JPWO2011083667A1 - 化合物半導体ウェハの加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

化合物半導体ウェハの欠け、割れ不良を低減できる研磨加工方法提供する。本発明の化合物半導体ウェハの加工方法は、化合物半導体ウェハの両面をラッピング加工する方法であって、上定盤と下定盤の間に前記半導体ウェハを配置してラッピング加工する工程を含み、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられている。本発明の加工装置は、上定盤と下定盤を含み、前記上定盤と下定盤の間に半導体ウェハを配置してその両面をラッピング加工するための加工装置であって、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられている。

Description

本発明は、化合物半導体ウェハを両面ラッピングする加工方法及び加工装置に関するものである。

レーザーダイオード等を製作する化合物半導体ウェハでは、従来よりウェハの円周部の一部を直線に劈開し、正確な結晶面を出しておき、その後のデバイスプロセスでのパターン露光時のアライメントをその劈開面を基準とされる。これにより、レーザー素子端面（劈開面）とレーザー光路（パターン露光で作成）との、角度のズレを最小限に抑えることで、レーザー光の出力バラツキの抑制並びに素子の歩留りの向上が図られてきた（特許文献１）。

この化合物半導体ウェハは、研磨工程において、上下の定盤に挟み込んで両面同時にラッピングする加工方法が採られていた。すなわち、下定盤の上に必要に応じて治具を用いて化合物半導体ウェハをセットし、上定盤を下降させて化合物半導体ウェハに押し当てて、適当な荷重をかけながら研磨剤を用いてラッピング加工を行っていた。

ところが、上定盤を化合物半導体ウェハに押し当てた（着盤）時、化合物半導体ウェハが欠けたり割れたりする問題があった。特に、劈開面の部分は、面取り加工を行うと、パターン露光時に、顕微鏡を用いた光学的なアライメントでの精度がでないため、なるべく鋭角な状態でのエッジ（角）が望まれる。しかし、鋭角な状態のエッジに定盤が当ると、かなりの確率で角が欠け、場合によってはその欠け部分からウェハが割れてしまうという問題があった。

そこで、特許文献２では、上定盤をある程度下降させた後、下定盤を微細に上昇させてウェハを着盤させる方法が開示されている。この方法により、割れ不良の発生率が従来の半分程度に減少したが、割れ不良が完全になくなってはいない。

また、特許文献３では、定盤に断面形状Ｖ字状である溝を多数設けることにより、ウェハの割れを防止する技術が開示されているが、やはり割れ不良を完全になくすには至っていない。

特開２００２−３６７９４０号公報 特開平０４−２５８１１９号公報 特開平０６−０１５５６１号公報

本発明は、化合物半導体ウェハのラッピング加工時のウェハの欠け、割れ不良をなくすことができる加工方法を提供することである。

本発明の実施形態は、化合物半導体ウェハの両面をラッピング加工する方法であって、上定盤と下定盤の間に前記半導体ウェハを配置してラッピング加工する工程を含み、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられていることを特徴とする化合物半導体ウェハの加工方法に関する。

本発明の加工方法の他の実施形態では、前記軟質材が、厚さ０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、且つ、ＡｓｋｅｒＣ硬度４０以上９０以下である。

本発明の加工方法の他の実施形態では、前記軟質材の前記ウェハ側の面に溝が形成されている。

本発明の加工方法の他の実施形態では、前記溝が幅１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

本発明の他の実施形態は、上定盤と下定盤を含み、前記上定盤と下定盤の間に半導体ウェハを配置してその両面をラッピング加工するための加工装置であって、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられていることを特徴とする加工装置に関する。

本発明の加工装置の他の実施形態では、前記軟質材が、厚さ０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、且つ、ＡｓｋｅｒＣ硬度４０以上９０以下である。

本発明の加工装置の他の実施形態では、前記軟質材の前記ウェハ側の面に溝が形成されている。

本発明の加工装置の他の実施形態では、前記溝が幅１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

本発明によれば、化合物半導体ウェハのラッピング加工時のウェハの割れ不良をなくすことができる。

本発明の化合物半導体ウェハの加工装置の断面模式図である。

本発明の化合物半導体ウェハの加工方法は、化合物半導体ウェハの両面をラッピング加工する方法であって、上定盤と下定盤の間に前記半導体ウェハを配置してラッピング加工する工程を含み、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられていることを特徴とする。本発明の化合物半導体ウェハの加工装置は、本発明の加工方法に用いられる。

まず、図１を参照して、本発明の化合物半導体ウェハの加工装置について説明する。
図１は、化合物半導体ウェハの両面をラッピング加工する加工装置である。上定盤１と下定盤２の間に前記半導体ウェハ４を配置してラッピング加工される。前記上定盤１の前記ウェハ側の面に軟質材３が貼り付けられている。

軟質材３としては、ウレタン樹脂を含浸させた不織布、超高分子ポリエチレン、発泡ウレタン、シリコンゴム等を挙げることができる。これらを、好ましくは上定盤１と同じ大きさに加工して、上定盤の全面に貼り付けられる。貼り付ける方法は特に限定されないが、両面テープで貼り付けてもよいし、接着剤で直接貼り付けてもよい。
軟質材３の厚さは、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下とすることが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、軟質材の効果がなくウェハが割れることがある。５ｍｍを超えると、ウェハの軟質材への沈み込み量が大きくなり、ウェハエッジ部のダレ（ロールオフ）が大きくなりすぎる。

軟質材３のＡｓｋｅｒＣ硬度は、好ましくは４０以上９０以下である。ＡｓｋｅｒＣ硬度４０未満の場合は、ロールオフが発生し、その面だれによりパターン露光時の不良の原因となり、ＡｓｋｅｒＣ硬度が９０を超える場合は、エッジ部の欠け低減の効果がおちるため、いずれの場合も好ましくない。

軟質材３には、ラッピング加工時にウェハと当接する側に、溝を形成することが好ましい。溝は、格子状に多数設けることが好ましい。溝により、研磨液の流れを良くして、研磨加工を円滑に行えるようになる。また、溝を形成すると、研磨加工終了後に、上定盤１を上昇させたときに、ウェハが上定盤と一緒に持ち上がることを防止することができる。溝がない場合は、研磨液の流れが悪いので、研磨時間が長くなるが研磨は可能である。また、溝がない場合は、半導体ウェハが上定盤とともに持ち上がる可能性があるため研磨終了後に慎重に上定盤を上昇させる必要がある。

溝の幅は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ未満であると、研磨加工終了後、上定盤を上昇させた時に、ウェハが上定盤と一緒に持ち上がる可能性がある。５ｍｍを超えるとウェハへの加圧力にムラがでるため、厚さばらつき（ＴＴＶ：Totol Thickness Variation）や局所の平坦度（ＬＴＶ：Local Thickness Ｖariation）等のウェハ精度が悪化する。

溝と溝の間隔（ピッチ）は、１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下が好ましい。１０ｍｍ未満、あるいは５０ｍｍを超えると、研磨加工終了後、上定盤を上昇させた時に、ウェハが上定盤と一緒に持ち上がるので好ましくない。

溝の深さは、好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。０．１ｍｍ未満の場合、ウェハが上定盤と一緒に持ち上がり、１．０ｍｍを超える場合は溝内部に侵入した研磨液が固化しやすいため、いずれの場合も好ましくない。

上定盤１は、特に限定されないが、好ましくは鋳鉄、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等から製造される。このうち、特に、ＳＵＳ（ステンレス鋼）が望ましい。

下定盤２は、軟質材を貼り付けない。下定盤２により、化合物半導体ウェハの表面を、所望の表面粗さとなるように研磨して、仕上がり面とする。

下定盤２は、好ましくはガラス、スズ等から製造されるが、特に限定されない。下定盤２の硬度の上限は、研磨加工される化合物半導体ウェハの硬度、例えば、ＧａＡｓであればビッカース硬度Ｈｖ７５０であり、ＩｎＰであればＨｖ４５０である。下限はＨｖ２２０が望ましい。下定盤の硬度が硬くなりすぎると化合物半導体ウェハの表面に細かな傷が入りやすい。また、軟らかすぎると研磨時の下定盤の摩耗が早くなり、ウェハの精度悪化につながる。

化合物半導体ウェハ４は、特に限定されないが、たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮである。

下定盤２上には、化合物半導体ウェハ４を挟むようにして、或いは囲むようにして治具５が配されている。この治具は、化合物半導体ウェハ４が定盤に対して一定の移動をするよう外周部分にギアが備わっている。

次に、本発明の化合物半導体ウェハの加工方法について説明する。
まず、上定盤１に軟質材３を貼り付ける。軟質材３としては、ウレタン樹脂を含浸させた不織布、超高分子ポリエチレン、発泡ウレタン、シリコンゴム等を挙げることができる。これらを、好ましくは上定盤１と同じ大きさに加工して、上定盤１の全面に貼り付ける。貼り付ける方法は特に限定されないが、両面テープで貼り付けてもよいし、接着剤で直接貼り付けてもよい。尚、軟質材に溝を形成する場合は、たとえば、ダイヤモンド砥石で削る方法を用いてもよい。
次に、下定盤２と、軟質材３を貼り付けた上定盤１を加工装置（研磨装置）に取り付ける。取り付けた後、平坦な治具（図示せず）を用いて下定盤２と上定盤１（軟質材３）を削り平面化してもよい（修正作業）。
そして、下定盤２上に半導体ウェハ４と治具５を配置する。
両面加工のための化合物半導体ウェハ４は、少なくともこの段階までに準備できていればよい。化合物半導体ウェハ４は、特に限定されないが、たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ等の化合物半導体が挙げられる。
前記治具５は、化合物半導体ウェハ４を挟むようにして、或いは囲むようにして下定盤２上に配されている。この治具５は、化合物半導体ウェハ４が定盤に対して一定の移動をするよう外周部分にギアが備わっている。
次に、前記加工装置により、所定の研磨条件で半導体ウェハ４を研磨する。前記研磨条件は、たとえば、ウェハ単位面積あたり約５０ｇ／ｃｍ^２の荷重で定盤回転数１０〜５０ｒｐｍであってもよい。

上定盤に軟質材を両面テープで貼り付けた。軟質材は、ＡｓｋｅｒＣ硬度７２の不織布で、厚みは、１．５ｍｍであった。この不織布には、ピッチ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を格子状に設けた。

既存の研磨機に上記上定盤を取り付け、化合物半導体ウェハを研磨した。化合物半導体は、ＶＢ法で製造され、ドーパントとしてＳｉを５×１０^１７〜３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ含有し、結晶欠陥ＥＰＤの面内平均値が、５００個／ｃｍ^２以下であるＧａＡｓ結晶を（１００）１５°ｏｆｆ＜１１１＞±０．１°でスライスし、ウェハの（０−１−１）面を劈開した後、劈開面以外のウェハの外周を面取り加工したウェハを用いた。下定盤は、１０ｃｍ角でスリットを入れた硬度Ｈｖ４５０のホウケイ酸ガラスを用いた。３００枚のウェハを研磨したが、欠け、割れ不良は発生しなかった。

比較のために、軟質材が貼り付けられていない上定盤を用いて、化合物半導体ウェハを研磨した。３００枚研磨して、欠け、割れ不良が２％発生した。

軟質材を表１に示すものにして、実施例１と同様に化合物半導体ウェハを３００枚ずつ研磨した。その結果を表１に示す。なお、不織布のＡｓｋｅｒＣ硬度は、樹脂の含浸量、もしくはウレタン原料の配合比を変えることによって変更した。

表１から判るように、ＡｓｋｅｒＣ硬度２０〜９０の軟質材を上定盤に貼り付けると、欠け、割れ不良をなくすことができる。但し、ＡｓｋｅｒＣ硬度２０（軟らかい）場合、ロールオフが大きくなり、実質的に使用できない。ＡｓｋｅｒＣ硬度が４０であれば、ロールオフは発生したが、使用することができる。

比較のために、実施例１における軟質材の代わりに、ロックウェル硬度ＨＲＲ１２６のＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ロックウェル硬度ＨＲＲ１２０のＰＣ（ポリカーボネート）、ロックウェル硬度ＨＲＲ１００のＰＰ（ポリプロピレン）を貼り付けて、実施例１と同様に研磨加工を行ったところ、欠け、割れ不良をなくすことはできなかった。

本発明によれば、化合物半導体ウェハのラッピング加工時のウェハの欠け、割れ不良をなくすことができる。

１ 上定盤
２ 下定盤
３ 軟質材
４ 化合物半導体ウェハ
５ 治具

Claims (8)

1. 化合物半導体ウェハの両面をラッピング加工する方法であって、上定盤と下定盤の間に前記半導体ウェハを配置してラッピング加工する工程を含み、前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられていることを特徴とする化合物半導体ウェハの加工方法。
2. 前記軟質材が、厚さ０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、且つ、ＡｓｋｅｒＣ硬度４０以上９０以下であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の加工方法。
3. 前記軟質材の前記ウェハ側の面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体ウェハの加工方法。
4. 前記溝が幅１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体ウェハの加工方法。
5. 上定盤と下定盤を含み、前記上定盤と下定盤の間に半導体ウェハを配置してその両面をラッピング加工するための加工装置であって、
   前記上定盤の前記ウェハ側の面に軟質材が貼り付けられていることを特徴とする加工装置。
6. 前記軟質材が、厚さ０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、且つ、ＡｓｋｅｒＣ硬度４０以上９０以下であることを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
7. 前記軟質材の前記ウェハ側の面に溝が形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の加工装置。
8. 前記溝が幅１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の加工装置。

Images