(57)【要約】【課題】  アズカットウエハのような面粗度の大きいＧａＡｓウエハに液状ワックスを塗布して研磨プレートに貼り付け研磨すると、ワックス厚みが不均一になり研磨後のウエハも厚みが不均一になる。ワックスを均一に塗布する方法が要求される。【解決手段】面粗度の大きいウエハの裏面に有機溶剤又はアルカリ水溶液を滴下し、スピンナーで均一に広げて薄い膜とし、液状ワックスを滴下し、スピンナーで広げて膜とすると、２層膜であるが蒸発してワックスだけの均一厚みの膜となる。これを研磨プレートに貼り付けるようにすると気泡が発生せず均一の研磨面を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の面粗度がＲａ０．５μｍ以上のＧａＡｓ半導体ウエハの表面をスピンナーに吸着させ、ウエハの裏面に粘度が５ｃｐ以下の有機溶剤を滴下し、１０００ｒｐｍ以下の速度でスピンナーを回転し、有機溶剤の均一な膜を形成し２０秒以内に液体ワックスを滴下しスピンナーを回転してワックスを広げ均一な膜を裏面に形成し、ウエハ裏面を研磨プレートに貼り付ける事を特徴とするＧａＡｓウエハへのワックス塗布方法。
【請求項２】
有機溶剤の代わりに、アルカリ水溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載のワックス塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＧａＡｓウエハは長いＧａＡｓ単結晶インゴットから切り出してアズカットウエハとし、ベベリング、エッチング、研削、ラッピング、研磨を行ってミラーウエハとする。
【０００２】
アズカットＧａＡｓウエハ、ラッピングＧａＡｓウエハ、研削済みＧａＡｓウエハなどをワックスによって研磨プレートに貼り付け、片面の研削、ラッピング、研磨をする。
【０００３】
ウエハ面を削る方法として研削、ラッピング、研磨などが区別される。いずれも表面からウエハの一部を削り取る工程であるが、これは装置、削るための材料、削る速度などが違う。研削、ラッピング、研磨の順に速度が遅く面粗度が小さくなる。研削は大きい粒子の固定砥粒を植え付けた砥石を用いる。ラッピングは細かい固定砥粒か大きい遊離砥粒を使う。研磨は細かい遊離砥粒を用いる。本発明は片面を研削、ラッピング、研磨する場合に共通に用いることができるので、これらを以後区別せず纏めて研磨と呼ぶこともある。
【０００４】
両面を一挙に研磨する場合は、キャリヤという複数の穴を持つ円板の穴にウエハを入れ上下の研磨定盤でウエハ・キャリヤを挟み研磨液を与えながらキャリヤを遊星運動させ、上下面を同時に研磨する。
【０００５】
片面研磨の場合は、軸のついた円形の板（研磨プレート）にウエハ裏面を貼り付け、研磨プレートを研磨定盤に押しつけて表面を削るようにする。このときにワックスによってウエハ裏面を研磨プレートに貼り付ける。研磨が終わると加熱してワックスを溶かし、ウエハを研磨プレートから外す。有機溶剤に漬けウエハ裏面からワックスを除去し洗浄する。研磨プレートからもワックスを完全に除去し洗浄する。研磨プレートは繰り返し使用する。本発明は研磨プレートに貼り付けるため、ウエハ裏面にワックスを塗布する方法の改良に関する。
【０００６】
ワックスによって貼り付けるウエハ裏面は、粗くて面粗度がＲａ０．５μｍ以上とする。特にＲａ１μｍ〜Ｒａ１０μｍ程度の粗い面を持つウエハなどに向いたワックス塗布方法である。
【背景技術】
【０００７】
特許文献１はＳｉウエハなどの円形半導体基板の上にレジストをスピンコートする場合、レジストは高粘度でありウエハ表面には様々のパターンが形成され多様な段差があるので、スピンナーの遠心力だけではレジストがうまく広がらずレジストの厚みが不均一になることを問題にしている。段差の下方にはレジストによって被覆されない部分ができたりすると述べている。
【０００８】
そこで特許文献１はスピンナーにチャックしたＳｉウエハの中心にエチルセルソルブアセテート（ＥＣＡ）を滴下してスピンナーを回転させＥＣＡの薄い膜をウエハ上に形成し、その上にレジスト液を滴下してスピンナーを回転させてレジストをＥＣＡ膜の上に広げる。そうするとレジストの均一膜がウエハ上に形成されると述べている。
【０００９】
特許文献２はＳｉウエハやマスク基板にレジスト膜を形成するとき、基板やウエハの表面には段差やパーティクルがあり、スピンコートしてもレジストが均一に広がらないということを問題にする。レジストが全く存在しない非被覆部も時に生ずる。そこで特許文献２は円形のＳｉウエハや基板をスピンナーの回転台に真空チャックし、溶媒をウエハや基板に滴下し回転し溶媒を広げてから、レジストあるいは液体ワックスを滴下してウエハを回転させてウエハの上に均一のレジストあるいはワックスの膜を形成するという方法を提案している。
特許文献２は溶媒として何を使っているのか明示していない。レジストやワックスを付けるのであるからアセトンなど強力な有機溶媒と推測される。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−１５０３３２
【特許文献２】特開平０５−２５９０５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＧａＡｓのアズカットウエハ、ラッピングウエハを研削、ラッピング、研磨する場合、両面を同時に研磨する場合と片面ずつ研磨する場合がある。本発明は片面研削、研磨の場合を問題にする。片面研削、研磨の場合、ワックスでウエハの裏面を研磨プレートの表面に貼り付ける。１枚の研磨プレートに１枚のウエハを貼り付けることもあり、大きい１枚の研磨プレートに、４枚〜７枚の複数のウエハを貼付ける場合もある。
【００１２】
ウエハを貼り付けた研磨プレートはウエハを下にして研磨定盤のアームに取り付ける。研磨プレートを研磨布に押しつけ研磨液を流しながら、研磨定盤を公転させ、研磨プレートを自転させてウエハと研磨布を接触させウエハ表面を削る。研削は固定砥粒を有する研磨定盤によってウエハ表面を高い速度で削るものである。研磨は粒の細かい遊離砥粒によって、ウエハ表面をゆっくりとした速度で磨くものである。ラッピングは粒の粗い遊離砥粒によってウエハ表面を削るものである。いずれの場合も片面だけを削る場合は、平坦な研磨プレートにウエハをワックスで貼り付けることが必要である。
【００１３】
ワックスといっても大別して二種類ある。固形ワックスと液状ワックスである。固形ワックスは作業者が手に持って研磨プレートの表面のほぼ全面に擦りつける。ウエハを付ける部位だけに擦りつければよいのだが、手貼りでウエハの位置がハッキリしないので、かなり広い範囲に余分なワックスを塗る。固形ワックスを塗った部分にウエハの裏面を押しつけて、ウエハを研磨プレートに固定する。固形ワックスは蒸発乾燥などの問題がなく、研磨プレートに塗り付けるだけでそのまま付着力を発揮する。
【００１４】
固形ワックスの場合は、ウエハの裏面に作業者が塗ってそれを研磨プレートの表面に押しつけるということはない。固形ワックスを研磨プレートに手で擦りつける手法は作業者の個人的な熟練や技によるので、必ずしも一定の研磨結果を得ることができないということがある。それに研磨プレートの余分にワックスを擦りつけた部分のワックスも除去する必要がある。
【００１５】
液状ワックスを使う場合は、研磨プレートの全面に塗布するのではなく、ウエハの裏面に滴下してスピンナーで液状ワックスを広げる。作業者が手で研磨プレートにウエハを押しつける。塗布されたワックスが溶融してウエハが研磨プレートに強く付着する。ウエハだけにワックスを付けるので無駄がない。
【００１６】
液状のワックスと言っても粘度が高くてウエハ裏面に段差、凹凸があると均一に広がらない。特に単結晶インゴットから切断したばかりのアズカットウエハ（ａｓ−ｃｕｔ）の場合は、ソーマークなど線状の溝や山、凹凸が多数存在してスピンナーで塗布しても液状ワックス厚みが一様でない。粘度の高い液体だから、時にウエハ・ワックス間に空気の層（泡）ができることもある。たとえば裏面がＲａ１μｍ〜Ｒａ１０μｍというような面粗度が大きいウエハだと液状ワックスをスピンナーで均一に塗布するのは難しい。
【００１７】
ワックス厚みが一様でないと、ウエハ裏面を研磨プレートに押しつけ付着させると、ウエハ表面が一様な高さにならない。ワックス厚みが大きい部分の表面側はウエハ表面が突出する。ワックスが薄い部分の表面は窪みになる。ウエハを貼り付けた研磨プレートを研磨定盤に押しつけて表面を研削、ラッピング、研磨したとき、ワックスの厚い部分は突出しているから余計に削られて薄くなる。空気を含む部分は膨れてかなり薄くなる。ワックスが薄い部分は窪んでいるからあまり削られない。研削、研磨後にウエハを研磨プレートから取りワックスを除去してみるとウエハの厚みが不均一になる。ワックスが厚かった部分は薄く、ワックスが薄かった部分は厚くなる。
【００１８】
例えばＧａＡｓウエハの場合、直径が２インチから３インチ、４インチというように大型化したものが要望されるようになってきた。デバイス製造コストを下げるため直径が大きくなるのに反比例して厚みは減少する傾向にある。直径が大きく厚みが減るのでウエハは撓み易くなる。撓み易くなるのでワックス厚み不均一の影響をより強く受ける。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
スピンナーに取り付けたＧａＡｓウエハ裏面に有機溶剤を滴下してスピンナーで広げるか、又はアルカリ水溶液を滴下しスピンナー回転によって広げ、次に液体ワックスを滴下してスピンナー回転によってウエハ裏面に均一に広げる。つまり有機溶剤又はアルカリ水溶液と、ワックスの、２段階のスピンナーによる塗布を行う。
【００２０】
初めに塗布すべき有機溶剤としては、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、イソプロピルアルコール（（ＣＨ３）２ＣＨＯＨ）、ジエチルエーテル（Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５）、メチルエチルケトン（ＣＨ３ＣＯＣ２Ｈ５）などアルコール、エーテル、ケトンなどが適する。これはウエハの裏面に一様に広がるものでなければならず、粘度が５ｃｐ（センチポイズ）以下の流動性の高いものとする。
【００２１】
アルカリ水溶液としては、炭酸ナトリウム水溶液（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）が適する。このように有機溶剤又は、アルカリ水溶液を初めにウエハの表面にスピンナーで一様に塗布する。有機溶剤とアルカリ水溶液の粘度は５ｃｐ以下とする。
【００２２】
スピンナーの速度は１０００ｒｐｍ以下とするのがよい。粘度が低いのでスピンナーをあまりに速くすると膜が薄くなるからである。薄くなって乾燥してしまう。だから１０００ｒｐｍ以下とする。
【００２３】
その後表面が濡れた状態で、液状ワックスを滴下してスピンナーを回転させて、ワックスを一様に表面に塗布する。液状ワックスはノズルからウエハに向かって滴下させる。ノズルをウエハの中心から側方へ移動させながら滴下するのがよい。有機溶剤とアルカリ水溶液はすぐに蒸発して表面が乾くので、２０秒以内にワックスを塗布するようにする。
【００２４】
塗布の対象となるＧａＡｓウエハは、アズカットウエハ、ラッピングウエハなどであるが、面粗度がＲａ０．５μｍ以上のものに適用すると有効である。面粗度がＲａ１μｍ〜１０μｍというと溝や山、凹凸の大きいざらざらの裏面を持つが、そのような面粗度の大きいウエハでも有機溶剤又は、アルカリ水溶液は空気胞を作らず一様に広がる。表面は表面張力の低い“ぬれ”の状態になる。乾燥しない内に有機溶剤又は、アルカリ水溶液層の上に液状ワックスをスピンナーで塗布する。
【００２５】
図１は本発明のウエハの貼り付け方法を行うための装置の概略図を示す。スピンナー２は半導体ウエハを真空吸着して保持し、軸回りに回転するものである。スピンナー２の上にＧａＡｓウエハ３を載せ真空吸着している。スピンナー２の上方には２つの液供給ノズル７、９が設けられる。これらは平行移動あるいは回転移動してウエハの中心へ移動することができる。初めにノズル７が、ウエハ３の上へ、有機溶剤（上記のアルコール、ケトン、エーテル）又はアルカリ水溶液４を滴下する。スピンナーが回転しウエハ３の上に薄い膜Ａを均一に形成する。
【００２６】
さらに図２に示すように、液状ワックス供給ノズル９をウエハ３の中心へ移動させて、液状ワックス６をウエハ３の上に滴下する。液状ワックスの粘度はアルカリ水溶液や有機溶剤より高くて１０ｃｐ〜８０ｃｐ程度である。スピンナーの回転数は１０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程度とする。それによって液体ワックスの均一な薄い膜Ｃができる。膜Ａを形成した後、２０秒以内にワックスを滴下するようにする。有機溶剤又はアルカリ水溶液が蒸発しないで凹凸が埋められた状態でワックスを塗布する。有機溶剤又はアルカリ水溶液塗布とワックス滴下の間の時間が長いと、有機溶剤又はアルカリ水溶液が蒸発してしまってウエハの本来の凹凸が現れるので効果がない。
【００２７】
ウエハ３をスピンナー２から外すと、図３に示すような被膜構造となる。ＧａＡｓウエハ３の上に有機溶剤膜又はアルカリ水溶液膜Ａ、ワックス膜Ｃが順次存在する。しかしこれは短い時間の間だけのことである。すぐにアルカリ水溶液や有機溶剤は蒸発する。図４のようにウエハ３の上には不揮発性のワックス膜Ｃだけが残る。ワックス膜Ｃはスピンナーで塗布したので平坦なものとなる。はじめに低粘度の有機溶剤又はアルカリ水溶液を塗布し平坦面を形成し、さらにワックスを載せているので、ワックス膜Ｃに気泡が含まれるということはない。
【００２８】
気泡のない均一厚みのワックス膜Ｃがウエハの上に形成されるのでこれを裏返してワックス膜Ｃを下にして研磨プレート２０の裏面に貼り付ける。図５に示すような断面図になる。図６のように１枚の研磨プレート２０に複数枚のウエハ３を円環状に貼り付ける。ここでは６枚のウエハを貼り付けた例を示すが、研磨プレートやウエハの寸法によって３枚〜８枚程度のウエハを貼り付けることができる。研磨プレート２０は平坦な円板に軸２１が固定された治具である。
【００２９】
研磨装置の保持装置（図示しない）に研磨プレート２０の軸２１を固定し圧力を加えながら回転できるようにする。図７のように研磨装置は、平坦な研磨定盤２２が回転軸２３に保持されて水平に回転できるようになっている。研磨定盤２２の上には研磨布２４が貼り付けてある。研磨定盤２２の研磨布２４に対してウエハ３の表面が接触するように研磨プレート２０が研磨定盤２２に押しつけられる。研磨定盤の中央部には研磨液ノズル２５があって、ここから研磨液２６が研磨布２４の上に供給される。研磨定盤２２は公転し、研磨プレート２０は自転する。ウエハ３の表面が研磨布と研磨液の作用で研磨されてゆく。
【発明の効果】
【００３０】
面粗度がＲａ０．５μｍ以上のＧａＡｓアズカットウエハ、例えばＲａ１μｍ〜Ｒａ１０μｍの場合、ワックスが凹部や溝へ広がらず空気胞を作ったり非被覆部（開口部）を残したりする。
【００３１】
粘度のずっと低い（５ｃｐ以下）有機溶剤又はアルカリ水溶液を低速回転するスピンナー（１０００ｒｐｍ以下）で予めウエハ面に塗布するので、凹凸の多い面であっても有機溶剤又はアルカリ水溶液がウエハ上に広がり空気胞を発生させることなく全面を覆う。液状ワックスは有機溶剤又はアルカリ水溶液と馴染みがよい。有機溶剤又はアルカリ水溶液が凹凸の少ない均一表面の膜を一時的に形成する。その膜はワックスと馴染みのよい素材でできている。有機溶剤又はアルカリ水溶液の作る膜の上を馴染みの良い液状ワックスが遠心力で均一に広がる。有機溶剤又はアルカリ水溶液とワックスの２重膜が得られる。凹部や溝にもワックスは深く入り込む。表面が一様なワックス層となる。
【００３２】
それを研磨プレートに手で貼り付ける。ワックスは平坦だから研磨プレートとウエハの間に空気泡が発生しない。隙間なく接着する。これを回転砥石、回転定盤などに押しつけて研削、ラッピング、研磨すると平坦面が得られる。研磨プレートから外し、ワックスを除去すると表面の凹凸の少ない平坦なウエハが得られることになる。
【００３３】
本発明は有機溶剤又はアルカリ水溶液を面粗度の大きいウエハに塗布してその上にワックスを塗る。特徴として、有機溶剤は塗布後に揮発しやすく、ワックスを溶かす為、均一に塗布できる。アルカリ水溶液は、親水性の為、均一に塗布できる。
【実施例１】
【００３４】
［比較例１］
４インチ直径（１００ｍｍ）のＧａＡｓのアズカットウエハ６４枚について、従来法に従って固形ワックスを溶融し、ワックス膜を裏面に形成し研磨プレートに貼り付けて研磨定盤に押しつけ、研磨液を与えながら回転させて表面を研磨した。それによると研磨後のウエハのＴＴＶ（ｔｏｔａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は平均が１５．１μｍであり、標準偏差σは３．９μｍであった。
【００３５】
［実施例１］  
同じ４インチ直径（１００ｍｍ）のＧａＡｓのアズカットウエハ５３枚について、本発明に従ってイソプロピルアルコールを滴下しスピンナーで広げ、液状ワックスを滴下しスピンナーで広げてワックス膜を裏面に形成し、研磨プレートに貼り付けて研磨定盤に押しつけ研磨液を与えながら回転させて表面を研磨した。それによると研磨後のウエハのＴＴＶ（ｔｏｔａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は平均が７．９μｍであり、標準偏差σは０．８μｍであった。
【００３６】
ＴＴＶというのは、ウエハの裏面を平坦面に隙間なく押しつけた状態で表面の高さを一定距離毎に測定し、高さの最大値と最小値の差を求めたものである。ウエハの平坦度を表現するために使われるパラメータである。面粗度ではない。測定範囲と測定ピッチにもよるが、これを等しく決めておいて比較すれば平坦度を比較することができる。本発明で貼り付けたウエハの研磨後のＴＴＶ平均値は、従来例の約半分に減っている。表面が平坦だということである。さらにσが約１／３に減少している。ＴＴＶ平均値が少なくばらつきも少ないということである。貼り付けから研磨、剥離までいくつもの工程があるが、貼り付け方法以外は全て同じ条件にしたのでＴＴＶ平均値の改善は、貼り付け方法の違いに基づくものである。本発明の優れた利点である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の液状ワックス塗布装置を示し、スピンナーに固定されたウエハの上面に、有機溶剤又はアルカリ水溶液を滴下し、スピンナーを回転し有機溶剤の膜を形成している状態の正面図。
【００３８】
【図２】本発明の液状ワックス塗布装置を示し、スピンナーに固定されたウエハの上面に、液状ワックスを塗布しスピンナーを回転しワックスの膜を形成している状態の正面図。
【００３９】
【図３】ウエハの上に有機溶剤膜又はアルカリ水溶液膜Ａ、ワックス膜Ｃが形成されている状態を示すウエハ正面図。
【００４０】
【図４】ウエハの上の有機溶剤膜又はアルカリ水溶液膜Ａが蒸発してワックス膜Ｃだけになった様子を示すウエハ正面図。
【００４１】
【図５】ワックスを下にして研磨プレートにウエハを貼り付けた状態を示す断面図。
【００４２】
【図６】研磨プレートに複数枚のウエハを貼り付けた様子を示す底面図。
【００４３】
【図７】研磨定盤に研磨プレートを取り付けてウエハを研磨布に押しつけ、研磨液を供給しながら研磨定盤を公転させ研磨プレートを自転させて、ウエハ表面を研磨する様子を示す研磨装置の縦断面図。
【符号の説明】
【００４４】
２スピンナー
３ウエハ
４有機溶剤又はアルカリ水溶液
６液状ワックス
７有機溶剤又はアルカリ水溶液のノズル
９ワックスノズル
２０研磨プレート
２２研磨定盤
２３回転軸
２４研磨布
２５研磨液供給ノズル
２６研磨液
Ａ有機溶剤膜又はアルカリ水溶液膜
Ｃワックス膜
【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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