JPH09232199A - 薄膜プロセス用複合ウェハ基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体あるいは薄膜磁気ヘッド等の薄膜デバ
イスの製造歩留まりを向上させることを目的とし、複数
に分割された基板から構成される複合ウェハを提供す
る。 【解決手段】 一枚のウェハ形状の第１の基板１１の片
面上の面全体あるいは一部分に複数に分割された第２の
基板１３を接着剤１２により接着して形成した後、所定
のウェハ形状に形成加工し、第２の基板１３の表面を薄
膜素子１４の形成に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や薄膜磁気
ヘッド等の薄膜デバイス作製時のウェハプロセスに用い
られるシリコンやガラス、セラミック等のウェハ基板の
形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のウェハは図２に示すように薄型の
円柱形状４１になっている。これは、より大きなインゴ
ットから、切り出し、整形加工、研磨によって作製さ
れ、一枚板の形態となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなウェハを
用いた半導体あるいは薄膜磁気ヘッド等薄膜デバイスの
製造のプロセスでは、以下に挙げるような問題点が生じ
ていた。半導体あるいは薄膜磁気ヘッド等薄膜デバイス
の製造プロセスにおいては、通常数インチのウェハを基
準に製造装置が設計されている。

【０００４】例えば、成膜装置、表面研磨装置、エッチ
ング装置、露光装置等はすべてこの基準のサイズに合わ
せたウェハホルダを備えている。基板のサイズが装置間
で標準化されていることにより、量産性の向上が図られ
ている。しかし、プロセス前あるいはプロセス中に何ら
かの要因によりウェハが割れてしまった場合、標準化さ
れたサイズから逸脱してしまうため、たとえウェハ上の
素子に良品が残っていたとしても、以後のプロセスを進
めることが不可能になってしまう。

【０００５】ウェハ材料として物理的または熱的なショ
ックに対して弱い材料、あるいはもろい材料を用いた場
合、割れの発生は顕著となる。また、プロセスを進める
につれて堆積された膜による応力発生や応力の集中は増
加していくため、プロセス後半での割れ発生の確率は必
然的に多くなる。プロセス後半でウェハ割れが生じた場
合、それまでの工程はすべて無駄になってしまうため、
結果的に生産性の低下、コストの増加を招いている。

【０００６】また、ウェハ材料として非常に高価な材料
を用いる場合、ウェハ基板を構成するために必要な体積
のうちの最終的に不必要な部分に要する材料が無駄にな
り、その分製造コストが増大する。さらに、ウェハ形状
に加工することが非常に困難な材料、すなわち非常に割
れやすい材料、大きな形状に形成出来ない材料等は、薄
膜デバイスに利用することが出来なかった。

【０００７】また、プロセスに用いるウェハは量産性向
上のため年々大口径化しており、ウェハの径を大きくす
るにはウェハ自体の形状を保持するために必然的に厚さ
も厚くしなければならない。一方、薄膜素子形成のため
のプロセスにおいては、基板加熱温度、基板冷却温度あ
るいは成膜時の基板バイアスが素子特性の最適化のため
の重要なパラメータとなっている。ウェハ基板材料とし
て熱伝導率の小さい材料（例えばＣａＴｉＯ₃ ）を用い
た場合は、基板の厚みにより最適な基板加熱温度や基板
バイアスに変動が生じる。

【０００８】すなわち、ヒータで加熱する部分と素子ま
での距離が増える分、素子に実効的に加わる熱が変化す
るためである。そればかりでなく、熱伝導率が小さいこ
とによりウェハ表面上での温度分布が不均一になりやす
い。たとえウェハ材料が同一であったとしても、これら
の条件がウェハの厚みの違いにより異なってくるため、
ウェハサイズを大口径化使用とした場合に新たなプロセ
ス条件を再検討しなければならない。

【０００９】さらに、スパッタ等を用いた成膜工程の場
合、プラズマにより素子が高温にさらされ、このとき、
熱伝導率の小さいウェハを用いているとプラズマから素
子に加わる熱の逃げ場がなくなり、素子へのダメージが
大きくなってしまう。熱伝導率が小さいため、基板冷却
の効果が素子にまで有効にはたらかない。ウェハ厚が厚
くなる程この傾向は顕著となる。そこで、本発明は上記
の点に着目してなされたものであり、半導体あるいは薄
膜磁気ヘッド等の薄膜デバイスの製造歩留まりを向上さ
せることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための手段として、複数に分割された基板から構
成される複合ウェハを提供しようとするものである。複
合ウェハとは、図１に示すように、一枚のウェハ形状の
基板Ａの上に複数の分割された他の基板Ｂを接着するこ
とにより構成される。接着は有機接着あるいはガラス溶
着あるいは高温加圧接着等により行なう。

【００１１】基板Ｂを基板Ａの上に接着後、基板Ｂの接
着による高さ分布をなくすために基板Ｂの上面を研削加
工する。さらに鏡面に仕上げ、この基板Ａ＋基板Ｂを複
合ウェハとして薄膜デバイス作製プロセスに利用する。
プロセス終了後、基板Ｂを基板Ａから取り外し、所定の
形状に形成加工組立を行なう。特に熱伝導率の小さいウ
ェハ材料を用いる場合は、基板Ｂの厚みを可能な限り薄
くし、基板Ａとして熱伝導率の高い材料（例えばシリコ
ン（Ｓｉ）、アルミナ、カーボン（Ｃ）、鉄（Ｆｅ）、
タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、ステンレス等）を用いれば、基板Ａに均一に温
度が伝達するために基板Ｂを効率的に加熱または冷却す
ることが出来る。

【００１２】基板Ｂを薄くすればプロセス中に高温にさ
らされた素子の熱がすぐ真下の基板Ａに効率的に伝わ
り、基板冷却も効率的に行なうことができる。また、ウ
ェハを大口径化する際にも、基板Ａの厚みのみ変化させ
ればよく、基板Ｂは同じ厚みで構成することが出来、基
板温度及び基板バイアス条件等を再検討する必要がなく
なる。

【００１３】請求項１に記載の発明は、一枚のウェハ形
状の第１の基板（基板Ａ）１１の片面上の面全体あるい
は一部分に複数に分割された他材料の第２の基板（基板
Ｂ）１３を接着剤１２により接着して形成した後、所定
のウェハ形状に形成加工し、前記第２の基板１３の表面
を薄膜素子の形成に用いるように構成した薄膜プロセス
用複合ウェハ基板を提供する。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記請求項１に
記載の薄膜プロセス用複合ウェハ基板において、複数に
分割された第２の基板の各部分の隣接部は接着剤により
充填されて固定されている薄膜プロセス用複合ウェハ基
板を提供する。

【００１５】請求項３に記載の発明は、前記請求項１に
記載の薄膜プロセス用複合ウェハ基板において、前記第
２の基板１２として複数種の異なる基板材料を前記第１
の基板１１の同一面上に配置した薄膜プロセス用複合ウ
ェハ基板を提供する。

【００１６】請求項４に記載の発明は、前記請求項１に
記載の薄膜プロセス用複合ウェハ基板において、前記第
１の基板は熱伝導率の高い材料により構成した薄膜プロ
セス用複合ウェハ基板を提供する。

【００１７】上記の様な複合ウェハを用いた場合。次の
ような利点が生ずる。複数の基板Ｂのうちの一つあるい
はそれ以上が何らかの要因により割れが発生した場合で
も他の基板Ｂには影響を及ばさず、その被害がウェハ全
体に及ぶことはなく、後の工程をそのまま継続して進め
ることが出来る。

【００１８】基板の材料が非常に高価な材料の場合、基
板Ｂを必要最小限のサイズにし、それを組み合わせて複
合ウェハとして用いることにより、材料にかかるコスト
を低減出来る。ウェハ形状に加工することが非常に困難
な材料の場合は、形成可能な範囲の大きさで基板Ｂを作
製すれば複合ウェハとしてプロセスに利用することが出
来る。

【００１９】基板Ｂとして複数種類の異種基板材料を同
じ複合ウェハ上に並べることが出来るため、多品種少量
生産に応用出来る。また実験用に一度に多種類のデータ
を得ることが出来、効率的である。基板Ａとして用いる
基板は最終的に除去してしまうため、安価な材料で構成
出来る。従って、基板Ｂとして高価な材料を用いる場合
でも、必要最小限の厚みで構成すれば、コストを低減す
ることが出来る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図と共に本発明の薄膜プロ
セス用複合ウェハ基板の一実施例を説明する。 （実施例１）図３及び図４に、基板Ｂ（１３）としてサ
イズが10×10×t １mmのＣａＴｉＯ₃ 基板、基板Ａ（１
１）として、φ５インチ×t 1mm の石英（ＳｉＯ₂ ）ウ
ェハを用いた本発明の薄膜プロセス用複合ウェハ基板の
一実施例の工程を示す。

【００２１】図３（ａ）に示す工程１では、基板１１の
上に、スピンコートにより有機接着剤１２Ａを塗布す
る。図３（ｂ）の工程２では、有機接着剤１２Ａを塗布
した基板１１の上に、ＣａＴｉＯ₃ 基板１３を並べる。
加圧と加熱により定位置に接着する。

【００２２】図４（ｃ）に示す工程３では、更にその上
に有機接着剤１２Ｂを塗布して、基板１３間の間隙を充
填し固定する。そして、乾燥させる。図４（ｄ）の工程
４で、乾燥後に、上部に形成された有機接着剤１２Ｂ
を、研磨により、不要にはみ出した接着剤部分と接着の
不正確さにより生ずるＣａＴｉＯ₃ 基板上面の高さずれ
を除去する。

【００２３】図４（ｅ）に示す工程５により、こうして
構成された複合ウェハを用いて薄膜素子１４を形成す
る。この際、一部のＣａＴｉＯ₃ 基板には割れが認めら
れたが、その割れがウェハ全体に及ぶことはなく、良好
な歩留まりで薄膜素子１４を得ることが出来た。

【００２４】図４（ｆ）の工程６により、最後に、接着
剤部分１２Ａ，１２Ｂを、例えばアセトン溶液１６の中
で溶解することにより、第１基板１１から第２の基板１
３（薄膜素子１４）を分離するようにしている。なお、
アセトン溶液１６以外には、溶剤として、使用する接着
剤によってはイソプロピルアルコールを使用する場合も
ある。

【００２５】（実施例２）図５に、基板Ｂ（２３）とし
てサイズが10×10×t １mmのＣａＴｉＯ₃ 基板、基板Ａ
（２１）としてφ５インチ×t １mmの石英ウェハを用い
た本発明の薄膜プロセス用複合ウェハ基板の一実施例の
工程を示す。

【００２６】図５（ａ）に示す工程１では、石英ウェハ
上に低融点ガラス２２を成膜する。その上に、ＣａＴｉ
Ｏ₃ 基板２３を並べ、ＣａＴｉＯ₃ 基板２３どうしの隙
間にさらに低融点のガラス棒２２Ａを置いて、加熱と加
圧により充填し接着する。

【００２７】図５（ｂ）に示す工程２で、研磨により、
不要にはみ出した低融点ガラス部分２２と接着の不正確
さにより生ずるＣａＴｉＯ₃ 基板２３の上面の高さずれ
を除去する。図５（ｃ）に示す工程３により、こうして
構成された複合ウェハを用いて薄膜素子２４を形成す
る。

【００２８】この際一部のＣａＴｉＯ₃ 基板２３には割
れ２３Ｐが認められても、その割れがウェハ全体に及ぶ
ことはなく、良好な歩留まりで薄膜素子２４を得ること
が出来る。工程４（図示せず）により、最後に、低融点
ガラス部分２２を線２３Ｘ，２３Ｙに沿って上下に（垂
直に）まず切断し、次に切断され分割された各最小単位
のものを、水平に夫々切断して、薄膜素子２４を得る。

【００２９】（実施例３）図６に、基板Ｂとしてサイズ
が10×10×t １mmのＣａＴｉＯ₃ 基板３３及び同じサイ
ズのガラス基板３５の２種類の基板、基板Ａとしてφ５
インチ×t １mmの石英ウェハ３１を用いた本発明の薄膜
プロセス用複合ウェハ基板の一実施例の工程を示す。

【００３０】図６（ａ）に示す工程１では、石英ウェハ
３１の上にＣａＴｉＯ₃ 基板３３とガラス基板３５を有
機接着剤３２により、互いの隣接部を接着する。ＣａＴ
ｉＯ₃ 基板３３とガラス基板３５との間隙は有機接着剤
３２により充填されるようにする。

【００３１】図６（ｂ）に示す工程２で、研磨により、
不要にはみ出した接着剤部分３２と接着の不正確さによ
り生ずるＣａＴｉＯ₃ 基板３３及びガラス基板３５上面
の高さずれを除去する。図６（ｃ）に示す工程３によ
り、こうして構成された複合ウェハを用いて薄膜素子３
４を形成する。

【００３２】この際、一部のＣａＴｉＯ₃ 基板３３には
割れが認められたが、その割れがウェハ全体に及ぶこと
はなく、さらにガラス基板３５上でも良好な歩留まりで
素子３４を得ることが出来た。最後に工程４（図示せ
ず）により、接着剤部分３２を除去し、薄膜素子３４を
得る。

【００３３】基板Ｂとして、サイズが10×10×t １mmの
ＣａＴｉＯ₃ 基板３３及び同じサイズのガラス基板３５
の２種類としたが、これに限定されるものではなく、当
然３種以上の複数種の異なる基板材料でもよい。複数種
の異なる基板材料を組み合わせて複合ウェハとして用い
ることにより、材料にかかるコストを低減することが出
来る。

【００３４】（実施例４）前記の実施例１〜３と同様
に、ウェハを以下のような構成にて作製する。ウェハ径
３インチで、基板ＢとしてＣａＴｉＯ₃ 基板、厚みは0.
5mm とし、基板Ａとしてシリコン基板、厚みは1.5mm と
する。さらに、ウェハ径５インチで、基板ＢとしてＣａ
ＴｉＯ₃ 基板、厚みは0.5mm（ウェハ径３インチの場合
と同じ）とし、基板Ａとしてシリコン基板、厚みは2.5m
m （大口径化のため厚くする）とする。これら２種のウ
ェハを用いて薄膜素子を作製する場合、基板温度及び基
板バイアスの条件は変える必要がない。スパッタ中の基
板表面温度は、すべてＣａＴｉＯ₃ で構成したウェハが
４００℃であったのに対し、この実施例の複合基板では
２５０℃であった。

【００３５】第１の基板（基板Ａ）として、熱伝導率の
高い材料であるカーボン（Ｃ）、鉄（Ｆｅ）、タンタル
（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、
シリコン（Ｓｉ）、アルミナ等のウェハを用いると熱伝
導が良く、効率が良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜プロ
セス用複合ウェハ基板によれば、次のような利点が生ず
る。複数の第２の基板（基板Ｂ）のうちの一部が何らか
の要因により割れが発生した場合でも、他の第２の基板
には影響を及ばさず、その被害がウェハ全体に及ぶこと
はないので、後の工程をそのまま継続して進めることが
出来る。基板の材料が非常に高価な材料の場合、第２の
基板を必要最小限のサイズにし、それを組み合わせて複
合ウェハとして用いることにより、材料にかかるコスト
を低減することが出来る。

【００３７】ウェハ形状に加工することが非常に困難な
材料の場合は、形成可能な範囲の大きさで第２の基板を
作製すれば、複合ウェハとしてプロセスに利用すること
が出来る。第２の基板として、複数種類の異種基板材料
を同じ複合ウェハ上に並べることが出来るため、多品種
少量生産に応用出来る。また、一度に多種類のデータを
得ることが出来、開発効率の向上が図れる。

【００３８】第１の基板（基板Ａ）として用いる基板
は、最終的に除去してしまうため、安価な材料で構成す
ることが出来る。従って、第２の基板として高価な材料
を用いる場合でも、必要最小限の厚みで構成すればコス
トを低減することが出来る。第１の基板として熱伝導率
の高い材料を用いることにより、効率的に基板加熱、冷
却を行なうことが出来る。特にスパッタプロセス等で素
子に加わる熱を効率的に冷却することが出来、ウェハサ
イズが変わった場合でも基板温度、基板バイアス等の条
件を変える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による薄膜プロセス用複合ウェハ基板の
一実施例を示した図である。

【図２】従来の薄膜プロセス用ウェハ基板の例を示した
図である。

【図３】本発明による薄膜プロセス用複合ウェハ基板の
一実施例の工程図を示したものである。

【図４】本発明の一実施例の工程図を示したものであ
る。

【図５】本発明による薄膜プロセス用複合ウェハ基板の
一実施例の工程図を示したものである。

【図６】本発明による薄膜プロセス用複合ウェハ基板の
一実施例の工程図を示したものである。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 第１の基板（基板Ａ） １２Ａ，１２Ｂ，２２，３２ 有機接着剤 １３，２３，３３ 第２の基板（基板Ｂ） １４，２４，３４ 薄膜素子 １６ アセトン溶液 ２２Ａ 低融点ガラス棒 ２３Ｐ ひび割れ ２３Ｘ，２３Ｙ 切断線 ３５ ガラス基板（第２の基板（基板Ｂ））

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一枚のウェハ形状の第１の基板の片面上の
   面全体あるいは一部分に複数に分割された第２の基板を
   接着剤により接着して形成した後、所定のウェハ形状に
   形成加工し、前記第２の基板の表面を薄膜素子の形成に
   用いるように構成したことを特徴とする薄膜プロセス用
   複合ウェハ基板。
2. 【請求項２】前記請求項１に記載の薄膜プロセス用複合
   ウェハ基板において、複数に分割された第２の基板の各
   部分の隣接部は接着剤により充填されて固定されている
   ことを特徴とする薄膜プロセス用複合ウェハ基板。
3. 【請求項３】前記請求項１に記載の薄膜プロセス用複合
   ウェハ基板において、前記第２の基板として複数種の異
   なる基板材料を前記第１の基板の同一面上に配置したこ
   とを特徴とする薄膜プロセス用複合ウェハ基板。
4. 【請求項４】前記請求項１に記載の薄膜プロセス用複合
   ウェハ基板において、前記第１の基板は熱伝導率の高い
   材料により構成するようにしたことを特徴とする薄膜プ
   ロセス用複合ウェハ基板。