JP2022512421A - 半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法 - Google Patents

半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022512421A
JP2022512421A JP2021533602A JP2021533602A JP2022512421A JP 2022512421 A JP2022512421 A JP 2022512421A JP 2021533602 A JP2021533602 A JP 2021533602A JP 2021533602 A JP2021533602 A JP 2021533602A JP 2022512421 A JP2022512421 A JP 2022512421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
wafer
holes
disc
polishing pad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021533602A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7281226B2 (ja
Inventor
志剛 董
康 時
仁科 康
李葦 欧
祥龍 朱
尚 高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201811537196.2A external-priority patent/CN109465739B/zh
Priority claimed from CN201811537195.8A external-priority patent/CN109648463B/zh
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Publication of JP2022512421A publication Critical patent/JP2022512421A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7281226B2 publication Critical patent/JP7281226B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

本発明は半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及びその加工方法を開示し、ウェーハを導電性接着剤によって研磨ヘッドに粘着して固定し、ウェーハをその下方において導電スリップリングの内外輪の導線によって外部電源の正極に接続する。研磨パッドを対極盤底部に粘着し、対極盤を研磨ディスク底部に固定し、また対極盤の研磨ディスクに対応する位置に貫通孔を施し、対極盤をその上方の導電スリップリングの内外輪導線によって外部電源の負極に接続する。紫外線光源が発光する紫外線は貫通孔を通過してウェーハ表面に照射可能であり、研磨液も貫通孔に噴射されてウェーハと研磨パッドの接触領域に入ることができる。本発明が設計した光電気化学機械研磨加工装置は本発明に係る加工方法を好適に実現でき、加工装置は、操作が簡単で、実現しやすく、プロセスパラメータを柔軟に調節可能なメリットを有し、窒化ガリウムウェーハの実際加工で除去速度が速く、加工後の表面品質が優れる効果を図ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨加工技術分野に関し、より具体的に言えば、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドに代表される第３世代の半導体代表材料は、高い熱伝導率、高い破壊電界、高い電子飽和速度及び高い耐放射線性といった優れた性能を有するため、前世代の半導体材料に比べて高温、高周波数、高出力、耐放射線性の高出力デバイスの製作に適合するものとなる。
ＧａＮ、ＳｉＣ結晶材料をデバイスに用いる時に、材料に対して高い表面品質を有し、擦り傷、微小割れ、低い転位、残留応力等の表面／表面下損傷がないことを要求している。しかしながら、ＧａＮ、ＳｉＣ結晶材料は、結合エネルギーが大きく、化学的不活性が強く、常温でいかなる酸塩基試薬との化学反応もほとんど発生せず、典型的な硬質脆性加工困難材料となり、これら２種の材料の加工過程で、望ましい表面品質と高い平滑度を達成するために、一般にダイヤモンド研磨粒子を用いて研削研磨加工を行っている。しかし、ダイヤモンド研磨粒子は硬度が大きいため、ウェーハへの表面／表面下損傷が不可避になる。Ｈｉｄｅｏ Ａｉｄａ等の学者（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９２（２０１４）５３１-５３６）は、ＧａＮ研磨加工でのダイヤモンド粒径を低減することでＧａＮウェーハの損傷深度を低くしていき、ダイヤモンド研磨粒子の粒径をそれぞれ５００ｎｍと５０ｎｍとに低くした場合に、ＧａＮウェーハに対応する表面下損傷深度も１．６μｍと０．２６μｍになっており、５００ｎｍと５０ｎｍのダイヤモンド研磨加工後の表面下損傷を完全に除去するために、次にＳｉＯ２研磨粒子を用いて行った化学機械研磨（ＣＭＰ）加工にそれぞれ１５０ｈと３５ｈがかかった。
以上から分かるように、従来のＣＭＰによる表面下損傷除去加工過程で、材料の極めて高い化学的不活性によって、研磨加工除去率が非常に低くなり、更に加工時間が長くなり、コストが高くて低下させにくいなどの一連の問題がある。
上記の背景技術における問題点に鑑みて、本発明は、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工方法を供する研究設計すると共に、この方法に対応する加工装置を設計提供する。本発明に記載の光電気化学機械研磨方法とは、従来の化学機械研磨を基に、紫外線を導入して直接被研磨半導体ワークに照射させ、印加電界の作用下で紫外線と協同して光電気化学酸化を発生させ、更に半導体ウェーハの酸化変性層を機械研磨して除去する加工方式である。
本発明の一態様は、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工方法を提供する。貫通孔付きの研磨部材によってウェーハを機械研磨し、研磨過程で、紫外線を前記貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨過程で、研磨粒子を含有する研磨液を前記貫通孔を通過させてウェーハ表面に滴下させ、研磨過程で、ウェーハを陽極として、印加電界で光電気化学酸化変性を発生させる半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工方法を提供する。
好ましい技術的手段として、前記研磨部材は、研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクの貫通孔と研磨パッドの貫通孔の分布が一致し、研磨ディスクを陰極とする。
好ましい技術的手段として、上記加工方法は、
ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを研磨ディスクに粘着し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
ウェーハに正電位を施し、研磨ディスクに負電位を施すステップ（２）と、
研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む。
好ましい技術的手段として、前記研磨部材は、研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクと研磨パッドの間に貫通孔付きの対極盤を増設して陰極とし、前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する。
好ましい技術的手段として、上記加工方法は、
ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを貫通孔が設けられた対極盤（本発明の対極盤とは、盤状の対極材料である）に粘着し、対極盤を研磨ディスクに固定し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
ウェーハに正電位を施し、盤状対極に負電位を施すステップ（２）と、
研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む。
好ましい技術的手段として、ウェーハを外部電源の正極に接続し、陰極を外部電源の負極に接続し、前記外部電源、ウェーハ、陰極が閉回路を構成する。
好ましい技術的手段として、上記加工方法において、光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である。
好ましい技術的手段として、前記研磨ディスクと研磨パッドは、半導体ウェーハの上方に位置し、紫外線光源は、研磨ディスクの上方に位置する。
好ましい技術的手段として、前記研磨粒子は、酸化セリウム又は酸化ケイ素であり、好ましくは、前記研磨粒子の粒径が６ｎｍ～１００ｎｍであり、好ましくは、前記研磨粒子の濃度が０．０５～１０ｗｔ％であり、前記研磨液の供給流量が５０ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎであり、前記ウェーハの回転速度が１００～２５０ｒｐｍであり、研磨ディスクの回転速度が６０～１５０ｒｐｍであり、研磨圧力が４～６．５ｐｓｉであり、紫外線強度が５０～１７５ｍＷ・ｃｍ－２である。
好ましい技術的手段として、前記半導体ウェーハは、窒化ガリウムウェーハである。
好ましい技術的手段として、前記紫外線光源は、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ＬＥＤ水銀ランプ、重水素ランプ、キセノンランプのうちの１種又は複数種であり、波長＜４００ｎｍである。
本発明に記載の光電気化学・機械作用面積比については、研磨パッドと研磨ディスクの貫通孔の直径と数量により、ウェーハに接触する貫通孔の面積、即ちウェーハ表面における貫通孔によって露出した面積（紫外線照射部分のウェーハ表面に光電気化学酸化作用を生じる）とウェーハ表面において残される研磨パッドに遮られた面積（この部分が研磨パッドによって機械研磨作用を加えられる）の割合を算出して光電気化学・機械作用面積比とする。
上記の光電気化学機械研磨加工方法を実現するために、本発明の別の態様では、光電気化学機械研磨加工装置を研究設計した。この方法を用いると共に加工装置を利用することで除去率がより速い加工効果を図ることができる。
本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨装置は、貫通孔付きの研磨パッドと、研磨パッドを動かしてウェーハ表面に機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、外部電源と、を含み、ウェーハが外部電源の正極に接続され、研磨ディスクが外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、研磨ディスクが閉回路を構成する。
本発明の別の態様である半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置は、貫通孔付きの研磨パッドと、研磨パッドを動かしてウェーハ表面に機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、研磨ディスクと研磨パッドの間に位置する貫通孔付きの対極盤と、研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、外部電源と、を含み、ウェーハが外部電源の正極に接続され、対極盤が外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、対極盤が閉回路を構成する。
好ましい技術的手段として、前記研磨液は、研磨粒子を含有する化学研磨液である。
好ましい技術的手段として、前記研磨ディスクと研磨パッドは、ウェーハの上方に位置し、紫外線光源は、研磨ディスクと研磨パッドの上方に位置する。
好ましい技術的手段として、前記研磨液源は、研磨液ノズルであり、研磨液ノズルが前記研磨ディスクの上方に位置する。
好ましい技術的手段として、前記研磨ディスクの貫通孔は、中心から外周へ放射状に分布され、好ましくは、貫通孔は、研磨ディスクの径方向に周期的に分布され、好ましくは、研磨ディスクの中心部に貫通孔を設けず、研磨ディスクの外周部のウェーハに接触する位置のみに貫通孔を設ける。
好ましい技術的手段として、前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する。
好ましい技術的手段として、前記印加電界を提供する電源は、直流電源、ポテンシオスタット、電気化学ワークステーション、乾電池のうちの１種又は複数種である。
好ましい技術的手段として、前記研磨パッドの面積は、ウェーハの面積より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨ディスクの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの貫通孔は、ウェーハに接触する部位に設けられる。
好ましい技術的手段として、その光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である。
好ましくは、研磨パッドとウェーハの接触領域の１回りの円環のみに貫通孔を施し、好ましくは、この円環の幅は、ウェーハ直径の大きさである。
好ましくは、貫通孔は、研磨パッドにおいて、研磨パッドの円心から外へ放射状に異なる直径の円周に分布してもよいし、放射状でなく異なる直径の円周に均一に所定数量分布してもよい。
好ましい技術的手段として、前記装置は、更に前記研磨ヘッドと研磨ディスクを設ける研磨液収集溝を含む。
好ましい技術的手段として、前記研磨パッドは、ポリウレタン研磨パッド、不織布研磨パッド、綿フランネル研磨パッドのうちの１種である。
従来技術と比べると、本発明に係る光電気化学機械研磨方法及びその研磨装置は、以下のメリットを有する。
（１）研磨除去効率が高い。
本発明は、紫外線を貫通孔を通過させてウェーハ表面に照射させ、ウェーハと対極盤にそれぞれ電位を施す（ウェーハを陽極とし、対極盤を陰極とする）ことによって光電気化学作用を結合することで、ウェーハを効率的に酸化変性可能であり、更に研磨パッドと研磨粒子によって酸化変性層を機械的に除去する。加工過程で、ウェーハと研磨ディスクをそれぞれ回転させて相対的運動を発生させると共に、紫外線を照射し、ウェーハと対極の間に電位差を発生させ、研磨液を送り込むことで、光電気化学変性作用と機械研磨作用を交替して発生させて、ウェーハに光電気化学機械加工を行う。光電気化学変性作用と機械研磨作用は、交替して発生し、この方法は、光電気化学変性と機械研磨を組み合わせることで、研磨除去速度が速く、研磨加工したウェーハの粗さが低いメリットを図ることができる。
（２）光電気化学変性作用と機械研磨作用の割合が調節できる。
研磨ディスク及び底部研磨パッドにおける貫通孔の直径、貫通孔の数及び貫通孔の研磨ディスクでの分布は、いずれも人為的に最適化分布可能であり、それによって、光電気化学機械研磨加工過程でのウェーハの光電気化学変性作用と機械研磨作用の割合（即ち、光電気化学・機械作用面積比）は、任意に調節して最適化することが可能である。
（３）研磨過程で酸化剤を添加する必要がない。
ウェーハは、研磨加工過程で、紫外線の励起する電子－正孔対が外部電場の施す電位によって分離可能であり、研磨液に別に酸化剤を添加して光生成電子を奪って電子－正孔の分離を促進する必要がない。
（４）加工装置が簡単で、加工方法が実現しやすい。
望ましい加工効果を達成するために、本加工装置における加工パラメータ、例えば研磨圧力、ウェーハ回転速度、研磨パッド回転速度、溶液の種類と濃度、紫外線光源強度、光電気化学・機械作用面積比、ウェーハと対極の電位差は、いずれも実際のワークタイプに応じて調節可能である。
本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨方法の模式図である。 本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨方法での対極盤、研磨ディスク、研磨パッドにおける貫通孔についての模式図である。 本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨装置の模式図である。 本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置の上面図である。 本発明に係る半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置を軸方向に観察した図である。 ＧａＮウェーハ表面の最初形貌であり、表面粗さの値Ｒａが１．１６ｎｍである。 実施例１の加工条件での光電気化学機械研磨加工後のＧａＮウェーハ表面の形貌図であり、ウェーハ表面粗さの値Ｒａが０．４８ｎｍである。 実施例２の加工条件での光電気化学機械研磨加工後のＧａＮウェーハ表面の形貌図であり、ウェーハ表面粗さの値Ｒａが０．１ｎｍである（原子間力顕微鏡視野５×５μｍ２）。
以下、図面を参照しながら本発明を更に説明する。
（１）ウェーハを研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、ウェーハが導電性接着剤によって研磨ヘッドの金属部分に粘着されて導通され、研磨ヘッドが導電スリップリングの内輪導線に接続され、更に導電スリップリングの外輪に接続されて通路を形成する。
（２）研磨パッドを対極盤に粘着し、対極盤を研磨ディスクに固定し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させ、対極盤が導電スリップリングの内輪導線に接続可能であり、更に外輪導線に接続されて通路を形成する。
（３）対極盤と研磨ディスクに貫通孔が施されており、研磨パッド（好ましくは、対極盤底部に粘着する）にも貫通孔が対応して施されており、研磨過程で紫外線が研磨ディスクの上方に位置し、紫外線が研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を通過して直接前記ウェーハ表面に照射可能であり、研磨液が研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を経由してウェーハ表面に浸漬する。
（４）印加される負電位は、順に対極盤上方の導電スリップリングの外輪導線と内輪導線を介して対極盤に施されることが可能であり、印加される正電位は、順にウェーハ下の導電スリップリングの外輪導線と内輪導線を介してウェーハに施されることが可能である。対極盤とウェーハのそれぞれに施される負、正電位は、両者の加工での電位差を形成可能である。
前記半導体ウェーハは、好ましくは、窒化ガリウムウェーハである。
本発明に記載の光電気化学機械研磨方法とは、従来の化学機械研磨を基に、紫外線を研磨ディスクにおける貫通孔を通過させて直接被研磨半導体ワークに照射させ、印加電界を研磨過程で半導体ワークと対極盤に施し、紫外線の照射と印加電界の作用で半導体ワークに光電気化学酸化変性を発生させ、次に研磨パッドによって変性層を機械的に研磨して除去する加工方式である。
光電気化学機械研磨装置は、
ウェーハを固定することに用いられ、ウェーハとの間の導電性接着剤によってウェーハを外部回路に接続可能な研磨ヘッドと、
自体の裏面の接着剤層によって対極盤に粘着される研磨パッドと、
ねじによって研磨ディスクに固定され、研磨ディスクと同様な貫通孔が施されている対極盤と、
対極盤に接続され、研磨過程でウェーハに加圧し、貫通孔が設けられている研磨ディスクと、
前記研磨ディスクの上方に位置し、研磨液を噴射するために用いられ、供給される研磨液が貫通孔を通過して研磨領域に入ることが可能である研磨液ノズルと、
研磨ディスクに接続され、研磨ディスクを動かして固定軸の回りを回転させるための第１駆動伝動部と、
研磨ヘッドに接続され、研磨ヘッドを動かし更にウェーハを動かして固定軸の回りを回転させるための第２駆動伝動部と、
前記第１駆動伝動部、第２駆動伝動部、研磨ヘッド、研磨ディスク、研磨液ノズルを支持固定するための支持部と、を含み、
印加される負電位は、順に対極盤上方の導電スリップリングの外輪導線と内輪導線を介して対極盤に施され、印加される正電位は、順にウェーハ下方の導電スリップリングの外輪導線と内輪導線を介してウェーハに施されることが可能である。
前記対極盤のウェーハ表面に接触する面に研磨パッドが設けられ、前記研磨パッドに貫通孔が設けられ、好ましくは、前記研磨パッドが、対極盤の底部に粘着され、また、対極盤と研磨ディスクには、貫通孔が対応して施されている。
研磨ディスク、対極盤及び底部に粘着された研磨パッドのいずれにも貫通孔が施されており、ウェーハ加工過程で、研磨ディスク上方に位置する紫外線は、研磨過程で貫通孔を通過してウェーハ表面に到達し、印加電場作用の協同でウェーハに光点化学酸化作用を施して、紫外線が照射する部分のワークに変性を発生させることができる。
好ましくは、研磨ディスクは、順に接続軸、弾性カップラーを介して駆動電動機に接続され、駆動電動機は、研磨軸を駆動して固定軸の回りを回転させることができる。
前記装置は、更に研磨液収集溝を含み、前記研磨ヘッドと研磨ディスクが研磨液収集溝内に設けられる。
研磨過程で研磨圧力は、研磨ディスクによりロード可能である。
研磨パッドとウェーハは、それぞれ回転する時に両者に相対速度を発生可能である。
前記装置は、更にモジュール表面板、ガイドレール、ガイドレールスライドブロック、モジュール底板を含むリニアモジュールを備え、ガイドレールがモジュール底板に固定され、スライドブロックが、モジュール表面板に固定され、ガイドレール上で直線摺動可能である。電動機、連結板及びリニアモジュール部分の自体重量は、光電気化学機械研磨の加工圧力源としてよい。
モジュール表面板とモジュール底板の間にばねが設けられ、異なる反発係数のばねを交換することで研磨過程での加工圧力を定量調整でき、部分全体の自体重量が研磨圧力を満足しない時に、釣合重りを別に増加して大きい研磨圧力をロードすることができる。
研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドにおける貫通孔の位置と大きさは、いずれも最適化設計を実施可能であり、
更に、研磨パッド、対極盤及び研磨ディスクにおける貫通孔の大きさと分布位置は、最適化設計を実施可能であり、貫通孔の大きさと位置を変更することによって、加工過程で、ウェーハの紫外線に照射される部分と機械研磨部分の時間割合が調節可能になる。例えば、図２に示すように、研磨ディスクにおける異なる直径の同心円に貫通孔が均一に分布され、１回りの貫通孔毎に対応する同心円の半径（Ｄ１又はＤｎ）は、最適化設計を実施可能であり、１回りの貫通孔毎に所在する同心円の間の距離も最適化設計を実施可能であり、また、各貫通孔の直径（ｄ１）、貫通孔の個数は、いずれも最適化設計を実施可能である。
光電気化学機械研磨加工の時に、ウェーハと研磨パッドは、それぞれその駆動電動機によって駆動され、両者に相対的運動を発生し、研磨ディスク及びその駆動装置の自体重量は、加工圧力を提供し、紫外線は貫通孔を通過してウェーハ表面に照射可能であり、印加電界の電位は、それぞれウェーハと対極に印加可能であり、光電気化学機械研磨加工で、光電気化学酸化変性作用と機械研磨作用は、絶え間なく交替してウェーハに研磨加工を行う。
図１に示すように、研磨液溝１、導電スリップリング２、研磨ヘッド３、ウェーハ４、研磨パッド５、対極盤６、研磨ディスク７、貫通孔８、研磨液ノズル９、紫外線ランプ１０、導電スリップリング１１、外部電源１２を備え、前記ウェーハ４は導電性接着剤によって研磨ヘッド３に粘着固定され、導電スリップリング２の内輪導線はウェーハ４に接続されると共に、導電スリップリング２の外輪導線に接続されて更に外部電源１２の正極に接続されることが可能であり、導電スリップリング２の内輪は研磨ヘッドの軸に固着されてそれに伴って回転可能であり、研磨ヘッド３は、電動機に駆動されてウェーハを動かして回転運動を行うことができ、前記研磨パッド５は、自体の裏面の接着剤層によって対極盤６の底部に粘着され、対極盤６は、更にねじによって研磨ディスク７に固定され、対極盤６は導電スリップリング１１の内輪導線に接続され、更に導電スリップリング１１の外輪導線に接続され、導電スリップリング１１の外輪導線は外部電源１２の負極に接続され、導電スリップリング１１の内輪は、研磨ディスクの段付軸に固着されてそれに伴って回転可能である。研磨パッド５、対極盤６及び研磨ディスク７のいずれにも貫通孔８が施されており、前記紫外線光源１０が発光する紫外線は、貫通孔８を通過してウェーハ４の表面に照射可能であり、また、研磨液ノズル９が噴射する研磨液も貫通孔８を通過してウェーハ４と研磨パッド５の接触領域に入ることができ、ウェーハ４は外部電源１２の正極に接続され、対極盤６は外部電源１２の負極に接続され、支持電解質として研磨液に導電媒体、例えば硫酸、硫酸カリウムが加えられ、ウェーハ４と対極盤６は研磨液によって導通可能であり、ウェーハ４と対極盤６は加工過程で、外部電源１２によって電位差を提供されることが可能である。
光電気化学機械研磨加工方法の過程は以下のとおりである。ウェーハ４を導電性接着剤によって研磨ヘッド８に粘着固定し、電動機によって駆動して研磨ヘッド８に伴って回転させ、ウェーハ４が順に導電性接着剤、研磨ヘッド３、導電スリップリング２の内輪導線、導電スリップリング２の外輪導線を介して外部電源１２の正極に接続される。紫外線光源１０が発光する紫外線は、研磨パッド５、対極盤６及び研磨ディスク７における貫通孔を通過してウェーハ４の表面に照射可能であり、対極盤６は順に導電スリップリング１１の内輪導線、導電スリップリング１１の外輪導線を介して外部電源１２の負極に接続され、研磨液ノズル９が噴射する研磨液は、ウェーハ４と研磨パッド５の接触領域に入り、研磨液における導電媒体、例えば、硫酸、硫酸カリウムを支持電解質としてウェーハ４と対極６の間を満たすことができ、対極盤６とウェーハ４を導通し、ウェーハ４と対極盤６の間の電位差は、外部電源１２によって提供される。紫外線光源１０が発光する紫外線は、ウェーハ４の表面に照射し、紫外線照射と印加電界作用によって、ウェーハ４に光電気化学酸化変性作用を発生させることができる。研磨パッド５は、対極盤６の底部に粘着され、対極盤６は、ねじによって研磨ディスク７の底部に接続され、更に、電動機によって研磨ディスクを駆動して回転させて、研磨パッド５の回転とウェーハ４の回転に相対的運動を発生させる。研磨圧力Ｆを研磨ディスク７によってウェーハ４と研磨パッド７の接触領域にロードすることができる。圧力をロードした後、ウェーハ４と研磨パッド５の相対的運動によって、ウェーハ４に機械研磨作用を施して、光電気化学作用によるウェーハ４の酸化変性層を除去することができ、酸化変性層が機械的に除去された後、露出した新しい表面が再度光電気化学変性を発生し、このように循環して、光電気化学作用と機械研磨作用は、交替してウェーハ４に光電気化学機械研磨加工を行うことができる。
次に、具体的な実施例を参照しながら、この加工方法を実現するために研究設計された加工装置を詳細に説明する。
図３、図４、図５を参照し、４個のレベリングボルト１３は、底板３６を支持し、直角固定板１４はねじによって底板３６に取り付けられて研磨ヘッド３及びその駆動伝動部分を支持する。連結板１５は、ねじによって直角支持板１４に固定され、直角電動機１９は、電動機ブラケット２０に取り付けられ、電動機ブラケット２０はねじによって連結板１５に取り付けられる。ウェーハ４は、導電性接着剤によって研磨ヘッド３に粘着され、研磨ヘッド３は更にねじによって段付軸２３に取り付けられる。
研磨ヘッド３の導電性接着剤との接触部分は導電可能な金属であり、研磨ヘッド３における金属部分は導電スリップリング２の内輪導線に接続され、導電スリップリング２の内輪はねじによって段付軸２３に固着され、この内輪導線は段付軸２３に伴って同期して回転可能であり、導電スリップリング２の外輪導線は内輪導線に導通され、更にウェーハ４に導通される。段付軸２３の１つのショルダーは、外球面軸受１８の軸受内輪に当接し、外球面軸受１８は、所定量の軸方向負荷を担うことが可能であり、且つ適切な調心作用を有し、ウェーハ４と研磨パッド５を接触させる時に、取付誤差又はウェーハ４と研磨ヘッド３の表面形状誤差が小さい時、外球面軸受１８の適切な調心作用によって、ウェーハ４と研磨パッド５を、好適に平行させて貼り合わせて接触させることができる。外球面軸受１８は、ねじによってフランジ１７に固定され、フランジ１７は、ねじによってクロスローラー軸受２２ａの内輪に取り付けられ、クロスローラー軸受２２ａの外輪は、ねじによってＬ状支持板１６ａに固定され、Ｌ状支持板１６ａは、更に、ねじによって連結板１５に固定される。段付軸２３は、ショルダーが外球面軸受１８の軸受内輪に当接し、順にフランジ１７（軸径がフランジ孔径より小さい）、クロスローラー軸受２３ａ（軸径が軸受内輪孔径より小さい）及びＬ状支持板１６ａ（軸径がＬ状支持板孔径より小さい）を通過して、弾性カップラー２１によって直角電動機１９の電動機軸に接続され、駆動トルクを伝達し研磨ヘッド３を支持する作用を果たす。研磨パッド５は、自体の裏面の接着剤層によって対極盤６に粘着され、対極盤６は、ねじによって研磨ディスク７に取り付けられ、対極盤６と研磨ディスク７は、紫外線光源１０の発光する紫外線と研磨液がウェーハ４と研磨パッドの接触領域に入るための貫通孔が同様の位置に施されており（上面図４で観察できる）、研磨液タンク１は研磨液廃液を収集し且つ集中的に排出する。導電スリップリング１１の内輪は段付軸ＩＩ ２４に固着され、内輪に伴って同期して回転され、内輪導線は対極盤６に接続され、対極盤６での電位は順に導電スリップリング１１の内輪導線、外輪導線を経由して外部電源負極に接続可能である。研磨ディスク７は段付軸ＩＩ２４に固定され、段付軸ＩＩ ２４のショルダーはクロスローラー軸受２２ｂの内輪に当接し、段付軸ＩＩ ２４はＬ状支持板１６ｂを通過して弾性カップラー２５に接続され、弾性カップラー２５の他端は電動機２７の電動機軸に接続される。電動機２７は電動機ブラケット２６に取り付けられ、電動機ブラケット２６はねじによって連結板２８に固定され、連結板２８はねじによってモジュール表面板２９に取り付けられ、モジュール表面板２９は複数のスライドブロック３２に接続され、スライドブロック３２はガイドレール３１上で直線運動可能であり、ガイドレール３１はモジュール底板３３に取り付けられる。モジュール表面板２９とモジュール底板３３の間に１つのばね３０が直列接続される。研磨パッド５、対極盤６、研磨ディスク７、段付軸ＩＩ ２４、導電スリップリング１１、クロスローラー軸受２２ｂ、弾性カップラー２５、電動機ブラケット２６、電動機２７、連結板２８、モジュール表面板２９、ばね３０、スライドブロック３２といった部品の自体重量を光電気化学機械研磨加工時の研磨圧力源とすることが可能であり、研磨圧力を変える必要がある場合に、ばね３０の反発係数を変えることで実現可能である。モジュール底板３３は立て支持板３４ａに固定され、立て支持板３４ａは立て支持板３４ｂに固定され、立て支持板３４ｂはねじによって直角支持板３５に固定され、直角支持板３５は底板３６に取り付けられて固定される。
次に、本発明の加工装置を用いてこの加工方法を実現する具体的な一実施例によって本発明の技術的効果を説明する。
本実施例で採用されたＧａＮウェーハはＨＶＰＥ法で成長したＧａＮ自己支持ウェーハであり、ウェーハ直径が１インチ（２５．４ｍｍ）であり、ウェーハ厚さが約３５０μｍであり、最初のウェーハにダイヤモンド研磨を施した後、表面形貌を原子間力顕微鏡で検出し、ウェーハ最初形貌を図６に示した。図６において、最初のウェーハ表面はダイヤモンド超硬研磨粒子によって研磨された後、表面粗さＲａ値が１．１６ｎｍになり、表面でダイヤモンド研磨による大量の擦り傷が観察された。
ウェーハ除去率は精密天秤で加工前後の質量を称量し、加工前後の質量差を計算することで換算される。称量する前に、順にアセトン、アルコ-ル、フッ化水素酸、脱イオン水を用いてＧａＮウェーハを洗浄し、ウェーハ表面に付着したほこり等の付着物によるウェーハ質量称量誤差を除去する。
（１）ＧａＮウェーハを導電性接着剤でウェーハクランプに粘着し、導電スリップリングの内輪導線によってクランプを導通し、ウェーハクランプを段付軸に取り付け、導電スリップリング内輪を段付軸に固着し、ＳＵＢＡ８００を研磨パッドとし、
（２）光源がオンされると、紫外線がウェーハ表面に照射可能なように紫外線光源を研磨ディスクの直上に位置させ、
（３）外部電源負極を対極盤に接続し、外部電源正極をワークに接続し、
（４）研磨液ノズルによって研磨液を、貫通孔を通過させてウェーハと研磨パッドの接触領域に送り込み、研磨液供給流量を８０ｍＬ／ｍｉｎにし、ＳｉＯ２研磨粒子質量濃度を１０ｗｔ．％にし、ＳｉＯ２研磨粒子の質量粒径を２５ｎｍにし、研磨液の具体的な成分が表１に示され、
（５）ＧａＮウェーハの回転速度を２５０ｒｐｍにし、研磨ディスクの回転速度を１５０ｒｐｍにし、研磨圧力を６．５ｐｓｉにし、紫外線強度を１７５ｍＷ・ｃｍ－２にし、研磨時間を１ｈにし、
（６）導電性接着剤を加熱して溶解させ、ウェーハを取り出して順にアセトン、アルコ-ル、２ｗｔ％フッ化水素酸、脱イオン水を用いて洗浄した後、窒素を吹き付けてウェーハを乾燥させ、質量を称量し、研磨後の表面粗さを検出した。
Figure 2022512421000002
表１において異なる加工条件に対応するウェーハ光電気化学機械研磨加工は異なる除去速度に対応した。実施例１、実施例２の加工後のウェーハを取り、その表面品質を検出し、検出結果を、それぞれ図７、図８に示した。図６における最初ウェーハ形貌と比べると、ウェーハ表面が明らかに改善されたことが分かった。表面粗さをそれぞれ０．４８ｎｍ低減できた。図７においてウェーハ表面は比較的平らかで、明晰な原子レベルのステップが観察でき、図８において表面粗さＲａ値が０．１ｎｍにまで至ることが認められた。最初ウェーハ表面のダイヤモンド研磨による擦り傷は全て研磨除去された。
上記は、本発明の好ましい具体的実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲はそれによって限定されるものではなく、当業者であれば、本発明により開示された技術範囲で、本発明の技術的手段及びその発明構想に基づいて行った同等な取り替えや変更は、全て本発明の保護範囲に含まれるものとする。
（付記）
（付記１）
貫通孔付きの研磨パッドと、
研磨パッドを動かしてウェーハ表面に対して機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、
研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、
紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、
外部電源と、を含み、
ウェーハが外部電源の正極に接続され、研磨ディスクが外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、研磨ディスクが閉回路を構成する、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記２）
貫通孔付きの研磨パッドと、
研磨パッドを動かしてウェーハ表面に対して機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、
研磨ディスクと研磨パッドの間に位置する貫通孔付きの対極盤と、
研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、
紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、
外部電源と、を含み、
ウェーハが外部電源の正極に接続され、対極盤が外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、対極盤が閉回路を構成する、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記３）
前記研磨液は、研磨粒子を含有する化学研磨液である、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記４）
前記研磨ディスクと研磨パッドはウェーハの上方に位置し、紫外線光源は研磨ディスクと研磨パッドの上方に位置する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記５）
前記研磨液源は前記研磨ディスクの上方に位置する研磨液ノズルである、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記６）
前記研磨ディスクの貫通孔は中心から外周へと放射状になるように分布され、好ましくは、貫通孔は、研磨ディスクの径方向に周期的に分布され、好ましくは、研磨ディスクの中心部に貫通孔を設けず、研磨ディスクの外周部のウェーハに接触する位置のみに貫通孔を設ける、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記７）
前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記８）
前記印加電界を提供する電源は、直流電源、ポテンシオスタット、電気化学ワークステーション、乾電池のうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記９）
前記研磨パッドの面積はウェーハの面積より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨ディスクの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの貫通孔は、ウェーハに接触する部位に設けられる、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記１０）
光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である、ことを特徴とする付記１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
（付記１１）
貫通孔付きの研磨部材によってウェーハを機械研磨し、
研磨過程で、紫外線を、前記貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、
研磨過程で、研磨粒子を含有する研磨液を前記貫通孔を通過させてウェーハ表面に滴下させ、
研磨過程で、ウェーハを陽極として、印加電界で光電気化学酸化変性を発生させる、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工方法。
（付記１２）
前記研磨部材は研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクの貫通孔と研磨パッドの貫通孔の分布が一致し、研磨ディスクを陰極とする、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１３）
ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを研磨ディスクに粘着し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
ウェーハに正電位を施し、研磨ディスクに負電位を施すステップ（２）と、
研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む、ことを特徴とする付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記研磨部材は研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクと研磨パッドの間に貫通孔付きの対極盤を増設して陰極とし、前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１５）
ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを貫通孔が設けられた対極盤に粘着し、対極盤を研磨ディスクに固定し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
ウェーハに正電位を施し、盤状対極に負電位を施すステップ（２）と、
研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む、ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
ウェーハを外部電源の正極に接続し、陰極を外部電源の負極に接続し、前記外部電源、ウェーハ、陰極が閉回路を構成する、ことを特徴とする付記１２又は１４に記載の方法。
（付記１７）
光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１８）
前記研磨ディスクと研磨パッドは半導体ウェーハの上方に位置し、紫外線光源は研磨ディスクの上方に位置する、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１９）
前記研磨粒子は酸化セリウム又は酸化ケイ素であり、好ましくは、前記研磨粒子の粒径が６ｎｍ～１００ｎｍであり、好ましくは、前記研磨粒子の濃度が０．０５～１０ｗｔ％であり、前記研磨液の供給流量が５０ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎであり、前記ウェーハの回転速度が１００～２５０ｒｐｍであり、研磨ディスクの回転速度が６０～１５０ｒｐｍであり、研磨圧力が４～６．５ｐｓｉであり、紫外線強度が５０～１７５ｍＷ・ｃｍ－２である、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記２０）
前記半導体ウェーハは窒化ガリウムウェーハである、ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
１ 研磨液タンク
２ 導電スリップリング
３ 研磨ヘッド
４ ウェーハ
５ 研磨パッド
６ 対極盤
７ 研磨ディスク
１０ 紫外線光源
１１ 導電スリップリング
１３ レベリングボルト
１４ 直角固定板
１５ 連結板
１６ａ Ｌ状支持板
１７ フランジ
１８ 外球面軸受
１９ 直角電動機
２０ 電動機ブラケット
２１ 弾性カップラー
２２ａ クロスローラー軸受
２３ 段付軸Ｉ
２４ 段付軸ＩＩ
２５ 弾性カップラー
２６ 電動機ブラケット
２７ 電動機
２８ 連結板
２９ モジュール表面板
３０ ばね
３１ ガイドレール
３２ スライドブロック
３３ モジュール底板
３４ａ 立て支持板
３４ｂ 立て支持板
３５ 直角支持板
３６ 底板

Claims (20)

  1. 貫通孔付きの研磨パッドと、
    研磨パッドを動かしてウェーハ表面に対して機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、
    研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、
    紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、
    外部電源と、を含み、
    ウェーハが外部電源の正極に接続され、研磨ディスクが外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、研磨ディスクが閉回路を構成する、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  2. 貫通孔付きの研磨パッドと、
    研磨パッドを動かしてウェーハ表面に対して機械研磨を行うための貫通孔付きの研磨ディスクと、
    研磨ディスクと研磨パッドの間に位置する貫通孔付きの対極盤と、
    研磨液が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハ表面に滴下するように研磨液を供給するための研磨液源と、
    紫外線が研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過してウェーハに輻射するように紫外線を供給するための紫外線光源と、
    外部電源と、を含み、
    ウェーハが外部電源の正極に接続され、対極盤が外部電源の負極に接続され、前記外部電源、ウェーハ、対極盤が閉回路を構成する、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  3. 前記研磨液は、研磨粒子を含有する化学研磨液である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  4. 前記研磨ディスクと研磨パッドはウェーハの上方に位置し、紫外線光源は研磨ディスクと研磨パッドの上方に位置する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  5. 前記研磨液源は前記研磨ディスクの上方に位置する研磨液ノズルである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  6. 前記研磨ディスクの貫通孔は中心から外周へと放射状になるように分布され、好ましくは、貫通孔は、研磨ディスクの径方向に周期的に分布され、好ましくは、研磨ディスクの中心部に貫通孔を設けず、研磨ディスクの外周部のウェーハに接触する位置のみに貫通孔を設ける、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  7. 前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  8. 前記印加電界を提供する電源は、直流電源、ポテンシオスタット、電気化学ワークステーション、乾電池のうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  9. 前記研磨パッドの面積はウェーハの面積より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨ディスクの半径は、ウェーハの直径より大きく、好ましくは、前記研磨パッドの貫通孔は、ウェーハに接触する部位に設けられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  10. 光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置。
  11. 貫通孔付きの研磨部材によってウェーハを機械研磨し、
    研磨過程で、紫外線を、前記貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、
    研磨過程で、研磨粒子を含有する研磨液を前記貫通孔を通過させてウェーハ表面に滴下させ、
    研磨過程で、ウェーハを陽極として、印加電界で光電気化学酸化変性を発生させる、半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工方法。
  12. 前記研磨部材は研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクの貫通孔と研磨パッドの貫通孔の分布が一致し、研磨ディスクを陰極とする、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを研磨ディスクに粘着し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
    ウェーハに正電位を施し、研磨ディスクに負電位を施すステップ（２）と、
    研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を研磨ディスクと研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記研磨部材は研磨ディスクと研磨パッドを含み、研磨ディスクと研磨パッドの間に貫通孔付きの対極盤を増設して陰極とし、前記研磨ディスク、対極盤、研磨パッドの貫通孔の分布が一致する、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  15. ウェーハを導電性接着剤により導電体である研磨ヘッドに固定し、駆動することでウェーハを研磨ヘッドに伴って軸方向に回転させ、研磨パッドを貫通孔が設けられた対極盤に粘着し、対極盤を研磨ディスクに固定し、駆動することで研磨パッドをウェーハ表面に接触させて相対的運動を発生させるステップ（１）と、
    ウェーハに正電位を施し、盤状対極に負電位を施すステップ（２）と、
    研磨過程で、紫外線を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を通過させて前記ウェーハに照射させ、研磨液を順に研磨ディスク、対極盤及び研磨パッドの貫通孔を経由させてウェーハと研磨パッドの接触領域に浸漬させるステップ（３）と、を含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. ウェーハを外部電源の正極に接続し、陰極を外部電源の負極に接続し、前記外部電源、ウェーハ、陰極が閉回路を構成する、ことを特徴とする請求項１２又は１４に記載の方法。
  17. 光電気化学・機械作用面積比が１：１２～１：１である、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  18. 前記研磨ディスクと研磨パッドは半導体ウェーハの上方に位置し、紫外線光源は研磨ディスクの上方に位置する、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  19. 前記研磨粒子は酸化セリウム又は酸化ケイ素であり、好ましくは、前記研磨粒子の粒径が６ｎｍ～１００ｎｍであり、好ましくは、前記研磨粒子の濃度が０．０５～１０ｗｔ％であり、前記研磨液の供給流量が５０ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎであり、前記ウェーハの回転速度が１００～２５０ｒｐｍであり、研磨ディスクの回転速度が６０～１５０ｒｐｍであり、研磨圧力が４～６．５ｐｓｉであり、紫外線強度が５０～１７５ｍＷ・ｃｍ－２である、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  20. 前記半導体ウェーハは窒化ガリウムウェーハである、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
JP2021533602A 2018-12-14 2019-12-13 半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法 Active JP7281226B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811537196.2A CN109465739B (zh) 2018-12-14 2018-12-14 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置
CN201811537195.8A CN109648463B (zh) 2018-12-14 2018-12-14 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法
CN201811537196.2 2018-12-14
CN201811537195.8 2018-12-14
PCT/CN2019/125072 WO2020119779A1 (zh) 2018-12-14 2019-12-13 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置及加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022512421A true JP2022512421A (ja) 2022-02-03
JP7281226B2 JP7281226B2 (ja) 2023-05-25

Family

ID=71076243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021533602A Active JP7281226B2 (ja) 2018-12-14 2019-12-13 半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220088740A1 (ja)
JP (1) JP7281226B2 (ja)
WO (1) WO2020119779A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114558478A (zh) * 2022-03-23 2022-05-31 金盟科技（深圳）有限公司 基于镁合金三合一处理剂的复配物制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002025959A (ja) * 2000-07-06 2002-01-25 Canon Inc 半導体基板の研磨装置
JP2006024910A (ja) * 2004-06-08 2006-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表面処理方法及び表面処理装置
JP2011122230A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Disco Abrasive Syst Ltd 研磨装置
JP2011129596A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Osaka Univ 研磨具及び研磨装置
CN107877352A (zh) * 2017-10-23 2018-04-06 大连理工大学 半导体晶片光电化学机械抛光装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3688449B2 (ja) * 1997-09-24 2005-08-31 株式会社ニデック 眼鏡レンズ研削装置及び眼鏡レンズ研削方法
JP3271658B2 (ja) * 1998-03-23 2002-04-02 信越半導体株式会社 半導体シリコン単結晶ウェーハのラップ又は研磨方法
US20050269577A1 (en) * 2004-06-08 2005-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface treatment method and surface treatment device
US20070254558A1 (en) * 2004-08-27 2007-11-01 Masako Kodera Polishing Apparatus and Polishing Method
US20070034526A1 (en) * 2005-08-12 2007-02-15 Natsuki Makino Electrolytic processing apparatus and method
US20070135024A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Itsuki Kobata Polishing pad and polishing apparatus
TW200736001A (en) * 2006-03-27 2007-10-01 Toshiba Kk Polishing pad, method of polishing and polishing apparatus
US20090107851A1 (en) * 2007-10-10 2009-04-30 Akira Kodera Electrolytic polishing method of substrate
CN101673668B (zh) * 2009-10-19 2012-08-01 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种氮化镓晶体抛光的方法
KR101754550B1 (ko) * 2009-12-15 2017-07-05 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 연마 공구 및 연마 장치
CN103114323B (zh) * 2013-02-06 2016-05-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于GaN单晶衬底的表面抛光方法
CN104894634A (zh) * 2014-03-03 2015-09-09 盛美半导体设备（上海）有限公司 新型电化学抛光装置
CN111584355B (zh) * 2014-04-18 2021-07-13 株式会社荏原制作所 基板处理装置及基板处理系统
CN106141900A (zh) * 2015-04-16 2016-11-23 东莞市中镓半导体科技有限公司 一种高效率研磨抛光GaN晶片的方法
CN107641835B (zh) * 2017-10-23 2019-11-26 大连理工大学 一种半导体晶片光电化学机械抛光的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002025959A (ja) * 2000-07-06 2002-01-25 Canon Inc 半導体基板の研磨装置
JP2006024910A (ja) * 2004-06-08 2006-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表面処理方法及び表面処理装置
JP2011122230A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Disco Abrasive Syst Ltd 研磨装置
JP2011129596A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Osaka Univ 研磨具及び研磨装置
CN107877352A (zh) * 2017-10-23 2018-04-06 大连理工大学 半导体晶片光电化学机械抛光装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7281226B2 (ja) 2023-05-25
US20220088740A1 (en) 2022-03-24
WO2020119779A1 (zh) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109648463B (zh) 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法
CN109465739B (zh) 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置
Dong et al. Photoelectrochemical mechanical polishing method for n-type gallium nitride
CN110197789B (zh) SiC单晶片的超声辅助电化学机械抛光加工装置及方法
CN111069984B (zh) 一种动态磁场磁流变抛光装置及抛光方法
CN113134784B (zh) 一种半导体晶圆无线光电化学机械抛光的方法及装置
TW201021969A (en) Substrate polishing apparatus and method of polishing substrate using the same
CN111421391A (zh) 一种单晶金刚石晶片的双面化学机械抛光方法
CN107877352A (zh) 半导体晶片光电化学机械抛光装置
CN109866084A (zh) 一种uv光催化辅助化学机械抛光装置及抛光方法
CN115648054A (zh) 一种多工位宽禁带半导体晶片光电化学机械抛光装置及方法
CN113334149A (zh) 一种超声磁流变化学复合抛光装置及方法
Liu et al. ELID grinding of silicon wafers: a literature review
CN102601722A (zh) 一种研磨方法和研磨装置
JP2017098322A (ja) 研磨装置およびそれを用いたＧａＮ基板の研磨加工方法
CN114654380A (zh) 一种碳化硅晶片电化学机械抛光方法
CN102446755A (zh) 一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法
JP7281226B2 (ja) 半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法
CN113903827B (zh) 一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置
CN114290132A (zh) 碳化硅晶片的表面处理方法
CN210997815U (zh) 一种超声电化学机械抛光蓝宝石衬底材料的装置
CN115625627A (zh) 一种基于真空导电吸盘的SiC晶片光电化学机械抛光装置及方法
CN109848840A (zh) 一种光化学与机械抛光相结合的半导体晶片加工装置
CN108063080A (zh) 等离子体处理装置
CN109616412A (zh) 一种光化学与机械抛光相结合的半导体晶片加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210805

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221223

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230425

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7281226

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150