(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素単結晶からなる基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、
前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、
前記基板の他方の主面を平坦化加工する工程と、
前記基板と治具とを剥離する工程と、
を有する、炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項２】
炭化珪素単結晶からなる基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、
前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、
前記基板の他方の主面をＲａ≦１ｎｍまで平坦化加工する工程と、
前記基板を治具から剥離する工程と、
前記基板の他方の主面に炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成する工程と、
を有する、炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項３】
前記平坦化加工により、基板のＧＢＩＲを４μｍ以下とする、
請求項１又は２に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項４】
前記基板の平坦化加工は、化学機械研磨加工する工程を含む、
請求項１から３の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項５】
前記治具は、板状で厚さは１８ｍｍ以下であり、主面間の平行度が１０μｍ以下である、
請求項１から４の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項６】
炭化珪素単結晶からなり、一方の主面に素子が形成された基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、
前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、
前記基板の他方の主面を平坦化加工する工程と、
洗浄、又は熱処理、又はスパッタ、又はエッチング、又はめっきのいずれか少なくとも１つ以上行う半導体プロセス工程と、
前記基板と治具とを剥離する工程と、
を有する、炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項７】
前記平坦化加工により、基板の平均厚さを５００μｍ以下とする、
請求項６に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項８】
前記基板の平坦化加工は、研磨加工する工程を含む、
請求項６又は７に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項９】
前記治具は、板状で基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下で、主面のＳＯＲＩが３０μｍ以下である、
請求項６から８の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の加工方法。
【請求項１０】
炭化珪素単結晶からなる基板と、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、板状で厚さ１８ｍｍ以下である治具と、からなる治具付き炭化珪素単結晶基板。
【請求項１１】
前記治具は、主面間の平行度が１０μｍ以下である、請求項１０に記載の治具付き炭化珪素単結晶基板。
【請求項１２】
前記基板は、一方の主面に素子が形成され、平均厚さが５００μｍ以下であり、前記治具は、前記基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下で、主面のＳＯＲＩが３０μｍ以下である、請求項１０又は１１に記載の治具付き炭化珪素単結晶基板。
【請求項１３】
前記基板の周縁部に前記接着部材からなる面一の環状壁を有する請求項１０から１２のいずれか１項に記載の治具付き炭化珪素単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を形成するための炭化珪素単結晶基板の製造に適した加工方法、及び治具付き炭化珪素単結晶基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な半導体素子を形成するために、高精度に加工された基板が必要となる。特にバンドギャップの大きい炭化珪素単結晶を用いた素子はパワー半導体用途として注目されている。この炭化珪素はシリコンに比べて硬度が高く、高精度な加工が難しい材料である。
【０００３】
ところで、シリコンウエハに代表される半導体ウエハの表面の平坦化加工技術にあっては、表面研磨時の熱変形を抑えることを目的として、炭化珪素をラッププレートのような研磨時の治具として用いる技術が知られている。
例えば、特許文献１では、半導体ウエハの研磨に用いるラッププレートとして、０．０５〜０．０１５重量％のホウ素を焼結助剤として用いたＳｉＣウエハラッププレートが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２では、特許文献１と同様な目的で熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上である炭化珪素系研磨プレートが記載されている。それを達成するための好ましい構成として、嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３で、曲げ強さが５００ＭＰａ以上のＳｉ−ＳｉＣ複合材料とすることなども記載されている。
【０００５】
また、特許文献３では、単結晶ウエハに、コート層を介して加熱加圧接合方法等により、炭化珪素の多結晶体からなる炭化珪素多結晶基板を貼り付ける方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献４では、単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板を熱処理を行ない貼り合わせて、単結晶炭化珪素基板を薄膜化する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２０４１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２８３４３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３５３９２号公報
【特許文献４】特開２００９−１１７５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述する特許文献１及び２の炭化珪素焼結体の使用は、炭化珪素のもつ絶対的な低熱膨張特性を利用することで治具の変形を抑えることが主たる目的であった。そのため、研磨対象は限定されておらず、具体例としてはシリコン以外は規定されていない。また特許文献３及び４は、いずれも、単結晶の炭化珪素基板に多結晶の炭化珪素基板を高強度に貼り付けて結合することを目的としており、非破壊で基板同士を剥離することを想定しておらず、剥離したときの汚損は免れない。
【０００９】
一方、低熱膨張特性を有すると共に、ヤング率がシリコンよりもはるかに高い炭化珪素基板の平坦化加工にあっては、特に加工時の治具の材質については、問題とされておらず、アルミナやガラスなどが使用されてきた。しかし、本発明者の検討によれば、炭化珪素基板と治具を加熱接着した場合に、治具側又は基板側に反りが生じるため、基準とする面が変形し、加工精度が悪いという問題が確認された。また、加工後の基板を耐熱性や耐薬品性に捕らわれることなく治具に貼り付けたまま半導体プロセスに適用可能な治具付きの炭化珪素単結晶基板は提案されていなかった。
【００１０】
本発明の目的は、炭化珪素単結晶基板という従来のシリコンとは異なる材料にあって、高精度な表面の平坦化加工を達成できる炭化珪素単結晶基板の加工方法、及び治具付き炭化珪素単結晶基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は次のような特徴を有している。
第１の本発明は、炭化珪素単結晶からなる基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００（ＣＴＥ；Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、前記基板の他方の主面を平坦化加工する工程と、前記基板と治具とを剥離する工程と、を有する炭化珪素単結晶基板の加工方法である。
【００１２】
第２の本発明は、炭化珪素単結晶からなる基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、前記基板の他方の主面をＲａ≦１ｎｍまで平坦化加工する工程と、前記基板を治具から剥離する工程と、前記基板の他方の主面に炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成する工程と、を有する炭化珪素単結晶基板の加工方法である。
【００１３】
また、前記平坦化加工により、基板のＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｂａｃｋ  Ｉｄｅａｌ  Ｒａｎｇｅｓ：６ＳＥＭＩ  Ｍ１−１０１３）を４μｍ以下とすることが好ましい。
【００１４】
前記基板の平坦化加工は、化学機械研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工する工程を含むことが好ましい。
【００１５】
また、前記治具は、板状であり厚さは１８ｍｍ以下であり、主面間の平行度が１０μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
第３の本発明は、炭化珪素単結晶からなり、一方の主面に素子が形成された基板と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、前記基板の外径より大きく前記基板の支持面となる主面を有する治具とを準備する工程と、前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着する工程と、
前記基板の他方の主面を平坦化加工する工程と、洗浄、又は熱処理、又はスパッタ、又はエッチング、又はめっきのいずれか少なくとも１つ以上行う半導体プロセス工程と、前記基板と治具とを剥離する工程と、を有する炭化珪素単結晶基板の加工方法である。
【００１７】
前記平坦化加工により、基板の平均厚さを５００μｍ以下とすることが好ましい。
【００１８】
前記基板の平坦化加工は、研磨加工する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
また、前記治具は、板状で前記基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下で、主面のＳＯＲＩ（ＳＥＭＩ  Ｍ１−１０１３）が３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、炭化珪素単結晶からなる基板と、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材と、前記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下であり、厚さは１８ｍｍ以下である治具と、からなる治具付き炭化珪素単結晶基板である。
【００２１】
さらに、治具の主面間の平行度が１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、基板の一方の主面に素子が形成され、平均厚さが５００μｍ以下であり、治具は前記基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下で、主面のＳＯＲＩが３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
ここで、前記治具付き炭化珪素単結晶基板は、前記基板の周縁部に前記接着部材からなる面一の環状壁を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の加工方法によれば、治具の反りが抑えられると共に、基板側の反りやうねりを抑えて炭化珪素単結晶基板の一主面を高精度に平坦化することができる。また、平坦化加工後に、汚損なくきれいに治具を剥離することが出来る。これらにより、コストを抑えて効率よく高精度な炭化珪素単結晶基板を得ることができる。
また、本発明の治具付き炭化珪素単結晶基板によれば、基板と治具の接着強度が高く、反りの少ない高精度な加工に適した治具付き炭化珪素単結晶基板を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の加工方法に用いる治具付き炭化珪素単結晶基板を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図２】本発明の加工方法における実施形態の各工程を説明する図である。
【図３】本発明の加工方法における別の実施形態の各工程を説明する図である。
【図４】本発明の治具付き炭化珪素単結晶基板を示し、（ａ）は平坦化加工の前、（ｂ）は平坦化加工後を示す概略図である。
【図５】本発明の治具付き炭化珪素単結晶基板の周縁部の概観（チッピング無し）を示す写真である。
【図６】同じく比較例の周縁部の概観（チッピングとクラック有り）を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第1の加工方法］
以下、本発明の概要について説明する。
まず発明者らは、炭化珪素単結晶基板（以下、単に基板ということがある。）の平坦化加工時に反りが発生するという問題は、薄い治具を使用した場合以外に、主として接着時の加熱に伴う炭化珪素単結晶基板と治具との熱膨張特性の差および熱伝導率の差に起因することを見出し本発明に想到した。
すなわち、本発明において、基板は炭化珪素単結晶を用いる。一方の治具は、２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００について基板との比が０．７以上１．３以下であって、かつ熱伝導率については基板との比が０．２以上１．８以下であるものを用いることが一つの特徴である。尚、炭化珪素単結晶は育成の条件などにより品質が変わり、それに応じて熱膨張係数α２５−２００、及び熱伝導率も若干変動する。そこで、以下の説明における炭化珪素単結晶は表１に示す通り、熱膨張係数α２５−２００が４．２×１０−６ｍ／Ｋ、熱伝導率が４９０Ｗ／ｍ・Ｋとして扱う。
ここで、熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下とする理由は、ワックスなどの接着部材が６０〜２００℃の範囲で接着されるので、この温度範囲から室温までの温度差による熱膨張の寸法の差が反りの主因となっているからである。よって、両者の熱膨張係数α２５−２００の比を０．７以上１．３以下の範囲に収めることが肝要である。好ましくは０．８以上１．２以下、より好ましくは０．９以上１．１以下である。なお、ここでいう熱膨張係数α２５−２００の比とは、基板の熱膨張係数α２５−２００に当該比の値を乗じたものが、治具の熱膨張係数α２５−２００になるということである。すなわち、基板の熱膨張係数α２５−２００が４．２×１０−６ｍ／Ｋとすると、治具の熱膨張係数α２５−２００は２．９４×１０−６ｍ／Ｋ以上、５．４６×１０−６ｍ／Ｋ以下とする。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
次に、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下とする理由を以下に説明する。上述したとおり、基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比を０．７以上１．３以下を満足する治具を用いることによって、それぞれの温度における両者の寸法を近づけることはできる。しかし、治具と基板のそれぞれにおいて温度差が生じた場合には、両者は異なる寸法となる。例えば、熱膨張係数が３．３×１０−６ｍ／Ｋ、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋとなるホウケイ酸ガラスの治具と、６０℃で軟化する熱可塑性の接着部材とを用いた場合、加熱後の冷却過程において、熱伝導率の高い基板だけが先に冷却されて室温付近の温度となり、その後に熱伝導率の低い治具が冷却されていく。すると、治具の温度が接着部材の軟化点を通過して冷却する過程において接着部材が固まって基板と接着され、その温度からさらに冷却されて治具は寸法が小さくなる。これに対し、基板の寸法は変化しないので、この過程において両者の収縮の差が広がる。その結果が基板側の反りになって現れる。このようなことから、基板と治具を加熱接着した後の冷却過程において、両者間の温度差を抑えるために基板と治具の熱伝導率の比は０．２以上１．８以下としている。好ましくは０．３以上１．７以下、より好ましくは０．５以上１．５以下である。なお、ここでいう熱伝導率の比とは、基板の熱伝導率に当該比の値を乗じたものが、治具の熱伝導率になるということである。すなわち、基板の熱伝導率が４９０Ｗ／ｍ・Ｋとすると、治具の熱伝導率は９８Ｗ／ｍ・Ｋ以上、８８２Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする。
なお、この問題の別のアプローチとして、温度差を抑えるために恒温槽などを用いて徐々に冷却する方法も考えられるが、冷却に時間がかかり、接着部材の変質などを考慮すると、熱伝導率の比を０．２以上１．８以下とする方が現実的である。但し、この方法を併用することを妨げない。
【００２９】
以上により治具は、熱膨張係数α２５−２００と熱伝導率の要件を兼ねているものを用いる。両者の条件を兼ねるためには、材質の選定に大きく依存する。端的に言えば上述した範囲とするためには基板と同一組成系を主成分とする材料から形成した治具とすることが好ましい。例えば、炭化珪素（単結晶、多結晶）、ダイヤ、ＧａＮ、あるいは熱伝導の良いフィラーを混合したセラミックスとしてＳｉ３Ｎ４やＢＮなどが挙げられる。特に炭化珪素以外の成分を不可避的な不純物とする組成とすれば、熱膨張係数α２５−２００と熱伝導率は実質同一のものとすることができるので最も好ましい。また、組織としても基板と同じ単結晶とすれば、熱膨張特性や熱伝導率自体も実質同一となるため、特性的にはさらに好ましいものとなる。但し、単結晶は非常に高価であるので、これらの特性に大きな差異がない焼結して得られた緻密な多結晶体の適用がコスト面からは好ましい。
【００３０】
また、治具は、板状で、通常は円板状であり、機械的強度や反り、変形の点から０．５〜１８ｍｍ程度の厚さは必要である。このとき基板１を高精度に加工するためには、治具の主面間の平行度は１０μｍ以下が良く、５μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がさらに好ましい。また、基板を貼り付ける側の一方の主面の面粗さは、基板を当接させて基準とできる程度であれば良い。例えば、面粗さが小さいほうが基板を当接させて基準としつつ、さらに基板に当接させた際に傷がつきにくいため好ましい。また、面粗さが大きければ、余分な接着部材を逃がしつつ接着強度を確保できるため好ましい。さらに、治具の主面に余分な接着部材を逃がすための孔や溝などを設けても良い。無論、他方の主面も同様の面性状にしても良い。なお、後述するように、ＣＭＰによる研磨を行った後に、治具から剥離し、基板にエピタキシャル膜の成長面を形成する場合は、厚みが１８ｍｍ以下で主面間の平行度が１０μｍ以下であるものが好ましい。これは、ＣＭＰ加工による精密研磨をする際に治具が変形しない厚さを確保しつつ、厚さが薄いほうが軽量で取り扱いやすく、加工時の作業性が向上することと、平行度が高いほうが基準面の精度が高くなることの理由によるものである。
【００３１】
また、半導体プロセスに流す治具付き基板の治具は、外径は基板の外径よりも０．３〜５ｍｍ程度大きく、厚みが０．５〜３ｍｍで、主面のＳＯＲＩが３０μｍ以下であるものが好ましい。外径は、加工した後の薄くなった炭化珪素単結晶基板のエッジを保護するために、外径よりも０．３ｍｍ以上は大きいことが好ましく、半導体プロセスの装置に適用するために、外径より５ｍｍ以下で大きいことが好ましい。厚みは、半導体プロセスの装置に適用するために３ｍｍ以下が好ましく、ハンドリング性が低下するために０．５ｍｍ以上が好ましい。また、主面のＳＯＲＩについては、治具と基板を接着するときの接着層を均一にして基板の加工精度を高め、さらに半導体プロセスにより成膜される膜厚等の寸法精度や冷却効率を高めるためにも３０μｍ以下であることが好ましい。十分な剛性を有する治具であれば、治具の他方の主面の３点で保持されるような構成としておいても良い。保持された点の高さを調整することで、重りによる荷重のかかる向きを調整できるため、さらに高精度の加工が可能となるため好ましい。
【００３２】
そして、本発明では前記基板の一方の主面と、前記治具の主面とを、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材を介して加熱接着するものである。例えば、図１のように、円形の基板１の一方の主面５と、円形の治具２の一方の主面６とを、接着部材３を用いて貼り合わせる。よって、接着時の加熱に伴う炭化珪素単結晶基板と治具との熱膨張特性と熱伝導特性の夫々の差に起因する課題に着目したものであり、加熱接着を行なわない工程を経るものは除外する。図１では１つの治具に対して１枚の基板を接着しているが、複数枚の基板を１つの治具に接着して、同時に研磨加工しても良い。
使用する熱可塑性又は熱硬化性の接着部材は、何れの接着剤でも良いが、炭化珪素は硬度が高いため、高い強度で接着できて、少なくとも平坦化加工時に十分な接着強度を有するものが良い。但し、加工後には基板から接着部材を容易に除去できることが好ましい。接着強度は、接着部材の接着力に加え、基板と治具の接触面積に依存するため、加工対象の寸法や治具の形状などに応じて適宜選択するのが好ましい。また、加熱時の粘度は低い方が高精度な接着が行えるため好ましい。さらに、平坦化加工等に用いる加工液や、洗浄に用いる洗浄液などの種類に応じて、水、有機溶媒、酸やアルカリなどへの不溶性や可溶性を選択し、加工中に剥離せず、加工後に基板への汚損や破損を生じずにきれいに剥離しやすいものが良い。例えば、中性の加工液を用いて加工する場合において、加工中に十分な接着強度を発揮し、加工後にアルカリなどの洗浄液を用いて除去することができる、熱可塑性のロウ状物質のワックスを含む樹脂などの接着部材であれば、安価に入手することができるため好ましい。具体的には６０℃〜１４０℃程度の温度で軟化するが、２００℃程度までは対薬品性が安定しており有機溶媒などで洗浄可能な熱可塑性の接着剤、例えば、ＰＥＧ、ＰＰＧ、各種脂肪酸などのロウ状物質と、ロジン、酢酸ビニル、ナイロン、アクリル、各種ポリマーなどの樹脂成分とを混合した合成ワックスなどがある。
【００３３】
次に、平坦化加工は、研削や、砥粒等による機械研磨、化学機械研磨等の加工方法を採用することができるが、特に限定されない。また、これらの手法を組み合わせて用いることもできる。
そして、平坦化加工後は、基板と治具とを剥離してから他の工程を付与したり、平坦化加工後の治具付きの基板に他の工程を付与した後に、基板と治具を剥離することもできる。剥離工程は、基板を引っ張ったり、スクレイパー等で分断するなど機械的に剥離する方法や、加熱による方法や、剥離・洗浄用の薬液を用いたりする方法等、接着方法や状況などに応じて選択し、基板や素子などを傷つけずに適切な方法によって行うことが出来る。
以上の工程により、炭化珪素単結晶基板という従来のシリコン基板とは異なる材料にあって、高精度な表面の平坦化加工を達成できる。
【００３４】
［第２の加工方法］
第２の本発明による加工方法は、炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成するための炭化珪素単結晶基板の加工方法として有効である。平坦化加工の前までは上述した第１の加工方法とほぼ同様であるので以下は異なる工程について説明する。
即ち、この加工方法では、基板の他方の主面の面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（１９９４））をＲａ≦１ｎｍまで平坦化加工する工程と、
剥離後に前記基板の他方の主面に炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成する工程と、を有することが特徴である。
ここで、平坦化加工において、Ｒａ≦１ｎｍまで平坦化するのは、原子配列に近い精度で平坦化するためであり、エピタキシャル成長時の表面形状による欠陥を抑制するためである。この平坦化加工は、加工変質層を抑制するためや微小砥粒の加工効率を向上させるために化学機械研磨で行うことが好ましい。
また、基板の他方の主面に炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成するのは、同じ結晶構造を有し、欠陥の少ない結晶を下地の結晶構造に合わせて育成しやすい理由からであり、必要に応じて半導体特性を引き出すために添加剤をドープしても良い。エピタキシャル成長は様々な方法で行うことができ、例えば、分子線エピタキシー法や有機金属気相成長法、液相エピタキシー法などがある。
【００３５】
また、この加工方法では、平坦化加工により、基板のＧＢＩＲを４μｍ以下とすることが望ましい。好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。ＧＢＩＲが４μｍ以下の範囲であると、裏面を吸着したときに高さの差が４μｍ以下に収まるため、炭化珪素単結晶膜の厚さばらつきを抑えつつエピタキシャル成長させることができ、その後の素子作製の際にも精度が向上するため特に好ましいものとなる。さらに、化学機械研磨加工する工程を採用するとＲａをより小さくすることができ、さらに加工変質層も小さくなるため好ましい。
【００３６】
また、上述したように前記治具は厚さ１８ｍｍ以下であり、主面間の平行度が１０μｍ以下であることで、特にエピタキシャル用の研磨加工に適する炭化珪素単結晶基板の加工方法となる。好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下である。ここで、厚さ１８ｍｍ以下と規定するのは、治具の剛性を確保しつつ作業性向上のためである。
【００３７】
［第３の加工方法］
第３の本発明による加工方法は、基板の一方の主面５に素子１３が形成された基板の厚さを薄くすることが特徴である。基板の厚さを薄くするのは、一方の主面の素子１３に対して、基板を通じた電気抵抗を下げ、さらに、他方の主面を平坦化加工した後に、電極を設けるためにそのまま半導体プロセス工程に移ることができる加工方法として有効である。尚、ここで用いる基板には基板の一方の主面５に、高電圧で動作する集積回路やダイオード素子、基板と反対のキャリアがドープされた膜、溝、電極、配線などの各種素子が形成されている。これら基板上に予め形成された構成要素を本発明では素子と総称している。
第３の加工方法は、平坦化加工までは上述した第１の加工方法とほぼ同様であるので以下は異なる工程について説明する。
即ち、この加工方法は、平坦化加工した後の治具付の炭化珪素単結晶基板をそのまま用いて、洗浄、又は熱処理、又はスパッタ、又はエッチング、又はめっきのいずれか少なくとも１つ以上行う半導体プロセス工程へ移行する加工方法となる。ここで、熱処理やスパッタなど温度が上がる半導体プロセスについては、接着部材の耐熱温度を超えない範囲であり、炭化珪素の融点以上の温度が必要なエピタキシャル成長などは本発明の半導体プロセスに含まない。また、前記半導体プロセスとして加工や組み立てのプロセスなどを行なっても良い。さらに、剥離する工程との前後は問わない。この構成により、素子１３の搭載面の反対側を精密に平坦化加工することができることで、より薄厚の炭化珪素単結晶を用いた半導体素子を得ることができる。一方で治具付炭化珪素単結晶基板自体は、従来のシリコン基板と同等の外形寸法や剛性を備えているので、ハンドリングが容易で既存の半導体製造プロセスの装置にもそのまま適用できる。
【００３８】
前記平坦化加工では、加工後の基板の平均厚さを５００μｍ以下とすることが望ましい。加工後の基板の厚さは一方の主面に形成した素子１３に応じて、任意に決められるが、一般的に用いられる素子１３の膜厚から、基板の平均厚さが５００μｍ以下、好ましくは５０〜１００μｍの範囲であると、半導体素子に対して要求される基板の電気抵抗が特に好ましいものとなる。薄くなった基板１の合格率を高めるため、加工して治具２からはがした後の基板１は厚さばらつきが２０μｍ以下であることが好ましい。そのため、接着部材の厚みばらつきが１０μｍ以下であると好ましい。
【００３９】
また、前記治具は、前記基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、主面のＳＯＲＩが３０μｍ以下、とすることで、素子１３が形成された一方の主面を維持しつつ、基板の他方の主面のみを研削加工して基板を薄くすることに適したものとなる。ここで、基板の外径（直径）より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下だけ大きくしたのは、治具の主面の加工時にダレなどが発生して精度が悪くなりやすい外周部分を避けて、主面の中央寄りに基板を精度良く接着できるためである。さらに、接着剤の塗布および加熱圧着が容易に行うことが出来る。また、厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下と規定するのは、洗浄、又は熱処理、又はスパッタ、又はエッチング、又はめっきのいずれか少なくとも１つ以上行う半導体プロセスに、治具が貼り付けられた状態のまま炭化珪素単結晶基板を通すためであり、一般的に用いられる半導体基板の厚さから、炭化珪素単結晶基板と接着部材の厚さを差し引いた厚さと同程度にするのが好ましい。さらに、治具の主面のＳＯＲＩを３０μｍ以下としたのは、治具と基板を接着するときの接着層を均一にして基板の加工精度を高め、さらに半導体プロセスにより成膜される膜厚等の寸法精度や冷却効率を高めるためである。
【００４０】
［治具付き炭化珪素単結晶基板］
また、本発明の治具付き炭化珪素単結晶基板は、上述した本発明の加工方法に用いられるものに限定するものではないが、第３の加工方法に用いるのに好適なものであり、以下に第３の加工方法における治具付き炭化珪素単結晶基板を例示する。即ち、素子１３を有する炭化珪素単結晶基板の厚さを薄くし、さらに半導体プロセスを通し、適宜のプロセスを通した後、基板と治具を容易に剥離することができる治具付きの炭化珪素単結晶基板である。基板は炭化珪素単結晶からなり、一方の主面には素子１３等が予め形成されている。一方の治具は、基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下となっており、基板を加熱圧着する過程で反りが生じ難いものである。さらに、熱伝導の比を上述の範囲にあわせることにより、半導体プロセスの中でも特に熱が発生するドライ工程などにおいて、発生する熱を効果的に放熱することができる効果も得られる。
【００４１】
また、基板の外径より０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下だけ大きく、厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下としている。また、主面のＳＯＲＩを３０μｍ以下としている。これは、ドライプロセスやスパッタなどにおける膜厚の管理がしやすく、さらに冷却板との接触面積を増やすことに繋がり、結果、効果的にドライプロセスが行えるなど、各種半導体プロセスに適用し易い効果が得られる。そして、素子１３を設けた基板の一方の主面と治具の一方の主面は熱可塑性又は熱硬化性の接着部材により接着している。これにより、加工後に両者を剥離し易くしており、剥離の際に素子１３を破損することなく、また基板の主面を汚損することなく剥離することが出来る。尚、熱可塑性又は熱硬化性の接着部材の厚みは２μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下にすることが好ましい。接着部材の厚みが２μｍ以上２００μｍ以下であれば、一方の主面に形成された素子１３による凹凸を接着部材で吸収しつつ、基板の平均厚さを５００μｍ以下にまで研削することができるので治具付き基板の全体厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に調整しやすい。
【００４２】
さらに、基板の周縁部に前記接着部材からなる面一の環状壁を形成することは有効である。これは基板と治具とを接着する際に接着部材で、前記基板に環状壁を形成しておき、基板とあわせて接着部材を加工することで面一の環状壁を設けることができる。この環状壁により平坦化加工の過程で削られ、薄くなった基板の周縁部を保護し、チッピングやさらにそのチッピングを起点としたクラックを抑制する効果を得られる。さらに、その後に化学機械研磨する場合にも周縁部を保護しエッジチップ等の欠陥を抑制することができる。また、治具の外周部分を使用して半導体プロセスの保持ハンドリングや搬送などを行うため、極薄い炭化珪素単結晶基板の外周部分の破損を防止することができる。尚、面一とは段差が無くめくれたりしない程度であればよく、上記の効果が得られるものであれば良い。また、環状壁を形成する手段は、例えば、図９に示すように、接着部材としてシート状の接着部材を用いて、これを加工前の基板の周縁部に巻きつけるように貼り付け、研磨加工等により基板とあわせて面一に加工することにより環状壁を形成してもよい。あるいは、液状の接着部材を基板の周縁部にも塗布し、同様に研磨加工等により基板とあわせて面一に加工しても良い。
【００４３】
以上の通り、第１や第２の加工方法においても、それぞれの加工方法に適した条件で治具付き炭化珪素単結晶基板を用いることができる。
【００４４】
本発明の実施形態を図面を参照して以下詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。各実施形態の説明は、特に断りがなければ他の実施形態にも適用される。
【００４５】
［１］実施例１
本発明の加工方法を用いて、エピタキシャル成長させるための面を形成するための炭化珪素単結晶基板を加工した。適用した条件などについて図２を用いて以下に説明する。
（ａ）基板１と治具２を準備する工程
図２において、基板１は炭化珪素の単結晶からなる。この例では、単結晶のインゴットを外筒研削装置を用いて円筒状に加工した後に、ワイヤーソーを用いてスライスし、他方の主面４及び一方の主面５を有する外径１００ｍｍ（φ４インチ）、厚さ約０．５ｍｍの基板１を得た。尚、スライスする際に炭化珪素単結晶の方位を変えたり、スライス後の基板の他方の主面４と一方の主面５の平行度を高めるために、両面研磨装置などを用いて加工してもよい。
一方、治具２は、上記基板に対して２５℃から２００℃における熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上１．３以下であって、かつ、熱伝導率の比が０．２以上１．８以下の材料からなる。この例では多結晶の炭化珪素焼結体とした。この焼結体は例えば収縮率を考慮した寸法で粉末を成型した後にホットプレス焼結し、さらに両面研磨装置で平行度を整えて、一方の主面６と他方の主面７を有する外径約１５０ｍｍ、厚さ８ｍｍの治具２を得た。ここで、治具２の一方の主面６は、後に基板１の一方の主面５を当接させて、基板１の他方の主面４を平坦加工する際の基準となるため、治具２の主面６は基板１の一方の主面５より外径を大きくし、平行度も両面研磨装置を用いて両面間の平行度が１０μｍ以下に加工した。
【００４６】
（ｂ）基板と治具を接着部材を介して加圧接着する工程
次に準備した基板１と治具２を接着部材３を介し、熱と圧力を与えながら接着した。
まず、接着面である、基板１の一方の主面５、及び治具２の主面６を水や有機溶剤等で洗浄し、付着物などを取り除く。次に、ホットプレートを用いて、基板１及び治具２を作業温度まで加熱する。作業温度は、接着部材が十分に軟化し、かつ、熱膨張による基板１や治具２の寸法変化が小さい範囲が好ましく、接着部材の軟化点よりおよそ２０〜５０℃高い温度が良い、ここでは１００℃とした。基板１及び治具２を十分に加熱し、全体が１００℃で均一になった後に、治具２の主面６に接着部材３、この例では８０℃で軟化するワックスを治具の主面６側に塗布した。ここで、基板１と治具２との主面間に気泡を巻き込まず、かつ、主面間の接触箇所にワックスが残らない程度で、かつ加工中に剥離しない程度の接着強度を確保できる程度に塗布量を加減することに注意する。
次に、基板１の一方の主面５を接着部材３を介して治具２の主面６に当接させた。このとき、基板１と治具２を接触させた後に加圧しながら相互にスライドさせ、空気やゴミと共に余分なワックスを治具と基板の間から除去し、さらに十分に荷重をかけた。続けて、基板１及び治具２を冷却することによって接着部材が固まり、固定される。このとき、接着剤の軟化点を過ぎてさらに冷却されるが、基板１と治具２の熱膨張係数α２５−２００の比が０．７以上、１．３以下で、かつ熱伝導率の比が０．２以上１．８以下に設定してあるため、熱膨張差や温度差による反り量が抑制される。砥粒などの付着を防ぐために、完全に接着してから余分な接着部材などを除去した。
【００４７】
（ｃ）基板の他方の主面を平坦化加工する工程
基板１の他方の主面４を研磨加工した。まず粗いダイヤモンド砥粒を用いて粗研磨加工により、全面があたるまで加工する。その後粒径１μｍのダイヤモンド砥粒による研磨とＣＭＰを行い、面粗さを小さくした。
【００４８】
品質の良いエピタキシャル成長させるためには、他方の主面４を原子レベルで平坦化、すなわち面粗さＲａ≦１ｎｍであることが必要となる。その際、基板のＧＢＩＲを４μｍ以下程度まで整えることで、エピタキシャル成長させた膜を用いて素子を形成する際の高精度化に寄与するため好ましい。そのために、治具２は、主面間の平行度が１０μｍ以下であり、主面６の面粗さＲａが０．１ｍｍ以下であり、主面６に接着部材逃し部を形成した治具を用いた。
【００４９】
接着した後に基板の他方の主面を加工する際、機械研磨による平坦化の後に、酸化剤及びコロイダルシリカを含むスラリーなどを用いてＣＭＰにて仕上げ、治具から基板を剥離することで、加工変質層や傷の少ないエピタキシャル成長用により適した面を得られる。尚、炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成しない場合は、通常はＣＭＰによる平坦化加工を省略しても良いが、加工変質層による応力等を緩和するために行っても良い。
【００５０】
次に、基板の他方の主面に炭化珪素膜のエピタキシャル成長面を形成する工程があるが、この工程は従来既存の装置と方法を用いて行われ得るので、ここでの説明は省略する。
【００５１】
（ｄ）基板と治具とを剥離する工程
その後、接着工程と逆の手順で剥離する。即ち、まず付着した砥粒を完全に除去した治具付き炭化珪素単結晶基板を１００℃まで加熱し、接着部材を軟化させる。過熱して接着部材を軟化することにより剥離しやすくなるので、基板をスライドさせて治具から剥離する。剥離した後に基板１に付着した接着部材３を、溶剤などを用いて洗浄してもよい。
【００５２】
上述した条件で、多結晶の炭化珪素の治具を用いてエピタキシャル成長させるための基板を得た。それに対して、比較例１として、材質はアルミナを用いた以外は実施例１と同じ条件を用いて加工した。加工後の基板１の他方の主面のＧＢＩＲ（ＳＥＭＩ  Ｍ１−１０１３により測定）を表２に示す。比較例１に対して精度良く加工できており、炭化珪素膜をエピタキシャル成長させるのに適した基板を得られた。
【００５３】
【表２】
0006327519.tif 000003
【００５４】
［２］実施例２
本発明の方法を用いて、基板１の一方の主面５に形成した各種素子１３を保護しつつ、他方の主面４を研磨して基板１の厚さを薄くするバックグラインディングを行った。具体的に用いた条件などについて図３を用いて以下に説明する。
【００５５】
（ａ）基板と治具を準備する工程
基板１は、上記実施例１と同様に炭化珪素の単結晶からなる。
治具２は、剛性を確保しつつ、半導体プロセスに通せる十分な薄さとして１ｍｍのものを用いた。加工して薄くなった基板１は破損しやすいため、半導体プロセスに通す際に、治具２が保護部材の働きをする。そのため、治具２の外径は前記基板１の外径（直径）より約１ｍｍ大きい治具を用いた。他の製造方法、条件については上記実施例１と同様であるので説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００５６】
（ｂ）基板と治具を接着部材を介して加圧接着する工程
次に、準備した基板１及び治具２を接着部材を介して、熱を与えて加圧接着する。このとき、基板の外周を覆うように接着部材を接着する。バックグラインディング加工を行う場合は、研削加工により基板厚さを１００μｍ程度まで極薄とするので、特に脆くなる周縁部の欠陥対策が必要である。また、基板１の一方の主面５には素子１３が形成されているため、ここでは接着部材３は下記するような熱硬化性の接着剤がシート状に成形された貼付けシートを用いた。前記接着部材は、基板１と治具２を接着した状態で半導体プロセスを通すため、熱処理、又はスパッタ、又は気相エッチングなどを通せる程度に耐熱性が高く、洗浄、又は液相エッチング、又はめっきなどに通せる程度に酸やアルカリなどの薬液に対して耐性がある材質等を用いることができ、ここでは耐酸、耐アルカリで、耐熱温度が２００℃の貼付けシートを用いた。
【００５７】
（ｃ−１）基板の他方の主面を平坦化加工する工程
基板１の他方の主面４を研磨加工した。まず粗いダイヤモンド砥粒を用いて粗研磨加工を行った。基板１の周縁部がチッピングして、クラックが入りやすくなる。そこで、周縁部におけるチッピングの発生を抑制するために、研磨砥粒を用いて研磨加工した。ここでは、基板１の厚さ１００μｍとなるまで加工した。
【００５８】
（ｃ−２）半導体プロセスを通す工程
研磨加工した後、一般的な金属膜スパッタ装置を用いて、金属膜をスパッタした。装置に治具の周縁部をセットしたため、基板の周縁部は接触によるチッピングなどが少なかった。
【００５９】
上述したとおり、実施例２は多結晶の炭化珪素の治具を用いて、一方の主面に素子１３を形成した基板の、他方の主面を研磨加工した。それに対し、比較例２として、治具の材質はホウケイ酸ガラスを用いた以外は実施例２と同じ方法を用いて加工した。それぞれの加工前後の治具付き炭化珪素単結晶基板のＧＢＩＲの減少率と加工後のＳＯＲＩ（ＳＥＭＩ  Ｍ１−１０１３により測定）を表３に示す。加工後のＧＢＩＲは実施例２のほうが小さく、高精度に治具付き炭化珪素単結晶基板を薄くできた。また、加工後のＳＯＲＩも比較例２に対し、小さいものであった。
【００６０】
【表３】
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【００６１】
［３］実施例３
接着部材として貼付けシート９を用い、一部を図４に示すように基板の外周部に巻きつけるようにして基板を加工した。また、比較のために外周部にシートを巻きつけないで基板を加工した。周縁部の巻きつけた箇所の写真を図５に、巻きつけなかった場合の写真を図６に示す。巻きつけた場合は、基板の周縁部に環状壁１０が形成されており、図６に示すようなエッジチップ１１やクラック１２などの発生は無かった。特に結晶欠陥部があるにもかかわらずエッジチップ１１の発生がないことが確認された。一方、巻きつけなかった場合は、エッジチップ１１と共にクラック１２が発生しており、結晶欠陥部でもエッジチップ１１が発生していた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
高精度な炭化珪素単結晶基板の加工方法として好適である。また、エピタキシャル成長面を形成できる高精度な治具付き炭化珪素単結晶基板、エッジチップなどの欠陥がなく半導体製造プロセスに容易に適応できる治具付き炭化珪素単結晶基板にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・基板
２・・・治具
３・・・接着部材
４・・・基板の第１の主面
５・・・基板の第２の主面
６・・・治具の第１の主面
７・・・治具の第２の主面
８・・・半導体プロセス（洗浄＋スパッタ）後の主面
９・・・貼付けシート（接着部材）
１０・・・環状壁
１１・・・エッジチップ
１２・・・クラック
１３・・・素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006327519.tif 000007
【図４】
0006327519.tif 000008
【図５】
0006327519.tif 000009
【図６】
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