JPH03224249A - 接合ウエーハの製造方法 - Google Patents

接合ウエーハの製造方法

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JPH03224249A
JPH03224249A JP1786290A JP1786290A JPH03224249A JP H03224249 A JPH03224249 A JP H03224249A JP 1786290 A JP1786290 A JP 1786290A JP 1786290 A JP1786290 A JP 1786290A JP H03224249 A JPH03224249 A JP H03224249A
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film
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Tatsuo Ito
伊藤 辰夫
Yasuaki Nakazato
中里 泰章
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Nagano Electronics Industrial Co Ltd
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Nagano Electronics Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、2枚の半導体ウェーハを接合一体化して成る
接合ウェーハの製造方法に関する。
(従来の技術) 半導体装置の製造に当っては、単結晶の半導体ウェーハ
上に気相成長法て特定の導電型を有する半導体層を形成
し、この半導体層に機能素子を形成する技術か広く利用
されている。
ところか、上記技術においては、気相成長に長時間を要
するとともに、素子設計の自由度に制約を受けるため、
近年SOI (Si On In5ulation)ウ
ェーハの如き接合ウェーハか製造されるようになった。
この接合ウェーハは42枚の半導体ウェーハの少なくと
も一方を酸化処理してそのウェーハの少なくとも一方の
表面に酸化膜を形成し、これら2枚の半導体ウェーハを
前記酸化膜が中間層になるようにして重ね合わせた後、
所定温度に加熱して両者を接着し、その上層のウェーハ
(以下、ボンドウェーハと称す)を研磨加工してこれを
薄膜化することによって得られる。
ところで、前記研磨加工は、ボンドウェーハを所定の研
磨代(例えば、3#Lm)を残して所定の厚さ(例えば
、6gm)になるまて研磨するプレ研磨(1次研磨)と
、プレ研磨されたボンドウェーハを最終の厚さ(例えば
、3gm)まて研磨する2次研磨と2次研磨されたボン
ドウェーハを鏡面研磨する仕上げ研磨とから成るか、2
次研磨か施されたボンドウェーハの厚さ(例えば、3p
m)はダイヤルゲージによって空気中で測定されていた
。
(発明か解決しようとする課題) しかしながら、ボンドウェーハの厚さ(例えば、3gm
)に対してダイヤルゲージの測定精度は±0.5μmと
悪く、仕上げ研磨か終了したボンドウェーハの厚さを最
終工程の膜厚検査で測定すると、その値か許容値を逸脱
している場合があり、斯かる場合には、製品を2次研磨
工程に差し戻してこの製品に対して2次研磨以降の工程
を繰り返さねばならず、このために生産効率か低下する
という問題を生ずる。尚、膜厚検査ては、可視光を用い
た非接触式の膜厚測定器によってボンドウェーハの厚さ
か±0.01 a mの精度て測定される。
又、2次研磨後のボンドウェーハの厚さか前述のように
空気中て測定される場合には、ボンドウェーハの空気と
の接触時間にもよるか、測定後に該ボンドウェーハの研
磨面に高さか50〜100人、直径か50〜200 p
、mの略円形の台地状突起か多数形成され、この突起は
ボンドウェーハを仕上げ研磨(通常、1μm以下の研磨
量)しても消滅しないという問題かあった。勿論、斯か
る面異常は仕上げ研磨か終了した後、研磨物を空気中に
放置したときにも起こる。
ところで、前記突起は微分干渉顕微鏡て容易にその存在
を確認することかてきるか、面異常を生したボンドウェ
ーハの鏡面は、特に高集積度の集積回路素子形成のため
の基板表面としては不適当である。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、研磨加工中における上層のウェーハの厚さを
高精度に測定することによって生産効率を高めることか
てきるとともに、ウェーハに面異常か発生するのを抑え
て製品の品質向上を図ることかてきる接合ウェーハの製
造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成すべく本発明は、2枚の半導体ウェーハ
の少なくとも一方を酸化処理してそのウェーハの少なく
とも一方の表面に酸化膜を形成し、これら2枚の半導体
ウェーハを前記酸化膜か中間層になるようにして重ね合
わせた後、所定温度に加熱して両者を接着し、その上層
のウェーハを研磨加工してこれを薄膜化することによっ
て接合ウェーハを得る接合ウェーハの製造方法においで
、前記研磨加工の途中で、前記接着ウェーハを水中に浸
漬せしめた状態でその上層のウェーハの厚さを、可視光
を用いた非接触式の膜厚測定器によって測定するように
したことをその特徴とする。
(作用) 本発明方法によれば、研磨工程(特に、2次研磨終了後
)において接合ウェーハの上層のウェーハ(ボンドウェ
ーハ)の厚さは、最終工程である膜厚検査において用い
られていると同様の膜厚測定器によって高精度に測定さ
れるため、従来のように製品を研磨工程に差し戻して該
製品に対してそれ以降の工程を繰り返す作業を省くこと
かでき、これによって生産効率か高められる。
又、接合ウェーハは水中においてその上層のウェーハの
厚さ測定か行なわれるため、そのウェーハ表面か部分的
に乾燥することによる面異常の発生か防がれ、当該接合
ウェーハの品質か高く保たれる。
ところで、前記面異常は、既述のように表面に多数の微
少突起か形成されることによって起こるか、これの発生
理由は、研磨面か研磨中に発生した摩擦熱によって加温
されており、且つこの研磨面には残存研磨液か接触して
いるために、不均一なエツチングか進んだためと考えら
れる。即ち、研磨面上の研磨液は研磨面に部分的に存在
する疎水性領域から弾かれるため、その弾かれた部分の
エツチングか進まず、その他の部分のエッチングか進む
ためと考えることかてきる。
(実施例) 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。
第1図(a)〜(e)は本発明に係る接合ウェーハの製
造方法をその工程順示す説明図、第2図は同フローチャ
ートである。
第1図及び第2図に基づいて本発明に係る接合ウェーハ
の製造方法を概説するに、第1図(a)に示すように素
子形成面となるべき単結晶のシリコンウェーハ(以下、
ボンドウェーハと称す)lとベース材となるべき同しく
単結晶のシリコンウェーハ(以下、ベースウェーハと称
す)2とを用意しく第2図のステップl)、一方のボン
ドウェーハlを酸化処理してその一方の表面にSiO□
の薄い酸化膜3を形成する(第2図のステップ2)。
次に、第1図(b)に示すように、上記2枚のウェーハ
1,2を前記酸化膜3か中間層になるようにして重ね合
わせ、これらウェーハ1,2を所定温度に加熱して両者
を接着する(第2図のステップ3)。その後、第1図(
c)に示すようにプレ研磨(1次研磨)によってボンド
ウェーハ1を所定の研磨式(3μm)を残して所定の厚
さt +(= 64 m )になるまで研磨する(第2
図のステップ4)。尚、第1図(c)の斜線部分はプレ
研磨によって切除される部分を示す。
ところで、実際には、上記プレ研磨前に、接着されたウ
ェーハ1,2の表面を平面研削した後、その表面にマス
キンクテープを貼着し、これらウェーハ1.2をエツチ
ング液中に浸漬してその周辺をエツチングするか、ここ
てはその詳細な説明は省略する。
而しで、前述のようにプレ研磨された厚さt。
のボンドウェーハlは、第1図(d)に示すように2次
研磨によって厚さt2 (=3gm、)まで研磨されて
薄膜化され(第2図のステップ5)、これによりて第1
図(e)に示すような接合ウェーハ4が得られる。尚、
第1図(d)の斜線部分は2次研磨によって切除される
部分を示す。
上記2次研磨か終了した後、接合ウェーハ4は第3図及
び第4図に示す膜厚測定装置10によって水中に浸漬さ
れた状態でそのボンドウェーハlの厚さt2 (=3g
m)か測定される(第2図のステップ6)。
ここで、上記膜厚測定器WIOの概略構成を第3図及び
第4図に基づいて説明する。尚、第3図は膜厚測定装置
10の正面図、14図は同平面図である。
図においては、11は枠構造を成す基台であり、該基台
11上には可視光を用いた非接触式の膜厚測定器(商品
名工ナノスペック/AFT (ナノメトリクス社製))
12かX軸ステージ13及びY軸ステージ14に沿って
移動自在に設置されている。尚、膜厚側定器12は±0
.01μmの測定精度を有し、これはモータM1.M2
によって駆動されるボールネジ機構によって前記X軸ス
テージ13及びY軸ステージ14に沿って移動せしめら
れる。
又、前記基台11上の膜厚測定器12の手前側(第4図
の下側)には矩形の水槽15か設置されており、該水槽
15内には四方に延びるウェーハセット用のベース16
・・・か収容されており、同水槽15の底部には注水口
17と排水口18か設けられている。尚、水槽15内に
は注水口17から供給された純水か収容されている。
更に、基台11の水槽15の側方には、膜厚測定器12
の作動を制御し、且つ測定データを処理するためのパー
ソナルコンピュータ19か設置されており、該パーソナ
ルコンピュータ19上には測定データ等を表示すべきC
R7表示装置20か設けられている。そして又、基台1
1上の膜厚測定器12の側方には、膜厚測定器12のレ
ンズの焦点を自動調整するためのオートフォーカスコン
トローラ21か設置されている。尚4膜厚測定器12の
レンズ部分は防水処理されており、この部分への水の浸
入が防がれる。
而しで、前記2次研磨か終了した接合ウェーハ4は、第
4図に示すように円板状のガラス5上にワックスによっ
て貼着され、ガラス5と共に水槽l5内の純水中に浸漬
せしめられ、膜厚測定器12によってそのボンドウェー
ハlの厚さt2(=3gm)か測定される。具体的には
、ボンドウェーハlは、第5図に示すようにその中心位
置■と、該中心位置■を通る互いに直交する2本の直線
上の点であっで、該ボンドウェーハ1の周縁からlO■
謹内側内側■、■、■、■及びボンドウェーハlの半径
γの半分子 / 2の点■、■、■。
■の9点においてその厚さt2か測定され、膜厚測定器
12の各測定点■〜■への移動はパーソナルコンピュー
タ19に予め入力されたプログラムに従ってなされる。
ところで、本膜厚測定装置lOによるボンドウェーハl
の厚さt2の水中での測定の信頼性を確認するために直
径150曹■のボンドウェーハに対して水中と空気中で
厚さ測定した結果の一例を下表に示す(表中の数字の単
位は4mである)。
尚、測定器として可視光を用いた膜厚測定器12を採用
したのは、可視光は水中での吸収か少ない理由による。
上表より、水中と空気中における膜厚測定データは高い
精度(相関係数=0.998 )で一致しており、水中
での膜厚測定の高い信頼性が確認された。
尚1本実施例にて使用された膜厚測定器(商品名:ナノ
スペック/AFT (ナノメトリクス社製))12は、
光源としてタングステンランプ。
回折格子としてホログラフィック凹格子を用いており、
その測定範囲は100人〜50pmであり、シリコン基
板上或いはガラス基板上での各種の膜厚測定か可能てあ
っで、本実施例に係るボンドウェーハlの厚さ測定につ
いては、厚さ3gmに対して少なくとも±2%の精度で
測定し得る。
而しで、膜厚測定器WIOによるボンドウェーハlの厚
さt2の測定が終了すると、その厚さt2が許容値内に
あるか否かか判定され(!s2図のステップ7)、厚さ
t2か許容値から外れている場合にはその接合ウェーハ
4は2次研磨工程(第2図のステップ5)に戻され、再
び2次研磨され、前記と同様にボンドウェーハlの厚さ
t2か測定される(第2図のステップ6)、そして。
ボンドウェーハlの厚さt2が許容値内に入るまて以上
の作業(ステップ5からステップ7までの作業)か繰り
返される。
一方、ボンドウェーハlの厚さt2が許容値内に入って
いる場合には、次工程の仕上げ研磨によってボンドウェ
ーハlの表面か鏡面化され(w42図のステップ8)、
その後、当該接合ウェーハ4はガラス5から剥され(第
2図のステップ9)、処理液て洗浄されてこれに付着し
たワツク不か除去される(第2図のステップlO)、そ
して最後に、接合ウェーハ4は前記膜厚測定器12と同
型式の膜厚測定器によってそのボンドウェーハlの厚さ
t2か空気中て測定される(第2図のステップ11)。
以上説明した一連の製造工程においで、2次研磨が終了
した接合ウェーハ4のボンドウェーハ1の厚さt2は、
最終工程である膜厚検査において用いられると同型式の
可視光を用いた非接触式の膜厚測定器12によって高精
度に測定されるため、従来要していた膜厚検査か終了し
た製品を研磨工程に差し戻してそれ以降の工程を繰り返
す作業を省くことができ、これによって生産効率を高め
ることができる。
又、接合ウェーハ4は膜厚測定装置10によって水中で
そのボンドウェーハ1の厚さt2か測定されるため、そ
の表面が部分的に乾燥することによる面異常の発生か防
がれ、当該接合ウェーA4の品質が高く保たれる。
(発明の効果) 以上の説明て明らかな如く本発明によれば、2枚の半導
体ウェーハの少なくとも一方を酸化処理してそのウェー
ハの少なくとも一方の表面に酸化膜を形成し、これら2
枚の半導体ウェーハを前記酸化膜か中間層になるように
して重ね合わせた後、所定温度に加熱して両者を接着し
、その上層のウェーハを研磨加工してこれを薄膜化する
ことによって接合ウェーハを得る接合ウェーハの製造方
法においで、前記研磨加工の途中で、前記接合ウェーハ
を水中に浸漬せしめた状態でその上層のウェーハの厚さ
を、可視光を用いた非接触式の膜厚測定器によって測定
するようにしたため、研磨加工中における上層のウェー
ハの厚さを高精度に測定することによって生産効率を高
めることができるとともに、ウェーハに面異常か発生す
るのを抑えて製品の品質向上を図ることかできるという
効果か得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明に係る接合ウェーハの製
造方法をその工程順示す説明図、第2図は同フローチャ
ート、第3図は膜厚測定装置の正面図、第4図は同平面
図、第5図は測定点を示すウェーハの平面図である。 l・・・ボンドウェーハ(上層のウェーハ)、2・・・
ベースウェーハ、3・・・酸化膜、4・・・接合ウェー
ハ、12・・・膜厚測定器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 2枚の半導体ウェーハの少なくとも一方を酸化処理して
    そのウェーハの少なくとも一方の表面に酸化膜を形成し
    、これら2枚の半導体ウェーハを前記酸化膜が中間層に
    なるようにして重ね合わせた後、所定温度に加熱して両
    者を接着し、その上層のウェーハを研磨加工してこれを
    薄膜化することによって接合ウェーハを得る接合ウェー
    ハの製造方法において、前記研磨加工の途中で、前記接
    合ウェーハを水中に浸漬せしめた状態でその上層のウェ
    ーハの厚さを、可視光を用いた非接触式の膜厚測定器に
    よって測定するようにしたことを特徴とする接合ウェー
    ハの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7169015B2 (en) 1995-05-23 2007-01-30 Nova Measuring Instruments Ltd. Apparatus for optical inspection of wafers during processing
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