Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7835401B2 - PCB processing control device and system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7835401B2 - PCB processing control device and system - Google Patents

PCB processing control device and system

Info

Publication number
JP7835401B2
JP7835401B2 JP2022143183A JP2022143183A JP7835401B2 JP 7835401 B2 JP7835401 B2 JP 7835401B2 JP 2022143183 A JP2022143183 A JP 2022143183A JP 2022143183 A JP2022143183 A JP 2022143183A JP 7835401 B2 JP7835401 B2 JP 7835401B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
substrate processing
crystal
control device
processing model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022143183A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024038858A (en
Inventor
順一 池野
洋平 山田
秀樹 鈴木
利香 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Polymer Co Ltd
Saitama University NUC
Original Assignee
Shin Etsu Polymer Co Ltd
Saitama University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Polymer Co Ltd, Saitama University NUC filed Critical Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority to JP2022143183A priority Critical patent/JP7835401B2/en
Publication of JP2024038858A publication Critical patent/JP2024038858A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7835401B2 publication Critical patent/JP7835401B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

この発明は、基板加工装置を制御する基板加工制御装置及びシステムであって、詳しくは、基板の内部にレーザ光を集光して剥離可能な改質層を形成するように人工知能を用いて基板加工装置を制御する基板加工制御装置及びシステムに関する。 This invention relates to a substrate processing control device and system for controlling a substrate processing apparatus, and more specifically, to a substrate processing control device and system that uses artificial intelligence to control the substrate processing apparatus in order to focus laser light into the interior of the substrate and form a peelable modified layer.

従来、半導体基板の材料として各種の単結晶が使用されている。これらの単結晶の内でシリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、ダイヤモンド(C)などは難削材と呼ばれ、従来の機械加工ではインゴットやブロックなどのバルクから基板として切り出すことが困難であった。このため、機械加工に代わる加工方法としてレーザ光を基板の主表面に向けて照射して、主表面から所定深さに集光して加工痕を形成することによって、剥離可能な改質層を形成する加工技術が研究されている。 Traditionally, various single crystals have been used as materials for semiconductor substrates. Among these single crystals, silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium phosphide (GaP), and diamond (C) are considered difficult to machine, making it challenging to cut them into substrates from bulk materials such as ingots or blocks using conventional machining methods. Therefore, as an alternative to machining, a processing technique is being researched that involves irradiating the main surface of the substrate with laser light, focusing it to a predetermined depth, and forming a processing mark to create a peelable modified layer.

また、シリコンや酸化マグネシウム(MgO)の単結晶基板上にダイヤモンド結晶を、シリコン、炭化ケイ素、サファイア(Al)などの基板上に窒化ガリウムを、それぞれヘテロエピキャシタル成長させるためのベースとしてダイヤモンド基板や窒化ガリウム基板が利用されている。これらのベース基板の再利用や成長基板を薄いウエーハに加工する方法として上記のレーザ光による加工技術が研究されている。 Furthermore, diamond substrates and gallium nitride substrates are used as bases for heteroepicatial growth of diamond crystals on single-crystal silicon or magnesium oxide (MgO) substrates, and gallium nitride on substrates such as silicon, silicon carbide, and sapphire ( Al₂O₃ ), respectively. Laser processing technology, as described above, is being researched as a method for reusing these base substrates and for processing the growth substrates into thin wafers.

特開2018-183801号公報Japanese Patent Publication No. 2018-183801

山田洋平、外2名、「単結晶シリコンの精密レーザスライシング技術」、精密工学会誌、公益社団法人 精密工学会、2019年、第85巻、第5号、p.419-425Yohei Yamada, et al., "Precision Laser Slicing Technology for Single-Crystal Silicon," Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 2019, Vol. 85, No. 5, pp. 419-425. 藤田泰次郎、外5名、「ダイヤモンドのレーザスライシング (100)面の剥離の試み」、2021年度砥粒加工学会学術講演会 講演論文集、公益社団法人 砥粒加工学会、p.29-30Taijiro Fujita, et al., "An Attempt at Delamination of the (100) Surface by Laser Slicing of Diamond," Proceedings of the 2021 Annual Conference of the Japan Society for Abrasive Technology, Japan Society for Abrasive Technology, pp. 29-30.

しかしながら、上記の単結晶材料はその固体構造や化学結合の種類が様々であり、その特性が異なるためレーザ光による加工技術によって剥離可能な改質層を形成するためには、加工する単結晶基板の材質、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータを確認し、さらにレーザ光の特性、基板内部へのレーザ光の集光、レーザ光走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件も考慮して、加工する基板に適する加工方法を個別に検討する必要があった。 However, because the single-crystal materials mentioned above vary in their solid structure and chemical bonding types, and therefore have different properties, in order to form a modified layer that can be peeled off using laser processing technology, it was necessary to individually consider the processing method suitable for each substrate, taking into account the material, crystal structure, bonding morphology, crystal plane orientation, crystal growth off-angle, and other parameters of the single-crystal substrate to be processed, as well as processing conditions such as the characteristics of the laser beam, the focusing of the laser beam into the substrate, the laser beam scanning method, and the depth and thickness of the modified layer to be formed.

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、加工する結晶基板及び加工条件に応じた適切な加工方法で結晶基板を加工するように基板加工装置を制御する基板加工制御装置及びシステムを提供することを目的とする。 This invention is proposed in view of the above-described circumstances and aims to provide a substrate processing control device and system that controls a substrate processing apparatus to process a crystal substrate using an appropriate processing method according to the crystal substrate to be processed and the processing conditions.

上述の課題を解決するために、この出願に係る基板加工制御装置は、ステージに載置した結晶基板の主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して剥離可能な改質層を形成するように基板加工装置を制御する基板加工制御装置であって、加工する結晶基板に関するパラメータ及び結晶基板の加工条件に関するパラメータを含む説明変数が入力され、説明変数に応じて結晶基板にレーザ光を照射する光学系に関するパラメータ及びステージの駆動に関するパラメータを含む目的変数を出力する機械学習部と、機械学習部から出力された目的変数に基づいて基板加工装置を制御する制御部とを含んでいる。 To solve the above-mentioned problems, the substrate processing control device according to this application is a substrate processing device that controls a substrate processing apparatus to irradiate a laser beam toward the main surface of a crystal substrate placed on a stage, and to focus the laser beam to a predetermined depth from the main surface to form a peelable modified layer. The control device includes a machine learning unit that receives explanatory variables, including parameters related to the crystal substrate to be processed and parameters related to the processing conditions of the crystal substrate, and outputs objective variables, including parameters related to the optical system for irradiating the crystal substrate with laser light and parameters related to the stage drive, according to the explanatory variables; and a control unit that controls the substrate processing apparatus based on the objective variables output from the machine learning unit.

機械学習部は、説明変数及び対応する目的変数の対で構成される教師データについて、複数の教師データを学習して基板加工モデルを生成する基板加工モデル生成部と、基板加工モデル生成部で生成した基板加工モデルを保存する基板加工モデル保存部と、基板加工モデル保存部に保存した基板加工モデルを適用して、説明変数から目的変数を推論する基板加工モデル適用部とを含み、入力された説明変数は基板加工モデル適用部において処理され、基板加工モデル適用部で推論された目的変数が出力されてもよい。 The machine learning unit includes a PCB processing model generation unit that generates a PCB processing model by learning from multiple training data sets consisting of pairs of explanatory variables and corresponding target variables; a PCB processing model storage unit that stores the PCB processing model generated by the PCB processing model generation unit; and a PCB processing model application unit that applies the PCB processing model stored in the PCB processing model storage unit to infer the target variable from the explanatory variables. The input explanatory variables are processed in the PCB processing model application unit, and the target variable inferred by the PCB processing model application unit may be output.

基板加工モデル生成部及び基板加工モデル保存部は、教師データを学習して基板加工モデルを生成し、生成された基板加工モデルを保存する基板加工学習部を構成してもよい。基板加工モデル適用部及び基板加工モデル保存部は、生成された基板加工モデルを保存し、基板加工モデルを適用して入力された説明変数から目的変数を推論する基板加工推論部を構成してもよい。 The substrate processing model generation unit and the substrate processing model storage unit may constitute a substrate processing learning unit that generates a substrate processing model by learning training data and stores the generated substrate processing model. The substrate processing model application unit and the substrate processing model storage unit may constitute a substrate processing inference unit that stores the generated substrate processing model and infers the target variable from the input explanatory variables by applying the substrate processing model.

説明変数は、結晶基板に関するパラメータとして、結晶材料、結晶構造、結晶の種類、面方位、オフ角、劈開面、すべり面、バーガース・ベクトル及び転位面の少なくとも1つを含んでもよい。説明変数は、結晶基板に関するパラメータとして、透過率の波長依存性、結晶欠陥の座標及び表面異物の座標の少なくとも1つをさらに含んでもよい。説明変数は、加工条件に関するパラメータとして、結晶基板をスライスする厚さ、結晶基板の表面から改質層までの深さ、改質層の厚さの少なくとも1つを含んでもよい。 The explanatory variables may include, as parameters relating to the crystal substrate, at least one of the crystal material, crystal structure, crystal type, plane orientation, off-angle, cleavage plane, slip plane, Burgers vector, and dislocation plane. The explanatory variables may further include, as parameters relating to the crystal substrate, at least one of the wavelength dependence of transmittance, the coordinates of crystal defects, and the coordinates of surface foreign matter. The explanatory variables may also include, as parameters relating to the processing conditions, at least one of the slicing thickness of the crystal substrate, the depth from the surface of the crystal substrate to the modified layer, and the thickness of the modified layer.

目的変数は、光学系に関するパラメータとして、レーザ光の波長、パルス幅、輝度及び繰り返し周波数の少なくとも1つを含んでもよい。目的変数は、ステージの駆動に関するパラメータとして、走査方向及び走査速度の少なくとも1つを含んでもよい。 The objective variable may include at least one of the optical system parameters: wavelength, pulse width, brightness, and repetition frequency of the laser light. The objective variable may also include at least one of the stage drive parameters: scanning direction and scanning speed.

説明変数を入力することができるコンソールをさらに含んでもよい。結晶基板のパラメータを検出するセンサをさらに含んでもよい。 It may further include a console for inputting explanatory variables. It may also further include sensors for detecting parameters of the crystal substrate.

この出願に係る基板加工システムは、前記基板加工制御装置と、前記基板加工装置であって、結晶基板を載置するステージ及びステージを駆動するステージ駆動装置を含む基板支持装置と、基板支持装置のステージに載置された結晶基板の主表面に向かってレーザ光を照射する光学系とを含む基板加工装置とを含み、基板加工装置は、前記基板加工制御装置によって制御されている。 The substrate processing system according to this application includes a substrate processing control device, a substrate processing apparatus comprising a substrate support device including a stage on which a crystal substrate is placed and a stage drive device for driving the stage, and an optical system for irradiating laser light toward the main surface of the crystal substrate placed on the stage of the substrate support device, wherein the substrate processing apparatus is controlled by the substrate processing control device.

この発明によると、教師あり機械学習による人工知能を用いて、加工する結晶基板及び加工方法に応じて結晶基板を適切に加工するように制御することができる。 According to this invention, it is possible to control the processing of a crystal substrate appropriately according to the crystal substrate and processing method, using artificial intelligence based on supervised machine learning.

基板加工制御システムの概略的な構成を示す斜視図である。This is a perspective view showing the general configuration of a substrate processing control system. 基板加工制御システムの概略的な構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing the schematic configuration of a substrate processing control system. 基板加工機械学習部の概略的な構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing the general structure of the machine learning department for circuit board processing. 基板加工モデルの構成を示す図である。This is a diagram showing the configuration of the circuit board processing model. 基板加工機械学習部の動作を説明する図である。This diagram illustrates the operation of the machine learning unit for circuit board processing. 閃亜鉛鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。This is a perspective view showing the crystalline structure of a zincblende-type structure. ダイヤモンド型構造の結晶構造を示す斜視図であるA perspective view showing the crystal structure of a diamond-shaped structure. ウルツ鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。This is a perspective view showing the crystal structure of a wurtzite-type structure. 六方晶の窒化ガリウムの結晶構造を示す斜視図である。This is a perspective view showing the hexagonal crystal structure of gallium nitride. 結晶基板を構成する正四面体の基本構造とレーザ走査方向との関係を説明する模式図である。This is a schematic diagram illustrating the relationship between the basic structure of the tetrahedrons constituting the crystal substrate and the laser scanning direction. 結晶基板に対するレーザ光の走査方向を示す模式図である。This is a schematic diagram showing the scanning direction of the laser beam relative to the crystal substrate. 主表面と劈開面の面方位が同じである結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。This diagram illustrates the formation of processing marks on a crystalline substrate where the plane orientation of the main surface and the cleavage plane are the same. 主表面と劈開面の面方位が異なる結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。This diagram illustrates the formation of processing marks on a crystalline substrate where the plane orientation of the main surface and the cleavage plane are different. 主表面と劈開面の面方位が異なる結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。This diagram illustrates the formation of processing marks on a crystalline substrate where the plane orientation of the main surface and the cleavage plane are different. 岩塩型結晶の結晶構造を示す斜視図である。This is a perspective view showing the crystal structure of a rock salt crystal.

以下、基板加工制御装置及びシステムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、ステージに結晶基板を載置してその主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して剥離可能な改質層を形成するように基板加工装置を制御する基板加工制御装置及びこのような基板加工装置及び基板加工制御装置を有する基板加工制御システムを想定している。具体的には、上記改質層において劈開を劈開面に沿って発生させ、この劈開面を結晶基板の面方向に連続的に形成するように改質層を制御することで剥離基板を創製することを想定している。ここで、結晶基板の面方向とは結晶基板の主表面が延びる方向をいうものとし、面方向に連続的に形成された層とは主表面に平行に延びるように形成された層をいうものとする。 The following describes in detail embodiments of the substrate processing control device and system with reference to the drawings. This embodiment envisions a substrate processing control device that controls a substrate processing device to form a peelable modified layer by placing a crystalline substrate on a stage, irradiating it with laser light toward its main surface, and focusing the laser light to a predetermined depth from the main surface. Specifically, it is assumed that a peelable substrate is created by controlling the modified layer to generate cleavage along the cleavage plane and continuously forming this cleavage plane in the plane direction of the crystalline substrate. Here, the plane direction of the crystalline substrate refers to the direction in which the main surface of the crystalline substrate extends, and a layer formed continuously in the plane direction refers to a layer formed so as to extend parallel to the main surface.

図1は、本実施の形態の基板加工制御システムの概略的な構成を示す斜視図である。図2は、基板加工システムの概略的な構成を示すブロック図である。基板加工システムは、基板加工制御装置10と、この基板加工制御装置10によって制御される基板加工装置100とを有している。 Figure 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the substrate processing control system of this embodiment. Figure 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the substrate processing system. The substrate processing system includes a substrate processing control device 10 and a substrate processing apparatus 100 controlled by the substrate processing control device 10.

基板加工装置100は、結晶基板200を支持して駆動する基板支持装置110と、結晶基板200の主表面200aに向かってレーザ光Bを照射する光学系120とを有している。基板支持装置110は、結晶基板200を載置するステージ112と、ステージ112が水平面内のXY方向及び垂直方向のZ方向に駆動可能であり、Z方向の軸の周りに回転駆動可能なように支持するステージ駆動装置111と、ステージ112に結晶基板200を固定する固定具113とを有している。固定具113には、粘着層、機械的なチャック、静電チャック、真空チャックなどが適用可能である。 The substrate processing apparatus 100 includes a substrate support device 110 that supports and drives the crystal substrate 200, and an optical system 120 that irradiates laser light B toward the main surface 200a of the crystal substrate 200. The substrate support device 110 includes a stage 112 on which the crystal substrate 200 is placed, a stage drive device 111 that supports the stage 112 so that it can be driven in the horizontal XY direction and the vertical Z direction, and so that it can be rotated around the Z axis, and a fixing device 113 that fixes the crystal substrate 200 to the stage 112. The fixing device 113 can be an adhesive layer, a mechanical chuck, an electrostatic chuck, a vacuum chuck, etc.

光学系120は、レーザ光源121と、対物レンズ125及び収差調整部126を含むレーザ集光部127とを有し、レーザ光源121から放出されたレーザ光Bがレーザ集光部127を介して結晶基板200の主表面200aに向かって照射されるようにしている。光学系120には、回折光学素子(DOE)など他の光学素子がさらに含まれてもよい。 The optical system 120 includes a laser light source 121 and a laser focusing unit 127, which includes an objective lens 125 and an aberration adjustment unit 126. The laser light B emitted from the laser light source 121 is directed towards the main surface 200a of the crystal substrate 200 via the laser focusing unit 127. The optical system 120 may further include other optical elements, such as a diffractive optical element (DOE).

基板加工制御装置10は、ディスプレイ、キーボードなどを有するコンソール13と、加工する結晶基板200の材料、サイズ、結晶方位などを検出することができるセンサ14とを有している。センサ14は、例えば透過率測定装置、レーザ干渉サイズ測定装置、X線回折装置などを組み合わせて構成されてもよい。 The substrate processing control device 10 includes a console 13 with a display, keyboard, etc., and a sensor 14 capable of detecting the material, size, crystal orientation, etc., of the crystal substrate 200 to be processed. The sensor 14 may be configured by combining, for example, a transmittance measuring device, a laser interference size measuring device, an X-ray diffractometer, etc.

図2に示すように、基板加工制御装置10において、コンソール13又はセンサ14から入力された結晶基板200の材料、サイズ及び結晶方位などの結晶基板200に関するパラメータと、コンソール13から入力されたスライスする厚さなどの加工条件に関するパラメータとは基板加工機械学習部11に説明変数として入力される。基板加工機械学習部11は、入力された説明変数に基づいて、機械学習した人工知能による推論にしたがい、レーザ光Bの波長及びパルス幅を含む光学系120に関するパラメータと、基板支持装置110におけるステージ112の駆動方向及び駆動速度を含むステージ112の駆動に関するパラメータとを目的変数として出力する。 As shown in Figure 2, in the substrate processing control device 10, parameters related to the crystal substrate 200, such as the material, size, and crystal orientation of the crystal substrate 200, input from the console 13 or sensor 14, and parameters related to processing conditions, such as the slicing thickness, input from the console 13, are input as explanatory variables to the substrate processing machine learning unit 11. Based on the input explanatory variables, the substrate processing machine learning unit 11, following inference by machine-learned artificial intelligence, outputs parameters related to the optical system 120, including the wavelength and pulse width of the laser light B, and parameters related to the driving of the stage 112 in the substrate support device 110, including the driving direction and driving speed of the stage 112, as target variables.

また、基板加工制御装置10において、基板加工機械学習部11から出力された目的変数は制御部12に送られ、制御部12は目的変数に応じて基板加工装置100を制御する。詳しくは、制御部12は、目的変数の光学系120に関するパラメータに基づいて基板加工装置100の光学系120に制御信号を送って制御し、目的変数のステージ112の駆動に関するパラメータに基づいて基板加工装置100の基板支持装置110に制御信号を送って基板支持装置110の有するステージ112の駆動を制御する。 Furthermore, in the substrate processing control device 10, the target variable output from the substrate processing machine learning unit 11 is sent to the control unit 12, and the control unit 12 controls the substrate processing apparatus 100 according to the target variable. Specifically, the control unit 12 sends a control signal to the optical system 120 of the substrate processing apparatus 100 based on the parameters related to the optical system 120 of the target variable, and sends a control signal to the substrate support device 110 of the substrate processing apparatus 100 based on the parameters related to the drive of the stage 112 of the substrate support device 110, controlling the drive of the stage 112 of the substrate support device 110.

図1に示すように、基板加工制御装置10の基板加工機械学習部11及び制御部12は、パーソナルコンピュータを基板加工制御装置10の本体16として構成してもよい。この場合、基板加工機械学習部11及び制御部12は、本体16のパーソナルコンピュータにおいて適切なプログラムを実行することにより実現されてもよい。 As shown in Figure 1, the machine learning unit 11 and control unit 12 of the PCB processing control device 10 may be configured using a personal computer as the main body 16 of the PCB processing control device 10. In this case, the machine learning unit 11 and control unit 12 may be implemented by executing an appropriate program on the personal computer in the main body 16.

図3は、基板加工機械学習部11の概略的な構成を示すブロック図である。基板加工機械学習部11において、基板加工教師データ保存部21は、教師あり機械学習に使用する教師データを保存している。教師データは、説明変数と、この説明変数に対応する目的変数との対を多数収集したものである。基板加工教師データ保存部21には、機械学習に使用するために、予め多数の教師データを収集しておく。教師データは、例えばコンピュータシミュレーションによって作成してもよい。 Figure 3 is a block diagram showing the schematic configuration of the PCB processing machine learning unit 11. In the PCB processing machine learning unit 11, the PCB processing training data storage unit 21 stores training data used for supervised machine learning. Training data consists of a large number of pairs of explanatory variables and corresponding target variables. The PCB processing training data storage unit 21 has a large amount of training data pre-collected for use in machine learning. Training data may be created, for example, by computer simulation.

基板加工モデル生成部22は、基板加工教師データ保存部21から供給された教師データを学習して基板加工モデルを作成する。図4は、基板加工モデルの構成の一例を示す図である。この基板加工モデルは、ニューラルネットワークにより構成されている。ニューラルネットワークは、ノードで構成された複数の層を含み、教師あり学習、すなわち教師データの学習によって重み及びバイアスを最適化するように設定することができる。なお、基板加工モデルは、ニューラルネットワークに限らず、他の種類の構成によって実現してもよい。 The substrate processing model generation unit 22 creates a substrate processing model by learning the training data supplied from the substrate processing training data storage unit 21. Figure 4 shows an example of the configuration of the substrate processing model. This substrate processing model is composed of a neural network. The neural network includes multiple layers composed of nodes and can be configured to optimize weights and biases through supervised learning, i.e., learning from training data. Note that the substrate processing model is not limited to a neural network and may be implemented using other types of configurations.

基板加工モデル保存部23は、基板加工モデル生成部22で生成した基板加工モデルを保存する。基板加工モデルがニューラルネットワークにより構成されている場合には、教師データの学習によって設定された重み及びバイアスのような基板加工モデルのパラメータを保存する。基板加工モデルがニューラルネットワークではない構成で実現された場合にも、基板加工モデル保存部23は基板加工モデルのパラメータを保存する。 The PCB processing model storage unit 23 stores the PCB processing model generated by the PCB processing model generation unit 22. If the PCB processing model is constructed using a neural network, it stores the parameters of the PCB processing model, such as weights and biases, which are set through training with the training data. Even if the PCB processing model is implemented using a configuration other than a neural network, the PCB processing model storage unit 23 still stores the parameters of the PCB processing model.

基板加工モデル適用部24は、基板加工モデル保存部23から基板加工モデルのパラメータを読み出して基板加工モデルを再現し、入力された説明変数に基板加工モデルを適用して目的変数を出力する。基板加工モデルがニューラルネットワークによって構成されている場合には、基板加工モデル保存部23から基板加工モデルの重み及びバイアスを読み出して基板加工モデルを再現する。 The PCB processing model application unit 24 reads the parameters of the PCB processing model from the PCB processing model storage unit 23 to reproduce the PCB processing model, applies the PCB processing model to the input explanatory variables, and outputs the target variable. If the PCB processing model is composed of a neural network, the weights and biases of the PCB processing model are read from the PCB processing model storage unit 23 to reproduce the PCB processing model.

基板加工機械学習部11において、基板加工モデル生成部22及び基板加工モデル保存部23は、教師あり学習によって基板加工モデルを生成する基板加工学習部31を構成している。また、基板加工モデル保存部23及び基板加工モデル適用部24は、教師あり学習によって生成された基板加工モデルを適用して説明変数から目的変数を推論する基板加工推論部32を構成している。 In the PCB processing machine learning unit 11, the PCB processing model generation unit 22 and the PCB processing model storage unit 23 constitute a PCB processing learning unit 31 that generates a PCB processing model through supervised learning. Furthermore, the PCB processing model storage unit 23 and the PCB processing model application unit 24 constitute a PCB processing inference unit 32 that infers the target variable from the explanatory variables by applying the PCB processing model generated through supervised learning.

図5は、基板加工機械学習部11の動作を説明する図である。基板加工機械学習部11には、説明変数として、加工する結晶基板200の材料、サイズ、結晶方位などの結晶基板200に関するパラメータ、スライスする厚さ、改質層の厚さなどの加工条件に関するパラメータが入力される。結晶基板200の材料、サイズ、結晶方位などの結晶基板200に関するパラメータは、センサ14で測定した値が入力されてもよいし、これらのパラメータの値をコンソール13から入力してもよい。センサ14による結晶基板200の測定は、結晶基板200をステージ112に載置して加工を実施する前に行われる。スライスする厚さ、改質層の厚さなどの加工条件に関するパラメータは、コンソール13から入力してもよい。 Figure 5 illustrates the operation of the substrate processing machine learning unit 11. The substrate processing machine learning unit 11 receives explanatory variables including parameters related to the crystal substrate 200, such as its material, size, and crystal orientation, and parameters related to processing conditions, such as the slicing thickness and the thickness of the modified layer. The parameters related to the crystal substrate 200, such as its material, size, and crystal orientation, may be input using values measured by the sensor 14, or these parameter values may be input from the console 13. Measurement of the crystal substrate 200 by the sensor 14 is performed before the crystal substrate 200 is placed on the stage 112 and processing is carried out. Parameters related to processing conditions, such as the slicing thickness and the thickness of the modified layer, may also be input from the console 13.

次の表1は、基板加工機械学習部11に入力する説明変数の例を示している。説明変数は、結晶基板200に関するパラメータを含んでいる。結晶基板200に関するパラメータは、結晶基板200の材料、サイズ、結晶方位などの個別の結晶基板200に固有のパラメータを含んでいる。結晶基板200に固有のパラメータには、結晶欠陥のXYZ座標や表面異物のXY座標なども含まれる。これらの結晶基板200に固有のパラメータはセンサ14によって測定することによって検出できるので、表1においては結晶基板の検出データの欄に示している。 Table 1 shows examples of explanatory variables to be input to the substrate processing machine learning unit 11. The explanatory variables include parameters related to the crystal substrate 200. These parameters include parameters specific to each individual crystal substrate 200, such as the material, size, and crystal orientation of the crystal substrate 200. Parameters specific to the crystal substrate 200 also include the XYZ coordinates of crystal defects and the XY coordinates of surface foreign matter. These parameters specific to the crystal substrate 200 can be detected by measurement using the sensor 14, and are shown in the "Crystal Substrate Detection Data" column in Table 1.

次の表2は、結晶基板200の材料の例を示している。表2には、単結晶シリコン、単結晶ダイヤモンド、4H-SiC、6H-SiC、単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム、単結晶リン化ガリウム、単結晶サファイア、単結晶酸化マグネシウムが例示されている。表2には、各材料の結晶構造及び劈開面も併せて記載されている。基板加工制御装置10はこれらの種類の材料に限らず、他の種類の材料にも対応することができる。例えば、材料は多結晶シリコンなど多結晶であってもよいし、ガラスなどの非晶質な材料であってもよい。 Table 2 shows examples of materials for the crystal substrate 200. Table 2 includes single-crystal silicon, single-crystal diamond, 4H-SiC, 6H-SiC, single-crystal gallium nitride, single-crystal gallium arsenide, single-crystal gallium phosphide, single-crystal sapphire, and single-crystal magnesium oxide as examples. The crystal structure and cleavage planes of each material are also described in Table 2. The substrate processing control device 10 is not limited to these types of materials and can handle other types of materials as well. For example, the material may be polycrystalline, such as polycrystalline silicon, or amorphous, such as glass.

表1に示すように、結晶基板200に関するパラメータは、結晶基板200の結晶構造、化学結合、面方位、オフ角、劈開面方位、すべり面方位、すべり方向、バーガースベクトル、転位面などの結晶基板200の材料によって決まるパラメータも含んでいる。表2を参照すると、材料によって決まるパラメータとして結晶構造及び劈開面が示されている。これらのパラメータは、結晶基板200の材料の属性であるといえるので、表1においては結晶基板200の属性の欄に示している。 As shown in Table 1, the parameters related to the crystalline substrate 200 include parameters determined by the material of the crystalline substrate 200, such as the crystal structure, chemical bonding, plane orientation, off-angle, cleavage plane orientation, slip plane orientation, slip direction, Burgers vector, and dislocation planes. Referring to Table 2, the crystal structure and cleavage planes are shown as material-dependent parameters. These parameters can be considered attributes of the material of the crystalline substrate 200, and are therefore shown in the "Attributes of Crystalline Substrate 200" column in Table 1.

表1の結晶基板200の材料の属性の欄にはすべり面方位及びすべり方向を示した。結晶材料におけるすべり面は結晶面の上下の結晶が結晶材料により特定される方向であるすべり方向にずれることにより発生する。このずれは結晶材料に線欠陥である転位を導入することで生じ、結晶材料の塑性変形によってすべり面が形成される。このずれを表わすベクトルとしてバーガースベクトルが定義されている。すべり系はすべり面とすべり方向は対になって構成され、これらの面と方向の大部分は結晶材料の原子配列における最稠密面と最稠密方向に一致している。一方、劈開は脆性的な破壊であるとされ変形の起点付近から生じるとされている。本実施の形態では結晶基板200の主表面200aから所定の深さにレーザ光Bを集光することで結晶材料に転位によるずれを起点とする劈開を発生させることをその加工メカニズムとしている。 Table 1 shows the slip plane orientation and slip direction in the material attributes column for the crystal substrate 200. In crystalline materials, slip planes arise when crystals above and below a crystal plane shift in a slip direction, which is a direction specified by the crystalline material. This shift occurs by introducing dislocations, which are line defects, into the crystalline material, and the slip plane is formed by the plastic deformation of the crystalline material. The Burgers vector is defined as a vector representing this shift. In a slip system, the slip plane and slip direction are paired, and most of these planes and directions coincide with the closest-packed plane and closest-packed direction in the atomic arrangement of the crystalline material. On the other hand, cleavage is considered a brittle fracture and is said to occur near the starting point of deformation. In this embodiment, the processing mechanism involves focusing laser light B to a predetermined depth from the main surface 200a of the crystal substrate 200 to generate cleavage in the crystalline material, starting from the dislocation-induced shift.

説明変数は、加工条件に関するパラメータも含んでいる。加工条件に関するパラメータは、結晶基板200からスライスする結晶基板200の厚さ、結晶基板200の内部に形成する改質層の厚さなどを含んでいる。これらのパラメータは、表1の加工条件の欄に示している。 The explanatory variables also include parameters related to processing conditions. These parameters include the thickness of the crystal substrate 200 sliced from the crystal substrate 200, and the thickness of the modified layer formed inside the crystal substrate 200. These parameters are shown in the "Processing Conditions" column of Table 1.

次の表3に示すように、光学系120に関するパラメータは、レーザ光Bの波長、パルス幅、輝度、繰り返し周波数、ビームプロファイルなどレーザ光Bに関するパラメータを含んでいる。これらのパラメータは、表3において光学系120のレーザ光Bの欄に示している。光学系120に関するパラメータは、開口数、倍率、焦点距離、作動距離、焦点深度、必要に応じてレーザ光Bを複数のビームに分岐するための回折光学素子などのレーザ集光部127に関するパラメータも含んでいる。回折光学素子のパラメータは、回折光学素子を使用してレーザ光Bを分岐するレーザ透過光の形状、数、配置に関するパラメータなどの集光条件を含んでもよい。これらのパラメータは、表3において光学系120のレーザ集光部127の欄に示している。ステージ112の駆動に関するパラメータは、駆動方向、駆動速度、回転速度などを含んでいる。ここで、回転速度はステージ112を回転駆動する場合に該当する。これらのパラメータは、表3においてステージ駆動の欄に示している。なお、ステージ112の駆動は相対的にレーザ光Bの走査と同等であるので、ステージ駆動はレーザ光Bの走査に読み替えてもよい。 As shown in Table 3 below, the parameters for the optical system 120 include parameters related to the laser light B, such as the wavelength, pulse width, brightness, repetition frequency, and beam profile of the laser light B. These parameters are shown in the "Laser Light B" column of the optical system 120 in Table 3. The parameters for the optical system 120 also include parameters related to the laser focusing unit 127, such as the numerical aperture, magnification, focal length, working distance, depth of focus, and, if necessary, diffractive optical elements for splitting the laser light B into multiple beams. The parameters for the diffractive optical elements may include focusing conditions such as the shape, number, and arrangement of the laser transmitted light that splits the laser light B using the diffractive optical elements. These parameters are shown in the "Laser Focusing Unit 127" column of the optical system 120 in Table 3. The parameters related to the driving of the stage 112 include the driving direction, driving speed, and rotational speed. Here, the rotational speed applies when the stage 112 is rotationally driven. These parameters are shown in the "Stage Driving" column of Table 3. Furthermore, since the driving of stage 112 is relatively equivalent to scanning laser beam B, the stage driving can be interpreted as scanning laser beam B.

基板加工機械学習部11は、入力された説明変数に教師あり機械学習によって生成した基板加工モデルを適用する。そして、目的変数として、レーザ波長、レーザ出力などの光学系120に関するパラメータ、ステージ112の駆動方向、駆動速度などの基板支持装置110のパラメータなどを出力する。 The substrate processing machine learning unit 11 applies a substrate processing model generated by supervised machine learning to the input explanatory variables. It then outputs parameters related to the optical system 120, such as laser wavelength and laser output, and parameters of the substrate support device 110, such as the driving direction and driving speed of the stage 112, as target variables.

再び図2を参照すると、基板加工制御装置10の基板加工機械学習部11から出力された目的変数は、制御部12に供給される。制御部12は、基板加工機械学習部11から供給された目的変数に基づいて、基板加工装置100を制御する。例えば、基板加工機械学習部11から供給されたレーザ光Bの波長、繰り返し周波数などの光学系120に関するパラメータに基づいて基板加工装置100の光学系120を設定する。また、基板加工機械学習部11から供給されたステージ112の駆動方向、ステージ112の駆動速度などステージ112の駆動に関するパラメータに基づいて、基板支持装置110のステージ112の位置、速度などを実時間で追跡して制御する。 Referring again to Figure 2, the target variable output from the substrate processing machine learning unit 11 of the substrate processing control device 10 is supplied to the control unit 12. The control unit 12 controls the substrate processing apparatus 100 based on the target variable supplied from the substrate processing machine learning unit 11. For example, it sets the optical system 120 of the substrate processing apparatus 100 based on parameters related to the optical system 120, such as the wavelength and repetition frequency of the laser light B supplied from the substrate processing machine learning unit 11. Furthermore, it tracks and controls the position and speed of the stage 112 of the substrate support device 110 in real time based on parameters related to the driving of the stage 112, such as the driving direction and driving speed of the stage 112 supplied from the substrate processing machine learning unit 11.

このように、本実施の形態によると、加工する結晶基板200及び加工条件に応じた適切な加工方法で結晶基板200を加工するように基板加工装置を制御することができる。したがって、結晶基板200の材料や基板の加工条件に応じて個別に基板加工装置100を検討する必要がなく、基板加工のための作業の負担を軽減することができる。また、人工知能の機械学習によって制御されるため、基板加工を正確で確実に実施することができる。 Thus, according to this embodiment, the substrate processing apparatus can be controlled to process the crystal substrate 200 using an appropriate processing method according to the crystal substrate 200 to be processed and the processing conditions. Therefore, there is no need to individually consider the substrate processing apparatus 100 according to the material of the crystal substrate 200 and the processing conditions of the substrate, and the workload for substrate processing can be reduced. Furthermore, because it is controlled by artificial intelligence machine learning, substrate processing can be performed accurately and reliably.

このように、本実施の形態によると、人工知能の機械学習によって、加工する単結晶材料による結晶基板200の材料、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータに加え、さらにレーザ光Bの特性、結晶基板200の内部へのレーザ光Bの集光、レーザ光Bの走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件のパラメータも考慮して、様々な固体構造や化学結合の種類を有する単結晶材料について、適切なレーザ光Bによる加工技術によって剥離可能な改質層を形成することができる。 Thus, according to this embodiment, by using machine learning of artificial intelligence, in addition to parameters such as the material, crystal structure, bonding mode, crystal plane orientation, and crystal growth off-angle of the crystal substrate 200 made of the single crystal material to be processed, it is also possible to consider processing condition parameters such as the characteristics of the laser beam B, the focusing of the laser beam B into the crystal substrate 200, the scanning method of the laser beam B, and the depth and thickness of the modified layer to be formed. This allows for the formation of a peelable modified layer using appropriate laser beam B processing techniques for single crystal materials having various solid structures and types of chemical bonding.

なお、本実施の形態においては、結晶基板200の主表面200aにレーザ光Bを照射することにより主表面200aから所定の深さに形成した加工痕によって剥離可能な改質層を形成することを想定していたが、さらに結晶基板200の端部を適切に処理するようにしてもよい。例えば、結晶基板200において外周の端部から所定の距離には加工痕を形成せずに、端部に沿った加工痕から端部に向かって劈開が自発的に発生して改質層を形成するようにしてもよい。このような結晶基板200の端部の加工も、教師あり学習によって基板加工モデルに学習させることができる。 In this embodiment, it was assumed that a removable modified layer would be formed by irradiating the main surface 200a of the crystal substrate 200 with laser light B, creating a processing mark to a predetermined depth from the main surface 200a. However, the edges of the crystal substrate 200 may also be appropriately processed. For example, processing marks may not be formed at a predetermined distance from the outer edge of the crystal substrate 200, and instead, cleavage may spontaneously occur from the processing marks along the edge toward the edge, forming the modified layer. Such processing of the edges of the crystal substrate 200 can also be taught to the substrate processing model through supervised learning.

また、本実施の形態の基板加工制御装置10によって基板加工装置100を制御して加工された結晶基板200について、基板加工の状態を評価するようにしてもよい。例えば、赤外線顕微鏡や光学顕微鏡などにより得られる画像のセンシング結果から、画像データを用いて、劈開方向、レーザ光Bの照射面側の外観(亀裂発生など)、結晶の乱れた深さなど結晶基板200に形成した改質層を評価するようにしてもよい。評価の結果は、例えばコンソール13のディスプレイに表示してもよい。 Furthermore, the substrate processing state of the crystal substrate 200 processed by controlling the substrate processing apparatus 100 with the substrate processing control device 10 of this embodiment may be evaluated. For example, the modified layer formed on the crystal substrate 200 may be evaluated using image data obtained from sensing results of images obtained from an infrared microscope or optical microscope, such as the cleavage direction, the appearance on the side irradiated by the laser beam B (crack formation, etc.), and the depth of crystal disorder. The evaluation results may be displayed, for example, on the display of the console 13.

以下では、本実施の形態の基板加工制御装置10及び基板加工制御システムを用いて、具体的な結晶基板200にレーザ光Bを照射して改質層を形成する例を説明する。実施例においては、加工する結晶基板200をセンサ14で測定することにより表1に示したような結晶基板200の材料、サイズ、結晶方位などのパラメータを検出してもよい。これらのパラメータは、コンソール13から入力してもよい。さらに、センサ14によって、結晶基板200の結晶欠陥のXYZ座標、表面異物のXY座標なども検出してもよい。結晶基板200の結晶構造、化学結合、面方位などのパラメータは結晶基板200の材料に応じて特定されるため、データベースから読み出してもよいし、必要であればコンソール13から入力してもよい。スライスする厚さ、改質層の厚さなどの加工条件に関するパラメータは、コンソール13から入力してもよい。 The following describes an example of forming a modified layer on a specific crystalline substrate 200 by irradiating it with laser light B using the substrate processing control device 10 and substrate processing control system of this embodiment. In this embodiment, parameters such as the material, size, and crystal orientation of the crystalline substrate 200, as shown in Table 1, may be detected by measuring the crystalline substrate 200 with a sensor 14. These parameters may also be input from the console 13. Furthermore, the sensor 14 may also detect the XYZ coordinates of crystal defects and the XY coordinates of surface foreign matter on the crystalline substrate 200. Since parameters such as the crystal structure, chemical bonding, and surface orientation of the crystalline substrate 200 are specified according to the material of the crystalline substrate 200, they may be read from a database or, if necessary, input from the console 13. Parameters related to processing conditions, such as the slicing thickness and the thickness of the modified layer, may also be input from the console 13.

図5に示したように、これらのパラメータは、基板加工機械学習部11に説明変数として入力され、基板加工機械学習部11からは人工知能により対応する目的変数が出力される。表3に示したように、目的変数にはレーザ光Bの波長、パルス幅、繰り返し周波数、ステージ112の駆動方向、駆動速度などが含まれ、基板加工制御装置10はこれらの目的変数に基づいて基板加工装置100を制御して結晶基板200を適切に加工する。このため、基板加工装置100による加工は加工対象の結晶基板200を変更しても調整する必要がなく、人工知能の制御の下に加工対象の結晶基板200に応じた適切な加工方法が選択される。 As shown in Figure 5, these parameters are input as explanatory variables to the substrate processing machine learning unit 11, and the substrate processing machine learning unit 11 outputs the corresponding objective variables using artificial intelligence. As shown in Table 3, the objective variables include the wavelength, pulse width, and repetition frequency of the laser light B, the driving direction of the stage 112, and the driving speed. The substrate processing control device 10 controls the substrate processing apparatus 100 based on these objective variables to appropriately process the crystal substrate 200. Therefore, processing by the substrate processing apparatus 100 does not need to be adjusted even if the crystal substrate 200 to be processed is changed, and an appropriate processing method according to the crystal substrate 200 to be processed is selected under the control of artificial intelligence.

図6は閃亜鉛鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。図6に示す閃亜鉛鉱型構造は、例えばガリウムヒ素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)のようなIII-V族化合物に見られる。図6において、白丸はガリウム(Ga)のようなIII族原子を示し、黒丸はヒ素(As)や窒素(N)のようなV族原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。閃亜鉛鉱型構造は、一つの原子を取り囲む他の四つの原子を頂点として形成された正四面体を基本構造として構成されている。図6には、劈開面となる(011)面も示した。 Figure 6 is a perspective view showing the crystal structure of a zincblende-type structure. The zincblende-type structure shown in Figure 6 is found in Group III-V compounds such as gallium arsenide (GaAs) and gallium nitride (GaN). In Figure 6, white circles represent Group III atoms such as gallium (Ga), black circles represent Group V atoms such as arsenic (As) and nitrogen (N), and the lines connecting the white or black circles indicate covalent bonds. The zincblende-type structure is based on a regular tetrahedron formed with four atoms surrounding one atom as its vertices. Figure 6 also shows the (011) plane, which is a cleavage plane.

図7はダイヤモンド型構造の結晶構造を示す斜視図である。図6に示したような閃亜鉛鉱型構造が同種の元素から構成されている場合には、図7に示すダイヤモンド型構造になる。ダイヤモンド型構造は、例えばIV族元素に属する炭素、シリコンなどに見られる。図6において、白丸は炭素、シリコンなどの原子を示し、白丸を結ぶ線は共有結合を示している。ダイヤモンド型構造は、一つの原子を取り囲む他の四つの原子を頂点として形成された正四面体を基本構造として構成されている。図7には、劈開面となる(001)面、結晶基板200の主表面200aとされることがある(001)面も示した。 Figure 7 is a perspective view showing the crystal structure of a diamond-type structure. When the zincblende-type structure shown in Figure 6 is composed of the same type of elements, it results in the diamond-type structure shown in Figure 7. Diamond-type structures are found, for example, in elements belonging to Group IV, such as carbon and silicon. In Figure 6, the white circles represent atoms of carbon, silicon, etc., and the lines connecting the white circles represent covalent bonds. The diamond-type structure is constructed with a regular tetrahedron as its basic structure, formed with four other atoms surrounding one atom as its vertices. Figure 7 also shows the (001) plane, which is the cleavage plane, and the (001) plane, which is sometimes considered the main surface 200a of the crystal substrate 200.

図8は窒化ガリウムのウルツ鉱型構造を示す斜視図である。III-V族化合物に属する窒化ガリウムは図6に示した閃亜鉛鉱型構造も取り得るが、常温定圧下では図8に示すようなウルツ鉱型構造が安定型である。図8において、白丸はガリウム(Ga)原子を示し、黒丸は窒素(N)原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。 Figure 8 is a perspective view showing the wurtzite structure of gallium nitride. Gallium nitride, belonging to Group III-V compounds, can also adopt the zincblende structure shown in Figure 6, but under constant temperature and pressure, the wurtzite structure shown in Figure 8 is the stable form. In Figure 8, white circles represent gallium (Ga) atoms, black circles represent nitrogen (N) atoms, and the lines connecting the white or black circles indicate covalent bonds.

図9は窒化ガリウムの六方晶の結晶構造を示す斜視図である。ウルツ鉱型構造の窒化ガリウムの単位格子は、図9に示すような六方晶である。六方晶を示す図9においても、図8と同様に、白丸はガリウム原子を示し、黒丸は窒素原子を示している。図9に示す六方晶の窒化ガリウムの単位格子は、極性によって異なる劈開面を有している。ガリウム原子層と窒素原子層はc軸方向に交互に積層した構造でありガリウム原子と窒素原子の電気陰性度の違いによる分極が生じ、c面は極性面、c面と垂直に位置するa面およびm面は無極性面、r面は半極性面とされる。ここで劈開面はa面{11-20}面とm面{1-100}面となる。なお、特許出願書類に使用できる文字に制限があるため、ミラー指数の上線に代えて負号“-”を使用した。このような六方晶の窒化ガリウムは、ベース基板にc軸成長させることができる。六方晶において、底面及び頂面は{0001}面となる。 Figure 9 is a perspective view showing the hexagonal crystal structure of gallium nitride. The unit cell of wurtzite-type gallium nitride is hexagonal, as shown in Figure 9. In Figure 9, which shows the hexagonal structure, as in Figure 8, white circles represent gallium atoms and black circles represent nitrogen atoms. The unit cell of hexagonal gallium nitride shown in Figure 9 has different cleavage planes depending on its polarity. The gallium atomic layer and nitrogen atomic layer are stacked alternately in the c-axis direction, and polarization occurs due to the difference in electronegativity between gallium and nitrogen atoms. The c-plane is a polar plane, the a-plane and m-plane, which are perpendicular to the c-plane, are nonpolar planes, and the r-plane is a semipolar plane. Here, the cleavage planes are the a-plane {11-20} plane and the m-plane {1-100} plane. Note that due to restrictions on the characters that can be used in patent application documents, a negative sign "-" is used instead of an overline for Miller indices. Such hexagonal gallium nitride can be grown along the c-axis on a base substrate. In a hexagonal crystal structure, the base and apex faces are {0001} planes.

図10は結晶基板200を構成する正四面体の基本構造とレーザ走査方向との関係を示す模式図である。図6に示した閃亜鉛鉱型構造や図7に示したダイヤモンド型構造の結晶構造を有する単結晶や、このような単結晶から構成された結晶基板200は、正四面体を基本構造として構成されている。主表面200aが(100)、(111)などの面方位を有する結晶基板200においては、基本構造の正四面体の一つの面は主表面に平行に配置される。この場合、レーザ照射による結晶材料の転位から劈開を形成することができるように、レーザ光Bは基本構造の正四面体の配置を考慮して特定の方向に走査することができる。図中には、結晶基板200の主表面200aに対する基本構造の正四面体の配置と、基本構造の正四面体を基準として結晶基板200の主表面200aに向かってレーザ光Bを走査する方向を例示している。 Figure 10 is a schematic diagram showing the relationship between the basic structure of the tetrahedrons constituting the crystal substrate 200 and the laser scanning direction. Single crystals having crystal structures such as the zincblende type structure shown in Figure 6 and the diamond type structure shown in Figure 7, and crystal substrates 200 composed of such single crystals, are constructed with tetrahedrons as their basic structure. In crystal substrates 200 where the main surface 200a has a plane orientation such as (100) or (111), one face of the tetrahedron of the basic structure is arranged parallel to the main surface. In this case, the laser beam B can be scanned in a specific direction, taking into account the arrangement of the tetrahedrons of the basic structure, so that cleavage can be formed from dislocations in the crystal material due to laser irradiation. The figure illustrates the arrangement of the tetrahedrons of the basic structure relative to the main surface 200a of the crystal substrate 200, and the direction in which the laser beam B is scanned toward the main surface 200a of the crystal substrate 200, using the tetrahedrons of the basic structure as a reference.

図1を参照すると、正四面体を基準として主表面200aに向かってレーザ光Bを走査する方向は、結晶基板200の主表面200aに沿ってレーザ光源121を含む光学系120からレーザ光Bを走査する方向に対応している。図3の基板加工機械学習部11においては、レーザを走査する方向は、(100)、(111)などの結晶基板200の面方位について結晶材料の転位によるずれを起点とする劈開の発生と発生方向に基づいて、加工される結晶基板200の種類についての教師データとして基板加工教師データ保存部21から基板加工学習部31に提供され、基板加工モデル保存部23にパラメータとして保存されてもよい。基板加工推論部32は、基板加工モデル保存部23から読み出されたパラメータに基づいて適切なレーザを走査する方向を出力することができる。 Referring to Figure 1, the direction in which the laser beam B is scanned toward the main surface 200a with respect to the regular tetrahedron corresponds to the direction in which the laser beam B is scanned from the optical system 120, including the laser light source 121, along the main surface 200a of the crystal substrate 200. In the substrate processing machine learning unit 11 shown in Figure 3, the direction in which the laser is scanned is provided to the substrate processing learning unit 31 from the substrate processing training data storage unit 21 as training data for the type of crystal substrate 200 to be processed, based on the occurrence and direction of cleavage originating from displacements due to dislocations in the crystal material for the surface orientation of the crystal substrate 200, such as (100) and (111). This data may then be stored as parameters in the substrate processing model storage unit 23. The substrate processing inference unit 32 can output an appropriate laser scanning direction based on the parameters read from the substrate processing model storage unit 23.

図10(a)は、レーザ光Bを走査する方向の第1の態様を示している。図中の破線はレーザ光Bを走査するラインを示している。レーザ光Bは、ラインに沿って一定の間隔(ドットピッチ)で結晶基板200に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔(ラインピッチ)になるように結晶基板200の主表面200aの全体にわたって走査される。図中の太い矢印は、ラインを移動させる方向を示している。第1の態様においては、レーザ光Bを走査するラインの方向を主表面200aに平行な基本図形の正四面体の一つの面を構成する正三角形の辺の一つと直交する方向としている。このような方向に走査することにより、基本図形の四面体の中心に位置する原子から正四面体の各面に向かって延びる特定の共有結合を切断して劈開を発生させることができる。 Figure 10(a) shows a first embodiment of the scanning direction of the laser beam B. The dashed lines in the figure indicate the scanning lines of the laser beam B. The laser beam B is scanned along the lines at regular intervals (dot pitch) across the crystal substrate 200, scanning across the entire main surface 200a of the crystal substrate 200 so that adjacent lines are at regular intervals (line pitch). The thick arrows in the figure indicate the direction in which the lines are moved. In the first embodiment, the direction of the scanning lines of the laser beam B is perpendicular to one of the edges of an equilateral triangle that constitutes one face of a regular tetrahedron of the basic figure, which is parallel to the main surface 200a. By scanning in this direction, it is possible to break specific covalent bonds extending from the atom located at the center of the tetrahedron of the basic figure toward each face of the tetrahedron, thereby generating cleavage.

図10(b)は、レーザ光Bを走査する方向の第2の態様を示している。第2の態様においても図中の破線はレーザ光Bを走査するラインを示し、レーザ光Bはラインに沿って一定の間隔(ドットピッチ)で結晶基板200に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔(ラインピッチ)になるように結晶基板200の主表面200aの全体にわたって走査される。図中の太い矢印は、ラインを移動させる方向を示している。第2の態様においては、レーザ光Bを走査するラインの方向を主表面に平行な基本図形の正四面体の一つの面を構成する正三角形の辺の一つと平行な方向としている。このような方向に走査することにより、基本図形の正四面体の中心に位置する原子から四面体の各面に面に向かって延びる特定の共有結合を切断して劈開を発生させることができる。 Figure 10(b) shows a second embodiment of the scanning direction of the laser beam B. In the second embodiment, the dashed lines in the figure indicate the scanning lines of the laser beam B. The laser beam B is scanned along the lines at regular intervals (dot pitch) across the crystal substrate 200, scanning across the entire main surface 200a of the crystal substrate 200 so that adjacent lines are at regular intervals (line pitch). The thick arrows in the figure indicate the direction in which the lines are moved. In the second embodiment, the direction of the scanning lines of the laser beam B is parallel to one of the sides of an equilateral triangle that constitutes one face of a regular tetrahedron of the basic figure parallel to the main surface. By scanning in this direction, it is possible to break specific covalent bonds extending from the atom located at the center of the regular tetrahedron of the basic figure toward each face of the tetrahedron, thereby generating cleavage.

図11は、結晶基板200に対するレーザ光Bの走査方向を示す模式図である。レーザ光Bは、結晶基板200の(100)、(111)などの面方位にしたがい結晶に劈開を生じさせる適切な方向に走査される。レーザ光Bを走査する方向は、結晶基板200の主表面200aにおいて、図10で説明したように、結晶基板200を構成する基本構造の四面体の配置を考慮して定められる。結晶基板200の主表面200aにおいて、レーザ光Bはラインに沿って一定の間隔(ドットピッチ)で結晶基板200に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔(ラインピッチ)になるように結晶基板200の主表面200aの全体にわたって走査される。これらの走査方向は加工する材料、結晶方位に対しレーザB光のパラメータ、ドットピッチ、ラインピッチなどのパラメータと組み合わせて設定され、発生する劈開により剥離可能な加工層を形成し劈開面で結晶基板200を面方向に剥離して新たな基板を創製する加工条件が選択される。 Figure 11 is a schematic diagram showing the scanning direction of laser beam B on the crystal substrate 200. Laser beam B is scanned in an appropriate direction to cause cleavage in the crystal according to the (100), (111), and other plane orientations of the crystal substrate 200. The scanning direction of laser beam B is determined on the main surface 200a of the crystal substrate 200, taking into consideration the arrangement of the tetrahedra, the basic structure constituting the crystal substrate 200, as explained in Figure 10. On the main surface 200a of the crystal substrate 200, laser beam B is scanned along lines at regular intervals (dot pitch), scanning across the entire main surface 200a of the crystal substrate 200 so that adjacent lines are at regular intervals (line pitch). These scanning directions are set in combination with parameters such as laser beam parameters, dot pitch, and line pitch for the material to be processed and the crystal orientation. Processing conditions are selected that form a peelable processed layer due to the generated cleavage, and that the crystal substrate 200 is peeled in the plane direction at the cleavage plane to create a new substrate.

図11(a)は、結晶基板200の主表面200aを走査するレーザ光Bの第1の態様を示す模式図である。第1の態様において、レーザ光Bは、結晶基板200の略矩形状の主表面200aに沿って図中で右側から左側へ向かう、又は左側から右側へ向かうような一方向に走査されてもよい。また、レーザ光Bは隣接するラインごとに右側から左側に向かう、及び左側から右側に向かうように走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Bを走査するラインは、主表面200aに沿って図中の下側から上側に向けて移動するようにしてもよく、上側から下側に移動するようにしてもよい。 Figure 11(a) is a schematic diagram showing a first embodiment of a laser beam B scanning the main surface 200a of the crystal substrate 200. In this first embodiment, the laser beam B may scan along the substantially rectangular main surface 200a of the crystal substrate 200 in one direction, such as from right to left or from left to right in the figure. Alternatively, the scanning direction of the laser beam B may be switched between scanning from right to left and from left to right for each adjacent line. The line scanned by the laser beam B may move along the main surface 200a from bottom to top or from top to bottom in the figure.

図11(b)は、結晶基板200の主表面200aを走査するレーザ光Bの第2の態様を示す模式図である。第2の態様は、図11(a)に示した第1の態様のレーザ光の走査方向を主表面200a内で90°回転させたものである。第2の態様においては、レーザ光は、略矩形状の結晶基板200の主表面200aに沿って図中で下側から上側へ向かう、又は上側から下側へ向かうような一方向に走査されてもよい。また、レーザ光Bは隣接するラインごとに下側から上側に向かう、及び上側から下側に向かうように走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Bを走査するラインは、主表面200aに沿って図中の右側から左側に向けて移動するようにしてもよく、左側から右側に移動するようにしてもよい。 Figure 11(b) is a schematic diagram showing a second embodiment of the laser beam B scanning the main surface 200a of the crystal substrate 200. The second embodiment is obtained by rotating the scanning direction of the laser beam in the first embodiment shown in Figure 11(a) by 90° within the main surface 200a. In the second embodiment, the laser beam may scan along the main surface 200a of the substantially rectangular crystal substrate 200 in one direction, such as from bottom to top or from top to bottom in the figure. Furthermore, the scanning direction of the laser beam B may be switched between bottom to top and top to bottom for each adjacent line. The line scanned by the laser beam B may move along the main surface 200a from right to left or from left to right in the figure.

図11(c)は、結晶基板200の主表面200aを走査するレーザ光Bの第3の態様を示す模式図である。第3の態様は、図11(a)に示した第1の態様のレーザ光Bの走査方向を主表面内で所定の角度にわたって回転させたものである。第3の態様においては、レーザ光Bは、結晶基板200の主表面200aに沿って主表面を所定の方向に、又はこの所定の方向とは逆の方向に向かうような一方向に走査されてもよい。レーザ光Bは隣接するラインごとに所定方向に、及びこの所定の方向とは逆の方向に走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Bを走査するラインは、主表面200aの全体を走査することができれば、いずれの方向に移動してもよい。 Figure 11(c) is a schematic diagram showing a third embodiment of the laser beam B scanning the main surface 200a of the crystal substrate 200. The third embodiment is obtained by rotating the scanning direction of the laser beam B in the first embodiment shown in Figure 11(a) over a predetermined angle within the main surface. In the third embodiment, the laser beam B may scan the main surface 200a of the crystal substrate 200 in one direction, either in a predetermined direction or in the opposite direction. The scanning direction of the laser beam B may be switched for each adjacent line, in a predetermined direction and then in the opposite direction. The line scanning the laser beam B may move in any direction as long as it can scan the entire main surface 200a.

図12は、主表面210aと劈開面との面方位が同じである結晶基板210への加工痕212の形成を説明する図である。図12(a)は加工痕212が形成された結晶基板210の上面図であり、図12(b)及び図12(c)は加工痕212が形成された結晶基板210の断面図である。主表面210aと劈開面の面方位が同じである結晶基板210には、例えば、主表面210aが(111)面の単結晶シリコンや単結晶ダイヤモンドの結晶基板210、主表面210aが(100)面の後述する岩塩型の結晶基板210がある。 Figure 12 illustrates the formation of processing marks 212 on a crystal substrate 210 where the plane orientation of the main surface 210a and the cleavage plane are the same. Figure 12(a) is a top view of the crystal substrate 210 on which processing marks 212 have been formed, and Figures 12(b) and 12(c) are cross-sectional views of the crystal substrate 210 on which processing marks 212 have been formed. Examples of crystal substrates 210 where the plane orientation of the main surface 210a and the cleavage plane are the same include single-crystal silicon or single-crystal diamond crystal substrates 210 with a (111) plane main surface 210a, and rock salt type crystal substrates 210, which will be described later, with a (100) plane main surface 210a.

図12(b)に示すように、レーザ光Bは主表面210aから結晶基板210の所定の深さに集光され加工痕212が形成される。加工痕212からは、主表面210aと面方位が同じ劈開面に沿ってクラック214が延びている。図12(a)に示すように、レーザ光Bは主表面210aの全体が走査されるように照射される。レーザ光Bは所定の繰り返し周波数によりパルス状に照射されているため、加工痕212はレーザ光Bを走査するラインに沿って所定間隔のドットピッチで形成される。図12(a)及び図12(b)の細い矢印はラインに沿ったレーザ光Bの走査の方向を示し、図12(a)の太い矢印はレーザ光Bを走査するラインを移動する方向を示している。レーザ光Bは、隣接するラインと互いに所定間隔のラインピッチを有するように走査される。 As shown in Figure 12(b), the laser beam B is focused from the main surface 210a to a predetermined depth in the crystal substrate 210, forming a processing mark 212. Cracks 214 extend from the processing mark 212 along cleavage planes with the same orientation as the main surface 210a. As shown in Figure 12(a), the laser beam B is irradiated so as to scan the entire main surface 210a. Because the laser beam B is irradiated in a pulsed manner at a predetermined repetition frequency, the processing marks 212 are formed along the scanning line of the laser beam B with a predetermined dot pitch. The thin arrows in Figures 12(a) and 12(b) indicate the direction of scanning of the laser beam B along the line, and the thick arrow in Figure 12(a) indicates the direction of movement along the scanning line of the laser beam B. The laser beam B is scanned so that it has a predetermined line pitch with respect to adjacent lines.

図12(b)に示すように、加工痕212の周囲には加工痕212から劈開が進んだクラック214が主表面210aと面方位が同じ劈開面の方向に沿ってレーザ光Bの走査方向に延びている。図12(c)に示すように、各加工痕212から延びたクラック214が隣接する加工痕212から延びたクラック214と連結することで、結晶基板210の内部に主表面210aと平行に延びる加工痕212及びクラック214が連結した改質層が形成される。互いに隣接する加工痕212から延びたクラック214の連結は、表3に示したような光学系120に関するパラメータなどを適切に設定することにより実現される。 As shown in Figure 12(b), cracks 214 extending from the processing marks 212 extend in the scanning direction of the laser beam B along the direction of the cleavage plane, which has the same surface orientation as the main surface 210a, around the processing marks 212. As shown in Figure 12(c), the cracks 214 extending from each processing mark 212 connect with the cracks 214 extending from adjacent processing marks 212, thereby forming a modified layer inside the crystal substrate 210 in which processing marks 212 and cracks 214 extending parallel to the main surface 210a are connected. The connection of cracks 214 extending from adjacent processing marks 212 is achieved by appropriately setting parameters related to the optical system 120, as shown in Table 3.

改質層によって、結晶基板210は主表面210aから改質層までの結晶基板と、改質層よりも深い残りの結晶基板とに分けられる。改質層は加工痕212及びクラック214が連結されて形成されているため、主表面210aから改質層までの結晶基板と、改質層よりも深い残りの結晶基板とを改質層において劈開により剥離することができる。主表面210aから改質層までの結晶基板は、スライス加工と同様に元の結晶基板210から薄い結晶基板を切り出したものであるため、スライス基板と称される。スライス基板の厚さは、スライスする厚さと称される。改質層でスライス基板を剥離することで、結晶基板210から新たな結晶基板が得られる。 The modified layer separates the crystalline substrate 210 into the crystalline substrate from the main surface 210a to the modified layer and the remaining crystalline substrate deeper than the modified layer. Since the modified layer is formed by the interconnection of processing marks 212 and cracks 214, the crystalline substrate from the main surface 210a to the modified layer and the remaining crystalline substrate deeper than the modified layer can be separated by cleavage at the modified layer. The crystalline substrate from the main surface 210a to the modified layer is called a sliced substrate because, similar to slicing, it is a thin crystalline substrate cut from the original crystalline substrate 210. The thickness of the sliced substrate is referred to as the slicing thickness. By separating the sliced substrate at the modified layer, a new crystalline substrate is obtained from the crystalline substrate 210.

図13及び図14は、主表面220aと劈開面との面方位が異なる結晶基板220への加工痕222の形成を説明する図である。図13(a)及び図13(b)はそれぞれ第1回のレーザ光Bの走査による加工痕222が形成された結晶基板220の上面図及び断面図であり、図14(a)から図14(c)は第2回のレーザ光Bの走査による加工痕222が形成された結晶基板220の上面図及び断面図である。主表面220aと劈開面の面方位が異なる結晶基板220には、例えば、主表面220aが(001)面の単結晶シリコンや単結晶ダイヤモンドの結晶基板220、主表面220aが(111)面の後述する岩塩型の結晶基板220がある。 Figures 13 and 14 illustrate the formation of processing marks 222 on a crystal substrate 220 where the plane orientation of the main surface 220a and the cleavage plane are different. Figures 13(a) and 13(b) are top and cross-sectional views of the crystal substrate 220 on which processing marks 222 have been formed by the first scanning of laser beam B, respectively. Figures 14(a) to 14(c) are top and cross-sectional views of the crystal substrate 220 on which processing marks 222 have been formed by the second scanning of laser beam B. Examples of crystal substrates 220 where the plane orientation of the main surface 220a and the cleavage plane are different include single-crystal silicon or single-crystal diamond crystal substrates 220 with a (001) plane main surface 220a, and rock salt type crystal substrates 220, which will be described later, with a (111) plane main surface 220a.

図13(b)に示すように、第1回のレーザ光Bの走査においてレーザ光Bは主表面220aから結晶基板220の所定の深さに集光され加工痕222が形成される。第1回のレーザ光Bの走査によって、加工痕222からは主表面220aと面方位が異なる第1劈開面に沿ってレーザ光Bの走査方向にクラック224が延びている。図13(a)に示すように、レーザ光Bは主表面220aの全体が走査されるように照射される。レーザ光Bは所定の繰り返し周波数によりパルス状に照射されているため、加工痕222はレーザ光Bを走査するラインに沿って所定間隔のドットピッチで形成される。図13(a)及び図13(b)の細い矢印はラインに沿ったレーザ光Bの走査の方向を示し、図13(a)の太い矢印はレーザ光Bを走査するラインを移動する方向を示している。レーザ光Bは、隣接するラインと互いに所定間隔のラインピッチを有するように走査される。図14(a)から図14(c)においても同様である。 As shown in Figure 13(b), during the first scan of the laser beam B, the laser beam B is focused from the main surface 220a to a predetermined depth in the crystal substrate 220, forming a processing mark 222. Following the first scan of the laser beam B, a crack 224 extends from the processing mark 222 along a first cleavage plane with a different surface orientation from the main surface 220a, in the scanning direction of the laser beam B. As shown in Figure 13(a), the laser beam B is irradiated so as to scan the entire main surface 220a. Since the laser beam B is irradiated in a pulsed manner at a predetermined repetition frequency, the processing marks 222 are formed along the scanning line of the laser beam B with a predetermined dot pitch. The thin arrows in Figures 13(a) and 13(b) indicate the direction of scanning of the laser beam B along the line, and the thick arrow in Figure 13(a) indicates the direction of movement along the scanning line of the laser beam B. The laser beam B is scanned such that it has a predetermined line pitch with respect to adjacent lines. The same applies to Figures 14(a) through 14(c).

図14(b)に示すように、第2回の走査においてもレーザ光Bは主表面220aから結晶基板220の所定の深さに集光され加工痕222が形成される。図14(a)及び図14(b)中の細い矢印に示すように、第2回のレーザ光Bの走査は、第1回のレーザ光Bの走査と同じライン上を第1回のレーザ光Bの走査とは逆方向に走査することで行われる。図14(a)中の太い矢印に示すように、レーザ光Bを走査するラインを移動する方向も第1回のレーザ光Bの走査とは逆の方向である。第2回のレーザ光Bの走査におけるラインに沿ったレーザ光Bの走査の間隔(ドッドピッチ)及びレーザ光Bを走査するラインを移動する方向への間隔(ラインピッチ)も、第1回のレーザ光Bの走査と同様である。 As shown in Figure 14(b), in the second scan, the laser beam B is focused from the main surface 220a to a predetermined depth in the crystal substrate 220, forming the processing marks 222. As indicated by the thin arrows in Figures 14(a) and 14(b), the second scan of the laser beam B is performed by scanning along the same line as the first scan of the laser beam B, but in the opposite direction. As indicated by the thick arrow in Figure 14(a), the direction in which the line scanning the laser beam B moves is also the opposite direction to that of the first scan of the laser beam B. The spacing of the laser beam B scans along the line (dot pitch) and the spacing in the direction of movement of the line scanning the laser beam B (line pitch) are the same as those of the first scan of the laser beam B.

図14(b)に示すように、第2回のレーザ光Bの走査においてもレーザ光Bは主表面220aから結晶基板220の所定の深さの加工痕222に集光される。第2回のレーザ光Bの走査によって、加工痕222からは、新たに主表面220aとも前記第1劈開面とも面方位が異なる第2劈開面に沿ってレーザ光Bの走査方向にクラック224が延びている。ここで、第2回のレーザ光Bの走査は、第1回のレーザ光Bの走査とレーザ光Bの走査方向が逆であるため、第2回のレーザ光Bの走査では第1回のレーザ光Bの走査に対してレーザ光Bのプロファイルがラインに関して逆になっている。図14(b)に示すように、第1回目のレーザ光Bの走査と第2回のレーザ光Bの走査と併せると、レーザ光Bの照射によって形成された加工痕222や加工痕222から第1劈開面及び第2劈開面に沿って延びるクラック224はラインに関して対称に形成される。 As shown in Figure 14(b), in the second scanning of the laser beam B, the laser beam B is focused from the main surface 220a to a processing mark 222 of a predetermined depth in the crystal substrate 220. As a result of the second scanning of the laser beam B, a crack 224 extends from the processing mark 222 along a second cleavage plane, which has a different surface orientation from both the main surface 220a and the first cleavage plane, in the scanning direction of the laser beam B. Here, since the scanning direction of the laser beam B in the second scanning is reversed compared to the first scanning of the laser beam B, the profile of the laser beam B with respect to the line is reversed in the second scanning of the laser beam B compared to the first scanning of the laser beam B. As shown in Figure 14(b), when the first and second scans of laser beam B are performed together, the processing marks 222 formed by the irradiation of laser beam B, and the cracks 224 extending from the processing marks 222 along the first and second cleavage planes, are formed symmetrically with respect to the line.

図14(c)においては、ラインに関して加工痕222から左右に対称にクラック224が形成され、各加工痕222から延びたクラック224が互いに連結している。各加工痕222から延びた主表面220aと平行ではないクラック224すなわち第1劈開面及び第2劈開面が互いに連結することで、結晶基板220の内部に主表面220aに平行な改質層が形成される。互いに隣接する加工痕222から延びたクラック224の連結は、表3に示したような光学系120に関するパラメータなどを適切に設定することにより実現される。 In Figure 14(c), cracks 224 are formed symmetrically from the processing marks 222 with respect to the line, and the cracks 224 extending from each processing mark 222 are interconnected. The connection of the cracks 224 that are not parallel to the main surface 220a, i.e., the first and second cleavage planes, creates a modified layer parallel to the main surface 220a within the crystal substrate 220. The connection of cracks 224 extending from adjacent processing marks 222 is achieved by appropriately setting parameters related to the optical system 120, as shown in Table 3.

改質層によって、結晶基板220は主表面220aから改質層までの結晶基板220と、改質層よりも深い残りの結晶基板220とに分けられる。この連結した改質層により結晶基板220の全体に劈開を進めることにより、主表面220aから改質層までの結晶基板と、改質層よりも深い残りの結晶基板とを剥離することができる。主表面220aから改質層までの結晶基板は、スライス加工と同様に元の結晶基板220から薄い基板結晶を切り出したものであるため、スライス基板と称される。スライス基板の厚さは、スライスする厚さと称される。改質層でスライス層を剥離することで、結晶基板220から新たな結晶基板が得られる。 The modified layer separates the crystalline substrate 220 into the crystalline substrate 220 from the main surface 220a to the modified layer and the remaining crystalline substrate 220 deeper than the modified layer. This connected modified layer promotes cleavage across the entire crystalline substrate 220, allowing the crystalline substrate from the main surface 220a to the modified layer to be separated from the remaining crystalline substrate deeper than the modified layer. The crystalline substrate from the main surface 220a to the modified layer is called a sliced substrate because, similar to slicing, it is a thin substrate crystal cut from the original crystalline substrate 220. The thickness of the sliced substrate is referred to as the slicing thickness. By peeling off the sliced layer with the modified layer, a new crystalline substrate is obtained from the crystalline substrate 220.

本実施の形態においては、加工する結晶基板200の材質、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータを確認し、さらにレーザ光の特性、基板内部へのレーザ光の集光、レーザ光走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件も考慮して、加工する結晶基板200に適する加工方法が人工知能の制御により実施される。このため、結晶基板200をスライスする作業者の負担を軽減するとともに、所望の条件で結晶基板をスライス加工することを保証することができる。 In this embodiment, the material, crystal structure, bonding mode, crystal plane orientation, crystal growth off-angle, and other parameters of the crystal substrate 200 to be processed are confirmed. Furthermore, processing conditions such as the characteristics of the laser beam, the focusing of the laser beam into the substrate, the laser beam scanning method, and the depth and thickness of the modified layer to be formed are also considered. A processing method suitable for the crystal substrate 200 is then implemented under artificial intelligence control. This reduces the burden on the operator slicing the crystal substrate 200 and guarantees that the crystal substrate is sliced under the desired conditions.

図15は、岩塩(NaCl)型の結晶構造を示す斜視図である。実施例2では結晶基板200の材料として単結晶窒化ガリウム(GaN)、単結晶ヒ化ガリウム(GaAs)及び単結晶リン化ガリウム(GaP)を例にとって説明するが、これら単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム又は単結晶リン化ガリウム塩化はナトリウム型の単位格子を有している。図14中の白丸はガリウム(Ga)原子を示し、黒丸は窒素(N)、ヒ素(As)又はリン(P)原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。 Figure 15 is a perspective view showing the crystal structure of rock salt (NaCl). In Example 2, single-crystal gallium nitride (GaN), single-crystal gallium arsenide (GaAs), and single-crystal gallium phosphide (GaP) are used as examples of materials for the crystal substrate 200. These single-crystal gallium nitride, single-crystal gallium arsenide, or single-crystal gallium phosphide chlorides have a sodium-type unit cell. In Figure 14, white circles represent gallium (Ga) atoms, black circles represent nitrogen (N), arsenic (As), or phosphorus (P) atoms, and lines connecting the white or black circles indicate covalent bonds.

単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム又は単結晶リン化ガリウムからなる結晶基板200についても、実施例1と同様に基板加工機械学習部11から出力された目的変数を基にレーザ光Bを照射することにより結晶基板200の内部に壁開を発生させる改質層を形成することができる。この改質層によって結晶基板200を劈開することにより、実施例1と同様に結晶基板200よりも薄い結晶基板を得ることができる。 Similarly to Example 1, a modified layer can be formed inside the crystal substrate 200, which is made of single-crystal gallium nitride, single-crystal gallium arsenide, or single-crystal gallium phosphide, by irradiating it with laser light B based on the target variable output from the substrate processing machine learning unit 11. By cleaving the crystal substrate 200 with this modified layer, a crystal substrate thinner than the original crystal substrate 200 can be obtained, similar to Example 1.

Claims (12)

ステージに載置した結晶基板の主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して剥離可能な改質層を形成するように基板加工装置を制御する基板加工制御装置であって、
加工する結晶基板に関するパラメータ及び前記結晶基板の加工条件に関するパラメータを含む説明変数が入力され、前記説明変数に応じて前記結晶基板にレーザ光を照射する光学系に関するパラメータ及び前記ステージの駆動に関するパラメータを含む目的変数を出力する機械学習部と、
前記機械学習部から出力された目的変数に基づいて前記基板加工装置を制御する制御部と
を含む基板加工制御装置。
A substrate processing control device controls a substrate processing apparatus to irradiate a laser beam toward the main surface of a crystal substrate placed on a stage, and to focus the laser beam to a predetermined depth from the main surface to form a peelable modified layer,
A machine learning unit receives explanatory variables, including parameters related to the crystal substrate to be processed and parameters related to the processing conditions of the crystal substrate, and outputs a target variable, including parameters related to the optical system for irradiating the crystal substrate with laser light and parameters related to the driving of the stage, according to the explanatory variables.
A substrate processing control device including a control unit that controls the substrate processing apparatus based on an objective variable output from the machine learning unit.
前記機械学習部は、
前記説明変数及び対応する前記目的変数の対で構成される教師データについて、複数の教師データを学習して基板加工モデルを生成する基板加工モデル生成部と、
前記基板加工モデル生成部で生成した基板加工モデルを保存する基板加工モデル保存部と、
前記基板加工モデル保存部に保存した基板加工モデルを適用して、前記説明変数から前記目的変数を推論する基板加工モデル適用部と
を含み、
前記入力された説明変数は前記基板加工モデル適用部において処理され、前記基板加工モデル適用部で推論された目的変数が出力される請求項1に記載の基板加工制御装置。
The aforementioned machine learning unit,
A circuit board processing model generation unit generates a circuit board processing model by learning multiple training data sets, with respect to training data consisting of pairs of explanatory variables and corresponding objective variables.
A substrate processing model storage unit for storing the substrate processing model generated by the substrate processing model generation unit,
The board processing model application unit applies the board processing model stored in the board processing model storage unit to infer the objective variable from the explanatory variables,
The substrate processing control device according to claim 1, wherein the input explanatory variables are processed in the substrate processing model application unit, and the target variable inferred by the substrate processing model application unit is output.
前記基板加工モデル生成部及び前記基板加工モデル保存部は、前記教師データを学習して基板加工モデルを生成し、前記生成された基板加工モデルを保存する基板加工学習部を構成する請求項2に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 2, wherein the substrate processing model generation unit and the substrate processing model storage unit constitute a substrate processing learning unit that learns the training data to generate a substrate processing model and stores the generated substrate processing model. 前記基板加工モデル適用部及び前記基板加工モデル保存部は、前記生成された基板加工モデルを保存し、前記基板加工モデルを適用して前記入力された説明変数から前記目的変数を推論する基板加工推論部を構成する請求項2に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 2, wherein the substrate processing model application unit and the substrate processing model storage unit store the generated substrate processing model and constitute a substrate processing inference unit that applies the substrate processing model to infer the target variable from the input explanatory variables. 前記説明変数は、前記結晶基板に関するパラメータとして、結晶材料、結晶構造、結晶の種類、面方位、オフ角、劈開面、すべり面、バーガース・ベクトル及び転位面の少なくとも1つを含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, wherein the explanatory variable includes, as a parameter relating to the crystal substrate, at least one of the crystal material, crystal structure, crystal type, plane orientation, off-angle, cleavage plane, slip plane, Burgers vector, and dislocation plane. 前記説明変数は、前記結晶基板に関するパラメータとして、透過率の波長依存性、結晶欠陥の座標及び表面異物の座標の少なくとも1つをさらに含む請求項5に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 5, further comprising, as parameters relating to the crystal substrate, at least one of the wavelength dependence of transmittance, the coordinates of crystal defects, and the coordinates of surface foreign matter, as explanatory variables. 前記説明変数は、加工条件に関するパラメータとして、前記結晶基板をスライスする厚さ、前記結晶基板の表面から前記改質層までの深さ、前記改質層の厚さの少なくとも1つを含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, wherein the explanatory variable includes, as a parameter relating to the processing conditions, at least one of the thickness to which the crystal substrate is sliced, the depth from the surface of the crystal substrate to the modified layer, and the thickness of the modified layer. 前記目的変数は、光学系に関するパラメータとして、レーザ光の波長、パルス幅、輝度及び繰り返し周波数の少なくとも1つを含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, wherein the objective variable includes at least one of the parameters relating to the optical system: wavelength, pulse width, brightness, and repetition frequency of the laser light. 前記目的変数は、前記ステージの駆動に関するパラメータとして、走査方向及び走査速度の少なくとも1つを含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, wherein the objective variable includes at least one of the scanning direction and scanning speed as parameters related to the driving of the stage. 前記説明変数を入力することができるコンソールをさらに含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, further comprising a console on which the aforementioned explanatory variables can be input. 前記結晶基板のパラメータを検出するセンサをさらに含む請求項1に記載の基板加工制御装置。 The substrate processing control device according to claim 1, further comprising a sensor for detecting the parameters of the crystal substrate. 請求項1から11のいずれか一項に記載の基板加工制御装置と、
前記基板加工装置であって、
前記結晶基板を載置するステージ及び前記ステージを駆動するステージ駆動装置を含む基板支持装置と、
前記基板支持装置のステージに載置された結晶基板の主表面に向かってレーザ光を照射する光学系と
を含む基板加工装置とを含み、
前記基板加工装置は、前記基板加工制御装置によって制御される基板加工システム。
A substrate processing control device according to any one of claims 1 to 11,
The aforementioned substrate processing apparatus,
A substrate support apparatus including a stage on which the crystal substrate is placed and a stage drive device for driving the stage,
The substrate processing apparatus includes an optical system that irradiates laser light toward the main surface of a crystal substrate placed on a stage of the substrate support apparatus,
The substrate processing apparatus is a substrate processing system controlled by the substrate processing control device.
JP2022143183A 2022-09-08 2022-09-08 PCB processing control device and system Active JP7835401B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022143183A JP7835401B2 (en) 2022-09-08 2022-09-08 PCB processing control device and system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022143183A JP7835401B2 (en) 2022-09-08 2022-09-08 PCB processing control device and system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024038858A JP2024038858A (en) 2024-03-21
JP7835401B2 true JP7835401B2 (en) 2026-03-25

Family

ID=90309004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022143183A Active JP7835401B2 (en) 2022-09-08 2022-09-08 PCB processing control device and system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7835401B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024135160A (en) * 2023-03-22 2024-10-04 国立大学法人千葉大学 Crystalline material slicing method, wafer manufacturing method, and component made of crystalline material
JP2025034250A (en) * 2023-08-30 2025-03-13 国立大学法人埼玉大学 Diamond Processing Method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009011238A1 (en) 2007-07-18 2009-01-22 Hamamatsu Photonics K.K. Machining information supply equipment and supply system
JP2014167959A (en) 2013-02-28 2014-09-11 Disco Abrasive Syst Ltd Processing apparatus
JP2017164801A (en) 2016-03-17 2017-09-21 ファナック株式会社 Mechanical learning device, laser processing system and mechanical learning method
JP2021166230A (en) 2020-04-06 2021-10-14 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing device and laser processing method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7120903B2 (en) * 2018-10-30 2022-08-17 浜松ホトニクス株式会社 LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009011238A1 (en) 2007-07-18 2009-01-22 Hamamatsu Photonics K.K. Machining information supply equipment and supply system
JP2014167959A (en) 2013-02-28 2014-09-11 Disco Abrasive Syst Ltd Processing apparatus
JP2017164801A (en) 2016-03-17 2017-09-21 ファナック株式会社 Mechanical learning device, laser processing system and mechanical learning method
JP2021166230A (en) 2020-04-06 2021-10-14 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing device and laser processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024038858A (en) 2024-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7835401B2 (en) PCB processing control device and system
JP2024038855A (en) Substrate processing method
CN108788449B (en) Substrate manufacturing method
KR101408491B1 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
KR101264508B1 (en) Laser dicing apparatus
US10898975B2 (en) Laser machining device and laser machining method
US10758999B2 (en) Machining object cutting method and machining object cutting device
JP2022118216A (en) GaN single crystal
US20200051831A1 (en) Method for Modifying Substrates Based on Crystal Lattice Dislocation Density
US20190224784A1 (en) Laser slicing apparatus and laser slicing method
TW200809941A (en) Laser processing method
KR20200119285A (en) How to create a short subcritical crack in a solid body
JP7653675B2 (en) Method for cutting a group III nitride single crystal
US11400547B2 (en) Laser machine
JP2022082726A (en) Cutting method and chip
JPH07294422A (en) Detecting method for surface vicinity crystal defect and device therefor
US9452495B1 (en) Laser slicer of crystal ingots and a method of slicing gallium nitride ingots using a laser slicer
TW202246764A (en) Evaluation method of silicon single crystal ingot, evaluation method of silicon epitaxial wafer, manufacturing method of silicon epitaxial wafer, and evaluation method of silicon mirror wafer
CN114074215B (en) Laser processing equipment and laser processing methods
US20170076985A1 (en) Method of dividing plate-shaped workpieces
JP2011248241A (en) Plate-like material processing method and laser processing apparatus
US11245054B2 (en) Base substrate, functional element, and production method for base substrate
US20200227259A1 (en) Base substrate, functional element, and method for manufacturing base substrate
WO2025074586A1 (en) Wafer laser slicing method
JP4095092B2 (en) Semiconductor chip

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20250702

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20260219

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20260224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20260304

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7835401

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150