(57)【要約】本発明はダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブによって少なくとも１回の研磨工程を実行するウエハ材の研磨方法に関し、この方法では、ウエハに所要の表面粗度を与えるように予め調整されたダイヤモンド／シリカ体積比を満たすダイヤモンド粒子とシリカ粒子との混合物からなるアブレーシブが用いられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブによって少なくとも１回の研磨工程を実行するウエハ材の研磨方法において、ウエハに所要の表面粗度を与えるように予め調整されたダイヤモンド／シリカ体積比を満たすダイヤモンド粒子とシリカ粒子との混合物からなるアブレーシブを用いることを特徴とするウエハ材の研磨方法。
【請求項２】
ウエハ材が極性材料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ウエハ材が半導体材料であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ウエハ材が炭化珪素であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
予め調整されたダイヤモンド／シリカ体積比が０．２９〜０．３５の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
予め調整されたダイヤモンド／シリカ体積比が０．３〜０．３３の範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
シストンＷ３０（Syston W30：商品名）タイプのコロイダルシリカと粒径がほぼ０．７５μｍのダイヤモンド粒子とによって研磨を実行することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
５０ｒｐｍで回転する研磨ヘッド及び同様に５０ｒｐｍで回転する研磨ターンテーブルによって研磨を実行することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
研磨ヘッドをほぼ１０ｄａＮの力で加圧することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ほぼ１時間に亘って研磨を実行することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
ＩＣ１０００（商品名）又はＩＣ１４００（商品名）タイプの研磨布によって研磨を実行することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
ウエハ材のＳｉ表面上で研磨を実行することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
ウエハ材のＣ表面上で研磨を実行することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
研磨工程が表面上でのアブレーシブ剤の結晶化を回避する最終洗浄を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的にはマイクロエレクトロニクス及び／又はオプトエレクトロニクス応用分野で使用される半導体材料の処理方法に関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明はダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブによって少なくとも１回の研磨工程を実行するウエハ材の研磨方法に関するものである。
【０００３】
本発明はまた、このような方法で研磨されたウエハ材を少なくとも１枚含む２枚以上のウエハ同士を接合して得られる多層構造にも関連する。
【０００４】
本発明は、特に、
・市場で直接購入した分子接合に適合しない表面特性をもつウエハ材の研磨
・その他、薄層を剥離及び移設した後の表面再生処理
に利用可能である。
【背景技術】
【０００５】
本発明で対象とするウエハ材は好適には極性材料であることを指摘しておく。
【０００６】
極性材料は異なるタイプの原子で構成された材料であり、ウエハ形態においては、一方の表面に第１のタイプの原子が多く現れ、その反対側の表面には第２のタイプの原子が多く現れる。
【０００７】
極性材料は半導体材料でもある。
【０００８】
即ち、例えば極性半導体材料には、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮなどが含まれる。
【０００９】
後述する本発明の実施例の説明は、これらの極性半導体材料のうちの特定の１つ、即ちＳｉＣに関連している。
【００１０】
冒頭に述べた型式の研磨方法は既に知られている。
【００１１】
このような方法では、炭化珪素表面に対して以下の２つの表面特性を持たせることができるようにすべきである。即ち、
１）良好な平面度：これは、この種の炭化珪素ウエハは分子ボンディングによって別のウエハ上に接合される典型的なものだからである。分子接合を達成するためのボンディング合わせ面となる２つの表面を完全な平面としておくことは重要なことであり、典型的にはこれら表面は数ミクロン程度の値を超えない平面度からの逸脱を与えるべきである。
２）可能な限り小さい表面粗度：この２番目の特性も分子接合を達成可能とするために必要である。本願明細書の冒頭に述べた種類の半導体材料の利用分野においては、典型的には２乗平均平方根（ｒｍｓ）値で約０．５ｎｍの値を超えない表面粗度を得ることが必要である。
【００１２】
炭化珪素（ＳｉＣ）に関連する特別な制約は、材料が極めて高い機械的硬度を示すことである。
【００１３】
加えて、係る材料の結晶構造は異方性で配向を有している。これ以外にもあるが、特にこの性質はＳｉＣウエハの表裏面が同一結晶構造を示さず、一方の面がシリコン原子を呈すると他方の面は炭素原子を呈することを意味する。
【００１４】
これら２つの特性は、特に前述の平面度及び表面粗度の品質が要求される場合、ＳｉＣウエハの研磨を極めて困難にする。
【００１５】
上述のように、本願明細書の冒頭に述べたタイプの方法のようにダイヤモンド・アブレーシブ（即ちダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブ）によってＳｉＣウエハの表面を研磨する少なくとも１回の工程を用いる幾つかの方法が公知である。
【００１６】
一般的にはこのような研磨により良好な平面度の表面を得ることが可能である。
【００１７】
ここで、ダイヤモンド粒子を使用すると研磨後のＳｉＣ表面に疵を与えることは述べるまでもない。
【００１８】
ＳｉＣ表面上における摩擦によって、アブレーシブのダイヤモンド粒子はＳｉＣウエハの研磨による加工硬化部分に結晶欠陥を発生させる。
【００１９】
従って、順次粒径を減じたダイヤモンド粒子を用いて幾つかの後続研磨工程を行い、各後続研磨工程で生じる加工硬化部分を順次除去する必要がある。
【００２０】
そのような研磨方法の一例は下記の特許文献１にみることができる。
【特許文献１】米国特許第５８９５５８３号明細書
【００２１】
複数の後続の機械的研磨工程の後、その最終研磨工程による欠陥が残っている数百ｎｍ程度の表面厚さ部分を除去するため、イオン表面エッチングを行うことも必要である。
【００２２】
更に、これらの研磨工程の最後においてもＳｉＣウエハ表面には依然としてスクラッチ疵が観察される。
【００２３】
このスクラッチは、追加の化学機械研磨（ＣＭＰ）で除去しなければならない。
【００２４】
ＳｉＣの場合、この種の化学研磨に対する研磨面の化学的活性が低く（特にシリコンやＧａＡｓ又はＩｎＰなど、ＣＭＰで研磨される通常の材料に比べて）、従って上記のようなＣＭＰ研磨は実行が困難である。
【００２５】
その結果、最終のＣＭＰ研磨工程における被処理面からの材料除去率は、例えば約１０ｎｍ／ｈ程度と低い。
【００２６】
従って、順次実行される複数のダイヤモンド研磨工程によってＳｉＣウエハの表面に残存する表面欠陥を除去するのにＣＭＰを用いることは極めて困難である。
【００２７】
このように、後工程の分子接合に適合可能な平面度と表面粗度を得るためにＳｉＣウエハを研磨することには無視できない困難が伴うのである。
【００２８】
被研磨面と化学的に反応する種を含む溶液中にアブレーシブ粒子を混合した混合物で表面を研磨することも公知である。
【００２９】
このような研磨法はトライボケミカル研磨法として知られており、アブレーシブ粒子による摩擦の機械的作用を反応種の化学的作用に組み合わせ、特にアブレーシブ粒子による摩擦を受けている表面からの少なくとも幾つかの原子を溶解することが可能である。
【００３０】
このタイプの研磨法をダイヤモンドの表面処理に適用した一例が下記の非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】ハイズマ(Haisma)他「直接ボンディングの多様性と実現性：専用光学技術の探査(Diversity and feasibility of direct bonding: survey of a dedicated optical technology)、アプライド・オプティクス(Applied Optics)、第33巻、第7号、1994年3月1日
【００３１】
従って、このタイプの研磨法によれば、ダイヤモンドのように超硬質の材料でも極めて小さな粗度の表面を得ることができ、加えて、先の特許文献１に記載されているタイプの研磨法でみられたような欠陥は生じることがない。
【００３２】
本願発明の考えに立ち返ってみると、ＳｉＣウエハの表面研磨に対して或る種のトライボケミカル研磨技術を想定することは確かに可能である。
【００３３】
特に、ハイズマ等による上記非特許文献１に開示されている特定技術は、ダイヤモンド粒子（アブレーシブ）とシリカの溶液（化学的に活性な）との混合物を用いることによりＳｉＣウエハの表面研磨に転用可能と思われる。
【００３４】
しかしながら、このような転用は未だに考えられていない。
【００３５】
即ち、この転用には、ダイヤモンドとＳｉＣとのそれぞれの性質の違いにより特別な障害が伴う。前述のように特にＳｉＣは配向を有する結晶構造を示し、従ってダイヤモンドに関して得られた教示内容は、結果として本来的に如何にしてもＳｉＣ表面には転用できないのである。
【００３６】
仮にそのような転用が想定できたとしても、ＳｉＣウエハに対する研磨を実行するための条件は依然として不明のままである。
【００３７】
従って、一般的な意味で、異なるタイプのウエハ材に用いて該ウエハに所要の表面粗度を与えるようにダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブによるトライボケミカル研磨を実行できるようにすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
本発明の課題は、ＳｉＣウエハの表面処理に適用した場合にトライボケミカル研磨の利点を享受しつつ前述したような公知のＳｉＣ表面研磨技術の諸欠点及び制限を解消できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
このような課題を解決するため、本発明は、ダイヤモンド粒子を溶液中に懸濁させたアブレーシブによって少なくとも１回の研磨工程を実行するウエハ材の研磨方法において、ウエハに所要の表面粗度を与えるように予め調整されたダイヤモンド／シリカ体積比を満たすダイヤモンド粒子とシリカ粒子との混合物からなるアブレーシブを用いることを特徴とするウエハ材の研磨方法を提供するものである。
【００４０】
本発明の限定を意図しない幾つかの付加的特徴を挙げれば以下の通りである。即ち、
・ウエハ材が極性材料であること。
・ウエハ材が半導体材料であること。
・ウエハ材が炭化珪素であること。
・前記体積比が０．２９〜０．３５の範囲内であること。
・前記体積比が０．３〜０．３３の範囲内であること。
・研磨をシストンＷ３０（Syston W30：商品名）タイプのコロイダルシリカと粒径がほぼ０．７５μｍのダイヤモンド粒子とによって実行すること。
・研磨を５０ｒｐｍで回転する研磨ヘッド及び同様に５０ｒｐｍで回転する研磨ターンテーブルによって実行すること。
・研磨ヘッドをほぼ１０ｄａＮの力で加圧すること。
・研磨をほぼ１時間に亘って実行すること。
・研磨をＩＣ１０００（商品名）又はＩＣ１４００（商品名）タイプの研磨布によって実行すること。
・研磨をウエハ材のＳｉ表面上で実行すること。
・研磨をウエハ材のＣ表面上で実行すること。
・研磨工程が表面上でのアブレーシブ剤の結晶化を回避する最終洗浄を含むこと。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の上述及びそれ以外の特徴と利点は、添付図面を参照した以下の説明から明らかであり、添付図面は炭化珪素ウエハ表面のトライボケミカル研磨後における表面粗度が研磨に用いたダイヤモンド／シリカ混合体積比でどのように変化するかを示している。
【００４２】
図１を参照すると、シリカ溶液中にダイヤモンド粒子アブレーシブを含有した混合物を用いて実行したトライボケミカル研磨によりＳｉＣウエハの表面粗度が如何に変化したかが判る。
【００４３】
この場合のダイヤモンドは合成多結晶ダイヤモンドである。特にこのダイヤモンド粒子は約０．７５μｍの粒径を有するものがよい。
【００４４】
シリカはシストンＷ３０（Syston W30：商品名）タイプのコロイダルシリカとするとよい。
【００４５】
研磨は、回転研磨ターンテーブルとそれに対置された同様に回転する研磨ヘッドとを用いて行い、ターンテーブル及びヘッドの各々の回転は互いに平行な軸心周りに行った。
【００４６】
回転の速度はターンテーブル及びヘッドともに約５０ｒｐｍである（ターンテーブルとヘッドが同じ回転数である）。
【００４７】
更に一般的には、回転速度は１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内とすることができる。
【００４８】
ターンテーブルのテーブル面は、例えばＩＣ１０００又はＩＣ１４００タイプの研磨布（例えばローデル(Rodel)社から市販されている）で覆われている。
【００４９】
研磨対象のウエハをターンテーブルと研磨ヘッドとの間に位置させたままウエハ背面に押し付けた研磨ヘッドを回転させてウエハを駆動した（ターンテーブルに担持された研磨布に接している方のウエハ表面が研磨対象面）。
【００５０】
ダイヤモンド／シリカ混合物を研磨布で覆われているターンテーブルとウエハの研磨対象面との間に連続的に注入した。
【００５１】
研磨ヘッドは研磨対象のＳｉＣウエハを研磨布に押し付けるように下向きに約１０ｄａＮの力で加圧した。この加圧力は５〜５０ｄａＮの範囲内とすることができる。
【００５２】
研磨ヘッドは必要に応じてアーム上に取り付けてもよく、このアームによって研磨中に研磨布全域に亘ってヘッドに掃引運動を付与できるようにしてもよい。
【００５３】
使用したＳｉＣウエハは「４Ｈ−８°ｏｆｆ」タイプのＳｉＣウエハである。
【００５４】
図示の実施例において、研磨面はシリコン表面である。
【００５５】
勿論、炭素表面に対する研磨も同等に良好に行うことができる。
【００５６】
図示のグラフは、下部に示した種々の条件でそれぞれ約１時間ずつの研磨を実行した後に得られた表面粗度を縦軸にプロットしたものである。
【００５７】
この場合、表面粗度は光学表面計で計測した値の２乗平均平方根（ｒｍｓ）値をオングストローム（０．１ｎｍ）単位で示した。
【００５８】
ダイヤモンド／シリカ体積比の値Ｄ／Ｓは横軸上にプロットしてある。
【００５９】
図示のグラフには特に４つの参照点が示されており、これらは下記の表１に示すＤ／Ｓと表面粗度の関係に対応している（尚、この表にはグラフに示していない値も含まれている）。
【００６０】
【表１】
2005534516.tif 000002
【００６１】
このウエハの初期表面粗度は、同様に光学表面計で測定した値のｒｍｓ値で４オングストローム（×０．１ｎｍ）であった。
【００６２】
この測定結果から、研磨で得られる表面粗度はＤ／Ｓ比によって大きく影響を受けることが判る。
【００６３】
従って、本発明の第１の態様は最終的に得られるＳｉＣウエハの表面粗度に対するＤ／Ｓ比の影響を特定して特徴付けるものであり、この場合、Ｄ／Ｓ比の値の範囲に亘って或る局所的な表面粗度の最小値が存在し、それを境にしてＤ／Ｓ比の値の大小いずれの側でも表面粗度の値が増加する。
【００６４】
更に詳述すれば、Ｄ／Ｓ比が０．２９〜０．３５の範囲では特に小さい（約２オングストローム）表面粗度が得られ、更にはＤ／Ｓ比が０．３〜０．３３の範囲内であれば表面粗度は最低値となることが判る。
【００６５】
従って、ＳｉＣ表面上でトライボケミカル研磨を実行すると有利な作用効果が生み出される。
【００６６】
その上、研磨後に得られる表面粗度をＤ／Ｓ比によって制御できることも判る。
【００６７】
このＤ／Ｓ比は、約２オングストーム程度の特に小さな表面粗度を得るためは、上述の値（０．２９〜０．３５の範囲内、又は一層好適には０．３〜０．３３の範囲内の値）に近い値に選ぶことが好ましい。
【００６８】
従って本発明によれば、特に有利な形態でＳｉＣウエハに対して極めて平滑な表面状態を与えることができる。
【００６９】
また、本発明によればウエハ面に損傷を与えるおそれ無しにＳｉＣウエハを平坦化することが可能である（この点に関して本発明は特許文献１に記載されているような方法と異なっている）。
【００７０】
実際に、本発明による方法はウエハの表面位相形態を消し去るのに有効であり、しかもその際に材料の除去を大幅に制限でき（典型的には約２μｍ未満）、本発明によって研磨された表面は光学表面計で観察してもスクラッチ疵が皆無である。
【００７１】
結果的な表面粗度が優れていると言うことは、後続の処理工程（例えば純コロイダルシリカを使用したりイオンビームを使用したりすることによる超仕上研磨、分子接合、或いはエピタキシャル成長など）に対して優れた予備処理を提供すると言うことである。
【００７２】
更に、本発明による研磨処理の実行後に洗浄工程を実行すると、処理表面上におけるアブレーシブ材の結晶化を阻止するのに極めて有効であることが判明した。
【００７３】
このような洗浄は、ウエハ表面を脱イオン水でリンスし、しかる後、該ウエハ表面をＨＦ浴中で洗浄することにより実行可能である。
【００７４】
このようなＳｉＣ表面の平坦化は、例えば薄層を支持基板から剥離して別の基板に移設する場合の原板を再利用する場合に特に重要である。
【００７５】
このような薄層移設法では、薄層を移設した残りの支持基板部分は再利用することが有利であり、その際にはその表面状態が適切に処理される必要がある。
【００７６】
また、図１を参照して先に述べた実施例は４Ｈポリタイプの単結晶ＳｉＣウエハに関するものであり、研磨面はシリコンＳｉ面であったが、本発明の方法は、これ以外のタイプのＳｉＣウエハ（例えば６Ｈ又は３Ｃポリタイプの単結晶ＳｉＣウエハ）にも適用可能であり、勿論、ＳｉＣウエハの炭素Ｃ面に適用することも可能である。これらに合わせて研磨の実行条件（研磨布の選定ほか）を適合させることができる。
【００７７】
本発明はまた、一般的に配向性が残されている材料（特に極性材料及び半導体材料）に適用可能である。
【００７８】
本発明を配向性が残されていない材料に適用することも可能である。
【００７９】
本発明の変形形態として、研磨布は研磨中に平らになるので研磨布を復活させて再生するシステムに研磨装置を組み合わせ、研磨布の品質を保持できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】炭化珪素ウエハ表面のトライボケミカル研磨後における表面粗度が研磨に用いたダイヤモンド／シリカ混合体積比でどのように変化するかを示すグラフである。
【図１】
2005534516.tif 000003
【国際調査報告】
2005534516.tif 000004
2005534516.tif 000005