JP2005322663A - 半導体基板の研磨方法および研磨治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体基板の研磨作業では、研磨により薄くなり強度の低下した半導体基板が研磨用石英からのダメージを受け外周破損やクラックが発生する。
【解決手段】 上記問題を解決するため、半導体基板を固定する面に半導体基板の直径ほぼ同じ径の溝を形成した半導体基板固定用治具を適用する。この治具の適用によって半導体基板の破損やクラックを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体基板の割れを防止して研磨する半導体基板の研磨方法およびそれに用いる研磨治具に関する。

一般に半導体素子製造の分野では、半導体基板の割れを防止するため、製造プロセス中は、厚い基板で加工を進める。パターン形成が終わった段階で、仕様である基板の厚さとなるよう基板裏面を研磨する。この研磨工程で、半導体基板は、円形の石英板にワックスで固定される。さらに、石英板は、半導体基板に加重を加える研磨ホルダに装着される。研磨装置の石英製研磨面には、研磨剤を含むアルカリ性研磨液が供給され、研磨面に圧接された半導体基板を研磨する。

これを、図５を用いて説明する。図５は、従来の半導体基板の研磨を説明する図面で、図５（ａ）は、半導体基板１０３のパターン面をワックス１０４で固定した石英円板１２０と、石英円板１２０を装着した研磨ホルダ１０５を研磨面から見た平面図である。また、図５（ｂ）は研磨中の研磨ホルダ部１００と石英製定盤１０７のＩＶ−ＩＶ’断面を説明する断面図である。図５（ａ）で研磨ホルダ１０５には、角度９０毎に切り欠き１０５ａを設けてある。図５（ｂ）で、定盤１０７上には、研磨剤を含む研磨液１０６が供給されている。定盤１０７は図示しない回転軸を中心に回転し、研磨ホルダ１０５自体も図示しない回転機構により自転しているので、半導体基板１０３は自公転運動をしながら研磨される。この研磨は、研磨液による化学的研磨と、研磨剤による機械的研磨を組み合わせたもので、化学的機械研磨技術（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれている。

特許文献１には、後述する従来技術の問題点に対する、本発明とは別の観点からの解決策が、記載されている。

特開２００４−７１６６７号公報

背景技術で説明した図５では、図５（ｂ）のＡ部に空間が存在する。この空間は、研磨の初期段階ではウェハプロセスを流れた基板の厚みと同じ高さを有する。Ａ部に研磨液１０６が供給されると、半導体基板１０３と石英円板１２０との間のワックス１０４を繰り返し溶かし、ワックス１０４が無くなって、研磨により薄くなり強度の低下し、半ば浮いた状態の半導体基板１０３の外周が破損することがある。また、定盤１０７とは機械的に接触しているのでクラックが発生しやすい。このクラックは、研磨工程以降で半導体基板または半導体チップの破損の原因となる。

本発明の目的は、半導体基板の研磨における破損と、研磨において発生し以降の工程において破損の原因となる半導体基板のクラックとを抑制するための半導体基板の研磨方法およびそれに用いる研磨治具を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、半導体基板を固定する治具に、半導体基板の直径よりやや大きい円形状の溝を設ける。半導体基板は、ワックスでこの溝部に固定される。従来の溝のない治具の場合、研磨開始から半導体基板と治具との間のワックスが溶け出してしまう。これに対して、半導体基板の直径よりやや大きい円形状の溝を設け、少なくとも半導体基板の溝に入った側面が、ワックスで覆われることになって、半導体基板と治具とを固定するワックスの溶け出しを防止する。

本発明によれば、半導体基板と治具とを固定するワックスの溶け出しを防止することができるので、半導体基板の外周を破損させず、クラックの発生を防止する。

以下の実施例では、半導体基板の一例として、化合物半導体であるガリウム砒素について記載する。光半導体素子に用いられるガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）等の化合物半導体は、シリコンに比べ硬度が低く、脆い性質がある。また、厚さ仕様を満たすように研磨する工程は、ウェハプロセスのほぼ最後にあたるので、ウェハとしての付加価値が高い。光半導体を用いる光モジュールの場合、後工程で組み込まれる他の部品の価格比率が高いので、クラックが後工程で顕在化した場合の、損害額が大きい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い、図面を参照して説明する。
図１は、本発明による研磨治具の一実施例を説明する図である。図２は、本発明による研磨工程の一実施例を説明する図である。図１は、研磨治具として、石英製円板の片面（Ｄ面）に深さ１００μｍ（マイクロ・メータ）直径５２ｍｍの溝を加工したものである。ここで、研磨対象物を貼り付けるＢ面と、研磨ホルダと接触し加重を印加するＣ面とは、その平坦度が研磨対象物の面内厚さばらつきに影響を与えるので、精度良く加工する必要がある。また、溝深さを１００μｍとしたのは、研磨終了時の研磨対象物の厚さ仕様１００±１０μｍを、この溝深さで出す目的である。従って、Ｄ面とＢ面との平行度は直に研磨対象物の厚さの均一性に影響を与えるので、石英材料の初期精度も必要である。

図２（ａ）は、厚さ３５０μｍ、直径５０．８ｍｍのガリウム砒素ウェハ１３０のパターン面をワックス１０４でＢ面に固定した石英治具１０１と、石英治具１０１を装着した研磨ホルダ１０５を研磨面から見た平面図である。また、図２（ｂ）は研磨中の研磨ホルダ部２００と石英製定盤１０７との、ＩＩＩ−ＩＩＩ’断面を説明する断面図である。なお、図５（ｂ）では研磨ホルダ１０５は一体物であったが、本実施例では研磨リング部１０５ｂと荷重部１０５ｃとに分かれている。図２（ｂ）で、定盤１０７上には、研磨剤を含む研磨液１０６が供給されている。定盤１０７は図示しない回転軸を中心に回転し、研磨ホルダ１０５自体も図示しない回転機構により自転しているので、定盤１０７に圧接したガリウム砒素ウェハ１３０の裏面（非パターン面）は自公転運動をしながら研磨される。また、石英治具１０１と荷重部１０５ｃの間は図示しない真空源で吸引され、固定されている。荷重部１０５ｃの質量は、１０〜１５ｋｇである。

本実施例の場合、ガリウム砒素ウェハ１３０の直径が、５０．８ｍｍ、石英治具の溝直径が５２ｍｍであるので、その差は片側０．６ｍｍしかない。ワックス１０４は熱で液状化し、泡のでないように石英治具の溝内に一様に塗布し、真空ピンセットで吸着したガリウム砒素ウェハを乗せた後、加圧・冷却し、固定する。余剰のワックスは片側０．６ｍｍの径差の部分を埋め尽くす。従って、従来技術で問題となった半導体基板と石英治具との間のワックスの溶け出しを、防止する。これによって、半導体基板の研磨工程における破損と、研磨工程において発生し以降の工程において破損の原因となる半導体基板のクラックとを抑制することができる。
また、研磨によって薄くなった半導体基板の割れを防止するように、溝の側壁が壁として働くことによっても、破損とクラックとを抑制する。

さらに本実施例では、研磨液の選定によって、ガリウム砒素のみを研磨し、石英を研磨しないので、石英治具の溝深さを、研磨後の基板厚さ仕様とすることで、簡便に半導体基板の厚さ制御が可能である。具体的には、研磨の終了を、ガリウム砒素基板と研磨治具との段差がなくなったことで判断することができる。なお、上述した実施例では、説明の簡略化のため、ワックスの厚みを無視した。しかし、実際には無視はできず、溝の深さは基板の仕様厚さ＋ワックス厚みとする必要がある。

また、固定用の石英治具の平坦性が精度よく形成されているため、面内の厚さばらつきも少なく高平坦性を必要とされる半導体基板を得ることができる。なお、基板厚さ仕様は、光素子の特性および後工程での素子搭載位置設計により決定されている。

石英治具の溝の直径は、半導体基板の直径の最大公差に対して、５ｍｍ程度あっても、実験によれば溝部分をワックスで埋めることができる（溝深さ１００μｍの場合）が、より好ましくは２ｍｍ以下である。
ここで、ワックスとは蜜蝋に限らず、常温で固体であって、加熱することによって低粘度の液体となるものなら、何でも構わない。

なお、上述の実施例では、半導体基板として、ガリウム砒素ウェハを挙げたが、その他の化合物半導体基板であっても良いし、シリコンウェハであっても良い。定盤として石英製定盤を挙げたが、研磨布であっても良い。半導体基板を貼り付ける治具として、石英治具を挙げたが、研磨液で腐食しない（耐食性がある／耐研磨性がある）材料であれば素材は関係がなく、例えばガラスであっても、セラミックであっても良い。

図３は、本発明による研磨治具の他の一実施例を説明する図である。図３は、研磨治具として、石英製円板の片面に深さ１００μｍ、直径２６．６ｍｍの溝を４ヶ加工したものである。図３の石英治具１０２では、直径２５．４ｍｍの半導体基板４枚を一度に研磨加工できる。さらに半導体基板の研磨工程における破損と、研磨工程において発生し以降の工程において破損の原因となる半導体基板のクラックとを抑制することができる。

図４は、本発明を適用した半導体素子を搭載した光モジュール３００の模式図である。図４、本発明の製造方法で裏面を研磨されたガリウム砒素ウェハは、裏面メタライズ、へき開等を経てチップ化されレーザダイオード３０１となる。レーザダイオード３０１はステム３０３とはんだ３０４で接続される。レーザダイオードの発光位置はパターン面の側面にあり、図示しないレンズで光ファイバ３０２に導かれる。光ファイバ３０２の中心位置ずれは、レーザダイオードの発振位置±３μｍ以内とする必要があり、光ファイバ３０２を固定するはんだ（図示しない）の厚さの制約から、レーザダイオード３０１の厚み許容が±１０μｍとなっている。

本発明の実施例である研磨治具を説明する図である。 本発明の実施例である研磨工程を説明する図である。 本発明の他の実施例である研磨治具を説明する図である。 本発明の実施例である光送信モジュールの模式図である。 従来の研磨工程を説明する図である。

符号の説明

１００…研磨ホルダ部、１０１、１０２…石英治具、１０３…半導体基板、１０４…ワックス、１０５…研磨用ホルダ、１０６…研磨液、１０７…石英製定盤、１０８…石英治具、１２０…石英円板、１３０…ガリウム砒素ウェハ、２００…研磨ホルダ部、３００…光送信モジュール、３０１…レーザダイオード、３０２…光ファイバ、３０３…ステム、３０４…はんだ。

Claims (10)

1. 研磨液に対する耐食性を有し、半導体ウェハの直径より５ｍｍ以内だけ大きい直径の溝を有する研磨治具の前記溝に、前記半導体ウェハのパターン面をワックスで固定するステップと、
   前記研磨液が供給された定盤に圧接させた前記半導体ウェハの非パターン面を、前記定盤に対し移動運動させるステップと、
   を含む研磨方法。
2. 前記研磨治具の前記溝の直径は、半導体ウェハの直径より２ｍｍ以内だけ大きいことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記半導体ウェハは、化合物半導体ウェハである請求項１に記載の研磨方法。
4. パターン形成された半導体ウェハの裏面を研磨する研磨方法であって、
   前記半導体ウェハの直径より大きい直径の溝が設けられた耐食性研磨治具に、前記半導体ウェハをワックスで固定し、前記溝の深さによって前記ウェハの研磨後の厚さを制御することを特徴とする研磨方法。
5. 前記溝の深さは、前記半導体ウェハの研磨後の仕様厚さと前記ワックスの厚さの和程度であることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
6. 請求項４に記載された研磨方法であって、
   研磨の終了を、前記半導体ウェハと前記研磨治具との段差高さで判断することを特徴とする研磨方法。
7. 研磨液に対する耐食性を有し、ウェハ状の研磨対象物を固定する研磨治具であって、
   前記研磨治具の片面には、前記研磨対象物の外形と相似の形状の溝が設けられ、前記溝の内側の前記研磨対象物を固定する面の平坦性は、研磨後の研磨対象物の平坦性を保持する性能を有し、前記研磨治具の加重を印加する面の平坦性は、前記研磨後の研磨対象物の平坦性を保持する性能を有することを特徴とする研磨治具。
8. 前記研磨治具は、ガラスまたはセラミックからなることを特徴とする請求項７記載の研磨治具。
9. 研磨によって薄くなった半導体ウェハの割れを防止するように、前記薄くなった半導体ウェハの周囲に壁部を設けた半導体ウェハを固定する研磨治具。
10. 前記半導体ウェハは、化合物半導体ウェハである請求項９に記載の研磨治具。

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