面ｗ２と裏側の面取り斜面ｗ３をそれぞれ同時に照射することが可能であり、従来は効率的で良好な照射が困難であった表裏両面の面取り斜面への照射操作を効率よく行うことが可能である。

また、本発明方法によるときは、図１０（ｂ）により説明した如く、前記シリコンウェハＷのノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分ｗ６にレーザーＬを照射する場合において、レーザーＬの照射方向を一定に保持した状態で、前記ノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分ｗ６の曲率半径の中心Ｏ１をレーザーＬの光路上に置き、このＯ１を中心として、シリコンウェハＷ自体を回転させながら照射することが可能であり、従来は効率的で良好な照射が困難であったノッチ部ｗｎの凹所底部の円弧部分への照射操作を効率よく行うことが可能である。

また、本発明方法によるときは、図１０（ｃ）により説明した如く、前記シリコンウェハＷのノッチ部ｗｎの凹所の直線部分ｗ７（ｗ８）にレーザーＬを照射する場合において、レーザーＬの照射方向を前記直線部分ｗ７（ｗ８）と直交状態に保持した状態で、シリコンウェハＷを直線部分ｗ７（ｗ８）の方向に沿って直線移動させることが可能であり、従来は効率的で良好な照射が困難であったノッチ部ｗｎの凹所の直線部分への照射操作を効率よく行うことが可能である。

図１３には、本発明のシリコンウェハの研削後表面へのレーザー照射による修復効果を説明するため、シリコンウェハＷの表面を研削加工した際に生じる表面層の凹凸が、レーザー照射により平坦化して修復する場合のイメージ図が示されている。即ち、図１３（ａ）に示すように、シリコンウェハＷの表面を研削加工すると、本来の単結晶層ｗ９の表面領域は加工変質層となって、凹凸ｗ１０を有する粗い面となる。この粗い表面にレーザーＬを照射すると、その照射された表面領域は溶融し、表面張力によって図１３（ｂ）に示すように平坦面ｗ１１となると共に、その表面近傍領域は再び単結晶化して修復される。その原理について、図１４を参照して説明する。

図１４（ａ）に示すように、シリコンウェハの研削部分は、その加工部分の表面近傍層が機械加工によって結晶欠陥を生じ、アモルファス層や転位層のような加工変質層となっている。この加工変質層部分のレーザー吸収率は、単結晶領域より著しく高いため、（ｂ）に示すようにレーザー（ナノ秒パルスレーザー）の照射により加工変質層が溶融し、熱伝導によって（ｃ）に示すように溶融領域が拡大すると共に、溶融領域の表面は、表面張力で平坦化する。レーザー照射を停止すると、（ｄ）に示すように単結晶領域を種（ｓｅｅｄ）として液相エピタキシャル結晶が成長し、これにより、研削加工の際に生じた結晶の格子欠陥はなくなり、（ｅ）に示すようにレーザー照射を受けた部分は元の単結晶に修復される（特許文献４参照）。

最後に、図１５及び図１６を参照しつつ、本発明に係るレーザー照射修復装置及び方法により、研削加工後のシリコンウェハの表面に対して、レーザーを照射する前と後の表面状態を対比することによって、本発明の効果について説明する。図１５は、本発明に係るレーザー照射修復装置を備えた研削修復装置により研削加工を終えた状態で、レーザーを照射する前のシリコンウェハのノッチ部の顕微鏡写真であり、図１６は、図１５に示したシリコンウェハのノッチ部の研削後の領域に、本発明に係るレーザー照射修復装置及び方法によりレーザー照射処理を行った後の顕微鏡写真である。

図１５に示すように、研削加工を終えた状態で、レーザーを照射する前のシリコンウェハＷのノッチ部ｗｎの面取り斜面ｗ２を含む研削面には、細かい研削痕（擦過痕ないし条痕）が形成されている。即ち、ノッチ部ｗｎの一方の外周側円弧部分ｗ４から直線部分ｗ７、凹所底部の円弧部分ｗ６、もう一方の直線部分ｗ８を経て、もう一方の外周側円弧部分ｗ５に至るまでの領域全体に、多数の細かい略平行な凹凸条痕から成る研削痕が形成されており、それにより粗い表面状態となっている。このような研削痕は写真に示すノッチ部ｗｎだけでなく、シリコンウェハＷの外周の端面及び外周の面取り斜面にも同様に形成されている。また、研削加工によるダメージは、このように顕微鏡で観察できる表面だけではなく、前記の如く、表面から所定の深さの領域がアモルファス層や転位層に変化した加工変質層となって内部まで及んでいる。

図１６には、図１５に示したシリコンウェハのノッチ部の研削後の表面領域に、本発明に係る研削修復装置及び方法によりレーザー照射処理を行った後の状態が示されている。即ち、レーザー照射処理後においては、前記の如く、ノッチ部ｗｎの一方の外周側円弧部分ｗ４から直線部分ｗ７、凹所底部の円弧部分ｗ６、もう一方の直線部分ｗ８を経て、もう一方の外周側円弧部分ｗ５に至るまでの領域の表面が、全体的に平滑で光沢ある平坦面となっていることが視認できる。即ち、レーザーをノッチ部ｗｎの形状及び表面状態に対応させつつ、前記の如く研削面に対してレーザーを各種方向から適正な強度等の照射条件で照射することによって、通常は均等で良好な照射が困難なノッチ部ｗｎに対して、本発明によるときは、満遍なく均等に、且つ、効率よく迅速で効果的に適正なレーザー照射が行われ、前記修復の原理に基づいて、研削加工によるダメージの修復がなされるものである。

本発明は上記構成を有し、その計測装置により、シリコンウェハの表面状態や形状を測定することにより、研削加工によるダメージ部の規模や状況を確認、把握した上で、その制御装置がレーザー照射ユニットの変位機構や光学機構、温度調節装置等々を介してレーザーの照射条件や雰囲気等をコントロールして効果的なレーザー照射を行うことで、効率的なウェハ表面の修復や平坦化処理を行うことが可能となる。また、形状に合わせたレーザーの走査方法を実行できるので、短時間で適正な修復が可能となる。

Ｌ…レーザー
Ｗ…シリコンウェハ（被加工材）
ｗ１…外周又はノッチ部凹所の端面
ｗ２…表側の面取り斜面
ｗ３…裏側の面取り斜面
ｗ４、ｗ５…ノッチ部の外周側円弧部分
ｗ６…ノッチ部の凹所底部の円弧部分
ｗ７、ｗ８…ノッチ部の凹所の直線部分
ｗ９…単結晶層
ｗ１０…凹凸
ｗ１１…平坦面
ｗｎ…ノッチ部
Ｏ１…ノッチ部の凹所底部の円弧部分の曲率半径の中心
Ｏ２、Ｏ３…ノッチ部の外周側円弧部分の曲率半径の中心
１…本発明に係る研削修復装置
１０…研削ユニット
１１…本体ベース
１２…ウェハ送りユニットの駆動装置
２０…ウェハ送りユニット
２１、１２１…Ｘ軸ベース
２２、１２２…Ｘ軸ガイドレール
２３、１２３…Ｘ軸リニアガイド
２４、１２４…Ｘテーブル
２５、１２５…Ｘ軸駆動機構
２６、１２６…Ｙ軸ガイドレール
２７、１２７…Ｙ軸リニアガイド
２８、１２８…Ｙテーブル
２９、１２９…Ｚ軸ガイドレール
３０、１３０…Ｚ軸駆動機構
３１、１３１…Ｚテーブル
３２、１３２…θ軸モータ
３３、１３３…θスピンドル
３４、１３４…ウェハテーブル
４０…供給回収ロボット
４１…ツルアー
５０…砥石回転ユニット
５１…外周砥石スピンドル
５２…外周粗研削砥石
５３…ターンテーブル
５４…上外周精研削スピンドル
５５…外周精研削砥石
５５－１…上外周精研削砥石（上研削砥石）
５５－２…下外周精研削砥石（下研削砥石）
５６…上外周精研削モータ
５７…下外周精研削スピンドル
５９…下固定枠
６０…外周粗研削装置
６１…ノッチ部粗研削砥石
６２…ノッチ部粗研削スピンドル
６３…ノッチ部粗研削モータ
６４…ノッチ部精研削砥石
６５…ノッチ部精研削スピンドル
６６…ノッチ部精研削モータ
７０…ウェハカセット
７１…カセットテーブル
８０…搬送アーム
１００…レーザー照射修復装置
１０１…レーザー照射ユニット
１０１ａ…レーザー光源
１０１ｂ…光学機構
１０１ｃ…中継用ミラー
１０１ｄ…コリメーター
１０１ｅ…マスク
１０１ｆ…集光レンズ
１０１ｇ…焦点位置調整用の移動テーブル
１０１ｈ…ビームスプリッター
１０１ｉ、１０１ｊ…ガルバノミラー
１０１ｋ…ビームスプリッター
１０１ｌ…偏光子
１０１ｍ…ビームスプリッター
１０１ｎ、１０１ｏ…ガルバノミラー
１０２…計測装置
１０２ａ…計測器本体
１０２ｂ…支柱
１０３…制御装置
１０４…温度調節装置
１０５…雰囲気維持装置
１２０…変位機構
１３５…回転テーブル
１３６…傾動架台
１３７…軸支ピン
１３８…カム
１３９…カムピン
１４０…計測用光源
１４１…検出器
１４２…電極
１４３…直流電源
１４４…液滴
１４４ａ…接触角

Claims

シリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置であって、
ウェハ送りユニットに保持されたレーザー照射前のシリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する計測装置と、
前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射するレーザー照射ユニットと、
前記レーザー照射ユニットを、前記ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハに対して回転、移動、傾動のうちの少なくとも１種の変位動作が可能なように支持する変位機構と、
前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気をコントロールする制御装置と、
を有し、
前記レーザー照射ユニットが、レーザー光源に加えて、ミラー、ガルバノミラー、レンズ、プリズム、コリメーター、偏光子、ビームスプリッター、マスクのうちの少なくとも１種を含む光学機構を有し、これによりレーザーの照射条件を変更可能なように構成し、
前記ビームスプリッターにより分光された一対のレーザーを、それぞれ個別のガルバノミラーに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーにより前記シリコンウェハのノッチ部の一対の外周側円弧部分をそれぞれ照射し、及び／又は、前記シリコンウェハの表側の面取り斜面と裏側の面取り斜面をそれぞれ照射するように構成されたことを特徴とするシリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置。
前記ウェハ送りユニットを付帯して有することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置。
前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する前記計測装置が、画像測定手段、静電容量変化測定手段、液滴接触角度測定手段、ラマン分光測定手段、表面粗さ計、音響測定手段、渦電流特性測定手段、反射率測定手段、Ｘ線ラング法測定手段、電子線回析測定手段、ＳＥＭ測定手段のうちから選ばれたいずれか１種又は２種以上の組合せにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェハの研削後表面のレーザー照射修復装置。
レーザー照射修復装置によるシリコンウェハの研削後表面の修復方法であって、
レーザー照射修復装置によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置により、ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する工程と、
前記レーザー照射修復装置に備えられた制御装置により、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程と、
前記制御装置の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程と、
前記計測装置により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、前記シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程と、
修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程と、
を有し、
前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程において、前記シリコンウェハの前記研削により面取りされた外周エッジ部及び／又はノッチ部をレーザー照射することを特徴とするシリコンウェハの研削後表面の修復方法。
レーザー照射修復装置によるシリコンウェハの研削後表面の修復方法であって、
レーザー照射修復装置によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置により、ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する工程と、
前記レーザー照射修復装置に備えられた制御装置により、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程と、
前記制御装置の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程と、
前記計測装置により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、前記シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程と、
修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程と、
を有し、
ビームスプリッターにより分光された一対のレーザーを、それぞれ個別のガルバノミラーに入射させ、更に反射させて、それぞれの反射レーザーにより前記シリコンウェハのノッチ部の一対の外周側円弧部分をそれぞれ照射し、及び／又は、前記シリコンウェハの表側の面取り斜面と裏側の面取り斜面をそれぞれ照射するように構成されたことを特徴とするシリコンウェハの研削後表面の修復方法。
レーザー照射修復装置によるシリコンウェハの研削後表面の修復方法であって、
レーザー照射修復装置によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置により、ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する工程と、
前記レーザー照射修復装置に備えられた制御装置により、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程と、
前記制御装置の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程と、
前記計測装置により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、前記シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程と、
修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程と、
を有し、
前記シリコンウェハのノッチ部の凹所底部の円弧部分にレーザーを照射する場合において、前記円弧部分の曲率半径の中心をレーザーの光路上に置き、前記曲率半径の中心を中心として、シリコンウェハ自体を回転、及び／又はレーザー照射方向を旋回させながら照射するように構成したことを特徴とするシリコンウェハの研削後表面の修復方法。
レーザー照射修復装置によるシリコンウェハの研削後表面の修復方法であって、
レーザー照射修復装置によるレーザー照射前に、前記レーザー照射修復装置に備えられた計測装置により、ウェハ送りユニットに保持された前記シリコンウェハの表面状態及び／又は形状を測定する工程と、
前記レーザー照射修復装置に備えられた制御装置により、前記計測装置による測定データに基づいてレーザーの照射条件及び／又は照射雰囲気を設定する工程と、
前記制御装置の設定条件に従い、前記レーザー照射修復装置に備えられたレーザー照射ユニットにより、前記シリコンウェハの研削された表面にレーザーを照射する工程と、
前記計測装置により、レーザー照射中及び／又は照射後においてもシリコンウェハの表面状態を測定し、前記シリコンウェハの表面が修復されたか否かを確認する工程と、
修復された場合はレーザー照射を終了し、修復されていない場合は修復が確認されるまでレーザー照射を再開もしくは続行する工程と、
を有し、
前記シリコンウェハのノッチ部の凹所の直線部分にレーザーを照射する場合において、レーザーの照射方向を前記直線部分と直交状態に保持した状態で、前記シリコンウェハを直線部分の方向に沿って直線移動させるように構成したことを特徴とするシリコンウェハの研削後表面の修復方法。