KR20000057895A - 분리장치, 분리방법 및 반도체기판의 제조방법 - Google Patents
분리장치, 분리방법 및 반도체기판의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
다공질층상에 단결정 Si층을 형성하고, 그 단결정 Si층상에 절연층을 형성한 제 1기판과 제 1기판을 접합해서 제조한 접합된 적층기판을 다공질층에서 분리할 때에, 분리된 기판의 주변부에 톱니모양의 결함이 생기는 것을 방지한다. 접합된 적층기판(30)을 축(C)를 중심으로 해서 방향(R)로 회전시키면서, 분사노즐(112)로부터 유체를 분사해서 접합된 적층기판(30)의 다공질층에 주입함으로써, 접합된 적층기판(30)을 다공질층에서 2매의 기판으로 분리한다. 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리할 때는, 분사노즐(112)을 소정 범위(B)내에 위치시킨다.
Description
본 발명은 부재의 분리장치 및 분리방법, 그리고 반도체기판의 제조방법에 관한 것이다.
절연층상에 단결정 Si층을 지닌 기판으로서, SOI(Silicon On Insulator)구조를 지닌 기판(SOI기판)이 알려져 있다. 이 SOI기판을 채용한 디바이스는, 통상의 Si기판에서는 달성할 수 없는 다수의 우위점을 지닌다. 이 우위점의 예로서는 이하의 것을 들 수 있다.
[1] 유전체분리가 용이하므로 집적도를 증가시킬 수 있다.
[2] 방사선내성을 증대시킬 수 있다.
[3] 부유용량이 적기 때문에 디바이스의 동작속도를 증대시킬 수 있다.
[4] 웰(well)공정이 불필요하다.
[5] 래치업(latch-up)을 방지할 수 있다.
[6] 박막화에 의한 완전결핍형 전계효과트랜지스터의 형성이 가능하다.
SOI구조는, 상기와 같은 다양한 우위점을 지니므로, 수십년동안 그의 형성방법에 관한 연구가 진행되어 왔다.
SOI기술로서는, 오랫동안 단결정사파이어기판상에 Si를 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 헤테로에피택셜성장시키는 SOS(Silicon On Sapphire)기술이 공지되어 있다. 이 SOS기술은, 가장 성숙한 SOI기술로서 일응의 평가를 얻고 있으나, 예를 들면, Si층과 밑에 있는 사파이어기판사이의 계면에 있어서의 격자부정합에 의한 다량의 결정결함의 발생, 사파이어기판을 구성하는 알루미늄의 Si층에의 혼입, 기판의 값비쌈 및 대면적화에의 곤란함 등의 이유에 의해 실용화가 진행되고 있지 않다.
SOS기술에 이어 매립산화층을 이용하는 SOI기술이 등장하였다. 이들 SOI기술에 관해서, 결정결함의 저감이나 제조비용의 저감 등을 목적으로 해서 각종 방법이 시도되어 왔다. 이 방법으로서는, 기판에 산소를 이온주입해서 매립산화층을 형성하는 방법, 산화막을 통해 2매의 웨이퍼를 접합하고, 그 중 한쪽의 웨이퍼를 연마 또는 에칭해서, 얇은 단결정 Si층을 산화막위에 남기는 방법 및 산화막을 지닌 Si기판의 표면으로부터 소정 깊이로 수소를 이온주입하고, 이 기판을 다른 쪽의 기판에 접합하고, 가열처리 등에 의해 해당 산화막상에 얇은 단결정 Si층을 남기고, 접합된 기판의 한쪽(다른 쪽의 기판)을 박리하는 방법 등을 들 수 있다.
본 출원인은, 일본국 특허공개공보 평 5-21338호에 있어서, 새로운 SOI기술을 개시한 바 있다. 이 기술은, 다공질층을 지닌 단결정반도체기판상에 비다공질 단결정층(단결정 Si층을 포함)을 형성해서 얻은 제 1기판을, 절연층(SiO2)을 개재해서 제 2기판에 접합시키고, 그 후, 다공질층에서 양기판을 분리함으로써, 제 2기판에 비다공질 단결정층을 이전시키는 것이다. 이 기술은, SOI층의 막두께균일성이 우수하다는 점과, SOI층의 결정결함밀도를 저감시킬 수 있다는 점과, SOI층의 표면평탄성이 양호하다는 점과, 특수사양을 지닌 고가의 제조장치가 불필요하다는 점과, 수 100Å 내지 10㎛정도의 두께의 SOI막을 지닌 SOI기판을 동일 제조장치에서 제조가능하다는 점 등에서 우수하다.
또한, 본 출원인은, 일본국 특허공개공보 평 7-302889호에 있어서, 제 1기판과 제 2기판을 접합시킨 후에, 제 1기판을 파괴하는 일없이 제 2기판으로부터 해당 제 1기판을 분리하고, 그 후, 분리한 제 1기판의 표면을 평활하게 해서 재차 다공질층을 형성하고, 이 기판을 재이용하는 기술을 개시한 바 있다. 이 기술은, 제 1기판을 낭비없이 사용할 수 있으므로, 제조비를 대폭 저감시킬 수 있고, 제조공정도 간단하다고 하는 우수한 이점을 지닌다.
예를 들면, 일본국 특허공개공보 평 5-21338호에 기재된 방법, 즉, 다공질층상에 단결정 Si층 등의 비다공질층을 지닌 제 1기판을 절연층을 개재해서 제 2기판에 접합해서 얻어진 기판(이하, "접합된 적층기판"이라 칭함)을 해당 다공질층에서 분리함으로써, 제 1기판쪽에 형성된 비다공질층을 제 2기판으로 이전시키는 방법에 있어서는, 접합된 적층기판을 분리하는 기술이 매우 중요하다.
예를 들면, 접합된 적층기판을 분리할 때에, 분리층으로서의 다공질층이외의 부분에서 분리되면, 활성층으로서 사용되어야 할 비다공질층(예를 들면, 단결정 Si층) 등이 파괴되어, 소망의 SOI기판을 얻을 수 없게 된다.
본 발명은, 상기 상황을 고려해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 접합된 적층기판 등의 원반형상 부재의 분리시에 결함이 발생하는 것을 방지하는 데 있다.
본 발명의 제 1측면에 의하면, 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 분리하는 분리장치에 있어서, 상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구에 의해 유지된 원반형상 부재의 상기 분리층에 유체의 흐름(여기서의 "흐름"이란, 속(束)형상, 즉, 다발형상을 의미함)을 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하기 위한 유체분사부를 구비하고, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에, 상기 원반형상 부재의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 상기 분사부의 위치가, 상기 원반형상 부재에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 원반형상 부재의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하도록 유지되는 것을 특징으로 하는 분리장치가 제공된다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 예를 들면, 상기 분사부는, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 압력을 지닌 유체를 분사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치는, 예를 들면, 상기 분사부로부터 분사되는 유체의 압력을 제어하기 위한 제어부를 또 구비한 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 상기 제어부는, 예를 들면, 분리처리의 진행에 따라서 유체의 압력을 변화시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치는, 예를 들면, 상기 분사부를 분리층을 따라서 이동시키는 구동기구를 또 구비한 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 예를 들면, 상기 구동기구는, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때는, 상기 유체가 해당 주변부에 주입되도록 상기 분사부의 위치를 조정하고, 상기 원반형상 부재의 중앙부쪽을 분리할 때는, 상기 유체가 해당 중앙부쪽으로 주입되도록 상기 분사부의 위치를 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 상기 원반형상 부재의 나머지 부분보다도 취약한 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 다공질층인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1측면에 의한 분리장치에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 다층구조를 지닌 다공질층인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2측면에 의하면, 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 분리하는 분리장치에 있어서, 상기 원반형상 부재를 유지하는 유지부와, 상기 유지부에 의해 유지된 상기 원반형상 부재의 상기 분리층에 유체의 흐름을 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하기 위한 유체분사부를 구비하고, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에는, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 분리처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 분리장치가 제공된다.
본 발명의 제 2측면에 의한 분리장치에 있어서, 상기 유지부는, 예를 들면, 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 유지하는 회전기구를 지닌 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3측면에 의하면, 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 회전시키는 동시에, 분사부로부터 유체의 흐름을 상기 분리층에 분사해서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하는 분리방법에 있어서, 유체의 진향방향이 양의 방향인 것으로 가정할 경우, 상기 원반형상 부재의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 상기 분사부의 위치가, 상기 원반형상 부재에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 원반형상 부재의 주변부의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하는 상태에서, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 분리방법이 제공된다.
상기 본 발명의 제 3측면에 의한 분리방법에 있어서, 상기 주변부분리공정에서는, 예를 들면, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 압력을 지닌 유체를, 상기 분사부로부터 분사하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 3측면에 의한 분리방법은, 예를 들면 상기 분사부로부터 분사되는 유체의 압력을 제어하기 위한 제어공정을 또 구비한 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 3측면에 의한 분리방법에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 상기 원반형상 부재의 나머지 부분보다도 취약한 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 3측면에 의한 분리방법에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 다공질층인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 3측면에 의한 분리방법에 있어서, 상기 분리층은, 예를 들면, 다층구조를 지닌 다공질층인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 4측면에 의하면, 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 유지하고, 분사부로부터 유체의 흐름을 분사해서 상기 분리층에 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하는 분리방법에 있어서, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 분리방법이 제공된다.
상기 본 발명의 제 4측면에 의한 분리방법에 있어서, 상기 주변부분리공정에서는, 예를 들면, 상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 분리처리를 실행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 5측면에 의하면, 반도체기판의 제조방법에 있어서, 내부에 다공질층을 지니고, 그 다공질층위에 비다공질층을 지닌 제 1기판을 작성하는 공정과, 상기 제 1기판과 제 2기판을 상기 비다공질층을 개재해서 접합해서 접합된 적층기판을 형성하는 공정과, 상기 다공질층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 접합된 적층기판을 회전시키는 동시에, 유체의 흐름을 분사해서 상기 다공질층에 주입하면서, 상기 접합된 적층기판을 상기 다공질층에서 2매의 기판으로 분리하는 분리공정을 구비하고, 상기 분리공정은, 상기 접합된 적층기판의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 분사부의 위치가, 상기 접합된 적층기판에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 접합된 적층기판의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하는 상태에서, 상기 접합된 적층기판의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 6측면에 의하면, 반도체기판의 제조방법에 있어서, 내부에 다공질층을 지니고, 그 다공질층위에 비다공질층을 지닌 제 1기판을 작성하는 공정과, 상기 제 1기판과 제 2기판을 상기 비다공질층을 개재해서 접합해서 접합된 적층기판을 형성하는 공정과, 유체의 흐름을 분사해서 상기 다공질층에 주입하면서, 상기 접합된 적층기판을 상기 다공질층에서 2매의 기판으로 분리하는 분리공정을 구비하고, 상기 분리공정은, 상기 접합된 적층기판의 가장 바깥주변부가, 상기 접합된 적층기판의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 접합된 적층기판의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 상기 접합된 적층기판의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 목적, 특징 및 이점 등은 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시형태예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 바람직한 실시형태예에 의한 SOI기판의 제조에 있어서의 각 공정을 설명하는 단면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태예에 의한 분리장치의 개략적인 구성을 표시한 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태예에 의한 분리장치의 개략적인 구성을 표시한 도면
도 4는 구동로봇에 의해 구동되는 분사노즐의 이동경로를 표시한 도면
도 5는 접합된 적층기판의 주변부의 분리에 적합한, 접합된 적층기판의 회전방향(접합된 웨이퍼쌍의 회전방향), 유체의 분사방향 및 제 1작업위치(분사노즐의 위치)사이의 관계를 설명하기 위한 도면
도 6은 주변부분리조건을 만족하지 않을 경우에 있어서의 접합된 적층기판의 분리의 진행상태를 개략적으로 표시한 도면
도 7은 주변부분리조건을 만족할 경우에 있어서의 접합된 적층기판의 분리의 진행상태를 개략적으로 표시한 도면
도 8은 도 7에 표시한 접합된 적층기판의 S-S'선을 따라 절단한 단면을 개략적으로 표시한 도면
도 9는 기판유지부간의 간격을 조정하기 위한 조정기구의 제 1구성예를 표시한 도면
도 10은 기판유지부간의 간격을 조정하기 위한 조정기구의 제 2구성예를 표시한 도면
도 11은 분리진행중의 제트의 압력의 제어예를 표시한 그래프
도 12는 대표적인 접합된 적층기판을 표시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 제 1기판 11: 단결정 Si기판
12, 12', 12'': 다공질 Si층 13: 비다공질 단결정 Si층
14: SiO2층(절연층) 20: 제 2기판
30: 접합된 적층기판 100: 분리장치
102, 103: 지지부 104, 105: 베어링
106, 107: 회전축 108, 109: 기판유지부
108a, 108b: 진공흡착기구 110, 111: 구동원
112: 분사노즐 113: 스프링
115: 고압펌프 116: 압력제어부
121: 피스톤로드 122: 에어실린더
131: 편심캠 132: 구동판
401: 제 1작업위치 402: 제 2작업위치
403: 퇴피위치 410: 분사노즐의 이동경로
450: 구동로봇
이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태예를 설명한다.
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 바람직한 실시형태예에 의한 SOI기판의 제조에 있어서의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 1(a)에 표시한 공정에서는, 단결정 Si기판(11)을 준비하고, 그 단결정 Si기판(11)의 표면에 양극화성 등에 의해 다공질 Si층(12)을 형성한다. 다공질 Si층(12)은 다공도가 다른 복수의 층을 지닌 다층구조를 지녀도 된다.
도 1(b)에 표시한 공정에서는, 다공질 Si층(12)위에 비다공질층으로서의 단결정 Si층(13)을 에피택셜성장에 의해 형성하고, 그 단결정 Si층(13)표면을 산화처리해서 비다공질 절연층으로서 SiO2층(14)을 형성한다. 이것에 의해 제 1기판(10)이 형성된다. 상기 다공질 Si층(12)은, 예를 들면, 단결정 Si기판(11)에 이온을 주입하는 방법(이온주입법)에 의해 형성해도 된다. 이 방법에 의해 형성된 다공질 Si층은 다수의 미소공동(microcavity)을 지니므로, 미소공동층이라 호칭한다.
도 1(c)에 표시한 공정에서는, 제 2기판(20)으로서 단결정 Si기판을 준비하고, 제 1기판(10)의 SiO2층(14)이 제 2기판(20)에 대면하도록 해서 제 1기판(10)과 제 2기판(20)을 실온에서 밀착시킨다. 그 후, 양극접합, 가압, 가열 혹은 이들을 조합시킨 처리에 의해 제 1기판(10)과 제 2기판(20)을 접합시킨다. 이 처리에 의해, 제 2기판(20)과 SiO2층(14)이 강고하게 접합된 적층기판(30)이 형성된다. 또, SiO2층(14)은, 상기와 같이 단결정 Si층(13)위에 형성해도 되고, 또한, 제 1기판과 제 2기판을 서로 밀착시킨 때에, 도 1(c)에 표시한 상태로 되는 한, 제 2기판(20)위에, 혹은 양쪽 기판위에 형성해도 된다.
도 1(d)에 표시한 공정에서는, 접합된 적층기판(30)을 다공질 Si층(12)에서 분리한다. 이것에 의해, 제 2기판쪽[(10")+(20)]은, 다공질 Si층(12")/단결정 Si층(13)/절연층(14)/단결정 Si기판(20)의 다층구조로 된다. 제 1기판쪽(10')은, 단결정 Si기판(11)위에 다공질 Si층(12')이 형성된 구조로 된다.
분리된 제 1기판(10')은, 잔류한 다공질 Si층(12')을 제거하고, 필요에 따라서, 다공질 Si층(12')의 표면을 평탄화함으로써, 재차 제 1기판(10)을 형성하기 위한 단결정 Si기판(11) 또는 제 2기판(20)으로서 사용된다.
접합된 적층기판(30)을 분리한 후, 도 1(e)에 표시한 공정에서는, 제 2기판쪽[(10")+(20)]의 표면상의 다공질층(12")을 선택적으로 제거한다. 이 처리에 의해, 단결정 Si층(13)/절연층(14)/단결정 Si기판(20)의 다층구조,즉 SOI구조를 지닌 기판이 얻어진다.
본 실시형태예에 있어서는, 도 1(d)에 표시한 공정, 즉 접합된 적층기판(30)을 분리하는 공정에 있어서, 분리층으로서의 다공질 Si층에 대해서 고압의 액체 또는 기체(유체)를 분사함으로써 해당 분리영역에서 상기 접합된 적층기판을 2매의 기판으로 분리하는 분리장치를 사용한다.
[분리장치의 기본구성]
이 분리장치는, 워터제트법을 사용한다. 일반적으로, 워터제트법은, 물을 고속, 고압의 수류(물의 흐름)형태로 해서 대상물에 대해서 분사해서, 세라믹, 금속, 콘크리트, 수지, 고무 또는 목제 등의 절단이나 가공, 표면으로부터 도막의 제거, 또는 표면의 세정 등을 행하는 방법이다("워터제트", 제 1권 1호, 제 4면(1984년)).
이 분리장치는, 접합된 적층기판의 취약한 구조로서의 다공질층(분리영역)에 대해서, 해당 접합된 적층기판의 면방향에, 고속, 고압의 흐름형태의 유체를 분사해서, 다공질층을 선택적으로 붕괴시킴으로써, 다공질층에서 해당 적층기판을 분리하는 것이다. 이하에서는, 이 흐름을 "제트"라고 칭한다. 또, 제트를 형성하는 유체로서는, 물, 알콜 등의 유기용매, 불화수소산 또는 질산 등의 산, 수산화칼륨 등의 알칼리, 공기, 질소가스, 탄산가스, 희가스 또는 에칭가스 등의 기체, 혹은 플라즈마 등을 사용할 수 있다.
이 분리장치는, 접합된 적층기판의 다공질층(분리층)에 대해서 제트를 분사함으로써, 다공질층을 바깥주변부분으로부터 중심부분을 향해서 제거한다. 이 처리에 의해서, 접합된 적층기판은, 그 본체부분에 손상을 주는 일없이, 기계적인 강도가 낮은 분리영역만이 제거되어, 2매의 기판으로 분리된다.
제트를 분사하는 노즐은, 원형뿐만 아니라 각종 형상도 채용할 수 있다. 예를 들면, 슬릿형상의 노즐을 채용하여, 긴 직사각형단면을 지닌 제트를 분사함으로써, 분리층에 제트를 효율적으로 분사하는 것이 가능해진다.
제트분사조건은, 예를 들면, 분리영역(예를 들면, 다공질층)의 종류, 접합된 적층기판의 원주면의 형상 등에 따라서 결정할 수 있다. 제트분사조건으로서, 예를 들면, 유체에 가하는 압력, 제트주사속도, 노즐폭이나 직경(직경은 제트직경과 거의 동일함), 노즐형상, 노즐과 분리층과의 거리, 제트의 유량 등은 중요한 변수로서 사용된다.
접합된 적층기판의 축방향에 가해지는 분리력은, 기판의 손상을 방지하기 위해, 예를 들면, 1㎠당 수백gf로 하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태예에 의한 분리장치의 개략적인 구성을 표시한 도면이다. 이 분리장치(100)에서는, 접합된 적층기판(30)을 회전시키면서, 다공질층(12)에 제트를 주입함으로써, 해당 접합된 적층기판을 2매의 기판으로 분리한다.
이 분리장치(100)는, 진공흡착기구(108a), (109a)를 구비한 기판유지부(108), (109)를 지니고, 이 기판유지부(108), (109)에 의해, 접합된 적층기판(30)을 양쪽에서 끼우도록 해서 유지한다. 접합된 적층기판(30)은, 전술한 바와 같이, 내부에 취약한 구성부로서 다공질층(12)을 지니고, 이 분리장치(100)에 의해 상기 다공질층(12)에서 2매의 기판으로 분리된다(도 1(d)).
기판유지부(108), (109)는, 하나의 회전축상에 존재한다. 기판유지부(108)는, 베어링(104)을 통해서 지지대(102)에 회전가능하게 축지지된 회전축(106)의 일단부에 연결되고, 이 회전축(106)의 타단부는, 지지부(110)에 고정된 구동원(예를 들면, 모터)(110)의 회전축에 연결되어 있다. 따라서, 구동원(110)이 발생하는 회전력에 의해, 기판유지부(108)에 진공흡착된 상기 접합된 적층기판(30)이 회전하게 된다. 구동원(110)은, 접합된 적층기판(30)의 분리시에, 제어기(도시생략)로부터의 명령에 따라서 지정된 회전속도로 회전축(106)을 회전시킨다.
기판유지부(109)는, 베어링(105)을 통해서 지지부(103)에 미끄럼이동가능하게 또한 회전가능하게 축지지된 회전축(107)의 일단부에 연결되고, 이 회전축(107)의 타단부는, 구동원(예를 들면, 모터)(111)의 회전축에 연결되어 있다. 여기서, 구동원(110)이 회전축(106)을 회전시키는 속도와, 구동원(111)이 회전축(107)을 회전시키는 속도를 일치시켜, 접합된 적층기판(30)이 뒤틀리는 것을 방지할 필요가 있다.
또, 반드시 구동원(110), (111)의 쌍방을 사용할 필요는 없고, 이들 구동원중 어느 한 쪽을 사용해도 된다. 예를 들면, 구동원(110)만을 사용한 경우, 접합된 적층기판(30)이 분리되기 전에 있어서는, 회전축(106), 기판유지부(108), 접합된 적층기판(30), 기판유지부(109) 및 회전축(107)은, 일체로 회전한다. 그리고, 접합된 적층기판(30)이 2매의 기판으로 분리된 후에는, 회전축(107)쪽의 각 부분은 정지상태로 된다.
또, 1개의 구동원이 발생하는 회전력을 2개로 분기해서, 그 분기된 각각의 회전력에 의해 회전축(106), (107)을 회전시켜도 된다.
회전축(107)을 지지하는 지지부(103)에는, 접합된 적층기판(30)을 압압하기 위한 스프링(113)이 부착되어 있다. 따라서, 접합된 적층기판(30)을 진공흡착기구(108a), (109a)에 의해 흡착하지 않은 경우에도, 분사노즐(112)로부터 분사되는 제트에 의해 분리된 2매의 기판이 낙하하는 일은 없다. 또, 접합된 적층기판(30)을 압압함으로써, 분리시에도 접합된 적층기판(30)을 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.
또, 회전축(106)쪽에도, 마찬가지로, 접합된 적층기판(30)을 압압하기 위한 스프링을 설치해도 된다.
분사노즐(112)에는, 고압펌프(115)가 연결되어 있어, 고압펌프(115)로부터 분사노즐(112)에 고압의 유체(예를 들면, 물)를 공급함으로써, 분사노즐(112)로부터 제트가 분사된다. 고압펌프(115)가 유체에 가하는 압력은, 압력제어부(116)에 의해 제어된다.
이 분리장치(100)는, 분사노즐(112)을 구동하기 위한 구동로봇을 지닌다. 도 4는 구동로봇에 의해서 구동되는 분사노즐의 이동경로를 표시한 도면이다.
구동로봇(450)은, 분사노즐(112)을 경로(410)를 따라서 이동시킨다. 접합된 적층기판(30)을 기판유지부(108), (109)에 유지시킬 때 및 분리후의 각 기판을 기판유지부(108), (109)로부터 떼어낼 때에는, 구동로봇(450)은, 분사노즐(112)을 퇴피위치(403)로 이동시킨다. 한편, 접합된 적층기판(30)을 분리시킬 때는, 구동로봇(450)은, 분사노즐(112)을 접합된 적층기판(30)의 다공질층(12)상으로 이동시킨다.
이 실시형태예에서는, 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리할 때는, 제 1작업위치(401)에 분사노즐(112)을 배치하고, 그 후, 제 1작업위치(401)로부터 제 2작업위치(402)까지 분사노즐(112)을 이동시키면서 분리공정을 속행한다.
이 실시형태예에서는, 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리하는 동안, 접합된 적층기판(30)의 회전방향(접합된 웨이퍼쌍의 회전방향), 유체의 분사방향(진행방향) 및 제 1작업위치(분사노즐(112)의 위치)(401)사이의 관계를 소정의 관계로 유지한다. 도 5는, 접합된 적층기판(30)의 회전방향, 유체분사방향 및 제 1작업위치(분사노즐(112)의 위치)(401)사이의 관게를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로는, 이 실시형태예에 의한 분리장치(100)에서는, 접합된 적층기판(30)의 회전방향, 유체의 분사방향 및 제 1작업위치(분사노즐(112)의 위치)(401)사이의 관계는, 분사노즐(112)로부터 분사되는 유체가 주입되는 위치에 있어서의 접합된 적층기판(30)의 속도를 V로 표시하고, 유체(제트)의 진행방향을 A로 표시한 경우에, 접합된 적층기판(30)의 속도 V(벡터)의 A방향성분이 음의 값으로 되는 조건(│V│cosθ< 0)을 만족하도록 결정되어 있다. 이하에서는, 이 조건을 주변부분리조건이라 칭한다.
보다 구체적으로는, 이 실시형태예와 같이, 유체(제트)의 진행방향이 연직방향(z축의 음의 방향)인 경우에 있어서, 접합된 적층기판(30)을 회전시키는 방향을 도 5의 화살표(R)로 표시한 방향으로 하면, 제 1작업위치(401)는 도 5에 표시한 범위(B)내에 위치하게 된다.
이상과 같이, 접합된 적층기판(30)의 주변부를 다공질층(12)에서 분리할 경우, 주변부분리조건을 만족하도록, 접합된 적층기판(30)의 회전방향, 유체의 분사방향 및 분사노즐(112)의 위치를 제어함으로써, 분리시의 결함의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 주변부분리조건을 만족하지 않을 경우와 주변부분리조건을 만족할 경우에 있어서의 분리의 진행상태를 비교함으로써, 이 실시형태예의 타당성을 설명한다.
도 6은 주변부분리조건을 만족하지 않을 경우에 있어서의 접합된 적층기판의 분리의 진행상태를 개략적으로 표시한 도면이다. 도 6에 있어서, "분리영역"이란, 이미 분리된 영역을 의미하고, "미분리영역"이란, 아직 분리되지 않은 영역을 의미한다(도 7에도 마찬가지로 적용됨).
주변부분리조건을 만족하지 않는 접합된 적층기판(30)을 분리한 경우에는, 접합된 적층기판(30)의 주변부에 있어서 단결정 Si층(13)이 절연층(14)으로부터 박리되어 있어, 주변부의 단결정 Si층(13)이 파손되는 일이 있다. 이 현상이 분리의 진행에 따라서 단속적으로 일어날 경우에는, 도 6에 표시한 바와 같이, 톱니모양으로 단결정 Si층(13)이 파손된 결함부분(톱니모양결함)이 생기는 일이 있다.
이 원인은, 다음과 같이 추정된다. 주변부분리조건을 만족하지 않을 경우에 있어서는, 해당 접합된 적층기판(30)의 가장 바깥주변부는, 항상 분사부(112)로부터 분사되는 유체가 충돌함으로써, 그 부분은 바깥쪽으로부터 파괴된다.
한편, 접합된 적층기판(30)은, 도 12에 표시한 바와 같이, 다공질층(12)상에 형성된 단결정 Si층(13)이나 절연층(14)이 접합된 적층기판(30)의 가장 바깥주변부를 덮는 일이 많다.
그러나, 외부로부터 접합된 적층기판(30)에 주입된 유체가, 반드시 가장 바깥주변부의 단결정 Si층(13)과 절연층(14)의 양쪽을 용이하게 돌파해서 다공질층(12)에 도달하는 것은 아니다.
즉, 상기 톱니모양결함의 원인은, 외부로부터 접합된 적층기판(30)에 주입된 유체가, 단결정 Si층(13)과 절연층(14)사이의 계면을 파괴하고, 이것에 의해, 단결정 Si층(13)이 절연층(14)으로부터 박리되는 점에 있는 것으로 여겨진다.
도 7은, 주변부분리조건을 만족할 경우에 있어서의 접합된 적층기판(30)의 분리의 진행상태를 개략적으로 표시한 도면이다. 도 6에 표시한 예와는, 접합된 적층기판의 회전방향이 반대로 되어 있다.
주변부분리조건을 만족할 경우에는, 상기 톱니모양결함은 생기지 않는다. 그 이유는, 완전히는 해명되어 있지 않지만, 다음과 같이 추정된다.
주변부분리조건을 만족할 경우에는, 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리할 때에, 분리개시위치를 제외하고, 접합된 적층기판(30)의 가장 바깥주변부보다도 안쪽의 다공질층(12)에 주입되는 유체에 의해, 가장 바깥주변부의 다공질층(12)이 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 파괴된다. 따라서, 가장 취약한 구조를 지닌 분리층으로서의 다공질층(12)만이 파괴되기 쉬우므로, 단결정 Si층(13)과 절연층(14)사이의 계면을 따라서 분리가 진행되는 것은 아닌 것으로 여겨진다.
도 8은 도 7에 표시한 접합된 적층기판을 S-S'선을 따라 절단한 단면을 개략적으로 표시한 도면이다. 도 8의 화살표로 표시한 바와 같이, 접합된 적층기판(30)의 가장 바깥주변부의 안쪽에는 이미 분리된 부분을 통해서 주입되는 유체에 의해, 다공질층(12)을 찢도록 압력이 작용한다. 그리고, 접합된 적층기판(30)의 분리는, 안쪽방향뿐만 아니라 바깥쪽방향으로도 진행한다.
상층두께가 4.5㎛, 하층두께가 2㎛인 2층구조의 다공질층(12)을 지닌 접합된 적층기판을, 직경 0.1mm의 분사노즐(112)을 이용해서 분리한 바, 제트압력이 500㎏f/㎠이상인 경우에는, 어떠한 시료에 있어서도 톱니모양결함은 발생하지 않았다. 한 편, 제트압력이 400㎏f/㎠로 설정된 경우에는, 약간의 시료에 있어서 톱니모양결함이 발생하였다. 또, 상기 조건의 다공질층(12)에 대해서는 실험하지 않았지만, 직경이 0.15㎜인 분사노즐을 이용해서 접합된 적층기판을 분리한 바, 제트압력이 예를 들어 1500㎏f/㎠를 초과하면, 제트의 압력에 의해 일부의 기판이 균열되는 경우가 있었으므로, 상기 조건하의 다공질층(12)에 대해서도 제트압력이 너무 높으면, 기판이 균열될 가능성이 있다.
이상의 결과, 접합된 적층기판의 가장 바깥주변부를 안쪽으로부터 바깥쪽으로 분리하는 것이 가능한 동시에 기판이 균열되는 일이 없는 소정의 압력범위를 지닌 제트를 이용하는 것이, 결함의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 이상의 결과는, 다공질층(12)의 다공도, 적층수 및 두께 등의 다공질층의 구조, 반도체기판(11) 및 제 2기판의 두께, 단결정 Si층(13)의 두께, 절연층(14)의 두께, 제트주입위치, 그리고 분사노즐의 직경 등의 다양한 요소에 의해 변화하는 것으로 여겨진다.
여기서, 분리장치(100)의 구성을 다시 설명한다. 분리장치(100)는, 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 간격을 조정하기 위한 조정기구를 또 구비한다. 이하에 해당 조정기구의 구성예를 설명한다.
도 9는 조정기구의 제 1구성예를 표시한 도면이다. 도 9에 표시한 조정기구는, 에어실린더(122)를 사용한다. 에어실린더(122)는 예를 들면 지지부(103)에 고정되어 있고, 그 피스톤로드(121)에 의해 구동원(111)을 이동시킨다. 접합된 적층기판(30)을 분리장치(100)에 세트하기 위해서는, 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 간격을 넓히는 방향(x축의 양의 방향)으로 구동원(111)을 이동시키도록 에어실린더(122)를 제어한다. 이 상태에서 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 사이에 접합된 적층기판(30)을 배치하고, 에어실린더(122)에 의한 피스톤로드(121)의 구동을 해제함으로써, 기판유지부(109)는 스프링(113)의 작용에 의해 접합된 적층기판(30)을 압압하게 된다.
도 10은 조정기구의 제 2구성예를 표시한 도면이다. 도 10에 표시한 조정기구는, 편심캠(131) 및 모터를 이용한다. 편심캠(131)은, 모터(도시생략)에 연결되어 있어, 모터(111)의 후단부에 연결된 구동판(132)을 이동시킴으로써 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 간격을 조정한다. 전술한 바와 같이, 회전축(107)에는, 스프링(113)에 의해 x축의 음의 방향으로의 힘이 작용하고 있어, 접합된 적층기판(30)을 유지할 때에는, 편심캠(131)과 구동판(132)과의 사이에 간극이 생기는 구성으로 된다. 따라서, 접합된 적층기판(30)을 유지할 때에는, 접합된 적층기판(30)에 대해서 압압력이 작용한다.
또, 상기 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 사이의 간격을 조정하는 다른 기구를 기판유지부(108)쪽에 설치해도 된다.
다음에, 이 분리장치(100)에 의한 접합된 적층기판의 분리처리에 관해서 설명한다.
이 분리장치(100)에 접합된 적층기판(30)을 세트하기 위해서는, 먼저, 예를 들면, 반송로봇에 의해 접합된 적층기판(30)을 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 사이에 반송하고, 해당 접합된 적층기판(30)의 중심을 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 중심에 일치시킨 상태에서 유지한다. 그리고, 기판유지부(108)에 접합된 적층기판(30)을 진공흡착한다.
이어서, 스프링(113)의 힘에 의해 기판유지부(109)를 접합된 적층기판(30)에 대해서 압압한다. 구체적으로는, 예를 들면, 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 간격의 조정기구로서 도 9에 표시한 조정기구를 채용한 경우에는, 에어실린더(122)에 의한 피스톤로드(121)의 구동을 해제하면 된다. 또, 예를 들면, 조정기구로서 도 10에 표시한 조정기구를 채용한 경우에는, 스프링(113)에 의해 접합된 적층기판(30)에 압압력이 작용하도록 편심캠(131)을 회전시키면 된다.
여기서, 분리처리를 실행할 때에는, 진공흡착기구(108a) 및 (109a)에 의해 접합된 적층기판(30)을 진공흡착해도 되고, 진공흡착하지 않아도 된다. 이것은, 접합된 적층기판(30)이 스프링(113)에 의한 압압력에 의해 유지되어 있기 때문이다. 그러나, 압압력을 약하게 한 경우에는, 접합된 적층기판(30)을 진공흡착하는 것이 바람직하다.
다음에, 구동원(110) 및 (111)에 의해 회전축(106) 및 (107)을 동기시켜서 회전시킨다. 또, 회전방향은, 도 5에 표시한 방향, 즉, 제 1작업위치(401)에서 접합된 적층기판(30)의 주변부를 전체적으로 분리할 때에, 주변부분리조건을 만족시키는 방향이다.
이어서, 압력제어부(116)에 의해 압력을 제어하면서 고압펌프(115)에 의해 분사노즐(112)에 고압의 유체(예를 들면, 물)를 공급하고, 분사노즐(112)로부터 고속, 고압의 제트를 분사시킨다.
다음에, 구동로봇(450)에 의해서, 분사노즐(112)을 퇴피위치(403)로부터 제 1작업위치(401)로 이동시킨다. 이것에 의해, 제트는 접합된 적층기판(30)의 다공질층(12)부근에 주입된다. 이 상태에서, 접합된 적층기판(30)이 1회전이상 회전해서, 해당 접합된 적층기판(30)의 주변부가 전체적으로 분리되는 것을 기다리고, 그 후, 구동로봇(450)에 의해서 분사노즐(112)을 제 2작업위치(402)쪽으로 서서히 이동시킨다. 또, 제 2작업위치(402)는, 예를 들면, 접합된 적층기판(30)의 중심의 바로위부근 혹은 바로위를 통과한 위치이다. 접합된 적층기판(30)은, 분사노즐(112)이 제 2작업위치(402)에 이르는 도중에 2매의 기판으로 완전히 분리된다.
이어서, 도 3에 표시한 바와 같이, 접합된 적층기판(30)에 제트를 주입한 그대로의 상태에서, 물리적으로 분리된 2매의 기판을 이간시킨다. 구체적으로는, 예를 들면, 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 간격의 조정기구로서 도 9에 표시한 조정기구를 채용한 경우에는, 각 기판을 기판유지부(108), (109)에 진공흡착한 상태에서, 에어실린더(122)에 의해 피스톤로드(121)를 x축의 양의 방향(스프링(113)을 수축시키는 방향)으로 구동하면 된다. 또, 예를 들면, 조정기구로서 도 10에 표시한 조정기구를 채용한 경우에는, 각 기판을 기판유지부(108), (109)에 진공흡착한 상태에서, 편심캠(131)을 회동시켜서 회전축(107)을 x축의 양의 방향(스프링(113)을 수축시키는 방향)으로 구동하면 된다.
도 3에 표시한 바와 같이, 분리된 2매의 기판을 완전히 이간시킨 경우, 구동로봇(450)에 의해서 분사노즐(112)을 대기위치(403)로 이동시킨다.
다음에, 제트의 분사를 중지하고, 예를 들면, 반송로봇에 의해 각 기판을 기판유지부(108), (109)로부터 떼어낸다.
상기의 분리처리에 있어서, 제트의 압력을 변화시키면서 접합된 적층기판(30)을 분리해도 된다. 그 이유는 다음과 같다.
접합된 적층기판(30)을 분리할 때에 필요한 제트의 압력은, 접합된 적층기판(30)의 영역마다 다르다. 예를 들면, 접합된 적층기판(30)의 주변부와 중앙부쪽에서는, 접합된 적층기판(30)에 작용하는 분리력이 다르다. 즉, 분리에 필요한 제트의 압력이 해당 주변부와 해당 중앙부쪽에서 다르다. 따라서, 일정한 압력의 제트에 의해 접합된 적층기판(30)을 분리하도록 하면, 분리처리중에 있어서 항상 높은 압력의 제트를 사용하는 것으로 된다. 이 경우, 접합된 적층기판 또는 분리된 각 기판이 균열되거나 손상을 받거나 할 가능성이 높아져, 수율이 저하하게 된다.
이 문제를 해결하기 위해 분리영역의 기계적 강도를 보다 취약하게 하는 것이 고려되나, 분리영역을 과도하게 취약하게 하면, 2매의 기판(제 1 및 제 2기판)의 접합공정, 세정공정 및 기타의 처리공정에 있어서, 분리영역이 붕괴하기 쉬워, 소망의 품질의 기판의 제조를 곤란하게 하는 외에, 붕괴된 분리영역에 의해 미립자가 발생하여, 제조장치 등을 오염시킬 위험성도 있다.
도 11은 분리처리중의 제트의 압력의 제어예를 표시한 도면이다. 보다 상세하게는, 압력제어부(116)는, 도 11에 표시한 제어수순에 의거해서 고압펌프(115)가 발생하는 압력(제트의 압력)을 제어한다.
도 11에 표시한 예에서는, 제트의 압력을 3단계로 조정한다. 기간 T1은 분사노즐(112)을 작업위치(401)에 위치시킨 상태에서, 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리하는 기간이다. 이 기간 T1에서는, 접합된 적층기판(30)에 주입되는 유체가 배출되기 쉬워, 접합된 적층기판(30)에 대해서 분리력이 작용하기 어렵기 때문에, 제트의 압력을 높게 설정한다.
기간 T2는, 분사노즐(112)을 제 2작업위치(402)를 향해서 이동시키면서, 접합된 적층기판(30)의 주변부와 중심부와의 중간부(이하, 간단히 "중간부"라 칭함)를 분리하는 기간이다. 중간부에서는, 접합된 적층기판(30)의 내부를 통과함으로써 유체(제트)의 속도가 저하하므로, 유체가 다공질층(12)에 충돌할 때의 충격에 의해서 접합된 적층기판(30)을 분리하는 작용은 약하다. 그러나, 중간부에서는, 접합된 적층기판(30)내부에 주입된 유체가 배출되는 경로가 적으므로, 접합된 적층기판(30)의 내부에 주입된 유체의 압력에 의한 분리력이 강하게 되어, 접합된 적층기판(30)은, 주로 이 분리력에 의해 분리된다.
기간 T3은, 주로 접합된 적층기판(30)의 중심부를 분리하는 기간이다. 분리된 부분이 중심부에 가까와지면, 접합된 적층기판(30)의 분리된 부분이 휘게 됨으로써 유체가 배출되는 경로가 증가된다. 따라서, 중간부를 분리할 경우에 비해서 유체의 압력이 저하해서 분리력이 적어진다. 그래서, 중심부에서는, 중간부를 분리할 경우보다도 유체의 압력을 높게 하는 것이 바람직하다.
이상, 분리장치(100)에 의한 분리대상의 부재로서, 도 1(a) 내지 도 1(e)에 표시한 제조방법에 의해 제조되는 접합된 적층기판(30)에 관해서만 설명하였으나, 이 분리장치(100)는, 접합된 적층기판(30)뿐만 아니라, 예를 들면, 분리층을 지닌 원반형상 부재의 분리에도 적합하게 사용될 수 있다. 즉, 접합된 적층기판(30)은, 분리층을 지닌 원반형상 부재의 바람직한 일례로서 고려할 수 있다. 또, 원반형상 부재에는, 예를 들면, 배향평면(orientation flat) 혹은 노치(notch) 등을 지닌 기판도 포함된다.
[실시예]
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
비저항이 0.01Ω·㎝인 p형 또는 n형의 제 1 단결정 Si기판(11)에 대해서 HF용액중에 있어서 2단계의 양극화성을 실시하여, 2층구조를 지닌 다공질층(12)을 형성하였다(도 1(a)에 표시한 공정). 이 양극화성조건은 다음과 같았다.
<제 1양극화성>
전류밀도 : 7(㎃/㎠)
양극화성용액 : HF:H2O:C2H5OH=1:1:1
시간 : 10(분)
제 1다공질 Si두께: 4.5(㎛)
<제 2양극화성>
전류밀도 : 20(㎃/㎠)
양극화성용액 : HF:H2O:C2H5OH=1:1:1
시간 : 2(분)
제 2다공질 Si두께: 2(㎛)
다공질 Si층(12)을 2층구조로 함으로써, 먼저 저전류에서 양극화성한 표면층의 다공질 Si층을 고품질에피택설 Si층을 형성하는 데 사용하고, 나중에 고전류에서 양극화성한 하층의 다공질 Si층(다공도가 높은 층)을 분리층으로서 사용해서, 각각 기능을 분리하였다. 저전류에서 형성한 다공질 Si층의 두께는, 상기 두께(4.5㎛)에 한정되지 않고, 수백㎛ 내지 0.1㎛정도가 바람직하다. 또 고전류에서 형성한 다공질 Si층도 상기의 두께(2㎛)로 한정되지 않고, 제트에 의해 접합된 적층기판을 분리가능한 두께를 확보하면 된다.
여기서, 제 2층의 다공질 Si층의 형성후에, 또 다공도가 다른 제 3층 또는 그 이상의 층을 형성해도 된다.
이 기판을 산소분위기중에 있어서 400℃에서 1시간 산화시켰다. 이 산화에 의해, 다공질 Si층의 구멍의 내벽은 열산화막으로 덮였다. 이 다공질 Si층의 표면을 불화수소산으로 처리해서, 구멍의 내벽상의 산화막을 남기고, 다공질 Si층의 표면의 산화막만을 제거한 후, 다공질 Si층(12)상에 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 0.3㎛두께의 단결정 Si층(13)을 에피택셜성장시켰다. 이 성장조건은 다음과 같았다.
소스가스 : SiH2Cl2/H2
가스유량 : 0.5/180(ℓ/분)
가스압력 :80(Torr)
온도 : 900(℃)
성장속도 : 0.3(㎛/분)
또, 절연층으로서, 이 에피택셜 Si층(13)의 표면에 열산화에 의해 200nm두께의 산화막(SiO2층)(14)을 형성하였다(도 1(b)에 표시한 공정).
이어서, 이 SiO2층(14)의 표면에, 별도로 준비한 제 2 Si기판(20)의 표면이 대면하도록 양 기판을 중첩한 후, 1100℃에서 1시간의 어닐링을 행하여 양 기판을 접합하였다(도 1(c)의 공정).
다음에, 상기와 같이 해서 형성한 접합된 적층기판(30)을 도 2에 표시한 분리장치(100)에 의해 분리하였다(도 1(d)의 공정). 상세는 후술한다.
먼저, 접합된 적층기판(30)을 기판유지부(108)와 기판유지부(109)와의 사이에 수직으로 유지하고, 스프링(113)의 힘에 의해 기판유지부(109)를 접합된 적층기판(30)에 압압하고, 이 상태에서, 진공흡착기구(108a), (109a)에 의해 접합된 적층기판(30)을 기판유지부(108) 및 (109)에 진공흡착하였다.
다음에, 구동원(110) 및 (111)에 의해 회전축(106) 및 (107)을 동기시켜서 회전시켰다. 또, 회전방향은 도 5에 표시한 방향, 즉, 제 1작업위치(401)에서 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리할 때에, 주변부분리조건을 만족하는 방향으로 설정하였다.
이어서, 고압펌프(115)로부터 분사노즐(112)에 유체로서의 물을 공급하고, 제트가 안정될 때까지 기다렸다. 이 때, 압력제어부(116)의 제어하, 제트의 압력을 500kgf/㎠로 설정하였다. 또, 이 실시예에서는, 직경 0.1㎜의 분사노즐(112)을 사용하였다.
다음에, 제트가 안정된 후에, 구동로봇(450)에 의해서, 분사노즐(112)을 퇴피위치(403)로부터 제 1작업위치(401)로 이동시켰다. 이것에 의해, 주변부분리조건을 만족한 상태에서, 접합된 적층기판(30)의 주변부의 분리가 개시된다.
이하, 도 11에 표시한 바와 같이 고압펌프(115)의 제어하에 분리처리를 진행하였다. 먼저, 분리의 개시후, 0 내지 20초의 기간은, 분사노즐(112)을 제 1작업위치(401)에 고정한 상태에서, 제트의 압력을 500kgf/㎠로 유지해서 접합된 적층기판(30)의 주변부를 분리하였다.
그리고, 분리처리의 개시후, 20초를 경과해서, 접합된 적층기판(30)의 주변가 전체적으로 분리된 후에, 구동로봇(450)에 의해서 분사노즐(112)을 제 1작업위치(401)로부터 제 2작업위치(402)를 향해서 이동시키면서 분리처리를 계속하였다. 여기서, 분리처리의 개시후, 20초 내지 80초의 기간은, 제트의 압력을 200kgf/㎠로 유지하고, 분리처리의 개시후, 80초 내지 100초의 기간은 제트의 압력을 400kgf/㎠로 유지하였다.
이상의 처리에 의해, 접합된 적층기판(30)은, 주변부에 톱니모양결함 등의 결함을 일으키지 않고, 2매의 기판으로 분리되었다. 또, 다수매의 접합된 적층기판(30)을 상기의 방법으로 분리하였으나, 그 접합된 적층기판 전체에 있어서, 결함은 발생하지 않았다. 한편, 접합된 적층기판(30)의 회전방향을 반대방향으로 한 경우, 즉, 주변부분리조건을 만족하지 않는 상태에서 접합된 적층기판(30)을 분리한 바, 몇개의 접합된 적층기판(30)에 있어서 결함이 발생하였다.
다음에, 분리된 2매의 기판중, 제 2기판에 이전된 다공질 Si층을 49%불화수소산과 30%과산화수소수와의 혼합액에서 교반하면서 선택적으로 에칭하였다(도 1(e)에 표시한 공정). 이 때, 단결정 Si층은 에칭스토퍼층으로서 역할하여, 다공질 Si층이 선택적으로 에칭되어 완전히 제거되었다.
상기의 에칭액에 의한 비다공질 Si의 에칭속도는 매우 낮아, 다공질 Si의 비다공질 Si에 대한 에칭의 선택비는 105이상이므로, 비다공질의 단결정 Si층(13)의 에칭량(수십Å정도)은, 실용상 무시할 수 있다.
이상의 공정에 의해, 절연층(14)상에 0.2㎛두께의 단결정 Si층(13)을 지닌 SOI기판을 형성하는 것이 가능하였다. 다공질 Si층을 선택적으로 에칭한 후의 단결정 Si층(13)의 막두께를 면내의 전체면에 걸쳐서 100점에 대해서 측정한 바, 막두께는 201nm ±4nm였다.
투과전자현미경에 의한 단면관찰의 결과, 단결정 Si층에는 새로운 결정결함은 도입되지 않아, 양호한 결정성이 유지되고 있는 것이 확인되었다.
또, 상기의 얻어진 구조물에 대해서 수소중에 있어서 1100℃에서 어닐링을 1시간 실시한 후에, 표면조도를 원자력현미경으로 평가한 바, 50㎛평방영역에서의 평균제곱조도는 약 0.2nm였다. 이것은 통상 시판되고 있는 Si웨이퍼와 거의 동등하다.
또, 절연층을 에피택셜층의 표면이 아니라, 제 2기판의 표면에 혹은 쌍방의 표면에 형성한 경우에 있어서도, 상기와 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
한편, 제 1기판쪽에 남은 다공질 Si층을 물과 49%불화수소산과 30%과산화수소수와의 혼합액에서 교반하면서 선택적으로 에칭하였다. 그 후, 얻어진 구조물의 표면에 수소어닐링 또는 표면연마 등의 처리를 실시함으로써, 제 1기판 또는 제 2기판으로서 재이용하는 것이 가능하였다.
이상, 본 발명에 의하면, 접합된 적층기판 등의 원반형상 부재를 분리할 때에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명은 상기 각 실시형태예로 한정되지 않고, 본 발명의 정신 및 범주내에서 각종 변형이나 수정을 행하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 정신을 공중에게 알리기 위해, 이하의 청구범위를 작성하였다.
Claims (21)
- 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 분리하는 분리장치에 있어서,상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 유지하는 유지기구와;상기 유지기구에 의해 유지된 원반형상 부재의 상기 분리층에 유체의 흐름을 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하기 위한 유체분사부를 구비하고,상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에, 상기 유체의 진행방향이 양의 방향인 것으로 가정할 경우, 상기 원반형상 부재의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 상기 분사부의 위치가, 상기 원반형상 부재에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 원반형상 부재의 주변부의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하도록 유지되는 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 분사부는, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 압력을 지닌 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 분사부로부터 분사되는 유체의 압력을 제어하기 위한 제어부를 또 구비한 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 3항에 있어서, 상기 제어부는, 분리처리의 진행에 따라서 유체의 압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사부를 분리층을 따라서 이동시키는 구동기구를 또 구비한 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 구동기구는, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때는, 상기 유체가 해당 주변부에 주입되도록 상기 분사부의 위치를 조정하고, 상기 원반형상 부재의 중앙부쪽을 분리할 때는, 상기 유체가 해당 중앙부쪽으로 주입되도록 상기 분사부의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은, 상기 원반형상 부재의 나머지 부분보다도 취약한 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은 다공질층인 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은 다층구조를 지닌 다공질층인 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 분리하는 분리장치에 있어서,상기 원반형상 부재를 유지하는 유지부와;상기 유지부에 의해 유지된 상기 원반형상 부재의 상기 분리층에 유체의 흐름을 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하기 위한 유체분사부를 구비하고,상기 원반형상 부재의 주변부를 분리할 때에는, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 분리처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 유지부는, 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 유지하는 회전기구를 지닌 것을 특징으로 하는 분리장치.
- 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 회전시키는 동시에, 분사부로부터 유체의 흐름을 상기 분리층에 분사해서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하는 분리방법에 있어서,상기 원반형상 부재의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 상기 분사부의 위치가, 상기 원반형상 부재에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 원반형상 부재의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하는 상태에서, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 주변부분리공정에서는, 상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 압력을 지닌 유체를, 상기 분사부로부터 분사하는 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 분사부로부터 분사되는 유체의 압력을 제어하기 위한 제어공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 12항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은, 상기 원반형상 부재의 나머지 부분보다도 취약한 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 12항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은 다공질층인 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 12항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층은 다층구조를 지닌 다공질층인 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 내부에 분리층을 지닌 원반형상 부재를 유지하고, 분사부로부터 유체의 흐름을 분사해서 상기 분리층에 주입하면서, 해당 유체에 의해 상기 원반형상 부재를 상기 분리층에서 분리하는 분리방법에 있어서,상기 원반형상 부재의 가장 바깥주변부가, 상기 원반형상 부재의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 원반형상 부재의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 상기 원반형상 부재의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 주변부분리공정에서는, 상기 분리층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 원반형상 부재를 회전시키면서 분리처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 분리방법.
- 반도체기판의 제조방법에 있어서,내부에 다공질층을 지니고, 그 다공질층위에 비다공질층을 지닌 제 1기판을 작성하는 공정;상기 제 1기판과 제 2기판을 상기 비다공질층을 개재해서 접합해서 접합된 적층기판을 형성하는 공정; 및상기 다공질층에 수직인 축을 중심으로 해서 상기 접합된 적층기판을 회전시키는 동시에, 유체의 흐름을 분사해서 상기 다공질층에 주입하면서, 상기 접합된 적층기판을 상기 다공질층에서 2매의 기판으로 분리하는 분리공정을 구비하고,상기 분리공정은, 상기 접합된 적층기판의 회전방향, 상기 유체의 진행방향 및 분사부의 위치가, 상기 접합된 적층기판에 대한 유체의 주입위치에 있어서의 상기 접합된 적층기판의 속도의 상기 진행방향성분이 음의 값을 지니는 조건을 만족하는 상태에서, 상기 접합된 적층기판의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 제조방법.
- 반도체기판의 제조방법에 있어서,내부에 다공질층을 지니고, 그 다공질층위에 비다공질층을 지닌 제 1기판을 작성하는 공정;상기 제 1기판과 제 2기판을 상기 비다공질층을 개재해서 접합해서 접합된 적층기판을 형성하는 공정; 및유체의 흐름을 분사해서 상기 다공질층에 주입하면서, 상기 접합된 적층기판을 상기 다공질층에서 2매의 기판으로 분리하는 분리공정을 구비하고,상기 분리공정은, 상기 접합된 적층기판의 가장 바깥주변부가, 상기 접합된 적층기판의 내부에 주입된 유체에 의해 상기 접합된 적층기판의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해서 분리되는 조건하에서, 상기 접합된 적층기판의 주변부를 분리하는 주변부분리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 제조방법.
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