JP2005079388A - 貼り合わせウェーハの分離方法及び分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は剥離熱処理を行い一旦剥離したウェーハを一部未剥離のまま専用の治具により強制的に接着部を剥離する際に、剥離による傷や、専用治具に移載した時点での傷が問題となり、枚葉処理により生産性が悪く、コストも高くなるという問題の解決を図る。
【解決手段】 水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの分離方法において、貼り合わせたウェーハ２を垂直に立てて、該ウェーハのエッジ面取り部４の凹部を保持する支持溝３の底面中央に設けられた線状の凸状突起５に載置して剥離熱処理することにより、突起上に載った貼り合わせウェーハは熱処理によりイオン注入部分で剥離し、剥離後突起を挟みこむことで、ウェーハ同士の再接着を防止することができる。剥離熱処理により一部が剥離されたウェーハを次工程で強制的に剥がす必要がなく、剥離熱処理工程のみでＳＯＩウェーハと剥離されたウェーハの回収作業が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオン注入したウェーハを貼り合わせた後に剥離してＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを製造する、いわゆる水素イオン注入剥離法（スマートカット法とも呼ばれている）における貼り合わせウェーハの分離方法及び分離装置に関するものである。

半導体基板中に水素イオン注入を行った後に、この半導体基板をイオン注入面を重ね合せ面として支持基板に貼り合わせ、この貼り合わせた両基板を熱処理により、上記半導体基板を水素イオン注入部分で支持基板から分離し、支持基板の表面に薄膜を有する半導体材料を製造する方法、いわゆるスマートカット法が提案されている（例えば特許文献１）。この方法では、二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方の半導体基板の上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該半導体基板内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方の半導体基板と密着させ、その後熱処理を加えて微小気泡層を劈開面として一方の半導体基板を薄膜状に剥離し、さらに熱処理を加えて強固に結合してＳＯＩ基板とする技術である。この方法では、劈開面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の膜厚の均一性も高いＳＯＩ基板が比較的容易に得られている。

一方、分離方法に関して、剥離されていない１組の貼り合わせウェーハを専用の治具に乗せ、強制的に上面のウェーハだけをスライドさせる方法が提案されている（例えば特許文献２）。具体的には、ＳＯＩウェーハと残存ウェーハとの積層体を個別のウェーハに分離させるウェーハ分離治具は、積層体を厚さ方向に支持する支持面と、積層体における下側ウェーハの滑り移動を阻止するとともに、上側ウェーハの下側ウェーハに対する滑り移動を許容するように高さ調整された支持面上の段差部を備える。支持面に積層体を載せて傾け、上側ウェーハを自重により下側ウェーハに対して面内方向に相対的に滑り移動させて、両者を互いに分離させる方法である。この方法によると、ウェーハ同士の擦れ合いを抑制でき、ウェーハ表面にキズも生じないとされている。

特開平５−２１１１２８号公報 特開２００３−４６０７０号公報

しかしながら、このような剥離の手法では、剥離熱処理を行い一旦剥離したウェーハは専用の剥離治具に移載する時点で再度接着するという問題がある。剥離熱処理により剥離したウェーハは一部未剥離のまま専用の治具により強制的に接着部を剥離するため、剥離による傷や、専用治具に移載した時点での傷が問題となる。剥離した活性層側のウェーハは再利用されるので表面に傷がないことが望まれる。また、枚葉処理により、生産性が悪く、コストも高くなるという問題がある。

本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、剥離熱処理する貼り合わせウェーハを垂直に立てて保持する横型熱処理用ウェーハボートを用い、前記ボートの支持溝の底面に断面が半円形状、または多角形状の突起を線状に設けることにより、剥離前の貼り合わせウェーハのエッジ面に設けられている面取り部の凹部をボートの支持溝中央に線状に設けられた凸部の突起上にうまく載せることができる。突起上に載った貼り合わせウェーハは熱処理によりイオン注入部分で剥離し、剥離後突起を挟みこむことで、ウェーハ同士の再接着を防止することができる。剥離熱処理によりイオン注入部の一部が剥離されたウェーハを次工程で強制的に剥がす必要がなく、剥離熱処理工程でＳＯＩウェーハと剥離されたウェーハの回収作業が可能となる。

請求項１に記載の発明は、水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの分離方法において、貼り合わせたウェーハを垂直に立てて、該ウェーハのエッジ面取り部の凹部を保持する支持溝の底面中央に設けられた線状の凸状突起に載置して剥離熱処理することを特徴とする貼り合わせウェーハの分離方法である。

請求項１の発明によれば、貼り合わせたウェーハを垂直に立ててエッジ面取り部の凹部を保持する支持溝の底面中央に設けられた線状の凸状突起に載置して剥離熱処理するため、凸状突起上に載った貼り合わせウェーハは熱処理によりイオン注入部分で剥離し、剥離後凸状突起を挟みこむことで、剥離したウェーハ同士の再接着を防止することができる。よって一部が剥離されたウェーハを次工程で強制的に剥がす必要がなく、剥離熱処理工程でＳＯＩウェーハと剥離されたウェーハの回収作業が可能となる。

請求項２に記載の発明は、水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハを分離に用いるボートにおいて、前記ボートのウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起を有することを特徴とする貼り合わせウェーハの分離装置である。

請求項２の発明によれば、ボートのウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起を有することにより、剥離前の貼り合わせウェーハのエッジ面に設けられている面取り部の凹部をボートの溝中央に線状に設けられた凸部の突起上にうまく載せることができ、突起の上に載った貼り合わせウェーハは熱処理によりイオン注入部分で容易に剥離することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ボートのウェーハ支持溝を複数有することを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置である。

請求項３の発明によれば、ボートのウェーハ支持溝を複数有することにより、一回の剥離熱処理で複数枚の貼り合わせウェーハを同時に剥離することができる。

請求項４に記載の発明は、前記ウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起の断面が円形状または多角形状であることを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置である。

請求項４の発明によれば、ウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起の断面が円形状または多角形状であることにより、剥離前の貼り合わせウェーハのエッジ面に設けられている面取り部の凹部をボートの支持溝中央に線状に設けられた凸部の突起上にうまく載せることができる。

請求項５に記載の発明は、前記ウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起が取り外し可能であることを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置である。

請求項５の発明によれば、ウェーハ支持溝底面中央に設けられた凸状突起が取り外し可能であることにより、面取り部形状に対応した形状のものに取り替えることができる。また、取り外すことにより貼り合わせウェーハの剥離以外の熱処理にも用いることができる。

本発明は剥離熱処理によりウェーハ支持溝上で剥離されたウェーハ同士の再接着および接触を防止できるので、一部が剥離されたウェーハを次工程で再度専用の治具により強制的に剥がす必要が無い。また、剥離熱処理工程でＳＯＩウェーハと剥離されたウェーハの回収作業が可能となるりウェーハの分離を容易にすることができる。

以下、本発明に係る貼り合わせウェーハの剥離方法の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

二枚のシリコンウェーハのうち、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウェーハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該シリコンウェーハ内部に微小気泡層を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコンウェーハと密着させた貼り合わせウェーハ２を図１（ａ）に示すように、ボート１のウェーハ支持溝３に複数枚載置する。前記貼り合わせウェーハ２のエッジ面に施されている面取り部４は面取りが施されており、貼り合わせることにより凹部が形成される形状となっている。図１（ｂ）に示すようにボート１のウェーハ支持溝３の底面には半円状の凸上突起５が設けてあり、前記貼り合わせウェーハ２のエッジ面の面取り部４の凹部が丁度組み合わせる形で載置されることとなる。図２（ａ）

ボート１に貼り合わせウェーハ２を載置したら、熱処理炉に挿入し剥離熱処理を行う。この剥離熱処理を行うことにより、ウェーハ内部に注入されたイオン注入層が熱処理によりガス化してウェーハをその部分で分離されることとなる。分離された貼り合わせウェーハ２は図２（ｂ）に示すように支持基板ウェーハと剥離ウェーハとに分離される。

ウェーハ支持溝３の幅は剥離するウェーハの厚みの３倍以上４倍以下が好ましい。３倍以下では剥離した後間隔が狭いため再度接着の恐れがある。４倍以上では剥離した後倒れ込みの恐れがある。

バッチ式の横型熱処理炉に用いるのが生産効率の面で良いが、枚葉処理のＲＴＰ炉で用いてもよい。

支持溝の底部中央に設ける突起の断面が半円形状、多角形状など、貼り合わせウェーハの面取り部形状に合わせて逐次選択すればよい。また、設ける突起は取り外し可能として面取り部形状に対応した形状のものに取り替えることとしてもよい。

次に、本発明に係わる方法を用いて、実際に場合の具体例を示す。

用いた貼り合わせシリコンウェーハはボロンをドープした、ｐ型、比抵抗：１０Ωｃｍ、酸素濃度：１２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³［ＡＳＴＭ Ｆ−１２１ １９７９］２００ｍｍウェーハを２枚用意し、その一方のウェーハに酸化性雰囲気で、１５０ｎｍのＢＯＸ酸化膜を形成した後、水素イオンを５０ｋｅＶの注入エネルギーで、ドーズ量は、５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ² 、イオン注入深さは約０．４μｍ注入したもので、もう一方のシリコンウェーハと貼り合わせをおこなった。

その後、図１に示すシリコン製のボート１を用い、貼り合わせたウェーハ２をボート１のウェーハ支持溝３に３０枚載置した。ウェーハ支持溝３の底面部分には断面形状が半円形の凸状突起５を線上に具備しており、貼り合わせたウェーハ２の面取り部４の凹部に組み込むように移載した。その後、ボート１を横型熱処理炉（図示せず）に挿入し、５００℃、１０分間の剥離熱処理を行ったところ、図２（ｂ）に示すように前記凸状突起５を挟み込むような形で貼り合わせウェーハ２が剥離された。

剥離したウェーハを回収後、剥離面を集光灯下で検査したが、ＳＯＩウェーハ面、剥離ウェーハ面とも傷の発生は確認されなかった。

従来の治具で剥離熱処理を行ったところ、熱処理で一旦剥離したものが再接着していたため強制的に剥離を行った。その後、剥離面を集光灯下で検査したところ、剥離時に発生したと見られる傷が確認された。

水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの分離方法において、剥離熱処理工程でウェーハを剥離することができるので、熱処理後の剥離工程を省略する事ができる。また、剥離熱処理後の再接着を防止することで、ウェーハ表面の傷の発生を防止でき、剥離したウェーハの再利用が可能となる。

本発明の剥離に用いる熱処理ボートを示す図であり、（ａ）は全体を示した図、（ｂ）は支持溝を拡大した図である。 剥離前後のイメージを示す図であり、（ａ）は剥離熱処理前を示す図、（ｂ）はへ剥離熱処理後を示す図である。

符号の説明

１ ボート、
２ 貼り合わせウェーハ、
３ ウェーハ支持溝、
４ 面取り部、
５ 凸状突起。

Claims (5)

1. 水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの分離方法において、貼り合わせたウェーハを垂直に立てて、該ウェーハのエッジ面取り部の凹部を保持する支持溝の底面中央に設けられた線状の凸状突起に載置して剥離熱処理することを特徴とする貼り合わせウェーハの分離方法。
2. 水素イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハを分離に用いるボートにおいて、前記ボートのウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起を有することを特徴とする貼り合わせウェーハの分離装置。
3. 前記ボートのウェーハ支持溝を複数有することを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置。
4. 前記ウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起の断面が円形状または多角形状であることを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置。
5. 前記ウェーハ支持溝底面中央に設けられた線状の凸状突起が取り外し可能であることを特徴とする請求項２記載の貼り合わせウェーハの分離装置。

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