JP2004103800A

JP2004103800A - 陽極化成装置及び陽極化成方法、基板製造方法、並びに、基板処理装置及び基板処理方法

Info

Publication number: JP2004103800A
Application number: JP2002263134A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Yanagida; 柳田　一隆; Takashi Tsuboi; 坪井　隆志; Kiyobumi Sakaguchi; 坂口　清文
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】陽極化成装置において、例えば、保持部によって保持された基板に対して電極を強い力で押しつけることなく、電極をより確実に基板に密着させる。
【解決手段】陽極化成槽２１１の底部に開口部が設けられ、その周囲に吸着パッド２５１が配置されている。吸着パッド２５１に吸着される基板１００の上方にはマイナス電極２０１が配置され、基板１００の裏面にはプラス電極構造体２９０のプラス電極２２１が押しつけられる。プラス電極構造体２９０は、柔軟性を有する接触保証機構２３０を有し、プラス電極２２１は、接触保証機構２３０を介して支持されている。したがって、プラス電極２２１は、小さな押しつけ力により、その表面である接触面の全面が基板１００の裏面の接触する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極化成装置及び陽極化成方法、基板製造方法、並びに、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質シリコンは、Ａ．Ｕｈｌｉｒ及びＤ．Ｒ．Ｔｕｒｎｅｒにより、弗化水素酸の水溶液中において単結晶シリコンを正電位にバイアスして、これを電解研磨する研究の過程で発見された。
【０００３】
その後、多孔質シリコンの反応性に富む性質を利用して、該多孔質シリコンをシリコン集積回路の製造の際の素子分離工程に応用する検討がなされ、多孔質シリコン酸化膜による完全分離技術（ＦＩＰＯＳ：　Ｆｕｌｌ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｐｏｒｏｕｓ　Ｏｘｉｄｉｚｅｄ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）等が開発された（Ｋ．Ｉｍａｉ，Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　２４，　１５９，１９８１）。
【０００４】
また、最近では、多孔質シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を成長させて、該基板を酸化膜を介して非晶質基板や単結晶シリコン基板に貼り合せる直接接合技術等への応用技術が開発された（特開平５−２１３３８号公報）。
【０００５】
その他の応用として、多孔質シリコンは、それ自体が発光するフォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセンス材料としても注目されている（特開平６−３３８６３１号公報）。
【０００６】
シリコン基板に陽極化成により多孔質シリコン層を形成する陽極化成装置が特開２０００−２７７４７８号公報に開示されている。図１は、特開２０００−２７７４７８号公報に開示された陽極化成装置を部分的に抜き出して記載した図である。特開２０００−２７７４７８号公報に開示された陽極化成装置は、底部に開口部を有しその周囲に吸着パッド５０７を有する陽極化成槽５０５と、処理対象の基板５００の上方に配置されるマイナス電極５０１と、基板５００の下面に押し当てられるプラス電極５０２を有する。
【０００７】
基板５００にプラス電極５０２を接触させるとともに基板５００の上方にマイナス電極５０１を配置し、陽極化成槽５０５内に電解質溶液５０６を満たした状態で、プラス電極５０２とマイナス電極５０１との間に電流を流すことにより、基板５００のマイナス電極５０１側の面が陽極化成により多孔質化され、多孔質シリコン層が形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−２７７４７８号公報に開示された上記の陽極化成装置では、基板に均一な多孔質層を形成するためには、プラス電極５０２の全面を基板５００の下面に密着させるべきである。また、基板５００と吸着パッド５０７との間から電解質溶液が漏れることは好ましくない。このような要求は、プラス電極５０２の昇降機構の加工精度を高めることにより満たすことができる。
【０００９】
しかしながら、プラス電極５０２の昇降機構の加工精度が悪い場合には、図２に強調して示したように、プラス電極５０２の全面を基板５００に密着させることができない。このような陽極化成装置において、プラス電極５０２の全面を基板５００に密着させるために、基板５００に対するプラス電極５０２の押しつけ力を強くすると、図３に強調して示すように、基板５００の一部が吸着パッド５０７から離れて、その部分から電解質溶液が漏れ出す可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、陽極化成装置等の基板処理装置において、例えば、保持部によって保持された基板に対して電極を強い力で押しつけることなく、電極をより確実に基板に密着させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、陽極化成装置に係り、該装置は、処理対象の基板を保持する保持部と、該基板に対向させて配置されるマイナス電極と、該基板に接触する接触面を有するプラス電極を含むプラス電極構造体と、該基板と前記マイナス電極との間に電解質溶液を満たすための陽極化成槽とを備える。ここで、前記プラス電極構造体は、前記接触面を該基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならうように、前記プラス電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有する。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記プラス電極構造体は、例えば、支持部材と、前記プラス電極と前記支持部材との間に配置された柔軟性を有する連結部材とを含むことが好ましい。ここで、前記連結部材は、例えば、ゴム又はバネを含んで構成され得る。
【００１３】
或いは、前記プラス電極構造体は、前記プラス電極又は前記プラス電極と一体をなす部材を支持する支持部材を含み、前記プラス電極又は前記プラス電極と一体をなす部材と前記支持部材とが、前記プラス電極の向きの変化を許容するように滑らかに接触していてもよい。
【００１４】
或いは、前記プラス電極は、前記接触面を基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならって変形するように柔軟性を有してもよい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記陽極化成装置は、前記プラス電極構造体を駆動して前記接触面を基板に接触させる駆動機構を更に備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記陽極化成槽は、開口部を有し、前記基板保持部は、前記開口部の周囲に環状に設けられており、前記プラス電極は、前記開口部を通して基板に押し当てられることが好ましい。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記保持部は、実質的に水平に基板を保持することが好ましい。
【００１８】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記陽極化成装置は、基板に陽極化成処理が施された後に、該基板を洗浄すべく該基板に洗浄液を供給する機構を更に備えることが好ましい。
【００１９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記陽極化成装置は、基板に付着した液体を除去する機構を更に備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の第２の側面は、陽極化成方法に係り、該方法は、保持部によって基板を保持し、該基板の一方の面に対向させてマイナス電極を配置し、該基板の他方の面にプラス電極を接触させる準備工程と、前記マイナス電極と該基板との間に電解質溶液を満たした状態で、前記マイナス電極と前記プラス電極との間に電流を流して該基板の該一方の面を陽極化成して多孔質層を形成する陽極化成工程とを含む。ここで、前記準備工程では、前記プラス電極を含むプラス電極構造体を操作して前記プラス電極を該基板の該他方の面に接触させ、前記プラス電極構造体は、前記プラス電極が該基板に接触する接触面が該基板にならうように、前記プラス電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有する。
【００２１】
本発明の第３の側面は、基板製造方法に係り、該方法は、上記の陽極化成方法に従って基板の表面に多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層上に少なくとも半導体層を有する第１の基板を作成する工程と、前記第１の基板の前記半導体層側の面に第２の基板を結合させて結合基板を作製する工程と、前記多孔質層の部分で前記結合基板を２枚の基板に分離する工程とを含む。
【００２２】
本発明の第４の側面は、基板処理装置に係り、該装置は、処理対象の基板を保持する保持部と、該基板に対向させて配置される第１電極と、該基板に接触する接触面を有する第２電極を含む第２電極構造体と、該基板と前記第１電極との間に電解質溶液を満たすための処理槽とを備える。ここで、前記第２電極構造体は、前記接触面を該基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならうように前記第２電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有する。
【００２３】
本発明の第５の側面は、基板処理方法に係り、該方法は、保持部によって基板を保持し、該基板の一方の面に対向させて第１電極を配置し、該基板の他方の面に第２電極を接触させる準備工程と、前記第１電極と該基板との間に電解質溶液を満たした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して該基板を処理する処理工程とを含む。ここで、前記準備工程では、前記第２電極を含む第２電極構造体を操作して前記第２電極を該基板の該他方の面に接触させ、前記第２電極構造体は、前記第２電極が該基板に接触する接触面が該基板にならうように前記第２電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２５】
図４は、本発明の好適な実施の形態の陽極化成装置（基板処理装置）の構成を示す図である。この実施の形態の陽極化成装置２００は、陽極化成処理、洗浄処理、乾燥処理を含む一連の処理を実施することができる。従って、この陽極化成装置２００によれば、陽極化成処理、洗浄処理及び乾燥処理を個別に実施するために各装置間で基板を搬送する必要がないため、例えば、１）生産性が高く、２）基板を落下させる可能性がなく、また、３）装置の小型化が可能である。
【００２６】
陽極化成装置２００は、処理対象の基板１００を水平に支持して処理するように構成されている。従って、この陽極化成装置２００によれば、例えば、基板を水平に保持して搬送する搬送ロボットから基板１００を受け取る場合において、基板１００を回転（例えば、垂直にする）させることなく、その基板に一連の処理を施すことができるため、基板１００を操作する効率を向上させることができる。ただし、本発明は、基板をその面が鉛直方向に沿うように配置して処理する装置にも適用可能である。
【００２７】
陽極化成装置２００は、底部に開口部を有する陽極化成槽２１１を有する。陽極化成槽２１１は、支持部材２１２により支持台２１３上に支持されている。陽極化成槽２１１は、その底部に円形状の開口部を有し、該開口部の周囲には環状の吸着パッド（保持部）２５１が配置されている。吸着パッド２５１は、処理対象の基板１００の裏面（ここでは、多孔質層を形成すべき面を表面、その裏側の面を裏面という）の周辺部を吸着するように寸法及び形状が定められている。吸着パッド２５１には、環状の溝２５１ａが形成され、該溝２５１ａは、吸引孔２５１ｂを通じて不図示の真空ポンプに接続されている。
【００２８】
陽極化成処理を実施する際は、吸着パッド２５１に吸着された基板１００の上方には、マイナス電極２０１が配置される。マイナス電極２０１は、連結部材２０２及び２０３によって電極駆動機構（例えば、モータ）２０４に連結されており、マイナス電極２０１が不要な場合及び邪魔になる場合には、電極駆動機構２０４により槽外の適当な場所に移動される。
【００２９】
マイナス電極２０１には、陽極化成処理の際にシリコン基板１００の表面から発生するガス（典型的には、水素ガス）がマイナス電極２０１の下部に溜まることを防止するために、多数の孔２０１ａが設けられている。このような孔２０１ａをマイナス電極２０１に設ける代わりに、マイナス電極２０１をメッシュ状にすることも有効である。ここで、マイナス電極２０１の下部にガスが溜まると、その部分では電流が流れないために、陽極化成処理の効率を低下させたり、基板１００の均一な処理を妨げたりする可能性がある。
【００３０】
マイナス電極２０１は、陽極化成用の処理液に対して耐性のある材料で構成されることが好ましい。例えば、陽極化成用の処理液としてＨＦ含有溶液を採用する場合は、マイナス電極２０１は、耐ＨＦ製の材料である白金等で構成されることが好ましい。
【００３１】
陽極化成処理を実施する際は、吸着パッド２５１に吸着された基板１００の裏面には、プラス電極２２１が押し当てられる。プラス電極２２１は、少なくとも基板１００と接触する部分が、基板１００と同質の材料、即ちシリコン材料で構成されることが好ましい。このシリコン材料は、比抵抗が小さいことが好ましい。プラス電極２２１をシリコン材料で構成することにより、シリコン基板１００がプラス電極２２１の構成材料によって汚染されることを防止することができる。プラス電極２２１は、陽極化成用の処理液（例えば、ＨＦ含有溶液）に接触しないため、プラス電極２２１をシリコン材料で構成した場合においても、その表面が変質する可能性は低い。
【００３２】
プラス電極２２１の表面には、基板１００の裏面を吸着するために、真空吸着用の環状の溝２２１ａが設けられている。この溝２２１ａは、吸引孔２２１ｂを通して不図示の真空ポンプに接続される。
【００３３】
プラス電極２２１は、下部電極２２２上に固定される。下部電極２２２は、プラス電極２２１の全面に同電位の電圧を印加するための電極である。下部電極２２２には、プラス電極２２１を着脱するための機構を設けることが好ましい。これは、プラス電極２２１が汚染された場合や損傷した場合に該プラス電極２２１を交換する作業を容易にするために有用である。
【００３４】
基板１００に陽極化成処理を施す際、下部電極２２２（及びこれに電気的に接続されたプラス電極２２１）にはプラス電位が与えられ、マイナス電極２０１にはマイナス電位が与えられ、これによりプラス電極２２１から基板１００及び電解質溶液（例えば、ＨＦ含有溶液）２８０を介してマイナス電極２０１に電流が流れ、シリコン基板１００の表面（マイナス電極側）が多孔質化される。
【００３５】
下部電極２２２は、接触保証機構２３０を介して、昇降機構２４１のピストンロッド（支持部材）２４０に連結されている。接触保証機構２３０は、下部電極２２２上に配置されたマイナス電極２２１の表面（接触面）の全面が基板１００に密着することを保証すべく、プラス電極２２１の向き又は形状の変化を許容して、プラス電極２２１の表面（接触面）を基板１００の裏面にならわせる。
【００３６】
このような接触保証機構２３０を設けることにより、昇降機構２４１によって小さい力でプラス電極２２１を基板１００に押しつけた場合においても、プラス電極２２１の接触面の全体を基板１００の裏面に密着させることができる。したがって、昇降機構２４１による過剰な押圧力により基板１００と吸着パッド２５１との間に隙間が生じて電解質溶液２８０が陽極化成槽２１１の底部から漏れ出すことも防止される。
【００３７】
上記のように、プラス電極の接触面の全体を基板の裏面に密着させることにより、各基板に形成される多孔質層の厚さ一様にし、基板間における多孔質層のばらつきを低減し、陽極化成の不良を低減することができる。また、陽極化成装置の製造の側面から見ると、例えば、プラス電極構造体２９０や昇降機構２４１に要求される加工精度が緩和される。これにより、陽極化成装置の製造コストを低下させることができる。
【００３８】
接触保証機構２３０は、例えば、ゴム又はバネのような柔軟性を有する部材（押圧により容易に変形する部材）により構成することができる。
【００３９】
この実施の形態では、プラス電極２２１、下部電極２２２、接触保証機構２３０等によりプラス電極構造体２９０が構成されている。なお、この実施の形態では、プラス電極２２１と接触保証機構２３０との間に下部電極（下部プラス電極）２２２が配置されているが、プラス電極２２１に直接接触保証機構２３０が連結されてもよい。また、下部電極２２２と接触保証機構２３０との間に更に他の部材が配置されてもよい。
【００４０】
陽極化成槽２１１には、電解質溶液の供給ポート２６１、並びに、電解質溶液及び洗浄液の排出ポート２６２が設けられている。
【００４１】
陽極化成槽２１１の外部には、陽極化成槽２１１に処理すべき基板を提供し及び処理された基板を陽極化成槽２１１から他の装置又は基板収容具（例えば、ウエハキャリア）に移送するロボット２７０が配置されている。ロボット２７０は、例えば支持台２７０上に配置される。ロボット２７０は、基板の裏面を吸着して保持するように構成されたロボットハンド２７１を有することが好ましい。このようなロボットハンド２７１を採用することにより、処理すべき基板の表面（多孔質層を形成すべき面）が汚染されたり、多孔質層が形成された基板の該多孔質層が汚染又は損傷を受けたりすることを防止することができる。
【００４２】
陽極化成槽２１１の上部には、陽極化成処理の後の基板を洗浄及び乾燥させるための洗浄／乾燥機構３００が配置されている。洗浄／乾燥機構３００は、昇降機構等を含む駆動機構によって駆動される。すなわち、マイナス電極２０１を電極駆動機構２０４によって回動させる際やロボット２７０が陽極化成槽２１１の上部で基板を操作する際には、その邪魔にならないように、洗浄／乾燥機構３００は、例えば、上方の所定の待避位置に移動される。
【００４３】
次に、図４〜図７を参照しながら本発明の好適な実施の形態の陽極化成装置の動作及びそれによる処理手順を説明する。ここで、図４は、陽極化成処理の様子を示す図、図５は、ロボット２７０とプラス電極構造体２９０との間の基板の受け渡しの様子を示す図、図６は、陽極化成処理後の基板の洗浄処理の様子を示す図、図７は、洗浄処理後の基板の乾燥処理（洗浄液の除去）の様子を示す図である。
【００４４】
まず、図５に示すように、ロボット２７０が処理対象の基板１００をプラス電極構造体２９０のプラス電極２２１上に載置する。具体的には、昇降機構２４１がプラス電極構造体２９０を所定の高さまで上昇させる一方、ロボット２７０がロボットハンド２７１により基板１００の裏面の一部を吸着保持して基板１００をプラス電極２２１上に載置する。この状態で、プラス電極２２１の表面に形成された環状の溝２２１ａ内を吸引孔２２１ｂを通して不図示の真空ポンプにより減圧することにより、プラス電極２２１の表面（接触面）に基板１００が吸着される。
【００４５】
次いで、ロボット２７０がロボットハンド２７１を待避させ、その後、昇降機構２４１がピストンロッド２４０を収容することにより、基板１０の裏面が陽極化成槽２１１の底部の吸着パッド２５１に接触するまで、プラス電極構造体２９０を下降させる。
【００４６】
次いで、吸着パッド２５１の表面に形成された環状の溝２５１ａ内を吸引孔２５１ｂを通して不図示の真空ポンプにより減圧することにより、基板１００が吸着パッド２５１の表面に吸着される。これにより、陽極化成槽２１１の底部がシールされ、その中に陽極化成用の電解質溶液２８０を満たすことができる状態となる。
【００４７】
次いで、図４に示すように、供給ポート２６１を通して陽極化成用の電解質溶液（典型的には、ＨＦ含有溶液）２８０を陽極化成槽２１１内に供給して槽内を電解質溶液２８０で満たすとともに排出ポート２６２を通して電解質溶液２８０を排出しながら、不図示の循環系により電解質溶液２８０を循環させる。
【００４８】
電解質溶液２８０を循環させた状態で、不図示の電源装置によりマイナス電極２０１とプラス電極２２１との間に電圧を印加して、シリコン基板１００に陽極化成処理を施す。この処理によりシリコン基板１００の表面が多孔質化され多孔質シリコン層が形成される。
【００４９】
次いで、電圧の印加及び電解質溶液２８０の供給を停止し、排出ポート２６２を通して陽極化成槽２１１内の全ての電解質溶液２８０を排出する。
【００５０】
次いで、洗浄／乾燥機構３００のノズルからマイナス電極２０１に洗浄液（例えば、純水）を供給してマイナス電極２０１を洗浄し、その後、電極駆動機構２０４によりマイナス電極２０１を陽極化成槽２１１の外の適当な場所に移動させる。なお、マイナス電極２０１を洗浄する際、洗浄／乾燥機構３００をマイナス電極２０１の近くまで移動させてもよい。
【００５１】
次いで、図６に示すように、洗浄／乾燥機構３００を不図示の駆動機構により所定の位置まで下降させて、洗浄／乾燥機構３００のノズルから基板１００上に洗浄液（例えば、純水）を供給し、これにより基板１００を洗浄する。洗浄に使われた洗浄液は、排出ポート２６２を通して排出される。
【００５２】
次いで、図７に示すように、洗浄／乾燥機構３００のノズルから基板１００上に乾燥用ガス（例えば、窒素ガス）を供給し、これにより基板１００に付着している洗浄液を除去する。これにより、陽極化成処理、洗浄処理及び乾燥処理からなる一連の処理が終了する。
【００５３】
この実施の形態では、洗浄機構と乾燥機構とが一体化されているが、これらを別個に設けてもよい。
【００５４】
次いで、図５に示すように、処理後の基板１００を陽極化成槽２１１からロボット２７０に引き渡す。具体的には、吸着パッド２５１及びプラス電極２２１による基板１００の吸着を解除した後に、昇降機構２４１がプラス電極構造体２９０を所定の高さまで上昇させる一方、ロボット２７０がロボットハンド２７１を基板１００の受け取り位置まで伸ばして、基板１００の裏面の一部をロボットハンド２７１により吸着保持した後に、他の装置又は基板収容具（例えば、ウエハキャリア）に移送する。
【００５５】
以上のような処理を複数の基板について繰り返すことにより、複数の基板を処理することができる。なお、ここでは、１つの陽極化成装置２００により、陽極化成処理、洗浄処理及び乾燥処理を実施するが、これらの処理の全部又は一部を他の装置によって実施してもよい。或いは、１つの陽極化成装置２００により、陽極化成処理、洗浄処理及び乾燥処理に加えて、更に他の処理（例えば、陽極化成処理の前の洗浄処理等）をも実施してもよい。
【００５６】
以上のように、この実施の形態の陽極化成装置２００のプラス電極構造体２９０には、プラス電極２２１の向き又は形状の変化を許容し、プラス電極２２１の表面（接触面）を基板１００の裏面にならわせる接触保証機構２３０が設けられている。このような構成によれば、昇降機構２４１によって小さい力でプラス電極２２１を基板１００に押しつけた場合においても、プラス電極２２１の接触面の全体を基板１００の裏面に密着させることができる。したがって、昇降機構２４１による過剰な押圧力により基板１００と吸着パッド２５１との間に隙間が生じて電解質溶液２８０が陽極化成槽２１１の底部から漏れ出すことも防止される。
【００５７】
上記のような接触保証機構２３０は、上記のようなゴム又はバネのような柔軟性を有する部材によって構成することができる他、種々の機構によって構成することができる。
【００５８】
図８は、接触保証機構の他の構成例を示す図である。なお、図８では、プラス電極構造体が抜き出して記載されており、他の構成要素は省略されている。図８に示す構成例では、前述の下部電極２２２に代えて、下部に円錐状のくり貫き部４０２を有する下部電極４０１が採用されている。また、接触保証機構としては、半球状等の曲面を有する部材２３１が採用されている。接触保証機構としての部材２３１は、その曲面が下部電極４０１のくり貫き部４０２の面に滑らかに接触し、下部電極４０１上のプラス電極２２１の表面（接触面）が基板１００の裏面にならうように向きを変えることを許容する。このような構成は、フレキシブルジジョイントの一例である。
【００５９】
図９は、接触保証機構の更に他の構成例を示す図である。なお、図９では、プラス電極構造体が抜き出して記載されており、他の構成要素は省略されている。図９に示す構成例では、前述のプラス電極２１１に代えて、柔軟性のある導電性材料（例えば、アクセプタ又はドナーが添加されたポリアセチレン等の導電性ポリマー）で構成された柔軟性のあるプラス電極４１０が採用されている。プラス電極４１０は、その柔軟性により基板１００との接触面（表面）が変形するように構成されている。また、プラス電極４１０は、その下部に、括れ部分４１１を有し、プラス電極４１０の接触面が小さな力で容易に向きを変えることができるように構成されている。
【００６０】
上記の陽極化成装置に適用された発明は、基板に対して陽極化成以外の処理を実施するための処理装置にも適用することができる。すなわち、本発明は、第１及び第２電極の間で基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持部によって保持し、第１電極を該基板の一方の面に対向させて配置し、第２電極を該基板の他方の面に接触させ、第１電極と該基板との間に電解質溶液を満たして該基板を処理する装置に適用することができる。このような装置による陽極化成以外の処理の例としては、例えば、めっき処理を挙げることができる。
【００６１】
［処理装置の適用例］
以下、上記の陽極化成装置を半導体基板の製造方法に適用した例として、ＳＯＩ基板等の基板の製造方法を例示的に説明する。
【００６２】
図１０は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。
【００６３】
まず、図１０（ａ）に示す工程では、第１の基板（ｓｅｅｄ　ｗａｆｅｒ）１０を形成するための単結晶Ｓｉ基板１１を用意して、上記の陽極化成装置２００を利用して、その主表面上に分離層としての多孔質Ｓｉ層１２を形成する。多孔質Ｓｉ層１２は、例えば、電解液（化成液）中で単結晶Ｓｉ基板１１に陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって形成することができる。
【００６４】
ここで、電解液としては、例えば、弗化水素を含む溶液、弗化水素及びエタノールを含む溶液、弗化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。より具体的な例を挙げると、電解液としては、例えば、ＨＦ水溶液（ＨＦ濃度＝４９ｗｔ％）とエタノールを体積比２：１で混合した混合液が好適である。
【００６５】
また、多孔質Ｓｉ層１２を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としてもよい。ここで、多層構造の多孔質Ｓｉ層１２は、表面側に第１の多孔度を有する第１の多孔質Ｓｉ層、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２の多孔質Ｓｉ層を含むことが好ましい。このような多層構造を採用することにより、後の非多孔質層１３の形成工程において、第１の多孔質Ｓｉ層上に、欠陥等の少ない非多孔質層１３を形成することができると共に、後の分離工程において、所望の位置で貼り合わせ基板（結合基板）を分離することができる。ここで、第１の多孔度としては、１０％〜３０％が好ましく、１５％〜２５％が更に好ましい。また、第２の多孔度としては、３５％〜７０％が好ましく、４０％〜６０％が更に好ましい。
【００６６】
電解質溶液として上記の混合液（ＨＦ濃度が４９ｗｔ％の弗化水素酸：エタノール＝２：１）を利用する場合は、例えば、電流密度８ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間５〜１１ｍｉｎの条件で第１層（表面側）を生成し、次いで、電流密度２３〜３３ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間８０ｓｅｃ〜２ｍｉｎの条件で第２層（内部側）を生成することが好ましい。
【００６７】
このように、多孔質層１２を形成するために上記の陽極化成装置２００を利用することにより、処理槽内に配置された陽極から溶出する金属による第１の基板１０の汚染を低減することができる。
【００６８】
次いで、次の（１）〜（４）の少なくとも１つの工程を実施することが好ましい。ここで、（１）、（２）を順に実施することが好ましく、（１）、（２）、（３）を順に実施すること、或いは、（１）、（２）、（４）を順に実施することが更に好ましく、（１）、（２）、（３）、（４）を順に実施することが最も好ましい。
【００６９】
（１）多孔質Ｓｉ層の孔壁に保護膜を形成する工程（プリ酸化工程）
この工程では、多孔質Ｓｉ層１２の孔壁に酸化膜や窒化膜等の保護膜を形成し、これにより、後の熱処理による孔の粗大化を防止する。保護膜は、例えば、酸素雰囲気中で熱処理（例えば、２００℃〜７００℃が好ましく、３００℃〜５００℃が更に好ましい）を実施することにより形成され得る。その後、多孔質Ｓｉ層１２の表面に形成された酸化膜等を除去することが好ましい。これは、例えば、弗化水素を含む溶液に多孔質Ｓｉ層１２の表面を晒すことによって実施され得る。
【００７０】
（２）水素ベ−キング工程（プリベーキング工程）
この工程では、水素を含む還元性雰囲気中において８００℃〜１２００℃で、多孔質Ｓｉ層１２が形成された第１の基板１に熱処理を実施する。この熱処理により、多孔質Ｓｉ層１２の表面の孔をある程度封止することができると共に、多孔質Ｓｉ層１２の表面に自然酸化膜が存在する場合には、それを除去することができる。
【００７１】
（３）微量原料供給工程（プリインジェクション工程）
多孔質Ｓｉ層１２上に非多孔質層１３を成長させる場合は、成長の初期段階で非多孔質層１３の原料物質の供給を微少量として、低速度で非多孔質膜１３を成長させることが好ましい。このような成長方法により、多孔質Ｓｉ層１２の表面の原子のマイグレーションが促進され、多孔質Ｓｉ層１２の表面の孔を封止することができる。具体的には、成長速度が２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは２ｎｍ／ｍｉｎ以下になるように原料の供給を制御する。
【００７２】
（４）高温ベーキング工程（中間ベーキング工程）
上記の水素ベーキング工程及び／又は微量原料供給工程における処理温度よりも高い温度で、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理を実施することにより、多孔質Ｓｉ層１２の更なる封止及び平坦化が実現することができる。
【００７３】
次いで、図１０（ｂ）に示す工程の第１段階では、多孔質Ｓｉ層１２上に第１の非多孔質層１３を形成する。第１の非多孔質層１３としては、単結晶Ｓｉ層、多結晶Ｓｉ層、非晶質Ｓｉ層等のＳｉ層、Ｇｅ層、ＳｉＧｅ層、ＳｉＣ層、Ｃ層、ＧａＡｓ層、ＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＩｎＡｓ層等が好適である。
【００７４】
次いで、図１０（ｂ）に示す工程の第２段階では、第１の非多孔質層１３の上に第２の非多孔質層としてＳｉＯ_２層（絶縁層）１４を形成する。これにより第１の基板１０が得られる。ＳｉＯ_２層１４は、例えば、Ｏ_２／Ｈ_２雰囲気、１１００℃、１０〜３３ｍｉｎの条件で生成され得る。
【００７５】
次いで、図１０（ｃ）に示す工程では、第２の基板（ｈａｎｄｌｅ　ｗａｆｅｒ）２０を準備し、第１の基板１０と第２の基板２０とを、第２の基板２０と絶縁層１４とが面するように室温で密着させて貼り合わせ基板（結合基板）３０を作製する。
【００７６】
なお、絶縁層１４は、上記のように単結晶Ｓｉ層１３側に形成しても良いし、第２の基板２０上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図１０（ｃ）に示す状態になれば良い。しかしながら、上記のように、絶縁層１４を活性層となる第１の非多孔質層（例えば、単結晶Ｓｉ層）１３側に形成することにより、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合せの界面を活性層から遠ざけることができるため、より高品位のＳＯＩ基板等の半導体基板を得ることができる。
【００７７】
基板１０、２０が完全に密着した後、両者の結合を強固にする処理を実施することが好ましい。この処理の一例としては、例えば、１）Ｎ_２雰囲気、１１００℃、１０ｍｉｎの条件で熱処理を実施し、２）Ｏ_２／Ｈ_２雰囲気、１１００℃、５０〜１００ｍｉｎの条件で熱処理（酸化処理）を実施する処理が好適である。この処理に加えて、或いは、この処理に代えて、陽極接合処理及び／又は加圧処理を実施してもよい。
【００７８】
第２の基板２０としては、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層を形成した基板、石英等の光透過性の基板、サファイヤ等が好適である。しかし、第２の基板２０は、貼り合わせ（結合）に供される面が十分に平坦であれば十分であり、他の種類の基板であってもよい。
【００７９】
次いで、図１０（ｄ）に示す工程では、貼り合わせ基板（結合基板）３０を機械的強度が脆弱な多孔質層１２の部分で分離する。この分離方法としては、各種の方法を採用しうるが、例えば、流体を多孔質層１２に打ち込む方法、或いは、流体により多孔質層１２に静圧を印加する方法など、流体を利用する方法が好ましい。
【００８０】
この分離工程により、第１の基板１０の移設層（非多孔質層１３、絶縁層１４）が第２の基板２０上に移設される。なお、第１の基板１０の多孔質層１２上に非多孔質層１３のみを形成する場合の移設層は、非多孔質層１３のみである。
【００８１】
図１０（ｅ）に示す工程では、分離後の第２の基板２０上の多孔質層１２”をエッチング等により選択的に除去する。これにより、絶縁層１４上に非多孔質層１３を有する基板が得られる。例えば、非多孔質層１３が半導体層である場合、このような半導体層は、ＳＯＩ層（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれ、また、このようなＳＯＩ層を有する基板は、ＳＯＩ基板と呼ばれる。
【００８２】
更に、分離後の第１の基板１０’の単結晶Ｓｉ基板１１上の多孔質層１２’をエッチング等により選択的に除去する。このようにして得られる単結晶Ｓｉ基板１１は、再び第１の基板１０を形成するための基板、又は第２の基板２０として利用され得る。
【００８３】
［半導体基板の適用例］
次の上記の製造方法により製造される半導体基板の製造方法の一例を説明する。
【００８４】
図１１は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を適用して製造され得る半導体基板を利用した半導体装置の製造方法を示す図である。
【００８５】
まず、非多孔質層１３として半導体層、非多孔質層１４として絶縁層を有するＳＯＩ基板を上記の基板の製造方法を適用して製造する。そして、埋め込み絶縁膜１４上の非多孔質半導体層（ＳＯＩ層）１３を島状にパタニングする方法、又は、ＬＯＣＯＳと呼ばれる酸化法等により、トランジスタを形成すべき活性領域１３’及び素子分離領域５４を形成する（図１１（ａ）参照）。
【００８６】
次いで、ＳＯＩ層の表面にゲート絶縁膜５６を形成する（図１１（ａ）参照）。ゲート絶縁膜５６の材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、及びこれらの混合物ガラス等が好適である。ゲート酸化膜５６は、例えば、ＳＯＩ層の表面を酸化させたり、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によりＳＯＩ層の表面に該当する物質を堆積させたりすることにより形成され得る。
【００８７】
次いで、ゲート絶縁膜５６上にゲート電極５５を形成する（図１１（ａ）参照）。ゲート電極５５は、例えば、Ｐ型又はＮ型不純物がドープされた多結晶シリコンや、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、アルミニウム、銅などの金属又はこれらの少なくとも１種を含む合金や、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイドなどの金属珪化物や、チタンナイトライド、タングステンナイトライド、タンタルナイトライドなどの金属窒化物などで構成され得る。ゲート絶縁膜５６は、例えばポリサイドゲートのように、互いに異なる材料からなる複数の層を積層して形成されてもよい。ゲート電極５５は、例えば、サリサイド（セルフアラインシリサイド）と呼ばれる方法で形成されてもよいし、ダマシンゲートプロセスと呼ばれる方法で形成してもよいし、他の方法で形成してもよい。以上の工程により図１１（ａ）に示す構造体が得られる。
【００８８】
次いで、燐、砒素、アンチモンなどのＮ型不純物又はボロンなどのＰ型不純物を活性領域１３’に導入することにより、比較的低濃度のソース、ドレイン領域５８を形成する（図１１（ｂ）参照）。不純物は、例えば、イオン打ち込み及び熱処理などにより導入することができる。
【００８９】
次いで、ゲート電極５５を覆うようにして絶縁膜を形成した後に、これをエッチバックすることにより、ゲート電極５９の側部にサイドウォール５９を形成する。
【００９０】
次いで、再び上記と同一の導電型の不純物を活性領域１３’に導入し、比較的高濃度のソース、ドレイン領域５７を形成する。以上の工程により図１１（ｂ）に示す構造体が得られる。
【００９１】
次いで、ゲート電極５５の上面並びにソース及びドレイン領域５７の上面に金属珪化物層６０を形成する。金属珪化物層６０の材料としては、例えば、ニッケルシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイドなどが好適である。これらの珪化物は、ゲート電極５５の上面並びにソース及びドレイン領域５７の上面を覆うように金属を堆積させて、その後、熱処理を施すことによって、該金属とその下部のシリコンとを反応させた後に、該金属のうち未反応部分を硫酸などのエッチャントで除去することによって形成することができる。ここで、必要に応じて、珪化物層の表面を窒化させてもよい。以上の工程により図１１（ｃ）に示す構造体が得られる。
【００９２】
次いで、シリサイド化したゲート電極の上面並びにソース及びドレイン領域の上面を覆うように絶縁膜６１を形成する（図１１（ｄ）参照）。絶縁膜６１の材料としては、燐及び／又はボロンを含む酸化シリコンなどが好適である。
【００９３】
次いで、必要に応じて、ＣＭＰ法により絶縁膜６１にコンタクトホールを形成する。ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２エキシマレーザ、電子ビーム、Ｘ線等を利用したフォトリソグラフィー技術を適用すると、一辺が０．２５ミクロン未満の矩形のコンタクトホール、又は、直径が０．２５ミクロン未満の円形のコンタクトホールを形成することができる。
【００９４】
次いで、コンタクトホール内に導電体を充填する。導電体の充填方法としては、バリアメタル６２となる高融点金属やその窒化物の膜をコンタクトホールの内壁に形成した後に、タングステン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの導電体６３を、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、めっき法などを利用して堆積させる方法が好適である。ここで、絶縁膜６１の上面よりも高く堆積した導電体をエッチバック法やＣＭＰ法により除去してもよい。また、導電体の充填に先立って、コンタクトホールの底部に露出したソース及びドレイン領域の珪化物層の表面を窒化させてもよい。以上の工程によりＳＯＩ層にＦＥＴ等のトランジスタを作り込むことができ、図１１（ｄ）に示す構造のトランジスタを有する半導体装置が得られる。
【００９５】
ここで、ゲート電極に電圧を印加してゲート絶縁膜下に広がる空乏層が埋め込み絶縁膜１４の上面に届くように活性層（ＳＯＩ層）１０’の厚さ及び不純物濃度を定めると、形成されたトランジスタは、完全空乏型トランジスタとして動作する。また、空乏層が埋め込み酸化膜１４の上面に届かないように活性層（ＳＯＩ層）１０’の厚さ及び不純物濃度を定めると、形成されたトランジスタは、部分空乏型トランジスタとして動作する。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、陽極化成装置等の基板処理装置において、例えば、保持部によって保持された基板に対して電極を強い力で押しつけることなく、電極をより確実に基板に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】特開２０００−２７７４７８号公報に開示された陽極化成装置を部分的に抜き出して記載した図である。
【図２】プラス電極の昇降機構の加工精度が低い場合における問題点を説明するための図面である。
【図３】プラス電極の昇降機構の加工精度が低い場合における問題点を説明するための図面である。
【図４】本発明の好適な実施の形態の陽極化成装置の構成及び陽極化成処理の様子を示す図である。
【図５】ロボットとプラス電極構造体との間の基板の受け渡しの様子を示す図である。
【図６】極化成処理後の基板の洗浄処理の様子を示す図である。
【図７】洗浄処理後の基板の乾燥処理（洗浄液の除去）の様子を示す図である。
【図８】接触保証機構の他の構成例を示す図である。
【図９】接触保証機構の更に他の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の好適な実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
５００　基板
５０１　マイナス電極
５０２　プラス電極
５０５　陽極化成槽
５０６　電解質溶液
５０７　吸着パッド
１００　基板
２０１　マイナス電極
２０２、２０３　連結部材
２０４　電極駆動機構
２１１　陽極化成槽
２１２　支持部材
２１３　支持台
２２１　プラス電極
２２１ａ　溝
２２１ｂ　吸引孔
２２２　下部電極
２２２ａ　溝
２２２ｂ　吸引孔
２３０　接触保証機構
２４０　ピストンロッド
２４１　昇降機構
２５１　吸着パッド
２５１ａ　溝
２５１ｂ　吸引孔
２６１　供給ポート
２６２　排出ポート
２７０　ロボット
２７１　ロボットハンド
２８０　電解質溶液
プラス電極構造体
３００　洗浄／乾燥機構
４０１　下部電極
４０２　くり貫き部
２３１　接触保証機構
４１０　プラス電極
４１１　括れ部分
１０　第１の基板
１１　単結晶Ｓｉ基板
１２　多孔質Ｓｉ層
１３　単結晶Ｓｉ層
１４　絶縁層
２０　第２の基板
３０　貼り合わせ基板（結合基板）

Claims

陽極化成装置であって、
処理対象の基板を保持する保持部と、
該基板に対向させて配置されるマイナス電極と、
該基板に接触する接触面を有するプラス電極を含むプラス電極構造体と、
該基板と前記マイナス電極との間に電解質溶液を満たすための陽極化成槽と、
を備え、前記プラス電極構造体は、前記接触面を該基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならうように前記プラス電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有することを特徴とする陽極化成装置。
前記プラス電極構造体は、
支持部材と、
前記プラス電極と前記支持部材との間に配置された柔軟性を有する連結部材と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の陽極化成装置。
前記連結部材は、ゴム又はバネを含むことを特徴とする請求項２に記載の陽極化成装置。
前記プラス電極構造体は、前記プラス電極又は前記プラス電極と一体をなす部材を支持する支持部材を含み、前記プラス電極又は前記プラス電極と一体をなす部材と前記支持部材とは、前記プラス電極の向きの変化を許容するように滑らかに接触していることを特徴とする請求項１に記載の陽極化成装置。
前記プラス電極は、前記接触面を基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならって変形するように柔軟性を有することを特徴とする請求項１に記載の陽極化成装置。
前記プラス電極構造体を駆動して前記接触面を基板に接触させる駆動機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の陽極化成装置。
前記陽極化成槽は、開口部を有し、前記基板保持部は、前記開口部の周囲に環状に設けられており、前記プラス電極は、前記開口部を通して基板に押し当てられることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の陽極化成装置。
前記保持部は、実質的に水平に基板を保持することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の陽極化成装置。
基板に陽極化成処理が施された後に、該基板を洗浄すべく該基板に洗浄液を供給する機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の陽極化成装置。
基板に付着した液体を除去する機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の陽極化成装置。
陽極化成方法であって、
保持部によって基板を保持し、該基板の一方の面に対向させてマイナス電極を配置し、該基板の他方の面にプラス電極を接触させる準備工程と、
前記マイナス電極と該基板との間に電解質溶液を満たした状態で、前記マイナス電極と前記プラス電極との間に電流を流して該基板の該一方の面を陽極化成して多孔質層を形成する陽極化成工程と、
を含み、前記準備工程では、前記プラス電極を含むプラス電極構造体を操作して前記プラス電極を該基板の該他方の面に接触させ、前記プラス電極構造体は、前記プラス電極が該基板に接触する接触面が該基板にならうように前記プラス電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有することを特徴とする陽極化成方法。
基板製造方法であって、
請求項１１に記載の陽極化成方法に従って基板の表面に多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層上に少なくとも半導体層を有する第１の基板を作成する工程と、
前記第１の基板の前記半導体層側の面に第２の基板を結合させて結合基板を作製する工程と、
前記多孔質層の部分で前記結合基板を２枚の基板に分離する工程と、
を含むことを特徴とする基板製造方法。
基板処理装置であって、
処理対象の基板を保持する保持部と、
該基板に対向させて配置される第１電極と、
該基板に接触する接触面を有する第２電極を含む第２電極構造体と、
該基板と前記第１電極との間に電解質溶液を満たすための処理槽と、
を備え、前記第２電極構造体は、前記接触面を該基板に接触させる際に前記接触面が該基板にならうように前記第２電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有することを特徴とする基板処理装置。
基板処理方法であって、
保持部によって基板を保持し、該基板の一方の面に対向させて第１電極を配置し、該基板の他方の面に第２電極を接触させる準備工程と、
前記第１電極と該基板との間に電解質溶液を満たした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して該基板を処理する処理工程と、
を含み、前記準備工程では、前記第２電極を含む第２電極構造体を操作して前記第２電極を該基板の該他方の面に接触させ、前記第２電極構造体は、前記第２電極が該基板に接触する接触面が該基板にならうように前記第２電極の向き及び形状の少なくとも一方が変化することを許容する構成を有することを特徴とする基板処理方法。