JP2008049430A - ウエハーの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同心円状の凹凸を発生させることなく多数のサファイア基板等ウエハーを同時に研磨できるウエハーの研磨方法を提供すること。
【解決手段】ポリッシングヘッド部１０にウエハーを固定し、研磨布が装着された回転定盤２０にポリッシングヘッド部を押し付けてウエハーを研磨するウエハーの研磨方法であって、上記ポリッシングヘッド部の中心部Ａにおける回転定盤の矢印Ｂで示す回転方向と略４５度の角度をなす矢印Ｃで示す方向へ上記回転定盤を往復運動（揺動）させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子の製造に用いられるサファイア基板等ウエハーの研磨方法に係り、特に、同心円状の凹凸を発生させることなく多数のウエハーを同時に研磨できる研磨方法の改良に関するものである。

発光デバイスとして使用される窒化物半導体発光素子を製造する場合、高品質なエピタキシャル膜を成長させることが重要であり、エピタキシャル膜の成長に用いられるサファイア基板等ウエハーについても、加工歪の残留が無く、清浄で欠陥の無い平滑な表面が要求される。

上記窒化物半導体発光素子用サファイア基板等のウエハーは、従来、サファイア等の結晶をワイヤーソー等により特定の結晶方位が表面に露出したウエハー状に加工し、遊離砥粒によるメカニカル研磨およびコロイダルシリカによるメカノケミカル研磨によって片面鏡面研磨を行った後、エピタキシャル膜を成長させる基板として用いられている。

そして、サファイア基板等ウエハーの片面鏡面研磨方法は、通常、図３に示すように複数枚のウエハーＷをセラミック等の円形ブロック３０にワックス等で固定し、この円形ブロック３０を図２に示すようにポリッシングヘッド部１０の下面に保持させると共に、研磨布２１が装着された回転定盤２０に上記ポリッシュヘッド部１０を押し付け、かつ、回転定盤１０の研磨布２１にコロイダルシリカ４０を供給しながらウエハーＷが固定された上記円形ブロック３０を回転させて行っている。

このような片面鏡面研磨を行うと、ポリッシュヘッド部１０の回転中心および回転定盤１０の回転中心が常に一定であるため、研磨布２１におけるウエハーＷの接触軌跡がウエハーＷに転写され、図４に示すような同心円状の凹凸５０がウエハーＷの研磨面に生じてウエハーＷ表面に加工歪が残留してしまうことがあった。

しかし、ウエハーＷ表面に同心円状の凹凸５０が発生しても、従来、これを検出する手段が無かったため、同心円状の凹凸５０が形成されているにも拘らずそのままエピタキシャル膜成長用の基板として利用されていたが、近年、光学的表面検査装置の発達により同心円状の凹凸とエピタキシャル膜の欠陥との対応が明確となり、同心円状の凹凸の無いウエハーが望まれている。

このため、片面鏡面研磨後のウエハーを検査し、同心円状の凹凸が発生した場合には研磨布を貼り換えて凹凸が発生したウエハーを再度片面鏡面研磨する必要があり、検査や再研磨によるコスト高を招いていた。

尚、研磨部材（上記ポリッシュヘッド部に対応する）の中心における定盤の運動方向と垂直方向に定盤を往復運動させてウエハーを均一に研磨する方法（特開平４−２１０３６９号公報参照）、あるいは、ヘッド部と回転定盤を互いに直交する方向に同時に揺動させてウエハーを研磨する方法（特開平６−１７０７２４号公報参照）等が開発されている。

しかし、いずれの方法も１枚のウエハーが研磨部材（ヘッド部）に貼り付けられる研磨手法に過ぎず、しかも、定盤と研磨部材（ヘッド部）との上記各条件を具備させるには１つの定盤に最大２組の研磨部材（ヘッド部）しか組み込むことができないため、多量のウエハーを同時に研磨できる方法ではなかった。
特開平４−２１０３６９号公報 特開平６−１７０７２４号公報

本発明はこのような問題に着目してなされたもので、その課題とするところは、同心円状の凹凸を発生させることなく多数のウエハーを同時に研磨できるウエハーの研磨方法を提供し、もって高品質な窒化物半導体発光素子の製造を可能とする低コストのサファイア基板（ウエハー）等を提供することにある。

そこで、上記課題を解決するため本発明者が鋭意研究を行った結果、ウエハーが固定されるポリッシングヘッド部の中心部における回転定盤の回転方向と略４５度の角度をなす方向へ回転定盤を往復運動させた場合、１つの回転定盤に最大４組のポリッシングヘッド部を組み込むことが可能となり、これにより同心円状の凹凸を発生させることなく多量のウエハーを同時に研磨することができることを見出すに至った。本発明はこのような発見に基づき完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
ポリッシングヘッド部にウエハーを固定し、研磨布が装着された回転定盤にポリッシングヘッド部を押し付けてウエハーを研磨するウエハーの研磨方法を前提とし、
上記ポリッシングヘッド部の中心部における回転定盤の回転方向と略４５度の角度をなす方向へ上記回転定盤を往復運動させることを特徴とし、
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るウエハーの研磨方法を前提とし、
回転定盤に対し相互に対称性を有する４個のポリッシングヘッド部を上記回転定盤に押し付けることを特徴とするものである。

次に、請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係るウエハーの研磨方法を前提とし、
上記ポリッシングヘッド部に複数枚のウエハーが固定されていることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項１、２または３に記載の発明に係るウエハーの研磨方法を前提とし、
上記回転定盤の往復運動距離が±１ｍｍ以上であることを特徴とし、
請求項５に係る発明は、
請求項１、２、３または４に記載の発明に係るウエハーの研磨方法を前提とし、
上記回転定盤の往復運動速度がウエハーの研磨速度以上であることを特徴とするものである。

本発明に係るウエハーの研磨方法によれば、
ポリッシングヘッド部の中心部における回転定盤の回転方向と略４５度の角度をなす方向へ回転定盤を往復運動させるため同心円状の凹凸を発生させることなくウエハーを研磨することが可能となり、しかも、上記回転定盤に最大４組のポリッシングヘッド部を組み込むことができるため多数のウエハーを同時に研磨することが可能となる。

従って、高品質な窒化物半導体発光素子の製造を可能とするサファイア基板（ウエハー）等を低コストで提供できる効果を有している。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、本発明に係るウエハーの研磨方法は、図１に示すように、ポリッシングヘッド部１０にウエハー（図示せず）を固定し、かつ、研磨布（図示せず）が装着された回転定盤２０にポリッシングヘッド部１０を押し付けてウエハーを研磨する方法であって、上記ポリッシングヘッド部１０の中心部Ａにおける回転定盤２０の矢印Ｂで示す回転方向とθ＝略４５度の角度をなす矢印Ｃで示す方向へ上記回転定盤２０を往復運動させることを特徴とするものである。

ここで、各ポリッシングヘッド部１０に固定された各ウエハー（図示せず）の揺動条件が同じでかつ同時に複数枚のウエハーを研磨加工（鏡面加工）するためには、図１に示すように回転定盤２０に対しポリッシングヘッド部１０を４個とし、ポリッシングヘッド部１０の中心部Ａにおける回転定盤２０の矢印Ｂで示す回転方向と略４５度の角度をなす矢印Ｃで示す方向へ上記回転定盤２０を往復運動（揺動）することが最も効率的であることが確認される。但し、４個のポリッシングヘッド部１０がそれぞれ回転定盤２０に対し相互に対称性を有し若しくは略対称性を有するように配置されることが必要である。すなわち、従来技術のように各ポリッシングヘッド部１０の中心部Ａにおける回転定盤２０の矢印Ｂで示す回転方向と０度若しくは９０度の角度をなす方向へ回転定盤２０を往復運動（揺動）させた場合、各ポリッシングヘッド部１０に固定された各ウエハーの揺動条件が同一となるためのポリッシングヘッド部１０の個数は、図１から理解されるように最大２個となり、本発明に係る研磨方法と比較しその研磨処理効率に劣ることが確認される。

次に、回転定盤の往復運動距離については任意に設定されるが、同心円状の凹凸の発生を抑制する観点から±１ｍｍ以上に設定することが好ましい。

また、各ポリッシュヘッド部に固定するサファイア基板等半導体ウエハーの枚数についても原則任意であるが、高品質な窒化物半導体発光素子の製造を可能とするサファイア基板等半導体ウエハーを低コストで提供する観点から円形ブロックの外周付近に可能な限り複数枚固定して鏡面研磨することが望ましい。また、上記ポリッシュヘッド部は一般的に回転定盤の回転に伴い受動的に回転し、ポリッシュヘッド部の回転速度は時間と共に変化するが、サファイア基板等半導体ウエハー表面の加工条件を安定化させるためにはポリッシュヘッド部を回転定盤の回転数に近い回転数で強制的に回転させることが好ましい。

次に、回転定盤における往復運動速度（揺動速度）の上限については特に規定されないが、極端に高速にすると研磨布の磨耗が激しくなりまたウエハーの平坦度が悪化するため、ポリッシュヘッド部の中心部における回転定盤の回転速度の１／１０以下程度で十分である。また、回転定盤における往復運動速度（揺動速度）の下限についても特に規定されないが、研磨速度以上であれば同心円状の凹凸の発生が見られなくなり、また高価な研磨装置による基板コスト上昇を避ける観点から数ｍｍ／ｍｉｎ程度以上が好ましい。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

直径３００ｍｍのセラミック製円形ブロック（図３参照）４枚に、直径３インチのサファイア基板６枚を各々ワックスにて固定し、かつ、４個のポリッシュヘッド部下面に上記セラミック製円形ブロックをそれぞれ保持させた。尚、４個のポリッシュヘッド部は、図１に示すように回転定盤に対し相互に対称性を具備するように配置されている。

次に、直径８００ｍｍ、回転数が６０ｒｐｍに設定された回転定盤に対し上記４個のポリッシュヘッド部を押し付け、かつ、コロイダルシリカを供給しながら１時間片面鏡面研磨を行った。尚、ポリッシュヘッド部の回転数は５８ｒｐｍ、サファイア基板の単位荷重は３５０ｇ／ｃｍ²、回転定盤の往復運動速度（揺動速度）は２００ｍｍ／ｍｉｎ、回転定盤の往復運動距離は±２０ｍｍにそれぞれ設定されている。

そして、上記片面鏡面研磨を行った後、各セラミック製円形ブロックからサファイア基板を剥離しかつ洗浄を行ってから光学的表面検査装置（Candela社製 OSA-C1）にて検査を行ったところ、処理されたサファイア基板２４枚中１枚も同心円状の凹凸が確認されなかった。更に、回転定盤の研磨布を貼り替えることなく同一の条件で９回、合計枚数２１６枚のサファイア基板について同様の片面鏡面研磨を行ったが、同心円状の凹凸は１枚も見られなかった。

尚、この時の研磨速度は平均３．０μｍ／ｈｒで、回転定盤の揺動速度（２００ｍｍ／ｍｉｎ）が上記研磨速度（平均３．０μｍ／ｈｒ）に対し十分速いことを確認している。

直径３００ｍｍのセラミック製円形ブロック４枚に、直径３インチのサファイア基板６枚を各々ワックスにて固定し、かつ、４個のポリッシュヘッド部下面に上記セラミック製円形ブロックをそれぞれ保持させた。尚、４個のポリッシュヘッド部は、図１に示すように回転定盤に対し相互に対称性を具備するように配置されている。

次に、直径８００ｍｍ、回転数が６０ｒｐｍに設定された回転定盤に対し上記４個のポリッシュヘッド部を押し付け、かつ、コロイダルシリカを供給しながら１時間片面鏡面研磨を行った。尚、ポリッシュヘッド部の回転数は５８ｒｐｍ、サファイア基板の単位荷重は３５０ｇ／ｃｍ²、回転定盤の往復運動速度（揺動速度）は２００ｍｍ／ｍｉｎ、回転定盤の往復運動距離は±１ｍｍにそれぞれ設定されている。

そして、上記片面鏡面研磨を行った後、各セラミック製円形ブロックからサファイア基板を剥離しかつ洗浄を行ってから光学的表面検査装置（Candela社製 OSA-C1）にて検査を行ったところ、処理されたサファイア基板２４枚中１枚も同心円状の凹凸が確認されなかった。更に、回転定盤の研磨布を貼り替えることなく同一の条件で９回、合計枚数２１６枚のサファイア基板について同様の片面鏡面研磨を行ったが、同心円状の凹凸は１枚も見られなかった。

尚、この時の研磨速度は平均２．８μｍ／ｈｒで、回転定盤の揺動速度（２００ｍｍ／ｍｉｎ）が上記研磨速度（平均２．８μｍ／ｈｒ）に対し十分速いことを確認している。

直径３００ｍｍのセラミック製円形ブロック４枚に、直径３インチのサファイア基板６枚を各々ワックスにて固定し、かつ、４個のポリッシュヘッド部下面に上記セラミック製円形ブロックをそれぞれ保持させた。尚、４個のポリッシュヘッド部は、図１に示すように回転定盤に対し相互に対称性を具備するように配置されている。

次に、直径８００ｍｍ、回転数が６０ｒｐｍに設定された回転定盤に対し上記４個のポリッシュヘッド部を押し付け、かつ、コロイダルシリカを供給しながら１時間片面鏡面研磨を行った。尚、ポリッシュヘッド部の回転数は５８ｒｐｍ、サファイア基板の単位荷重は３５０ｇ／ｃｍ²、回転定盤の往復運動速度（揺動速度）は１ｍｍ／ｍｉｎ、回転定盤の往復運動距離は±１ｍｍにそれぞれ設定されている。

そして、上記片面鏡面研磨を行った後、各セラミック製円形ブロックからサファイア基板を剥離しかつ洗浄を行ってから光学的表面検査装置（Candela社製 OSA-C1）にて検査を行ったところ、処理されたサファイア基板２４枚中１枚も同心円状の凹凸が確認されなかった。更に、回転定盤の研磨布を貼り替えることなく同一の条件で９回、合計枚数２１６枚のサファイア基板について同様の片面鏡面研磨を行ったが、同心円状の凹凸は１枚も見られなかった。

尚、この時の研磨速度は平均２．９μｍ／ｈｒで、回転定盤の揺動速度（１ｍｍ／ｍｉｎ）が上記研磨速度（平均２．９μｍ／ｈｒ）に対し十分速いことを確認している。
［比較例１］
上記回転定盤を往復運動（揺動）させない点を除き、実施例１、２、３と同一の条件で２４枚のサファイア基板について１時間の片面鏡面研磨を行った後、各セラミック製円形ブロックからサファイア基板を剥離しかつ洗浄を行ってから光学的表面検査装置（Candela社製 OSA-C1）にて検査を行ったところ、処理されたサファイア基板２４枚中６枚に同心円状の凹凸が確認された。

更に、回転定盤の研磨布を貼り替えることなく同一の条件で９回、合計枚数２１６枚のサファイア基板について同様の片面鏡面研磨を行ったところ、２回目では２４枚中１２枚に、３回目では２４枚中１５枚に、４回目以降は２４枚全てに同心円状の凹凸が見られた。

この結果、比較例１に較べて実施例１〜３に係る研磨方法の優位性が確認された。

本発明に係るウエハーの研磨方法によれば、同心円状の凹凸を発生させることなく多数のサファイア基板等ウエハーを同時に研磨することが可能となる。

従って、窒化物半導体発光素子製造用の安価なサファイア基板等を提供するための研磨方法として適用される産業上の利用可能性を有している。

本発明に係るウエハーの研磨方法を示す概略平面図。 ウエハーの研磨方法を示す説明図。 ウエハーが固定された円形ブロックの概略平面図。 従来の研磨方法によりウエハーに形成された同心円状の凹凸を示す概略平面図。

符号の説明

１０ ポリッシュヘッド部
２０ 回転定盤
Ａ ポリッシュヘッド部の中心部
Ｂ 回転定盤の回転方向を示す矢印
Ｃ 回転定盤の往復運動（揺動）方向を示す矢印

Claims (5)

1. ポリッシングヘッド部にウエハーを固定し、研磨布が装着された回転定盤にポリッシングヘッド部を押し付けてウエハーを研磨するウエハーの研磨方法において、
   上記ポリッシングヘッド部の中心部における回転定盤の回転方向と略４５度の角度をなす方向へ上記回転定盤を往復運動させることを特徴とするウエハーの研磨方法。
2. 回転定盤に対し相互に対称性を有する４個のポリッシングヘッド部を上記回転定盤に押し付けることを特徴とする請求項１に記載のウエハーの研磨方法。
3. 上記ポリッシングヘッド部に複数枚のウエハーが固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のウエハーの研磨方法。
4. 上記回転定盤の往復運動距離が±１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のウエハーの研磨方法。
5. 上記回転定盤の往復運動速度がウエハーの研磨速度以上であることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のウエハーの研磨方法。

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