(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、
前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、
前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、
剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を研磨する研磨工程と、
を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法であって、
前記研磨工程が、
前記シリコン薄膜転写ウェーハの表面である前記単結晶シリコン薄膜を研磨布または研磨パッドに当接させ、
前記シリコン薄膜転写ウェーハの裏面を、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであって、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなるバッキングパッドに当接させ、
前記バッキングパッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記裏面から加圧して、
前記研磨布または前記研磨パッドで前記単結晶シリコン薄膜の表面を研磨するシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記バッキングパッドが、ステンレス、サファイア、炭化ケイ素よりなる群のいずれかより選択される材料からなる請求項１記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記加圧が、空気圧による加圧である請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記加圧が、機械的な圧力による加圧である請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記ハンドルウェーハが、シリコンウェーハ、サファイアウェーハ、石英ウェーハ、炭化珪素ウェーハ、およびガラスウェーハからなる群から選択される請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項６】
シリコン薄膜転写ウェーハの表面にある単結晶シリコン薄膜を研磨するための研磨布または研磨パッドが表面に貼られた定盤と、
前記シリコン薄膜転写ウェーハの裏面に当接できるバッキングパッドと、
前記バッキングパッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを保持して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記研磨布に当接させる研磨ヘッドと、
前記バッキングパッドと前記研磨ヘッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記裏面から加圧して前記定盤へ押圧する押圧手段と、
当該定盤を回転駆動および／または当該研磨ヘッドを駆動して前記研磨布で前記シリコン薄膜転写ウェーハを研磨する駆動機構と、
を少なくとも有するシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置であって、
前記バッキングパッドが、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであって、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなることを特徴とするシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置。
【請求項７】
前記バッキングパッドが、ステンレス、サファイア、炭化ケイ素よりなる群のいずれかより選択される材料からなる請求項６記載のシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置。
【請求項８】
前記押圧手段が、空気圧により押圧する手段である請求項６または請求項７に記載のシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置。
【請求項９】
前記押圧手段が、機械的な圧力により押圧する手段である請求項６または請求項７に記載のシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法および製造装置に関する。より詳しくは、ウェーハ表面の研磨方法に特徴のあるＳＯＩウェーハの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
寄生容量を低減し、デバイスの高速化・省電力化を測るために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが広く用いられるようになってきている。近年は、完全空乏層型のＳＯＩデバイスを作り込むためにＳＯＩ層（シリコン層）が１００ｎｍ以下の薄膜ＳＯＩの需要が高まっている。これはＳＯＩ層を薄膜化することで、デバイスの高速化が期待できるためである。またＳＯＩに加えて、ハンドル基板（支持基板）が石英で構成されるＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）やサファイアで構成されるＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）も近年注目を浴びつつある。
【０００３】
ＳＯＩ層の薄膜化に伴い、要求される面内膜厚均一性も厳しいものになりつつある。一般に薄膜ＳＯＩウェーハは、ドナーウェーハに予め水素イオンを注入し、然る後にハンドルウェーハと貼り合せを行い、水素イオン注入界面に沿って薄膜をドナー側からハンドル側へ転写するＳＯＩＴＥＣ法（例えば、特許文献１、非特許文献１）やＳｉＧｅｎ法（例えば、特許文献２〜４）が挙げられるが、この時、転写された単結晶シリコン薄膜には約０．１μｍ程度のイオン注入欠陥層が残存し、表面粗さは５〜１０ｎｍ程度である。この表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）で研磨して鏡面（ＲＭＳ＜０．３ｎｍ程度）とする必要があるが、この時、ウェーハ面内を均一に研磨しないと残存するシリコン膜に大きな面内膜厚バラツキが導入されることになる。
【０００４】
通常研磨には二つの考え方がある（図５参照）。一つは裏面基準研磨であり、これはウェーハ１０１を硬く平坦な研磨ヘッド１０２に固定し、研磨するという方法である（図５（ａ））。この場合、表面は裏面の形状、即ち研磨ヘッドの形状に応じて研磨される。一方、もう一つは表面基準研磨であり、これはウェーハ１０１の裏面を硬く平坦な研磨ヘッドに固定するのではなく、柔らかいものとすることで表面形状に倣って研磨を行うものである（図５（ｂ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０４８２０１号公報
【特許文献２】米国特許第６２６３９４１号明細書
【特許文献３】米国特許第６５１３５６４号明細書
【特許文献４】米国特許第６５８２９９９号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂｒｕｅｌ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７）ｐ．１６３６
【非特許文献２】「最新  ＣＭＰ技術と周辺部材」、技術情報協会、２００８年、第６章、第１節、p.２５５-２５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ただし、どの方法も一長一短がある。裏面基準研磨の場合は、裏面を研磨ヘッドに固定して研磨を行うため、研磨ヘッドの凹凸や、ウェーハ厚さむら、研磨ヘッドとウェーハの間に挟まれた異物などに研磨量が大きく左右される。そのため、均一な研磨が難しい場合がある。
また、表面基準研磨の場合、研磨ヘッドの機構が複雑になる（非特許文献２）。この場合、ウェーハの裏面を柔らかい保護フィルムで支え、その裏面から圧力をかけるという機構を取っているために、保護フィルムの経時変化（劣化）等のため均一な圧力分布の達成が難しく、条件出しが困難である。
本発明は、このような単結晶シリコン薄膜の研磨処理に伴い生じる問題点を解決しようとするものであり、研磨処理を安定化することで、単結晶シリコン薄膜の面内膜厚バラツキを抑え、デバイスの特性を一定化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、本発明者は、裏面基準研磨及び表面基準研磨の各研磨方法について見直しを行った。
そうしたところ、シリコン薄膜転写ウェーハを研磨する際の、当該ウェーハの裏面からの加圧に不具合があると、単結晶シリコン薄膜の面内膜厚にバラツキが生じてしまい、結果としてデバイス特性の不安定化につながることがわかった。
この知見に基づき、本発明者は、当該ウェーハの裏面からの加圧状態に着目し、これを制御する方法について、鋭意検討を行った。その結果、シリコン薄膜転写ウェーハの裏面に当接するバッキングパッドの材質や形態が、加圧状態に大きく影響することがわかった。そこで、かかるバッキングパッドの材質や形態について種々の検討を行ったところ、バッキングパッドとして、所定の曲げ剛性を有する材料を用いれば、加圧による圧力がウェーハ面内で適度に平均化され、表面基準研磨で問題となる圧力分布の偏りが解消され均一化することがわかった。そして、このような材料を加圧に応じてμｍオーダーの変位が発生し得る薄膜材料の形態とすれば、極微量の材料の変位が緩衝用のクッションとなるため、裏面基準研磨で問題となる研磨ヘッドの形状依存性や、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動といった問題を回避可能となることがわかった。結果として、このようなバッキングパッドを用いて研磨すれば、単結晶シリコン薄膜の面内膜厚バラツキが制御可能であり、デバイス特性の安定化につながることとなった。本発明者は、上記種々の着想や結果を得て、本発明を想到するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を研磨する研磨工程と、を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法であって、前記研磨工程が、前記シリコン薄膜転写ウェーハの表面である前記単結晶シリコン薄膜を研磨布または研磨パッドに当接させ、前記シリコン薄膜転写ウェーハの裏面を、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなるバッキングパッドに当接させ、前記バッキングパッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記裏面から加圧して、前記研磨布または前記研磨パッドで前記単結晶シリコン薄膜の表面を研磨するシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法である。
また、本発明は、シリコン薄膜転写ウェーハの表面にある単結晶シリコン薄膜を研磨するための研磨布または研磨パッドが表面に貼られた定盤と、前記シリコン薄膜転写ウェーハの裏面に当接できるバッキングパッドと、前記バッキングパッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを保持して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記研磨布に当接させる研磨ヘッドと、前記バッキングパッドと前記研磨ヘッドを介して前記シリコン薄膜転写ウェーハを前記裏面から加圧して前記定盤へ押圧する押圧手段と、当該定盤を回転駆動および／または当該研磨ヘッドを駆動して前記研磨布で前記シリコン薄膜転写ウェーハを研磨する駆動機構と、を少なくとも有するシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置であって、前記バッキングパッドが、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなることを特徴とするシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法および研磨装置によれば、単結晶シリコン薄膜の面内膜厚バラツキを抑えることができるため、結果としてデバイスの特性を一定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる研磨方法の概略図
【図２】各種バッキングパッド材料を用いた際の面内膜厚バラツキの比較
【図３】ステンレス製バッキングパッドの厚みによる面内膜厚バラツキの比較
【図４】ＳＯＩ基板の製造方法の概略図
【図５】裏面基準研磨と表面基準研磨の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかるシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法について説明する。
本発明において、ＳＯＩ基板は、シリコン薄膜を提供するドナー基板である単結晶シリコン基板と、ハンドル基板である絶縁性基板とを接合させて製造できる。
ハンドルウェーハは、特に限定されないが、シリコンウェーハ、サファイアウェーハ、石英ウェーハ、炭化珪素ウェーハ、およびガラスウェーハ（例えば、ホウケイ酸ガラスウェーハ、結晶化ガスウェーハ等）からなる群から選択できる。これらハンドルウェーハは汎用的に用いられるものであり、本発明は、これらウェーハの種類を問わず、シリコン薄膜転写ウェーハを製造可能な方法だからである。
【００１３】
本発明にかかるシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法は、ＳＯＩＴＥＣ法やＳｉＧｅｎ法（これらの改良方法を含む）を用いて、好ましくは、単結晶シリコンウェーハの表面に水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、を少なくとも含む。これらの各工程を経て、当該シリコン薄膜表面が鏡面化したシリコン薄膜転写ウェーハを得ることができる。
【００１４】
ウェーハの好ましい厚さは、特に限定されないが、ＳＥＭＩ等で規定されているシリコンウェーハの厚さに近いものが望ましい。これは、半導体装置はこの厚さのウェーハを扱うように設定されていることが多いためである。この観点から好ましくは３００〜９００μｍである。
【００１５】
単結晶シリコン基板としては、特に限定されないが、例えばチョクラルスキー法により育成された単結晶をスライスして得られたもので、例えば直径が１００〜３００ｍｍ、導電型がＰ型またはＮ型、抵抗率が１０Ω・ｃｍ程度のものが挙げられる。
単結晶シリコン基板の表面は、あらかじめ薄い絶縁膜を形成しておくことが好ましい。絶縁膜を通して水素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るからである。絶縁膜としては、好ましくは５０〜５００ｎｍの厚さを有するシリコン酸化膜が好ましい。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。シリコン酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。
【００１６】
以下、ＳＯＩ基板の製造方法を図４に示す例に基づき説明する。
単結晶シリコン基板１２は、表面１２ｓから水素イオンを注入し、シリコン基板中にイオン注入層１３を形成しておく。この際、例えば、単結晶シリコン基板の温度を２５０〜４５０℃とし、その表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０１６〜１×１０１７／ｃｍ２とできる。
注入される水素イオンとしては、２×１０１６〜１×１０１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ＋）、又は１×１０１６〜５×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ２＋）が好ましい。
単結晶シリコン基板のイオン注入面１２ｓからイオン注入層１３までの深さは、絶縁性基板１１上に設けるシリコン薄膜の所望の厚さに依存するが、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。また、イオン注入層１３の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さが良く、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。単結晶シリコン基板の厚さは、このようなイオン注入層を含有できるものであれば特に限定されないが、あまり厚くなると不経済となるため、通常５００〜８００μｍである。
【００１７】
予め水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を設けた単結晶シリコン基板の水素イオン注入面１２ｓと、絶縁性基板１１の表面１１ｓとの双方もしくは片方に表面活性化処理を施してもよい。表面活性化処理は、表面のＯＨ基を増加させて活性化させる処理であり、例えばプラズマ処理、オゾン処理、又はこれらの組合せが挙げられる。
【００１８】
次に、水素イオン注入面１２ｓと絶縁性基板の表面１１ｓとを接合して接合基板１４を得る。例えば、貼り合わせることにより、この時点である程度の結合強度を確保できる。単結晶シリコン基板１２のイオン注入面１２ｓ又は絶縁性基板１１の表面１１ｓの少なくとも一方が活性化処理されている場合、これらを、例えば、減圧または常圧下、好ましくは冷却や加熱をすることなく一般的な室温（約２０℃）程度の温度下で密着させるだけで後工程での機械的剥離に耐え得る強度で強く接合できる。加熱して、接合強度を高めてもよい。
【００１９】
接合基板１４の水素イオン注入層１３に、例えば機械的衝撃を加えてシリコン薄膜１２Ｂを剥離させ、絶縁性基板１１上にシリコン薄膜を転写されたシリコン薄膜転写ウェーハ１５を得る。イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを接合したウェーハの側面から連続的または断続的に吹き付ければよい。
【００２０】
そして、本発明は、上記製造方法により製造したシリコン薄膜転写ウェーハについて、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を研磨する研磨工程に特徴のあるものである。具体的には、シリコン薄膜転写ウェーハの表面である単結晶シリコン薄膜を研磨布または研磨パッドに当接させ、シリコン薄膜転写絶縁ウェーハの裏面を、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなるバッキングパッドに当接させ、このバッキングパッドを介してシリコン薄膜転写ウェーハを裏面から加圧して、研磨布または研磨パッドで単結晶シリコン薄膜の表面を研磨する方法である。
【００２１】
ここで、本発明にかかる製造方法の特徴について、図１に示す例に基づき説明する。図１において、シリコン薄膜転写ウェーハＷは、その被研磨面となる単結晶シリコン薄膜Ｗ１を研磨布１（研磨パッドでもよい）に当接させると共に、シリコン薄膜転写絶縁ウェーハの裏面Ｗ２をバッキングパッド２に当接させた状態になっている。この状態において、図１の矢印で示すようにバッキングパッド２を介してシリコン薄膜転写ウェーハをその裏面Ｗ２から加圧し、研磨布１で単結晶シリコン薄膜Ｗ１の表面を研磨する。
バッキングパッド２は、研磨ヘッド３を構成する一部分であってもよく、研磨ヘッド３と一体となっていてもよい。
研磨布１は、ウェーハの研磨に通常用いられているものを用いることが可能であり、定盤４の表面に貼られていることが一般的である。
単結晶シリコン薄膜Ｗ１の表面の研磨は、研磨ヘッド３を固定したまま研磨布１が貼られた定盤４が回転駆動することにより実施可能である。また、定盤４を固定したまま研磨ヘッド３を駆動することにより実施することも可能であり、更には、定盤４が回転駆動しつつ、研磨ヘッド３を駆動することによっても実施可能である。
尚、研磨の際には、ウェーハＷのズレを防止して研磨を安全に行うべく、シリコン薄膜転写ウェーハＷの外周を保持するガイドリング５を用いてもよい。また、研磨工程において、適宜研磨剤スラリーを用いて研磨してもよい。
【００２２】
本発明において、バッキングパッドを曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上としたのは、バッキングパットがこの程度の剛性を示すものであれば、加圧による圧力がウェーハ面内で適度に平均化され、圧力分布の偏りが解消され均一化するからである。また、薄膜材料としたのは、加圧に応じてバッキングパッドにμｍオーダーの変位が発生し、この極微量の材料の変位が緩衝用のクッションとなるため、研磨ヘッドの形状依存性や、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動といった問題を回避可能となるからである。ここで、薄膜は、薄くすることによって大きな塊とは異なる性質を示すようになった膜のことであり、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上と非常に硬い材料であっても、形態を薄膜とすることで、極微量の材料の変位が生じ得る。
曲げ剛性は、ヤング率で１５０ＧＰａ〜５００ＧＰａであることが好ましく、圧力分布の均一化や緩衝用のクッションとしての効果を考慮すると、この範囲が好適となる。ヤング率が５００ＧＰａを超えると、バッキングパッドとして加工することが困難となる上に、薄膜材料としても、材料の変位が生じ難くなる。
【００２３】
上記ヤング率を満たす材料として、バッキングパッドは、具体的には、ステンレス（ＳＵＳ）、サファイア、炭化ケイ素よりなる群のいずれかより選択される材料からなることが好ましい。圧力分布の均一化や緩衝用のクッションとしての効果を発揮し得る材料であるからである。
【００２４】
本発明にかかる製造方法においては、バッキングパッドの厚さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい。０．５ｍｍ以上であれば、加圧による圧力分布の偏りに問題が生じることなく、極微量の変位が可能となるため、研磨ヘッドの形状依存性や、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動といった問題も回避可能となるからである。バッキングパッドの厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲であることが、加圧による圧力分布や変位の観点から、より好ましい。
【００２５】
また、バッキングパッドを介してシリコン薄膜転写ウェーハの裏面に対して行う加圧は、空気圧による加圧、または機械的な圧力による加圧であることが好ましい。空気圧による加圧であれば、バッキングパッドを介して当該ウェーハの裏面へ均一に圧力がかかるため、圧力分布の偏りに問題が生じないからである。また、機械的な圧力においても、バッキングパッドを介して当該ウェーハの裏面へ均一に圧力がかかるものであれば、圧力分布の偏りに問題が生じないからである。
空気圧による加圧としては、例えば、バッキングパッド背面から空気を流すエアフローという加圧方法が挙げられ、また、機械的な圧力による加圧としては、例えば、ウェーハ背面を加圧する等の方法が挙げられる。
【００２６】
次に、本発明にかかるシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置について、図１に示す例に基づき説明する。
本発明は、シリコン薄膜転写ウェーハＷの表面にある単結晶シリコン薄膜Ｗ１を研磨するための研磨布１が表面に貼られた定盤４と、シリコン薄膜転写ウェーハＷの裏面Ｗ２に当接できるバッキングパッド２と、このバッキングパッド２を介してシリコン薄膜転写ウェーハＷを保持してシリコン薄膜転写ウェーハＷを研磨布１に当接させる研磨ヘッド３と、図１の矢印で示すように、バッキングパッド２と研磨ヘッド３を介してシリコン薄膜転写ウェーハＷをその裏面Ｗ２から加圧して、定盤４へ押圧する押圧手段（図示せず）と、定盤４を回転駆動および／または研磨ヘッド３を駆動して研磨布１でシリコン薄膜転写ウェーハＷを研磨する駆動機構（図示せず）と、を少なくとも有するシリコン薄膜転写ウェーハの研磨装置である。
【００２７】
そして、本発明ではバッキングパッドが、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の薄膜材料からなることを特徴とする。このように、バッキングパッドを曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上としたのは、バッキングパットがこの程度の剛性を示すものであれば、加圧による圧力がウェーハ面内で適度に平均化され、圧力分布の偏りが解消され均一化するからである。また、薄膜材料としたのは、加圧に応じてバッキングパッドにμｍオーダーの変位が発生し、この極微量の材料の変位が緩衝用のクッションとなるため、研磨ヘッドの形状依存性や、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動といった問題を回避可能となるからである。ここで、薄膜は、薄くすることによって大きな塊とは異なる性質を示すようになった膜のことであり、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上と非常に硬い材料であっても、形態を薄膜とすることで、極微量の材料の変位が生じ得る。
曲げ剛性は、ヤング率で１５０ＧＰａ〜５００ＧＰａであることが好ましく、圧力分布の均一化や緩衝用のクッションとしての効果を考慮すると、この範囲が好適となる。ヤング率が５００ＧＰａを超えると、バッキングパッドとして加工することが困難となる上に、薄膜材料としても、材料の変位が生じ難くなる。
【００２８】
上記ヤング率を満たす材料として、バッキングパッドは、具体的には、ステンレス（ＳＵＳ）、サファイア、炭化ケイ素よりなる群のいずれかより選択される材料からなることが好ましい。圧力分布の均一化や緩衝用のクッションとしての効果を発揮し得る材料であるからである。
【００２９】
本発明にかかる研磨装置においては、バッキングパッドの厚さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい。０．５ｍｍ以上であれば、加圧による圧力分布の偏りに問題が生じることなく、極微量の変位が可能となるため、研磨ヘッドの形状依存性や、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動といった問題も回避可能となるからである。バッキングパッドの厚さが０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であることが、加圧による圧力分布や変位の観点から、より好ましい。
【００３０】
また、バッキングパッドを介してシリコン薄膜転写ウェーハの裏面に対して行う加圧は、空気圧による加圧、または機械的な圧力による加圧であることが好ましい。空気圧による加圧であれば、バッキングパッドを介して当該ウェーハの裏面へ均一に圧力がかかるため、圧力分布の偏りに問題が生じないからである。また、機械的な圧力においても、バッキングパッドを介して当該ウェーハの裏面へ均一に圧力がかかるものであれば、圧力分布の偏りに問題が生じないからである。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明は実施例及び比較例に限定されるものではない。
〈単結晶シリコン薄膜転写ウェーハの製造〉
酸化膜付き単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して、水素イオン注入層を設けた後、プラズマ活性化処理を施した。そして、このシリコンウェーハの前記表面と、ＳＯＱウェーハからなるハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得た。続いて、２５０℃で熱処理を２４時間施した後にイオン注入界面で機械剥離を行い、水素イオン注入層を剥離することにより、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを作製した。このようにして得た単結晶シリコン薄膜転写ウェーハ（直径１５０ｍｍ、シリコン薄膜の厚さ２８０ｎｍ、石英基板の厚さ６２５μｍ、初期の面内膜厚バラツキ５０ｎｍ）を使用し、下記の通り、研磨処理を行った。
【００３２】
〈単結晶シリコン薄膜転写ウェーハの研磨〉
シリコン薄膜転写ウェーハの被研磨面となる単結晶シリコン薄膜を研磨布に当接させると共に、シリコン薄膜転写ウェーハの裏面を表１に示す材料からなる厚さ０．７５ｍｍのバッキングパッドに当接させた状態とした。この状態において、バッキングパッドを介してシリコン薄膜転写ウェーハをその裏面から１．５ｐｓｉの研磨圧力により加圧し、研磨布で単結晶シリコン薄膜の表面を１００ｎｍ研磨した。
研磨布は、シリコン薄膜転写ウェーハの研磨に通常用いられているものを使用し、定盤の表面に貼りつけて研磨した。また、単結晶シリコン薄膜の表面の研磨は、研磨ヘッドを固定したまま研磨布が貼られた定盤を回転駆動させて実施可能した。
尚、シリコン薄膜転写ウェーハのズレを防止するために、シリコン薄膜転写ウェーハの外周を保持するガイドリングを用いた。研磨剤スラリーとして、コロイダルシリカを分散させたアルカリ溶液を使用した。
【００３３】
【表１】
0005629594.tif 000002
【００３４】
上記方法により研磨後、シリコン薄膜転写ウェーハの面内４９点を光学干渉計を用いて測定し、面内膜厚バラツキを膜圧の最大値と最小値との差として定義して算出した。面内膜厚バラツキは、１０ｎｍ以下であることが性能判断基準の一つとなっており、１０ｎｍ以下であることにより、デバイス特定が安定化することが経験的に知られているものである。結果を図２に示す。
結果として、ヤング率が１５０以上の材料であるステンレス、サファイア、炭化ケイ素において、面内膜厚バラツキが１０ｎｍ以下となり、良好な結果を示した（図２  実施例１〜３）。この結果から、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａ以上の１ｍｍ厚の薄膜材料をバッキングパットとして用いれば、加圧による圧力がウェーハ面内で適度に平均化されると共に、シリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動の影響を受けないことで、面内膜厚バラツキを制御可能であることがわかった。
一方、曲げ剛性がヤング率で１５０ＧＰａに満たない材料をバッキングパッドとした場合、加圧による圧力の偏りやシリコン薄膜転写ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等による膜厚変動の影響を受けてしまったことにより、面内膜厚バラツキが１０ｎｍを越えて大きくなってしまう結果となった（図２  比較例１〜３）。
【００３５】
上記結果により、ヤング率が１５０以上の材料がバッキングパッドとして好適であることを踏まえたうえで、次に、ステンレス材料を基本として、バッキングパッドの厚みが与える面内膜厚バラツキへの影響について検討した。
【００３６】
ステンレスを材料としたバッキングバッドを使用して、上記と同様の条件により、単結晶シリコン薄膜転写ウェーハの研磨を行った。ここで、バッキングパッドの厚みは、０．２ｍｍ〜３ｍｍとした。結果を図３に示す。
【００３７】
結果より、バッキングパットの厚みが０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であれば、面内膜厚バラツキが約１０ｎｍ以下となり、更に０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であれば、面内膜厚バラツキが８ｎｍ付近で安定することがわかった（図３）。また、バッキングパッドの厚みが０．２ｍｍの場合であると、面内膜厚バラツキが１０ｎｍを越えて大きくなってしまうこととなった。これは、バッキングパッドが過度に変形してしまい、圧力が面内で一定にならず、膜厚変動の影響を受けてしまい、面内膜厚バラツキが大きくなったものと考えられる。また、バッキングパッドの厚みが２ｍｍを超えると膜厚バラツキが大きくなる傾向となったのは、ウェーハと研磨ヘッドの間に挟まれた異物等によって膜厚変動の影響を受けたためと考えられる。結果を総合すると、バッキングパッドの厚みは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましいことがわかった。
尚、一般的に物体の曲げ剛性はヤング率×（物体の厚さ）３に比例することが知られている。上記の結果から、ＳＵＳのヤング率×（物体の厚さ）３は、ヤング率１９０ＧＰａ〜２１０ＧＰａ、および物体の厚さ０．５ｍｍ〜２ｍｍであることから、２３．５〜１６８０の間にあることが好ましいと推定される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、面内膜厚バラツキが安定するため、デバイス性能を安定化させ得るシリコン薄膜転写ウェーハを容易に製造できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｗ        シリコン薄膜転写ウェーハ
Ｗ１      単結晶シリコン薄膜
Ｗ２      シリコン薄膜転写ウェーハ裏面
１        研磨布
２        バッキングパッド
３        研磨ヘッド
４        定盤
５        ガイドリング
１１      絶縁性基板
１１Ｓ    絶縁性基板の表面
１２      単結晶シリコン基板
１２Ｂ    シリコン薄膜
１２Ｓ    単結晶シリコンのイオン注入面
１３      水素注入層
１４      接合基板
１５      シリコン薄膜転写ウェーハ
１０１    研磨ヘッド
１０２    ウェーハ
Ｄ        研磨により除かれたウェーハ
【図１】
0005629594.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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