JP5065748B2 - 貼り合わせウエーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、貼り合わせウエーハの製造方法に関し、特には、機械的剥離により薄膜を形成する貼り合わせウエーハの製造方法に関する。

半導体デバイスの更なる高性能化を図るために、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）ウエーハが近年注目を浴びている。また、支持ウエーハ（ハンドルウエーハ）がシリコンではない、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｑｕａｒｔｚ（ＳＯＱ）ウエーハやＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ（ＳＯＳ）ウエーハなども、それぞれＴＦＴ−ＬＣＤや高周波（ＲＦ）デバイスなどの分野で用いられている。

これらのような貼り合わせウエーハの作製方法にはいくつかあるが、代表的なものとしてＳｍａｒｔｃｕｔ法（登録商標）が挙げられる。これは酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ（ドナーウエーハ（本明細書中では第１のウエーハと呼ぶ））に水素イオンを注入し、支持ウエーハ（ハンドルウエーハ（本明細書中では第２のウエーハと呼ぶ））に貼り合わせた後に、５００℃近傍まで加熱し、水素イオン注入界面に沿ってシリコンウエーハを剥離し、単結晶シリコン薄膜をハンドルウエーハに転写する。このとき水素注入界面にはマイクロキャビティと呼ばれる水素の微小な空洞ができることにより、界面での剥離を可能としている。その後に単結晶シリコン薄膜とハンドルウエーハとの結合強度を高めるために、１０００℃以上の高温で熱処理をした後に、最終表面処理（ＣＭＰ、熱処理等）を行うという方法である（例えば、特許文献１、２や非特許文献１参照）。

しかし、この方法にはいくつかの問題点がある。ＳＯＩの場合は剥離をマイクロキャビティ発生による機構に頼るため、剥離後の表面の粗さ（ＲＭＳ）は非常に粗いことが報告されている。またＲＭＳだけでなくＰｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ（Ｐ−Ｖ）も非常に高いことが報告されている。非特許文献２によれば、１×１μｍの極めて狭い領域でさえ、Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ（Ｐ−Ｖ）で６５ｎｍ程度の高低差が発生する。ウエーハ全域で考えれば、１００ｎｍ以上の高低差が発生しているものと考えられる。このため、剥離後の表面処理として、１００ｎｍ以上の研磨を行う必要があり、熱処理で表面を平坦化する場合も１１５０℃といった非常に高温の処理が必要となり、汚染の懸念やコストの上昇といった問題に直面する。

また、ＳＯＱやＳＯＳに代表される異種ウエーハの貼り合わせにおいては、問題は更に深刻である。異種のウエーハは通常異なる熱膨張係数を有し、５００℃といった高温プロセスにおいては熱膨張係数の相違に基づき貼り合わせたウエーハが割れてしまうという問題点がある。またハンドルウエーハが石英やサファイアではない、ＳｉＣなどをハンドルウエーハとして用いる場合も同様の問題がある。

一方、ＳｉＧｅｎ法は、貼り合わせ面側に水素イオン等を注入したシリコンウエーハとシリコンウエーハあるいは他の材料のウエーハとを貼り合わせる前に、これらのウエーハの貼り合わせ面の双方もしくは一方の表面をプラズマ処理し、表面が活性化された状態で両ウエーハを貼り合わせ、例えば３５０℃のような低温で熱処理を施して貼り合わせ強度（接合強度）を高めた後に、常温で機械的に剥離して貼り合わせＳＯＩウエーハを得る方法である（例えば、特許文献３〜５参照）。

これら２つの方法の相違点は、主としてシリコン薄膜の剥離プロセスにあり、Ｓｍａｒｔｃｕｔ法はシリコン薄膜の剥離のために高温での処理を必要とするが、ＳｉＧｅｎ法は常温での剥離が可能である。

特に、シリコンウエーハのような半導体ウエーハと他の材料ウエーハとを貼り合わせて貼り合わせウエーハを作製する場合には、異種材料間で熱膨張率や固有の耐熱温度の相違などが生じ、これによりウエーハの割れや局所的なクラックなどが生じ易くなることから、可能な限り低温で剥離処理までの工程を実行することが望ましい。このため、低温剥離が可能なＳｉＧｅｎ法は異種材料ウエーハの貼り合わせによる貼り合わせウエーハの製造方法として好ましいものと考えられる。

ところで、ＳｉＧｅｎ法の場合、２枚のウエーハを貼り合わせ、半導体ウエーハ（例えばシリコンウエーハ）を薄膜化して半導体薄膜（例えばシリコン薄膜）を形成する際には、薄膜となるドナーウエーハに水素注入を行い、このドナーウエーハと支持基板となるハンドルウエーハの貼り合わせ面をプラズマ処理等で活性化し、貼り合わせた後に、必要に応じて低温（４００℃以下）の熱処理を加え、貼り合わせ界面に機械的衝撃を加え剥離を行う必要がある。
また、特許文献６には、ドナーウエーハに剛直性を与えるためにバッキング部をドナーウエーハの裏面と一体化させた上でドナーウエーハを剥離することが記載されている。

しかし、このような方法で薄膜の剥離を機械的に行うと、剥離の際にウエーハが割れるなどして破損してしまうことがあるなどの問題があった。

特許第３０４８２０１号公報 特開平１１−１４５４３８号公報 米国特許第６２６３９４１号明細書 米国特許第６５１３５６４号明細書 米国特許第６５８２９９９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２１１２１９号公報 Ａ． Ｊ． Ａｕｂｅｒｔｏｎ−Ｈｅｒｖｅ ｅｔ ａｌ．， "ＳＭＡＲＴ ＣＵＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ： ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＳＴＡＴＵＳ ｏｆ ＳＯＩ ＷＡＦＥＲ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ａｎｄ ＮＥＷ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ" （Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌｕｍｅ ９９−３ （１９９９） ｐ．９３−１０６）． ＳＯＩの科学 第二章、Ｒｅａｌｉｚｅ社

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、良好な薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハを、ウエーハが破損することを抑制して製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第１のウエーハと第２のウエーハを貼り合わせ、前記第１のウエーハを薄膜化し、前記第２のウエーハの上に薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造する方法であって、少なくとも、半導体ウエーハである前記第１のウエーハの表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成する工程と、前記第１のウエーハのイオン注入した面と第２のウエーハの貼り合わせる面の少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、前記第１のウエーハのイオン注入した面と前記第２のウエーハの貼り合わせる面とを密着させる工程と、前記第１のウエーハの裏面の一端部に引っ張り用部材を密着させて前記第１のウエーハの裏面を保持するとともに、前記第２のウエーハの裏面を保持具により保持するウエーハ保持工程と、前記第１のウエーハの前記イオン注入層の、前記引っ張り用部材を密着させた側の一端部から外部衝撃を付与するとともに、少なくとも、前記引っ張り用部材により前記第１のウエーハの裏面を引っ張ることにより、前記第１のウエーハと前記第２のウエーハとを、前記外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって前記イオン注入層にて順次離間させ、前記第１のウエーハを薄膜化する剥離工程とを含み、前記引っ張り用部材で前記第１のウエーハに密着させる領域の、前記一端部と他端部とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅を、前記第１のウエーハの直径の４０％以上として、前記剥離工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。

このような工程を含み、引っ張り用部材で第１のウエーハに密着させる領域の、外部衝撃を与えて剥離を開始する一端部と他端部とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅を、第１のウエーハの直径の４０％以上として、剥離工程を行う貼り合わせウエーハの製造方法であれば、ウエーハを引っ張る方向と実際に剥離が進行する方向の角度を、ウエーハ周辺においても比較的小さいものとすることができ、ウエーハ周辺部に集中する応力を緩和することができるため、ウエーハの破損を効果的に防止することができる。その結果、良好な薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハを、ウエーハが破損することを防止して製造することができる。

この場合、前記引っ張り用部材を、１つ以上の吸盤または多孔質材料で構成されているものとすることができる（請求項２）。
このように、引っ張り用部材を１つ以上の吸盤または多孔質材料で構成されているものとすれば、簡便な機構によって確実に第１のウエーハを保持して引っ張ることができる。

また、前記第１のウエーハを、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、化合物半導体ウエーハのいずれかとすることができる（請求項３）。
本発明によれば、近年特に求められている良好なシリコン薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハ、例えばＳＯＩウエーハをより確実に製造することができる。
また、本発明によれば、シリコン薄膜だけではなく、ＧａＮなどの化合物半導体からなる良好な薄膜を有する貼り合わせウエーハをもより確実に製造することができる。

また、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法では、前記第２のウエーハを、石英ウエーハ、サファイア（アルミナ）ウエーハ、ＳｉＣウエーハ、ホウ珪酸ガラスウエーハ、結晶化ガラスウエーハ、窒化アルミニウムウエーハ、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、ＳｉＧｅウエーハのいずれかとすることができる（請求項４）。
本発明の貼り合わせウエーハで使用する第２のウエーハは、作製する半導体デバイスの目的に応じて、これらの中から適宜選択することができる。

また、前記第２のウエーハを保持する保持具を、前記第２のウエーハの裏面に密着させる支持板とすることが好ましい（請求項５）。
このように、第２のウエーハを保持する保持具を、前記第２のウエーハの裏面に密着させる支持板とすれば、剥離工程中に過度に第２のウエーハが曲がることよるウエーハの破損、貼り合わせ面の局所的な離間、剥離痕の発生、及び薄膜の未転写等をより確実に防ぐことができる。

この場合、前記支持板を、ヤング率が３ＧＰａ以上であり、厚みが１ｍｍ以上であるものとすることが好ましい（請求項６）。
このように、第２のウエーハに密着させる支持板を、ヤング率が３ＧＰａ以上であり、厚みが１ｍｍ以上であるものとすることにより、支持板及び該支持板を密着させた第２のウエーハを剛直とすることができ、剥離工程中に過度に第２のウエーハが曲がることよるウエーハの破損、貼り合わせ面の局所的な離間、剥離痕の発生、及び薄膜の未転写等をより確実に防ぐことができる。

特に、前記支持板の材料を、シリコンとすることができる（請求項７）。
このように、支持板の材料をシリコンとすれば、特に、第２のウエーハがシリコンである場合には好適な支持板となる。

また、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法では、前記支持板の表面粗さを、ＲＭＳ［ｎｍ］＝１〜１００の範囲とすることが好ましい（請求項８）。
このように、支持板の表面粗さを、ＲＭＳ［ｎｍ］＝１〜１００の範囲とすることで、支持板の表面が、第２のウエーハの裏面に密着し易くなり、このため、よりしっかりとウエーハを支持板で支持することができる。支持板の表面粗さは、粗すぎるとその表面状態が剥離後のウエーハ表面に反映され、膜厚ムラとして現れる。また、支持板の表面粗さが平滑すぎると、ウエーハに密着しすぎて支持板からウエーハを外し難くなる。従って、上記範囲が好ましい。

また、前記支持板の前記第２のウエーハの裏面への密着は、真空吸着または静電チャックによるものとすることが好ましい（請求項９）。
このように、支持板の第２のウエーハの裏面への密着は、真空吸着または静電チャックによるものとすれば、簡単かつ確実に第２のウエーハに密着してこれを補剛することができる。

また、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法では、前記第１のウエーハと第２のウエーハを密着させる工程の後、該密着したウエーハを、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行い、その後、前記ウエーハ保持工程を行うことが好ましい（請求項１０）。
このように、第１のウエーハと第２のウエーハを密着させた後、密着したウエーハを、１００〜４００℃で熱処理することで、第１のウエーハと第２のウエーハの貼り合わせ強度をより高めることができる。特に、熱処理温度が、１００〜３００℃であれば、異種材料のウエーハの貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れをより低減できる。一方、第１のウエーハ及び第２のウエーハともにシリコンウエーハとする場合のように、同種材料を貼り合わせる場合は、４００℃までの温度で熱処理することができ、貼り合わせ強度をより高めることができる。

また、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法では、前記剥離工程の際に、断面形状が楔状の部材の先端部を前記イオン注入層の一端部に当接させることにより、前記イオン注入層に外部衝撃を付与することができる（請求項１１）。
このように、例えば、断面形状が楔状の部材の先端部を前記一端部に当接させて、第１のウエーハのイオン注入層に外部衝撃を付与することで、劈開の起点を形成することができる。そして、この起点から劈開を進行させることで、良好な薄膜を形成することができる。

また、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法では、前記表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行うこが好ましい（請求項１２）。
このように、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行えば、ウエーハの表面活性化処理を施した面は、ＯＨ基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第１のウエーハのイオン注入した面と第２のウエーハの貼り合わせる面とを密着させれば、水素結合等により、ウエーハをより強固に貼り合わせることができる。

以上説明したように、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法によれば、第１のウエーハを引っ張る方向と剥離が進行する方向の角度を、ウエーハ周辺においても比較的小さいものとすることができ、ウエーハ周辺部に集中する応力を緩和することができるため、ウエーハの破損を効果的に防止することができる。また、第１のウエーハを剥離するまでに、例えば４００℃を超えるような高温の熱処理を必要としないため、良好な薄膜とすることができる。その結果、良好な薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハを、ウエーハが破損することを防止して製造することができる。

以下、本発明についてより詳細に説明する。
前述のように、高温熱処理を行わずに貼り合わせウエーハを製造する際に、機械的に薄膜の剥離を実行すると、剥離の際にウエーハが割れるなどして破損してしまうなどの問題があった。

本発明者らは、このような問題の発生する原因を鋭意調査した。その結果、特に略円形のウエーハ同士を貼り合わせる場合、第１のウエーハを引っ張る箇所の幅がウエーハに対して小さいと、ウエーハの破損が多発すること、すなわち、引っ張る箇所の幅が狭いと、剥離進行波（剥離中のウエーハ面内において剥離状態が同等である点を結んだ曲線）が剥離開始点付近を中心に円弧状となり、第１のウエーハを引っ張る方向と周辺の剥離進行波の進行方向との間に大きな角度が形成され、剥離が進行せず、周辺に応力が集中し、第１のウエーハの破損につながるものと考えられることを本発明者らは見出した。
そして、本発明者らは、引っ張り箇所の幅を大きくすることで、剥離進行波の曲率をなだらかにし、ウエーハ周辺部においても第１のウエーハを引っ張る方向と周辺部における剥離進行波の進行方向との間に大きな角度が形成されないようにすることによりウエーハの破損を防ぐことできることを想到した。
さらに本発明者らは、さらに実験及び検討を行い、引っ張り用部材の密着領域幅をウエーハ直径の４０％程度以上とすることにより、歩留まりが大きく向上することを見出し、本発明を完成させた。
なお、以下、「ウエーハ」とは略円形の基板（ノッチやオリエンテーションフラット等を有するものを含む）のことを指すものとする。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図３は、本発明を適用することができる貼り合わせウエーハの製造方法である。

まず、図３（ａ）に示すように、半導体ウエーハである第１のウエーハ１０と、第２のウエーハ２０を準備する（工程ａ）。
このとき、第１のウエーハ１０を、単結晶シリコンウエーハとすることができ、特には、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハとすることもできる。第１ウエーハとしてこれらの材料を選択すれば、シリコン薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造することができる。表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハを用いれば、ＳＯＩウエーハを作製するのに都合が良い。また、シリコン薄膜ではなく、ＧａＮなどの化合物半導体薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造するため、第１のウエーハ１０を、ＧａＮなどの化合物半導体ウエーハとすることもできる。

また、第２のウエーハ２０を、石英ウエーハ、サファイア（アルミナ）ウエーハ、ＳｉＣウエーハ、ホウ珪酸ガラスウエーハ、結晶化ガラスウエーハ、窒化アルミニウムウエーハのいずれかの絶縁性ウエーハとすることもできるし、あるいは、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、ＳｉＧｅウエーハのいずれかとすることもできる。第２のウエーハ２０は、作製する半導体デバイスの目的に応じて、これらの中から適宜選択するようにすれば良い。もちろん、これ以外の材料を用いてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１のウエーハ１０の表面（イオン注入面）１２から水素イオンを注入してイオン注入層１１を形成する（工程ｂ）。
このイオン注入層１１の形成には、水素イオンだけではなく、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの両方をイオン注入するようにしても良い。注入エネルギー、注入線量、注入温度等その他のイオン注入条件も、所定の厚さの薄膜を得ることができるように適宜選択すれば良い。具体例としては、注入時のウエーハの温度を２５０〜４００℃とし、イオン注入深さを０．５μｍとし、注入エネルギーを２０〜１００ｋｅＶとし、注入線量を１×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^２とすることが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハを用いて、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、より膜厚均一性の高い薄膜を形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１のウエーハ１０のイオン注入した面１２と、第２のウエーハ２０の貼り合わせる面２２に表面活性化処理を施す（工程ｃ）。なお、第２のウエーハ２０の貼り合わせる面２２とは、次の工程ｄの貼り合わせ工程で第１のウエーハと貼り合わせる面のことである。
もちろん、第１のウエーハ１０のイオン注入した面１２と第２のウエーハ２０の貼り合わせる面２２のいずれか一方の面にのみ表面活性化処理を施すようにしても良い。
この時、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行うことが好ましい。このように、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行えば、ウエーハの表面活性化処理を施した面は、ＯＨ基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第１のウエーハのイオン注入した面１２と第２のウエーハの貼り合わせる面２２とを密着させれば、水素結合等により、ウエーハをより強固に貼り合わせることができる。

プラズマで処理をする場合は、真空チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をしたウエーハを載置し、プラズマ用ガスを導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜３０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、例えば、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハを処理する場合には、酸素ガスのプラズマ、表面に酸化膜を形成しない単結晶シリコンウエーハを処理する場合には、水素ガス、アルゴンガス、又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。また、不活性ガスの窒素ガスを用いても良い。

オゾンで処理をする場合は、大気を導入したチャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をしたウエーハを載置し、窒素ガス、アルゴンガス等のプラズマ用ガスを導入した後、高周波プラズマを発生させ、大気中の酸素をオゾンに変換することで、表面をオゾン処理する。

次に、図３（ｄ）に示すように、第１のウエーハのイオン注入した面１２と第２のウエーハの貼り合わせる面２２とを密着させる（工程ｄ）。
このように、表面活性化処理をした表面を貼り合わせ面として、例えば減圧又は常圧下、室温でウエーハを密着させれば、高温処理を施さなくても、両ウエーハを後の機械的剥離に耐え得るほど十分に強固に貼り合わせることができる。

なお、この第１のウエーハと第２のウエーハを密着させる工程の後、該密着したウエーハを、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行ってもよい。
このように、第１のウエーハと第２のウエーハを密着させた後、該密着したウエーハを、１００〜４００℃で熱処理することで、第１のウエーハと第２のウエーハの貼り合わせの強度を高めることができる。特に、熱処理温度が、１００〜３００℃であれば、異種材料のウエーハの貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れが少ない。貼り合わせ強度を高めれば、剥離工程での不良の発生を減少させることができる。

次に、第１のウエーハ１０の裏面の一端部に引っ張り用部材４０を密着させて第１のウエーハ１０の裏面を保持するとともに、第２のウエーハ２０の裏面を保持具により保持する（ウエーハ保持工程：工程ｅ）。なお、「裏面」とは、第１のウエーハ１０については貼り合わせ面となったイオン注入面１２とは反対側の面、第２のウエーハ２０については貼り合わせ面２２とは反対側の面を指す。
図３（ｅ）には、このウエーハ保持工程の一例として第１のウエーハ１０の裏面、第２のウエーハ２０の裏面をともにそれぞれ引っ張り用部材４０、５０で保持する態様を示している。
引っ張り用部材としては、１つ以上の吸盤で構成されているものや、多孔質材料で構成されており、真空吸着により第１のウエーハに吸着されるもの等を用いることができるが、これに限定されるものではない。

また、このウエーハ保持工程は、図３（ｅ’）に示すように、第２のウエーハ２０と保持具の密着を、保持具として支持板５２を用いて行うことができる。なお、この第２のウエーハ２０と支持板５２との密着を、真空吸着または静電チャックによって行えば、第２のウエーハ２０を支持板５２で、簡単な機構によって、かつ、より確実に支持することができるので好ましい。
その他、接着剤で接着することによっても、支持板５２と第２のウエーハ２０とを確実に密着させて剥離を行いやすい。但し、後で接着剤の除去が必要となる。一方、吸着及び静電チャックによれば、簡単に脱着することができる。

次に、第１のウエーハ１０のイオン注入層１１の、引っ張り用部材４０を密着させた側の一端部から外部衝撃を付与するとともに、少なくとも、引っ張り用部材４０により第１のウエーハ１０の裏面を引っ張ることにより、第１のウエーハ１０と第２のウエーハ２０とを、外部衝撃を付与した一端部（剥離開始点）から他端部に向かってイオン注入層１１にて順次離間させ、第１のウエーハ１０を薄膜化する（剥離工程：工程ｆ）。なお、図３（ｆ）には、第１のウエーハ１０の裏面を保持した引っ張り用部材４０と、第２のウエーハ２０の裏面を保持した保持具としての引っ張り用部材５０とをともに引っ張る態様を示している。
このように、一端部から他端部に向かう劈開により、第１のウエーハ１０と第２のウエーハ２０の、イオン注入層１１での離間を行うようにすることにより、劈開が一方向に向かって生じるため、劈開の制御が比較的容易であり、膜厚均一性の高い薄膜を得ることができる。

このとき、断面形状が楔状の部材の先端部を第１のウエーハ１０の一端部に当接させて第１のウエーハ１０のイオン注入層１１に楔状部材により外部衝撃を付与することで、劈開の起点を形成することができる。劈開の起点を形成する手段としては、楔状部材に限定されず、例えば、空気、窒素ガス、純水等の高圧流体でイオン注入層１１に外部衝撃を付与するようにしても良い。

また、前述のウエーハ保持工程を、図３（ｅ’）に示したように第２のウエーハ２０と保持具の密着を保持具として支持板５２を用いて行った場合は、この剥離工程は、図３（ｆ’）に示したように、第１のウエーハ１０に密着させた引っ張り用部材４０のみを引っ張るようにし、支持板５２は固定されているようにしてもよい。

そして、本発明では、ウエーハ保持工程において、図１に模式的に示すように、引っ張り用部材４０で第１のウエーハ１０に密着させる領域のうち、剥離工程において外部衝撃を与える一端部（剥離開始点）と、該剥離開始点とウエーハの面内においてウエーハの中央を対象点として反対側の点（他端部）とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅（以下、密着領域幅ｄと呼ぶことがある）を、第１のウエーハ１０の直径の４０％以上とする。なお、図１（ａ）には、第１のウエーハ１０の裏面に密着させる引っ張り用部材４０として、多孔質材料からなる吸着パッドを使用した場合の態様を示し、図１（ｂ）には、引っ張り用部材４０として複数の吸盤を使用した場合の態様を示している。
なお、図１（ｂ）のように引っ張り用部材４０がウエーハに密着する領域が複数となる場合は、該密着する領域周辺において、引っ張り圧力がある程度一様になることが求められ、ウエーハに密着する領域がまばらとなりすぎないようにする。また、図１（ｂ）のように、引っ張り用部材４０がウエーハに密着する領域が複数となる場合は、密着領域幅ｄは、引っ張り用部材４０がウエーハに密着する複数の領域のうち、最も外側で画定される。

また、通常、第１のウエーハと第２のウエーハの直径は同一のものが用いられるが、本発明はこれに限定されず、上記の密着領域幅ｄは第１のウエーハの直径のみに対して決定されればよい。
以下では、第１のウエーハと第２のウエーハの直径が同一のものを用いた場合について述べ、密着領域幅ｄは両者のウエーハ直径に対する比率について述べる。

このように、密着領域幅ｄをウエーハ直径の４０％以上として、次に、剥離工程（図３（ｆ）（ｆ’））を行う。
剥離開始点は、引っ張り用部材４０の密着領域幅の中央付近とする（図１（ａ）（ｂ）参照）。
このように、密着領域幅ｄをウエーハ直径の４０％以上のように、大きな値とすることで、剥離進行波の曲率をなだらかにし、ウエーハ周辺部においても第１のウエーハを引っ張る方向と周辺の剥離進行波の進行方向（剥離進行方向）との間に大きな角度（図２（ａ）中の角度θ）が形成されない。そのため、ウエーハ周辺部に集中する応力を緩和することができるため、ウエーハの破損を効果的に防止することができるのである。

一方、図２（ｂ）に示すように、密着領域幅ｄがウエーハ直径の４０％未満のように小さい値であると、剥離進行波が剥離開始点付近を中心に円状となり、第１のウエーハを引っ張る方向と周辺部の剥離進行波の進行方向との間に大きな角度θが形成され、剥離が進行せず、周辺に応力が集中し、ウエーハの破損につながってしまう。

そして、以上の工程（図３（ａ）〜（ｆ））を経ることによって、図３（ｇ）に示すような、第２のウエーハ２０の上に良好な薄膜６１を有する高品質の貼り合わせウエーハ６０を、ウエーハを破損することを防止して、より確実に製造することができる。

なお、ウエーハ保持工程及び剥離工程を、図３（ｅ’）、（ｆ’）に示したように第２のウエーハの保持を支持板５２を用いて行った場合は、支持板５２を、ヤング率が３ＧＰａ以上であり、厚みが１ｍｍ以上であるものとすることが望ましい。第２のウエーハを密着させる支持板をこのようなものとすれば、十分な剛性を有し、該支持板が密着された第２のウエーハも十分な剛性を有するものとなる。なお、この第２のウエーハに密着させる支持板５２の剛性は高いほどよい。その結果、剥離工程中に過度に第２のウエーハが曲がることによるウエーハの破損、貼り合わせ面の局所的な離間、剥離痕の発生、及び薄膜の未転写等をより確実に防ぐことができる。

また、具体的には、支持板５２を、シリコン板とすることができ、特に、第２のウエーハが、シリコンである場合や、酸化膜を形成したシリコンであり支持板５２を密着させる面がシリコンである場合などは好適である。その他、ステンレス板、アルミナなどのセラミック板、アルミニウム板、ガラス板、塩化ビニルなどのプラスチック板のいずれかとすることもできる。支持板５２の材料は、密着させる第２ウエーハの種類に応じて、これらの中から適宜選択し得る。

また、支持板５２の表面粗さを、ＲＭＳ［ｎｍ］＝１〜１００の範囲とすることが好ましい。このように、支持板の表面粗さを、ＲＭＳ［ｎｍ］＝１〜１００の範囲とし、第２のウエーハと密着させる面を平滑にすることで、支持板の表面が、第２のウエーハの裏面に密着し易くなり、このため、よりしっかりと第２のウエーハを支持することができる。支持板の表面粗さは、粗すぎるとその表面状態が剥離後の第２のウエーハ表面に反映され、膜厚ムラとして現れる。また、支持板の表面粗さが平滑すぎると、第２のウエーハに密着しすぎて支持板から第２のウエーハを外し難くなる。

以下、第１のウエーハに密着させる引っ張り用部材の密着領域幅を第１のウエーハ直径の４０％以上とする理由等について、実験例を示して説明する。

（実験例１：ウエーハ直径１５０ｍｍ）
以下のように、図３に示したような貼り合わせウエーハの製造方法に従って、貼り合わせウエーハを製造した。
第１のウエーハ１０として、鏡面研磨された直径１５０ｍｍの単結晶シリコンウエーハを準備した。そして、第１のウエーハには、その表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を１００ｎｍ形成した。また、第２のウエーハ２０として、直径１５０ｍｍの合成石英ウエーハを準備した（工程ａ）。
次に、第１のウエーハ１０に、形成してあるシリコン酸化膜層を通して水素イオンを注入し、イオンの平均進行深さにおいて表面に平行な微小気泡層（イオン注入層）１１を形成した（工程ｂ）。イオン注入条件は、注入エネルギーが３５ｋｅＶ、注入線量が９×１０^１６／ｃｍ^２、注入深さは０．３μｍである。

次に、プラズマ処理装置中にイオン注入した第１のウエーハ１０を載置し、プラズマ用ガスとして窒素を導入した後、２Ｔｏｒｒ（２７０Ｐａ）の減圧条件下で１３．５６ＭＨｚの高周波を直径３００ｍｍの平行平板電極間に高周波パワー５０Ｗの条件で印加することで、高周波プラズマ処理をイオン注入した面に１０秒行った。このようにして、第１のウエーハ１０のイオン注入面に表面活性化処理を施した。
一方、第２のウエーハ２０については、プラズマ処理装置中に載置し、狭い電極間にプラズマ用ガスとして窒素ガスを導入した後、電極間に高周波を印加することでプラズマを発生させ、高周波プラズマ処理を１０秒行った。このようにして、第２のウエーハ２０の、次の貼り合わせ工程において貼り合わせる面にも表面活性化処理を施した（工程ｃ）。

以上のようにして表面活性化処理を行った第１のウエーハ１０と第２のウエーハ２０を、表面活性化処理を行った面を貼り合わせ面として室温で密着させた後、両ウエーハの裏面を厚さ方向に強く押圧した（工程ｄ）。
次に、貼り合わせ強度を高めるため、第１のウエーハ１０と第２のウエーハ２０とが密着したウエーハを、３００℃で３０分間熱処理した。

次に、引っ張り用部材４０として吸着パッドを第１のウエーハ１０の裏面に密着させた（工程ｅ）。このときの吸着パッドの密着領域幅ｄは第１のウエーハ直径の３０％、すなわち、４５ｍｍとした。
また、第２のウエーハ２０の裏面を支持板５２で保持した。
次に、劈開の起点を形成するため、紙切りバサミの刃により、第１のウエーハのイオン注入層１１にその一端部から外部衝撃を付与した。その後、第１のウエーハ１０を保持する引っ張り用部材４０と、第２のウエーハ２０に密着させた支持板５２を保持する保持具を相対的に離していくことにより、第１のウエーハ１０と第２のウエーハ２０を外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かってイオン注入層１１にて順次離間させた（工程ｆ）。

このようにして、合計２０枚の貼り合わせＳＯＩウエーハの製造を試みた。
その結果、剥離工程（工程ｆ）において、２０回中１０回において、ウエーハに一部破損が生じた。

（実験例２〜６：ウエーハ直径１５０ｍｍ）
実験例１と同様に、第１のウエーハ１０として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を１００ｎｍ形成した直径１５０ｍｍの単結晶シリコンウエーハを、第２のウエーハ２０として直径１５０ｍｍの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ（ＳＯＩウエーハ）の製造を、それぞれの場合について２０枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド（引っ張り用部材４０）の密着領域幅ｄを、表１中に示したようにして行った。

（実験例７〜１２：ウエーハ直径２００ｍｍ）
実験例１と同様に、第１のウエーハ１０として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を１００ｎｍ形成した直径２００ｍｍの単結晶シリコンウエーハを、第２のウエーハ２０として直径２００ｍｍの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ（ＳＯＩウエーハ）の製造を、それぞれの場合について２０枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド（引っ張り用部材４０）の密着領域幅ｄを、表１中に示したようにして行った。

（実験例１３〜１８：ウエーハ直径３００ｍｍ）
実験例１と同様に、第１のウエーハ１０として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を１００ｎｍ形成した直径３００ｍｍの単結晶シリコンウエーハを、第２のウエーハ２０として直径３００ｍｍの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ（ＳＯＩウエーハ）の製造を、それぞれの場合について２０枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド（引っ張り用部材４０）の密着領域幅ｄを、表１中に示したようにして行った。

実験例１〜６（ウエーハ直径１５０ｍｍ）、実験例７〜１２（ウエーハ直径２００ｍｍ）、実験例１３〜１８（ウエーハ直径３００ｍｍ）の貼り合わせウエーハの製造歩留まりを図４中に示した。なお、ここでの歩留まりとは第１のウエーハ及び第２のウエーハが破損せずに貼り合わせウエーハの製造を行うことができた割合を示す。

ウエーハ直径１５０ｍｍの場合（実験例１〜６）は、吸着パッドの密着領域幅ｄが４０％であれば、歩留まり９０％を達成でき、吸着パッドの密着領域幅ｄが４５％であれば、ウエーハの破損は発生しなかった。

ウエーハ直径２００ｍｍの場合（実験例７〜１２）は、吸着パッドの密着領域幅ｄが４０％であれば、歩留まり８５％を達成でき、吸着パッドの密着領域幅ｄが４５％であれば、ウエーハの破損は発生しなかった。

直径３００ｍｍのウエーハ同士を貼り合わせ、ウエーハの破損が起こりやすい貼り合わせウエーハの製造（実験例１３〜１８）においても、吸着パッドの密着領域幅ｄが４０％であれば、歩留まり８０％を達成でき、吸着パッドの密着領域幅ｄが４５％であれば、歩留まり９０％を達成することができた。また、吸着パッドの密着領域幅ｄが５０％であれば、ウエーハの破損は発生しなかった。

以上の実験結果より、引っ張り用部材の密着領域幅ｄをウエーハの直径の４０％以上、好ましくは４５％以上にすれば、ウエーハの破損を効果的に防止して貼り合わせウエーハを製造できることがわかった。
また、特に、貼り合わせるウエーハの直径が３００ｍｍのように大きいときに、本発明の効果が大きいことが明らかとなった。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の貼り合わせウエーハの製造方法において第１のウエーハに引っ張り用部材を密着する領域を模式的に示す平面図であり、（ａ）は引っ張り用部材として吸着パッドを用いた場合、（ｂ）は引っ張り用部材として複数の吸盤を用いた場合を示すものである。 貼り合わせウエーハの製造方法において、第１のウエーハの剥離が進行する様子を模式的に示す平面図であり、（ａ）は引っ張り用部材の密着領域幅が大きい場合、（ｂ）は引っ張り用部材の密着領域幅が小さい場合を示すものである。 本発明の貼り合わせウエーハの製造方法が適用される貼り合わせウエーハの製造方法の一例を示すフローチャートである。 引っ張り用部材の密着領域幅と歩留まりとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…第１のウエーハ、 １１…イオン注入層、 １２…イオン注入面、
２０…第２のウエーハ、 ２２…貼り合わせる面、
４０…引っ張り用部材、 ５０…引っ張り用部材（保持具）、 ５２…支持板、
６０…貼り合わせウエーハ、 ６１…薄膜。

Claims (12)

1. 第１のウエーハと第２のウエーハを貼り合わせ、前記第１のウエーハを薄膜化し、前記第２のウエーハの上に薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造する方法であって、少なくとも、
   半導体ウエーハである前記第１のウエーハの表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成する工程と、
   前記第１のウエーハのイオン注入した面と第２のウエーハの貼り合わせる面の少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、
   前記第１のウエーハのイオン注入した面と前記第２のウエーハの貼り合わせる面とを密着させる工程と、
   前記第１のウエーハの裏面の一端部に引っ張り用部材を密着させて前記第１のウエーハの裏面を保持するとともに、前記第２のウエーハの裏面を保持具により保持するウエーハ保持工程と、
   前記第１のウエーハの前記イオン注入層の、前記引っ張り用部材を密着させた側の一端部から外部衝撃を付与するとともに、少なくとも、前記引っ張り用部材により前記第１のウエーハの裏面を引っ張ることにより、前記第１のウエーハと前記第２のウエーハとを、前記外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって前記イオン注入層にて順次離間させ、前記第１のウエーハを薄膜化する剥離工程と
   を含み、前記引っ張り用部材で前記第１のウエーハに密着させる領域の、前記一端部と他端部とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅を、前記第１のウエーハの直径の４０％以上として、前記剥離工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
2. 前記引っ張り用部材を、１つ以上の吸盤または多孔質材料で構成されているものとすることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
3. 前記第１のウエーハを、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、化合物半導体ウエーハのいずれかとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
4. 前記第２のウエーハを、石英ウエーハ、サファイア（アルミナ）ウエーハ、ＳｉＣウエーハ、ホウ珪酸ガラスウエーハ、結晶化ガラスウエーハ、窒化アルミニウムウエーハ、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、ＳｉＧｅウエーハのいずれかとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
5. 前記第２のウエーハを保持する保持具を、前記第２のウエーハの裏面に密着させる支持板とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
6. 前記支持板を、ヤング率が３ＧＰａ以上であり、厚みが１ｍｍ以上であるものとすることを特徴とする請求項５に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
7. 前記支持板の材料を、シリコンとすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
8. 前記支持板の表面粗さを、ＲＭＳ［ｎｍ］＝１〜１００の範囲とすることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
9. 前記支持板の前記第２のウエーハの裏面への密着は、真空吸着または静電チャックによるものとすることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
10. 前記第１のウエーハと第２のウエーハを密着させる工程の後、該密着したウエーハを、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行い、その後、前記ウエーハ保持工程を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
11. 前記剥離工程の際に、断面形状が楔状の部材の先端部を前記イオン注入層の一端部に当接させることにより、前記イオン注入層に外部衝撃を付与することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
12. 前記表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。

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