JP6626583B2 - 半導体ウエハ及び半導体ウエハの研磨方法 - Google Patents

半導体ウエハ及び半導体ウエハの研磨方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウエハ外縁部の平坦性を向上させた半導体ウエハ及び半導体ウエハの研磨方法に関し、特に、ウエハ外縁端部の近傍領域の平坦性を向上させた大口径のリン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶ウエハと、その製造方法に関する。
リン化インジウム（ＩｎＰ）は、インジウムリンとも称される、ＩＩＩ族（１３族）のインジウム（Ｉｎ）とＶ族（１５族）のリン（Ｐ）とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料である。半導体材料としての特性は、バンドギャップ１．３５ｅＶ、電子移動度〜５４００ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、電子移動度はシリコンやガリウム砒素といった他の一般的な半導体材料より高い値になるという特性を有している。また、常温常圧下での安定な結晶構造は立方晶の閃亜鉛鉱型構造であり、その格子定数は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等の化合物半導体と比較して大きな値になるという特徴がある。
単結晶化したＩｎＰは、シリコン（Ｓｉ）等と比較して大きな電子移動度を有するため、それを利用した高速電子デバイス用材料として用いられる。また、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等よりも大きな格子定数を有し、ＩｎＧａＡｓ等の三元系混晶やＩｎＧａＡｓＰ等の四元系混晶をヘテロエピタキシャル成長させる際の基板として用いれば格子不整合率を小さくできるため、これらの混晶化合物を積層構造として形成する半導体レーザ、光変調器、光増幅器、光導波路、発光ダイオード、受光素子等の各種光通信用デバイスやそれらを複合化した光集積回路用の基板として用いられている。
上述した各種デバイスを形成するための基板は、例えば、次の工程を経て作製される。まずＩｎＰを単結晶化したインゴットを、所定の結晶方位に薄板（ウエハ）状に切り出す（スライシング工程）。次に、ウエハの両面を研削、粗研磨して（ラッピング工程）、ウエハの厚みばらつきを小さくした後、さらに、ウエハ表面を鏡面研磨して（ポリッシング工程）、平坦性の高いウエハを得る。その後、洗浄（リンス工程）を経て、ウエハに欠陥やゴミなどの有無の検査（インスペクション工程）が行われる。平坦性の高いウエハを得るためには、鏡面研磨（ポリッシング）工程が特に重要である。
ウエハの平坦性に関しては、従来から一般的に用いられているＲａ（算術平均粗さ）、Ｒｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ）等の各種表面粗さや、全体または局所的なウエハの厚さばらつき（ＴＴＶ；Total Thickness Variation、ＬＴＶ；Local Thickness Variation）といった評価指標に加えて、ウエハ表面の端部近傍における、いわゆる「面ダレ」を表すエッジロールオフ（ＥＲＯ；Edge−Roll−off）の評価値が近年着目されている。半導体ウエハ等の表面を鏡面研磨したウエハの表面形状は、研磨プロセスの特性上、ウエハ端部の近傍で平坦性が劣化して「面ダレ」が生じた形状となっていることが一般的である。
半導体デバイスの微細化に伴って、デバイスの形成に用いる露光装置の分解能に対する要求も厳しくなっている。より高い分解能を達成するためには露光光源の波長を短波長化する必要があるが、それに伴って露光装置の光学系の焦点深度も浅くなる。したがって、微細化が進んだ近年のデバイス加工技術においては、露光装置の光学系の焦点深度が浅くなる分、デバイスを形成するウエハの表面も十分に平坦であることが要求されるが、上述したようなＥＲＯが大きなウエハを用いると、ウエハ端部の近傍で作製されたデバイスの性能が不良となり、最終的な製造歩留りの悪化や、製品コストの上昇につながってしまう。
そこで、有効なデバイス形成領域をウエハ上で最大限に確保し、形成されるデバイス間の性能のばらつきも抑えるためには、ＥＲＯを低減したウエハを得ることが重要となる。ＥＲＯの発生は、ウエハの鏡面加工時に、ウエハ中心部付近とウエハ端部付近とで研磨パッドに対するウエハの相対的な移動速度が異なる等、研磨に係るプロセスパラメータがウエハ中心部と端部とで異なっていることに起因していると考えられる。したがって、ＥＲＯの低減には、それと密接に関連する研磨の方法について検討する必要がある。
ウエハの研磨方法に関しては、以下のような先行技術が知られている。特許文献１には、窒化ガリウム（ＧａＮ）ウエハの研磨方法に関して、５０≦Ｈｖ≦２８００の範囲のビッカース硬度Ｈｖを有する軟質材料とともに研磨することが記載されている。特許文献２には、研磨プロセスを二段階に分割して、それぞれの段階で異なる研磨条件を設定して研磨を行うことが記載されている。特許文献３、非特許文献１には、研磨方法に関する事項ではないが、ウエハの端部近傍の平坦性を示すパラメータとして、ＥＲＯの程度を数値化したロールオフ値（ＲＯＡ；Roll−off amount）という評価値でウエハを評価することが記載されており、特許文献３にはシリコンウエハにて１０ｎｍ程度のＲＯＡ値が達成されている例も記載されている。
しかしながら、特許文献１はＧａＮウエハに関する技術であり、特許文献２および３はいずれもＳｉウエハに関するもので、本発明が対象としているＩｎＰウエハに関連するものではない。ＧａＮやＳｉの単結晶は、両者ともヤング率が１８０〜２００ＧＰａ程度の硬質の材料であるのに対し、ＩｎＰはヤング率が６０ＧＰａ程度と半導体材料としては軟質で、かつ脆い材料であり、化学的な特性も物質ごとに全く異なっている。したがって、物理的な力の作用や化学的な反応の種類、過程が結果を大きく左右する研磨というプロセスについて、ＧａＮやＳｉといった他の材料についての技術的知見を、そのままＩｎＰに適合して考えることはできない。
ＩｎＰウエハの研磨は、研磨パッドを表面に設けた回転定盤上にウエハを載置し、所定の組成物からなる研磨液を供給しながら定盤とウエハとを回転させつつ、機械的あるいは化学的な作用によってウエハの表面の構成物を徐々に除去してゆく方法によって行うことが一般的である。研磨液の組成物としては、特許文献４や特許文献５に記載されているように、機械的にウエハ表面を研削する作用を有するコロイダルシリカ等の砥粒微粒子に化学的なエッチング作用を有する塩素化合物を合わせたものや、特許文献６等に記載されているように、化学的なエッチング作用でＩｎＰウエハ表面を平坦化する方法が従来から知られている。
これらＩｎＰウエハの研磨に関する先行技術では、ウエハのＴＴＶやうねり、残留不純物や傷、研磨速度や研磨効率等の観点から研磨の手段、条件が最適化されている。しかしながら、これらの先行技術には、近年のデバイス微細化に伴って重視されるようになってきているＥＲＯに関する認識は無く、ＥＲＯを低減するために有効な具体的手段も、何らかの技術的な教唆も皆無である。
非特許文献２には、ＩｎＰの単結晶ウエハについて「ロールオフ」（ＥＲＯと同意）に関する言及があり、ＩｎＰについては最適な研磨組成物が良く知られていないことや、軟質の研磨布で長時間の研磨を行うとロールオフが大きくなる傾向があることの記載が認められる。しかし、この先行技術においても、上述したような漠然としたわずかな教唆があるにすぎず、ＥＲＯの低減に有効な具体的研磨組成物や研磨の条件までは明らかでない上、ロールオフ値として具体的にどの程度の値が達成されたのかについての開示も無い。
特開２０１４−０６８０４４号公報 特開２０１４−１０３３９８号公報 特開２０１２−１２９４１６号公報 特開平１１−２０７６０７号公報 特開２００４−２０７４１７号公報 特開平０７−２３５５１９号公報
M. Kimura et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 38 (1999), pp.38-39 K. Iwasaki et al., IEEE Trans. Semicond. Manuf., Vol. 16 (2003), pp. 360-364
このように、ＩｎＰウエハのＥＲＯを低減することへの要請は近年高くなってきているものの、現状はＥＲＯの低減という観点から十分な検討が行われているといえず、そのような観点からＥＲＯに関する特性が最適化されたＩｎＰウエハが得られているともいえない状況にある。そこで、本発明は、ＥＲＯが小さく、ウエハ端部の近傍においても十分に平坦性が高いという観点から最適化されたＩｎＰウエハを提供することを課題とする。また、そのようなＩｎＰウエハの製造に効果的な方法を提供することを併せて課題とする。本発明においては、「面ダレ」という現象を意味するエッジロールオフ（ＥＲＯ）の程度を数値化した指標として、ロールオフ値（ＲＯＡ値）という評価値を用いることで、ＥＲＯの程度を表現する。
ＩｎＰウエハについてＲＯＡ値を低減するという観点から本発明の発明者らが鋭意検討を重ねた結果、鏡面研磨時のプロセスにおいて従来行われていた内容に技術的な改変を加え、特定条件の二段階研磨を適用することが効果的であることを見出し、その技術的知見に関する検討をさらに重ねた結果、従来達成されていたレベルよりも十分にＲＯＡ値が低減されたＩｎＰ基板を得ることができ、本発明を完成させた。
このような知見に基づき、本発明では、以下の内容の発明を提供する。
１） リン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶からなるウエハであって、ウエハのロールオフ値（ＲＯＡ）が−１．０μｍ〜１．０μｍであることを特徴とするＩｎＰウエハ。
２）ウエハ中心部における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とする前記１）に記載のＩｎＰウエハ。
３）全面厚みばらつき（ＴＴＶ）が１０μｍ以下であることを特徴とする前記１）または２）に記載のＩｎＰウエハ。
４）ウエハの厚みが３００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一に記載のＩｎＰウエハ。
５）ウエハ表面の最大長さが４５ｍｍ以上であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一に記載のＩｎＰウエハ。
６）ウエハ表面の最大長さが、５０ｍｍ以上であることを特徴とする上記１）〜５）のいずれか一に記載のＩｎＰウエハ。
７）ウエハ表面の最大長さが、７５ｍｍ以上であることを特徴とする上記１）〜６）のいずれか一に記載のＩｎＰウエハ。
８）ウエハ表面の最大長さが、１００ｍｍ以上であることを特徴とする１）〜７）のいずれか一に記載のＩｎＰウエハ。
９）リン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶からなるウエハの製造方法であって、ＩｎＰウエハとなるＩｎＰ単結晶基板の少なくとも片面に対し、臭素を含む研磨液を供給しつつ、加工圧力１０〜２００ｇ／ｃｍ２、加工時間０．１〜５分間で一段目の研磨を行い、加工圧力２００〜５００ｇ／ｃｍ２、かつ前記一段目の研磨より５０ｇ／ｃｍ２以上高い加工圧力、加工時間０．５〜１０分間で二段目の研磨を行うことを含むことを特徴とする、ＩｎＰウエハの製造方法。
１０）軟質発泡ポリウレタンからなる研磨パッドを表面に貼付した回転定盤を用いて研磨を行うことを特徴とする上記９）に記載のＩｎＰウエハの製造方法。
１１）研磨液の供給流量を１０〜５００ｍｌ／分、定盤の回転数を１０〜１００ｒｐｍとして研磨を行うことを特徴とする上記９）または１０）に記載のＩｎＰウエハの製造方法。
本発明のＩｎＰウエハによれば、従来よりもＲＯＡ値が低減され、ウエハ端部の近傍においても十分な平坦性を有するため、ウエハの端部近傍にまでデバイスの形成領域を最大限に確保することができ、ウエハ内で形成されるデバイス間での露光プロセス誤差を低く抑えることが可能なため、同一ウエハ上で形成されるデバイス間の性能の均一性を向上することもできる。さらに、本発明のＩｎＰウエハの製造方法によれば、上述したＲＯＡ値が低減されたＩｎＰウエハを、効果的かつ効率的に製造することが可能となる。
ＲＯＡ値の算出方法
本発明のＩｎＰウエハは薄板状のＩｎＰ単結晶であり、形状的には、板状体の表面または裏面における最大長さ（Ｌ）に対して、表裏面間の最大距離である厚さ（ｔ）が十分に小さく、Ｌ／ｔ≧１０のものを指していうものである。ウエハ表面または裏面の形状は、特に制限されるものではないが、ウエハとして汎用されている円形状のものとすることができ、使用形態によっては楕円形状や、四角形状等の多角形状とすることもできる。
本発明のＩｎＰウエハは、ウエハのＲＯＡ値が−１．０μｍ〜１．０μｍであることを本質的な特徴とするものである。ウエハのＲＯＡ値とは、ウエハの表面（または裏面）のいずれかの端部近傍において、ウエハ中心部に近い側から端部側へ向かうにつれて表面のプロファイルが変化して平坦性が悪化する程度を定量化した評価値（もしくは指標値）である。このＲＯＡ値が小さいほど、ウエハの表面プロファイルが殆ど変化しないウエハ中心部に近い側と同等の平坦性が端部でも保たれていることになり、ウエハの利用効率向上や、同一ウエハ内で製造されるデバイス間の性能のバラつきの抑制につながることになる。
本発明におけるＩｎＰウエハのＲＯＡ値は、例えば非特許文献1に記載されているように、以下のような解析手順で数値化することができる。まず、ウエハの少なくとも一方の鏡面研磨された表面において、該表面における端部近傍の表面変位プロファイルを測定する。表面変位プロファイルの測定は、ＲＯＡの算出に必要な端部から少なくとも１ｍｍ〜６ｍｍの間の距離で、その間のロールオフ量に対応する変位に、十分な分解能（本発明に使用した測定器の場合、１０ｎｍである）で追従できる測定手段であれば任意の測定手段によって測定を行うことができ、レーザ式や触針式の表面形状測定装置等を用いることができる。
図１は、ＩｎＰウエハ１１０の表面の端部近傍におけるプロファイル変位曲線１００の測定例の概略図を示したものである。ウエハのＲＯＡ値１０１の算出には、ウエハの端部から中心部側にかけて１ｍｍ〜６ｍｍの距離の間で測定した表面変位プロファイルが必要となる。ＩｎＰ等の半導体ウエハでは、ラッピングや研磨工程でウエハ端部に割れや欠けが発生することを防止するために、切り出し後に端部から１ｍｍまでの距離の間で面取り部１１１を設ける加工（べべリング）を施すことが慣用的に行われるため、その影響を考慮して、端部から１ｍｍまでの間のプロファイルは、ＲＯＡの評価には用いられない。
表面変位プロファイルにおいて、ウエハ端部から中心側に３〜６ｍｍの距離では、ウエハの中心部付近と比較してプロファイルの変位に大きな変化は無いため、この間の領域を参照領域１０２として、この領域の表面プロファイルを参照用の基準平面（基準プロファイル）に用いる。具体的には、ウエハ端部から中心側に３ｍｍの位置および６ｍｍの位置それぞれの測定点を結ぶ直線からプロファイル関数１０３を求め、これを参照用の基準プロファイルとする。
ウエハのＲＯＡ値は、上記参照領域１０２の表面プロファイルから求めた基準プロファイル関数においてウエハの端部から１ｍｍの距離で外挿される値と、表面プロファイル実測値との差として定義される値である。図１の例では、プロファイル関数の外挿値に対して実測値が低くなる、いわゆる「面ダレ」が端部で生じているウエハを示したものであり、その場合、ＲＯＡ値は正の値を示すことになる。しかし研磨条件等によっては、参照領域よりも端部近傍で盛り上がった表面プロファイルを示すウエハも見られ、その場合には、ＲＯＡ値は負の値を示すことになる。
本発明のＩｎＰウエハは、上述したＲＯＡ値が−１．０μｍ〜１．０μｍの範囲に収まるものである。このＲＯＡ値は、形態によって−０．８μｍ以上とすることができ、−０．６μｍ以上、あるいは−０．４μｍ以上とすることができる。同様に、ＲＯＡ値は、形態によって０．８μｍ以下とすることができ、０．６μｍ以下、あるいは０．４μｍ以下とすることができる。
一形態において、本発明のＩｎＰウエハは、上述したようにＲＯＡ値が−１．０μｍ〜１．０μｍという範囲にありながら、ウエハ中心部において０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を有している。一般的な半導体ウエハにおいて、素子形成面は研磨加工により最終的に鏡面仕上げとされる。しかし、通常の研磨加工プロセスでは、これを行うことによってウエハの中心部では表面粗さの小さい鏡面が達成される反面、ウエハの端部近傍では面ダレ等が生じて表面プロファイルの平坦性が悪化する。従来の技術では、ウエハの表面粗さを小さくするために長時間の研磨を行うほど、それに伴ってウエハ端部近傍の表面プロファイルの平坦性は悪化し、ＲＯＡ値が大きくなる傾向にある。
すなわち、従来の技術では、表面の粗さが小さい鏡面仕上げウエハを得ることと、ＲＯＡが小さく端部まで基準プロファイルの平坦性が維持されたウエハを得ることとの間には二律背反性があり、それらの両立が困難であった。本発明のＩｎＰウエハは、従来困難であったこれら両者の特性を両立したものである。本発明における算術平均粗さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって２μｍ×２μｍの範囲の測定を行い、この測定データをＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１の規定に従って処理することにより得られるものである。ウエハ中心部におけるＲａ値は０．５ｎｍ以下であり、一形態として０．４ｎｍ以下、さらに０．２ｎｍ以下とすることもできる。
また、一形態において、本発明のＩｎＰウエハの全面厚みばらつき（ＴＴＶ）は、１０μｍ以下とすることができる。ウエハのＴＴＶは、ウエハ全体の厚みの均一性の指標となる値であり、これが低い程ウエハ厚みが均一であることを意味している。ウエハのＴＴＶは、レーザをウエハ全面に照射して測定される表面変位の最大値と最小値から求められる。ウエハのＴＴＶは、一形態として８μｍ以下、さらには６μｍ以下とすることもできる。
本発明のＩｎＰウエハの厚さは、特に制限されるものではないが、一形態として３００μｍ以上、１０００μｍ以下とすることができる。ウエハの厚さが３００μｍ未満になると、ウエハの機械的強度が確保できなくなる恐れがあり、ハンドリング等に過度の注意が必要となる。ウエハ厚さは、さらに４００μｍ以上とすることができ、５００μｍ以上とすることもできる。一方、ウエハの厚さが１０００μｍを超えると、デバイスの形成に必要な厚さに対して不要な部分が多くなって材料の利用効率が低下する他、デバイスの切断加工の容易さや、重量面でも不利になる。ウエハ厚さは、さらに８００μｍ以下とすることができ、７００μｍ以下とすることもできる。
本発明のＩｎＰウエハ表面の最大長さも特に制限されるものではないが、一形態として４５ｍｍ以上、さらには、５０ｍｍ以上、７５ｍｍ以上、さらには１００ｍｍ以上とすることができる。ウエハ表面の最大長さは、円板状ウエハの場合、直径に相当する長さとなる。本発明は、大面積のＩｎＰウエハに対して有効な技術であり、最大長さ（直径）約１００ｍｍ（４インチ）のウエハについても、特に有効に適用できる技術である。
上述した本発明のＩｎＰウエハは、特段製造方法が限定されるものでなく、ＲＯＡをはじめとする各特性を満たすものであれば、如何なる方法で製造されたものであってもよい。しかし、上述したＲＯＡ値等の各種特性を効果的に達成するという観点からは、本発明における別側面の発明である、以下に述べる研磨手段を含む製造方法を好適に適用することができる。
まず、ＩｎＰウエハの基になるＩｎＰ単結晶からなる基板を用意する。このＩｎＰ単結晶基板は、ＩｎＰ単結晶からなるインゴットを製造して所定厚さの基板状に切り出した後、研削またはラッピングを実施して用意しても良いし、市販されている基板状のＩｎＰ単結晶を購入する等して用意しても良い。単結晶インゴットから製造する場合、製造方法は特に限定されるものでなく、垂直温度勾配（ＶＧＦ）法、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法、水平ブリッジマン（ＨＢ）法、液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）法等の各種融液成長法等、公知の方法で製造することができる。
インゴット状のＩｎＰ単結晶から本発明のＩｎＰウエハを製造する場合、単結晶インゴットを基板状に切り出す操作を行う。所定厚さにＩｎＰ単結晶を切り出す操作は、ワイヤソー等の公知の手段を用いて行うことができる。このときの切り出し厚さは、後続のラッピングや研磨で減少する厚み分を考慮して、所望のＩｎＰウエハが得られるように設定する。切り出されたＩｎＰ単結晶は、端部から１ｍｍ以内の領域で面取り加工（べべリング）が行われ、さらに、ウエハ厚さの大まかな調整と表面のある程度の平坦化のために、ベベリング後の基板表裏面に対してラッピングが行われる。ラッピング後のＩｎＰ単結晶基板の表面粗さは、Ｒａ＝１０μｍ以下とすることができる。
なお、ラッピング処理の後に、ウエハ表面の加工変質層の除去や粗さの良化を目的としたエッチング処理や硬質パッドでのポリッシングを、適宜、追加しても良い。その際の手段や条件は特段限定されるものでなく、一般的に適用される手段や条件を適宜調整して適用することができる。そして、本発明の研磨工程を適用する前において、ＩｎＰ基板はＲＯＡが−０．５〜０．５μｍ、Ｒａが１．０ｎｍ以下のものとすればよい。これは本発明の研磨工程前のＩｎＰ基板のＲＯＡが−０．５〜０．５μｍの範囲を超えて大きい場合、本発明の研磨を適用してもＲＯＡの少ないＩｎＰウエハを得ることは困難であり、またＩｎＰ基板のＲａが１．０ｎｍを超えると、最終的に鏡面研磨面を得るためには過大な研磨負荷が必要となり、本発明の研磨を適用しても十分な鏡面の平坦性を確保できなくなる恐れがあるためである。
ＩｎＰウエハの最終的なＲＯＡ値に大きく影響を及ぼすのは、ＩｎＰ単結晶基板を鏡面研磨してＩｎＰウエハとする工程である。本発明のＩｎＰウエハの製造方法は、この研磨工程が、ＩｎＰ単結晶基板の少なくとも片面に対し、臭素系研磨液を供給しつつ、加工圧力１０〜２００ｇ／ｃｍ２、加工時間０．１〜５分間で一段目の研磨を行い、加工圧力２００〜５００ｇ／ｃｍ２、かつ前記一段目の研磨より５０ｇ／ｃｍ２以上高い加工圧力、加工時間０．５〜１０分間で行う第二段目の研磨の組み合わせによって構成されることを本質的な特徴として含むものである。
本発明のＩｎＰウエハの製造方法では、臭素系研磨液を連続的に研磨面に供給しながら研磨を行う。研磨液成分の臭素は、ＩｎＰの表面を化学的なエッチングによって原子レベルで除去する作用を有し、臭素濃度は０．１〜５ｗｔ％とすることができる。
本発明のＩｎＰウエハの製造方法では、条件の異なる二段階の研磨工程を段階的に適用する。第一段目の研磨は、加工圧力１０〜２００ｇ／ｃｍ２、加工時間０．１〜５分間の条件にて行う。加工圧力が１０ｇ／ｃｍ２未満では、鏡面研磨ＩｎＰウエハの表面に必要な平坦性が得られなくなる恐れがあり、この段階での加工圧力が２００ｇ／ｃｍ２を超えると、ＩｎＰウエハの最終的なＲＯＡ値が悪化する恐れがある。ＩｎＰウエハの平坦性を確保するために、第一段目の加工時間は少なくとも０．１分以上とする必要があるが、５分を超えるとＩｎＰウエハのＲＯＡ値に悪影響を及ぼすため好ましくない。第一段目の研磨における加工圧力は、７０ｇ／ｃｍ２以上とすることもでき、さらに１２０ｇ／ｃｍ２以下とすることもできる。加工時間については、０．３分以上とすることもでき、さらに２分以下とすることもできる。
次に、第二段目の研磨を、加工圧力２００〜５００ｇ／ｃｍ２、加工時間０．５〜１０分間の条件にて行う。加工圧力が２００ｇ／ｃｍ２未満では、やはり鏡面研磨ＩｎＰウエハの表面に必要な平坦性が得られなくなる恐れや、表面粗さが悪化する恐れがある。加工圧力が５００ｇ／ｃｍ２を超えると、ＩｎＰウエハのＲＯＡ値が悪化する他、条件によっては寧ろ平坦性が悪化したり、ウエハを破損する恐れが生じたりする。第二段目の加工時間は少なくとも０．５分以上とする必要があるが、１０分を超えるとＩｎＰウエハのＲＯＡ値に悪影響を及ぼすため好ましくない。第二段目の研磨における加工圧力は、２５０ｇ／ｃｍ２以上とすることもでき、さらに３５０ｇ／ｃｍ２以下とすることもできる。加工時間については、１分以上とすることもでき、さらに５分以下とすることもできる。
上述した研磨工程のうち、第一段目の研磨における加工圧力は、従来技術においても一般的に適用されている範囲のものである。従来は、その加工圧力で長時間の連続研磨を行うことによって、鏡面研磨面に必要な平坦性を確保するようにしていた。しかし、そのような従来の研磨加工では、研磨面の十分な平坦性（鏡面）を達成することができる反面、ＲＯＡ値という観点でみれば、必ずしも近年求められる特性を達成できるものとなっていなかった。そこで、本発明では、従来の加工圧力による第一段目の研磨を短時間で行った上で、従来よりも大幅に加工圧力を高くした第二段目の研磨を短時間で行うことを組み合わせて、総研磨負荷量（加工圧力×研磨時間）は同じであっても、従来よりもＲＯＡ値を向上させたＩｎＰウエハを効果的に得ることができるようにした。
上記二段階研磨の実施に際しては、第二段目の研磨と第一段目の研磨との間で加工圧力差が５０ｇ／ｃｍ２以上となるように、第二段目の研磨の加工圧力を高く設定して研磨を行うことが必要である。第二段目の研磨と第一段目の研磨との間の加工圧力差が５０ｇ／ｃｍ２未満となれば、第一段目の研磨時の加工圧力が第二段目の研磨時の加工圧力と近くなりすぎるため、ＩｎＰウエハのＲＯＡ値の悪化を十分に抑制することができなくなる恐れがある。この加工圧力差は、研磨の実施形態に応じて、８０ｇ／ｃｍ２以上、または１００ｇ／ｃｍ２以上に設定することもできる。
本発明の研磨は、上記加工条件を安定に保って研磨を行えるものであれば、任意の手段、装置を適用して行うことができるが、ＩｎＰ単結晶基板の研磨面に接触する表面に研磨用のパッドを貼付した回転定盤装置を用いれば、効率的に研磨を行うことができる。ここで用いる研磨パッドの材質としては、軟質発泡ポリウレタンからなるものを用いれば、本発明のＩｎＰウエハのＲＯＡ値特性を達成する上で効果的である。
さらに、本発明のＩｎＰウエハの製造方法では、研磨面に連続的に供給する研磨液の供給流量、用いる回転定盤の回転数を、所望の研磨面特性、特に、ＲＯＡ値特性が得られるように調整して研磨を行うことができるが、それらの目安として、研磨液の供給流量を１０〜５００ｍｌ／分、定盤の回転数を１０〜１００ｒｐｍとすることができる。所望の研磨面特性を得るため、研磨液の供給流量は５０ｍｌ／分以上、または８０ｍｌ／分以上としても良く、３００ｍｌ／分以下、または２００ｍｌ／分としても良い。定盤の回転数は３０ｒｐｍ以上、または５０ｒｐｍ以上としても良く、９０ｒｐｍ以下、または８０ｒｐｍ以下としても良い。
上記研磨工程が終了したＩｎＰウエハには洗浄が行われ、ＲＯＡ値の評価や、表面欠陥、その他の平坦度などの特性を評価する検査工程が実施されて製品となる。また、必要に応じて、形状の微調整や、マーキング等、ＲＯＡ等の表面特性に影響が生じない程度の付加的な工程をさらに含んでも良いことはいうまでもない。
以下、本発明を実施例、比較例に基づいて具体的に説明する。以下の実施例、比較例の記載は、あくまで本発明の技術的内容の理解を容易とするための具体例であり、本発明の技術的範囲はこれらの具体例によって制限されるものでない。
（実施例１）
直径４インチ（１０１．６ｍｍ）、厚み６５０μｍ、ＲＯＡが０．２９μｍ、Ｒａが０．５５ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、以下に示す二段階研磨工程により実施した。研磨には、直径８１３ｍｍφの回転定盤を用い、定盤回転数６０ｒｐｍ、研磨パッドには軟質発泡ポリウレタン（ニッタハース社製Ｐｏｌｉｔｅｘ）を用い、さらに研磨液には、臭素系研磨液（臭素２．５ｗｔ％）を用い、これを１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨面へ連続的に供給しながら研磨を実施した。この研磨工程における第一段目と第二段目を合せた総研磨負荷量は、６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 １００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 ３０秒（０．５分）
・第二段研磨：加工圧力 ３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 ２．０分
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは６４８μｍであった。その後、表面形状測定装置（Ｔｒｏｐｅｌ社製ＦＭ２００）にてウエハを測定し、ウエハ端部付近の測定結果から前述した定義に従って、ウエハのＲＯＡ値を算出した。その結果、実施例１のＲＯＡ値は０．３８μｍであり、ウエハの端部近傍の表面においても高い平坦性を有していることが確認された。また、この際のウエハ中心部の表面粗さをＡＦＭ測定機（ＳＩＩ社 ＳＰＩ４０００ 測定範囲２μｍ×２μｍ）にて測定を行い、測定結果を表面解析ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）によって解析した結果、Ｒａは０．１４ｎｍであり、表面粗さも良好であった。さらに、このウエハのＴＴＶ値は５．４μｍであった。
（実施例２）
直径４インチ（１０１．６ｍｍ）、厚み６５０μｍ、ＲＯＡが０．３３μｍ、Ｒａが０．６１ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、以下に示す二段階研磨工程により実施した。研磨に使用した回転定盤、その回転数、研磨パッド材質、研磨液組成、研磨液供給流量といった各研磨条件は、実施例１と同一である。この研磨工程における総研磨負荷量も、実施例１と同じく６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 ２００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 １分
・第二段研磨：加工圧力 ３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 1分３０秒（１．５分）
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは６４９μｍであった。その後、実施例１と同様にＲＯＡ値、ウエハ中心部の表面粗さＲａ、およびＴＴＶ値を評価したところ、ＲＯＡ値は０．４５μｍであり、Ｒａは０．１６ｍ、ＴＴＶ値は５．１μｍであった。実施例１と同様に、ＲＯＡ、Ｒａとも良好なＩｎＰウエハが得られていることが確認された。
（比較例１）
直径４インチ（１０１．６ｍｍ）、厚み６５０μｍ、ＲＯＡが０．３０μｍ、Ｒａが０．６０ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、従来どおりの以下の一段階研磨工程により実施した。研磨に使用した回転定盤、その回転数、研磨パッド材質、研磨液組成、研磨液供給流量といった各研磨条件は、実施例１と同一である。この研磨工程における総研磨負荷量も、実施例１と同じく６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 ２００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 ３分１５秒（３．２５分）
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは６４８μｍであった。その後、実施例１と同様にＲＯＡ値、ウエハ中心部の表面粗さＲａ、およびＴＴＶ値を評価したところ、この比較例１のＲＯＡ値は１．１０μｍ、Ｒａは０．１８ｎｍ、ＴＴＶ値は６．４μｍであった。従来技術に準じた比較例１は、実施例１と総研磨負荷量が同一であるにもかかわらず、ＲＯＡ値は実施例１と比較して大きく悪化しており、ウエハの端部近傍で表面の「面ダレ」が生じて平坦性に劣るものであることが確認された。
（比較例２）
直径４インチ（１０１．６ｍｍ）、厚み６５０μｍ、ＲＯＡが０．２８μｍ、Ｒａが０．５６ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、以下に示す条件の二段階研磨工程により実施した。研磨に使用した回転定盤、その回転数、研磨パッド材質、研磨液組成、研磨液供給流量といった各研磨条件は、実施例１と同一である。この研磨工程における総研磨負荷量も、実施例１と同じく６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 ２００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 １分
・第二段研磨：加工圧力 ６００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 ４５秒（０．７５分）
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは６５０μｍであった。その後、実施例１と同様にＲＯＡ値、ウエハ中心部の表面粗さＲａ、およびＴＴＶ値を評価したところ、ＲＯＡ値は１．２０μｍ、Ｒａは０．１３μｍ、ＴＴＶ値は６．０μｍであった。同一研磨負荷量で二段階研磨を実施しても、本発明の方法で特定される研磨条件を充足しなければ、ＲＯＡを改善できていないことが確認された。
（実施例３）
直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚み３５０μｍ、ＲＯＡが０．２５μｍ、Ｒａが０．６３ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、以下に示す二段階研磨工程により実施した。研磨に使用した回転定盤、その回転数、研磨パッド材質、研磨液組成、研磨液供給流量といった各研磨条件は、実施例１と同一である。この研磨工程における総研磨負荷量も、実施例１と同じく６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 ２００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 １分
・第二段研磨：加工圧力 ３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 1分３０秒（１．５分）
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは３４９μｍであった。その後、実施例１と同様にＲＯＡ値、ウエハ中心部の表面粗さＲａ、およびＴＴＶ値を評価したところ、ＲＯＡ値は０．３５μｍであり、Ｒａは０．１５ｍ、ＴＴＶ値は３．１μｍであった。実施例１と同様に、ＲＯＡ、Ｒａとも良好なＩｎＰウエハが得られていることが確認された。
（実施例４）
直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚み６５０μｍ、ＲＯＡが０．２７μｍ、Ｒａが０．５８ｎｍのＩｎＰウエハの最終片面研磨を、以下に示す二段階研磨工程により実施した。研磨に使用した回転定盤、その回転数、研磨パッド材質、研磨液組成、研磨液供給流量といった各研磨条件は、実施例１と同一である。この研磨工程における総研磨負荷量も、実施例１と同じく６５０ｇ／ｃｍ２・ｍｉｎとなる。
・第一段研磨：加工圧力 ２００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 １分
・第二段研磨：加工圧力 ３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間 1分３０秒（１．５分）
上記研磨の終了後、洗浄、乾燥を行い、ウエハ中央部の厚みを測定したところ、厚みは６４９μｍであった。その後、実施例１と同様にＲＯＡ値、ウエハ中心部の表面粗さＲａ、およびＴＴＶ値を評価したところ、ＲＯＡ値は０．３６μｍであり、Ｒａは０．１６ｍ、ＴＴＶ値は４．９μｍであった。実施例１と同様に、ＲＯＡ、Ｒａとも良好なＩｎＰウエハが得られていることが確認された。
本発明は、各種半導体デバイスの製造用基板として用いられるＩｎＰ単結晶ウエハについて、表面の端部近傍まで高い平坦性を維持したＩｎＰウエハと、そのようなＩｎＰウエハを効果的に製造することができる方法の発明であり、これらによって、ウエハの端部近傍にまでデバイスの形成領域を最大限に確保することができ、ウエハ内で形成されるデバイス性能の均一性を向上することもできるようになる。そのため、デバイスの製造歩留りの向上、製造コストの低減につながり、半導体デバイス製造の技術分野等において有用な技術である。

Claims (10)

  1. リン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶からなるウエハであって、ウエハのロールオフ値（ＲＯＡ）が−１．０μｍ〜１．０μｍであり、ウエハ中心部における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするＩｎＰウエハ。
  2. 全面厚みばらつき（ＴＴＶ）が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＩｎＰウエハ。
  3. ウエハの厚みが３００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＩｎＰウエハ。
  4. ウエハ表面の最大長さが４５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩｎＰウエハ。
  5. ウエハ表面の最大長さが、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩｎＰウエハ。
  6. ウエハ表面の最大長さが、７５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＩｎＰウエハ。
  7. ウエハ表面の最大長さが、１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＩｎＰウエハ。
  8. リン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶からなるウエハの製造方法であって、
    ＩｎＰウエハとなるＩｎＰ単結晶基板の少なくとも片面に対し、臭素を含む研磨液を供給しつつ、
    加工圧力１０〜２００ｇ／ｃｍ2、加工時間０．１〜５分間で一段目の研磨を行い、
    加工圧力２００〜５００ｇ／ｃｍ2、かつ前記一段目の研磨より５０ｇ／ｃｍ2以上高い加工圧力、加工時間０．５〜１０分間で二段目の研磨を行う
    ことを含むことを特徴とするＩｎＰウエハの製造方法。
  9. 軟質発泡ポリウレタンからなる研磨パッドを表面に貼付した回転定盤を用いて研磨を行うことを特徴とする請求項８に記載のＩｎＰウエハの製造方法。
  10. 研磨液の供給流量を１０〜５００ｍｌ／分、定盤の回転数を１０〜１００ｒｐｍとして研磨を行うことを特徴とする請求項８または９に記載のＩｎＰウエハの製造方法。
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