WO2024034197A1 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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WO2024034197A1
WO2024034197A1 PCT/JP2023/016358 JP2023016358W WO2024034197A1 WO 2024034197 A1 WO2024034197 A1 WO 2024034197A1 JP 2023016358 W JP2023016358 W JP 2023016358W WO 2024034197 A1 WO2024034197 A1 WO 2024034197A1
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laser
wafer
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laser beam
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PCT/JP2023/016358
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Inventor
陽平 山下
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東京エレクトロン株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/57—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece the laser beam entering a face of the workpiece from which it is transmitted through the workpiece material to work on a different workpiece face, e.g. for effecting removal, fusion splicing, modifying or reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
  • Patent Document 1 discloses that in a semiconductor substrate on which a peeled oxide film and a semiconductor element are formed, the semiconductor element is transferred to a transfer destination substrate.
  • the method described in Patent Document 1 includes a step of locally heating the peeled oxide film by irradiating light from the back surface of the semiconductor substrate, and a step of heating the peeled oxide film locally and/or at the interface between the peeled oxide film and the semiconductor substrate. and transferring the semiconductor element to the transfer destination substrate.
  • the technology according to the present disclosure appropriately peels off the first substrate and the laser absorption layer in a polymerized substrate in which the laser absorption layer is formed at the interface of the first substrate and the second substrate.
  • One aspect of the present disclosure is a substrate processing apparatus that processes a polymerized substrate formed by laminating a first substrate, an interface layer including at least a laser absorption layer, and a second substrate, the apparatus holding the polymerized substrate.
  • a substrate holding section a laser irradiation section that irradiates the polymerized substrate held by the substrate holding section with a laser beam, and a movement mechanism that relatively moves the substrate holding section and the laser irradiation section in a horizontal direction; a rotation mechanism that rotates the substrate holding section; and a control section, in the overlapping substrate, an outer circumferential area including an unbonded area of the first substrate and the second substrate, and a radial direction of the outer circumferential area.
  • An inner circumferential region is set on the inside and arranged in a bonding region between the first substrate and the second substrate, and the control unit rotates the overlapping substrate and applies the laser beam to the overlapping substrate.
  • control to cause separation at the interface between the first substrate and the laser absorption layer, or at the interface between the interface layer and the laser absorption layer;
  • Control is performed to irradiate the laser beam while moving it from the inside to the outside in the radial direction.
  • the first substrate and the laser absorption layer can be appropriately separated.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of a wafer processing system.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of a laser irradiation device.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of a laser irradiation device.
  • FIG. 3 is a side view showing how the separation device operates.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer irradiated with laser light.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing the main steps of wafer processing in the wafer processing system.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how heat generated in a polymerized wafer is diffused.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of a wafer processing system.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of a laser irradiation device.
  • FIG. 3 is a side view showing how the separation device operates.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer irradiated with laser light.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how the first wafer and the laser absorption layer are peeled off.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how the first wafer and the laser absorption layer are peeled off.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing the main steps of wafer processing in the wafer processing system.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing regions of a superimposed wafer, rotational speed of a chuck in each region, and frequency of laser light in each region. It is a side view which shows an outer peripheral area and a 1st inner peripheral area.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer irradiated with laser light.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how the first wafer and the laser absorption layer are peeled off.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing the main steps of wa
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer whose outer peripheral area is irradiated with laser light.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer whose outer peripheral area is irradiated with laser light.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer whose outer peripheral area is irradiated with laser light.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of a superposed wafer in which a second inner peripheral region and a first inner peripheral region are irradiated with laser light.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer whose first inner peripheral region is irradiated with a laser beam.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a polymerized wafer whose central region is irradiated with laser light. It is an explanatory view showing the state of a polymerized wafer irradiated with laser light in another embodiment. It is an explanatory view showing the state of a polymerized wafer irradiated with laser light in another embodiment. It is an explanatory view showing the state of a polymerized wafer irradiated with laser light in another embodiment. It is an explanatory view showing the state of a polymerized wafer irradiated with laser light in another embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how a peel-off promoting layer and a laser absorption layer are peeled off.
  • FIG. 7 is a flow diagram showing the main steps of wafer processing according to another embodiment.
  • a device layer formed on the surface of a first wafer is transferred to a second wafer. is being carried out.
  • the device layer is transferred to the second wafer by irradiating the laser absorption layer formed between the first wafer and the device layer with a laser beam to separate the first wafer and the laser absorption layer.
  • the laser absorption layer is irradiated with the laser light in a pulsed manner.
  • the peripheral edge of the stacked wafer has a chamfered portion (bevel portion), and this peripheral edge is not bonded. That is, the outer peripheral region of the overlapping wafer includes an unbonded region, and the bonding strength at the interface between the first wafer (including the device layer) and the second wafer is low at the boundary between the unbonded region and the bonded region. In such a case, when the outer circumferential region is irradiated with laser light, peeling occurs in the outer circumferential region at the interface between the first wafer and the second wafer, where the bonding strength is low.
  • the technology according to the present disclosure appropriately peels off the first substrate and the laser absorption layer in a polymerized substrate in which the laser absorption layer is formed at the interface of the first substrate and the second substrate.
  • a wafer processing system including a laser irradiation device as a substrate processing apparatus and a wafer processing method as a substrate processing method according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Note that in this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals and redundant explanation will be omitted.
  • a wafer processing system 1 processes a stacked wafer T, which is a stacked substrate in which a first wafer W and a second wafer S are bonded together, as shown in FIG.
  • the first wafer W the surface to be joined to the second wafer S will be referred to as the front surface Wa
  • the surface opposite to the front surface Wa will be referred to as the back surface Wb.
  • the surface to be joined to the first wafer W is referred to as the front surface Sa
  • the surface opposite to the front surface Sa is referred to as the back surface Sb.
  • the first wafer W serving as the first substrate is, for example, a semiconductor wafer such as a silicon substrate.
  • the first wafer W has a substantially disk shape.
  • a laminated film in which a plurality of films are laminated is formed on the surface Wa of the first wafer W.
  • the laminated film includes, in order from the surface Wa side, a laser absorption layer P, a device layer Dw, and a surface film Fw.
  • the device layer Dw includes multiple devices. Examples of the surface film Fw include an oxide film (THOX film, SiO 2 film, TEOS film), SiC film, SiCN film, adhesive, and the like.
  • the first wafer W is bonded to the second wafer S via this surface film Fw.
  • the device layer Dw and the surface film Fw may not be formed on the surface Wa.
  • the laser absorption layer P is formed on the second wafer S side, and a device layer Ds on the second wafer S side, which will be described later, is transferred to the first wafer W side.
  • the laser absorption layer P absorbs laser light irradiated from the laser irradiation section 110 as described later.
  • an oxide film SiO 2 film, TEOS film
  • the laser absorption layer P is formed, for example, by a CVD (Chemical Vapor Deposition) process outside the wafer processing system 1, which will be described later.
  • the composition of the oxide film (SiO 2 film, TEOS film) as the laser absorption layer P can be arbitrarily changed depending on the type and mixing ratio of the processing gas used in the CVD process.
  • the second wafer S serving as the second substrate is, for example, a semiconductor wafer such as a silicon substrate.
  • a laminated film is formed on the surface Sa of the second wafer S.
  • the laminated film has a device layer Ds and a surface film Fs in this order from the surface Sa side.
  • the device layer Ds and the surface film Fs are similar to the device layer Dw and the surface film Fw of the first wafer W, respectively.
  • the surface film Fw of the first wafer W and the surface film Fs of the second wafer S are bonded. Note that the device layer Ds and the surface film Fs may not be formed on the surface Sa.
  • the laminated film formed at the interface between the first wafer W and the second wafer S specifically, the laser absorption layer P, the device layers Dw, Ds, and the surface films Fw, Fs. It may also be referred to as an "interface layer.”
  • the interface layer includes at least the laser absorption layer P.
  • the type of laminated film formed at the interface between the first wafer W and the second wafer S is not limited to the example shown in FIG. 1.
  • the laminated film may include a "peel-promoting film" to be described later for appropriately peeling the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the above-mentioned interface layer includes a peel-off promoting film.
  • the wafer processing system 1 has a configuration in which a loading/unloading block 10, a transport block 20, and a processing block 30 are integrally connected.
  • the loading/unloading block 10 and the processing block 30 are provided around the transport block 20.
  • the carry-in/out block 10 is arranged on the Y-axis negative direction side of the conveyance block 20.
  • a laser irradiation device 31 (described later) and a separation device 32 (described later) of the processing block 30 are arranged on the X-axis negative direction side of the transport block 20, and a first cleaning device 33 (described later) and a second cleaning device 34 (described later) are located on the transport block 20. 20 in the positive direction of the X-axis.
  • cassettes Ct, Cw, and Cs each capable of accommodating a plurality of stacked wafers T, a plurality of first wafers W, and a plurality of second wafers S are carried in and out of the carry-in/out block 10, respectively.
  • the loading/unloading block 10 is provided with a cassette mounting table 11 .
  • a plurality of cassettes for example, three cassettes Ct, Cw, and Cs, can be placed on the cassette mounting table 11 in a line in the X-axis direction. Note that the number of cassettes Ct, Cw, and Cs placed on the cassette mounting table 11 is not limited to this embodiment, and can be arbitrarily determined.
  • the transport block 20 is provided with a wafer transport device 22 configured to be movable on a transport path 21 extending in the X-axis direction.
  • the wafer transport device 22 has, for example, two transport arms 23, 23 that hold and transport the stacked wafer T, the first wafer W, or the second wafer S.
  • Each transport arm 23 is configured to be movable in the horizontal direction, vertical direction, around the horizontal axis, and around the vertical axis. Note that the configuration of the transport arm 23 is not limited to this embodiment, and may have any configuration.
  • the wafer transport device 22 then transfers the superposed wafers T, Cs, Ct, Cw, and Cs of the cassette mounting table 11, the laser irradiation device 31, the separation device 32, the first cleaning device 33, and the second cleaning device 34 to the cassettes Ct, Cw, and Cs on the cassette mounting table 11. It is configured to be able to transport a first wafer W and a second wafer S.
  • the processing block 30 includes a laser irradiation device 31, a separation device 32, a first cleaning device 33, and a second cleaning device 34.
  • the laser irradiation device 31 and the separation device 32 are stacked and arranged on the X-axis negative direction side of the transport block 20.
  • the first cleaning device 33 and the second cleaning device 34 are stacked and arranged on the X-axis positive direction side of the transport block 20. Note that the number and arrangement of the laser irradiation device 31, the separation device 32, the first cleaning device 33, and the second cleaning device 34 are not limited to these.
  • the laser irradiation device 31 irradiates the inside of the polymerized wafer T, more specifically, the laser absorption layer P formed on the front surface Wa of the first wafer W, with a laser beam, thereby irradiating the first wafer W and the laser absorption layer P. decreases the bonding strength at the interface.
  • a delivery position A1 and a processing position A2 are set inside the laser irradiation device 31.
  • the transfer position A1 is a position where the stacked wafer T can be transferred from the transport arm 23 to the chuck 100 described below, and a position where the stacked wafer T (laser absorption layer P) can be imaged by the camera 120 described below.
  • the processing position A2 is a position where the polymerized wafer T (laser absorption layer P) can be irradiated with laser light from a laser irradiation unit 110, which will be described later.
  • the laser irradiation device 31 has a chuck 100 as a substrate holding section that holds the overlapping wafer T on its upper surface.
  • the chuck 100 has a holding surface for the stacked wafer T on its upper surface, and holds the entire back surface Sb of the second wafer S by suction or a part of the radially inner side of the back surface Sb.
  • the chuck 100 is, for example, an electrostatic chuck (ESC) or a vacuum chuck.
  • the chuck 100 is provided with a lifting pin (not shown) for supporting the stacked wafer T from below and lifting it up and down.
  • the elevating pin is inserted into a through hole (not shown) formed through the chuck 100 and is configured to be movable up and down.
  • the chuck 100 is supported by a slider table 102 via an air bearing 101.
  • a rotation mechanism 103 is provided on the lower surface side of the slider table 102.
  • the rotation mechanism 103 has a built-in motor as a drive source, for example.
  • the chuck 100 is configured to be rotatable around the ⁇ axis (vertical axis) by a rotation mechanism 103 via an air bearing 101.
  • the slider table 102 is movable between the above-mentioned delivery position A1 and processing position A2 by a moving mechanism 104 provided on the lower surface side of the slider table 102 along a rail 106 provided on the base 105 and extending in the Y-axis direction. It is configured.
  • the driving source for the moving mechanism 104 is not particularly limited, but a linear motor may be used, for example.
  • a laser irradiation unit 110 is provided above the chuck 100 at the processing position A2.
  • the laser irradiation unit 110 includes a laser head 111, an optical system 112, and a lens 113.
  • the laser irradiation unit 110 can scan a laser beam.
  • scanning the laser beam means moving the laser beam irradiated from the lens 113 of the laser irradiation unit 110 with respect to the laser absorption layer P.
  • the laser head 111 includes a laser oscillator (not shown) that oscillates laser light in a pulsed manner.
  • This laser light is a so-called pulsed laser.
  • the laser beam is a CO 2 laser beam, and the wavelength of the CO 2 laser beam is, for example, 8.9 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • the laser head 111 may include equipment other than the laser oscillator, such as an amplifier.
  • the optical system 112 includes an optical element (not shown) that controls the intensity and position of the laser beam, an attenuator (not shown) that attenuates the laser beam and adjusts the output, and a laser scanning section (not shown) that scans the laser beam. (not shown).
  • an optical element that controls the intensity and position of the laser beam
  • an attenuator that attenuates the laser beam and adjusts the output
  • a laser scanning section (not shown) that scans the laser beam. (not shown).
  • a rotary wedge scanner or a galvano scanner is used as the laser scanning unit.
  • the optical system 112 may be configured to be able to control branching of laser light.
  • the lens 113 irradiates the polymerized wafer T held by the chuck 100 with laser light.
  • the laser light emitted from the laser irradiation unit 110 passes through the first wafer W and is irradiated onto the laser absorption layer P.
  • the lens 113 may be configured to be movable in the horizontal direction by a moving mechanism (not shown), or may be configured to be vertically movable by a lifting mechanism (not shown).
  • a camera 120 is provided above the chuck 100 at the delivery position A1.
  • the camera 120 includes one or more cameras selected from macro cameras, micro cameras, and the like. Note that the camera 120 may be configured to be movable in the horizontal direction by a moving mechanism (not shown), or may be configured to be vertically movable by a lifting mechanism (not shown).
  • the camera 120 images the stacked wafer T held by the chuck 100.
  • the camera 120 includes, for example, a coaxial lens, emits infrared light (IR), and receives reflected light from an object. Image data captured by the camera 120 is output to a control device 40, which will be described later.
  • the wafer processing system 1 has a control device 40, and the control device 40 also functions as a control unit that is provided in the laser irradiation device 31 and controls the laser irradiation device 31.
  • the separation device 32 as a separation unit separates the second wafer S (polymerized wafer T) from the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, which is the separation portion, and whose bonding strength has been reduced by the laser irradiation device 31.
  • the first wafer W is separated from the wafer.
  • the separation device 32 includes a suction chuck 200 that suction-holds the back surface Sb of the second wafer S from below, and a suction pad 210 that suction-holds the back surface Wb of the first wafer W from above. and has.
  • the suction chuck 200 suction-holds the second wafer S
  • the suction pad 210 suction-holds the first wafer W, and then raises the suction pad 210.
  • the first wafer W is peeled off from the laser absorption layer P.
  • the configuration of the separation device 32 is not limited to this, and can take any configuration as long as it can separate the first wafer W from the second wafer S.
  • the first cleaning device 33 cleans the front surface Sa side of the second wafer S separated by peeling in the separation device 32. For example, a brush is brought into contact with the laser absorption layer P on the front surface Sa side of the second wafer S to clean the laser absorption layer P. Note that a pressurized cleaning liquid may be used to clean the second wafer S. Further, the first cleaning device 33 may have a configuration that cleans the back surface Sb of the second wafer S as well as the front surface Sa side.
  • the second cleaning device 34 cleans the front surface Wa side of the first wafer W separated by peeling in the separation device 32. For example, a brush is brought into contact with the front surface Wa of the first wafer W to clean the front surface Wa. Note that a pressurized cleaning liquid may be used to clean the first wafer W. Further, the second cleaning device 34 may be configured to clean the front surface Wa side of the first wafer W as well as the back surface Wb.
  • the first cleaning device 33 for cleaning the second wafer S and the second cleaning device 34 for cleaning the first wafer W are arranged independently.
  • the cleaning of the first wafer W and the cleaning of the second wafer S may be performed using the same cleaning apparatus.
  • the first wafer W and the second wafer S may be cleaned simultaneously or independently.
  • the first wafer W is separated from the second wafer S using the separation device 32, but such separation may be performed inside the laser irradiation device 31.
  • a transfer pad (not shown) that can be raised and lowered is provided at the delivery position A1 of the laser irradiation device 31. Then, with the chuck 100 suction-holding the second wafer S, the transfer pad suction-holds the first wafer W, and by further raising the transfer pad, the transfer from the second wafer S to the first wafer W is performed. Peel off.
  • the above wafer processing system 1 is provided with a control device 40 as a control section.
  • the control device 40 is, for example, a computer, and has a program storage section (not shown).
  • the program storage unit stores a program for controlling the processing of the stacked wafers T in the wafer processing system 1.
  • the program storage unit also stores programs for controlling the operations of drive systems such as the various processing devices and transport devices described above to realize wafer processing in the wafer processing system 1, which will be described later.
  • the above program may be one that has been recorded on a computer-readable storage medium H, and may have been installed in the control device 40 from the storage medium H. Further, the storage medium H may be temporary or non-temporary.
  • the first wafer W and the second wafer S are bonded in a bonding device (not shown) outside the wafer processing system 1 to form a superposed wafer T in advance.
  • a cassette Ct containing a plurality of stacked wafers T is placed on the cassette mounting table 11 of the loading/unloading block 10.
  • the superposed wafer T in the cassette Ct is taken out by the wafer transport device 22 and transported to the laser irradiation device 31.
  • the stacked wafer T is transferred from the transfer arm 23 to a chuck 100 disposed at a transfer position A1, and the back surface Sb of the second wafer S is held by suction on the chuck 100.
  • the moving mechanism 104 moves the chuck 100 to the processing position A2.
  • the laser irradiation unit 110 focuses on the laser absorption layer P, more specifically, the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, and the laser beam L (CO 2 laser) is directed onto the interface. irradiate light) in a pulsed manner.
  • the laser light L passes through the first wafer W from the back surface Wb side of the first wafer W and is absorbed in the laser absorption layer P.
  • This laser beam L reduces the bonding strength between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the bonding strength is reduced refers to a state in which the bonding strength is reduced at least compared to before irradiation with the laser beam L
  • the term “bonding strength is reduced” refers to a state in which the bonding strength is reduced at least compared to before irradiation with the laser beam L. including. Note that the mechanism by which the bonding strength between the first wafer W and the laser absorption layer P decreases due to irradiation with the laser beam L will be described in detail later.
  • the camera 120 When irradiating the laser light L to the laser absorption layer P at the processing position A2, first, the camera 120 images the superposed wafer T (first wafer W). Image data captured by camera 120 is output to control device 40 . The control device 40 determines the irradiation start position of the laser light L onto the laser absorption layer P based on the image data.
  • the laser beam L is irradiated from the laser irradiation unit 110 to the entire surface of the laser absorption layer P in a plan view at desired intervals, thereby increasing the bonding strength on the entire surface of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P. decrease. Details of the method of irradiating the laser light L onto the laser absorption layer P will be described later.
  • the chuck 100 (polymerized wafer T) is then moved by the moving mechanism 104. Move to delivery position A1.
  • the stacked wafer T on the chuck 100 is transferred to the transfer arm 23 of the wafer transfer device 22 and transferred to the separation device 32.
  • the separation device 32 as shown in FIG. 5(a), the back surface Sb of the second wafer S is held by suction with a suction chuck 200, and the back surface Wb of the first wafer W is further held by suction with a suction pad 210.
  • the suction pad 210 is raised to separate the first wafer W from the laser absorption layer P. .
  • the bonding strength at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P is reduced by the irradiation of the laser beam L as described above, the bonding strength between the first wafer W and the laser absorption layer P is reduced without applying a large load.
  • the wafer W can be separated.
  • the separated first wafer W is transferred from the suction pad 210 to the transfer arm 23 of the wafer transfer device 22, and then transferred to the second cleaning device 34.
  • the first wafer W carried out from the separation device 32 is turned over, for example, by the operation of a reversing device (not shown) or the suction pad 210, so that the front surface Wa is facing upward. Thereafter, it may be transported to the second cleaning device 34.
  • the surface Wa of the first wafer W which is the surface separated by the separation device 32, is cleaned.
  • the second cleaning device 34 may clean the back surface Wb as well as the front surface Wa. Further, separate cleaning sections may be provided to clean the front surface Wa and the back surface Wb, respectively. Thereafter, the first wafer W that has been cleaned by the second cleaning device 34 is transferred to the cassette Cw of the cassette mounting table 11 by the wafer transfer device 22.
  • the second wafer S held by the suction chuck 200 is transferred to the transfer arm 23 and transferred to the first cleaning device 33.
  • the surface Sa side of the second wafer S which is the surface separated by the separation device 32, specifically, the surface of the laser absorption layer P is cleaned.
  • the back surface Sb of the second wafer S may be cleaned together with the front surface of the laser absorption layer P. Further, cleaning sections for cleaning the front surface of the laser absorption layer P and the back surface Sb of the second wafer S may be provided separately. Thereafter, the second wafer S that has been cleaned by the first cleaning device 33 is transferred to the cassette Cs of the cassette mounting table 11 by the wafer transfer device 22.
  • the laser beam L is irradiated from the back surface Wb side of the first wafer W to the polymerized wafer T held on the chuck 100 (step St11).
  • the laser beam L output from the lens 113 of the laser irradiation unit 110 passes through silicon (first wafer W) and is absorbed by the laser absorption layer P (step St12 in FIG. 7). ).
  • the laser light L absorbed by the laser absorption layer P is converted into heat according to its energy distribution (step St13 in FIG. 7).
  • absorption of the laser beam L causes the temperature of the laser absorption layer P to rise.
  • the temperature of the laser absorption layer P is highest in the area directly under the irradiation of the laser beam L.
  • most of the heat (Ht in the figure) generated in the laser absorption layer P due to absorption of the laser beam L is diffused toward the first wafer W (step St14 in FIG. 7). .
  • thermal diffusion from the laser absorption layer P increases the temperature at the interface between the laser absorption layer P and the first wafer W (silicon).
  • the influence of this heat that is, the increase in the interface temperature between the laser absorption layer P and the first wafer W causes the laser to deteriorate as shown in FIG.
  • the first wafer W in the portion irradiated with the light L expands locally (plastically deforms in a downwardly convex shape with respect to the laser absorption layer P side) according to its temperature distribution (step St15 in FIG. 7).
  • the area affected by the heat generated by the irradiation of the laser beam L may be referred to as the "irradiation area R" of the laser beam L.
  • the first wafer W locally expands in the irradiation area R of the laser beam L.
  • the laser absorption layer P is pressed from above (first wafer W side) due to the expansion of the first wafer W, and thereby, as shown in FIG.
  • a compressive stress ⁇ 1 is generated in the laser absorption layer P at the irradiation position of the laser beam L.
  • the generated compressive stress ⁇ 1 acts in the direction of peeling the first wafer W and the laser absorbing layer P (downward direction in the figure, toward the laser absorbing layer P side), causing the peeling.
  • a stress ⁇ 2 is generated.
  • the silicon (first wafer W) expands in the area immediately under the irradiation of the laser beam L (the central part of the irradiation area R), and compressive stress ⁇ 1 is generated.
  • a peeling stress ⁇ 2 which is a stress in the peeling direction caused by the compressive stress ⁇ 1, is generated at the end Re of the irradiation region R (see FIG. 9).
  • This peeling stress ⁇ 2 is a tensile stress generated at the end Re of the irradiation region R.
  • the generated compressive stress ⁇ 1 and peeling stress ⁇ 2 are accumulated inside the laser absorption layer P.
  • the peeling stresses ⁇ 2 generated in the plurality of irradiation areas R act synergistically (redundantly).
  • the stress ⁇ (compressive stress ⁇ 1 and peeling stress ⁇ 2) accumulated inside the laser absorbing layer P is released by peeling the first wafer W and the laser absorbing layer P.
  • the bonding strength is reduced on the entire surface of the first wafer W and the laser absorbing layer P.
  • the first wafer W and the laser absorption layer P can be appropriately separated in the separation device 32 (step St17 in FIG. 7).
  • the first wafer W in the central part of the irradiation area R (the area directly under the irradiation of the laser beam L), even after peeling occurs at the end Re of the irradiation area R, the first wafer W In some cases, the laser absorption layer P is maintained in a connected state (not peeled off). Therefore, in the wafer processing system 1 according to the technology of the present disclosure, in order to reliably separate the first wafer W from the polymerized wafer T (laser absorption layer P) in the polymerized wafer T after irradiation with the laser beam L, separation is performed. It is preferable to arrange a device 32 and provide a step of separating the first wafer W from the polymerized wafer T in the separation device 32.
  • the above-mentioned ideal state is achieved, that is, separation from the laser absorption layer P occurs on the entire surface of the first wafer W. If the stacked wafers T are transferred to the separation device 32 in a state where the wafers T are separated, there is a risk that the first wafers W may fall from the second wafers S due to inertia or the like accompanying this transfer. Furthermore, if separation from the laser absorption layer P occurs over the entire surface of the first wafer W, there is no need to transport the polymerized wafer T after irradiation with the laser beam L to the separation device 32.
  • the first wafer W is placed at the processing position A2.
  • the irradiation conditions (irradiation position, output, etc.) of the laser beam L are controlled so that at least a part of the interface between the wafer W of No. 1 and the laser absorption layer P remains connected (not separated). It is preferable. This prevents the first wafer W from being completely separated from the laser absorption layer P and scattering or falling from the second wafer S during irradiation with the laser beam L or during transportation to the separation device 32, etc. Ru.
  • the reduction in the bonding strength between the first wafer W and the laser absorption layer P at the processing position A2 of the laser irradiation device 31 is performed as described above. That is, in the present embodiment, the laser irradiation device 31 expands the first wafer W by the heat generated by the irradiation of the laser beam L, and generates compressive stress ⁇ 1 in the laser absorption layer P, so that the first wafer W and the laser beam are A peeling stress ⁇ 2 in the peeling direction is generated at the interface of the absorption layer P, which causes peeling at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, thereby reducing the bonding strength.
  • the laser absorption layer P is irradiated with the laser beam L multiple times as shown in FIG.
  • the number of times of irradiation with the laser beam L until such peeling occurred is not limited to a plurality of times.
  • the peeling stress ⁇ 2 generated by a single irradiation of the laser beam L exceeds the adhesion force ⁇ of the end Re, the single irradiation of the laser beam L will cause the peeling stress ⁇ 2 to Peeling may occur at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the regions in plan view of the polymerized wafer T are set as an outer peripheral region Z0, a first inner peripheral region Z1, a second inner peripheral region Z2, and a central region Z3.
  • Step St20 in FIG. 12 the operator sets the outer circumferential area Z0, the first inner circumferential area Z1, the second inner circumferential area Z2, and the center area Z3, and sets the outer circumferential area Z0, the first inner circumferential area Z1, and the The inner peripheral area Z2 and center area Z3 of No. 2 are stored in the control device 40.
  • the outer peripheral region Z0, the first inner peripheral region Z1, the second inner peripheral region Z2, and the center region Z3 are arranged in this order from the outside in the radial direction toward the inside. Further, the outer circumferential region Z0, the first inner circumferential region Z1, and the second inner circumferential region Z2 are arranged concentrically with the stacked wafer T, and the center region Z3 is arranged concentrically with the stacked wafer T.
  • the outer peripheral region Z0 is the peripheral region of the overlapping wafer T, where the first wafer W (surface film Fw) and the second wafer S (surface film Fs) are not bonded.
  • This region includes an unjoined region Q and a joined region B on the radially inner side of the unjoined region Q.
  • the unjoined region Q includes a chamfered portion (beveled portion) whose peripheral edge is chamfered.
  • the unbonded region Q also includes a region where the first wafer W and the second wafer S are not bonded, for example, due to positional deviation of bonding or other factors.
  • the first inner peripheral region Z1, the second inner peripheral region Z2, and the center region Z3 are regions arranged in the bonding region B of the first wafer W and the second wafer S, respectively.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner while moving the laser beam L in the radial direction.
  • the interval of irradiation of the laser beam L that is, the interval of the pulses constant.
  • the rotation speed of the superposed wafer T is increased as the laser beam L moves from the outside to the inside in the radial direction.
  • the rotational speed of the superposed wafer T reaches the upper limit, then, for example, as the laser light L moves from the outside to the inside in the radial direction, the frequency at which the laser light L is applied in a pulsed manner is decreased. Then, when the rotational speed of the polymerized wafer T reaches the upper limit and the frequency of the laser beam reaches the lower limit, the irradiation interval of the laser beam becomes smaller, for example, as the laser beam L moves from the outside to the inside in the radial direction. , the laser beams L may overlap in the central region of the overlapping wafer T.
  • the laser beam L is irradiated in the outer circumferential region Z0, the first inner circumferential region Z1, and the second inner circumferential region Z2 while rotating the polymerized wafer T.
  • the laser beam L is scanned while the rotation of the overlapping wafer T is stopped.
  • the frequency of the laser beam L is kept constant, and the rotation speed of the polymerized wafer T is varied as the laser beam L moves in the radial direction, so that the laser beam L is pulsed. irradiate. Specifically, when the laser beam L moves from the outside in the radial direction to the inside, the rotation speed of the polymerized wafer T is increased, and when the laser beam L moves from the inside in the radial direction to the outside, the rotation speed of the polymerized wafer T is increased. Slow down.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner by changing the frequency of the laser beam L as the laser beam L moves in the radial direction while keeping the rotational speed of the superposed wafer T constant. Specifically, when the laser beam L moves from the outside in the radial direction to the inside, the frequency of the laser beam L is decreased, and when the laser beam L moves from the inside in the radial direction to the outside, the frequency of the laser beam L is decreased. Enlarge.
  • boundary position between the first inner circumferential region Z1 and the second inner circumferential region Z2 is set at a position where the rotational speed of the stacked wafer T reaches its upper limit.
  • the boundary position between the second inner peripheral area Z2 and the center area Z3 is set at a position where the frequency of the laser beam L reaches the lower limit.
  • the laser absorption layer P is irradiated with laser light L.
  • the processing conditions of the laser processing are changed for each region Z0 to Z3.
  • the outer peripheral region Z0 is irradiated with the laser light L (step St21 in FIG. 12)
  • the second inner peripheral region Z2 is irradiated with the laser light L (step St22 in FIG. 12)
  • the first inner peripheral region Irradiation of laser light L to Z1 step St23 in FIG. 12
  • irradiation of laser light L to central region Z3 step St24 in FIG. 12
  • step St21 in the outer peripheral area Z0, as shown in FIG.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner while moving in the direction.
  • the laser beam L is fixed without scanning.
  • the laser light L is irradiated in a spiral shape from the inside in the radial direction to the outside. Further, due to the peeling mechanism between the first wafer W and the laser absorption layer P caused by the irradiation of the laser beam L described above, as shown in FIG. Peeling occurs.
  • the bonding strength between the first wafer W and the second wafer S that is, the bonding strength of the surface film Fw and the surface film Fs, at the boundary between the unbonded region Q and the bonded region B is Bonding strength is low.
  • the outer peripheral region Z0 is irradiated with the laser beam L, as shown in FIG. No peeling occurs between the wafer W and the laser absorption layer P. Then, the convex shape of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P is transmitted to the surface film Fw, and stress acts on the interface between the surface film Fw and the surface film Fs.
  • This stress may cause peeling at the interface between the surface film Fw and the surface film Fs, which have low bonding strength, at the boundary between the unbonded region Q and the bonded region B.
  • peeling tends to progress with the interface as the tip. That is, in the bonding region B of the outer peripheral region Z0, peeling may not occur at a desired interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the laser beam L is irradiated from the inside in the radial direction to the outside in the outer peripheral region Z0. Then, as shown in FIG. 16, in the bonding region B, separation E1 occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P. At this time, stress ⁇ is generated in each irradiation region R so that peeling E1 occurs from the center to the end Re.
  • the frequency of the laser beam L may be increased (the pitch of the laser beam L may be shortened), or the irradiation intensity of the laser beam L may be increased. It's okay.
  • step St22 in the second inner peripheral region Z2, the rotation mechanism 103 rotates the chuck 100 counterclockwise, and the movement mechanism 104 moves the chuck 100 in the positive direction of the Y axis.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner.
  • the laser beam L is fixed without scanning.
  • the laser light L is irradiated in a spiral manner from the inside in the radial direction to the outside.
  • peeling occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, as shown in FIG.
  • step St23 the first inner circumferential region Z1 is also irradiated with the laser beam L continuously to the second inner circumferential region Z2 in step St22, as shown in FIG. That is, while rotating the chuck 100 counterclockwise by the rotation mechanism 103 and moving the chuck 100 in the positive direction of the Y-axis by the moving mechanism 104, the laser beam L is irradiated in a pulsed manner. At this time, the laser beam L is fixed without scanning.
  • step St23 the laser light L is irradiated spirally from the inside in the radial direction to the outside in the first inner peripheral region Z1.
  • the spiral shape of the laser light L in the first inner peripheral region Z1 is continuous with the spiral shape of the laser light L in the second inner peripheral region Z2 and the spiral shape of the laser light L in the outer peripheral region Z0. That is, in the outer peripheral region Z0, the first inner peripheral region Z1, and the second inner peripheral region Z2, the rotation direction of the chuck 100 is the same counterclockwise, and the irradiation direction (moving direction) of the laser beam L is Since the spiral shape is the same from the inside to the outside in the radial direction, the spiral shape of the laser beam L is continuous.
  • step St23 peeling occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P in the first inner peripheral region Z1.
  • the peeling at the interface between the first wafer W and the laser absorbing layer P in the first inner circumferential area Z1 is the same as the peeling at the interface between the first wafer W and the laser absorbing layer P in the second inner circumferential area Z2 and the peeling at the interface between the first wafer W and the laser absorbing layer P in the second inner circumferential area Z2. This is continuous with the peeling of the interface in region Z0.
  • the stress ⁇ accumulated inside the laser absorption layer P is smaller in the second inner circumferential region Z2 and the first inner circumferential region Z1 than in the outer circumferential region Z0.
  • the frequency of the laser beam L may be decreased (the pitch of the laser beam L may be lengthened), or the irradiation intensity of the laser beam L may be decreased. It's okay.
  • the pitch of the laser beam L is lengthened, the time required for laser processing can be shortened and the throughput can be improved. Further, when the irradiation intensity of the laser beam L is lowered, laser processing can be performed efficiently.
  • the second inner peripheral region Z2 and the first inner peripheral region Z1 a large stress ⁇ is generated so that the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P is completely separated, and the stress ⁇ is If accumulated, there is a risk that the first wafer W may break. Therefore, as described above, in the second inner circumferential region Z2 and the first inner circumferential region Z1, at least a part of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P is separated while remaining connected. To suppress cracking of the wafer W of No. 1.
  • the above-mentioned “state in which the bonding force between the first wafer W and the laser absorption layer P is weak at the end Re” means that the bonding force between the first wafer W and the laser absorption layer P in the first inner peripheral region Z1 is The bonding force is such that when the peeling E3 at the interface is connected to the peeling E1 in the outer peripheral region Z0, the end portion Re peels off.
  • step St24 the rotation of the chuck 100 is stopped in the center region Z3. Then, the laser beam L is irradiated from the laser irradiation unit 110 in a pulsed manner. Further, the laser beam L is scanned in the central region Z3. At this time, as shown in FIG. 20, scanning irradiation of the laser beam L in the X-axis direction and movement of the chuck 100 (polymerized wafer T) in the Y-axis direction are alternately repeated. Alternatively, scanning irradiation of the laser beam L in the X-axis direction and movement of the chuck 100 in the Y-axis negative direction may be synchronized.
  • the laser beam L may be branched by the optical system 112 described above, and multiple points on the laser absorption layer P may be irradiated with the laser beam L at the same time. Furthermore, due to the mechanism of separation between the first wafer W and the laser absorption layer P caused by the irradiation of the laser beam L described above, separation occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P in the central region Z3.
  • steps St20 to St24 separation can be caused at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the first wafer W and the laser absorption layer P can be separated and the device layer Dw of the first wafer W can be transferred to the second wafer S.
  • step St21 in the outer peripheral region Z0, the laser light L is moved from the inside in the radial direction to the outside and irradiated, so that peeling can occur at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P. Then, the bonding strength at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P can be reduced, and the first wafer W and the laser absorption layer P can be separated.
  • step St22 and the first inner circumferential region Z1 of step St23 are continuously irradiated with the laser light L from the inside in the radial direction toward the outside, the first wafer W and Peeling at the interface of the laser absorption layer P can be appropriately connected.
  • At least a part of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P remains connected.
  • the condition is preferable. Therefore, at least a part of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P is maintained in a connected state in at least one of the first inner peripheral region Z1, the second inner peripheral region Z2, and the central region Z3. It is preferable to do so.
  • the processing conditions of the laser processing can be arbitrarily changed for each region Z0 to Z3.
  • the processing conditions include, for example, the rotation speed of the chuck 100, the frequency of the laser beam L, the rotation direction of the chuck 100, the processing order of the regions Z0 to Z3 (the irradiation order of the laser beam L), and the like.
  • the second inner region Z2 is irradiated with laser light L
  • the first inner region Z1 is irradiated with laser light L
  • the outer region Z0 is irradiated with laser light L
  • the center region Z3 is irradiated with laser light L.
  • the laser beam L may be irradiated in this order.
  • the chuck 100 is rotated counterclockwise by the rotating mechanism 103 in the second inner circumferential region Z2 and the first inner circumferential region Z1, similarly to steps St22 and St23.
  • the moving mechanism 104 moves the chuck 100 in the positive direction of the Y-axis, the laser beam L is irradiated in a pulsed manner.
  • the first wafer W and the laser absorption layer P are separated from each other at the edge Re, or the bonding force becomes weak. , the first wafer W and the laser absorption layer P are connected at the center. That is, in the second inner peripheral region Z2 and the first inner peripheral region Z1, the stress ⁇ accumulated inside the laser absorption layer P is reduced. If a large stress ⁇ is generated and accumulated as described above, there is a risk that the first wafer W may be broken. In this regard, cracking of the first wafer W can be suppressed by reducing the stress ⁇ as in this embodiment.
  • the above-mentioned “state in which the bonding force between the first wafer W and the laser absorption layer P is weak at the end Re” means that the bonding force between the first wafer W and the laser absorption layer P in the first inner peripheral region Z1 is The bonding force is such that when the peeling E3 at the interface is connected to the peeling E1 in the outer peripheral region Z0, the end portion Re peels off.
  • the rotating mechanism 103 rotates the chuck 100 counterclockwise, and the moving mechanism 104 rotates the chuck 100 in the Y-axis positive direction, similarly to step St21.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner.
  • a large stress ⁇ is generated in each irradiation region R so that peeling E1 occurs from the center to the end Re.
  • step St24 the laser beam L is scanned while the rotation of the chuck 100 is stopped. Then, in the central region Z3, separation occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the laser light L may be irradiated while moving from the outside in the radial direction to the inside in the first inner peripheral region Z1 and the second inner peripheral region Z2.
  • the outer circumferential region Z0 is irradiated with the laser beam L
  • the first inner circumferential region Z1 is irradiated with the laser beam L
  • the second inner circumferential region Z2 is irradiated with the laser beam L
  • the central region Z3 is irradiated with the laser beam L. Irradiation is performed in this order.
  • the rotating mechanism 103 rotates the chuck 100 counterclockwise, and the moving mechanism 104 moves the chuck 100 in the positive direction of the Y axis.
  • the laser beam L is irradiated in a pulsed manner while Then, in the outer circumferential region Z0, the laser light L is irradiated in a spiral manner from the inside in the radial direction to the outside.
  • a large stress ⁇ is generated in each irradiation region R so that peeling E1 occurs from the center to the end Re.
  • the rotating mechanism 103 rotates the chuck 100 clockwise, and the moving mechanism 104 moves the chuck 100 in the Y-axis negative direction. , irradiates the laser beam L in a pulsed manner. Then, in the first inner circumferential region Z1, the laser light L is irradiated in a spiral manner from the outside in the radial direction toward the inside.
  • the rotating direction of the chuck 100 is opposite to the adjacent outer circumferential region Z0 and the first inner circumferential region Z1, and the direction of irradiation of the laser beam L is also opposite.
  • the spiral shape of the laser beam L can be made continuous in the outer peripheral region Z0 and the first inner peripheral region Z1.
  • the spiral shape of the laser beam L can be made continuous by reversing the rotation direction of the chuck 100 in the adjacent regions.
  • the rotating mechanism 103 rotates the chuck 100 clockwise, and the moving mechanism 104 moves the chuck 100 in the Y-axis negative direction, while the laser beam L is pulsed. irradiate.
  • the laser light L is irradiated spirally from the outside in the radial direction toward the inside.
  • the magnitude of the stress ⁇ accumulated inside the laser absorption layer P is not limited.
  • the first inner peripheral region Z1 is irradiated with the laser light L
  • the separation of the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P due to the laser light L leads to separation E1 in the outer peripheral region Z0. Therefore, in the first inner peripheral region Z1, the first wafer W and the laser absorption layer P are appropriately separated at the interface. This peeling is also transmitted to the second inner circumferential region Z2, and also in the second inner circumferential region Z2, proper peeling occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • step St24 the laser beam L is scanned while the rotation of the chuck 100 is stopped. Then, in the central region Z3, separation occurs at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P.
  • the laser beam L may be irradiated in a pulsed manner by keeping the frequency of the laser beam L constant and varying the rotational speed of the overlapping wafer T as the laser beam L moves in the radial direction.
  • the laser light L may be irradiated in a pulsed manner by changing the frequency of the laser light L as the laser light L moves in the radial direction while keeping the rotational speed of the superposed wafer T constant.
  • the processing conditions are controlled so that the irradiation interval of the laser beam L is constant in the inner peripheral region.
  • the chuck 100 when performing laser processing, the chuck 100 was moved horizontally, but the lens 113 of the laser irradiation unit 110 may be moved horizontally, or both the chuck 100 and the lens 113 may be moved horizontally. It may be moved in the direction. By relatively moving the chuck 100 and the lens 113 in the horizontal direction, laser processing using the laser beam L can be performed.
  • the center region Z3 is scanned and irradiated with the laser beam L while the rotation of the chuck 100 is stopped in step St24, but as shown in FIG.
  • the laser beam L may be scanned and irradiated from the irradiation unit 110.
  • the rotational speed of the chuck 100 in the center region Z3 may be lower than in the outer peripheral region Z0, the first inner peripheral region Z1, and the second inner peripheral region Z2.
  • the laser beam L is irradiated spirally in the outer circumferential region Z0, the first inner circumferential region Z1, and the second inner circumferential region Z2, but it may be irradiated concentrically and annularly. Further, in the embodiment shown in FIG. 23, the laser beam L is irradiated spirally in the center region Z3 as well, but it may be irradiated concentrically and annularly.
  • peeling was caused at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, as shown in FIGS. 8 to 11.
  • a peel-promoting film may be formed on the surface Wa of the first wafer W to appropriately peel the first wafer W and the laser absorption layer P; Peeling may occur at the interface between the film and the laser absorption layer P.
  • a peeling promoting film Pe on the surface Wa of the first wafer W, a peeling promoting film Pe, a laser absorption layer P, a device layer Dw, and a surface film Fw as a laminated film are formed in this order. It can be formed by laminating.
  • the peeling promoting film Pe is formed to facilitate peeling of the first wafer W from the second wafer S, and its adhesion with the first wafer W (silicon) is higher than that with the laser absorption layer P. It is formed of a material that is lower in transparency than the laser beam L and is transparent to the laser beam L, such as silicon nitride (SiN).
  • the laser absorption layer P is irradiated with the laser light L (step St31 in FIG. 25).
  • the laser beam L passes through the first wafer W and the peeling promoting film Pe, and is absorbed by the laser absorption layer P (Step St32 in FIG. 25).
  • the laser light L absorbed by the laser absorption layer P is converted into heat according to its energy distribution (step St33 in FIG. 25), thereby increasing the temperature of the laser absorption layer P.
  • Most of the heat generated in the laser absorption layer P due to the absorption of the laser beam L is diffused to the peeling promotion film Pe on the first wafer W side (step St34 in FIG. 25), and this thermal diffusion causes the laser absorption
  • the temperature at the interface between the layer P and the peel promoting film Pe increases.
  • the influence of this heat causes a phenomenon as shown in FIG. 24(b).
  • the peeling promoting film Pe expands locally according to its temperature distribution (step St35 in FIG. 25).
  • the thermal influence at the interface between the laser absorption layer P and the peel-off promoting film Pe may affect the first wafer W, and as shown in FIG. 24(b), the first wafer W also responds to the temperature distribution. It may also expand locally.
  • the peeling promoting film Pe is formed on the surface Wa of the first wafer W, and the adhesion with the first wafer W (silicon) is lower than the adhesion with the laser absorption layer P.
  • the peel-off promoting film Pe is formed at the interface between the first wafer W and the laser absorption layer P, but for example, the peel-off promoting film Pe is formed at the interface between the laser absorbing layer P and the device layer Dw.
  • the peeling promoting film Pe may be left on the second wafer S side to which the device layer Dw is transferred.
  • Laser irradiation device 40 Control device 100 Chuck 103 Rotation mechanism 104 Movement mechanism 110 Laser irradiation section L Laser light P Laser absorption layer S Second wafer T Polymerized wafer W First wafer

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Abstract

第１の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第２の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、重合基板において、第１の基板と第２の基板の未接合領域を含む外周領域と、外周領域の径方向内側であって第１の基板と第２の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、制御部は、重合基板を回転させると共に、当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、第１の基板とレーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、少なくとも外周領域において、レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と、を実行する。

Description

基板処理装置及び基板処理方法
　本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
　特許文献１には、剥離酸化膜及び半導体素子が表面上に形成された半導体基板において、半導体素子を転写先基板に転写することが開示されている。特許文献１に記載の方法は、半導体基板の裏面より光を照射して剥離酸化膜を局所的に加熱する工程と、剥離酸化膜中、及び／又は剥離酸化膜と半導体基板との界面において剥離を生じさせて、半導体素子を転写先基板に転写させる工程と、を含む。
日本国特開２００７－２２０７４９号公報
　本開示にかかる技術は、レーザ吸収層が第１の基板と第２の基板の界面に形成された重合基板において、第１の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行う。
　本開示の一態様は、第１の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第２の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、前記重合基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、前記基板保持部を回転させる回転機構と、制御部と、を備え、前記重合基板において、前記第１の基板と前記第２の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第１の基板と前記第２の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、前記制御部は、前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第１の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と、を実行する。
　本開示によれば、レーザ吸収層が第１の基板と第２の基板の界面に形成された重合基板において、第１の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行うことができる。
実施形態にかかる重合ウェハの構成例を示す側面図である。 ウェハ処理システムの構成の概略を示す平面図である。 レーザ照射装置の構成の概略を示す平面図である。 レーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。 分離装置の動作の様子を示す側面図である。 レーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 ウェハ処理システムにおけるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 重合ウェハに生じた熱の拡散の様子を示す説明図である。 レーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第１のウェハとレーザ吸収層の剥離の様子を示す説明図である。 第１のウェハとレーザ吸収層の剥離の様子を示す説明図である。 ウェハ処理システムにおけるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 重合ウェハの領域、各領域におけるチャックの回転速度、及び各領域におけるレーザ光の周波数を示す説明図である。 外周領域と第１の内周領域を示す側面図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 外周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第２の内周領域と第１の内周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 第１の内周領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 中心領域にレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 他の実施形態においてレーザ光が照射された重合ウェハの様子を示す説明図である。 剥離促進層とレーザ吸収層の剥離の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を示すフロー図である。
　半導体デバイスの製造工程では、２枚の半導体基板（以下、「ウェハ」という。）が接合された重合ウェハにおいて、第１のウェハの表面に形成されたデバイス層を第２のウェハに転写することが行われている。この第２のウェハに対するデバイス層の転写は、第１のウェハとデバイス層の間に形成されたレーザ吸収層に対してレーザ光を照射し、当該第１のウェハとレーザ吸収層を剥離させることにより実行される。具体的には、例えば重合ウェハを回転させると共に、レーザ光を径方向外側から内側に移動させながら、当該レーザ光をレーザ吸収層にパルス状に照射する。
　ここで、重合ウェハの周縁部は面取りされた面取り部（ベベル部）を有し、かかる周縁部は接合されていない。すなわち、重合ウェハの外周領域は未接合領域を含み、未接合領域と接合領域の境界において、第１のウェハ（デバイス層を含む）と第２のウェハの界面の接合強度が低い。かかる場合、レーザ光を外周領域に照射すると、当該外周領域では、接合強度が低い第１のウェハと第２のウェハの界面で剥離が生じる。
　この状態で、外周領域においてレーザ光を径方向外側から内側に移動させながら照射すると、未接合領域の径方向内側に隣接する接合領域では、剥離した第１のウェハと第２のウェハの界面を先端として剥離が進みやすくなる。すなわち、外周領域の接合領域では、所望の界面である第１のウェハとレーザ吸収層の界面で剥離が生じない。そうすると、第１のウェハのデバイス層を第２のウェハに転写できない場合がある。
　本開示にかかる技術は、レーザ吸収層が第１の基板と第２の基板の界面に形成された重合基板において、第１の基板とレーザ吸収層の剥離を適切に行う。以下、本実施形態にかかる基板処理装置としてのレーザ照射装置を備えたウェハ処理システム、及び基板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。
　本実施形態にかかる後述のウェハ処理システム１では、図１に示すように第１のウェハＷと、第２のウェハＳとが接合された重合基板としての重合ウェハＴに対して処理を行う。以下、第１のウェハＷにおいて、第２のウェハＳと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、第２のウェハＳにおいて、第１のウェハＷと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。
　第１の基板としての第１のウェハＷは、例えばシリコン基板等の半導体ウェハである。一実施形態において、第１のウェハＷは略円板形状を有する。第１のウェハＷの表面Ｗａには、複数の膜が積層した積層膜が形成されている。積層膜は、表面Ｗａ側から順にレーザ吸収層Ｐ、デバイス層Ｄｗ及び表面膜Ｆｗを含む。デバイス層Ｄｗは、複数のデバイスを含む。表面膜Ｆｗとしては、例えば酸化膜（ＴＨＯＸ膜、ＳｉＯ２膜、ＴＥＯＳ膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜又は接着剤などが挙げられる。第１のウェハＷは、この表面膜Ｆｗを介して第２のウェハＳと接合される。なお、表面Ｗａには、デバイス層Ｄｗと表面膜Ｆｗが形成されていない場合もある。この場合、レーザ吸収層Ｐは第２のウェハＳ側に形成され、後述する第２のウェハＳ側のデバイス層Ｄｓが第１のウェハＷ側に転写される。
　レーザ吸収層Ｐは、後述するようにレーザ照射部１１０から照射されたレーザ光を吸収する。レーザ吸収層Ｐには、例えば酸化膜（ＳｉＯ２膜、ＴＥＯＳ膜）が用いられるが、レーザ光を吸収するものであれば特に限定されない。レーザ吸収層Ｐは、例えば後述するウェハ処理システム１の外部において、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスにより形成される。レーザ吸収層Ｐとしての酸化膜（ＳｉＯ２膜、ＴＥＯＳ膜）の組成は、ＣＶＤプロセスに用いられる処理ガスの種類や混合比等に応じて任意に変更できる。
　第２の基板としての第２のウェハＳは、例えばシリコン基板等の半導体ウェハである。第２のウェハＳの表面Ｓａには、積層膜が形成されている。積層膜は、デバイス層Ｄｓと表面膜Ｆｓを表面Ｓａ側からこの順に有する。デバイス層Ｄｓと表面膜Ｆｓはそれぞれ、第１のウェハＷのデバイス層Ｄｗ、表面膜Ｆｗと同様である。そして、第１のウェハＷの表面膜Ｆｗと第２のウェハＳの表面膜Ｆｓが接合される。なお、表面Ｓａには、デバイス層Ｄｓと表面膜Ｆｓが形成されていない場合もある。
　なお、本開示の技術においては、第１のウェハＷと第２のウェハＳの界面に形成された積層膜、具体的にはレーザ吸収層Ｐ、デバイス層Ｄｗ、Ｄｓ、表面膜Ｆｗ、Ｆｓを併せて、「界面層」という場合がある。本開示の技術において、界面層は、少なくともレーザ吸収層Ｐを含む。
　なお、第１のウェハＷと第２のウェハＳの界面に形成される積層膜の種類は、図１に示した例に限定されない。例えば積層膜は、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離を適切に行うための、後述する「剥離促進膜」を含んでもよい。この場合、上記した界面層には剥離促進膜が含まれる。
　図２に示すようにウェハ処理システム１は、搬入出ブロック１０、搬送ブロック２０、及び処理ブロック３０を一体に接続した構成を有している。搬入出ブロック１０と処理ブロック３０は、搬送ブロック２０の周囲に設けられている。具体的に搬入出ブロック１０は、搬送ブロック２０のＹ軸負方向側に配置されている。処理ブロック３０の後述するレーザ照射装置３１及び後述する分離装置３２は搬送ブロック２０のＸ軸負方向側に配置され、後述する第１の洗浄装置３３及び後述する第２の洗浄装置３４は搬送ブロック２０のＸ軸正方向側に配置されている。
　搬入出ブロック１０は、例えば外部との間で複数の重合ウェハＴ、複数の第１のウェハＷ、複数の第２のウェハＳをそれぞれ収容可能なカセットＣｔ、Ｃｗ、Ｃｓがそれぞれ搬入出される。搬入出ブロック１０には、カセット載置台１１が設けられている。図示の例では、カセット載置台１１には、複数、例えば３つのカセットＣｔ、Ｃｗ、ＣｓをＸ軸方向に一列に載置可能になっている。なお、カセット載置台１１に載置されるカセットＣｔ、Ｃｗ、Ｃｓ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。
　搬送ブロック２０には、Ｘ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動可能に構成されたウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、重合ウェハＴ、第１のウェハＷ又は第２のウェハＳを保持して搬送する、例えば２つの搬送アーム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回りに移動可能に構成されている。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。そして、ウェハ搬送装置２２は、カセット載置台１１のカセットＣｔ、Ｃｗ、Ｃｓ、レーザ照射装置３１、分離装置３２、第１の洗浄装置３３及び第２の洗浄装置３４に対して、重合ウェハＴ、第１のウェハＷ、第２のウェハＳを搬送可能に構成されている。
　処理ブロック３０は、レーザ照射装置３１、分離装置３２、第１の洗浄装置３３及び第２の洗浄装置３４を有している。一例において、レーザ照射装置３１と分離装置３２は、搬送ブロック２０のＸ軸負方向側において積層して配置される。また、第１の洗浄装置３３と第２の洗浄装置３４は、搬送ブロック２０のＸ軸正方向側において積層して配置される。なお、レーザ照射装置３１、分離装置３２、第１の洗浄装置３３及び第２の洗浄装置３４の数や配置はこれに限定されるものではない。
　レーザ照射装置３１は、重合ウェハＴの内部、より具体的には第１のウェハＷの表面Ｗａに形成されたレーザ吸収層Ｐにレーザ光を照射して第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面における接合強度を低下させる。
　図３に示すようにレーザ照射装置３１の内部には受渡位置Ａ１と処理位置Ａ２が設定されている。受渡位置Ａ１は、搬送アーム２３から後述のチャック１００に重合ウェハＴの受け渡しができる位置であって、且つ、後述のカメラ１２０により重合ウェハＴ（レーザ吸収層Ｐ）を撮像できる位置である。処理位置Ａ２は、後述のレーザ照射部１１０から重合ウェハＴ（レーザ吸収層Ｐ）にレーザ光を照射できる位置である。
　図３及び図４に示すように、レーザ照射装置３１は、重合ウェハＴを上面で保持する、基板保持部としてのチャック１００を有している。チャック１００は上面に重合ウェハＴの保持面を備え、第２のウェハＳの裏面Ｓｂの全面、又は裏面Ｓｂの径方向内側の一部を吸着保持する。チャック１００は、一例として静電チャック（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｃｈｕｃｋ）や真空チャック（Ｖａｃｕｕｍ　Ｃｈｕｃｋ）である。チャック１００には、重合ウェハＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、チャック１００を貫通して形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、昇降可能に構成されている。
　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、θ軸（鉛直軸）回りに回転可能に構成されている。スライダテーブル１０２は、その下面側に設けられた移動機構１０４によって、基台１０５に設けられＹ軸方向に延伸するレール１０６に沿って、上記した受渡位置Ａ１と処理位置Ａ２の間で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。
　処理位置Ａ２におけるチャック１００の上方には、レーザ照射部１１０が設けられている。レーザ照射部１１０は、レーザヘッド１１１、光学系１１２、及びレンズ１１３を有している。レーザ照射部１１０は、レーザ光を走査（スキャン）させることができる。以下の説明において、レーザ光を走査させるとは、レーザ照射部１１０のレンズ１１３から照射されるレーザ光を、レーザ吸収層Ｐに対して移動させることをいう。
　レーザヘッド１１１は、レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器（図示せず）を有している。このレーザ光は、いわゆるパルスレーザである。また、本実施形態ではレーザ光はＣＯ２レーザ光であり、ＣＯ２レーザ光の波長は例えば８．９μｍ～１１μｍである。なお、レーザヘッド１１１は、レーザ発振器の他の機器、例えば増幅器などを有していてもよい。
　光学系１１２は、レーザ光の強度や位置を制御する光学素子（図示せず）と、レーザ光を減衰させて出力を調整するアッテネータ（図示せず）と、レーザ光を走査させるレーザ走査部（図示せず）を有している。レーザ走査部には、例えばロータリーウェッジスキャナやガルバノスキャナが用いられる。また、光学系１１２は、レーザ光の分岐を制御可能に構成されてもよい。
　レンズ１１３は、チャック１００に保持された重合ウェハＴにレーザ光を照射する。レーザ照射部１１０から発せられたレーザ光は第１のウェハＷを透過し、レーザ吸収層Ｐに照射される。レンズ１１３は、移動機構（図示せず）によって水平方向に移動可能に構成されていてもよいし、昇降機構（図示せず）によって鉛直方向に昇降可能に構成されていてもよい。
　また、受渡位置Ａ１におけるチャック１００の上方には、カメラ１２０が設けられている。カメラ１２０は、マクロカメラやマイクロカメラ等から選択される１つ以上のカメラを有している。なお、カメラ１２０は、移動機構（図示せず）によって水平方向に移動可能に構成されていてもよいし、昇降機構（図示せず）によって鉛直方向に昇降可能に構成されていてもよい。
　カメラ１２０は、チャック１００に保持された重合ウェハＴを撮像する。カメラ１２０は、例えば同軸レンズを備え、赤外光（ＩＲ）を照射し、さらに対象物からの反射光を受光する。カメラ１２０で撮像された画像データは、後述する制御装置４０に出力される。
　なお、後述するようにウェハ処理システム１は制御装置４０を有しているが、かかる制御装置４０は、レーザ照射装置３１に設けられ当該レーザ照射装置３１を制御する制御部としても機能する。
　分離部としての分離装置３２は、レーザ照射装置３１で接合強度が低下された、剥離部分としての第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面を基点として第２のウェハＳ（重合ウェハＴ）から第１のウェハＷを剥離する。
　一例において分離装置３２は、図５に示すように、第２のウェハＳの裏面Ｓｂを下方から吸着保持する吸着チャック２００と、第１のウェハＷの裏面Ｗｂを上方から吸着保持する吸着パッド２１０とを有する。そして分離装置３２では、図５に示すように吸着チャック２００が第２のウェハＳを吸着保持し、吸着パッド２１０が第１のウェハＷを吸着保持した状態で、当該吸着パッド２１０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐから第１のウェハＷを剥離する。
　なお、分離装置３２の構成はこれに限定されるものではなく、第２のウェハＳから第１のウェハＷを剥離できれば、任意の構成をとることができる。
　第１の洗浄装置３３は、分離装置３２での剥離により分離された第２のウェハＳの表面Ｓａ側を洗浄する。例えば第２のウェハＳの表面Ｓａ側のレーザ吸収層Ｐにブラシを当接させて、当該レーザ吸収層Ｐを洗浄する。なお、第２のウェハＳの洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、第１の洗浄装置３３は、第２のウェハＳの表面Ｓａ側と共に、裏面Ｓｂを洗浄する構成を有していてもよい。
　第２の洗浄装置３４は、分離装置３２での剥離により分離された第１のウェハＷの表面Ｗａ側を洗浄する。例えば第１のウェハＷの表面Ｗａにブラシを当接させて、当該表面Ｗａを洗浄する。なお、第１のウェハＷの洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、第２の洗浄装置３４は、第１のウェハＷの表面Ｗａ側と共に、裏面Ｗｂを洗浄する構成を有していてもよい。
　なお、本実施形態においては、上記したように第２のウェハＳを洗浄する第１の洗浄装置３３と第１のウェハＷを洗浄する第２の洗浄装置３４をそれぞれ独立して配置したが、第１のウェハＷの洗浄と第２のウェハＳの洗浄は、同一の洗浄装置を用いて行われてもよい。この場合、第１のウェハＷと第２のウェハＳの洗浄は同時に行われてもよいし、又は独立して行われてもよい。
　また、本実施形態においては、分離装置３２を用いて第２のウェハＳから第１のウェハＷを剥離したが、レーザ照射装置３１の内部においてかかる剥離を行ってもよい。例えばレーザ照射装置３１の受渡位置Ａ１に、昇降可能な搬送パッド（図示せず）を設ける。そして、チャック１００が第２のウェハＳを吸着保持した状態で、搬送パッドで第１のウェハＷを吸着保持し、更に搬送パッドを上昇させることで、第２のウェハＳから第１のウェハＷを剥離する。
　以上のウェハ処理システム１には、制御部としての制御装置４０が設けられている。制御装置４０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４０にインストールされたものであってもよい。また、上記記憶媒体Ｈは、一時的なものであっても非一時的な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。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、第１のウェハＷと第２のウェハＳが接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。
　先ず、複数の重合ウェハＴを収納したカセットＣｔが、搬入出ブロック１０のカセット載置台１１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、レーザ照射装置３１に搬送される。レーザ照射装置３１において重合ウェハＴは、搬送アーム２３から受渡位置Ａ１に配置されたチャック１００に受け渡され、チャック１００に第２のウェハＳの裏面Ｓｂが吸着保持される。続いて、移動機構１０４によってチャック１００を処理位置Ａ２に移動させる。
　次に、図６に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ、より詳細には第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面に焦点を合わせ、当該界面にレーザ光Ｌ（ＣＯ２レーザ光）をパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは、第１のウェハＷの裏面Ｗｂ側から当該第１のウェハＷを透過し、レーザ吸収層Ｐにおいて吸収される。そして、このレーザ光Ｌによって、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合強度を低下させる。なお、実施形態において「接合強度が低下」とは、少なくともレーザ光Ｌの照射前と比較して接合強度が低下している状態のことを言い、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離を含む。
　なお、レーザ光Ｌの照射により生じる第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合強度の低下メカニズムについての詳細は後述する。
　処理位置Ａ２におけるレーザ吸収層Ｐへのレーザ光Ｌの照射に際しては、先ず、カメラ１２０で重合ウェハＴ（第１のウェハＷ）を撮像する。カメラ１２０で撮像された画像データは、制御装置４０に出力される。制御装置４０では、画像データに基づいて、レーザ吸収層Ｐに対するレーザ光Ｌの照射開始位置を決定する。
　続いて処理位置Ａ２では、レーザ照射部１１０から平面視におけるレーザ吸収層Ｐの全面に所望の間隔でレーザ光Ｌを照射し、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の全面で接合強度を低下させる。このレーザ吸収層Ｐに対するレーザ光Ｌの照射方法の詳細は後述する。
　レーザ吸収層Ｐの全面にレーザ光Ｌが照射され、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの全面で接合強度が低下されると、次に、移動機構１０４によってチャック１００（重合ウェハＴ）を受渡位置Ａ１に移動させる。
　次に、チャック１００上の重合ウェハＴはウェハ搬送装置２２の搬送アーム２３に受け渡され、分離装置３２に搬送される。分離装置３２では、図５（ａ）に示したように吸着チャック２００で第２のウェハＳの裏面Ｓｂを吸着保持し、更に吸着パッド２１０で第１のウェハＷの裏面Ｗｂを吸着保持する。その後、図５（ｂ）に示したように吸着パッド２１０が第１のウェハＷを吸着保持した状態で、当該吸着パッド２１０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐから第１のウェハＷを剥離する。この際、上述したようにレーザ光Ｌの照射によって第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面では接合強度が低下しているので、大きな荷重をかけることなく、レーザ吸収層Ｐから第１のウェハＷを分離することができる。
　分離された第１のウェハＷは、吸着パッド２１０からウェハ搬送装置２２の搬送アーム２３に受け渡され、第２の洗浄装置３４に搬送される。この際、分離装置３２から搬出される第１のウェハＷは、例えば反転装置（図示せず）や吸着パッド２１０の動作により表裏面が反転されて、表面Ｗａが上側を向いた状態とされた後、第２の洗浄装置３４に搬送されてもよい。
　第２の洗浄装置３４では、分離装置３２で分離された側の面である第１のウェハＷの表面Ｗａが洗浄される。なお、第２の洗浄装置３４では表面Ｗａと共に裏面Ｗｂが洗浄されてもよい。また、表面Ｗａと裏面Ｗｂをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。その後、第２の洗浄装置３４による洗浄が施された第１のウェハＷは、ウェハ搬送装置２２によりカセット載置台１１のカセットＣｗに搬送される。
　一方、吸着チャック２００に保持されている第２のウェハＳについては、搬送アーム２３に受け渡され、第１の洗浄装置３３に搬送される。第１の洗浄装置３３では、分離装置３２で分離された側の面である第２のウェハＳの表面Ｓａ側、具体的にはレーザ吸収層Ｐの表面が洗浄される。なお、第１の洗浄装置３３では、レーザ吸収層Ｐの表面と共に、第２のウェハＳの裏面Ｓｂが洗浄されてもよい。また、レーザ吸収層Ｐの表面と第２のウェハＳの裏面Ｓｂをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。その後、第１の洗浄装置３３による洗浄が施された第２のウェハＳは、ウェハ搬送装置２２によりカセット載置台１１のカセットＣｓ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。
　続いて、上記したレーザ照射装置３１の処理位置Ａ２におけるレーザ光Ｌの照射により生じる、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合強度の低下にかかるメカニズムの詳細について説明する。
　上記したように、レーザ照射装置３１の処理位置Ａ２では、チャック１００に保持された重合ウェハＴに対して、第１のウェハＷの裏面Ｗｂ側からレーザ光Ｌが照射される（図７のステップＳｔ１１）。レーザ照射部１１０のレンズ１１３から出力されたレーザ光Ｌは、図６に示したように、シリコン（第１のウェハＷ）を透過してレーザ吸収層Ｐに吸収される（図７のステップＳｔ１２）。
　レーザ吸収層Ｐで吸収されたレーザ光Ｌは、そのエネルギー分布に応じて熱に変換される（図７のステップＳｔ１３）。換言すれば、レーザ光Ｌの吸収により、レーザ吸収層Ｐの温度が上昇する。レーザ吸収層Ｐの温度は、レーザ光Ｌの照射直下の領域で最も高くなっている。
　レーザ光Ｌの吸収によりレーザ吸収層Ｐにおいて生じた熱（図中のＨｔ）は、図８に示すように、その大部分が第１のウェハＷ側へと拡散する（図７のステップＳｔ１４）。換言すれば、レーザ吸収層Ｐからの熱拡散により、レーザ吸収層Ｐと第１のウェハＷ（シリコン）の界面の温度が上昇する。
　レーザ吸収層Ｐで生じた熱が第１のウェハＷ側へと拡散すると、この熱の影響、すなわちレーザ吸収層Ｐと第１のウェハＷの界面温度の上昇により、図９に示すようにレーザ光Ｌの照射部分における第１のウェハＷがその温度分布に応じて局所的に膨張（レーザ吸収層Ｐ側に対して、下側凸形状に塑性変形）する（図７のステップＳｔ１５）。
　以下、レーザ光Ｌの照射により生じる熱の影響を受ける領域を、レーザ光Ｌの「照射領域Ｒ」という場合がある。換言すれば、第１のウェハＷは、レーザ光Ｌの照射領域Ｒにおいて局所的に膨張する。
　ここで、第１のウェハＷが膨張すると、この第１のウェハＷの膨張に伴ない、レーザ吸収層Ｐが上側（第１のウェハＷ側）から押圧され、これにより、図９に示したようにレーザ光Ｌの照射位置におけるレーザ吸収層Ｐには圧縮応力σ１が発生する。発生した圧縮応力σ１は、図９に示したように、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐを剥離する方向（図中の下向き方向であって、レーザ吸収層Ｐ側）に作用して剥離応力σ２を発生させる。
　換言すれば、レーザ光Ｌの照射領域Ｒにおいては、レーザ光Ｌの照射直下の領域（照射領域Ｒの中央部）においてシリコン（第１のウェハＷ）が膨張して圧縮応力σ１が発生すると共に、照射領域Ｒの端部Ｒｅ（図９を参照）において圧縮応力σ１に起因する剥離方向の応力である剥離応力σ２が発生する。この剥離応力σ２は、照射領域Ｒの端部Ｒｅにおいて生じる引張応力である。
　発生した圧縮応力σ１及び剥離応力σ２は、レーザ吸収層Ｐの内部に蓄積される。この時、照射領域Ｒの端部Ｒｅにおいては、複数の照射領域Ｒで発生した剥離応力σ２が相乗的（重複的）に作用する。
　そして、照射領域Ｒの端部Ｒｅにおける剥離応力σ２の蓄積総量（相乗量）が、当該端部Ｒｅにおける単位面積当たりの第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの密着力Σを超えたとき（ｎ×σ２＞Σ（ただし、ｎは自然数でレーザ光Ｌの照射数））、図１０に示すように照射領域Ｒの端部Ｒｅにおいて第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとの界面で剥離が生じ、この結果、レーザ吸収層Ｐと第１のウェハＷの接合強度が低下する（図７のステップＳｔ１６）。
　なお、レーザ吸収層Ｐの内部に蓄積されていた応力σ（圧縮応力σ１及び剥離応力σ２）は、この第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離により解放される。
　そして、レーザ照射装置３１の処理位置Ａ２では、図１１に示すように、平面視で第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとの界面の全面で剥離を生じさせることで、換言すれば、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとの界面の全面で、照射領域Ｒの端部Ｒｅで生じた剥離を繋げることで、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの全面において接合強度を低下させ、これにより、分離装置３２において第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとを適切に分離できる（図７のステップＳｔ１７）。
　なお、処理位置Ａ２におけるレーザ光Ｌの照射後の重合ウェハＴにおいては、第１のウェハＷの全面においてレーザ吸収層Ｐとの剥離が生じていること、換言すれば、照射領域Ｒの端部Ｒｅで剥離が生じた後、剥離応力σ２により照射直下の領域を含む照射領域Ｒの中央部でも、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが剥離されていることが理想である。しかしながら、図１０に示したように、照射領域Ｒの中央部（レーザ光Ｌの照射直下の領域）においては、照射領域Ｒの端部Ｒｅで剥離が生じた後においても、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが繋がったままの状態（剥離されていない状態）が維持されることがある。このため、本開示の技術にかかるウェハ処理システム１においては、レーザ光Ｌ照射後の重合ウェハＴにおいて、第１のウェハＷを重合ウェハＴ（レーザ吸収層Ｐ）から確実に分離するため、分離装置３２を配置し、当該分離装置３２において第１のウェハＷを重合ウェハＴから分離する工程を設けることが好ましい。
　ここで、このように重合ウェハＴからの第１のウェハＷの分離を分離装置３２で行う場合、上記した理想の状態、すなわち第１のウェハＷの全面においてレーザ吸収層Ｐとの剥離が生じている状態で分離装置３２に対する重合ウェハＴの搬送を行うと、この搬送に伴う慣性力等により第１のウェハＷが第２のウェハＳから落下してしまうおそれがある。
　また、このように第１のウェハＷの全面においてレーザ吸収層Ｐとの剥離が生じていると、レーザ光Ｌの照射後の重合ウェハＴを分離装置３２に搬送する必要がない場合であっても、処理位置Ａ２におけるレーザ吸収層Ｐに対するレーザ光Ｌの照射中において、チャック１００の回転に伴う遠心力等により第１のウェハＷが第２のウェハＳ上から飛んでしまうおそれがある。
　かかる点に鑑みて、レーザ吸収層Ｐに対するレーザ光Ｌの照射中、及び重合ウェハＴの搬送中に第１のウェハＷが飛散、落下してしまうことを抑制するため、処理位置Ａ２では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態（剥離されていない状態）を維持するように、レーザ光Ｌの照射条件（照射位置や出力等）を制御することが好ましい。
　これにより、レーザ光Ｌの照射中や分離装置３２への搬送中等において第１のウェハＷがレーザ吸収層Ｐから完全に分離され、第２のウェハＳから飛散、落下してしまうことが抑制される。
　レーザ照射装置３１の処理位置Ａ２における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合強度の低下は、以上のようにして行われる。すなわち、本実施形態においてレーザ照射装置３１では、レーザ光Ｌの照射により生じる熱により第１のウェハＷを膨張させ、レーザ吸収層Ｐに圧縮応力σ１を発生させることで第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面に剥離方向の剥離応力σ２が発生し、これにより第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせることで、接合強度を低下させる。
　なお、上記実施形態においては、図９に示したようにレーザ吸収層Ｐに対して複数回のレーザ光Ｌの照射を行い、これにより生じる剥離応力σ２の蓄積総量が第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの密着力Σを超えた際に照射領域Ｒの端部Ｒｅで剥離が発生したが、かかる剥離が発生するまでのレーザ光Ｌの照射回数は複数回とは限られない。
　例えばレーザ光Ｌの照射単発（１回）で発生する剥離応力σ２が、端部Ｒｅの密着力Σを超える場合には、当該単発のレーザ光Ｌの照射によって、照射領域Ｒの端部Ｒｅにおいて第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面に剥離が生じる場合もある。
　次に、上記したレーザ照射装置３１の処理位置Ａ２においてレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する方法の詳細について説明する。
　先ず、図１３に示すように重合ウェハＴ（レーザ吸収層Ｐ）の平面視における領域を、外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３に設定する（図１２のステップＳｔ２０）。具体的には、例えばオペレータが外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３に設定し、これら外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３は制御装置４０に記憶される。外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３は、径方向外側から内側に向けてこの順で配置される。また外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、及び第２の内周領域Ｚ２は重合ウェハＴと同心環状に配置され、中心領域Ｚ３は重合ウェハＴと同心円状に配置される。
　図１３及び図１４に示すように外周領域Ｚ０は、重合ウェハＴの周縁領域であって、第１のウェハＷ（表面膜Ｆｗ）と第２のウェハＳ（表面膜Ｆｓ）が接合されていない未接合領域Ｑと、未接合領域Ｑの径方向内側の接合領域Ｂとを含む領域である。未接合領域Ｑは、周縁部が面取り加工された面取り部（ベベル部）を含む。また未接合領域Ｑは、例えば接合の位置ずれやその他の要因で、第１のウェハＷと第２のウェハＳが接合されていない領域も含む。
　第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３はそれぞれ、第１のウェハＷと第２のウェハＳの接合領域Ｂに配される領域である。
　ここで、本実施形態では、重合ウェハＴを回転させると共に、レーザ光Ｌを径方向に移動させながら、当該レーザ光Ｌをパルス状に照射する。この際、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離をウェハ面内で均一に行うためには、レーザ光Ｌを照射する間隔、すなわちパルスの間隔を一定にするのが好ましい。この点、レーザ光Ｌの照射間隔を一定にするため、例えばレーザ光Ｌが径方向外側から内側に移動するにしたがって重合ウェハＴの回転速度を速くする。また重合ウェハＴの回転速度が上限に達すると、次に、例えばレーザ光Ｌが径方向外側から内側に移動するにしたがってレーザ光Ｌをパルス状に照射する際の周波数を小さくする。そして、重合ウェハＴの回転速度が上限に達し、且つ、レーザ光の周波数が下限に達すると、例えばレーザ光Ｌが径方向外側から内側に移動するにしたがってレーザ光の照射間隔は小さくなっていき、重合ウェハＴの中心領域ではレーザ光Ｌが重なる場合がある。
　そこで、本実施形態では、外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、及び第２の内周領域Ｚ２において、重合ウェハＴを回転させながらレーザ光Ｌを照射する。一方、中心領域Ｚ３において、重合ウェハＴの回転を停止させた状態でレーザ光Ｌを走査させる。
　外周領域Ｚ０及び第１の内周領域Ｚ１では、レーザ光Ｌの周波数を一定にしつつ、レーザ光Ｌの径方向移動に伴い重合ウェハＴの回転速度を変動させて、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。具体的には、レーザ光Ｌが径方向外側から内側に移動する際には重合ウェハＴの回転速度を速くし、レーザ光Ｌが径方向内側から外側に移動する際には重合ウェハＴの回転速度を遅くする。
　第２の内周領域Ｚ２では、重合ウェハＴの回転速度を一定にしつつ、レーザ光Ｌの径方向移動に伴いレーザ光Ｌの周波数を変動させて、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。具体的には、レーザ光Ｌが径方向外側から内側に移動する際にはレーザ光Ｌの周波数を小さくし、レーザ光Ｌが径方向内側から外側に移動する際にはレーザ光Ｌの周波数を大きくする。
　なお、第１の内周領域Ｚ１と第２の内周領域Ｚ２の境界位置は、重合ウェハＴの回転速度が上限に達する位置に設定される。第２の内周領域Ｚ２と中心領域Ｚ３の境界位置は、レーザ光Ｌの周波数が下限に達する位置に設定される。
　次に、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する。この際、領域Ｚ０～Ｚ３毎にレーザ処理の処理条件を変更する。そして本実施形態では、外周領域Ｚ０に対するレーザ光Ｌの照射（図１２のステップＳｔ２１）、第２の内周領域Ｚ２に対するレーザ光Ｌの照射（図１２のステップＳｔ２２）、第１の内周領域Ｚ１に対するレーザ光Ｌの照射（図１２のステップＳｔ２３）、及び中心領域Ｚ３に対するレーザ光Ｌの照射（図１２のステップＳｔ２４）をこの順で行う。
　ステップＳｔ２１において外周領域Ｚ０では、図１５に示すように回転機構１０３によってチャック１００（チャック１００に保持された重合ウェハＴ）を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは走査させずに固定する。そうすると、外周領域Ｚ０において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Ｌが螺旋状に照射される。また、上記したレーザ光Ｌの照射により生じる第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離メカニズムにより、図１６に示すように外周領域Ｚ０では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。
　なお、外周領域Ｚ０は未接合領域Ｑを含むため、未接合領域Ｑと接合領域Ｂの境界において、第１のウェハＷと第２のウェハＳの接合強度、すなわち表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの接合強度が低い。かかる場合、レーザ光Ｌを外周領域Ｚ０に照射すると、図１７に示すように外周領域Ｚ０では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの密着力Σを剥離応力σ２が超えない場合、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐでは剥離が生じない。そして、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の凸形状が表面膜Ｆｗに伝わり、表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの界面に応力が作用する。この応力により、未接合領域Ｑと接合領域Ｂの境界において、接合強度が低い表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの界面で剥離が生じる場合がある。この状態で、外周領域Ｚ０においてレーザ光Ｌを径方向外側から内側に移動させて照射すると、未接合領域Ｑの径方向内側に隣接する接合領域Ｂでは、剥離した表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの界面を先端として剥離が進みやすくなる。すなわち、外周領域Ｚ０の接合領域Ｂでは、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの所望の界面で剥離が生じない場合がある。
　そこで、本実施形態では、外周領域Ｚ０において、径方向内側から外側に向けてレーザ光Ｌを照射する。そうすると、図１６に示すように接合領域Ｂにおいて、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離Ｅ１が生じる。この際、各照射領域Ｒには、剥離Ｅ１が中央部から端部Ｒｅにわたって生じるように、応力σを発生させる。このように大きい応力σを発生させるためには、例えばレーザ光Ｌの周波数を大きくしてもよいし（レーザ光Ｌのピッチを短くしてもよいし）、レーザ光Ｌの照射強度を高くしてもよい。また、接合領域Ｂと未接合領域Ｑの境界では、表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの界面の接合強度が低いため、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面から表面膜Ｆｗと表面膜Ｆｓの界面に向けて延伸する剥離Ｅ２が生じる。なお、剥離Ｅ２が生じたとしても、当該剥離Ｅ２の径方向外側のデバイス層Ｄｗは製品化されないデバイスなので、影響はない。
　次に、ステップＳｔ２２において第２の内周領域Ｚ２では、図１８に示すように回転機構１０３によってチャック１００を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは走査させずに固定する。そうすると、第２の内周領域Ｚ２において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Ｌが螺旋状に照射される。また、第２の内周領域Ｚ２では、図１１に示したように第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。
　次に、ステップＳｔ２３において第１の内周領域Ｚ１でも、図１８に示すようにステップＳｔ２２における第２の内周領域Ｚ２に連続してレーザ光Ｌを照射する。すなわち、回転機構１０３によってチャック１００を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは走査させずに固定する。
　そうするとステップＳｔ２３では、第１の内周領域Ｚ１において、径方向内側から外側に向けて、レーザ光Ｌが螺旋状に照射される。この第１の内周領域Ｚ１におけるレーザ光Ｌの螺旋状は、第２の内周領域Ｚ２におけるレーザ光Ｌの螺旋状と、外周領域Ｚ０におけるレーザ光Ｌの螺旋状に連続する。すなわち、外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１、及び第２の内周領域Ｚ２において、チャック１００の回転方向は反時計回りに同一であって、レーザ光Ｌの照射方向（移動方向）は径方向内側から外側に同一であるため、レーザ光Ｌの螺旋状は連続する。
　またステップＳｔ２３では、図１９に示すように第１の内周領域Ｚ１において、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。この第１の内周領域Ｚ１における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離は、第２の内周領域Ｚ２における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離と、外周領域Ｚ０における界面の剥離に連続する。
　なお、ステップＳｔ２２の第２の内周領域Ｚ２とステップＳｔ２３の第１の内周領域Ｚ１では、各照射領域Ｒにおいて、端部Ｒｅで第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが剥離し、もしくは、接合力が弱い状態になり、中央部で第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが繋がっている。すなわち、外周領域Ｚ０に比べて、第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１では、レーザ吸収層Ｐの内部に蓄積される応力σが小さい。このように小さい応力σを発生させるためには、例えばレーザ光Ｌの周波数を小さくしてもよいし（レーザ光Ｌのピッチを長くしてもよいし）、レーザ光Ｌの照射強度を低くしてもよい。レーザ光Ｌのピッチを長くする場合、レーザ処理にかかる時間を短縮して、スループットを向上させることができる。また、レーザ光Ｌの照射強度を低くする場合、レーザ処理を効率よく行うことができる。
　ここで、第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１において、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面が完全に剥離するような大きい応力σを発生させ、当該応力σが蓄積されると、第１のウェハＷが割れるおそれがある。そこで、上述したように第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態で剥離し、第１のウェハＷの割れを抑制する。
　そして、図１９に示すように第１の内周領域Ｚ１における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離Ｅ３が、外周領域Ｚ０における剥離Ｅ１に繋がると、第１の内周領域Ｚ１と第２の内周領域Ｚ２において第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の全面が剥離する。なお、前述した「端部Ｒｅで第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合力が弱い状態」とは、このように第１の内周領域Ｚ１における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離Ｅ３が、外周領域Ｚ０における剥離Ｅ１に繋がった際に、端部Ｒｅが剥離する程度の接合力である。
　次に、ステップＳｔ２４において中心領域Ｚ３では、チャック１００の回転を停止する。そして、レーザ照射部１１０からレーザ光Ｌをパルス状に照射する。また、中心領域Ｚ３においてこのレーザ光Ｌを走査させる。この際、図２０に示すようにレーザ光ＬのＸ軸方向の走査照射と、チャック１００（重合ウェハＴ）のＹ軸方向への移動を交互に繰り返し行う。あるいは、レーザ光ＬのＸ軸方向の走査照射と、チャック１００のＹ軸負方向移動を同期させてもよい。なお、ウェハ処理のスループットを向上させるため、上記した光学系１１２によりレーザ光Ｌを分岐させ、レーザ吸収層Ｐの複数点に同時にレーザ光Ｌを照射してもよい。また、上記したレーザ光Ｌの照射により生じる第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離メカニズムにより、中心領域Ｚ３では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。
　本実施形態によれば、ステップＳｔ２０～Ｓｔ２４を行うことで、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせることができる。その結果、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとを分離して、第１のウェハＷのデバイス層Ｄｗを第２のウェハＳに転写することができる。
　また、ステップＳｔ２１において外周領域Ｚ０では、レーザ光Ｌを径方向内側から外側に移動させて照射するので、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせることができる。そうすると、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の接合強度を低下させることができ、当該第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐとを剥離させることができる。
　また、ステップＳｔ２２の第２の内周領域Ｚ２とステップＳｔ２３の第１の内周領域Ｚ１では、径方向内側から外側に向けてレーザ光Ｌを連続して照射するので、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面での剥離を適切に繋げることができる。
　なお、上述したようにレーザ照射装置３１におけるレーザ光Ｌ照射後の重合ウェハＴを適切に搬送することを鑑みると、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の少なくとも一部が繋がったままの状態が好ましい。そこで、第１の内周領域Ｚ１、第２の内周領域Ｚ２、及び中心領域Ｚ３の少なくともいずれかにおいて、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の少なくとも一部を繋がった状態を維持するのが好ましい。
　なお、上記実施形態の効果を享受するため、すなわち少なくとも外周領域Ｚ０において第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離させるためには、当該外周領域Ｚ０において径方向内側から外側に向けてレーザ光Ｌを照射すればよい。そして、その他の処理条件は上記実施形態に限定されない。
　具体的に領域Ｚ０～Ｚ３毎に、レーザ処理の処理条件を任意に変更することができる。処理条件は、例えばチャック１００の回転速度、レーザ光Ｌの周波数、チャック１００の回転方向、領域Ｚ０～Ｚ３の加工順序（レーザ光Ｌの照射順序）などである。
　例えば、図２１に示すように第２の内周領域Ｚ２に対するレーザ光Ｌの照射、第１の内周領域Ｚ１に対するレーザ光Ｌの照射、外周領域Ｚ０に対するレーザ光Ｌの照射、及び中心領域Ｚ３に対するレーザ光Ｌの照射をこの順で行ってもよい。
　かかる場合、図２１（ａ）に示すように第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１において、ステップＳｔ２２、Ｓｔ２３と同様に、回転機構１０３によってチャック１００を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。
　第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１では、各照射領域Ｒにおいて、端部Ｒｅで第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが剥離し、もしくは、接合力が弱い状態になり、中央部で第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐが繋がっている。すなわち、第２の内周領域Ｚ２と第１の内周領域Ｚ１では、レーザ吸収層Ｐの内部に蓄積される応力σを小さくする。上述したように大きい応力σを発生させて蓄積されると、第１のウェハＷが割れるおそれがある。この点、本実施形態のように応力σを小さくすることで、第１のウェハＷの割れを抑制することができる。なお、前述した「端部Ｒｅで第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの接合力が弱い状態」とは、このように第１の内周領域Ｚ１における第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離Ｅ３が、外周領域Ｚ０における剥離Ｅ１に繋がった際に、端部Ｒｅが剥離する程度の接合力である。
　次に、図２１（ｂ）に示すように外周領域Ｚ０において、ステップＳｔ２１と同様に、回転機構１０３によってチャック１００を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。外周領域Ｚ０では、各照射領域Ｒにおいて、剥離Ｅ１が中央部から端部Ｒｅにわたって生じるように、大きい応力σを発生させる。
　次に、中心領域Ｚ３では、ステップＳｔ２４と同様に、チャック１００の回転を停止した状態で、レーザ光Ｌを走査させる。そして、中心領域Ｚ３では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。
　本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。すなわち、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせることができる。
　また例えば、図２２に示すように第１の内周領域Ｚ１と第２の内周領域Ｚ２において、レーザ光Ｌを径方向外側から内側に移動させながら照射してもよい。かかる場合、外周領域Ｚ０に対するレーザ光Ｌの照射、第１の内周領域Ｚ１に対するレーザ光Ｌの照射、第２の内周領域Ｚ２に対するレーザ光Ｌの照射、及び中心領域Ｚ３に対するレーザ光Ｌの照射をこの順で行う。
　先ず、図２２（ａ）に示すように外周領域Ｚ０では、ステップＳｔ２１と同様に、回転機構１０３によってチャック１００を反時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸正方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、外周領域Ｚ０において、径方向内側から外側に向けてレーザ光Ｌが螺旋状に照射される。外周領域Ｚ０では、各照射領域Ｒにおいて、剥離Ｅ１が中央部から端部Ｒｅにわたって生じるように、大きい応力σを発生させる。
　次に、図２２（ｂ）に示すように第１の内周領域Ｚ１において、回転機構１０３によってチャック１００を時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸負方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、第１の内周領域Ｚ１において、径方向外側から内側に向けてレーザ光Ｌが螺旋状に照射される。
　かかる場合、隣接する外周領域Ｚ０と第１の内周領域Ｚ１では、チャック１００の回転方向が逆であり、レーザ光Ｌの照射方向も逆である。そうすると、外周領域Ｚ０と第１の内周領域Ｚ１では、レーザ光Ｌの螺旋状を連続させることができる。換言すれば、隣接する領域においてレーザ光Ｌの照射方向が異なる場合、当該隣接する領域におけるチャック１００の回転方向を逆にすれば、レーザ光Ｌの螺旋状を連続させることができる。
　次に、第２の内周領域Ｚ２においても、回転機構１０３によってチャック１００を時計回りに回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸負方向に移動させながら、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、第２の内周領域Ｚ２において、径方向外側から内側に向けてレーザ光Ｌが螺旋状に照射される。
　なお、第１の内周領域Ｚ１と第２の内周領域Ｚ２において、レーザ吸収層Ｐの内部に蓄積される応力σの大小は限定されない。第１の内周領域Ｚ１にレーザ光Ｌを照射すると、当該レーザ光Ｌによる第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面の剥離は、外周領域Ｚ０における剥離Ｅ１に繋がる。したがって、第１の内周領域Ｚ１では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で適切に剥離する。そして、この剥離が第２の内周領域Ｚ２にも伝達し、当該第２の内周領域Ｚ２でも、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で適切に剥離する。
　次に、中心領域Ｚ３では、ステップＳｔ２４と同様に、チャック１００の回転を停止した状態で、レーザ光Ｌを走査させる。そして、中心領域Ｚ３では、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離が生じる。
　本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。すなわち、第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせることができる。
　以上の実施形態では、ステップＳｔ２０において内周領域を第１の内周領域Ｚ１と第２の内周領域Ｚ２の２つに設定したが、内周領域は１つであってもよい。この内周領域では、レーザ光Ｌの周波数を一定にしつつ、レーザ光Ｌの径方向移動に伴い重合ウェハＴの回転速度を変動させて、レーザ光Ｌをパルス状に照射してもよい。あるいは、内周領域では、重合ウェハＴの回転速度を一定にしつつ、レーザ光Ｌの径方向移動に伴いレーザ光Ｌの周波数を変動させて、レーザ光Ｌをパルス状に照射してもよい。いずれにしても、内周領域では、レーザ光Ｌの照射間隔が一定になるように処理条件が制御される。
　以上の実施形態では、レーザ処理を行う際、チャック１００を水平方向に移動させたが、レーザ照射部１１０のレンズ１１３を水平方向に移動させてもよいし、チャック１００とレンズ１１３の両方を水平方向に移動させてもよい。チャック１００とレンズ１１３を相対的に水平方向に移動させることで、レーザ光Ｌによるレーザ処理を実行することができる。
　以上の実施形態では、ステップＳｔ２４において中心領域Ｚ３に対して、チャック１００の回転を停止した状態でレーザ光Ｌを走査させて照射したが、図２３に示すようにチャック１００を回転させながら、レーザ照射部１１０からレーザ光Ｌを走査させて照射してもよい。なおこの際、外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１及び第２の内周領域Ｚ２に比して中心領域Ｚ３におけるチャック１００の回転速度を低くしてもよい。
　以上の実施形態において、外周領域Ｚ０、第１の内周領域Ｚ１及び第２の内周領域Ｚ２ではレーザ光Ｌを螺旋状に照射したが、同心円状に環状に照射してもよい。また、図２３に示した実施形態において、中心領域Ｚ３でも、レーザ光Ｌを螺旋状に照射したが、同心円状に環状に照射してもよい。
　以上の実施形態においては、図８～図１１で示したように第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせた。しかしながら、上述したように第１のウェハＷの表面Ｗａには第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの剥離を適切に行うための剥離促進膜が形成されていてもよく、この場合、剥離促進膜とレーザ吸収層Ｐの界面で剥離を生じさせてもよい。
　具体的には、図２４（ａ）に示すように、第１のウェハＷの表面Ｗａには、積層膜としての剥離促進膜Ｐｅ、レーザ吸収層Ｐ、デバイス層Ｄｗ及び表面膜Ｆｗがこの順に積層して形成され得る。剥離促進膜Ｐｅは、第１のウェハＷの第２のウェハＳからの剥離を容易に行うために形成され、第１のウェハＷ（シリコン）との密着性が、レーザ吸収層Ｐとの密着性よりも低く、且つレーザ光Ｌに対して透過性を有する材料、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）により形成される。
　第２のウェハＳからの第１のウェハＷの分離に際しては、先ず、レーザ吸収層Ｐに対するレーザ光Ｌの照射が行われる（図２５のステップＳｔ３１）。レーザ光Ｌは、第１のウェハＷ及び剥離促進膜Ｐｅを透過してレーザ吸収層Ｐに吸収される（図２５のステップＳｔ３２）。
　レーザ吸収層Ｐで吸収されたレーザ光Ｌは、そのエネルギー分布に応じて熱に変換され（図２５のステップＳｔ３３）、これによりレーザ吸収層Ｐの温度が上昇する。レーザ光Ｌの吸収によりレーザ吸収層Ｐにおいて生じた熱は、その大部分が第１のウェハＷ側の剥離促進膜Ｐｅへと拡散し（図２５のステップＳｔ３４）、この熱拡散により、レーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの界面の温度が上昇する。
　レーザ吸収層Ｐで生じた熱が第１のウェハＷ側へと拡散すると、この熱の影響、すなわちレーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの界面温度の上昇により、図２４（ｂ）に示すように剥離促進膜Ｐｅがその温度分布に応じて局所的に膨張する（図２５のステップＳｔ３５）。この時、レーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの界面の熱影響は第１のウェハＷに影響する場合もあり、図２４（ｂ）で示したように第１のウェハＷも温度分布に応じて局所的に膨張する場合もある。
　その後、剥離促進膜Ｐｅ（及び第１のウェハＷ）が局所的に膨張すると、この膨張により生じた応力により、図２４（ｃ）で示すように密着性が低いレーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの界面で剥離が生じ、この結果、レーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの接合強度が低下する（図２５のステップＳｔ３６）。そして、剥離促進膜Ｐｅとレーザ吸収層Ｐとの界面の全面で剥離を繋げることで、剥離促進膜Ｐｅとレーザ吸収層Ｐの全面において接合強度を低下させ、これにより、分離装置３２において剥離促進膜Ｐｅとレーザ吸収層Ｐ（第１のウェハＷと第２のウェハＳ）を適切に分離できる（図２５のステップＳｔ３７）。
　このように、第１のウェハＷの表面Ｗａに、第１のウェハＷ（シリコン）との密着性が、レーザ吸収層Ｐとの密着性よりも低い剥離促進膜Ｐｅを形成し、第１のウェハＷに代えて、又は第１のウェハＷとともに剥離促進膜Ｐｅを膨張させることでも、第１のウェハＷの表面Ｗａに形成されたデバイス層Ｄｗの転写を適切に実行できる。
　なお、図２４に示した例では、剥離促進膜Ｐｅを第１のウェハＷとレーザ吸収層Ｐの界面に形成したが、例えば剥離促進膜Ｐｅをレーザ吸収層Ｐとデバイス層Ｄｗの界面に形成し、レーザ吸収層Ｐと剥離促進膜Ｐｅの界面で剥離を生じさせることで、デバイス層Ｄｗの転写先である第２のウェハＳ側に剥離促進膜Ｐｅを残すようにしてもよい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　　３１　　レーザ照射装置
　　４０　　制御装置
　　１００　チャック
　　１０３　回転機構
　　１０４　移動機構
　　１１０　レーザ照射部
　　Ｌ　　　レーザ光
　　Ｐ　　　レーザ吸収層
　　Ｓ　　　第２のウェハ
　　Ｔ　　　重合ウェハ
　　Ｗ　　　第１のウェハ

Claims (20)

  1. 第１の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第２の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理装置であって、
    前記重合基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    前記基板保持部と前記レーザ照射部を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    制御部と、を備え、
    前記重合基板において、前記第１の基板と前記第２の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第１の基板と前記第２の基板の接合領域に配される内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記重合基板を回転させると共に、当該重合基板に前記レーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第１の基板と前記レーザ吸収層の界面、又は前記界面層と前記前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせる制御と、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御と、を実行する、基板処理装置。
  2. 前記内周領域において、径方向外側の第１の内周領域と径方向内側の第２の内周領域とが設定され、
    前記制御部は、
    前記第１の内周領域において、前記レーザ光の周波数を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記重合基板の回転速度を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、
    前記第２の内周領域において、前記重合基板の回転速度を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記レーザ光の周波数を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射する制御と、を実行する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記レーザ光によって前記外周領域に発生する応力が、前記レーザ光によって前記内周領域に発生する応力より大きくなるように、前記レーザ光を照射する制御を実行する、請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記制御部は、前記内周領域において、前記レーザ光を径方向外側から内側に向けて移動させながら照射する制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  6. 前記制御部は、隣接する領域における前記レーザ光の移動方向が異なる場合、当該隣接する領域における前記重合基板の回転方向を逆にする制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  7. 前記制御部は、前記外周領域において前記レーザ光を照射した後、前記内周領域において前記レーザ光を照射する制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、前記内周領域において前記レーザ光を照射した後、前記外周領域において前記レーザ光を照射する制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  9. 前記重合基板において、前記内周領域の径方向内側であって前記第１の基板と前記第２の基板の接合領域に配される中心領域が設定され、
    前記制御部は、
    前記中心領域において、前記重合基板の回転を停止した状態で、前記レーザ光を走査させながら照射する制御を実行する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  10. 前記界面層は剥離促進膜を含み、
    前記界面層と前記レーザ吸収層の界面の剥離を、前記剥離促進膜とレーザ吸収層の界面で発生させる、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  11. 第１の基板、少なくともレーザ吸収層を含む界面層、及び第２の基板が積層して形成された重合基板を処理する基板処理方法であって、
    前記重合基板において、前記第１の基板と前記第２の基板の未接合領域を含む外周領域と、前記外周領域の径方向内側であって前記第１の基板と前記第２の基板の接合領域に配される内周領域とを設定することと、
    基板保持部で前記重合基板を保持することと、
    前記基板保持部に保持された前記重合基板を回転させると共に、レーザ照射部から当該重合基板にレーザ光を径方向に移動させながら照射し、前記第１の基板と前記レーザ吸収層と界面、又は前記界面層と前記前記レーザ吸収層の界面で剥離を生じさせることと、
    少なくとも前記外周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射することと、含む、基板処理方法。
  12. 前記内周領域において、径方向外側の第１の内周領域と径方向内側の第２の内周領域とを設定することと、
    前記第１の内周領域において、前記レーザ光の周波数を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記重合基板の回転速度を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射することと、
    前記第２の内周領域において、前記重合基板の回転速度を一定にしつつ、前記レーザ光の移動に伴い前記レーザ光の周波数を変動させて、前記レーザ光をパルス状に照射することと、を含む、請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記内周領域において、前記レーザ光を径方向内側から外側に向けて移動させながら照射する、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  14. 前記レーザ光によって前記外周領域に発生する応力が、前記レーザ光によって前記内周領域に発生する応力より大きくなるように、前記レーザ光を照射する、請求項１３に記載の基板処理方法。
  15. 前記内周領域において、前記レーザ光を径方向外側から内側に向けて移動させながら照射する、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  16. 隣接する領域における前記レーザ光の移動方向が異なる場合、当該隣接する領域における前記重合基板の回転方向を逆にする、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  17. 前記外周領域において前記レーザ光を照射した後、前記内周領域において前記レーザ光を照射する、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  18. 前記内周領域において前記レーザ光を照射した後、前記外周領域において前記レーザ光を照射する、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  19. 前記重合基板において、前記内周領域の径方向内側であって前記第１の基板と前記第２の基板の接合領域に配される中心領域を設定することと、
    前記中心領域において、前記重合基板の回転を停止した状態で、前記レーザ光を走査させながら照射することと、を含む、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
  20. 前記界面層は剥離促進膜を含み、
    前記界面層と前記レーザ吸収層の界面の剥離を、前記剥離促進膜とレーザ吸収層の界面で発生させる、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
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