(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ステージと、前記回転ステージ上に配置され、基板を載置する基板固定手段と、前記回転ステージの回転数を制御する回転ステージ制御手段とを有する基板回転手段と、
レーザ光源と、レーザ光集光手段と、前記レーザ集光手段と前記回転ステージ間の距離を調整する第１の集光手段移動装置とを有する照射装置と、
前記回転ステージの回転軸と、前記回転ステージの外周との間で、前記回転ステージと前記レーザ集光手段を相対的に移動させる第２の集光手段移動装置と
を備え、
前記基板は、平面視矩形状であって、前記回転ステージ上に、直線状空間が互いに直交してなる十文字状空間を形成するとともに前記十文字状空間の中心が前記回転軸上に位置するように配置され、
かつ、前記基板は、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備え、前記表示に合せて前記基板を前記回転ステージ上に固定すると共に、前記基板の劈開方向と前記レーザ光の集光点の移動方向とを一致させないことを特徴とする基板内部加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光の集光点は、前記基板内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状の内部改質層を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板内部加工装置。
【請求項３】
前記回転ステージの線速度を一定にすることで、前記レーザ光の集光点の間隔を一定にすることを特徴とする請求項２に記載の基板内部加工装置。
【請求項４】
前記回転ステージの支持軸を直立に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージと、
前記Ｘ方向移動ステージを支持する加工ステージと、
前記加工ステージを支持してＹ方向に移動可能なＹ方向移動ステージと
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板内部加工装置。
【請求項５】
前記レーザ光集光手段と前記基板との間に、レーザ光の収差増強材として収差増強ガラス板が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の基板内部加工装置。
【請求項６】
平面視矩形状であって、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備えた基板を、回転ステージ上に、直線状空間が互いに直交してなる十文字状空間を形成するとともに前記十文字状空間の中心を前記回転軸上に位置させ、かつ、前記表示に合せて前記基板を固定すると共に、前記基板の劈開方向と前記レーザ光の集光点の移動方向とを一致させないように固定する工程と
前記基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ光の集光点における線速度が一定となるように前記回転ステージを回転する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に円弧状の内部改質層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板内部加工方法。
【請求項７】
前記内部改質層を形成する工程において、前記レーザ光の集光点は、前記基板内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状に前記内部改質層を形成することを特徴とする請求項６に記載の基板内部加工方法。
【請求項８】
前記回転ステージを回転する工程において、前記回転ステージの線速度を一定にすることで、前記レーザ光の集光点の間隔を一定にすることを特徴とする請求項７に記載の基板内部加工方法。
【請求項９】
前記レーザ光集光手段と前記基板との間に、レーザ光の収差増強材として収差増強ガラス板を配置することを特徴とする請求項８に記載の基板内部加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板内部加工装置および基板内部加工方法に関し、特に、薄い半導体ウェハを切り出して製造する基板内部加工装置および基板内部加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン（Ｓｉ）ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。
【０００４】
従来における半導体ウェハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。
【０００５】
また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されているが、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。
【０００６】
一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。特許文献３では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献４では、ＸＹステージを利用して、ＸＹ方向にレーザ光を走査している。
【０００７】
しかしながら、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、特にウェハのように基板が薄い場合、ウェハが割れやすいという問題点がある。回転ステージを使用して同心円状または螺旋状にレーザ光を走査する場合、基板の大きさが、例えば、２０ｍｍ角以下と小さければ、問題にはならないが、特に、基板の一辺の寸法が１００ｍｍを超え、円弧状の集光点の軌跡の曲率半径が大きくなると、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、ウェハが割れやすいという問題点が顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８‐２００７７２号公報
【特許文献２】特開２００５‐２９７１５６号公報
【特許文献３】特開２００５‐２７７１３６号公報
【特許文献４】特開２００５‐２９４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、回転ステージと、前記回転ステージ上に配置され，基板を載置する基板固定手段と、前記回転ステージの回転数を制御する回転ステージ制御手段とを有する基板回転手段と、レーザ光源と、レーザ集光手段と、前記レーザ集光手段と前記回転ステージ間の距離を調整する第１の集光手段移動装置とを有する照射装置と、前記回転ステージの回転軸と、前記回転ステージの外周との間で、前記回転ステージと前記レーザ集光手段を相対的に移動させる第２の集光手段移動装置とを備え、前記基板は、回転ステージ上に、回転軸に対して対称に、間隔を置いて配置される基板内部加工装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、回転ステージ上に、回転軸に対して対称に、間隔を置いて基板を配置する工程と、前記基板を前記回転ステージ上に固定する工程と、前記基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ光の集光点における線速度が一定となるように前記回転ステージを回転する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に円弧状の内部改質層を形成する工程とを有する基板内部加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置の模式的鳥瞰図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）レーザ光の照射状態を説明する模式的断面構造図、（ｂ）レーザ光を一回の照射で、内部改質層を相対的に厚く形成する場合の模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法に適用する半導体ウェハを説明する模式的平面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの拡大された模式的平面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ上に半導体ウェハをステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて配置した場合の模式的平面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）回転ステージ上に半導体ウェハを敷き詰めて配置した場合の内部改質層の軌跡を説明する模式的平面図、（ｂ）回転ステージ上にステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて半導体ウェハを配置した場合の内部改質層の軌跡を説明する模式的平面図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、（ａ）回転ステージ上にステージの回転軸に対して対称に、間隔を置いて半導体ウェハを配置した場合の模式的平面図、（ｂ）図７（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る基板内部加工装置の模式的鳥瞰図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る基板内部加工方法において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの模式的平面図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る基板内部加工方法において、半導体ウェハに照射されるレーザ光パターンの模式的平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１５】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１の模式的鳥瞰構造は、図１に示すように、回転ステージ１１０と、回転ステージ１１０上に配置され，基板１０を載置する基板固定手段１３０と、回転ステージ１１０の回転数を制御する回転ステージ制御手段３００とを有する基板回転手段２と、レーザ光源２２０と、集光レンズ１６と、集光レンズ１６と回転ステージ１１０間の距離を調整する焦点位置調整具２５とを有する照射装置４と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と、回転ステージ１１０の外周との間で、回転ステージ１１０と集光レンズ１６を相対的に移動させるＸ方向移動ステージ１５０とを備える。基板１０は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて配置される。
【００１７】
また、基板１０が結晶性基板の場合には、結晶方位を示すオリエンテーションフラットのような表示を備え、この表示に合せて基板１０を回転ステージ１１０上の基板固定手段１３０に固定すると共に、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないことを特徴とする。
【００１８】
また、レーザ光２０の集光点Ｐは、基板１０内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状の内部改質層を形成しても良い。
【００１９】
また、回転ステージ１１０の線速度を一定にすることで、レーザ光２０の集光点Ｐの間隔を一定にしても良い。
【００２０】
以下の説明において、劈開方向とは、内部改質層１２を形成した結晶性基板において、結晶性基板が内部改質層１２と平行でない劈開面を有し、この劈開面と内部改質層１２の交差する線の方向である。集光点Ｐの移動方向とは、基板１０内部に形成される円弧状の集光点Ｐの軌跡の接線方向である。集光点Ｐの移動方向と基板１０の劈開方向は、０．１度〜０．５度以上の角度を有することが望ましい。
【００２１】
第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１において、レーザ光２０の照射状態を説明する模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、レーザ光２０を一回の照射で、内部改質層１２を相対的に厚く形成する場合の模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。尚、上記説明では、レーザ光源２２０と集光レンズ１６の位置関係の調整を容易にするため、回転ステージ１１０をＸ方向移動ステージ１５０に載置することで、第２の集光手段移動装置を形成しているが、集光レンズ１６を含む焦点位置調整具２５を回転ステージ１１０に対して移動させることも可能である。光ファイバなどでレーザ光源２２０からの集光レンズ１６にレーザ光を導くことも可能であり、光ファイバなどでレーザ光源２２０から集光レンズ１６にレーザ光を導く場合は、より装置全体を簡略化することも可能になる。
【００２２】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、集光レンズ１６と基板１０間には、レーザ光２０の収差増強材として、収差増強ガラス板１８を配置しても良い。集光レンズ１６と基板１０間にこのような収差増強ガラス板１８を配置することによって、基板１０の表面にレーザスポット２４を形成するレーザ光２２は、基板１０の表面で屈折されて、レーザ光２６として基板１０の内部に進入し、基板１０の内部に集光点Ｐを結ぶ際に、所定の深さおよび幅を有する像を結ぶことになる。このことによって、基板１０の内部に形成される内部改質層１２を所定の深さｔを有するように形成することができる。図２（ａ）および図２（ｂ）においては、集光レンズ１６と回転ステージ１１０間の距離を調整する焦点位置調整具（第１の集光手段移動装置）２５も示されている。
【００２３】
第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図２（ａ）に示すように、厚い基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光２０用の収差増強材である収差増強ガラス板１８を介在させ、この収差増強ガラス板１８を介在させた状態でレーザ光２０を照射することにより、レーザ光２０の照射回数を減少させるようにしている。
【００２４】
また、通常の大気中で焦点を結ぶように設計された集光レンズ１６を使用すると、図２（ｂ）に示すように、空気よりも屈折率の大きな基板１０では、集光レンズ１６の内周部のレーザ光２０ａは、基板１０の内部の表面側Ｐ１に、集光レンズ１６の外周部のレーザ光２０ｂは、基板１０の内部のそれよりも深いところＰ２に焦点を結ぶことで、一回の照射で形成される内部改質層１２の厚みを厚くすることもできる。
【００２５】
この効果は、収差増強ガラス板１８を集光レンズ１６と基板１０の表面の間に設けることで、収差を増強することができ、さらに、収差増強ガラス板１８の屈折率ならびに厚みで効果を調整することが可能になる。
【００２６】
内部改質層１２で、エッチング液の浸透を容易にし、エッチング速度を向上させることができるため、結果として、基板１０から、薄層化された基板１０ｕ、１０ｄを得ることができる。
【００２７】
第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１に適用する半導体ウェハは、図３に示すように、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向である内部改質層１２の軌跡を一致させないようにしている。例えば、（１００）面のシリコンウェハにおいて、劈開方向は、オリエンテーションフラット面の＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向であるのに対して、内部改質層１２の軌跡は、図４に示すように、基板１０の端面において、ベクトルＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…，Ｘ８およびベクトルＹ１，Ｙ２，Ｙ３，…，Ｙ８で示されるように、＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向とは一致していない。
【００２８】
第１の実施の形態に係る基板内部加工装置１において、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に基板１０を回転ステージ１１０の回転軸１４０（図１）に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて配置した場合の模式的平面構造は、図５に示すように表される。回転ステージ１１０の保持テーブル１３０上に基板１０を回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて配置することによって、内部改質層１２の軌跡は、図４と同様に、基板１０の端面において、劈開方向とは一致しないようにすることができる。
【００２９】
第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ１１０上に基板１０を敷き詰めて配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、図６（ａ）に示すように表され、回転ステージ１１０上に回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、図６（ｂ）に示すように表される。
【００３０】
回転ステージ１１０上に基板１０を敷き詰めて配置した場合の内部改質層１２の軌跡は、基板１０の端面に対して９０度の角度を有する。一方、図６（ｂ）には、誇張して示されているが、回転ステージ１１０上に回転ステージ１１０の回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置した場合には、内部改質層１２の軌跡は、基板１０の端面に対して９０度ではない所定の角度を有することが明らかである。
【００３１】
第１の実施の形態に係る基板内部加工装置において、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に回転ステージの回転軸１４０に対して対称に、間隔Ｓ１、Ｓ２を置いて基板１０を配置した場合の模式的平面構造は、図７（ａ）に示すように表され、図７（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図７（ｂ）に示すように表される。図７（ａ）および図７（ｂ）において、保持テーブル１３０上には、粘着固定テーブル１２５が配置される。粘着固定テーブル１２５には、通常の粘着層、機械的なチャック、静電チャックなどが適用可能である。
【００３２】
加工ステージ１００とレーザ照射装置２００の一部とは、精密な回転、移動、上下動などを図るため、図示しない防振性の台座に固定され、加工ステージ１００の上方にレーザ照射装置２００が配置される。
【００３３】
加工ステージ１００は、図１に示すように、複数の基板１０を水平に搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージ１１０の下面から垂直下方に伸びる支持軸１２０を直立状態に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージ１５０とを備える。
【００３４】
回転ステージ１１０は、表面に複数の基板１０を着脱自在に位置決め固定する平面矩形の保持テーブル１３０が装着され、所定のモータの駆動により回転する。この回転ステージ１１０、支持軸１２０、及び保持テーブル１３０は、中心部が位置合わせされる。
【００３５】
回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて配置された複数の基板１０は、合成重心が回転ステージ１１０の回転軸１４０と略一致する。
【００３６】
所定のモータとしては、例えばレーザ光２０の照射特性に応じ、回転数を制御可能なステッピングモータや各種サーボモータ（例えば、ＡＣサーボモータ）等が適宜採用されるが、基板１０の表面周縁部にレーザ光２０を均一に照射する観点から、間歇的ではなく、連続的に駆動するサーボモータが好ましい。
【００３７】
Ｘ方向移動ステージ１５０は、例えば、所定のモータの駆動で回転する螺子棒により水平にスライドし、或いは所定のシリンダの駆動で進退動するプランジャロッドにより水平にスライドする。また、所定のモータの駆動で回転するエンドレスの駆動ベルトにより水平にスライドする構成でも良いし、リニアモータの駆動で水平にスライドする構成でも良い。
【００３８】
レーザ照射装置２００は、図１に示すように、レーザ光２０を下方に向けて照射する固定のレーザ光源２２０と、このレーザ光源２２０から照射されたレーザ光２０を集光する集光レンズ１６と、基板１０の表面と集光レンズ１６との間に介在するレーザ光２０の収差増強ガラス板１８と、集光レンズ１６及び収差増強ガラス板１８を上下に並べて保持する上下動可能な焦点位置調整具２５とを備え、基板１０の表面状態を撮像して検査・測定可能な検査装置（図示せず）が選択的に付設される。
【００３９】
レーザ光源２２０は、基板１０の内部に集光点Ｐを形成するため、基板１０に対して透過性のある光源が使用される。例えば、シリコン製のインゴットやスライスされたシリコン製の半導体基板１０の場合には、ＹＡＧレーザの基本波や炭酸ガスレーザなど、波長１０００ｎｍ以上の赤外線レーザが使用される。ここで、基板１０は、半絶縁性基板であっても良い。例えば、半絶縁性基板としては、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成した基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ／ＡｌＧａＮからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板、若しくはダイヤモンド基板などのいずれかである。
【００４０】
集光レンズ１６は、基板１０の内部にレーザ光２０のエネルギーを効率的に集中させるよう機能する。この集光レンズ１６の開口数（ＮＡ）は、基板１０の表面におけるアブレーションなどによる損失を防止するために、大きな数値、具体的には０．５以上、０．５〜０．８が好ましい。
【００４１】
収差増強ガラス板１８は、特に限定されるものではないが、例えば厚いカバーガラスやスライドガラス等が使用され、集光スポットを拡大してその間隔を大きくし、単位面積当たりのレーザ光２０の照射回数を削減するよう機能する。また、焦点位置調整具２５は、例えば集光レンズ１６と収差増強ガラス板１８とを挟持して相対向する左右一対の保持爪などからなり、基板１０の表面に対して光軸２７０方向に集光レンズ１６を上下動し、基板１０の内部に焦点を移動させ、集光点Ｐを形成して内部改質層１２を形成する。
【００４２】
制御装置３００は、図１に示すように、例えばプリント回路基板からなる回路基板に、水晶発振回路、演算処理機能を有するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、動作不良などを検知するエラー検知センサ、その他の電子部品が実装され、加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とにケーブルを介してそれぞれ接続されており、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み込むことにより、コンピュータとして所定の機能を実現する。
【００４３】
具体的には、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させて集光レンズ１６の光軸２７０を回転ステージ１１０に搭載された基板１０の表面周縁部側に位置させ、基板１０の内部に集光点Ｐを形成できるようレーザ照射装置２００の高さを調整する機能と、集光点Ｐの線速度が一定になるよう回転ステージ１１０の回転数を制御して回転させ、レーザ照射装置２００からレーザ光２０を照射するとともに、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させてレーザ光２０を回転ステージ１１０が所定の回転角度（例えば３６０°等）で回転する毎に基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０方向に所定のピッチで移動させる機能と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と集光レンズ１６の光軸２７０との接近に応じて集光点Ｐの線速度を低下させ、かつ基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０方向に移動するレーザ光２０のピッチ間隔を狭める機能と、回転ステージ１１０の回転軸１４０と集光レンズ１６の光軸２７０とが所定の近距離に達した場合にレーザ照射装置２００の照射を停止する機能とを実現する。
【００４４】
（基板内部加工方法）
第１の実施の形態に係る基板内部加工方法は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置いて基板１０を配置する工程と、基板１０を回転ステージ１１０上に固定する工程と、基板１０上に非接触に集光レンズ１６を配置する工程と、集光レンズ１６により、基板１０表面にレーザ光２０を照射し、基板１０内部にレーザ光２０を集光する工程と、レーザ光２０の集光点Ｐにおける線速度が一定となるように回転ステージ１１０を回転する工程と、集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に円弧状の内部改質層１２を形成する工程とを有する。
【００４５】
また、第１の実施の形態に係る基板内部加工方法において、基板１０は、結晶性基板であり、結晶方位を示す表示を備え、基板１０を回転ステージ１１０上に固定する工程において、表示に合せて基板１０を固定すると共に、基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないようにする。
【００４６】
また、内部改質層１２を形成する工程において、レーザ光２０の集光点Ｐは、基板１０内部に、不連続な円弧状の軌跡を形成することで、２次元状に内部改質層１２を形成しても良い。
【００４７】
また、回転ステージ１１０を回転する工程において、回転ステージ１１０の線速度を一定にすることで、レーザ光２０の集光点Ｐの間隔を一定にしても良い。
【００４８】
［実施例］
先ず、鏡面研磨された１０ｍｍ角、厚さ２ｍｍの単結晶シリコンインゴットからなる複数の基板１０と、この複数の基板１０を粘着テープを介して位置決め保持する加工ステージ１００と、この加工ステージ１００に搭載された基板１０にレーザ光２０を照射するレーザ照射装置２００と、これら加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とを制御する制御装置３００とを準備し、加工ステージ１００とレーザ照射装置２００とを防振性の台座に固定した。
【００４９】
複数（本実施例では４個）の基板１０は、回転ステージ１１０上に、回転軸１４０に対して対称に、間隔を置き、合成重心が回転ステージ１１０の回転軸と略一致するように配置した。また、加工ステージ１００は、複数の基板１０を水平に並べて搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージの支持軸１２０を直立状態に支持してＸ方向に１０ｍｍのストロークで移動可能なＸ方向移動ステージ１５０とを備える。
【００５０】
回転ステージ１１０は、支持軸１２０を挟んで−２〜１８ｍｍの範囲にレーザ光２０を照射できるようにレーザ照射装置２００と共に調整され、毎分回転数が０〜６０ｒｐｍの範囲で調整される。また、Ｘ方向移動ステージ１５０は、移動速度が０〜１５ｍｍ／秒の範囲で調整され、支持軸１２０から−０．０５０〜１９．９５０ｍｍの範囲にレーザ光２０を照射できるようにレーザ照射装置２００と共に調整される。
【００５１】
レーザ照射装置２００は、波長１０６４ｎｍ、繰り返し発振周波数１０ｋＨｚ、出力０．６８Ｗ、パルス幅２００ｎ秒でＹＡＧレーザを照射する装置を使用した。このレーザ照射装置２００の集光レンズ１６は、開口数（ＮＡ）が０．８で、２ｍｍの焦点距離とした。また、収差増強ガラス板１８としては、厚み０．１５ｍｍ、屈折率が１．５のカバーガラスを用いた。
【００５２】
制御装置３００は、コントローラからなり、加工ステージ１００の回転ステージ１１０やＸ方向移動ステージ１５０の位置、回転数、移動速度を制御するとともに、レーザ照射装置２００のレーザ照射のＯＮ-ＯＦＦを制御する装置を使用した。
【００５３】
次いで、回転ステージ１１０上に複数の基板１０を回転軸１４０に対して対称に、間隔を置き配列して、この複数の基板１０の表面を平坦度±３μｍとし、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させてレーザ照射装置２００の集光レンズ１６の光軸２７０を回転ステージ１１０に搭載された基板１０の表面周縁部側に位置させた。
【００５４】
こうして集光レンズ１６の光軸２７０を基板１０の表面周縁部側に位置させたら、基板１０の表面に集光点Ｐが位置するようレーザ照射装置２００の焦点位置調整具２５を下降させ、その後、基板１０の内部に内部改質層１２用の集光点Ｐを形成できるよう焦点位置調整具２５を下降させ、基板１０の表面に集光レンズ１６と収差増強ガラス板１８とを接近させた。この際の距離は、集光点Ｐの深さが０．０５〜０．２ｍｍの範囲の場合には、集光点Ｐの深さの０．３〜０．４倍である。
【００５５】
次いで、集光点Ｐの線速度が１０ｍｍ／秒となるよう回転ステージ１１０の回転数を制御しつつ回転させ、集光点Ｐの線速度が１０ｍｍ／秒に達したら、レーザ照射装置２００からレーザ光２０を照射するとともに、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０をＸ方向に移動させ、回転ステージ１１０が一回転する毎に回転ステージ１１０の回転軸１４０を光軸２７０方向に１μｍピッチで移動させた。
【００５６】
次いで、基板１０の回転軸１４０近傍手前上方に集光レンズ１６の光軸２７０が位置したら、回転ステージ１１０の回転数を抑制して集光点Ｐの線速度を３ｍｍ／秒に調整し、基板１０の表面周縁部側から回転軸１４０近傍方向に移動するレーザ光２０のピッチ間隔を０．５μｍピッチに狭めることにより、基板１０の回転軸１４０近傍にレーザ光を重点的に照射して、基板表面を剥離する際の剥離開始領域を形成し、内部改質層１２を形成した後、レーザ光２０の照射を停止した。
【００５７】
上記作業の際、加工ステージ１００のＸ方向移動ステージ１５０を１０ｍｍ秒で往復移動させた。また、レーザ光２０の照射停止後、基板１０の外観を観察したが、表面は鏡面のままであり、外観に変化は見られなかった。
【００５８】
内部改質層１２を形成したら、加工ステージ１００の回転ステージ１１０から基板１０を取り外してその剥離開始領域の周面を劈開で除去し、剥離開始領域の周面に内部改質層１２を露出させ、その後、薄い基板１０ｕ、１０ｄを、形成した。
【００５９】
基板１０の劈開方向とレーザ光２０の集光点Ｐの移動方向を一致させないことで、内部改質層１２を形成する際の基板１０の割れを防止することができた。
【００６０】
［比較例］
基本的には実施例と同様だが、回転ステージ１１０の回転数を毎秒１回転に固定し、基板１０の表面にレーザ光２０を照射した。
【００６１】
その他は実施例と同様にして内部改質層１２を形成したが、レーザ光２０の照射を停止して基板１０の外観を観察したところ、基板１０の表面中心部に白化が認められた。
【００６２】
基板１０を取り外してその剥離開始領域の周面を劈開で除去し、剥離開始領域の周面に内部改質層１２を露出させ、剥離しようとしたが、内部改質層１２を境界面として剥離することができず、薄い基板を得ることができなかった。
【００６３】
第１の実施の形態によれば、基板の劈開方向とレーザ光の集光点の移動方向を一致させないことで、内部改質層を形成する際の基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板内部加工装置および基板内部加工方法を提供することができる。
【００６４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る基板内部加工装置１の模式的鳥瞰構造は、図８に示すように表される。
【００６５】
第２の実施の形態に係る基板内部加工装置１は、図８に示すように、加工ステージ１００を、複数の基板１０を水平に搭載する回転ステージ１１０と、この回転ステージ１１０の支持軸１２０を直立に支持してＸ方向に移動可能なＸ方向移動ステージ１５０と、このＸ方向移動ステージ１５０を支持する加工ステージ１００と、この加工ステージ１００を支持してＹ方向に移動可能なＹ方向移動ステージ１６０とを備えた多軸構造に構成するようにしている。その他の部分については、第１の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【００６６】
第２の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても、第１の実施の形態と同様の作用効果が期待できる。しかも、必要に応じてＹ方向移動ステージ１６０を移動させつつ基板１０を加工することができるので、製造作業の円滑化、簡素化、迅速化、容易化を図ることができるのは明らかである。
【００６７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法において、基板１０に照射されるレーザ光パターンは、模式的に図９に示すように表される。
【００６８】
第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においては、図９に示すように、この場合には、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０上に複数の基板１０を９０°の間隔をおいて配列し、この複数の基板１０の枚数を４枚から２枚に減少させるようにしている。その他の部分については、第１〜第２の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【００６９】
第３の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても、第１〜第２の実施の形態と同様の作用効果が期待できる。
【００７０】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法において、基板１０に照射されるレーザ光パターンは、模式的に図１０に示すように表される。
【００７１】
第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においては、図１０に示すように、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０に、枚数を減らした複数の基板１０と複数の錘体４１０とを配列し、各基板１０と各錘体４１とを回転ステージ１１０の回転軸に対して対称に、間隔を置いて固定・配置し、回転ステージ１１０の回転ムラを防止するようにしている。
【００７２】
複数の基板１０と複数の錘体４１０とは、交互に配列される。また、錘体４１０は、特に限定されるものではないが、例えば基板１０と略同様の重量を有する平面矩形で肉厚のダミーウェハなどを適用することができる。その他の部分については、第１〜第３の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【００７３】
第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法においても第１〜第３の実施の形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、保持テーブル１３０上に基板１０の他、複数の錘体４１０をも配列するため、回転ステージ１１０の回転バランスを良好に保ち、しかも、アンバランスに伴う回転時の振動を抑制防止することができる。
【００７４】
なお、第１〜第４の実施の形態に係る基板内部加工装置および基板内部加工方法では加工ステージ１００上の回転ステージ１１０を単に回転させたが、必要に応じ、回転ステージ１１０を昇降させても良い。また、回転ステージ１１０上の保持テーブル１３０に基板１０を固定して搭載したが、回転ステージ１１０に基板１０をワックス、粘着テープ、クランプ具等を介して搭載しても良い。また、特に支障を来たさなければ、集光レンズ１６のみ使用し、収差増強ガラス板１８を省略しても良い。また、レーザ光２０の照射開始点は、保持テーブル１３０の中心部近傍の基板１０上でも良いし、周縁部の基板１０上でも良い。要するに、保持テーブル１３０の中心部近傍から表面周縁部方向にレーザ光を照射して、移動させることができる。
【００７５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００７６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された半導体ウェハは、Ｓｉ基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１…基板内部加工装置
２…照射手段
４…基板回転手段
１０、１０ｕ、１０ｄ…基板（半導体ウェハ）
１２…内部改質層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…劈開面
１６…集光レンズ（レーザ集光手段）
１８…収差増強ガラス板（収差増強材）
２０、２０ａ、２０ｂ、２２、２６…レーザ光
２４…レーザスポット
２５…焦点位置調整具（第１の集光手段移動装置）
１００…加工ステージ
１１０…回転ステージ
１２０…支持軸
１２５…粘着固定テーブル
１３０…保持テーブル（基板固定手段）
１４０…回転軸
１５０…Ｘ方向移動ステージ（第２の集光手段移動装置）
１６０…Ｙ方向移動ステージ
２００…レーザ照射装置
２２０…レーザ光源
２７０…光軸
３００…制御装置（回転ステージ制御手段）
４１０…錘体
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…集光点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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