(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体の製造方法であって、
多孔質層が表出した基体を処理槽の底面に対して略垂直な状態に保つように前記基体の両側をウェハホルダによって保持してエッチング液中に浸漬した状態で前記処理槽の下方より超音波を供給して前記多孔質層を除去するエッチング工程を含み、
前記エッチング工程において、前記基体の重心の直下から外れた軸を中心として回転する回転部材の前記軸と平行な棒状部材を前記軸を中心として回転させることにより、前記棒状部材が前記軸より前記重心の直下に近いときに前記基体を持ち上げるようにして、前記基体を回転させると共に上下動させることを特徴とする半導体基体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ処理方法及び半導体基体の製造方法に係り、特に、超音波を供給しながらウェハを処理するウェハ処理方法及び該ウェハ処理方法を工程の一部に含む半導体基体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ処理の代表例として洗浄処理が挙げられる。ウェハの洗浄処理における１つの課題はその高速化にある。特開平８−２９３４７８号において、ウェハを回転させると共に超音波を供給することにより洗浄効率を高めたウェハ洗浄方法及び該方法を実施するための装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−２９３４７８号に開示されたウェハ洗浄方法は、ウェハの洗浄は洗浄液と気体との界面において最も効率的になされるとの認識に基づくものである。したがって、このウェハ洗浄方法は、洗浄液と気体との界面においてウェハにパーティクルが吸着するという不可避な問題点を有する。
【０００４】
また、特開平８−２９３４７８号に開示されたウェハ洗浄装置は、ウェハを回転させるためのカム機構がウェハの直下に備えられているために、ウェハに対する回転力の伝達が効率的になされないという問題があった。また、このウェハ洗浄装置においては、前記カム機構がウェハの下方を完全に遮るように配置されているために超音波の伝達が阻害され、その結果、ウェハの中央部と周辺部との間で超音波の強度差が生じ、ウェハに対する処理が不均一になる。この不均一性はウェハの回転によっては除去し得ない。
【０００５】
本発明は、洗浄処理、エッチング処理を含む様々なウェハ処理に関し、パーティクルによるウェハの汚染の問題を解決することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、ウェハに施す処理を均一化することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るウェハ処理方法は、超音波を供給しながらウェハを処理するウェハ処理方法であって、ウェハの全体を処理液中に浸漬し該ウェハを回転させながら処理することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るウェハ処理方法は、超音波を供給しながらウェハを処理するウェハ処理方法であって、ウェハの全体を処理液中に浸漬し該ウェハを回転させると共に上下動させながら処理することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るウェハ処理方法は、超音波を供給しながらウェハを処理するウェハ処理方法であって、ウェハの全体を処理液中に浸漬し超音波源の位置を変化させながら処理することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るウェハ処理方法は、前記処理液をウェハの洗浄液としてウェハを洗浄することを特徴とする。
【００１１】
前記ウェハ処理方法は、前記処理液をウェハのエッチング液としてウェハをエッチングする方法に好適である。
【００１２】
前記ウェハ処理方法は、前記処理液を多孔質シリコンのエッチング液として多孔質シリコン層を有するウェハの多孔質シリコン層をエッチングする方法に好適である。
【００１３】
前記ウェハ処理方法は、前記処理液として、
（ａ）弗酸、
（ｂ）弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液、
（ｃ）バッファード弗酸、
（ｄ）バッファード弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液、
（ｅ）弗酸・硝酸・酢酸の混合液、
のいずれかを使用し、多孔質シリコン層を有するウェハの多孔質シリコン層をエッチングする方法に好適である。
【００１４】
本発明に係る半導体基体の製造方法は、第１の基体の表面に形成された多孔質層上に非多孔質層を形成する工程と、非多孔質層を挟むようにして第１の基体と別途用意した第２の基体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせてなる基体より第１の基体を除去して第２の基体上に多孔質層を表出させる除去工程と、多孔質層が表出した第２の基体をエッチング液中に完全に浸漬した状態で超音波を供給して多孔質層をエッチングして第２の基体表面を表出させるエッチング工程とを含み、前記エッチング工程において、第２の基体を回転させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体基体の製造方法は、第１の基体の表面に形成された多孔質層上に非多孔質層を形成する工程と、非多孔質層を挟むようにして第１の基体と別途用意した第２の基体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせてなる基体より第１の基体を除去して第２の基体上に多孔質層を表出させる除去工程と、多孔質層が表出した第２の基体をエッチング液中に完全に浸漬した状態で超音波を供給して多孔質層をエッチングして第２の基体表面を表出させるエッチング工程とを含み、前記エッチング工程において、第２の基体を回転させると共に上下動させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体基体の製造方法は、第１の基体の表面に形成された多孔質層上に非多孔質層を形成する工程と、非多孔質層を挟むようにして第１の基体と別途用意した第２の基体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせてなる基体より第１の基体を除去して第２の基体上に多孔質層を表出させる除去工程と、多孔質層が表出した第２の基体をエッチング液中に完全に浸漬した状態で超音波を供給して多孔質層をエッチングして第２の基体表面を表出させるエッチング工程とを含み、前記エッチング工程において、超音波源の位置を変化させることを特徴とする。
【００１７】
前記エッチング工程において使用するエッチング液は、
（ａ）弗酸、
（ｂ）弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液、
（ｃ）バッファード弗酸、
（ｄ）バッファード弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液、
（ｅ）弗酸・硝酸・酢酸の混合液、
のいずれかであることが好適である。
【００１８】
前記除去工程では、第１の基体をその裏面側から研削、研磨またはエッチングすることにより多孔質層を表出させることが好ましい。
【００１９】
前記除去工程では、第１の基体と第２の基体とを、多孔質層を境にして２分することが好ましい。
【００２０】
前記非多孔質層は、単結晶シリコン層であることが好ましい。
【００２１】
前記非多孔質層は、単結晶シリコン層とその上に形成された酸化シリコン層であることが好ましい。
【００２２】
前記非多孔質層は、化合物半導体層であることが好ましい。
【００２３】
前記第２の基体は、シリコン基体であることが好ましい。
【００２４】
前記第２の基体は、第１の基体と貼り合わせる側の面に酸化シリコン膜を形成したシリコン基体であることが好ましい。
【００２５】
前記第２の基体は、光透過性の基体であることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るウェハ処理装置の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示すウェハ処理装置の断面図である。
【００２８】
この実施の形態に係るウェハ処理装置１００のうち処理液が接触し得る部分は、用途に応じて、石英、プラスチック等で構成することが好ましい。プラスチックとしては、例えば、弗素樹脂、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が好適である。このうち弗素樹脂としては、例えば、ＰＶＤＦ，ＰＦＡ，ＰＴＦＥ等が好適である。
【００２９】
このウェハ処理装置１００は、ウェハ処理槽１０と、オーバーフロー槽２０と、超音波槽３０と、ウェハ４０を回転させるためのウェハ回転機構（５２〜５９）とを有する。
【００３０】
ウェハを処理する際には、ウェハ処理槽１０に処理液（例えば、エッチング液、洗浄液等）を満たす。ウェハ処理槽１０の上部の周囲には、ウェハ処理槽１０から溢れた処理液を一旦貯留するためのオーバーフロー槽２０が設けられている。オーバーフロー槽２０に一旦貯留された処理液は、オーバーフロー槽２０の底部から循環器２１に向けて排出パイプ２１ａを通して排出される。循環器２１は、排出された処理液をフィルタリングしてパーティクルを除去し、供給パイプ２１ｂを介してウェハ処理槽１０の底部に送り出す。したがって、ウェハ処理槽１０内のパーティクルが効率的に除去される。
【００３１】
ウェハ処理槽１０の深さは、ウェハ４０が完全に埋没する深さにする必要がある。これにより処理液と大気との界面においてパーティクルがウェハ４０に吸着することを防止することができ、また、ウェハ４０をより均一に処理することができる。
【００３２】
ウェハを処理液中に完全に浸漬して処理した場合は、処理液中においてウェハにパーティクルが付着したとしても、そのパーティクルが処理液中に戻ることが容易である。しかしながら、ウェハの一部のみを処理液中に浸漬する場合は、処理液と大気との界面で付着したパーティクルはウェハから離れにくく、ウェハに付着したまま大気中に晒されることになる。このようにして付着したパーティクルは、その付着部分が再び処理液中に浸漬されてもウェハから離れにくい。特に、ウェハの表面が疎水性を有する場合（例えば、シリコン酸化膜が形成されていないシリコンウェハ等）は、ウェハの表面が乾燥状態に晒されるために、パーティクルがウェハの表面に完全に吸着し、その除去が一層困難になる。
【００３３】
ウェハ処理槽１０の下部には、超音波槽３０が配置されている。超音波槽３０の内部には、調整機構３２により超音波源３１が支持されている。この調整機構３２には、超音波源３１とウェハ処理槽１０（ウェハ４０）との相対的な位置関係を調整するための機構として、超音波源３１の上下方向の位置を調整するための機構と、水平方向の位置を調整する機構とを有し、この機構により、ウェハ処理槽１０、より詳しくはウェハ４０に供給される超音波を最適化することができる。超音波源３１は、発生する超音波の周波数や強度を調整する機能を備えることが好ましく、これにより超音波の供給をさらに最適化することができる。
【００３４】
このように、ウェハ４０に対する超音波の供給を最適化するための機構を備えることにより、多様な種類のウェハに個別に対応可能になる。さらに、ウェハ４０を処理しながら、調整機構３２により超音波源３１の位置を揺動させることにより、ウェハ４０に施す処理を均一化することができる。また、ウェハ４０を処理しながら超音波の周波数を変動させることよっても、ウェハ４０に施す処理を均一化することができる。
【００３５】
超音波槽３０には、超音波伝達媒体（例えば、水）が満たされており、この超音波伝達媒体によりウェハ処理槽１０に超音波が伝達される。
【００３６】
ウェハ４０は、ウェハホルダ４１によってウェハ処理槽１０の底面に対して略垂直に保持される。ウェハホルダ４１は、ウェハ処理槽１０に対して着脱可能である。ウェハホルダ４１としては、一般的に使用されているキャリアカセットが好適である。ウェハホルダ４１は、ウェハ処理槽１０の底面に固定された位置合わせ部材４２により所定位置にセットされる。
【００３７】
ウェハ４０の下方には、ウェハ４０を上下動させながら回転させるためのウェハ回転部材５０が配置されている。図３は、ウェハ回転部材５０の構成例を示す斜視図である。
【００３８】
ウェハ回転部材５０は、略平行に配された２本のウェハ回転ロッド５３を連結ロッド５４により連結し、連結ロッド５４の略中心位置に回転軸５２が連結されている。ウェハ回転部材５０は、この回転軸５２を軸支持部材１１により回動可能に支持されている。なお、回転軸５２の反対側にも回転軸を設けても良い。
【００３９】
このように、ウェハ回転ロッド５３が回転して仮想的に形成される円筒の径よりもウェハ回転ロッド５３の径を十分に小さくすることによって、ウェハ４０に対する回転トルクの伝達を効率化すると共に超音波の伝達を効率化することができる。
通常、ウェハ処理槽１０の底面と液面との間には定在波、すなわち、超音波の強度が強い部分と弱い部分とが形成されるが、このウェハ処理装置１００は、ウェハ回転部材５０の回転によりウェハ４０を上下動させながら回転させるため、ウェハ４０に施す処理を均一化することができる。
【００４０】
このウェハ回転部材５０は、ウェハ処理槽１０の底面とウェハ４０との間で超音波の伝達を阻害する部材を最小化した構造を有するため、ウェハ４０に対する超音波の伝達を極めて効率化することができる。また、ウェハ回転部材５０は、処理液を攪袢する機能をも有し、この攪袢によってもウェハ４０に施す処理が均一化される。
【００４１】
ところで、ウェハ回転ロッド５３は、ウェハ４０と接触する際の摩擦力を高めることができる形状にすることが好ましい。これは、超音波を印加した際にウェハ４０とウェハ回転ロッド５３とが滑ることを防止するためである。
【００４２】
図６は、ウェハ回転ロッド５３の他の構成例を示す断面図である。このウェハ回転ロッド５３には、ウェハ４０と係合する多数のＶ型の溝５３ａが鋸状に設けられている。このように、ウェハ回転ロッド５３の表面をウェハ４０を挟むような形状にすることにより、超音波を印加した際のウェハ４０とウェハ回転ロッド５３との滑りを抑制することができる。
【００４３】
図７は、ウェハ回転ロッド５３のさらに他の構成例を示す断面図である。このウェハ回転ロッド５３の断面は、正弦波状の形状を有し、ウェハ４０の外周部と略面接触的に接触すると共にウェハ４０を挟むことができる。したがって、超音波を印加した際のウェハ４０とウェハ回転ロッド５３との滑りを抑制する効果が高い。
【００４４】
さらに、このウェハ回転ロッド５３は、図６に示すウェハ回転ロッド５３の如き鋭角的な部分を持たないため、ウェハ４０との接触時において発生し得るパーティクルをを低減することができる。この効果は、例えば、全波整流波状の溝５３ｃを備えることによっても達成される。
【００４５】
図８は、ウェハ回転ロッド５３の断面形状の例を示す図である。ウェハ回転ロッド５３の断面形状としては、種々の形状を採用し得る。例えば、図８（ａ）の如き円形であっても良いし、図８（ｂ）の如き楕円形であっても良いし、図８（ｃ）の如き形状であっても良い。
【００４６】
ウェハ回転部材５０の回転軸５２は、ウェハ４０の重心位置の直下からウェハホルダ４１の側壁方向（ｘ軸方向）にずれた位置に配置されることが好ましい。
【００４７】
ウェハ回転ロッド５０の回転方向は特に限定されないが、図２に示すように、ウェハ４０の重心の直下に近い方のウェハ回転ロッド５３によってウェハ４０を持ち上げる方向（以下、持ち上げ方向）が好ましい。この持ち上げ方向にウェハ回転ロッド５０を回転させるとウェハ４０に対して略垂直方向に力が作用するため、ウェハ４０とウェハホルダ４１の側壁との間の摩擦が小さいからである。
【００４８】
図４は、ウェハ回転部材５０を持ち上げ方向に回転させた場合のウェハ４０の運動を示す図である。同図において、Ａは持ち上げ方向、Ｂはウェハ４０の回転方向を示している。ウェハ４０は、（ａ）に示す状態より、その重心の直下側のウェハ回転ロッド５３により略垂直方向に持ち上げられながらＢ方向に回転する。そして、（ｂ）に示す状態を経て、ウェハ回転ロッド５３が１８０度回転することにより（ａ）に示す状態に戻る。したがって、ウェハ４０は、上下に揺動しながら回転することになる。
【００４９】
このウェハ回転部材５０は、２本のウェハ回転ロッド５３が円筒状をなすように回転するため、オリエンテーション・フラットを有するウェハに対しても適切に回転力を伝達することができる。図５は、オリエンテーション・フラットを有するウェハ４０の運動を示す図である。
【００５０】
なお、ウェハ回転ロッド５３の本数は、ウェハ４０の回転・上下動を効率化しつつ超音波の伝達を阻害しないようにするためには、上記のように２本とすることが好ましい。しかし、ウェハ回転ロッド５３の本数は１本であっても良く、この場合にもウェハ４０を回転・上下動させることはできる。また、超音波の伝達の阻害が許容できる範囲であれば、ウェハ回転ロッド５３の本数を３本以上（例えば、これらを円筒状に配置する）であっても良い。
【００５１】
図９は、モータ５９が発生する駆動トルクをウェハ回転部材５０の回転軸５２に伝達する機構を示す図である。モータ５９が発生する駆動トルクは、クランク５８及び連結ロッド５７を介してクランク５５に伝達される。クランク５５の一端は、回転軸５２と勘合するように連結され、他端は軸受５８によって回動可能に支持されている。回転軸５２は、軸支持部材１１に設けられた軸受部１１ａによって回動可能に支持されており、クランク５５から駆動トルクを伝達されて回転する。
【００５２】
ウェハ回転機構は上記の構成に限定されず、各ウェハ回転ロッドを同一方向に回転させることができれば十分である。例えば、モータが発生する駆動トルクをウェハ回転部材に伝達するために、クランク機構の代わりに傘歯ギアやベルト等を用いても良い。
【００５３】
この実施の形態においては、軸支持部材１１によって、ウェハ４０側とクランク５５側とを仕切っている。これは、クランク５５と連結ロッド５７との摩擦、クランク５５と軸受部５８との摩擦によって発生し得るパーティクルがウェハ４０側に流動することを防止するためである。
【００５４】
パーティクルがウェハ４０側に流動することをより完全に防止するためには、図１に示すように、軸支持部材１１をウェハ処理槽１０の上端（若しくはさらにその上）まで伸してウェハ処理槽１０を２分することが好ましい。
【００５５】
ただし、軸受部１１ａを介して、クランク５５側で発生したパーティクルがウェハ４０側に流動する可能性や、軸受部１１ａにおいてパーティクルが発生する可能性はある。
【００５６】
そこで、このウェハ処理装置１００は、処理液をウェハ処理槽１０に供給する供給口２１ｃをウェハ処理槽１０の底部付近に配置して、ウェハ処理槽１０の底部から上方に向かって処理液が循環するように構成してある。さらに、このウェハ処理装置１００は、ウェハ４０側に供給口２１ｃを多数配置することにより、クランク５５側の処理液がウェハ４０側に移動しないように、処理液の流動方向を調整している。したがって、クランク５５側で発生し得るパーティクルによるウェハ４０の汚染の可能性が低減される。
【００５７】
なお、このようなパーティクルによるウェハ４０の汚染を防止する手段は他にもある。例えば、各供給口２１ｃの径を調整することが好適である。
【００５８】
［第２の実施の形態］
この実施の形態は、第１の実施の形態に係るウェハ処理装置を適用したウェハ処理方法及び該ウェハ処理方法を工程の一部に含む半導体基板の製造方法を提供する。
【００５９】
図１０は、半導体ウェハの製造方法を示す工程図である。概略的に説明すると、この製造方法は、単結晶シリコン基板に多孔質シリコン層を形成し、該多孔質シリコン層の上に非多孔質層を形成し、その上に好ましくは絶縁膜を形成した第１の基板と、別途用意した第２の基板とを、該絶縁膜を挟むようにして張り合わせた後に、第１の基板の裏面から単結晶シリコン基板を除去し、さらに多孔質シリコン層をエッチングして半導体基板を製造するものである。
【００６０】
以下、図１０を参照しながら半導体基板の具体的な製造方法を説明する。
【００６１】
先ず、第１の基板を形成するための単結晶Ｓｉ基板５０１を用意して、その主表面上に多孔質Ｓｉ層５０２を形成する（図１０（ａ）参照）。次いで、多孔質Ｓｉ層５０２の上に少なくとも一層の非多孔質層５０３を形成する（図１０（ｂ）参照）。非多孔質層５０３としては、例えば、単結晶Ｓｉ層、多結晶Ｓｉ層、非晶質Ｓｉ層、金属膜層、化合物半導体層、超伝導体層等が好適である。また、非多孔質層５０３には、ＭＯＳＦＥＴ等の素子を形成しても良い。
【００６２】
非多孔質層５０３の上には、ＳｉＯ2層５０４を形成し、これを第１の基板とすることが好ましい（図１０（ｃ）参照）。このＳｉＯ2層５０４は、後続の工程で第１の基板と第２の基板５０５とを貼り合わせた際に、その貼り合わせの界面の界面準位を活性層から離すことができるという意味でも有用である。
【００６３】
次いで、ＳｉＯ2層５０４を挟むようにして、第１の基板と第２の基板５０５とを室温で密着させる（図１０（ｄ）参照）。その後、陽極接合処理、加圧処理、あるいは必要に応じて熱処理を施すこと、あるいはこれらの処理を組合わせることにより、貼り合わせを強固なものにしても良い。
【００６４】
非多孔質層５０３として、単結晶Ｓｉ層を形成した場合には、該単結晶Ｓｉ層の表面に熱酸化等の方法によってＳｉＯ2層５０３を形成した後に第２の基板５０５と貼り合わせることが好ましい。
【００６５】
第２の基板５０５としては、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2層を形成した基板、石英等の光透過性の基板、サファイヤ等が好適である。しかし、第２の基板５０５は、貼り合わせに供される面が十分に平坦であれば十分であり、他の種類の基板であっても良い。
【００６６】
なお、図１０（ｄ）は、ＳｉＯ2層５０４を介して第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた状態を示しているが、このＳｉＯ2層５０４は、非多孔質層５０３または第２の基板がＳｉでない場合には設けなくても良い。
【００６７】
また、貼り合わせの際には、第１の基板と第２の基板との間に絶縁性の薄板を挟んでも良い。
【００６８】
次いで、多孔質Ｓｉ層５０３を境にして、第１の基板を第２の基板より除去する（図１０（ｅ）参照）。除去の方法としては、研削、研磨或いはエッチング等による第１の方法（第１の基板を廃棄）と、多孔質層５０３を境にして第１の基板と第２の基板とを分離する第２の方法とがある。第２の方法の場合、分離された第１の基板に残留した多孔質Ｓｉを除去し、必要に応じてその表面を平坦化することにより再利用することができる。
【００６９】
次いで、多孔質Ｓｉ層５０２を選択的にエッチングして除去する（図１０（ｆ）参照）。このエッチングには、ウェハ処理装置１０が好適である。このウェハ処理装置は、ウェハ（この場合、図１０（ｅ）に示すウェハ）をエッチング液に完全に浸漬して運動（例えば、回転運動、上下運動等）させながら、超音波を供給するため、パーティクルによるウェハの汚染が少なく、エッチング処理が均一化される。さらに、このウェハ処理装置に拠れば、多孔質層のエッチング時間が短くなり、非多孔質層５０３と多孔質層５０４とのエッチング選択比が高くなる。エッチング時間が短くなるのは、超音波によりエッチングが促進されるからであり、エッチング選択比が高くなるのは、超音波によるエッチングの促進は、非多孔質層５０３よりも多孔質層５０４に対して顕著に起こるからであると考えられる。
【００７０】
非多孔質層５０３が単結晶Ｓｉである場合は、Ｓｉの通常のエッチング液の他、以下のエッチング液が好適である。
【００７１】
（ａ）弗酸
（ｂ）弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液
（ｃ）バッファード弗酸
（ｄ）バッファード弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液
（ｅ）弗酸・硝酸・酢酸の混合液
これらのエッチング液により、多孔質層５０２を選択的にエッチングし、その下層である非多孔質層５０３（単結晶Ｓｉ）を残すことができる。このようなエッチング液による選択的なエッチングが容易なのは、多孔質Ｓｉは、膨大な表面積を有するため、非多孔質Ｓｉ層に対してエッチングの進行が極めて速いためである。
【００７２】
図１０（ｅ）は、上記の製造方法により得られる半導体基板を模式的に示している。この製造方法に拠れば、第２の基板５０５の表面の全域に亘って、非多孔質層５０３（例えば、単結晶Ｓｉ層）が平坦かつ均一に形成される。
【００７３】
例えば、第２の基板５０５として絶縁性の基板を採用すると、上記製造方法によって得られる半導体基板は、絶縁された電子素子の形成に極めて有用である。
【００７４】
次に、ウェハ処理装置１００によるウェハ処理及び該ウェハ処理を工程の一部に含む半導体ウェハの製造方法に関する実施例を説明する。
【００７５】
［実施例１］
この実施例は洗浄処理に関する。
【００７６】
超純水が満たされたウェハ処理槽１０内にウェハをセットし、ウェハを回転させながら、約１ＭＨｚの超音波を印加してウェハを洗浄した。この洗浄によりウェハ表面のパーティクルの９０％以上が除去され、また、パーティクルの除去はウェハ表面において均一になされた。
【００７７】
［実施例２］
この実施例は、アンモニア、過酸化水素水、純水の混合液による洗浄処理に関する。この混合液による洗浄はシリコンウェハの表面のパーティクルを除去するために好適である。
【００７８】
約８０℃のアンモニア、過酸化水素水、純水の混合液が満たされたウェハ処理槽１０内にシリコンウェハをセットし、該ウェハを回転させながら、約１ＭＨｚの超音波を印加して、該ウェハを洗浄した。この洗浄によりウェハ表面のパーティクルの９５％以上が除去され、また、パーティクルの除去はウェハ表面において均一になされた。
【００７９】
［実施例３］
この実施例は、シリコン層のエッチングに関する。
【００８０】
弗酸、硝酸、酢酸を１：２００：２００の割合で混合した混合液が満たされたウェハ処理槽１０内にシリコンウェハをセットし、該ウェハを回転させながら、約０．５ＭＨｚの超音波を印加して、該ウェハの表面を３０秒間エッチングした。この結果、シリコンウェハが均一に約１．０μｍエッチングされた。この時のエッチング速度の均一性は、ウェハの面内及びウェハ間で±５％以下であった。
【００８１】
［実施例４］
この実施例は、ＳｉＯ2層のエッチング処理に関する。ＳｉＯ2層のエッチングには弗酸が好適である。
【００８２】
１．２％の弗酸が満たされたウェハ処理槽１０内に、ＳｉＯ2層が形成されたウェハをセットし、該ウェハを回転させながら、約０．５ＭＨｚの超音波を印加して、ＳｉＯ2層を３０秒間エッチングした。この結果、ＳiＯ2層が均一に約４ｎｍエッチングされた。この時のエッチング速度の均一性は、ウェハの面内及びウェハ間で±３％以下であった。
【００８３】
［実施例５］
この実施例は、Ｓｉ3Ｎ4層のエッチング処理に関する。Ｓｉ3Ｎ4層のエッチングには熱濃燐酸が好適である。
【００８４】
熱濃燐酸が満たされたウェハ処理槽１０内に、Ｓｉ3Ｎ4層が形成されたウェハをセットし、該ウェハを回転させながら、約０．５ＭＨｚの超音波を印加して、Ｓｉ3Ｎ4層をエッチングした。この結果、Ｓｉ3Ｎ4層が均一に約１００ｎｍエッチングされた。この時のエッチング速度の均一性は、ウェハの面内及びウェハ間で±３％以下であった。
【００８５】
［実施例６］
この実施例は、多孔質シリコン層のエッチングに関する。多孔質シリコン層のエッチングには、弗酸、過酸化水素水、純水の混合液が好適である。
【００８６】
弗酸、過酸化水素水、純水の混合液が満たされたウェハ処理槽１０内に、多孔質シリコン層を有するウェハをセットし、該ウェハを回転させながら、約０．２５ＭＨｚの超音波を印加して、多孔質シリコン層をエッチングした。この結果、多孔質シリコン層が均一に５μｍエッチングされた。この時のエッチング速度の均一性は、ウェハの面内及びウェハ間で±３％以下であった。
【００８７】
なお、K.Sakaguchi et al.,Jpn.Appl.Phys.Vol.34,part1,No.2B,842-847(1995)において、多孔質シリコンのエッチングのメカニズムが開示されている。この文献によると、多孔質シリコンは、エッチング液が毛細管現象によって多孔質シリコンの微細孔に染み込んで該微細孔の孔壁をエッチングすることによりエッチングされる。孔壁が薄くなると、該孔壁は自立できなくなり、最終的には多孔質層が全面的に崩壊しエッチングが終了する。
【００８８】
［実施例７］
この実施例は、ＳＯＩウェハの製造方法に関する。図１０は、本実施例に係るＳＯＩウェハの製造方法を示す工程図である。
【００８９】
先ず、第１の基板を形成するための単結晶Ｓｉ基板５０１をＨＦ溶液中において陽極化成して、多孔質Ｓｉ層５０２を形成した（図１０（ａ）参照）。この陽極化成条件は、以下の通りである。
【００９０】
電流密度       ：７（ｍＡ／ｃｍ2）
陽極化成溶液   ：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
時間           ：１１（ｍｉｎ）
多孔質Ｓiの厚み：１２（μｍ）
次いで、この基板を酸素雰囲気中において４００℃で１時間酸化させた。この酸化により多孔質Ｓｉ層５０２の孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。
【００９１】
次いで、多孔質Ｓｉ層５０２上にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により０．３０μｍの単結晶Ｓｉ層５０３をエピタキシャル成長させた（図１０（ｂ）参照）。このエピタキシャル成長条件は、以下の通りである。
【００９２】
ソースガス：ＳiＨ2Ｃl2／Ｈ2
ガス流量  ：０．５／１８０（ｌ／ｍｉｎ）
ガス圧力  ：８０（Ｔｏｒｒ）
温度      ：９５０（℃）
成長速度  ：０．３（μｍ／ｍｉｎ）
次いで、単結晶Ｓｉ層（エピタキシャル層）５０３上に熱酸化により２００ｎｍのＳiＯ2層５０４を形成した（図１０（ｃ）参照）。
【００９３】
次いで、このようにして形成した図１０（ｃ）に示す第１の基板と、第２の基板であるＳｉ基板５０５とを、ＳｉＯ2層５０４を挟むようにして貼り合わせた（図１０（ｄ）参照）。
【００９４】
次いで、第１の基板より単結晶Ｓｉ基板５０１を除去して、多孔質Ｓｉ層５０２を表出させた（図１０（ｅ）参照）。
【００９５】
次いで、弗酸、過酸化水素水、純水の混合液が満たされたウェハ処理層１０内に、図１０（ｅ）に示すウェハをセットし、このウェハを回転させながら、約０．２５ＭＨｚの超音波を印加し、多孔質Ｓｉ層５０２をエッチングした（図１０（ｆ）参照）。この際、多孔質Ｓｉ層５０２のエッチング速度の均一性は、面内及びウェハ間で±５％以下であった。このように、ウェハを回転させながら超音波を印加することにより、多孔質Ｓｉの崩壊（エッチング）をウェハ面内及びウェハ間で均一に促進することができる。
【００９６】
多孔質Ｓｉ層５０２のエッチングにおいて、単結晶Ｓｉ層（エピタキシャル層）５０３はエッチングストップ膜として機能する。したがって、多孔質Ｓｉ層５０２がウェハの全面において選択的にエッチングされる。
【００９７】
すなわち、上記のエッチング液による単結晶Ｓｉ層５０３のエッチング速度は極めて低く、多孔質Ｓｉ層５０２と単結晶Ｓｉ層５０３とのエッチング選択比は１０の５乗以上である。したがって、単結晶Ｓｉ層５０３がエッチングされる量は、数十Å程度であり、実用上無視できる。
【００９８】
図１０（ｆ）は、上記の工程により得られたＳＯＩウェハを示している。このＳＯＩウェハは、ＳｉＯ2層５０４上に０．２μｍ厚の単結晶Ｓｉ層５０３を有する。この単結晶Ｓｉ層５０３の膜厚を面内全面に亘って１００点について測定したところ、膜厚は２０１ｎｍ±４ｎｍであった。
【００９９】
この実施例では、さらに、水素雰囲気中において１１００℃で熱処理を約１時間施した。そして、ＳＯＩウェハの表面の粗さを原子間力顕微鏡で評価したところ、５μｍ角の領域における平均自乗粗さは約０．２ｎｍであった。これは、通常市販されているＳｉウェハと同等の品質である。
【０１００】
また、上記の熱処理の後に、透過電子顕微鏡によってＳＯＩウェハの断面を観察した。その結果、単結晶Ｓｉ層５０３には、新たな結晶欠陥が発生しておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。
【０１０１】
ＳｉＯ2膜は、上記のように第１の基板の単結晶Ｓｉ膜（エピタキシャル層）５０３上に形成する他、第２の基板５０５の表面に形成しても良いし、両者に形成しても良く、この場合においても上記と同様の結果が得られた。
【０１０２】
また、第２の基板として、石英等の光透過性のウェハを用いても、上記の工程により良好なＳＯＩウェハを形成することができた。ただし、石英（第２の基板）と単結晶Ｓｉ層５０３との熱膨張係数の際により単結晶Ｓｉ層５０３にスリップが入ることを防止するため、水素雰囲気中での熱処理は、１０００℃以下の温度で行った。
【０１０３】
［実施例８］
この実施例は、ＳＯＩウェハの他の製造方法に関する。図面により表現できる工程は、図１０に示す工程と同様であるため、図１０を参照しながら説明する。
【０１０４】
先ず、第１の基板を形成するための単結晶Ｓi基板５０１をＨＦ溶液中において陽極化成して多孔質５０２を形成した（図１０（ａ）参照）。この陽極化成条件は、以下の通りである。
【０１０５】
第１段階：
電流密度       ：７（ｍＡ／ｃｍ2）
陽極化成溶液   ：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
時間           ：５（ｍｉｎ）
多孔質Ｓiの厚み：５．５（μｍ）
第２段階：
電流密度       ：２１（ｍＡ／ｃｍ2）
陽極化成溶液   ：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
時間           ：２０（ｓｅｃ）
多孔質Ｓiの厚み：０．５（μｍ）
次いで、この基板を酸素雰囲気中において４００℃で１時間酸化させた。この酸化により多孔質Ｓi層５０２の孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。
【０１０６】
次いで、多孔質Ｓi層５０２上にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により０．１５μｍの単結晶Ｓi層５０３をエピタキシャル成長させた（図１０（ｂ）参照）。このエピタキシャル成長条件は、以下の通りである。
【０１０７】
ソースガス：ＳiＨ2Ｃl2／Ｈ2
ガス流量  ：０．５／１８０（ｌ／ｍｉｎ）
ガス圧力  ：８０（Ｔｏｒｒ）
温度      ：９５０（℃）
成長速度  ：０．３（μｍ／ｍｉｎ）
次いで、単結晶Ｓｉ（エピタキシャル層）５０３上に酸化により１００ｎｍのＳiＯ2層５０４を形成した（図１０（ｃ）参照）。
【０１０８】
次いで、このようにして形成した図１０（ｃ）に示す第１の基板と、第２のＳｉ基板５０５とを、ＳiＯ2層５０４を挟むようにして貼り合わせた（図１０（ｄ）参照）。
【０１０９】
次いで、電流密度を２１ｍＡ／ｃｍ2（第２段階）として形成した多孔質Ｓｉ層を境にして、貼り合わせウェハを２枚に分離し、第２の基板５０５側の表面上に、多孔質Ｓｉ層５０３を表出させた（図１０（ｅ）参照）。貼り合わせたウェハの分離方法としては、１）両基板を機械的に引っ張る、２）ねじる、３）加圧する、４）楔をいれる、５）端面から酸化して剥がす、６）熱応力を利用する、７）超音波を当てる等があり、これらの方法を任意に選択して採用し得る。
【０１１０】
次いで、弗酸、過酸化水素水、純水の混合液が満たされたウェハ処理層１０内に、図１０（ｅ）に示すウェハをセットし、このウェハを回転させながら、約０．２５ＭＨｚの超音波を印加し、多孔質Ｓｉ層５０２をエッチングした（図１０（ｆ）参照）。この際、多孔質Ｓｉ層５０２のエッチング速度の均一性は、面内及びウェハ間で±５％以下であった。このように、ウェハを回転させながら超音波を印加することにより、多孔質Ｓｉの崩壊（エッチング）をウェハ面内及びウェハ間で均一に促進することができる。
【０１１１】
多孔質Ｓｉ層５０２のエッチングにおいて、単結晶Ｓｉ層（エピタキシャル層）５０３はエッチングストップ膜として機能する。したがって、多孔質Ｓｉ層５０２がウェハの全面において選択的にエッチングされる。
【０１１２】
すなわち、上記のエッチング液による単結晶Ｓｉ層５０３のエッチング速度は極めて低く、多孔質Ｓｉ層５０２と単結晶Ｓｉ層５０３とのエッチング選択比は１０の５乗以上である。したがって、単結晶Ｓｉ層５０３がエッチングされる量は、数十Å程度であり、実用上無視できる。
【０１１３】
図１０（ｆ）は、上記の工程により得られたＳＯＩウェハを示している。このＳＯＩウェハは、ＳｉＯ2層５０４上に０．１μｍ厚の単結晶Ｓｉ層５０３を有する。この単結晶Ｓｉ層５０３の膜厚を面内全面に亘って１００点について測定したところ、膜厚は１０１ｎｍ±３ｎｍであった。
【０１１４】
この実施例では、さらに、水素雰囲気中において１１００℃で熱処理を約１時間施した。そして、ＳＯＩウェハの表面の粗さを原子間力顕微鏡で評価したところ、５μｍ角の領域における平均自乗粗さは約０．２ｎｍであった。これは、通常市販されているＳｉウェハと同等の品質である。
【０１１５】
また、上記の熱処理の後に、透過電子顕微鏡によってＳＯＩウェハの断面を観察した。その結果、単結晶Ｓｉ層５０３には、新たな結晶欠陥が発生しておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。
【０１１６】
ＳｉＯ2膜は、上記のように第１の基板の単結晶Ｓｉ膜（エピタキシャル層）５０３上に形成する他、第２の基板５０５の表面に形成しても良いし、両者に形成しても良く、この場合においても上記と同様の結果が得られた。
【０１１７】
また、第２の基板として、石英等の光透過性のウェハを用いても、上記の工程により良好なＳＯＩウェハを形成することができた。ただし、石英（第２の基板）と単結晶Ｓｉ層５０３との熱膨張係数の際により単結晶Ｓｉ層５０３にスリップが入ることを防止するため、水素雰囲気中での熱処理は、１０００℃以下の温度で行った。
【０１１８】
この実施例においては、貼り合わせたウェハを２枚に分離して得られた第１の基板側（以下、分離基板）を再利用することができる。すなわち、分離基板の表面に残留する多孔質Ｓｉ膜を、上記の多孔質Ｓｉ膜のエッチング方法と同様の方法で選択的にエッチングして、その結果物を処理（例えば、水素雰囲気中でのアニール、表面研磨等の表面処理）することにより分離基板を第１の基板または第２の基板として再利用することができる。
【０１１９】
第７及び第８の実施例では、多孔質Ｓi層上の単結晶Ｓｉ層を形成するためにエピタキシャル成長法を採用した例であるが、単結晶Ｓｉ層の形成には、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ法、液相成長法等の他の様々な方法を使用し得る。
【０１２０】
また、多孔質Ｓi層上には、ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の単結晶化合物半導体層をエピタキシャル成長法により形成することができ、この場合、”ＧａＡｓ ｏｎ Ｓi”、”ＧａＡｓ  ｏｎ Ｇｌａｓｓ(Quartz)”等の高周波デバイスや、ＯＥＩＣに適したウェハを作製することもできる。
【０１２１】
また、多孔質Ｓi層を選択的にエッチングするためのエッチング液としては、例えば４９％弗酸と３０％過酸化水素水との混合液が好適であるが、以下のエッチング液も好適である。多孔質Ｓｉは、膨大な表面積を有するため、選択的なエッチングが容易だからである。
【０１２２】
（ａ）弗酸
（ｂ）弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液
（ｃ）バッファード弗酸
（ｄ）バッファード弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくとも一方を添加した混合液
（ｅ）弗酸・硝酸・酢酸の混合液
なお、他の工程についても、上記の実施例における条件に限定されず、様々な条件を採用し得る。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明に拠れば、パーティクルによるウェハの汚染が低減され、ウェハに施す処理が均一化される。
【０１２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るウェハ処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すウェハ処理装置の断面図である。
【図３】ウェハ回転部材の構成例を示す斜視図である。
【図４】ウェハ回転部材を持ち上げ方向に回転させた場合のウェハの運動を示す図である。
【図５】オリエンテーション・フラットを有するウェハの運動を示す図である。
【図６】ウェハ回転ロッドの他の構成例を示す断面図である。
【図７】ウェハ回転ロッドのさらに他の構成例を示す断面図である。
【図８】ウェハ回転ロッドの断面形状の例を示す図である。
【図９】モータが発生する駆動トルクをウェハ回転部材の回転軸に伝達する機構を示す図である。
【図１０】半導体ウェハの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０  ウェハ処理槽
１１  軸支持部材
１１ａ  軸受部
２０  オーバーフロー槽
２１  循環器
２１ａ  排出パイプ
２１ｂ  供給パイプ
２１ｃ  供給口
３０  超音波槽
３１  超音波源
３２  調整機構
４０  ウェハ
４１  ウェハホルダ
４２  位置合せ部材
５０  ウェハ回転部材
５２  回転軸
５３  ウェハ回転ロッド
５３ａ〜５３ｃ  溝
５４  連結ロッド
５５  クランク
５７  連結ロッド
５８  軸受部
５９  モータ
１００  ウェハ処理装置
５０１  単結晶Ｓｉ基板
５０２  多孔質Ｓｉ層
５０３  非多孔質層
５０４  ＳｉＯ2層
５０５  第２の基板
【図１】
0003831877.tif 000002
【図２】
0003831877.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003831877.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003831877.tif 000007
【図７】
0003831877.tif 000008
【図８】
0003831877.tif 000009
【図９】
0003831877.tif 000010
【図１０】
0003831877.tif 000011