(57)【要約】【課題】汎用性の高い新規なハンドリングウエハを提供する。【解決手段】  本明細書に開示するアルミナ板は、半導体素子のハンドリングウエハとして用いられる。そのアルミナ板は、厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上であり、表面から１０ｎｍ以上の範囲に、加工ひずみが残存している。また、そのアルミナ板は、厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上のアルミナ板を用意する工程と、表面に５ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を加えた状態でアルミナ板を研磨する工程を経て製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子のハンドリングウエハとして用いられるアルミナ板であり、
厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上であり、
表面から１０ｎｍ以上の範囲に、加工ひずみが残存しているアルミナ板。
【請求項２】
表面から３００ｎｍ以下の範囲に、加工ひずみが残存している請求項１に記載のアルミナ板。
【請求項３】
アルミナ板の表面における凹凸深さが、５ｎｍ未満である請求項１又は２に記載のアルミナ板。
【請求項４】
アルミナ板の厚みが０．５ｍｍ以上である請求項１から３のいずれか一項に記載のアルミナ板。
【請求項５】
半導体素子のハンドリングウエハとして用いられるアルミナ板の製造方法であり、
厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上のアルミナ板を用意する工程と、
表面に５ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を加えた状態でアルミナ板を研磨する工程と、を備えるアルミナ板の製造方法。
【請求項６】
さらに、サンドブラスト処理を行う工程を備える請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、アルミナ板及びその製造方法に関し、特に、半導体素子のハンドリングウエハとして用いられるアルミナ板に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造において、加工中の半導体素子（半導体ウエハ）の破損を防止するため、半導体素子にハンドリングウエハを接合した状態で半導体素子を加工することがある。特許文献１には、ハンドリングウエハとして、クォーツ，シリコン，サファイア等を使用することが開示されている。また、特許文献２には、ハンドリングウエハとして、ガラスを使用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５２０９３９号公報
【特許文献２】特表２０１７−５３９０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子の製造では、半導体素子（半導体ウエハ）をハンドリングウエハで支持した状態で、半導体素子の表面に光（可視光等）を照射する工程を行うことがある。この場合、光がハンドリングウエハを通過して半導体素子の表面に到達するためには、ハンドリングウエハが高い透光性を有していることが必要である。高い透光性を有するハンドリングウエハとして、従来はサファイア板，ガラス板が用いられている。しかしながら、サファイア板は、特に大口径のものは、製造が難しく、高価であるとともに入手困難である。そのため、サファイア板は、透光性が要求されるハンドリングウエハとして汎用性が低い。また、ガラス板は、サファイア板と比較して安価であるとともに比較的容易に入手できるものの、サファイア板と比較して、化学的特性（耐薬品性等）が低く、機械的特性（機械的強度、耐衝撃性）も低い。ガラス板は、ハンドリングウエハとしての適用範囲が限定される。そのため、汎用性の高い新規なハンドリングウエハが要求されている。本明細書は、汎用性の高い新規なハンドリングウエハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、透光性を有するハンドリングウエハとして、アルミナ板に着目した。透光性を有するアルミナ板は、例えば国際公開ＷＯ２０１６／０８４７２２号に開示されている。国際公開ＷＯ２０１６／０８４７２２号の記載は、参照により本明細書に組み込まれる。アルミナ板は、比較的安価に入手可能であり、化学的特性及び機械的特性にも優れている。しかしながら、従来のアルミナ板をそのままハンドリングウエハとして利用すると、接合板（ハンドリングウエハを半導体ウエハに接合した状態の板）の機械的強度が十分に確保できない現象が起こることが判明した。本発明者らは、その原因を研究し、アルミナ板の表面に存在する凹凸により、半導体素子とアルミナ板が十分に接合されていないことが原因であるという知見を得た。本発明者らは、アルミナ板の表面を研磨し、表面を平滑にすることを試みた。
【０００６】
しかしながら、アルミナ板の表面を研磨しても状況は改善されず、さらなる研究の結果、アルミナ板を構成する結晶粒子のサイズに起因するレベルの微細な凹凸が、両者の接合に影響を及ぼしていることが判明した。すなわち、通常の方法でアルミナ板を研磨しても、結晶粒子が表面から粒子単位で脱落し、さらに新たな凹凸が出現するという知見を得た。アルミナ板の構造自体を変えない限り、ハンドリングウエハとして利用することが困難であることが判明した。本発明者らは、アルミナ板の構造を改良し、ハンドリングウエハとして使用可能なアルミナ板の開発に成功した。
【０００７】
本明細書で開示するアルミナ板は、半導体素子のハンドリングウエハとして用いることができる。そのアルミナ板は、厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上であってよい。また、そのアルミナ板は、表面から１０ｎｍ以上の範囲に、加工ひずみが残存していてよい。なお、本明細書でいう「加工ひずみ」とは、アルミナ板の表面を研磨したことによってアルミナ板の表層の結晶が転位して生じたひずみのことを意味する。
【０００８】
上記アルミナ板は、表面を研磨する際に、表層に加工ひずみを残存させる（表層にひずみを意図的に付与する）ことにより、アルミナ板の表面を平滑にしている。すなわち、表層に加工ひずみを残存させ、アルミナ板の表面の凹凸を低減させている（アルミナ板の表面の構造を変えている）。具体的には、アルミナ板の表面から１０ｎｍ以上の範囲に加工ひずみを残存させ、表面の平滑性を確保している。なお、アルミナ板において表面から１０ｎｍという距離は、数十原子層に相当する。上記アルミナ板は、表面から数十原子層以上の範囲に加工ひずみを残存させることにより、表面と他の部位との間で結晶構造を相違させ、表面の平滑性を確保したものということもできる。なお、アルミナ板の製造工程において、意図的に加工ひずみを付与しない限り、表面から数十原子層以上の範囲にひずみが生じることはない。また、上記アルミナ板において加工ひずみの深さが１０ｎｍ以上という規定は、加工ひずみが残存している深さが表面から１０ｎｍ未満の場合に直ちに表面の平滑性が損なわれるということを意味するものではない。１０ｎｍ以上という範囲は、本発明者らの繰り返しの研究により、確実に表面の平滑性が得られるという結果に基づき規定されたものである。なお、「アルミナ板の表面」とは、半導体素子（半導体ウエハ）に接合される側の面のことであり、アルミナ板単体では、「アルミナ板の厚み方向端面の一方」と称することができる。
【０００９】
上記アルミナ板は、表面から３００ｎｍ以下の範囲に、加工ひずみが残存していてよい。この範囲であれば、アルミナ板の特性（透光性、化学的特性及び機械的特性）を維持したまま、表面の平滑性を確保することができる。なお、実際には、加工ひずみが残存している深さが深い程、アルミナ板の特性を低下させることなく、接合板（半導体ウエハ＋アルミナ板）の機械強度が向上するという結果が得られている。そのため、加工ひずみが表面から３００ｎｍを超えた範囲まで残存していても、アルミナ板の特性を維持したまま接合板の機械強度が向上すると推定される。しかしながら、現在の技術では、アルミナ板の表面を研磨する際に、表面から３００ｎｍを超えた範囲に加工ひずみを残存させることは困難であり、本発明者らもそのようなアルミナ板の評価を実施できていない。加工ひずみの深さが３００ｎｍ以下という規定は、本発明者らの繰り返しの研究により、実際にアルミナ板の特性低下を防止しつつ接合板の機械強度が確保されていることが確認された結果に基づき規定されたものである。
【００１０】
上記アルミナ板は、アルミナ板の表面における凹凸深さが、５ｎｍ未満であってよい。表面の凹凸深さを５ｎｍ未満とすることにより、半導体素子にアルミナ板を接合したときに、両者が良好に接合されるとともに、半導体素子の表面にダメージが加わることを抑制することができる。
【００１１】
上記アルミナ板の厚みは、０．５ｍｍ以上であってよい。０．５ｍｍ以上の厚みを確保することにより、アルミナ板自体の撓みが抑制され、半導体素子の加工の際に接合板が撓むことが抑制される。
【００１２】
本明細書では、半導体素子のハンドリングウエハとして用いられるアルミナ板の製造方法も開示する。その製造方法は、厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上のアルミナ板を用意する工程と、表面に５ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を加えた状態でアルミナ板を研磨する工程を備えていてよい。上記したように、表面から１０ｎｍ以上の範囲まで加工ひずみを残存させると、アルミナ板表面の平滑性を安定して確保することができる。表面に５ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を加えてアルミニウム板を研磨することにより、表面から１０ｎｍ以上の範囲まで加工ひずみを残存させることができる。なお、表面に圧力を加えた状態での研磨に加え、サンドブラスト処理を行う工程を備えていてもよい。サンドブラスト処理を行うことにより、より深くまで加工ひずみを残存させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例のアルミナ板を半導体ウエハに接合した状態を示す。
【図２】アルミナ板の表面状態を説明するための図を示す。
【図３】アルミナ板を研磨するときの圧力と加工ひずみの深さとの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、半導体ウエハ２の表面にアルミナ板８を接合した接合板１０を示している。半導体ウエハ２の表面には、素子構造４が形成されている。なお、図１は、素子構造４が完成する前の状態、すなわち、半導体ウエハ２の表面に素子構造４を形成する途中段階を示している。アルミナ板８は、半導体ウエハ２のためのハンドリングウエハである。なお、半導体ウエハ２は、シリコン（Ｓｉ）ウエハであってもよいし、炭化珪素（ＳｉＣ）ウエハ，ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ウエハ、窒化物半導体（ＧａＮ等）ウエハといった化合物半導体ウエハであってもよい。アルミナ板８の熱膨張率はおよそ８．０×１０−６／Ｋであり、熱膨張率が近い化合物半導体ウエハのハンドリングウエハとして特に好適に用いることができる。半導体ウエハ２とアルミナ板８は、接着層６を介して接合されている。接着層６の厚みは、０．５〜５０μｍに調整されている。接着層６の材料として、透光性の高い材料が好ましく、例えば、バックグラインド用テープ，バックグラインド用ワックス等が用いられる。
【００１５】
アルミナ板８は、平板状のアルミナ粉体を所定形状に形成した後に焼成し、その後研磨することにより得られたものである。アルミナ粉体としてアスペクト比が高い平板状の原料（アスペクト比３以上）を用いているので、得られるアルミナ板８のｃ面配向度は高く、９０％以上である。なお、アルミナ板８のｃ面配向度は、Ｘ線回折プロファイルを用いてロッドゲーリング法により評価することができる。アルミナ板８は、透明であり、光透過性が高い。具体的には、アルミナ板８は、厚み方向において、波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上である。すなわち、アルミナ板８の光透過性は、ガラス，サファイアといった従来のハンドリングウエハと同レベルである。
【００１６】
アルミナ板８の厚みＴ８は、０．５〜５ｍｍに調整されている。厚みＴ８を０．５ｍｍ以上とすることにより、アルミナ板８の撓みが抑制される。なお、厚みＴ８は、０．６ｍｍ以上であることがより好ましく、０．７ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、透光性が損なわれることを抑制するという観点より、厚みＴ８は、３ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００１７】
図２は、アルミナ板８の表層（図１の半導体ウエハ２の側）を模式的に示している。アルミナ板８の表層に僅かに凹凸が残存している。凹凸の頂面８ａと底面８ｂの距離Ｄ８（すなわち、アルミナ板８の表層の凹凸深さ）は、５ｎｍ未満に調整されている。なお、上記したように、アルミナ板８は、接着層６を介して半導体ウエハ２に接合されている。そのため、距離Ｄ８が５ｎｍ未満であれば、接着層６が凹凸を緩和し、凹凸が素子構造４に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００１８】
アルミナ板８では、表面から１０ｎｍ以上の範囲に加工ひずみを残存させることにより、アルミナ板８の表面を平滑（凹凸深さを５ｎｍ未満）に維持している。なお、従来、アルミナ板（透光性の高いアルミナ板）は、半導体ウエハのハンドリングウエハとして用いられていない。そのため、従来は、反り等を除去するレベルの研磨しか行われておらず、表面における結晶粒レベルの凹凸を除去する（平滑にする）技術も存在していなかった。一方、従来のハンドリングウエハ（サファイア板，ガラス板）においては、一般的に、表面に加工ひずみを残存させないように表面の研磨が行われている。よって、従来のハンドリングウエハは、表面に加工ひずみは残存していない（残存させていない）。そのため、アルミナ板に、従来のハンドリングウエハと同様の加工（研磨）を適用しても、加工ひずみが付与されず、距離Ｄ８（凹凸深さ）を５ｎｍ未満に調整することはできない。
【００１９】
アルミナ板８では、表面を研磨する工程において、表面に特定以上の圧力を加えた状態で研磨することにより、表層（表面から１０ｎｍ以上の範囲）に加工ひずみを付与している。すなわち、アルミナ板８は、平板状のアルミナ粉体を所定形状（所定厚み）に形成した後に焼成して波長３５０〜４５０ｎｍにおける直線透過率が８０％以上のアルミナ板を形成し、その後、表面に５ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を加えた状態で研磨することにより得られたものである。表面を研磨する際は、例えば、油性のダイヤモンドスラリーを用いる。また、表面を複数回研磨する場合、最終の研磨は平均砥粒サイズが小さい（例えば、２μｍ）のダイヤモンドスラリーを用い、それ以前の研磨は平均砥粒サイズが大きい（２μｍより大きい）ダイヤモンドスラリーを用いることもできる。最終の研磨以外はサイズの大きい砥粒を用いることにより、アルミナ板の研磨工程（研磨時間）を短縮することができる。
【００２０】
なお、アルミナ板は、表面だけでなく、裏面も研磨してよい。この場合、例えば、表面を研磨した後に裏面を研磨し、その後、表裏面同時研磨を行ってよい。また、表面の研磨、裏面の研磨、表裏面同時研磨は、各々複数回行ってもよい。各研磨工程終了後、アルミナ板の形状（反り等）を測定し、その測定結果に基づいて次の研磨の条件を設定してもよい。すなわち、所定の厚み、所定の形状が得られるように、アルミナ板を複数回研磨してよい。
【００２１】
また、アルミナ板に対してサンドブラスト処理を行ってもよい。サンドブラスト処理を行うことにより、アルミナ板の表面に大きな加工ひずみを付与することができる。なお、サンドブラスト処理は、アルミナ板の研磨に先立って行ってもよい。すなわち、サンドブラスト処理によってアルミナ板をほぼ所定厚みに調整した後、アルミナ板の研磨を行ってもよい。サンドブラスト処理を行うことにより、一度にアルミナ板の厚みを薄くすることができる。そのため、アルミナ板の研磨時間を短く（研磨回数を少なく）することができる。なお、従来のハンドリングウエハ（サファイア板，ガラス板）の厚み調整工程では、表面に加工ひずみが残存することを避けるため、サンドブラスト処理は避けられている。アルミナ板８は、従来は避けられていたサンドブラスト処理を行うことにより、厚み調整工程の短縮と、表面の平滑化を同時に達成することができる。
【００２２】
（実験例）
図３は、アルミナ板を研磨する際にアルミナ板に加えた圧力と、アルミナ板８に残存していた加工ひずみの深さ（表面からの深さ）の関係を示している。なお、研磨後のアルミナ板８の厚みは、アルミナ板に加える圧力によって異なるが、１．０〜２．０ｍｍに調整した。グラフの横軸は研磨の際に加えた圧力を示し、縦軸は表面からの加工ひずみの深さを示している。なお、加工ひずみの深さは、アルミナ板の断面をＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）で観察し、他の部分と比較して、結晶格子が歪んでいる（すなわち、結晶構造が転位している）深さを計測することにより測定した。
【００２３】
図３に示すように、研磨の際に加えた圧力が大きい程、加工ひずみの深さが深くなっていることが確認された。具体的には、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２で５時間研磨することにより、加工ひずみの深さが１０ｎｍ以上（測定値は１３ｎｍ）となることが確認された。一方、圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ２で研磨した場合、１０時間研磨しても加工ひずみの深さは５ｎｍに達しないことが確認された（測定値は３ｎｍ）。図３には、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２で２．５時間研磨した結果、圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２で１．７時間研磨した結果もプロットしている。圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ２で研磨した試料を除き、全てのアルミナ板において、接合板（半導体ウエハとアルミナ板を接合したもの）の機械的強度が良好であることが確認された。具体的な数値は省略するが、圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２で研磨した試料を用いた接合板は、機械的強度が特に良好であった。なお、圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２で１．７時間研磨した結果、加工ひずみの深さは３００ｎｍであった。
【００２４】
上記したように、研磨の際に加える圧力を大きくするに従って、加工ひずみの深さを深くすることができるとともに、研磨時間も短縮することができる。図３の結果より、圧力を１５ｋｇｆ／ｃｍ２より大きくすれば、さらに深くまで加工ひずみを付与することができ、また、さらに研磨時間を短縮することができると推測される。しかしながら、一般的に入手できる研磨機では、対象物（例えばアルミナ板）に１５ｋｇｆ／ｃｍ２より大きな圧力を加えた状態で研磨することは困難である。そのため、本実験例でも、１５ｋｇｆ／ｃｍ２より大きな圧力を加えた状態で研磨した試料は得られていない。本実験例では、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えた状態で研磨することにより、１０ｎｍ以上（最大３００ｎｍ）の深さまで加工ひずみを付与できることが確認された。
【００２５】
上記したように、従来、アルミナ板（透光性の高いアルミナ板）は、半導体ウエハのハンドリングウエハとして用いられておらず、結晶粒に起因するような微細な凹凸を除去する必要がなく、結晶粒レベルの凹凸を除去する加工方法（研磨方法）も確立されていない。本明細書は、アルミナ板をハンドリングウエハとして適用するにあたり、アルミナ板の新たな研磨方法を確立し、アルミナ板の結晶構造を変化させ、その結果、表面の平滑性に優れた新たなアルミナ板を開示するものである。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
２：半導体ウエハ
８：アルミナ板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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