JP7344965B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

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Description

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、積層ウェーハの加工方法が開示されている。特許文献１によれば、積層ウェーハの内部に改質面を形成する改質面形成ステップと、該改質面を境界に第一ウェーハの一部を該積層ウェーハから分離する分離ステップと、を備えている。
特開平２０１５－３２６９０号公報
本開示にかかる技術は、処理対象体の分離処理の効率を向上させる。
本開示の一態様は、処理対象体を処理する処理装置であって、前記処理対象体を保持する保持部と、前記処理対象体の内部にレーザ光を照射して面方向に沿って複数の集光点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水平方向に移動させる移動機構と、前記保持部を鉛直軸回りに回転させる回転機構と、前記処理対象体に対する前記集光点の形成動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転機構により前記保持部に保持された前記処理対象体を回転させながら、前記改質部から前記処理対象体の内部に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、前記集光点を形成するにあたり、前記処理対象体に対する前記改質部の径方向位置に応じて前記保持部の回転速度を制御し、当該回転速度が上限に達し、前記レーザ光の照射位置が、前記集光点の間隔を一定に制御できなくなる臨界点に達するか否かに基づいて、前記処理対象体の面方向の異なる位置において同時に形成する前記集光点の数及び配置を制御する。
本開示によれば、処理対象体の分離処理の効率を向上させる。
ウェハ処理システムの構成例の概略を模式的に示す平面図である。 重合ウェハの構成例の概略を示す側面図である。 重合ウェハの一部の構成例の概略を示す側面図である。 改質装置の構成例の概略を示す平面図である。 改質装置の構成例の概略を示す側面図である。 ウェハ処理の主な工程の一例を示すフロー図である。 ウェハ処理の主な工程の一例を示す説明図である。 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。 処理ウェハの周縁除去の様子を示す説明図である。 形成された内部面改質層の説明図である。 処理ウェハに中心改質層を形成する様子を示す説明図である。 処理ウェハを分離する様子を示す説明図である。 処理ウェハを分離する別の方法を示す説明図である。 本実施形態にかかる内部面改質層の形成工程の一例を示すフロー図である。 本実施形態にかかる内部面改質層の形成工程の一例を示す説明図である。 処理ウェハの内部に形成される内部面改質層の様子を示す説明図である。 内部面改質層の他の形成例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円形基板などの半導体ウェハ（以下、ウェハという）の内部にレーザ光を照射して改質層を形成し、当該改質層を基点にウェハを分離することで、ウェハを薄化することが行われている。
かかるウェハの分離においては、ウェハの内部に前記改質層を形成した後、表面側と裏面側とを保持した状態で剥離方向への引張力を付与する。これにより、形成された改質層、及び、当該改質層から進展する亀裂（以下、「クラック」という）を境として、ウェハが分離して薄化される。なお、以下の説明において分離されるウェハのうち、デバイスが形成された表面側のウェハを「第１の分離ウェハ」、裏面側を「第２の分離ウェハ」という場合がある。
ここで、特許文献１に記載の改質面形成ステップにおいては、レーザービーム照射機構から照射されるレーザービームを第一ウェーハの内部の１点に集光し、当該集光点に改質面を形成する（単焦点加工）。
しかしながら、このようにウェハの全面において単焦点加工を行う場合、すなわち、ウェハの全面において改質層を１つずつ形成する場合、当該改質層を形成する改質装置において生産性（タクト）が低下する。すなわち、改質層を１つずつ形成するため、当該改質層の形成に時間を要し、改質装置におけるスループットが低下するため、かかる改質層の形成には改善の余地があった。
本開示に係る技術は、処理対象体の分離処理の効率を向上させる。以下、本実施形態にかかる処理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、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とが接合された重合ウェハＴに対して処理を行う。そしてウェハ処理システム１では、処理ウェハＷを分離して薄化する。以下、処理ウェハＷにおいて、支持ウェハＳに接合される側の面を表面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に接合される側の面を表面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対象体に相当する。
処理ウェハＷは、例えば円板形状を有するシリコンウェハなどの半導体ウェハであって、表面Ｗａに複数の電子回路等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ＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。なお、本実施形態においては、処理ウェハＷが前述の分離対象としてのウェハを構成する。
支持ウェハＳは、処理ウェハＷを支持するウェハである。支持ウェハＳの表面Ｓａには、酸化膜Ｆｓ、例えばＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。なお、支持ウェハＳの表面Ｓａに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、以下の説明においては、図示の煩雑さを回避するため、デバイス層Ｄおよび酸化膜Ｆｗ、Ｆｓの図示を省略する場合がある。
なお、処理ウェハＷに対しては既述の薄化処理の他に、当該薄化処理により処理ウェハＷの周縁部が鋭く尖った形状（いわゆるナイフエッジ形状）になることを防止するためのエッジトリム処理が行われる。エッジトリム処理は、例えば図３に示すように、除去対象としての周縁部Ｗｅと中央部Ｗｃとの境界にレーザ光を照射して周縁改質層Ｍ１を形成し、かかる周縁改質層Ｍ１を基点に周縁部Ｗｅを剥離することにより行われる。なお、エッジトリムにより除去される周縁部Ｗｅは、例えば処理ウェハＷの外端部から径方向に１ｍｍ～５ｍｍの範囲である。エッジトリム処理の方法については後述する。
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、エッジトリムにおける除去対象としての周縁部Ｗｅに相当する部分における処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面には、エッジトリムを適切に行うための未接合領域Ａｅを形成する。具体的には、図３に示したように、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面には、処理ウェハＷと支持ウェハＳが接合された接合領域Ａｃと、処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合強度が低下された未接合領域Ａｅとを形成する。なお、接合領域Ａｃ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させることが好ましい。
未接合領域Ａｅは、例えば接合前に形成されてもよい。具体的には、接合前の処理ウェハＷの接合界面に対して、研磨やウェットエッチング等による除去、レーザ光の照射による改質、疎水材の塗布による疎水化、等により接合強度を低下させ、未接合領域Ａｅを形成することができる。なお、未接合領域Ａｅが形成される前記「接合界面」は、処理ウェハＷにおける実際に支持ウェハＳと接合される界面を形成する部分をいう。
未接合領域Ａｅは、例えば接合後に形成されてもよい。具体的には、接合後の処理ウェハＷの周縁部Ｗｅに相当する部分における界面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で形成される。なお、未接合領域Ａｅは、処理ウェハＷの周縁部における処理ウェハＷと支持ウェハＳ間の接合力を適切に低下させることができれば、未接合領域は処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合界面近傍の任意の位置に形成され得る。すなわち、本実施形態にかかる「接合界面近傍」には、処理ウェハＷの内部、デバイス層Ｄの内部、酸化膜Ｆｗの内部、等が含まれるものとする。
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の分離面をエッチング処理する。例えば、分離面に対して薬液（エッチング液）を供給し、当該分離面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の分離面を洗浄する。例えば分離面にブラシを当接させて、当該分離面をスクラブ洗浄する。なお、分離面の洗浄には、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の分離面と共に、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の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、未接合領域Ａｅ、周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３を形成する。改質装置６０の詳細な構成は後述する。
ウェハ搬送装置７０は、例えば改質装置６０の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。なお、搬送アーム７１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、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８０ａ及び加工位置８０ｂ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８０ａでは、重合ウェハＴの受け渡しが行われる。加工位置８０ｂには、研削ユニット８４が配置され、処理ウェハＷ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ＣＰＵやメモリ等を備えた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における処理ウェハＷ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。
なお、上述の各種処理装置には、当該各種処理装置を独立して制御するための制御装置（図示せず）がそれぞれ更に設けられていてもよい。
次に、上述した改質装置６０について説明する。図４、図５は、それぞれ改質装置６０の構成の概略を示す平面図及び側面図である。
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、支持ウェハＳの裏面Ｓｂ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保持部移動機構としての移動機構１０４を介して、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。
またレーザヘッド１１０は、図示しない空間光変調器をさらに有している。空間光変調器は、レーザ光を変調して出力する。具体的に空間光変調器は、レーザ光の焦点位置や位相を制御することができ、処理ウェハＷに照射されるレーザ光の形状や数（分岐数）を調整することができる。なお、空間光変調器としては例えばＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が選択される。
後述の内部面改質層Ｍ２の形成においては、かかる空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光が切り替えられ、レンズ１１１の大きさにより定まるレーザ光Ｌの照射可能範囲内おいて、その形状と数が調節される。具体的には、処理ウェハＷの内部における複数箇所に同時に集光点を形成し、複数の内部面改質層Ｍ２を同時に形成する（多焦点加工）。なお、同時に形成される集光点の数はレーザ光の出力、及び改質層の形成に必要なエネルギーに応じて任意に設定できる。
なお、レーザ光Ｌの「照射可能範囲」とは、処理ウェハＷにおけるレーザ光Ｌが照射される面のうち、空間光変調器を介して一度にレーザ光Ｌを照射することができる範囲、換言すれば、レンズ１１１により屈曲してレーザ光Ｌを照射することができる限界範囲をいう。
なお、本実施形態においては、空間光変調器により同時に形成することができる集光点の数は最大で４つ、レーザ光Ｌの照射可能範囲は１５０μｍ四方の範囲である。
そしてレーザヘッド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の内部の予め決められた位置に集光して照射する。これによって、処理ウェハＷにおいてレーザ光が集光した部分が改質し、未接合領域Ａｅ、周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３が形成される。
なお、本実施の形態では図示の煩雑さを回避するため、未接合領域Ａｅ、周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３は共通のレーザヘッド１１０により形成されるものとするが、それぞれ異なるレーザヘッドにより形成されてもよい。また、照射するレーザ光の種類によってレーザヘッドを使い分けてもよい。
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、改質部移動機構としての移動機構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。
マクロカメラ１２０で撮像された画像は、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で撮像された画像から、チャック１００の中心と処理ウェハＷの中心の第１の偏心量を算出する。
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Ａｃと未接合領域Ａｅ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。
マイクロカメラ１２１で撮像された画像は、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で撮像された画像から、チャック１００の中心と接合領域Ａｃの中心の第２の偏心量を算出する。さらに、制御装置９０は、第２の偏心量に基づいて、チャック１００の中心と接合領域Ａｃの中心が一致するように、チャック１００又はレーザヘッド１１０を移動させる。なお、以下の説明においては、このチャック１００又はレーザヘッド１１０を移動させる制御を偏心補正という場合がある。
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６は、ウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。図７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。また、ウェハ処理システム１に搬入される重合ウェハＴには前述の未接合領域Ａｅが予め形成されていてもよいが、以下の説明においては、未接合領域Ａｅを改質装置６０において形成する場合を例に説明を行う。
先ず、図７（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、先ず、図７（ｂ）に示すように未接合領域Ａｅが形成される（図６のステップＡ１）。続いて、図７（ｃ）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Ａ２）、図７（ｄ）に示すように内部面改質層Ｍ２が形成され（図６のステップＡ３）、さらに中心改質層Ｍ３が形成される（図６のステップＡ４）。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を分離するための基点となるものである。中心改質層Ｍ３は処理ウェハＷの中心部におけるクラックの進展を制御し、また処理ウェハＷの中心部における分離の基点となるものである。
改質装置６０においては先ず、ウェハ搬送装置５０により重合ウェハＴが改質装置６０に搬入され、チャック１００に保持される。次に、チャック１００を未接合領域Ａｅの形成位置に移動させる。未接合領域Ａｅの形成位置は、レーザヘッド１１０が処理ウェハＷの周縁部Ｗｅにレーザ光を照射できる位置である。
次に、チャック１００を周方向に回転させつつレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ（例えばＣＯ２レーザ）を照射して、未接合領域Ａｅを形成する（図６のステップＡ１）。なお上述のように、未接合領域Ａｅは、処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合強度を低下することができれば、接合界面近傍の任意の位置に形成することができる。
ここで、チャック１００と、当該チャック１００上に保持された処理ウェハＷとの中心が一致していない場合、未接合領域Ａｅは処理ウェハＷに対して偏心して形成される。すなわち、処理ウェハＷと未接合領域Ａｅ（接合領域Ａｃ）の中心は一致しない。
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の中心と処理ウェハＷの中心の第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Ａｃと未接合領域Ａｅ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の中心と接合領域Ａｃの中心の第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Ａｃ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、チャック１００を、改質位置に移動させる。改質位置は、レーザヘッド１１０が処理ウェハＷにレーザ光を照射して、周縁改質層Ｍ１を形成する位置である。なお、本実施形態では、改質位置はマイクロアライメント位置と同じである。
次に、図８及び図９に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ（例えばＹＡＧレーザ）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６のステップＡ２）。なお、処理ウェハＷの内部には、周縁改質層Ｍ１から処理ウェハＷの厚み方向にクラックＣ１が進展する。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。
なお、上記レーザ光Ｌによって形成される周縁改質層Ｍ１の下端は、分離後の処理ウェハＷの最終仕上げ処理後の表面より上方に位置している。すなわち、分離後（より具体的には後述の研削処理後）の第１の分離ウェハＷ１に周縁改質層Ｍ１が残らないように形成位置が調節される。
ステップＡ２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Ａｃ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（偏心補正）。この際、チャック１００の回転と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）の偏心補正を行いながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌ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Ａｃと同心円状の環状に形成される。換言すれば、上述のように未接合領域Ａｅ（接合領域Ａｃ）が処理ウェハＷに対して偏心して形成されている場合、周縁改質層Ｍ１も処理ウェハＷに対して偏心して形成される。そして、このように周縁改質層Ｍ１が未接合領域Ａｅと同心円状に形成されるため、周縁改質層Ｍ１（クラックＣ１）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１０に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ（例えばＹＡＧレーザ）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６のステップＡ３）。この際、処理ウェハＷに対するレーザヘッド１１０の相対的な水平位置に応じて、空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌの形状と数が調節される。なお、内部面改質層Ｍ２の形成方法の詳細は後述する。
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の径方向内側のみに進展する。また、上記レーザ光Ｌによって形成される内部面改質層Ｍ２の下端は、分離後の処理ウェハＷの最終仕上げ処理後の表面より上方に位置している。すなわち、分離後（より具体的には後述の研削処理後）の第１の分離ウェハに内部面改質層Ｍ２が残らないように形成位置が調節される。
ここで、内部面改質層Ｍ２が周縁改質層Ｍ１よりも径方向外側に形成された場合、図１１に示すように、周縁部Ｗｅが除去された後のエッジトリムの品質が低下する。すなわち、周縁部Ｗｅが周縁改質層Ｍ１（クラックＣ１）を基点として適切に除去されず、周縁部Ｗｅの一部が支持ウェハＳ上に残存してしまう恐れがある。かかる観点から、内部面改質層Ｍ２は、周縁改質層Ｍ１よりも径方向内側に形成されるように形成位置が調節される。
なお、後述のように内部面改質層Ｍ２を基点に処理ウェハＷを分離する際、この分離をウェハ面内で均一に行うためには、図１２に示す内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐ（パルスピッチ）及び径方向間隔Ｑ（インデックスピッチ）を制御することが好ましい。そこでステップＡ３では、チャック１００の回転速度およびレーザ光Ｌの周波数を制御して、内部面改質層Ｍ２の間隔を調整している。具体的には、レーザヘッド１１０の径方向位置（レーザ光Ｌの照射位置）が処理ウェハＷの外周部にある場合には回転速度を遅くし、レーザヘッド１１０の径方向位置が中心部にある場合には回転速度を速くしている。また、レーザヘッド１１０の径方向位置（レーザ光Ｌの照射位置）が処理ウェハＷの外周部にある場合には周波数を大きくし、レーザヘッド１１０の径方向位置が中心部にある場合には周波数を小さくしている。
処理ウェハＷに内部面改質層Ｍ２が形成されると、次に、図１３に示すようにレーザヘッド１１０からレーザ光Ｌ（例えばＹＡＧレーザ）を照射して、面方向に沿って中心改質層Ｍ３を形成する（図６のステップＡ４）。なお、処理ウェハＷの内部には、中心改質層Ｍ３から面方向にクラックＣ３が進展する。中心改質層Ｍ３は、かかるクラックＣ３が互いに連結されないように、また、クラックＣ２と連結されないように互いに離隔（例えば１０μｍ以上）して形成される。
また、中心改質層Ｍ３の加工線は、処理ウェハＷの面内において他の改質層（内部面改質層Ｍ２、中心改質層Ｍ３）と互いに交差しないように形成されることが好ましい。これにより、中心改質層Ｍ３が他の改質層と互いに重なって形成されることが抑制され、適切に処理ウェハＷを分離することができる。
ステップＡ４では、チャック１００（処理ウェハＷ）の回転を停止し、レーザヘッド１１０を処理ウェハＷの上方で水平方向（Ｘ軸方向、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Ｌを照射することで、面方向に直線状の中心改質層Ｍ３を形成する。
なお、かかる中心改質層Ｍ３の形成にあたっては、レーザヘッド１１０を水平方向に移動させることに代え、チャック１００を水平方向に移動させてもよい。
処理ウェハＷに中心改質層Ｍ３が形成されると、次に、ウェハ搬送装置７０によって重合ウェハＴが改質装置６０から搬出される。
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７（ｅ）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を第１の分離ウェハＷ１と第２の分離ウェハＷ２とに分離する（図６のステップＡ５）。この際、処理ウェハＷから周縁部Ｗｅも除去される。かかる際、処理ウェハＷと支持ウェハＳの接合界面近傍には未接合領域Ａｅが形成されているので、周縁部Ｗｅを容易に剥離することができるため、適切に処理ウェハＷの分離を行うことができる。
ステップＡ５では、図１４（ａ）に示すように搬送アーム７１が備える吸着面７１ａ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。その後、図１４（ｂ）に示すように吸着面７１ａが処理ウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持した状態で、搬送アーム７１を上昇させて、第１の分離ウェハＷ１と第２の分離ウェハＷ２に分離する。以上のようにステップＡ５では、第２の分離ウェハＷ２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（薄化）が同時に行われる。
なお、分離された第２の分離ウェハＷ２は、例えばウェハ処理システム１の外部に回収される。また例えば、搬送アーム７１の可動範囲内に回収部（図示せず）を設け、当該回収部において第２の分離ウェハＷ２の吸着を解除することで、分離された第２の分離ウェハＷ２を回収してもよい。
また本実施形態では、加工装置８０においてウェハ搬送装置７０を利用して処理ウェハＷを分離したが、ウェハ処理システム１には処理ウェハＷの分離を行うための分離装置（図示せず）が設けられていてもよい。分離装置は、例えば改質装置６０と積層して配置することができる。
続いて、チャック８３を加工位置８０ｂに移動させる。そして、研削ユニット８４によって、図７（ｆ）に示すようにチャック８３に保持された第１の分離ウェハＷ１の分離面である裏面Ｗ１ｂを研削し、当該裏面Ｗ１ｂに残る周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３を除去する（図６のステップＡ６）。ステップＡ６では、裏面Ｗ１ｂに研削砥石を当接させた状態で、第１の分離ウェハＷ１と研削砥石をそれぞれ回転させ、裏面Ｗ１ｂを研削する。なおその後、洗浄液ノズル（図示せず）を用いて、第１の分離ウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂ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では第１の分離ウェハＷ１の研削面である裏面Ｗ１ｂがスクラブ洗浄される（図６のステップＡ７）。なお、洗浄装置４１では、第１の分離ウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂ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、分離面である第１の分離ウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂが薬液によりウェットエッチングされる（図６のステップＡ８）。上述した加工装置８０で研削された裏面Ｗ１ｂには、研削痕が形成される場合がある。ステップＡ８では、ウェットエッチングすることによって当該研削痕を除去し、裏面Ｗ１ｂ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、以上の実施形態では、ステップＡ１～Ａ８の処理順序を適宜変更することが可能である。
変形例１として、ステップＡ２の周縁改質層Ｍ１の形成とステップＡ３の内部面改質層Ｍ２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、ステップＡ３、ステップＡ２、ステップＡ４～Ａ８の順で行われる。
変形例２として、ステップＡ４の中心改質層Ｍ３の形成は、ステップＡ２の周縁改質層Ｍ１の形成前に行われてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ１、ステップＡ４、ステップＡ２～Ａ３、ステップＡ５～Ａ８の順で行われる。
変形例３として、ステップＡ４の中心改質層Ｍ３の形成は、ステップＡ３の内部面改質層Ｍ２の形成前に行われてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ１～Ａ２、ステップＡ４、ステップＡ３、ステップＡ５～Ａ８の順で行われる。
変形例４として、ステップＡ１の未接合領域Ａｅの形成は、ステップＡ２の周縁改質層Ｍ１の形成後に行われてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ２、ステップＡ１、ステップＡ３～Ａ８の順で行われる。
変形例５として、ステップＡ１の未接合領域Ａｅの形成は、ステップＡ３の内部面改質層Ｍ２の形成後に行われてもよい。かかる場合、ウェハ処理は、ステップＡ２～Ａ３、ステップＡ１、ステップＡ４～Ａ８の順で行われる。
また、以上の実施形態では、ステップＡ１～Ａ８の処理を適宜省略することが可能である。
省略例１として、ステップＡ６の周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３の除去は、ステップＡ８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Ａ６の研削処理を省略することができる。
省略例２として、ステップＡ６の研削処理において周縁改質層Ｍ１、内部面改質層Ｍ２及び中心改質層Ｍ３が適切に除去され、また研削痕が形成されていない場合、ステップＡ８のウェットエッチングを省略することができる。
省略例３として、ウェハ処理システム１に対して、未接合領域Ａｅが形成された重合ウェハＴが搬入される場合、ステップＡ１の未接合領域Ａｅの形成を省略することができる。
なお、上述の変形例４、５のように未接合領域Ａｅの形成を改質装置６０における処理ウェハＷのアライメント後に行う場合、前述のマイクロアライメント（未接合領域Ａｅの境界を撮像することによるチャック１００の中心と接合領域Ａｃの第２の偏心量の算出）は省略されてもよい。かかる場合、ステップＡ２の周縁改質層Ｍ１の形成は、マクロアライメントの結果に基づいて行われてもよい。
なお、上記実施形態におけるステップＡ５では、第２の分離ウェハＷ２は周縁部Ｗｅと一体に分離、すなわち周縁部Ｗｅの除去と処理ウェハＷの薄化が同時に行われたが、第２の分離ウェハＷ２と周縁部Ｗｅは同時に分離されなくてもよい。例えば、エッジトリム処理により周縁部Ｗｅを剥離した後に第２の分離ウェハＷ２を分離してもよい。かかる場合、ステップＡ２において形成される周縁改質層Ｍ１から進展するクラックＣ１を、図１５（ａ）に示すように、表面Ｗａ及び裏面Ｗｂに到達させることで、図１５（ｂ）に示すように適切にエッジトリム処理、薄化処理を行うことができる。また、周縁部Ｗｅを剥離しない場合も考えられるが、かかる場合、処理ウェハＷのアライメントは、接合領域Ａｃと未接合領域Ａｅの境界に代えて、当該処理ウェハＷの外端部により行われてもよい。
次に、ステップＡ３における内部面改質層Ｍ２の形成方法について説明する。図１６は、内部面改質層Ｍ２の形成の主な工程を示すフロー図、図１７は内部面改質層Ｍ２の形成において空間光変調器により調節されるレーザ光の照射条件の説明図である。なお、処理ウェハＷには、内部面改質層Ｍ２の形成に先だって、周縁改質層Ｍ１及びクラックＣ１が形成されている（図６および図１６のステップＡ２）。
上述のように、内部面改質層Ｍ２は、エッジトリムの品質低下を抑制するため周縁改質層Ｍ１よりも径方向内側に形成されることが望ましい。ここで、前述のように周縁改質層Ｍ１が処理ウェハＷに対して偏心して形成されている場合や、前述の第１の偏心量及び第２の偏心量の補正が適切に行われなかった場合、かかる偏心を考慮せずに内部面改質層Ｍ２を形成すると、内部面改質層Ｍ２適切に形成できないおそれがある。具体的には、上述のように周縁改質層Ｍ１の径方向外側に形成されることでエッジトリム精度が低下したり、内部面改質層Ｍ２が処理ウェハＷの全面に形成されずに分離が適切にできなかったりするおそれがある。
また、内部面改質層Ｍ２は処理ウェハＷの面内において後述のように螺旋状に形成されることが好ましい。しかしながら、かかる螺旋形状を前記偏心の補正を行いながら形成する場合、すなわち偏心に追従させながら螺旋形状を形成する場合、処理ウェハＷの中心部においてはチャック１００やレーザヘッド１１０を高速で水平方向に往復動作させる必要がある。このように高速で往復動作をする場合、偏心補正動作が内部面改質層Ｍ２の形成動作に追従できなくなることや、共振やガイド寿命の低下が懸念される。
そこで本実施形態にかかる内部面改質層Ｍ２の形成においては、先ず、周縁改質層Ｍ１に沿って径方向内側に、チャック１００（処理ウェハＷ）の偏心補正を行いながら、接合領域Ａｃの偏心を吸収するための第１の内部面改質層としてのバッファ層Ｂを形成する（図１６のステップＡ３－１）。バッファ層Ｂは、例えば未接合領域Ａｅ及び周縁改質層Ｍ１の偏心量以上の加工幅（例えば２００μｍ）で形成される。
バッファ層Ｂの形成にあたっては、前記空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌが切り替えられ、その配置（間隔）と数が調節される。具体的には、図１７（ａ）に示すように処理ウェハＷの内部に、径方向に沿って複数、例えば４つの集光点を形成することで、４つの内部面改質層Ｍ２を同時に形成する。内部面改質層Ｍ２の第１の径方向間隔としての径方向間隔Ｑ１は例えば１０μｍである。なお、以下の説明においてかかる径方向間隔を１０μｍとし、４つの集光点を径方向に並べるレーザ光Ｌの照射パターンを「第１の集光パターン」言う場合がある。
そして、チャック１００の回転開始後、回転速度が律速した（等速になった）後に、少なくともチャック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Ｌを周期的に照射して、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）に相対的に移動させる。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、前記加工幅で面方向に内部面改質層Ｍ２を形成することで、未接合領域Ａｅ及び周縁改質層Ｍ１と同心円状のバッファ層Ｂとしての内部面改質層Ｍ２が形成される。
なお、かかるバッファ層Ｂの形成時におけるレーザ光Ｌの周波数は例えば８０ｋＨｚである。なお、これら内部面改質層Ｍ２の形成にかかる条件は一例であって、任意に変更することが可能である。
バッファ層Ｂが形成されると、次に、例えばバッファ層Ｂの加工幅の間から、第２の内部面改質層としての螺旋状の内部面改質層Ｍ２を形成する。当該螺旋状の内部面改質層Ｍ２の形成にあたっては、前述の偏心補正は行わない。すなわち、本実施の形態においては、周縁改質層Ｍ１及びバッファ層Ｂを構成する内部面改質層Ｍ２は偏心補正を行いながら形成し、バッファ層Ｂの径方向内側に形成される螺旋状の内部面改質層Ｍ２の形成においては偏心補正を行わない。
なお、螺旋状の内部面改質層Ｍ２の形成にあたっては、処理ウェハＷの分離を適切に行うため、図１８に示すように、内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑが異なるエリアが形成される。具体的には、処理ウェハＷの径方向外側において内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑが広く形成された第１の改質層形成領域としての広間隔領域Ｒ１が形成され（図１６のステップＡ３－２）、広間隔領域Ｒ１の径方向内側において内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑが狭く形成された第２の改質層形成領域としての狭間隔領域Ｒ２が形成される（図１６のステップＡ３－３）。なお、内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐは、広間隔領域Ｒ１と狭間隔領域Ｒ２とともに全周に亘って一定である。
ここで広間隔領域Ｒ１においては、図１８（ｂ）に示すように、隣接する内部面改質層Ｍ２の形成時に面方向に進展するクラックＣ２同士が繋がらないように、内部面改質層Ｍ２の第２の径方向間隔としての径方向間隔Ｑ２が設定される。また狭間隔領域Ｒ２においては、図１８（ｂ）に示すように、隣接する内部面改質層Ｍ２の形成時に面方向に進展するクラックＣ２同士が繋がるように、内部面改質層Ｍ２の第３の径方向間隔としての径方向間隔Ｑ３が設定される。なお一例として、広間隔領域Ｒ１における内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ２は６０μｍ、狭間隔領域Ｒ２における内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ３は１０μｍとすることができる。
広間隔領域Ｒ１の形成にあたっても、前記空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌが切り替えられ、その配置（間隔）と数が調節される。ここで、広間隔領域Ｒ１の形成においてもバッファ層Ｂの形成と同様に径方向に４つの内部面改質層Ｍ２を形成することが好ましいが、上述のように、空間光変調器によりレーザ光Ｌを照射することができる範囲は１５０μｍ四方の範囲である。すなわち、広間隔領域Ｒ１における径方向間隔Ｑ２（６０μｍ）では、径方向に並べて４つの内部面改質層Ｍ２を同時に形成することができない。
そこで本実施形態においては、図１７（ｂ）に示すように処理ウェハＷの内部に、径方向に沿って２つ、周方向に沿って２つ、の合計４つの内部面改質層Ｍ２を同時に形成する。内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ２は例えば６０μｍ、周方向間隔Ｐは例えば１０μｍである。なお、以下の説明においてかかる径方向間隔を６０μｍ、周方向間隔を１０μｍとし、４つの集光点を略四角形状に並べるレーザ光Ｌの照射パターンを「第２の集光パターン」言う場合がある。
そして、回転機構１０３によってチャック１００をレーザヘッド１１０に対して回転させながら、レーザヘッド１１０から処理ウェハＷの内部にレーザ光Ｌを周期的に照射し、更に移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸方向に移動させて、面方向に内部面改質層Ｍ２を形成する。これにより、周縁改質層Ｍ１の径方向内側において、螺旋状の内部面改質層Ｍ２が形成される。
なお、かかる広間隔領域Ｒ１の形成時における処理ウェハＷの回転数は例えば６００ｒｐｍ、レーザ光Ｌの周波数は例えば８０ｋＨｚである。
ここで処理ウェハＷの分離を面内で均一に行うためには、上述のように内部面改質層Ｍ２の形成間隔が均一となることが望ましい。しかしながら、内部面改質層Ｍ２の形成にあたり、チャック１００の回転速度やレーザ光Ｌの周波数を一定に制御する場合、内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐを一定に制御できなくなる臨界点に達する。そして、かかる状態でさらにレーザ光Ｌの照射位置がさらに径方向内側に移動すると、周方向間隔Ｐが小さくなっていき、同一加工線上で内部面改質層Ｍ２が重なる場合がある。そして、このように内部面改質層Ｍ２が重なって形成される場合、処理ウェハＷを適切に分離できなくなったり、レーザ光の抜け光が発生してデバイス層Ｄに損傷を与えたりする場合がある。
さらに、上述の第２の集光パターンにより内部面改質層Ｍ２を形成する場合、レーザ光Ｌの周波数は処理ウェハＷの回転速度に対して実質的に２倍になり、前記臨界点に達する位置が、レーザ光Ｌの集光点を径方向に並べる場合と比べて径方向外側となる。
そこで、広間隔領域Ｒ１の形成にあたって第２の集光パターンにおける前記臨界点に達すると、前記空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌが切り替えられ、その配置（間隔）と数が調節される。具体的には、図１７（ｃ）に示すように処理ウェハＷの内部に、径方向に沿って複数、例えば３つの集光点を形成することで、３つの内部面改質層Ｍ２を同時に形成する。内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ２は例えば６０μｍである。なお、以下の説明においてかかる径方向間隔を６０μｍとし、３つの集光点を径方向に並べるレーザ光Ｌの照射パターンを「第３の集光パターン」言う場合がある。
なお、広間隔領域Ｒ１と狭間隔領域Ｒ２の形成範囲は任意に決定することができ、上述の第２の集光パターンにおける前記臨界点が広間隔領域Ｒ１の形成範囲に存在しない場合には、第３の集光パターンによる内部面改質層Ｍ２の形成を省略することができる。
広間隔領域Ｒ１が形成されると、次に、前記空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌが切り替えられ、その配置（間隔）と数が調節されることで、狭間隔領域Ｒ２の形成が開始される。具体的には、図１７（ｄ）に示すように処理ウェハＷの内部に、径方向に沿って複数、例えば４つの集光点を形成することで、４つの内部面改質層Ｍ２を同時に形成する。内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ３は例えば１０μｍである。すなわち、狭間隔領域Ｒ２は、バッファ層Ｂと同様に前記「第１の集光パターン」により形成される。
なお、かかる狭間隔領域Ｒ２の形成時におけるレーザ光Ｌの周波数は例えば７０ｋＨｚである。狭間隔領域Ｒ２は上述のように広間隔領域Ｒ１の径方向内側に形成されるが、このようにレーザ光Ｌの周波数を小さくすることにより、形成される内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐを、処理ウェハＷの面内で一定に制御することができる。なお、内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐは、レーザ光Ｌの周波数を小さくすることに代えて、又は小さくすることと共にチャック１００の回転速度を上げることによっても制御することができる。
しかしながら、このチャック１００の回転速度が上限値、レーザ光Ｌの周波数が下限値にそれぞれ達した場合、内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐは、それ以上間隔を広げることができない最終臨界点に達する。そして、かかる状態でさらにレーザ光Ｌの照射位置が径方向内側に移動すると、上述のように周方向間隔Ｐが小さくなっていき、処理ウェハＷの中心部においては同一加工線上で内部面改質層Ｍ２が重なる場合がある。
そこで、内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐが前記最終臨界点に達する処理ウェハＷの中心部近傍で狭間隔領域Ｒ２の形成、すなわち内部面改質層Ｍ２の形成を終了し、図１７（ｅ）に示すように、内部面改質層Ｍ２の径方向内側に中心改質層Ｍ３を形成する（図６及び図１６のステップＡ４）。なお、中心改質層Ｍ３の形成範囲Ｒ３は、例えば、レーザ光Ｌの周波数の最低値及びチャック１００の回転速度の最高値から求めることができる（例えば処理ウェハＷの中心から１～２ｍｍ程度の範囲）。
なお、中心改質層Ｍ３の加工線は、上述のように互いに交差、近接して形成されなければ、任意の形状（直線形状や曲線形状、またはこれらの組み合わせ）で形成することができる。
ステップＡ３における内部面改質層Ｍ２は以上のように形成される。
以上の本実施形態によれば、処理ウェハＷに対する内部面改質層Ｍ２の形成にあたって複数の内部面改質層Ｍ２を同時に形成することにより、改質装置６０におけるスループットを向上させ、これにより生産性（タクト）を向上することができる。
またこの時、処理ウェハＷに対するレーザヘッド１１０の径方向位置に応じて処理ウェハＷに対するレーザ光Ｌの集光パターンを選択、制御することにより、更に適切にタクトを向上することができる。
なお、前記レーザ光の集光パターンは、より具体的には、レーザ光の集光位置におけるチャック１００（処理ウェハＷ）の相対的な回転数、レーザ光の周波数、レンズ１１１の大きさにより定まるレーザ光の径方向許容範囲及び周方向許容範囲としての照射可能範囲、及び、レーザ光の最大照射可能数、等の条件により任意に選択することができる。さらに換言すれば、前記レーザ光の集光パターンは、レーザ光の集光位置におけるチャック１００（処理ウェハＷ）の相対的な回転数とレーザ光Ｌの照射ピッチ、すなわち内部面改質層Ｍ２が形成される周方向間隔Ｐに基づいて選択することができる。
例えば内部面改質層Ｍ２の形成にかかるスループットを向上させるため、チャック１００の回転数が遅い外周部においては複数の集光点を周方向に並べて配置する。かかる周方向に並べられる集光点の数は、チャック１００の回転数に応じて決定される。そして、回転数の上昇によって内部面改質層Ｍ２が周方向で重なる可能性がある場合には、周方向に並べる集光点の数を減らし、径方向に並べる数を増やす。このように、チャック１００の相対的な回転数とレーザ光の照射ピッチとに基づいて、一度に形成する内部面改質層Ｍ２の数を最大化することでスループットを向上できる。
なお、内部面改質層Ｍ２の形成にあたっては、レーザ光の同時集光数が多いほど、すなわち、同時に形成する内部面改質層Ｍ２の数が多いほど、高効率に内部面改質層Ｍ２の形成を行うことができ、スループットを向上させることができる。
また、レーザ光の集光パターンは上記実施形態には限定されず、例えば周方向のみに複数並べてもよい。複数のレーザ光を径方向に並べた場合には、レーザヘッド１１０の径方向位置によらずに処理ウェハＷの回転数を一定に制御することができ、一方、複数のレーザ光を周方向に並べた場合には、処理ウェハＷの回転数を上げて内部面改質層Ｍ２の形成を行うことができる。
また、上述のようにレーザ光の最大照射可能数はレーザ光の出力に応じて決定されるため、かかる最大照射可能数に応じてさらに任意のパターンで内部面改質層Ｍ２を形成することができる。
なお、上記実施の形態においては、レーザ光の周波数をバッファ層Ｂ及び広間隔領域Ｒ１の形成においては８０ｋＨｚ、狭間隔領域Ｒ２においては７０ｋＨｚで制御したが、レーザ光の周波数もこれに限定されるもではない。例えば、レーザ光の周波数はレーザヘッド１１０の径方向位置、またはレーザ光の集光点における処理ウェハＷの相対的な回転数に応じて、連続的に変化するように制御してもよい。また、上記実施例ではこのようにレーザ光Ｌの周波数を変化させたが、チャック１００（処理ウェハＷ）の回転数を変化させてもよい。
なお、上述のように本実施形態においては、螺旋状の内部面改質層Ｍ２（広間隔領域Ｒ１、狭間隔領域Ｒ２）の形成にあたり、空間光変調器によってレーザヘッド１１０から照射されるレーザ光Ｌが切り替えられ、その配置（間隔）と数が調節されている。具体的には、螺旋状の内部面改質層Ｍ２を形成にあたり、複数の集光パターンを切り替えながら処理ウェハＷの全面に内部面改質層Ｍ２を形成する。
ここで、レーザ光の集光パターンの切り替え時においては、制御装置９０が系統信号を発してから実際にレーザヘッド１１０からのレーザ光が切り替わるまでの遅れ時間が存在する。そして内部面改質層Ｍ２の形成にあたっては、上述のように処理ウェハＷを回転させながら集光パターンの切り替えを行うため、当該集光パターンの切り替え位置と前記臨界点との位置合わせの制御にあたっては、先述の遅れ時間における処理ウェハＷの回転を考慮する必要がある。すなわち、レーザヘッド１１０が所望のレーザ光の切り替え位置の上方に到達するよりも前に、系統信号を発する必要がある。
またここで、内部面改質層Ｍ２を螺旋状に形成する場合、形成される内部面改質層Ｍ２の周方向間隔Ｐ（パルスピッチ）を一定にするため、処理ウェハＷに対するレーザヘッド１１０の位置に応じてチャック１００の回転速度や、レーザ光の周波数を制御している。換言すれば、レーザ光の切り替え位置などの諸条件に応じて回転速度が異なるため、遅れ時間における処理ウェハＷの回転に伴う移動量が異なる場合がある。
そこで、上述のように内部面改質層Ｍ２の形成にかかるレーザ光の集光パターンを制御する場合、レーザ光の集光位置における処理ウェハＷの回転速度及び遅れ時間に応じて、レーザ光の切り替えのタイミングを制御することが好ましい。
なお、以上の実施形態によれば内部面改質層Ｍ２は、広間隔領域Ｒ１及び狭間隔領域Ｒ２が形成されるように、処理ウェハＷの面方向に沿って形成されたが、処理ウェハＷの全面において、径方向間隔Ｑが均一に形成されていてもよい。具体的には、例えばバッファ層Ｂにおける内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑ１で、螺旋状の内部面改質層Ｍ２が形成されていてもよい。このように処理ウェハＷの全面で径方向間隔Ｑが均一である場合、処理ウェハＷの分離を面内で均一に行うことができる。
なお、以上の実施形態によれば内部面改質層Ｍ２は処理ウェハＷの面内において螺旋状に形成されたが、内部面改質層Ｍ２の形成形状はこれに限定されず、未接合領域Ａｅ及び周縁改質層Ｍ１と同心円状の環状に形成されてもよい。
かかる場合内部面改質層Ｍ２は、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うことで、面方向に内部面改質層Ｍ２を形成する。
なお、以上の実施形態によれば広間隔領域Ｒ１を径方向外側、狭間隔領域Ｒ２を径方向内側に形成したが、図１９（ａ）に示すように平面視における処理ウェハＷの径方向外側において狭間隔領域Ｒ２を形成し、当該狭間隔領域Ｒ２の内側に広間隔領域Ｒ１を形成してもよい。また例えば、図１９（ｂ）に示すように処理ウェハＷの径方向外側において広間隔領域Ｒ１と狭間隔領域Ｒ２が交互に形成されてもよい。
また、以上の実施形態においては処理ウェハＷの径方向に対して広間隔領域Ｒ１及び狭間隔領域Ｒ２を形成、すなわち、内部面改質層Ｍ２の径方向間隔Ｑを変更したが、これに代えて周方向間隔Ｐ（パルスピッチ）を変更してもよい。また、径方向間隔Ｑ及び周方向間隔Ｐの両方を変更するようにしてもよい。かかる場合、処理ウェハＷの面内に形成する内部面改質層Ｍ２の数が更に減るため、スループットを更に向上することができる。
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。
例えば、上記の実施の形態においては、処理対象体としての処理ウェハＷがシリコンウェハである場合を例に説明を行ったが、処理対象体の種類はこれに限定されるものではない。例えば処理対象体としては、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。また例えば処理対象体としては、円形基板に代えて、インゴット、基台または薄板などが選択されてもよい。
例えば、上記の実施形態では、周縁改質層Ｍ１と内部面改質層Ｍ２を基点に処理ウェハＷを分離したが、処理ウェハＷを分離する基点はこれに限定されない。例えば、酸化膜Ｆｗ又は酸化膜Ｆｓの内部全面に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処理ウェハＷを分離してもよい。また例えば、ウェハ処理システム１での処理前の処理ウェハＷにおいて、当該処理ウェハＷとデバイス層Ｄとの間には酸化膜（図示せず）を形成し、この酸化膜の内部全面に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処理ウェハＷを分離してもよい。さらに例えば、処理ウェハＷと支持ウェハＳの界面にさらに接着層（図示せず）を形成し、この接着層の内部全面に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処理ウェハＷを分離してもよい。なお、かかる処理ウェハＷを分離するための改質層には、レーザアブレーション等による昇華が含まれるものとする。
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
Ｌ レーザ光
Ｍ１ 周縁改質層
Ｍ２ 内部面改質層
Ｗ 処理ウェハ

Claims (16)

  1. 処理対象体を処理する処理装置であって、
    前記処理対象体を保持する保持部と、
    前記処理対象体の内部にレーザ光を照射して面方向に沿って複数の集光点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水平方向に移動させる移動機構と、
    前記保持部を鉛直軸回りに回転させる回転機構と、
    前記処理対象体に対する前記集光点の形成動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記回転機構により前記保持部に保持された前記処理対象体を回転させながら、前記改質部から前記処理対象体の内部に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、前記集光点を形成するにあたり、
    前記処理対象体に対する前記改質部の径方向位置に応じて前記保持部の回転速度を制御し、
    当該回転速度が上限に達し、前記レーザ光の照射位置が、前記集光点の間隔を一定に制御できなくなる臨界点に達するか否かに基づいて、前記処理対象体の面方向の異なる位置において同時に形成する前記集光点の数及び配置を制御する、処理装置。
  2. 前記処理対象体の内部に形成された前記集光点は改質層を形成し、
    前記改質層は、
    前記処理対象体の除去対象の周縁部の剥離の基点となる周縁改質層と、
    前記周縁改質層の径方向内側において、前記周縁改質層と同心円の環状に形成される第１の内部面改質層と、
    前記第１の内部面改質層の径方向内側において形成される第２の内部面改質層と、を含み、
    前記制御部は、
    前記第１の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第１の内部面改質層を同時に形成するように、前記改質層の形成動作を制御する、請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記制御部は、
    複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第２の内部面改質層を、前記第１の径方向間隔より大きい第２の径方向間隔で同時に形成するように、前記改質層の形成動作を制御する、請求項２に記載の処理装置。
  4. 前記制御部は、
    複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第２の内部面改質層を、前記第１の径方向間隔で同時に形成するように、前記改質層の形成動作を制御する、請求項２に記載の処理装置。
  5. 前記制御部は、複数の前記第２の内部面改質層を周方向に沿って同時に形成し、
    同時に形成される当該第２の内部面改質層の周方向間隔が、前記処理対象体に形成された前記第１の内部面改質層の周方向間隔と同じになるように、前記改質層の形成動作を制御する、請求項２～４のいずれか一項に記載の処理装置。
  6. 前記制御部は、
    複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層の形成時において、
    前記第１の径方向間隔よりも大きい第２の径方向間隔で、複数の第２の内部面改質層が同時に形成される第１の改質層形成領域と、
    前記第２の径方向間隔よりも小さい第３の径方向間隔で、複数の第２の内部面改質層が同時に形成される第２の改質層形成領域と、を形成するように前記改質層の形成動作を制御する、請求項２に記載の処理装置。
  7. 前記第２の内部面改質層は、前記処理対象体の面方向に沿って螺旋状に形成される、請求項２～６のいずれか一項に記載の処理装置。
  8. 前記第２の内部面改質層は、前記処理対象体の面方向に沿って前記周縁改質層と同心円の環状に形成される、請求項２～６のいずれか一項に記載の処理装置。
  9. 処理対象体を処理する処理方法であって、
    回転機構により保持部に保持された前記処理対象体を回転させながら、改質部から前記処理対象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、集光点を形成するにあたり、
    前記処理対象体に対する前記改質部の径方向位置に応じて前記保持部の回転速度を制御し、
    当該回転速度が上限に達し、前記レーザ光の照射位置が、前記集光点の間隔を一定に制御できなくなる臨界点に達するか否かに基づいて、前記処理対象体の面方向の異なる位置において同時に形成する前記集光点の数及び配置を決定する、処理方法。
  10. 前記処理対象体の内部に形成された前記集光点は改質層を形成し、
    前記処理対象体の除去対象の周縁部の剥離の基点となる周縁改質層を形成することと、
    前記周縁改質層の径方向内側において、前記周縁改質層と同心円の環状に形成される第１の内部面改質層を形成することと、
    前記第１の内部面改質層の径方向内側において形成される第２の内部面改質層を形成することと、を含み、
    前記第１の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第１の内部面改質層を同時に形成する、請求項９に記載の処理方法。
  11. 複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第２の内部面改質層を、前記第１の径方向間隔より大きい第２の径方向間隔で同時に形成する、請求項１０に記載の処理方法。
  12. 複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層を形成するにあたり、前記処理対象体の径方向に沿って複数の前記第２の内部面改質層を、前記第１の径方向間隔で同時に形成する、請求項１０に記載の処理方法。
  13. 前記処理対象体に形成された前記第１の内部面改質層の周方向間隔で、複数の前記第２の内部面改質層を周方向に沿って同時に形成する、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の処理方法。
  14. 複数の前記第１の内部面改質層を前記処理対象体の径方向に沿って第１の径方向間隔で同時に形成し、
    前記第２の内部面改質層の形成時において、
    前記第１の径方向間隔よりも大きい第２の径方向間隔で、複数の第２の内部面改質層が同時に形成される第１の改質層形成領域を形成することと、
    前記第２の径方向間隔よりも小さい第３の径方向間隔で、複数の第２の内部面改質層が同時に形成される第２の改質層形成領域を形成することと、含む、請求項１０に記載の処理方法。
  15. 前記第２の内部面改質層の形成にあたり、
    保持部に保持された前記処理対象体を相対的に回転させながら、前記改質部から処理対象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、前記処理対象体の面方向に沿って螺旋状に前記第２の内部面改質層を形成する、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の処理方法。
  16. 前記第２の内部面改質層の形成にあたり、
    前記改質部に対して保持部に保持された前記処理対象体を相対的に回転させながら、前記改質部から処理対象体の内部に前記レーザ光を周期的に照射して、前記周縁改質層と同心円の環状に第２の内部面改質層を形成し、
    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、
    環状の前記第２の内部面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、前記処理対象体の面方向に前記周縁改質層と同心円の環状に前記第２の内部面改質層を形成する、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の処理方法。
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