WO2020195567A1 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

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WO2020195567A1
WO2020195567A1 PCT/JP2020/008615 JP2020008615W WO2020195567A1 WO 2020195567 A1 WO2020195567 A1 WO 2020195567A1 JP 2020008615 W JP2020008615 W JP 2020008615W WO 2020195567 A1 WO2020195567 A1 WO 2020195567A1
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laser beam
wafer
holding
radial
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PCT/JP2020/008615
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陽平 山下
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東京エレクトロン株式会社
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Priority to JP2021508875A priority patent/JP7127208B2/ja
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Definitions

  • This disclosure relates to a processing device and a processing method.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a laminated semiconductor device.
  • two or more semiconductor wafers are laminated to manufacture a laminated semiconductor device.
  • each semiconductor wafer is laminated on another semiconductor wafer and then back-ground to have a desired thickness.
  • the technology according to the present disclosure improves the throughput of the thinning process of the processed body.
  • One aspect of the present disclosure is a processing apparatus that processes a processed body, in which a holding portion that holds the processed body and the inside of the processed body held by the holding portion are irradiated with a laser beam and along the plane direction.
  • a modified portion that forms a modified layer, a rotating mechanism that rotates the holding portion and the modified portion relative to each other, and a moving mechanism that moves the holding portion and the modified portion relatively in the horizontal direction.
  • the holding unit, the modifying unit, the rotating mechanism, and a control unit that controls the moving mechanism, and the controlling unit is held by the rotating mechanism in the holding unit with respect to the modified unit.
  • a back surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which a device such as a plurality of electronic circuits is formed on the surface thereof is pressed. Wafers are thinned by grinding.
  • a modified layer is formed by irradiating the inside of the wafer with a laser beam along the plane direction, and the wafer is separated from the modified layer as a starting point.
  • the laser head used for irradiating the laser beam is less likely to deteriorate over time, and the number of consumables is reduced, so that the maintenance frequency can be reduced.
  • it is a dry process using laser light, grinding water and waste liquid treatment are not required.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an outline of the configuration of the wafer processing system 1.
  • a bonding region Aa to which the oxide film F and the surface Sa of the support wafer S are bonded and an unbonded region Ab which is a region outside the bonding region Aa in the radial direction are provided.
  • the outer end portion of the joint region Aa is located slightly radially outward from the inner end portion of the peripheral edge portion We to be removed.
  • the unbonded region Ab is formed, for example, before joining. That is, before bonding, the outer peripheral portion of the oxide film F is subjected to a process of reducing the bonding strength with respect to the surface Sa of the support wafer S. Specifically, the surface layer of the outer peripheral portion may be removed by polishing, wet etching, or the like. Alternatively, the surface of the outer peripheral portion may be made hydrophobic or roughened with a laser.
  • the unbonded region Ab may be formed after joining, for example.
  • the loading / unloading station 2 is provided with a wafer transfer device 20 adjacent to the cassette mounting table 10 on the X-axis negative direction side of the cassette mounting table 10.
  • the wafer transfer device 20 is configured to be movable on a transfer path 21 extending in the Y-axis direction. Further, the wafer transfer device 20 has, for example, two transfer arms 22 and 22 that hold and transfer the polymerized wafer T.
  • Each transport arm 22 is configured to be movable in the horizontal direction, the vertical direction, the horizontal axis, and the vertical axis.
  • the configuration of the transport arm 22 is not limited to this embodiment, and any configuration can be adopted.
  • the wafer transfer device 20 is configured to be able to transfer the polymerized wafer T to the cassette Ct of the cassette mounting table 10 and the transition device 30 described later.
  • the first processing block G1 is provided with an etching device 40, a cleaning device 41, and a wafer transfer device 50.
  • the etching apparatus 40 and the cleaning apparatus 41 are arranged in a laminated manner.
  • the number and arrangement of the etching apparatus 40 and the cleaning apparatus 41 are not limited to this.
  • the etching apparatus 40 and the cleaning apparatus 41 may be extended in the X-axis direction and placed side by side in parallel in a plan view. Further, the etching apparatus 40 and the cleaning apparatus 41 may be laminated respectively.
  • the etching apparatus 40 etches the back surface Wb of the processed wafer W ground by the processing apparatus 80 described later.
  • a chemical solution etching solution
  • the chemical solution for example, HF, HNO 3 , H 3 PO 4 , TMAH, Choline, KOH and the like are used.
  • the cleaning device 41 cleans the back surface Wb of the processed wafer W ground by the processing device 80 described later.
  • the back surface Wb is brought into contact with the brush to scrub clean the back surface Wb.
  • a pressurized cleaning liquid may be used for cleaning the back surface Wb.
  • the cleaning device 41 may have a configuration for cleaning the back surface Sb of the support wafer S together with the back surface Wb of the processing wafer W.
  • the wafer transfer device 50 is arranged on the Y-axis negative direction side with respect to, for example, the etching device 40 and the cleaning device 41.
  • the wafer transfer device 50 has, for example, two transfer arms 51, 51 that hold and transfer the polymerized wafer T.
  • Each transport arm 51 is configured to be movable in the horizontal direction, the vertical direction, the horizontal axis, and the vertical axis.
  • the configuration of the transport arm 51 is not limited to this embodiment, and any configuration can be adopted.
  • the wafer transfer device 50 is configured to be able to transfer the polymerized wafer T to the transition device 30, the etching device 40, the cleaning device 41, and the reforming device 60 described later.
  • the reforming device 60 and the wafer transfer device 70 are provided in the second processing block G2.
  • the number and arrangement of the reforming devices 60 are not limited to this embodiment, and a plurality of reforming devices 60 may be stacked and arranged.
  • the reformer 60 irradiates the inside of the processed wafer W with a laser beam to form a peripheral modifier layer and an internal surface modifier layer.
  • the specific configuration of the reformer 60 will be described later.
  • the wafer transfer device 70 is arranged on the Y-axis positive direction side with respect to the reformer device 60, for example.
  • the wafer transfer device 70 has, for example, two transfer arms 71 and 71 that hold and transfer the polymerized wafer T.
  • Each transport arm 71 is supported by an articulated arm member 72, and is configured to be movable in the horizontal direction, the vertical direction, the horizontal axis, and the vertical axis. The specific configuration of the transport arm 71 will be described later.
  • the wafer transfer device 70 is configured to be able to transfer the polymerized wafer T to the cleaning device 41, the reforming device 60, and the processing device 80 described later.
  • the processing apparatus 80 grinds the back surface Wb of the processed wafer W. Then, on the back surface Wb on which the internal surface modification layer is formed, the internal surface modification layer is removed, and further, the peripheral surface modification layer is removed.
  • the above wafer processing system 1 is provided with a control device 90 as a control unit.
  • the control device 90 is, for example, a computer and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program that controls the processing of the polymerized wafer T in the wafer processing system 1. Further, the program storage unit also stores a program for controlling the operation of the drive system of the above-mentioned various processing devices and transfer devices to realize the wafer processing described later in the wafer processing system 1.
  • the program may be recorded on a computer-readable storage medium H and may be installed on the control device 90 from the storage medium H.
  • the reformer 60 has a chuck 100 as a holding portion that holds the polymerized wafer T on the upper surface.
  • the chuck 100 attracts and holds the support wafer S in a state where the processing wafer W is on the upper side and the support wafer S is arranged on the lower side.
  • the chuck 100 is supported by the slider table 102 via an air bearing 101.
  • a rotation mechanism 103 is provided on the lower surface side of the slider table 102.
  • the rotation mechanism 103 has, for example, a built-in motor as a drive source.
  • the chuck 100 is rotatably configured around a vertical axis by a rotation mechanism 103 via an air bearing 101.
  • the slider table 102 is configured to be movable along a rail 105 provided on the base 106 and extending in the Y-axis direction by a moving mechanism 104 provided on the lower surface side thereof.
  • the drive source of the moving mechanism 104 is not particularly limited, but for example, a linear motor is used.
  • the laser head 110 is supported by the support member 112.
  • the laser head 110 is configured to be vertically elevated by an elevating mechanism 114 along a rail 113 extending in the vertical direction. Further, the laser head 110 is configured to be movable in the Y-axis direction by the moving mechanism 115.
  • the elevating mechanism 114 and the moving mechanism 115 are each supported by the support pillar 116.
  • the microcamera 121 images the peripheral edge of the processed wafer W and images the boundary between the bonded region Aa and the unbonded region Ab.
  • the microcamera 121 includes, for example, a coaxial lens, irradiates infrared light (IR light), and further receives reflected light from an object.
  • IR light infrared light
  • the imaging magnification of the micro camera 121 is 10 times, the field of view is about 1/5 of that of the macro camera 120, and the pixel size is about 1/5 of that of the macro camera 120.
  • a rotation mechanism 150 for rotating the suction plate 130 around a vertical axis is provided on the upper surface of the suction plate 130.
  • the rotation mechanism 150 is supported by the support member 151. Further, the support member 151 (rotation mechanism 150) is supported by the arm member 72.
  • the polymerized wafer T in the cassette Ct is taken out by the wafer transfer device 20 and transferred to the transition device 30.
  • the wafer transfer device 50 takes out the polymerized wafer T of the transition device 30 and transfers it to the reformer 60.
  • the peripheral modifier layer M1 is formed inside the processed wafer W as shown in FIG. 8 (b) (step A1 in FIG. 7), and further, the internal surface is modified as shown in FIG. 8 (c).
  • a layer M2 is formed (step A2 in FIG. 7).
  • the peripheral edge modification layer M1 serves as a base point when the peripheral edge portion We is removed in the edge trim.
  • the internal surface modification layer M2 serves as a base point for thinning the processed wafer W.
  • the polymerized wafer T is carried in from the wafer transfer device 50 and held by the chuck 100.
  • the chuck 100 is moved to the macro alignment position.
  • the macro alignment position is a position where the macro camera 120 can image the outer end portion of the processing wafer W.
  • the macro camera 120 captures an image of the outer end portion of the processed wafer W at 360 degrees in the circumferential direction.
  • the captured image is output from the macro camera 120 to the control device 90.
  • the boundary between the bonded region Aa and the unbonded region Ab at 360 degrees in the circumferential direction of the processed wafer W is imaged by the micro camera 121.
  • the captured image is output from the micro camera 121 to the control device 90.
  • the lower end of the peripheral modification layer M1 formed by the laser beam L1 is located above the target surface (dotted line in FIG. 9) of the thinned processed wafer W. That is, the distance H1 between the lower end of the peripheral modification layer M1 and the surface Wa of the processed wafer W is larger than the target thickness H2 of the processed wafer W after thinning. In such a case, the peripheral modification layer M1 does not remain on the thinned processed wafer W. Inside the processed wafer W, the crack C1 from the peripheral modification layer M1 extends only to the front surface Wa and does not reach the back surface Wb.
  • step A1 the rotation mechanism 103 rotates the chuck 100 so that the center of the joining region Aa and the center of the chuck 100 coincide with the position of the chuck 100 determined by the control device 90, and the moving mechanism 104 rotates the chuck 100.
  • the chuck 100 is moved in the Y-axis direction. At this time, the movement in the Y-axis direction is synchronized with the rotation of the chuck 100.
  • the laser head 110 irradiates the laser beam L2 (laser beam L2 for the internal surface) to form the internal surface modification layer M2 along the surface direction (FIG. 7).
  • Step A2 The black arrows shown in FIG. 12 indicate the rotation direction of the chuck 100.
  • step A2 while rotating the chuck 100 (processed wafer W) once (360 degrees), the laser head 110 irradiates the inside of the processed wafer W with laser light L2 to form an annular internal surface modification layer M2. To do. After that, the laser head 110 is moved inward in the radial direction (Y-axis direction) of the processing wafer W. The formation of the annular inner surface modification layer M2 and the movement of the laser head 110 inward in the radial direction are repeatedly performed to form the inner surface modification layer M2 in the surface direction. The details of the method for forming the internal surface modification layer M2 in step A2 will be described later.
  • the back surface wafer Wb1 may not be properly separated.
  • the rotation speed of the chuck 100 is increased as the irradiation position of the laser beam L2 moves from the outside to the inside in the radial direction. I need to let you.
  • the rotation speed of the chuck 100 reaches the upper limit, the circumferential interval P becomes smaller as the irradiation position of the laser beam L2 moves inward in the radial direction, and the internal surface modification layer is formed on the same processing line at the center. M2 may overlap. Therefore, the central portion of the processed wafer W may not be separated.
  • the laser head 110 is moved inward in the radial direction in order to keep the circumferential interval P constant at the first circumferential interval P1 (for example, 15 ⁇ m) equal to or higher than the desired threshold value (for example, 7.5 ⁇ m). As a result, the rotation speed of the chuck 100 is increased.
  • the laser head 110 moves until the irradiation position of the laser beam L2 reaches the first boundary position B1.
  • the first boundary position B1 is a position where the rotation speed of the chuck 100 reaches the maximum rotation speed (for example, 1200 rpm).
  • the circumferential interval P becomes the first circumferential interval as the laser head 110 is moved inward in the radial direction. It becomes smaller than P1 (for example, 15 ⁇ m).
  • the crack C2 can be advanced until the circumferential interval P reaches the desired threshold value of the second circumferential interval P2 (for example, 7.5 ⁇ m). Therefore, in the second step A22, the laser head 110 is moved until the irradiation position of the laser beam L2 reaches the second boundary position B2 while rotating the chuck 100 at the maximum rotation speed.
  • the second boundary position B2 is a position where the circumferential distance P reaches the second circumferential distance P2.
  • the second boundary position B2 can be calculated. For example, when the frequency of the laser beam L2 is 180 kHz and the maximum rotation speed of the chuck 100 is 1200 rpm, the second boundary position B2 is calculated to be a position 22 mm in the radial direction from the center. That is, the circumferential interval P can be calculated according to the radial position of the laser beam L2, and the position where the calculated circumferential interval P reaches the second circumferential interval P2 is defined as the second boundary position B2. .. In other words, the second boundary position B2 is calculated at a position where the circumferential distance P becomes the second circumferential distance P2 by changing the relationship between the rotational speed of the chuck 100 and the circumferential distance P. .. The second boundary position B2 is calculated in advance before the wafer processing is performed.
  • the radial interval Q is the same first radial interval Q1 (for example, 30 ⁇ m) as in the first step A21.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of the third step A23.
  • the internal surface modification layer M2 is formed in the third region R3 radially inside the second boundary position B2.
  • the timing for reducing the radial interval Q or the timing for reducing the frequency of the laser beam L2 is set at the second boundary position B2 of the laser beam L2, and the third The region R3 can be minimized. Therefore, the processing time can be shortened and the productivity can be improved.
  • the processing time can be shortened.
  • the second step A22 since the rotation speed of the chuck 100 reaches the maximum rotation speed, the circumferential interval P becomes small, but the radial interval Q and the frequency of the laser beam L2 are maintained, respectively, so that the processing time Can be minimized.
  • the processing time is lengthened by giving priority to the appropriate progress of the crack C2, but since the third region R3 is minimized, the processing time is also minimized. It can be suppressed to the limit. Therefore, the processing time can be shortened, the throughput can be improved, and the productivity can be further improved.
  • the ease with which the crack C2 grows differs depending on the crystal orientation of the silicon, and the length at which the crack C2 grows is not constant. Even if the growth lengths of the cracks C2 are different as described above, the cracks C2 can be appropriately connected by using the method of the present embodiment.
  • the internal surface modification layer M2 is formed from the radial outer side to the inner side in step A2, but it may be formed from the radial inner side to the outer side. That is, the laser beam L2 may be irradiated from the laser head 110 to the inside of the processing wafer W while moving the laser head 110 from the inside to the outside in the radial direction of the processing wafer W in the Y-axis direction. Even in such a case, the crack C2 can be appropriately cracked by reducing the radial interval Q and / or reducing the frequency of the laser beam L2 (maintaining the circumferential interval P) in the radial outer region.
  • the back surface wafer Wb1 can be appropriately separated from the processed wafer W.
  • the above embodiment the case where the processed wafer W in the polymerization wafer T is thinned has been described, but the above embodiment can also be applied to the case where one wafer is thinned.
  • one wafer may be thinned and then bonded to the support wafer S to form a polymerized wafer T.
  • the case where the processed body is a silicon substrate has been described as an example, but the type of the processed body is not limited to this.
  • a glass substrate, a single crystal substrate, a polycrystalline substrate, an amorphous substrate, or the like may be selected instead of the silicon substrate.
  • an ingot, a base, a thin plate, or the like may be selected instead of the substrate.

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Abstract

処理装置は、処理体を保持する保持部と、保持部に保持された処理体の内部にレーザ光を照射して、面方向に沿って改質層を形成する改質部と、保持部と改質部を相対的に回転させる回転機構と、保持部と改質部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、を有する。回転機構により改質部に対して保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、改質部から処理体の内部にレーザ光を周期的に照射し、さらに移動機構により保持部に対して改質部を相対的に径方向に移動させて、改質層を形成するにあたり、改質層の周方向間隔が所望閾値となる、レーザ光の径方向の境界位置を算出し、境界位置から改質部の移動方向において、改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、レーザ光の周波数を小さくする。

Description

処理装置及び処理方法
　本開示は、処理装置及び処理方法に関する。
　特許文献１には、積層型半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法では、２以上の半導体ウェハを積層して積層型半導体装置を製造する。この際、各半導体ウェハは、他の半導体ウェハに積層された後、所望の厚みを持つように裏面研削される。
特開２０１２－６９７３６号公報
　本開示にかかる技術は、処理体の薄化処理のスループットを向上させる。
　本開示の一態様は、処理体を処理する処理装置であって、処理体を保持する保持部と、前記保持部に保持された処理体の内部にレーザ光を照射して、面方向に沿って改質層を形成する改質部と、前記保持部と前記改質部を相対的に回転させる回転機構と、前記保持部と前記改質部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転機構により前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射し、さらに前記移動機構により前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させて、前記改質層を形成するにあたり、前記改質層の周方向間隔が所望閾値となる、前記レーザ光の径方向の境界位置を算出し、前記境界位置から前記改質部の移動方向において、前記改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、前記レーザ光の周波数を小さくするように、前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する。
　本開示によれば、処理体の薄化処理のスループットを向上させることができる。
本実施形態にかかるウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 重合ウェハの構成の概略を示す側面図である。 重合ウェハの一部の構成の概略を示す側面図である。 改質装置の構成の概略を示す平面図である。 改質装置の構成の概略を示す側面図である。 搬送アームの構成の概略を示す縦断面図である。 本実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 本実施形態にかかるウェハ処理の主な工程の説明図である。 処理ウェハに周縁改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに周縁改質層を形成した様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハから裏面ウェハを分離する様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。 他の実施形態において処理ウェハに内部面改質層を形成する様子を示す説明図である。
　半導体デバイスの製造工程においては、例えば特許文献１に開示された方法のように、表面に複数の電子回路等のデバイスが形成された半導体ウェハ（以下、ウェハという）に対し、当該ウェハの裏面を研削加工して、ウェハを薄化することが行われている。
　ウェハの裏面の研削加工は、例えば当該裏面に研削砥石を当接させた状態で、ウェハと研削砥石をそれぞれ回転させ、さらに研削砥石を下降させて行われる。かかる場合、研削砥石が摩耗し、定期的な交換が必要となる。また、研削加工においては、研削水を使用し、その廃液処理も必要となる。
　そこで、ウェハの内部に面方向に沿ってレーザ光を照射して改質層を形成し、当該改質層を起点にウェハを分離する。かかる場合、レーザ光を照射する際に用いられるレーザヘッドは経時的に劣化しにくく、消耗品が少なくなるため、メンテナンス頻度を低減することができる。また、レーザ光を用いたドライプロセスであるため、研削水や廃液処理が不要となる。しかしながら、このレーザ光を用いた薄化処理には、スループットの観点で改善の余地がある。
　本開示にかかる技術は、ウェハの薄化処理の時間を短縮して効率よく行う。以下、薄化処理を効率よく行う本実施形態にかかる処理装置としての改質装置を備えたウェハ処理システム、及び処理方法としてのウェハ処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　先ず、本実施形態にかかるウェハ処理システムの構成について説明する。図１は、ウェハ処理システム１の構成の概略を模式的に示す平面図である。
　ウェハ処理システム１では、図２及び図３に示すように第１の基板としての処理ウェハＷと第２の基板としての支持ウェハＳとが接合された、重合基板としての重合ウェハＴに対して所望の処理を行う。そしてウェハ処理システム１では、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを除去し、さらに当該処理ウェハＷを薄化する。以下、処理ウェハＷにおいて、支持ウェハＳに接合された面を表面Ｗａといい、表面Ｗａと反対側の面を裏面Ｗｂという。同様に、支持ウェハＳにおいて、処理ウェハＷに接合された面を表面Ｓａといい、表面Ｓａと反対側の面を裏面Ｓｂという。なお、本実施形態では処理ウェハＷが、本開示における処理体に相当する。
　処理ウェハＷは、例えばシリコン基板などの半導体ウェハであって、表面Ｗａに複数のデバイスを含むデバイス層（図示せず）が形成されている。また、デバイス層にはさらに酸化膜Ｆ、例えばＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。なお、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅは面取り加工がされており、周縁部Ｗｅの断面はその先端に向かって厚みが小さくなっている。また、周縁部Ｗｅはエッジトリムにおいて除去される部分であり、例えば処理ウェハＷの外端部から径方向に１ｍｍ～５ｍｍの範囲である。
　なお、図２においては、図示の煩雑さを回避するため、酸化膜Ｆの図示を省略している。また、以下の説明で用いられる他の図面においても同様に、酸化膜Ｆの図示を省略する場合がある。
　支持ウェハＳは、処理ウェハＷを支持するウェハであって、例えばシリコンウェハである。支持ウェハＳの表面Ｓａには酸化膜（図示せず）が形成されている。また、支持ウェハＳは、処理ウェハＷの表面Ｗａのデバイスを保護する保護材として機能する。なお、支持ウェハＳの表面Ｓａの複数のデバイスが形成されている場合には、処理ウェハＷと同様に表面Ｓａにデバイス層（図示せず）が形成される。
　ここで、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅにおいて、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合されていると、周縁部Ｗｅを適切に除去できないおそれがある。そこで、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面には、酸化膜Ｆと支持ウェハＳの表面Ｓａが接合された接合領域Ａａと、接合領域Ａａの径方向外側の領域である未接合領域Ａｂとを形成する。このように未接合領域Ａｂが存在することで、周縁部Ｗｅを適切に除去できる。なお、接合領域Ａａの外側端部は、除去される周縁部Ｗｅの内側端部より若干径方向外側に位置する。
　なお、未接合領域Ａｂは、例えば接合前に形成される。すなわち接合前に、酸化膜Ｆの外周部には、支持ウェハＳの表面Ｓａに対して接合強度を低下させる処理が行われる。具体的には、外周部の表層を研磨やウェットエッチングなどを行って除去してもよい。あるいは、外周部の表面を疎水化してもよいし、レーザで荒らしてもよい。
　また、未接合領域Ａｂは、例えば接合後に形成してもよい。例えば接合後、酸化膜Ｆの外周部にレーザ光を照射することで、支持ウェハＳの表面Ｓａに対する接合強度を低下させることも可能である。
　図１に示すようにウェハ処理システム１は、搬入出ステーション２と処理ステーション３を一体に接続した構成を有している。搬入出ステーション２は、例えば外部との間で複数の重合ウェハＴを収容可能なカセットＣｔが搬入出される。処理ステーション３は、重合ウェハＴに対して所望の処理を施す各種処理装置を備えている。
　搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。図示の例では、カセット載置台１０には、複数、例えば３つのカセットＣｔをＹ軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台１０に載置されるカセットＣｔの個数は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
　搬入出ステーション２には、カセット載置台１０のＸ軸負方向側において、当該カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送装置２０が設けられている。ウェハ搬送装置２０は、Ｙ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在に構成されている。また、ウェハ搬送装置２０は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム２２、２２を有している。各搬送アーム２２は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム２２の構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。そして、ウェハ搬送装置２０は、カセット載置台１０のカセットＣｔ、及び後述するトランジション装置３０に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
　搬入出ステーション２には、ウェハ搬送装置２０のＸ軸負方向側において、当該ウェハ搬送装置２０に隣接して、重合ウェハＴを受け渡すためのトランジション装置３０が設けられている。
　処理ステーション３には、例えば３つの処理ブロックＧ１～Ｇ３が設けられている。第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２、及び第３の処理ブロックＧ３は、Ｘ軸正方向側（搬入出ステーション２側）から負方向側にこの順で並べて配置されている。
　第１の処理ブロックＧ１には、エッチング装置４０、洗浄装置４１、及びウェハ搬送装置５０が設けられている。エッチング装置４０と洗浄装置４１は、積層して配置されている。なお、エッチング装置４０と洗浄装置４１の数や配置はこれに限定されない。例えば、エッチング装置４０と洗浄装置４１はそれぞれＸ軸方向に延伸し、平面視において並列に並べて載置されていてもよい。さらに、これらエッチング装置４０と洗浄装置４１はそれぞれ、積層されていてもよい。
　エッチング装置４０は、後述する加工装置８０で研削された処理ウェハＷの裏面Ｗｂをエッチング処理する。例えば、裏面Ｗｂに対して薬液（エッチング液）を供給し、当該裏面Ｗｂをウェットエッチングする。薬液には、例えばＨＦ、ＨＮＯ３、Ｈ３ＰＯ４、ＴＭＡＨ、Ｃｈｏｌｉｎｅ、ＫＯＨなどが用いられる。
　洗浄装置４１は、後述する加工装置８０で研削された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを洗浄する。例えば裏面Ｗｂにブラシを当接させて、当該裏面Ｗｂをスクラブ洗浄する。なお、裏面Ｗｂの洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、洗浄装置４１は、処理ウェハＷの裏面Ｗｂと共に、支持ウェハＳの裏面Ｓｂを洗浄する構成を有していてもよい。
　ウェハ搬送装置５０は、例えばエッチング装置４０と洗浄装置４１に対してＹ軸負方向側に配置されている。ウェハ搬送装置５０は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム５１、５１を有している。各搬送アーム５１は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム５１の構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。そして、ウェハ搬送装置５０は、トランジション装置３０、エッチング装置４０、洗浄装置４１、及び後述する改質装置６０に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
　第２の処理ブロックＧ２には、改質装置６０及びウェハ搬送装置７０が設けられている。なお、改質装置６０の数や配置は本実施形態に限定されず、複数の改質装置６０が積層して配置されていてもよい。
　改質装置６０は、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射し、周縁改質層及び内部面改質層を形成する。改質装置６０の具体的な構成は後述する。
　ウェハ搬送装置７０は、例えば改質装置６０に対してＹ軸正方向側に配置されている。ウェハ搬送装置７０は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム７１、７１を有している。各搬送アーム７１は、多関節のアーム部材７２に支持され、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。搬送アーム７１の具体的な構成は後述する。そして、ウェハ搬送装置７０は、洗浄装置４１、改質装置６０、及び後述する加工装置８０に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
　第３の処理ブロックＧ３には、加工装置８０が設けられている。なお、加工装置８０の数や配置は本実施形態に限定されず、複数の加工装置８０が任意に配置されていてもよい。
　加工装置８０は、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削する。そして、内部面改質層が形成された裏面Ｗｂにおいて、当該内部面改質層を除去し、さらに周縁改質層を除去する。
　加工装置８０は、回転テーブル８１を有している。回転テーブル８１は、回転機構（図示せず）によって、鉛直な回転中心線８２を中心に回転自在に構成されている。回転テーブル８１上には、重合ウェハＴを吸着保持するチャック８３が２つ設けられている。チャック８３は、回転テーブル８１と同一円周上に均等に配置されている。２つのチャック８３は、回転テーブル８１が回転することにより、受渡位置Ａ０及び加工位置Ａ１に移動可能になっている。また、２つのチャック８３はそれぞれ、回転機構（図示せず）によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
　受渡位置Ａ０では、重合ウェハＴの受け渡しが行われる。加工位置Ａ１では、研削ユニット８４が配置される。研削ユニット８４では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削する。研削ユニット８４は、環状形状で回転自在な研削砥石（図示せず）を備えた研削部８５を有している。また、研削部８５は、支柱８６に沿って鉛直方向に移動可能に構成されている。そして、チャック８３に保持された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削砥石に当接させた状態で、チャック８３と研削砥石をそれぞれ回転させ、裏面Ｗｂを研削する。
　以上のウェハ処理システム１には、制御部としての制御装置９０が設けられている。制御装置９０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム１における重合ウェハＴの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、ウェハ処理システム１における後述のウェハ処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置９０にインストールされたものであってもよい。
　次に、上述した改質装置６０について説明する。図４は、改質装置６０の構成の概略を示す平面図である。図５は、改質装置６０の構成の概略を示す側面図である。
　改質装置６０は、重合ウェハＴを上面で保持する、保持部としてのチャック１００を有している。チャック１００は、処理ウェハＷが上側であって支持ウェハＳが下側に配置された状態で、当該支持ウェハＳを吸着保持する。チャック１００は、エアベアリング１０１を介して、スライダテーブル１０２に支持されている。スライダテーブル１０２の下面側には、回転機構１０３が設けられている。回転機構１０３は、駆動源として例えばモータを内蔵している。チャック１００は、回転機構１０３によってエアベアリング１０１を介して、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。スライダテーブル１０２は、その下面側に設けられた移動機構１０４によって、基台１０６に設けられＹ軸方向に延伸するレール１０５に沿って移動可能に構成されている。なお、移動機構１０４の駆動源は特に限定されるものではないが、例えばリニアモータが用いられる。
　チャック１００の上方には、改質部としてのレーザヘッド１１０が設けられている。レーザヘッド１１０は、レンズ１１１を有している。レンズ１１１は、レーザヘッド１１０の下面に設けられた筒状の部材であり、チャック１００に保持された処理ウェハＷにレーザ光を照射する。
　レーザヘッド１１０は、レーザ光発振器（図示せず）から発振された高周波のパルス状のレーザ光であって、処理ウェハＷに対して透過性を有する波長のレーザ光を、処理ウェハＷの内部の所望位置に集光して照射する。これによって、処理ウェハＷの内部においてレーザ光が集光した部分が改質し、周縁改質層及び内部面改質層が形成される。
　レーザヘッド１１０は、支持部材１１２に支持されている。レーザヘッド１１０は、鉛直方向に延伸するレール１１３に沿って、昇降機構１１４により昇降自在に構成されている。またレーザヘッド１１０は、移動機構１１５によってＹ軸方向に移動自在に構成されている。なお、昇降機構１１４及び移動機構１１５はそれぞれ、支持柱１１６に支持されている。
　チャック１００の上方であって、レーザヘッド１１０のＹ軸正方向側には、マクロカメラ１２０とマイクロカメラ１２１が設けられている。例えば、マクロカメラ１２０とマイクロカメラ１２１は一体に構成され、マクロカメラ１２０はマイクロカメラ１２１のＹ軸正方向側に配置されている。マクロカメラ１２０とマイクロカメラ１２１は、昇降機構１２２によって昇降自在に構成され、さらに移動機構１２３によってＹ軸方向に移動自在に構成されている。
　マクロカメラ１２０は、処理ウェハＷ（重合ウェハＴ）の外側端部を撮像する。マクロカメラ１２０は、例えば同軸レンズを備え、可視光、例えば赤色光を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。なお例えば、マクロカメラ１２０の撮像倍率は２倍である。
　マイクロカメラ１２１は、処理ウェハＷの周縁部を撮像し、接合領域Ａａと未接合領域Ａｂの境界を撮像する。マイクロカメラ１２１は、例えば同軸レンズを備え、赤外光（ＩＲ光）を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。なお例えば、マイクロカメラ１２１の撮像倍率は１０倍であり、視野はマクロカメラ１２０に対して約１／５であり、ピクセルサイズはマクロカメラ１２０に対して約１／５である。
　次に、上述したウェハ搬送装置７０の搬送アーム７１について説明する。図６は、搬送アーム７１の構成の概略を示す縦断面図である。
　搬送アーム７１は、重合ウェハＴより大きい径を有する、円板状の吸着板１３０を有している。吸着板１３０の下面には、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを保持する保持部１４０が設けられている。
　保持部１４０には処理ウェハＷを吸引する吸引管１４１が接続され、吸引管１４１は例えば真空ポンプなどの吸引機構１４２に連通している。吸引管１４１には、吸引圧力を測定する圧力センサ１４３が設けられている。圧力センサ１４３の構成は任意であるが、例えばダイヤフラム型の圧力計が用いられる。
　吸着板１３０の上面には、当該吸着板１３０を鉛直軸回りに回転させる回転機構１５０が設けられている。回転機構１５０は、支持部材１５１に支持されている。また、支持部材１５１（回転機構１５０）は、アーム部材７２に支持されている。
　次に、以上のように構成されたウェハ処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。図７は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。図８は、ウェハ処理の主な工程の説明図である。なお、本実施形態では、ウェハ処理システム１の外部の接合装置（図示せず）において、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。
　先ず、図８（ａ）に示す重合ウェハＴを複数収納したカセットＣｔが、搬入出ステーション２のカセット載置台１０に載置される。
　次に、ウェハ搬送装置２０によりカセットＣｔ内の重合ウェハＴが取り出され、トランジション装置３０に搬送される。続けて、ウェハ搬送装置５０により、トランジション装置３０の重合ウェハＴが取り出され、改質装置６０に搬送される。改質装置６０では、図８（ｂ）に示すように処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１が形成され（図７のステップＡ１）、さらに図８（ｃ）に示すように内部面改質層Ｍ２が形成される（図７のステップＡ２）。周縁改質層Ｍ１は、エッジトリムにおいて周縁部Ｗｅを除去の際の基点となるものである。内部面改質層Ｍ２は、処理ウェハＷを薄化するための基点となるものである。
　改質装置６０では先ず、ウェハ搬送装置５０から重合ウェハＴが搬入され、チャック１００に保持される。次に、チャック１００をマクロアライメント位置に移動させる。マクロアライメント位置は、マクロカメラ１２０が処理ウェハＷの外側端部を撮像できる位置である。
　次に、マクロカメラ１２０によって、処理ウェハＷの周方向３６０度における外側端部の画像が撮像される。撮像された画像は、マクロカメラ１２０から制御装置９０に出力される。
　制御装置９０では、マクロカメラ１２０の画像から、チャック１００の中心Ｃｃと処理ウェハＷの中心Ｃｗの第１の偏心量を算出する。さらに制御装置９０では、第１の偏心量に基づいて、当該第１の偏心量のＹ軸成分を補正するように、チャック１００の移動量を算出する。チャック１００は、この算出された移動量に基づいてＹ軸方向に移動し、チャック１００をマイクロアライメント位置に移動させる。マイクロアライメント位置は、マイクロカメラ１２１が処理ウェハＷの周縁部を撮像できる位置である。ここで、上述したようにマイクロカメラ１２１の視野はマクロカメラ１２０に対して約１／５と小さいため、第１の偏心量のＹ軸成分を補正しないと、処理ウェハＷの周縁部がマイクロカメラ１２１の画角に入らず、マイクロカメラ１２１で撮像できない場合がある。このため、第１の偏心量に基づくＹ軸成分の補正は、チャック１００をマイクロアライメント位置に移動させるためともいえる。
　次に、マイクロカメラ１２１によって、処理ウェハＷの周方向３６０度における接合領域Ａａと未接合領域Ａｂの境界を撮像する。撮像された画像は、マイクロカメラ１２１から制御装置９０に出力される。
　制御装置９０では、マイクロカメラ１２１の画像から、チャック１００の中心Ｃｃと接合領域Ａａの中心Ｃａの第２の偏心量を算出する。さらに制御装置９０では、第２の偏心量に基づいて、接合領域Ａａの中心とチャック１００の中心が一致するように、周縁改質層Ｍ１に対するチャック１００の位置を決定する。
　次に、図９及び図１０に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ１（周縁用レーザ光Ｌ１）を照射して、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃの境界に周縁改質層Ｍ１を形成する（図７のステップＡ１）。周縁改質層Ｍ１は、接合領域Ａａの外側端部よりも径方向内側に形成される。
　上記レーザ光Ｌ１によって形成される周縁改質層Ｍ１の下端は、薄化後の処理ウェハＷの目標表面（図９中の点線）より上方に位置している。すなわち、周縁改質層Ｍ１の下端と処理ウェハＷの表面Ｗａとの間の距離Ｈ１は、薄化後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より大きい。かかる場合、薄化後の処理ウェハＷに周縁改質層Ｍ１が残らない。なお、処理ウェハＷの内部において、周縁改質層Ｍ１からのクラックＣ１は表面Ｗａまでのみ進展し、裏面Ｗｂには到達しない。
　ステップＡ１では、制御装置９０で決定されたチャック１００の位置に合わせて、接合領域Ａａの中心とチャック１００の中心が一致するように、回転機構１０３によってチャック１００を回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸方向に移動させる。この際、チャック１００の回転おいてとＹ軸方向の移動を同期させる。
　そして、このようにチャック１００（処理ウェハＷ）を回転及び移動させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ１を照射する。すなわち、第２の偏心量を補正しながら、周縁改質層Ｍ１を形成する。そうすると周縁改質層Ｍ１は、接合領域Ａａと同心円状に環状に形成される。このため、その後、周縁改質層Ｍ１を基点に周縁部Ｗｅを適切に除去することができる。
　なお、本例においては、第２の偏心量がＸ軸成分を備える場合に、チャック１００をＹ軸方向に移動させつつ、チャック１００を回転させて、当該Ｘ軸成分を補正している。一方、第２の偏心量がＸ軸成分を備えない場合には、チャック１００を回転させずに、Ｙ軸方向に移動させるだけでよい。
　次に、図１１及び図１２に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ２（内部面用レーザ光Ｌ２）を照射して、面方向に沿って内部面改質層Ｍ２を形成する（図７のステップＡ２）。なお、図１２に示す黒塗り矢印はチャック１００の回転方向を示している。
　内部面改質層Ｍ２の下端は、薄化後の処理ウェハＷの目標表面（図１１中の点線）より少し上方に位置している。すなわち、内部面改質層Ｍ２の下端と処理ウェハＷの表面Ｗａとの間の距離Ｈ３は、薄化後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より少し大きい。なお、処理ウェハＷの内部には、内部面改質層Ｍ２から面方向にクラックＣ２が進展する。クラックＣ２は、周縁改質層Ｍ１の内側のみに進展する。
　ステップＡ２では、チャック１００（処理ウェハＷ）を１周（３６０度）回転させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ２を照射して、環状の内部面改質層Ｍ２を形成する。その後、レーザヘッド１１０を処理ウェハＷの径方向内側（Ｙ軸方向）に移動させる。これら環状の内部面改質層Ｍ２の形成と、レーザヘッド１１０の径方向内側への移動とを繰り返し行って、面方向に内部面改質層Ｍ２を形成する。なお、このステップＡ２における内部面改質層Ｍ２の形成方法の詳細については、後述する。
　なお、本実施形態では内部面改質層Ｍ２を形成するにあたり、レーザヘッド１１０をＹ軸方向に移動させたが、チャック１００をＹ軸方向に移動させてもよい。また内部面改質層Ｍ２を形成するにあたり、チャック１００を回転させたが、レーザヘッド１１０を移動させて、チャック１００に対してレーザヘッド１１０を相対的に回転させてもよい。
　次に、処理ウェハＷに内部面改質層Ｍ２が形成されると、ウェハ搬送装置７０によって重合ウェハＴが搬出される。
　次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により加工装置８０に搬送される。加工装置８０では、先ず、搬送アーム７１からチャック８３に重合ウェハＴを受け渡す際、図８（ｄ）に示すように周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ２を基点に、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側（以下、裏面ウェハＷｂ１という）を分離する（図７のステップＡ３）。この際、処理ウェハＷから周縁部Ｗｅも除去される。
　ステップＡ３では、図１３（ａ）に示すように搬送アーム７１の吸着板１３０で処理ウェハＷを吸着保持しつつ、チャック８３で支持ウェハＳを吸着保持する。そして、吸着板１３０を回転させて、周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ２を境界に裏面ウェハＷｂ１が縁切りされる。その後、図１３（ｂ）に示すように吸着板１３０が裏面ウェハＷｂ１を吸着保持した状態で、当該吸着板１３０を上昇させて、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を分離する。この際、圧力センサ１４３で裏面ウェハＷｂ１を吸引する圧力を測定することで、裏面ウェハＷｂ１の有無を検知して、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１が分離されたか否かを確認することができる。なお、分離された裏面ウェハＷｂ１は、ウェハ処理システム１の外部に回収される。以上のようにステップＡ３では、裏面ウェハＷｂ１は周縁部Ｗｅと一体に分離され、すなわち周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離が同時に行われる。
　なお、本実施形態では、吸着板１３０を回転させた後、吸着板１３０を上昇させて処理ウェハＷを分離したが、吸着板１３０の回転を省略して、吸着板１３０の上昇だけで処理ウェハＷを分離してもよい。
　続いて、チャック８３を加工位置Ａ１に移動させる。そして、研削ユニット８４によって、図８（ｅ）に示すようにチャック８３に保持された処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削し、当該裏面Ｗｂに残る内部面改質層Ｍ２と周縁改質層Ｍ１を除去する（図７のステップＡ４）。ステップＡ４では、裏面Ｗｂに研削砥石を当接させた状態で、処理ウェハＷと研削砥石をそれぞれ回転させ、裏面Ｗｂを研削する。なおその後、洗浄液ノズル（図示せず）を用いて、処理ウェハＷの裏面Ｗｂが洗浄液によって洗浄されてもよい。
　次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置７０により洗浄装置４１に搬送される。洗浄装置４１では処理ウェハＷの研削面である裏面Ｗｂがスクラブ洗浄される（図７のステップＡ５）。なお、洗浄装置４１では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂと共に、支持ウェハＳの裏面Ｓｂが洗浄されてもよい。
　次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置５０によりエッチング装置４０に搬送される。エッチング装置４０では処理ウェハＷの裏面Ｗｂが薬液によりウェットエッチングされる（図７のステップＡ６）。上述した加工装置８０で研削された裏面Ｗｂには、研削痕が形成される場合がある。本ステップＡ６では、ウェットエッチングすることによって研削痕を除去でき、裏面Ｗｂを平滑化することができる。
　その後、すべての処理が施された重合ウェハＴは、ウェハ搬送装置５０によりトランジション装置３０に搬送され、さらにウェハ搬送装置２０によりカセット載置台１０のカセットＣｔに搬送される。こうして、ウェハ処理システム１における一連のウェハ処理が終了する。
　なお、上記実施形態においては、ステップＡ３において処理ウェハＷを分離した後、内部面改質層Ｍ２と周縁改質層Ｍ１の除去は、ステップＡ４において処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削することで行っていたが、ステップＡ６におけるウェットエッチングにより行われてもよい。かかる場合、ステップＡ４を省略することができる。
　また、ステップＡ４において処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削して内部面改質層Ｍ２と周縁改質層Ｍ１を除去すれば、ステップＡ６におけるウェットエッチングを省略してもよい。
　次に、ステップＡ２における内部面改質層Ｍ２の形成方法について、図１４～図１６を用いて詳細に説明する。ステップＡ２では、上述したように環状の内部面改質層Ｍ２が径方向に複数形成されるが、以下の説明においては、便宜上、各環を加工線という場合がある。また、図１１及び図１２に示すように、加工線上において隣接する内部面改質層Ｍ２の周方向の間隔を周方向間隔Ｐ（パルスピッチ）といい、径方向に隣接する加工線間の間隔を径方向間隔Ｑ（インデックスピッチ）という。
　ここで本発明者らは、ステップＡ２の処理時間を短縮し、生産性を向上させることを検討した。ステップＡ２の処理時間を短縮するためには、単位時間あたりのレーザ光Ｌ２の照射回数を増やせばよいが、レーザヘッド１１０から照射するレーザ光Ｌ２の周波数を向上させるには限界がある。
　そこで本発明者らは、図１１及び図１２に示す周方向間隔Ｐと径方向間隔Ｑを大きくすることで、レーザ光Ｌ２の照射回数（内部面改質層Ｍ２の数）を減少させることを検討した。ステップＡ３で処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を適切に分離（剥離）するためには、その分離の基点となるクラックＣ２を適切に進展させる必要がある。例えば、周方向間隔Ｐが大き過ぎると、周方向に隣接する内部面改質層Ｍ２からのクラックＣ２が繋がらない。同様に径方向間隔Ｑが大き過ぎても、径方向に隣接する内部面改質層Ｍ２からのクラックＣ２が繋がらない。そして、本発明者らが鋭意検討した結果、一例として、レーザ光Ｌ２のエネルギが１８．５μＪである場合、周方向間隔Ｐが１５μｍｍ、径方向間隔Ｑが３０μｍであれば、クラックＣ２が適切に進展し、処理ウェハＷを分離させることができた。
　一方、処理ウェハＷの中心部では、裏面ウェハＷｂ１を適切に分離できない場合があった。例えばレーザ光Ｌ２の周波数が一定の条件において、周方向間隔Ｐを一定に維持するためには、レーザ光Ｌ２の照射位置が径方向外側から内側に移動するにしたがって、チャック１００の回転速度を上昇させる必要がある。しかしながら、チャック１００の回転速度が上限に達すると、レーザ光Ｌ２の照射位置が径方向内側に移動するにつれ、周方向間隔Ｐは小さくなっていき、中心部では同一加工線上において内部面改質層Ｍ２が重なる場合もある。このため、処理ウェハＷの中心部を分離できない場合があった。
　処理ウェハＷの中心部を分離できない原因について、さらに詳細に説明する。レーザ光Ｌ２の照射によって内部面改質層Ｍ２が形成されると、当該内部面改質層Ｍ２が膨張する。この膨張の際に発生する応力によって、クラックＣ２が形成される。しかしながら例えば、内部面改質層Ｍ２が重なる場合、１つ目の内部面改質層Ｍ２に対して、次の（２回目の）レーザ光Ｌ２が照射されるため、径方向にクラックＣ２が進展し難くなる。また例えば、内部面改質層Ｍ２が重ならない場合であっても、周方向間隔Ｐが所望閾値より小さい場合、１つ目の内部面改質層Ｍ２から進展するクラックＣ２に対して、次の（２回目の）レーザ光Ｌ２が照射される。この場合、すでに応力が開放されたクラックＣ２にレーザ光Ｌ２が照射されるので、やはり径方向にクラックＣ２が進展し難くなる。このように処理ウェハＷの中心部ではクラックＣ２を適切に進展させることができないため、当該中心部を分離できない場合がある。
　そこで、本発明者らは、処理ウェハＷの中心部を分離させるための方法として、以下の２つの方法を想到するに至った。
　１つ目の方法は、処理ウェハＷの中心部において、径方向間隔Ｑを小さくする方法である。上述したように各内部面改質層Ｍ２から径方向に進展するクラックＣ２の長さが短くなっても、径方向に隣接する内部面改質層Ｍ２からのクラックＣ２が繋がればよい。そこで、径方向間隔Ｑを小さくする。
　２つ目の方法は、レーザヘッド１１０から照射するレーザ光Ｌ２の周波数を小さくする方法である。かかる場合、周方向間隔Ｐを所望閾値以上に維持することができ、その結果、各内部面改質層Ｍ２からクラックＣ２を適切に進展させることができる。周方向間隔Ｐの所望閾値は、レーザ光Ｌ２のエネルギによって決定される。例えば、レーザ光Ｌ２のエネルギが１８．５μＪである場合、所望閾値は７．５μｍとなる。
　以上のように、内部面改質層Ｍ２をウェハ面内全面に形成するためには、クラックＣ２を適切に進展させる必要がある。かかるクラックＣ２の条件を充足するため、本実施形態では、ステップＡ２において内部面改質層Ｍ２を形成するにあたり、以下の第１のステップＡ２１～第３のステップＡ２３を行う。なお、本実施形態では、例えばレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌ２のエネルギは１８．５μＪであり、レーザ光Ｌ２の周波数は１８０ｋＨｚである。
　図１４は、第１のステップＡ２１の説明図である。第１のステップＡ２１では、処理ウェハＷの端部から第１の境界位置Ｂ１までの第１の領域Ｒ１において、内部面改質層Ｍ２を形成する。
　第１のステップＡ２１では、周方向間隔Ｐを、所望閾値（例えば７．５μｍ）以上の第１の周方向間隔Ｐ１（例えば１５μｍ）に一定に維持するため、レーザヘッド１１０を径方向内側に移動させるに伴い、チャック１００の回転速度を上昇させる。レーザヘッド１１０は、レーザ光Ｌ２の照射位置が第１の境界位置Ｂ１に到達するまで移動する。この第１の境界位置Ｂ１は、チャック１００の回転速度が最大回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）に到達する位置である。
　第１の境界位置Ｂ１は、計算で求めることができる。例えば、レーザ光Ｌ２の周波数が１８０ｋＨｚで、チャック１００の最大回転速度が１２００ｒｐｍであって、第１の周方向間隔Ｐ１を１５μｍに一定に維持する場合、第１の境界位置Ｂ１は、中心から径方向に４３．２ｍｍの位置と算出される。すなわち、第１の周方向間隔Ｐ１である１５μｍを維持するための回転速度は、レーザ光Ｌ２の径方向位置に応じて算出でき、その算出される回転速度が最大回転速度に到達する位置を、第１の境界位置Ｂ１とする。なお、第１の境界位置Ｂ１は、ウェハ処理を行う前に予め算出しておく。
　なお、第１のステップＡ２１において、径方向間隔Ｑは、第１の径方向間隔Ｑ１（例えば３０μｍ）である。
　図１５は、第２のステップＡ２２の説明図である。第２のステップＡ２２では、第１の境界位置Ｂ１から第２の境界位置Ｂ２までの第２の領域Ｒ２において、内部面改質層Ｍ２を形成する。
　第２の領域Ｒ２では、チャック１００の回転速度を最大回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）に維持しても、レーザヘッド１１０を径方向内側に移動させるに伴い、周方向間隔Ｐは第１の周方向間隔Ｐ１（例えば１５μｍ）より小さくなっていく。但し、上述したように周方向間隔Ｐが、所望閾値である第２の周方向間隔Ｐ２（例えば７．５μｍ）に到達するまでは、クラックＣ２を進展させることができる。そこで、第２のステップＡ２２では、チャック１００を最大回転速度で回転させながら、レーザヘッド１１０を、レーザ光Ｌ２の照射位置が第２の境界位置Ｂ２に到達するまで移動させる。この第２の境界位置Ｂ２は、周方向間隔Ｐが第２の周方向間隔Ｐ２に到達する位置である。
　第２の境界位置Ｂ２は、計算で求めることができる。例えば、レーザ光Ｌ２の周波数が１８０ｋＨｚで、チャック１００の最大回転速度が１２００ｒｐｍである場合、第２の境界位置Ｂ２は、中心から径方向に２２ｍｍの位置と算出される。すなわち、周方向間隔Ｐはレーザ光Ｌ２の径方向位置に応じて算出でき、その算出される周方向間隔Ｐが第２の周方向間隔Ｐ２に到達する位置を、第２の境界位置Ｂ２とする。換言すれば、第２の境界位置Ｂ２は、チャック１００の回転速度と周方向間隔Ｐとの関係を変更して、当該周方向間隔Ｐが第２の周方向間隔Ｐ２になる位置に算出される。なお、第２の境界位置Ｂ２は、ウェハ処理を行う前に予め算出しておく。
　なお、第２のステップＡ２２においても、径方向間隔Ｑは、第１のステップＡ２１と同じ第１の径方向間隔Ｑ１（例えば３０μｍ）である。
　図１６は、第３のステップＡ２３の説明図である。第３のステップＡ２３では、第２の境界位置Ｂ２より径方向内側の第３の領域Ｒ３において、内部面改質層Ｍ２を形成する。
　第３のステップＡ２３では、上述したように径方向間隔Ｑを小さくするか（１つ目の方法）、又はレーザ光Ｌ２の周波数を小さくする（２つ目の方法）。あるいは、これら両方を行ってもよい。
　１つ目の方法について説明する。径方向間隔Ｑを小さくする場合、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２の第１の径方向間隔Ｑ１である例えば３０μｍを、第２の径方向間隔Ｑ２である例えば１０μｍ～１５μｍに小さくする。かかる場合、周方向間隔Ｐが小さくなって、各内部面改質層Ｍ２から径方向に進展するクラックＣ２の長さが短くなっても、径方向に隣接する内部面改質層Ｍ２からのクラックＣ２を繋げることができる。したがって、処理ウェハＷの中心部も適切に分離することができる。なお、径方向間隔Ｑをどれだけ小さくするかは、処理ウェハＷの中心部が分離できるように、予め設定しておけばよい。
　２つ目の方法について説明する。レーザヘッド１１０から照射するレーザ光Ｌ２の周波数を小さくする場合、周方向間隔Ｐを第１の周方向間隔Ｐ１に維持することができる。かかる場合、各内部面改質層Ｍ２からクラックＣ２を適切に進展させることができる。したがって、処理ウェハＷの中心部も適切に分離することができる。なお、レーザ光Ｌ２の周波数をどれだけ小さくするかは、処理ウェハＷの中心部が分離できるように、予め設定しておけばよい。
　ここで、径方向間隔Ｑを小さくすると、その分、内部面改質層Ｍ２を形成する数が増加し、処理時間が長くなる。また、レーザ光Ｌ２の周波数を小さくしても、内部面改質層Ｍ２を形成する数が増加し、処理時間が長くなる。この点、本実施形態では、径方向間隔Ｑを小さくするタイミング、又はレーザ光Ｌ２の周波数を小さくするタイミングを、レーザ光Ｌ２が第２の境界位置Ｂ２にタイミングに設定しており、第３の領域Ｒ３を最小化することができる。したがって、処理時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
　以上の実施形態によれば、第３のステップＡ２３において、径方向間隔Ｑを小さくする、及び／又は、レーザ光Ｌ２の周波数を小さくする（周方向間隔Ｐを維持する）。その結果、第３の領域Ｒ３において、クラックＣ２を適切に進展させることができ、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を適切に分離することができる。
　第１のステップＡ２１では、周方向間隔Ｐと径方向間隔Ｑをできるだけ大きくしているので、処理時間を短縮することができる。また、第２のステップＡ２２では、チャック１００の回転速度が最大回転速度に到達するため、周方向間隔Ｐは小さくなるが、径方向間隔Ｑとレーザ光Ｌ２の周波数をそれぞれ維持するので、処理時間が長くなるのを最小限に抑えることができる。さらに、第３のステップＡ２３では、クラックＣ２を適切に進展させることを優先させる分、処理時間が長くなるが、第３の領域Ｒ３を最小化しているので、やはり処理時間が長くなるのを最小限に抑えることができる。したがって、処理時間を短縮して、スループットを向上させ、さらに生産性を向上させることができる。
　なお、処理ウェハＷでは、シリコンの結晶方位に応じて、クラックＣ２の進展し易さが異なり、進展する長さも一定ではない。このようにクラックＣ２の進展長さが異なっていても、本実施形態の方法を用いれば、クラックＣ２を適切に繋げることができる。
　以上の実施形態では、ステップＡ２において環状の内部面改質層Ｍ２を複数形成したが、例えば図１７に示すように内部面改質層Ｍ２を、径方向外側から内側に螺旋状に形成してもよい。具体的には、チャック１００（処理ウェハＷ）を回転させると共に、レーザヘッド１１０を処理ウェハＷの径方向外側から内側に向けてＹ軸方向に移動させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ２を照射する。
　かかる場合においても、上記実施形態と同様に、予め第１の境界位置Ｂ１と第２の境界位置Ｂ２を求めておき、第１の領域Ｒ１～第３の領域Ｒ３において第１のステップＡ２１～第３のステップＡ２３を順次行う。そうすると、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。
　また、以上の実施形態では、ステップＡ２において内部面改質層Ｍ２を径方向外側から内側に向けて形成したが、径方向内側から外側に向けて形成してもよい。すなわち、レーザヘッド１１０を処理ウェハＷの径方向内側から外側に向けてＹ軸方向に移動させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ２を照射してもよい。かかる場合であっても、径方向外側の領域において、径方向間隔Ｑを小さくする、及び／又は、レーザ光Ｌ２の周波数を小さくする（周方向間隔Ｐを維持する）ことで、クラックＣ２を適切に進展させることができ、処理ウェハＷから裏面ウェハＷｂ１を適切に分離することができる。
　また、以上の実施形態では、周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの分離を同時に行っていたが、これらを別々に行ってもよい。かかる場合、ウェハ処理システム１において、周縁部Ｗｅを除去する周縁除去装置（図示せず）が、例えば改質装置６０に積層して設けられる。周縁除去装置で周縁部Ｗｅを除去する方法は特に限定されるものではないが、例えば周縁部に物理的な衝撃を付与して除去してもよい。
　以上の実施形態では、処理ウェハＷと支持ウェハＳを直接接合する場合について説明したが、これら処理ウェハＷと支持ウェハＳは接着剤を介して接合されてもよい。
　また、以上の実施形態では、重合ウェハＴにおける処理ウェハＷを薄化する場合について説明したが、１枚のウェハを薄化する場合にも上記実施形態は適用できる。例えば、１枚のウェハに薄化処理を行った後、支持ウェハＳと接合して重合ウェハＴを形成してもよい。
　また、以上の実施形態では、処理体がシリコン基板である場合を例に説明を行ったが、処理体の種類はこれに限定されるものではない。例えば処理体としては、シリコン基板に代えて、ガラス基板、単結晶基板、多結晶基板または非晶質基板などが選択されてもよい。また例えば処理体としては、基板に代えて、インゴット、基台または薄板などが選択されてもよい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　　１　　　ウェハ処理システム
　　６０　　改質装置
　　９０　　制御装置
　　１００　チャック
　　１０３　回転機構
　　１０４　移動機構
　　１１０　レーザヘッド
　　１１５　移動機構
　　Ｂ２　　第２の境界位置
　　Ｍ２　　内部面改質層
　　Ｐ　　　周方向間隔
　　Ｑ　　　径方向間隔
　　Ｓ　　　支持ウェハ
　　Ｔ　　　重合ウェハ
　　Ｗ　　　処理ウェハ

Claims (14)

  1. 処理体を処理する処理装置であって、
    処理体を保持する保持部と、
    前記保持部に保持された処理体の内部にレーザ光を照射して、面方向に沿って改質層を形成する改質部と、
    前記保持部と前記改質部を相対的に回転させる回転機構と、
    前記保持部と前記改質部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記回転機構により前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射し、さらに前記移動機構により前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させて、前記改質層を形成するにあたり、
    前記改質層の周方向間隔が所望閾値となる、前記レーザ光の径方向の境界位置を算出し、
    前記境界位置から前記改質部の移動方向において、前記改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、前記レーザ光の周波数を小さくするように、
    前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する、処理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させるに伴い、前記改質部に対する前記保持部の相対的な回転速度を最大回転速度まで上昇させて、前記改質層の周方向間隔を一定にすることと、
    前記改質部に対して前記保持部を前記最大回転速度で相対的に回転させながら、前記レーザ光が前記境界位置に到達するまで前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させることと、
    前記境界位置から前記改質部の移動方向において、前記改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、前記レーザ光の周波数を小さくすることと、を実行するように、
    前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する、請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記制御部は、前記改質部に対する前記保持部の相対的な回転速度と、前記改質層の周方向間隔との関係を変更して、前記改質層の周方向間隔が前記所望閾値となる、前記レーザ光の径方向位置を前記境界位置と算出する、請求項１又は２に記載の処理装置。
  4. 前記所望閾値は、前記レーザ光のエネルギに応じて決定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の処理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に１周回転させながら、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射して、環状の前記改質層を形成し、
    その後、前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させ、
    前記環状の改質層の形成と前記改質部の径方向への移動とを繰り返し行って、面方向に前記改質層を形成するように、
    前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する、請求項１～４のいずか一項に記載の処理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させつつ、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射して、前記改質部の移動方向に螺旋状の前記改質層を形成するように、
    前記保持部、前記改質部、前記回転機構及び前記移動機構を制御する、請求項１～４のいずか一項に記載の処理装置。
  7. 前記処理体は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板であり、
    前記保持部は、前記第２の基板側から前記重合基板を保持し、
    前記改質部は、前記第１の基板の内部にレーザ光を照射して、面方向に沿って前記改質層を形成する、請求項１～６のいずか一項に記載の処理装置。
  8. 処理体を処理する処理方法であって、
    保持部で処理体を保持することと、
    レーザ光を照射する改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射し、さらに前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させて、面方向に沿って改質層を形成することと、を有し、
    前記改質層の周方向間隔が所望閾値となる、前記レーザ光の径方向の境界位置を算出し、
    前記境界位置から前記改質部の移動方向において、前記改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、前記レーザ光の周波数を小さくする、処理方法。
  9. 前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させるに伴い、前記改質部に対する前記保持部の相対的な回転速度を最大回転速度まで上昇させて、前記改質層の周方向間隔を一定にすることと、
    前記改質部に対して前記保持部を前記最大回転速度で相対的に回転させながら、前記レーザ光が前記境界位置に到達するまで前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させることと、
    前記境界位置から前記改質部の移動方向において、前記改質層の径方向間隔を小さくする、及び／又は、前記レーザ光の周波数を小さくすることと、を有する、請求項８に記載の処理方法。
  10. 前記改質部に対する前記保持部の相対的な回転速度と、前記改質層の周方向間隔との関係を変更して、前記改質層の周方向間隔が前記所望閾値となる、前記レーザ光の径方向位置を前記境界位置と算出する、請求項８又は９に記載の処理方法。
  11. 前記所望閾値は、前記レーザ光のエネルギに応じて決定される、請求項８～１０のいずれか一項に記載の処理方法。
  12. 前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に１周回転させながら、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射して、環状の前記改質層を形成し、
    その後、前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させ、
    前記環状の改質層の形成と前記改質部の径方向への移動とを繰り返し行って、面方向に前記改質層を形成する、請求項８～１１のいずか一項に記載の処理方法。
  13. 前記改質部に対して前記保持部に保持された処理体を相対的に回転させながら、前記保持部に対して前記改質部を相対的に径方向に移動させつつ、前記改質部から処理体の内部に前記レーザ光を周期的に照射して、前記改質部の移動方向に螺旋状の前記改質層を形成する、請求項８～１１のいずか一項に記載の処理方法。
  14. 前記処理体は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板であり、
    前記保持部は、前記第２の基板側から前記重合基板を保持し、
    前記改質部は、前記第１の基板の内部にレーザ光を照射して、面方向に沿って前記改質層を形成する、請求項８～１３のいずか一項に記載の処理方法。
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