(57)【要約】ドナー半導体ウェハの外周部を処理する方法及び装置では、化学的機械研磨パラメータ群を制御して、ドナー半導体ウェハの外周部の面取りを行なうことができ；そして別の構成として、または更に、ドナー半導体ウェハを曲げて凹状構造とすることにより、ドナー半導体ウェハの外周部が、ドナー半導体ウェハの中心表面領域よりも突出して、ドナー半導体ウェハの突出外周部が研磨面に優先的に押圧されるので、面取りを行なうことができる。
2013512584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドナー半導体ウェハを処理する方法において、
前記ドナー半導体ウェハを回転させるステップと、
研磨パッドを回転させ、研磨スラリーを前記研磨パッドに供給し、そして前記ドナー半導体ウェハ及び前記研磨パッドを押し付けて合体させることにより、前記ドナー半導体ウェハの表面外周部を前記研磨パッドに押し付けるステップと、
研磨条件群の１つ以上のパラメータを選択して、前記ドナー半導体ウェハの前記外周部を面取りするステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記１つ以上のパラメータは、研磨パッドの種類、研磨スラリーの種類、研磨時間、及び前記ドナー半導体ウェハと前記研磨パッドとの間の圧力から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ドナー半導体ウェハを処理する方法において、
前記ドナー半導体ウェハを曲げて、凹状構造を形成するステップであって、前記ドナー半導体ウェハの外周部が、前記ドナー半導体ウェハの中心表面領域よりも突出するようにする、前記形成するステップと、
前記ドナー半導体ウェハを研磨面に対して回転させ、そして圧力を加えて、前記ドナー半導体ウェハの突出外周部を前記研磨面に押し付けるステップと、
前記ドナー半導体ウェハの前記曲がり、前記回転、及び前記圧力を制御して、前記ドナー半導体ウェハの前記外周部が面取りされるようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項４】
更に、前記ドナー半導体ウェハの曲がり度合いを研磨中に変化させて、前記外周部の面取りに影響を与えるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記曲げるステップは、前記ドナー半導体ウェハのうち、前記ドナー半導体ウェハの中心表面とは反対側にあり、かつ前記研磨パッドとは反対側にある表面を真空引きすることにより行なわれる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記研磨面は、研磨パッドと、そして研磨スラリーと、を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
更に、前記研磨条件群の１つ以上のパラメータを選択して、前記外周部の面取りに影響を与えるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つ以上のパラメータは、研磨パッドの種類、研磨スラリーの種類、研磨時間、及び前記ドナー半導体ウェハと前記研磨パッドとの間の圧力から成る群から選択される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月３０日に出願された米国特許出願第１２／６２７，３０６号の優先権の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、セミコンダクタオンインシュレータ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＯＩ）構造を、同構造を形成する改良型プロセスを使用して形成することに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
今日まで、セミコンダクタオンインシュレータ構造に最も広く使用されてきた半導体材料はシリコンであった。このような構造は、本文書では、シリコンオンインシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造と表記され、そして略語ＳＯＩをこのような構造に適用してきた。ＳＯＩ技術は、高性能薄膜トランジスタ、太陽電池、及びアクティブマトリクスディスプレイのようなディスプレイにとって益々重要になっている。ＳＯＩ構造は、略単結晶のシリコンから成る薄膜層を絶縁材料の上に含むことができる。
【０００４】
ＳＯＩ構造を実現する種々の方法では、半導体材料を格子整合基板にエピタキシャル成長させる。別のプロセスでは、単結晶シリコンウェハを、ＳｉＯ２酸化膜層を成長させている別のシリコンウェハに接合させ、続いて、上部ウェハを研磨またはエッチングして薄くして、単結晶半導体薄膜層とする。別の方法では、イオン注入を行ない、水素イオンまたは酸素イオンの何れかを注入して脆化層をドナー半導体ウェハに形成して、薄膜半導体層をドナーウェハから分離（剥離）し、そして当該半導体層を絶縁基板に接合させる。
【０００５】
多くのＳＯＩ製造プロセスでは、絶縁基板の上に、円形の単結晶（例えば、単結晶）半導体層を必要とするが、非円形の半導体層を必要とする多数の用途が存在する。例えば、矩形半導体層（「タイル」と表記される場合がある）の供給が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含むディスプレイ、集積回路、光起電力素子、薄膜トランジスタ応用素子などを製造する際に必要になってきている。
【０００６】
矩形半導体層は多くの場合、外周部の直線性、平行性、及び直交性を含む非常に厳しい許容誤差、結晶方位精度、及び厳密な形状精度を満たすように形成される必要がある。これらの半導体層は、完成ＳＯＩ構造の性能を低下させてしまう、または壊滅的に劣化させてしまう汚染、機械的損傷（下層表面の損傷を含む）がないようにする必要がある。矩形半導体層を、前述の剥離／接合法を用いて形成する場合、ドナー半導体ウェハを、座標軸に略垂直な面からなる直方体とすることが望ましい。このようなドナー半導体ウェハは、厳しい仕様に忠実に従って、例えば少なくとも１つの表面に丸みを付けた全ての４つの隅角部と、そしてこのような端部形状にした（面取りして丸みを付けた）全ての４つの直線外周部と、を有するように形成する必要がある。これらの厳しい形状要求は、ドナー半導体ウェハが、非常に多くの回数の再利用により（多くの剥離層を生成し、従って多くのＳＯＩ構造を形成する）生じる処理応力に耐えることができるので望ましい。
【０００７】
矩形ドナー半導体ウェハは、専用のインゴットから切り出すことができる、またはこれらの矩形ドナー半導体ウェハは、円筒形半導体ウェハ材料（所謂、円形ウェハ材料）を機械加工することにより得られる。専用のインゴットの実用化は、座標軸に垂直な面からなる直方体の半導体インゴットの入手可能性により制約される。多くの半導体ウェハ製造業者は、矩形半導体インゴットを製造する製造元に、このようなインゴットに対する市場要求が現時点では非常に小さいので、専念しようとはしていない。矩形半導体インゴット製造方法（円形ウェハ材料を使用する）の実用化は、３００ｍｍ径の円形ウェハ材料の入手可能性が非常に高いので、現時点ではより魅力的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
円形ウェハ材料を使用して、ＳＯＩ構造に使用される矩形半導体ウェハを形成するためには、円形ウェハ材料を処理して、矩形ドナー半導体ウェハにする必要がある。多種多様な方法を用いて、矩形ドナー半導体ウェハを、機械加工により円形材料から切り出していた。円形材料を、ダイヤモンドダイシングソーを用いて切断して当該円形材料を矩形構造にする方法は、当該方法により厳密な形状精度を確保することができるので、従来からのプロセスとなっていた。しかしながら、ダイヤモンドダイシングソーを用いて切断することによってマイクロクラック及び切削屑が、結果として得られる矩形ドナーウェハの直線外周部及び隅角部に残る。更に、ダイヤモンドダイシングソーを用いたダイシングプロセスでは、丸みの付いた隅角部を矩形ドナーウェハに容易に形成するということができない。これにより、再利用されるドナーウェハの実用化が大きく制限される。実際、ドナー半導体ウェハが非常に高い熱、及び非常に大きな機械応力に、ＳＯＩ構造の形成過程で曝されると、ダイヤモンドダイシングソーを用いて生じる下層表面の損傷によって、ドナーウェハに切削屑または破損が、多数回の再利用が行なわれるときに生じる可能性がある。
【０００９】
円形材料インゴットを、機械的ダイシングを用いて切断して矩形構造にした後、鋭く切り立った外周部を成形する（外周部を研削し、そして研磨する）方法も採用されている。効果的ではあるが、このような機械的ダイシング、及び後処理によって、かなり大きな固定コスト及び変動コストが、ＳＯＩ形成プロセス全体に付加され、これが当該技術の実用化を制限していた。実際、外周部研削及び研磨技術、及び関連設備は途方もなく高価であり、そしてこのような外周部処理を施すために必要な関連消耗材料を購入し、そして管理する必要があり、高価な調製システム及び制御システムを追加する必要がある場合が多い。更に、鋭く切り立った外周部を成形するプロセスによって、結果として得られるＳＯＩ半導体層の使用可能な表面積が小さくなる。最後に、鋭く切り立った外周部を成形するこのようなプロセスによって、多くの場合、下層表面の損傷が隠れるだけであるので、破壊強度は低下したままである。
【００１０】
ＳＯＩ構造を形成する製造プロセスは十分に洗練されてきているが、このような構造、及びこれらの構造を用いた最終製品を製造するためのコストは、適切な矩形ドナー半導体ウェハを実用価格で実現する能力によって部分的に決定される。従って、ドナー半導体ウェハを形成する方法に関連する技術を継続的に進化させて、ＳＯＩ構造を形成するためのコストを制御することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書において説明される実施形態は、円形ウェハ材料を使用して矩形ドナー半導体ウェハを形成することに関するものである。矩形構造を円形材料インゴットから形成する有望なプロセスでは、ウォータージェットレーザダイシング（ｗａｔｅｒ−ｇｕｉｄｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｃｉｎｇ）技術を用いる。ウォータージェットレーザダイシングを使用して形成される矩形ドナー半導体ウェハは、寸法及びフォームファクタ仕様を満たすだけでなく、損傷のない外周部及び隅角部という条件を満たす。損傷のない外周部及び隅角部を形成することができる能力は、このような損傷が生じる場合に、損傷が、ＳＯＩ製造プロセス中のドナーウェハ内の割れ、及び割れの進行の主原因となるので非常に重要である。従って、ウォータージェットレーザダイシングは極めて魅力的なプロセスである。しかしながら、矩形ドナーウェハを形成するためのウォータージェットレーザダイシングの使用に関連する少なくとも１つの大きな問題がある；すなわち、改質溶融半導体材料から成るビーズ（所謂「スラグ」）の形成であり、これらのビーズは、不連続パターンとして、矩形ドナーウェハの各外周部に沿って現われる。所定の箇所に残る場合、スラグが蓄積することによって、ドナー半導体ウェハ及び絶縁基板の接合面の間の接触が、接合及び剥離中に不完全になる。これにより、ＳＯＩ構造が劣化する、または完全に使用不能になる。
【００１２】
本明細書において開示される１つ以上の実施形態では、ＣＭＰ法を任意の幾何学形状（円形、非円形、矩形など）のドナー半導体ウェハに適用して、スラグの無い、損傷の無い、正確に丸みの付いた外周部形状が形成されるようにする。ＣＭＰプロセスでは、３つの基本構成要素を用いる：研磨パッドの特性（研磨度、組成など）が、研磨用途に合うように選択された研磨パッド；粒子含有スラリー；及び研磨対象物（本文では、ドナー半導体ウェハ）。ドナー半導体ウェハをチャックまたはヘッドに取り付けて、当該半導体ウェハの損傷表面を追従性の高い研磨パッドに制御性良く押し付けることができ、この研磨パッドは、定常的に供給されるスラリーで満ちており、かつ当該スラリーが継続的に供給される。
【００１３】
１つ以上の実施形態によれば、基板凹凸を低減し、広い領域に亘って平坦化し、そして隅角部／外周部の整形を、界面における化学的及び機械的相互作用を同時に生じさせることにより行ない、これらの相互作用は、研磨パッド、スラリー粒子特性、及び添加剤を含む関連する化学反応剤のような消耗剤を意図的に選択することにより制御することができる。選択される研磨パッド、スラリー粒子、化学反応剤、スラリー濃度、スラリー流量、スラリー添加剤、研磨押圧力及び研磨運動、温度、研磨時間は、特定の組み合わせで使用されて、材料除去量を制御し、そして表面修復、及び隅角部／外周部整形を効果的に行なう。
【００１４】
１つ以上の別の、または更に別の実施形態によれば、隅角部／外周部整形は、プロセスパラメータ群を用いてドナー半導体ウェハを曲げて、研磨押圧力を当該半導体ウェハのうちの、スラグが集中して残留していることが判明している領域に誘導することにより行なうことができる。研磨処理は、厳密に機械的であるか、またはＣＭＰプロセスのような機械的及び化学的プロセスの組み合わせであるかどうかに関係なく、公知の方法のうちの何れかの方法とすることができる。
【００１５】
本明細書において開示される１つ以上の実施形態によれば、ドナー半導体ウェハを処理する方法及び装置は：前記ドナー半導体ウェハを回転させるステップと；研磨パッドを回転させ、研磨スラリーを前記研磨パッドに供給し、そして前記ドナー半導体ウェハ及び前記研磨パッドを押し付けて合体させることにより、前記ドナー半導体ウェハの表面外周部を前記研磨パッドに押し付けるステップと；そして研磨条件群の１つ以上のパラメータを選択して、前記ドナー半導体ウェハの前記外周部を面取りするステップと、を含む。
【００１６】
本明細書において開示される１つ以上の更に別の実施形態によれば、方法及び装置は：前記ドナー半導体ウェハを曲げて、凹状構造を形成するステップであって、前記ドナー半導体ウェハの外周部が、前記ドナー半導体ウェハの中心表面領域よりも突出するようにする、前記形成するステップと；前記ドナー半導体ウェハを研磨面に対して回転させ、そして圧力を加えて、前記ドナー半導体ウェハの突出外周部を前記研磨面に押し付けるステップと；そして前記ドナー半導体ウェハの曲がり、前記回転、及び前記圧力を制御して、前記ドナー半導体ウェハの前記外周部が面取りされるようにするステップと、を含むことができる。前記研磨面は、ＣＭＰプロセスにおけるように、研磨パッド及び研磨スラリーを含むことができる。
【００１７】
他の態様、特徴、利点などは、この技術分野の当業者であれば、本明細書における実施形態に関する説明を添付の図面を参照しながら考察することにより明確に理解することができる。
【００１８】
本明細書における実施形態の種々の態様を例示するために、これらの図面には、現時点で好適な形態が図示されているが、本発明は、図示される厳密な構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書において記載される１つ以上の実施形態によるＳＯＧ素子の構造を示す簡易側面図である。
【図２】本明細書において記載される１つ以上の実施形態による矩形ドナー半導体ウェハを形成する際に使用される円形材料インゴットの端面図である。
【図３】ウォータージェットレーザダイシングを使用して切断された矩形ドナー半導体ウェハの外周部におけるスラグの不所望の形状を示している。
【図４】矩形ドナー半導体ウェハの特定の所望の外周部及び隅角部の形状、すなわち面取りにより丸みを付けた外周部（この箇所では、ニュートンリングを用いて面取り形状を確認することができる）の形状を示している。
【図５】本明細書において記載されるプロセスを使用して図１のＳＯＧ素子を形成する際に形成される中間構造を示す簡略模式図である。
【図６】本明細書において記載されるプロセスを使用して図１のＳＯＧ素子を形成する際に形成される中間構造を示す簡略模式図である。
【図７】本明細書において記載されるプロセスを使用して図１のＳＯＧ素子を形成する際に形成される中間構造を示す簡略模式図である。
【図８】ドナー半導体ウェハを再利用して図１の多数のＳＯＧ素子を形成する様子を示す簡略図である。
【図９】本明細書において記載される１つ以上の実施形態によるＣＭＰ処理を実行するために適する一式の装置の模式図である。
【図１０】ドナー半導体ウェハを図９の装置内に保持するチャックまたはヘッドの或る形状を示す模式図である。
【図１１】図９の装置に使用されるために適する研摩パッドの特定の所望の形状の模式図である。
【図１２Ａ】図９の装置を使用する異なる研磨プロセス（スラリー、時間、及び押圧力を変更する）に応じて形成される２つの矩形ドナー半導体ウェハの外周部及び隅角部の形状を示している。
【図１２Ｂ】図９の装置を使用する異なる研磨プロセス（スラリー、時間、及び押圧力を変更する）に応じて形成される２つの矩形ドナー半導体ウェハの外周部及び隅角部の形状を示している。
【図１３Ａ】図９の装置を使用する異なる研磨パッドに応じて形成される２つの矩形ドナー半導体ウェハの外周部及び隅角部の形状を示している。
【図１３Ｂ】図９の装置を使用する異なる研磨パッドに応じて形成される２つの矩形ドナー半導体ウェハの外周部及び隅角部の形状を示している。
【図１４】ウェハの曲がり、及び研磨プロセス制御の両方を、本明細書において記載される１つ以上の実施形態と併せて使用して研磨された矩形ドナー半導体ウェハの所望の外周部形状を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
説明を簡単にするために、以下の説明は、常にＳＯＩ構造に関連して行なわれる。この特定タイプのＳＯＩ構造を参照することにより、本明細書における実施形態についての説明を容易にしているが、この参照は本発明を限定するために行なわれるのではなく、かつ限定的に解釈されてはならない。ＳＯＩという略語は、本明細書において用いることにより、セミコンダクタオンインシュレータ構造を広く指し、セミコンダクタオンインシュレータ構造として、これらには限定されないが、セミコンダクタオンガラス（ＳＯＧ）構造、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造、及びシリコンオンガラス（ＳｉＯＧ）構造を挙げることができ、更には、シリコンオンガラスセラミック構造を挙げることができる。
【００２１】
同様の参照番号が同様の構成要素を指すこれらの図面を参照するに、図１には、本明細書において説明される１つ以上の実施形態によるＳＯＩ構造（具体的には、ＳＯＧ構造）１００が図示されている。ＳＯＧ構造１００は、ガラスまたはガラスセラミック基板１０２のような絶縁基板と、そして半導体層１０４と、を含む。ＳＯＧ構造１００は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ及び液晶ディスプレイディスプレイ（ＬＣＤ）を含むディスプレイ、集積回路、光起電力素子、薄膜トランジスタ応用素子などにおける使用に適用される。
【００２２】
層１０４の半導体材料は、略単結晶状態の材料の形態とすることができる。「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（略）」という用語は、層１０４を表わすために使用され、半導体材料が普通、元来含まれている、または意図的に添加される格子欠陥または幾つかの粒界のような少なくとも幾つかの内部欠陥または表面欠陥を含んでいるということを考慮に入れている。「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ」という用語はまた、特定のドーパントによって、半導体材料の結晶構造が歪んでいる可能性がある、またはそれ以外には、特定のドーパントが当該結晶構造に影響を及ぼしている可能性があることを表わしている。
【００２３】
説明を進めるために、半導体層１０４はシリコンにより形成されることを前提とする。しかしながら、半導体材料はシリコン系半導体とすることができる、またはＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＩＶ族、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族半導体などのような他の何れかの種類の半導体とすることができる。これらの材料の例として：シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウムドープシリコン（ＳｉＧｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ＧａＰ、及びＩｎＰを挙げることができる。
【００２４】
ＳＯＧ１００の形成では、ドナー半導体ウェハを使用して、剥離半導体層をドナー半導体ウェハから形成し、当該剥離半導体層をガラス基板１０２に接合させる。当該剥離半導体層を後処理して、高品質半導体層１０４を形成する。ドナー半導体ウェハを使用して、ＳＯＧ構造１００を形成する接合／剥離プロセスでは：（ｉ）ドナー半導体ウェハのドナー表面にイオン注入を行なって、脆化層をドナー表面内に形成し；（ｉｉ）ドナーウェハの接合面をガラス基板１０２に接合させ；（ｉｉｉ）温度及び電圧をドナー半導体ウェハ及びガラス基板１０２に加えて、ドナー半導体ウェハとガラス基板１０２との間の接合を容易にし（圧力を加えることもできる）；そして（ｉｖ）ガラス基板１０２及び剥離半導体材料薄膜層をドナー半導体ウェハから分離する。米国特許第７，１７６，５２８号は、このような接合／剥離プロセスについて詳細に記載しており、この特許文献の開示内容全体が、本明細書において参照されることにより、本明細書に組み込まれる。
【００２５】
このような背景から、図２を参照するに、図２は、円形部材のウェハ材料１１０の端面図を示している。本明細書において説明される実施形態は、矩形ドナー半導体ウェハ１２０を形成するための円形ウェハ材料１１０の使用に関するものである。
【００２６】
矩形ドナー半導体ウェハ１２０を円形材料インゴット１１０から形成する有望プロセスでは、ウォータージェットレーザダイシングを用いる。ウォータージェットレーザダイシングを行なって形成される矩形ドナー半導体ウェハ１２０は、上に説明した寸法要件及びフォームファクタ要件を満たすだけでなく、外周部及び隅角部に損傷がないという要件を満たす。損傷がない外周部及び隅角部を形成する能力は、このような損傷が存在する場合に、当該能力が、ＳＯＧ製造プロセス中のドナーウェハ内の、そして／または結果として得られる半導体層１０４内の割れ、及び割れの進行の主原因となるので非常に重要である。従って、ウォータージェットレーザダイシングは、極めて魅力的なプロセスである。
【００２７】
次に、図３を参照するに、図３は、円形部材のウェハ材料１１０に、ウォータージェットレーザダイシングを行なって形成される直線溝の白色光干渉画像である。ウォータージェットレーザダイシングを行なって矩形ドナーウェハ１２０を形成する際に少なくとも１つの重大な問題が生じる；すなわち、結果として得られる矩形ドナー半導体ウェハ１２０の各外周部に沿った不連続パターンとして現われるビーズ状の改質溶融半導体材料（所謂「スラグ」）１１２の混入である。所定の位置に残る場合、スラグ１１２が蓄積することにより、不完全な接触がドナー半導体ウェハ１２０の接合面とガラス基板１０２との間に、接合及び剥離中に生じる。これにより、低品質の、または完全に使用不能なＳＯＧ構造１００が形成されてしまう。
【００２８】
次に、図４を参照するに、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部（隣接外周部１２０Ａ，１２０Ｂのような）は、スラグ１１２が発生していないだけでなく、特定の物理的特徴を含んでいる必要がある。実際、全ての４つの直線外周部（２つの外周部１２０Ａ，１２０Ｂのみを示している）に形状を付与する必要がある（例えば、面取り加工により丸みを付ける）。更に、４つの隅角部（隅角部１２０Ｃのみを示している）に丸みを付ける必要がある。この場合も同じように、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部／隅角部のこれらの物理的特徴は望ましいので、ウェハ１２０が接合／剥離プロセス（及び、極めて多数回の再利用）により生じる処理応力に耐えて、多数の剥離層を、従って多数のＳＯＧ構造１００を形成することができる。
【００２９】
実験を行なって、スラグ１１２を、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂから除去することができる種々の方法を開発してきたが、これらの方法として、機械面取り加工、外周研削方法、外周研磨方法、及び化学エッチング法のような多種多様な外周処理方法を挙げることができる。このような実験では、化学的機械研磨（ＣＭＰ）を施す従来の装置を適用して、スラグ１１２を、研磨押圧力をドナー半導体ウェハ１２０のうち、スラグが発生していると判明している領域（例えば、特に外周部）に集中させることにより除去した。このような実験は、適切な幾何学構造のウェハキャリアを用いた開発段階の研磨機を使用して行なうことができ、このウェハキャリアに基板を取り付けた。この実験から、驚くほど良好な結果が得られた。
【００３０】
既存のＣＭＰ研磨手順では、材料除去を促進する必要があり、これによって、材料をドナー半導体ウェハ１２０から過剰に除去してしまう危険が高くなる。同時に、このような除去促進手順によって、ずっと薄い（かつ、更に割れ易い可能性がある）ウェハ１２０をハンドリングすることに起因する割れの危険が高くなる。また、適正に考慮されることがない場合、従来のＣＭＰ法を適用すると、コストが高くなる可能性がある。所定のＣＭＰ機構は通常、回転研磨パッド（特定の機械的特性を有する）と、スラリー（特定の研磨特性を有する）と、そして回転チャックまたはヘッドと、を含むことにより、ドナー半導体ウェハ１２０を研磨パッド及びスラリーに押し付ける。多くの従来のＣＭＰ法によれば、複数の研磨パッドが必要であり、これらの研磨パッドは：複数のプラテン（各プラテンに異なる研磨パッドを設ける）を有する１台の研磨装置、プラテンを１つだけ有する１台の研磨装置の研磨パッドを取り替える手動プロセスステップ、または各研磨装置が異なるプラテン及び研磨パッドを有する構成の複数台の研磨装置のいずれかを必要とする。何れの手法も、コストを製造プロセスに付加してしまい、そしてＳＯＩ構造の実用化、及び最終応用製品形態に悪い影響を与える。
【００３１】
従来のＣＭＰ手順ではまた、材料を、ドナー半導体ウェハ１２０の表面について均一に除去することができない。最先端技術による円形半導体ウェハ表面の不均一性（標準偏差／平均除去厚さ）は通常、除去される材料厚さの５〜１０％である。半導体材料のより多くの部分が除去されると、厚さバラツキがそれに応じて悪化する。
【００３２】
しかしながら、ＣＭＰプロセスにおいて使用されるパラメータ群を細心の注意を払って制御することにより、矩形ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂのスラグ１１２（ウォータージェットレーザダイシングによって生じる）を上首尾に除去することができ、そして適正な隅角部及び外周部特性（丸みを付けた隅角部１２０Ｃ、及び面取り加工した外周部１２０Ａ，１２０Ｂ）が得られることが判明している。これらのＣＭＰパラメータとして：研磨押圧力、研磨機運動（例えば、プラテン速度及びヘッド速度）、スラリー特性（例えば、濃度、粒子サイズ、添加剤、及び流量）、研磨パッド特性、研磨基板を拘束する方法、温度、及びサイクル時間のうちの１つ以上を挙げることができる。
【００３３】
ドナー半導体ウェハ１２０を制御性良く操作することにより、何れの研磨機構を用いることによっても（必ずしもＣＭＰではない）、スラグ１１２を除去し、そして外周部１２０Ａ，１２０Ｂを面取りすることができることも判明している。この点に関して、プロセスパラメータ群を調整して、ドナー半導体ウェハ１２０を曲げることにより、研磨押圧力を当該ウェハのうち、スラグ１１２が集中して発生していると分かっている外周／隅角領域に誘導することができる。
【００３４】
本明細書における処理実施形態を更に完全に理解するために、ＳＯＧ１００（特に、複数のＳＯＧ１００）を製造する例示的な製造プロセスに関する更に多くの背景説明を行なうと好都合であると考えられる。
【００３５】
次に、図５〜７を参照するに、図５〜７は、ＳＯＧ構造１００を製造するために形成することができる中間構造を示している。まず、図５を参照するに、ドナー半導体ウェハ１２０の接合面１２１を、例えば研磨、洗浄などにより予め形成しておいて、ガラス基板またはガラス−セラミック基板１０２への接合に適する比較的平坦かつ均一な接合面１２１を形成する。
【００３６】
剥離層１２２は、接合面１２１に１回以上のイオン注入プロセスを施して、脆化領域（破線１２６で図式的に示している）をドナー半導体ウェハ１２０の接合面１２１の下方に形成することにより形成される。本明細書において説明される実施形態は、剥離層１２２を形成する何れの特定の方法にも限定されないが、１つの適切な方法により、ドナー半導体ウェハ１２０の接合面１２１に水素イオン注入プロセスを施して、脆化領域１２６の形成が、ドナー半導体ウェハ１２０内で少なくとも始まるようにすることができる。
【００３７】
図６を参照するに、ガラス基板１０２は、剥離層１２２の接合面１２１に、何れかの公知の技術、または将来開発される技術を使用して接合させることができる。例えば、ガラス基板１０２は剥離層１２２に、熱接着プロセスを使用して接合させることができる。別の構成として、ガラス基板１０２は剥離層１２２に、電解プロセス（本明細書においては、陽極接合プロセスとも表記される）を使用して接合させることができる。適切な電解接合プロセスに関する基本的内容は、米国特許第７，１７６，５２８号に記載されている。このプロセスの一部について以下に説明する。
【００３８】
ガラス基板１０２をドナー半導体ウェハ１２０の接合面１２１に直接、接触させて、または間接的に接触させて、図６に模式的に示す構成を実現する。従って、結果として得られる中間構造はドナー半導体ウェハ１２０のバルク材料層、剥離層１２２、及びガラス基板１０２を含む積層体である。
【００３９】
接触前に、または接触後に、ドナー半導体ウェハ１２０、剥離層１２２、及びガラス基板１０２を含む構造（群）を加熱する。ガラス基板１０２は、ドナー半導体ウェハ１２０及び剥離層１２２よりも高い（または、低い）温度に加熱することができる。ガラス基板１０２及びドナー半導体ウェハ１２０は、ガラス基板１０２の歪点である約５０〜１５０℃に収まる温度にすることができる。
【００４０】
次に、電圧を中間アセンブリに、例えばドナー半導体ウェハ１２０を正電極、そしてガラス基板１０２を負電極として印加する。圧力を更に加えて、ドナー半導体ウェハ１２０をガラス基板１０２に押圧することができる。中間アセンブリを上記状態に、或る時間（例えば、約１時間以下）に亘って保持し、電圧を取り去り、そして中間アセンブリを室温に冷却することができる。
【００４１】
次に、図７を参照するに、冷却中に、そして／または冷却後に、ドナー半導体ウェハ１２０及びガラス基板１０２を分離し、この分離では、ドナー半導体ウェハ１２０及びガラス基板１０２が既に完全に自由になっていない場合に、或る剥離力を付与して、ガラス基板１０２を得ることができるが、この場合、比較的薄い剥離層１２２は、当該剥離層に接合しているドナー半導体ウェハ１２０の半導体材料により形成されている。剥離層１２２の分離は、ドナー半導体ウェハ１２０を脆化領域１２６に沿って、熱応力及び内部応力を利用して破断することにより行なうことができる。別の構成として、または更に、水ジェット圧、または切断（または、他の機械的な接触力または切断力）、引張り力またはせん断力、または化学エッチングのような機械応力またはエネルギーを利用して、ドナー半導体ウェハ１２０からの剥離層１２２の分離を開始する、そして／または容易にすることができる。
【００４２】
ドナー半導体ウェハ１２０の新たに露出する劈開面（及び、下敷き層）１２１Ａは、イオン注入及び剥離プロセスに起因するイオン汚染、及び大きな表面粗さ、または表面損傷を呈する。
【００４３】
図８を参照するに、多くのこのようなＳＯＧ構造１００を製造プロセスで形成して、別体製品とする、または複数のＳＯＧ構造１００を必要とする集積素子とすることが望ましい。何れの場合においても、複数のＳＯＧ構造１００を形成する１つの方法では、多数の薄膜剥離半導体材料層１２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃなどをドナー半導体ウェハ１２０から、ドナー半導体ウェハ１２０のそれぞれの接合面１２１をそれぞれのガラス基板１０２に接合させるプロセス中に劈開（分離または剥離）により切り出す。第１剥離半導体材料層１２２Ａをドナー半導体ウェハ１２０から切り出した（例えば、剥離、劈開、または分離により切り出した）後、ドナー半導体ウェハ１２０の残りの部分の劈開剥離面（及び、損傷汚染下敷き層）１２１Ａを新鮮な状態にして、比較的イオン汚染及び損傷の無い状態を有する次の適切な接合面１２１とする。次に、次の接合面１２１を、次の接合及び剥離プロセスに使用して、第２剥離層１２２Ｂに変化を与え、そして第２剥離層１２２Ｂを第２ガラス基板１０２に接合させる。このプロセスを繰り返して（ドナー半導体ウェハ１２０の劈開面１２１Ａを再仕上げする）、第３、第４剥離層１２２Ｃ、１２２Ｄなどに変化を与え、そして第３、第４剥離層１２２Ｃ、１２２Ｄなどを該当するガラス基板１０２に接合させる。
【００４４】
再利用する場合、剥離後に残ったドナー半導体ウェハ１２０の表面（劈開面または剥離面）を比較的損傷の無い状態に戻す−−少なくとも、ドナー半導体ウェハ１２０の未使用（元の）表面とは判別できないほどの状態に戻す。これは、ドナー半導体ウェハのうちの、イオン注入及び剥離（分離）プロセスに起因してイオンで汚染され、かつ損傷した特定の厚さ部分を、例えばＣＭＰプロセス法により除去することにより行なわれていた。ドナー半導体ウェハ１２０の表面を、イオン注入／剥離の後に損傷の無い状態に戻す（すなわち、ドナー半導体ウェハ１２０の劈開面を新鮮な状態にする）方法の詳細については、２００９年１０月３０日に出願された代理人整理番号ＳＰ０９−３１１の同時係属中の米国特許出願第１２／６０９，７６８号明細書に記載されており、当該米国特許出願の開示内容の全てが、本明細書において参照されることにより、当該米国特許出願の開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【００４５】
本明細書における１つ以上の実施形態によれば、ＣＭＰプロセスにおいて使用されるパラメータ群を細心の注意を払って制御することにより、矩形ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂのスラグ１１２を除去し、そして適正な隅角部及び外周部形状（丸みの付いた隅角部１２０Ｃ、及び面取り加工された外周部１２０Ａ，１２０Ｂ）を形成する。これらのＣＭＰ処理パラメータは、ドナー半導体ウェハ１２０に１回以上のＣＭＰ処理サイクルを施して損傷及びイオン汚染を劈開面（及び、下敷き層）１２１Ａから除去し、そして更に別のＳＯＧ構造１００を形成するために適する新鮮な接合面１２１を形成するステップの前に、ステップ中に、そして／またはステップの後に適用することができる。
【００４６】
図９を参照するに、ＣＭＰ処理する実施形態を実施して：（ｉ）矩形ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂのスラグ１１２を除去し；（ｉｉ）適正な隅角部及び外周部形状を形成し；そして／または（ｉｉｉ）損傷した劈開面（及び、下敷き層）１２１Ａをドナー半導体ウェハ１２０から除去するために適するシステム２００が図示されている。当該システムは、研磨プラテン２０２と、研磨パッド２０４と、そしてチャックまたはヘッド２０６と、を含む。研磨プラテン２０２は、制御速度で、シャフト２０８及び回転ユニオン２１０に応じて回転する。適切かつ制御可能な回転駆動源（図示せず）は、必要なトルクをシャフト２０８に供給する。
【００４７】
研磨プラテン２０２は、加熱／冷却流体２１２が流れることができる内部分岐流路または内部流路を含むことができる。例えば、予熱水が、かなりの容積流量（約１０〜２０リットル／分）で、プラテン内の分岐流路を流れることができる。この水の温度は、最大研磨温度を研磨パッド２０４の表面で維持する（例えば、約３９℃を超えることがないように）ことができるように制御する（例えば、約２６℃に）ことができる。研磨パッド２０４の表面の温度は、当該研磨パッド２０４上で調節される光学式パイロメータ（図示せず）を利用して、研磨プロセス全体を通じて測定することができる。高い冷却流体温度を維持することにより、非線形除去レート対研磨時間曲線を強制的に除去レートの最大除去レートに一層迅速に設定することができることが判明している。また、冷却流体温度を低く抑えると有利である。例えば、ＣＭＰが材料除去に及ぼす化学的影響を低く抑えるように選択することができるが、その理由は、このように選択すると、被研磨基板が研磨効率を下げることなくより平坦になる場合が多いからである。しかしながら、冷却流体温度が変化することによってまた、研磨プラテン形状が変化してしまうが、プラテン形状が変化するのは、研磨プラテンが熱で膨張し、そして収縮するからである。
【００４８】
研磨パッド２０４は、何れかの適切な構成とすることができるが、当該研磨パッド２０４が、本明細書において後で説明される特定の形状を含む場合に利点を達成することができることが判明している。
【００４９】
研磨パッド２０４へのスラリー供給源２１４は、調整可能な流量のスラリーを供給するように意図的に配置される。スラリーの特性も、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部の面取り品質及び形状に影響することになる。例えば、粒子タイプ、粒子サイズ分布、濃度、及び化学的緩衝性（通常、ｐＨで表現される）が面取りに影響する可能性がある。概して、（全ての他の研磨条件が一定に保持される場合）スラリーｐＨが高くなると、シリコン研磨の場合に、研磨が化学的に更に促進され、除去レートが更に高くなり、そして結果的に得られる外周面取りが更に進む。
【００５０】
以下に更に詳細に説明するように、リンス液（脱イオン水）は、供給源２１４を介して、または別の個別の供給源（図示せず）を介して研磨パッド２０４に供給することができる。
【００５１】
ドナー半導体ウェハ１２０（ドナー半導体ウェハ１２０は、ウォータージェットレーザダイシングを行なって形成されている）は、チャックまたはヘッド２０６によって保持され、そしてチャックまたはヘッド２０６によって研磨パッド２０４に、研磨装置２００の作動中に押圧される。ヘッド２０６は更に、適切なモータ及び連結部（図示せず）を介して回転させることができる。図１０に示すように、ドナー半導体ウェハ１２０は、矩形断面を有する。ヘッド２０６は、剛性ブロック２３０を含むことができ、この剛性ブロック２３０に、複合材料テンプレート２３２を取り付ける。複合材料テンプレート２３２は、下部層と、そしてプラスチック上部層またはガラス繊維上部層と、を含む。ドナー半導体ウェハ１２０のフォームファクタ（例えば、矩形レリーフ）は、上部層を貫通するように機械加工して、下部層を露出させることにより得られる。一例として、材料テンプレート２３２は、１５インチの直径、０．１７０インチの公称厚さのディスクを特徴とし、このディスクに、隅角部レリーフを有する矩形ポケットが上部層を貫通して機械加工されている。一例として、当該ディスクは、下部層及びプラスチック上部層またはガラス繊維上部層を有する２層材料のような、Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｆｉｂｅｒ−Ｌａｍｉｔｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（フランクリンファイバ−ラミテックス社）から得られる材料とすることができる。材料テンプレート２３２の構成は、２つの複合材料層が互いに対して接合される場合にドナー半導体ウェハ１２０に対応して近似するサイズ及び形状に凹領域が形成されるような構成とすることができる。
【００５２】
材料テンプレート２３２の凹領域は真空機構２３４を含むことができ、この真空機構２３４は、ドナー半導体ウェハ１２０を凹部に吸引する力の強さ、及び性質を制御するように動作する。一例として、材料テンプレート２３２の凹領域は、当該材料テンプレート２３２の下部プレートを貫通する複数の開口を含むことができ、これらの開口は、真空ポンプまたは他の真空源（図示せず）と流体連通している。真空ポンプまたは他の真空源をコンピュータ制御することにより、ＣＭＰ処理パラメータ群に対する制御を容易にすることができる。従って、作動中に種々の真空度の真空を伝達し、種々の量の空気、水などを送り込むことができる。真空力を利用して、ドナー半導体ウェハ１２０をヘッド２０６に、研磨中に固く固定すると同時に、流体（空気のような）を下部プレートのこれらの開口を介して送り込むことにより、背圧を生成することができ、この背圧を操作して基板を曲げることができる。適切な真空機構２３４の構造及び動作についての更なる詳細は、次の刊行物：Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ．  Ｍｏｄｅｌ  ６ＥＣ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｌａｎａｒｉｚｅｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  Ｍａｎｕａｌ，  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ２．０（１９９８年６月に刊行され、１９９９年２月１日に改訂されている）に記載されている。
【００５３】
当該真空機構は、ドナー半導体ウェハ１２０を材料テンプレート２３２のバックプレートに吸引押圧する或る所望の真空度を形成するように設定することができる。例えば、真空度を約０ｐｓｉ〜−３ｐｓｉの範囲にして、ドナー半導体ウェハ１２０の所望の曲がりを達成することができる。更に、約１ｐｓｉ〜３ｐｓｉの範囲のような背圧の或る真空度と真空の真空度を組み合わせることにより所望の曲がりを得ることが望ましい。真空度設定点（場合によっては、背圧設定点と組み合わせる）は、ドナー半導体ウェハ１２０に所望の曲がりが生じるように作用し、この場合、ウェハ１２０の中心領域は、図１０から分かるように、凹状になり、そして外周部１２０Ａ，１２０Ｂなどは、研磨パッド２０４の方に飛び出す。別の構成として、または更に、材料テンプレート２３２の凹領域は、ドナー半導体ウェハ１２０の背後に、ならいバックプレート（ｐｒｏｆｉｌｅｄ  ｂａｃｋ  ｐｌａｔｅ）を含むことができ、このならいバックプレート自体が凹状であることにより、ドナー半導体ウェハ１２０が所望通りに曲がり易くなる。ドナー半導体ウェハ１２０の曲がりを制御して、外周部１２０Ａ，１２０Ｂなどを研磨パッド２０４の方に飛び出させることができることによって、ウェハ１２０からの材料除去量及び材料除去箇所の制御が可能になって、面取り部を形成することができることに注目されたい。この点に関して、このような曲げ装置及びプロセスは、公知の機械研磨法のうちの何れかの機械研磨法のような他の研磨法（単に、ＣＭＰに限定されない）と一緒に用いることにより、面取りを行なうことができることを理解されたい。
【００５４】
複合材料テンプレート２３２は更に、毛細管作用を持つパッド底面層（例えば、スエード仕上げになっている）を含むことができる。材料テンプレート２３２の凹領域をクリーンな脱イオン水で濡らすことにより、毛細管作用底面層を濡らし、そしてドナー半導体ウェハ１２０の裏面を弱く凹部に向かって、濡れた底面層に対して押し付けると、毛細管作用によってウェハ１２０を、凹領域の垂直方向の所定の箇所に、かつウェハ１２０及び研磨パッド２０４が押圧されて合体する方向に保持することができる。上側層の凹領域の側面群は、ドナー半導体ウェハ１２０を回転軸に対して横方向に拘束するように機能する。
【００５５】
所望の処理結果をドナー半導体ウェハ１２０に関して達成するために、ＣＭＰプロセスを細心の注意を払って制御し、かつ処理パラメータ群を細心の注意を払って選択することが肝要である。これは、パラメータ群及び予測可能結果に関して日常的に行なわれるような最適化ではない。そうではなく、非常に多くの実験及び分析から、繰り返しプロセスにおいて、特定の処理パラメータ群をそのまま維持し、かつ他のパラメータ群を変化させる必要があるという知見を得ている。
【００５６】
一般的に、外周部を面取りするＣＭＰプロセスは、段階的に順番に行なわれ、この場合、特定のプロセスパラメータ群を意図的に、一連のステップにおいて変化させる。パッドを１個だけ（または、パッドを２個だけ）使用することにより、プロセス全体を自動化して、多大な作業時間を要する従来のマルチパッドＣＭＰプロセスに比べて、パッド交換に要するサイクル時間及び作業量を大幅に減らすことができる。ＣＭＰプロセスを使用して、外周面取りを施す様子を示す多数の例を以下に説明するが、この外周面取りは、ＣＭＰプロセスパラメータ選択及び制御により得られる幾つかの外周面取りの極端な例を含んでいる。
【００５７】
例１
この例は、研磨時間、スラリー種類、及び押圧力のＣＭＰパラメータを調整して非常になだらかな起伏の外周面取り部を形成することができる１つの極端な例を示すために提示される。この例では、背圧、真空などを利用したドナー半導体ウェハ１２０に関する制御性の良い曲げ処理は用いなかった。
【００５８】
ＣＭＰプロセスは：（ａ）研磨パッド２０４を（プラテン２０２により）回転させ、ドナー半導体ウェハ１２０を（ヘッド２０６により）回転させ、研磨スラリーを研磨パッド２０４に（供給源２１４から）供給し、そしてドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押し付けて合体させる材料除去ステップ；及び（ｂ）研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０を回転及び接触させ続けるが、研磨スラリーを供給し続けるのを、リンス液を研磨パッド２０４に供給するために止めるリンスステップから成る主要ステップを含む。
【００５９】
重要な考察項目を研磨パッド２０４の特性及び特徴に加えている。一般的に、ＣＭＰプロセスに使用される研磨パッドはポリマーであるが、硬度、圧縮性、通気性、ナップ層厚さ、多孔質構造、表面凹凸、及び反発弾性率のような物理特性に関して広い範囲で変えることにより、研磨性能を変化させることができる。研磨パッド２０４は、本ＣＭＰ実施形態における重要な要素であるが、その理由は、当該研磨パッドの多孔質構造により、研磨パッドが、スラリー化学反応物質の略同時供給、及び結果的に生じる研磨副生成物の排出のための導管として機能するからである。従って、ＣＭＰの特定応用分野における研磨パッド製品の選択は、所望のプロセス目的を達成するために重要である。概して（かつ、全ての他の研磨条件が一定に保持される場合）、研磨パッド２０４の材料の圧縮性が高くなると、パッドの追従性が更に向上し、かつＣＭＰによる外周面取りが更に促進されるという知見を得ている。種々の利点は、研磨パッド２０４がポリウレタン樹脂含浸湿式フェルト状タイプである場合に実現することができる。
【００６０】
この例によれば、研磨パッド２０４は、約１．２５ｍｍの公称厚さ、パッド仕様による比較的低い圧縮性（約２．９％の圧縮性のような）、かなり高い硬度（約８５アスカーＣ硬度）、及び低通気抵抗を有することができる。図１１を参照するに、ドナー半導体ウェハ１２０に圧接する研磨パッド２０４の表面２２０は、溝が深く掘り込まれている、または流路２２２が深く掘り込まれていることが好ましい。一例として、これらの溝２２２は、デカルト座標平面内に直交交差状に設けることができる。有利な結果が、これらの溝２２２が約１ｍｍ以上の深さであり、かつ交差マス目が約２１ｍｍ×２１ｍｍである場合に得られることが判明している。適切な研磨パッド２０４は、Ｒｏｈｍ−Ｈａａｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ロームハース社）から入手することができ、現在、ＳＵＢＡ  ８４０  ＰＡＤ  ４８”Ｄ  ＰＪ；ＸＡ２５（製造業者材料番号１０３４６０８４）という製品名で販売されている。菱形溝、渦巻き状溝、放射状溝及び／又は周回溝のような溝２２２の別のパターンを用いることができる。
【００６１】
ＣＭＰシーケンスは、初期「ランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）」プロセスを施すことにより始める（スタートアップ段階）ことができ、この初期ランプアッププロセスでは、研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０をそれぞれ回転させ（例えば、両方共、時計回りに）、研磨スラリーを研磨パッド２０４に供給し、そしてドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押圧して合体させる。スタートアップ時、研磨パッド２０４を濡らし、そして約６０〜８０ｎｍ（例えば、７０ｎｍ）の平均粒子サイズ、５０重量％のＳｉＯ２及び５０重量％の脱イオン水、及び８．０〜９．０の範囲のｐＨを有する約５００ｍｌ／分の流量のコロイド状シリカスラリーで満たす。スラリーを脱イオン水で２０：１に希釈して、「調製直後の（ａｓ  ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ）」混合溶液を生成する。適切なスラリー製品は、Ｎａｌｃｏ（ナルコ）社から部品番号２３６０コロイド状シリカ研磨スラリーとして入手することができる。
【００６２】
スラリーの流量は、プロセス及びシステム２００の所定のパラメータ群に対応する研磨目標を達成するように選択する必要がある。このようなパラメータ群として、例えば研磨プラテン２０２のサイズ、研磨パッド２０４のサイズ、及び／又は劈開面１２１Ａの表面積を挙げることができる。実際、開発段階の研磨機に関して判明しているプラテン及び研磨パッドのような比較的小さい直径のプラテン２０２及び研磨パッド２０４は、量産研磨機に通常関連する比較的大きい直径のプラテン２０２及び研磨パッド２０４よりもずっと少ない量のスラリーしか必要としない。更に、研磨パッド２０４の表面特性（例えば、溝パターン、溝の繰り返し数、及び溝深さ）は、最低限のスラリー流量に大きく影響する。実際、研磨パッド２０４内の溝が深くなると、そして／または溝の密度が高くなると、浅い溝、及び／又は低い密度の溝に比べると、極めて多くの量のスラリーが、研磨領域から流れ出すようになる。より多い流量の、またはより少ない流量のスラリーを用いる方法に替えて、または当該方法の他に、別の脱イオン水流量を更に増やす、または減らす方法を用いることができる。スラリーの流量を２５０〜２５００ｍｌ／分の範囲に収める必要がある構成を想到することができる。
【００６３】
プラテン２０２（及び、従って研磨パッド２０４）の回転速度が、直線的に徐々に大きくして約４０〜７０ｒｐｍの値にすることができるのに対し、研磨ヘッド２０６（及び、従ってドナー半導体ウェハ１２０）の回転速度は、直線的に徐々に大きくして約１５〜２５ｒｐｍにすることができる。押圧力（ドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押圧して合体させる圧力）は、直線的に徐々に大きくして、約１６ｐｓｉのような中間圧力値である約１０〜２０ｐｓｉにすることができる。スタートアップ段階は約３０秒に亘って継続させることができる。
【００６４】
上に説明したスタートアップは、途切れることなく、かなり長い期間（例えば、約１８００秒）の材料除去段階に移行することができる。例えば、これは、上記スタートアップ段階において説明したプロセス設定群のうちの幾つかのプロセス設定を用いて行なわれる「第１」研磨ステップを表わすことができる。
【００６５】
次に、リンスステップを行ない、このリンスステップでは、研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０を回転かつ接触させ続けるが、研磨スラリーを供給し続けるのは、脱イオン水を研磨パッド２０４に供給するために止める。脱イオン水の流量は、約５６００ｍｌ／分とすることができる。このリンス段階では、押圧力は、これまでの研磨ステップに比べて、大幅に小さくすることができる。例えば、ドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押圧して合体させるときの圧力は、約１〜３ｐｓｉの範囲とすることができ、例えば約２ｐｓｉとすることができる。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度は、約５０〜７０ｒｐｍ及び約１５〜２５ｒｐｍにそれぞれ維持することができる。一例として、このリンスステップは、約１０〜２０秒に亘って行なうことができ、例えば約１５秒に亘って行なうことができる。
【００６６】
次の研磨ステップまたは第２研磨ステップでは、押圧力を前の研磨ステップにおけるよりも小さくする（例えば、約１２ｐｓｉとする）ことができる。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度は、約５０〜７０ｒｐｍ及び約１５〜２５ｒｐｍにそれぞれ維持することができる。この研磨ステップでは、前の研磨ステップにおけるスラリーと同じコロイド状シリカスラリーを用いることができる。一例として、この研磨ステップは、約１８０秒に亘って行なうことができる。
【００６７】
次に、前のリンスステップと略同じである別のリンスステップを行なうことができる。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０を回転かつ接触させ続け、そして脱イオン水を研磨パッド２０４に供給するステップを行なう。前のリンスステップにおけるように、このリンスステップでは、押圧力は、これまでの研磨ステップに比べて、大幅に小さくすることができ、例えば約２ｐｓｉとすることができる。一例として、このリンスステップも、約１５秒に亘って行なうことができる。
【００６８】
次に、第３研磨ステップを行なう。押圧力を前のリンスステップと比べて強くし、例えば約３ｐｓｉとする。この研磨ステップは、仕上げ研磨ステップであると考えることができ、この仕上げ研磨ステップでは、スラリーの種類を変更する。具体的には、研磨パッド２０４を濡らし、そして約３０〜４０ｎｍ（例えば、３５ｎｍ）の平均粒子サイズを有し、かつ重量％のＳｉＯ２、１重量％のＮＨ４ＯＨ、１重量％のセルロース、及び９３重量％の脱イオン水の混合液である約１０００ｍｌ／分の流量のコロイド状シリカスラリーで満たす。ｐＨは、１０〜１１の範囲とし、例えば約１０．８とすることができる。スラリーを脱イオン水で４０：１に希釈して、調製直後の混合溶液を生成する。適切なスラリー製品は、Ｇｌａｎｚｏｘ（グランゾックス）社から部品番号３９５０コロイド状シリカ研磨スラリーとして入手することができる。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度は、約５０〜７０ｒｐｍ及び約１５〜２５ｒｐｍにそれぞれ維持することができる。この研磨ステップは、約１８０秒に亘って行なうことができる。
【００６９】
次に、これまでのリンスステップと略同じである別のリンスステップを行なうことができる。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０を回転かつ接触させ続け、そして研磨パッド２０４への脱イオン水の供給を行なう。前のリンスステップにおけるように、このリンスステップでは、押圧力は、これまでの研磨ステップに比べて、大幅に小さくすることができ、例えば約２ｐｓｉとすることができる。このリンスステップも、約１５秒に亘って行なうことができる。
【００７０】
任意であるが、更に別の処理段階を用いて、外周面取りを更に効果的に行なうことができる。例えば、別区間のリンスステップを行なうことができ、このリンスステップでは：（ｉ）当該区間を約５０〜７０秒（例えば、６０秒）の範囲で継続し、（ｉｉ）ドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押圧して合体させるときの圧力を約１〜３ポンド／平方インチの範囲とし、（ｉｉｉ）研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度を約２５〜４５ｒｐｍ（例えば、３５ｒｐｍ）の範囲とし、そして（ｉｖ）リンス液をリンス剤とする。リンス剤は、ウェハ１２０と研磨パッド２０４との間の表面張力を低減するように作用する化学成分を含む２次反応剤（例えば、約１０．８のｐＨ）を含むことができる。この反応剤は、ウェハ１２０の表面を不動態化して、下流の洗浄を促進する親水性表面を形成する。一例として、Ｒｏｈｍ−Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＣＭＰ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ロームハースエレクトロニックマテリアルズＣＭＰ社）製のシリカ、イソプロピルアルコール、及びエチレングリコールを脱イオン水と混合して得られるＲｏｄｅｌｅｎｅリンス剤を用いることができる。最終のリンスステップを行なうことができ、このリンスステップでは：（ｉ）当該区間を約１０秒継続し、（ｉｉ）ドナー半導体ウェハ１２０及び研磨パッド２０４を押圧して合体させるときの圧力を最小にし、（ｉｉｉ）研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度を約２５〜４５ｒｐｍ（例えば、３５ｒｐｍ）の範囲にし、そして（ｉｖ）リンス液を水とする。
【００７１】
次に、図１２Ａを参照するに、図１２Ａは、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂの拡大図である。このような外周部１２０Ａ，１２０Ｂは、丸みを付けた外周端縁面取り部、及び丸みを付けた隅角部１２０Ｄを含む。ドナー半導体ウェハ１２０の外周面取り部の相対幅Ｗ１は非常に広く、多数のニュートンリングを含んでいる。後に出てくる例から分かるように、この幅Ｗ１は、別のＣＭＰ処理パラメータ群から得られる外周面取り部の幅よりもずっと広い。
【００７２】
例２
この例は、例１に比べて、反対の極端な例を示すために提示され、この例２では、研磨時間、スラリー種類、及び押圧力のＣＭＰパラメータを調整して非常に急峻な外周面取り部を形成することができる。この例では、背圧、真空などを利用したドナー半導体ウェハ１２０に対する制御性の良い曲げ処理は用いなかったことに留意されたい。
【００７３】
この例では、例１において使用されたものと同じ研磨パッド２０４を用いたが、異なる研磨スラリーを使用する。具体的には、研磨パッド２０４を濡らし、そして約１００ｎｍの平均粒子サイズと、約１２重量％のＳｉＯ２、１重量％のＫＯＨ、及び８７重量％の脱イオン水の希釈成分と、そして約１１．０のｐＨと、を有する約５００ｍｌ／分の流量のフュームドシリカスラリーで満たす。適切なスラリー製品は、Ｆｕｊｉｍｉ（フジミ）社から部品番号ＰＬ４２１９フュームド研磨スラリーとして入手することができる。全ての他の方法では、例１におけるプロセスと同じ「ランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）」プロセスを用いた。次に、このランプアッププロセスを、約１２０秒（例１における時間よりも遥かに短い）の第１研磨ステップに移行させた。この研磨ステップに続いて、リンスステップを行ない、このリンスステップでは、プロセスパラメータ群は例１のパラメータ群と同じであった。
【００７４】
次の研磨ステップまたは第２研磨ステップでは、押圧力を前の研磨ステップにおけるよりも小さくした（例えば、約８ｐｓｉとした）。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度は、約５０〜７０ｒｐｍ及び約１５〜２５ｒｐｍにそれぞれ維持した。この研磨ステップでは、約６０〜８０ｎｍ（例えば、７０ｎｍ）の平均粒子サイズ、５０重量％のＳｉＯ２及び５０重量％の脱イオン水、及び８．０〜９．０の範囲のｐＨを有するコロイド状シリカスラリーを用いた。このスラリーを脱イオン水で２０：１に希釈して、「調製直後の」混合溶液を生成する。適切なスラリー製品は、Ｎａｌｃｏ（ナルコ）社から部品番号２３６０コロイド状シリカ研磨スラリーとして入手することができる。一例として、この研磨ステップは、約２１０秒に亘って行ない、続いてこれまでのリンスステップと同じプロセスパラメータを用いる別のリンスステップを行なった。
【００７５】
次に、第３研磨ステップを行なう。押圧力は、これまでの研磨ステップに比べて、更に小さくして約３ｐｓｉとした。この研磨ステップでは、スラリーの種類を、１０００ｍｌ／分の流量のコロイド状シリカスラリーに変更したが、このコロイド状シリカスラリーは、約３０〜４０ｎｍ（例えば、３５ｎｍ）の平均粒子サイズを有し、かつ５重量％のＳｉＯ２、１重量％のＮＨ４ＯＨ、１重量％のセルロース、及び９３重量％の脱イオン水から成る混合溶液であり、更に１０．８のｐＨを有していた。当該スラリーを脱イオン水で４０：１に希釈して、調製直後の混合溶液を生成することができる。このスラリー製品は、Ｇｌａｎｚｏｘ（グランゾックス）社から部品番号３９５０コロイド状シリカ研磨スラリーとして入手することができること思い起こされたい。研磨パッド２０４及びドナー半導体ウェハ１２０の回転速度を約６０ｒｐｍ及び約２０ｒｐｍにそれぞれ維持した。この研磨ステップを約３０秒（例１におけるよりも遥かに短い）に亘って行ない、そして続いて、これまでのリンスステップと同じプロセスパラメータ群を用いる別のリンスステップを行なった。
【００７６】
例１において説明した付加的な処理段階を更に実行して、外周面取りを更に効果的に施した。
【００７７】
次に、図１２Ｂを参照するに、図１２Ｂは、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂの拡大図である。このような外周部１２０Ａ，１２０Ｂは、丸みを付けたならい面取り部（ｐｒｏｆｉｌｅｄ，  ｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）、及び丸みを付けた隅角部１２０Ｄを含む。半導体ウェハ１２０の外周面取り部の相対幅Ｗ２は非常に狭く（図１２Ａの幅Ｗ１に比較して）、極めて少ないニュートンリングしか含んでいない。例１及び例２の結果から、極めて大きな変化を外周部の面取り形状に、種々のＣＭＰプロセスパラメータを制御することにより与えることができることが判明した。
【００７８】
例３
この例は、スラリー選択のみが、外周部の面取り形状に及ぼす可能性のある影響を示すために行なわれる２つのパートを含む。実験の各パートでは、同じランプアップステップ、研磨ステップ、及びリンスステップを行なったが、違いは、スラリーを実験の各パートにおいて選択することだけであった。
【００７９】
この例の両方のパートでは、例１において使用したものと同じ研磨パッド２０４を用いることができる。しかしながら、実験の第１パートでは、研磨パッド２０４を濡らし、そして約１００ｎｍの平均粒子サイズと、約１２重量％のＳｉＯ２、１重量％のＫＯＨ、及び８７重量％の脱イオン水の希釈成分（パッド２０４上で調製直後の）と、そして約１１．０のｐＨと、を有する約５００ｍｌ／分の流量のフュームドシリカスラリーで満たす。適切なスラリー製品は、Ｆｕｊｉｍｉ（フジミ）社から部品番号ＰＬ４２１９フュームド研磨スラリーとして入手することができることを思い起こされたい。何れにせよ、例１におけるプロセスと同じ「ランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）」プロセスを用いた。次に、このランプアッププロセスを、約３００秒（例１における時間よりも遥かに短い）の第１研磨ステップに移行させ、この研磨ステップに続いて、約３０秒のリンスステップを行なった。
【００８０】
実験の第２パートでは、研磨パッド２０４を濡らし、そして約６０〜８０ｎｍ（例えば、７０ｎｍ）の平均粒子サイズ、５０重量％のＳｉＯ２及び５０重量％の脱イオン水の混合溶液、及び１１．５〜１２．５の範囲のｐＨを有する約５００ｍｌ／分の流量のコロイド状シリカスラリーで満たす。このスラリーを脱イオン水で２０：１に希釈して、調製直後の混合溶液を生成することができる。適切なスラリー製品は、Ｎａｌｃｏ（ナルコ）社から部品番号２３６０コロイド状シリカ研磨スラリーとして入手することができる。何れにせよ、例１におけるプロセスと同じ「ランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）」プロセスを用いた。次に、このランプアッププロセスを、約３００秒の第１研磨ステップに移行させ、この研磨ステップに続いて、リンスステップを行なった。
【００８１】
実験の各パートにおいて得られた外周部の面取り形状の差は著しかった。具体的には、第１スラリーを使用したときの急峻な形状に比べて、第２スラリーを使用したときには、比較的緩やかな起伏の外周部の面取り形状が得られた。このように、この例では、スラリーを変更して、異なる粒子タイプ（第１スラリーがフュームドシリカであるのに対して、第２スラリーはコロイド状シリカである）、異なる粒子サイズ（第１スラリーが１００ｎｍであるのに対して、第２スラリーは７５ｎｍである）、及び異なる濃度（各事例において、希釈し、そして混合した直後では、第１スラリーが１２％であるのに対して、第２スラリーは２％未満である）を取り入れることにより、異なる外周部の面取り形状が得られることが判明した。
【００８２】
例４
この例も、研磨パッド選択のみが、外周部の面取り形状に及ぼす可能性がある影響を示すために行なわれる２つのパートを含む。実験の各パートでは、同じランプアップステップ、研磨ステップ、及びリンスステップを行なったが、違いは、研磨パッドを実験の各パートにおいて選択することだけであった。実験の第１パートでは、柔らかく、かつ追従性の高い研磨パッドを選択した（例えば、８〜１２％の範囲の圧縮性を有し、かつ溝の付いていないＳＵＢＡ５００）。実験の第２パートでは、ＳＵＢＡ８４０研磨パッド（圧縮性が１〜４％の範囲であり、２１ｍｍ×２１ｍｍのＸＹ溝、及び１ｍｍの溝深さを有する）のような比較的圧縮され難く、硬質で、かつ溝の付いた材料除去パッド（ｓｔｏｃｋ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｐａｄ）を選択した。他のＣＭＰ処理パラメータ群は一定に保持した。実験の各パートにおいて得られた外周部の面取り形状の差は著しかった。具体的には、第２研磨パッドを使用したときの急峻な形状に比べて、第１研磨パッドを使用したときには、比較的緩やかな起伏の外周部の面取り形状が得られた。これらの形状を、図１３Ａ及び１３Ｂに示すが、図１３Ａの半導体ウェハ１２０の外周面取り部の幅Ｗ３は、図１３Ｂの半導体ウェハ１２０の外周面取り部の幅Ｗ４よりもずっと広い。従って、この例では、研磨パッド２０４を、硬度がより高く、かつ圧縮性がより低い表面（溝を含む）に変更することにより、面取り寸法をずっと急激に変化させ、かつずっと狭くすることができることが判明した。
【００８３】
例５
上に説明したように、別の実施形態では、ウォータージェットレーザダイシングプロセスにより生じるスラグ１１２を除去することができ、そして所望の面取りを、ＣＭＰプロセスを用いることなく行なうことができる。この点に関して、ドナー半導体ウェハ１２０に、何れかの適切な方法を用いて曲げを加えるこの先見的なこの例が提供される。一例として、図９の装置２００の真空制御可能なチャック２０６を使用して、曲げを加えることができる。しかしながら、上に説明したＣＭＰプロセス群のうちの１つ以上のＣＭＰプロセス、またはＣＭＰ以外のプロセス（機械的研磨プロセスのような）のような何れかの種類の研磨方式を用いて、ドナー半導体ウェハ１２０の外周部１２０Ａ，１２０Ｂなどを優先的に研磨することにより、面取り加工を行なうことができる。
【００８４】
例６
この例では、ドナー半導体ウェハ１２０の機械的な曲げ、及びＣＭＰプロセスパラメータ変更の両方を用いて、所望の外周面取り、及びスラグ除去を行なうことができる。
【００８５】
この例では、材料研磨パッド２０４（ＳＵＢＡ５００パッドのような）を用い、そして例１において使用したものと同じ研磨スラリーを用いることができる。押圧力を、約３〜７ｐｓｉの値に設定し、例えば約５ｐｓｉに設定した。真空度を、約０〜−３ｐｓｉの範囲に設定し、例えば−１ｐｓｉに設定し、そして背圧を、約１〜３ｐｓｉの範囲に設定し、例えば約２ｐｓｉに設定した。真空度設定値（及び、場合によっては、背圧設定値）によって、ドナー半導体ウェハ１２０の所望の曲がりが得られ、この場合、ウェハ１２０の中心領域は、図１０に示すように凹状になり、そして外周部１２０Ａ，１２０Ｂなどは、研磨パッド２０４の方に著しく飛び出している。例１において使用される他のプロセスパラメータ群を用いることができる。第１研磨ステップが約８分に亘って継続して行なわれ、続いて、リンスステップ（これまでのリンスステップにおけるものと同様のプロセスパラメータ群を用いたプロセス）が行なわれた。次のステップ、または第２研磨ステップでは、真空度を除いた全てのプロセスパラメータを変えずに同じままとし、この真空度は低くして約０ｐｓｉとした。次に、リンスステップを行ない、このステップでは、押圧力を、これまでの研磨ステップに比較して、大幅に小さくした（約１〜３パウンド／平方インチ、例えば約２ｐｓｉ）。真空度を、約０ｐｓｉのままに保ち、そして背圧を、若干高くして、例えば約２．５ｐｓｉとした。リンスステップを、約６０秒に亘って行なった。次に、第３研磨ステップを行ない、このステップでは、押圧力を強くして約５ｐｓｉとした。真空度を上げて、これまでの研磨ステップにおける値に戻し、例えば約−１ｐｓｉとした。背圧も、前のリンスステップに比較して、若干低くして、例えば約２ｐｓｉとした。次に、前のリンスステップと略同様の別のリンスステップを行なった。
【００８６】
次に、図１４を参照するに、図１４は、上に説明した曲げを加え、そしてＣＭＰプロセスを用いて処理した後の円形部材のウェハ材料１１０に形成される直線溝の白色光干渉計像である。図示のように、ウォータージェットレーザダイシングプロセスにより生じるスラグ１１２が無くなり、そして所望の面取りが行なわれていることが明らかになった。
【００８７】
本明細書における実施形態について、特定の形状及び工具を参照しながら説明してきたが、これらの実施形態は、所望の原理及び応用形態の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。従って、多数の変更をこれらの例示的な実施形態に加えることができ、かつ他の構成を、添付の請求項により規定される本発明の思想及び範囲から逸脱しない範囲で想到することができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００８８】
１００    ＳＯＩ構造、ＳＯＧ構造、ＳＯＧ
１０２    ガラス基板、ガラスセラミック基板、絶縁基板
１０４    半導体層
１１０    ウェハ材料、円形材料インゴット
１１２    スラグ
１２０    ドナー半導体ウェハ、ドナーウェハ、ウェハ
１２０Ａ、１２０Ｂ    外周部
１２０Ｃ、１２０Ｄ    隅角部
１２１    接合面
１２１Ａ    劈開面、下敷き層、劈開剥離面
１２２    剥離層
１２２Ａ    第１剥離半導体材料層
１２２Ｂ    第２剥離半導体材料層
１２２Ｃ    第３剥離半導体材料層
１２２Ｄ    第４剥離半導体材料層
１２６    脆化領域
２００    システム、研磨装置
２０２    研磨プラテン
２０４    研磨パッド
２０６    チャック、ヘッド
２０８    シャフト
２１０    回転ユニオン
２１２    加熱／冷却流体
２１４    スラリー供給源
２２２    溝、流路
２３０    剛性ブロック
２３２    複合材料テンプレート
２３４    真空機構
Ｗ１、Ｗ２    相対幅、幅
【図１】
2013512584.tif 000003
【図２】
2013512584.tif 000004
【図３】
2013512584.tif 000005
【図４】
2013512584.tif 000006
【図５】
2013512584.tif 000007
【図６】
2013512584.tif 000008
【図７】
2013512584.tif 000009
【図８】
2013512584.tif 000010
【図９】
2013512584.tif 000011
【図１０】
2013512584.tif 000012
【図１１】
2013512584.tif 000013
【図１２Ａ】
2013512584.tif 000014
【図１２Ｂ】
2013512584.tif 000015
【図１３Ａ】
2013512584.tif 000016
【図１３Ｂ】
2013512584.tif 000017
【図１４】
2013512584.tif 000018
【国際調査報告】
2013512584.tif 000019
2013512584.tif 000020
2013512584.tif 000021