(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板支持台にダイヤモンド基板を配置する第１基板配置工程と、
前記第１基板支持台に対向して設けられた第２基板支持台に半導体基板を配置する第２基板配置工程と、
前記第１基板配置工程および前記第２基板配置工程の後に、前記第１基板支持台および前記第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを前記半導体基板の厚さ方向に圧力が加えられた状態で密着させる支持台移動工程と、
前記第１基板支持台における前記第２基板支持台に対向する面を、前記ダイヤモンド基板における前記第１基板支持台に対向する面の形状に合わせて変形させる第１基板支持台変形工程と、
前記第１基板支持台変形工程の後、前記第２基板支持台における前記第１基板支持台に対向する面を、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる第２基板支持台変形工程と
を備えた半導体製造方法。
【請求項２】
前記第１基板支持台変形工程では、前記第１基板配置工程の前に、前記ダイヤモンド基板における前記第１基板支持台に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように、前記第１基板支持台における前記第２基板支持台に対向する面を変形させる請求項１に記載の半導体製造方法。
【請求項３】
第１基板支持台にダイヤモンド基板を配置する第１基板配置工程と、
前記第１基板支持台に対向して設けられた第２基板支持台に半導体基板を配置する第２基板配置工程と、
前記第１基板配置工程および前記第２基板配置工程の後に、前記第１基板支持台および前記第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを前記半導体基板の厚さ方向に圧力が加えられた状態で密着させる支持台移動工程と
を備え、
前記支持台移動工程には、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とに前記厚さ方向に加えられる圧力を用いて、前記第１基板支持台における前記第２基板支持台に対向する面を前記ダイヤモンド基板における前記第１基板支持台に対向する面の形状に合わせて変形させ、同時に、前記第２基板支持台における前記第１基板支持台に対向する面を、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる同時変形工程が含まれる半導体製造方法。
【請求項４】
前記同時変形工程では、前記第１基板支持台が前記ダイヤモンド基板を前記半導体基板に向かって押す圧力を前記第２基板支持台が前記半導体基板を前記ダイヤモンド基板に向かって押す圧力よりも小さくして前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを密着させ、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる請求項３に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の半導体製造方法であって、
前記半導体基板の厚さ方向の寸法は、２０μｍ以下である半導体製造方法。
【請求項６】
前記ダイヤモンド基板の表面を活性化させる第１基板表面活性化工程をさらに備えた請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の半導体製造方法。
【請求項７】
ダイヤモンド基板を支持する第１基板支持台と、
前記第１基板支持台に対向して設けられ、半導体基板を支持する第２基板支持台と、
前記第１基板支持台および前記第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを前記半導体基板の厚さ方向について圧力が加えられた状態で密着させる支持台駆動部と、
前記第２基板支持台における前記第１基板支持台に対向する面を、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる第２機構部と
を備えた半導体製造装置。
【請求項８】
ダイヤモンド基板を支持する第１基板支持台と、
前記第１基板支持台に対向して設けられ、半導体基板を支持する第２基板支持台と、
前記第１基板支持台および前記第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを前記半導体基板の厚さ方向について圧力が加えられた状態で密着させる支持台駆動部と
を備え、
前記第２基板支持台は、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が変形可能となるように前記半導体基板を支持しており、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とが前記厚さ方向について圧力が加えられる時に、前記圧力を用いて前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面を前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面にする半導体製造装置。
【請求項９】
前記第１基板支持台における前記第２基板支持台に対向する面を、前記ダイヤモンド基板における前記第１基板支持台に対向する面に合わせて変形させる第１機構部をさらに備えた請求項７または請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
ダイヤモンド基板を支持する第１基板支持台と、
前記第１基板支持台に対向して設けられ、半導体基板を支持する第２基板支持台と、
前記第１基板支持台および前記第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とを前記半導体基板の厚さ方向について圧力が加えられた状態で密着させる支持台駆動部と、
前記ダイヤモンド基板と前記第１基板支持台との間に設けられ、前記ダイヤモンド基板に対向する面が前記ダイヤモンド基板における前記第１基板支持台に対向する面に対して平行曲面または平行面である第１基板固定治具と
を備え、
前記第２基板支持台は、前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面が変形可能となるように前記半導体基板を支持しており、前記ダイヤモンド基板と前記半導体基板とが前記厚さ方向について圧力が加えられる時に、前記圧力を用いて前記半導体基板における前記ダイヤモンド基板に対向する面を前記ダイヤモンド基板における前記半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面にする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、半導体基板とダイヤモンド基板とを接着させる半導体製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、第１基板であるダイヤモンド基板と第２基板である半導体基板との間に接着層を介在させることなく、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の接合面を活性化させて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に結合させる表面活性化接合法が知られている。この表面活性化接合法では、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の接合面を、算術平均表面粗さ（Ｒａ）を３０ｎｍ以下に平坦化させ、その後、ダイヤモンド基板および半導体基板を真空中に置いた状態で、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の接合面に希ガスビームを照射し、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の接合面を活性化させて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に結合させる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダイヤモンド基板は、シリコン基板と比較して大きな反りを有しているので、ダイヤモンド基板と半導体基板との接合面を活性化させて化学的に結合させるためには、ダイヤモンド基板と半導体基板とを厚さ方向に圧力を加えて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを密着させる必要がある。しかしながら、ダイヤモンド基板は脆性材料であるので、ダイヤモンド基板が加えられる圧力による変形に耐えることができず、ダイヤモンド基板に破損が生じてしまう恐れがあるという課題があった。【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に結合させる際にダイヤモンド基板に破損が生じることを低減させることができる半導体製造方法および半導体製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体製造方法は、第１基板支持台にダイヤモンド基板を配置する第１基板配置工程と、第１基板支持台に対向して設けられた第２基板支持台に半導体基板を配置する第２基板配置工程と、第１基板配置工程および第２基板配置工程の後に、第１基板支持台および第２基板支持台の何れか一方または両方を移動させて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを半導体基板の厚さ方向に圧力が加えられた状態で密着させる支持台移動工程と、第１基板支持台における第２基板支持台に対向する面を、ダイヤモンド基板における第１基板支持台に対向する面の形状に合わせて変形させる第１基板支持台変形工程と、第１基板支持台変形工程の後、第２基板支持台における第１基板支持台に対向する面を、半導体基板におけるダイヤモンド基板に対向する面がダイヤモンド基板における半導体基板に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる第２基板支持台変形工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る半導体製造方法によれば、ダイヤモンド基板を変形させることなく、大きな圧力をダイヤモンド基板および半導体基板に加えて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを密着させることができるので、ダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に結合させる際にダイヤモンド基板に破損が生じることを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体製造装置を示す概略図である。
【図２】図１の下部基板支持台の内部を示す拡大図である。
【図３】図１の下部基板支持台の内部の変形例を示す拡大図である。
【図４】図１の半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ１０５の工程を示す図である。
【図６】図４のステップＳ１１０からステップＳ１１４までの工程を示す図である。
【図７】図１の半導体基板の変形例を示す図である。
【図８】図１の上部基板支持台の変形例を示す図である。
【図９】図１の上部基板支持台の変形例を示す図である。
【図１０】図９の上部基板支持台を用いて半導体基板を変形させる様子を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る半導体製造装置におけるダイヤモンド基板を示す図である。
【図１２】この発明実施の形態２に係る半導体製造装置における半導体基板を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１３のステップＳ２１０からステップＳ２１４までの工程を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１５のステップＳ３０８からステップＳ３１３までの工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施の形態に係る半導体製造装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図中、同一符号は、同一または対応する部分を示している。なお、本発明は、各実施の形態により限定されるものではない。また、各実施の形態で用いられる半導体製造装置を示す図は、模式的なものであり、長さ方向、奥行方向および高さ方向のそれぞれの寸法の関係、比率は、現実のものと異なる。
【００１０】
実施の形態１．
高出力領域で動作する半導体電子素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体から構成された電界効果型トランジスタが用いられている。半導体電子素子の出力が高出力である場合に、半導体電子素子の温度が上昇し、半導体電子素子の特性および信頼性が低下する。半導体電子素子の温度の上昇を抑制するためには、放熱性が高い材料または構造を半導体電子素子における発熱部近傍に設置することが重要である。半導体電子素子の温度の上昇を抑制する具体例としては、窒化ガリウム基板に放熱用材料を設置することが提案されている。
【００１１】
放熱用材料としては、ダイヤモンドが用いられる。ダイヤモンドは、高い熱伝導率を有しているので、放熱用材料として最適な物質である。ダイヤモンド基板と、窒化物半導体素子を構成する半導体基板とを接着または接合させることによって、窒化物半導体素子からの放熱性が向上する。ダイヤモンド基板は、化学気相成長（ＣＶＤ）法で作製される。ダイヤモンド基板は、ヒートシンク、高強度レーザ用の光学窓などに使用される。
【００１２】
ダイヤモンド基板と、窒化ガリウム基板などの半導体基板との貼り合わせには、熱伝導グリース、熱伝導シリコンゴムを接着層として挟み込んだり、または、熱伝導性接着剤、半田を用いて接着したりする方法がある。しかしながら、これらの方法では、ダイヤモンド基板と半導体基板との間に、グリース、シリコンゴム、接着剤または半田の接着層が介在しており、かつ、この接着層は、ダイヤモンドと比べて熱伝導性が大きく劣る。その結果、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の熱抵抗が増大し、ダイヤモンド基板を用いた半導体基板の放熱効率が低下する。
【００１３】
ダイヤモンドの優れた熱伝導率を発揮させるためには、ダイヤモンド基板と半導体基板との間に接着層を介在させることなく、ダイヤモンド基板と半導体基板との接合面を活性化させて、ダイヤモンド基板と半導体基板とを化学的に結合させる表面活性化接合法が提案されている。この発明の実施の形態１に係る半導体製造装置および半導体製造方法は、表面活性化接合法を用いたものである。
【００１４】
図１はこの発明の実施の形態１に係る半導体製造装置を示す概略図である。半導体製造装置は、容器１と、容器１に設けられたゲートバルブ２と、ゲートバルブ２を介して容器１に接続されたロードロック室３とを備えている。
【００１５】
また、半導体製造装置は、第１基板支持台である下部基板支持台４と、下部基板支持台４に対向して設けられた、第２基板支持台である上部基板支持台５とを備えている。下部基板支持台４には、第１基板であるダイヤモンド基板６が支持される。上部基板支持台５には、第２基板である半導体基板７が支持される。
【００１６】
下部基板支持台４は、上部基板支持台５に対して近づく方向および離れる方向に移動可能となっている。また、下部基板支持台４は、下部基板支持台４におけるダイヤモンド基板６に対向する面である表面４１の形状が変形可能となっている。下部基板支持台４は、容器１の内部に配置されている。
【００１７】
上部基板支持台５は、下部基板支持台４に対して近づく方向および離れる方向に移動可能となっている。また、上部基板支持台５は、上部基板支持台５における半導体基板７に対向する面である表面５１の形状が変形可能となっている。上部基板支持台５は、容器１の内部に配置されている。
【００１８】
また、半導体製造装置は、下部基板支持台４を移動させる下部基板支持台駆動部８と、下部基板支持台駆動部８の駆動を制御する下部基板支持台駆動制御部９と、上部基板支持台５を移動させる上部基板支持台駆動部１０と、上部基板支持台駆動部１０の駆動を制御する上部基板支持台駆動制御部１１とを備えている。下部基板支持台駆動部８および上部基板支持台駆動部１０から、支持台駆動部が構成されている。
【００１９】
また、半導体製造装置は、容器１に設けられ、希ガスビームを発するビーム源１２と、容器１の内部を真空にする真空ポンプ１３と、ロードロック室３の内部を真空にする真空ポンプ１４とを備えている。
【００２０】
図２は図１の下部基板支持台４の内部を示す拡大図である。下部基板支持台４におけるダイヤモンド基板６に接触する表面４１は、樹脂、薄板の金属、金属と樹脂との積層体などの変形可能な材料から構成されている。また、下部基板支持台４の内部には、空洞４２が形成されている。空洞４２に高圧の気体または液体を導入することによって、表面４１が任意の形状に変形可能である。空洞４２に高圧の気体または液体を導入する機構から第１機構部が構成されている。第１機構部は、下部基板支持台４における上部基板支持台５に対向する面である表面４１を、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面の形状に合わせて変形させる。空洞４２に導入される気体としては、空気などが挙げられ、空洞４２に導入される液体としては、油などが挙げられる。
【００２１】
図示していないが、上部基板支持台５の内部にも空洞が形成されており、この空洞に高圧の気体または液体を導入することによって、上部基板支持台５の表面５１が任意の形状に変形可能である。上部基板支持台５の空洞に高圧の気体または液体を導入する機構から第２機構部が構成されている。第２機構部は、上部基板支持台５における下部基板支持台４に対向する面である表面５１を、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ）または平行面となるように変形させる。上部基板支持台５の空洞に導入される気体としては、空気などが挙げられ、空洞４２に導入される液体としては、油などが挙げられる。
【００２２】
図３は図１の下部基板支持台４の内部の変形例を示す拡大図である。半導体製造装置は、下部基板支持台４の表面４１の形状を変化させる１つまたは複数の下部アクチュエータ１５を備えてもよい。下部アクチュエータ１５が駆動することによって、表面４１が変形する。この場合、下部アクチュエータから第１機構部が構成される。また、図示していないが、半導体製造装置は、上部基板支持台５の表面５１の形状を変化させる１つまたは複数の上部アクチュエータを備えてもよい。この場合、上部アクチュエータから第２機構部が構成される。
【００２３】
図１に示すように、半導体製造装置は、第１機構部の駆動を制御する下部基板支持台表面形状制御部１６と、第２機構部の駆動を制御する上部基板支持台表面形状制御部１７とを備えている。
【００２４】
下部基板支持台４には、図示しない電極が内蔵されている。下部基板支持台４に内蔵された電極に電圧が印加されることによって、ダイヤモンド基板６と下部基板支持台４との間の接触面に電荷が誘起され、発生する静電力によって、ダイヤモンド基板６が下部基板支持台４に対して固定される。
【００２５】
上部基板支持台５は、下部基板支持台４と同様に、図示しない電極が内蔵されている。上部基板支持台５に内蔵された電極に電圧が印加されることによって、半導体基板７と上部基板支持台５との間の接触面に電荷が誘起され、発生する静電力によって、半導体基板７が上部基板支持台５に対して固定される。
【００２６】
下部基板支持台駆動部８が下部基板支持台４を移動させ、上部基板支持台駆動部１０が上部基板支持台５を移動させることによって、下部基板支持台４に固定されたダイヤモンド基板６と上部基板支持台５に固定された半導体基板７とが、半導体基板７の厚さ方向について圧力が加えられた状態で密着される。ダイヤモンド基板６および半導体基板７に加えられる圧力の大きさは、下部基板支持台駆動制御部９および上部基板支持台駆動制御部１１によって制御される。
【００２７】
なお、この例では、半導体製造装置が、下部基板支持台駆動部８および上部基板支持台駆動部１０の両方を備えた構成について説明するが、下部基板支持台駆動部８および上部基板支持台駆動部１０の何れか一方のみを備えた構成であってもよい。つまり、半導体製造装置は、ダイヤモンド基板６および半導体基板７の何れか一方のみを、他方に近づいたり離れたりする方向に移動できる構成であってもよい。
【００２８】
次に、半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に結合させる半導体製造方法について説明する。図４は図１の半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。まず、ダイヤモンド基板６および半導体基板７をロードロック室３に配置し、その後、ステップＳ１０１において、真空ポンプ１３を駆動させて容器１の内部を真空にし、ステップＳ１０２において、真空ポンプ１４を駆動させてロードロック室３の内部を真空にする。
【００２９】
その後、ゲートバルブ２を開けて、ダイヤモンド基板６および半導体基板７をロードロック室３から容器１に移動させ、ステップＳ１０３において、ダイヤモンド基板６を下部基板支持台４の表面４１に移動させ、ステップＳ１０４において、半導体基板７を上部基板支持台５の表面５１に移動させる。ステップＳ１０３の工程から、第１基板配置工程が構成されている。ステップＳ１０４の工程から、第２基板配置工程が構成されている。ダイヤモンド基板６および半導体基板７がロードロック室３から容器１に移動した後に、ゲートバルブ２を閉じる。
【００３０】
その後、ステップＳ１０５において、下部基板支持台４の表面４１を、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように、変形させる。言い換えれば、下部基板支持台４における上部基板支持台５に対向する面である表面４１を、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面の形状に合わせて変形させる。ステップＳ１０５の工程から、第１基板支持台変形工程が構成されている。
【００３１】
図５は図４のステップＳ１０５の工程を示す図である。ステップＳ１０５では、（Ａ）に示すように、下部基板支持台４の表面４１に何も配置されていない状態から、（Ｂ）に示すように、下部基板支持台４の表面４１にダイヤモンド基板６を配置して、さらに、（Ｃ）に示すように、下部基板支持台４の表面４１を変形させる。ダイヤモンド基板６が下部基板支持台４の表面４１に配置された後に、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面の形状、つまり、反り形状は、レーザ変位計などを用いて事前に測定される。下部基板支持台４の空洞４２への気体もしくは液体の導入、または、下部アクチュエータ１５の駆動は、下部基板支持台表面形状制御部１６によって制御される。この例では、ダイヤモンド基板６を下部基板支持台４の表面４１に配置した後に、下部基板支持台４の表面４１を変形させる方法について説明するが、先に下部基板支持台４の表面４１を、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面の形状に合わせて変形させた後に、ダイヤモンド基板６を下部基板支持台４に配置する方法であってもよい。
【００３２】
図４に示すように、ステップＳ１０５によってダイヤモンド基板６と下部基板支持台４との間の空隙が極小となった後、ステップＳ１０６において、下部基板支持台４に内蔵された電極に電圧を印加することによって発生した静電力によってダイヤモンド基板６を下部基板支持台４に対して固定する。
【００３３】
その後、ステップＳ１０７において、上部基板支持台５に内蔵された電極に電圧を印加することによって発生した静電力によって半導体基板７を上部基板支持台５に対して固定する。
【００３４】
上部基板支持台５の表面５１には、Ｓｉ基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）から構成されたバッファ層を介して、単結晶ＡｌＧａＮ、および単結晶ＧａＮをヘテロエピタキシャル成長させた半導体基板７が配置され、上部基板支持台５に内蔵された電極に電圧を印加することによって発生した静電力によって半導体基板７を上部基板支持台５に対して固定する。
【００３５】
その後、ステップＳ１０８において、ダイヤモンド基板６が下部基板支持台４に対して固定された状態で、ダイヤモンド基板６にビーム源１２から中性粒子ビームまたは荷電粒子ビームを照射して、ダイヤモンド基板６の表面の不純物を除去し、ダイヤモンド基板６の表面に化学的に活性な未結合手を露出させる。ステップＳ１０８の工程から、ダイヤモンド基板６の表面を活性化させる第１基板表面活性化工程が構成されている。
【００３６】
また、ステップＳ１０８と同時に、ステップＳ１０９において、半導体基板７が上部基板支持台５に対して固定された状態で、半導体基板７にビーム源１２から中性粒子ビームまたは荷電粒子ビームを照射して、半導体基板７の表面の不純物を除去し、半導体基板７の表面に化学的に活性な未結合手を露出させる。ステップＳ１０９の工程から、半導体基板７の表面を活性化させる第２基板表面活性化工程が構成されている。
【００３７】
中性粒子ビーム、荷電粒子ビームの原料としては、ダイヤモンド基板６および半導体基板７との反応性が低いアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いることが望ましい。また、下部基板支持台４と上部基板支持台５との間にプラズマを励起して、イオン衝撃またはプラズマ中の化学活性種を用いることで、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面の不純物を除去し、ダイヤモンド基板６の表面および半導体基板７の表面に化学的に活性な未結合手を露出させてもよい。
【００３８】
その後、ステップＳ１１０において、下部基板支持台４を上部基板支持台５に近づく方向に移動させる。言い換えれば、ステップＳ１１０では、下部基板支持台４を上昇させる。
【００３９】
ステップＳ１１０と同時に、ステップＳ１１１において、上部基板支持台５を下部基板支持台４に近づく方向に移動させる。言い換えれば、ステップＳ１１１では、上部基板支持台５を下降させる。
【００４０】
その後、ステップＳ１１２において、下部基板支持台４と上部基板支持台５とを密着させることによってダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させ、同時に上部基板支持台５の表面５１をダイヤモンド基板６の表面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる。ステップＳ１１２には、第２基板支持台変形工程が含まれる。
【００４１】
図６は図４のステップＳ１１０からステップＳ１１４までの工程を示す図である。ステップＳ１１２では、（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とか離れた状態から、（Ｂ）に示すように、上部基板支持台５における下部基板支持台４に対向する面である表面５１を、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させる。
【００４２】
また、ステップＳ１１２では、下部基板支持台４および上部基板支持台５の両方を移動させて、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを接近させ、さらに、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを厚さ方向について圧力が加えられた状態で互いに密着させる。ステップＳ１１２には、支持台移動工程が含まれる。これにより、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とが密着される。ダイヤモンド基板６の表面と半導体基板７の表面とに加えられる圧力は、１０ｋＰａから１００ＭＰａの範囲で調整される。ここで、上部基板支持台５は、下部基板支持台４と同様に、表面５１が任意の形状に変形可能となっているので、半導体基板７の表面は、ダイヤモンド基板６の表面に対して平行曲面または平行面となるように変形した状態で、ダイヤモンド基板６に密着される。その結果、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面における未結合手同士が化学的に結合する。これにより、（Ｃ）に示すように、ダイヤモンド基板６および半導体基板７が一体化した接合基板１８が形成される。
【００４３】
ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面は、下部基板支持台４におけるダイヤモンド基板６に対向する面に対して全面に渡って接触し、また、半導体基板７における上部基板支持台５に対向する面は、上部基板支持台５における半導体基板７に対向する面に対して全面に渡って接触しているので、ダイヤモンド基板６と下部基板支持台４との間の接合面には、大きな密着力が幅方向に均一に印加される。これにより良好な接合性が得られる。
【００４４】
なお、下部基板支持台４および上部基板支持台５に加熱機構を内蔵させ、ステップＳ１１２において、ダイヤモンド基板６および半導体基板７を１００℃から５００℃の範囲で昇温した状態で密着させることでダイヤモンド基板６と半導体基板７との密着性を向上させてもよい。
【００４５】
なお、良好な接合性を得るためには、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ以下となるように、事前に平坦化加工を施すことが望ましい。また、ダイヤモンド基板６および半導体基板７の両方または何れか一方の表面に接着層として、非晶質シリコン、酸化シリコンなどの薄膜を事前に形成してもよい。
【００４６】
半導体基板７をダイヤモンド基板６と略平行な形状に変形させる際に損傷することがないように、半導体基板７は、厚さ方向の寸法が２０μｍ以下となるように事前に薄板化することが望ましい。半導体基板７を薄板化するにあたっては、図７に示すように、半導体基板７の中央部のＳｉおよびバッファ層を除去し、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル層のみを残し、半導体基板７の外縁７１の５ｍｍ以内の領域については、Ｓｉ基板を残して機械強度を確保し、半導体基板７の取り扱いを容易にするようにしてもよい。その際は、接合するダイヤモンド基板６の外径は、半導体基板７のＳｉ部を除去した内径よりも小さくする必要がある。なお、図７に示す構成は、あくまでも一例であり、半導体基板７の中央部のＳｉおよびバッファ層の一部が残る程度の薄板化であってもよい。
【００４７】
図４に示すように、ダイヤモンド基板６と半導体基板７との接合後は、ステップＳ１１３において、上部基板支持台５の電極に印加した電圧を解除して、静電力を開放して上部基板支持台５に対する半導体基板７の固定を解除する。これにより、上部基板支持台５に対する接合基板１８の固定が開放される。
【００４８】
その後、ステップＳ１１４において、下部基板支持台４を降下させ、上部基板支持台５を上昇させる。ステップＳ１１４では、下部基板支持台４と上部基板支持台５とが離れるように、下部基板支持台４および上部基板支持台５を移動させる。これにより、接合基板１８は、上部基板支持台５から離脱し、下部基板支持台４に載せられた状態となる。
【００４９】
その後、ステップＳ１１５において、下部基板支持台４の電極に印加した電圧を解除して、静電力を開放して下部基板支持台４に対するダイヤモンド基板６の固定を解除する。これにより、下部基板支持台４に対する接合基板１８の固定が開放される。
【００５０】
その後、ステップＳ１１６において、ゲートバルブを開けて、接合基板１８を容器１からロードロック室３に移動させる。その後、ステップＳ１１７において、ロードロック室３を大気開放し、接合基板１８をロードロック室３から取り出す。以上により、半導体清掃装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に結合させる半導体製造方法が終了する。
【００５１】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る半導体製造装置によれば、ダイヤモンド基板６を変形させることなく、大きな圧力をダイヤモンド基板６および半導体基板７に加えて、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させることができるので、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に結合させる際にダイヤモンド基板６に破損が生じることを低減させることができる。
【００５２】
また、ダイヤモンド基板６の変形を最小限にすることができるので、大きな密着力を印加しても、ダイヤモンド基板６の損傷が生じることが抑制される。
【００５３】
また、この発明の実施の形態１に係る半導体製造方法によれば、ダイヤモンド基板６を変形させることなく、大きな圧力をダイヤモンド基板６および半導体基板７に加えて、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させることができるので、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に結合させる際にダイヤモンド基板６に破損が生じることを低減させることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１では、下部基板支持台４にダイヤモンド基板６を載置し、上部基板支持台５に半導体基板７を固定する構成について説明したが、ダイヤモンド基板６と半導体基板７との上下関係は、逆にしてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態１では、半導体基板７が固定される上部基板支持台５は、任意の形状の変形可能である構造について説明したが、例えば、図８に示すように、上部基板支持台５の表層部に、シリコンゴムなどから構成される軟質層５２を備えた構成であってもよい。この場合、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させる際に、軟質層５２が変形することによってダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面が平行曲面または平行面となるように、半導体基板７が変形する。また、図９に示すように、上部基板支持台５の中央部分に中空部５３を形成してもよい。この場合、図１０に示すように、下部基板支持台４に載置されたダイヤモンド基板６の反り形状に合わせて、半導体基板７が変形できる。この場合、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とに強い密着力が印加できるように、中空部５３には、気体を導入して、ダイヤモンド基板６および半導体基板７に圧力を印加できる構造にするのが望ましい。
【００５６】
言い換えれば、上部基板支持台５は、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面が変形可能となるように半導体基板７を支持し、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とが厚さ方向について圧力が加えられる時に、その圧力を用いて半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面をダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面にする構成であってもよい。この場合、半導体製造装置は、第２機構部を備えなくてよい。
【００５７】
また、上記実施の形態１では、例示したダイヤモンド基板６は単結晶ダイヤモンド、または多結晶ダイヤモンドの何れであってもよく、シリコン基板、金属基板上にヘテロ成長させたダイヤモンド基板であってもよい。
【００５８】
また、半導体基板７は、ＧａＮ系材料に限定されず、他の半導体基板であってもよい。例えば、ダイヤモンド基板６および第２基板であるシリコン基板を互いに接合した後に、シリコン基板の表面にＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させることによって、ＧａＮ系エピタキシャル層、シリコン基板およびダイヤモンド基板６から構成される半導体を製造することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態１では、ダイヤモンド基板６および半導体基板７に中性粒子ビームまたは荷電粒子ビームを照射して、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面に化学的に活性な未結合手を露出させ、それぞれを結合させることによって基板接合を行う方法について説明した。また、上記実施の形態１では、プラズマを励起して、イオン衝撃またはプラズマ中の化学活性種を用いることで、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面に化学的に活性な未結合手を露出させ、それぞれを結合させることによって基板接合を行う方法について説明した。これらに限らず、例えば、酸素プラズマ処理およびフッ酸溶液処理によってダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれの表面を水酸基により修飾した上で、ダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれを互いに密着させ、水素結合によってダイヤモンド基板６および半導体基板７のそれぞれを接合する方法であってもよい。酸素プラズマ処理およびフッ酸溶液処理を用いる場合には、その工程は、ステップＳ１０１の前に実施し、表面処理済みのダイヤモンド基板６および半導体基板７を、半導体製造装置を用いて、基板接合してもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態１では、ダイヤモンド基板６が上向きに凸となるように配置される構成について説明したが、ダイヤモンド基板６が下向きに凸となるように配置される構成であってもよい。
【００６１】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る半導体製造装置におけるダイヤモンド基板を示す図である。半導体製造装置は、ダイヤモンド基板６が固定されるダイヤモンド基板固定治具１９を備えている。ダイヤモンド基板固定治具１９から第１基板固定治具が構成されている。
【００６２】
ダイヤモンド基板固定治具１９は、ガラスなどの硬質材料から構成されている。ダイヤモンド基板固定治具１９におけるダイヤモンド基板６に接触する面は、ダイヤモンド基板６におけるダイヤモンド基板固定治具１９に対向する面に対して平行曲面または平行面となっている。ダイヤモンド基板固定治具１９におけるダイヤモンド基板６から離れた面は、平面となっている。ダイヤモンド基板固定治具１９におけるダイヤモンド基板６に接触する面を、ダイヤモンド基板６におけるダイヤモンド基板固定治具１９に対向する面に対して平行曲面または平行面とするためには、事前に複数の異なる形状のダイヤモンド基板固定治具１９を準備し、その中からダイヤモンド基板６におけるダイヤモンド基板固定治具１９に対向する面に対して平行曲面または平行面となるものを選択する。なお、ダイヤモンド基板６におけるダイヤモンド基板固定治具１９に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形できる機構をダイヤモンド基板固定治具１９に内蔵してもよい。
【００６３】
図１２はこの発明実施の形態２に係る半導体製造装置における半導体基板を示す図である。半導体製造装置は、上部基板支持台５に設けられ半導体基板７が固定される支持基板２０と、支持基板２０と半導体基板７との間に配置される軟質接着層２１とを備えている。上部基板支持台５は、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面が変形可能となるように半導体基板７を支持しており、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とが厚さ方向について圧力が加えられる時に、その圧力を用いて半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面をダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面にする。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
次に、半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に結合させる半導体製造方法について説明する。図１３はこの発明の実施の形態２に係る半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２１１までは、実施の形態１におけるステップＳ１０１からステップＳ１１１までと同様である。
【００６５】
ステップＳ２１２において、下部基板支持台４と上部基板支持台５とを密着させることによってダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させる。図１４は図１３のステップＳ２１０からステップＳ２１４までの工程を示す図である。図１４は、実施の形態１における図６に対応する。図１４において、実施の形態１と同じ部材については、同じ符号を付している。また、実施の形態１と同じ部材については、詳細な説明を省略し、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００６６】
ステップＳ２１２では、（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板６およびダイヤモンド基板固定治具１９を下部基板支持台４に固定し、半導体基板７、軟質接着層２１および支持基板２０を上部基板支持台５に固定する。その後、（Ｂ）に示すように、下部基板支持台４および上部基板支持台５を移動させて、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを互いに近づく方向に移動させ、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを１０ｋＰａから１００ＭＰａの範囲の圧力で密着させて接合させる。このとき、ダイヤモンド基板６はダイヤモンド基板固定治具１９に固定されているので、ダイヤモンド基板６に大きな圧力が印加されても、ダイヤモンド基板６の変形が最小限に抑制される。その結果、ダイヤモンド基板６に損傷が生じることが抑制される。また、軟質接着層２１には大きな圧力が印加されるので、軟質接着層２１には変形が生じ、これにともなって、半導体基板７は、ダイヤモンド基板６の形状に略平行な形状に変形する。半導体基板７は、ダイヤモンド基板６の形状に略平行な形状に変形した状態でダイヤモンド基板６に接合される。その後、（Ｃ）に示すように、上部基板支持台５から接合基板１８を取り外す。ステップＳ２１２には、第２基板支持台変形工程および支持台移動工程が含まれる。
【００６７】
図１３に示すように、ステップＳ２１２の後、ステップＳ２１３からステップＳ２１７は、実施の形態１におけるステップＳ１１３からステップＳ１１７と同様である。
【００６８】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る半導体製造装置によれば、第１機構部および第２機構部を備えていない場合であっても、ダイヤモンド基板６を変形させることなく、大きな圧力をダイヤモンド基板６および半導体基板７に印加して、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させて、良好な接合基板１８を得ることができる。
【００６９】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る半導体製造方法によれば、第１機構部および第２機構部を備えていない場合であっても、ダイヤモンド基板６を変形させることなく、大きな圧力をダイヤモンド基板６および半導体基板７に印加して、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させて、良好な接合基板１８を得ることができる。
【００７０】
なお、この発明の実施の形態２では、ダイヤモンド基板固定治具１９と、軟質接着層２１および支持基板２０とを備えた半導体製造装置の構成について説明したが、これに限らず、例えば、実施の形態１に記載の下部基板支持台４と、実施の形態２に記載の軟質接着層２１および支持基板２０とを備えた半導体製造装置の構成、または、実施の形態１に記載の上部基板支持台５と、実施の形態２に記載のダイヤモンド基板固定治具１９とを備えた半導体製造装置の構成であってもよい。
【００７１】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係る半導体製造装置を用いてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを化学的に接合させる半導体製造方法を示すフローチャートである。実施の形態３において用いられる半導体製造装置における下部基板支持台４の構成は、実施の形態１における図２に示すものと同様である。実施の形態３におけるステップＳ３０１からステップＳ３０９は、実施の形態１におけるステップＳ１０１からステップＳ１１１と比較して、下記の点が異なる。すなわち、実施の形態３は、下部基板支持台４の表面４１を、ダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形させるステップＳ１０５を備えていない。また、実施の形態３は、下部基板支持台４に内蔵された電極に電圧を印加することによって発生した静電力によってダイヤモンド基板６を下部基板支持台４に対して固定するステップＳ１０６を備えていない。
【００７２】
図１６は図１５のステップＳ３０８からステップＳ３１３までの工程を示す図である。図１６は、実施の形態１における図６に対応する。図１６において、実施の形態１と同じ部材については、同じ符号を付している。また、実施の形態１と同じ部材については、詳細な説明を省略し、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００７３】
ステップＳ３１０では、（Ｂ）に示すように、ダイヤモンド基板６と半導体基板７とが接触する時または接触する直前において、下部基板支持台４の上昇および上部基板支持台５の下降を一旦停止させる。
【００７４】
その後、ステップＳ３１１において、下部基板支持台４の空洞４２の圧力および上部基板支持台５の空洞の圧力のそれぞれが増加される。この場合に、下部基板支持台４の空洞４２の圧力が上部基板支持台５の空洞の圧力よりも低くなるように、下部基板支持台４の空洞４２の圧力および上部基板支持台５の空洞の圧力のそれぞれが制御される。言い換えれば、下部基板支持台４がダイヤモンド基板６を半導体基板７に向かって押す圧力が、上部基板支持台５が半導体基板７をダイヤモンド基板６に向かって押す圧力よりも小さくなるように、下部基板支持台４の空洞４２の圧力および上部基板支持台５の空洞の圧力のそれぞれが制御される。
【００７５】
また、ステップＳ３１１において、ダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面と半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面とが１０ｋＰａから１００ＭＰａの範囲の圧力で密着するように、下部基板支持台４の上昇および上部基板支持台５の下降が行われる。ダイヤモンド基板６と半導体基板７とに厚さ方向に加えられる圧力を用いて、下部基板支持台４の表面４１がダイヤモンド基板６における下部基板支持台４に対向する面の形状に合わせて変形する。また、同時に、上部基板支持台５の表面５１は、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形する。これにより、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面は、ダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように変形する。下部基板支持台４がダイヤモンド基板６を半導体基板７に向かって押す圧力を上部基板支持台５が半導体基板７をダイヤモンド基板６に向かって押す圧力よりも小さくしてダイヤモンド基板６と半導体基板７とを密着させ、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となる半導体基板７の変形は、自律変形と呼ばれる。
【００７６】
半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となることによって、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面は、ダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に密着する。その結果、ダイヤモンド基板６および半導体基板７が互いに接合される。ステップＳ３１１には、支持台移動工程が含まれる。支持台移動工程には同時変形工程が含まれる。ステップＳ３１２からステップＳ３１５は、実施の形態１のステップＳ１１３からステップＳ１１７と比較して、下部基板支持台４において静電力を開放し、下部基板支持台４と接合基板１８との固定を開放するステップＳ１１５を備えない点のみが異なる。
【００７７】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る半導体製造方法によれば、下部基板支持台４の空洞４２の圧力と上部基板支持台５の空洞の圧力とを制御する。これにより、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面に対して平行曲面または平行面となるように、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面を自律変形させることが可能となる。これにより、半導体基板７におけるダイヤモンド基板６に対向する面がダイヤモンド基板６における半導体基板７に対向する面の形状に対して平行曲面または平行面となるように、下部基板支持台４および上部基板支持台５を変形させる複雑な構造が不要となる。その結果、半導体製造装置をより単純な構造とすることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  容器、２  ゲートバルブ、３  ロードロック室、４  下部基板支持台、５  上部基板支持台、６  ダイヤモンド基板、７  半導体基板、８  下部基板支持台駆動部、９  下部基板支持台駆動制御部、１０  上部基板支持台駆動部、１１  上部基板支持台駆動制御部、１２  ビーム源、１３  真空ポンプ、１４  真空ポンプ、１５  下部アクチュエータ、１６  下部基板支持台表面形状制御部、１７  上部基板支持台表面形状制御部、１８  接合基板、１９  ダイヤモンド基板固定治具、２０  支持基板、２１  軟質接着層、４１  表面、４２  空洞、５１  表面、５２  軟質層、５３  中空部、７１  外縁、７２  軟質層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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