(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体単結晶棒をスライスして切り出した半導体ウェーハにおいてスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるとともにスライス時の表面ダメージ層を取り除くために両ウェーハ面を同時にケミカルラッピングする半導体ウェーハのケミカルラップ装置であって、
ケーシングと、
互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱・耐アルカリ性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、
前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段と、
前記ケーシング内のヒーターと、
前記定盤面と前記半導体ウェーハとの間にアルミナからなる遊離砥粒を流し込む手段と、を備え、
前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、濃度５％以上のアルカリ性溶液を供給し、
ケミカルラップ速度が４．０μｍ／ｍｉｎ以上となるように、
前記ケーシング内のアルカリ性溶液が前記ヒーターにより４５℃〜８０℃程度の一定温度に制御されているとともに、
前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が、前記半導体ウェーハを押圧して延ばさず、加工時にそりやうねりが弾性変形しないような５〜５０ｇ／ｃｍ２ 程度の大きさに設定されていることを特徴とする半導体ウェーハのケミカルラップ装置。
【請求項２】
前記半導体ウェーハは、外周歯を備えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤はそれぞれ中心孔を備えており、
前記相対運動手段は、
前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、  前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、
前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されている請求項１に記載の半導体ウェーハのケミカルラップ装置。
【請求項３】
前記定盤面に格子状、または、径方向および円周方向に溝が多数設けられている請求項１または２に記載の半導体ウェーハのケミカルラップ装置。
【請求項４】
前記アルカリ性溶液の濃度が、５〜６％である請求項１から３のいずれかに記載の半導体ウェーハのケミカルラップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの加工プロセスにおいて用いられる半導体ウェーハのケミカルラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの製造方法において、円柱状の半導体（シリコン）単結晶棒をスライス工程で切断して得られた半導体ウェーハはラップ（機械研磨）されてソーマーク等が除去される。そして、この半導体ウェーハはエッチング（化学処理）で加工変質層が除去され、さらにポリッシング（機械的化学的研磨）で鏡面加工される。
ところが、このようにラップ工程を経て作製された半導体ウェーハにおいて、その表面の平坦度はある程度高いものとなっているものの、加工変質層を伴っており、この加工変質層を除去するため、エッチングでのエッチ量（取り代）を例えば２０〜３０μｍ程度と大きくする必要がある。その結果、そのエッチング面の凹凸（平坦度）も例えば１μｍ程度と大きくなった。さらに、エッチング後の鏡面研磨量も例えば１０〜２０μｍ程度にまで大きくなっていた。
【０００３】
そこで、この半導体ウェーハの平坦度をより高める等のために、スライス後のウェーハ面を直接研削することが考えられる。ところで、従来より使用されている研削盤では円環状の研削刃を有し、テーブルに真空吸着で載置・固定した半導体ウェーハを片面ずつ研削するように構成されている。このため、スライス後の半導体ウェーハの片面を研削した後、さらに反対側の面を研削しても、スライスによるソーマークが半導体ウェーハの表裏面に残ることになる。そして、このようにして両面が研削された半導体ウェーハをエッチングし、さらに、その片面をポリッシュ（研磨）すると、ソーマークが浮き出てくる。このように、ラップに代えて片面研削を行うと、スライスでのソーマークをウェーハ表面から完全に除去することはできない。このように、片面研削でラップの代わりはできない。
【０００４】
そこで、両面同時ラップが行われている。両面同時ラップの特徴として、加工するための基準面を材料（半導体ウェーハ）側に置く必要がないことである。ラップの基準面は、装置側の定盤面の活性な仮想面（実効作用面）で構成されていえる。しかし材料の剛性により左右される。半導体ウェーハの表面形状をサインカーブで表面したモデルを用いて、各仕上がりの検討してみる。
図８（ａ）に示すように、スライスされた半導体ウェーハの表面は、それぞれ凹凸が存在し、この凹凸は図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、「厚み成分」と「うねり成分」から成っている。なお、うねり成分はウェーハ表裏面の中間線とした。
図８（ｂ）の半導体ウェーハを、片面から加工して厚みを均一にすると（図８（ｄ−１）参照）、図８（ｄ−２）に示すように、非加工側の凹凸面に倣った表面ができる（裏面転写）。
また、半導体ウェーハの両面を加圧して両面から同時加工すると（図８（ｅ−１）参照）、厚い部分の両面から加工されて（図８（ｅ−２）参照）、厚み成分の凹凸が除かれるが、半導体ウェーハは弾性体なので、加工後に加工圧を開放すると、図８（ｅ−３）に示すように、うねり成分が残ってしまう。
【０００５】
ここで、従来のラップ装置および化学エッチングの概略について順次説明する。
（ラップ装置について）
ラッピング（lapping）は主としてスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるためのプロセスである。スライスされた半導体ウェーハは、互いに平行に保たれた鋳鉄製の上・下ラップ定盤の間に置かれる。通常、アルミナ砥粒溶液をラップ定盤と半導体ウェーハの間に流し込み加圧下で回転、摺り合わせによりウェーハ両面を機械的に加工する。
【０００６】
（化学エッチングについて）
ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピングの機械加工プロセスを経たシリコンウェーハは表面にダメージ層すなわち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発したり、ウェーハの機械的強度を低下させ、また電気的特性に悪影響を及ぼすので、完全に除去しなければならない。機械加工プロセスでシリコンウェーハに導入された加工変質層は化学エッチングによって完全に除去される。化学エッチングの主たる目的は上述にように、加工変質層の除去であるが、ウェーハ厚さの精密制御という目的をも有する。
【０００７】
上記の化学エッチングの典型的なエッチング液（エッチャント：ｅｔｃｈａｎｔ）はフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３  ）の混酸を水（Ｈ２Ｏ ）あるいは酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ ）で希釈した３成分素による酸エッチング（ａｃｉｄ ｅｔｃｈｉｎｇ）液であるＳｉは以下に示す２段階（ａ）および（ｂ）でエッチされる。
（ａ）硝酸によるＳｉの酸化：
Ｓｉ＋４ＨＮＯ３  →ＳｉＯ２  ＋４ＮＯ２  ＋２Ｈ２Ｏ
（ｂ）フッ酸によるＳｉＯ２  の溶解除去
ＳｉＯ２  ＋６ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６  ＋２Ｈ２Ｏ
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下に記述するような数々の問題点（１）〜（６）がある。
（１）円柱状の半導体結晶棒をスライスして半導体ウェーハを切り出し、そのスライス時の表面ダメージ層を取り除くために、平均粒子１３μｍの程度の砥粒を使用したラップを行う。ラップ処理後では、ダメージ層は約７〜１２μｍのダメージ層を残してしまう。さらにこのダメージ層のために、次のエッチング工程で、この加工層を取り除く必要がある。
このエッチングでは、ダメージ層が深いために、滑らかな面にならず、取り代を深く（ダメージ深さ（１０μｍ）＋うねり低減処理深さ（２０μｍ））取り除かなければならない。
【０００９】
（２）ラッピングとエッチングをそれぞれ各別の装置により行っていたので、コストが嵩むとともに、ラッピイングおよびエッチングの両方を完了するのに長時間を要し、半導体ウェーハの生産性は低い。
（３）砥粒による加圧破砕機械加工なので、加工ダメージの残留が顕著であり、後述するエッチングによる取り代を２０〜４０μｍ程度と大きくしなければならない。
（４）上述のように、半導体ウェーハを加圧した状態でその両面をラップするので、厚い部分から加工されて、厚み成分の凹凸が除かれるが、このとき、半導体ウェーハは加工圧によって一時的に弾性変形しているので、加工後に加工圧を開放すると、うねり成分が残ってしまう。
（５）半導体ウェーハのそりについては、切断後の半導体ウェーハにそりがあっても、半導体ウェーハは小さな加工圧でも平行定盤の間で平面になる。この一定の加工圧をＦc とすると、０＜Ｆ＜Ｆc の状態でラッピングを行えば、図７（ｂ）に示すように、加圧のために原型は変化し、ラッピング後もそりが残る。一般の加工圧ＦはＦより大きい。Ｆ≧Ｆc の場合は、図７（ｃ）に示すように、半導体ウェーハは原型を保持したまま薄くなる。つまり、実行的に、スライシングで生じたそりを代表とするウェーハの変形をラッピングや、それ以降のエッチングやポリッシングで矯正するのは困難である。
（６）ラップ後の半導体ウェーハにラップ液が付着しているので、その除去のためのクリーニングにも手間がかかるとともに、クリーニングによる半導体ウェーハにかかる負荷が大きい。また、ラップ液の凝縮・沈澱・固形化等の、廃棄処理にコストを要する。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、装置コストの低減および生産性の向上を図るとともに、ケミカルラップにより総合取り代が小さくて済み、さらには、うねり・そり成分を軽減し、後段のポリッシングを簡単に済ませることのできる、半導体ウェーハのケミカルラップ装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置は、半導体単結晶棒をスライスして切り出した半導体ウェーハにおいてスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるとともにスライス時の表面ダメージ層を取り除くために両ウェーハ面を同時にケミカルラッピングする半導体ウェーハのケミカルラップ装置であって、
ケーシングと、
互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱・耐アルカリ性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、
前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段と、
前記ケーシング内のヒーターと、
前記定盤面と前記半導体ウェーハとの間にアルミナからなる遊離砥粒を流し込む手段と、を備え、
前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、濃度５％以上のアルカリ性溶液を供給し、
ケミカルラップ速度が４．０μｍ／ｍｉｎ以上となるように、
前記ケーシング内のアルカリ性溶液が前記ヒーターにより４５℃〜８０℃程度の一定温度に制御されているとともに、
前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が、前記半導体ウェーハを押圧して延ばさず、加工時にそりやうねりが弾性変形しないような５〜５０ｇ／ｃｍ２ 程度の大きさに設定されていることにより上記課題を解決した。
本発明においては、前記半導体ウェーハは、外周歯を備えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤はそれぞれ中心孔を備えており、
前記相対運動手段は、
前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、  前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、
前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されていることが好ましい。
本発明は、前記定盤面に格子状、または、径方向および円周方向に溝が多数設けられていることができる。
本発明においては、前記アルカリ性溶液の濃度が、５〜６％であることができる。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、半導体単結晶棒をスライスして得られた半導体ウェーハの両ウェーハ面を同時にケミカル研磨するための、半導体ウェーハのケミカルラップ装置であって、ケーシングと、互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハに沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段とを備え、前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、温度制御したアルカリ性溶液を供給し、前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が前記半導体ウェーハを押圧して延ばさないような５〜５０ｇ／ｃｍ２  程度の大きさとすることを特徴とするものである。
また、前記半導体ウェーハは、外周歯を備えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤はそれぞれ中心孔を備えており、前記相対運動手段は、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されているものである。
【００１３】
さらに、前記定盤面に遊離砥粒を流し込むものや、前記定盤面に溝が多数設けられているものとすることができる。そして、前記アルカリ性溶液の温度および濃度がそれぞれ４５℃以上、５％以上であることが好ましい。
また、前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が５〜５０ｇ／ｃｍ２ 程度の大きさとされることができる。
【００１４】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明では、アルカリ性溶液と両ウェーハ面とが反応して、半導体ウェーハはケミカルラップされ、反応生成物が生成される。この際、半導体ウェーハの両ウェーハ面が上下の定盤により小さな加工圧で削られて、両ウェーハ面の凸部にミクロなダメージが与えられて、前記ケミカルラップが促進される。ケミカルラップを主体とすることにより、加工圧は小さくて済み、これにより、加工ダメージ層が少なくなる（non−damage or little shallow damage）。
このように、半導体ウェーハの両ウェーハ面に上定盤および下定盤を接触させるだけ、あるいは小さな加工圧下で接触させるだけなので、うねりやそりが軽減される。また、ラップ定盤とウェーハとの間の加工圧が無限に小さい場合を仮想すると、図７（ａ）に示すように、半導体ウェーハのそりはなくなり、両ウェーハ面は定盤面と同等の平坦度に近づく。また、半導体ウェーハは一時的な弾性変形は小さいので（重力の作用により全く変形しないとはいえない）、うねりの成分も小さくなる。
【００１５】
本発明では、太陽歯車およびリング状歯車（インターナル歯車）等からなる構成の簡単な相対運動手段により、半導体ウェーハを保持するキャリアーを自転および公転させることにより、この半導体ウェーハの両ウェーハ面を均一に研磨することができる。また、本発明では、各定盤の定盤面（上定盤は下面、下定盤は上面である）に遊離砥粒を設けることにより、前記ミクロなダメージの付与が促進される。さらに、本発明では、上・下定盤の各定盤面に溝を例えば格子状あるいは放射状に溝を設けることにより、半導体ウェーハの両ウェーハ面のアルカリ性溶液が溝内を移動して、アルカリ性溶液の置換（反応生成物の置換）が連続的に促進され、ケミカルラップが速まる。そして、本発明では、アルカリ性溶液の温度および濃度をそれぞれ４５℃以上、５％以上とすることにより、ケミカルラップの速度を、本発明が産業上充分に有益になるように、速めることができる。
本発明では、ケミカルラップを主体とし、半導体ウェーハ面を上・下定盤により低加工圧で同時研削するので、そりやうねりが発生しないとともに、高平坦度の半導体ウェーハが得られる。また、従来の加圧破砕機械加工と比較して、加工圧が小さく済むので、加工ダメージ層が小さくなり、結果的に、両ウェーハ面のダメージ層は、従来の１０μｍと比べて、０〜２μｍ程度と非常に小さくできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の縦断面図、図２は本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の概略平面図（上面図）、図３は本実施形態例において、上・下定盤間のキャリアーおよび半導体ウェーハを拡大した図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、符号１は有底円筒状のケーシング（装置本体）を示しており、このケーシング１の外底面には脚部２３が装着されている。ケーシング１を脚部２３を介して、水平面上に水平状態で置くことができる。ケーシング１には、蓋体（モーターベースカバー）１５が開閉自在に設けられている。すなわち、ケーシング１の一端側外周には一対のブラケット３０ａ，３０ｂが固定されており、この一対のブラケット３０ａ，３０ｂには、蓋体１５の一端側の上蓋支持部１８が支軸１９を介して回動自在（図１中矢印Ａ参照）に支持されている。また、蓋体１５の他端側には取っ手（握りハンドル）１６が備えられている。図１の状態から、取っ手１６を持ち上げることにより、蓋体１５を支軸１９を中心に回動させて（矢印Ａ参照）、ケーシング１の上端開口を開放することができる。
【００１８】
ケーシング１の内底面には、中心穴を有する円盤状の下定盤ベース部材１０が搭載されている。この下定盤ベース部材１０上には、中心穴３ａを有する円盤状の下定盤３が搭載されている。ケーシング１の底面には複数のピン部材２０ａ，２０ｂが一体的に突設されており、このピン部材２０ａ，２０ｂは下定盤ベース部材１０を貫通し、下定盤３の下面の穴に嵌合しており、これにより、下定盤ベース部材１０および下定盤３は水平方向に位置ずれしない。前記下定盤３の上方には、中心孔２ａを有する上定盤２が下定盤３と平行に設けられている。
【００１９】
前記蓋体１５の上面にはブラケット２１を介して第１の駆動モーター１１が固定されており、この第１の駆動モーター１１の下方へ延びる回転軸（出力軸）１１ａには駆動ピン８が同軸に一体的に固定されている。駆動ピン８の下端に、後述する太陽歯車７が、係合ピン２２を介して周方向に係合している。この係合ピン２２は駆動ピン８の下端部を貫通して支持されている。ケーシング１の内底部中央には太陽歯車支持軸５が突設され、この太陽歯車支持軸５には太陽歯車７が回転自在に嵌合して支持されている。この太陽歯車７はその外周に外周歯７ａを備えており、この外周歯７ａには後述する複数（本例では３つ）のウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの外周歯３３ａ，３３ｂ，３３ｃが噛み合っている。
【００２０】
前記上蓋１５が開いた状態から上蓋１５を閉じると、前記駆動ピン８の係合ピン２２が太陽歯車７の係合溝７ｂに入り込む。そして、第１の駆動モーター１１を駆動することにより、駆動ピン８がその軸線回りに回転して、前記係合ピン２２を介して太陽歯車７を回転させることができる。これにより、前記３つのウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃを自転させることができる（図２中、矢印Ｙ，Ｚ，Ｗ参照）。なお、符号６は太陽歯車支持軸５の嵌められたＯリングを示しており、このＯリング６は、後述するアルカリ性溶液が太陽歯車７の内周面に侵入するのを阻止している。
【００２１】
ケーシング１内にはリング状内周歯車（インターナル歯車）９が回転自在に設けられており、このインターナル歯車９は、その外周全域および内周全域に外周歯９ｂおよび内周歯９ａがそれぞれ形成されている。前記インターナル歯車９の内周歯９ａには後述する３つのウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃが噛み合っている。これにより、インターナル歯車９をその中心軸回りに回転させることにより（図２中、矢印Ｘ参照）、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを太陽歯車７の回りに公転および自転させることができる。結果的に、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃは、太陽歯車７の回りに遊星軌道を描きながら運動する。このように、半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、上定盤２および下定盤３に対して水平面内で相対的に運動する。
上記説明から明らかなように、第１および第２の駆動モーター１１，２５、太陽歯車７、太陽歯車支持軸５およびリング状歯車９等により相対運動手段が構成されている。なお、本例のような、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを上定盤２および下定盤３に対して相対運動させるものに限らず、固定配置したウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃに対し、上定盤２および下定盤３を同期して相対運動させる構成にしてもよい。
【００２２】
前記上定盤２は下定盤３と同様に中心孔２ａを有する円盤状のものであり、この上定盤２の支持機構について、上定盤２の上面には、その周方向に等間隔をおいて複数本（本例では３本）のバランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃの一端が固定されている。このバランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、上蓋１５を上下方向に移動自在に貫通している。各バランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周には、その上端から下端部にかけてねじ部がそれぞれ形成されている。各バランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃのねじ部にはバランス調整ナット１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ螺合されている。また、各バランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃにはバランスコイルばね１４ａ，１４ｂ（１つのバランスコイルばねは不図示）が挿通されている。各バランスコイルばね１４ａ，１４ｂの弾性力により、上定盤２を保持することができる。そして、各バランス調整ナット１３ａ，１３ｂ，１３ｃのねじ込み量を調整することにより、上定盤２を確実に水平状態とすることができるとともに、上定盤２と下定盤３との間隔にしたがって圧力を調整することができる。
【００２３】
前記インターナル歯車９の外周歯９ｂには、ケーシング１の側部を貫通するように回転自在に設けられた歯車２７が噛み合っており、この歯車２７は、ケーシング１の脚部２３に突設されたブラケット２４に固定された第２の駆動モーター２５により回転駆動される。符号２６は、第２の駆動モーター２５の回転軸（出力軸）を示している。このような構成により、インターナル歯車９を回転させて、各ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを公転および自転させることができる。なお、符号２８は、ケーシング１の前記歯車２７の貫通部をシールするためにシール部材を示している。
前記ケーシング１内にはアルカリ性溶液（例えば水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液）が収容されている（この溶液の液面は図１中符号２９で示している）。本例では、アルカリ性溶液の温度は高温であるので、後述するように、上・下定盤２，３の少なくとも定盤面に耐熱性・耐アルカリ性樹脂を用いており、これにより、上・下定盤２，３の寿命は長い。特に、後述するケミカルラップの促進のために、このアルカリ性溶液の温度および濃度はそれぞれ４５℃以上、５％以上であることが好ましい。アルカリ性溶液の温度を４５℃以上に確実に保持するためには、ケーシング１内にヒーター（不図示）を設けて温度制御し、さらに攪拌機で攪拌することが好ましい。
ケミカルラップ後にこのアルカリ性溶液を容易に排出するために、ケーシング１の底部には排水ホース接続金具１７がねじ込まれている。この排水ホース接続金具１７の一端に図示しない排水ホースが接続され、この排水ホースに設けたバルブを開くことにより、ケーシング１内のアルカリ性溶液を前記排水ホース接続金具１７および排水ホースを介して排出することができる。また、排水ホースおよび排水ホース接続金具１７を介してケーシング１内にアルカリ性溶液を供給することもできる。
【００２４】
図２に示すように、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃにはその外周に外周歯３３ａ，３３ｂ，３３ｃがそれぞれ形成されており、かつ略中心部には、ウェーハ収容孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれ形成されている。各ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃのウェーハ収容孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃには半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ装填されている。なお、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃの厚さは半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの厚さより若干薄くなっている。
【００２５】
図３乃至図５に示すように、上・下定盤２，３は、少なくとも相対向する部分（定盤面３４，３５）が耐熱・耐アルカリ性樹脂で形成されている。すなわち、例えば上定盤２の下面および下定盤３の上面に耐熱・耐アルカリ性樹脂のプレート（不図示）が交換自在に貼り付けられている。上記上定盤２および下定盤３の定盤面（ラップ面）３４，３５には砥粒（固定砥粒あるいは遊離砥粒）が均一に設けられている。
また、上定盤２および下定盤３のラップ面３４，３５には、図５および図６（ａ）に示すように、格子状に多数本の溝３８が形成されている。この溝３８の幅ＢおよびピッチＰはそれぞれ、３〜１０ｍｍ，６〜３０ｍｍ程度になっている。また、この格子状の溝３８の形成形態に代えて、図６（ｂ）に示すように、径方向および円周方向に多数の溝４０，３９を形成した形態でもよい。
【００２６】
次に、上述した半導体ウェーハのケミカルラップ装置の使用方法や動作について図面を参照して説明する。
先ず、上蓋１５が開いた状態で、半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃをそれぞれ保持したウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを図２に示すように、太陽歯車７およびインターナル歯車９に噛み合うように下定盤３上に配置する。なお、この半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは半導体単結晶棒をスライスして得られたものである。
ケーシング１内にアルカリ性溶液を供給する。このアルカリ性溶液の供給量は、上定盤２および下定盤３を浸漬して、それらの温度を一定（例えば６０℃あるいは８０℃程度）に保持する量が好ましいが、少なくとも前記半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよび各定盤面３４，３５を浸漬する量以上であることが必須である。そして、アルカリ性溶液を前記ヒーターで温度制御したり、攪拌することが好ましい。
ここで、上蓋１５を閉じることにより、この上蓋１５に支持された上定盤２のラップ面（定盤面）３４を、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに接触させる。このときの接触圧（加工圧）は、従来の機械的研磨による加工圧力（例えば１７０ｇ／ｃｍ２  程度）よりも充分に小さく、半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを押圧して延ばさないような、５〜５０ｇ／ｃｍ２  程度の大きさである。すなわち、図４に示すように、上定盤２および下定盤３のラップ面３４，３５が半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの両ウェーハ面３６，３７の凸部４１に接触する、無荷重に近い程度である。
【００２７】
ここで、第１および第２の駆動モーター１１，２７をそれぞれ駆動して、各ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ自転および公転させることにより、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを上定盤２および下定盤３に対して水平面内でそれぞれ相対運動させる。なお、本例では、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの公転速度は、以下の反応式で発生した水素を半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃから効率よく除去するために、大きいほど好ましい。本例では、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃに半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが一枚ずつ保持された形態なので、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの自転の重要性は低いが、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃに半導体ウェーハをそれぞれ複数枚保持する形態のものでは、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの自転速度は、公転速度とは逆の方向で、公転速度と同じ値の大きさに合わせることが好ましい。
【００２８】
これにより、以下の現象が生じる。
すなわち、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの表面がアルカリ性と反応して、ケミカルラップが行われる。ケミカルラッピングは以下のような反応式で進行し、珪酸ナトリウム（反応生成物）と水素が生成される。
反応式：Ｓｉ＋２ＮａＯＨ＋Ｈ２  Ｏ→Ｎａ２  ＳｉＯ３  ＋２Ｈ２
２Ｎａ２  ＳｉＯ３  ＋Ｈ２  Ｏ→（←）Ｎａ２  Ｓｉ２  Ｏ５  ＋２ＮａＯＨ（加水分解）
本実施形態では、アルカリ性溶液の温度および濃度が４５℃以上、５％以上であるので、上記ケミカルラップは速度０．５〜４．０μ／ｍｉｎ以上で進行し、産業上において生産性に何等問題が生じない。これに対し、従来の４０℃以下、５％以下ではケミカルエッチングの進行は遅く、生産性に劣る。
また、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの両ウェーハ面３６，３７の凸部４１が上定盤２および下定盤３により削られてミクロなダメージＤが与えられ、このダメージＤの部分からアルカリ性溶液が浸透して前記ケミカルラップがさらに進行する。ケミカルラップ中に、加工圧を一定とするために、上定盤２の支持機構の各バランス調整ナット１３，１３ｂ，１３ｃのねじ込み量を調節する。なお参考に、定盤を使用せず、エッチング槽でのケミカルエッチングでは、研磨速度が５μ／ｍｉｎ以下と遅い。なお、図９は、アルカリ性溶液の濃度が６％の場合において、横軸のアルカリ性溶液の温度に対するケミカルエッチの速度（縦軸）を示す実験結果の一例である。
さらに、ケミカルラップを主体とし、ウェーハ面３６，３７を上・下定盤２，３により低加工圧で同時加工するので、そりやうねりが発生しないとともに、高平坦度の半導体ウェーハが得られる。また、従来の加圧破砕機械加工と比較して、加工圧が小さく済むので、加工ダメージ層が小さくなり、結果的に、両ウェーハ面のダメージ層は、従来の１０μｍと比べて、０〜２μｍ程度と非常に小さくできる。
【００２９】
本実施形態例では、上定盤２および下定盤３による加工圧が小さいので、上定盤２および下定盤３の寿命が長い。
また、上・下定盤２，３の定盤面３４，３５に砥粒（遊離砥粒）を設けることができるので、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに前記ミクロなダメージを効果的に付与することができる。
さらに、定盤面３４，３５に溝３８を多数本形成することにより、この溝３８を介して両ウェーハ面３６，３７のアルカリ性溶液の置換を促進し、前記反応式により発生した反応生成物を、両ウェーハ面３６，３７から効果的に排除することができる。
そして、上記のようにケミカルラップした半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃにはアルカリ性溶液が付着しているが、従来のようにラップ液を用いないので、例えば超音波により容易に水洗浄（クリーニング）することができるとともに、クリーニングによる半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃへの負担が軽減される。
使用後のアルカリ性溶液をケーシング１から排出するには、前記排水ホースのバルブを開くことにより、排水する。反応生成物は、Ｎａ２  ＳｉＯ３  およびＮａ２  Ｓｉ２  Ｏ５  なので、従来と比べて公害対策処理は容易である。
【００３０】
上記ようなケミカルラップを終了した半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃはミクロ的には平坦化されるが、マクロ的な平坦性を確保するために、後段において鏡面研磨処理を行う必要がある。本発明では、ケミカルラップによりウェーハ面３６，３７を鏡面に近い状態に高精度に仕上げることができるので、前記後段の鏡面研磨処理を簡単に済ませることができる。
【００３１】
なお、従来のラップ装置において、鋳鉄性のラップ定盤を単に高温にしただけでは、定盤面の機械的精度を保持することが困難であること、および定盤面の研磨クロスが耐熱的に弱いので、寿命が短くなる。これに対し、本発明のようなケミカルラップが主体であれば、加工圧は低くても済み、上・下定盤の寿命が長い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおりに構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
本発明は、１つの装置によりラップおよびケミカルラップを行うことにより、装置コストの低減および生産性の向上を図ることができる。また、ケミカルラップを主体とし、小さな加工圧で半導体ウェーハの両面を同時ラップすることにより、加工ダメージ層が小さくなるとともに、両ウェーハ面の取り代を極めて少なくできる。さらに、半導体ウェーハにうねり成分やそりが軽減される。
本発明は、上記効果の他、太陽歯車およびリング状内周歯車等からなる構成の簡単な相対運動手段を採用することにより、半導体ウェーハを自転および公転させることにより、この半導体ウェーハの両ウェーハ面を均一にラップすることができる。
本発明は、上・下定盤の定盤面（上定盤は下面、下定盤は上面）に遊離砥粒を設けることにより、前記ミクロなダメージの付与が促進される。
本発明は、上・下定盤の定盤面に溝を格子状あるいは放射状に設けることにより、両ウェーハ面に前記ミクロなダメージを付与する際に、両ウェーハ面のアルカリ性溶液の置換が連続的に促進され、化学反応（ケミカルラップ）が早まる。
本発明は、アルカリ性溶液の温度および濃度をそれぞれ４５℃以上、５％以上とすることにより、ケミカルラップがさらに促進され、本発明を産業上充分に有益なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の縦断面図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の概略平面図（上面図）である。
【図３】本実施形態例において、上・下定盤間のキャリアーおよび半導体ウェーハを拡大した図である。
【図４】本実施形態例において、上・下定盤と半導体ウェーハを示す要部拡大断面図である。
【図５】本実施形態例における、上・下定盤の要部縦断面図である。
【図６】本実施形態例における、上・下定盤の定盤面を示す図である。
【図７】ラッピングによる半導体ウェーハの変形態様を示す図である。
【図８】半導体ウェーハのうねり成分を説明するための図である。
【図９】アルカリ性溶液の温度に対する化学研磨の速度を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｄ ミクロなダメージ
１ ケーシング（装置本体）
２ 上定盤
２ａ，３ａ 中心孔
３ 下定盤
４ａ，４ｂ，４ｃ ウェーハキャリアー
５ 太陽歯車支持軸
６ Ｏリング
７ 太陽歯車
７ａ 外周歯
７ｂ 係合溝
８ 駆動ピン
９ リング状内周歯車（インター
ナル歯車）
９ａ 内周歯
９ｂ 外周歯
１０ 下定盤ベース
１１ 第１の駆動モーター
１１ａ 回転軸（出力軸）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ バランスシャフト
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ バランス調整ナット
１４ａ，１４ｂ バランスコイルばね
１５ 上蓋（モータベースカバー）
１６ 取っ手（握りハンドル）
１７ 排水ホース接続金具
１８ 上蓋支持部
１９ 支軸
２０ａ，２０ｂ ピン部材
２１ モーター支持ブラケット
２２ 係合ピン部材
２３ 脚部
２４ ブラケット
２５ 第２の駆動モーター
２６ 回転軸（出力軸）
２７ 歯車
２８ シール部材
２９ アルカリ溶液の液面
３０ａ，３０ｂ ブラケット
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ ウェーハ収容孔
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 半導体ウェーハ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 外周歯
３４，３５ 定盤面（ラップ面）
３６，３７ ウェーハ面
３８，３９，４０ 溝
４１ 凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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