JP7389173B2 - 非接触式加工装置及び加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加工装置及び加工方法に関し、特に非接触式加工装置及び加工方法に関する。
近年、半導体技術の継続的な発展により、科技製品は大きく進歩している。半導体プロセスでは、加工素子を用いてウエハなどの材料に対して切断、研削又は磨きなどの加工手順を実行する場合が多い。炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの半導体材料は、エネルギーバンドギャップが広く、硬度が高く、熱伝導率が高く、及び化学的に不活性であるなどの利点を有するため、高温電子部品、高周波高出力素子を製造するための理想的な材料である。しかしながら、半導体材料の硬度が高いため、スライシング、研削又は磨きなどの加工手順を実行することは困難であり、加工素子などの刃物も摩耗する。従って、如何に半導体材料の加工効率及び品質を向上させるかは、現在の重要な研究開発トピックの１つとなっている。
これに鑑みて、本発明の１つ又は複数の目的は、上記従来技術の課題を解決するために、非接触式加工装置及び加工方法を提供することである。
前記１つ又は複数の目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの固体構造に対して加工手順を実行するための非接触式加工装置であって、前記加工手順の改質ステップで改質エネルギーを前記固体構造の加工対象領域に提供し、前記固体構造の前記加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、さらに改質層を形成するための改質エネルギー源であって、前記改質エネルギー源はレーザー源であり、前記改質エネルギーはレーザーエネルギーである、改質エネルギー源と、前記加工手順の分離ステップで分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に非接触で印加することにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化して、前記固体構造を分離又は薄型化された固体構造とするための分離エネルギー源と、を含む、ことを特徴とする非接触式加工装置を提供する。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離エネルギー源は、前記分離エネルギーとしてマイクロ波又は高周波エネルギーを提供するためのマイクロ波又は高周波源を含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離エネルギー源は、少なくとも１つの放電電極を介して前記分離エネルギーとして放電エネルギーを提供するための放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離エネルギー源は、前記分離エネルギーとしてマイクロ波又は高周波エネルギーと放電エネルギーをそれぞれ提供するためのマイクロ波又は高周波源と放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、電界を提供して前記分離エネルギー源の前記分離エネルギーが前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援して、前記固体構造を前記分離又は薄型化された固体構造とする電界源をさらに含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記加工手順の研磨ステップで前記分離又は薄型化された固体構造を研磨するための研磨ユニットをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記研磨ユニットは、前記レーザー源、放電加工（ＥＤＭ）ユニット、マイクロ波又は高周波源、及び／又は別のマイクロ波又は高周波源であることにより、前記レーザーエネルギー、放電エネルギー、マイクロ波又は高周波エネルギー、及び／又は別のマイクロ波又は高周波エネルギーをそれぞれ提供して前記分離又は薄型化された固体構造を研磨し、前記分離エネルギー源は、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニット及び／又は前記マイクロ波又は高周波源を含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記別のマイクロ波又は高周波源は、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットの少なくとも１つの放電電極を介して前記別のマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記加工手順の前記改質ステップ、前記分離ステップ及び／又は加熱ステップで前記固体構造を加熱するための熱源をさらに含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記熱源は、前記レーザー源、マイクロ波又は高周波源、熱油タンク、別のレーザー源、別のマイクロ波又は高周波源、及び／又は赤外線光源であり、前記分離エネルギー源は、放電加工（ＥＤＭ）ユニット及び／又は前記マイクロ波又は高周波源を含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記固体構造はさらに熱膨張物質に接触し、前記熱膨張物質は前記改質層に浸透し、且つ前記熱膨張物質の体積を膨張させることにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化する。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域には、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域の表面亀裂を埋めるように埋め材がある。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離又は薄型化された固体構造の表面亀裂を埋め材で埋めるようにする外力外乱源をさらに含む。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記埋め材は、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域の表面亀裂を埋めるように、熱源によって前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域に形成される。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記固体構造は、加熱液体に浸漬される。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離エネルギー源が前記分離エネルギーを前記固体構造に印加する方向は、前記レーザー源が前記レーザーエネルギーを前記固体構造に提供する方向とは異なる。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記分離エネルギー源が前記分離エネルギーを前記固体構造に印加する方向は、前記レーザー源が前記レーザーエネルギーを前記固体構造に提供する方向と同じである。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記非接触式加工装置は、流体中で前記固体構造の前記加工対象領域に対して前記加工手順を実行する。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記非接触式加工装置は、真空環境で前記固体構造の前記加工対象領域に対して前記加工手順を実行する。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットの前記放電電極の数は、１つ又は複数である。
本発明に係る非接触式加工装置によると、前記固体構造の数は、１つ又は複数である。
前記１つ又は複数の目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの固体構造に対して加工手順を実行するための非接触式加工方法であって、改質エネルギー源により改質エネルギーを前記固体構造の加工対象領域に提供し、前記固体構造の前記加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、さらに改質層を形成する前記加工手順の改質ステップを実行するステップであって、前記改質エネルギー源はレーザー源であり、前記改質エネルギーはレーザーエネルギーである、ステップと、分離エネルギー源により分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に非接触で印加することにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化して、前記固体構造を分離又は薄型化された固体構造とする前記加工手順の分離ステップを実行するステップと、を含む、ことを特徴とする非接触式加工方法を提供する。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記分離エネルギー源は、マイクロ波又は高周波エネルギーを提供するマイクロ波又は高周波源、及び／又は放電エネルギーを提供する放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含み、前記分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に印加することに用いられる。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記改質層の第１の領域は、分離起点を有し、前記分離ステップは、前記分離エネルギーで前記改質層の前記分離起点から前記固体構造を分離又は薄型化する。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記分離ステップでは、電界を前記固体構造に印加することにより、前記分離エネルギー源が前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援することをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記分離ステップでは、熱膨張物質を前記固体構造の前記改質層に浸透させ、前記熱膨張物質の体積を膨張させることにより、前記分離エネルギー源が前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援することをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記分離ステップの実行後に、前記加工手順の研磨ステップを実行することにより、研磨ユニットを用いて前記分離又は薄型化された固体構造を研磨するステップをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記改質ステップ、前記分離ステップ及び／又は前記研磨ステップの実行中又は後に、前記加工手順の加熱ステップを実行することにより、前記固体構造を加熱するステップをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工方法によると、埋めステップを実行することにより、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域の表面亀裂を埋めるステップをさらに含む。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記加工手順は、前記分離又は薄型化された固体構造に対して後続ステップを実行するステップをさらに含み、前記後続ステップは、コーティングステップ、蒸着ステップ、黄色光照射ステップ、フォトリソグラフィーステップ、エッチングステップ及び拡散ステップからなる群から選択される。
本発明に係る非接触式加工方法によると、前記加工対象領域は、前記固体構造の一部の領域に位置する。
上記のように、本発明による非接触式加工装置及び加工方法は、以下の１つ又は複数の利点を有する。
（１）本発明は、改質ステップで電磁放射源を用いて固体構造の加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させることにより、他の領域との応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いを発生させる。本発明は、分離ステップでこの応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いによって、固体構造を高速に分離又は薄型化することができる。
（２）本発明は、分離ステップで改質現象が発生した固体構造に分離エネルギーを印加することにより、応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いによる改質層と他の領域の分離エネルギー源に対する異なる応答を用いて、改質層から固体構造を分離又は薄型化する。
（３）本発明は、熱源により固体構造を加熱し、固体構造の温度を上昇させることができ、温度を上昇させることによって放射源のエネルギーの吸収率を向上させることができる。
（４）本発明は、固体構造の改質層の形成状態を検出し、さらにレーザー源によって提供されたレーザーエネルギーをフィードバック制御するか、及び／又はマイクロ波又は高周波源によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーをフィードバック制御し、例えば、マイクロ波又は高周波源によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーの大きさ、周波数又は加工送り速度などを制御することができる。
（５）本発明は、固体構造の分離速度を加速でき、さらに加工対象領域の表面亀裂を埋めることにより、余分な表面亀裂の拡大を防止する。
（６）本発明は、加熱液体タンク内で加工手順を実行でき、熱衝撃による不要な亀裂又は亀裂伝播を低減させ、不要な表面亀裂の拡大を防止することができる。
本発明の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。
図１は本発明の非接触式加工方法の加工手順の模式図である。 図２ａは本発明の非接触式加工装置が改質ステップを実行する模式図である。 図２ｂは本発明の非接触式加工装置が分離ステップを実行する模式図である。 図３は本発明の非接触式加工装置が改質及び分離ステップを実行する模式図であり、改質エネルギーと分離エネルギーは、同じ側から固体構造に供給される。 図４は本発明の非接触式加工装置が改質及び分離ステップを実行する模式図であり、改質エネルギーと分離エネルギーは、反対側から固体構造に供給される。 図５は本発明の非接触式加工装置が改質及び分離ステップを実行する模式図であり、改質エネルギーと分離エネルギーは、垂直側から固体構造に供給される。 図６は図５の別の視角からの模式図である。 図７ａは本発明の非接触式加工装置が改質及び分離ステップを実行する簡単な模式図であり、２種類の分離エネルギーが同じ側から固体構造に供給されることを示している。 図７ｂは本発明の非接触式加工装置が改質及び分離ステップを実行する簡単な模式図であり、２種類の分離エネルギーが垂直側から固体構造に供給されることを示している。 図７ｃは本発明の非接触式加工装置が電界源又は膨張液体で固体構造を分離又は薄型化するのを支援する模式図である。 図８は本発明の非接触式加工装置が分離ステップ及び加熱ステップを実行する模式図である。 図９ａは本発明の非接触式加工装置が加熱液体タンク内で研磨ステップを実行する模式図である。 図９ｂは本発明の非接触式加工装置が加熱液体タンク外に研磨ステップを実行する模式図である。 図１０ａは本発明の非接触式加工装置が埋めステップを実行する模式図である。 図１０ｂは本発明の非接触式加工装置が埋めステップを実行する模式図である。 図１１は本発明の非接触式加工装置で２組の二重マイクロ波又は高周波源を用いる模式図である。 図１２ａは本発明の固体構造の単一の加工対象領域が一部の領域に位置する上面図である。 図１２ｂは本発明の固体構造の単一の加工対象領域が一部の領域に位置する断面側面図である。 図１２ｃは本発明の固体構造の複数の加工対象領域が一部の領域に位置する上面図である。 図１２ｄは本発明の固体構造の複数の加工対象領域が一部の領域に位置する断面側面図である。 図１３ａは本発明の単一の放電電極を有する放電加工（ＥＤＭ）ユニットにより複数の固体構造を分離する模式図である。 図１３ｂは本発明の複数の放電電極を有する放電加工（ＥＤＭ）ユニットにより単一の固体構造を分離する模式図である。 図１３ｃは本発明の複数の放電電極を有する放電加工（ＥＤＭ）ユニットにより複数の固体構造を分離する模式図であり、図１３ａの視角は図８と同じであり、インゴットが被加工物として用いられ、図１３ａの視角は、図１３ｂ及び図１３ｃに垂直である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本発明はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、下記の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。
さらに、明細書全体および実用新案登録請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本発明を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本発明の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。
この記事での「第１」、「第２」、「第３」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本発明を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。
次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。
本発明は、非接触式加工装置及び加工方法を提供し、この非接触式加工装置及び加工方法は、加工される固体構造（すなわち、被加工物）に対して加工手順を実行することに用いられ、且つ、例えば、ＳＯＩ（絶縁層上の半導体）プロセス、インゴットスライシング（Ｓｌｉｃｉｎｇ）プロセス、ウエハ薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）プロセス又はパッケージング（Ｐａｃｋａｇｉｎｇ）プロセスなどの多くの半導体プロセスに適用できるが、これらに限定されない。上記固体構造は、例えば、ウエハ又はインゴットなどの結晶構造など、上記半導体プロセスにおける半導体材料を含有する固体物体であるが、これらに限定されない。上記半導体材料は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ又はＩｎＰなどの基板材料であるが、これらに限定されず、結晶構造は、例えば、単結晶、多結晶又はアモルファス構造であるが、これらに限定されない。本発明の非接触式加工方法によって実行される加工手順は、改質ステップを実行するステップと、分離ステップを実行するステップと、を少なくとも含む。改質ステップは、改質エネルギー源により改質エネルギーを固体構造の加工対象領域に提供し、固体構造の加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、さらに改質層を形成し、改質エネルギー源はレーザー源であり、改質エネルギーはレーザーエネルギーである。分離ステップは、分離エネルギー源により分離エネルギーを上記改質層を有する固体構造に非接触で印加することにより、改質層から固体構造を分離又は薄型化して、この固体構造を分離又は薄型化された固体構造とする。
上記固体構造の「分離又は薄型化」は、例えば、上記加工される固体構造から、一部の材料又はシート状構造を除去（Ｒｅｍｏｖｉｎｇ）、分割（Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ）、切断（Ｃｕｔｔｉｎｇ）又は分裂（Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）、裁断（Ｓｌｉｃｉｎｇ）することであり、前記一部の材料又はシート状構造は、選択的に回収又は再利用されてもよい。換言すると、上記分離又は薄型化された固体構造は、単一の加工された構造（すなわち、後述する第１の半部の構造）又は２つの加工された構造（すなわち、後述する第１の半部の構造と第２の半部の構造）であってもよい。上記加工対象領域は、固体構造の任意の深さ又は表面（前面又は裏面に限定されない）に位置してもよい。従って、本発明の分離又は薄型化された固体構造の厚さ（すなわち、第１の半部の構造／第２の半部の構造の厚さ）は、実際の応用のプロセス要件に応じて調整及び変化することができ、本発明では特定の厚さに限定されない。
図１に示すように、本発明の加工手順の改質ステップＳ１０では、本発明の非接触式加工装置は、改質エネルギー源により改質エネルギーを上記固体構造の加工対象領域に提供し、固体構造の加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、すなわち改質層を形成する。本発明の加工手順の分離ステップＳ２０では、本発明は、分離エネルギー源により分離エネルギーを改質層を有する固体構造に非接触で印加することにより、改質層から固体構造を分離又は薄型化して、上記分離又は薄型化された固体構造とする。
上記分離ステップＳ２０の実行後に、本発明は、さらに選択的に研磨ステップＳ３０を実行することにより、研磨ユニットを用いて上記分離又は薄型化された固体構造（第１の半部の構造１００ａ及び／又は第２の半部の構造１００ｂなど）を研磨（研削磨き）する。また、上記改質ステップＳ１０の実行中に、本発明は、さらに選択的に検出及び制御ステップＳ４０を同時に実行することにより、改質層１２０の形成状態をリアルタイムに検出してフィードバック制御する。さらに、改質ステップＳ１０、分離ステップＳ２０及び／又は研磨ステップＳ３０の実行中又は後に、本発明は、さらに選択的に加熱ステップＳ５０を実行することにより、熱源を用いて固体構造を加熱し、その材料脆性を低減させ、その切断面又は薄型化面の粗さを低減させることができる。上記分離ステップＳ２０又は研磨ステップＳ３０の実行後に、本発明は、１つ又は複数の後続ステップＳ６０を実行するステップをさらに含んでもよく、上記後続ステップＳ６０は、例えば、コーティングステップ、蒸着ステップ、黄色光照射ステップ、フォトリソグラフィーステップ、エッチングステップ及び拡散ステップからなる群から選択される。
図１及び図２ａを参照すると、図２ａに示すように、本発明の非接触式加工装置及び加工方法の改質ステップＳ１０は、改質エネルギー源（電磁放射源など）により改質エネルギーを上記固体構造１００の加工対象領域１１０に非接触で提供し、固体構造１００に質的な変化又は欠陥を発生させて、さらに改質層１２０を形成する。固体構造１００がウエハであることを例として、ウエハには、ウエハの径方向断面（Ｒａｄｉａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ）又は軸方向断面（Ａｘｉａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ）に位置する上記加工対象領域１１０が画定されており、この径方向断面又は軸方向断面は、例えば、ウエハの任意の深さＸ又は表面に位置してもよい。固体構造１００は、例えば、載置ステージ１５０に載置されており、該載置ステージ１５０は、可動載置ステージに限定されない。また、固体構造１００の加工手順は、加熱液体タンク８０（図８に示される）などのチャンバ内で実行されてもよく、加熱液体タンク（図３～図５に示される）などのチャンバ内で実行されなくてもよい。
上記第１種類の電磁放射源は、第１種類の電磁エネルギーを固体構造１００の加工対象領域１１０に提供し、この固体構造１００の加工対象領域１１０に原子結合の弱体化、構造の弱体化、又は単結晶形態から多結晶形態又はアモルファス形態への変換などの質的な変化又は欠陥などの改質現象を発生させ、すなわち改質層１２０を形成する。固体構造１００の厚さは、例えば、約５０μｍ～約１，８００μｍの範囲であるが、これに限定されない。加工対象領域１１０は、例えば、固体構造１００の深さＸ又は表面に位置する。本発明で形成された改質層１２０が固体構造１００を占める面積及び厚さは特に限定されず、実際のプロセス要件に応じて決定されてもよい。
本発明の改質エネルギー源で使用される電磁放射源は、例えば、上記加工手順の改質ステップＳ１０でレーザーエネルギー（改質エネルギー）を有するパルス光を生成して、固体構造１００の加工対象領域１１０を照射するレーザー源２０である。固体構造１００の厚さが約１，８００μｍであることを例として、加工対象領域１１０の深さＸは、約０μｍ～約１，８００μｍの間の範囲であってもよく、同様に、パルス光の集束点と載置ステージ１５０との間の距離範囲は、実際のプロセスの異なりによって約１，８００μｍ～約０μｍの間であってもよい。レーザー源２０は、レーザー発生器２２によってパルス光２３を生成し、このパルス光２３は、レンズ群２４を介して固体構造１００に伝達される。レーザー源２０のパルス光２３は、集束点で非線形吸収効果及び熱効果を形成してホットスポット（Ｈｏｔ Ｓｐｏｔ）を形成するため、集束点での固体構造１００はイオン化されて自由電子を生成し、自由電子のエネルギーも集束点での固体構造１００に伝達されて、集束点での固体構造１００の温度を上昇させ、すなわち集束点の吸収係数を増加させて、レーザー源２０によって提供されたより多くのレーザーエネルギーを吸収し、さらに改質効果を向上させる。従って、レーザー源２０によって生成されるパルス光２３の集束点が固体構造１００の加工対象領域１１０に集束される場合、レーザーエネルギーをこの固体構造１００の加工対象領域１１０に提供して、原子結合の弱体化、構造の弱体化、又は単結晶形態から多結晶形態又はアモルファス形態への変換、硬度の低減などの質的な変化又は欠陥などの改質現象を発生させ、すなわち上記改質層１２０を形成する。
本発明で使用されるレーザー源２０は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー又はＴｉ－Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザーであるが、これらに限定されない。レーザー源２０によって生成されるパルス光は、欠陥密度が約１００ｅａ／ｍｍ２～約１，０００，０００ｅａ／ｍｍ２の範囲であるように、固体構造１００の加工対象領域１１０を走査照射し、パルス光の移動速度は、約１０ｍｍ／ｓｅｃ～約１，０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲であり、パルス光の波長は、約７００ｎｍよりも大きく、好ましくは約７００ｎｍ～約１，６００ｎｍの範囲であり、パルス幅は約１，０００ｎｓよりも小さく、繰り返し周波数（Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、約５ＫＨｚ～約１０ＭＨｚの範囲であり、パルスエネルギー（Ｐｕｌｓｅ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）は、例えば、約０．１μＪ～約１，０００μＪの範囲であり、スポット径（Ｓｐｏｔ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、例えば、約１μｍ～約５０μｍの範囲である。
本発明は、パルス光が固体構造１００の加工対象領域１１０を水平に走査照射するように、可動載置ステージを用いて固体構造１００を水平に移動させるか（図２ａの下方の水平方向の二重矢印Ｃ１に示される）、又は、レーザー源２０がパルス光を水平に移動させることができる（図２ａの上方の水平方向の二重矢印Ｌ１に示される）。また、本発明は、さらに、例えば、パルス光が固体構造１００の加工対象領域１１０を垂直に走査照射するように、可動載置ステージを用いて固体構造１００を垂直に移動させるか（すなわち、レーザー源は垂直方向に固定されるが、載置ステージは垂直方向に移動可能であり、図２ａの下方の垂直方向の二重矢印Ｃ２に示される）、又は、レーザー源２０がパルス光を垂直に移動させることができる（すなわち、レーザー源２０は垂直方向に移動可能であるが、載置ステージは垂直方向に固定され、図２ａの上方の垂直方向の二重矢印Ｌ２に示される）。また、他の実施態様では、上記可動載置ステージによる移動方法は、固体構造１００の垂直移動又は水平移動に限定されず、可動載置ステージは、例えば、回転、傾斜又は他の方法で固体構造１００を移動させてもよく、すなわち、パルス光の集束点が照射する固体構造１００の位置を調整できる限り、いずれも本発明に適用できる。また、パルス光の集束点が照射する固体構造１００の位置を調整することで、固体構造の加工対象領域１１０は、固体構造の全領域に完全に分布することに限定されず、例えば、径方向断面及び／又は縦断面の一部にのみ分布する。例えば、１つの加工対象領域１１０（図１２ａ及び図１２ｂを参照）又は複数の加工対象領域１１０（図１２ｃ及び図１２ｄを参照）は、固体構造１００の一部の領域に位置してもよく、加工対象領域１１０の断面形状は特に限定されず、実際の必要に応じて決定されてもよく、例えば、図１２ａ～図１２ｄに示されるＵ字形であってもよく、図１２ｂは図１２ａの断面線Ｉ－Ｉ’に沿った断面側面図であり、図１２ｄは図１２ｃの断面線ＩＩ－ＩＩ’に沿った断面側面図である。
図１、図２ｂ、図３～図５を参照すると、本発明の非接触式加工装置及び加工方法は、加工手順の分離ステップＳ２０を実行するステップをさらに含み、分離ステップ２０は、分離エネルギー源４０により分離エネルギーを改質層１２０を有する固体構造１００に非接触で印加することにより、改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化して、固体構造１００を、薄型化面を有する第１の半部の構造１００ａ、又は、分割面をそれぞれ有する第１の半部の構造１００ａ及び第２の半部の構造１００ｂなどの分離又は薄型化された固体構造とする。また、分離又は薄型化された固体構造（すなわち、第１の半部の構造１００ａ及び／又は第２の半部の構造１００ｂ）は、一部の改質層１２０を有してもよい（図７ｃ、図１０ａ又は図１０ｂを参照）。
本発明で使用される分離エネルギー源４０は、例えば、マイクロ波又は高周波源３０を含み、このマイクロ波又は高周波源３０は、マイクロ波又は高周波電磁波を出力してマイクロ波又は高周波エネルギーを上記分離エネルギーとして提供することにより、応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いによる改質層１２０（すなわち、加工対象領域１１０）と他の領域（すなわち、非加工対象領域）のマイクロ波又は高周波エネルギーに対する異なる応答を用いて、改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化して、固体構造１００を上記分離又は薄型化された固体構造（第１の半部の構造１００ａ、又は第１の半部の構造１００ａ及び第２の半部の構造１００ｂなど）とする。本発明の固体構造１００の加工対象領域１１０の改質層１２０の応力（圧縮応力又は引張応力など）は、他の領域（非加工対象領域）とは異なり、又は、改質層１２０の構造強度は、他の領域（非加工対象領域）よりも弱く、又は、改質層１２０の結晶格子形態（単結晶、多結晶又はアモルファスなど）は、他の領域（非加工対象領域）とは異なり、又は、改質層１２０の硬度は、他の領域（非加工対象領域）よりも弱い。本発明は、改質層１２０と非加工対象領域のマイクロ波エネルギーに対する吸収の違いによって、改質層１２０と非加工対象領域との違いを増加させ、改質層１２０から分離程度を容易に大きくすることができる。また、改質層１２０の導電率は、他の領域（非加工対象領域）よりも優れているため、分離エネルギー源４０は、放電加工（ＥＤＭ）ユニットであってもよく（図８に示される）、改質層１２０と他の領域の放電エネルギーに対する異なる応答によって、改質層から固体構造を分離又は薄型化する。
マイクロ波又は高周波源３０は、マイクロ波発生器３２（マグネトロンなど）によってマイクロ波３３を生成し、同軸共振器（Ｃｏａｘｉａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）３４を介して固体構造１００に伝達する。アイソレータ（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）３６は、好ましくは、マイクロ波発生器３２と同軸共振器３４との間に設けられ、一方向のマイクロ波伝送効果を有し、整合器３８は、好ましくは、マイクロ波の伝送経路（同軸共振器３４など）に設けられ、マイクロ波の反射量を低減させることができ、これにより、マイクロ波は、同軸共振器３４に効果的に入って固体構造１００に伝達され得る。整合器３８は、例えば、同軸管３８ａ、金属板３８ｂ及び金属棒３８ｃからなるが、上記マイクロ波又は高周波源３０の構造は、本発明を限定するものではなく、好ましい例に過ぎない。紫外線光又は赤外線光と比較して、マイクロ波又は高周波源３０によって提供されたマイクロ波又は高周波電磁波は、ウエハ／インゴットなどの固体構造１００を貫通できるため、分離エネルギーを改質層１２０が位置する深さに効果的に伝達することができる。固体構造１００の加工対象領域１１０の改質層１２０は、質的な変化又は欠陥などの改質現象を有するため、マイクロ波又は高周波源３０によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーに対する吸収に違いがあり、マイクロ波又は高周波エネルギーは、固体構造１００の原子（シリコン原子など）間の結合を振動させ、加熱昇温させるため、改質層１２０と他の非加工対象領域との応力の違い、構造強度、結晶格子形態及び／又は硬度の違いによって、固体構造１００を改質層１２０から分離又は薄型化させる。また、本発明は、固体構造１００の加工対象領域１１０の全部に改質層１２０を形成してから、分離エネルギーを固体構造１００の改質層１２０に印加することに限定されない。すなわち、固体構造１００の加工対象領域１１０の一部又は全部に改質層１２０が形成されるかにかかわらず、本発明は、分離エネルギーを固体構造１００の改質層１２０に印加することができる。換言すると、本発明の加工手順の改質ステップＳ１０と分離ステップＳ２０は、順番に実行されてもよく、例えば、改質ステップＳ１０を用いて加工対象領域１１０の全部に改質層１２０を形成してから、分離ステップＳ２０を実行する。改質ステップＳ１０と分離ステップＳ２０は、同時に実行されてもよく、例えば、改質ステップＳ１０を用いて加工対象領域１１０の一部に改質層１２０を形成するとともに、分離ステップＳ２０を実行することにより、固体構造１００を部分的又は全部に分離又は薄型化する。
改質ステップＳ１０と分離ステップＳ２０が順番に実行される場合、本発明は、まず改質ステップＳ１０を実行し、レーザー源２０によって提供されたレーザーエネルギーにより固体構造１００の加工対象領域１１０に改質層１２０を形成させてから、分離ステップＳ２０を実行し、すなわちマイクロ波又は高周波源３０によって提供されたマイクロ波又は高周波源を分離エネルギーとすることにより、改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化して、固体構造１００を上記分離又は薄型化された固体構造とする。
改質ステップＳ１０と分離ステップＳ２０が同時に実行される場合、本発明は、例えば、改質層１２０を形成するとともに、改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化することができる。レーザー源２０によって提供されたレーザーエネルギーは、固体構造１００の加工対象領域１１０に自由電子を生成させることができ、前記自由電子の生成は、他の領域（非加工対象領域）よりも多くのマイクロ波エネルギーを吸収できるため、加工対象領域の温度を上昇させ、温度が上昇するため、加工対象領域１１０がより多くのレーザーエネルギーを吸収してより多くの自由電子を生成して、マイクロ波又は高周波放射源によって提供されたより多くの電磁エネルギーを吸収し、従って正のサイクルを形成することに寄与する。固体構造１００の加工対象領域１１０（すなわち、改質層１２０が位置する場所）は、レーザー源２０のパルス光の集束点で多くの自由電子を有し、温度が高いと、吸収係数が高くなるため、他の領域（非加工対象領域）よりも多くのマイクロ波エネルギーを吸収でき、これにより他の非加工対象領域との熱差を大きく発生させ、他の領域（非加工対象領域）との応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いを多く発生させ、固体構造１００を分離又は薄型化する効果に寄与する。上記温度は、例えば、温度センサ９２（赤外線温度センサなど）によって検出され得る。また、本発明のレーザー源２０は、パルス光を生成することによってレーザーエネルギーを提供し、マイクロ波又は高周波源３０は、マイクロ波又は高周波電磁波を連続的又は断続的に生成することによってマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する。これにより、本発明のレーザー源２０とマイクロ波又は高周波源３０は、パルス光とマイクロ波又は高周波電磁波を順番に又は同時にそれぞれ出力してレーザーエネルギーとマイクロ波又は高周波エネルギーを提供し、固体構造１００の加工対象領域１１０に改質層１２０を形成させ、改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化することができる。
また、本発明のマイクロ波又は高周波源３０がマイクロ波又は高周波電磁波を出力してマイクロ波又は高周波エネルギーを固体構造１００に提供する方向は特に限定されず、マイクロ波又は高周波源３０は、レーザー源２０がレーザーエネルギーを固体構造１００に提供する方向とは異なる方向（図４に示される反対側）、同じ方向（図３に示される同じ側）又は垂直な方向（図５、図６に示される）から、マイクロ波又は高周波電磁波を提供することができる。本発明では、１組の二重マイクロ波又は高周波源を用いてマイクロ波又は高周波エネルギーを提供することができ、図５及び図６に示すように、該組の二重マイクロ波又は高周波源の２つのマイクロ波又は高周波源３０は、同じ同軸共振器３４を共有し、固体構造１００の左右両側にそれぞれ設けられ、レーザー源２０がレーザーエネルギーを提供する方向に垂直な方向にマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する。図５及び図６に示される同軸共振器３４は、より選択的に開口部３５を有することにより、載置ステージ１５０は、この開口部３５を用いて固体構造１００上で処理される領域を同軸共振器３４に送り込むことができる。また、図１１に示すように、加工（分離など）効果を向上させるために、１組の二重マイクロ波又は高周波源が増設されてもよい。また、前記反対側方向、同じ側方向、垂直方向に加えて、マイクロ波又は高周波源３０がマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する方向と、レーザー源がレーザーエネルギーを提供する方向とは、夾角をなしてもよく、この夾角は、約０度～約１８０度の間である。また、マイクロ波又は高周波源３０がマイクロ波又は高周波電気エネルギーを提供する方向も調整可能であり、例えば、固体構造１００の表面形態又は組成に応じて、マイクロ波又は高周波源３０がマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する方向とレーザー源２０がレーザーエネルギーを提供する方向及び／又は前記夾角を調整する。
例えば、レーザー源２０によって提供されたパルス光は、例えば、ウエハ又はインゴットなどの結晶構造の径方向断面又は軸方向断面の方向に沿って走査して改質エネルギーを固体構造１００に提供し、固体構造１００の質的な変化又は欠陥の分布方向は、径方向断面又は軸方向断面に平行な方向であり、パルス光が径方向断面又は軸方向断面の方向に沿って走査するときの走査経路は特に限定されず、レーザーエネルギーを固体構造１００の加工対象領域１１０に提供できる限り、本発明に適用できる。マイクロ波又は高周波電磁波は、ウエハ／インゴットなどの固体構造１００を貫通できるため、マイクロ波又は高周波源３０は、径方向断面又は軸方向断面に平行な方向、径方向断面又は軸方向断面に垂直な方向、又は他の方向から、マイクロ波又は高周波電磁波を提供することができ、質的な変化又は欠陥が発生した固体構造１００（すなわち、改質層１２０）のみは、多くのマイクロ波又は高周波エネルギーを吸収する。マイクロ波又は高周波源３０がどの方向からマイクロ波又は高周波電磁波を提供するかにかかわらず、いずれも反対側に吸収素子４２が設けられて、不要な散乱を回避し、吸収の均一性を向上させることができる（図４に示される）。マイクロ波又は高周波源３０がマイクロ波であることを例として、本発明のマイクロ波の波長範囲は、約１ｍｍ～約１ｍであり、周波数範囲は、約３００ＧＨｚ～約０．３ＧＨｚであり、電力範囲は、例えば、約２００ワット～約５，０００ワットである。本発明のレーザー源２０によって出力されるレーザーエネルギーは、マイクロ波又は高周波源３０によって出力されるマイクロ波又は高周波エネルギーよりも高いか、よりも低いか又は等しいことに限定されない。レーザー源２０及びマイクロ波又は高周波源３０の設置方法及びそれらの作動原理は、当業者に知られているものであるため、本発明は、ここでは詳細な説明を省略する。
また、図７ａ及び図８に示すように、本発明の分離エネルギー源４０は、例えば、上記マイクロ波又は高周波源３０の代わりに放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０を用いてもよく、放電電極５２を介して上記分離エネルギーとして放電エネルギーを非接触で提供することに用いられる。又は、図７ｂ及び図８に示すように、本発明は、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０とマイクロ波又は高周波源３０を分離エネルギー源４０として同時に用いてもよく、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０とマイクロ波又は高周波源３０が分離エネルギーを提供する方向は、例えば、同じであってもよく（図７ａに示される）、互いに垂直であってもよく（図７ｂに示される）、又は夾角をなしてもよく、この夾角は、約０度～約１８０度の間である。放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の放電電極５２は、例えば、線状電極又は板状電極であり、線状電極及び板状電極の材料はすべて、例えば、モリブデン、黄銅、タングステン及び亜鉛めっき物であってもよく、線状電極の直径は、約３０μｍ～約３００μｍの範囲であり、板状電極の厚さは、約３０μｍ～約３００μｍの範囲である。放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、分離エネルギー源４０として、ウエハ（図７ａ～図７ｂに示される）又はインゴット（図８に示される）などの固体構造を分離（分割）又は薄型化することに寄与する。さらに、固体構造１００の加工対象領域１１０の改質層１２０の硬度又は構造強度は、他の領域よりも低く、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の放電エネルギーを改質層１２０から高速に除去し、さらに改質層１２０から固体構造１００を高速に分離又は薄型化することに寄与する。例えば、本発明は、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０により放電エネルギーを固体構造１００の改質層１２０の第１の領域１２２の分離起点１２４に印加することにより、改質層１２０の分離起点１２４から固体構造１００を分離又は薄型化することができる。固体構造１００の加工対象領域１１０の改質層１２０の応力（圧縮応力又は引張応力）は、他の領域（非加工対象領域）とは異なるため、改質層１２０の分離起点１２４から分離程度を容易に大きくすることができる（図７ａ及び図７ｂを参照）。換言すると、本発明は、分離速度を加速できるだけでなく、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の使用電力を低減させることができる。放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の作動原理、作動方法及び構造は、当業者に知られているものであり、本発明の重要点ではないため、詳細な説明が省略される。
図８に示すように、本発明は、１つの放電電極５２（単一の導電性構造）を有する放電加工（ＥＤＭ）ユニットにより１つの固体構造（すなわち、単一の被加工物）に対して分離ステップを実行することを例として説明するが、本発明はこれに限定されない。図１３ａに示すように、本発明の放電電極５２は、例えば、複数の固体構造１００（すなわち、複数の被加工物）に対して分離ステップを同時に実行してもよく、すなわち、放電電極５２は、複数の固体構造１００を同時に分離することができる。同様に、本発明は、複数の分離された放電電極５２（複数の導電性構造）で１つの固体構造１００（図１３ｂに示される）又は複数の固体構造１００（図１３ｃに示される）に対して分離ステップを同時に実行してもよい。さらに、本発明の分離ステップＳ２０は、上記液状又はガス状などの流体中で実行されることに限定されず、真空環境で実行されてもよい。換言すると、本発明の分離ステップＳ２０は、放電電極５２で被加工物１００を湿式分離できる（すなわち、液体タンク又は加熱液体タンク８０内で実行される）ことに加えて、放電電極５２で固体構造１００を乾式分離できる（すなわち、空気又は真空環境で実行される）。本発明は、放電電極５２による固体構造１００の乾式分離中に、放電電極５２を選択的に降温してもよく、例えば、液体又はガスなどの降温流体を用いて放電電極５２を降温させ又は温度を維持させてもよく、又は、液体又はガスなどの降温流体を用いることなく、放電電極５２を放電エネルギーによって昇温させてもよい。同じ理由により、前記改質ステップＳ１０又は分離ステップＳ２０、及び後述する研磨ステップＳ３０、埋めステップＳ７０又は加熱ステップＳ５０などの本発明の加工手順の各ステップはすべて、選択的に上記液状又はガス状などの流体中で実行されてもよく、又は真空環境で実行されてもよい。
図７ｃに示すように、本発明の非接触式加工装置は、さらに選択的に電界源４６を含んでもよく、上記分離ステップＳ２０では、電界源４６は、電界を固体構造１００の改質層１２０に提供し、改質層１２０と固体構造１００との界面に自由電子を蓄積させることにより、分離エネルギー源４０が改質層１２０から固体構造１００を分離又は薄型化するのを支援して、固体構造１００を分離又は薄型化された固体構造とする。電界方向は限定されず、自由電子が改質層１２０と固体構造１００との界面に蓄積できる限り、本発明に適用できる。
また、図７ｃに示すように、分離ステップＳ２０の実行前に、本発明は、選択的に熱膨張物質４８を、改質層１２０を有する固体構造１００に接触させてもよく、例えば、固体構造１００を上記熱膨張物質４８（水など）に浸漬し、熱膨張物質４８を改質層１２０の穴又は亀裂に浸透させる。又は、本発明は、熱膨張物質４８を改質層１２０の穴又は亀裂に直接充填してもよく、この熱膨張物質は、例えば、水溶液などの液体又は水蒸気などのガスであり、さらに液体とガスの混合物である。従って、続いて、分離エネルギー源４０（及び後続の熱源７０）により分離エネルギー／熱エネルギーを改質層１２０を有する固体構造１００に印加する場合、熱膨張物質４８は、分離エネルギー／熱エネルギーを吸収するため、加熱膨張し又は沸騰し、さらに固体構造１００を改質層１２０から分解するようにし、従って、本発明の熱膨張物質４８は、分離エネルギー源４０が改質層１２０から固体構造を分離又は薄型化するのを支援することができる。
また、図８に示すように、本発明の非接触式加工装置は、さらに選択的に、例えば、別のマイクロ波又は高周波源８５をさらに含んでもよい。この別のマイクロ波又は高周波源８５は、例えば、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の放電電極５２を介して改質層１２０に沿った方向から別のマイクロ波又は高周波エネルギーを固体構造１００に提供することができる。この別のマイクロ波又は高周波源８５は、分離エネルギー源として前記分離ステップＳ２０に適用されてもよく、分離速度を加速し、研磨ユニットとして後述する研磨ステップＳ３０に適用されてもよく、分離又は薄型化された固体構造の切断面又は薄型化面の表面粗さを低減させ、又は、加熱ユニットとして加熱ステップＳ５０に適用されて、固体構造の温度を上昇させ、温度を上昇させることによって放射源のエネルギーの吸収率を向上させ、放電加工の効率を向上させることができる。また、本発明の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、分離、研磨及び加熱効果などを同時に発揮するように、放電電極５２を介して放電エネルギーと別のマイクロ波又は高周波エネルギーを同時に提供してもよい。本発明の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、分離、研磨及び加熱効果などをそれぞれ発揮するように、放電電極５２を介して放電エネルギーと別のマイクロ波又は高周波エネルギーを非同時に提供してもよい。
また、図９ａ及び図９ｂに示すように、本発明の加工装置は、より選択的に、例えば、切断面又は薄型化面の表面粗さが、例えば、約３０μｍ～約１μｍの範囲から約１０μｍ～約０．０５μｍの範囲に低減するように、加工手順の研磨ステップＳ３０で上記分離又は薄型化された固体構造を研磨するための研磨ユニット６０を含む。研磨ユニット６０は、例えば、図３～図５、図９ａ及び図９ｂに示されるレーザー源２０、図７ａ、図７ｂ及び図８に示される放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０、図３～図５、図７ａ、図７ｂ及び図８～図９ａに示されるマイクロ波又は高周波源３０、及び／又は図８に示される別のマイクロ波又は高周波源８５であってもよく、これによりレーザーエネルギー、放電エネルギー又はマイクロ波又は高周波エネルギーを用いて上記分離又は薄型化された固体構造（第１の半部の構造１００ａ、又は第１の半部の構造１００ａ及び第２の半部の構造１００ｂなど）を研磨して切断面又は薄型化面の表面粗さを低減させる。
また、図８～図９ａに示すように、本発明の加工装置１００は、より選択的に、例えば、加熱ステップＳ５０を実行することにより、上記加工手順の改質ステップＳ１０、分離ステップＳ２０及び／又は研磨ステップＳ３０の実行中又は後に固体構造１００を加熱するための熱源７０を含む。図８は、固体構造１００がインゴットであることを例とし、図９ａは、分離又は薄型化された固体構造がウエハであることを例とする。熱源７０は、例えば、図３～図５、図７ａ、図７ｂ及び図９ａに示されるレーザー源２０、図３～図５、図７ａ、図７ｂ及び図８～図９ａに示されるマイクロ波又は高周波源３０、図８～図９ａに示される加熱液体タンク８０、別のレーザー源、別のマイクロ波又は高周波源８５、及び／又は赤外線光源である。上記熱源７０としての加熱液体タンク８０は、加熱液体８２、好ましくは熱油、より好ましくはフッ素油などの耐高温油を有し、上記加工手順のステップの全部又はステップの一部では、固体構造１００は、加熱液体８２に浸漬できることにより、熱衝撃による不要な亀裂又は亀裂の拡大を低減させることができる。分離ステップＳ２０では、熱源７０により固体構造１００を同時に加熱する場合、固体構造１００の温度を上昇させることができ、加熱により、改質層１２０上により多くの自由電子を生成し、自由電子の生成は、他の領域（非加工対象領域）よりも多くのマイクロ波エネルギーを吸収できるため、加工対象領域１１０の改質層１２０の温度を上昇させることができ、温度が上昇するため、改質層１２０がより多くのレーザーエネルギーを吸収してより多くの自由電子を生成し、マイクロ波又は高周波放射源によって提供されたより多くの電磁エネルギーを吸収し、従って正のサイクルを形成することに寄与する。
また、図８に示すように、本発明の加工装置１００は、より選択的に、例えば、加工手順の検出及び制御ステップＳ４０で固体構造１００の改質層１２０の形成状態を検出し、例えば、自由電子量を検出することによってその光伝導減衰の変化及び欠陥の発生状態を得て、さらにレーザー源２０によって提供されたレーザーエネルギーをフィードバック制御するか、及び／又はマイクロ波又は高周波源３０によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーをフィードバック制御し、例えば、マイクロ波又は高周波源３０によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーの大きさ、周波数又は加工送り速度などを制御するための検出及び制御ユニット９０を含む。上記検出及び制御ステップＳ４０は、例えば、改質ステップＳ１０、分離ステップＳ２０及び／又は研磨ステップＳ３０の実行中に同時に実行されてもよい。
また、上記分離ステップＳ２０の実行中に、固体構造１００の加工対象領域１１０の周囲（切断面又は薄型化面）に、深さの異なる表面亀裂１１２が発生する。従って、本発明は、さらに選択的に埋めステップＳ７０を実行してもよく、例えば、超音波ユニットなどの外力外乱源９５（図１０ａに示される）を用いて超音波を提供して加工対象領域１１０の切断面又は薄型化面の表面亀裂１１２を埋め材１１４で埋めるようにし、これらの余分な表面亀裂１１２の連続的な拡大を回避することにより、その構造を強化できるだけでなく、分離ステップＳ２０を高速（さらに加速）実行する効果を達成できる。埋め材の組成は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ又はＩｎＰなどの材料であってもよいが、これらに限定されず、埋め剤又は接着剤などの、亀裂を埋めるのに適する任意の材料は、いずれも本発明に適用できる。超音波の周波数範囲は、例えば、約１５ＫＨｚ～約３０ＫＨｚであるが、これに限定されない。この埋めステップＳ７０は、選択的に流体中で実行されてもよく、この流体は、例えば、加熱液体８２、水又は空気などの伝導媒体であり、超音波は、流体中に流体液滴及び衝撃圧力波を発生させて、埋め材１１４の材料粒子を加工対象領域１１０の切断面又は薄型化面の表面亀裂１１２に埋め込むようにする。また、本発明は、特定の構造の超音波ユニットに限定されず、超音波ユニットが超音波を提供する方向も特に限定されず、任意の方向であってもよく、埋め効果を達成できる限り、本発明に適用できる。
また、本発明は、上記熱源７０によって提供された熱エネルギーにより、分離又は切断された固体構造（第１の半部の構造１００ａなど）の表面又はその改質層１２０の表面を酸化し又は他の化学反応を発生させて、酸化ケイ素又は酸化物などの図１０ｂに示される埋め材１１４を形成し、さらに表面亀裂１１２を埋めて表面亀裂１１２の伝播を防止することができる。
上記のように、本発明による非接触式加工装置及び加工方法は、以下の１つ又は複数の利点を有する。
（１）本発明は、改質ステップで電磁放射源を用いて固体構造の加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させることにより、他の領域との応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いを発生させる。本発明は、分離ステップでこの応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いによって、固体構造を高速に分離又は薄型化することができる。
（２）本発明は、分離ステップで改質現象が発生した固体構造に分離エネルギーを印加することにより、応力、構造強度、結晶格子形態又は硬度の違いによる改質層と他の領域の分離エネルギー源に対する異なる応答を用いて、改質層から固体構造を分離又は薄型化する。
（３）本発明は、熱源により固体構造を加熱し、固体構造の温度を上昇させることができ、温度を上昇させることによって放射源のエネルギーの吸収率を向上させることができる。
（４）本発明は、固体構造の改質層の形成状態を検出し、さらにレーザー源によって提供されたレーザーエネルギーをフィードバック制御するか、及び／又はマイクロ波又は高周波源によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーをフィードバック制御し、例えば、マイクロ波又は高周波源によって提供されたマイクロ波又は高周波エネルギーの大きさ、周波数又は加工送り速度などを制御することができる。
（５）本発明は、固体構造の分離速度を加速でき、さらに加工対象領域の表面亀裂を埋めることにより、余分な表面亀裂の拡大を防止する。
（６）本発明は、加熱液体タンク内で加工手順を実行でき、熱衝撃による不要な亀裂又は亀裂伝播を低減させ、不要な表面亀裂の拡大を防止することができる。
以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本発明の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、添付の請求の範囲に含まれる。
Ｓ１０：改質ステップ
Ｓ２０：分離ステップ
Ｓ３０：研磨ステップ
Ｓ４０：検出及び制御ステップ
Ｓ５０：加熱ステップ
Ｓ６０：後続ステップ
Ｓ７０：埋めステップ
２０：レーザー源
２２：レーザー発生器
２３：パルス光
２４：レンズ群
３０：マイクロ波又は高周波源
３２：マイクロ波発生器
３３：マイクロ波
３４：同軸共振器
３５：開口部
３６：アイソレータ
３８：整合器
３８ａ：同軸管
３８ｂ：金属板
３８ｃ：金属棒
４０：分離エネルギー源
４２：吸収素子
４６：電界源
４８：熱膨張物質
５０：放電加工（ＥＤＭ）ユニット
５２：放電電極
６０：研磨ユニット
７０：熱源
８０：加熱液体タンク
８２：加熱液体
８５：別のマイクロ波又は高周波源
９０：検出及び制御ユニット
９２：温度センサ
９５：外力外乱源
１００：固体構造
１１０：加工対象領域
１１２：表面亀裂
１１４：埋め材
１２０：改質層
１２２：第１の領域
１２４：分離起点
１００ａ：第１の半部の構造
１００ｂ：第２の半部の構造
１４０：埋め材
１５０：載置ステージ
Ｘ：深さ
Ｌ１：水平方向の二重矢印
Ｌ２：垂直方向の二重矢印
Ｃ１：水平方向の二重矢印
Ｃ２：垂直方向の二重矢印
Ｉ－Ｉ’、ＩＩ－ＩＩ’：断面線

Claims (28)

  1. 少なくとも１つの固体構造に対して加工手順を実行するための非接触式加工装置であって、
    前記加工手順の改質ステップで改質エネルギーを前記固体構造の加工対象領域に提供し、前記固体構造の前記加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、さらに改質層を形成するための改質エネルギー源であって、前記改質エネルギー源はレーザー源であり、前記改質エネルギーはレーザーエネルギーである、改質エネルギー源と、
    前記加工手順の分離ステップで分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に非接触で印加することにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化して、前記固体構造を分離又は薄型化された固体構造とするための分離エネルギー源と、を含み、
    前記分離エネルギー源は、少なくとも１つの放電電極を介して前記分離エネルギーとして放電エネルギーを提供するための放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含む、ことを特徴とする非接触式加工装置。
  2. 前記分離エネルギー源は、前記分離エネルギーとしてマイクロ波又は高周波エネルギーと前記放電エネルギーをそれぞれ提供するためのマイクロ波又は高周波源と前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含む、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  3. 電界を提供して前記分離エネルギー源の前記分離エネルギーが前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援して、前記固体構造を前記分離又は薄型化された固体構造とする電界源をさらに含む、請求項１又は２に記載の非接触式加工装置。
  4. 前記加工手順の研磨ステップで前記分離又は薄型化された固体構造を研磨するための研磨ユニットをさらに含む、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  5. 前記研磨ユニットは、前記レーザー源、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニット、マイクロ波又は高周波源、及び／又は別のマイクロ波又は高周波源であることにより、前記レーザーエネルギー、前記放電エネルギー、マイクロ波又は高周波エネルギー、及び／又は別のマイクロ波又は高周波エネルギーをそれぞれ提供して前記分離又は薄型化された固体構造を研磨し、前記分離エネルギー源は、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニット及び／又は前記マイクロ波又は高周波源を含む、請求項４に記載の非接触式加工装置。
  6. 前記別のマイクロ波又は高周波源は、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットの前記放電電極を介して前記別のマイクロ波又は高周波エネルギーを提供する、請求項５に記載の非接触式加工装置。
  7. 前記加工手順の前記改質ステップ、前記分離ステップ及び／又は加熱ステップで前記固体構造を加熱するための熱源をさらに含む、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  8. 前記熱源は、前記レーザー源、マイクロ波又は高周波源、熱油タンク、別のレーザー源、別のマイクロ波又は高周波源、及び／又は赤外線光源であり、前記分離エネルギー源は、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニット及び／又は前記マイクロ波又は高周波源を含む、請求項７に記載の非接触式加工装置。
  9. 前記固体構造はさらに熱膨張物質に接触し、前記熱膨張物質は前記改質層に浸透し、且つ前記熱膨張物質の体積を膨張させることにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化する、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  10. 前記分離又は薄型化された固体構造の表面亀裂を埋め材で埋めるようにする外力外乱源をさらに含む、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  11. 埋め材は、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域の表面亀裂を埋めるように、熱源によって前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域に形成される、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  12. 前記固体構造は、加熱液体に浸漬される、請求項１、６、又は１０に記載の非接触式加工装置。
  13. 前記分離エネルギー源が前記分離エネルギーを前記固体構造に印加する方向は、前記レーザー源が前記レーザーエネルギーを前記固体構造に提供する方向とは異なる、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  14. 前記分離エネルギー源が前記分離エネルギーを前記固体構造に印加する方向は、前記レーザー源が前記レーザーエネルギーを前記固体構造に提供する方向と同じである、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  15. 前記非接触式加工装置は、流体中で前記固体構造の前記加工対象領域に対して前記加工手順を実行する、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  16. 前記非接触式加工装置は、真空環境で前記固体構造の前記加工対象領域に対して前記加工手順を実行する、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  17. 前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットの前記放電電極の数は、１つ又は複数である、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  18. 前記固体構造の数は、１つ又は複数である、請求項１に記載の非接触式加工装置。
  19. 少なくとも１つの固体構造に対して加工手順を実行するための非接触式加工方法であって、
    改質エネルギー源により改質エネルギーを前記固体構造の加工対象領域に提供し、前記固体構造の前記加工対象領域に質的な変化又は欠陥を発生させ、さらに改質層を形成する前記加工手順の改質ステップを実行するステップであって、前記改質エネルギー源はレーザー源であり、前記改質エネルギーはレーザーエネルギーである、ステップと、
    分離エネルギー源により分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に非接触で印加することにより、前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化して、前記固体構造を分離又は薄型化された固体構造とする前記加工手順の分離ステップを実行するステップと、を含み、
    前記分離エネルギー源は、少なくとも１つの放電電極を介して前記分離エネルギーとして放電エネルギーを提供するための放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含む、ことを特徴とする非接触式加工方法。
  20. 前記分離エネルギー源は、マイクロ波又は高周波エネルギーを提供するマイクロ波又は高周波源、及び／又は前記放電エネルギーを提供する前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットを含み、前記分離エネルギーを前記改質層を有する前記固体構造に印加することに用いられる、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  21. 前記改質層の第１の領域は、分離起点を有し、前記分離ステップは、前記分離エネルギーで前記改質層の前記分離起点から前記固体構造を分離又は薄型化する、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  22. 前記分離ステップでは、電界を前記固体構造に印加することにより、前記分離エネルギー源が前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援することをさらに含む、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  23. 前記分離ステップでは、熱膨張物質を前記固体構造の前記改質層に浸透させ、前記熱膨張物質の体積を膨張させることにより、前記分離エネルギー源が前記改質層から前記固体構造を分離又は薄型化するのを支援することをさらに含む、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  24. 前記分離ステップの実行後に、前記加工手順の研磨ステップを実行することにより、研磨ユニットを用いて前記分離又は薄型化された固体構造を研磨するステップをさらに含む、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  25. 前記改質ステップ、前記分離ステップ及び／又は前記研磨ステップの実行中又は後に、前記加工手順の加熱ステップを実行することにより、前記固体構造を加熱するステップをさらに含む、請求項２４に記載の非接触式加工方法。
  26. 埋めステップを実行することにより、前記分離又は薄型化された固体構造の前記加工対象領域の表面亀裂を埋めるステップをさらに含む、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  27. 前記加工手順は、前記分離又は薄型化された固体構造に対して後続ステップを実行するステップをさらに含み、前記後続ステップは、コーティングステップ、蒸着ステップ、黄色光照射ステップ、フォトリソグラフィーステップ、エッチングステップ及び拡散ステップからなる群から選択される、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
  28. 前記加工対象領域は、前記固体構造の一部の領域に位置する、請求項１９に記載の非接触式加工方法。
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