JP5519516B2 - 基板を分割する方法 - Google Patents

Description

本発明は基板を分割する方法に関し、特に、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）のフィルム転写プロセスによるＳＯＩ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の製造において応用できる方法に関する。

半導体の加工において、薄膜の接合に基づくプロセスに続き基板上へのフィルム転写をしばしば行う状況が生じる。

とくに、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）プロセスは、第１のステップ中に、いわゆるレシーバー基板上に転写する薄膜との境界を定義する脆弱な区域をいわゆるドナー基板中に形成することを含んでいる。

ドナー基板がレシーバー基板に接合された後、レシーバー基板上に薄膜を転写するために、ドナー基板は分割される。

一般的に、分割は、ドナー基板の外周上の前もって決定された地点から開始され、次に基板の残りの部分に続く分割する波状曲線の形状で伝播する。分割は、例えば機械的圧力の方法、局部的な加熱などによって開始される。

円形ウェハの形状の基板を分割した場合、しばしば、ウェハの端に位置する切り込みの周囲から始まっている「プロセスライン」または「ストレスライン」と呼ばれる欠損が見つかる。

通常三角形であり（ウェハの直径に沿って）約２ｍｍの長さで入っているこの切り込みによって、ウェハの方向を、プロセスの様々なステップの間、識別することができる。ウェハがインゴットから切り出される前にウェハ製造者によって作られる切り込みによって、基板の結晶の配向を識別できる。

切り込みに付随するこのようなラインの写真を図１に示す。切り込みは参照符号４によって識別され、プロセスラインは点線で囲まれている。

出願者によって行われた解析によると、局所的な応力によって切り込みの周囲から始まっているこのラインは、薄い横方向のフィルムの裂け目に対応している。

これは、これ自身のすべての長さにわたり高い粗度によって特長付けられる長く延びた欠損であり、通常これ自身の最も顕著な中心部（これ自身の厚みすべてにわたって裂けて転移したフィルム）中の貫通した欠損であって、この結果このラインの上に組み立てられたチップは作動しないだろう。

したがってこのラインは容認できない欠損であり、この長さが数ミクロン以上長い場合は、この欠損によりウェハは廃棄される。

本発明の第１の目的は、したがって、最終的な構造における切り込みの周囲のこのようなラインの形成を防ぐために、フィルム転写構造を加工するプロセスを向上することである。

本発明のほかの目的は、切り込みに関係するラインの発現を減少させるような、基板を分割する方法を定義することである。

この目的のために、本発明は、外周に識別用切り込みを有する半導体基板を分割するプロセスを提供することであり、このプロセスは、
（ａ）基板中に脆弱な区域を作成するステップと、
（ｂ）脆弱な領域に沿って基板を分割するステップであって、分割するステップは基板の外周の前もって決定されている領域内で分割波を開始し、次に波が基板内部へ伝播するステップを含む、分割するステップと
を含み、プロセスは、
ステップ（ａ）において作成された脆弱な領域は原子種を基板内部に埋め込むことによって得られ、埋め込む間、締結装置によって、基板は基板自身の外周のある部分上の定位置に留まっていることと、
分割するステップ（ｂ）の間、前記のある部分は、分割波が開始する領域内にあることと
を特徴とし、ステップ（ｂ）の間、切り込みは、分割波を開始する領域の直径方向に対して反対側の基板の外周の４分の１内か、または前記開始する領域上の中心の基板の外周の４分の１内にあるような位置にある。

切込みが中に存在する前記領域は、したがって、分割波開始領域の２等分線にたいして１３５°と２２５°の間または３１５°と４５°の間にある。

本発明の第１の実施形態によると、ステップ（ｂ）の間、分割波開始領域が基板の上部の中心に位置し、切り込みが基板の下部４分の１かまたは上部４分の１内に位置するように、基板は炉の中で垂直方向に位置する。

第２の実施形態によると、ステップ（ｂ）の間、分割波は開始領域内に印加された機械的な応力によって開始される。

分割波開始領域は９０°の領域であることが望ましい。

本発明の望ましい実施形態によると、プロセスは、ステップ（ｂ）のあとに脆弱な領域によって定義されたフィルムがレシーバー基板に移動するように、ステップ（ａ）とステップ（ｂ）の間に前記基板をレシーバー基板に直接接着するステップをさらに含む。

本発明のほかの主題は、同一の切り込みを有する分割した基板のバッチに関しており、前記バッチは上に記載されたプロセスによって得られ、切り込みに付随したプロセスラインを有する基板の割合は１２％以下であることを特徴とする。

本発明のほかの特徴および利点は、添付されている図を参照しながら、以下の詳細な記述によって明らかになるであろう。

切れ込みに付随したプロセスラインの写真の図である。 分割装置の概略図である。 切り込みとは直径方向に対して反対側の領域内で開始される分割波の前面の写真の図である。 切り込みから９０°傾いた領域内で開始される分割波の前面の写真の図である。 分割波開始領域と関連のあるウェハ上の切り込みの方向の概略図である。 分割波開始領域と関連のあるウェハ上の切り込みの方向の概略図である。 インプランテーションの間、適所にウェハを固定するための固定式の拘束装置の概略図である。 分割波開始領域に関して好ましくない位置および好ましい位置にある切り込みそれぞれが作成されているウェハのバッチ上のプロセスラインの発生を示す図である。

本発明は一般的な基板の分割のプロセスに関するが、以下ではフィルムを基板（以下の場合では、「ドナー基板」とも呼ばれる）からレシーバー基板に移動させることにより半導体構造を作成する場合を参照して記述する。

しかし、本発明はＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）プロセスに限定されず、他の基板へ分割される基板の接合に必ずしも関与する必要もない。

分割に先立ち、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）プロセスでは、ドナー基板は以下のステップを経る：
ａ）レシーバー基板に移動させられる薄膜を定義する脆弱な領域を作成する。この脆弱な領域は原子種、たとえば水素原子またはヘリウム原子、をウェハに埋め込むことによって形成されるのが望ましい。基板の性質および所望の埋め込みの深さによる、埋め込み条件（ドーズ、エネルギー）の決定は、当業者の権限内にある。

ｂ）レシーバー基板に接合、例えば（分子付着による）直接接合、を行う。接合エネルギーを増加させるために、当業者に良く知られている、表面処理が接合の前に基板上で行われることもある。

次に、薄膜がレシーバー基板上に移動させられるという方法で、脆弱な領域に沿って分割が行われ、ドナー基板の残りは回収され、例えば再利用される。

この目的で、アニーリング工程が行われることもあり、または脆弱な領域内の地点に機械的な圧力が加えられることもある。

温度の効果または加えられた圧力によって、分割が、ウェハの外周上の前もって決められた領域内で開始され、分割波がウェハの残りの内部へ伝播する。

分割波開始領域は、分割操作に用いる手段に応じて当業者によって制御される。

＜分割が圧力を加えることによって開始される状況＞
第１の可能性としては、分割が、脆弱な領域の外周の１点にブレードを挿入することによって開始されることである。よって当業者はこれを選択し、分割開始領域を直接制御する。

＜分割がアニーリングによって開始される状況＞
アニーリングによって分割する場合、図２に示すように、ウェハ１は、炉３の中に入れることができるボート２内に垂直位置に置かれる。ウェハを適所に保持する手段は当業者に良く知られており、よって詳細は述べない。

通常ウェハ１は切り込み４を垂直方向に対し９０°回転させる方法で置かれる（組立部を簡単に理解するために、図２は原寸に比例しては示されていない）。

切り込み４のこの方向は必須ではないが、これはウェハがプロセスの以前のステップの期間に置かれていた位置に対応している。ウェハを手で触れることを避けるために、この同じ方向が分割ステップにおいて維持されている。

炉内部は、ヒーターによって（図示されていない）分割温度（通常３００°と６００°の間）に達せられる。これらのヒーターは炉の内部に均一な熱を送る。

しかし、ウェハ１のボート２に接している部分は、質量がより大きく、熱を吸収するために、温度が上部よりも容易に上がらない。

ウェハ１はしたがって、大体ウェハの上部半分に対応し、ボートから離れて位置しているいわゆる「ホット」ゾーン（矢印ＺＣによって示されている）、およびボート２内に位置しているウェハの部分に対応している「クール」ゾーン（矢印ＺＦによって示されている）を有している。

分割はウェハ１の最も温度の高い地帯、したがってウェハの上部近くに位置する領域Ｒ（図２において０°の方向に対応する）から開始し、ウェハの内部を波状に伝播する。

表現「上部近く」は本文においては、ウェハの上部に対して、−４５°と４５°との間、特に−２０°と２０°との間、望ましくは−５°と５°との間にわたる角度領域Ｒを意味している。

この場合、分割波開始領域Ｒは、アニーリングが行われる条件によって間接的に制御される。

統計学より、分割波の開始は平均してウェハの最上部、すなわち領域Ｒの２等分線上で生じている。

出願者は、ボート２に対する切り込み４の方向を変えて分割試験を実施したところ、分割は常にウェハのホットゾーン内、すなわち図２を参照すると、垂直方向に対して０°の方向上に中心をとる領域Ｒ内で開始した。

出願者は、切り込み４が垂直方向、すなわち分割開始領域Ｒの２等分線に対して１３５°と２２５°との間を向くか、または分割開始領域の２等分線に対して３１５°（または−４５°）と４５°との間を向く場合、切り込み４に関係するプロセスラインの形成は抑えられることを観察した。

この有利な方向は、事実上切り込み４の位置取りに対する２つの選択的な領域に対応している。

図５Ａは、切り込み波開始領域Ｒの直径方向に対して反対側にある領域Ｓ１（領域Ｓ１およびＲの２等分線は１つの直線を形成し、２点鎖線で表されている）内の切り込み４の第１の有利な位置を示しており、すなわち分割波の大体直線的な経路は切り込み４の付近で終了する。

図５Ｂは、領域Ｒ上に中心をとる領域Ｓ２（領域Ｓ２およびＲの２等分線は一致する）内の切り込み４の第２の有利な位置を示しており、すなわち分割波の筋は切り込み４の付近で開始する。

図５Ｂに示されている場合では、領域Ｒおよび領域Ｓ２はそれぞれ４分円に対応していて、これらの２つの領域は一致している。

対照的に、通常の慣例の、切り込み４が開始領域Ｒの２等分線から９０°傾いている場合、分割波はウェハを横断し、切り込み４を超えるが、この付近で終了も、開始もしない。

図４はこの構造を示しており、目視できるプロセスラインは点線で囲まれている。

しかし、いずれにしても、上述したような、分割波開始の０°方向という内容は限定されるものではない。

これは、分割波は（たとえば、アニーリングによる分割の場合、分割を開始したい領域の局所的な加熱によって）ウェハ１の外周上のどの地点からも開始できるからである。

したがって、切り込み４の位置はウェハ１の下部４分の１にも上部４分の１にも限定されない。

さらに、分割波の伝播の方向は当業者によっても完全には制御されない。

これは、同じ開始地点から開始しても、分割波は異なる方向（角度振幅は約４５°）に伝播することがあることが観測されているからである。

これに関し、出願者は、（脆弱な領域を形成するための）埋め込み装置内のウェハの方向は分割波開始の制御に影響を与えることを観測した。

「バッチ」埋め込みの場合（すなわちホイール上の複数のウェハの同時埋め込み）、図６に示すように、ウェハを適所で支えるために締結装置５が使用される。

締結装置によって固定されている基板の外周の部分は通常約９０°の角度領域である。

締結装置は通常ホイールの中心に対して直径方向に沿って反対側に位置する。

この装置は基板と熱的な接触を構成しており、よって基板から熱を吸収することができる。

これは電気的な接触も構成しており、よって埋め込みの間、基板に蓄積される電荷を流出させることができる。

角度αは締結装置５に対する切り込み４の位置を定義する。

埋め込みの間締結装置５に接しているウェハの外周の部分は分割開始領域Ｒ、たとえば熱的分割の場合では２等分線のホットゾーン、の中になければならない。

この構成では、開始領域内の分割波の伝播の方向はより良く制御され、よって、プロセスラインの形成を防ぐために、波の経路が切り込みの近傍で開始または終端するのを確実にすることができる。

いいかえると、上に述べた要求（すなわち、分割開始領域に対する締結装置と接触している部分の位置、および分割開始領域に対する切り込みの位置）の組み合わせを得るには、切り込みは締結装置と接触しているウェハの部分内またはこの部分と直径方向に対して反対側の領域内になければならない。

より正確には、プロセスは以下のステップを含む：
−切り込みが、固定されている部分とは直径方向に対して反対側の基板の外周の円の４分の１の中か、または固定されている部分上の中心の基板の外周の円の４分の１の中に位置する（図６に示されている実施例では、切り込みが２７０°±４５°または９０°±４５°の角度αにそれぞれ位置する）ように、埋め込みホイールに基板を固定すること、
−埋め込みを行うこと、
−締結装置から基板を取り除くこと、
−締結装置によって固定されていたウェハの部分中で分割波を開始すること。

以上で定義した方向を満たすことによって、分割の開始に関して切り込みが優先的な領域Ｓ１またはＳ２内にない方法と比較して、プロセスラインの発生を少なくとも５分の１、典型的には７分の１に減少させる、またはこのようなラインの発生を防ぐことさえできる。

よって本発明は、分割のステップにおける生産性を著しく増大させる。図７は製造されたウェハのバッチを示しており、分割の開始に対して切り込みの好ましくない方向のもの（組１）および切り込みの好ましい方向のもの（組２）である。

図７中のグラフは、バッチの２つの組内部のプロセスラインの発生の最小値、平均値、および最大値（パーセンテージで表現されている）を示している。

発生の平均値は７分の１近くに減少している。

最も影響を受けたバッチでは、本発明に基づく方向の場合では多くて１２％であるのに対して、好ましくない方向の場合ではウェハの７５％近くがプロセスラインを有することがあった。

平均すると、本発明によって得られた２５のウェハの１つのバッチは多くて３のプロセスラインが生じたウェハを有する。

最後に、切り込みに関係しないプロセスラインはウェハの外周に残る事があるが、これらラインはより短く、差し迫ったものになることはめったになく、よって問題になることは少なくなることを指摘しておく。

Claims (6)

1. 半導体基板の外周上に識別用切り込み（４）を有する、前記半導体基板を分割するためのプロセスであって、
   （ａ）脆弱な領域を前記基板内に作成するステップと、
   （ｂ）前記脆弱な領域に沿って前記基板を分割するステップであって、前記分割するステップは、前記基板の前記外周上の前もって決定した領域（Ｒ）内で、分割波を開始し、前記波は前記基板内部に伝播するステップを含む、分割するステップと
   を含み、
   ステップ（ａ）において作成された前記脆弱な領域は前記基板の内部への原子種の埋め込みによって得られ、前記埋め込みの間、締結装置（５）によって、前記基板は前記基板自身の外周の部分で固定されていて、
   この場合、前記分割ステップ（ｂ）の間、前記部分は前記分割波開始領域（Ｒ）内に位置している
   ことを特徴とし、ステップ（ｂ）の間、前記分割波の開始のため前記領域（Ｒ）に対して直径方向に反対側の前記基板の外周の４分の１（Ｓ１）内か、または前記領域（Ｒ）上の中心の前記基板の前記外周の４分の１（Ｓ２）内にあるように、前記切り込み（４）は位置することを特徴とするプロセス。
2. 前記切り込み（４）がある前記領域（Ｓ１、Ｓ２）は、前記分割波開始領域（Ｒ）の２等分線に対して１３５°と２２５°との間、または３１５°と４５°との間であることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
3. ステップ（ｂ）の間、前記基板は炉（３）の中で垂直方向に置かれ、前記分割波開始領域（Ｒ）は前記基板の最上部を中心とし、この場合、前記切り込み（４）は、前記基板の前記下部の４分の１または前記上部の４分の１内にあることを特徴とする請求項１または２のどちらかに記載のプロセス。
4. ステップ（ｂ）の間、分割波が前記領域（Ｒ）に機械的に印加された応力によって開始されることを特徴とする請求項１または２のどちらかに記載のプロセス。
5. 前記分割波開始領域（Ｒ）は９０°領域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセス。
6. ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間に、前記基板をレシーバー基板に直接接着するステップが含まれ、ステップ（ｂ）のあと、前記脆弱な領域によって定義されるフィルムは前記レシーバー基板に転写されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプロセス。