(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の表面に多孔質層を形成する工程と、
上記多孔質層の表面に非多孔質膜を形成する工程と、
上記第１の基板の非多孔質膜が形成された表面を第２の基板の表面に貼り合わせる工程と、
貼り合わされた第１の基板と第２の基板をナノバブルを含む処理液に浸漬する工程と、
上記処理液にエネルギを与えて上記ナノバブルを破裂させ、そのナノバブルの破裂によって生じるエネルギで上記多孔質層を分断させて上記第１の基板と第２の基板を分離する工程と、
分離された第２の基板の表面に残留する多孔質層を除去する工程と
を具備したことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
上記処理液に含まれるナノバブルは超音波振動のエネルギによって破裂させることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
多孔質層に非多孔質膜が形成された第１の基板の表面を第２の基板に貼り合わせてから、上記多孔質層を分断して上記第１の基板と上記第２の基板を分離するＳＯＩ基板の製造装置であって、
ナノバブルを含んだ処理液が貯えられる処理槽と、
貼り合わされた上記第１の基板と第２の基板が上記処理液に浸漬するよう保持する保持手段と、
上記処理槽の処理液に含まれる上記ナノバブルを破裂させるエネルギを付与するエネルギ付与手段と
を具備したことを特徴とするＳＯＩ基板の製造装置。
【請求項４】
上記保持手段は、上記第１の基板と第２の基板の少なくとも貼り合わされた部分を上記処理液に浸漬させた状態で回転させることを特徴とする請求項３記載のＳＯＩ基板の製造装置。
【請求項５】
上記エネルギ付与手段は、上記処理槽に設けられた超音波振動子と、この超音波振動子を超音波振動させる超音波発振器であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のＳＯＩ基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＳｉ単結晶基板からなる第１の基板と絶縁性基板からなる第２の基板を貼り合わせてから分離して第２の基板に非多孔質膜としてのＳｉ単結晶膜が設けられたＳＯＩ基板を製造するための製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ基板を製造する製造方法としては、Ｓｉ単結晶基板からなる第１の基板の表面に非多孔質膜としてのＳｉ単結晶膜を成長させ、この第１の基板のＳｉ単結晶膜を絶縁性基板からなる第２の基板に貼り合わせた後、上記Ｓｉ単結晶膜を上記第１の基板から分離して、上記第２の基板の表面に設けてＳＯＩ基板を形成する、いわゆる貼り合わせ法が知られている。
【０００３】
上記Ｓｉ単結晶膜を上記第１の基板から分離して第２の基板の表面にＳｉ単結晶膜を形成する場合、上記第１の基板の表面のＳｉ単結晶膜の下側に、所定の厚さの多孔質層を予め形成しておく。そして、第１の基板を第２の基板に貼り合わせた後、上記多孔質層を分断した後、上記Ｓｉ単結晶膜上に残る多孔質層を除去することで、上記第２の基板の表面にＳｉ単結晶膜が形成されたＳＯＩ基板とする。
【０００４】
上記第１の基板と第２の基板を分離するため、多孔質層を分断する方法が特許文献１に示されている。すなわち、特許文献１には、貼り合わせた第１、第２の基板の両側より多孔質層を加圧して押し潰す方法、それぞれの基板を両側に引いて多孔質層を破壊して分離する方法、多孔質層に治具を挿入する方法、貼り合わせた基板の表面に平行な方向に力を加える方法、多孔質層に超音波振動を加える方法などが示されている。
【特許文献１】特開平７−３０２８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される、貼り合わせた基板の両側より加圧して多孔質層を押し潰す方法、それぞれの基板を両側に引いて多孔質層を破壊して分離する方法、貼り合わせた基板の表面に平行な方向に力を加える方法或いは多孔質層に超音波振動を加える方法などは、多孔質層を分断する力を多孔質層に直接加えず、第１、第２の基板を介して多孔質層に伝達することになる。
【０００６】
そのため、多孔質層を迅速かつ確実に分断することができないばかりか、多孔質層を分断する力を第１、第２の基板に直接加えるため、これら基板を損傷させる虞がある。さらに、多孔質層を分断する力を多孔質層に直接加えないため、多孔質層を分断するために大きな力が必要となるから、装置の大型化や複雑化を招くということがある。
【０００７】
さらに、多孔質層に治具を挿入する従来の方法は、挿入時に第２の基板に形成されたＳｉ単結晶膜を傷付けるという虞があるばかりか、作業に手間が掛かるため、生産性を向上させることができないということがある。
【０００８】
しかも、最近では基板が大型化する傾向にある。そのため、上述した従来のそれぞれの方法によると、多孔質層の分断を基板の径方向全長にわたって確実かつ迅速に行えないということがある。
【０００９】
この発明は、貼り合わされた第１の基板と第２の基板の間に介在する多孔質層の分断を、これら基板が大口径化しても迅速かつ確実に行なうことができるようにしたＳＯＩ基板の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、第１の基板の表面に多孔質層を形成する工程と、
上記多孔質層の表面に非多孔質膜を形成する工程と、
上記第１の基板の非多孔質膜が形成された表面を第２の基板の表面に貼り合わせる工程と、
貼り合わされた第１の基板と第２の基板をナノバブルを含む処理液に浸漬する工程と、
上記処理液にエネルギを与えて上記ナノバブルを破裂させ、そのナノバブルの破裂によって生じるエネルギで上記多孔質層を分断させて上記第１の基板と第２の基板を分離する工程と、
分離された第２の基板の表面に残留する多孔質層を除去する工程と
を具備したことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法にある。
【００１１】
上記処理液に含まれるナノバブルは超音波振動のエネルギによって破裂させることが好ましい。
【００１２】
この発明は、多孔質層に非多孔質膜が形成された第１の基板の表面を第２の基板に貼り合わせてから、上記多孔質層を分断して上記第１の基板と上記第２の基板を分離するＳＯＩ基板の製造装置であって、
ナノバブルを含んだ処理液が貯えられる処理槽と、
貼り合わされた上記第１の基板と第２の基板が上記処理液に浸漬するよう保持する保持手段と、
上記処理槽の処理液に含まれる上記ナノバブルを破裂させるエネルギを付与するエネルギ付与手段と
を具備したことを特徴とするＳＯＩ基板の製造装置にある。
【００１３】
上記保持手段は、上記第１の基板と第２の基板の少なくとも貼り合わされた部分を上記処理液に浸漬させた状態で回転させることが好ましい。
【００１４】
上記エネルギ付与手段は、上記処理槽に設けられた超音波振動子と、この超音波振動子を超音波振動させる超音波発振器であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、基板が大口径化しても第１の基板と第２の基板の分断を確実かつ迅速に行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。  
図１（ａ）はＳｉ単結晶基板からなる第１の基板１を示す。この第１の基板１の表面には数μｍ程度の孔径の微細孔が形成された多孔質層２を形成する。多孔質層２は、たとえば電解質溶液（化成液）中で上記第１の基板１に陽極化成処理を施すことによって形成される。多孔質層２に形成される微細孔の孔径は、陽極化成処理を施す際の電流密度や処理時間によって設定することができる。
【００１８】
なお、多孔質層２の形成方法は陽極化成処理に限定されず、他の公知の従来方法で形成するようにしてもよい。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、上記多孔質層２の表面には非多孔質膜としてのＳｉ単結晶３を成長させ、このＳｉ単結晶膜３上に図１（ｃ）に示すように絶縁層となる酸化膜４を形成する。
【００２０】
ついで、上記第１の基板１の酸化膜４と、絶縁性基板である石英基板などの第２の基板５の上記酸化膜４に貼り合わされる面をプラズマ処理やオゾン処理などによって活性化処理してから、図１（ｄ）に示すように第１の基板１を上にして第１、第２の基板１、５の活性化処理された面を室温で密着させて貼り合わせ、貼り合わせ基板７を形成する。
【００２１】
貼り合わせ基板７は機械的強度が低い上記多孔質層２の部分で分離される。図２は貼り合わせ基板７を分離する分離装置１１を示す。この分離装置１１は処理槽１２を備えている。この処理槽１２には貯液槽１３に貯えられた処理液Ｌが給液管１４を通じて供給される。この給液管１４には給液ポンプ１５とフィルタ１６が設けられている。
【００２２】
上記貯液槽１３には処理液供給手段としてのナノバブル発生器１８から上記処理液Ｌとなるナノバブル水が供給されるようになっている。上記ナノバブル発生器１８には気体供給ポンプ１９と液体供給ポンプ２０がそれぞれ配管接続されている。
【００２３】
上記気体供給ポンプ１９は上記ナノバブル発生器１８に窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの気体を所定の圧力で供給し、上記液体供給ポンプ２０は上記ナノバブル発生器１８にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）や純水などの液体を供給する。
【００２４】
上記ナノバブル発生器１８に供給された気体は旋回流となり、上記液体は気体よりも旋回速度の速い旋回流となって気体の周囲に沿って流れる。それによって、気体が液体によって剪断されて微細径のバブル、つまりナノバブルが発生し、そのナノバブルが液体に混入して処理液Ｌとしてのナノバブル水となる。
【００２５】
上記液体に含まれるバブルの粒径は上記気体と液体との旋回速度によって設定することができ、この実施の形態では液体に剪断された気体によって直径が１μｍ以下、たとえば０．０５〜０．４μｍのナノバブルが発生するよう、上記ナノバブル発生器１８に供給される気体と液体との旋回速度が設定される。それによって、上記ナノバブル発生器１８から上記貯液槽１３に供給されて貯えられる処理液Ｌはナノバブルを含む、ナノバブル水となる。
【００２６】
上記処理槽１２の内部には上記給液管１４から供給された処理液Ｌを所定の液面高さで貯える処理部１２ａが形成されている。この処理部１２ａに貯えられた処理液Ｌには上記分離装置１１の回転チャック２２に、たとえば吸着などの手段によって保持された上記貼り合わせ基板７が浸漬されるようになっている。  
なお、処理部１２ａからオーバフローした処理液Ｌは処理槽１２に接続された排液管１２ｂによって排出されるようになっている。
【００２７】
上記回転チャック２２は回転駆動源２３の回転軸２４に取り付けられている。この回転駆動源２３はアーム体２５の先端に軸線を垂直にして取り付けられている。上記アーム体２５の基端には可動体２６が設けられ、この可動体２６はＺガイド体２７のガイド面２７ａに沿って上下方向であるＺ方向に移動可能に支持されている。上記Ｚガイド体２７の上端にはＺ駆動源２８が設けられている。このＺ駆動源２８は上記可動体２６を上記Ｚガイド体２７のガイド面２７ａに沿ってＺ方向に駆動するようになっている。
【００２８】
上記回転チャック２２は、回転駆動されながら上記Ｚ駆動源２８によってＺ方向に駆動されるから、上記回転チャック２２に保持された貼り合わせ基板７を上記処理部１２ａに貯えられた処理液Ｌに浸漬させた状態で回転させることができる。それによって、図３（ａ）に示すように上記貼り合わせ基板７の第１の基板１と第２の基板５との間の多孔質層２に処理液Ｌがナノバブルｂとともに浸入することになる。
【００２９】
上記回転チャック２２の上面には、側面形状がほぼコ字状の複数の保持爪２９が一端を固定して設けられている。保持爪２９の他端は上記回転チャック２２に保持された貼り合わせ基板７の下面に離間対向している。
【００３０】
それによって、上記貼り合わせ基板７の第１の基板１が上記回転チャック２２に保持された状態で、上記第２の基板５が後述するように分断されると、この第２の基板５は上記保持爪２９に保持されるようになっている。
【００３１】
上記処理部１２ａの外底面には超音波振動子３１が設けられている。この超音波振動子３１には超音波発振器３２によって発生する、たとえば３０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の、所定の範囲の周波数帯域の高周波の駆動信号が印加される。それによって、超音波振動子３１は所定の範囲の周波数帯域の周波数に応じた発振周波数で超音波振動するようになっている。
【００３２】
上記超音波振動子３１が超音波振動すると、その超音波振動が処理液Ｌを介して処理液Ｌに含まれたナノバブルｂに伝播される。ナノバブルｂに超音波振動が伝播されると、そのエネルギによってナノバブルが破裂される。ナノバブルは破裂したときにエネルギを発生する。
【００３３】
処理液Ｌは上記貼り合わせ基板７の第１の基板１に形成された多孔質層２に浸入しているから、上記超音波振動子３１から発生する超音波振動は多孔質層２に浸入した処理液Ｌに含まれるナノバブルｂも破裂する。
【００３４】
そのため、多孔質層２に浸入したナノバブルｂが破裂されることで発生するエネルギが多孔質層２に直接作用するから、そのエネルギによって図１（ｅ）と図３（ｂ）に示すように多孔質層２が分断され、第１の基板１と第２の基板５が分離されることになる。
【００３５】
なお、多孔質層２は、その微細孔の孔径がナノバブルｂよりも大きくなるよう形成されている。そのため、多孔質層２内には処理液Ｌとともにナノバブルが確実に浸入することになるから、ナノバブルｂの破裂時のエネルギを多孔質層２に直接的に確実に作用させ、多孔質層２を効率よく分断することができる。
【００３６】
処理液Ｌは上記貼り合わせ基板７に形成された多孔質層２の全体にわたって均一に浸入するから、処理液Ｌに含まれるナノバブルｂも上記多孔質層２の全体に均一に分布することになる。
【００３７】
そのため、超音波振動子３１を作動させて処理液Ｌに超音波振動を付与すると、上記多孔質層２に浸入したナノバブルｂによってその多孔質層２が径方向全長にわたって均一かつ確実に分断されることになる。つまり、超音波振動子３１の超音波振動は貼り合わせ基板７の径方向全体にわたって伝わって多孔質層２にほぼ均一に分布したナノバブルｂが破裂するから、上記多孔質層２の分断が確実に行なわれることになる。
【００３８】
つまり、貼り合わせ基板７が大口径化しても、処理液Ｌは貼り合わせ基板７の口径に係りなく、多孔質層２の径方向全体に均一に浸入するから、第１の基板１と第２の基板５を貼り合わせた多孔質層２を確実に分断することができる。
【００３９】
分断された第１の基板１は回転チャック２２に保持され、第２の基板５は回転チャック２２に設けられた保持爪２９に保持される。そのため、回転チャック２２によって第１の基板５とともに第２の基板５を回収することができる。
【００４０】
ナノバブルｂの内外の圧力差Δｐは、Young・Laplaceの下記（１）式によって求めることができる。なお、（１）式において、ｒはナノバブルｂの径、σはナノバブルの表面張力である。
【００４１】
Δｐ＝２σ／ｒ                            …（１）式
したがって、直径が１μｍのナノバブルｂの内外の圧力差は約３０気圧となるから、ナノバブルｂの破裂時に生じるエネルギは多孔質層２を分断するに十分な強度を有する。
【００４２】
このようにして第１の基板１と第２の基板５を分断したならば、図１（ｆ）に示すように第２の基板５のＳｉ単結晶膜３に残留する多孔質層２をエッチングなどの手段によって除去し、ＳＯＩ基板３３を得ることができる。エッチング後にＳｉ単結晶膜３を水素アニール処理してもよい。なお、分断された第１の基板１は再利用される。
【００４３】
このように、貼り合わせ基板７の多孔質層２にナノバブルｂを含む処理液Ｌを浸入させるとともに、処理液Ｌに超音波振動を付与し、多孔質層２に浸入した処理液Ｌに含まれるナノバブルｂを超音波振動のエネルギによって破裂することで、破裂時に生じるエネルギで上記多孔質層２を分断してＳＯＩ基板３３を作るようにした。
【００４４】
そのため、処理液Ｌを多孔質層２に浸入した処理液Ｌに含まれるナノバブルが破裂するときのエネルギを多孔質層２に直接作用させることができるから、多孔質層２を確実かつ効率よく分断してＳＯＩ基板３３を作ることができる。
【００４５】
しかも、処理液Ｌを第１、第２の基板１、５間の多孔質層２の径方向全体にわたって確実に浸入させることができるから、第１、第２の基板１、５が大口径化しても、これら基板１、５間の多孔質層２を径方向にわたって均一かつ確実に分断してＳＯＩ基板３３を作ることができる。
【００４６】
さらに、多孔質層２の孔径をナノバブルｂの直径よりも大きくしたら、そのことによっても多孔質層２に処理液Ｌとともにナノバブルｂを確実に浸入させ、ナノバブルｂの破裂時のエネルギによって多孔質層２を径方向全長にわたって分断することができる。
【００４７】
上記一実施の形態では第１の基板に成長させる非多孔質層としてＳｉ単結晶膜を例に挙げたが、非多孔質層としては種々のＳｉ層以外に、Ｇｅ層、ＳｉＧｅ層、Ｃ層、ＧａＡｓ層などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施の形態を示すＳＯＩ基板の製造工程を示す説明図。
【図２】貼り合わせ基板を分離する分離装置の構成図。
【図３】（ａ）は貼り合わせ基板の多孔質層にナノバブルが浸入した状態を説明ずる溜めの拡大断面図、（ｂ）はナノバブルが破裂されて多孔質層が分断された状態の説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１…第１の基板、２…多孔質層、３…Ｓｉ単結晶膜（非多孔質膜）、４…酸化膜、５…第２の基板、７…貼り合わせ基板、１１…分離装置、１２…処理槽、１３…貯液槽、１８…ナノバブル発生器、１９…気体供給ポンプ、２０…液体供給ポンプ、２２…回転チャック、３１…超音波振動子、３２…超音波発振器。
【図１】
0005449706.tif 000002
【図２】
0005449706.tif 000003
【図３】
0005449706.tif 000004