JP7133633B2 - 処理システム及び処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、処理システム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、処理対象体を効率よく薄化する。

本開示の一態様は、処理対象体を処理する処理システムであって、前記処理対象体の内部に面方向に内部面改質層を形成する改質装置と、前記内部面改質層を基点に前記処理対象体を分離する分離装置と、を有し、前記処理対象体は複数のエリアに区画され、前記複数のエリアは前記処理対象体の中心線で区画され、前記改質装置は、前記処理対象体の内部に複数のレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ照射部と前記処理対象体を相対的に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ照射部は、前記レーザ光を照射するレーザヘッドを複数有し、複数の前記レーザヘッドは前記エリア毎に配置され、前記改質装置は、前記移動機構によって前記レーザヘッドからの前記レーザ光を一の前記エリアに対して相対的に移動させ、前記移動機構によって前記レーザヘッドを前記処理対象体に対して当該処理対象体の中心を軸に相対的に回転させて、当該レーザヘッドを前記一のエリアに隣接する他の前記エリアに移動させ、さらに前記一のエリアに対する前記レーザ光の移動と前記レーザヘッドの移動とを繰り返し行って、前記内部面改質層を形成する。

本開示によれば、処理対象体を効率よく薄化することができる。

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側面図である。 分離装置の構成の概略を示す側面図である。 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。 改質装置において処理ウェハに周縁改質層と分割改質層を形成する様子を示す説明図である。 改質装置において処理ウェハに周縁改質層と分割改質層を形成する様子を示す説明図である。 周縁除去装置において処理ウェハの周縁部を除去する様子を示す説明図である。 改質装置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。 改質装置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。 分離装置において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。 他の実施形態にかかる改質装置の構成の概略を示す側面図である。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態の改質装置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。 他の実施形態にかかる分離装置の構成の概略を示す側面図である。 他の実施形態にかかる分離装置の構成の概略を示す側面図である。 他の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。 他の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。 他の実施形態の改質装置において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。 他の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。 界面処理装置の構成の概略を示す側面図である。 ウェハ処理の主な工程において支持ウェハの様子を示す説明図である。 周縁改質層を酸化膜の端部よりも径方向内側に形成した様子を示す縦断面図である。 界面処理装置の構成の概略を示す側面図である。

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。このため、ランニングコストがかかる。したがって、従来のウェハの薄化処理には、改善の余地がある。

なお、通常、ウェハの周縁部は面取り加工がされているが、上述のようにウェハの裏面に研削処理を行うと、ウェハの周縁部が鋭く尖った形状（いわゆるナイフエッジ形状）になる。そうすると、ウェハの周縁部でチッピングが発生し、ウェハが損傷を被るおそれがある。そこで、研削処理前に予めウェハの周縁部を除去する、いわゆるエッジトリムが行われている。そして、例えば特許文献１に開示された方法では、ウェハの周縁部を部分的に研削又は切削して、このエッジトリムを行っている。

本開示にかかる技術は、ウェハの薄化処理を効率よく行う。以下、本実施形態にかかる処理システムとしての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に示すように処理ウェハＷと支持ウェハＳとが接合された処理対象体としての重合ウェハＴに対して所望の処理を行い、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。

処理ウェハＷは、例えばシリコンウェハ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Ｄが形成されている。また、デバイス層Ｄにはさらに酸化膜Ｆｗ、例えばＳｉＯ_２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。なお、処理ウェハＷの周縁部は面取り加工がされており、周縁部の断面はその先端に向かって厚みが小さくなっている。

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Ｆｓ、例えばＳｉＯ_２膜（ＴＥＯＳ膜）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。

なお、図２においては、図示の煩雑さを回避するため、デバイス層Ｄと酸化膜Ｆｗ、Ｆｓ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、これらデバイス層Ｄと酸化膜Ｆｗ、Ｆｓの図示を省略する場合がある。

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４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に隣接してウェハ搬送領域２０が設けられている。ウェハ搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２本の搬送アーム２３、２３を有している。各搬送アーム２３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２３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。

処理ステーション３には、ウェハ搬送領域３０が設けられている。ウェハ搬送領域３０には、Ｘ軸方向に延伸する搬送路３１上を移動自在なウェハ搬送装置３２が設けられている。ウェハ搬送装置３２は、後述するトランジション装置３４、改質装置４０、周縁除去装置４１、分離装置４２、ウェットエッチング装置４３、研削装置４４に対して、重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。また、ウェハ搬送装置３２は、重合ウェハＴを保持して搬送する、例えば２本の搬送アーム３３、３３を有している。各搬送アーム３３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３３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。

ウェハ搬送領域２０とウェハ搬送領域３０との間には、重合ウェハＴを受け渡すためのトランジション装置３４が設けられている。

ウェハ搬送領域３０のＹ軸正方向側には、改質装置４０と周縁除去装置４１が、搬入出ステーション２側からＸ軸方向にこの順並べて配置されている。ウェハ搬送領域３０のＹ軸負方向側には、分離装置４２とウェットエッチング装置４３が、搬入出ステーション２側からＸ軸方向にこの順並べて配置されている。ウェハ搬送領域３０のＸ軸正方向側には、研削装置４４が配置されている。

改質装置４０は、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射し、後述する内部面改質層、周縁改質層、及び分割改質層を形成する。改質装置４０は、図４に示すように処理ウェハ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、重合ウェハＴを保持するチャック５０を有している。チャック５０は、移動部５１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。移動部５１は、一般的な精密ＸＹステージで構成されている。また、チャック５０は、回転部５２によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

チャック５０の上方には、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射するレーザ照射部として、内部面改質層を形成するための、第１のレーザヘッド６０が設けられている。第１のレーザヘッド６０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て、内部面改質層が形成される。また、第１のレーザヘッド６０は、レーザ光発振器からのレーザ光を、例えばレンズ等で複数に分けて同時に照射する。かかる場合、第１のレーザヘッド６０から複数のレーザ光が照射され、処理ウェハＷの内部に複数の内部面改質層が同時に形成される。第１のレーザヘッド６０は、移動部６１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。移動部６１は、一般的な精密ＸＹステージで構成されている。また第１のレーザヘッド６０は、昇降部６２によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。

また、チャック５０の上方には、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射するレーザ照射部として、周縁改質用レーザヘッドとしての第２のレーザヘッド７０が設けられている。第２のレーザヘッド７０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て、周縁改質層又は分割改質層が形成される。なお、第２のレーザヘッド７０は、単焦点のレーザ光を照射してもよいし、複数の焦点のレーザ光を照射してもよい。第２のレーザヘッド７０は、移動部７１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。移動部７１は、一般的な精密ＸＹステージで構成されている。また第２のレーザヘッド７０は、昇降部７２によってＺ軸方向に移動可能に構成されている

なお、本実施形態では、移動部５１、回転部５２、及び移動部６１が本開示における移動機構を構成している。以下の説明においては、第１のレーザヘッド６０を水平方向に移動させる場合、第１のレーザヘッド６０を処理ウェハＷに対して相対的に水平方向に移動させればよい。すなわち、処理ウェハＷを水平方向に移動させてもよい。また、処理ウェハＷを回転させる場合、第１のレーザヘッド６０を処理ウェハＷに対して当該処理ウェハＷの中心を軸に相対的に回転させればよい。すなわち、第１のレーザヘッド６０を処理ウェハＷに対して回転させてもよい。

図１に示す周縁除去装置４１は、改質装置４０で形成された周縁改質層を基点に処理ウェハＷの周縁部を除去する。

分離装置４２は、改質装置４０で形成された内部面改質層を基点に処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側を分離する。分離装置４２は、図５に示すように処理ウェハ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、重合ウェハＴを保持する載置台８０を有している。載置台８０の内部には、冷却機構として冷媒流路８１が形成されている。冷媒流路８１には、改質装置４０の外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から冷媒、例えば冷却水や冷却ガスが供給される。そして、冷媒流路８１を流通する冷媒によって、載置台８０に載置された重合ウェハＴの支持ウェハＳ側（処理ウェハＷの表面Ｗａ側）が冷却される。なお、載置台８０の内部に設けられる冷却機構は、本実施形態に限定されず、例えばペルチェ素子などであってもよい。

載置台８０の上方には、処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射する加熱機構として、第３のレーザヘッド９０が設けられている。第３のレーザヘッド９０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、改質装置４０で形成された内部面改質層に照射する。そうすると、内部面改質層が加熱される。なお、第３のレーザヘッド９０からはレーザ光が連続発振されてもよい。第３のレーザヘッド９０は、移動部９１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されていてもよい。移動部９１は、一般的な精密ＸＹステージで構成されている。また第３のレーザヘッド９０は、昇降部９２によってＺ軸方向に移動可能に構成されていてもよい。

また、載置台８０の上方には、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持する吸着パッド１００が設けられている。吸着パッド１００は、回転部１０１によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。また吸着パッド１００は、昇降部１０２によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。

図１に示すウェットエッチング装置４３は、処理ウェハＷの裏面Ｗｂに対して薬液（エッチング液）を供給する。そして、研削装置４４で研削された裏面Ｗｂをエッチング処理する。なお、裏面Ｗｂには研削痕が形成される場合があり、当該裏面Ｗｂはダメージ面を構成する。また、薬液には、例えばＨＦ、ＨＮＯ_３、Ｈ_３ＰＯ_４、ＴＭＡＨ、Ｃｈｏｌｉｎｅ、ＫＯＨなどが用いられる。

研削装置４４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。具体的に、研削装置４４は、裏面Ｗｂに研削砥石を当接させた状態で、処理ウェハＷ（重合ウェハＴ）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。なお、上述した内部面改質層と周縁改質層はダメージを受けた層であり、裏面Ｗｂはダメージ面を構成する。

以上のウェハ処理システム１には、制御装置１１０が設けられている。制御装置１１０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１１０にインストールされたものであってもよい。

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６は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。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がファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。

先ず、図７（ａ）に示すように重合ウェハ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２２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３４に搬送される。続けて、ウェハ搬送装置３２により、トランジション装置３４の重合ウェハＴが取り出され、改質装置４０に搬送される。改質装置４０では、図７（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６のステップＡ１）、分割改質層Ｍ２が形成される（図６のステップＡ２）。

改質装置４０において重合ウェハＴは、チャック５０に受け渡され保持される。その後、図８に示すように第２のレーザヘッド７０を、処理ウェハＷの上方であって、当該処理ウェハＷの周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃの境界に移動させる。その後、回転部５２によってチャック５０を回転させながら、第２のレーザヘッド７０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを照射して、処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１を形成する（図６のステップＡ１）。

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り、図８及び図９に示すように処理ウェハＷにおける除去対象の周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃとの境界に沿って、環状に形成される。なお、周縁部Ｗｅは、例えば処理ウェハＷの外端部から径方向に１ｍｍ～５ｍｍの範囲であり、面取り部が含まれる。

また、周縁改質層Ｍ１は、厚み方向に延伸し縦長のアスペクト比を有する。周縁改質層Ｍ１の下端は、研削後の処理ウェハＷの目標表面（図８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、研削後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より大きい。かかる場合、研削後の処理ウェハＷに周縁改質層Ｍ１が残らない。

さらに処理ウェハＷの内部には、周縁改質層Ｍ１からクラックＣ１が進展し、表面Ｗａと裏面Ｗｂに到達している。なお、周縁改質層Ｍ１は厚み方向に複数形成されていてもよい。

次に、同じ改質装置４０において第２のレーザヘッド７０を移動させて、図８に示すように処理ウェハＷの内部であって、周縁改質層Ｍ１の径方向外側に分割改質層Ｍ２を形成する（図６のステップＡ２）。分割改質層Ｍ２も、周縁改質層Ｍ１と同様に厚み方向に延伸し、縦長のアスペクト比を有する。また、分割改質層Ｍ２からクラックＣ２が進展し、表面Ｗａと裏面Ｗｂに到達している。なお、分割改質層Ｍ２も厚み方向に複数形成されていてもよい。

そして、分割改質層Ｍ２及びクラックＣ２を径方向に数μｍのピッチで複数形成することで、図９に示すように周縁改質層Ｍ１から径方向外側に延伸する、１ラインの分割改質層Ｍ２が形成される。なお、図示の例においては、径方向に延伸するラインの分割改質層Ｍ２は８箇所に形成されているが、この分割改質層Ｍ２の数は任意である。少なくとも、分割改質層Ｍ２が２箇所に形成されていれば、周縁部Ｗｅは除去できる。かかる場合、エッジトリムにおいて周縁部Ｗｅを除去する際、当該周縁部Ｗｅは、環状の周縁改質層Ｍ１を基点に分離しつつ、分割改質層Ｍ２によって複数に分割される。そうすると、除去される周縁部Ｗｅが小片化され、より容易に除去することができる。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により周縁除去装置４１に搬送される。周縁除去装置４１では、図７（ｃ）に示すように周縁改質層Ｍ１を基点に、処理ウェハＷの周縁部Ｗｅを除去する（図６のステップＡ３）。

周縁除去装置４１では、例えば図１０に示すようにテープ１２０を拡張（エキスパンド）することで、周縁部Ｗｅを除去する。先ず、図１０（ａ）に示すように拡張可能なテープ１２０を処理ウェハＷの裏面Ｗｂに貼り付ける。続いて、図１０（ｂ）に示すようにテープ１２０を処理ウェハＷの径方向に拡張させ、周縁改質層Ｍ１を基点に、処理ウェハＷから周縁部Ｗｅを分離する。またこの際、分割改質層Ｍ２を基点に、周縁部Ｗｅは小片化して分離される。その後、図１０（ｃ）に示すようにテープ１２０を上昇させて処理ウェハＷから剥離して、周縁部Ｗｅを除去する。なおこの際、このテープ１２０の剥離を容易にするため、テープ１２０の粘着力を低下させる処理、例えば紫外線照射処理などを行ってもよい。

なお、周縁部Ｗｅを除去する方法は、本実施形態に限定されない。例えば、周縁部Ｗｅに対してエアブローやウォータジェットを噴射し、当該周縁部Ｗｅを打圧して除去してもよい。あるいは、例えばピンセットのような治具を周縁部Ｗｅに接触させ、当該周縁部Ｗｅを物理的に除去してもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により再び改質装置４０に搬送される。改質装置４０では、図７（ｄ）に示すように処理ウェハＷの内部に内部面改質層Ｍ３が形成される（図６のステップＡ４）。

図１１に示すように第１のレーザヘッド６０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを照射して、内部面改質層Ｍ３を形成する。内部面改質層Ｍ３は、面方向に延伸し横長のアスペクト比を有する。内部面改質層Ｍ３の下端は、研削後の処理ウェハ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Ｍ３の下端と処理ウェハＷの表面Ｗａとの間の距離Ｈ３は、研削後の処理ウェハＷの目標厚みＨ２より少し大きい。なお、内部面改質層Ｍ３は縦長のアスペクト比を有し、複数の内部面改質層Ｍ３のピッチを小さくして配置してもよい。また、内部面改質層Ｍ３からは面方向にクラックＣ３が進展する。さらに、内部面改質層Ｍ３のピッチが小さい場合には、クラックＣ３が無くてもよい。

図１１及び図１２に示すように第１のレーザヘッド６０からは複数、例えば９つのレーザ光Ｌが同時に照射され、図１２（ａ）に示すように９つの内部面改質層Ｍ３が同時に形成される。そして、第１のレーザヘッド６０と重合ウェハＴを相対的に水平方向に移動させて、内部面改質層Ｍ３を９つ単位で処理ウェハＷの中央部Ｗｃの内部に形成する。具体的には、先ず、図１２（ｂ）に示すように第１のレーザヘッド６０をＸ軸方向に移動させて、９つの内部面改質層Ｍ３を一列に並べて形成する。その後、図１２（ｃ）に示すように第１のレーザヘッド６０をＹ軸方向にずらし、さらに当該第１のレーザヘッド６０をＸ軸方向に移動させて、９つの内部面改質層Ｍ３を別列に並べて形成する。これら複数の内部面改質層Ｍ３は同じ高さに形成する。そうすると、中央部Ｗｃにおいての内部面全面に内部面改質層Ｍ３が形成される。なお、第１のレーザヘッド６０から同時に照射するレーザ光Ｌの数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。

なお、改質装置４０では、チャック５０を回転させながら、第１のレーザヘッド６０を水平方向に移動させてもよい。かかる場合、内部面改質層Ｍ３は平面視において渦巻き状に形成される。そして、処理ウェハＷの同心円方向及び径方向に、複数の内部面改質層Ｍ３のピッチを変えてもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により分離装置４２に搬送される。分離装置４２では、図７（ｅ）に示すように内部面改質層Ｍ３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６のステップＡ５）。

分離装置４２において重合ウェハＴは、図１３（ａ）に示すように載置台８０に受け渡され載置される。この際、冷媒流路８１を流通する冷媒によって、重合ウェハＴの支持ウェハＳ側（処理ウェハＷの表面Ｗａ側）が冷却される。その後、第３のレーザヘッド９０を処理ウェハＷの上方に移動させ、当該第３のレーザヘッド９０から内部面改質層Ｍ３にレーザ光Ｌを照射する。さらに第３のレーザヘッド９０を処理ウェハＷの周縁部から中央部に移動させ、すなわちウェハ面内で移動させ、内部面改質層Ｍ３の全面にレーザ光Ｌを照射する。そうすると、内部面改質層Ｍ３が加熱される。このように内部面改質層Ｍ３を加熱すると、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側と表面Ｗａ側に応力差が生じる。しかも、処理ウェハＷの表面Ｗａ側を冷却しているので、この応力差は大きくなる。そうすると、内部面改質層Ｍ３を基点に裏面ウェハＷｂ１が分離しやすくなる。

その後、図１３（ｂ）に示すように処理ウェハＷの裏面Ｗｂを、吸着パッド１００で吸着保持する。そして、吸着パッド１００を回転させて、内部面改質層Ｍ３を境界に裏面ウェハＷｂ１が縁切りされる。その後、図１３（ｃ）に示すように吸着パッド１００が裏面ウェハＷｂ１を吸着保持した状態で、当該吸着パッド１００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。なお、図１３（ｃ）に示したように吸着パッド１００を上昇させるだけで裏面ウェハＷｂ１を分離できる場合、図１３（ｂ）に示した吸着パッド１００の回転を省略してもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により研削装置４４に搬送される。研削装置４４では、図７（ｆ）に示すように処理ウェハＷの裏面Ｗｂ（ダメージ面）を研削し、当該裏面Ｗｂに残る内部面改質層Ｍ３と周縁改質層Ｍ１を除去する（図６のステップＡ６）。具体的には、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、さらに研削砥石を下降させることで、裏面Ｗｂが研削される。なお、ステップＡ６における裏面Ｗｂの研削後、後述するステップＡ７のウェットエッチングの前に、裏面Ｗｂを洗浄してもよい。裏面Ｗｂの洗浄処理には、例えばブラシを用いてもよいし、あるいは加圧された洗浄液を用いてもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２によりウェットエッチング装置４３に搬送される。ウェットエッチング装置４３では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ（ダメージ面）に薬液を供給してウェットエッチングする（図６のステップＡ７）。上述した研削装置４４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Ａ７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３２によりトランジション装置３４に搬送され、さらにウェハ搬送装置２２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。

以上の実施形態によれば、ステップＡ４において処理ウェハＷの内部に内部面改質層Ｍ３を形成した後、ステップＡ５において内部面改質層Ｍ３を基点に裏面ウェハＷｂ１を分離している。例えば上述した特許文献１に開示されたように、処理ウェハＷの裏面Ｗｂを研削する場合、研削砥石が摩耗し、また研削水を使用するため、廃液処理も必要となる。これに対して、本実施形態では、第１のレーザヘッド６０自体が経時的に劣化することはなく、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、レーザを用いたドライプロセスであるため、研削水や廃水処理が不要となる。このため、ランニングコストを低廉化することができる。さらに、研削水が支持ウェハＳ側に回り込むことがないため、支持ウェハＳが汚染されるのを抑制することができる。

なお、本実施形態では、ステップＡ６において裏面Ｗｂ（ダメージ面）の研削を行っているが、この研削は内部面改質層Ｍ３及び周縁改質層Ｍ１を除去すればよく、その研削量は数十μｍ程度と少ない。これに対して、従来のように処理ウェハＷを薄化するために裏面Ｗｂを研削する場合、その研削量は例えば７００μｍ以上と多く、研削砥石の摩耗度合いが大きい。このため、本実施形態では、やはりメンテナンス頻度を低減することができる。

また、本実施形態によれば、ステップＡ４において処理ウェハＷの内部に複数のレーザ光Ｌを同時に照射して、複数の内部面改質層Ｍ３を同時に形成している。したがって、処理ウェハＷの内部面全面に効率よく内部面改質層Ｍ３を形成することができ、ステップＡ４の処理にかかる時間を短縮することができる。その結果、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

また、本実施形態によれば、ステップＡ５において第３のレーザヘッド９０から内部面改質層Ｍ３にレーザ光Ｌを照射して、当該内部面改質層Ｍ３を加熱している。このため、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側と表面Ｗａ側に応力差が生じる。しかも、処理ウェハＷの表面Ｗａ側を冷却しているので、この応力差は大きくなる。その結果、内部面改質層Ｍ３を基点に裏面ウェハＷｂ１を分離しやすくすることができる。なお、本実施形態では、第３のレーザヘッド９０を処理ウェハＷの周縁部から中央部に移動させているので、内部面改質層Ｍ３に作用する応力が周縁部から中央部に向けて作用する。このため、さらに裏面ウェハＷｂ１を分離しやすい。

また、本実施形態によればエッジトリムを行うにあたり、ステップＡ１において処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１を形成した後、ステップＡ３において周縁改質層Ｍ１を基点に、周縁部Ｗｅを除去している。例えば上述した特許文献１に開示された方法では、周縁部Ｗｅを研削又は切削しており、研削砥石が摩耗し定期的な交換が必要となる。これに対して、本実施形態では、第１のレーザヘッド６０自体が経時的に劣化する程度が小さく、メンテナンス頻度を低減することができる。

但し、本開示は、研削によるエッジトリムを除外するものではない。

また、本実施形態によれば、ステップＡ２において分割改質層Ｍ２を形成しているので、ステップＡ３で除去される周縁部Ｗｅを小片化することができる。したがって、エッジトリムをさらに容易に行うことができる。

しかも、ステップＡ１における周縁改質層Ｍ１の形成、ステップＡ２における分割改質層Ｍ２の形成、及びステップＡ４における内部面改質層Ｍ３の形成は、同一の改質装置４０において行うことができる。したがって、設備コストも低廉化することができる。なお、これら周縁改質層Ｍ１の形成、分割改質層Ｍ２の形成、内部面改質層Ｍ３の形成を別々の装置で行ってももちろんよい。例えば、上述したウェハ処理が複数の重合ウェハＴに対して連続して行われる場合、これら周縁改質層Ｍ１、分割改質層Ｍ２、内部面改質層Ｍ３を別々の装置で形成することで、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

また、本実施形態によれば、ステップＡ６において裏面Ｗｂ（ダメージ面）を研削し、内部面改質層Ｍ３及び周縁改質層Ｍ１を除去するので、製品である処理ウェハＷの歩留まりを向上させることができる。

なお、本実施形態では、ステップＡ１～Ａ７の処理順序を変更することが可能である。
変形例１として、ステップＡ３の周縁部Ｗｅの除去とステップＡ４の内部面改質層Ｍ３の形成の順序を入れ替えてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ１～Ａ２、Ａ４、Ａ３、Ａ５～Ａ７の順で行われる。
変形例２として、ステップＡ４の内部面改質層Ｍ３の形成をステップＡ１の周縁改質層Ｍ１の形成の前に行ってもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ４、Ａ１～Ａ３、Ａ５～Ａ７の順で行われる。

次に、処理ウェハＷの内部に内部面改質層Ｍ３を形成する、他の実施形態について説明する。

図１４に示すように他の実施形態にかかる改質装置２００は、図４に示した改質装置４０の構成から、レーザ照射部の構成を変更したものである。すなわち、改質装置２００は、レーザ照射部として第１のレーザヘッド６０に代えて、第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０を有している。そして、改質装置４０では第１のレーザヘッド６０から複数のレーザ光Ｌを照射していたところ、改質装置２００では第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０のそれぞれからレーザ光Ｌを照射する。なお、改質装置２００のその他の構成は、改質装置４０の構成と同様である。

第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０はそれぞれ、チャック５０の上方に設けられる。第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０はそれぞれ、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Ｌ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Ｌ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Ｌが集光した部分が改質して、後述する内部面改質層Ｍ４、Ｍ５が形成される。

第４のレーザヘッド２１０は、移動部２１１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。移動部２１１は、一般的な精密ＸＹステージで構成されている。また第４のレーザヘッド２１０は、昇降部２１２によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。また、第５のレーザヘッド２２０も同様に、移動部２２１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成され、昇降部２２２によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。

以上の改質装置２００では、図１５に示すように第４のレーザヘッド２１０を処理ウェハＷの上方中央部に配置し、第５のレーザヘッド２２０を処理ウェハＷの上方周縁部に配置する。すなわち、レーザヘッド２１０、２２０は、処理ウェハＷの径方向に異なる位置に配置される。その後、図１５及び図１６（ａ）に示すように第４のレーザヘッド２１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを照射して、内部面改質層Ｍ４を形成する。また、第５のレーザヘッド２２０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを照射して、内部面改質層Ｍ５を形成する。そして、レーザヘッド２１０、２２０と重合ウェハＴを相対的に移動させて、内部面改質層Ｍ４、Ｍ５を処理ウェハＷの中央部Ｗｃの内部に形成する。

具体的には、先ず、図１６（ｂ）に示すようにレーザヘッド２１０、２２０のそれぞれから処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射しながら、処理ウェハＷ（重合ウェハＴ）を３６０度回転させる。そうすると、処理ウェハＷの内部に環状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５がそれぞれ同時に形成される（回転工程）。その後、図１６（ｂ）に示すようにレーザヘッド２１０、２２０をＸ軸方向（径方向）にずらす（移動工程）。なお、この移動工程において、レーザヘッド２１０、２２０をずらす方向は、図示の例のように外側から内側であってもよいし、内側から外側であってもよい。そして、図１６（ｃ）に示すようにレーザヘッド２１０、２２０のそれぞれから処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射しながら、重合ウェハＴを３６０度回転させる。そうすると、処理ウェハＷの内部に別の環状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５がそれぞれ形成される。このように、環状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５の形成（回転工程）と、レーザヘッド２１０、２２０をＸ軸方向の移動（移動工程）とを繰り返し行い、中央部Ｗｃにおいての内部面全面に内部面改質層Ｍ４、Ｍ５が形成される。

なお、図１６の例においては、環状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５の形成（回転工程）と、レーザヘッド２１０、２２０をＸ軸方向の移動（移動工程）とを個別に行っていたが、これらを同時に行ってもよい。すなわち、図１７に示すようにレーザヘッド２１０、２２０のそれぞれから処理ウェハＷの内部にレーザ光を照射する。この際、処理ウェハＷを回転させながら、レーザヘッド２１０、２２０をそれぞれ径方向に移動させる。そうすると、内部面改質層Ｍ４、Ｍ５はそれぞれ、螺旋状に形成される。

以上のように、環状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５を形成する場合と、螺旋状の内部面改質層Ｍ４、Ｍ５を形成する場合のいずれの場合でも、上記実施形態と同様の効果を享受できる。すなわち、処理ウェハＷの内部面全面に効率よく内部面改質層Ｍ４、Ｍ５を形成することができ、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

しかも、本実施形態によれば、２つのレーザヘッド２１０、２２０を用いているので、各レーザヘッド２１０、２２０の径方向の移動が小さくなる。例えば１つのレーザヘッドを径方向に移動させる場合、処理ウェハＷの直径分移動させる必要がある、これに対して、本実施形態では、各レーザヘッド２１０、２２０の径方向の移動は、例えば処理ウェハＷの直径の１／４程度になる。その結果、改質装置２００の占有面積を小さくでき、改質装置２００を小型化できる。

また、本実施形態によれば、ステップＡ４において環状又は螺旋状に内部面改質層Ｍ４、Ｍ５が形成されるので、その後のステップＡ５において裏面ウェハＷｂ１を分離する際、周方向にかかる応力が均等になり、分離をさらに容易行うことができる。

なお、本実施形態では、第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０はそれぞれ径方向に異なる位置に配置され、当該位置では、処理ウェハＷの回転速度が異なる。そこで、内部面改質層Ｍ４の間隔と内部面改質層Ｍ５の間隔とを同じにする場合には、第４のレーザヘッド２１０と第５のレーザヘッド２２０から照射するレーザ光Ｌの周波数を調整する。具体的には、第４のレーザヘッド２１０からのレーザ光Ｌの周波数を小さくし、第５のレーザヘッド２２０からのレーザ光Ｌの周波数を大きくすると、内部面改質層Ｍ４の間隔と内部面改質層Ｍ５の間隔とを同じにできる。そしてこのように間隔を同じにすることで、ウェハ面内で内部面改質層Ｍ４、Ｍ５を均等に形成でき、その後、裏面ウェハＷｂ１を容易に分離することができる。

改質装置２００では、さらに別の方法で内部面改質層を形成することもできる。例えば図１８に示すように処理ウェハＷを２つのエリアＷ１、Ｗ２に区画する。エリアＷ１に第４のレーザヘッド２１０を配置し、エリアＷ２に第５のレーザヘッド２２０を配置する。エリアＷ１では、第４のレーザヘッド２１０をＸ軸方向に移動させて、一列の内部面改質層Ｍ６を形成する。その後、第４のレーザヘッド２１０をＹ軸方向にずらし、さらに当該第４のレーザヘッド２１０をＸ軸方向に移動させて、別列の内部面改質層Ｍ６を形成する。そうすると、エリアＷ１の内部面全面に内部面改質層Ｍ６が形成される。エリアＷ２でも同様に、第５のレーザヘッド２２０を用いて、エリアＷ２の内部面全面に内部面改質層Ｍ７が形成される。このように本実施形態では、エリアＷ１、Ｗ２にそれぞれ内部面改質層Ｍ６、Ｍ７を同時に形成することができる。したがって、上記実施形態と同様の効果を享受できる。

処理ウェハＷを区画するエリアの数は、上記実施形態に限定されない。図１９に示すように処理ウェハＷを３つのエリアＷ１～Ｗ３に区画してもよい。かかる場合、改質装置２００には、レーザヘッド２１０、２２０に加えて、内部面改質層形成用のレーザヘッドがさらにもう１つ設けられるのが好ましい。そして、各エリアＷ１～Ｗ３に１つのレーザヘッドを配置することで、エリアＷ１、Ｗ２、Ｗ３のそれぞれに内部面改質層Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１０を同時に形成することができる。換言すれば、処理ウェハＷを区画する数が多いほど、内部面改質層を形成する時間を短縮でき、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

また、図２０に示すように処理ウェハＷを４つのエリアＷ１～Ｗ４に区画してもよい。各エリアＷ１～Ｗ４は、処理ウェハＷの中心線で区画され、すなわち処理ウェハＷの中心を頂点とする扇形状に区画されている。かかる場合、例えばエリアＷ１に第４のレーザヘッド２１０を配置し、エリアＷ３に第５のレーザヘッド２２０を配置する。そして、エリアＷ１、Ｗ３のそれぞれに、内部面改質層Ｍ１１、Ｍ１２を同時に形成する。その後、処理ウェハＷを９０度回転させる。そうすると、第４のレーザヘッド２１０はエリアＷ２に配置され、第５のレーザヘッド２２０はエリアＷ４に配置される。そして、エリアＷ２、Ｗ４のそれぞれに、内部面改質層を同時に形成する。

なお、以上のように処理ウェハＷを扇形状に区画するエリアの数は、上記実施形態に限定されない。エリアの数とレーザヘッドの数に応じて、処理ウェハＷを回転させればよい。

また、図２０に示したように処理ウェハＷを扇形状のエリアＷ１～Ｗ４に区画する場合、改質装置４０を用いてもよい。かかる場合、第１のレーザヘッド６０をエリアＷ１～Ｗ４に順次移動させ、各エリアＷ１～Ｗ４に内部面改質層を形成することができる。

なお、以上の改質装置２００では、内部面改質層形成用のレーザヘッド２１０、２２０と、周縁改質層及び分割改質層形成用の第２のレーザヘッド７０は別々に設けられていたが、共有してもよい。例えば第５のレーザヘッド２２０を、周縁改質層及び分割改質層を形成するために用いてもよい。あるいは、例えば第２のレーザヘッド７０を、内部面改質層を形成するために用いてもよい。

次に、分離装置４２の他の実施形態について説明する。

図２１に示すように他の実施形態にかかる分離装置３００は、図５に示した分離装置４２の構成から、加熱機構の構成を変更したものである。すなわち、分離装置３００は、加熱機構としての第３のレーザヘッド９０に代えて、赤外線照射部３１０を有している。赤外線照射部３１０は、載置台８０の上方に設けられる。赤外線照射部３１０は、内部面改質層Ｍ３の全面に赤外線Ｒを照射し、当該内部面改質層Ｍ３を加熱する。なお、分離装置３００のその他の構成は、分離装置４２の構成と同様である。

本実施形態でも、上記実施形態と同様の効果を享受できる。すなわち、内部面改質層Ｍ３を加熱することで、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側と表面Ｗａ側に応力差を生じさせ、裏面ウェハＷｂ１を分離しやすくすることができる。なお、赤外線照射部３１０は移動機構（図示せず）によって水平方向に移動し、内部面改質層Ｍ３の全面に赤外線Ｒを照射してもよい。

図２２に示すように他の実施形態にかかる分離装置３２０は、図５に示した分離装置４２の構成から、冷却機構の構成を変更したものである。すなわち、分離装置３２０は、載置台８０に代えて、ウェハ保持部３３０とエア供給部３３１を有している。ウェハ保持部３３０は、重合ウェハＴ（支持ウェハＳ）の外周部を保持する。エア供給部３３１は、ウェハ保持部３３０に保持された重合ウェハＴに対しエアを供給し、重合ウェハＴの支持ウェハＳ側（処理ウェハＷの表面Ｗａ側）を冷却する。なお、分離装置３２０のその他の構成は、分離装置４２の構成と同様である。

本実施形態でも、上記実施形態と同様の効果を享受できる。すなわち、処理ウェハＷの表面Ｗａ側を冷却することで、当該処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側と表面Ｗａ側に生じる応力差を大きくすることができる。

次に、ウェハ処理システム１を用いて行われる、他の実施形態にかかるウェハ処理について説明する。図２３は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。なお、本実施形態において、図６に示した実施形態と同様の処理については詳細な説明を省略する。

先ず、図２４（ａ）に示すように重合ウェハ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２２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３４に搬送される。続けて、ウェハ搬送装置３２により、トランジション装置３４の重合ウェハＴが取り出され、改質装置４０に搬送される。改質装置４０では、図２４（ｂ）に示すように処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１３が形成される（図２３のステップＢ１）。

改質装置４０では、図２５に示すように第２のレーザヘッド７０を、処理ウェハＷの上方であって、当該処理ウェハＷの周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃの境界に移動させる。その後、回転部５２によってチャック５０を回転させながら、第２のレーザヘッド７０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを照射する。そして、周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃとの境界に沿って、環状の周縁改質層Ｍ１３を形成する。

上記実施形態の周縁改質層Ｍ１と同様に、周縁改質層Ｍ１３は厚み方向に延伸し、当該周縁改質層Ｍ１３の下端は、研削後の処理ウェハＷの目標表面（図２５中の点線）より上方に位置している。さらに周縁改質層Ｍ１３は、後述する内部面改質層Ｍ１４と同じ高さに形成される。

但し、図７に示した周縁改質層Ｍ１ではクラックＣ１が表面Ｗａと裏面Ｗｂまで進展していたのに対し、周縁改質層Ｍ１３からのクラックＣ１３は表面Ｗａまでのみ進展し、裏面Ｗｂには到達しない。

次に、改質装置４０において、図２４（ｃ）に示すように処理ウェハＷの内部に内部面改質層Ｍ１４が形成される（図２３のステップＢ２）。図７に示した内部面改質層Ｍ３と同様に、内部面改質層Ｍ１４は、処理ウェハＷの面方向に延伸している。また、内部面改質層Ｍ１４は周縁改質層Ｍ１３と同じ高さに形成され、当該内部面改質層Ｍ１４の下端は、研削後の処理ウェハＷの目標表面より上方に位置している。そして、内部面改質層Ｍ１４は面方向に複数形成され、当該複数の内部面改質層Ｍ１４は、面方向に中心部から周縁改質層Ｍ１３まで、すなわち中央部Ｗｃに形成される。なお、内部面改質層Ｍ１４の形成方法は、上記ステップＡ４における内部面改質層Ｍ３の形成方法と同様である。また、内部面改質層Ｍ１４からは面方向にクラックＣ１４が進展する。さらに、内部面改質層Ｍ１４のピッチが小さい場合には、クラックＣ１４が無くてもよい。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により分離装置４２に搬送される。分離装置４２では、図２４（ｄ）に示すように内部面改質層Ｍ１４及び周縁改質層Ｍ１３を基点に、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ側（以下、裏面ウェハＷｂ２という）を分離する（図２３のステップＢ３）。この際、内部面改質層Ｍ１４と周縁改質層Ｍ１３が同じ高さに形成されているため、この裏面ウェハＷｂ２は周縁部Ｗｅと一体になって分離される。なお、裏面ウェハＷｂ２の分離方法は、上記ステップＡ５における裏面ウェハＷｂ１の分離方法と同様である。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２により研削装置４４に搬送される。研削装置４４では、図２４（ｅ）に示すように処理ウェハＷの裏面Ｗｂ（ダメージ面）を研削し、当該裏面Ｗｂに残る内部面改質層Ｍ１４と周縁改質層Ｍ１３を除去する（図２３のステップＢ４）。なお、裏面Ｗｂの研削方法は、上記ステップＡ６における裏面Ｗｂの研削方法と同様である。

次に、重合ウェハＴはウェハ搬送装置３２によりウェットエッチング装置４３に搬送される。ウェットエッチング装置４３では、処理ウェハＷの裏面Ｗｂ（ダメージ面）に薬液を供給してウェットエッチングする（図２３のステップＢ５）。なお、裏面Ｗｂのウェットエッチング方法は、上記ステップＡ７における裏面Ｗｂのウェットエッチング方法と同様である。

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３２によりトランジション装置３４に搬送され、さらにウェハ搬送装置２２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。

以上の実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。しかも、本実施形態では、裏面ウェハＷｂ２の径は、処理前の処理ウェハＷの径と変わらないため、当該裏面ウェハＷｂ２を再利用することも可能である。そして、ウェハ処理システム１には、分離された裏面ウェハＷｂ２を回収する回収部や、裏面ウェハＷｂ２を洗浄する洗浄部を設けてもよい。また、裏面ウェハＷｂ２の回収と洗浄に加えて、当該裏面ウェハＷｂ２を研削してもよく、かかる場合、ウェハ処理システム１には研削部を設けてもよい。さらに、裏面ウェハＷｂ２をウェットエッチングしてもよく、かかる場合、ウェハ処理システム１にはウェットエッチング部を設けてもよい。

なお、本実施形態では、ステップＢ１～Ｂ５の処理順序を変更することが可能である。変形例として、ステップＢ１の周縁改質層Ｍ１３の形成とステップＢ２の内部面改質層Ｍ１４の形成の順序を入れ替えてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＢ２、Ｂ１、Ｂ３～Ｂ５の順で行われる。

次に、ウェハ処理システム１を用いて行われる、他の実施形態にかかるウェハ処理について説明する。本実施形態は図２４に示した実施形態とほぼ同様であるが、ステップＢ２で形成される内部面改質層が異なる。

ステップＢ２では、図２６（ｃ）に示すように処理ウェハＷの内部に内部面改質層Ｍ１５が形成される。図２４に示した内部面改質層Ｍ１４が周縁改質層Ｍ１３まで形成されたのに対し、本実施形態の内部面改質層Ｍ１５は、面方向に中心部から外端部まで延伸して形成される。なお、内部面改質層Ｍ１５からは面方向にクラックＣ１５が進展する。また、内部面改質層Ｍ１５のピッチが小さい場合には、クラックＣ１５が無くてもよい。

かかる場合、ステップＢ３では、図２６（ｄ）に示すように内部面改質層Ｍ１５より上方の裏面ウェハＷｂ２と、内部面改質層Ｍ１５より下方の周縁部Ｗｅとが、別々に分離される。すなわち、裏面ウェハＷｂ２は内部面改質層Ｍ１５を基点に分離され、周縁部Ｗｅは周縁改質層Ｍ１３を基点に分離される。なお、その他のステップＢ１、Ｂ４～Ｂ５は、図２４に示した実施形態と同様である。

以上の実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。

なお、以上の実施形態のウェハ処理システム１は、ウェットエッチング装置４３に代えて、ＣＭＰ装置（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学機械研磨）を有していてもよい。このＣＭＰ装置は、ウェットエッチング装置４３と同様に機能する。すなわち、ＣＭＰ装置では、研削装置４４で研削された裏面Ｗｂ（ダメージ面）を研磨処理する。そして、研削装置４４で裏面Ｗｂに形成された研削痕を除去し、当該裏面Ｗｂを平滑化する。

なお、上述したように研削装置４４では、裏面Ｗｂを研削して内部面改質層と周縁改質層を除去した。この点、ウェットエッチング装置４３又はＣＭＰ装置だけでこれら内部面改質層と周縁改質層を除去できる場合には、研削装置４４を省略してもよい。また、裏面Ｗｂ（ダメージ面）の処理は、研削装置４４だけで行われる場合もあり、かかる場合には、ウェットエッチング装置４３又はＣＭＰ装置を省略してもよい。

また、ウェハ処理システム１では、処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合はウェハ処理システム１の外部の接合装置で行われていたが、かかる接合装置はウェハ処理システム１の内部に設けられてもよい。かかる場合、搬入出ステーション２には、複数の処理ウェハＷ、複数の支持ウェハＳ、複数の重合ウェハＴをそれぞれ収容可能なカセットＣｗ、Ｃｓ、Ｃｔが搬入出される。そして、カセット載置台１０には、これらカセットＣｗ、Ｃｓ、ＣｔがＹ軸方向に一列に載置自在に構成される。

なお、処理ウェハＷと支持ウェハＳを接合する際、周縁部Ｗｅにおいて酸化膜Ｆｗ、Ｆｓも接合されてしまう場合には、接合処理の前に、当該酸化膜Ｆｗ、Ｆｓに対して前処理を行ってもよい。前処理としては、例えば周縁部Ｗｅにおける酸化膜Ｆｗ、Ｆｓの表層を除去してもよいし、あるいは酸化膜Ｆｗ、Ｆｓを突出させてもよい。あるいは、酸化膜Ｆｗの表面を荒らして粗面化してもよい。このような前処理を行うことで、周縁部Ｗｅにおいて酸化膜Ｆｗ、Ｆｓが接合されるのを抑制することができ、周縁部Ｗｅを適切に除去することができる。

上述した前処理として酸化膜Ｆｓを除去する場合には、さらに例えば、除去される周縁部Ｗｅに対応する部分の支持ウェハＳの接合面Ｓｊをエッチングしてもよい。具体的には、例えば図２７に示す界面処理装置４００を用いる。界面処理装置４００は、例えば上述した接合装置（図示せず）と共にウェハ処理システム１の内部に設けられる。

界面処理装置４００は、表面Ｓａが上方を向いた状態で支持ウェハＳを保持するチャック４０１を有している。チャック４０１は、回転機構４０２よって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

チャック４０１の上方には、支持ウェハＳの表面Ｓａに対して、第１のエッチング液Ｅ１を供給する第１の液供給部としての第１のノズル４０３と、第２のエッチング液Ｅ２を供給する第２の液供給部としての第２のノズル４０４とが設けられている。ノズル４０３、４０４はそれぞれ、エッチング液Ｅ１、Ｅ２を貯留して供給するエッチング液供給源（図示せず）に連通している。またノズル４０３、４０４はそれぞれ、移動機構（図示せず）によってＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に構成されていてもよい。

第１のエッチング液Ｅ１は、支持ウェハＳの表面Ｓａに形成された酸化膜Ｆｓをエッチングする。第１のエッチング液Ｅ１には、例えばＨＦ（フッ化水素）などが用いられる。第２のエッチング液Ｅ２は、支持ウェハＳの表面Ｓａ、すなわちシリコンをエッチングする。第２のエッチング液Ｅ２には、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、Ｃｈｏｌｉｎｅ（コリン）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）などが用いられる。

かかる場合、界面処理装置４００に搬送された支持ウェハＳには、図２８（ａ）に示すようにその表面Ｓａに酸化膜Ｆｓが形成されている。そして、図２８（ｂ）に示すようにチャック４０１を回転させながら、第１のノズル４０３から酸化膜Ｆｓの周縁部に第１のエッチング液Ｅ１を供給し、当該酸化膜Ｆｓの周縁部がエッチングされる。なお、本実施形態では、エッチングされた酸化膜Ｆｓの端部は、後述する周縁改質層Ｍ１が形成される位置、すなわち除去される周縁部Ｗｅの端部と一致している。

次に、図２８（ｃ）に示すようにチャック４０１を回転させながら、第２のノズル４０４から支持ウェハＳの表面Ｓａの周縁部に第２のエッチング液Ｅ２を供給し、当該表面Ｓａ（シリコン部分）の周縁部がエッチングされる。この際、第２のエッチング液Ｅ２には上述したＴＭＡＨ、Ｃｈｏｌｉｎｅ、ＫＯＨなどが用いられるため、酸化膜Ｆｓはエッチングされず、当該酸化膜Ｆｓをマスクとして表面Ｓａがエッチングされる。また、表面Ｓａは厚み方向に例えば数μｍエッチングされる。

次に、エッチング処理が行われた支持ウェハＳと、処理ウェハＷとがそれぞれ、接合装置（図示せず）に搬送される。接合装置では、図２８（ｄ）に示すように処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合され、重合ウェハＴが形成される。この際、周縁部Ｗｅにおいては処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合されない。

次に、ウェハ処理システム１では、例えば図６に示したステップＡ１が行われ、図２８（ｄ）に示すように処理ウェハＷの内部に周縁改質層Ｍ１が形成される。この際、周縁改質層Ｍ１の位置と酸化膜Ｆｓの端部の位置が一致している。

その後、ウェハ処理システム１では、例えば図６に示したステップＡ２、Ａ３が順次行われ、分割改質層Ｍ２が形成された後、周縁改質層Ｍ１とクラックＣを基点に周縁部Ｗｅが除去される。この周縁部Ｗｅを除去する際、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合されていないので、周縁部Ｗｅを適切に除去することができる。

ここで、例えば酸化膜Ｆｓの膜厚が小さい場合、当該酸化膜Ｆｓをエッチングしただけでは、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合された後、周縁部Ｗｅが再密着するおそれがある。この点、本実施形態では、酸化膜Ｆｓに加えて、支持ウェハＳの表面Ｓａまでエッチングしているので、当該再密着を抑制することができ、周縁部Ｗｅにおいて処理ウェハＷと支持ウェハＳの未接合領域を維持することができる。なお、例えば酸化膜Ｆｓの膜厚が十分大きい場合には、表面Ｓａのエッチングを省略してもよい。

また、本実施形態では第２のエッチング液Ｅ２としてアルカリ性の液を用いている。かかる場合、第２のエッチング液Ｅ２を用いて支持ウェハＳの表面Ｓａをエッチングすると、当該表面Ｓａが粗面化する。そうすると、周縁部Ｗｅにおける処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合と再密着をより確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では図２８（ｄ）に示したようにエッチングされた酸化膜Ｆｓの端部の位置と周縁改質層Ｍ１の位置を一致させていたが、図２９に示すように周縁改質層Ｍ１を酸化膜Ｆｓの端部よりも径方向内側に形成してもよい。換言すれば、酸化膜Ｆｓのエッチングを周縁改質層Ｍ１の径方向外側で行ってもよい。

かかる場合、周縁改質層Ｍ１を形成する際に、例えば加工誤差などにより周縁改質層Ｍ１が酸化膜Ｆｓの端部からずれて形成されたとしても、当該周縁改質層Ｍ１が酸化膜Ｆｓの端部から径方向外側に形成されるのを抑制できる。ここで、周縁改質層Ｍ１が酸化膜Ｆｓの端部から径方向外側に形成されると、周縁部Ｗｅが除去された後に支持ウェハＳに対して処理ウェハＷが浮いた状態になってしまう。この点、本実施形態では、かかる処理ウェハＷの状態を確実に抑制することができる。

なお、本開示者らが鋭意検討したところ、酸化膜Ｆｓの端部と周縁改質層Ｍ１との距離Ｇが十分に小さいと周縁部Ｗｅを適切に除去できることを確認している。そして、この距離Ｇは５００μｍ以内であるのが好ましい。

また、図２９の例では周縁改質層Ｍ１を酸化膜Ｆｓの端部よりも径方向内側に形成したが、この周縁改質層Ｍ１の形成位置は、接合処理の前処理として他の処理を行う場合にも適用できる。前処理としては、例えば周縁部Ｗｅにおける酸化膜Ｆｗ、Ｆｓの表層を除去する場合や、酸化膜Ｆｗ、Ｆｓを突出させる場合、酸化膜Ｆｗの表面を荒らして粗面化する場合などがある。いずれの場合でも、周縁改質層Ｍ１は、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面の端部よりも径方向内側に形成されていてもよい。

なお、前処理として酸化膜Ｆｗ、Ｆｓを除去する方法は、上述したエッチングに限定されず、例えば酸化膜Ｆｗ、Ｆｓを研磨してもよい。具体的には、例えば図３０に示す界面処理装置４１０を用いる。界面処理装置４１０は、例えばウェハ処理システム１の内部において、界面処理装置４００に代えて設けられる。

界面処理装置４１０は、酸化膜Ｆｗが上方を向いた状態で処理ウェハＷを保持するチャック４１１を有している。チャック４１１は、回転機構４１２によって鉛直軸回りに回転可能に構成されている。

チャック４１１の上方には、酸化膜Ｆｗの周縁部に押圧され、当該酸化膜Ｆｗの周縁部の除去を行うための研磨部材４１３が設けられている。研磨部材４１３は、移動機構（図示せず）によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。

このように研磨部材４１３を用いて酸化膜Ｆｗの周縁部の除去を行うことにより、周縁部Ｗｅにおいて処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合されず、後続の処理において周縁部Ｗｅを適切に除去することができる。また、酸化膜Ｆｗの表面にはダメージ層が形成されるため、処理ウェハＷと支持ウェハＳの再密着を抑制することができ、未接合領域を維持することができる。

また、研磨部材４１３の表面粒度、すなわち、研磨部材４１３の砥粒径を任意に選択することができるため、酸化膜Ｆｗの膜除去レートや、膜除去後の酸化膜Ｆｗの表面粗さを任意に調節することができる。これにより、未接合領域の再密着をさらに適切に抑制することができる。

なお、本実施形態では、処理ウェハＷの酸化膜Ｆｗを研磨したが、支持ウェハＳの酸化膜Ｆｓに対して同様の処理を行ってもよい。

また、本実施形態では、接合前の処理ウェハＷ（又は支持ウェハＳ）に対して未接合領域を形成したが、接合後に未接合領域を形成してもよい。例えば接合後、酸化膜Ｆｗの外周部にレーザ光を照射することで、接合強度を低下させ、未接合領域を形成することも可能である。

なお、以上の実施形態のウェハ処理システム１において、処理ウェハＷのノッチに合わせてトリミングを行ってもよい。

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。また、重合ウェハＴを処理ウェハＷと支持ウェハＳに剥離する場合にも、上記実施形態は適用できる。例えば、処理対象体がインゴットであって、インゴットから基板を作成する場合にも、上記実施形態は適用できる。

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
４０ 改質装置
４２ 分離装置
５１ 移動部
５２ 回転部
６０ 第１のレーザヘッド
６１ 移動部
Ｓ 支持ウェハ
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ 処理ウェハ

Claims (10)

1. 処理対象体を処理する処理システムであって、
   前記処理対象体の内部に面方向に内部面改質層を形成する改質装置と、
   前記内部面改質層を基点に前記処理対象体を分離する分離装置と、を有し、
   前記処理対象体は複数のエリアに区画され、
   前記複数のエリアは前記処理対象体の中心線で区画され、
   前記改質装置は、
   前記処理対象体の内部に複数のレーザ光を照射するレーザ照射部と、
   前記レーザ照射部と前記処理対象体を相対的に移動させる移動機構と、を有し、
   前記レーザ照射部は、前記レーザ光を照射するレーザヘッドを複数有し、
   複数の前記レーザヘッドは前記エリア毎に配置され、
   前記改質装置は、
   前記移動機構によって前記レーザヘッドからの前記レーザ光を一の前記エリアに対して相対的に移動させ、
   前記移動機構によって前記レーザヘッドを前記処理対象体に対して当該処理対象体の中心を軸に相対的に回転させて、当該レーザヘッドを前記一のエリアに隣接する他の前記エリアに移動させ、
   さらに前記一のエリアに対する前記レーザ光の移動と前記レーザヘッドの移動とを繰り返し行って、前記内部面改質層を形成する、処理システム。
2. 処理対象体を処理する処理システムであって、
   前記処理対象体の内部に面方向に内部面改質層を形成する改質装置と、
   前記内部面改質層を基点に前記処理対象体を分離する分離装置と、を有し、
   前記改質装置は、
   前記処理対象体の内部に複数のレーザ光を照射するレーザ照射部と、
   前記レーザ照射部と前記処理対象体を相対的に移動させる移動機構と、を有し、
   前記移動機構によって前記レーザ照射部からの前記複数のレーザ光を第１の処理対象体に対して相対的に移動させて、第１の処理対象体の内部に前記内部面改質層を形成し、
   前記分離装置は、前記内部面改質層を基点に前記第１の処理対象体を分離し、
   前記処理システムは、前記第１の処理対象体の除去対象の周縁部において、前記第１の処理対象体と第２の処理対象体とが接合される界面に所望の処理を行う界面処理装置をさらに有する、処理システム。
3. 前記改質装置は、前記界面処理装置で処理された前記界面の端部に対応する位置よりも径方向内側に、前記第１の処理対象体の前記周縁部と中央部との境界に沿って当該第１の処理対象体の内部に周縁改質層を形成する、請求項２に記載の処理システム。
4. 前記レーザ照射部は、前記処理対象体の除去対象の周縁部と中央部との境界に沿って厚み方向に他のレーザ光を照射して、周縁改質層を形成する周縁改質用レーザヘッドを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の処理システム。
5. 前記分離装置は、前記内部面改質層を加熱する加熱機構を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の処理システム。
6. 前記分離装置は、前記処理対象体を冷却する冷却機構を有する、請求項５に記載の処理システム。
7. 処理対象体を処理する処理方法であって、
   前記処理対象体の内部に面方向に内部面改質層を形成することと、
   前記内部面改質層を基点に前記処理対象体を分離することと、を有し、
   前記処理対象体は複数のエリアに区画され、
   前記複数のエリアは前記処理対象体の中心線で区画され、
   レーザ照射部は、レーザ光を照射するレーザヘッドを複数有し、
   複数の前記レーザヘッドは前記エリア毎に配置され、
   前記内部面改質層を形成する際には、
   前記レーザ照射部から前記処理対象体の内部に複数の前記レーザ光を照射しながら、
   移動機構によって前記レーザヘッドからの前記レーザ光を一の前記エリアに対して相対的に移動させ、
   前記移動機構によって前記レーザヘッドを前記処理対象体に対して当該処理対象体の中心を軸に相対的に回転させて、当該レーザヘッドを前記一のエリアに隣接する他の前記エリアに移動させ、
   前記一のエリアに対する前記レーザ光の移動と前記レーザヘッドの移動とを繰り返し行って、前記内部面改質層を形成する、処理方法。
8. 処理対象体を処理する処理方法であって、
   前記処理対象体の内部に面方向に内部面改質層を形成することと、
   前記内部面改質層を基点に前記処理対象体を分離することと、を有し、
   前記内部面改質層を形成する際には、レーザ照射部から第１の処理対象体の内部に複数のレーザ光を照射しながら、移動機構によって前記複数のレーザ光を前記第１の処理対象体に対して相対的に移動させて、前記第１の処理対象体の内部に前記内部面改質層を形成し、
   前記処理対象体を分離する際には、前記内部面改質層を基点に前記第１の処理対象体を分離し、
   前記処理方法は、前記第１の処理対象体の除去対象の周縁部において、前記第１の処理対象体と第２の処理対象体とが接合される界面に所望の処理を行う、処理方法。
9. 前記内部面改質層を形成する際には、前記所望の処理が行われた前記界面の端部に対応する位置よりも径方向内側に、前記第１の処理対象体の前記周縁部と中央部との境界に沿って当該第１の処理対象体の内部に周縁改質層を形成する、請求項８に記載の処理方法。
10. 前記レーザ照射部は周縁改質用レーザヘッドを有し、
    前記内部面改質層を形成する際には、前記周縁改質用レーザヘッドから、前記処理対象体の除去対象の周縁部と中央部との境界に沿って厚み方向に他のレーザ光を照射して、周縁改質層を形成する、請求項７～９のいずれか一項に記載の処理方法。
    

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