JP2015213120A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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【課題】GaNなどの窒化物半導体のような硬く割れやすい材料からなる反りのあるウェーハを割ることなく研削又は研磨によって、TTVの良好なウェーハに低コストで加工できるウェーハの加工方法を提供すること。【解決手段】反りのあるウェーハをプレートに接着剤を用いて貼り付けて保持し、該保持したウェーハを研削又は研磨するウェーハの加工方法において、前記ウェーハを前記プレートに接着剤を用いて貼り付ける際に、前記ウェーハの反りの方向に応じて前記ウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにして前記ウェーハの反りを矯正しながら、前記ウェーハの裏面を前記プレートに貼り付け、その後、前記ウェーハの表面を研削又は研磨することを特徴とするウェーハの加工方法。【選択図】 図2A

Description

本発明は、半導体ウェーハ、特に窒化物半導体ウェーハの加工方法に関するものである。
従来、窒化物半導体、例えばGaN自立基板の製造方法として、サファイアやGaAs等の異種基板からGaN層のみを剥離する方法が開示されている。また、このような方法によって得られたGaN基板を種基板として、厚膜成長を行うことでGaN単結晶インゴットを製造し、これをスライスして所望の厚さのウェーハを得る技術がある。異種基板より剥離されたあるいはインゴットから切りだされたGaNウェーハは平面研削、ラップ、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下、CMP、又は研磨と略す)により両面とも鏡面に仕上げられる。この加工を行うにあたり、まずウェーハはセラミックなどのプレート上にワックス等の接着剤を用いて貼り付けられる。しかる後、ウェーハはダイヤモンド砥石やラップ液、研磨剤を用いて、所望の厚さ、研磨面が得られるように加工される。こうして得られたGaNウェーハはレーザ、LEDなどの発光素子、電子デバイス用等の基板として使用される。
ところで、GaNウェーハは厚膜成長やスライス、その後の鏡面加工において反りを生じる。このような反りを生じたウェーハを平坦に加工し、その厚さのバラツキ(Total Thickness Variation、以下、TTVと略す)をある所定の範囲内に歩留まりよく収めるためには、ウェーハをプレートに平坦に貼り付けることが要求される。このウェーハの貼り付けにあたっては、ウェーハ接着装置が用いられる。
この種のウェーハ接着装置の一つは、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されているウェーハ接着装置は加圧シリンダーを用いてウェーハをプレートに貼り付ける。この装置のウェーハ加圧部分は凸形状の弾性体が取り付けられており、プレートとウェーハの間の接着層に侵入および残留するエアーを効率的に外周部へと排除するものである。
特許文献2には、窒化物半導体基板に加工歪層を導入することで反りを制御する方法および以下の点が開示されている。Ga面側が凹であればこの面を研削し、加工変質層を導入することによって、Ga面を延ばして凸に変形させる。この凸に変形したGa面のみをドライエッチングによって加工変質層の一部を除去し凸面を縮めることによって、基板を平坦に近づける。
特開平5−82493 特開2005−136167
しかし、特許文献1はSiやGaAsと言ったGaNに比べれば展性、延性にすぐれたウェーハへの適用を考えている。GaNなどの展性、延性に乏しいウェーハは反り矯正のためにウェーハ接着装置などで無理に押し付けると割れる恐れがある。また、特許文献1は、対象がSiやGaAsであるため、そもそもGaNのような硬く割れやすい材料に対しては適用するのは難しい。更に、プレートに対してウェーハ外周部が浮き上がるように反っている場合には、反りの矯正が不十分になることが考えられる。
特許文献2のような反りの矯正方法ではプロセスが増えてコスト高となる。また、反りを十分に抑制できるわけではないので、良好なTTVのウェーハを製造するのは難しい。ウェーハのTTVが大きいとフォトリソグラフィなどの後工程に悪影響を与えることが考えられる。
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、例えばGaNなどの窒化物半導体のような硬く割れやすい材料からなる反りのあるウェーハを割ることなく研削又は研磨によって、TTVの良好なウェーハに低コストで加工できるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は反りのあるウェーハをプレートに接着剤を用いて貼り付けて保持し、該保持したウェーハを研削又は研磨するウェーハの加工方法であって、前記ウェーハを前記プレートに接着剤を用いて貼り付ける際に、前記ウェーハの反りの方向に応じて前記ウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにして前記ウェーハの反りを矯正しながら、前記ウェーハの裏面を前記プレートに貼り付け、その後、前記ウェーハの表面を研削又は研磨することを特徴とするウェーハの加工方法を提供する。
このようなウェーハの加工方法であれば、ウェーハを割ることなく歩留まり良く加工でき、反りのあるウェーハをTTVが小さく、所望の範囲に納まるウェーハに低コストで加工できる。
また、前記ウェーハの表面を加工した後にさらに、前記ウェーハの反りの方向に応じて前記ウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにして前記ウェーハの反りを矯正しながら、前記ウェーハの表面を前記プレートに接着剤を用いて貼り付け、その後、前記ウェーハの裏面を研削又は研磨することができる。
このようにすれば、ウェーハの反りの方向によらずウェーハをプレートに高平坦に貼り付けることができるため、TTVの良好な高平坦なウェーハに確実に加工できる。
前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、前記プレートに対して前記ウェーハの外周部が浮き上がるように反っている場合、リング状の押圧部材を前記ウェーハの外周部にのみに接触させて前記ウェーハを押圧することで、前記ウェーハの外周部のみに荷重がかかるようにするのが好ましい。
このようにすればウェーハ外周部が浮き上がるように反っているウェーハの反りを矯正しながら、プレートに高平坦に貼り付けることができるため、TTVの良好な高平坦なウェーハに確実に加工できる。
また、前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、前記プレートに対して前記ウェーハの中央部が浮き上がるように反っている場合、前記ウェーハ径より小径の円形の押圧部材を前記ウェーハの中央部にのみに接触させて前記ウェーハを押圧することで、前記ウェーハの中央部のみに荷重がかかるようにすることが好ましい。
このようにすればウェーハ中央部が浮き上がるように反っているウェーハの反りを矯正しながら、プレートに高平坦に貼り付けることができるため、TTVの良好な高平坦なウェーハに確実に加工できる。
前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、前記ウェーハにかける前記荷重をウェーハ厚さをt(μm)としたとき、t×1/100(g/cm2)以上となるようにすることが好ましい。
このような荷重であればウェーハをプレートに貼り付ける際に、より確実にウェーハの反りの矯正ができる。
また、前記ウェーハを窒化物半導体とすることができる。
このように窒化物半導体のような極めて脆いウェーハを加工する場合であっても本発明によれば割れることなく、TTVの良好な高平坦なウェーハに加工できる。
本発明のウェーハの加工方法では、ウェーハの反りの方向に応じてウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにしてウェーハの反りを矯正しながら、ウェーハをプレートに貼り付け、その後、ウェーハを研削又は研磨するので、ウェーハを割ることなく研削又は研磨によって、TTVの良好なウェーハに低コストで加工できるウェーハの加工方法を提供することができる。
本発明の加工方法で加工する対象の反りのあるウェーハの一例の概略図である。 本発明の加工方法においてウェーハをプレートに貼り付ける際にウェーハを押圧する方法の一例を示した図である。 図2Aに示すようにウェーハを押圧した後、ウェーハの反りが矯正された様子を示した図である。 リング状の押圧部材の一例を示した図である。 本発明の加工方法においてウェーハをプレートに貼り付ける際にウェーハを押圧する方法の別の例を示した図である。 図3Aに示すようにウェーハを押圧した後、ウェーハの反りが矯正された様子を示した図である。 一般的な研磨装置の一例を示す概略図である。 一般的な平面研削装置の一例を示す概略図である。 一般的なラップ装置の一例を示す概略図である。
以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のようにTTVが良好なウェーハを得るためには、ウェーハ製造段階で生じるウェーハの反りを矯正する必要がある。しかし、従来の方法では、反りの矯正が不十分であったり、プロセスが増えてコスト高となる。例えば、GaNウェーハのような硬く割れやすいウェーハの反りを矯正しようとすると、ウェーハが割れるという問題がある。
そこで、本発明者らはこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、以下のことに想到した。ウェーハの反りの方向に応じてウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにしてウェーハの反りを矯正しながら、ウェーハをプレートに貼り付ければ、ウェーハの割れを防止しつつ、ウェーハの反りを効果的に矯正できる。このようにして保持したウェーハを研削又は研磨することで、TTVの良好な高平坦なウェーハに加工することができる。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。
まず、図1に示すような、加工対象の反りのあるウェーハ1を用意する。ウェーハ1は例えば、GaNのような窒化物半導体からなるウェーハとすることができる。例えば、GaNウェーハはインゴットをワイヤーソーなどでスライスしたり、サファイやGaAs等の異種基板から剥離することで得ることができる。この用意したウェーハ1の一方の面を平らに研削し基準面2を形成しておくことができる。ただし、この基準面2には加工歪層3が形成されるため、この平らになるように研削した基準面2側は凸形状となるように反ってしまう。
次に、図2Aに示すようにウェーハ1の表面の加工を行うために、ウェーハ1の裏面をプレート7へ貼り付けることができる。上記のように基準面2を形成した場合に、この基準面2をプレート7に貼り付けることができる。すなわち、この場合基準面2がウェーハ1の裏面に相当する。この際に、ウェーハ1の反りの方向に応じてウェーハ1の外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにしてウェーハ1の反りを矯正しながら、ウェーハ1の裏面をプレート7に貼り付けるようにする。このようにすることで、ウェーハ1を割ることなく反りを矯正しつつ、ウェーハ1をプレート7に貼り付けることができる。
以下に、凸形状となっている基準面2を裏面として、プレート7に貼り付ける場合の例をより具体的に説明する。
図2Aのようにしてプレート7に接着剤6を塗布して、その上にウェーハ1を載置する。このとき、図2Aのようにプレート7に対してウェーハ1の外周部が浮き上がるようにして反っているので、ウェーハ1の外周部のみにプレート7に向かう方向の荷重がかかるようにする。これにより、効果的にウェーハ1の反りを矯正しながら、プレート7に貼り付けることができる。さらに、従来のようにウェーハの表面全体を押圧するのではなく、必要な部分のみに荷重がかかるようにするので、例えばGaNウェーハをプレートに貼り付ける場合でも、ウェーハの割れを防止できる。
ここでウェーハ1の外周部のみに荷重をかけることができる部材として、具体的には図2Cに示すような中心が空洞のリング状の押圧部材5を用いることができる。そして、リング状の押圧部材5でウェーハ1の外周部のみを押圧する。
具体的には、図2Aのようにリング状の押圧部材5をウェーハ1に乗せて外周部のみに接触させて、その上から重り4、あるいは貼り付け機などを用いて荷重をかけことができる。この場合、プレート7の下面に位置するウェーハ1に下から荷重を掛けるようにしても良い。ここでウェーハ1を押圧する方向は特に限定されない。このようにして、図2Bに示すように、ウェーハが反りが矯正された状態でプレートに貼り付けられる。
このようなリング状の押圧部材5を用いることで、ウェーハの外周部がプレートから浮きあがっている反りを容易に矯正でき、ウェーハを高い平坦度で貼り付けることができる。しかしながら形状はこれに限定されず、ウェーハの外周部のみを押圧することができればよい。
上記では、図2Aのようにプレートに対して、ウェーハの外周部が浮き上がるようにして反っているが、図3Aのように中央部が浮き上がるように反っている場合は、図3Aに示すように、ウェーハ1の中心部のみに荷重がかかるようにしてウェーハの反りを矯正しながらウェーハの裏面をプレートに貼り付ける。
ここで、ウェーハ1の中央部のみに押圧できる部材として、具体的には図3Aに示すような円形の押圧部材5aを用いることができる。このとき、例えば円形の押圧部材5aの径を20〜30mmとすることができる。このような円形の押圧部材5aを用いることでウェーハの中央部がプレートに対して浮き上がっている反りを容易に矯正できる。押圧部材5aの形状は円形に限定されず、ウェーハの中央部のみを押圧することができればよく、例えば多角形でもよい。
そして、円形の押圧部材5aでウェーハ1の中央部のみを押圧する。具体的には、図3Aのようにウェーハ1に乗せて中央部のみに接触させて、その上から重り4、あるいは貼り付け機などを用いて荷重をかけことができる。このようにして、図3Bに示すように、ウェーハが反りが矯正された状態でプレートに貼り付けられる。
また、貼り付けるときにウェーハの外周部のみ又は中央部のみにかける荷重はウェーハの厚さによって変更するとより効果を確実にすることができる。なぜならば、ウェーハ厚さをt(μm)とすると、tが厚いときの方がウェーハの反りを矯正するのにより大きな力を必要とするからである。
発明者らは、このときt×1/100(g/cm2)以上の力で押圧することが好ましく、荷重をこのような値とすることでより確実にウェーハをプレートに平坦度を高く貼り付けることが可能であることを見出した。
次に、ウェーハ1の表面を研削又は研磨することによりウェーハ1の表面の加工を行う。ここで、ウェーハの加工は研削と研磨の両方を行っても良い。また研削と研磨のどちらか一方を行えばいいが、少なくとも本発明のウェーハの加工方法における研削とは、平面研削やラップを含み、どちらか一方、あるいは両方を実施しても良い。以下では、平面研削、ラップ、研磨の順に加工を行う場合を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、どのような順序、あるいは組み合わせで行っても良い。
上記のように、プレート7にウェーハ1を平坦に貼り付けた後、ウェーハ1の表面の平面研削を行う。平面研削は図5に示すように、回転自在な研削盤17と砥石18とを有する平面研削装置16を用いて行うことができる。ウェーハ1はプレート7に接着剤6を用いて貼り付けられており、さらにプレート7を介して、研削盤17上に保持されている。
そして、砥石18と研削盤17を高速回転させた状態で、ウェーハ1の表面に砥石18を摺接させることでウェーハ1の表面を研削する。この際に、プレート7を研削盤17に固定する方法として、例えば真空装置(不図示)により吸着固定する方法を用いることができる。
次に、ウェーハ1の表面にラップを行う。ラップは、図6に示すように、回転自在なラップ盤23とラップヘッド20とを有するラップ装置19を用いて行う。ウェーハ1はプレート7に接着剤6を用いて貼り付けられており、さらにプレート7を介して、ラップヘッド20に保持されている。ラップ液22をラップ液供給装置21からラップ盤23とウェーハ1の間に供給し、ウェーハ1をラップ盤23に押し当て、ラップ盤23とラップヘッド20を回転しながら、ウェーハ1をラップ盤23に摺接させることによりウェーハ1の表面を機械的にラップする。例えば、ラップ液22にアルミナあるいはシリコンカーバイド砥粒とグリセリンの混合物を用いることができる。
次に、ウェーハ1の表面に研磨を行う。研磨は、図4に示すように、回転自在な研磨ヘッド15と研磨定盤11とを有する研磨装置12を用いて行う。ウェーハ1はプレート7に接着剤6を用いて貼り付けられており、さらにプレート7を介して研磨ヘッド15に保持されている。また、研磨定盤11には研磨布10が貼り付けられている。研磨剤供給装置13から研磨定盤11に貼り付けた研磨布10上に研磨剤14を供給しながら、ウェーハ1の表面を回転する研磨布10に対して荷重を掛けながら摺接させることにより研磨が行われる。
このような本発明のウェーハの加工方法であれば、ウェーハを割ることなくウェーハのTTVが小さく、かつ歩留まり良く所望のTTVの範囲に納まったウェーハを得ることができるので、発光素子や電子デバイス等の製造に問題のないTTVのウェーハを高歩留まりで供給することが可能となる。
なお、研削と研磨によるウェーハの加工はどのような順序で、あるいは組み合わせで用いてよいものとする。また、研削と研磨はウェーハ1をプレート7に貼り付けた状態のまま連続で行ってよく、もしくは工程ごとに着脱して行ってもよい。
ウェーハ1の表面の加工を行った後、ウェーハ1の裏面の加工を行っても良い。この場合、ウェーハ1の裏面の加工を行うためにウェーハ1とプレート7の間の接着剤6を取り除き、ウェーハ1をプレート7から取り外した後、ウェーハ1の表面をプレート7に貼り付ける。このとき、ウェーハの外周部と中央部のうち、上記したウェーハの裏面をプレート7に貼り付けたときに荷重をかけた方とは逆の部分のみに荷重をかけるようにしながらウェーハをプレート7に貼り付けるのが好ましい。例えば、図2Aに示すように裏面をプレートに貼り付ける際に、ウェーハの表面の外周部のみに荷重をかけて貼り付けた場合は、ウェーハの表面をプレートに貼り付ける際には、ウェーハの裏面の中心部のみに荷重をかけて貼り付けるのが好ましい。
次に、プレート7に貼り付けたウェーハ1の裏面の研削又は研磨を前述したのと同様にして行う。このようにして、ウェーハの表面および裏面に研削、ラップ、研磨の順で加工を行えば、きわめてTTVの小さい、両面が鏡面加工されたウェーハを短時間で得ることができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
厚さ1200μmのGaNウェーハをプレートに貼り付け、一方の面を平面研削によって600μmまで薄くし、基準面を形成した。このときのウェーハの反りは基準面側に凸であった。続いて図2Aに示すように、基準面(裏面)をプレートに貼り付けた。ウェーハ外周部が浮き上がるように反ったウェーハをプレートに貼り付けるので、ウェーハの上にリング状の押圧部材を載せ、その上に重りを乗せて、ウェーハの外周部のみを押圧した。このときの荷重は80g/cmとした。ウェーハをプレートに貼り付けた後、表面を平面研削、ラップ、CMPにより鏡面とした。この加工後のウェーハ厚さは520μmであった。全部で5枚のウェーハについて同様の加工を行った。加工後のウェーハの形状は基準面(裏面)側に25μm(5枚のウェーハの平均)の凸形状と、比較例に比べて良好であった。
次に先程、鏡面加工した表面をプレートに貼り付けて基準面(裏面)の加工を行った。直径25mmの円形の押圧部材で中央部分のみに集中して荷重がかかるようにした。このときの荷重は100g/cmとした。裏面も平面研削、ラップ、CMPの順で加工を行い鏡面とし、ウェーハの厚さを500μmにした。全部で5枚のウェーハについて同様の加工を行った。加工後の5枚のウェーハのTTV(13点測定)は表1に示すように3〜9μmと良好であった。
(比較例)
ウェーハのプレートへの貼り付けをウェーハの全面に対して押すようにして行った以外、実施例と同様にしてウェーハの両面の加工を行った。貼り付け治具としてSiインゴットに樹脂を貼り付けたものを準備し、この治具をウェーハの上から手で押さえつけてプレートに貼り付けた。この手法でウェーハをプレート貼り付けを行ったところ、ウェーハが割れてしまった。そこで、ウェーハが割れない程度の力でウェーハの上から手で押さえつけるようにしてウェーハの裏面をプレートへの貼り付けた。その後、平面研削、ラップ、CMPによりウェーハの表面の加工を行い鏡面とした。全部で5枚のウェーハについて同様の加工を行った。加工後のウェーハの形状は基準面(裏面)側に35μm(5枚のウェーハの平均)の凸形状と、実施例に比べて悪かった。
次に先程加工したウェーハの表面をプレートに貼り付けて裏面の加工を行った。ウェーハのプレートへの貼り付けは、先程と同様にしてSiインゴットに樹脂を貼り付けたものを用いてウェーハが割れない程度の力でウェーハの上から手で押さえつけるようにした。その後、ウェーハの裏面を平面研削、ラップ、CMPにより加工を行い鏡面とした。全部で5枚のウェーハについて同様の加工を行った。加工後の5枚のウェーハのTTVは表1に示すように、9〜25μmと実施例に比べて悪かった。これは、ウェーハのプレートへの貼り付けをウェーハの全面に対して押すような方法では、ウェーハの反りの矯正が不十分な場合が発生するからであると考えられる。
Figure 2015213120
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
1…ウェーハ、 2…基準面、 3…加工歪層、 4…重り、
5…リング状の押圧部材、5a…円形の押圧部材、 6…接着剤、 7…プレート、
10…研磨布、 11…研磨定盤、 12…研磨装置、 13…研磨剤供給装置、
14…研磨剤、 15…研磨ヘッド、 16…平面研削装置、 17…研削盤、
18…砥石、 19…ラップ装置、 20…ラップヘッド、
21…ラップ液供給装置、 22…ラップ液、 23…ラップ盤。

Claims (6)

  1. 反りのあるウェーハをプレートに接着剤を用いて貼り付けて保持し、該保持したウェーハを研削又は研磨するウェーハの加工方法であって、
    前記ウェーハを前記プレートに接着剤を用いて貼り付ける際に、前記ウェーハの反りの方向に応じて前記ウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにして前記ウェーハの反りを矯正しながら、前記ウェーハの裏面を前記プレートに貼り付け、
    その後、前記ウェーハの表面を研削又は研磨することを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 前記ウェーハの表面を加工した後にさらに、
    前記ウェーハの反りの方向に応じて前記ウェーハの外周部のみに、または中央部のみに荷重がかかるようにして前記ウェーハの反りを矯正しながら、前記ウェーハの表面を前記プレートに接着剤を用いて貼り付け、
    その後、前記ウェーハの裏面を研削又は研磨することを特徴とする請求項1に記載のウェーハの加工方法。
  3. 前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、
    前記プレートに対して前記ウェーハの外周部が浮き上がるように反っている場合、リング状の押圧部材を前記ウェーハの外周部にのみに接触させて前記ウェーハを押圧することで、前記ウェーハの外周部のみに荷重がかかるようにすることを特徴とする請求項1または請求項2記載のウェーハの加工方法。
  4. 前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、
    前記プレートに対して前記ウェーハの中央部が浮き上がるように反っている場合、前記ウェーハ径より小径の円形の押圧部材を前記ウェーハの中央部にのみに接触させて前記ウェーハを押圧することで、前記ウェーハの中央部のみに荷重がかかるようにすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のウェーハの加工方法。
  5. 前記ウェーハを前記プレートに前記接着剤を用いて貼り付ける際に、
    前記ウェーハにかける前記荷重をウェーハ厚さをt(μm)としたとき、t×1/100(g/cm2)以上となるようにすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のウェーハの加工方法。
  6. 前記ウェーハが窒化物半導体からなるものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のウェーハの加工方法。
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