特開 2024-180310 超音波測定治具および超音波振動の測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180310

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】超音波測定治具および超音波振動の測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20241219BHJP

   B23K 26/53 20140101ALN20241219BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 611Z

B23K26/53

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024088975

(22)【出願日】2024-05-31

(31)【優先権主張番号】P 2023099343

(32)【優先日】2023-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武田 昇

(72)【発明者】

【氏名】柳谷 幸平

(72)【発明者】

【氏名】田中 雄大

【テーマコード（参考）】

4E168

5F057

【Ｆターム（参考）】

4E168AE01

4E168CB02

4E168DA43

4E168HA01

4E168JA12

4E168JA13

5F057AA19

5F057BA01

5F057BB01

5F057BB03

5F057BB06

5F057BB09

5F057BB12

5F057CA02

5F057DA22

5F057DA26

5F057DA31

5F057GB01

5F057GB35

(57)【要約】

【課題】インゴットからのウエーハの剥離性を向上させるための超音波付与機構の異常を正確かつ容易に検知することができる超音波測定治具および超音波振動の測定方法を提供すること。
【解決手段】超音波測定治具１は、超音波振動を測定する超音波測定治具１であって、板状部材１０と、一方の面２１に凹部２２が形成されるとともに一方の面２１が板状部材１０の一方の面１１に対面して貼り合わされた柱状部材２０と、板状部材１０の一方の面１１に貼着されるとともに凹部２２に収容される圧電素子３０と、圧電素子３０が検出した振動データを外部に出力する出力部４０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波振動を測定する超音波測定治具であって、
板状部材と、
一方の面に凹部が形成されるとともに該一方の面が該板状部材の一方の面に対面して貼り合わされた柱状部材と、
該板状部材の該一方の面に貼着されるとともに該凹部に収容される圧電素子と、
該圧電素子が検出した振動データを外部に出力する出力部と、
を備える
ことを特徴とする、超音波測定治具。

【請求項2】

該板状部材の該一方の面に貼着されるとともに該凹部に収容される第二の圧電素子と、
該第二の圧電素子と有線接続するとともに該出力部に電力を供給する電池と、
該第二の圧電素子の振動を電力に変換して該電池に供給する発電充電回路部と、
を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の超音波測定治具。

【請求項3】

該圧電素子と有線接続するとともに該出力部に電力を供給する電池と、
該圧電素子の振動を電力に変換して該電池に供給する発電充電回路部と、
を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の超音波測定治具。

【請求項4】

超音波振動の測定方法であって、
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波測定治具を準備する治具準備ステップと、
該板状部材の他方の面に超音波付与ユニットを対面させ、該超音波付与ユニットと該板状部材の他方の面との間に液体を供給しながら該超音波付与ユニットを作動させることで、該超音波測定治具に対して超音波を付与する超音波付与ステップと、
該超音波付与ステップの実施中に該圧電素子が検出した振動データに基づいて、該板状部材が受ける振動を測定する測定ステップと、
を含む
ことを特徴とする、超音波振動の測定方法。

【請求項5】

レーザービームの照射により内部に改質部と該改質部から伸展するクラックとを含む剥離層が形成された被加工物を準備する被加工物準備ステップと、
該超音波付与ユニットを用いて該被加工物に対して超音波を付与することで、該被加工物が該剥離層を起点として正常に分離できるか否かを確認する確認ステップと、
該確認ステップで該被加工物が正常に分離できることを確認した後、該超音波付与ユニットを用いて該超音波測定治具に対して超音波を付与しながら、該圧電素子が検出した振動データに基づいて、該板状部材が受ける振動を測定する基準データ取得ステップと、
を該超音波付与ステップおよび該測定ステップより前に予め実施し、
該基準データ取得ステップにより取得された結果と、該測定ステップにより取得された結果と、を比較することで、該超音波付与ユニットが正常に動作しているか否かを判定する判定ステップと、
を更に含む
ことを特徴とする、請求項４に記載の超音波振動の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波測定治具および超音波振動の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

デバイスが形成される半導体ウエーハ等のウエーハは、一般に円柱形状のインゴットをワイヤソーで薄く切断して表裏面を研磨することで生成されるが、ワイヤソーでの切り出しは、インゴットの大部分が捨てられるため、不経済であるという問題があった。

【0003】

これを解決するために、インゴットに対してレーザービームを照射して剥離層を形成し、剥離層を起点としてウエーハを剥離した後、剥離面を研削して平坦化する、という工程を繰り返すことでインゴットからウエーハを生成する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、剥離層を起点としてウエーハを剥離する際に超音波を付与することで剥離性を向上させる技術が開示されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０１２７６５号公報

【特許文献2】特開２０１９－１０２５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述の装置や方法において、レーザー照射機構や超音波付与機構等の不具合により、ウエーハがうまく剥離できない場合がある。このうち、超音波付与機構については、市販の音圧計を用いて音圧を測定することで異常検知する方法があるが、実際に被加工物が受けている振動と音圧計が検出できる振動とが異なるために、正確な測定が困難であるという課題がある。したがって、不具合の特定に時間がかかるだけでなく、異常検知のために実際の被加工物を余分に準備する必要がありコストが増大するという問題があった。

【0006】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インゴットからのウエーハの剥離性を向上させるための超音波付与機構の異常を正確かつ容易に検知することができる超音波測定治具および超音波振動の測定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の超音波測定治具は、超音波振動を測定する超音波測定治具であって、板状部材と、一方の面に凹部が形成されるとともに該一方の面が該板状部材の一方の面に対面して貼り合わされた柱状部材と、該板状部材の該一方の面に貼着されるとともに該凹部に収容される圧電素子と、該圧電素子が検出した振動データを外部に出力する出力部と、を備えることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の超音波測定治具は、該板状部材の該一方の面に貼着されるとともに該凹部に収容される第二の圧電素子と、該第二の圧電素子と有線接続するとともに該出力部に電力を供給する電池と、該第二の圧電素子の振動を電力に変換して該電池に供給する発電充電回路部と、を更に備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の超音波測定治具は、該圧電素子と有線接続するとともに該出力部に電力を供給する電池と、該圧電素子の振動を電力に変換して該電池に供給する発電充電回路部と、を更に備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明の超音波振動の測定方法は、超音波測定治具を準備する治具準備ステップと、該板状部材の他方の面に超音波付与ユニットを対面させ、該超音波付与ユニットと該板状部材の他方の面との間に液体を供給しながら該超音波付与ユニットを作動させることで、該超音波測定治具に対して超音波を付与する超音波付与ステップと、該超音波付与ステップの実施中に該圧電素子が検出した振動データに基づいて、該板状部材が受ける振動を測定する測定ステップと、を含むことを特徴とする。

【0011】

また、本発明の超音波振動の測定方法は、レーザービームの照射により内部に改質部と該改質部から伸展するクラックとを含む剥離層が形成された被加工物を準備する被加工物準備ステップと、該超音波付与ユニットを用いて該被加工物に対して超音波を付与することで、該被加工物が該剥離層を起点として正常に分離できるか否かを確認する確認ステップと、該確認ステップで該被加工物が正常に分離できることを確認した後、該超音波付与ユニットを用いて該超音波測定治具に対して超音波を付与しながら、該圧電素子が検出した振動データに基づいて、該板状部材が受ける振動を測定する基準データ取得ステップと、を該超音波付与ステップおよび該測定ステップより前に予め実施し、該基準データ取得ステップにより取得された結果と、該測定ステップにより取得された結果と、を比較することで、該超音波付与ユニットが正常に動作しているか否かを判定する判定ステップと、を更に含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、インゴットからのウエーハの剥離性を向上させるための超音波付与機構の異常を正確かつ容易に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係る超音波測定治具の分解斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す超音波測定治具を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、図１に示す超音波測定治具の電気回路構成図である。

【図4】図４は、実施形態に係る超音波測定方法の流れを示すフローチャートである。

【図5】図５は、図４に示す被加工物準備ステップの一状態を示す斜視図である。

【図6】図６は、図５に示す被加工物の側面図である。

【図7】図７は、図５および図６の後の一状態を一部断面で示す側面図である。

【図8】図８は、図７の後の一状態を示す斜視図である。

【図9】図９は、図４に示す確認ステップの一状態を示す側面図である。

【図10】図１０は、図９の後の一状態を示す側面図である。

【図11】図１１は、図１０の後の一状態を示す側面図である。

【図12】図１２は、図４に示す基準データ取得ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。

【図13】図１３は、図１２における板状部材の挙動を模式的に示す断面図である。

【図14】図１４は、第１変形例に係る超音波測定治具を模式的に示す断面図である。

【図15】図１５は、第２変形例に係る超音波測定治具を模式的に示す断面図である。

【図16】図１６は、第２変形例に係る超音波測定治具の電気回路構成図である。

【図17】図１７は、第３変形例に係る超音波測定治具を模式的に示す断面図である。

【図18】図１８は、第３変形例に係る超音波測定治具の電気回路構成図である。

【図19】図１９は、第３変形例に係る圧電素子が検出した振動データの一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

【0015】

〔実施形態〕
＜超音波測定治具１＞
本発明の実施形態に係る超音波測定治具１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る超音波測定治具１の分解斜視図である。図２は、図１に示す超音波測定治具１を模式的に示す断面図である。図３は、図１に示す超音波測定治具１の電気回路構成図である。

【0016】

超音波測定治具１は、超音波振動を測定する治具である。より詳しくは、超音波測定治具１は、後述の図５から図１１までに示すインゴット１１０からウエーハ１３０を剥離させる際、剥離性を向上させるために超音波が付与されるインゴット１１０およびウエーハ１３０が再現された治具である。図１から図３までに示すように、超音波測定治具１は、板状部材１０と、柱状部材２０と、圧電素子３０と、出力部４０と、平均化回路部５０と、電池７０と、を有する。

【0017】

板状部材１０は、全体として厚みが均一な板状に形成される部材であり、後述の図９から図１１までに示すウエーハ１３０に見立てられる疑似ウエーハである。実施形態の板状部材１０は、外径が４ｉｎｃｈであり、厚みが６００μｍである円板状であるが、本発明の板状部材１０は、寸法および平面視形状が特に限定されず、例えば、平面視形状が正方形状、長方形状、多角形状等の板状であってもよい。また、実施形態の板状部材１０は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。本発明の板状部材１０は、サファイアに限定されず、例えば、ＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０４でもよく、本発明を実施可能であれば上記以外の材質でも構わない。

【0018】

柱状部材２０は、全体として高さが均一な柱状に形成される部材であり、後述の図５から図１１までに示すインゴット１１０に見立てられる疑似インゴットである。実施形態の柱状部材２０は、外径が４ｉｎｃｈであり、厚みが２００ｍｍであるが、本発明の柱状部材２０は、寸法および平面視形状が特に限定されず、例えば、平面視形状が正方形状、長方形状、多角形状等の柱状であってもよい。なお、板状部材１０と柱状部材２０とは、実施形態では同径かつ平面形状が同形状であるが、本発明では同径や同形状に限定されない。また、実施形態の柱状部材２０は、ガラスからなる。ガラスは、例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、等を含む。本発明の板状部材１０は、ガラスに限定されず、例えば、ＰＥＥＫやＰＰ等でもよく、本発明を実施可能であれば上記以外の材質でも構わない。

【0019】

柱状部材２０の一方の面１１の中央部には、凹部２２が形成される。凹部２２は、少なくとも圧電素子３０の厚みより深く形成される。凹部２２の底面２３には、出力部４０、平均化回路部５０、Ａ／Ｄ変換部６０、および電池７０が配置される。

【0020】

板状部材１０の一方の面１１と、柱状部材２０の一方の面２１とは、対面して貼り合わされる。板状部材１０と柱状部材２０とが貼り合わされた状態においては、板状部材１０の一方の面１１の反対側の面である他方の面１２と、柱状部材２０の一方の面２１の反対側の面である他方の面２４とが、それぞれ露出し、凹部２２が閉じた空間をなす。

【0021】

圧電素子３０は、印加された圧力を電圧に変換する受動素子であり、圧電体と、圧電体を挟む２枚の電極と、を含んで構成される。圧電素子３０は、板状部材１０の一方の面１１の中央部に貼着される。圧電素子３０は、板状部材１０の一方の面１１と柱状部材２０の一方の面２１とが貼り合わされた状態において、柱状部材２０の凹部２２に収容される。実施形態の圧電素子３０は、外径が３０ｍｍであり、厚みが２５０μｍである。

【0022】

圧電素子３０は、実施形態においては、印加された超音波振動を検出して電圧に変換する。より詳しくは、圧電素子３０は、圧力が印加されることにより板状部材１０および圧電素子３０が厚み方向に湾曲すると、圧電素子３０の一方の面が収縮し、他方の面が伸長して、圧力に比例した分極が現れる圧電効果の現象を利用して、圧力を電圧に変換する。超音波振動が付加されると、圧電素子３０の一方の面および他方の面の伸縮が周期的に反転を繰り返すため、交流信号が発生する。このように、圧電素子３０は、検出した振動データを、電圧値に変換する。

【0023】

出力部４０は、圧電素子３０が検出した振動データを外部に出力する。外部とは、超音波測定治具１と別個の外部装置であり、実施形態においては、コンピュータ８０である。出力部４０は、実施形態において、圧電素子３０が検出した振動データを、無線通信により外部に送信する送信ユニットを含む。送信ユニットは、実施形態において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールが想定されるが、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の他の近距離無線通信や、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（4th Generation）、５Ｇ（5th Generation：第５世代移動通信システム）等の無線通信網等を用いた通信モジュールにより実現されてもよい。

【0024】

平均化回路部５０は、圧電素子３０において発生した交流信号の振動データを平均化する。平均化回路部５０は、絶対値回路５１と、平滑化回路５２と、を含む。絶対値回路５１では、圧電素子３０において発生した交流信号の電圧値が、絶対値に変換される。絶対値回路５１では、例えば、図３に示すように、正弦波が入力されると、入力電圧の負電圧文を正電圧に変換する全波整流された波形の脈流信号が出力される。平滑化回路５２では、絶対値回路５１において絶対値に変換された脈流信号の電圧値が、平滑化された直流信号に変換される。このように、実施形態では、圧電素子３０において発生した交流信号の振動データは、平均化回路部５０により平均化され直流信号に変換された後、出力部４０に出力される。すなわち、出力部４０には、圧電素子３０において発生した交流電圧の振幅の大きさを示す情報が出力される。

【0025】

実施形態の出力部４０は、更に、Ａ／Ｄ変換部６０を含む。Ａ／Ｄ変換部６０は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。出力部４０は、圧電素子３０が検出し、平均化回路部５０において平均化された振動データを、Ａ／Ｄ変換部６０においてデジタル信号に変換して、送信ユニットにより無線通信により外部に送信する。電池７０は、送信ユニットに電力を供給する。送信ユニットから送信された振動データは、外部装置であるコンピュータ８０が受信する。

【0026】

コンピュータ８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む演算手段としての演算処理装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含む周知のコンピュータである。

【0027】

＜超音波測定方法＞
図４は、実施形態に係る超音波測定方法の流れを示すフローチャートである。実施形態の超音波測定方法は、被加工物準備ステップ１０１と、確認ステップ１０２と、治具準備ステップ１０３と、基準データ取得ステップ１０４と、超音波付与ステップ１０５と、測定ステップ１０６と、判定ステップ１０７と、を含む。被加工物準備ステップ１０１、確認ステップ１０２、治具準備ステップ１０３、および基準データ取得ステップ１０４は、被加工物（インゴット１１０）からウエーハ１３０を次々に生成する前に、予め実施する準備ステップである。超音波付与ステップ１０５、測定ステップ１０６、および判定ステップ１０７は、被加工物の加工中に適宜繰り返して実行される点検ステップである。

【0028】

（被加工物準備ステップ１０１）
図５は、図４に示す被加工物準備ステップ１０１の一状態を示す斜視図である。図６は、図５に示す被加工物の側面図である。図７は、図５および図６の後の一状態を一部断面で示す側面図である。図８は、図７の後の一状態を示す斜視図である。被加工物準備ステップ１０１は、被加工物からウエーハ１３０を剥離するための起点となる剥離層１２３が形成された被加工物を準備するステップである。

【0029】

被加工物は、全体として柱状に形成され、サファイア、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等を母材とする単結晶の半導体インゴット等のインゴット１１０である。インゴット１１０は、実施形態において、円柱状である。インゴット１１０は、第一の面１１１と、第二の面１１２と、周面１１３と、第一オリエンテーションフラット１１４と、第二オリエンテーションフラット１１５と、を有している。

【0030】

第一の面１１１は、実施形態において円形状であって、円柱状に形成されるインゴット１１０の一方の端面である。第二の面１１２は、実施形態において円形状であって、円柱状に形成されるインゴット１１０の第一の面１１１とは反対側の端面である。第二の面１１２は、インゴット１１０の底面に相当する。周面１１３は、第一の面１１１の外縁と第二の面１１２の外縁とに連なる面である。

【0031】

第一オリエンテーションフラット１１４は、インゴット１１０の結晶方位を示すために周面１１３の一部に形成される平面である。第二オリエンテーションフラット１１５は、インゴット１１０の結晶方位を示すために周面１１３の一部に形成される平面である。第二オリエンテーションフラット１１５は、第一オリエンテーションフラット１１４に直交する。なお、第一オリエンテーションフラット１１４の長さは、第二オリエンテーションフラット１１５の長さより長い。

【0032】

また、インゴット１１０は、第一の面１１１の垂線１１６に対して第二オリエンテーションフラット１１５に向かう傾斜方向１１７にオフ角１２０傾斜したｃ軸１１８と、ｃ軸１１８に直交するｃ面１１９と、を有している。ｃ軸１１８の垂線１１６からの傾斜方向１１７は、第二オリエンテーションフラット１１５の伸長方向に直交し、かつ第一オリエンテーションフラット１１４と平行である。ｃ面１１９は、インゴット１１０の第一の面１１１に対してオフ角１２０傾斜している。

【0033】

ｃ面１１９は、インゴット１１０中にインゴット１１０の分子レベルで無数に設定される。インゴット１１０は、実施形態では、オフ角１２０を１°、４°または６°に設定されているが、本発明では、例えば１°～６°の範囲で自由に設定されて製造されてもよい。インゴット１１０は、第一の面１１１が研削装置により研削加工された後、研磨装置により研磨加工されて、第一の面１１１が鏡面に形成される。

【0034】

被加工物準備ステップ１０１では、レーザービーム２２２の照射により、上記のインゴット１１０の内部に、改質部１２１と改質部１２１から伸展するクラック１２２とを含む剥離層１２３を形成する。実施形態の被加工物準備ステップ１０１において、レーザービーム２２２の照射は、図７に示すレーザー加工装置２００によって実施される。

【0035】

レーザー加工装置２００は、保持テーブル２１０と、レーザービーム照射ユニット２２０と、保持テーブル２１０とレーザービーム照射ユニット２２０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、を備える。保持テーブル２１０は、インゴット１１０を保持面２１１で保持する。保持面２１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状であり、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル２１０は、保持面２１１上に載置されたインゴット１１０の第二の面１１２側を吸引保持する。

【0036】

レーザービーム照射ユニット２２０は、例えば、レーザービーム２２２を出射する発振器と、レーザービーム２２２を保持テーブル２１０に保持されたインゴット１１０に向けて集光する集光器２２１と、発振器から集光器２２１までレーザービーム２２２を導く各種の光学部品と、を有する。なお、以下の説明において、水平面における一方向であるＸ軸方向が加工送り方向であり、水平面においてＸ軸方向に直交する方向であるＹ軸方向が割り出し送り方向である。

【0037】

被加工物準備ステップ１０１では、インゴット１１０の第二の面１１２側を保持テーブル２１０の保持面２１１に吸引保持する。この際、インゴット１１０の第二オリエンテーションフラット１１５と加工送り方向（Ｘ軸方向）とが平行になるように調整する。次に、レーザービーム２２２の集光点２２３をインゴット１１０内部の生成すべきウエーハ１３０（図９から図１１まで参照）の厚みに相当する深さに位置づける。レーザービーム２２２は、インゴット１１０に対して透過性を有する波長のパルス状のレーザービームである。

【0038】

被加工物準備ステップ１０１では、次に、インゴット１１０内部において第一の面１１１側から生成すべきウエーハ１３０（図７等参照）の厚みに相当する深さに集光点２２３を位置づけた状態で、レーザービーム照射ユニット２２０の集光器２２１と保持テーブル２１０とを相対的に移動させる。すなわち、集光点２２３とインゴット１１０とを第一の面１１１と平行な方向（ＸＹ方向）に相対的に移動させながら、レーザービーム２２２をインゴット１１０に向けて照射する。

【0039】

パルス状のレーザービーム２２２が照射されることにより、インゴット１１０の内部に加工送り方向に沿う改質部１２１が形成される。ここで、改質部１２１とは、レーザービーム２２２が照射されることによって、密度、屈折率、機械的強度またはその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質部１２１は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。改質部１２１は、インゴット１１０の他の部分よりも機械的な強度等が低い。

【0040】

インゴット１１０の内部では、改質部１２１からｃ面１１９に沿って延びるクラック１２２が生成される。すなわち、実施形態では、クラック１２２は、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に伸展する。このようにして、被加工物準備ステップ１０１では、改質部１２１と、改質部１２１からｃ面１１９に沿って形成されるクラック１２２とを含む剥離層１２３が形成された被加工物（インゴット１１０）が準備される。

【0041】

（確認ステップ１０２）
図９は、図４に示す確認ステップ１０２の一状態を示す側面図である。図１０は、図９の後の一状態を示す側面図である。図１１は、図１０の後の一状態を示す側面図である。確認ステップ１０２は、超音波付与ユニット３２０を用いて被加工物（インゴット１１０）に対して超音波を付与することで、被加工物が剥離層１２３を起点として正常に分離できるか否かを確認するステップである。

【0042】

実施形態の確認ステップ１０２において、超音波の付与は、図９に示す超音波付与装置３００によって実施される。また、実施形態の確認ステップ１０２において、剥離層１２３起点とした分離は、図１０および図１１に示す剥離装置４００によって実施される。

【0043】

図９に示す超音波付与装置３００は、保持テーブル３１０と、超音波付与ユニット３２０と、保持テーブル３１０と超音波付与ユニット３２０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、液体供給ユニット３３０と、を備える。保持テーブル３１０は、インゴット１１０を保持面３１１で保持する。保持面３１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状であり、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル３１０は、保持面３１１上に載置されたインゴット１１０の第二の面１１２側を吸引保持する。なお、保持テーブル３１０は、レーザー加工装置２００の保持テーブル２１０と兼用のものであってもよい。

【0044】

超音波付与ユニット３２０は、例えば、交流電力が印加されることにより伸縮して、保持テーブル３１０の保持面３１１に対向する一方の端面３２１に垂直な方向に超音波振動を発生させる超音波振動子と、超音波振動子に交流電力を印加する電源と、液体供給ユニット３３０と、を有する。端面３２１は、水平方向と平行な平面であり、超音波振動子の超音波振動に伴って、保持テーブル３１０の保持面３１１に垂直な方向に振動する。

【0045】

図１０および図１１に示す剥離装置４００は、インゴット保持ユニット４１０と、ウエーハ保持ユニット４２０と、インゴット保持ユニット４１０とウエーハ保持ユニット４２０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、を備える。インゴット保持ユニット４１０は、保持面４１１上に載置されたインゴット１１０の第二の面１１２側を吸引保持する。

【0046】

ウエーハ保持ユニット４２０は、インゴット１１０の第一の面１１１側、すなわち生成すべきウエーハ１３０を吸引保持する保持面４２１を有し、保持面４２１に当接しているインゴット１１０の第一の面１１１側を吸引保持可能である。保持面４１１、４２１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状であり、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。なお、インゴット保持ユニット４１０は、超音波付与装置３００の保持テーブル３１０と兼用のものであってもよい。

【0047】

図９に示すように、確認ステップ１０２では、まず、剥離層１２３が形成されたインゴット１１０の第二の面１１２を、保持テーブル３１０の保持面３１１で保持する。次に、超音波付与ユニット３２０の端面３２１を、保持テーブル３１０に保持されたインゴット１１０の第一の面１１１と所定の間隔をあけて対向させる。所定の間隔は、例えば、０．５～１．０ｍｍ程度である。

【0048】

確認ステップ１０２では、次に、液体供給ユニット３３０からインゴット１１０の第一の面１１１と超音波付与ユニット３２０の端面３２１との間に液体３３１を供給する。液体３３１は、例えば、純水である。次に、超音波付与ユニット３２０の端面３２１を液体３３１内に浸漬させながら、超音波付与ユニット３２０の超音波振動子に所定時間交流電力を印加して端面３２１を超音波振動させる。

【0049】

これにより、端面３２１の超音波振動が、液体３３１を介してインゴット１１０の第一の面１１１に付与されると、クラック１２２が伸展する。確認ステップ１０２では、超音波付与ユニット３２０とインゴット１１０の第一の面１１１とを相対的に移動させ、インゴット１１０の第一の面１１１の全面に超音波を付与して、剥離層１２３全体のクラック１２２を伸展させる。

【0050】

図１０に示すように、確認ステップ１０２では、次に、インゴット１１０の第二の面１１２を、インゴット保持ユニット４１０の保持面４１１で保持する。次に、ウエーハ保持ユニット４２０をインゴット保持ユニット４１０側に近接させ、インゴット１１０の第一の面１１１を保持面４２１で吸引保持する。

【0051】

この状態で、図１１に示すように、次に、ウエーハ保持ユニット４２０をインゴット保持ユニット４１０から離隔させる。これにより、上下に引っ張られたインゴット１１０が剥離層１２３を起点として分離し、インゴット１１０の第一の面１１１側の剥離した一部がウエーハ１３０として生成される。

【0052】

なお、ウエーハ１３０は、確認ステップ１０２において超音波を付与した段階で剥離層１２３を界面としてインゴット１１０から完全に分離している場合と、完全に分離していない場合とがある。後者の場合、ウエーハ１３０は、インゴット保持ユニット４１０に保持されたインゴット１１０に対してウエーハ保持ユニット４２０で上方に引っ張られることによって外力が付与され、剥離層１２３を起点としてインゴット１１０から剥離して分離する。

【0053】

確認ステップ１０２において、剥離装置４００によってウエーハ１３０が剥離できない場合、または、ウエーハ１３０に割れや欠けが生じる等、正常に分離できない場合、加工条件または各種装置を変更して、被加工物準備ステップ１０１からやり直す。なお、正常に分離できたか否かの確認は、オペレータによる目視でもよいし、不図示の撮像手段によって撮像された撮像画像を周知の画像処理することにより自動的に行ってもよい。

【0054】

（治具準備ステップ１０３）
治具準備ステップ１０３は、超音波測定治具１を準備するステップである。なお、治具準備ステップ１０３は、基準データ取得ステップ１０４より前であれば、いずれのタイミングであっても構わない。

【0055】

（基準データ取得ステップ１０４）
図１２は、図４に示す基準データ取得ステップ１０４の一状態を一部断面で示す側面図である。図１３は、図１２における板状部材１０の挙動を模式的に示す断面図である。基準データ取得ステップ１０４は、確認ステップ１０２で被加工物（インゴット１１０）が正常に分離できることを確認した後、後述の超音波付与ステップ１０５、測定ステップ１０６、および判定ステップ１０７より前に予めに実施される。

【0056】

基準データ取得ステップ１０４は、確認ステップ１０２で用いた超音波付与ユニット３２０を用いて超音波測定治具１に対して超音波を付与しながら、圧電素子３０が検出した振動データに基づいて、板状部材１０が受ける振動を測定するステップである。言い換えると、確認ステップ１０２で被加工物（インゴット１１０）に対して実施した超音波付与と同一の条件下において、疑似インゴットおよび疑似ウエーハである超音波測定治具１に対して超音波を付与する。

【0057】

図１２に示すように、基準データ取得ステップ１０４では、まず、超音波測定治具１の柱状部材２０側の面（他方の面２４）を、保持テーブル３１０の保持面３１１で保持する。次に、超音波付与ユニット３２０の端面３２１を、保持テーブル３１０に保持された超音波測定治具１の板状部材１０側の面（他方の面１２）と所定の間隔をあけて対向させる。所定の間隔は、確認ステップ１０２においてインゴット１１０に超音波を付与した際のインゴット１１０の第一の面１１１と超音波付与ユニット３２０の端面３２１との距離と同間隔である。

【0058】

基準データ取得ステップ１０４では、次に、液体供給ユニット３３０から板状部材１０の他方の面１２と超音波付与ユニット３２０の端面３２１との間に液体３３１を供給する。次に、超音波付与ユニット３２０の端面３２１を液体３３１内に浸漬させながら、超音波付与ユニット３２０の超音波振動子に所定時間交流電力を印加して端面３２１を超音波振動させる。

【0059】

これにより、端面３２１の超音波振動が、液体３３１を介して超音波測定治具１の板状部材１０側の面（他方の面１２）に付与されると、図１３に示すように、板状部材１０と、板状部材１０の一方の面１１に貼着された圧電素子３０とが、厚み方向にたわみ振動する。

【0060】

圧電素子３０が厚み方向に湾曲することで、厚み方向に湾曲させる圧力に対応する電圧が発生するため、たわみ振動に対応して圧力に対応する電圧値を振幅とする交流信号が発生する。すなわち、圧電素子３０は、超音波振動の振動データを電圧として検出することで、板状部材１０が受ける振動を測定することができる。振動データは、平均化回路部５０で平均化されて直流信号に変換された後、出力部４０からコンピュータ８０に出力される。コンピュータ８０は、測定された振動データを、基準データとして記憶する。

【0061】

以上のように、被加工物準備ステップ１０１、確認ステップ１０２、治具準備ステップ１０３、および基準データ取得ステップ１０４により、正常に動作している状態の装置においてインゴット１１０からウエーハ１３０を剥離する際の、超音波付与時の超音波振動の振動データを、基準データとして取得する。以降の、超音波付与ステップ１０５、測定ステップ１０６、および判定ステップ１０７は、実際の製造ラインでインゴット１１０からウエーハ１３０を次々に生成している合間に、超音波付与ユニット３２０が正常か否かを点検するために実施される。

【0062】

（超音波付与ステップ１０５および測定ステップ１０６）
超音波付与ステップ１０５は、超音波測定治具１（図１２参照）の板状部材１０の他方の面１２に超音波付与ユニット３２０（図１２参照）を対面させ、超音波付与ユニット３２０と板状部材１０の他方の面１２との間に液体３３１を供給しながら超音波付与ユニット３２０を作動させることで、超音波測定治具１に対して超音波を付与するステップである。また、測定ステップ１０６は、超音波付与ステップ１０５の実施中に、圧電素子３０が検出した振動データに基づいて、板状部材１０が受ける振動を測定するステップである。

【0063】

超音波付与ステップ１０５および測定ステップ１０６は、基準データ取得ステップ１０４において基準データを取得したのと同様の手順で実施される。例えば、超音波付与ユニット３２０が正常に動作しており、基準データ取得ステップ１０４と同条件で超音波測定治具１に対して超音波が付与された場合、基準データ取得ステップ１０４で取得された基準データと同様の振動データが取得される。また、例えば、超音波付与ユニット３２０に不具合があり、基準データ取得ステップ１０４と同条件で超音波測定治具１に対して超音波が付与できなかった場合、基準データ取得ステップ１０４で取得された基準データと異なる振動データが取得される。

【0064】

（判定ステップ１０７）
判定ステップ１０７は、基準データ取得ステップ１０４により取得された結果と、測定ステップ１０６により取得された結果と、を比較することで、超音波付与ユニット３２０が正常に動作しているか否かを判定する。判定ステップ１０７では、例えば、基準データ取得ステップ１０４により取得された結果に基づいて設定された所定の閾値を、測定ステップ１０６により取得された結果が超えた場合、超音波付与ユニット３２０に不具合があると判定してもよい。

【0065】

判定ステップ１０７は、実施形態において、コンピュータ８０により実行される。コンピュータ８０は、判定結果を、不図示の表示装置等に出力する。コンピュータ８０は、超音波付与ユニット３２０に不具合があると判定した場合、不図示の報知装置により、所定の報知情報を発報してもよい。

【0066】

以上説明したように、実施形態の超音波測定治具１は、圧電素子３０を貼着した板状部材１０を疑似ウエーハとし、板状部材１０を被加工物（インゴット１１０）に見立てた柱状部材２０に貼り付けて形成されている。このため、実施形態の超音波振動の測定方法では、被加工物に剥離層１２３を形成するための超音波付与と同条件で、超音波付与ユニット３２０により超音波を付与された際の振動データを取得することができ、振動データに基づいて、疑似ウエーハである板状部材１０が受ける振動を測定することができる。したがって、超音波付与ユニット３２０の異常を正確かつ容易に検知することができる。

【0067】

また、被加工物（インゴット１１０）からウエーハ１３０の剥離が正常に行われた際と同条件での振動データを基準データとして予め取得しておき、その後、超音波付与ユニット３２０を繰り返し動作させた後の点検時に取得した振動データと基準データとを比較することで、定量的に超音波付与ユニット３２０が正常に動作しているか否かを判定することができる。

【0068】

更に、実施形態の超音波測定治具１は、振動データを、無線通信によりコンピュータ８０に出力するため、煩雑な配線が不要となり、加工装置内を搬送することができるとともに、周囲の構造物との干渉を配慮する必要がないため、熟練者でなくとも作業が安全に実施できる。

【0069】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【0070】

〔第１変形例〕
＜超音波測定治具２＞
本発明の第１変形例に係る超音波測定治具２の構成について図面に基づいて説明する。図１４は、第１変形例に係る超音波測定治具２を模式的に示す断面図である。図１４に示す第１変形例の超音波測定治具２について、実施形態の超音波測定治具１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

【0071】

第１変形例の超音波測定治具２は、実施形態の超音波測定治具１と比較して、柱状部材２０－１および出力部４０－１の構成が異なる。また、超音波測定治具２は、平均化回路部５０および電池７０を内蔵せず、有線接続によって圧電素子３０からオシロスコープ９０に直接接続する。

【0072】

第１変形例の柱状部材２０－１は、柱部２５と、間座部２６と、を含む。間座部２６は、柱部２５の外径と同径の外径を有する筒形状のスペーサである。言い換えると、実施形態の柱状部材２０は、中央部に凹部２２を含む柱形状に一体で形成されるが、第１変形例の柱状部材２０－１は、柱部２５と、凹部２２の外周を囲繞する環形状の間座部２６とが、別体で形成されて、互いに固定される。板状部材１０と柱部２５と間座部２６とに囲まれた空間には、板状部材１０の一方の面１１に貼着された圧電素子３０が収容される。

【0073】

第１変形例の出力部４０－１は、超音波測定治具２の外部のオシロスコープ９０と圧電素子３０とを有線接続する２本の配線コードである。２本の配線は、圧電素子３０を構成する２枚の電極それぞれと、オシロスコープ９０とを接続する。振動データの平均化は、オシロスコープ９０において実行される。

【0074】

〔第２変形例〕
＜超音波測定治具３＞
本発明の第２変形例に係る超音波測定治具３の構成について図面に基づいて説明する。図１５は、第２変形例に係る超音波測定治具３を模式的に示す断面図である。図１６は、第２変形例に係る超音波測定治具３の電気回路構成図である。図１５および図１６に示す第２変形例の超音波測定治具３について、実施形態の超音波測定治具１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

【0075】

第２変形例の超音波測定治具３は、実施形態の超音波測定治具１と比較して、１種の圧電素子３０の代わりに、２種の圧電素子、すなわち測定用圧電素子３１および発電用圧電素子３２と、ケーブル７１と、発電充電回路部７２と、を有する。

【0076】

測定用圧電素子３１は、実施形態の圧電素子３０と同様の構成および機能を有する。発電用圧電素子３２は、実施形態の圧電素子３０と同様に、印加された圧力を電圧に変換する受動素子であり、圧電体と、圧電体を挟む２枚の電極と、を含んで構成される。発電用圧電素子３２は、板状部材１０の一方の面１１において、測定用圧電素子３１の外周部に貼着される。発電用圧電素子３２は、板状部材１０の一方の面１１と柱状部材２０の一方の面２１とが貼り合わされた状態において、柱状部材２０の凹部２２に収容される。第２変形例の発電用圧電素子３２は、例えば、外径が１０ｍｍ、厚みが２５０μｍであって、測定用圧電素子３１の外周部に均等に１２個設けられる。発電用圧電素子３２は、外径が５０ｍｍかつ内径が４０ｍｍの環状であって、測定用圧電素子３１と同心であるように設けられてもよい。

【0077】

発電用圧電素子３２は、ケーブル７１を介して電池７０と電気的に有線接続する。ケーブル７１は、２枚の電極のそれぞれに接続する２本の配線を含む。発電用圧電素子３２は、検出した振動データを、電圧値に変換して、発電充電回路部７２に出力する。発電充電回路部７２は、発電用圧電素子３２において発生した振動により発電し、直流電力を蓄積する。発電充電回路部７２は、例えば、ブリッジ接続された４つのダイオードにより、振動により発生した交流電圧を整流し、直流電力に変換するものであってもよい。発電充電回路部７２は、例えば、コンデンサを有し、コンデンサに直流電力を蓄えるものであってもよい。発電充電回路部７２は、出力部４０および絶対値回路５１に電力を供給する電池７０に、電力を供給する。発電充電回路部７２は、出力部４０および絶対値回路５１に電力を直接供給してもよい。

【0078】

このように、第２変形例の超音波測定治具３では、測定用圧電素子３１とは別に、発電用圧電素子３２を設け、振動を測定するのと同時に振動により発電するようにしている。これにより、電力を確保できるため、電池７０の交換または充電の頻度を低減することができる。

【0079】

〔第３変形例〕
＜超音波測定治具４＞
本発明の第３変形例に係る超音波測定治具４の構成について図面に基づいて説明する。図１７は、第３変形例に係る超音波測定治具４を模式的に示す断面図である。図１８は、第３変形例に係る超音波測定治具４の電気回路構成図である。図１９は、第３変形例に係る圧電素子３３が検出した振動データの一例を示すグラフである。図１７および図１８に示す第３変形例の超音波測定治具４について、実施形態の超音波測定治具１または第２変形例の超音波測定治具３と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

【0080】

第３変形例の超音波測定治具４は、実施形態の超音波測定治具１と比較して、圧電素子３０の代わりに、圧電素子３３と、ケーブル７３と、発電充電回路部７２と、を有する。

【0081】

圧電素子３３は、実施形態の圧電素子３０と同様の構成を有するとともに、第２変形例の測定用圧電素子３１および発電用圧電素子３２の機能を併せ持つ。圧電素子３３は、ケーブル７３を介して電池７０と電気的に有線接続する。ケーブル７３は、２枚の電極のそれぞれに接続する２本の配線を含む。圧電素子３３は、検出した振動データを、電圧値に変換して、平均化回路部５０および発電充電回路部７２に出力する。

【0082】

発電充電回路部７２は、スイッチを含んで構成されてもよい。この場合、図１９に示すように、所定時間は平均化回路部５０に振動データを出力して測定に割り当て、それ以外の所定時間は発電充電回路部７２に振動データを出力して発電および充電に割り当ててもよい。あるいは、同時に出力して、測定と発電および充電とを同時に実施してもよい。

【0083】

このように、第３変形例の超音波測定治具４では、圧電素子３３を、超音波の測定と発電および充電との両方に用いる。これにより、振動を測定するとともに、電力を確保できるため、電池７０の交換または充電の頻度を低減することができる。また、共用にするため、圧電素子３３を別途設ける必要がない。

【0084】

〔その他の変形例〕
例えば、実施形態、第２変形例および第３変形例の一体成形された柱状部材２０に有線配線を通す孔を形成し、オシロスコープ９０に有線接続する構成であってもよい。また、第１変形例の柱状部材２０－１の間座部２６の厚みを大きくして、出力部４０、平均化回路部５０および電池７０を内蔵し、コンピュータ８０に無線接続する構成であってもよい。また、出力部４０によって外部に振動データを送信する際、連続的に送信する代わりに、例えば１秒周期等、所定の時間間隔で間欠的に送信することで、電力消費を抑制してもよい。

【符号の説明】

【0085】

１、２、３、４ 超音波測定治具
１０ 板状部材
１１ 一方の面
１２ 他方の面
２０、２０－１ 柱状部材
２１ 一方の面
２２ 凹部
２３ 底面
２４ 他方の面
３０、３３ 圧電素子
３１ 測定用圧電素子（圧電素子）
３２ 発電用圧電素子（第二の圧電素子）
４０、４０－１ 出力部
５０ 平均化回路部
６０ Ａ／Ｄ変換部
７０ 電池
７２ 発電充電回路部
８０ コンピュータ
１１０ インゴット（被加工物）
１２１ 改質部
１２２ クラック
１２３ 剥離層
１３０ ウエーハ
２２２ レーザービーム
３２０ 超音波付与ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】