JPH02190244A - 硬脆材料の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコンウェハーや化合物半導体ウェハー等の
硬脆材料の両面同時研磨方法に係り・更に詳細には、こ
れ等硬脆材料を合成砥石で精度よく加工する研磨方法に
関する。

（従来の技術） シリコンウェハー等の半導体ウェハーは、機械的性質と
して極めて脆い所謂硬脆材料であり、加工が難しい素材
と云える。それにもかかわらず半４体ウェハーの加工に
際しては極めて高い精度の表面の平坦度や厚さの均一性
が要求されている。

そしてこれら半導体ウェハーは従来次の即金方法により
加工されている。即ち、半導体単結晶インゴットをまず
ダイヤモンドソーを用いて薄片にスライスした後、アル
ミナ系の遊離砥粒を用いた両面ラッピング機にて粗研磨
を行い、切断時にウェハー表面に発生した研磨斑、ソー
マークおよび表面の凹凸を除去し、ある程度均一な厚さ
をもったラフブトウェハーとする。次に該ラップトウェ
ハーを酸あるいはアルカリの薬液を使用してケミカルエ
ツチングを施し表面歪層を除去し、引き続きポリッシン
グしてミラーウェハーとする。

近年、その加工精度は以前にも増して極めて高いものが
要求され、例えば一般的な５インチウェハーにおいては
厚さのバラツキを１μｍ以下におさえることが必要と言
われている。そしてその加工精度は、主として粗研磨工
程の如何によって決まってくる。粗研磨工程は従来鋳鉄
定盤を装着した上下定盤の間隙にスライスした半導体ウ
ェハーを挾持し５〜５０μｍ程度のアルミナ系遊離砥粒
のスラリーを定量的に供給しながら研磨するラッピング
研磨によって行われていた。

しかしながら上述の方法は、スライスしたウェハーの研
磨斑やソーマークを除去し、好ましい平坦度を得るとい
う本来の目的は達成できるものの、高価な遊離砥粒を大
量に消費し、更に粗研磨工程で排出される砥粒を高濃度
で含有するスラリー排液の処理に多大な設備、労力等を
必要とするうえ、作業環境を著しく汚染するといった問
題点かあっｔ二　。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者等は、上述の問題点に鑑み、鋭意研究を続けた
結果、両面ラッピング装置において、通常使用されてい
る鋳鉄定盤に代替して、特定の合成砥石を使用し特定の
条件にて研磨することＫより、上記既存法における問題
点を著しく軽減できることを見出し、本発明を完成した
ものであって、その目的とするところは、半導体ウェハ
ー等の硬脆材料を高精度、且つ効率よく研磨する方法を
提供するにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的は、遊ｍＭ動するキャリヤーに被研磨体を把
持し、回転する上下定盤に装着した砥石で被研贋体の両
面を同時に研磨するに際し、砥石として合成樹脂多孔体
中に炭化珪素、酸化アルミニウム、二酸化珪素、アルミ
ナ系エメリー、酸化セリウム及び酸化クロムの群から選
ばれた少なくとも一種の砥粒を１５〜４０容量−含有せ
しめた合成砥石を使用し、該合成砥石の研ｉ面の総面積
に対して０．００２〜０．１０　ｍ＃／ｍｉｎ−ｃｍ２
の研磨液を供給しながら、被研磨体を５００　ｇ／ｃｍ
２　以下の押圧力で研磨することを特徴とする硬脆材料
の研磨方法により達成される。

本発明においては合成樹脂多孔体に砥粒を配合した合成
砥石を使用する。該合成砥石に適用される砥粒としては
、炭化珪素、酸化アルミニウム、アルミナ系エメリー、
二酸化珪素、酸化セリウム、及び酸化クロムがあり、就
中炭化珪素及び酸化アルミニウムが好適である。ダイヤ
モンド等の超硬度の砥粒は本発明の目的には適さない。

本発明において上記砥粒は、合成砥石マトリックス樹脂
中に１６〜４０容量チ配合する。砥粒が１５容ｉ％未満
では研磨効果が不十分であり、４０容ｆｆｉ％を上回る
と合成砥石が脆いものとなり、砥面の平坦度も狂い易い
ものとなる。

本発明の合成砥石は、連続微細気孔を具えた三次元網状
組織を有していることが必要であり、構造全体に占める
気孔の比率は、略４０〜６０％であると好ましい結果が
得られる。そしてか＼る微細気孔は研磨屑による目づま
りの防止や研磨熱の蓄熱による昇温等を効果的に防止す
る作用効果をもたらすものである。

本発明に適用される合成砥石のマトリックス樹脂として
はポリビニールアセタール系樹脂と例えばメラミン系樹
脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂及びウレタン系
樹脂等の熱硬化性樹脂とを併用するのが好適である。

本発明に係る上記合成砥石は例えば次の様な方法により
製造される。

平均重合度３００〜２０００、ケン化度８０モル％以上
のポリビニルアルコールの水溶液に上記砥粒の微粉末を
加え、架橋剤としてのホルムアルデヒド水溶液、触媒と
しての酸類、及び気孔形成剤としての澱粉類、更に必要
ならばフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を加え撹拌し
均一粘稠スラリーを調製する。

該粘稠スラリーを型枠に注型し反応固化した後、水洗し
て余剰のホルムアルデヒド、酸、澱粉を除去し、必要な
らば次に、水あるいは有機溶剤に溶解又は乳化分散した
メラミン系樹脂等の熱硬化性樹脂液を含浸した後硬化せ
しめる。樹脂の含浸量は既に得られた連続微細気孔を詰
めてしまうようであってはならないし、また網状構造の
骨格に相当する部分を被覆する様であってはならない。

この様にして得られた合成砥石は水洗乾燥した後、所望
の形状に成形する。

本発明においては、上記特定の合成砥石を上下定盤に装
着し、キャリヤーに把持した被研磨体を５００　ｇ／　
ｃｍ’以下、好ましくは５０〜２００　ｇ／ｃｍｌ、更
に好ましくは１００〜１５０　ｇ／　ｃｍ２の抑圧力で
研磨する。押圧力が５００　ｇ／ｃｍ！を超えると、硬
脆材料である被研磨体が割れたり、仕上りが悪くなるう
え合成砥石の磨耗が早くなる等好ましくない。

本発明の研磨液としては、好ましくはラッピングオイル
を、より好ましくは水が用いられる。これらは単独ある
いは併用してもよい。又、必要ならば上記研磨液中に、
例えば濃度２％以下程度の界面活性剤を添加してもよい
。研磨に際しては研磨液を砥石の研磨面の総面積に対し
て０．　ＯＯ２〜０、１０　ｍｌ／ｍｉｎ＊ｃｍ”、好
ましくは０．００５〜０．０２ｍｌ／ｍｉｎ−ｃｍ２供
給する。研磨液の供給量が上記の規定範囲を逸脱して少
な過ぎると被研磨体が破損し一方、供給量が多過ぎると
研磨速度が低下するうえ合成砥石が磨耗し易く、形状精
度、平坦度が悪くなる。

（発明の効果） 本発明に係る合成砥石は、その製造に際し、砥石とマト
リックス樹脂との結合度を特に調整することもなく、比
較的容易に製造できる。

本発明の方法によれば研磨液に遊離砥粒を分散させたス
ラリーを使用する必要がなく、砥粒のロスが少なく極め
て効率的な研磨が可能である。また排液への砥粒の濃度
も著しく軽減し排液処理を含めたコストの低減という経
済効果もある。

本発明に使用する合成砥石は従来の鋳鉄製はど硬くない
ので、研磨面の平坦度、平行度の修正、開所ドレッシン
グ作業が短時間且つ容易にできる。

以上の様に本発明方法によれば、シリコンウェハーや化
合物半導体ウェハー等の硬脆材料に対し表面精度の優れ
た両面同時研磨が効率よく行なわれる。

以下実施例により本発明を詳述する。尚、実施例中研磨
精度は次の方法により測定し評価した。

研磨精度の測定及び評価方法： 研磨後の３インチシリコンウェハーの研磨面の中心線平
均粗さＲａ及び最大値粗さＲｍａｘをサーフコム５５！
Ａ（東京精密ｆｓ）で測定、表面状態の評価基準とした
。また、検体ウェハーをチャックし、周ＡＪ３ｍｍを除
く全面の厚さをＡＤＥマイクロスキャン８１００によっ
て測定して、その最大値を’Ｉ’ＴＶとした。

（実施例１） 重合度１７００、完全鹸化のポリビニールアルコール２
．７ｋｇを水に溶解し、略１６ｗｔ％の水溶液とし５０
％硫酸！、ＱＪ、６６％フェノール樹脂水溶液５．５ｋ
ｇ、炭化珪素微粉末よりなる８００番砥粒重５．０ｋｇ
、馬鈴薯澱粉３．５ｋＪ、３７チホルマリン５．Ｏｌを
この順番にて加え、最後に水を加え全量を５６．ｇＡ！
とした後、撹拌機で均一に撹拌し、均質なスラリー状の
混合液とした。この混合液を所定の型枠に流し込み、ｇ
　ｏ　’ｃの水浴中に浸漬し２０時間固化反応を行い中
間体を得た。

２０時間後、固化した中間体を型枠より取り出し、水を
シャワー状に流しながら余剰１１ＥＭ、ホルマリン、及
び馬鈴薯澱粉を水洗除去した後、約６０ｍｍの厚味に切
断した。切断片を通風乾燥機に入れ、水分を除去乾燥し
た。

水溶性メラミン樹脂として、昭和高分子■裂５Ａｉ−１
００の５０％水溶液１２．Ｏｌを４！ｉ備し、前記中間
体の乾燥物に全量含浸せしめ風乾した後熱処理機に入れ
、１４０℃の温度で１０時間熱処理し、これを成形して
合成砥石とした。

上記方法で配合した炭化珪素微粉末を８００番砥粒重か
えて２０００番砥粒粒重いる池は同様の方法により、他
の合成砥石も作成した。

得られた２種類の合成砥石の物性は第１表に示す通りで
あった。

第 表 上記の合成砥石を米国ホフマン社製２５００型両面研磨
機の上、下定盤に取付け、キャリヤーに被研磨体である
Ｓインチシリコンウェハーを把持し該研磨機にセットし
た後、研磨液として水を０、０１　ｍｌ／ｍｉｎｓｃｍ
！供給しながら、キャリヤーを公転速度！Ｏｒｐｍ、自
転速度２５　ｒｐｍで第２表に示す如き押圧力で研磨し
た。結果は第２表の通りであり、押圧力が大きくなるに
従い研磨速度も大きくなるが、５００　ｇ／ｃｍ！より
大きいとシリコンウェハーが破遺し好ましくないことが
わかった。

（実施例２） 実施例１で用いたのと同様の合成砥石を用い、押圧力を
１５０ｇ／ｃｍ２に設定し、研磨液としての水を第３表
、第４表に示す如き供給量とする他は実施例１と同様の
方法で研磨した。結果は第３表。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 遊星運動するキャリヤーに被研磨体を把持し、回転する
   上下定盤に装着した砥石で被研磨体の両面を同時に研磨
   するに際し、砥石として合成樹脂多孔体中に炭化珪素、
   酸化アルミニウム、二酸化珪素、アルミナ系エメリー、
   酸化セリウム及び酸化クロムの群から選ばれた少なくと
   も一種の砥粒を１５〜４０容量％含有せしめた合成砥石
   を使用し、該合成砥石の研磨面の総面積に対して０．０
   ０２〜０．１０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ＾２の研磨液を供給
   しながら、被研磨体を３００ｇ／ｃｍ＾２以下の押圧力
   で研磨することを特徴とする硬脆材料の研磨方法。