JP5643718B2 - 粗面化処理透明ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粗面化処理透明ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法に関するものである。

通常、デバイスの製造装置には、ウェーハの有無を判断する在荷センサーが各所に多数設けられている。在荷センサーは、通常、透過型タイプが使用されている。この在荷センサーは、発光器と受光器が相対して設置されており、障害物（ウェーハ）の存在を認識すると、受光器の受光強度が下がる。

石英、ガラス、又はサファイア等の透明なウェーハ上にシリコン膜が成膜されたＳＯＩウェーハでは、シリコンウェーハを使用したＳＯＩウェーハと比較して受光強度に変化がないため、在荷センサーに認識されにくいという問題点があった。例えば、特許文献１では、ＳＯＩウェーハの裏面側にサンドブラスト処理を行うことが開示されている。特許文献１では、絶縁性基板を用いた貼り合わせ基板を製造するにあたって、その貼り合わせ基板の裏面（絶縁性基板の裏面）をブラスト加工して粗面化することによって、在荷センサーに認識されにくいという問題点を解決した。

特開２００８−２８８５５６号公報

上記特許文献１では、問題点を解決するために、シリコン膜を堆積させたＳＯＩウェーハの透明絶縁性ハンドルウェーハ側の表面にブラスト加工を施すことによって、在荷センサーの受光強度を変化させ、ウェーハの有無を判断できるようにすることを提案している。ＳＯＩウェーハのシリコン膜側の表面にテープを貼り、該ＳＯＩウェーハをゴムシートに固定させ、透明絶縁性ウェーハ側の表面にブラスト加工を施し、その後、ＳＯＩウェーハをゴムシートから剥がして回収できる。しかし、ウェーハのゴムシートへの固定処理が非常に繁雑であり、両面テープで固定されたウェーハを剥がすことによってウェーハに負荷がかかり、破損品が発生しやすく、歩留まりを低下させるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ウェーハにかかる負荷を低減させ、かつ、破損品の発生を大きく低減させ、歩留まりを向上させる粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明者は、真空チャック又は静電チャックを用いてウェーハを固定することによって、ブラスト加工を施すことを見出した。
すなわち、本発明においては、透明絶縁性ウェーハ上にシリコン薄膜を有するＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側を、真空チャック又は静電チャックを用いて保持し、前記ＳＯＩウェーハの透明絶縁性ウェーハ側の表面にブラスト加工を施す粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。

本発明の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法によれば、ウェーハにかかる負荷を低減させ、かつ、破損品の発生を大きく低減させ、歩留まりを向上させることができる。

粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法の工程の一例を示す図である。 真空チャック（図２（Ａ））及び静電チャック（図２（Ｂ）及び（Ｃ））の平面図及び断面図である。

本発明で用いる透明絶縁性ウェーハとしては、好ましくは、石英、ガラス、サファイア、又はＡｌＮのいずれかの材料からなるものを挙げることができる。なお、透明絶縁性ウェーハは、後述する貼り合わせる工程の前に、ＲＣＡ洗浄等の洗浄をしておくことが好ましい。

本発明で用いる透明ＳＯＩウェーハは、透明絶縁性ウェーハ上にシリコン薄膜を有するものであって、その製造方法は特に限定されない。透明絶縁性ウェーハ上に、シリコン薄膜を蒸着させたり、成長させたものであっても良いが、好ましくは、表面から水素イオンを注入して内部に水素イオン注入層を備えるシリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの前記表面と、透明絶縁性ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせる工程と、前記貼り合わせた貼り合わせウェーハに、温度が２００〜４００℃の熱処理を施す工程と、前記熱処理後、前記水素イオン注入層に沿って前記透明絶縁性ハンドルウェーハ上の前記シリコン薄膜を剥離し、該透明絶縁性ハンドルウェーハ上に該シリコン薄膜を転写する剥離転写工程と、を少なくとも含む方法によって得られる透明ＳＯＩウェーハである。

ハンドルウェーハは、透明ＳＯＩウェーハを構成する透明絶縁性ウェーハである。
ドナーウェーハは、透明ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜を提供するものであり、単結晶シリコンウェーハ等が挙げられ、例えば、チョクラルスキ法により育成された一般に市販されているものであり、その導電型や比抵抗率等の電気特性値や結晶方位や結晶径は、本発明の方法で製造される透明ＳＯＩウェーハが供されるデバイスの設計値やプロセス又は製造されるデバイスの表示面積等に依存して適宜選択されてよい。

以下、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法について、ドナーウェーハとハンドルウェーハを貼り合わせる方法を用いる場合を例にとり、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法の工程の一例を示す図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、シリコンウェーハ１２をドナーウェーハとして用い、シリコンウェーハの表面１２ｓから水素イオンを注入して内部に水素イオン注入層１３を形成させる。次に、図１（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１２のイオン注入された表面１２ｓと、透明絶縁性ハンドルウェーハ１１の表面１１ｓとを貼り合わせる。
図１（Ａ）に示すように、シリコンウェーハ１２の表面１２ｓから水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を形成する際、例えば、シリコンウェーハ１２の温度を２５０〜４００℃とし、その表面から所望の深さに水素イオン注入できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンを注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^２とすることができる。
注入される水素イオンとしては、２×１０^１６〜１×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ^＋）、又は１×１０^１６〜５×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）が好ましい。特に好ましくは、８．０×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ^＋）、又は４．０×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）である。このドーズ量で作製したものが、後の剥離、転写の際に、好適な脆弱性を有するからである。
水素イオン注入されたシリコンウェーハ１２の表面１２ｓから水素イオン注入層１３までの深さは、透明絶縁性ハンドルウェーハ１１上に設けるシリコン薄膜１２Ｂの所望の厚さに依存するが、好ましくは３００〜５００ｎｍ、さらに好ましくは４００ｎｍ程度である。また、水素イオン注入層１３の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さがよく、好ましくは２００〜４００ｎｍ、さらに好ましくは３００ｎｍ程度である。

また、必要に応じて、ドナーウェーハとして、表面１２ｓに酸化膜を形成したシリコンウェーハを用いてもよい。このような、表面１２ｓに酸化膜を形成したシリコンウェーハを用い、酸化膜を通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られ、イオンの注入深さのバラツキをより抑えることができる。これにより、膜厚均一性の高い薄膜を形成することができる。なお、酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。一般的には、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で常圧下で、８００〜１１００℃で熱処理することで得られるものである。これは、水素イオン注入を行う際、酸化膜を通して注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。
酸化膜の厚さは、好ましくは５０〜５００ｎｍである。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。

次に、図１（Ｃ）に示すように、貼り合わせた貼り合わせウェーハ１４に、温度が２００〜４００℃の熱処理Ｈを施す。また、熱処理時間は、熱処理温度と材料に応じて決められ、好ましくは１〜２４時間の範囲から選択される。熱処理温度が高すぎたり、熱処理時間が長すぎたりすると、ひび割れ、剥離等が発生する恐れがある。このように、貼り合わせウェーハ１４を熱処理することによって、シリコンウェーハ１２と透明絶縁性ハンドルウェーハ１１の貼り合わせの強度を高めることができる。貼り合わせ強度を高めれば、後の剥離をする際の不良の発生を減少させることもできる。熱処理工程は、好ましくは、アルゴン、窒素、ヘリウム、またはこれらの混合ガスの存在下で行われることができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、前記水素イオン注入層１３に沿って前記透明絶縁性ハンドルウェーハ１１上の前記シリコン薄膜１２Ｂを剥離し、該透明絶縁性ハンドルウェーハ１１上に該シリコン薄膜１２Ｂを転写することによってＳＯＩウェーハ１５を得る。
剥離を行う方法として、水素イオン注入層１３に衝撃を与えて機械的剥離を行う場合、加熱に伴う熱歪、ひび割れ、貼り合わせた面の剥離等が発生するおそれがない。機械的剥離は、一端部から他端部に向かうへき開によるものが好ましい。例えば、楔（くさび）を水素イオン注入層１３（注入界面）に挿入し、楔による変形でへき開を進行させて剥離する方法であってもよい。この方法の使用に際しては、楔が接触する部分での傷やパーティクルの発生や、楔を打ち込むことにより生じるウェーハの過大な変形による基板割れの発生を回避するように留意する。
水素イオン注入層１３に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを貼り合わせたウェーハの側面から連続的又は断続的に吹き付ければよいが、衝撃により機械的剥離が生じる方法であれば特に限定はされない。

次に、図１（Ｅ）に示すように、前記ＳＯＩウェーハ１５のシリコン薄膜１２Ｂ側を、真空チャック又は静電チャック２０を用いて保持し、前記ＳＯＩウェーハ１５の透明絶縁性ハンドルウェーハ１１側の表面１１ｓｓにブラスト加工を施す。
図２は、真空チャック（図２（Ａ））及び静電チャック（図２（Ｂ）及び（Ｃ））の平面図及び断面図である。図２（Ａ）に示すように、真空チャック３０は、好ましくは、前記ＳＯＩウェーハ１５のウェーハ径と同一の直径と、前記ＳＯＩウェーハ１５の厚さと同一の深さを有する凹部３１と、該凹部３１に前記ＳＯＩウェーハ１５を保持する保持部３２とを備える。ＳＯＩウェーハ１５のシリコン薄膜１２Ｂ側の表面１２Ｂｓを凹部３１に設置し、保持部３２によってＳＯＩウェーハ１５が保持され、保持部３２に設けられた吸着口３３から真空吸着することによって、ＳＯＩウェーハ１５を固定することができる。真空チャック３０は、ＳＯＩウェーハ１５のシリコン薄膜１２Ｂ側の表面１２Ｂｓ全面を真空吸着するために、溝を備えてもよい。溝は、好ましくは、溝３４の例のように、ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側の表面の周方向と径方向に設けることができる。
真空チャック３０は、特に限定されず、多孔質ポリエチレン、アルミナ等の真空チャックを用いることができる。例えば、上述したような凹部を備える真空チャック部を有するアルミ板を用いることができる。このアルミ板は、二枚のアルミ板を重ね合わせたものとすることができ、好ましくは、一方のアルミ板を真空チャックと同様の形状にくり抜き、他方のアルミ板に真空チャックをビス止めで固定したものを用いる。

図２（Ｂ）に示すように、静電チャック４０に、ＳＯＩウェーハ１５のシリコン薄膜１２Ｂ側の表面１２Ｂｓを設置し、この状態で電極４３に電圧を印加すると、ＳＯＩウェーハ１５との間に静電力が発生し、ＳＯＩウェーハ１５を強力に吸着保持することができる。また、図２（Ｃ）に示すように、静電チャック５０は、好ましくは、前記ＳＯＩウェーハ１５のウェーハ径と同一の直径と、前記ＳＯＩウェーハ１５の厚さと同一の深さを有する凹部５１と、該凹部５１に前記ＳＯＩウェーハ１５を保持できる（好ましくは嵌合できる）保持部５２とを備える。ＳＯＩウェーハ１５のシリコン薄膜１２Ｂ側の表面１２Ｂｓを凹部５１に設置し、保持部５２によってＳＯＩウェーハ１５が保持される。この状態で電極５３に電圧を印加すると、図２（Ｂ）と同様に、ＳＯＩウェーハ１５との間に静電力が発生し、ＳＯＩウェーハ１５を強力に吸着保持することができる。
静電チャック４０、５０は、特に限定されず、炭化ケイ素や窒化アルミニウム等のセラミックス静電チャック等を用いることができる。例えば、上述したような凹部を備える静電チャック部（日本ガイシ製）を有するアルミ板を用いることができる。このアルミ板は、二枚のアルミ板を重ね合わせたものとすることができ、好ましくは、一方のアルミ板を静電チャックと同様の形状にくり抜き、他方のアルミ板に静電チャックをビス止めで固定したものを用いる。

真空チャック又は静電チャック２０の表面の材質は、好ましくはアルミ板である。材質がアルミであれば、加工等扱いやすいとのメリットがあるからである。
以上のように、真空チャック又は静電チャック２０を用いた固定手段によれば、テープを貼り付ける工程が不要となり、従来法よりも簡便である。また、ＳＯＩウェーハ１５の吸着をＳＯＩウェーハ全面で行うため、ウェーハにかかる負荷が低減される。

ブラスト加工は、好ましくは、サンドブラスト加工又はウェットブラスト加工である。この加工方法によれば、ＳＯＩウェーハ１５の透明絶縁性ハンドルウェーハ１１側の表面１１ｓｓを粗面化することができる。

サンドブラスト加工は、空気圧によって砥粒に加工エネルギーを付与する方式である。
サンドブラスト加工では、好ましくは、微粉がシリコン薄膜を傷つけないようにシリコン薄膜側を保護する。最も簡単な方法は、保護テープ（例えば、バックグラインド用、ダイシング用）をシリコン薄膜１２Ｂ側に貼ることである。保護テープは、サンドブラスト加工中にシリコン薄膜の表面を保護できるものであれば特に限定されないが、紫外線照射により粘着性が低下するＵＶ硬化型テープが好ましい。保護テープは、好ましくは、バックグラインド用保護テープ、ダイシング用テープ、又はダイボンディングテープである。

サンドブラスト加工は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、ブラスト用の微粉としては、平均粒径５〜５０μｍのアルミナやシリカが挙げられる。このような微粉は硬度が高いので、ブラスト加工の効率が良好であるので好ましい。また、サンドブラスト加工は、市販の装置を用いて行うことができる。

サンドブラスト加工後、保護テープを剥がし、保護テープを剥がされたシリコン薄膜１２Ｂの表面１２Ｂｓを研磨し、洗浄して、粗面化された表面を有するＳＯＩウェーハが得られる。
保護テープを剥がす際は、処理の利便性から、好ましくは、追加処理としてサンドブラスト加工後に、ＨＦを含む溶液を用いて、粗面化された表面の洗浄を行ってからテープ剥がしを行うとよい。ＨＦを含む溶液は、好ましくは１〜４９体積％のフッ化水素酸やバッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ ＨＦ）が挙げられる。

ウェットブラスト加工は、水圧によって砥粒に加工エネルギーを付与する方式である。
ウェットブラスト加工は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、ブラスト用の微粉としては、平均粒径５〜５０μｍのアルミナやシリカが挙げられる。また、ウェットブラスト加工は、市販の装置を用いて行うことができる。

ブラスト加工は、好ましくは、ＳＯＩウェーハ１５の透明絶縁性ハンドルウェーハ１１側の表面１１ｓｓの表面粗さがＲａ値で０．１μｍ以上となるようにして行う。このような表面粗さとなるようにブラスト加工を施せば、在荷センサーがＳＯＩウェーハの存在を認識することができる。

上述したようなブラスト加工を施した後、真空チャック又は静電チャック２０を解除し、図１（Ｆ）に示すような、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハ１６を得ることができる。
以上説明したように、本発明の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法によれば、ウェーハにかかる負荷を低減させ、かつ、破損品の発生を大きく低減させ、歩留まりを向上させることができる。

以下、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
透明絶縁性ハンドルウェーハとして６インチの石英ウェーハを用い、シリコン薄膜を堆積させたＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側の表面に保護テープを貼り、ＳＯＩウェーハのウェーハ径と同一の直径（６インチ）と、ＳＯＩウェーハの厚さと同一の深さ（１．２ｍｍ）を有する凹部を備える真空チャック部を有するアルミ板にＳＯＩウェーハをセットし、ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側を真空吸着した。このアルミ板は、二枚のアルミ板を重ね合わせたものであり、一方のアルミ板を真空チャックと同様の形状にくり抜き、他方のアルミ板に真空チャックをビス止めで固定した。ＳＯＩウェーハを固定した後、ＳＯＩウェーハの透明絶縁性ハンドルウェーハ側の表面にサンドブラスト加工を施した。その後、真空吸着を解除し、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハを回収した。

（実施例２）
透明絶縁性ハンドルウェーハとして６インチの石英ウェーハを用い、シリコン薄膜を堆積させたＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側の表面に保護テープを貼り、ＳＯＩウェーハのウェーハ径と同一の直径（６インチ）と、ＳＯＩウェーハの厚さと同一の深さ（１．２ｍｍ）を有する凹部を備える静電チャック部（日本ガイシ製）を有するアルミ板にＳＯＩウェーハをセットし、ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側を固定した。このアルミ板は、二枚のアルミ板を重ね合わせたものであり、一方のアルミ板を静電チャックと同様の形状にくり抜き、他方のアルミ板に静電チャックをビス止めで固定した。ＳＯＩウェーハを固定した後、ＳＯＩウェーハの透明絶縁性ハンドルウェーハ側の表面にサンドブラスト加工を施した。その後、静電チャックを解除し、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハを回収した。

（実施例３）
ブラスト加工としてウェットブラスト加工を施した以外は、実施例１と同様に行った。

（実施例４）
ブラスト加工としてウェットブラスト加工を施した以外は、実施例２と同様に行った。

（比較例１）
透明絶縁性ハンドルウェーハとして６インチの石英ウェーハを用い、シリコン薄膜を堆積させたＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側の表面に保護テープを貼り、さらにその保護テープにテープを貼り付け、ゴムシートに固定した。ＳＯＩウェーハを固定した後、ＳＯＩウェーハの透明絶縁性ハンドルウェーハ側の表面にサンドブラスト加工を施した。その後、テープを剥がし、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハを回収した。

（比較例２）
ブラスト加工としてウェットブラスト加工を施した以外は、比較例２と同様に行った。

比較例１及び２では、１回の処理ウェーハ数５０枚あたり、テープを貼る工程（３０分）及びテープ残渣の除去工程（３０分）が必要であった。一方、実施例１〜４では、比較例１及び２において必要だったテープを貼る工程及びテープ残渣の除去工程にかかった時間を短縮することができ、かつ、破損品が発生しなかった。

１１ 透明絶縁性ハンドルウェーハ
１１ｓ、１１ｓｓ 表面
１２ シリコンウェーハ
１２ｓ 表面
１２Ｂ シリコン薄膜
１２Ｂｓ 表面
１３ 水素イオン注入層
１４ 貼り合わせウェーハ
１５ ＳＯＩウェーハ
１６ 粗面化処理透明ＳＯＩウェーハ
２０ 真空チャック又は静電チャック
３０ 真空チャック
４０、５０ 静電チャック
３１、５１ 凹部
３２、５２ 保持部
３３ 吸着口
３４ 溝
４３、５３ 電極

Claims (5)

1. 透明絶縁性ウェーハ上にシリコン薄膜を有するＳＯＩウェーハのシリコン薄膜側を、真空チャック又は静電チャックを用いて保持し、前記ＳＯＩウェーハの透明絶縁性ウェーハ側の表面にブラスト加工を施す粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法であって、
   前記真空チャック又は静電チャックが、前記ＳＯＩウェーハのウェーハ径と同一の直径と、前記ＳＯＩウェーハの厚さと同一の深さを有する凹部と、該凹部に前記ＳＯＩウェーハを保持できる保持部とを備える、粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記ブラスト加工が、サンドブラスト加工又はウェットブラスト加工である請求項１に記載の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記真空チャック又は静電チャックの表面の材質がアルミである請求項１又は２に記載の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記ブラスト加工を施すＳＯＩウェーハが、
   表面から水素イオンを注入して内部に水素イオン注入層を備えるシリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの前記表面と、透明絶縁性ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせる工程と、
   前記貼り合わせた貼り合わせウェーハに、温度が２００〜４００℃の熱処理を施す工程と、
   前記熱処理後、前記水素イオン注入層に沿って前記透明絶縁性ハンドルウェーハ上の前記シリコン薄膜を剥離し、該透明絶縁性ハンドルウェーハ上に該シリコン薄膜を転写する剥離転写工程と、
   を少なくとも含む方法によって得られる請求項１〜３のいずれかに記載の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
5. 前記透明絶縁性ウェーハが、石英、ガラス、サファイア、又はＡｌＮである請求項１〜４のいずれかに記載の粗面化処理透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
   

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