JP2005072070A

JP2005072070A - 剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハ

Info

Publication number: JP2005072070A
Application number: JP2003209166A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Morita; 悦郎森田; Isoroku Ono; 五十六小野; Shinji Okawa; 真司大川
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】剥離ウェーハにダメージを与えることなく、この剥離ウェーハの剥離時に形成されたリング状段差を短時間で除去する。
【解決手段】半導体ウェーハ１３にイオンを注入して半導体ウェーハ内部にイオン注入領域１３ｂを形成し、半導体ウェーハを支持ウェーハ１４に重ね合せて積層体１６を形成し、更に積層体を熱処理して半導体ウェーハをイオン注入領域で薄膜１７から分離することにより、外周縁にリング状段差１２ｂを形成して得られる厚肉の剥離ウェーハ１２を再生処理する。外周縁にリング状段差を有する剥離ウェーハの分離面１２ａを砥石により研削してリング状段差を除去した後に、剥離ウェーハの分離面を研磨布により研磨する。砥石の研削による剥離ウェーハのダメージをダメージ低減手段により２μｍ以下とし、砥石の研削による剥離ウェーハの取り代を取り代低減手段により３μｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンを注入した半導体ウェーハを支持ウェーハに重ね合せて積層体を形成し、この積層体を熱処理してイオン注入領域で半導体ウェーハの薄膜から分離された厚肉の剥離ウェーハを再生処理する方法と、この方法で再生されたウェーハに関する。更に詳しくはＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ）ウェーハ等の結合ウェーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法において、副生される剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の剥離ウェーハの再生処理方法として、剥離ウェーハの少なくとも面取り部のイオン注入層を除去した後に、ウェーハ表面を研磨する剥離ウェーハの再生処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この再生処理方法では、上記面取り部のイオン注入層の除去方法として、ウェーハに面取り加工を施して面取り部を形成する通常の方法を適用することができるけれども、この方法では、面を粗くしてしまうため、いわゆる鏡面研磨（鏡面面取り加工）が施される。
このように構成された剥離ウェーハの再生処理方法では、剥離ウェーハの面取り部において僅か数μｍ以下の取り代で確実にイオン注入層を除去できるため、その後熱処理を加えてもイオン注入層に起因するパーティクルが発生せず、剥離ウェーハ表面のダメージ層を除去できるとともに、剥離ウェーハの表面粗さを改善できるようになっている。
【０００３】
一方、被加工物を研削する際に生じる研削抵抗値が研削抵抗値検出手段により検出され、この研削抵抗値検出手段からの抵抗値信号を受信しその信号が所定の閾値内であるか否かが判断手段により判断され、この判断手段が所定の閾値を越えたと判断したときに送り速度制御手段がスピンドル送り手段の送り速度を適正に調整するように構成された研磨装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この研磨装置では、上記研削抵抗値検出手段がスピンドルユニットの駆動源に供給する電流の負荷電流値を検出する電流値検出手段であり、判断手段によりこの負荷電流値が所定の閾値内であるか否かが判断される。
【０００４】
このように構成された研磨装置では、研削部の研削圧力により生じる研削抵抗値が電流値検出手段により検出され、その検出信号が判断手段に入力され、閾値内に収まっているかどうかが判断される。上記検出信号が所定の閾値内にある場合には、送り速度制御手段がスピンドル送り手段の送り速度を維持し、上記検出信号が所定の閾値を越えた場合には、送り速度制御手段がスピンドル送り手段の送り速度を減速又は加速する。この結果、研削部の研削圧力を適正に調整できるので、被加工物の面焼けや破損、或いは装置自体の損傷を防止できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５５９７８号公報（請求項１、段落番号００３２、段落番号００５２）
【特許文献２】
特開２００１−１３８２１９号公報（請求項１、請求項３、段落番号００１７、段落番号００２０、段落番号００２３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献１に示された剥離ウェーハの再生処理方法では、剥離ウェーハの面取り加工を鏡面研磨（鏡面面取り加工）により行うと、剥離ウェーハの表面粗さを小さくできるけれども、面取り加工に要する時間が増大する不具合があった。
また、上記従来の特許文献２に示された研磨装置では、被加工物の削り込み量の過剰及び過少を阻止して、最適な状態で被加工物を研削できるけれども、研削による被加工物の取り代を少なくするという技術的思想はない。
【０００７】
本発明の目的は、剥離ウェーハにダメージを与えることなく、この剥離ウェーハの剥離時に形成されたリング状段差を短時間で除去できるとともに、リング状段差を完全に除去することにより、剥離ウェーハ周縁を容易にコントロールできる、剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハを提供することにある。
本発明の別の目的は、剥離ウェーハの砥石を用いた研削時にその取り代を必要最小限に抑制できる、剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１、図２及び図５に示すように、半導体ウェーハ１３にイオンを注入して半導体ウェーハ１３内部にイオン注入領域１３ｂを形成し、半導体ウェーハ１３を支持ウェーハ１４に重ね合せて積層体１６を形成し、更に積層体１６を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ１３をイオン注入領域１３ｂで薄膜１７から分離することにより外周縁にリング状段差１２ｂを形成して得られる厚肉の剥離ウェーハ１２を再生処理する方法の改良である。
その特徴ある構成は、外周縁にリング状段差１２ｂを有する剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを砥石２１により研削してリング状段差１２ｂを除去した後に、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研磨布により研磨し、砥石２１の研削による剥離ウェーハ１２のダメージをダメージ低減手段２１により２μｍ以下とし、砥石２１の研削による剥離ウェーハ１２の取り代１２ｃを取り代低減手段３３により３μｍ以下とするところにある。
【０００９】
この請求項１に記載された剥離ウエーハの再生処理方法では、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを砥石２１により研削するときに、ダメージ低減手段２１により剥離ウェーハ１２にダメージを与えることなく剥離ウェーハ１２のリング状段差１２ｂを短時間で除去できるとともに、取り代低減手段３３により剥離ウェーハ１２の取り代１２ｃを必要最小限に抑制できる。また剥離ウェーハ１２からリング状段差１２ｂを完全に除去できるので、剥離ウェーハ１２周縁を容易にコントロールできる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図２及び図５に示すように、ダメージ低減手段２１が、粒度♯１５００〜♯１００００の砥粒をレジンボンドで結合した砥石であることを特徴とする。
この請求項２に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、砥粒の粒度が極めて細かく、しかもこれらの砥粒が比較的結合度の弱いレジンボンドで結合されているため、剥離ウェーハ１２にダメージを与えずに剥離ウェーハ１２のリング状段差１２ｂを除去できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図２及び図５に示すように、取り代低減手段３３が、砥石２１を回転させる回転用モータ２３の負荷電流を検出する電流センサと３４、電流センサ３４の検出出力に基づいて砥石２１を昇降させる昇降用モータ２６を制御するコントローラ３６とを有することを特徴とする。
この請求項３に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、砥石２１により剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研削すると、砥石２１による剥離ウェーハ１２の研削面積が次第に増大していく。そして回転用モータ２３の負荷電流が一定になったことを電流センサ３４が検出すると、コントローラ３６は回転用モータ２３の負荷電流が一定になったときから所定時間経過した後に昇降用モータ２６を停止する。これにより剥離ウェーハ１２の取り代１２ｃを必要最小限に抑制できる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に記載された方法で再生処理されたウエーハである。
上記請求項１ないし３いずれか１項に記載された方法で再生処理された剥離ウェーハは、ダメージがなく、取り代が極めて少ないため、半導体ウェーハとして再利用できる回数が増大する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ＳＯＩウェーハ１１を製造するときに剥離ウェーハ１２が副次的に生成される。ＳＯＩウェーハ１１を製造するには、ボンドウェーハとしての半導体ウェーハ１３及びベースウェーハとしての支持ウェーハ１４を用意する。この実施の形態ではこれらのウェーハ１３及び１４は、それぞれチョクラルスキー法で製造され、同一の直径と同一の厚さを有する。これらのウェーハ１３及び１４は両面研磨された後、ＲＣＡ洗浄されたウェーハである。
【００１４】
先ずシリコンウェーハからなる半導体ウェーハ１３を熱酸化によりウェーハ１３表面に絶縁膜である酸化膜１３ａ（ＳｉＯ_２膜）を形成した後に、このウェーハ１３に水素ガスイオンである水素イオン（Ｈ＋）を３．０×１０^１６／ｃｍ^２以上又は水素分子イオン（Ｈ^２＋）を１．５×１０^１６／ｃｍ^２以上のドーズ量でイオン注入する（図１（ａ））。ここで、図１（ａ）中の符号１３ｂは水素ガスイオン又は水素分子イオンの注入により半導体ウェーハ１３内部に形成されたイオン注入領域であり、このイオン注入領域１３ｂは酸化膜１３ａに平行に、即ち半導体ウェーハ１３表面に平行に形成される。また水素ガスイオン（Ｈ^＋）の場合には、水素分子イオン（Ｈ^２＋）の場合の約２倍の注入量が必要である。なお、水素ガスイオン及び水素分子イオンの注入に代えて、或いは水素ガスイオン又は水素分子イオンの注入とともに、ヘリウムイオン（Ｈｅ＋）を注入してもよい。この場合、ヘリウムイオンのドーズ量は０．５×１０^１６／ｃｍ^２以上であることが好ましい。また酸化膜は、半導体ウェーハの全面に形成してもよく、半導体ウェーハではなく支持ウェーハに形成してもよい。
【００１５】
次いで上記半導体ウェーハ１３と同一表面積を有するシリコンウェーハからなる支持ウェーハ１４を用意し（図１（ｂ））、両ウェーハ１３，１４をＲＣＡ法により洗浄した後、支持ウェーハ１４上に半導体ウェーハ１３を酸化膜１３ａを介して室温で重ね合せて積層体１６を形成する（図１（ｃ））。この積層体１６を窒素（Ｎ_２）雰囲気中で５００〜８００℃の範囲に昇温し、この温度範囲に５〜３０分間保持して薄膜分離熱処理を行う。これにより半導体ウェーハ１３がイオン注入領域１３ｂのところで割れて上部の厚肉の剥離ウェーハ１２と下部の薄膜１７に分離する（図１（ｄ））。
【００１６】
次に上記半導体ウェーハ１３がイオン注入領域１３ｂで割れた積層体１６の温度を下げ、酸化膜１３ａを介して薄膜１７が積層された支持ウェーハ１４（以下、単に支持ウェーハ１４という）から剥離ウェーハ１２を取除く。上記支持ウェーハ１４を酸素（Ｏ_２）又は窒素（Ｎ_２）雰囲気中で９００〜１２００℃の範囲に昇温しこの温度範囲に３０〜１２０分間保持する熱処理を行う（図１（ｅ））。この熱処理は薄膜１７の支持ウェーハ１４への貼合せを強固にする熱処理である。更に支持ウェーハ１４の分離面をアニール処理するか又は研磨（タッチポリッシング）して平滑化する（図１（ｇ））。これにより支持ウェーハ１４はＳＯＩウェーハ１１となる。
【００１７】
一方、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａの外周縁には、０．３μｍ程度のリング状段差１２ｂが形成される（図１（ｆ）及び図２（ａ））。このリング状段差１２ｂが発生するメカニズムは未だ解明されていないが、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａ周縁の面取りやダレ或いはイオン注入領域の深さが影響しているものと考えられる。なお、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａ周縁上面には、熱処理等で形成された酸化膜１３ａが残存する（図１（ｆ）及び図２（ａ））が、次に述べる剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを砥石を用いて研削する前に、図２（ｂ）に示すように、この剥離ウェーハ１２をフッ酸に浸漬するなどにより上記酸化膜１３ａを除去しておくことが好ましい。
【００１８】
上記外周縁にリング状段差１２ｂを有する剥離ウェーハ１２を再生処理するために、研削装置１８（図３〜図５）及び研磨装置（図示せず）を用いられる。研削装置１８は、図５に詳しく示すように、剥離ウェーハ１２を載せて保持する保持テーブル１９と、このテーブル１９にて保持された剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研削する複数の四角柱状の砥石２１と、これらの砥石２１を回転軸２０を中心として同一円周上に位置するように保持する砥石ホルダ２２と、砥石ホルダ２２を回転軸２０を介して回転させる回転用モータ２３と、この回転用モータ２３を昇降可能に保持するスライド手段２４と、回転用モータ２３を昇降させる昇降用モータ２６とを備える。
【００１９】
スライド手段２４は、保持テーブル１９に隣接して立設された保持レール２７と、この保持レール２７に上下方向に摺動可能に取付けられかつ回転用モータ２３が固定された摺動レール２８と、保持レール２７に突設されねじ棒２９ａを回転可能の保持する一対のねじ保持部３１，３１と、摺動レール２８に突設されナット（図示せず）を保持するナット保持部３２とを有する。上記ねじ棒２９ａ及びナットによりボールねじ２９が構成され、ナットはねじ棒２９ａに螺合するように構成される。
【００２０】
上記砥石２１は粒度♯１５００（平均粒径７．５μｍ）〜♯１００００（平均粒径０．５μｍ）の砥粒をレジンボンドで結合したものであり、この砥石２１は剥離ウェーハ１２の分離面１２ａのダメージを２μｍ以下に抑制するダメージ低減手段として機能する。また砥粒のレジンボンドによる結合度は比較的弱く設定される。具体的には、ディスコ株式会社製の粒度♯１５００（平均粒径７．５μｍ）〜♯８０００（平均粒径１μｍ）のレジノイドボンド研削砥石を用いることが好ましく、例えば、ディスコ株式会社の製品名「ＩＦ−０１−１−４／６−Ｂ−Ｍ０１」のレジンボンドの♯２０００の高番手の研削砥石を用いることができる。なお、砥石の粒度を♯１５００〜♯１００００の範囲に限定したのは、粒度が♯１５００未満では、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａに２μｍを越えるダメージを与えてしまい、粒度が♯１００００を越えると、単位時間当たりの研削量が少なく研削時間が増大する不具合があるからである。
【００２１】
砥石２１の研削による剥離ウェーハ１２の取り代１２ｃ（図２（ｂ））は、取り代低減手段３３により３μｍ以下に制御される（図５）。取り代低減手段３３は、上記回転用モータ２３の負荷電流を検出する電流センサ３４と、電流センサ３４の検出出力に基づいて昇降用モータ２６を制御するコントローラ３６とを有する。電流センサ３４の検出出力はコントローラ３６の制御入力に接続され、コントローラ３６の制御出力は、昇降用駆動回路３７を介して昇降用モータ２６に電気的に接続されるとともに、回転用駆動回路３８を介して回転用モータ２３に電気的に接続される。またコントローラ３６には経過時間を計測するタイマ３６ａが設けられる。
【００２２】
研磨装置１８は、図示しないが、剥離ウェーハ１２を載せて保持する保持テーブルと、研磨剤を供給する研磨液供給手段と、この研磨剤を含浸した研磨布を回転可能に保持する研磨布ホルダと、研磨布を剥離ウェーハ１２の分離面１２ａに圧接しながら回転させる圧接・回転手段とを備える。
【００２３】
このように構成された研削装置１８及び研磨装置を用いて剥離ウェーハ１２を再生処理する方法を説明する。
先ず分離面１２ａ周縁上面の酸化膜１３ａをフッ酸に浸漬して除去した剥離ウェーハ１２を、その分離面１２ａを上にして研削装置１８の保持テーブル１９に載せて固定する。この状態で保持テーブル１９を剥離ウェーハ１２とともにテーブル用モータ（図示せず）にて図４及び図５の実線矢印の方向に回転させ、砥石ホルダ２２を回転用モータ２３にて図４及び図５の破線矢印の方向に回転させる。次いで砥石ホルダ２２を昇降用モータ２６にて実線矢印の方向に下降させ、砥石２１を剥離ウェーハ１２の分離面１２ａに所定の時刻Ｓ_１（図６）に接触させて、砥石２１でリング状段差１２ｂを研削する。
【００２４】
このとき砥石２１の粒度が♯１５００〜♯１００００と極めて細かく、かつ砥粒のレジンボンドによる結合度が比較的弱いため、剥離ウェーハ１２にダメージを与えることなくリング状段差１２ｂを短時間で研削により除去できる。また回転用モータ２３の負荷電流は砥石２１と剥離ウェーハ１２との接触面積が大きくなるに従って次第に増大し、所定の時刻Ｓ_２で略均一に接触すると、上記負荷電流は一定になる。回転用モータ２３の負荷電流が一定になったことを電流センサ３４が検出すると、コントローラ３６は回転用モータ２３の負荷電流が一定になったとき（図６の時刻Ｓ_２）にタイマ３６ａをオンする。タイマ３６ａがオンして時間を計測し、オンしてから所定時間（０．５〜２秒間、好ましくは１秒間）経過すると（図６の時刻Ｓ_３）、タイマ３６ａはコントローラ３６に信号を発する。コントローラ３６はこのタイマ３６ａの信号を受けて昇降用モータ２６を停止する。この結果、剥離ウェーハ１２の取り代１２ｃ（図２（ｂ））を必要最小限に抑制できる。
【００２５】
次にこの剥離ウェーハ１２を研磨装置の保持テーブルに載せて固定し、研磨液供給手段から研磨液を供給してこの研磨液を研磨布に含浸させる。この状態で保持テーブルを剥離ウェーハ１２とともに回転させ、研磨布ホルダを研磨布とともに回転させた後に、研磨布を圧接・回転手段により剥離ウェーハ１２の分離面１２ａに圧接して、剥離ウェーハ１２を研磨する。このとき上記砥石の研削によるダメージが２μｍ以下と極めて小さいので、必要最小限の研磨代１２ｄ（図２（ｃ））で研削ダメージを除去できる。更に上記剥離ウェーハ１２の表面を仕上げ研磨した後に、仕上げ洗浄される。仕上げ研磨には、不織布の基布の上にウレタン樹脂を発泡させたスェードタイプの仕上げ研磨布と、研磨砥粒の他にヘイズ抑制剤としての有機高分子が添加された仕上げ研磨剤とが使用される。このようにして再生処理された剥離ウェーハ１２は、ダメージがなく、取り代１２ｃ及び研磨代１２ｄが極めて少ないため、半導体ウェーハ又は支持ウェーハとして再利用できる回数が増大し、歩留まりを向上できる。なお、研削装置１８により剥離ウェーハ１２からリング状段差１２ｂを完全に除去できるので、研削装置１８を用いずに研磨装置のみでリング状段差を除去する場合と比較して、剥離ウェーハ１２周縁を容易にコントロールできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、外周縁にリング状段差を有する剥離ウェーハの分離面を砥石により研削してリング状段差を除去した後に、剥離ウェーハの分離面を研磨布により研磨し、砥石の研削による剥離ウェーハのダメージをダメージ低減手段により２μｍ以下とし、砥石の研削による剥離ウェーハの取り代を取り代低減手段により３μｍ以下とするので、剥離ウェーハにダメージを与えることなく剥離ウェーハのリング状段差を短時間で除去できるとともに、剥離ウェーハの取り代を必要最小限に抑制でき、更に剥離ウェーハからリング状段差を完全に除去できるので、剥離ウェーハ周縁を容易にコントロールできる。
【００２７】
またダメージ低減手段が粒度♯１５００〜♯１００００の砥粒をレジンボンドで結合した砥石であれば、砥粒の粒度が極めて細かく、しかもこれらの砥粒が比較的結合度の弱いレジンボンドで結合されているため、剥離ウェーハにダメージを与えずに剥離ウェーハのリング状段差を除去できる。
また取り代低減手段の電流センサの検出出力に基づいてコントローラが昇降用モータを制御すれば、砥石による剥離ウェーハの研削面積が次第に増大して、回転用モータの負荷電流が一定になったことを電流センサが検出すると、コントローラは回転用モータの負荷電流が一定になったときから所定時間経過した後に昇降用モータを停止する。この結果、剥離ウェーハの取り代を必要最小限に抑制できる。
更に上記方法で再生処理されたウエーハは、ダメージがなく、取り代が極めて少ないため、半導体ウェーハとして再利用できる回数が増大し、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の剥離ウェーハを含むＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図２】その剥離ウェーハを再生する工程順を示す図。
【図３】剥離ウェーハ及び砥石を含む研削装置の要部斜視図。
【図４】図３のＡ矢視図。
【図５】砥石の回転用モータ及び昇降用モータを含む研削装置の構成図。
【図６】砥石下面及び保持テーブル上面の距離の時間に対する変化と、回転用モータの負荷電流の時間に対する変化を互いに関連付けて示した図。
【符号の説明】
１２剥離ウェーハ
１２ａ分離面
１２ｂリング状段差
１２ｃ取り代
１３半導体ウェーハ
１３ｂイオン注入領域
１４支持ウェーハ
１６積層体
１７薄膜
２１砥石（ダメージ低減手段）
２３回転用モータ
２６昇降用モータ
３３取り代低減手段
３４電流センサ
３６コントローラ

Claims

半導体ウェーハ（１３）にイオンを注入して前記半導体ウェーハ（１３）内部にイオン注入領域（１３ｂ）を形成し、前記半導体ウェーハ（１３）を支持ウェーハ（１４）に重ね合せて積層体（１６）を形成し、更に前記積層体（１６）を所定の温度で熱処理して前記半導体ウェーハ（１３）を前記イオン注入領域（１３ｂ）で薄膜（１７）から分離することにより外周縁にリング状段差（１２ｂ）を形成して得られる厚肉の剥離ウェーハ（１２）を再生処理する方法において、
前記外周縁にリング状段差（１２ｂ）を有する前記剥離ウェーハ（１２）の分離面（１２ａ）を砥石（２１）により研削して前記リング状段差（１２ｂ）を除去した後に、前記剥離ウェーハ（１２）の分離面（１２ａ）を研磨布により研磨し、
前記砥石（２１）の研削による前記剥離ウェーハ（１２）のダメージをダメージ低減手段（２１）により２μｍ以下とし、
前記砥石（２１）の研削による前記剥離ウェーハ（１２）の取り代（１２ｃ）を取り代低減手段（３３）により３μｍ以下とする
ことを特徴とする剥離ウエーハの再生処理方法。
ダメージ低減手段（２１）が、粒度♯１５００〜♯１００００の砥粒をレジンボンドで結合した砥石である請求項１記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
取り代低減手段（３３）が、砥石（２１）を回転させる回転用モータ（２３）の負荷電流を検出する電流センサ（３４）と、前記電流センサ（３４）の検出出力に基づいて前記砥石（２１）を昇降させる昇降用モータ（２６）を制御するコントローラ（３６）とを有する請求項１記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
請求項１ないし３いずれか１項に記載された方法で再生処理されたウエーハ。