JP2004200529A - 半導体ウェハ研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨工程において失われる、半導体ウェハに設けられたオリエンテーションフラットの劈開面の高さ方向の寸法を、十分に小さな値に抑制できる半導体ウェハの研磨方法、および失われた寸法の値が十分に小さな半導体ウェハを提供する。
【解決手段】ＧａＡｓ等の半導体単結晶インゴットをスライスして、ＧａＡｓウェハ１を製造し、このＧａＡｓウェハ１にオリエンテーションフラット２を設け、所定の加工を施した後、このＧａＡｓウェハ１を研磨用プレート１０へ貼付するが、その際、研磨用プレート１０の回転中心１１を中心とし、ウェハ中心７を通過する円周１２を仮定し、ＧａＡｓウェハ１に設けられたオリエンテーションフラット２の劈開面３と、前記円周１２との交点における接線１３とが、概ね直交するようにＧａＡｓウェハ１を研磨用プレート１０へ貼付し、回転研磨機へ設置してＧａＡｓウェハ１の鏡面研磨をおこなう。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは、様々な電子デバイス製造用基板として用いられ、中でもＧａＡｓ等の化合物半導体ウェハは、受発光デバイス、高周波デバイス等の製造用基板として用いられている。この発光デバイスの一例である半導体レーザーダイオード（以下、ＬＤと記載する。）は、例えばＧａＡｓウェハより、以下のような工程を経て製造される。
【０００３】
ＧａＡｓ単結晶のインゴットより、例えばウェハ面が（１００）方向を向いているスライスウェハ（２インチまたは３インチサイズが多い。）を得る。このスライスウェハの周囲を面取りした後、厚みを揃え、粗ウェハとする。この粗ウェハを鏡面研磨して鏡面ウェハを製造する。製造された鏡面ウェハ上へ、所定のエピタキシャル層等を形成した後、当該ウェハを劈開させて、所定のチップを切り出し、このチップへ電極等を設置してＬＤが製造される。
【０００４】
上述したＬＤ製造工程の鏡面ウェハ製造過程において、スライスウェハへ、ウェハの表裏、方向を識別するためのオリエンテーションフラット（以下、ＯＦと記載する。）および／またはインデックスフラット（以下、ＩＦと記載する。）と呼ばれる直線状部分が設けられる。これらＯＦ、ＩＦともウェハ周囲と同様に面取り加工される場合もあるが、ＬＤ製造用基板として用いられるＧａＡｓウェハの場合は、ＯＦまたはＩＦ部分へ面取り加工を施さず、劈開により形成する場合が殆どである。
【０００５】
尚、本発明に関連する文献として、特許文献１、２を挙げる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３６６５７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−４７７２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
劈開により劈開面を形成しＯＦまたはＩＦを設けたウェハにおいて、ウェハのおもて面と劈開面とがなす角、およびウェハの裏面と劈開面とがなす角とも、理論上は直角（９０°）の筈である。ところが実際の鏡面ウェハを観察してみると、ウェハ周辺部に僅かな傾斜があり、ウェハのおもて面と劈開面とがなす角は、完全な直角（９０°）とはなっていない。
【０００９】
このウェハのおもて面と劈開面とがなす角ついて、ＧａＡｓウェハを例とし図２〜４を参照しながら説明する。
【００１０】
図２は、ＧａＡｓ鏡面ウェハの平面図であり、図３は、図２に示したＧａＡｓ鏡面ウェハのＡ−Ａ断面図であり、図４は、図３に示した断面図において符号Ｂで示した部分の拡大図である。
【００１１】
まず、図２に示すように、ＧａＡｓ鏡面ウェハ１’には、ＯＦ２が設けられている。
【００１２】
ここで図３に示すように、ＯＦ２の部分において、ウェハのおもて面４と劈開面３、およびウェハの裏面５と劈開面３は両者とも直角（９０°）をもって接している筈である。
【００１３】
ところが図４に示すように、ウェハの裏面５と劈開面３とは、ほぼ直角（９０°）をもって接しているが、ウェハのおもて面４と劈開面３とは間に傾斜面６が形成されているため、直角（９０°）をもって接しておらず、且つ劈開面３の高さ方向の寸法は、傾斜面６が形成されていることで、符号Ｄで示した寸法分（以下、寸法Ｄと記載する。）が失われていることが判明した。
【００１４】
そして、研磨後の複数のＧａＡｓ鏡面ウェハにおいて寸法Ｄを測定したところ、数〜十数μｍの範囲でバラツキを有していた。
【００１５】
この図２〜４に示すＧａＡｓ鏡面ウェハ１’から、例えばＬＤを製造する場合、後述するように、ＯＦ２を基準とし、これと垂直を保ちながらウェハを劈開する作業を行うが、この作業はＯＦ２を顕微鏡で観測しながら行われる。この顕微鏡観測において、寸法Ｄの値が大きかったり、バラツキが多いと、顕微鏡の焦点合わせに時間がかかり生産性が低下するのみならず、焦点を誤って合わせてしまうことが起こる。焦点を誤って合わせ、これを基準としてウェハを劈開するとウェハを垂直に劈開することができなくなり良好なチップを切り出すことができず、ＬＤ製造用の材料として使用することができない事態となる。以上の事態を回避するためには、寸法Ｄの値が十分に小さく、バラツキが少ないことが望ましい。
【００１６】
一方、本発明者らは傾斜面６の発生過程を追求した結果、傾斜面６はウェハの研磨工程で形成されていることが判明した。
【００１７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、傾斜面６が形成されることで失われる劈開面３の高さ方向における寸法Ｄの値にバラツキが少なく、値が十分に小さい鏡面ウェハの研磨方法および鏡面ウェハを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための第１の手段は、半導体ウェハを研磨用プレートに所望枚数設置し、前記研磨用プレートを回転させて前記半導体ウェハを研磨する半導体ウェハ研磨方法であって、
前記研磨用プレートの回転中心を中心とし、前記半導体ウェハの中心を通過する円周を仮定したとき、
前記半導体ウェハの所定箇所を劈開することで設けられたオリエンテーションフラットまたはインデックスフラットの劈開面が、前記円周に対して概ね同方向を有するように、前記半導体ウェハを前記研磨用プレートへ設置することを特徴とする半導体ウェハ研磨方法である。
【００１９】
上述の構成を有する研磨方法を用いて鏡面ウェハを製造しところ、得られた鏡面ウェハにおいて、図４にて説明した、傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向における寸法の値のバラツキを少なくすることができ、さらに、オリエンテーションフラットまたはインデックスフラットの劈開面が前記円周に対して有する方向を適宜に選択することで、寸法の値を小さくすることができた。
【００２０】
第２の手段は、
第１の手段に記載の半導体ウェハ研磨方法であって、
前記劈開面と、前記劈開面と前記円周との交点における前記円周の接線とが、概ね直交するように、前記半導体ウェハを前記研磨用プレートへ設置することを特徴とする半導体ウェハ研磨方法である。
【００２１】
上述の構成を有する研磨方法を用いて鏡面ウェハを製造しところ、第１の手段にて記載した寸法の値のバラツキが少なくなり、寸法の値も十分に小さくすることができた。
【００２２】
第３の手段は、
第１または第２の手段に記載の半導体ウェハ研磨方法により研磨された半導体ウェハであって、
前記研磨の際、前記劈開面と前記ウェハのおもて面との間に、傾斜面が形成されることで失われる前記劈開面の高さ方向の寸法の値が５μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェハである。
【００２３】
第１または第２の手段に記載の半導体ウェハ研磨方法にて研磨された鏡面ウェハであって、傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向の寸法Ｄの値が５μｍ以下のものであるので、後工程における顕微鏡の焦点合わせが容易で、焦点を誤って合わせてしまうという事態が殆ど起こらない半導体ウェハである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例について、ＧａＡｓウェハの研磨工程を例として図１を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、ＧａＡｓインゴットをスライスしてＯＦを設けた研磨前のＧａＡｓウェハを、回転研磨機へ設置するための研磨用プレートに貼付した状態の平面図である。
【００２６】
図１に示すように、回転中心１１を有する研磨用プレート１０上へ、ＯＦ２が設けられた所定枚数のＧａＡｓウェハ１を貼付した。このとき研磨用プレート１０の回転中心１１を中心とし、ＧａＡｓウェハ１のウェハ中心７を通過する円周１２を仮定する。そしてＯＦ２の劈開面と、ＯＦ２の劈開面と円周１２との交点における円周１２の接線１３とが交わる角度をθとする。
【００２７】
次に、研磨用プレート１０上へ、所定枚数のＧａＡｓウェハ１を、各々のθが概ね同一となるように設定しながら貼付した後、研磨用プレート１０を回転研磨機に設置し、研磨用プレート１０のウェハを貼付した面を下に向け、研磨用プレート１０の下方に設けられたポリッシャーの研磨布にあてた。ここで、研磨用プレート１０のウェハを貼付した面とポリッシャーの研磨布との間へ、研磨液を上方より滴下しながら供給し、ＧａＡｓウェハ１の鏡面研磨をおこなった。このとき図１において、研磨用プレート１０の回転方向は右回転する。鏡面研磨後のウェハを、洗浄、乾燥して鏡面ウェハとした。
【００２８】
製造された鏡面ウェハの形状について、再び図４を参照しながら説明する。
【００２９】
製造された鏡面ウェハの形状を、レーザー顕微鏡を用いて観察したところ、傾斜面６が形成されることで失われる劈開面３の高さ方向における寸法Ｄの値のバラツキが少なくなっていることが判明した。
【００３０】
これは、前記回転研磨機における研磨において、研磨用プレート１０が回転中心１１を中心とする自転運動、図示していない前記回転研磨機における公転中心を中心とする公転運動をおこない、且つそれに対向するポリッシャーも、同様に自公転運動するという複雑な相対運動下においても、傾斜面６の形成に関しては研磨用プレート１０の自転運動が支配的な影響を与えるためであると考えられる。
【００３１】
ここで再び図１に戻り、上述したθの値を適宜に選択し、ＯＦ２の劈開面が円周１２に対して概ね同方向を有するように、ＧａＡｓウェハ１を研磨用プレート１０へ設置すれば、上述した寸法Ｄの値を十分に小さくできることが判明した。
【００３２】
そして、研磨用プレート１０上の所定枚数のＧａＡｓウェハ１において、ＯＦ２の劈開面を研磨用プレート１０の回転方向とは逆の方向を向かせ、各々のθを概ね９０°に設定したところ、傾斜面６の形成が小さくなり、Ｄの寸法も５μｍ以下と十分に小さくなることが判明した。
【００３３】
これは上述したように、傾斜面６の形成に関しては研磨用プレート１０の自転運動が支配的な影響を与えている下で、ＯＦ２の劈開面を研磨用プレート１０の回転方向とは逆の方向を向かせ、各々のθを概ね９０°に設定することで、ＯＦ２がポリッシャーより加えられる衝撃を最も効率的に回避できるためであると考えられる。
【００３４】
上述の鏡面ウェハ上へ、所定のエピタキシャル層等を形成した後、ＯＦの箇所を顕微鏡で焦点を合わせて観察しながら、当該ウェハを劈開し、例えば幅３００μｍピッチで所定のチップを切り出した。この切り出されたチップにおいて両側の劈開面を観察したところ、９９％以上のチップが正常に切り出され、且つ各々のチップにおいて、両側を劈開させて形成したフラット面は、方位ずれがなく、且つ段差等が存在しない良好な形状を有するものであった。
【００３５】
尚、本実施の形態では、半導体ウェハの例としてＧａＡｓウェハを用いたが、他の半導体ウェハ、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ等であっても同様である。
【００３６】
そして、本実施の形態では、研磨用プレートとしてＧａＡｓウェハを表面に貼付する観点よりセラミック製のものを用いたが、金属製等のものも使用可能である。
【００３７】
また、本実施の形態では、ＧａＡｓウェハを研磨用プレートの表面に貼付して設置したが、例えば機械的な挟持等により設置しても良い。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、半導体ウェハの劈開面としてＯＦの劈開面を例として説明したが、これはＩＦの劈開面であっても同様である。
【００３９】
さらに加えて、本実施の形態では、研磨用プレートの回転中心を中心とし、ＧａＡｓウェハのウェハ中心を通過する円周を一個仮定したが、これに限られず、研磨用プレートの回転中心を中心とする同心円として複数の円周を仮定し、その円周上にＧａＡｓウェハを設置することとしても良い。
【００４０】
ここで、上述したＧａＡｓウェハ１の作製方法の一例について説明する。
【００４１】
まず、ＧａＡｓ単結晶のインゴットを所定の径で円筒研削した後、これを所定の厚さでスライスし、スライスウェハとする。このスライスウェハの所定位置を劈開することで、直線状部分であるＯＦおよび／またはＩＦを設ける。
【００４２】
ここで、ＬＤ製造用基板として用いられるＧａＡｓウェハでは、ＯＦまたはＩＦ部分へ面取り加工を施さず、劈開面のまま形成する場合が殆どであるが、これは、ＬＤにおいて共振器を構成する光導波路を半導体結晶の中に作り込むためである。この光導波路は、横幅数μｍ、長さ数百μｍの細長い形状を有し、両端部には反射鏡が形成される。このとき、光導波路の長手方向をＯＦ（０１１）と垂直な方向に形成する場合が多い。光導波路の長手方向をＯＦと垂直な方向に形成することで、両端部の反射鏡を、III−Ｖ族半導体に特有の劈開によって自動的に作製することができるからである。この劈開を、歩留まり良く、且つ作製された反射鏡が所定の反射率を有するように起こさせるためには、光導波路と反射鏡とを、正確に垂直（９０°）とすることが必要となる。そこで角度の誤差の少ない、劈開面を用いたＯＦ設定の手法が通常用いられるのである。
【００４３】
ウェハへの劈開面によるＯＦおよび／またはＩＦの形成が完了したら、外周囲を回転する砥石で面取り加工して所望の径へ加工する。このスライスされたＧａＡｓウェハを面取り加工する目的は、面取り加工工程以降のウェハ加工工程やデバイス製造工程でのウェハ搬送に伴う割れや破損を防止することにある。面取り加工の済んだウェハへ、ラッピング加工をおこなってウェハの厚みを揃え、さらに、エッチング液にてエッチングしてＧａＡｓウェハ１を製造する。
【００４４】
（実施例）
厚さ６００μｍ、直径７８mmの（１００）ＧａＡｓのスライスウェハを１０００枚準備した。これらのスライスウェハへ劈開によりＯＦを設け、ＯＦ部分以外の外周部分を面取り加工して、直径７６mmのウェハを得た。この直径７６mmのウェハへ、ラッピング加工をおこなった後、エッチングをおこなった。エッチングの済んだウェハを、セラミック製の研磨用プレート上に貼付した。
【００４５】
この研磨用プレート上へのウェハ貼付にあたってはウェハの枚数を８枚とし、ウェハの中心が、概ね、研磨用プレートの回転中心を中心とする円周上であって等間隔となるように貼付した。さらにこのとき、ウェハに設けられたＯＦの劈開面と、ＯＦの劈開面と前記円周との交点における接線とが概ね直交し、ＯＦ２の劈開面が、研磨用プレートの回転方向とは逆の方向を向くようにウェハを研磨用プレートへ貼付した。
【００４６】
このウェハが貼付された研磨用プレートを回転研磨機へ設置し、ウェハの鏡面研磨を実施した。
【００４７】
ウェハの鏡面研磨完了後、研磨用プレートよりウェハを外し、洗浄、乾燥をおこなって鏡面ウェハを得た。この鏡面ウェハのＯＦに傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向の寸法Ｄをレーザー顕微鏡にて計測したところ、ウェハ全数において５μｍ以下であった。
【００４８】
この１０００枚の鏡面ウェハより、任意に１０枚のウェハを抜き取り、ＯＦの箇所に顕微鏡の焦点を合わせて観察しながら、ＬＤ製造の際の劈開作業を模擬してＯＦのフラット面に対して垂直な、幅３００μｍのピッチを有する短冊状のチップを１０００本切り出した。この１０００本のチップにおいて両側の劈開面の状態を観察したところ、正常に劈開されていたのは９９８本であり、さらにこの９９８本のチップにおける両側の劈開面とも段差等は観察されず良好であった。
【００４９】
（比較例）
実施例に記載したものと同様なスライスウェハを１０００枚準備し、実施例と同様にＯＦを設け、面取り加工を施し、ラッピング加工をおこなった後、エッチングをおこない、ウェハの中心が、概ね、研磨用プレートの回転中心を中心とする円周上であって等間隔となるように貼付した。
【００５０】
但し、実施例と異なり、ウェハに設けられたＯＦの劈開面と、前記円周との交点における接線との関係は、ランダムな状態としてウェハを研磨用プレートへ貼付した。
【００５１】
その後の処理も実施例と同様におこない、鏡面ウェハを得た。この鏡面ウェハのＯＦに傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向の寸法Ｄをレーザー顕微鏡にて計測したところ、５μｍ以下のウェハが１０％、５〜８μｍのウェハが４０％、８〜９μｍのウェハが３０％、１０〜１２μｍのウェハが２０％の割合であった。
【００５２】
この鏡面ウェハより、上述した寸法Ｄが６μｍのウェハを５枚、７μｍのウェハを３枚、８μｍのウェハを３枚、任意に抜き取り、実施例と同様にＯＦの箇所に顕微鏡の焦点を合わせて観察しながら、ＬＤ製造の際の劈開作業を模擬してＯＦのフラット面に対して垂直な、幅３００μｍのピッチを有する短冊状のチップの切り出しをおこなったが、１０本のチップが割れてしまい、切り出すことができたのは９９０本であった。この割れてしまった１０本のチップは、上述した寸法Ｄが６μｍのウェハより切り出したものが３本、その他のウェハより切り出したものが７本であった。
【００５３】
さらに、この９９０本のチップにおいて両側の劈開面の状態を観察したところ、段差等を生じることなく正常に劈開されていたのは９６０本であり、残り３０本のチップの劈開面には段差が観察された。
【００５４】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明は、半導体ウェハを研磨用プレートに所望枚数設置し、前記研磨用プレートと、前記研磨用プレートと対向するポリッシャーとを回転させながら前記半導体ウェハを研磨する半導体ウェハ研磨方法であって、前記研磨用プレートの回転中心を中心とし、前記半導体ウェハの中心を通過する円周を仮定したとき、前記半導体ウェハの所定箇所を劈開することで設けられたオリエンテーションフラットまたはインデックスフラットの劈開面が、前記円周に対して概ね同方向を有するように前記半導体ウェハを前記研磨用プレートへ設置することで、研磨後に得られた鏡面ウェハにおいて、傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向における寸法の値のバラツキを少なくすることができ、さらに、オリエンテーションフラットまたはインデックスフラットの劈開面が前記円周に対して有する方向を適宜に選択することで、寸法の値を小さくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＡｓウェハを研磨用プレートに貼付した状態の平面図である。
【図２】ＧａＡｓウェハの平面図である。
【図３】図２に示したＧａＡｓウェハのＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３に示した断面図において、Ｂで示した部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ ＧａＡｓウェハ
１’ ＧａＡｓ鏡面ウェハ
２ ＯＦ（オリエンテーションフラット）
３ 劈開面
４ ウェハおもて面
５ ウェハ裏面
６ 傾斜面
７ ウェハ中心
１０ 研磨用プレート
１１ 回転中心
１２ 円周
１３ 接線
Ｄ 傾斜面が形成されることで失われる劈開面の高さ方向の寸法
θ ＯＦの劈開面と、円周の接線とが交わる角度

Claims (3)

1. 半導体ウェハを研磨用プレートに所望枚数設置し、前記研磨用プレートを回転させて前記半導体ウェハを研磨する半導体ウェハ研磨方法であって、
   前記研磨用プレートの回転中心を中心とし、前記半導体ウェハの中心を通過する円周を仮定したとき、
   前記半導体ウェハの所定箇所を劈開することで設けられたオリエンテーションフラットまたはインデックスフラットの劈開面が、前記円周に対して概ね同方向を有するように、前記半導体ウェハを前記研磨用プレートへ設置することを特徴とする半導体ウェハ研磨方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウェハ研磨方法であって、
   前記劈開面と、前記劈開面と前記円周との交点における前記円周の接線とが、概ね直交するように、前記半導体ウェハを前記研磨用プレートへ設置することを特徴とする半導体ウェハ研磨方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体ウェハ研磨方法により研磨された半導体ウェハであって、
   前記研磨の際、前記劈開面と前記ウェハのおもて面との間に、傾斜面が形成されることで失われる前記劈開面の高さ方向の寸法の値が５μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェハ。

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