JP5614739B2 - Substrate internal processing apparatus and substrate internal processing method - Google Patents

Description

本発明は、基板内部加工装置および基板内部加工方法に関し、特に、薄い半導体ウェハを切り出して製造する基板内部加工装置および基板内部加工方法に関する。   The present invention relates to a substrate internal processing apparatus and a substrate internal processing method, and more particularly to a substrate internal processing apparatus and a substrate internal processing method for cutting and manufacturing a thin semiconductor wafer.

従来、シリコン（Ｓｉ）ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。   Conventionally, when manufacturing a semiconductor wafer represented by a silicon (Si) wafer, a cylindrical ingot solidified from a silicon melt melted in a quartz crucible is cut into blocks of an appropriate length, The peripheral edge is ground to a target diameter, and then the block ingot is sliced into a wafer shape with a wire saw to manufacture a semiconductor wafer (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。   The semiconductor wafer manufactured in this way is subjected to various processes such as circuit pattern formation in the previous process in order and used in the subsequent process. In this subsequent process, the back surface is back-grinded and thinned. Accordingly, the thickness is adjusted to about 750 μm to 100 μm or less, for example, about 75 μm or 50 μm.

従来における半導体ウェハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。   A conventional semiconductor wafer is manufactured as described above, and an ingot is cut with a wire saw, and a cutting allowance larger than the thickness of the wire saw is required for cutting, so a thin semiconductor wafer with a thickness of 0.1 mm or less It is very difficult to manufacture the product, and the product rate is not improved.

また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されているが、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。   In recent years, silicon carbide (SiC), which has high hardness and high thermal conductivity, has attracted attention as a next-generation semiconductor. In the case of SiC, ingots can be easily formed with a wire saw because of its higher hardness than Si. In addition, it is not easy to slice the substrate, and it is not easy to thin the substrate by back grinding.

一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。特許文献３では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献４では、ＸＹステージを利用して、ＸＹ方向にレーザ光を走査している。   On the other hand, the condensing point of the laser beam is aligned with the inside of the ingot with the condensing lens, and the ingot is relatively scanned with the laser beam to form a planar modified layer by multiphoton absorption inside the ingot. A substrate manufacturing method and a substrate manufacturing apparatus are disclosed in which a part of the ingot is peeled off using the modified layer as a peeling surface (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). In Patent Document 3, laser light is scanned concentrically or spirally, and in Patent Document 4, laser light is scanned in the XY directions using an XY stage.

しかしながら、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、特にウェハのように基板が薄い場合、ウェハが割れやすいという問題点がある。回転ステージを使用して同心円状または螺旋状にレーザ光を走査する場合、基板の大きさが、例えば、２０ｍｍ角以下と小さければ、問題にはならないが、特に、基板の一辺の寸法が１００ｍｍを超え、円弧状の集光点の軌跡の曲率半径が大きくなると、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、ウェハが割れやすいという問題点が顕著になる。   However, when the scanning direction coincides with the cleavage direction of the substrate, there is a problem that the wafer is likely to break, particularly when the substrate is thin like a wafer. When laser light is scanned concentrically or spirally using a rotary stage, it is not a problem if the size of the substrate is as small as 20 mm square or less, for example, the size of one side of the substrate is 100 mm. If the radius of curvature of the trajectory of the arc-shaped condensing point exceeds, the problem that the wafer easily breaks when the scanning direction coincides with the cleavage direction of the substrate.

特開２００８‐２００７７２号公報JP 2008-200772 A 特開２００５‐２９７１５６号公報JP 2005-297156 A 特開２００５‐２７７１３６号公報JP 2005-277136 A 特開２００５‐２９４３２５号公報JP 2005-294325 A

本発明の目的は、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することにある。   An object of the present invention is to prevent the substrate from cracking when forming the internal modified layer and improve the product rate by not matching the cleavage direction of the substrate and the moving direction of the laser light focusing point. A substrate internal processing apparatus and a substrate internal processing method are provided.

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、回転ステージと、前記回転ステージ上に配置され，基板を載置する基板固定手段と、前記回転ステージの回転数を制御する回転ステージ制御手段とを有する基板回転手段と、レーザ光源と、レーザ集光手段と、前記レーザ集光手段と前記回転ステージ間の距離を調整する第１の集光手段移動装置とを有する照射装置と、前記回転ステージの回転軸と、前記回転ステージの外周との間で、前記回転ステージと前記レーザ集光手段を相対的に移動させる第２の集光手段移動装置とを備え、前記基板は、回転ステージ上に、回転軸に対して対称に、間隔を置いて配置される基板内部加工装置が提供される。   According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a rotary stage, a substrate fixing means that is placed on the rotary stage and places a substrate thereon, and a rotary stage control that controls the rotational speed of the rotary stage. An irradiation apparatus comprising: a substrate rotating means having a means; a laser light source; a laser condensing means; and a first condensing means moving device for adjusting a distance between the laser condensing means and the rotary stage; And a second condensing means moving device for relatively moving the rotating stage and the laser condensing means between a rotating shaft of the rotating stage and an outer periphery of the rotating stage, wherein the substrate is a rotating stage. A substrate internal processing apparatus is provided which is arranged symmetrically with respect to the rotation axis at an interval.

本発明の他の態様によれば、回転ステージ上に、回転軸に対して対称に、間隔を置いて基板を配置する工程と、前記基板を前記回転ステージ上に固定する工程と、前記基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ光の集光点における線速度が一定となるように前記回転ステージを回転する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に円弧状の内部改質層を形成する工程とを有する基板内部加工方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of placing a substrate on a rotary stage symmetrically with respect to a rotation axis at an interval, a step of fixing the substrate on the rotary stage, and a step on the substrate A step of disposing laser condensing means in a non-contact manner, a step of irradiating the surface of the substrate with laser light by the laser condensing means, condensing the laser light inside the substrate, and condensing the laser light A step of rotating the rotary stage so that a linear velocity at a point is constant, and a step of relatively moving the laser condensing means and the substrate to form an arc-shaped internal modified layer inside the substrate A substrate internal processing method is provided.

本発明によれば、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することができる。   According to the present invention, by not matching the cleavage direction of the substrate and the moving direction of the condensing point of the laser beam, it is possible to prevent the substrate from cracking when forming the internal modified layer and to improve the product rate. A substrate internal processing apparatus and a substrate internal processing method can be provided.

本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置の模式的鳥瞰図。1 is a schematic bird's-eye view of a substrate internal processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）レーザ光の照射状態を説明する模式的断面構造図、（ｂ）レーザ光を一回の照射で、内部改質層を相対的に厚く形成する場合の模式的断面構造図。In the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, (a) a schematic cross-sectional structure diagram for explaining a laser beam irradiation state, and (b) an internal modified layer by a single laser beam irradiation. FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram when forming a relatively thick film. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法に適用する半導体ウェハを説明する模式的平面図。The typical top view explaining the semiconductor wafer applied to the substrate internal processing apparatus and substrate internal processing method concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの拡大された模式的平面図。FIG. 3 is an enlarged schematic plan view of a laser beam pattern irradiated on a semiconductor wafer in the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ上に半導体ウェハをステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて配置した場合の模式的平面図。FIG. 3 is a schematic plan view when a semiconductor wafer is arranged on a rotary stage symmetrically with respect to a rotation axis of the stage at an interval in the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）回転ステージ上に半導体ウェハを敷き詰めて配置した場合の内部改質層の軌跡を説明する模式的平面図、（ｂ）回転ステージ上にステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて半導体ウェハを配置した場合の内部改質層の軌跡を説明する模式的平面図。In the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, (a) a schematic plan view for explaining the trajectory of the internal modified layer when a semiconductor wafer is laid out on a rotary stage; (b) The typical top view explaining the locus of an internal modification layer at the time of arranging a semiconductor wafer on a rotation stage symmetrically to the axis of rotation of a stage at intervals. 本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）回転ステージ上にステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて半導体ウェハを配置した場合の模式的平面図、（ｂ）図７（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。In the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, (a) a schematic plan view when semiconductor wafers are arranged on the rotary stage symmetrically with respect to the rotational axis of the stage, (B) The typical cross-section figure along the II line | wire of Fig.7 (a). 本発明の第２の実施の形態に係る基板内部加工装置の模式的鳥瞰図。The typical bird's-eye view of the board | substrate internal processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る基板内部加工方法において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの模式的平面図。The typical top view of the laser beam pattern irradiated to a semiconductor wafer in the substrate internal processing method concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施の形態に係る基板内部加工方法において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの模式的平面図。The typical top view of the laser beam pattern irradiated to a semiconductor wafer in the substrate internal processing method concerning a 4th embodiment of the present invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１の模式的鳥瞰構造は、図１に示すように、回転ステージ１１０と、回転ステージ１１０上に配置され，基板１０を載置する基板固定手段１３０と、回転ステージ１１０の回転数を制御する回転ステージ制御手段３００とを有する基板回転手段２と、レーザ光源２２０と、集光レンズ１６と、集光レンズ１６と回転ステージ１１０間の距離を調整する焦点位置調整具２５とを有する照射装置４と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と、回転ステージ１１０の外周との間で、回転ステージ１１０と集光レンズ１６を相対的に移動させるＸ方向移動ステージ１５０とを備える。基板１０は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて配置される。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the schematic bird's-eye view structure of the substrate internal processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is arranged on the rotation stage 110 and the substrate on which the substrate 10 is placed. The substrate rotation means 2 having the fixing means 130 and the rotation stage control means 300 for controlling the rotation speed of the rotation stage 110, the laser light source 220, the condenser lens 16, and the distance between the condenser lens 16 and the rotation stage 110. X which moves the rotary stage 110 and the condenser lens 16 relatively between the irradiation device 4 having the focal position adjusting tool 25 for adjusting the rotation position, the rotary shaft 140 of the rotary stage 110, and the outer periphery of the rotary stage 110. A direction moving stage 150. The substrate 10 is disposed on the rotary stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 at an interval.

また、基板１０が結晶性基板の場合には、結晶方位を示すオリエンテーションフラットのような表示を備え、この表示に合せて基板１０を回転ステージ１１０上の基板固定手段１３０に固定すると共に、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないことを特徴とする。   When the substrate 10 is a crystalline substrate, a display such as an orientation flat indicating the crystal orientation is provided, and the substrate 10 is fixed to the substrate fixing means 130 on the rotary stage 110 in accordance with this display. The cleavage direction of the laser beam 20 and the moving direction of the condensing point P of the laser beam 20 are not matched.

また、レーザ光２０の集光点Ｐは、基板１０内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状の内部改質層を形成しても良い。   Further, the condensing point P of the laser light 20 may form a two-dimensional internal modified layer by forming a discontinuous arc-shaped locus inside the substrate 10.

また、回転ステージ１１０の線速度を一定にすることで、レーザ光２０の集光点Ｐの間隔を一定にしても良い。   Further, the interval between the condensing points P of the laser beam 20 may be made constant by making the linear velocity of the rotary stage 110 constant.

以下の説明において、劈開方向とは、内部改質層１２を形成した結晶性基板において、結晶性基板が内部改質層１２と平行でない劈開面を有し、この劈開面と内部改質層１２の交差する線の方向である。集光点Ｐの移動方向とは、基板１０内部に形成される円弧状の集光点Ｐの軌跡の接線方向である。集光点Ｐの移動方向と基板１０の劈開方向は、０．１度〜０．５度以上の角度を有することが望ましい。   In the following description, the cleavage direction refers to a crystalline substrate on which the internal modified layer 12 is formed, and the crystalline substrate has a cleavage plane that is not parallel to the internal modified layer 12. The direction of the intersecting line. The moving direction of the condensing point P is a tangential direction of the locus of the arc-shaped condensing point P formed inside the substrate 10. It is desirable that the moving direction of the condensing point P and the cleavage direction of the substrate 10 have an angle of 0.1 degree to 0.5 degree or more.

第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１において、レーザ光２０の照射状態を説明する模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、レーザ光２０を一回の照射で、内部改質層１２を相対的に厚く形成する場合の模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。尚、上記説明では、レーザ光源２２０と集光レンズ１６の位置関係の調整を容易にするため、回転ステージ１１０をＸ方向移動ステージ１５０に載置することで、第２の集光手段移動装置を形成しているが、集光レンズ１６を含む焦点位置調整具２５を回転ステージ１１０に対して移動させることも可能である。光ファイバなどでレーザ光源２２０からの集光レンズ１６にレーザ光を導くことも可能であり、光ファイバなどでレーザ光源２２０から集光レンズ１６にレーザ光を導く場合は、より装置全体を簡略化することも可能になる。   In the substrate internal processing apparatus 1 according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure for explaining the irradiation state of the laser light 20 is expressed as shown in FIG. 2A, and the laser light 20 is irradiated once. Thus, a schematic cross-sectional structure when the internal modified layer 12 is formed relatively thick is expressed as shown in FIG. In the above description, in order to facilitate the adjustment of the positional relationship between the laser light source 220 and the condensing lens 16, the second condensing means moving device is mounted by placing the rotating stage 110 on the X direction moving stage 150. Although it is formed, it is also possible to move the focal position adjustment tool 25 including the condenser lens 16 with respect to the rotary stage 110. It is also possible to guide the laser light from the laser light source 220 to the condensing lens 16 with an optical fiber or the like. When the laser light is guided from the laser light source 220 to the condensing lens 16 with an optical fiber or the like, the entire apparatus is further simplified. It is also possible to do.

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、集光レンズ１６と基板１０間には、レーザ光２０の収差増強材として、収差増強ガラス板１８を配置しても良い。集光レンズ１６と基板１０間にこのような収差増強ガラス板１８を配置することによって、基板１０の表面にレーザスポット２４を形成するレーザ光２２は、基板１０の表面で屈折されて、レーザ光２６として基板１０の内部に進入し、基板１０の内部に集光点Ｐを結ぶ際に、所定の深さおよび幅を有する像を結ぶことになる。このことによって、基板１０の内部に形成される内部改質層１２を所定の深さｔを有するように形成することができる。図２（ａ）および図２（ｂ）においては、集光レンズ１６と回転ステージ１１０間の距離を調整する焦点位置調整具（第１の集光手段移動装置）２５も示されている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, an aberration-enhancing glass plate 18 may be disposed between the condenser lens 16 and the substrate 10 as an aberration-enhancing material for the laser light 20. By arranging such an aberration-enhancing glass plate 18 between the condenser lens 16 and the substrate 10, the laser beam 22 that forms the laser spot 24 on the surface of the substrate 10 is refracted on the surface of the substrate 10, and the laser beam When entering the inside of the substrate 10 as 26 and connecting the condensing point P inside the substrate 10, an image having a predetermined depth and width is formed. Thus, the internal modified layer 12 formed inside the substrate 10 can be formed to have a predetermined depth t. 2A and 2B also show a focal position adjuster (first condensing means moving device) 25 that adjusts the distance between the condensing lens 16 and the rotary stage 110.

第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図２（ａ）に示すように、厚い基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光２０用の収差増強材である収差増強ガラス板１８を介在させ、この収差増強ガラス板１８を介在させた状態でレーザ光２０を照射することにより、レーザ光２０の照射回数を減少させるようにしている。   In the substrate processing method according to the first embodiment, as shown in FIG. 2A, an aberration that is an aberration enhancing material for the laser light 20 is provided between the surface of the thick substrate 10 and the condenser lens 16. The number of times of irradiation with the laser light 20 is reduced by irradiating the laser light 20 with the reinforcing glass plate 18 interposed and the aberration increasing glass plate 18 interposed therebetween.

また、通常の大気中で焦点を結ぶように設計された集光レンズ１６を使用すると、図２（ｂ）に示すように、空気よりも屈折率の大きな基板１０では、集光レンズ１６の内周部のレーザ光２０ａは、基板１０の内部の表面側Ｐ１に、集光レンズ１６の外周部のレーザ光２０ｂは、基板１０の内部のそれよりも深いところＰ２に焦点を結ぶことで、一回の照射で形成される内部改質層１２の厚みを厚くすることもできる。   Further, when the condensing lens 16 designed to focus in the normal atmosphere is used, the substrate 10 having a refractive index larger than that of air, as shown in FIG. The peripheral laser beam 20a is focused on the surface P1 inside the substrate 10 and the laser beam 20b on the outer periphery of the condenser lens 16 is focused on a point P2 deeper than that inside the substrate 10. It is also possible to increase the thickness of the internal modified layer 12 formed by multiple irradiations.

この効果は、収差増強ガラス板１８を集光レンズ１６と基板１０の表面の間に設けることで、収差を増強することができ、さらに、収差増強ガラス板１８の屈折率ならびに厚みで効果を調整することが可能になる。   This effect can be enhanced by providing the aberration-enhancing glass plate 18 between the condenser lens 16 and the surface of the substrate 10, and the effect is adjusted by the refractive index and thickness of the aberration-enhancing glass plate 18. It becomes possible to do.

内部改質層１２で、エッチング液の浸透を容易にし、エッチング速度を向上させることができるため、結果として、基板１０から、薄層化された基板１０ｕ、１０ｄを得ることができる。   The internal modified layer 12 can facilitate the penetration of the etching solution and improve the etching rate. As a result, the thinned substrates 10u and 10d can be obtained from the substrate 10.

第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１に適用する半導体ウェハは、図３に示すように、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向である内部改質層１２の軌跡を一致させないようにしている。例えば、（１００）面のシリコンウェハにおいて、劈開方向は、オリエンテーションフラット面の＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向であるのに対して、内部改質層１２の軌跡は、図４に示すように、基板１０の端面において、ベクトルＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…，Ｘ８およびベクトルＹ１，Ｙ２，Ｙ３，…，Ｙ８で示されるように、＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向とは一致していない。   As shown in FIG. 3, the semiconductor wafer applied to the substrate internal processing apparatus 1 according to the first embodiment is an internal modified layer that is the cleavage direction of the substrate 10 and the moving direction of the condensing point P of the laser light 20. The 12 trajectories are not matched. For example, in the (100) plane silicon wafer, the cleavage direction is a direction perpendicular to the <110> direction and the <110> direction of the orientation flat surface, whereas the locus of the internal modified layer 12 is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, at the end face of the substrate 10, as indicated by vectors X1, X2, X3,..., X8 and vectors Y1, Y2, Y3,. It does not match the direction.

第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１において、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に基板１０を回転ステージ１１０の回転軸１４０（図１）に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて配置した場合の模式的平面構造は、図５に示すように表される。回転ステージ１１０の保持テーブル１３０上に基板１０を回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて配置することによって、内部改質層１２の軌跡は、図４と同様に、基板１０の端面において、劈開方向とは一致しないようにすることができる。   In the substrate internal processing apparatus 1 according to the first embodiment, the intervals S1 and S2 are set symmetrically with respect to the rotation axis 140 (FIG. 1) of the rotation stage 110 on the holding table 130 on the rotation stage 110. A schematic planar structure in the case of being placed is expressed as shown in FIG. By arranging the substrate 10 on the holding table 130 of the rotation stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 of the rotation stage 110 with the intervals S1 and S2, the trajectory of the internal reforming layer 12 is the same as in FIG. In addition, the end surface of the substrate 10 can be made not to coincide with the cleavage direction.

第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ１１０上に基板１０を敷き詰めて配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、図６（ａ）に示すように表され、回転ステージ１１０上に回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、図６（ｂ）に示すように表される。   In the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment, the trajectory of the internal modified layer 12 when the substrate 10 is laid out on the rotation stage 110 is expressed as shown in FIG. The trajectory of the internal reforming layer 12 when the substrate 10 is disposed on the stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 of the rotary stage 110 is shown as shown in FIG.

回転ステージ１１０上に基板１０を敷き詰めて配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、基板１０の端面に対して９０度の角度を有する。一方、図６（ｂ）には、誇張して示されているが、回転ステージ１１０上に回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置した場合には、内部改質層１２の軌跡は、基板１０の端面に対して９０度ではない所定の角度を有することが明らかである。 The trajectory of the internal modified layer 12 when the substrate 10 is laid down on the rotary stage 110 has an angle of 90 degrees with respect to the end surface of the substrate 10. On the other hand, although exaggeratedly shown in FIG. 6B, when the substrate 10 is arranged on the rotary stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 of the rotary stage 110, the substrate 10 is It is clear that the trajectory of the internal modified layer 12 has a predetermined angle that is not 90 degrees with respect to the end face of the substrate 10.

第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に回転ステージの回転軸１４０に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて基板１０を配置した場合の模式的平面構造は、図７（ａ）に示すように表され、図７（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図７（ｂ）に示すように表される。図７（ａ）および図７（ｂ）において、保持テーブル１３０上には、粘着固定テーブル１２５が配置される。粘着固定テーブル１２５には、通常の粘着層、機械的なチャック、静電チャックなどが適用可能である。   In the substrate internal processing apparatus according to the first embodiment, the substrate 10 is arranged on the holding table 130 on the rotation stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 of the rotation stage with the intervals S1 and S2. The schematic planar structure is expressed as shown in FIG. 7A, and the schematic cross-sectional structure along the line II in FIG. 7A is expressed as shown in FIG. 7B. 7A and 7B, an adhesive fixing table 125 is disposed on the holding table 130. A normal adhesive layer, a mechanical chuck, an electrostatic chuck or the like can be applied to the adhesive fixing table 125.

加工ステージ１００とレーザ照射装置２００の一部とは、精密な回転、移動、上下動などを図るため、図示しない防振性の台座に固定され、加工ステージ１００の上方にレーザ照射装置２００が配置される。   The processing stage 100 and a part of the laser irradiation apparatus 200 are fixed to a vibration-proof pedestal (not shown) for precise rotation, movement, vertical movement, and the laser irradiation apparatus 200 is disposed above the processing stage 100. Is done.

加工ステージ１００は、図１に示すように、複数の基板１０を水平に搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージ１１０の下面から垂直下方に伸びる支持軸１２０を直立状態に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージ１５０とを備える。   As shown in FIG. 1, the processing stage 100 supports a rotating stage 110 on which a plurality of substrates 10 are horizontally mounted and a support shaft 120 extending vertically downward from the lower surface of the rotating stage 110 in an upright state in the X direction. And a movable X-direction moving stage 150.

回転ステージ１１０は、表面に複数の基板１０を着脱自在に位置決め固定する平面矩形の保持テーブル１３０が装着され、所定のモータの駆動により回転する。この回転ステージ１１０、支持軸１２０、及び保持テーブル１３０は、中心部が位置合わせされる。   The rotary stage 110 is provided with a planar rectangular holding table 130 that detachably positions and fixes the plurality of substrates 10 on the surface, and rotates by driving a predetermined motor. The rotation stage 110, the support shaft 120, and the holding table 130 are aligned at the center.

回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて配置された複数の基板１０は、合成重心が回転ステージ１１０の回転軸１４０と略一致する。   The plurality of substrates 10 arranged on the rotation stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 are spaced apart from each other so that the resultant center of gravity substantially coincides with the rotation axis 140 of the rotation stage 110.

所定のモータとしては、例えばレーザ光２０の照射特性に応じ、回転数を制御可能なステッピングモータや各種サーボモータ（例えば、ＡＣサーボモータ）等が適宜採用されるが、基板１０の表面周縁部にレーザ光２０を均一に照射する観点から、間歇的ではなく、連続的に駆動するサーボモータが好ましい。   As the predetermined motor, for example, a stepping motor capable of controlling the number of rotations or various servo motors (for example, AC servo motor) according to the irradiation characteristics of the laser beam 20 is appropriately employed. From the viewpoint of uniformly irradiating the laser beam 20, a servo motor that is continuously driven rather than intermittent is preferable.

Ｘ方向移動ステージ１５０は、例えば、所定のモータの駆動で回転する螺子棒により水平にスライドし、或いは所定のシリンダの駆動で進退動するプランジャロッドにより水平にスライドする。また、所定のモータの駆動で回転するエンドレスの駆動ベルトにより水平にスライドする構成でも良いし、リニアモータの駆動で水平にスライドする構成でも良い。   For example, the X-direction moving stage 150 slides horizontally by a screw rod that rotates by driving a predetermined motor, or horizontally by a plunger rod that moves forward and backward by driving a predetermined cylinder. Moreover, the structure which slides horizontally by the endless drive belt rotated by the drive of a predetermined motor may be sufficient, and the structure which slides horizontally by the drive of a linear motor may be sufficient.

レーザ照射装置２００は、図１に示すように、レーザ光２０を下方に向けて照射する固定のレーザ光源２２０と、このレーザ光源２２０から照射されたレーザ光２０を集光する集光レンズ１６と、基板１０の表面と集光レンズ１６との間に介在するレーザ光２０の収差増強ガラス板１８と、集光レンズ１６及び収差増強ガラス板１８を上下に並べて保持する上下動可能な焦点位置調整具２５とを備え、基板１０の表面状態を撮像して検査・測定可能な検査装置（図示せず）が選択的に付設される。   As shown in FIG. 1, the laser irradiation apparatus 200 includes a fixed laser light source 220 that irradiates laser light 20 downward, and a condenser lens 16 that condenses the laser light 20 emitted from the laser light source 220. The aberration-enhancing glass plate 18 of the laser light 20 interposed between the surface of the substrate 10 and the condensing lens 16, and the focus position adjustment capable of moving up and down to hold the condensing lens 16 and the aberration-enhancing glass plate 18 side by side. And an inspection device (not shown) that includes a tool 25 and can inspect and measure the surface state of the substrate 10 selectively.

レーザ光源２２０は、基板１０の内部に集光点Ｐを形成するため、基板１０に対して透過性のある光源が使用される。例えば、シリコン製のインゴットやスライスされたシリコン製の半導体基板１０の場合には、ＹＡＧレーザの基本波や炭酸ガスレーザなど、波長１０００ｎｍ以上の赤外線レーザが使用される。ここで、基板１０は、半絶縁性基板であっても良い。例えば、半絶縁性基板としては、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成した基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ／ＡｌＧａＮからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板、若しくはダイヤモンド基板などのいずれかである。   As the laser light source 220, a light source that is transmissive to the substrate 10 is used in order to form a condensing point P inside the substrate 10. For example, in the case of a silicon ingot or a sliced silicon semiconductor substrate 10, an infrared laser having a wavelength of 1000 nm or more such as a fundamental wave of a YAG laser or a carbon dioxide gas laser is used. Here, the substrate 10 may be a semi-insulating substrate. For example, as a semi-insulating substrate, a GaAs substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on a SiC substrate, a substrate in which a heterojunction epitaxial layer made of GaN / AlGaN is formed on a SiC substrate, a sapphire substrate Or a diamond substrate.

集光レンズ１６は、基板１０の内部にレーザ光２０のエネルギーを効率的に集中させるよう機能する。この集光レンズ１６の開口数（ＮＡ）は、基板１０の表面におけるアブレーションなどによる損失を防止するために、大きな数値、具体的には０．５以上、０．５〜０．８が好ましい。   The condenser lens 16 functions to efficiently concentrate the energy of the laser light 20 inside the substrate 10. The numerical aperture (NA) of the condenser lens 16 is preferably a large numerical value, specifically 0.5 or more and 0.5 to 0.8 in order to prevent loss due to ablation on the surface of the substrate 10.

収差増強ガラス板１８は、特に限定されるものではないが、例えば厚いカバーガラスやスライドガラス等が使用され、集光スポットを拡大してその間隔を大きくし、単位面積当たりのレーザ光２０の照射回数を削減するよう機能する。また、焦点位置調整具２５は、例えば集光レンズ１６と収差増強ガラス板１８とを挟持して相対向する左右一対の保持爪などからなり、基板１０の表面に対して光軸２７０方向に集光レンズ１６を上下動し、基板１０の内部に焦点を移動させ、集光点Ｐを形成して内部改質層１２を形成する。   The aberration-enhancing glass plate 18 is not particularly limited. For example, a thick cover glass, a slide glass, or the like is used. The condensing spot is enlarged to increase the interval, and the laser light 20 is irradiated per unit area. Works to reduce the number of times. The focal position adjusting tool 25 is composed of, for example, a pair of left and right holding claws that oppose each other with the condenser lens 16 and the aberration-enhancing glass plate 18 sandwiched therebetween, and is focused in the direction of the optical axis 270 with respect to the surface of the substrate 10. The optical lens 16 is moved up and down, the focal point is moved inside the substrate 10, the condensing point P is formed, and the internal modified layer 12 is formed.

制御装置３００は、図１に示すように、例えばプリント回路基板からなる回路基板に、水晶発振回路、演算処理機能を有するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、動作不良などを検知するエラー検知センサ、その他の電子部品が実装され、加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とにケーブルを介してそれぞれ接続されており、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み込むことにより、コンピュータとして所定の機能を実現する。   As shown in FIG. 1, the control device 300 includes, for example, a circuit board made of a printed circuit board, a crystal oscillation circuit, a CPU, ROM, RAM having an arithmetic processing function, an error detection sensor for detecting malfunction, and other electronic devices. Components are mounted and connected to the processing stage 100 and the laser irradiation apparatus 200 via cables, respectively, and the CPU reads a predetermined program stored in the ROM using the RAM as a work area, whereby a predetermined function as a computer is achieved. Is realized.

具体的には、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させて集光レンズ１６の光軸２７０を回転ステージ１１０に搭載された基板１０の表面周縁部側に位置させ、基板１０の内部に集光点Ｐを形成できるようレーザ照射装置２００の高さを調整する機能と、集光点Ｐの線速度が一定になるよう回転ステージ１１０の回転数を制御して回転させ、レーザ照射装置２００からレーザ光２０を照射するとともに、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させてレーザ光２０を回転ステージ１１０が所定の回転角度（例えば３６０°等）で回転する毎に基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０方向に所定のピッチで移動させる機能と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と集光レンズ１６の光軸２７０との接近に応じて集光点Ｐの線速度を低下させ、かつ基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０方向に移動するレーザ光２０のピッチ間隔を狭める機能と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と集光レンズ１６の光軸２７０とが所定の近距離に達した場合にレーザ照射装置２００の照射を停止する機能とを実現する。   Specifically, the X-direction moving stage 150 of the processing stage 100 is moved in the X direction so that the optical axis 270 of the condenser lens 16 is positioned on the surface peripheral edge side of the substrate 10 mounted on the rotation stage 110, The function of adjusting the height of the laser irradiation apparatus 200 so that the condensing point P can be formed inside the laser beam, and the rotation speed of the rotating stage 110 is controlled to rotate so that the linear velocity of the condensing point P becomes constant, and the laser While irradiating the laser beam 20 from the irradiation device 200 and moving the X direction moving stage 150 of the processing stage 100 in the X direction, the rotating stage 110 rotates the laser beam 20 at a predetermined rotation angle (eg, 360 °). A function of moving the substrate 10 from the peripheral edge of the surface of the substrate 10 in the direction of the rotation axis 140 at a predetermined pitch, and the rotation axis 140 of the rotation stage 110 and the optical axis 27 of the condenser lens 16. And the function of reducing the linear velocity of the condensing point P in accordance with the distance between the laser beam 20 and the pitch of the laser light 20 moving in the direction of the rotation axis 140 from the surface peripheral edge side of the substrate 10, and the rotation axis of the rotation stage 110 140 and the optical axis 270 of the condenser lens 16 realize a function of stopping the irradiation of the laser irradiation apparatus 200 when a predetermined short distance is reached.

（基板内部加工方法）
第１の実施の形態に係る基板内部加工方法は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置する工程と、基板１０を回転ステージ１１０上に固定する工程と、基板１０上に非接触に集光レンズ１６を配置する工程と、集光レンズ１６により、基板１０表面にレーザ光２０を照射し、基板１０内部にレーザ光２０を集光する工程と、レーザ光２０の集光点Ｐにおける線速度が一定となるように回転ステージ１１０を回転する工程と、集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に円弧状の内部改質層１２を形成する工程とを有する。 (Inside substrate processing method)
The substrate internal processing method according to the first embodiment includes a step of arranging the substrate 10 on the rotation stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 at an interval, and fixing the substrate 10 on the rotation stage 110. A step of arranging the condensing lens 16 on the substrate 10 in a non-contact manner, and a step of irradiating the surface of the substrate 10 with the laser light 20 and condensing the laser light 20 inside the substrate 10 by the condensing lens 16. And the step of rotating the rotary stage 110 so that the linear velocity of the laser beam 20 at the condensing point P is constant, and the converging lens 16 and the substrate 10 are relatively moved so that the arc shape is formed inside the substrate 10. Forming the internal reforming layer 12.

また、第１の実施の形態に係る基板内部加工方法において、基板１０は、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備え、基板１０を回転ステージ１１０上に固定する工程において、表示に合せて基板１０を固定すると共に、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないようにする。   Further, in the substrate internal processing method according to the first embodiment, the substrate 10 is a crystalline substrate, and includes a display indicating the crystal orientation, and in accordance with the display in the step of fixing the substrate 10 on the rotary stage 110. Thus, the substrate 10 is fixed and the cleavage direction of the substrate 10 and the moving direction of the condensing point P of the laser beam 20 are not matched.

また、内部改質層１２を形成する工程において、レーザ光２０の集光点Ｐは、基板１０内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状に内部改質層１２を形成しても良い。   In the step of forming the internal modified layer 12, the condensing point P of the laser beam 20 forms a discontinuous arc-shaped locus inside the substrate 10, thereby forming the internal modified layer 12 in a two-dimensional shape. May be formed.

また、回転ステージ１１０を回転する工程において、回転ステージ１１０の線速度を一定にすることで、レーザ光２０の集光点Ｐの間隔を一定にしても良い。   Further, in the step of rotating the rotary stage 110, the interval between the condensing points P of the laser light 20 may be made constant by making the linear velocity of the rotary stage 110 constant.

［実施例］
先ず、鏡面研磨された１０ｍｍ角、厚さ２ｍｍの単結晶シリコンインゴットからなる複数の基板１０と、この複数の基板１０を粘着テープを介して位置決め保持する加工ステージ１００と、この加工ステージ１００に搭載された基板１０にレーザ光２０を照射するレーザ照射装置２００と、これら加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とを制御する制御装置３００とを準備し、加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とを防振性の台座に固定した。 [Example]
First, a plurality of substrates 10 made of mirror-polished 10 mm square and 2 mm thick single crystal silicon ingots, a processing stage 100 for positioning and holding the plurality of substrates 10 via an adhesive tape, and mounted on the processing stage 100 A laser irradiation device 200 for irradiating the substrate 10 with the laser beam 20 and a control device 300 for controlling the processing stage 100 and the laser irradiation device 200 are prepared, and the processing stage 100 and the laser irradiation device 200 are anti-vibrated. Fixed to the sex pedestal.

複数（本実施例では４個）の基板１０は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置き、合成重心が回転ステージ１１０の回転軸と略一致するように配置した。また、加工ステージ１００は、複数の基板１０を水平に並べて搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージの支持軸１２０を直立状態に支持してＸ方向に１０ｍｍのストロークで移動可能なＸ方向移動ステージ１５０とを備える。   A plurality (four in this embodiment) of the substrates 10 are arranged on the rotary stage 110 so as to be symmetrically spaced with respect to the rotation axis 140 so that the combined center of gravity substantially coincides with the rotation axis of the rotation stage 110. . Further, the processing stage 100 includes a rotary stage 110 on which a plurality of substrates 10 are horizontally arranged, and an X-direction moving stage that supports a support shaft 120 of the rotary stage in an upright state and can move with a stroke of 10 mm in the X direction. 150.

回転ステージ１１０は、支持軸１２０を挟んで−２〜１８ｍｍの範囲にレーザ光２０を照射できるようにレーザ照射装置２００と共に調整され、毎分回転数が０〜６０ｒｐｍの範囲で調整される。また、Ｘ方向移動ステージ１５０は、移動速度が０〜１５ｍｍ／秒の範囲で調整され、支持軸１２０から−０．０５０〜１９．９５０ｍｍの範囲にレーザ光２０を照射できるようにレーザ照射装置２００と共に調整される。   The rotation stage 110 is adjusted together with the laser irradiation device 200 so that the laser beam 20 can be irradiated in a range of −2 to 18 mm with the support shaft 120 interposed therebetween, and the number of rotations per minute is adjusted in a range of 0 to 60 rpm. Further, the X-direction moving stage 150 has a moving speed adjusted in the range of 0 to 15 mm / second, and the laser irradiation apparatus 200 can irradiate the laser beam 20 in the range of −0.050 to 19.950 mm from the support shaft 120. Adjusted with.

レーザ照射装置２００は、波長１０６４ｎｍ、繰り返し発振周波数１０ｋＨｚ、出力０．６８Ｗ、パルス幅２００ｎ秒でＹＡＧレーザを照射する装置を使用した。このレーザ照射装置２００の集光レンズ１６は、開口数（ＮＡ）が０．８で、２ｍｍの焦点距離とした。また、収差増強ガラス板１８としては、厚み０．１５ｍｍ、屈折率が１．５のカバーガラスを用いた。   The laser irradiation apparatus 200 used was an apparatus that irradiates a YAG laser with a wavelength of 1064 nm, a repetition oscillation frequency of 10 kHz, an output of 0.68 W, and a pulse width of 200 nsec. The condenser lens 16 of the laser irradiation apparatus 200 has a numerical aperture (NA) of 0.8 and a focal length of 2 mm. As the aberration-enhancing glass plate 18, a cover glass having a thickness of 0.15 mm and a refractive index of 1.5 was used.

制御装置３００は、コントローラからなり、加工ステージ１００の回転ステージ１１０やＸ方向移動ステージ１５０の位置、回転数、移動速度を制御するとともに、レーザ照射装置２００のレーザ照射のＯＮ-ＯＦＦを制御する装置を使用した。   The control device 300 includes a controller, and controls the position, rotation speed, and movement speed of the rotary stage 110 and the X-direction moving stage 150 of the processing stage 100, and controls ON / OFF of laser irradiation of the laser irradiation device 200. It was used.

次いで、回転ステージ１１０上に複数の基板１０を回転軸１４０に対して対称に、間隔を置き配列して、この複数の基板１０の表面を平坦度±３μｍとし、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させてレーザ照射装置２００の集光レンズ１６の光軸２７０を回転ステージ１１０に搭載された基板１０の表面周縁部側に位置させた。   Next, a plurality of substrates 10 are arranged on the rotation stage 110 symmetrically with respect to the rotation axis 140 so that the surfaces of the plurality of substrates 10 have a flatness of ± 3 μm. 150 is moved in the X direction so that the optical axis 270 of the condenser lens 16 of the laser irradiation apparatus 200 is positioned on the surface peripheral edge side of the substrate 10 mounted on the rotary stage 110.

こうして集光レンズ１６の光軸２７０を基板１０の表面周縁部側に位置させたら、基板１０の表面に集光点Ｐが位置するようレーザ照射装置２００の焦点位置調整具２５を下降させ、その後、基板１０の内部に内部改質層１２用の集光点Ｐを形成できるよう焦点位置調整具２５を下降させ、基板１０の表面に集光レンズ１６と収差増強ガラス板１８とを接近させた。この際の距離は、集光点Ｐの深さが０．０５〜０．２ｍｍの範囲の場合には、集光点Ｐの深さの０．３〜０．４倍である。   When the optical axis 270 of the condensing lens 16 is thus positioned on the surface peripheral edge side of the substrate 10, the focal position adjusting tool 25 of the laser irradiation apparatus 200 is lowered so that the condensing point P is located on the surface of the substrate 10, and thereafter The focal position adjusting tool 25 is lowered so that the condensing point P for the internal modified layer 12 can be formed inside the substrate 10, and the condensing lens 16 and the aberration-enhancing glass plate 18 are brought close to the surface of the substrate 10. . The distance at this time is 0.3 to 0.4 times the depth of the condensing point P when the depth of the condensing point P is in the range of 0.05 to 0.2 mm.

次いで、集光点Ｐの線速度が１０ｍｍ／秒となるよう回転ステージ１１０の回転数を制御しつつ回転させ、集光点Ｐの線速度が１０ｍｍ／秒に達したら、レーザ照射装置２００からレーザ光２０を照射するとともに、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させ、回転ステージ１１０が一回転する毎に回転ステージ１１０の回転軸１４０を光軸２７０方向に１μｍピッチで移動させた。   Next, the rotational speed of the rotary stage 110 is rotated so that the linear velocity at the condensing point P becomes 10 mm / second. When the linear velocity at the condensing point P reaches 10 mm / second, the laser irradiation device 200 performs laser irradiation. While irradiating the light 20, the X-direction moving stage 150 of the processing stage 100 is moved in the X direction, and the rotating shaft 140 of the rotating stage 110 is moved in the direction of the optical axis 270 at a pitch of 1 μm every time the rotating stage 110 rotates once. It was.

次いで、基板１０の回転軸１４０近傍手前上方に集光レンズ１６の光軸２７０が位置したら、回転ステージ１１０の回転数を抑制して集光点Ｐの線速度を３ｍｍ／秒に調整し、基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０近傍方向に移動するレーザ光２０のピッチ間隔を０．５μｍピッチに狭めることにより、基板１０の回転軸１４０近傍にレーザ光を重点的に照射して、基板表面を剥離する際の剥離開始領域を形成し、内部改質層１２を形成した後、レーザ光２０の照射を停止した。   Next, when the optical axis 270 of the condensing lens 16 is positioned in front of the substrate 10 near the rotation axis 140, the rotational speed of the rotation stage 110 is suppressed and the linear velocity of the condensing point P is adjusted to 3 mm / second. By narrowing the pitch interval of the laser light 20 moving from the surface peripheral edge side of the surface 10 to the vicinity of the rotation axis 140 to 0.5 μm pitch, the laser light is focused on the vicinity of the rotation axis 140 of the substrate 10 and the substrate After the peeling start region for peeling the surface was formed and the internal modified layer 12 was formed, irradiation with the laser beam 20 was stopped.

上記作業の際、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０を１０ｍｍ秒で往復移動させた。また、レーザ光２０の照射停止後、基板１０の外観を観察したが、表面は鏡面のままであり、外観に変化は見られなかった。   During the above operation, the X-direction moving stage 150 of the processing stage 100 was reciprocated in 10 mm seconds. Moreover, after the irradiation of the laser beam 20 was stopped, the appearance of the substrate 10 was observed, but the surface remained a mirror surface and no change was seen in the appearance.

内部改質層１２を形成したら、加工ステージ１００の回転ステージ１１０から基板１０を取り外してその剥離開始領域の周面を劈開で除去し、剥離開始領域の周面に内部改質層１２を露出させ、その後、薄い基板１０ｕ、１０ｄを、形成した。   After the internal modified layer 12 is formed, the substrate 10 is removed from the rotating stage 110 of the processing stage 100, and the peripheral surface of the separation start region is cleaved to expose the internal modified layer 12 on the peripheral surface of the separation start region. Thereafter, thin substrates 10u and 10d were formed.

基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないことで、内部改質層１２を形成する際の基板１０の割れを防止することができた。   By not matching the cleavage direction of the substrate 10 and the moving direction of the condensing point P of the laser beam 20, it was possible to prevent the substrate 10 from being cracked when the internal modified layer 12 was formed.

［比較例］
基本的には実施例と同様だが、回転ステージ１１０の回転数を毎秒１回転に固定し、基板１０の表面にレーザ光２０を照射した。 [Comparative example]
Although basically the same as in the embodiment, the rotation speed of the rotary stage 110 was fixed to 1 rotation per second, and the surface of the substrate 10 was irradiated with the laser beam 20.

その他は実施例と同様にして内部改質層１２を形成したが、レーザ光２０の照射を停止して基板１０の外観を観察したところ、基板１０の表面中心部に白化が認められた。   Other than this, the internal modified layer 12 was formed in the same manner as in the example. However, when the appearance of the substrate 10 was observed after the irradiation of the laser beam 20 was stopped, whitening was observed at the center of the surface of the substrate 10.

基板１０を取り外してその剥離開始領域の周面を劈開で除去し、剥離開始領域の周面に内部改質層１２を露出させ、剥離しようとしたが、内部改質層１２を境界面として剥離することができず、薄い基板を得ることができなかった。   The substrate 10 is removed, and the peripheral surface of the separation start region is removed by cleavage, and the internal modified layer 12 is exposed on the peripheral surface of the separation start region, and the separation is attempted. It was not possible to obtain a thin substrate.

第１の実施の形態によれば、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することができる。   According to the first embodiment, the cleavage direction of the substrate and the moving direction of the condensing point of the laser beam are not matched, thereby preventing the substrate from cracking when forming the internal modified layer and improving the product rate. It is possible to provide a substrate internal processing apparatus and a substrate internal processing method that can be performed.

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る基板内部加工装置１の模式的鳥瞰構造は、図８に示すように表される。 (Second Embodiment)
A schematic bird's-eye view structure of the substrate internal processing apparatus 1 according to the second embodiment is expressed as shown in FIG.

第２の実施の形態に係る基板内部加工装置１は、図８に示すように、加工ステージ１００を、複数の基板１０を水平に搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージ１１０の支持軸１２０を直立に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージ１５０と、このＸ方向移動ステージ１５０を支持する加工ステージ１００と、この加工ステージ１００を支持してＹ方向に移動可能なＹ方向移動ステージ１６０とを備えた多軸構造に構成するようにしている。その他の部分については、第１の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   As shown in FIG. 8, the substrate internal processing apparatus 1 according to the second embodiment includes a processing stage 100, a rotating stage 110 on which a plurality of substrates 10 are mounted horizontally, and a support shaft 120 of the rotating stage 110. An X-direction moving stage 150 that is supported upright and movable in the X direction, a processing stage 100 that supports the X-direction moving stage 150, and a Y-direction moving stage that supports the processing stage 100 and is movable in the Y direction. And a multi-axis structure having 160. The other parts are the same as those in the first embodiment, and a duplicate description is omitted.

第２の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても、第１の実施の形態と同様の作用効果が期待できる。しかも、必要に応じてＹ方向移動ステージ１６０を移動させつつ基板１０を加工することができるので、製造作業の円滑化、簡素化、迅速化、容易化を図ることができるのは明らかである。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the second embodiment, the same effects as those in the first embodiment can be expected. Moreover, since the substrate 10 can be processed while moving the Y-direction moving stage 160 as necessary, it is obvious that the manufacturing operation can be made smooth, simplified, quick, and easy.

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法において、基板１０に照射されるレーザ光パターンは、模式的に図９に示すように表される。 (Third embodiment)
In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the third embodiment, the laser beam pattern irradiated on the substrate 10 is schematically represented as shown in FIG.

第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においては、図９に示すように、この場合には、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に複数の基板１０を９０°の間隔をおいて配列し、この複数の基板１０の枚数を４枚から２枚に減少させるようにしている。その他の部分については、第１〜第２の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the third embodiment, as shown in FIG. 9, in this case, a plurality of substrates 10 are placed at 90 ° on a holding table 130 on a rotary stage 110. Arranged at intervals, the number of the plurality of substrates 10 is reduced from four to two. The other parts are the same as those in the first and second embodiments, and a duplicate description is omitted.

第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても、第１〜第２の実施の形態と同様の作用効果が期待できる。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the third embodiment, the same effects as those in the first and second embodiments can be expected.

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法において、基板１０に照射されるレーザ光パターンは、模式的に図１０に示すように表される。 (Fourth embodiment)
In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the fourth embodiment, the laser beam pattern irradiated onto the substrate 10 is schematically represented as shown in FIG.

第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においては、図１０に示すように、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０に、枚数を減らした複数の基板１０と複数の錘体４１０とを配列し、各基板１０と各錘体４１とを回転ステージ１１０の回転軸に対して対称に、間隔を置いて固定・配置し、回転ステージ１１０の回転ムラを防止するようにしている。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, a plurality of substrates 10 and a plurality of weights with a reduced number of sheets are provided on a holding table 130 on a rotary stage 110. 410 is arranged, and each substrate 10 and each weight 41 are fixed and arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the rotary stage 110 so as to prevent rotation unevenness of the rotary stage 110. .

複数の基板１０と複数の錘体４１０とは、交互に配列される。また、錘体４１０は、特に限定されるものではないが、例えば基板１０と略同様の重量を有する平面矩形で肉厚のダミーウェハなどを適用することができる。その他の部分については、第１〜第３の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   The plurality of substrates 10 and the plurality of weight bodies 410 are alternately arranged. Further, the weight body 410 is not particularly limited, and for example, a planar rectangular and thick dummy wafer having substantially the same weight as the substrate 10 can be applied. The other parts are the same as those in the first to third embodiments, and a duplicate description is omitted.

第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても第１〜第３の実施の形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、保持テーブル１３０上に基板１０の他、複数の錘体４１０をも配列するため、回転ステージ１１０の回転バランスを良好に保ち、しかも、アンバランスに伴う回転時の振動を抑制防止することができる。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the fourth embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments can be expected. Since the weights 410 are also arranged, the rotation balance of the rotary stage 110 can be kept good, and vibration during rotation accompanying unbalance can be suppressed and prevented.

なお、第１〜第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法では加工ステージ１００上の回転ステージ１１０を単に回転させたが、必要に応じ、回転ステージ１１０を昇降させても良い。また、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０に基板１０を固定して搭載したが、回転ステージ１１０に基板１０をワックス、粘着テープ、クランプ具等を介して搭載しても良い。また、特に支障を来たさなければ、集光レンズ１６のみ使用し、収差増強ガラス板１８を省略しても良い。また、レーザ光２０の照射開始点は、保持テーブル１３０の中心部近傍の基板１０上でも良いし、周縁部の基板１０上でも良い。要するに、保持テーブル１３０の中心部近傍から表面周縁部方向にレーザ光を照射して、移動させることができる。   In the substrate internal processing apparatus and the substrate internal processing method according to the first to fourth embodiments, the rotary stage 110 on the processing stage 100 is simply rotated. However, if necessary, the rotary stage 110 may be moved up and down. good. Further, although the substrate 10 is fixedly mounted on the holding table 130 on the rotary stage 110, the substrate 10 may be mounted on the rotary stage 110 via wax, an adhesive tape, a clamp, or the like. Further, if there is no particular hindrance, only the condensing lens 16 may be used and the aberration-enhancing glass plate 18 may be omitted. Further, the irradiation start point of the laser beam 20 may be on the substrate 10 in the vicinity of the center portion of the holding table 130 or on the substrate 10 in the peripheral portion. In short, it is possible to move the holding table 130 by irradiating it with laser light from the vicinity of the center of the holding table 130 toward the surface peripheral edge.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to fourth embodiments. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are exemplary and limit the present invention. should not do. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.

本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された半導体ウェハは、Ｓｉ基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。   Since the substrate can be efficiently thinned by the substrate processing method of the present invention, a thinly cut semiconductor wafer can be applied to a solar cell as long as it is a Si substrate, and sapphire such as a GaN-based semiconductor device. If it is a substrate, etc., it can be applied to light emitting diodes, laser diodes, etc., if it is SiC, it can be applied to SiC-based power devices, etc., and wide fields such as transparent electronics field, lighting field, hybrid / electric vehicle field, etc. Is applicable.

１…基板内部加工装置
２…照射手段
４…基板回転手段
１０、１０ｕ、１０ｄ…基板（半導体ウェハ）
１２…内部改質層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…劈開面
１６…集光レンズ（レーザ集光手段）
１８…収差増強ガラス板（収差増強材）
２０、２０ａ、２０ｂ、２２、２６…レーザ光
２４…レーザスポット
２５…焦点位置調整具（第１の集光手段移動装置）
１００…加工ステージ
１１０…回転ステージ
１２０…支持軸
１２５…粘着固定テーブル
１３０…保持テーブル（基板固定手段）
１４０…回転軸
１５０…Ｘ方向移動ステージ（第２の集光手段移動装置）
１６０…Ｙ方向移動ステージ
２００…レーザ照射装置
２２０…レーザ光源
２７０…光軸
３００…制御装置（回転ステージ制御手段）
４１０…錘体
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…集光点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate internal processing apparatus 2 ... Irradiation means 4 ... Substrate rotation means 10, 10u, 10d ... Substrate (semiconductor wafer)
12 ... Internal reforming layers 14a, 14b, 14c, 14d ... Cleaved surface 16 ... Condensing lens (laser condensing means)
18. Aberration-enhancing glass plate (aberration-enhancing material)
20, 20a, 20b, 22, 26 ... laser beam 24 ... laser spot 25 ... focus position adjuster (first focusing means moving device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Processing stage 110 ... Rotation stage 120 ... Support shaft 125 ... Adhesive fixing table 130 ... Holding table (substrate fixing means)
140... Rotating shaft 150... X direction moving stage (second condensing means moving device)
160 ... Y-direction moving stage 200 ... laser irradiation device 220 ... laser light source 270 ... optical axis 300 ... control device (rotary stage control means)
410 ... weights P, P1, P2 ... condensing point

Claims (9)

回転ステージと、前記回転ステージ上に配置され、基板を載置する基板固定手段と、前記回転ステージの回転数を制御する回転ステージ制御手段とを有する基板回転手段と、
レーザ光源と、レーザ光集光手段と、前記レーザ集光手段と前記回転ステージ間の距離を調整する第１の集光手段移動装置とを有する照射装置と、
前記回転ステージの回転軸と、前記回転ステージの外周との間で、前記回転ステージと前記レーザ集光手段を相対的に移動させる第２の集光手段移動装置と
を備え、
前記基板は、平面視矩形状であって、前記回転ステージ上に、直線状空間が互いに直交してなる十文字状空間を形成するとともに前記十文字状空間の中心が前記回転軸上に位置するように配置され、
かつ、前記基板は、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備え、前記表示に合せて前記基板を前記回転ステージ上に固定すると共に、前記基板の劈開方向と前記レーザ光の集光点の移動方向とを一致させないことを特徴とする基板内部加工装置。 A substrate rotating unit having a rotating stage, a substrate fixing unit disposed on the rotating stage and placing the substrate thereon, and a rotating stage control unit for controlling the number of rotations of the rotating stage;
An irradiation device having a laser light source, a laser beam condensing unit, and a first condensing unit moving device for adjusting a distance between the laser condensing unit and the rotary stage;
A second condensing means moving device that relatively moves the rotating stage and the laser condensing means between the rotation axis of the rotating stage and the outer periphery of the rotating stage;
The substrate has a rectangular shape in plan view , and forms a cross-shaped space in which linear spaces are orthogonal to each other on the rotary stage, and the center of the cross-shaped space is positioned on the rotation axis. Arranged,
In addition, the substrate is a crystalline substrate and includes a display showing a crystal orientation, and the substrate is fixed on the rotary stage according to the display, and the cleavage direction of the substrate and the condensing point of the laser light The substrate internal processing apparatus characterized by not matching the moving direction of the substrate. 前記レーザ光の集光点は、前記基板内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状の内部改質層を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板内部加工装置。 2. The substrate according to claim 1 , wherein the condensing point of the laser beam forms a two-dimensional internal modified layer by forming a discontinuous arc-shaped locus inside the substrate. Internal processing equipment. 前記回転ステージの線速度を一定にすることで、前記レーザ光の集光点の間隔を一定にすることを特徴とする請求項２に記載の基板内部加工装置。 The substrate internal processing apparatus according to claim 2 , wherein the interval between the condensing points of the laser light is made constant by making the linear velocity of the rotary stage constant. 前記回転ステージの支持軸を直立に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージと、An X-direction moving stage that supports the support shaft of the rotating stage upright and is movable in the X direction;
前記Ｘ方向移動ステージを支持する加工ステージと、A processing stage for supporting the X-direction moving stage;
前記加工ステージを支持してＹ方向に移動可能なＹ方向移動ステージとA Y-direction moving stage that supports the processing stage and is movable in the Y-direction;
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板内部加工装置。The substrate internal processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate internal processing apparatus is provided. 前記レーザ光集光手段と前記基板との間に、レーザ光の収差増強材として収差増強ガラス板が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の基板内部加工装置。The substrate internal processing apparatus according to claim 4, wherein an aberration-enhancing glass plate is disposed as an aberration-enhancing material for laser light between the laser beam condensing unit and the substrate. 平面視矩形状であって、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備えた基板を、回転ステージ上に、直線状空間が互いに直交してなる十文字状空間を形成するとともに前記十文字状空間の中心を前記回転軸上に位置させ、かつ、前記表示に合せて前記基板を固定すると共に、前記基板の劈開方向と前記レーザ光の集光点の移動方向とを一致させないように固定する工程と
前記基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ光の集光点における線速度が一定となるように前記回転ステージを回転する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に円弧状の内部改質層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板内部加工方法。 A cross-sectional space that has a rectangular shape in plan view and is a crystalline substrate and has a display indicating a crystal orientation forms a cross-shaped space in which linear spaces are orthogonal to each other on a rotary stage, and the cross-shaped space And fixing the substrate in accordance with the display and fixing the cleavage direction of the substrate and the moving direction of the condensing point of the laser beam so as not to coincide with each other. And disposing a laser condensing means in a non-contact manner on the substrate;
Irradiating the surface of the substrate with laser light by the laser condensing means, and condensing the laser light inside the substrate;
Rotating the rotary stage so that the linear velocity at the condensing point of the laser light is constant;
And a step of relatively moving the laser condensing means and the substrate to form an arc-shaped internal modified layer inside the substrate. 前記内部改質層を形成する工程において、前記レーザ光の集光点は、前記基板内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状に前記内部改質層を形成することを特徴とする請求項６に記載の基板内部加工方法。 In the step of forming the internal modified layer, the condensing point of the laser beam forms a discontinuous arc-shaped locus inside the substrate, thereby forming the internal modified layer in a two-dimensional manner. The substrate internal processing method according to claim 6 . 前記回転ステージを回転する工程において、前記回転ステージの線速度を一定にすることで、前記レーザ光の集光点の間隔を一定にすることを特徴とする請求項７に記載の基板内部加工方法。 8. The substrate internal processing method according to claim 7 , wherein in the step of rotating the rotary stage, the interval between the condensing points of the laser light is made constant by making the linear velocity of the rotary stage constant. . 前記レーザ光集光手段と前記基板との間に、レーザ光の収差増強材として収差増強ガラス板を配置することを特徴とする請求項８に記載の基板内部加工装置。The substrate internal processing apparatus according to claim 8, wherein an aberration-enhancing glass plate is disposed between the laser beam condensing unit and the substrate as an aberration-enhancing material for laser light.

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