JP2010219353A - 半導体用ウエハーの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】等方的かつ制御された凹面形状を持つ半導体用ウエハー、特にサファイアウエハーを安定して供給する製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの裏面を平板に密着固定し、その表面を鏡面研磨した後に取り外して測定した無加圧状態での面形状との差から求めた面形状を表面とする矯正板の表面上にウエハーＡの裏面を密着して搭載した時に、ウエハーＡの外周が接する矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における矯正板の姿勢を調整して固定した後、ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの裏面を矯正板の表面上に密着固定して、ウエハーＢの表面を平坦に研磨する半導体用ウエハーの研磨方法。
【選択図】 図６

Description

本発明は半導体用ウエハーの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、半導体用ウエハーの研磨方法に関するものである。

半導体用ウエハーの一つである窒化ガリウムのエピタキシャル成長用基板として用いられるサファイアウエハーは、その反りの大きさが６〜１０μｍ程度の凹面で、また反りの大きさが面内の全ての方向で同程度であることが求められている。
従来、このウエハー面内の縦方向と横方向の反りの大きさ、その方向（凹凸）を揃えることは難しく、製造工程における技術課題であった。また、これまでの技術は、反りの大きさを軽減させる技術を主体として開発されてきており、反りの形状としての等方的な凹面を作り込む技術に関しては未だ有効な手段が確定されておらず、そこで、サファイアウエハーを等方的な凹面形状に作り込む技術が要求されている。

このような従前の技術の要求において、スライスされたウエハーの反りを矯正することなくワックスを介して無加圧で平坦な研磨プレートに貼付して研磨することで、反りの少ないウエハーが得られることが提案されている（例えば、特許文献１参照）

また、両面に凹凸や反りを持つ薄板の両面に面加工を施すにあたり、薄板の第１面とほぼ相補的形状の保持面を有する保持装置を用いて第２面を平坦に仕上げた後、第２面を平坦な保持面で保持し、第１面を平坦に仕上げて、両面の高平坦化を得る技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２２４１６４号公報 特開平９−２６２７６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載される発明では、比較的厚みのあるワックスは常温では固体であるが剛体ではなく、研磨時に発生する熱と圧力により、反ったウエハーの支持が不安定となり、形状維持が困難となる。

また、特許文献２に開示される発明では、その第１面の保持装置が、加工前の薄板の任意の変形形状の面を保持可能にするために、極めて複雑な構造の装置になるという問題を生じている。
更に、これら従来技術に共通する問題点は、研磨後のウエハー表面の曲率は平坦面に近いものにしかならず、特定の値（凹凸）に制御することができない点である。

このような状況の中、本発明は従来技術が有する種々の課題を解決し、等方的かつ制御された凹面形状を持つサファイアウエハーを安定して供給できる製造方法の提供を目的とするものである。

本発明によれば、裏面にワックスを塗布したウエハーを平坦なセラミックプレートに乗せ、熱と圧力を加えてウエハーをセラミックプレートに貼り付ける際に、ウエハーとセラミックプレートの間に、適当な形状を持たせた矯正板を挟むことによって、あるいはセラミックプレートの代わりに適当な形状を持たせた矯正板を使用することにより、この矯正板に密着・固定させたウエハーに、当該ウエハーが等方的な凸形状となるような弾性変形を与え、かかる状態でウエハーの表面を研磨した後、ウエハーを矯正板から取り外し、弾性変形を解除することにより、研磨時は平面であったウエハー表面の反りの形状を等方的な凹面形状とするものである。
なお、本願におけるウエハーの表面とは、研磨加工がされる一方の面を示し、裏面とは研磨加工がされない他方の面を示す。矯正板における表面とは、ウエハーの研磨時にウエハーの裏面と密着する面を示す。目標とする研磨仕上げ形状は、厚みを持たない形状であって、面形状あるいは表面形状と呼ぶ。面形状の凹凸は、表面、裏面については、各面の外側から内側方向に向って見える状態で表し、目標とする研磨仕上げ面形状の場合は、矯正板に固定されたウエハー側から矯正板方向に見た、すなわち上から見た目標の形状の状態で表す。

本願発明の第一の発明は、ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの裏面を平板に密着させて固定し、その表面を鏡面研磨した後取り外して無加圧の状態で測定して得られた表面形状との差から求めた表面形状を有する矯正板を製作し、前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の姿勢を調整して固定した後、前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、前記ウエハーＢの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法である。

本願発明の第二の発明は、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーの、表面研磨前の無加圧状態の非研磨面となる裏面の面形状と、前記ウエハーを平坦ブロック上に密着固定して表面を研磨し、取り外した後の無加圧状態の裏面の面形状との差からトワイマン効果の値を求め、ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、前記ウエハーの表面研磨前の無加圧状態の裏面の面形状と整合する面形状と、の差から求めた面形状を前記トワイマン効果の値で補正して求めた面形状を表面に有する矯正板を製作し、前記矯正板の表面上に前記ウエハーの裏面が密着するように前記ウエハーを搭載した場合、前記ウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の姿勢を調整して固定した後、前記ウエハーの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、前記ウエハーの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法である。

本願発明の第三の発明は、工程１から工程４を有することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法で、その工程１は、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの非研磨面となる裏面にワックスを塗布し、前記ワックスを塗布した面を平坦ブロックの上面に密着させ固定した後、前記ウエハーＡの被研磨面となる表面を平坦に研磨する工程で、工程２は、前記ウエハーＡを前記平坦ブロックから取り外し、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状を無加圧状態で測定する工程、工程３は、測定した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状との差を求め、前記差により表面形状を規定した面形状を表面に有する矯正板を作製する工程、工程４は、前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは前記矯正板の姿勢を調整して前記矯正板を固定後、前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの非研磨面となる裏面にワックスを塗布して前記ウエハーＢのワックス塗布面と前記矯正板の表面を密着させ固定した後、前記ウエハーＢの被研磨面となる表面を平坦に研磨する工程である。

本願発明の第四の発明は、上記第一または第三の発明において、ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と目標とする研磨仕上げ表面形状がそれぞれの形状に共通な複数の切断面に現れる各表面形状の曲線の反り量を用いて表すことを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第五の発明は、上記第四の発明において、ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差が、略円形状のウエハーの中心を基準点として、一つの直径の両端点と、前記直径と略直交する他の直径の両端点と、の合計４点において、ウエハーの厚み方向に測定した前記表面形状の各点の高さとして表わされることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第六の発明は、上記第四の発明であって、前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点とし、それぞれの反り量が測定されたウエハー上の位置に対応する矯正板の各箇所の、研磨面に垂直な方向の高さとして採用することを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第七の発明は、上記第五の発明であって、前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点とし、矯正板に載置されるウエハーの直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、前記直径と直交する他の直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、の合計４点における前記矯正板の、研磨面に垂直な方向の表面高さとすることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第八の発明は、上記第五または七の発明であって、前記直径又は前記他の直径が、ウエハーのオリエンテーションフラットと平行であることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第九の発明は、工程５から工程７を有することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法で、その工程５は、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーの非研磨面となる裏面の形状を表面研磨の前後で無加圧状態で測定し、その差からトワイマン効果の値を算出する工程であり、工程６は、前記表面研磨前のウエハーの裏面の形状から求められる前記ウエハーの裏面と整合する面形状と、目標の面形状との差を求め、前記差をトワイマン効果で補正して寸法を規定した面形状を表面に有する矯正板を作製する工程、工程７は、前記矯正板の表面上に前記ウエハーの裏面が接触するように前記ウエハーを搭載した場合、前記ウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは姿勢を調整して前記矯正板を固定後、前記ウエハーもしくは前記ウエハーと同じウエハー群から抽出したウエハーの非研磨面となる裏面にワックスを塗布し、前記いずれかのウエハーのワックス塗布面と前記矯正板の表面を密着させ固定した後、前記いずれかのウエハーの被研磨面を平坦に研磨する工程である。

本願発明の第十の発明は、上記第二または九の発明であって、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状がそれぞれの形状に共通な複数の切断面に現れる各表面形状の曲線の反り量を用いて表すことを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第十一の発明は、上記第十の発明であって、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差が、略円形状のウエハーの中心を基準点として、一つの直径の両端点と、前記直径と略直交する他の直径の両端点と、の合計４点において、ウエハーの厚み方向に測定した前記表面上の各点の高さとして表わされることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第十二の発明は、上記第十の発明であって、前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、トワイマン効果の値から前記二つの反り量の差を引いた値を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点として、それぞれの反り量が測定されたウエハー上の位置に対応する矯正板の各箇所の、研磨面に垂直な方向の高さとすることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第十三の発明は、上記第十一の発明であって、前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する表面形状と、前記目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、トワイマン効果の値から前記二つの反り量の差を引いた値を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点として、矯正板に載置されるウエハーの直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、前記直径と直交する他の直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、の合計４点における前記矯正板の研磨面に垂直な方向の表面高さとすることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第十四の発明は、上記第十または十三の発明であって、前記直径又は前記他の直径が、ウエハーのオリエンテーションフラットと平行であることを特徴とするウエハーの研磨方法である。

本願発明の第十五の発明は、ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの裏面を平板に密着させて固定し、前記ウエハーＡの表面を鏡面研磨した後に取り外して無加圧の状態で測定して得られた非研磨面となる裏面の面形状と整合する表面形状と、の差から求めた表面形状を有する矯正板を製作し、前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは姿勢を調整して固定した後、前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、前記ウエハーＢの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法である。

本発明によれば、平坦であるべき研磨前のウエハーの、変形の傾向に応じた形状に表面を加工した矯正板を用いた保持方法としたので、ウエハーの変形の影響を小さく留め、設定した目標形状にほぼ等しい研磨後の表面形状が得られる。
また、その矯正板は、十分な剛性を持って、変形したウエハーを支持できるので、加工時にかかる熱や圧力の影響を受けず、設定した形状に近い研磨後の表面形状が得られ、かつ矯正板は複雑な機構を必要としないので、迅速に製作できて安価である。
さらに、目標形状は、等方的凹面形状に限らず、凸面など種々の形状を設定し得ることを可能とする。

本発明の第１の研磨方法の工程説明図（工程１、２）で、実施例１の研磨方法でありサンプルウエハーの反り量を求める工程の説明図である。 本発明の第１の研磨方法の工程説明図（工程３、４）で、実施例１の研磨方法であり、矯正板の形状設定およびサンプル以外のウエハーの研磨方法を説明する図である。 本発明の第２の研磨方法の工程説明図（工程５、６）で、実施例２の研磨方法であり、矯正板の形状設定方法を説明する図である。 本発明の第２の研磨方法の工程説明図（工程７）で、実施例２の研磨方法であり、上記矯正板を用いたウエハーの研磨方法を説明する図である。 実施例における反り量を測定する場合のサファイアウエハーの測定点を示す図で、（ａ）が斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。 両面研削後のウエハー裏面を、平坦なセラミックブロック上面に密着させて表面を研磨した後、表面の高さを測定した結果を示す図である。 工程３で作製した矯正板の形状を示す模式斜視図である。 両面研削後のウエハー裏面を、平坦なセラミックブロック上面に矯正板を介して固定させて表面を研磨した後、表面の高さを測定した結果を示す図で、本発明により得られるウエハー表面形状を表している。

従来のサファイアウエハーの製造方法は、略円柱状の単結晶インゴットをワイヤーソーなどを用いてウエハー状にスライスし、そのスライス時に発生したウエハーの反りを両面研削することによって修正している。その後、裏面にワックスを塗布した上記ウエハーを、塗布したワックスを介して平坦なセラミックプレートに貼り付けて、ウエハー表面を鏡面研磨で仕上げる。研磨後、ウエハーをセラミックプレートから剥がし、洗浄を経て製品としている。

この製造方法における両面研削時に、前工程のスライス時に発生したウエハーの反りが完全に修正されるものとすると、平坦なセラミックプレートに平坦な裏面を貼り合わせることになるので、ウエハーは反ることなくセラミックプレートに貼り付けられ、従って、表面を鏡面研磨後にセラミックプレートから剥がされたウエハーの反りの形状は、鏡面研磨により研削歪層を除去した表面と、鏡面研磨を行っていない裏面との加工歪の違いのみにより生じるトワイマン効果のため、緩やかな凹面の反りとなる。
即ち、ウエハーの研削および研磨による加工歪はウエハーの加工面全体で、おおよそ均一かつ等方的に入っており、また鏡面研磨面である表面より鏡面研磨を施していない裏面の方が加工歪は大きいので、トワイマン効果による反りのみであれば、ウエハー表面の反り形状は反りの程度が制御可能でない等方的な凹面形状となることが期待される。

しかしながら、一般にスライス後のウエハーはある一方向に緩やかに反った形状となることが多く、両面研削したウエハーの裏面形状においても、スライス後のウエハーの一方向への反り形状の傾向を維持している。
現実的には、両面研削によって完全にスライス起因の反りを修正することはできず、セラミックプレートに貼り付ける前のウエハーの裏面は平坦ではなく、ある程度の反りが存在している。

そこで、この裏面に反りがあるウエハーを、セラミックプレートに加圧して貼り付けると、裏面が平坦に矯正された状態で貼り付けられ、その結果、表面を鏡面研磨後にセラミックプレートからウエハーを剥がすと、トワイマン効果による反りに加えて、平坦に矯正されていた裏面形状が、元の反り形状に戻ろうとする弾性的な力によって、再び反る。鏡面研磨加工によって板厚が一定となったウエハーは、裏面に反りが生じると、その反りが表面に転写されるがごとく反映されて現れてくることになり、表面に所要の形状が得られない。

このような観点を踏まえ、本発明では、反りがある両面研削済みのウエハーの表面を鏡面研磨する際に、ウエハー裏面の反り状態に適合する相補的形状を基準とし、さらに所要の表面仕上げ形状を得るために目的とする形状を定め、この目的とする形状との差異を表面形状に反映した矯正板を製作し、かかる矯正板をウエハー裏面に密着固定して、そのような状態でウエハー表面の鏡面研磨を行う。

この矯正板の形状は、以下に詳細に説明する寸法の設定方法により、ウエハーが加圧されて矯正板に貼り付けられた時に掛かる弾性的な力がウエハー面内の全方向で同じになるような形状にする。具体的には、目標とする研磨仕上げ研磨後の表面形状を等方的な凹面形状としたい場合は、ウエハー裏面形状が矯正板に押し付けられて拘束される際に、ウエハーの周辺が全方位で均一に下方に曲げられて密着するような加圧による変形を可能とする形状の矯正板を製作し、使用する。

そこで、鏡面研磨後のウエハー表面に求められる当方的な凹面形状は、これらの矯正板によりウエハー全体が上凸に反るように加圧変形された状態で固定され、平面に研磨されたウエハー表面が、拘束を解かれて凹面形状となる弾性力の作用に加えて、前工程の両面研削された層が表面のみ研磨によって取り除かれたことによるトワイマン効果による凹面形状の生成が合わさり達成されるものである。

本発明の研磨方法は、サファイアウエハーの直接的課題であるウエハーの鏡面研磨後の表面を等方的に凹面とする場合の使用に限らず、研磨後のウエハーに要求される平坦形状または凹凸を問わない緩やかな反り形状をも目標とする研磨仕上げ表面形状と定め、その形状をウエハーの中心と、上端、下端、右端、左端の５箇所の高さで表し、種々の場合に対応する矯正板の表面形状設定に使用する。この場合、中心を基準点とし、中心における高さの差を０として、残る４箇所の高さの差を相対値で表す簡便な方法も採用できる。

具体的に、本発明の研磨方法の第一は、図１−１および図１−２に示す工程を経て研磨されるもので、先ず略同一形状を有する両面研削後のウエハー群、即ち同一ロットから採取した一枚のウエハー（ウエハーＡ）を、その非鏡面研磨面である裏面にワックスを塗布し、そのワックス塗布面を平坦なブロックの面に押し当て、即ち加圧し、次いで加熱することで両者を密着固定する。固定後、被鏡面研磨面である表面を鏡面に研磨（工程１）し、研磨後、平坦なブロックから取り剥がして、表面の反りの大きさを測定する（工程２）。反りの大きさは、前記５箇所の高さで表される。

次に、これら５箇所のそれぞれについて、鏡面研磨後のウエハー表面の高さと、目標とする研磨仕上げ表面形状の高さの差を求めて、この差に対応する矯正板を作製する（工程３）。なお、矯正板の作製に際しては、板状の素材上面に求めた５箇所の高さの差を反映した曲面を形成する。さらに、同一ロットから採取したウエハーＢ裏面にワックスを塗布し、この矯正板表面に加圧固定すると共に、ウエハーＢが固定された矯正板の裏面にワックスを塗布し、平坦なブロックに密着固定する。この際、前記矯正板の表面上に搭載した前記ウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の姿勢を調整して固定する。この作業は、ウエハーの外周のなす面と研磨装置により生成される研磨面を略平行として、研磨後のウエハーの外周の厚さをほぼ一定とするためである。矯正板がかかる姿勢に固定できる物であれば、矯正板を固定する対象は必ずしも平坦なブロックに限定されない。このようにしてウエハーの表面を鏡面に研磨し、研磨後、ウエハーを矯正板から取り外す（工程４）。

また、第二の研磨方法として、図２−１および図２−２に示されるように鏡面研磨後にウエハーの表面の形状を測定して矯正板の形状データのサンプリングを行う代わりに、研磨前のウエハーの裏面（非研磨面）を測定（工程５）し、その裏面と整合する表面形状を、研磨後のウエハーの表面とみなし、同様の方法で板状の矯正板を製作（工程６）してもよい。この場合、研磨をしていない裏面をもとに矯正板形状を決定するので、トワイマン効果が評価されていない簡易な方法となる。
なお、トワイマン効果を研磨加工結果に反映させるためには、その値を把握して、これにより矯正板の形状を補正するもので、このトワイマン効果の値は、両面研削後のウエハーの表面の反りの値を、表面の鏡面研磨加工の前後で比較し、その差を算出することで得られる。

工程１或いは工程５で用いたウエハー（ウエハーＡ）と同じウエハー群から抽出した以後のウエハー（ウエハーＢ）は、この矯正板を使用し、矯正板を介して平坦なブロックに加圧固定され、その表面が鏡面研磨される（工程４、工程７）。

この矯正板に関しては、両面研削後のウエハー裏面の曲率形状がロットごとに相違している場合、および目標とする研磨仕上げ形状の設定が変わる場合、その都度、形状を変えて作製する必要があるが、目標とする研磨仕上げ形状の仕様は一定である場合が多く、また、スライスなどの前工程の条件が一定であれば、両面研削後のウエハー裏面の曲率形状の平均値がロットによって変化する量は微小であるので、矯正板は同一の物を使用できる場合がほとんどである。
なお、矯正板の外形は円柱状が望ましいが、矯正板としての要件を満たすものであれば、直方体などの形状であってもかまわない。

さらに、ウエハーの表面形状の測定は、反り量を用いた方法以外に、レーザーを用いた形状測定器などによる３次元測定によって、その表面形状を求めることでも良い。このような３次元測定を用いた場合における矯正板の作製は、測定で得られたウエハーの形状データと目標の表面形状の形状データに基づき、ＮＣ装置付きの研磨装置などにより、矯正板の表面形状を精密に形成することができる。
また、平坦で厚みが略一定に研削された後に固定が解かれ、弾力で復元したウエハーの反りは概して緩やかであるという性質を利用して、反りの測定において、互いに略直行する直径を含む垂直断面に現れるウエハー表面もしくは裏面の曲線の曲率、あるいは、上記直径の交点および端点それぞれの箇所における、ウエハー面と垂直な方向に計った面の高さを用いることにより、測定の簡素化、迅速化を図ることができる。

以下、本発明を図及び実施例により詳細に説明する。
図３は、実施例における反り量を測定する場合のサファイアウエハーの測定点を示す図で、（ａ）が斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。 図３において、１はサファイアウエハー、１ａは鏡面研磨面、２はオリエンテーションフラットである。
反り量を測定した５箇所は、次の（１）から（５）に示す位置である。
（１）中央： 垂直に交わる上記２つの直径の交点（ウエハーの中心）、
（２）上端： オリエンテーションフラットに垂直な直径の上端、
（３）下端： オリエンテーションフラットに垂直な直径の下端、
（４）右端： オリエンテーションフラットに平行な直径の右端、
（５）左端： オリエンテーションフラットに平行な直径の左端
である。但し、平面図においてウエハー中心を基準点としている。

オリエンテーションフラット２を有する、直径約７５ｍｍ、厚み約０．７ｍｍにスライスされたサファイアウエハー１を両面研削した後、ワックスを塗布したウエハー裏面（非研磨面）を平坦なセラミックブロック上に矯正板を介して固定して矯正板の形状データを得る第１の研磨方法の実施例を示す。
実施例１は以下の工程に沿って研磨を行っている。

（工程１）
両面研削後のウエハー裏面の曲率形状が類似する同一ロットの中から採取したサファイアウエハーを、裏面にワックスを塗布し、平坦なセラミックブロックに加圧状態で、加熱して固定した後、常温まで冷却して加圧を解除する。これによって、サファイアウエハーの裏面は隙間なく平坦なセラミックブロックの上面に密着状態で固定される。この状態で、その表面を研磨し、表面の研削加工層を除去すると共に、平坦な研磨面を形成する。

（工程２）
工程１で作製したサファイアウエハーを平坦なセラミックブロックから取り剥がし、洗浄、乾燥した後、研磨表面のオリエンテーションフラットを手前に置いて、このオリエンテーションフラットと平行な直径上の２箇所の端点、垂直な直径上の２箇所の端点及び中央の５箇所の高さを測定する。

反り量は、平坦なセラミックブロックの表面に垂直な方向に計った５箇所の高さを光学式平坦度測定器（メーカー名：ニデック、型式：ＦＴ−１７）を用いて測定した。
なお、反り量の測定方法は、この方法に限定されるものではなく、被測定物表面の特定断面に沿って連続的に測定した曲率半径などで表しても良い。
その測定結果を表１に示す。参考として図４に、研磨後のサファイアウエハーの表面形状を示す。

（工程３）
目標とする研磨仕上げ表面形状は、（１）を基準として（２）から（５）の４箇所における高さが、本実施例では等方的な凹面で面の高低差が６μｍとする表面形状を研磨上がりの目標形状としている。従って、（１）中心：０μｍ、（２）上端の反り量：６μｍ、（３）下端の反り量：６μｍ、（４）右端の反り量：６μｍ、（５）左端の反り量：６μｍと設定する。
この目標とする表面形状の反り量を、工程２の測定形状である反り量から引いて、４箇所それぞれの反り量の差を求める。その値を表１に示す。この反り量の差が、本発明に係る矯正板の形状の目安となる。

そこで、矯正板としては、その直径がウエハーの直径に等しく、底面が平坦な薄い円柱状で、上記５箇所に対応する箇所の高さが、矯正板中心の高さを基準としたとき、中心高さ：０μｍ、上端の高さ：−５．０５μｍ（＝０．９５−６）、下端の高さ：−４．２９μｍ、右端の高さ：０．１３μｍ、左端の高さ：０．４０μｍを満足し、これらの点を結ぶ滑らかな曲面で上面を形成したものを、矯正板の目安とする。なお、矯正板の上端と下端の高さの差、右端と左端の高さの差は１μｍ未満であるので、傾きの調整は行わなかった。この差が大きい場合は、簡便的には両者の高さの値の平均値で両者の高さの値を書き換えることで、概略の傾きの調整ができる。

本実施例で用いた矯正板は、サファイア板を用い、図５に示すような形状となった。
なお、矯正板はセラミックプレートに貼り付けた状態で高さを測定するため、光学式平坦度測定機は使用できないので、小坂研究所製表面粗さ測定機（型式：サーフコーダーＳＥ３５００）を用いて測定した。その測定結果は、中心の高さを基準としたとき、上端と下端の高さが−４．８μｍ、右端と左端の高さが−０．９μｍと計測された。なお、測定値は両端でレベリングを行っている為、上端と下端、右端と左端で同一の値となっている。

矯正板はその直径をウエハーの直径と等しくしたので、矯正板の表面上に搭載したウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線は矯正板の表面（上面）外周となる。この外周と距離が最も近い平面が、研磨装置が生成する鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の形状すなわち外周に表れる厚みの均一性を設定するか、その姿勢を調整して固定する。本実施例では前者を実現する方法として、矯正板の外周の（２）上端、（３）下端、（４）右端、（５）左端における厚みが略均等になるように、矯正板の形状の曲率を維持したまま、設定値を、上端と下端の間、右端と左端の間で略等しくなるようにそれぞれ調整する。平坦ブロック表面は研磨面と平行となっているので、この工程によって研磨後のウエハー外周の厚みの均一性が向上する。因みに後者を実現する方法として、矯正板と平坦ブロックの間に、傾きを補正する角度を有する楔状の板を製作し、設置して、上記矯正板の表面外周の４端点の平坦ブロックからの高さを略均等にする方法も取り得る。

（工程４）上記ロットを構成する未研磨のウエハー各一枚について、裏面にワックスを塗布した後、工程３で作製した矯正板を介して、平坦なセラミックブロックに固定して、表面を平坦に加工する。

工程４を経たウエハーを洗浄乾燥した後、表面の４箇所の高さをウエハーの中心を基準として測定した。
その結果を表１に示すが、それぞれ、（１）ウエハーの中心高さ：ＳＣ＝０μｍ、（２）上端の高さ：ＳＴ＝６．０７μｍ、（３）下端の高さ：ＳＢ＝５．１８μｍ、（４）右端の高さ：ＳＲ＝６．１１μｍ、（５）左端の高さ：ＳＬ５．３５μｍとなった。
参考として図６に、この研磨後のウエハーの表面形状を示す。

次に第２の研磨方法を、実施例１と同様にオリエンテーションフラットを有する、直径約７５ｍｍ、厚み約０．７ｍｍにスライスされたサファイアウエハーを用いて説明する。

（工程５）
略同一形状の両面研削されたサファイアウエハー群から抽出したサファイアウエハーの非研磨面となる裏面の反り量を、このオリエンテーションフラットと平行な直径上の２箇所の端点、垂直な直径上の２箇所の端点及び中央の５箇所で、その反り量を測定する。
反り量は、実施例１と同様に平坦なセラミックブロックの表面に垂直な方向に計った５箇所の高さを光学式平坦度測定器（メーカー名：ニデック、型式：ＦＴ−１７）を用いて測定した。その測定結果を表１の実施例２の工程５測定形状に示す。
以下、トワイマン効果の値の実測方法（図示せず）を説明する。上記サファイアウエハーの裏面にワックスを塗布し、平坦ブロック上に密着固定して、その表面を研磨する。研磨後に、このサファイアウエハーを取り外し、上記と同様にその裏面の５箇所で反り量を測定する。５箇所の内、中央を除く４箇所について表面研磨前の高さから表面研磨後の高さの差を求め、４点の平均をとってトワイマン効果の値が４．５μｍであることを求めた。

（工程６）
目標とする研磨仕上げ表面形状は、実施例１と同様６μｍであるが、実施例１と異なりトワイマン効果の影響を差し引いた値である１．５（＝６−４．５）を採用し、この目標とする研磨仕上げ表面形状の反り量を、工程５の測定形状である反り量から引いて、５箇所それぞれの反り量の差を求める。その値を表１の矯正板形状に示す。この反り量の差が、第２の研磨方法における矯正板形状形成の目安となる。

そこで、矯正板としては、その直径がウエハーの直径に等しく、底面が平坦な薄い円柱状で、上記５箇所に対応する箇所の高さが、矯正板中心の高さを基準としたとき、中心高さ：０μｍ、上端の高さ：−９．８２μｍ（＝−８．３２−１．５）、下端の高さ：−９．３３μｍ、右端の高さ：−２．５２μｍ、左端の高さ：−２．２３μｍを満足し、これらの点を結ぶ滑らかな曲面で上面を形成したものを、矯正板形状の目安とする。

実施例２で用いた矯正板は、サファイア板を用い、その形状は、中心の高さを基準としたとき、上端と下端の高さを略平均して−９．５μｍ、右端と左端の高さを略平均して−２．４μｍとする矯正板を製作し、用いた。

（工程７）
実施例１と同様に、同一ロットを構成する未研磨のサファイアウエハー各一枚について、工程６で作製した矯正板を介して、平坦なセラミックブロックに固定して、表面を平坦に加工する。

工程７を経たウエハーを洗浄乾燥した後、表面の５箇所の高さをウエハーの中心を基準として測定した。
その結果を表１に併せて示すが、それぞれ、（１）ウエハーの中心高さ：ＳＣ＝０μｍ、（２）上端の高さ：ＳＴ＝６．２３μｍ、（３）下端の高さ：ＳＢ＝５．９３μｍ、（４）右端の高さ：ＳＲ＝５．９７μｍ、（５）左端の高さ：ＳＬ＝６．１４μｍとなった。

なお、図４に示すウエハーの表面形状は、両面研削したウエハーを平坦なセラミックブロックに密着固定して研磨した、従来工程品の研磨面仕上がり形状でもあり、比較例に相当するものである。これに対し、図６に示すウエハーの表面形状は、矯正板によって矯正された状態で研磨された本発明の実施例であり、その表面形状は、目標とした当方的な凹面形状と比較すると、その発明の効果が明白であることがわかる。

１ サファイアウエハー
２ オリエンテーションフラット
３ 矯正板

Claims (15)

1. 半導体用ウエハーの研磨方法であって、
   ・ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの裏面を平板に密着させて固定した前記ウエハーＡの表面を鏡面研磨した後に取り外して無加圧の状態で測定して得られた面形状との差から求めた面形状を表面に有する矯正板を製作し、
   ・前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の姿勢を調整して固定した後、
   ・前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、
   ・前記ウエハーＢの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法。
2. 半導体用ウエハーの研磨方法であって、
   ・各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーの表面研磨前の無加圧状態の非研磨面となる裏面の面形状と、前記ウエハーを平坦ブロック上に密着固定して表面を研磨し、取り外した後の無加圧状態の裏面の面形状との差からトワイマン効果の値を求め、
   ・ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、前記ウエハーの表面研磨前の無加圧状態の裏面の面形状と整合する面形状との差から求めた面形状を前記トワイマン効果の値で補正して求めた面形状を表面に有する矯正板を製作し、
   ・前記矯正板の表面上に前記ウエハーの裏面が密着するように前記ウエハーを搭載した場合、前記ウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板の姿勢を調整して固定した後、
   ・前記ウエハーの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、
   ・前記ウエハーの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法。
3. 半導体用ウエハーの研磨方法であって、下記工程１から工程４を有することを特徴とするウエハーの研磨方法。
   工程１：各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの非研磨面となる裏面にワックスを塗布し、前記ワックスを塗布した面を平坦ブロックの上面に密着させ固定した後、前記ウエハーＡの被研磨面となる表面を平坦に研磨する工程。
   工程２：前記ウエハーＡを前記平坦ブロックから取り外し、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状を無加圧状態で測定する工程。
   工程３：測定した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状と、の差を求め、前記差により面形状を規定した表面を有する矯正板を作製する工程。
   工程４：前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは前記矯正板の姿勢を調整して前記矯正板を固定後、前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの非研磨面となる裏面にワックスを塗布して前記ウエハーＢのワックス塗布面と前記矯正板の表面を密着させ固定した後、前記ウエハーＢの被研磨面となる表面を平坦に研磨する工程。
4. ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状がそれぞれの形状に共通な複数の切断面に現れる各面形状の曲線の反り量を用いて表すことを特徴とする請求項１または３に記載のウエハーの研磨方法。
5. ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表される方法において、前記二つの反り量の差が、略円形状のウエハーの中心を基準点として、一つの直径の両端点と、前記直径と略直交する他の直径の両端点と、の合計４点において、ウエハーの厚み方向に測定した前記表面形状の各点の高さとして表わされることを特徴とする請求項４に記載のウエハーの研磨方法。
6. 前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点とし、それぞれの反り量が、測定されたウエハー上の位置に対応する矯正板の各箇所の、研磨面に垂直な方向の高さとして設定されることを特徴とする請求項４に記載のウエハーの研磨方法。
7. 前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーＡの平坦に研磨した被研磨面の表面形状と、目標とする研磨仕上げ表面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点とし、矯正板に載置されるウエハーの直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、前記直径と直交する他の直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、の合計４点における前記矯正板の、研磨面に垂直な方向の表面高さとすることを特徴とする請求項５に記載のウエハーの研磨方法。
8. 前記直径又は前記他の直径が、ウエハーのオリエンテーションフラットと平行である請求項５または７に記載のウエハーの研磨方法。
9. 半導体用ウエハーの研磨方法であって、下記工程５から工程７を有することを特徴とするウエハーの研磨方法。
   工程５：各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーの非研磨面となる裏面の形状を表面研磨の前後で無加圧状態で測定し、その差からトワイマン効果の値を算出する工程。
   工程６：前記表面研磨前のウエハーの裏面の形状から求められる前記ウエハーの裏面と整合する面形状と、目標の面形状と、の差を求め、前記差をトワイマン効果で補正して寸法を規定した面形状を表面に有する矯正板を作製する工程。
   工程７：前記矯正板の表面上に前記ウエハーの裏面が接触するように前記ウエハーを搭載した場合、前記ウエハーの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは姿勢を調整して前記矯正板を固定後、前記ウエハーもしくは前記ウエハーと同じウエハー群から抽出したウエハーの非研磨面となる裏面にワックスを塗布し、前記いずれかのウエハーのワックス塗布面と前記矯正板の表面を密着させ固定した後、前記いずれかのウエハーの被研磨面を平坦に研磨する工程。
10. 前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する面形状と、目標とする研磨仕上げ面形状がそれぞれの形状に共通な複数の切断面に現れる各面形状の曲線の反り量を用いて表すことを特徴とする請求項２または９に記載のウエハーの研磨方法。
11. 前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する面形状と、目標とする研磨仕上げ面形状が反り量を用いて表され、前記二つの反り量の差が、略円形状のウエハーの中心を基準点として、一つの直径の両端点と、前記直径と略直交する他の直径の両端点と、の合計４点において、ウエハーの厚み方向に測定した前記表面上の各点の高さとして表わされることを特徴とする請求項１０に記載のウエハーの研磨方法。
12. 前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する面形状と、目標とする研磨仕上げ面形状が反り量を用いて表され、トワイマン効果の値から前記二つの反り量の差を引いた値を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点として、それぞれの反り量が測定されたウエハー上の位置に対応する矯正板の各箇所の、研磨面に垂直な方向の高さとすることを特徴とする請求項１０に記載のウエハーの研磨方法。
13. 前記矯正板の表面形状の設定において、前記ウエハーの非研磨面となる裏面と整合する面形状と、前記目標とする研磨仕上げ面形状が反り量を用いて表され、トワイマン効果の値から前記二つの反り量の差を引いた値を、略円形状のウエハーの中心に接触する矯正板上の点を基準点として、矯正板に載置されるウエハーの直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、前記直径と直交する他の直径の両端点に位置する前記矯正板の端部と、の合計４点における前記矯正板の研磨面に垂直な方向の表面高さとすることを特徴とする請求項１１に記載のウエハーの研磨方法。
14. 前記直径又は前記他の直径が、ウエハーのオリエンテーションフラットと平行である請求項１１または１３に記載のウエハーの研磨方法。
15. 半導体用ウエハーの研磨方法であって、
    ・ウエハーの目標とする研磨仕上げ表面形状と、各ウエハーが略同一形状の両面研削されたウエハー群から抽出したウエハーＡの裏面を平板に密着させて固定し、前記ウエハーＡの表面を鏡面研磨した後取り外して無加圧の状態で測定して得られた非研磨面となる裏面の面形状と整合する面形状との差から求めた面形状を有する矯正板を製作し、
    ・前記矯正板の表面上に前記ウエハーＡの裏面が密着するように前記ウエハーＡを搭載した場合、前記ウエハーＡの外周が接する前記矯正板の表面上の閉曲線の上の各点からの距離が最も近い平面が、鏡面研磨装置の鏡面研磨面に対して略平行となるように、鏡面研磨装置における前記矯正板外周の厚みの均一性あるいは姿勢を調整して固定した後、
    ・前記ウエハーＡと同じウエハー群から抽出したウエハーＢの裏面を前記矯正板の表面上に密着固定して、
    ・前記ウエハーＢの表面を平坦に研磨することを特徴とする半導体用ウエハーの研磨方法。