特許 7641435 基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-26

(45)【発行日】2025-03-06

(54)【発明の名称】基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20250227BHJP

   B23K 26/18 20060101ALI20250227BHJP

   B23K 26/57 20140101ALI20250227BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

H01L21/02 B

B23K26/18

B23K26/57

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024188786

(22)【出願日】2024-10-28

(62)【分割の表示】P 2023104005の分割

【原出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2025003664

(43)【公開日】2025-01-09

【審査請求日】2024-10-28

(31)【優先権主張番号】P 2019236190

(32)【優先日】2019-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020011824

(32)【優先日】2020-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(74)【代理人】

【識別番号】100233814

【弁理士】

【氏名又は名称】矢田 充洋

(72)【発明者】

【氏名】山下 陽平

(72)【発明者】

【氏名】田之上 隼斗

(72)【発明者】

【氏名】溝本 康隆

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１２５９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４４１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３４１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２０７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１２５９２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｂ２３Ｋ ２６／１８

Ｂ２３Ｋ ２６／５７

Ｂ２３Ｋ ２６／０８２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第２の基板に形成されたデバイス層を前記第１の基板に転写する方法であって、
前記第１の基板には、第１の表面膜が形成され、
前記第２の基板には、レーザ吸収層、第２のデバイス層及び第２の表面膜が表面側からこの順で形成され、
前記第１の基板と前記第２の基板は、前記第１の表面膜と前記第２の表面膜が接合され、
前記レーザ吸収層に対して、前記第２の基板の裏面側からレーザ光をパルス状に照射することと、
前記レーザ吸収層と前記第２のデバイス層との界面において、前記第２の基板を前記第１の基板から剥離して、前記第２のデバイス層と前記第２の表面膜を前記第１の基板に転写することと、を有する、基板処理方法。

【請求項2】

前記第１の基板の表面と前記第１の表面膜の間に第１のデバイス層が形成されている、請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記第２のデバイス層はＧｅからなる、請求項１又は２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記レーザ吸収層と前記第２のデバイス層の間に反射膜が形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記レーザ吸収層に対して径方向外側から内側に向けて前記レーザ光を照射し、
前記第２の基板の外周端と、前記重合基板における前記第１の基板と前記第２の基板の接合端である前記レーザ吸収層の外周端との間から、前記レーザ光の照射を開始する、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項6】

前記重合基板を回転させることと、前記重合基板を径方向に移動させることとを交互に行い、前記レーザ吸収層に対して円環状に前記レーザ光を照射する、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項7】

前記第２の基板が剥離された前記第１の基板を洗浄する、請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記第２の基板が剥離された前記第１の基板をエッチングする、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項9】

前記第２の基板が剥離された前記第１の基板をＣＭＰ処理する、請求項１～８のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項10】

前記重合基板を回転させながら前記レーザ光を照射し、
前記重合基板の回転速度は、前記レーザ光が前記レーザ吸収層の径方向外側に照射される場合に比べて内側に照射される場合の方が速く、且つ、前記レーザ吸収層の径方向外側に照射される前記レーザ光の周波数は、内側に照射される前記レーザ光の周波数よりも大きい、請求項１～９のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記第１の表面膜は酸化膜であり、
前記第２の表面膜は酸化膜である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項12】

第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第２の基板の表面に形成されたデバイス層を前記第１の基板に転写する基板処理システムであって、
前記第１の基板には、第１の表面膜が形成され、
前記第２の基板には、レーザ吸収層、第２のデバイス層及び第２の表面膜が表面側からこの順で形成され、
前記第１の基板と前記第２の基板は、前記第１の表面膜と前記第２の表面膜が接合され、
前記第１の基板の裏面を保持する保持部と、
前記保持部が前記第１の基板を保持した状態で、前記レーザ吸収層に対して、前記第２の基板の裏面側からレーザ光をパルス状に照射するレーザ照射部と、
前記レーザ吸収層と前記第２のデバイス層との界面において、前記第２の基板を前記第１の基板から剥離して、前記第２のデバイス層と前記第２の表面膜を前記第１の基板に転写する搬送部と、を有する、基板処理システム。

【請求項13】

前記第１の基板の表面と前記第１の表面膜の間に第１のデバイス層が形成されている、請求項１２に記載の基板処理システム。

【請求項14】

前記第２の基板が剥離された前記第１の基板を洗浄する洗浄装置を有する、請求項１２又は１３に記載の基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体装置の製造方法が開示されている。かかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の裏面よりＣＯ_２レーザを照射して剥離酸化膜を局所的に加熱する加熱工程と、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転写工程と、を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２２０７４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、前記第２の基板に形成されたデバイス層を前記第１の基板に転写する方法であって、前記第１の基板には、第１の表面膜が形成され、前記第２の基板には、レーザ吸収層、第２のデバイス層及び第２の表面膜が表面側からこの順で形成され、前記第１の基板と前記第２の基板は、前記第１の表面膜と前記第２の表面膜が接合され、前記レーザ吸収層に対して、前記第２の基板の裏面側からレーザ光をパルス状に照射することと、前記レーザ吸収層と前記第２のデバイス層との界面において、前記第２の基板を前記第１の基板から剥離して、前記第２のデバイス層と前記第２の表面膜を前記第１の基板に転写することと、を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】パルス波と連続波を用いた場合のレーザ光のパワーを比較した説明図である。

【図2】ウェハ処理システムにおいて処理される重合ウェハの構成の概略を示す側面図である。

【図3】ウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。

【図4】本実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。

【図5】本実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す平面図である。

【図6】本実施形態においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図7】本実施形態においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図8】本実施形態の変形例においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図9】レーザ吸収層から第２のウェハを剥離する様子を示す説明図である。

【図10】他の実施形態にかかるレーザ照射部の構成の概略を模式的に示す説明図である。

【図11】他の実施形態において音響光学変調器でレーザ光の周波数を変更する様子を示す説明図である。

【図12】他の実施形態において音響光学変調器でレーザ光の周波数を変更する様子を示す説明図である。

【図13】他の実施形態にかかるレーザ照射部の構成の概略を模式的に示す説明図である。

【図14】他の実施形態にかかるレーザ照射部の構成の概略を模式的に示す説明図である。

【図15】他の実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。

【図16】他の実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す平面図である。

【図17】他の実施形態においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図18】他の実施形態においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図19】他の実施形態においてレーザ吸収層にレーザ光を照射する様子を示す説明図である。

【図20】他の実施形態にかかるレーザ照射装置の構成の概略を示す側面図である。

【図21】ガイド部の構成の概略を示す側面図である。

【図22】保持部材の構成の概略を示す側面図である。

【図23】ガイド部と保持部材の構成の概略を示す平面図である。

【図24】他の実施形態において第２のウェハの表面に形成されたデバイス層を第１のウェハに転写する様子を示す説明図である。

【図25】他の実施形態において第２のウェハの表面に形成されたデバイス層を第１のウェハに転写する様子を示す説明図である。

【図26】他の実施形態において第２のウェハの表面に形成されたデバイス層を第１のウェハに転写する様子を示す説明図である。

【図27】他の実施形態において第２のウェハの表面に形成されたデバイス層を第１のウェハに転写する様子を示す説明図である。

【図28】他の実施形態において第２のウェハの表面に形成されたデバイス層を第１のウェハに転写する様子を示す説明図である。

【図29】他の実施形態における重合ウェハの構成の概略を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

近年、ＬＥＤの製造プロセスにおいては、レーザ光を用いてサファイア基板からＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物結晶層（材料層）を剥離する、いわゆるレーザリフトオフが行われている。このようにレーザリフトオフが行われる背景には、サファイア基板が短波長のレーザ光（例えばＵＶ光）に対して透過性を有するため、吸収層に対して吸収率の高い短波長のレーザ光を使用することができ、レーザ光についても選択の幅が広いことが挙げられる。

【0009】

一方、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、一の基板（半導体などのシリコン基板）の表面に形成されたデバイス層を他の基板に転写することが行われる。シリコン基板は、一般的にＮＩＲ（近赤外線）の領域のレーザ光に対しては透過性を有するが、吸収層もＮＩＲのレーザ光に対して透過性を有するため、デバイス層が損傷を被るおそれがある。そこで、半導体デバイスの製造プロセスにおいてレーザリフトオフを行うためには、ＦＩＲ（遠赤外線）の領域のレーザ光を使用する。

【0010】

一般的には、例えばＣＯ_２レーザにより、ＦＩＲの波長のレーザ光を使用することができる。上述した特許文献１に記載の方法では、剥離酸化膜にＣＯ_２レーザを照射することで、剥離酸化膜と基板の界面において剥離を生じさせている。

【0011】

ここで、発明者らが鋭意検討したところ、単にＣＯ_２レーザを照射しただけでは、剥離が生じない場合があることが分かった。すなわち、剥離の発生要因が、ＣＯ_２レーザのエネルギー量ではなく、ピークパワー（レーザ光の最大強度）であることを見出した。例えば図１に示すように、ＣＯ_２レーザを連続発振させた場合（連続波を用いた場合）、ピークパワーを高くすることは難しく、剥離を発生できない場合がある。一方、ＣＯ_２レーザをパルス状に発振させた場合（パルス波を用いた場合）、ピークパワーを高くすることができ、剥離を発生させることができる。なお、本開示においてＣＯ_２レーザをパルス状に発振させたレーザ光は、いわゆるパルスレーザであり、そのパワーが０（ゼロ）と最大値を繰り返すものである。

【0012】

また、ＣＯ_２レーザを連続発振させた場合、熱影響が大きいため、安定したレーザリフトオフを行うことができず、熱によりデバイス層がダメージを被るおそれもある。そこで、かかる観点からも、ＣＯ_２レーザをパルス状に照射するのが良い。

【0013】

以上のように、基板と剥離酸化膜（デバイス層）を剥離するためには、当該剥離酸化膜にＣＯ_２レーザをパルス状に照射する必要がある。しかしながら、特許文献１の方法では、パルスレーザについては全く考慮されておらず、その示唆もない。したがって、従来のデバイス層の転写方法には改善の余地がある。

【0014】

本開示にかかる技術は、第１の基板と第２の基板が接合された重合基板において、第２の基板の表面に形成されたデバイス層を第１の基板に適切に転写する。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。

【0015】

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２に示すように第１の基板としての第１のウェハＷ１と第２の基板としての第２のウェハＷ２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Ｗ１において、第２のウェハＷ２に接合される側の面を表面Ｗ１ａといい、表面Ｗ１ａと反対側の面を裏面Ｗ１ｂという。同様に、第２のウェハＷ２において、第１のウェハＷ１に接合される側の面を表面Ｗ２ａといい、表面Ｗ２ａと反対側の面を裏面Ｗ２ｂという。

【0016】

第１のウェハＷ１は、例えばシリコン基板等の半導体ウェハである。第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａには、デバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が表面Ｗ１ａ側からこの順で積層されている。デバイス層Ｄ１は、複数のデバイスを含む。表面膜Ｆ１としては、例えば酸化膜（ＳｉＯ_２膜、ＴＥＯＳ膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜又は接着剤などが挙げられる。なお、表面Ｗ１ａには、デバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が形成されていない場合もある。

【0017】

第２のウェハＷ２も、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Ｗ２の表面Ｗ２ａには、レーザ吸収層Ｐ、デバイス層Ｄ２、表面膜Ｆ２が表面Ｗ２ａ側からこの順で積層されている。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（ＳｉＯ_２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。デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２はそれぞれ、第１のウェハＷ１のデバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１と同様である。そして、第１のウェハＷ１の表面膜Ｆ１と第２のウェハＷ２の表面膜Ｆ２が接合される。なお、レーザ吸収層Ｐの位置は、上記実施形態に限定されず、例えばデバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２の間に形成されていてもよい。また、表面Ｗ２ａには、デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２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１のウェハＷ１側に形成され、第１のウェハＷ１側のデバイス層Ｄ１が第２のウェハＷ２側に転写される。

【0018】

図３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は搬送ブロック２０のＸ軸負方向側に配置され、後述する洗浄装置３２は搬送ブロック２０のＸ軸正方向側に配置されている。

【0019】

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Ｗ１、複数の第２のウェハＷ２をそれぞれ収容可能なカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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、Ｃｗ１、Ｃｗ２をＸ軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台１１に載置されるカセットＣｔ、Ｃｗ１、Ｃｗ２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。

【0020】

搬送ブロック２０には、Ｘ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在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Ｗ１、第２のウェハＷ２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周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム２３の構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。そして、ウェハ搬送装置２２は、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、Ｃｗ１、Ｃｗ２、後述するレーザ照射装置３１及び洗浄装置３２に対して、重合ウェハＴ、第１のウェハＷ１、第２のウェハＷ２を搬送可能に構成されている。

【0021】

処理ブロック３０は、レーザ照射装置３１と洗浄装置３２を有している。レーザ照射装置３１は、第２のウェハＷ２のレーザ吸収層Ｐにレーザ光を照射する。なお、レーザ照射装置３１の構成は後述する。

【0022】

洗浄装置３２は、レーザ照射装置３１で分離された第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａに形成されたレーザ吸収層Ｐの表面を洗浄する。例えばレーザ吸収層Ｐの表面にブラシを当接させて、当該表面をスクラブ洗浄する。なお、表面の洗浄には、加圧された洗浄液を用いてもよい。また、洗浄装置３２は、第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａ側と共に、裏面Ｗ１ｂを洗浄する構成を有していてもよい。

【0023】

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。

【0024】

次に、上述したレーザ照射装置３１について説明する。

【0025】

図４及び図５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、保持部としてのチャック１００を有している。チャック１００は、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂの全面を吸着保持する。なお、チャック１００は裏面Ｗ１ｂの一部を吸着保持してもよい。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、昇降自在に構成されている。

【0026】

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）回りに回転自在に構成されている。スライダテーブル１０２は、その下面側に設けられた移動機構１０４によって、基台１０６に設けられＹ軸方向に延伸するレール１０５に沿って移動可能に構成されている。なお、移動機構１０４の駆動源は特に限定されるものではないが、例えばリニアモータが用いられる。

【0027】

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。レーザヘッド１１１は、レーザ光をパルス状に発振する。光学系１１２は、レーザ光の強度や位置を制御し、あるいはレーザ光を減衰させて出力を調整する。レンズ１１３は、筒状の部材であり、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。本実施形態ではレーザ光はＣＯ_２レーザ光であり、レーザ照射部１１０から発せられたレーザ光は第２のウェハＷ２を透過し、レーザ吸収層Ｐに照射される。なお、ＣＯ_２レーザ光の波長は、例えば８．９μｍ～１１μｍである。また、レンズ１１３は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。

【0028】

また、チャック１００の上方には、搬送部としての搬送パッド１２０が設けられている。搬送パッド１２０は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。また、搬送パッド１２０は、第２のウェハＷ２の吸着面を有している。そして、搬送パッド１２０は、チャック１００と搬送アーム２３との間で第２のウェハＷ２を搬送する。具体的には、チャック１００を搬送パッド１２０の下方（搬送アーム２３との受渡位置）まで移動させた後、搬送パッド１２０は第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持し、第１のウェハＷ１から剥離する。続いて、剥離された第２のウェハＷ２を搬送パッド１２０から搬送アーム２３に受け渡して、レーザ照射装置３１から搬出する。なお、搬送パッド１２０は、反転機構（図示せず）により、ウェハ表裏面を反転させるように構成されていてもよい。

【0029】

図５に示したレーザ照射装置３１においては、搬送アーム２３は搬送パッド１２０に対してＸ軸正方向側からアクセスする。但し、図５に示したレーザ照射装置３１を反時計回りに９０度回転させ、搬送アーム２３は搬送パッド１２０に対してＹ軸負方向側からアクセスしてもよい。

【0030】

なお、重合ウェハＴをレーザ照射装置３１に搬入する際には、搬送アーム２３から昇降ピンに重合ウェハＴが受け渡され、昇降ピンを下降させることでチャック１００に載置される。また、剥離された第１のウェハＷ１をレーザ照射装置３１から搬出する際には、チャック１００に載置された重合ウェハＴが昇降ピンによって上昇し、昇降ピンから搬送アーム２３に受け渡される。

【0031】

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Ｗ１と第２のウェハＷ２が接合され、予め重合ウェハＴが形成されている。

【0032】

先ず、重合ウェハＴを複数収納したカセット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。

【0033】

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から昇降ピンに受け渡され、チャック１００に吸着保持される。続いて、移動機構１０４によってチャック１００を処理位置に移動させる。この処理位置は、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。

【0034】

次に、図６及び図７に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ、より詳細にはレーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２の界面にレーザ光Ｌ（ＣＯ_２レーザ光）をパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂ側から当該第２のウェハＷ２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、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において剥離が生じる。なお、レーザ光Ｌはレーザ吸収層Ｐにほぼすべて吸収され、デバイス層Ｄ２に到達することがない。このため、デバイス層Ｄ２がダメージを被るのを抑制することができる。

【0035】

レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する際、回転機構１０３によってチャック１００（重合ウェハＴ）を回転させると共に、移動機構１０４によってチャック１００をＹ軸方向に移動させる。そうすると、レーザ光Ｌは、レーザ吸収層Ｐに対して径方向外側から内側に向けて照射され、その結果、外側から内側に螺旋状に照射される。なお、図７に示す黒塗り矢印はチャック１００の回転方向を示している。

【0036】

レーザ光Ｌの照射開始位置は、第２のウェハＷ２の外周端Ｅａと、重合ウェハＴにおける第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の接合端Ｅｂとの間であるのが好ましい。かかる場合、例えば重合ウェハＴにおいて、第１のウェハＷ１の中心と第２のウェハＷ２の中心がずれて偏心している場合でも、その偏心分を吸収して、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを適切に照射することができる。

【0037】

なお、図８に示すようにレーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌは同心円状に環状に照射してもよい。但し、この場合、チャック１００の回転とチャック１００のＹ方向が交互に行われるため、上述したようにレーザ光Ｌを螺旋状に照射した方が、照射時間を短時間にしてスループットを向上させることができる。

【0038】

また、レーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌは径方向内側から外側に向けて照射されてもよい。但し、この場合、レーザ吸収層Ｐの内側が先に剥離するため、剥離に伴う応力が径方向外側に向かい、その外側においてレーザ光Ｌが照射されていない部分も剥離する場合がある。この点、上述したようにレーザ光Ｌを径方向外側から内側に向けて照射する場合、剥離に伴う応力を外側に逃がすことができるので、剥離の制御がより容易になる。また、剥離を適切に制御することで、剥離面の荒れを抑制することも可能となる。

【0039】

また、本実施形態ではレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射するにあたり、チャック１００を回転させたが、レンズ１１３を移動させて、チャック１００に対してレンズ１１３を相対的に回転させてもよい。また、チャック１００をＹ軸方向に移動させたが、レンズ１１３をＹ軸方向に移動させてもよい。

【0040】

こうしてレーザ照射装置３１では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌが照射される。そして、レーザ光Ｌはパルス状に照射されるため、当該レーザ光Ｌのピークパワーを高くすることができる。したがって、上記図１を用いて説明したように、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において剥離を生じさせることができ、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を適切に剥離させることができる。

【0041】

次に、移動機構１０４によってチャック１００を受渡位置に移動させる。そして、図９（ａ）に示すように搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持する。その後、図９（ｂ）に示すように搬送パッド１２０が第２のウェハＷ２を吸着保持した状態で、当該搬送パッド１２０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離する。この際、上述したようにレーザ光Ｌの照射によってレーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２の界面には剥離が生じているので、大きな荷重をかけることなく、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離することができる。

【0042】

剥離された第２のウェハＷ２は、搬送パッド１２０からウェハ搬送装置２２の搬送アーム２３に受け渡され、カセット載置台１１のカセットＣｗ２に搬送される。なお、レーザ照射装置３１から搬出された第２のウェハＷ２は、カセットＣｗ２に搬送される前に洗浄装置３２に搬送され、その剥離面である表面Ｗ２ａが洗浄されてもよい。この場合、搬送パッド１２０によって第２のウェハＷ２の表裏面を反転させて、搬送アーム２３に受け渡してもよい。

【0043】

一方、チャック１００に保持されている第１のウェハＷ１については、昇降ピンによってチャック１００から上昇し、搬送アーム２３に受け渡され、洗浄装置３２に搬送される。洗浄装置３２では、剥離面であるレーザ吸収層Ｐの表面がスクラブ洗浄される。なお、洗浄装置３２では、レーザ吸収層Ｐの表面と共に、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂが洗浄されてもよい。また、レーザ吸収層Ｐの表面と第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂをそれぞれ洗浄する洗浄部を別々に設けてもよい。

【0044】

その後、すべての処理が施された第１のウェハＷ１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Ｃｗ１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。

【0045】

以上の実施形態によれば、レーザ照射装置３１において、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌがパルス状に照射されるので、当該レーザ光Ｌのピークパワーを高くすることができ、その結果、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において剥離を生じさせることができる。また、レーザ光Ｌをパルス状に照射した場合、連続波を用いた場合に比べて、熱影響が小さく、安定したレーザリフトオフを行うことができる。したがって、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を適切に剥離させることができ、デバイス層Ｄ２を第１のウェハＷ１に転写することができる。

【0046】

ここで、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の剥離をウェハ面内で均一にするためには、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。しかしながら、パルスの間隔を一定にするために、チャック１００（重合ウェハＴ）を回転させる場合、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、チャック１００の回転速度が速くなる。かかる場合、チャック１００の回転速度が上限に達すると、レーザ光Ｌの照射位置が径方向内側に移動するにつれ、レーザ光Ｌの間隔は小さくなっていき、中心部ではレーザ光Ｌが重なる場合もあり得る。そこで、レーザ光Ｌの照射間隔を調整する必要があるが、例えば下記の２つの方法がある。

【0047】

１つ目の方法は、チャック１００の回転速度を制御する方法である。すなわち、レーザ光Ｌの照射位置がレーザ吸収層Ｐの径方向外側にある場合には回転速度を遅くし、レーザ光Ｌの照射位置が内側にある場合に回転速度を速くする。なお、この回転速度の具体的な調整は、レーザ光Ｌの周波数に応じて任意に設定する。かかる場合、チャック１００の回転速度を一定にして、レーザ光Ｌを照射する間隔を一定にすることができる。

【0048】

２つ目の方法は、レーザ光Ｌの周波数を制御する方法である。すなわち、レーザ光Ｌの照射位置がレーザ吸収層Ｐの径方向外側にある場合には周波数を大きくし、レーザ光Ｌの照射位置が内側にある場合に周波数を小さくする。なお、この周波数の具体的な調整は、チャック１００の回転速度に応じて任意に設定する。かかる場合でも、チャック１００の回転速度を一定にして、レーザ光Ｌを照射する間隔を一定にすることができる。

【0049】

なお、レーザ照射の処理時間（タクト）を短くしてスループットを向上させるためには、１つ目の方法において、高い周波数のレーザ光Ｌを用いて、チャック１００の回転速度を維持するのが好ましい。

【0050】

また、上記の１つ目の方法と２つ目の方法を併用してもよい。かかる場合、径方向外側においてはチャック１００の回転速度を遅くしつつ、レーザ光Ｌの周波数を大きくする。一方、径方向内側においてはチャック１００の回転速度を速くしつつ、レーザ光Ｌの周波数を小さくする。

【0051】

ここで、２つ目の方法においてレーザ光Ｌの周波数を制御する際、例えばレーザヘッド１１１のレーザ発振器においてレーザ光Ｌの周波数を制御する場合、レーザ光Ｌの出力やパルス波形を考慮してパラメータを調整する必要がある。例えば、レーザ吸収層Ｐの径方向外側と内側で剥離させるために必要なレーザ光Ｌのエネルギーが同じである場合、外側におけるレーザ光Ｌの周波数を大きくすると出力を大きくし、内側におけるレーザ光Ｌの周波数を小さくすると出力を小さくする必要がある。さらに、レーザ発振器においてレーザ光Ｌの周波数を変更すると、当該レーザ光Ｌのパルス波形も変わる。したがって、レーザ光Ｌの出力やパルス波形を考慮した複雑な調整が必要となり、レーザ処理のプロセス制御が難しい。

【0052】

そこで本実施形態では、光学素子としての音響光学変調器を用いてレーザ光Ｌの周波数を制御する。上述したようにレーザ照射部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。

【0053】

図１０に示すようにレーザヘッド１１１は、レーザ光をパルス状に発振するレーザ発振器１３０を有している。レーザ発振器１３０から発振されるレーザ光の周波数は、後述する音響光学変調器１３１が制御できる最高周波数である。なお、レーザヘッド１１１は、レーザ発振器１３０の他の機器、例えば増幅器などを有していてもよい。

【0054】

光学系１１２は、レーザ発振器１３０からのレーザ光を異なる方向に変向させる音響光学変調器（ＡＯＭ）１３１と、レーザ発振器１３０からのレーザ光を減衰させ、レーザ光の出力を調整する減衰器としてのアッテネータ１３２とを有している。音響光学変調器１３１とアッテネータ１３２は、レーザ発振器１３０側からこの順で設けられている。

【0055】

音響光学変調器１３１は、レーザ光の強度や位置を電気的に高速で制御する光学変調器である。図１１に示すように音響光学変調器１３１は、レーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１が入射した際、電圧を印加してレーザ光Ｌ１の屈折率を変化させることで、当該レーザ光Ｌ１を異なる方向に変向させる。具体的には電圧を調整することで、レーザ光Ｌ１の変更角度を制御することができる。本実施形態では、例えばレーザ光Ｌ１を２つの異なる方向に変向させ、一方向のレーザ光Ｌ２はレーザ吸収層Ｐに照射され、他方向のレーザ光Ｌ３はレーザ吸収層Ｐに照射されない。このレーザ光Ｌ２、Ｌ３の変向を制御することで、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。

【0056】

かかる場合、音響光学変調器１３１を用いてレーザ光Ｌ１のパルスを間引くことによって、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。例えば、あるタイミングにおいて、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を１００：０にすれば、レーザ光Ｌ１がそのままレーザ光Ｌ２となってレーザ吸収層Ｐに照射される。一方、別のタイミングにおいて、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を０：１００にすれば、レーザ光Ｌ２は０（ゼロ）となり、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２は照射されない。かかる場合、図１２（ａ）に示すレーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１の周波数に対して、図１２（ｂ）に示す音響光学変調器１３１で変向したレーザ光Ｌ２の周波数を調整することができる。また、上述したようにレーザ光Ｌ１の周波数は、音響光学変調器１３１が制御できる最高周波数であるため、レーザ光Ｌ２の周波数を任意に調整することができる。なお、図１２の横軸は時間を示し、縦軸はレーザ光Ｌ２の強度を示す。すなわち、図１２のグラフ中の密度がレーザ光Ｌ２の周波数を示す。

【0057】

しかもこの場合、レーザ発振器１３０から発振されるレーザ光Ｌ１の周波数を変更しないので、レーザ光Ｌ１のパルス波形は変わらず、レーザ光Ｌ２のパルス波形もレーザ光Ｌ１のパルス波形と同じにできる。したがって、レーザ光Ｌ２の周波数を容易に調整することができ、上述したような従来の複雑な調整は不要となり、レーザ処理のプロセス制御が容易となる。

【0058】

なお、本実施形態では光学素子として音響光学変調器１３１を用いたが、これに限定されない。例えば光学素子として、電気光学変調器（ＥＯＭ）を用いてもよい。また、音響光学偏向器（ＡＯＤ）や電気光学偏向器（ＥＯＤ）などの光学偏向器を用いてもよい。

【0059】

次に、レーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌ２を照射する際の、当該レーザ光Ｌ２の制御方法について説明する。上述したように、レーザ光Ｌ２の照射位置がレーザ吸収層Ｐの径方向外側にある場合には周波数を大きくし、レーザ光Ｌ２の照射位置が内側にある場合に周波数を小さくする。

【0060】

以下、具体例を用いて説明する。なお、この具体例における数値は一例であって、本開示がこの数値に限定されるものではない。例えば、レーザ吸収層Ｐの径方向外側と内側のそれぞれにおいて、剥離に必要なエネルギーを４００μＪとする。レーザ吸収層Ｐの径方向外側におけるレーザ光Ｌ２の必要周波数を１００ｋＨｚとし、内側におけるレーザ光の必要周波数を５０ｋＨｚとする。レーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１の周波数は１００ｋＨｚ、出力は４０Ｗとする。

【0061】

かかる場合、レーザ吸収層Ｐの径方向外側に対しては、音響光学変調器１３１においてレーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１のパルスを間引かない。そうすると、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数は、レーザ光Ｌ１の周波数と同じ１００ｋＨｚにすることができる。また、レーザ光Ｌ２の出力もレーザ光Ｌ１の出力と同じ４０Ｗになる。そして、レーザ光Ｌ２のエネルギーは４００μＪ（＝４０Ｗ／１００ｋＨｚ）となり、剥離を適切に行うことができる。

【0062】

一方、レーザ吸収層Ｐの径方向内側に対しては、音響光学変調器１３１においてレーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１のパルスを半分間引く。そうすると、レーザ吸収層Ｐに照射されるレーザ光Ｌ２の周波数は、レーザ光Ｌ１の周波数の半分である５０ｋＨｚにすることができる。また、このレーザ光Ｌ１の間引きにより、レーザ光Ｌ２の出力もレーザ光Ｌ１の出力の半分である２０Ｗになる。そして、レーザ光Ｌ２のエネルギーは４００μＪ（＝２０Ｗ／５０ｋＨｚ）となり、剥離を適切に行うことができる。

【0063】

このようにレーザ光Ｌ２の周波数と照射位置に応じて、パルスの間隔が一定になるように、チャック１００の回転速度を制御する。そして、レーザ吸収層Ｐの中心部では、チャック１００の最高回転速度を維持し、音響光学変調器１３１が当該最高回転速度にかわせて、レーザ光Ｌ２の周波数を調整する。これにより、チャック１００の高回転速度、レーザ光Ｌ２の高周波数を最大限維持したレーザ処理を行うことができ、高スループットのレーザ処理を実現することができる。

【0064】

しかもこの場合、レーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１の周波数を変更しないので、レーザ光Ｌ１のパルス波形は変わらず、レーザ光Ｌ２のパルス波形もレーザ光Ｌ１のパルス波形と同じにできる。したがって、レーザ光Ｌ２の周波数を容易に調整することができ、連続したシームレスな加工が可能となる。その結果、レーザ処理のプロセス制御が容易となり、安定したプロセスを実現することができる。

【0065】

なお、本実施形態では、レーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１の出力が４０Ｗであったため、剥離に必要なエネルギー４００μＪに対して出力の調整は不要であった。この点、例えばレーザ光Ｌ１の出力が５０Ｗであった場合には、アッテネータ１３２においてレーザ光Ｌ１の出力を２０％減衰させて出力を調整すればよい。

【0066】

以上の実施形態のレーザ照射部１１０では、音響光学変調器１３１は光学系１１２の内部においてアッテネータ１３２の上流側に設けられていたが、設置場所はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように音響光学変調器１３１は光学系１１２の内部においてアッテネータ１３２の下流側に設けられていてもよい。あるいは例えば、図１４に示すように音響光学変調器１３１はレーザヘッド１１１の内部においてレーザ発振器１３０の下流側に設けられていてもよい。さらに、音響光学変調器１３１は上記設置位置に２箇所以上に設けられていてもよい。

【0067】

なお、レーザ照射部１１０では、音響光学変調器１３１でレーザ光Ｌ２の周波数と出力を調整した後、アッテネータ１３２で出力を微調整することが可能である。ここで、レーザ発振器１３０から発振されるレーザ光Ｌ１の出力は、レーザ発振器１３０の個体差によってばらつく場合がある。アッテネータ１３２では、このような出力のばらつきを調整することができる。また、レーザ発振器１３０からのレーザ光Ｌ１の出力を経時的にモニターする場合、アッテネータ１３２をフィードバック制御して出力を調整することができる。そして、このようにアッテネータ１３２でレーザ光Ｌ２の出力を微調整するという観点からは、音響光学変調器１３１は、図１０に示したようにアッテネータ１３２の上流側に設けられるのが好ましい。

【0068】

以上の実施形態のレーザ照射部１１０において、アッテネータ１３２を省略してもよい。例えばレーザ光Ｌ２の出力調整は、アッテネータ１３２に代えて、音響光学変調器１３１で調整することができる。例えばレーザ光Ｌ１の出力が５０Ｗであって、剥離に必要なレーザ光Ｌ２の出力が４０Ｗである場合、音響光学変調器１３１において、レーザ光Ｌ１に対するレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３の変向率を８０：２０にすれば、レーザ光Ｌ２の出力を４０Ｗにすることができる。

【0069】

以上の実施形態では、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを螺旋状や同心円状に照射したが、レーザ光Ｌの照射パターンはこれに限定されない。また、このような種々の照射パターンに対応する装置の構成も、上記実施形態のレーザ照射装置３１に限定されない。上記レーザ照射装置３１では、チャック１００はθ軸回りに回転自在で、一軸（Ｙ軸）方向に移動自在であったが、二軸（Ｘ軸及びＹ軸）に移動させてもよい。

【0070】

図１５及び図１６に示すレーザ照射装置２００は、チャック１００を二軸（Ｘ軸及びＹ軸）に移動させる装置である。レーザ照射装置２００は、重合ウェハＴを上面で保持する保持部としてのチャック２１０を有している。チャック２１０は、第１のウェハＷ１の裏面Ｗ１ｂを吸着保持する。チャック２１０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２１０を貫通して形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、昇降自在に構成されている。

【0071】

チャック２１０は、エアベアリング２１１を介して、スライダテーブル２１２に支持されている。スライダテーブル２１２の下面側には、回転機構２１３が設けられている。回転機構２１３は、駆動源として例えばモータを内蔵している。チャック２１０は、回転機構２１３によってエアベアリング２１１を介して、θ軸（鉛直軸）回りに回転自在に構成されている。スライダテーブル２１２は、その下面側に設けられた移動機構２１４によって、移動ステージ２１６に設けられＹ軸方向に延伸するレール２１５に沿って移動可能に構成されている。なお、移動機構２１４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。

【0072】

移動ステージ２１６は、その下面側に設けられた移動機構（図示せず）によって、基台２１８に設けられＸ軸に延伸するレール２１７に沿って移動可能に構成されている。なお、移動機構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。かかる構成により、チャック２１０は、θ軸回りに回転自在であり、且つＸ軸及びＹ軸に移動自在になっている。

【0073】

チャック２１０の上方には、レーザ照射部２２０が設けられている。レーザ照射部２２０は、レーザヘッド２２１、光学系２２２、及びレンズ２２３を有している。レーザヘッド２２１は、レーザ光Ｌをパルス状に発振する。光学系２２２は、レーザ光Ｌの強度や位置を制御し、あるいはレーザ光Ｌを減衰させて出力を調整する。レンズ２２３は、筒状の部材であり、チャック２１０に保持された重合ウェハＴに、例えばＣＯ_２レーザ光であるレーザ光Ｌを照射する。なお、レンズ２２３は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。

【0074】

レーザヘッド２２１には、例えばガルバノが用いられる。レーザヘッド２２１の内部には、ガルバノミラー（図示せず）が複数配置されている。また、レンズ２２３にはｆ－θレンズが用いられる。かかる構成により、レーザヘッド２２１に入力されたレーザ光Ｌは、ガルバノミラーで反射され、光学系２２２を介してレンズ２２３へと伝播され、第２のウェハＷ２を透過してレーザ吸収層Ｐに照射される。そして、ガルバノミラーの角度を調整することで、レーザ吸収層Ｐに対してレーザ光Ｌを走査させることができる。

【0075】

また、チャック２１０の上方には、搬送部としての搬送パッド２３０が設けられている。搬送パッド２３０は、昇降機構（図示せず）によって昇降自在に構成されている。なお、搬送パッド２３０の構成は、上記実施形態の搬送パッド１２０の構成と同様である。

【0076】

かかるレーザ照射装置２００において重合ウェハＴは、搬送アーム２３から昇降ピンに受け渡され、チャック２１０に吸着保持される。続いて、移動機構２１４及び移動ステージ２１６によってチャック２１０を処理位置に移動させる。この処理位置は、レーザ照射部２２０から重合ウェハＴ（レーザ吸収層Ｐ）にレーザ光Ｌを照射できる位置である。

【0077】

次に、図１７に示すようにレーザ照射部２２０からレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌをパルス状に照射する。この際、レーザ光Ｌは、第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂ側から当該第２のウェハＷ２を透過し、レーザ吸収層Ｐにおいて吸収される。

【0078】

レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射する際、予め定められたスキャン範囲Ａ（図１７中の四角領域）においてレーザ光Ｌを走査させる。次に、レーザ光Ｌの照射を停止した状態でチャック２１０をＸ軸方向に移動させる。このようにレーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック２１０の移動とを繰り返し行って、Ｘ軸方向に一列にレーザ光Ｌを照射する。次に、チャック２１０をＹ軸方向にずらすように移動させ、上述と同様にレーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック２１０の移動とを繰り返し行って、Ｘ軸方向に一列にレーザ光Ｌを照射する。そうすると、レーザ光Ｌがレーザ吸収層Ｐに照射される。

【0079】

なお、本実施形態ではレーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌを照射するにあたり、チャック２１０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させたが、レンズ２２３を移動させて、チャック２１０に対してレンズ２２３を相対的に移動させてもよい。

【0080】

次に、移動機構２１４及び移動ステージ２１６によってチャック２１０を受渡位置に移動させる。そして、搬送パッド２３０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持し、当該搬送パッド２３０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離する。

【0081】

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、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌがパルス状に照射されるので、当該レーザ光Ｌのピークパワーを高くすることができ、その結果、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において適切に剥離を生じさせることができる。しかも、スキャン範囲Ａにおいて同じ密度でレーザ光Ｌを照射することができるので、レーザ吸収層Ｐに均一にレーザ光Ｌを照射することができる。

【0082】

なお、本実施形態において、レーザ照射部２２０は複数あってもよい。かかる場合、レーザ吸収層Ｐに対して複数のレーザ光Ｌを照射することができ、処理時間を短縮して、スループットをさらに向上させることができる。

【0083】

以上の実施形態では、レーザ光Ｌの照射及び走査と、チャック２１０の移動とを繰り返し行ったが、図１８に示すようにＸ軸方向一列において、チャック２１０を移動させながら、レーザ光Ｌの照射及び走査を行ってもよい。そして、Ｘ軸方向一列にレーザ光Ｌを照射した後、チャック２１０をＹ軸方向にずらすように移動させ、レーザ光Ｌをレーザ吸収層Ｐに照射する。

【0084】

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、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌがパルス状に照射されるので、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面において適切に剥離を生じさせることができる。しかも、Ｘ軸方向一列において、レーザ光Ｌの照射及び走査を停止させないので、レーザ照射の処理時間を短くしてスループットをさらに向上させることができる。

【0085】

以上の実施形態の、螺旋状（又は同心円状）のレーザ光Ｌの照射と、レーザ光Ｌの照射及び走査とを組み合わせてもよい。

【0086】

上述したようにチャック２１０（重合ウェハＴ）を回転させる場合、パルスの間隔を一定にするためには、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、チャック２１０の回転速度が大きくなる。そこで、上記実施形態においては、チャック２１０の少なくとも回転速度又は周波数を制御して、レーザ光Ｌの照射間隔を調整した。

【0087】

これに対して、図１９に示すようにレーザ吸収層Ｐの外周部においては、チャック２１０を回転させながら、当該チャック２１０を径方向外側から内側に移動させて、レーザ光Ｌを螺旋状に照射する。そして、チャック２１０の回転速度が上限に達すると、レーザ吸収層Ｐの中央部においてチャック２１０の回転を停止し、スキャン範囲Ａにおいてレーザ光Ｌを照射しながら走査させる。なお、スキャン範囲Ａは四角形状で図示されているが、スキャン範囲Ａの形状はこれに限定されない。例えばスキャン範囲Ａは、丸形状であってもよい。

【0088】

このようにレーザ吸収層Ｐの外周部と中央部でレーザ光Ｌの照射パターンを変えることで、レーザ光Ｌが重ならないようにして、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ことができる。その結果、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２の剥離をウェハ面内で均一に行うことができる。

【0089】

なお、レーザ照射部２２０のレーザ光Ｌの照射範囲が広い場合、例えば照射範囲がレーザ吸収層Ｐの径以上である場合には、レーザ吸収層Ｐの全面に対して一括にレーザ光Ｌを照射してもよい。

【0090】

以上の実施形態のレーザ照射装置３１において、図２０に示すようにチャック１００の上面には、ガイド部２４０と保持部材２５０が設けられていてもよい。

【0091】

図２１に示すようにガイド部２４０は、重合ウェハＴをチャック１００に対して案内する。ガイド部２４０は、チャック１００から鉛直上方に延伸して設けられた垂直部２４１と、垂直部２４１から上方に向けて径が広がるように設けられた傾斜部２４２と、を有している。垂直部２４１の内径は、重合ウェハＴの径と若干大きい。そして、チャック１００の上方に配置された重合ウェハＴは、傾斜部２４２でセンタリングされ、さらに垂直部２４１に案内されて、チャック１００に保持される。

【0092】

図２２及び図２３に示すように保持部材２５０は、チャック１００の上面から鉛直上方に延伸し、第２のウェハＷ２の側面を保持する。保持部材２５０は、チャック１００の同心円上に複数箇所、例えば３箇所に配置されている。保持部材２５０は、移動機構２５１によって、第２のウェハＷ２に対して接触又は離間するように進退自在に構成されている。また、保持部材２５０は、チャック１００と一体に回転自在に構成されている。そして、保持部材２５０が第２のウェハＷ２を保持することで、当該第２のウェハＷ２の位置ずれや滑落を防止することができる。なお、ガイド部２４０における保持部材２５０の対応する位置には切り欠き部２３３が形成され、保持部材２５０は切り欠き部２３３を移動することで、ガイド部２４０に干渉しないようになっている。

【0093】

なお、本実施形態では、ガイド部２４０と保持部材２５０が両方設けられているが、ガイド部２４０だけ設けてもよいし、保持部材２５０だけ設けてもよい。ガイド部２４０だけを設けた場合は、垂直部２４１によって第２のウェハＷ２の位置ずれや滑落を抑制することができる。特に、垂直部２４１と第２のウェハＷ２の間の隙間が位置ずれの許容範囲である場合、ガイド部２４０は有用となる。但し、ガイド部２４０と保持部材２５０の両方を設けた方が、重合ウェハＴのセンタリングと、第２のウェハＷ２の位置ずれおよび滑落防止の効果が高まる。

【0094】

かかる場合、受渡位置において、重合ウェハＴがチャック１００に保持される際、３つの保持部材２５０は、第２のウェハＷ２に接触しない位置に退避している。その後、重合ウェハＴを保持したチャック１００を処理位置に移動させた後、３つの保持部材２５０を第２のウェハＷ２の側面に接触する位置に移動させ、これら保持部材２５０で第２のウェハＷ２を保持する。

【0095】

ここで、ガイド部２４０や保持部材２５０が無い場合、レーザ光Ｌをレーザ吸収層Ｐの径方向外側から内側に螺旋状に照射する場合、剥離が進んでいくと、チャック１００が回転しているため、第２のウェハＷ２に遠心力が作用し、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２がずれ、レーザ処理中に、処理対象位置以外の場所にレーザ光Ｌが照射されるおそれがある。また、剥離された第２のウェハＷ２が滑落する可能性もある。この点、本実施形態では、保持部材２５０で第２のウェハＷ２を保持しているので、かかる第２のウェハＷ２のずれや滑落を防止することができる。

【0096】

次に、レーザ光Ｌの照射を行った後、チャック１００を受渡位置に移動させる際にも、保持部材２５０で第２のウェハＷ２を保持する。ここで、チャック１００の移動中、第２のウェハＷ２に慣性力が作用し、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２がずれるおそれがある。かかる場合、その後に搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持する際、適切な位置を吸着保持できない。そこで、本実施形態では、このチャック１００の移動中も、保持部材２５０で第２のウェハＷ２を保持し、当該第２のウェハＷ２のずれを防止する。

【0097】

なお、第２のウェハＷ２を保持する保持部材の構成は、上記保持部材２５０の構成に限定されない。例えば、保持部材は、第２のウェハＷ２の側方から、当該第２のウェハＷ２の上面と側面を挟持するように保持してもよい。また、保持部材は、レーザ処理の途中から、第２のウェハＷ２を保持するようにしてもよい。また、保持部材がレーザ光Ｌを透過させる材料、例えばシリコンから構成される場合、第２のウェハＷ２の上面を保持してもよい。

【0098】

以上の実施形態のウェハ処理システム１は洗浄装置３２を有していたが、さらにウェハ処理システム１は、エッチング装置（図示せず）を有していてもよい。エッチング装置は、剥離後の第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａ、具体的にはレーザ吸収層Ｐの表面をエッチング処理する。例えば、洗浄装置３２でレーザ吸収層Ｐの表面をスクラブ洗浄後、レーザ吸収層Ｐの表面に対して薬液（エッチング液）を供給し、当該表面をウェットエッチングする。また、ウェハ処理システム１は、洗浄装置３２又はエッチング装置のいずれか一方を有していてもよい。

【0099】

また、以上の実施形態のウェハ処理システム１は、ＣＭＰ装置（図示せず）を有していてもよい。ＣＭＰ装置では、剥離後の第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａ、具体的にはレーザ吸収層Ｐの表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）処理する。例えば、洗浄装置３２でレーザ吸収層Ｐの表面をスクラブ洗浄後、レーザ吸収層Ｐの表面に対してＣＭＰ処理を行い、レーザ吸収層Ｐの表面を平坦化する。なお、ＣＭＰ装置は、ウェハ処理システム１の外部に設けられていてもよい。

【0100】

以上の実施形態では、レーザ吸収層Ｐと第２のウェハＷ２との界面にレーザ光Ｌを照射し、レーザ吸収層Ｐから第２のウェハＷ２を剥離したが、例えば図２４に示すように、第２のウェハＷ２にレーザ吸収層Ｐが残るように剥離してもよい。

【0101】

かかる場合、レーザ照射装置３１において、図２４（ａ）に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐとデバイス層Ｄ２の界面に、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、このレーザ光Ｌによって、レーザ吸収層Ｐとデバイス層Ｄ２との界面において剥離が生じる。

【0102】

なお、レーザ光Ｌの吸光位置の調整、すなわちレーザ吸収層Ｐの剥離位置の調整は、レーザ吸収層Ｐの膜種に応じて、当該レーザ吸収層Ｐの剥離に必要なレーザ光Ｌのエネルギー密度を制御することで行われる。例えば、レーザ照射部１１０のフォーカス開口数（ＮＡ）を調整する、あるいはレーザ光Ｌのフォーカス位置を変更する、レーザ光Ｌの元出力を変更する等を行えば、レーザ光Ｌのエネルギー密度を調整することができる。

【0103】

次に、搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持した状態で、図２４（ｂ）に示すように搬送パッド１２０を上昇させて、デバイス層Ｄ２からレーザ吸収層Ｐを剥離する。

【0104】

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、レーザ吸収層Ｐにレーザ光Ｌがパルス状に照射されるので、当該レーザ光Ｌのピークパワーを高くすることができ、その結果、レーザ吸収層Ｐとデバイス層Ｄ２との界面において適切に剥離を生じさせることができる。しかも、第２のウェハＷ２に残存するレーザ吸収層Ｐは酸化膜（ＳｉＯ_２膜）であり、このレーザ吸収層Ｐを、例えばその後の半導体製造プロセスにおいて、第２のウェハＷ２にＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ－Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）を製作する際の酸化膜（絶縁膜）として利用することができる。

【0105】

また、本実施形態では、剥離後の第２のウェハＷ２上のレーザ吸収層Ｐの表面をスクラブ洗浄し、さらに上述したＣＭＰ装置でＣＭＰ処理を行ってもよい。かかる場合、レーザ吸収層Ｐの表面を平坦化することができる。そして、上述したようにＴＳＶを製作する際の酸化膜（絶縁膜）として適切に利用することができる。

【0106】

以上の実施形態では、図２に示した重合ウェハＴを処理する場合について説明したが、処理対象はこれに限定されない。以下、図２５～図２８を用いて、異なる種類の重合ウェハＴを処理する場合について説明する。

【0107】

図２５に示す重合ウェハＴを処理する場合について説明する。図２５（ａ）に示すように、第２のウェハＷ２とデバイス層Ｄ２の間に形成されたレーザ吸収層Ｐ１は、第２のウェハＷ２の内部に形成されている。第２のウェハＷ２は例えばＳＯＩ基板であり、レーザ吸収層Ｐ１は例えば酸化膜（ＳｉＯ_２膜）である。すなわち、第２のウェハＷ２であるＳｉ、レーザ吸収層Ｐ１であるＳｉＯ_２膜、Ｓｉ膜ＳであるＳｉが順に積層されて形成されている。なお、レーザ吸収層Ｐ１には、Ｓｉ膜Ｓとの界面で剥離するものであれば、酸化膜（ＳｉＯ_２膜）以外の膜、例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）やゲルマニウム（Ｇｅ）を用いてもよい。

【0108】

次に、図２５（ｂ）に示すようにレーザ吸収層Ｐ１の表面に、デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２を形成する。デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２は、通常の基板工程（ＦＥＯＬ）や配線工程（ＢＥＯＬ）で形成される。

【0109】

次に、図２５（ｃ）に示すように第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２を接合する。第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａには表面膜Ｆ１が形成されており、この表面膜Ｆ１と表面膜Ｆ２が接合される。

【0110】

次に、ウェハ処理システム１のレーザ照射装置３１において、図２５（ｄ）に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ１とＳｉ膜Ｓとの界面に、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、このレーザ光Ｌによって、レーザ吸収層Ｐ１とＳｉ膜Ｓとの界面において剥離が生じる。

【0111】

次に、搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持した状態で、図２５（ｅ）に示すように搬送パッド１２０を上昇させて、Ｓｉ膜Ｓからレーザ吸収層Ｐ１を剥離する。

【0112】

なお、本実施形態においても、レーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を図２４に示した場合と同様に、レーザ光Ｌの吸光位置、すなわちレーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を調整して、第２のウェハＷ２とレーザ吸収層Ｐ１との界面で剥離を生じさせてもよい。

【0113】

図２６に示す重合ウェハＴを処理する場合について説明する。図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２のウェハＷ２とデバイス層Ｄ２の間には、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなるレーザ吸収層Ｐ２と、ＳｉからなるＳｉ膜Ｓとが、第２のウェハＷ２側から順に積層されて形成されている。

【0114】

次に、図２６（ｂ）に示すようにＳｉ膜Ｓの表面に、デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２を形成する。

【0115】

次に、図２６（ｃ）に示すように第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２を接合する。第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａにはデバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が形成されており、この表面膜Ｆ１と表面膜Ｆ２が接合される。

【0116】

次に、ウェハ処理システム１のレーザ照射装置３１において、図２６（ｄ）に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ２とＳｉ膜Ｓとの界面に、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、このレーザ光Ｌによって、レーザ吸収層Ｐ２とＳｉ膜Ｓとの界面において剥離が生じる。

【0117】

次に、搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持した状態で、図２６（ｅ）に示すように搬送パッド１２０を上昇させて、Ｓｉ膜Ｓからレーザ吸収層Ｐ２を剥離する。なお、本実施形態においても、レーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を図２４に示した場合と同様に、レーザ光Ｌの吸光位置、すなわちレーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を調整して、第２のウェハＷ２とレーザ吸収層Ｐ２との界面で剥離を生じさせてもよい。

【0118】

図２７に示す重合ウェハＴを処理する場合について説明する。図２７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２のウェハＷ２とデバイス層Ｄ２の間には、酸化膜（ＳｉＯ_２膜）からなるレーザ吸収層Ｐ３と、ＳｉＧｅからなるＳｉＧｅ膜Ｓ１と、ＳｉからなるＳｉ膜Ｓ２とが、第２のウェハＷ２側から順に積層されて形成されている。

【0119】

次に、図２７（ｂ）に示すようにＳｉからなるＳｉ膜Ｓ２の表面に、デバイス層Ｄ２と表面膜Ｆ２を形成する。

【0120】

次に、図２７（ｅ）に示すように第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２を接合する。第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａにはデバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１が形成されており、この表面膜Ｆ１と表面膜Ｆ２が接合される。

【0121】

次に、ウェハ処理システム１のレーザ照射装置３１において、図２７（ｄ）に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ３と第２のウェハＷ２との界面に、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、このレーザ光Ｌによって、レーザ吸収層Ｐ３と第２のウェハＷ２との界面において剥離が生じる。

【0122】

次に、搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持した状態で、図２７（ｅ）に示すように搬送パッド１２０を上昇させて、レーザ吸収層Ｐ３から第２のウェハＷ２を剥離する。

【0123】

図２８に示す重合ウェハＴを処理する場合について説明する。重合ウェハＴは、Ｓｉ－ｎＭＯＳにＧｅ－ｐＭＯＳを積層させた構造である。図２８（ａ）に示すように、第１のウェハＷ１の表面Ｗ１ａに、デバイス層Ｄ１と表面膜Ｆ１を形成する。すなわち、第１のウェハＷ１はＳｉ－ｎＭＯＳである。

【0124】

次に、図２８（ｂ）に示すように、第１のウェハＷ１と、Ｇｅ－ｐＭＯＳである第２のウェハＷ２を接合する。第２のウェハＷ２の表面Ｗ２ａには、酸化膜（ＳｉＯ_２膜）からなるレーザ吸収層Ｐ４と、Ｇｅからなるデバイス層Ｄ２と、表面膜Ｆ２とが、第２のウェハＷ２側から順に積層されて形成されている。

【0125】

次に、図２８（ｃ）に示すように第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２を接合する。具体的には、この表面膜Ｆ１と表面膜Ｆ２が接合される。

【0126】

次に、ウェハ処理システム１のレーザ照射装置３１において、図２８（ｄ）に示すようにレーザ照射部１１０からレーザ吸収層Ｐ４とデバイス層Ｄ２との界面に、レーザ光Ｌをパルス状に照射する。そうすると、このレーザ光Ｌによって、レーザ吸収層Ｐ４とデバイス層Ｄ２との界面において剥離が生じる。

【0127】

次に、搬送パッド１２０で第２のウェハＷ２の裏面Ｗ２ｂを吸着保持した状態で、図２８（ｅ）に示すように搬送パッド１２０を上昇させて、デバイス層Ｄ２からレーザ吸収層Ｐ４を剥離する。なお、本実施形態においても、レーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を図２４に示した場合と同様に、レーザ光Ｌの吸光位置、すなわちレーザ吸収層Ｐ１の剥離位置を調整して、第２のウェハＷ２とレーザ吸収層Ｐ４との界面で剥離を生じさせてもよい。

【0128】

以上の図２５～図２８に示したいずれの処理対象であっても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。

【0129】

以上の実施形態で処理される重合ウェハＴにおいて、図２９に示すようにレーザ吸収層Ｐとデバイス層Ｄ２の間には、反射膜Ｒが設けられていてもよい。すなわち反射膜Ｒは、レーザ吸収層Ｐにおいて、レーザ光Ｌの入射面と反対側の面に形成されている。反射膜Ｒには、レーザ光Ｌに対する反射率が高く、融点が高い材料、例えば金属膜が用いられる。なお、デバイス層Ｄ２は機能を有する層であり、反射膜Ｒとは異なるものである。

【0130】

かかる場合、レーザ照射部１１０から発せられたレーザ光Ｌは、第２のウェハＷ２を透過し、レーザ吸収層Ｐにおいてほぼすべて吸収されるが、吸収しきれなかったレーザ光Ｌが存在したとしても、反射膜Ｒで反射される。その結果、レーザ光Ｌがデバイス層Ｄ２に到達することがなく、デバイス層Ｄ２がダメージを被るのを確実に抑制することができる。

【0131】

また、反射膜Ｒで反射したレーザ光Ｌは、レーザ吸収層Ｐに吸収される。したがって、第２のウェハＷ２の剥離効率を向上させることができる。

【0132】

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。

【符号の説明】

【0133】

３１ レーザ照射装置
１００ チャック
１１０ レーザ照射部
Ｄ１、Ｄ２ デバイス層
Ｐ レーザ吸収層
Ｔ 重合ウェハ
Ｗ１ 第１のウェハ
Ｗ２ 第２のウェハ

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】