JP6689268B2 - 基板スタック保持具、容器、および、基板スタックを分割するための方法 - Google Patents

基板スタック保持具、容器、および、基板スタックを分割するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板スタック保持具、当該基板スタック保持具を備えた容器、および、基板スタックを分割するための方法に関する。
従来技術では、ＳＯＩ（silicon on insulator）ウェハないしは構造を作製するために、好適には、いわゆるレイヤートランスファ法（英語：layer transfer process）が使用される。
第１のプロセス工程では、温度を上昇させるとガスになるイオン種を、注入法によって第１の半導体基板に導入する。後続のプロセス工程において、この第１の半導体基板の酸化を行う。後続のプロセス工程において、酸化物被膜されたこの第１の半導体基板と第２の基板との接合を行う。この接合プロセスの後、得られた基板スタックの熱処理を行う。この熱処理により、第１の半導体基板に沿って割れが生じる。この割れの後、割れによって得られた層が、その酸化物層によって依然として第２の半導体基板に付着しつつ、第１の半導体基板の主要部分を取り出すことができる。かかるプロセスは、特に「スマートカット法」との名称で知られている。スマートカット法は特に、米国特許第５３７４５６４号明細書に記載されている。
従来技術においてしばしば生じる１つの問題は、互いに分割したばかりの基板スタック部分が再統合することである。これら２つの基板スタック部分を互いに再分割することは比較的困難であり、コストを要する。
よって本発明の課題は、改善された基板スタック保持具と、基板スタックを分割するための改善された方法とを実現することである。前記課題は、独立請求項に記載の発明によって解決される。従属請求項に本発明の有利な実施形態が記載されている。本発明の範囲には、明細書、特許請求の範囲および／または図面に記載された少なくとも２つの特徴から成るあらゆる組み合わせも属する。数値範囲が記載されている場合には、この数値限界内にある値も限界値として開示されているとみなすべきであり、また、任意の組み合わせで権利請求し得るものである。
本発明の思想は、分割プロセスを特に機械的に支援し、かつ、分割後に基板スタック部分が互いに接触することを阻止する、基板スタック用の基板スタック保持具を構成することである。かかる構成により、基板スタック部分の事後的な不所望の結合を防止できるという利点が奏される。本発明の基板スタック保持具は、保持分離部と固定部とを備えている。保持分離部は、分割プロセス前に基板スタックを位置決めおよび固定するためのものであるから、事前固定を担当するものである。保持分離部はさらに、分割プロセス後に基板スタック部分を分離するためにも使用される。固定部は、分割プロセス後の両基板スタック部分を分離位置に固定するための要素を備えているので、事後固定を担当するものである。
以下「基板スタックの分割」とは、特にレイヤートランスファ法において、基板スタックを複数の基板スタック部分に割ることを意味することとするが、これに限定されない。「基板スタック部分の分離」とは、基板スタックの分割後に基板スタック部分が接触しなくなるように、基板スタック部分を互いに引き離すことを意味することとする。
保持分離部
以下、最初に本発明の第１の構造的特徴として、保持分離部を説明する。保持分離部は、基板スタックを本来的な分割プロセスまで定位置に保持できる構成とすべきものである。保持分離部はさらに、分割プロセス後に基板スタック部分が互いに接触しないようにすべく、基板スタック部分を互いに分離するように構成されている。基板スタック保持具ないしは保持分離部は好適には、基板スタックを垂直方向に収容するように構成されている。垂直方向の向きにより、好適には、第一に構造スペースを削減することができ、第二に、基板スタック保持具からの取出しないしは基板スタック保持具への装入を簡素化することができる。これに代えて、基板スタックを他の向きで、特に水平方向の向きで収容することも可能である。
好適な一実施形態では保持分離部は、基板スタックを径方向外側から結合領域において固定的に挟持できるように構成された少なくとも１つの挟持アームを備えることができ、この挟持アームは、特に楔形に形成されている。この楔角は特に１５°超であり、好適には４５°超であり、さらに好適には７５°超であり、非常に好適には１０５°超であり、最も好適には１３５°超である。「結合領域」とは、両基板間に位置する領域であって、当該領域を介して両基板が互いに結合されて基板スタックを構成する領域をいう。挟持アームは、基板スタックをその定位置に安定的に保持できるように、径方向外側からこの結合領域において（または、結合領域の隣ならびに／もしくは結合領域に平行に延在する脆弱化平面において）基板スタックに力を加えることができる。挟持アームが楔形である構成により、基板スタックを特に安定的に保持できるという利点が奏される。さらに、楔形状は挟持力と共に、分割された基板スタック部分を互いに分離することも支援する。
特に好適な一実施形態では、挟持アームは関節部を有する。挟持アームはこの関節部を用いて、基板スタックの上方にて旋回動作することができ、特に自己の自重によって基板スタックを固定し、ないしは基板スタック部分の分離を引き起こすことができる。挟持アームは、特にばねまたは他の機械要素によって、軽度の圧力を基板スタックに加えるように付勢される。また、電動式の挟持アームも可能である。代替的に、特に自動復帰のためのばねを用いて、上記の機械的な挟持アームを組み付けることもでき、これは特に、外部の機械の力作用によって作動される。
他の好適な一実施形態では、挟持アームは弾性材料から、特にプラスチックから、より好適には金属から、さらに好適には炭素複合材料から成り、関節部を介してではなく固定軸受部を介して固定されている。特に格別に好適な一実施形態では、挟持アームはセラミックから、特に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から作製されている。かかるセラミックは比較的脆性であるが、その代わりに不活性であり、また、比較的高い温度に対して比較的影響を受けにくい。挟持アームには特に高い機械的負荷がかからないので、上述のような脆性のセラミックを使用することができる。挟持アーム材料の弾性により、挟持アームは少なくとも数ｍｍ持ち上げることができ、これにより基板スタックの装入および／または取出しを行うことができる。挟持アームのうち固定を行う部分は、０．１ｍｍ超、好適には１ｍｍ超、より好適には１０ｍｍ超、持ち上げることができる。材料の弾性率は、１ＧＰａから１０００ＧＰａまでの間であり、好適には１０ＧＰａから１０００ＧＰａまでの間であり、より好適には１００ＧＰａから１０００ＧＰａまでの間であり、非常に好適には５００ＧＰａから１０００ＧＰａまでの間であり、最も好適には８００ＧＰａから１０００ＧＰａまでの間である。
好適な一実施形態では、保持分離部は、特に楔形に形成された台を有し、この台に基板スタックがその結合領域において、特に縦に載置され得る。好適にはこの台は、１５°超の楔角、好適には４５°超の楔角、さらに好適には７５°超の楔角、非常に好適には１０５°超の楔角、最も好適には１３５°超の楔角のいずれかを有する。基板スタックを包囲しない台の上述の形状により、基板スタック部分の分割および固定方向での離隔が改善される。両基板スタック部分は、下側において完全には包囲されていないので、分割後に固定方向に移動することができるからである。
台が楔形である構成によって、さらに、基板スタックを特に安定的に留めることができるという利点も奏される。さらに、楔形状は重力と相俟って、分割された基板スタック部分を互いに分離することも支援する。基板スタックが縦に配置されることにより、基板スタック部分を互いに特に効率的に分離できるという利点が奏される。
台は好適には、未分割状態では基板スタックを十分に停止させるように、かつ、分割後には両基板スタック部分を可能な限り容易に、特に重力によって自動的に分離できるように構成されている。
台と挟持アームとを互いに別体として構成して取り付けることができる。しかし、挟持アームと台とを１つの一続きの部品の、特に弾性で挟持するように作用する２つの区間とすることも可能である。
挟持アームおよび台を備えた本発明の上述の実施形態は、特に、縦置型の基板スタック保持具に適している。これに応じて基板スタックを台に置いて挟持アームにより固定できるからである。他の一実施形態では、対称的な保持具を構成することが可能である。その際には、保持分離部を対称的なフォーク部材として構成し、当該フォーク部材の２つの歯部を、２つの対称的な挟持アームとする。このフォーク部材は、基板スタックを軽度の圧力により当該フォーク部材に固定することができるように、かつ、基板スタックが分割によって初めて当該フォーク部材から横方向に離反するように、弾性に構成されている。
保持分離部は特に、以下の材料のうちいずれか１つまたは複数から作製することができる：
・セラミック、特に
窒化物セラミック、特に
窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）
炭化物セラミック、または
無機非金属ガラス、特に
非酸化物ガラス、または
酸化物ガラス、特に
・ケイ酸ガラスまたは
・ホウ酸ガラスまたは
・リン酸ガラス
・金属、特に
耐火性金属、特に
Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ
比較的高融点の純金属、特に
Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ
鋼
・合金、特に
金属合金
・プラスチック、特に
熱硬化性プラスチック
固定部
固定部は、本発明の基板スタック保持具の第２の重要な構造的特徴である。
固定部は、基板スタックを包囲し、ひいては基板スタック部分を包囲するように構成されている。固定部は好適には、基板スタックの各面において、当該基板スタックに対して平行に配置される少なくとも１つのフレーム支持体を有し、当該フレーム支持体は、分割後の基板スタック部分を当該フレーム支持体に固定するために、分離された基板スタック部分を収容および固定するための固定要素を有する。基板スタック部分の分割後、直ちに固定が行われることにより、基板スタック部分の不所望の接触を回避することができ、基板スタック部分は互いに分割された状態に留まり、特に熱処理プロセスの終了後に、基板スタック保持具から基板スタック部分を取り出すことができる。
好適な一実施形態では固定要素は、真空管路に接続された吸引口であって、基板スタック部分を吸引するための吸引口として構成されている。かかる吸引により、基板スタック部分の損傷を十分に防止できるという利点が奏される。吸引口は、互いに独立した真空管路に接続されており、これらの真空管路は特に２つであり、特にフレーム支持体に設けられている。各真空管路はそれぞれ、特に真空ポンプおよび／または適切な流体要素によって、他の真空管路とは別個に制御することができる。真空管路を別個に制御することにより、各個別の基板スタック部分を別々に取り出すことができる。特別な実施形態では、両真空管路の排気を同時に行えるようにし、ひいては両基板スタック部分に吸引作用が同時に及ぼされるようにすべく、流体力学的部品を各真空管路に前置接続することができる。
各真空管路内の圧力は、特に１バール未満、好適には８００ミリバール未満、さらに好適には５００ミリバール未満、最も好適には２００ミリバール未満に設定することができる。本発明の重要な点は、本発明の分割後の基板スタック部分にかかる負荷を非常に小さくすることである。よって、真空管路内は好適には、大気圧を僅かに下回る圧力にのみ設定されることになる。よって、本発明の実施形態を過圧力環境下で使用する場合には、真空管路内の圧力は特に、周囲圧より２００ミリバール下回り、より好適には５００ミリバール下回り、さらに好適には８００ミリバール下回る。その後、基板スタック部分を固定部からより効率的に取り外すため、真空管路に過圧力を印加することもできる。このことは特に、本発明の当該実施形態が過圧力チャンバ内におかれる場合に好適であり、真空管路内の圧力は、過圧力チャンバのチャンバ圧より大きくなければならない。かかる場合、真空管路は１バールから１０バールまでの間の圧力、好適には１バールから８バールまでの間の圧力、さらに好適には１バールから５バールまでの間の圧力、非常に好適には１バールから３バールまでの間の圧力、最も好適には１バールから２バールまでの間の圧力に耐えることができる。基板スタック部分と真空管路との接触を最大限にするためには、吸引口に密着する小さいシールリングまたは吸盤に類するコンタクト部を使用することが可能である。かかるシール要素は、特に弾性ならびに／もしくは真空気密とすることができ、および／または高い温度安定性を有することができる。
かかるシーリングの弾性率は、特に２００ＧＰａ未満であり、好適には１００ＧＰａ未満であり、さらに好適には１ＧＰａ未満であり、非常に好適には１００ＭＰａ未満であり、最も好適には１０ＭＰａ未満である。その気密性は、特に１ｍｂａｒ・ｌ／ｓ超、好適には２ｍｂａｒ・ｌ／ｓから１０ｍｂａｒ・ｌ／ｓまでの間、さらに好適には４ｍｂａｒ・ｌ／ｓから１０ｍｂａｒ・ｌ／ｓまでの間、非常に好適には６ｍｂａｒ・ｌ／ｓから１０ｍｂａｒ・ｌ／ｓまでの間、最も好適には８ｍｂａｒ・ｌ／ｓから１０ｍｂａｒ・ｌ／ｓまでの間である。これらの気密性値は、どの温度域においても確実な真空固定を実現できるように、使用される材料によって、特に上昇した温度下でも達成される。その材料は特に、１００℃超の温度まで、さらに好適には２５０℃超の温度まで、さらに好適には５００℃超の温度まで、非常に好適には７５０℃超の温度まで、最も好適には１０００℃超の温度まで温度安定性である。
上記実施形態に代わる他の一実施形態では、固定部は静電式固定要素である。静電式固定要素は特に、フレーム支持体に対して電気絶縁された導電性部材、特に平板から成る。かかる導電性部材は適切な給電線によって、十分に定義された電位にすることができる。導電性部材は、必要に応じて全自動で電気回路から遮断することができる。このような静電式固定要素を使用するための前提条件は、基板スタック部分が、静電式固定要素に対応した物理的特性と、静電気に関して、静電式固定要素に対応した振舞いとを有することである。
最も簡単な実施形態では、導電性部材は小さい柱体である。かかる柱体の厚さは、当該柱体の特徴的な平均径ないしは平均寸法に対して適切に小さいので、この柱体を「ディスク」と称することもできる。柱体の底面は円形のセグメント、半円形のセグメント、任意のセグメント角を有する部分円セグメント、方形、特に正方形、または、あらゆる任意の他の幾何形状である。これらの種々の幾何形状は、それぞれ異なる特徴的寸法を有する。以下「寸法」との文言は、各幾何形状に係る特徴的寸法と同義語として使用する。これはたとえば、円の場合には直径を、方形の場合には２辺の平均値等を意味する。寸法は特に１０ｃｍ未満であり、好適には８ｃｍ未満であり、さらに好適には６ｃｍ未満であり、非常に好適には４ｃｍ未満であり、最も好適には２ｃｍ未満である。
柱体の厚さは特に６ｃｍ未満であり、好適には４ｃｍ未満であり、さらに好適には２ｃｍ未満であり、非常に好適には１ｃｍ未満であり、最も好適には０．５ｃｍ未満である。特に格別に好適な一実施形態では、常に平板を２つずつ電極として接続し、それぞれ逆極性の電位にする。これにより、作用対象の基板スタック部分は、これに応じて逆極性の静電誘導を受ける。かかる電極に生じる電位は、好適には−３０，０００Ｖから３０，０００Ｖまでの間、好適には−２０，０００Ｖから２０，０００Ｖまでの間、さらに好適には−１０，０００Ｖから１０，０００Ｖまでの間、非常に好適には−５０００Ｖから５０００Ｖまでの間、最も好適には−３０００Ｖから３０００Ｖまでの間である。
特に好適な一実施形態では、周辺への放電が生じないようにすべく、電極は周囲部全体において絶縁材料によって包囲される。絶縁材料としては特に、相応の高温に耐えることができる誘電体、好適にはプラスチック、さらに好適にはセラミックが使用可能である。
他の好適な一実施形態では、スイッチング可能な表面がフレーム支持体に設けられている。「スイッチング可能な表面」とは本発明では、パルスによって、特に電気信号によって、付着特性、特に付着性能を変化できる表面をいう。その付着力は好適には、２つの互いに結合された表面を互いに分割するために必要な単位面積あたりのエネルギーによって定義される。このエネルギーの単位はＪ／ｍ２である。
単位面積あたりのエネルギーは、スイッチング可能な表面が非作動状態にあることにより付着力が最小値をとる状態では２．５Ｊ／ｍ２未満、好適には０．１Ｊ／ｍ２未満、より好適には０．０１Ｊ／ｍ２未満、非常に好適には０．００１Ｊ／ｍ２未満、より好適には０．０００１Ｊ／ｍ２未満、最も好適には０．００００１Ｊ／ｍ２未満である。スイッチング可能な表面が作動状態にあることにより付着力が最大値をとる状態では、単位面積あたりのエネルギーは０．００００１Ｊ／ｍ２超、好適には０．０００１Ｊ／ｍ２超、より好適には０．００１Ｊ／ｍ２超、非常に好適には０．０１Ｊ／ｍ２超、より好適には０．１Ｊ／ｍ２超、最も好適には１Ｊ／ｍ２超である。
他の好適な一実施形態では、機械的制御および／または空気圧式制御および／または液圧式制御によってスイッチング可能な機械的クランプが、フレーム支持体に固定されている。
固定部ないしはフレーム支持体は、以下の材料のうちいずれか１つまたは複数から作製することができる：
・セラミック、特に
窒化物セラミック、特に
窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）
炭化物セラミック、または
無機非金属ガラス、特に
非酸化物ガラス、または
酸化物ガラス、特に
・ケイ酸ガラスまたは
・ホウ酸ガラスまたは
・リン酸ガラス
・金属、特に
耐火性金属、特に
Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ
比較的高融点の純金属、特に
Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ
鋼
・合金、特に
金属合金
・プラスチック、特に
熱硬化性プラスチック
容器
他の１つの独立請求項に係る発明の他の対象は、上述の実施形態のうち１つの実施形態の基板スタック保持具を複数備えた容器に関し、これらの基板スタック保持具は、特に水平方向に隣り合って配置されている。上記にて基板スタック保持具について記載した特徴および実施形態は全て、本発明の容器にも準用する。
複数の基板スタック保持具を１つの容器内に収容ないしは配置することができる。特に、セラミック製、特にガラス製の容器、さらに好適にはホウケイ酸ガラス製の容器を使用することができる。また容器は、基板スタック保持具を収容するために適した、他のいかなる種類の容器とすることもできる。容器は好適には、基板スタックを自動的に装入および取出しできるようにするため、開放されている。
容器の保持具および固定部は、耐熱性材料から成る。これにより本発明では、分割を炉内で、特に連続炉内で行い、未だ炉内にあるときに固定部によって直ちに、互いに分割された基板スタック部分を固定して互いに分割した状態に維持することができる。このことにより、両基板スタック部分が接触により再付着することが防止される。
容器は、以下の材料のうちいずれか１つまたは複数から作製することができる：
・セラミック、特に
窒化物セラミック、特に
窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）
炭化物セラミック、または
無機非金属ガラス、特に
非酸化物ガラス、または
酸化物ガラス、特に
・ケイ酸ガラスまたは
・ホウ酸ガラスまたは
・リン酸ガラス
・金属、特に
耐火性金属、特に
Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ
比較的高融点の純金属、特に
Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ
鋼
・合金、特に
金属合金
・プラスチック、特に
熱硬化性プラスチック
方法
他の１つの独立請求項に係る発明の他の対象は、基板スタック、特にレイヤートランスファスタックを分割するための方法に関する。上記にて基板スタック保持具および容器について記載した特徴および実施形態は全て、本発明の方法にも準用し、またその逆も成り立つ。
本発明の方法は、基板スタックないしは基板スタック部分の装入、分割、固定および取出しにより構成され、この基板スタックは、特にレイヤートランスファスタックの好適な実施形態ではレイヤートランスファスタックである。以下、本発明のプロセスの一例としてレイヤートランスファスタックを使用する。しかし、ここでレイヤートランスファスタックを選択したことは、本発明のプロセスを何ら限定するものではない。
本発明の第１のプロセス工程では、基板スタックを基板スタック保持具に装入して基板スタック保持具に収容する。これは特に、上記構成の基板スタック保持具である。この点については、上記構成を参照されたい。装入は、手動または半自動設備ないしは全自動設備のいずれかにより行われる。大量生産では、装入は特にロボットを用いて行われる。好適な一実施形態では、上記の台上に基板スタックを位置決めする。特に、上記の挟持アームが基板スタックを、好適には少なくとも部分的に、さらに好適には大部分において自己の自重および／または付勢によって、さらに好適には自己の自重および／または付勢のみによって固定する。
好適な一実施形態では、弾性のフォーク部材の２つの歯部間に基板スタックを挟み込み、ないしは保持する。たとえば、ロボットは好適には、フォーク部材の弾性抵抗に抗する動作のみを行い、フォーク部材の両歯部間に基板スタックを挟み込む。フォーク部材歯部の内側は、好適には楔形に形成されている。かかる好適な実施形態により、関節部を介して回転可能な挟持アームの制御を無くすことができるので、好適なプロセスフローが実現される。このことにより、プロセス時間が短縮し、よって最適化される。基板スタック保持具に装入する上述の本発明のプロセス工程は、特に複数回行われる。後続のプロセス工程において炉内に、特に連続炉内に搬送できるようにするため、好適には、対応する基板スタック保持具は整列され、さらに好適には１つの容器内に収容される。
本発明の第２のプロセス工程において、基板スタックを有する基板スタック保持具に熱処理を施す。この熱処理は、好適には炉内で、好適には連続炉内で行われる。熱処理に際しては、基板スタックは２５℃を超える温度まで、好適には１００℃を超える温度まで、さらに好適には２５０℃を超える温度まで、非常に好適には５００℃を超える温度まで、最も好適には７５０℃を超える温度まで加熱される。基板スタック保持具の個々の部分は、相応に高い温度において損傷しない材料から作製され、特に上述の材料から作製されている。好適にはセラミック、特にガラスセラミック、窒化シリコン、炭化シリコン等を使用する。これらの材料の熱伝導率は比較的悪いので、熱処理プロセス時には基板スタックを保持具によって、熱伝導の観点において熱絶縁することができる。
基板スタックの適切な完全加熱を達成するためには、特に、本発明のプロセスを実施する空間をガスによって、特に適切な大きさの熱導電率を有するガスを流す。このガスの熱伝導率は０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回り、好適には０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回り、さらに好適には０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回り、最も好適には１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回る。ヘリウムの熱伝導率は、約０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）から０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）までの間である。本発明の上述の第２のプロセス工程において、基板スタックを２つの基板スタック部分に分割する。しかし、完全加熱を真空環境下にて行うこともできる。その際には、基板スタックは好適には赤外線放射器によって加熱され、または、熱対流によって保持分離部を介して熱を導入する。
本発明の第３のプロセス工程において、基板スタック部分が互いに離反する。分離プロセスは特に、適切な形状の台および／または適切な形状の挟持アームによって達成され、ないしは少なくとも支援される。特に、楔形状の台および挟持アームが、両基板スタック部分の分離の改善に寄与する。好適な一実施形態では基板スタック部分は、内部および／または外部に固定要素を備えるフレーム支持体付近に到達する。固定要素はこれらの基板スタック部分を固定して、分割プロセスにより得られた、極度に反応性かつ高付着性の清潔な表面の再統合を防止する。このことにより、基板スタック部分の分割は熱処理プロセス全体を通じて維持される。
本発明の第４のプロセス工程において、互いに分割されて保持された基板スタック部分を取り出す。この取出しも、好適にはロボットによって、ひいては全自動で行われる。これに代えて、手動または半自動の取出しも可能である。
他の１つの独立請求項に係る発明の他の対象は、基板スタックの分割、特に上述の本発明の方法による基板スタックの分割のための、上述の実施形態のうちいずれか１つの基板スタック保持具の使用に関する。重複を避けるため、上述の説明を参照されたい。
以下の好適な実施例の記載と図面とから、本発明の他の利点、特徴および詳細を導き出すことができる。
レイヤートランスファスタックを製造および分割するためのプロセスの複数の工程を示す図である。 基板スタックを有する一例の基板スタック保持具の正面側の断面図である。 基板スタック部分が分割された、図２ａの基板スタック保持具の正面側の断面図である。 一実施例の基板スタック保持具の側面図である。 他の一実施例の基板スタック保持具の側面図である。 他の一実施例の基板スタック保持具の側面図である。 他の一実施例の基板スタック保持具の側面図である。 本発明の一実施形態の容器の側面側の断面図である。
各図において、本発明の各利点および各構成に、本発明の実施形態により、これらをそれぞれ識別する符号を付しており、同一機能および／または同一作用の機能を有する部分ないしは構成には、同一の符号を付していることがある。
図１ａ、図１ｂおよび図１ｃは、レイヤートランスファスタック３を製造および分割するためのプロセスの複数の時間的に連続する工程を概略的に示す図である。
第１のプロセス工程において、半導体基板２の酸化を行う。これにより形成された酸化物層６は、その後のプロセス工程において研磨および薄化することができる。具体的には、かかるプロセスによって酸化物表面６ｏの凹凸の低減も行われる。これは、後の時期のフュージョンボンディングプロセスに必要となる。酸化物層６はかかるプロセス工程により、数μｍの厚さまで、特に数ｎｍの厚さまで薄化することができる。
レイヤートランスファスタック３を製造するための後続のプロセス工程では、温度を上昇させるとガスになるイオン種を、注入プロセスによって半導体基板２に導入する。この注入プロセスのパラメータは、イオン種の平均侵入深さｔをちょうど正確に定めることができるように調整することができる。このイオン種は、特に水素イオンである。水素イオンは、半導体基板２の十分に定義された深さに位置することとなる。水素イオンは比較的小さい質量を有するので、相当な加速時には、半導体基板２の単結晶微細構造を破壊することなく、非常に小さい運動エネルギーで半導体基板２に侵入することができる。水素イオンは特に室温下で、シリコン格子に結合する。
図１ａは、表面４ｏを有する第１の基板１と、酸化物層６が被覆された第２の基板２とを示しており、第１の基板１は材料４から、特に半導体材料から成り、第２の基板２は半導体材料５を含む。第２の基板２には、酸化物層６による当該第２の基板２の表面５ｏの酸化前に、上述の注入プロセスによって、たとえば水素イオン等のイオンが深さｔに、脆弱化平面７に沿って注入されている。
基板スタック３を製造するための後続のプロセス工程において、酸化物被膜された半導体基板２と基板１との接合を行う。この接合プロセスは、従来技術から公知である直接接合またはフュージョンボンディングとすることができる。
図１ｂは、両基板１および２を酸化物層６の表面６ｏおよび材料４の表面４ｏで接合することにより得られた基板スタック３を示す。両基板１および２は、両基板１および２間に位置する結合領域１８において、互いに結合されている。
かかる接合プロセスの後、得られた基板スタック３を分割するための熱処理を行う。この熱処理において、本発明の基板スタック保持具および／または本発明の方法を使用することができる。
この熱処理の際に、この時点までは格子に結合されていた水素原子が互いに結合して水素ガスになる。水素ガスは、半導体基板の格子に結合されていた水素原子より大きなモル体積を有する。もちろん、水素ガスのモル体積は、半導体基板中に生じる格子空隙のモル体積と比較しても大きい。したがって、熱処理によって半導体基板２の脆弱化平面７に沿って割れが生じる。この割れの後、割れによって得られた層８が酸化物層６によって半導体基板１に付着しつつ、半導体基板２の他の部分を除去することができる。
図１ｃは、脆弱化平面７に沿って互いに分割された後の、新規に形成された２つの基板スタック部分１’および２’を示す。層表面８ｏを有する層８は、表面５ｏ’を有する基板２の半導体材料５’から脆弱化平面７に沿って除去されたものである。酸化物６を介して層８と半導体基板４とが接合されることによってＳＯＩ基板スタック部分１’が得られ、他方では、この層８の除去によって新規に形成された、縮小した基板スタック部分２’が、残留基板として残る。後続のプロセス工程において、この基板スタック部分２’にイオン注入によって再度、更なる脆弱化平面を設け、その後、基板スタック部分２’を酸化させて再使用することができる。
図２ａは、特に図１ｂに示されたような基板スタック３を有する、本発明の一実施形態の基板スタック保持具９の正面側の断面図であり、このとき基板スタック保持具９は、未だ分割されていない基板スタック３を固定している。この状況はたとえば、基板スタック３を分割するための熱処理前に生じ得る。
基板スタック保持具９は、水平方向に配置されるフレーム１３を有し、このフレーム１３には台１２が固定的に結合されて配置されている。台１２は、基板スタック３が載置される場所に楔形に形成されている。基板スタック保持具９はさらに、２つのフレームアーム１７，１７’も有し、これらのフレームアーム１７，１７’は垂直方向に延在する。両フレームアーム１７，１７’は互いに平行に配置されており、両フレームアーム１７，１７’間に、基板スタック３のための収容スペースを形成している。基板スタック３はフレームアーム１７，１７’間のこの収容スペース内に垂直方向に配置され、当該基板スタック３の結合領域１８で縦に、楔形の台１２上に載置される。フレームアーム１７，１７’は基板スタック３の両側において延在し、基板スタック３の表面から離隔している。各フレームアーム１７，１７’はそれぞれ固定要素を、特に吸引口１９を有し、この固定要素は、特に互いに依存せずに開閉可能な真空管路１４，１４’に接続されている。基板スタック保持具９はさらに、楔形に形成された挟持アーム１１も有し、これは、基板スタック３の上側を当該基板スタック３の結合領域１８に固定し、ないしは固定的に挟持するものである。
図２ｂは、図２ａの基板スタック保持具９を概略的に示しており、同図では、基板スタック３は熱処理によって、当該基板スタック３の脆弱化平面７（図２ａにおいて破線で示されている）に沿って２つの基板スタック部分１’，２’に分割されている。図２ｂは特に、時間的に見て図２ａの状況の後に生じる状況を示している。基板スタック部分１’，２’は、真空路１４，１４’によって吸引されて、互いに分離されてフレームアーム１７，１７’の固定要素に、特にフレームアーム１７，１７’の吸引口１９に密着している。かかる分離は、挟持アーム１１および台１２を楔形とし、挟持アーム１１が、径方向内側に向かってないしは下方向に作用する自己の挟持力によって両基板スタック部分１’，２’を互いに押し広げて引き離すことにより達成される。基板スタック部分１’，２’は吸引口１９ないしは真空管路１４，１４’によって吸引されて、フレームアーム１７，１７’の吸引口１９の領域に固定される。基板スタック部分１’，２’がフレームアーム１７，１７’によって固定された後は、その次のステップにおいて、基板スタック部分１’，２’を基板スタック保持具９から取り外すことができる。
図３は、本発明の他の一実施形態の基板スタック保持具９の側面図である。本実施形態では、基板スタック保持具９は基板スタック３の各面に２つのフレームアーム１７，１１７を有する。基板スタック３を基準として、一方のフレームアーム１７は基板スタック３の正面領域に配置され、他方のフレームアーム１１７は基板スタック３の背面領域に配置される。本実施形態では、挟持アーム１１は関節部１５を介して、垂直方向に配置される保持具ロッド１０に接続されている。かかる構成により、挟持アーム１１は基板スタック３を基板スタック保持具９に装入するために上方向に旋回し、装入後は下方向に旋回することができ、これにより挟持アーム１１は、特にその自重によって、基板スタック３を接続領域１８において固定的に挟持することができる。この挟持位置では、挟持アーム１１は特に水平方向に配置された状態になる。基板スタック保持具９はさらに、フレーム１３に水平方向に配置された台１２も有し、この台１２は挟持アーム１１とは反対側に位置して、基板スタック３を結合領域１８において下方から固定する。本実施形態では、台１２は独立した部品として形成されており、保持具ロッド１０には結合されていない。その他の点については、図２ａおよび図２ｂの実施形態を参照されたい。
図４は、本発明の他の一実施形態の基板スタック保持具９の側面図である。本実施形態は基本的に、図３の実施形態と一致する。図３との相違点として、図４では、台１２’は保持具ロッド１０’と一体に結合されており、台１２’と保持具ロッド１０’とは直角を成している。本実施形態では、フレーム１３における保持具ロッド１０’の固定を改善できるという利点が奏される。その他の点については、図３の実施形態を参照されたい。
図５は、本発明の他の一実施形態の基板スタック保持具９を示しており、本実施形態では、台１２’と保持具ロッド１０’と挟持アーム１１’とは、１つの部品から一体に作製されている。挟持アーム１１’は関節部１５によってではなく、自己の弾性によって静止位置から変位する。装入のためには、基板スタック３は台１２’と挟持アーム１１’との間に挿入され、これにより、挟持アーム１１’の弾性によって、当該挟持アーム１１’を上方向に押し上げることができる。この挟持力により、基板スタック３は挟持アーム１１’によって固定的に挟持される。本実施形態により、基板スタック保持具９への基板スタック３の比較的簡単な装入が可能になる。その他の点については、基板スタック保持具９の構成は図４と同様であるから、上記構成を参照することができる。
図６は、本発明の他の一実施形態の基板スタック保持具９を示しており、本実施形態では、台１２’と保持具ロッド１０’と挟持アーム１１’’とは、１つの部品から作製されており、Ｕ字形の部品を成しており、このＵ字形の開放部は水平方向を向いている。図５とは対照的に、図６では挟持アーム１１’’は、台１２’と同様に形成されている。本発明の当該実施形態は特に、基板スタック保持具９を水平方向および／または垂直方向の位置に支持するために適している。保持具ロッド１０’は台１２’および挟持アーム１１’’と共に、２つの歯部１１’’および１２’を有する弾性のフォーク部材を構成し、このフォーク部材が、図５において挟持アーム１１’について既に説明したように、適切な弾性付勢によって基板スタック３を固定する。
図７は本発明の容器１６を示しており、この容器１６は、たとえば複数の基板スタック保持具９を搬送できるようにするためにこれらを収容する。真空管路１４，１４’を操作するための適切な接続要素は、示されていない。真空管路１４，１４’と容器１６とを接続するためには、基板スタック保持具９は、対応するインタフェースまたはアダプタを備える。これらは、概観しやすくするために図示されていない。基板スタック保持具９の真空管路１４，１４’の制御は、個別に、または同時に行うことができる。容器１６は特に、適合された特殊なウェハボックスとすることができる。
１ 基板
１’ 第１の基板スタック部分
２ 基板
２’ 第２の基板スタック部分
３ 基板スタック
４ 半導体材料
４ｏ 基板表面
５，５’ 半導体材料
５ｏ，５ｏ’ 基板表面
６ 酸化物層
６ｏ 酸化物層表面
７ 脆弱化平面
８ 層
８ｏ 層表面
９ 基板スタック保持具
１０，１０’ 保持具ロッド
１１，１１’，１１’’ 挟持アーム
１２，１２’ 台
１３ フレーム
１４，１４’ 真空管路
１５ 関節部
１６ 容器
１７，１７’，１１７ フレームアーム
１８ 結合領域
１９ 吸引口
ｔ 侵入深さ

Claims (14)

  1. 基板スタック保持具（９）であって、
    基板スタック（３）を基板スタック部分（１’，２’）への熱処理による分割プロセス中に保持し、当該分割プロセス後に当該基板スタック部分（１’，２’）を互いに分離するように構成された保持分離部（１１，１１’，１１’’，１２，１２’）と、
    前記分割プロセス後に、分離された前記基板スタック部分（１’，２’）を垂直方向に収容しおよび能動的に固定するように構成された固定部（１７，１７’，１１７）と
    を備え、
    前記固定部（１７，１７’，１１７）は、前記分割プロセス前は、前記基板スタック（３）から離隔しており、
    前記保持分離部（１１，１１’，１１’’，１２，１２’）は、前記分割プロセス後は、前記基板スタック（３）から離隔している、
    基板スタック保持具（９）。
  2. 前記保持分離部（１１，１１’，１１’’，１２，１２’）は、少なくとも１つの挟持アーム（１１，１１’，１１’’）を備えており、
    前記挟持アーム（１１，１１’，１１’’）は、前記基板スタック（３）を径方向外側から当該基板スタック（３）の結合領域（１８）において固定的に挟持できるように構成されている、
    請求項１記載の基板スタック保持具（９）。
  3. 前記挟持アーム（１１，１１’，１１’’）は、１５°超の楔角を有する、
    請求項２記載の基板スタック保持具（９）。
  4. 前記保持分離部（１１，１１’，１１’’，１２，１２’）は、台（１２，１２’）を有し、
    前記台（１２，１２’）に前記基板スタック（３）が当該基板スタック（３）の結合領域（１８）において載置される、
    請求項１から３までのいずれか１項記載の基板スタック保持具（９）。
  5. 前記台（１２，１２’）は、１５°超の楔角を有する、
    請求項４記載の基板スタック保持具（９）。
  6. 前記固定部（１７，１７’，１１７）は、前記基板スタック（３）の各面においてそれぞれ、当該基板スタック（３）に対して平行に配置される少なくとも１つのフレーム支持体（１７，１７’，１１７）を備えており、
    前記フレーム支持体（１７，１７’，１１７）は、分離された前記基板スタック部分（１’，２’）を収容および固定するための固定要素（１９）を有する、
    請求項１から５までのいずれか１項記載の基板スタック保持具（９）。
  7. 前記固定要素（１９）は、真空管路（１４，１４’）に接続された吸引口（１９）であって、前記基板スタック部分（１’，２’）を吸引するための吸引口（１９）として構成されている、
    請求項６記載の基板スタック保持具（９）。
  8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の複数の基板スタック保持具（９）を備えた容器（１６）であって、
    前記基板スタック保持具（９）は、水平方向に隣り合って配置されている
    ことを特徴とする容器（１６）。
  9. 基板スタック（３）を分割するための方法であって、
    ａ）請求項１から７までのいずれか１項記載の基板スタック保持具（９）に基板スタック（３）を装入して、当該基板スタック（３）を当該基板スタック保持具（９）に保持するステップと、
    ｂ）脆弱化平面（７）に沿って２つの基板スタック部分（１’，２’）に分割するために前記基板スタック（３）を熱処理するステップと、
    ｃ）前記基板スタック部分（１’，２’）を互いに分離するステップと、
    ｄ）互いに分割された前記基板スタック部分（１’，２’）を、前記基板スタック保持具（９）の固定部（１７，１７’，１１７）によって垂直方向に収容しおよび能動的に固定するステップと、
    ｅ）分割された前記基板スタック部分（１’，２’）を前記基板スタック保持具（９）から取り出すステップと
    を有し、
    前記固定部（１７，１７’，１１７）は、前記分離するステップ前は、前記基板スタック（３）から離隔しており、
    前記保持分離部（１１，１１’，１１’’，１２，１２’）は、前記分離するステップ後は、前記基板スタック（３）から離隔している、
    方法。
  10. ステップｂ）において前記熱処理を炉内で行い、前記基板スタック（３）を２５℃超の温度まで加熱する、
    請求項９記載の方法。
  11. ステップｂ）においてガスを前記炉に流し、
    前記ガスの熱伝導率は０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回る、
    請求項１０記載の方法。
  12. ステップｄ）において、前記固定部（１７，１７’，１１７）に配置された真空管路（１４，１４’）によって前記基板スタック部分（１’，２’）を吸引する、
    請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
  13. 前記基板スタック（３）を前記基板スタック保持具（９）内に垂直方向に配置する、
    請求項９から１２までのいずれか１項記載の方法。
  14. 請求項９から１３までのいずれか１項記載の方法による、基板スタック（３）の分割のための、請求項１から７までのいずれか１項記載の基板スタック保持具（９）の使用。
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