(57)【要約】【課題】  貼り合わせ基板を噴流の液体で分離する際、キャビテーションの崩壊（空洞現象）が発生することでその際の衝撃圧力が基板表面に影響を与えることが有り、これが最終的にＥＬＴＲＡＮ（登録商標）品質の劣化（絶縁層上に単結晶Ｓｉ層に欠陥を形成）を招く要因となることが有る。【解決手段】  分離装置にキャビテーション崩壊時発生する圧力の影響を低減できる様、液温を制御し比較的高い圧力で気泡化する機構を有する。【選択図】  図１
2007194350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に分離層を有する試料を液体により分離する分離装置で、
試料を保持する保持部と、
前記保持部によって保持された試料の分離層に向けて液体を噴射するノズルと、
液体を前記ノズルに供給する液体供給部と、
液体を昇温させる機構を備えた分離装置。
【請求項２】
内部に分離層を有する試料を液体により分離する分離装置で、
試料を保持する保持部と、
前記保持部によって保持された試料の分離層に向けて液体を噴射するノズルと、
液体を前記ノズルに供給する液体供給部と、
液体を昇温させる機構を備え、
前記試料を保持する機構の雰囲気が噴射する液体の温度低下に影響を与えない様環境制御機構を有する分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貼り合わせ基板等の試料の分離装置及び分離方法、移設層の移設方法、基板の製造方法、並びに、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁層上に単結晶Ｓｉ層を有する基板として、ＳＯＩ（silicon on insulator)構造を有する基板（ＳＯＩ基板）が知られている。このＳＯＩ基板を採用したデバイスは、通常のＳｉ基板では到達し得ない数々の優位点を有する。この優位点としては、例えば、以下のものが挙げられる。
【０００３】
（１）誘電体分離が容易で高集積化に適している。
【０００４】
（２）放射線耐性に優れている。
【０００５】
（３）浮遊容量が小さく、素子の動作速度の高速化が可能である。
【０００６】
（４）ウェル工程が不要である。
【０００７】
（５）ラッチアップを防止できる。
【０００８】
（６）薄膜化による完全な空乏型電界効果トランジスタの形成が可能である。ＳＯＩ構造は、上記のような様々な優位点を有するため、ここ数十年、その形成方法に関する研究が進められている。
【０００９】
SOIウェーハ製造方法においては、大きくSIMOX法とはり合わせ法に分類されるが、はり合わせ法で得られるSOIウェーハは、絶縁膜として品質の優れたシリコン熱酸化膜を用いているという点で、SIMOX法に比べて優れた特性を示すことがわかってきている。はり合わせ法のSOIウェーハは、2枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせて、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みのSOI層を残すものであり、SOI層、絶縁膜層の膜厚の自由度が高い。
【００１０】
更に貼り合わせSOIウエーハの製造として代表的なものを3つ上げる。
【００１１】
第１の方法は、酸化膜を介して結合した２枚の基板の片側から研削と研磨を行い、酸化膜の上に所望の厚みで基板を残すものである（M−Shinbo, Ｋ−Furukawa, K.Fukada and K.tanazawa, J.Appl.Phys., vol６０, ｐ２９８７, １９８６参照）。そしてこの技術を基本として、基板部分を制御良く薄層化する技術がいくつか提案されている。
【００１２】
第２の方法は、水素イオン注入を用いる技術である（特開平５−２１１１２８号公報参照）。この方法は２枚のシリコン基板のうち、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコン基板の上面から水素イオン又は希ガスイオンを注入し、該基板内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコン基板（支持基板）と密着させ、その後の熱処理により微小気泡層を劈開面として一方の基板を薄膜状に剥離し、更なる熱処理（結合熱処理）を加えて結合強度を高め、ＳＯＩ基板とする方法（Smart Cut（登録商標）法）である。
【００１３】
第３の方法は、多孔質シリコンを用いる技術である（特開平５−２１３３８号・特開平７−３０２８８９号参照）。これは多孔質シリコン基板上に成長したエピタキシャルシリコン層を、酸化膜を介してもう一方の支持基板上に結合させ、結合強度を高める熱処理を行った後に、前記多孔質シリコン層を分離層としその内部の応力に沿って外力により劈開分離し、支持基板側に移載された層の表面に残る多孔質シリコン層を選択的にエッチングして、ＳＯＩ基板を得る方法（ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法）である。また、前記方法において、結合した基板の多孔質形成側の裏面から研削を行い、多孔質シリコン層を露出した後に多孔質層を選択エッチングしても、同様なＳＯＩ基板が得られる。
【００１４】
前記分離層内部の応力に沿って外力により分離する方法として分離領域（多孔質層の）側面に流体を吹き付けて分離する方法（特開平１１−０４５８４０号参照）が提案されＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法では、高圧の流体をノズルから吹き出すウォータージェット法（ウォータージェット,第１巻,第１号,第４ページ参照）が適用され実用化されている。この方法は、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後に、第１の基板を破壊することなく第２の基板から分離し、その後、分離した第１の基板の表面を平滑化して再度多孔質層を形成し、これを再利用する技術で、第１の基板を無駄なく使用できるため、製造コストを大幅に低減することができ、製造工程も単純であるという優れた利点を有する。
【特許文献１】特開平５−２１１１２８号公報
【特許文献２】特開平５−２１３３８号公報
【特許文献３】特開平７−３０２８８９号公報
【特許文献４】特開平１１−０４５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ウォータージェット法を用いる際、液中に噴出する噴流では噴流周りの混合領域にキャビテーション（空洞現象）を伴う場合が多いことが知られている（ウォータージェット技術辞典，日本ウォータージェット学会編，第４０ページ参照）。キャビテーションとは液体の圧力がその温度によって決まる蒸気圧より低くなることで蒸発し蒸気の泡を生じる現象で、この泡がその後高圧域に入ると激しく崩壊し周辺物に損傷を生じさせたり大きな騒音を発生させたりする。航空機の翼や船舶のスクリュー等ではこの現象で数万気圧というきわめて高い圧力を生じることがあり、この破食回避が流体機械の設計上重要な要素となっている。キャビテーションの発生は何も無い液中に気泡ができることではなく、すでに存在する目に見えないほどの気泡核（微小な空気泡）が成長して目に見えるほどの大きさになるということである。従って、次の３つの条件が揃う事でキャビテーションが生じる。
【００１６】
（１）気泡核が存在すること。
【００１７】
（２）圧力が蒸気圧より低いこと。
【００１８】
（３）成長できる時間が十分とれること。
【００１９】
（新版キャビテーション−基礎と最近の進捗−，槇書店，加藤洋治編著，第１ページ・第７７ページ参照）
ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）作成プロセスでの貼り合わせウエーハ分離工程でもウォータージェットは分離領域（多孔質層の）側面に随時液体を吹き付ける過程でキャビテーションが発生する。これは工場等から供給される液体に内在する気泡核が、ウォータージェットを高速で噴射するための増圧機（ポンプ）内で高圧・低速下の状態を通り、その後ノズルから噴射されることで低圧・高速状態で急激に成長（キャビテーション発生）、そして分離界面の液体が溜まった個所に注入されることで今度は速度の急激な減速により周囲の液環境に押し潰されることにより大きな圧力を発生させて消滅する（キャビテーションの崩壊）ためである。この際の衝撃圧力は前記第２の基板表面に影響を与えることが有り、それが最終的にＥＬＴＲＡＮ（登録商標）品質の劣化（絶縁層上に単結晶Ｓｉ層に欠陥を形成）を招く要因となることが有る。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
キャビテーションは前記した通り液体の圧力がその温度によって決まる蒸気圧より低くなることで蒸発し蒸気の泡を生じる現象なので、図２に示すキャビテーションと沸騰の関係の通り比較的高圧で蒸発する条件（液体が高温）であればキャビテーションは常温より小さなエネルギーを蓄えた状態で発生する。このキャビテーション崩壊時の圧力は常温におけるそれよりも小さいと考えられる。実現象で見ると50℃近辺に最高衝撃圧となる水温がある（「最高衝撃圧を呈する水温近傍に於けるキャビテーションの挙動」  内山恒久、香林丈治，岡林和彦、増渕公一、大場利三郎  機械学会論文集（Ｂ辺）６９巻６８１号（２００５−３））との報告が有りそれを超える温度で液温を制御することでキャビテーション崩壊時の衝撃圧力が弱まり効果がある。従って本発明では使用する液体の温度を高温制御することでキャビテーション崩壊時の衝撃圧力を低減させる機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、貼り合わせ基板等の試料の分離過程で試料にキャビテーションの崩壊による大きな圧力を与えることない処理を実現することで本工程での試料の品質劣化が無い処理方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態例）
本発明を実施形態例として、貼り合わせ法によるＳＯＩ基板製造での貼り合わせ基板の分離構成を図１に示す。工場側から供給された液体が供給ダンク１００４をへて高圧ポンプ１００１を通り後、温調ユニット１００２内のヒータ１０２１により５０度を超える温度まで昇温される。そして断熱材１０２２にて保温された液体はノズル１０３２より噴射しに供給された液体はキャビテーションを発生させるが常温の液体より低い衝撃圧力で崩壊されることにより、貼り合わせ基板１０３１の分離領域（多孔質層の）側面より吹き付けられた際、キャビテーションの崩壊による衝撃圧力が前記基板表面にほぼ影響を与えること無く２体に分離される。
【００２３】
更に液体を噴射する際の環境を制御する構成を図３に示す。液体の噴射雰囲気３０３４に温風ヒーター３０３５により温風を送り込み更に噴射雰囲気３０３４内の排気構成３０３６を設けることで。液体の噴射雰囲気３０３４は常に５０度を超える環境に保ち液体噴射時の液温低下をさせないことによりよりキャビテーションの崩壊による衝撃圧力を低減することができる様にする構成とする。
【実施例１】
【００２４】
図1・図４を用いて本発明のをＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法のＳＯＩ基板に適用した実施例を説明する。
【００２５】
まずＳＯＩ基板４００６のＳＯＩ層４０１５を形成するためのＳｅｅｄ基板４００１に、まず、陽極化成工程にて多孔質シリコン層４０１１を形成し、多孔質シリコン層上にＳＯＩ層４０１５として転写されるＥｐｉ層４０１２をＣＶＤ装置などによりエピタキシャル成長させ、引き続きＢＯＸ層４０１６となるシリコン酸化層４０１３を形成する。その後ＳＯＩ基板４００６の支持基板になるＨａｎｄｌｅ基板４００２とはり合わせる。ファンデルワールスルス力で貼り合わせられたＳｅｅｄ基板４００１とＨａｎｄｌｅ基板４００２を更に、１０００℃程度の熱処理を行って、はり合わせ強度を強固した貼り合わせ基板４００３とする。その後、図１にて示した分離構成の装置にて液体（４Ｍｐａ〜５０Ｍｐａ程度の高圧である超純水）を貼り合わ基板４００３の分離領域（多孔質層の）側面に吹き付ける。それによってＨａｎｄｌｅ基板４００２側に前記Ｅｐｉ層４０１２・前記シリコン酸化層４０１３及び多孔質シリコン層の一部４０１４を残した状態でＳｅｅｄ側基板４００４と分離する。（Ｈａｎｄｌｅ側基板４００５形成）この際、高圧ポンプ１００１から送り出された流体は温調ユニット１００２で５０度を越える温度に昇温され断熱材１０２２で保温されたままの状態でノズル１０３２から噴射される。ノズル１０３２から噴射された流体はキャビテーションを生じるが常温の液体より低い衝撃圧力で崩壊される。更に図３の構成にすることにより液体の噴射雰囲気３０３４が５０度を超える温度に制御されることで、流体のノズル３０３２から貼り合わせ基板３０３１への噴射時の流体の温度を安定させて制御できることでよりキャビテーションを生じるが常温の液体より低い衝撃圧力で崩壊される効果を安定させる。従って、図４のＨａｎｄｌｅ側基板４００５表面にキャビテーション崩壊の影響を常温より低減した状態で貼り合わせ基板４００３を２体に分けることが出来た。その後、Ｈａｎｄｌｅ側基板４００５に残った多孔質シリコン層４０１４をエッチングして水素アニールすることで、分離工程でのＥＬＴＲＡＮ（登録商標）品質劣化（絶縁層上に単結晶Ｓｉ層に欠陥を形成）を招かないＳＯＩ基板４００６が完成する。
【００２６】
本発明によれば、例えば、貼り合わせ基板等の試料或いは複合部材の分離に液体を噴射して実施する際、液の温度を昇温更には安定させることで試料に液体内に混入した気泡核が高速環境等で減圧されることにより成長し次に液体内に注入されることにより周囲の液環境に押し潰され消滅することで発生する大きな圧力（キャビテーションの崩壊）により基板或いは複合部材の表面に影響を低減させ、それによって最終的にＳＯＩ基板等最終形成品の品質劣化を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】発明を実施するための最良の分離装置の形態例１。
【図２】キャビテーションと沸騰の関係を表す図。
【図３】発明を実施するための最良の分離装置の形態例２。
【図４】ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）の製造方法。
【符号の説明】
【００２８】
１００１  高圧ポンプ
１００２  温調ユニット
１００３  貼り合わせ基板分離ユニット
１００４  供給タンク
１０２１  ヒーター
１０２２  断熱材
１０３１  貼り合わせ基板
１０３２  ノズル
１０３３  貼り合わせ基板分離ステージ
１０３６  高圧液導入バルブ
１０４２  高圧ポンプ液供給バルブ
１０４３  供給タンク液供給バルブ
３００１  高圧ポンプ
３００２  温調ユニット
３００３  貼り合わせ基板分離ユニット
３００４  供給タンク
３０３１  貼り合わせ基板
３０３２  ノズル
３０３３  貼り合わせ基板分離ステージ
３０３４  貼り合わせ基板分離ステージ雰囲気
３０３５  温風ユニット
３０３６  排気ユニット
３０４２  高圧ポンプ液供給バルブ
３０４３  供給タンク液供給バルブ
４００１  Ｓｅｅｄ基板
４００２  Ｈａｎｄｌｅ基板
４００３  貼り合わせ基板
４００４  Ｓｅｅｄ側基板
４００５  Ｈａｎｄｌｅ側基板
４００６  ＳＯＩ基板
４０１１  多孔質シリコン層
４０１２  Ｅｐｉ層
４０１３  シリコン酸化層
４０１４  Ｈａｎｄｌｅ側基板４００５に残った多孔質シリコン層の一部
４０１５  ＳＯＩ層
４０１６  ＢＯＸ層
【図１】
2007194350.tif 000003
【図２】
2007194350.tif 000004
【図３】
2007194350.tif 000005
【図４】
2007194350.tif 000006