JP6287920B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入剥離法による貼り合わせウェーハの製造方法に関し、特に、ＥＴＳＯＩ（Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ Ｔｈｉｎ ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、極めて薄いＳＯＩ）と呼ばれ、ＳＯＩ層膜厚が３０ｎｍ以下で、ウェーハ面内で±０．５ｎｍの膜厚均一性が要求されるＳＯＩウェーハの製造方法に関する。

ＳＯＩウェーハの製造方法、特に先端集積回路の高性能化を可能とする薄膜ＳＯＩウェーハの製造方法として、イオン注入したウェーハを貼り合わせ後に剥離してＳＯＩウェーハを製造する方法（イオン注入剥離法：スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる方法）が注目されている。

このイオン注入剥離法は、二枚のシリコンウェーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウェーハ（ボンドウェーハ）の上面から水素イオン又は希ガスイオン等のガスイオンを注入し、ウェーハ内部にイオン注入層（微小気泡層又は封入層とも呼ぶ）を形成する。その後、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ウェーハ（ベースウェーハ）と密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウェーハ（ボンドウェーハ）を薄膜状に剥離する。さらに、熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウェーハを製造する技術である（特許文献１）。この段階では、劈開面（剥離面）がＳＯＩ層の表面となっており、ＳＯＩ膜厚が薄くてかつ均一性も高いＳＯＩウェーハが比較的容易に得られている。

しかし、剥離後のＳＯＩウェーハ表面にはイオン注入によるダメージ層が存在し、また、表面粗さが通常のシリコンウェーハの鏡面に比べて大きなものとなっている。したがって、イオン注入剥離法では、このようなダメージ層と表面粗さを除去することが必要になる。従来、このダメージ層等を除去するために、結合熱処理後の最終工程において、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨（取り代：１００ｎｍ程度）が行われていた。ところが、ＳＯＩ層に機械加工的要素を含む研磨をしてしまうと、研磨の取り代が均一でないために、水素イオンなどの注入と剥離によって達成されたＳＯＩ層の膜厚均一性が悪化してしまうという問題が生じる。

このような問題点を解決する方法として、タッチポリッシュの代わりに高温熱処理を行って表面粗さを改善する平坦化処理が行われるようになってきている（特許文献２、３、４）。平坦化処理が行われるようになったことによって、現在では、直径３００ｍｍでＳＯＩ層の膜厚レンジ（面内膜厚の最大値から最小値を引いた値）が３ｎｍ以内（すなわち、ウェーハ面内で±１．５ｎｍ）の優れた膜厚均一性を有するＳＯＩウェーハが、イオン注入剥離法によって量産レベルで得られている。

一方、イオン注入剥離法において、剥離後の減厚処理としてＳＯＩ層をアンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液（ＳＣ１）でエッチングすることによって面内均一に減厚する方法（特許文献５）や、ＳＣ１によるエッチングによりＳＯＩ層の膜厚調整を行う方法（特許文献６）が開示されている。

特開平５−２１１１２８号公報 特開平１１−３０７４７２号公報 特開２０００−１２４０９２号公報 再公表特許 ＷＯ２００３／００９３８６ 特開２０００−１７３９７６号公報 特開２００４−３１１５２６号公報

近年の携帯型端末の普及に伴い、半導体デバイスの低消費電力化、微細化、高機能化が必要となっており、デザインルールで２２ｎｍ世代以降の有力な候補として、ＳＯＩウェーハを用いた完全空乏型のデバイス開発が行われている。この完全空乏型デバイスでは、ＳＯＩの膜厚が１０ｎｍ程度と非常に薄くなることに加えて、ＳＯＩの膜厚分布がデバイスの閾値電圧に影響することから、ＳＯＩの面内膜厚分布として膜厚レンジが１ｎｍ以下（すなわち、ウェーハ面内で±０．５ｎｍ）程度の膜厚均一性が求められているが、量産レベルではこの要求を満たすことは非常に困難であった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、膜厚調整のためのエッチング後も膜厚均一性が維持された貼り合わせウェーハを高歩留りで製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製した後、前記薄膜の減厚加工を行う貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記減厚加工を行う工程は、温度調節されたエッチング液を満たした薬液槽に前記貼り合わせウェーハを浸漬して前記薄膜をエッチングすることによって前記薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階を含み、
前記エッチング段階において、前記薬液槽の開口部を蓋で覆った状態で前記薄膜をエッチングすること、及び、少なくとも前記薬液槽と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態で前記薄膜をエッチングすること、のいずれか一方又は両方を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。

このように薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階において、薬液槽の開口部を蓋で覆った状態で薄膜をエッチングすること、及び、少なくとも薬液槽と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態で薄膜をエッチングすること、のいずれか一方又は両方を行うことで、薬液槽内の薬液の温度均一性を向上させることができ、膜厚調整のためのエッチング後も膜厚均一性が維持された貼り合わせウェーハを高歩留りで製造することができる。

またこのとき、前記ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを用い、前記エッチング液としてアンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液を用いるこことができる。
ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを好適に用いることができる。
また、アンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液は、パーティクルや有機物汚染の除去能力が高いため、エッチング液として好適に用いることができる。

またこのとき、前記温度調節は、５０℃以上、８０℃以下の温度に調節することが好ましい。
エッチング液の温度が５０℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が８０℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。

またこのとき、前記薬液槽として、
石英からなり、前記エッチング液を貯留し、複数の前記貼り合わせウェーハを前記エッチング液中に浸漬する槽本体部と、
石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記エッチング液を受けるオーバーフロー受部と、
前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部と
を備え、
前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されているものを用いて前記エッチングを行うことが好ましい。
このような薬液槽を用いれば、断熱壁部と槽本体部の側壁との間に形成される中空層によって槽本体部の壁面からの放熱を低減させることができるとともに、中空層内で空気の対流が起こることで槽本体部の壁面内の温度均一性を向上させることができる。このため、槽本体部内のエッチング液の温度均一性を向上させることができ、膜厚調整のためのエッチング後も膜厚均一性が維持された貼り合わせウェーハを高歩留りで製造することができる。

またこのとき、前記断熱壁部が、前記オーバーフロー受部から下方に延在していることが好ましい。
オーバーフロー受部から下方では、槽本体部の壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部を好適に設けることができる。

またこのとき、前記オーバーフロー受部の底面は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの上端よりも上方に位置し、
前記断熱壁部の下端は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端よりも下方に位置することが好ましい。
このようなオーバーフロー受部と断熱壁部の配置により、浸漬された貼り合わせウェーハ全体の周囲のエッチング液の温度均一性をより向上させることができる。

またこのとき、前記断熱壁部の下部は開放されていることが好ましい。
断熱壁部の下部を解放することにより、断熱壁部の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。

またこのとき、前記断熱壁部の下部は封鎖され、前記断熱壁部には空気抜き孔が設けられていることが好ましい。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。

またこのとき、前記断熱壁部の下部に、整流板が設けられていることが好ましい。
このように、断熱壁部の下部に流路を形成する整流板を設けることで、流路の表面積を増加させて保温性を高めることができる。

またこのとき、前記整流板は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端より下方に設けられていることが好ましい。
このような整流板の配置により、浸漬された貼り合わせウェーハ全体の周囲のエッチング液の温度均一性をより向上させることができる。

以上のように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法により薄膜（ＳＯＩ層）の膜厚調整を行えば、膜厚調整を極めて均一に行うことができるので、ウェーハ面内で特には±０．５ｎｍ以内の薄膜膜厚均一性が要求される貼り合わせウェーハも高歩留で製造することができる。

本発明の実施形態で使用される貼り合わせウェーハの薬液槽の一例を示す概略断面図である。 本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるエッチング工程に用いられる洗浄ラインの一例を示す概略図である。 本発明の実施形態の貼り合わせウェーハの薬液槽の正面図、側面図、上面図、下面図である。 本発明の実施形態で使用される他の貼り合わせウェーハの薬液槽を示す概略断面図である。 本発明の実施形態で使用される更に他の貼り合わせウェーハの薬液槽を示す概略断面図である。 実験例の１バッチのウェーハ間の取り代を比較したグラフである。 実験例のウェーハ面内の取り代を比較したグラフである。 実験例で膜厚測定を行った、ウェーハ中心線から左右にＲ／２の位置を示す説明図である。

上述のように、ＳＯＩの面内膜厚分布として膜厚レンジが１ｎｍ以下（すなわち、ウェーハ面内で±０．５ｎｍ以内）程度の膜厚均一性が求められており、イオン注入剥離法で薄膜（ＳＯＩ層）を形成する場合、イオン注入深さの面内バラツキの影響により、剥離直後であってもある程度の膜厚レンジ（＜１ｎｍ）を有するので、最終製品としてウェーハ面内で±０．５ｎｍの膜厚均一性を有するＳＯＩ層を得るためには、剥離後の膜厚調整（犠牲酸化処理、平坦化熱処理、エッチング等）において、その膜厚レンジを悪化させない（あるいは改善する）ことが重要である。これについては、特開２０１３−１２５９０９号公報において、イオン注入条件や犠牲酸化条件を工夫することによって、最終製品としてウェーハ面内で±０．５ｎｍの膜厚均一性を有するＳＯＩ層を得る製造方法が開示されている。

この製造方法であれば、イオン注入条件や犠牲酸化条件を工夫することによって剥離後の膜厚レンジを悪化させない（あるいは改善する）ことができるが、その一方で、犠牲酸化処理や平坦化熱処理などの工程を行う際には、その前後に、ＳＣ１などの薬液を用いた洗浄工程（エッチング工程）が複数回行われるため、その洗浄工程でのＳＯＩ層の取り代の面内均一性やウェーハ間均一性を考慮する必要があることが明らかとなった。

本発明者が鋭意検討したところによれば、ＳＣ１などの薬液は、一般的に、薬液槽内で±１℃程度の精度で温度調整されているが、薬液槽の壁面の周囲温度は薬液温度よりも低いため、薬液槽壁面は熱交換され、薬液槽の壁面は各面ごとにそれぞれ熱が奪われ、温度が低下する。その結果、薬液槽内に配置されたウェーハのＳＯＩ膜厚は、ウェーハ面内やスロット位置で取り代が微妙に異なってくる。その取り代の相違は極めて微量であるため、比較的厚膜（例えば１００ｎｍ以上）のＳＯＩ層の場合には、洗浄後の膜厚均一性にほとんど影響を及ぼさないが、ＥＴＳＯＩの場合には無視できない相違となることを新たに見出した。

本発明者が更に検討を重ねた結果、洗浄槽の構造の工夫や（蓋の使用）、洗浄槽外の断熱構造を工夫する（仕切り板の設置）ことによって、エッチング取り代の均一性を高めることができることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、本明細書では貼り合わせウェーハとして、シリコンウェーハを用いて作製するＳＯＩウェーハを例に挙げて説明するが、本発明の「貼り合わせウェーハ」はＳＯＩウェーハにも、シリコンウェーハにも限定されない。

すなわち、イオン注入剥離法で貼り合わせウェーハを製造する場合のエッチングによる減厚加工であれば、いずれのものにも適用可能である。
例えば、ＳｉＧｅウェーハや化合物半導体、その他のウェーハを、シリコン、石英、Ａｌ_２Ｏ_３等と貼り合わせる場合が挙げられる。この場合、貼り合わせるボンドウェーハには絶縁膜はあってもなくてもよい。また、エッチング液は、形成された薄膜をエッチングできるものであればよく、用いるボンドウェーハに合せて適宜選択すればよい。

まず、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法で使用することができるウェーハの薄膜の減厚加工を行う装置について、図１及び図２を参照して説明する。
図２は、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるエッチング工程に用いられる洗浄ラインの一例の概略図である。この洗浄ラインは、ロードエリア、第一洗浄エリア（アルカリ）、第二洗浄エリア（酸）、乾燥機（乾燥エリア）、及びアンロードエリアを備えている。イオン注入剥離法にて作製した剥離後の貼り合わせウェーハ３の薄膜のエッチング（洗浄）は、ＳＣ１の槽である図２の薬液槽１にて行われる。ウェーハ３のエッチングを薬液槽１で実施したのち、ウェーハ３をリンス槽１１及びリンス槽１２でリンスする。エッチング、リンスされたウェーハ３は、第二洗浄エリア（酸）にて表面に付着した金属不純物等が除去される。
次に、薬液槽１について図１を参照して説明する。薬液槽１は、槽本体部１５を備え、該槽本体部の中にはエッチング液１６として、温度調節されたＳＣ１が満たされている。エッチング液１６のうち、槽本体部１５から溢れたものは、オーバーフロー受部５で受けられた後、ポンプ８によりフィルター４を通して再び槽本体部１５に循環される。この際、エッチング液１６の液温は温度計６により測定され、ヒーター７により所定の温度に調整される。図１に示した薬液槽１では、さらに槽本体部１５の周囲に断熱壁部２が設けられており、断熱壁部２と槽本体部１５の間には中空層１３が形成され、槽本体部１５の側壁からの放熱を防いでいる。

そして、図１に示したように薬液槽１の開口部が蓋１００で覆われている。または、図２に示したように、少なくとも薬液槽１と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽１１との間に、断熱性を有する仕切り板２００が設置されている。あるいは、蓋１００と仕切り板２００の両方が配置されていてもよい。

次に、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法の工程について説明する。
まず、イオン注入剥離法でベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。続いて、ベースウェーハ上の薄膜を所望の膜厚まで、エッチング液によるエッチングを含む工程により減厚加工する。その後、リンス、ウェーハ表面の金属汚染の除去、乾燥等が行われ、貼り合わせウェーハが製造される。

以下ではさらに詳しく本発明の貼り合わせウェーハの製造方法について順を追って説明する。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、まずベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。この貼り合わせウェーハの作製は、イオン注入剥離法による公知の方法で行えばよく、すなわち、ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入してボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。

このとき、ボンドウェーハとしては特に限定されないが、シリコンウェーハを用いることが好ましい。

次の減厚加工（エッチング工程を含む）に用いられる貼り合わせウェーハは、イオン注入剥離法で作製された薄膜（ＳＯＩ層）の膜厚レンジが３ｎｍ以内（すなわち、ウェーハ面内で±１．５ｎｍ以内）の貼り合わせウェーハであることが好ましく、１ｎｍ以内（すなわち、ウェーハ面内で±０．５ｎｍ以内）であることがより好ましい。

貼り合わせウェーハを作製後、薄膜の減厚加工を行う。
例えば、まず、剥離後に犠牲酸化処理や平坦化熱処理を行ってもよい。この犠牲酸化処理や平坦化熱処理は公知の方法で行えばよい。
さらに、減厚加工は、温度調節されたエッチング液を満たした洗浄槽（薬液槽）に剥離後の貼り合わせウェーハを浸漬して薄膜をエッチングすることによって行うが、本発明ではこのとき、薬液槽の開口部を蓋で覆った状態、又は、少なくとも薬液槽と薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態、のいずれか一方又は両方の状態でエッチングを行う。
その際、洗浄槽として、薬液槽の周囲を中空層を有する断熱壁部で囲った洗浄槽を用いることが好ましい。

以下、図面を参照しながら本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるエッチング工程（および洗浄工程）について、薬液槽の周囲を中空層を有する断熱壁部で囲った薬液槽を使用した例を用いてさらに詳しく説明する。

エッチング工程に用いられる薬液槽（洗浄槽）の一例の概略断面図を図１に示す。図１の薬液槽１は、槽本体部１５の周囲に断熱壁部２を有するものである。
薬液槽１内には剥離後の貼り合わせウェーハ３が配置されている。ＳＣ１等のエッチング液（洗浄液）１６は図１右側の駆動エリアのポンプ８の作用により図１中の実線矢印ａのように循環され、該エッチング液１６によりウェーハ３の薄膜のエッチングが行われる。

エッチング液の温度は、オーバーフロー受部５に配置された温度計６とヒーター７によりＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｉｌ）制御され、所望の温度（例えば７０±１℃）にコントロールされる。また、オーバーフロー受部５からポンプ８に戻されたエッチング液は、フィルター４を通って再びヒーター７により所望の温度にコントロールされて薬液槽１内に入る。

また、薬液槽１の上部に設置されているエアフィルター９を通して、白抜き矢印ｂで示されるようなクリーンエアーのダウンフローが形成され、薬液槽１の周囲を経由して側壁側や下部の排気ダクト１０を通ってメイン排気に排出される構造となっている。

従来のエッチング工程では、このクリーンエアーと薬液槽１やリンス槽などの間で熱交換が行われるため、薬液槽１の周囲や薬液中に微量の温度分布が生じ、ウェーハ面内やウェーハ間の取り代に微小な差異が生じていた。
本発明では図１に示すように、薬液槽１の開口部を覆う蓋１００を設けた状態でエッチングを行う。これによって、開口部からの放熱を抑制することができるので、槽内の薬液の液温を均一に保持することができる。これによりウェーハ面内、ウェーハ間ともに取り代均一性が極めて高いエッチング（洗浄）を行うことができる。すなわち、エッチング後も膜厚均一性を維持することが可能となる。
蓋１００の材質は、断熱性を有すれば特に限定されないが、薬液槽１と同一の材質である石英や、フッ素樹脂等を用いることができる。

また、図１に示すように、槽本体部１５の周囲に断熱壁部２を設けており、これにより、断熱壁部２と槽本体部１５の側壁との間に中空層１３が形成される。この中空層１３によって槽本体部１５の側壁面からの放熱を低減させることができるとともに、中空層内で空気の対流が起こることで槽本体部１５の側壁面内の温度均一性を向上させることができる。
このような薬液槽１を用いてエッチングを行うことで、薬液槽１内のエッチング液１６の温度の偏りをより一層低減することができる。

また、図２に示すように、薬液槽１とリンス槽１１との隙間に、断熱性を有する仕切り板２００を設置した状態でエッチングを行うことによっても、高温の薬液槽１の側面から低温のリンス槽１１への放熱を抑制することができるので、槽内の薬液の液温を均一に保持することができる。
仕切り板２００の材質についても、断熱性を有すれば特に限定されず、蓋１００と同様に石英や、フッ素樹脂等を用いることができるが、蓋１００に比べてウェーハへの汚染の心配が少ないので、塩化ビニール等の安価な耐薬品性材料を用いることもできる。
尚、仕切り板２００は、図２のように薬液槽１とリンス槽１１との隙間の片側のみに設けるだけでなく、両側に設置したり、側面全面（四面）に設置することもできるし、薬液槽が複数並んでいる場合には、薬液槽と薬液槽の隙間に設置することもできる。

また、もちろん、蓋１００と仕切り板２００を同時に使用することも可能である。両方の使用により、槽内の薬液の液温を一層均一に保持することができる。

本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるエッチング工程（洗浄工程）全体は、図２のような洗浄ラインによって行われる。
図２の洗浄ラインは、ロードエリア、第一洗浄エリア（アルカリ）、第二洗浄エリア（酸）、乾燥エリア、及びアンロードエリアで構成される。第一洗浄エリア（アルカリ）では、上述の図１の薬液槽１にＳＣ１等のアルカリ性のエッチング液を用いてエッチング後、リンス槽１１、リンス槽１２でリンスする。第二洗浄エリア（酸）では、エッチング液をＳＣ２（塩酸と過酸化水素水の混合水溶液でシリコンのエッチング作用なし）等の酸性のエッチング液として第一洗浄エリアと同様にエッチング及びリンスを行う。
なお、上述の図１は、図２中の仕切り板２００側から見た薬液槽１の概略断面図である。

ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを用いた場合、エッチング液としては、アンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液であり、シリコンのエッチング作用があるＳＣ１を用いることが好ましい。
ＳＣ１はパーティクルや有機物汚染を除去するため、イオン注入剥離法を用いたＳＯＩウェーハの製造工程において頻繁に用いられており扱いが容易である。

またこのとき、エッチング液１６の温度調節は、５０℃以上、８０℃以下の範囲内の所定の温度（例えば、７０℃）に調節することが好ましい。
エッチング液の温度が５０℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が８０℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。

また、薬液槽１の断熱壁部２は、オーバーフロー受部５から下方に延在する構成とすることができる。
オーバーフロー受部５から下方では、槽本体部１５の側壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部２を好適に設けることができる。

オーバーフロー受部５の底面は、浸漬された貼り合わせウェーハ３の上端よりも上方に位置し、断熱壁部２の下端は、浸漬された貼り合わせウェーハ３の下端よりも下方に位置することが好ましい。
上記の構成により、浸漬された貼り合わせウェーハ３の全体の周囲のエッチング液１６の温度均一性をより向上させることができる。

薬液槽１においては、断熱壁部２の下部は開放されている。
上記の構成により、断熱壁部２の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。

なお、断熱壁部２の下部が封鎖され、断熱壁部２に空気抜き孔が設けられている構成とすることもできる。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。

断熱壁部２は、図３に示すように、槽本体部１５の周囲に切れ目なく設けられており、これにより槽本体部１５の周囲の環境にかかわらず、槽本体部１５の側壁面の温度均一性を良好に保つことができる構成になっている。
尚、図３は薬液槽１の開口部に蓋１００を設けていない状態を示したものである。

さらに以下では、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法において、断熱壁部の下部に整流板が設けられた薬液槽を使用してエッチングを行う場合について、図４を参照して以下に説明する。
図４は、エッチング工程に用いられる、他の薬液槽（洗浄槽）２１の概略断面図であり、断熱壁部２の下部に空気の流路を形成する整流板１４が設けられている点で、図１に示した薬液槽（洗浄槽）１と異なっている。

断熱壁部２の下部に流路を形成する整流板１４を設けることで、断熱壁部２の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができるとともに、流路の表面積を増加させて保温性を高めることができる。

整流板１４は浸漬された貼り合わせウェーハ３の下端より下方に設けられることが好ましい。
上記の構成により、浸漬された貼り合わせウェーハ３全体の周囲のエッチング液１６の温度均一性をより向上させることができる。

断熱壁部２及び整流板１４は、槽本体部１５の周囲に切れ目なく設けられており、これにより槽本体部１５の周囲の環境にかかわらず、槽本体部１５の側壁面の温度均一性を良好に保つことができる構成になっている。

このような断熱壁部の下部に整流板が設けられた薬液槽２１に対しても、本発明では、図１のような蓋１００か仕切り板２００を用いる。すなわち、薬液槽２１の開口部を蓋１００で覆うことで、エッチング液１６の温度均一性を向上させることができる。また、薬液槽２１と該薬液槽２１に隣接するリンス槽の間に、仕切り板２００を設けることでも、エッチング液１６の温度均一性を高めることができる。これらにより、薄膜の膜厚調整を極めて均一に行うことができる。
また、薬液槽２１に対して蓋１００と仕切り板２００を併用することができる。

さらに、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法においては、図５に示すように、断熱壁部が設けられていない薬液槽を使用してエッチングを行うこともできる。図５は、エッチング工程に用いられる、更に他の薬液槽（洗浄槽）３１の概略断面図であり、断熱壁部２が設けられていない点で、図１及び図４に示した薬液槽と異なっている。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、このような薬液槽３１の開口部を蓋１００で覆うので、覆わない場合に比べてエッチング液１６の温度均一性を向上させることができる。あるいは、蓋１００に代わり仕切り板２００を用いるので、仕切り板を設けない場合に比べエッチング液１６の温度均一性を向上させることができる。また、もちろん、薬液槽３１に対して蓋１００と仕切り板２００を併用することができる。

以上のように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法により薄膜（ＳＯＩ層）の膜厚調整を行えば、膜厚調整を極めて均一に行うことができる。特には、ウェーハ面内で±０．５ｎｍ以内の薄膜膜厚均一性が要求される貼り合わせウェーハを高歩留で製造することができる。

以下、実験例、実施例、及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実験例）
上述のように、従来ではエッチング工程に用いられる洗浄ラインのクリーンエアーと薬液槽やリンス槽などの間で熱交換が行われるため、薬液槽の周囲や薬液中に微量の温度分布が生じ、ウェーハ面内やウェーハ間の取り代に微小な差異が生ずるものと推定される。
洗浄（エッチング）中の薬液中の微小な温度差（ウェーハ間、ウェーハ面内）の測定は困難であるため、第一洗浄エリアにおいて、１バッチ（２５枚）のＳＯＩウェーハ（直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ上にＳｉＯ_２からなる埋め込み酸化膜層とシリコン単結晶層からなるＳＯＩ層が順次積層された構造）の繰り返し洗浄を行って、ウェーハ間やウェーハ面内の取り代を調査する実験を行った。

図６は、図１、２とは異なり、蓋１００と仕切り板２００を使用せず、断熱壁部２も設けていない薬液槽を用いた時の、１バッチのウェーハ間の取り代を比較したグラフであり、ＳＯＩウェーハ２５枚を配置したウェーハキャリアの各スロット位置における平均取り代（洗浄前後にＳＯＩ層膜厚を全面測定して求めた取り代の平均値）を示している。
図６のグラフから、ウェーハキャリア内において、駆動エリア側（メイン排気側）に配置されたウェーハの取り代が少ないことがわかった。すなわち、薬液槽の駆動エリア側（メイン排気側）の液温が相対的に低いことが推定される。

次に、ウェーハ面内の取り代を比較するため、ノッチ部が最上部になるようにＳＯＩウェーハをウェーハキャリア内に配置して繰り返し洗浄を行ったウェーハの洗浄前後の膜厚を、ウェーハ中心線から左右にＲ／２の位置（Ｒ：半径）での測定（図８参照）を行い、両者の測定位置における平均取り代を算出してプロットしたグラフを図７に示す。
図７のグラフから、ロードエリア側の半面に比べ、リンス槽側の半面の平均取り代が少ないことがわかった。すなわち、リンス槽側の液温が相対的に低いことが推定される。

（実施例及び比較例）
図２の洗浄ラインの第一洗浄エリア（図１の洗浄エリア）を用い、下表の条件（水準）で、１バッチ（２５枚）のＳＯＩウェーハを繰り返し洗浄（エッチング）し（実施例１〜４）、取り代を比較した。また、図１、２とは異なり、蓋１００も仕切り板２００もない薬液槽等を用いて（すなわち本発明とは異なる方法で）同様のＳＯＩウェーハを洗浄（エッチング）して取り代を比較した。

以下に洗浄条件、使用ウェーハ、ＳＯＩ膜厚測定条件を示す。
［洗浄条件］
（洗浄フロー）
ＳＣ１（７５±１℃）→リンス（２５℃）→リンス（２５℃）を６回繰り返した。
ＳＣ１の１回の浸漬時間：６０秒
ＳＣ１への１回浸漬によるＳＯＩ層の標準エッチング量：１．１４ｎｍ
（洗浄槽）
材質：透明石英、厚さ３ｍｍ（槽本体部、オーバーフロー受部、断熱壁部共通）
構造：
（オーバーフロー受部）
洗浄用ウェーハの上端より３０ｍｍ上の位置に底部を配置した。
（断熱壁部）
洗浄用ウェーハの下端より３０ｍｍ下の位置まで設けた。
（蓋）
材質：フッ素樹脂（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））、厚さ５ｍｍ
構造：洗浄槽の開口部を完全に覆う形状。
（仕切り板）
材質：塩化ビニール板、厚さ１０ｍｍ
構造：洗浄槽の側面を完全に覆うサイズと配置。

［使用ウェーハ］
イオン注入剥離法（ボンドウェーハ及びベースウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハを使用）により作製され、剥離後に犠牲酸化処理及び平坦化熱処理を行い、ＳＯＩ層の平均膜厚が９０ｎｍ、膜厚レンジ（ウェーハ面内）が１．０ｎｍ（±０．５ｎｍ）に調整されたＳＯＩウェーハ２５枚（直径３００ｍｍ、結晶方位＜１００＞）を使用した。なお、この２５枚のＳＯＩウェーハは、バッチ内のウェーハ間の膜厚レンジ（最大−最小）も１．０ｎｍに調整されている。

［ＳＯＩ膜厚測定条件］
ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐにより周辺３ｍｍを除外した全面（４２３７点）を測定した。

表１に示した各水準に対して、取り代を評価した結果を表２に示した。

表２に示したように、実施例１（薬液槽の断熱壁部無し、仕切り板無し、蓋有り）では、比較例１（薬液槽の断熱壁部無し、仕切り板無し、蓋無し）に比べ、バッチ内取り代公差及び平均取り代レンジはいずれも小さくなっており、薬液槽の開口部を蓋で覆った状態でエッチングする効果が確認できた。
また、実施例２（薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板無し、蓋有り）、実施例３（薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板有り、蓋有り）、及び実施例４（薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板有り、蓋無し）では、いずれもバッチ内取り代公差が０．０６０ｎｍ以下、平均取り代レンジが０．０３０ｎｍ以下であり、蓋や仕切り板を配置するのに加え、断熱壁部をさらに設けると、取り代をバッチ間、面内で均一にする効果がより高くなった。
尚、実施例１から４では、ＳＣ１での洗浄（エッチング）を６回繰り返した後でも、ウェーハ間、ウェーハ面内共に膜厚レンジ１．０ｎｍ（±０．５ｎｍ）の膜厚均一性をほぼ維持していた。

これに対して、比較例１では、バッチ内取り代公差、平均取り代レンジがそれぞれ０．３９０ｎｍ、０．４００ｎｍと大きく、ウェーハ間、ウェーハ面内共に膜厚レンジが約１．４ｎｍに悪化した。

以上のように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法により薄膜（ＳＯＩ層）の膜厚調整を行えば、膜厚調整を極めて均一に行うことができるので、膜厚調整のためのエッチング後も膜厚均一性が維持された貼り合わせウェーハを高歩留りで製造できることが明らかになった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１、２１、３１…薬液槽（洗浄槽）、 ２…断熱壁部、
３…剥離後の貼り合わせウェーハ、 ４…フィルター、 ５…オーバーフロー受部、
６…温度計、 ７…ヒーター、 ８…ポンプ、 ９…エアフィルター、
１０…排気ダクト、 １１、１２…リンス槽、 １３…中空層、 １４…整流板、
１５…槽本体部、 １６…エッチング液、 １００…蓋、 ２００…仕切り板、
ａ…エッチング液の流れ、 ｂ…エアーの流れ。

Claims (8)

1. ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製した後、前記薄膜の減厚加工を行う貼り合わせウェーハの製造方法であって、
   前記減厚加工を行う工程は、温度調節されたエッチング液を満たした薬液槽に前記貼り合わせウェーハを浸漬して前記薄膜をエッチングすることによって前記薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階を含み、
   前記エッチング段階において、前記薬液槽の開口部を蓋で覆った状態で前記薄膜をエッチングすること、及び、少なくとも前記薬液槽と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態で前記薄膜をエッチングすること、のいずれか一方又は両方を行う貼り合わせウェーハの製造方法であり、
   前記薬液槽として、
   石英からなり、前記エッチング液を貯留し、複数の前記貼り合わせウェーハを前記エッチング液中に浸漬する槽本体部と、
   石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記エッチング液を受けるオーバーフロー受部と、
   前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部と
   を備え、
   前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されており、前記断熱壁部が、前記オーバーフロー受部から下方に繋がって延在しているものを用いて前記エッチングを行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
2. 前記ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを用い、前記エッチング液としてアンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液を用いることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
3. 前記温度調節は、５０℃以上、８０℃以下の温度に調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
4. 前記オーバーフロー受部の底面は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの上端よりも上方に位置し、
   前記断熱壁部の下端は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端よりも下方に位置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 前記断熱壁部の下部は開放されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
6. 前記断熱壁部の下部は封鎖され、前記断熱壁部には空気抜き孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
7. 前記断熱壁部の下部に、整流板が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
8. 前記整流板は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端より下方に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
   
   

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