(57)【要約】 【課題】  ＧａＡｓウエハ−の研磨装置へ物理研磨液と化学研磨液を供給するポンプにはシリコーンチューブを膨縮させるチュービングポンプを用いている。研磨液の流量を適量に調整して数日で流量が変動してしまう。流量が不適切であるとＧａＡｓウエハ−に面だれが生じたり片削りになる。それを避けるためには流量調節を頻繁にしなければならない。また液漏れが起こり周囲の部品を腐食させることもある。これを防ぐ必要がある 【解決手段】 ＧａＡｓウエハ−の研磨装置へ研磨液を供給するためのポンプとしてダイヤフラムポンプを用いる。薬剤によって腐食されない部材からなるダイヤフラムポンプを使うと流量は一定になり調整頻度も少なくなり液漏れも発生しない。面だれのないＧａＡｓミラーウエハ−を得る。 【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布を貼り付けた下定盤と、研磨布を貼り付けた上定盤との間に、円盤状キャリヤの貫通穴に挿入したＧａＡｓウエハ−を挟み、上定盤の周回溝の通し穴から研磨粒子を含む物理研磨液Ｐと次亜塩素酸系薬剤を含む化学研磨液Ｃを上下定盤の間に供給し、上定盤、下定盤、キャリヤを回転させながらＧａＡｓウエハ−の両面を研磨する研磨方法において、物理研磨液Ｐおよび化学研磨液Ｃをダイヤフラムポンプによって供給するようにしたことを特徴とする平坦度ばらつきの少ない研磨方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平坦度ばらつきの少ないＧａＡｓウエハ−を製造するための研磨方法に関する。ＧａＡｓの単結晶は、ＬＥＣ法、ＨＢ法、ＶＢ法などで液相から成長して作る。結晶成長した直後の長い結晶をインゴットという。ＧａＡｓ結晶インゴットを内周刃スライサー、外周刃スライサー、ワイヤソー等で薄く切り出す。 
【０００２】
切り出した一定厚みのウエハ−はアズカットウエハ−という。これは切断痕があり粗面であり反りもある。アズカットウエハ−をエッチングして加工変質層を除去しラッピングして厚みを揃え研磨して鏡面を持つウエハ−とする。表面が鏡面であるのでミラーウエハ−と呼ぶ。 
【０００３】
平坦度というのはウエハ−の下面（裏面）を平坦な面に密着させたときの上面（表面）の高さの一様性をいう。ウエハ−の厚みの一様性である。これが悪いとフォトリソグラフィでレジストにパターンを描くときマスクとウエハ−表面が平行にならず電極などデバイス要素の寸法がばらつく。 
【０００４】
平坦度はＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）によって評価することが多い。下面を平坦面に密着させ上面高さの最高値と最低値を求めその差をいう。実際には縦横に格子点を取り格子点でのウエハ−の高さを測定し測定値の中で最大値と最小値を比較する。もっと局所的な高さの分布を評価する手法もあるがここではＴＴＶだけを挙げておく。 
【０００５】
平坦度の他にウエハ−の特性を表現するものとして面粗度、反りなどがある。面粗度というのは細かい表面の突起凹部を評価する値である。Ｒｍａｘ、Ｒａ、Ｒｍｓなどがある。反りというのはウエハ−を平坦面に無荷重でおいたときの周辺部を基準として中心部がどれほど浮き上がっているかというもので中心部の高さ（ΔＨ）などで表現する。面粗度や反りと平坦度を混同してはならない。 
【０００６】
研磨した後のミラーウエハ−であるから細かい局所的な高低差はあまりない。主に２つのモードがありこれらが重要である。１つは一方的な傾斜である。片削りとも表現する。ウエハ−のある直径の一方の端が高くて、反対側の端が低いというようなものである。その直径に沿って楔型の断面形状をなす。上面が平面であるが傾いている。面の高さを一次関数で表現することができる。全体として傾斜のある場合はステッパ（露光装置）に対してウエハ−を傾けて正しくマスク構造をウエハ−上のレジストに転写することができる。つまりウエハ−の傾きの補正調整が可能である。 
【０００７】
もう１つのモードは中心部が厚く周辺部が薄くなっているものである。面だれと呼ぶこともある。Ｄの字型の断面を持つ。それは面の高さを二次関数で表現できる。これはウエハ−を傾けても補正することができない。 
【０００８】
ＧａＡｓのインゴットを内周刃スライサー等で均一の厚さに切り出してウエハ−とするのだから、ウエハ−の厚み不均一性は傾きにしても面だれにしても研磨によって初めて発生する。ミラーウエハ−といっても片面ミラーと両面ミラーのものがある。片面ミラーの場合は、ウエハ−を円板形の研磨プレートに貼付け、研磨布を有する研磨定盤に上から押しつけて、研磨液を流しながら、研磨定盤と研磨プレートの両方を回転させながらウエハ−の下面を研磨する。これは片面だけを研磨する手法である。片面ミラーが必要ならこの研磨だけですむ。この後洗浄して乾燥すると片面ミラーウエハ−ができる。このような研磨装置によって片面ずつ２回研磨すると両面ミラーウエハ−を作ることができる。 
【０００９】
両面ミラーの場合上の方法で研磨するとウエハ−の貼付、剥離、研磨などの工程が２倍になり時間がかかる。そこで両面を一度に研磨する両面研磨の方法もある。 
【００１０】
図１に両面研磨装置の概略を示す。両面研磨装置は複数の穴を持ち周辺部にギヤを持ちウエハ−Ｗより薄いキャリヤ２という円板と、研磨布７、８を有する上定盤３、下定盤４、サンギヤ（太陽歯車）５、インターナルギヤ６を持つ。下定盤４の研磨布７の上に複数のキャリヤ２を置き周辺のギヤ部をサンギヤ５とインターナルギヤ６に噛み合わせる。キャリヤ２の穴に被研磨ウエハ−Ｗを入れる。上定盤３を降ろし研磨布８がウエハ−Ｗの上面に接触するようにする。上定盤３の上面には円環状の周回溝９が穿ってある。周回溝９から幾つかの貫通穴１０が上定盤３の両面まで穿ってある。研磨液は研磨液供給管２２、２３から周回溝９、９に供給される。研磨液は貫通穴１０を通って、上、下定盤３、４の間に至る。研磨布７、８とウエハ−Ｗの上下面に研磨液が浸入する。 
【００１１】
下定盤４は下回転軸１２によって支持される。上定盤３は上回転軸１３によって支持される。上下の定盤３、４を異なる方向へ公転させる。またサンギヤ５とインターナルギヤ６を回転させる。サンギヤ５とインターナルギヤ６に噛み合っているのでキャリヤ２は上下の定盤の間で遊星運動をする。ウエハ−Ｗはキャリヤ２の嵌合穴２０の中にあるのでこれは遊星の衛星のような運動をする。ウエハ−Ｗの上下面が上下定盤３、４の研磨布７、８に接触しておりウエハ−Ｗと上下定盤３、４の運動が異なるのでウエハ−両面を同時に研磨することができる。 
【００１２】
キャリヤ２の数は３〜６枚程度、キャリヤ２の穴の数は３〜６の程度である。キャリヤの枚数をＤ、１枚のキャリヤの穴の数をＨとすると、同時にＤＨ枚のウエハ−の両面を同時研磨することができる。 
【背景技術】
【００１３】
両面研磨装置は両面ミラーウエハ−を製造するために広く利用されている。装置自体は公知であり改良の余地は少なく新たな特許出願は殆どない。 
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１８７０５「半導体ウエハ−の両面同時ポリッシュ方法」
【００１５】
特許文献１はキャリヤと上下定盤を使った両面同時研磨において初めに粒径の大きい遊離砥粒を用いて粗研磨しその後粒径の小さい遊離砥粒を用いて細研磨とを行うという二段回研磨を提案している。研磨において粒径の異なる研磨液を用いて二段回研磨するのは良く行われることである。これはＳｉウエハ−の研磨を念頭においたものである。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ＧａＡｓウエハ−を両面研磨装置によって両面研磨すると「面だれ」や「片削り」を起こすことがある。面だれというのは、ウエハ−の中心部は厚く周辺部が薄いというような厚みの不均一である。図５にウエハ−の面だれを示す。このウエハ−Ｗは中央部で厚く周辺部で薄くなっている。正式な呼び名ではないが周辺部が薄くなってだれているので面だれと呼んでいる。図５は面だれを誇張して書いてある。そのような面だれがあるとフォトリソグラフィでレジストを露光する場合に寸法誤差が発生するので望ましくない。 
【００１７】
図６に片削りのウエハ−を示す。このウエハ−は左で薄く、右側で厚くなっている。高さが一様でない。このような一方的な高さの違いはフォトリソグラフィによる処理においてステージを少し傾けることによって補正する可能性がある。しかしそれは手間のかかることであるし片削りもないほうがよい。面だれはステージを傾けても補正できない。面だれや片削りがなく平坦な面を持つミラーウエハ−を作りたい。面だれや片削りが起こらないようにＧａＡｓウエハ−を両面研磨する方法を与えることが本発明の目的である。     
【課題を解決するための手段】
【００１８】
ＧａＡｓウエハ−を両面研磨装置で両面研磨すると時として面だれや片削りを起こす。どうして面だれが起こるのか原因がハッキリしなかった。面だれというのはウエハ−の周辺部がより薄く、中心部がより厚くなるものである。碁石のような変形をいう。片削りは一方の縁が薄く他方が厚くなる。そのような厚みの不均一は全体的なものであり局所的なものではない。先述のＴＴＶによって評価することができる値である。 
【００１９】
面だれや片削りの原因であるが、上下定盤による荷重の不均一、研磨布の硬度、研磨布の疲労、消耗、ということも考えられる。上下の定盤の軸心の傾きということも候補になるかもしれない。キャリヤの摩耗ということもありうる。本発明者は様々の要因について調べた。 
【００２０】
そして本発明者は研磨液の供給の不均一が１つの原因であることに気付いた。研磨液が常に一定流量で供給されなければならないが必ずしもそうでない。研磨液流量の揺らぎがＧａＡｓウエハ−の面だれを発生させるということを突き止めた。研磨液は上下定盤３、４の間に均一に分布するように複数の研磨液供給管２２、２３から周回溝９に与えられる。これは常に一定の流量で与えられるように設定されている。 
【００２１】
ＧａＡｓウエハ−の両面研磨の場合、２つの種類の研磨液を併用している。 
１つはコロイダルシリカのような遊離砥粒を含む液である。これは水にコロイダルシリカ粒子を混ぜたものであり物理作用によって研磨するものである。 
もう１つの研磨液は薬剤の化学的作用で研磨するものである。これは例えば次亜塩素酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを含む溶液である。薬剤による研磨の作用については次のような反応式によっていると推測されている。 
【００２２】
ＧａＡｓ＋４ＮａＣｌＯ→ＧａＡｓＯ４＋４ＮａＣｌ  （１）
【００２３】
このようにしてＧａＡｓの過酸化物が中間生成部としてできるらしい。これがさらに炭酸ナトリウムとの作用で次のような生成物を作る。 
【００２４】
ＧａＡｓＯ４＋４Ｎａ２ＣＯ３＋４Ｈ２Ｏ→ＮａＧａ（ＯＨ）４＋Ｎａ３ＡｓＯ４＋４ＮａＨＣＯ３                （２）
【００２５】
ＮａＧａ（ＯＨ）４は水に溶ける。Ｎａ３ＡｓＯ４も水に溶ける。だからＧａＡｓウエハ−の表面の一部は化学反応によって一旦酸化物になるがＧａの水和物と砒酸ナトリウムとなって除去される。 
【００２６】
そのようにして薬剤による化学研磨と、遊離砥粒による物理研磨が併用される。その点、遊離砥粒だけで研磨するＳｉウエハ−の場合と事情が異なる。図２に研磨装置の概略の平面図を示す。これは研磨液の上定盤３の周回溝９への供給を説明するためである。
ポンプに繋がる物理研磨液配管２５から分岐部２６によって物理研磨液Ｐが二分され分岐管２７を通り物理研磨液供給管２２、２２から周回溝９に与えられ、化学研磨液配管３５から分岐部３６によって化学研磨液Ｃが二分され分岐管３７を通り化学研磨液供給管２３、２３から周回溝９に与えられる。
【００２７】
できるだけ均一に研磨液が分布するように、両方の研磨液ともに、直径方向の二箇所に設けた供給管２２、２３から周回溝９へ供給するようになっている。つまり定盤中心を原点として円周方向に角度を定義すると、０度と１８０度の位置に物理研磨液供給管２２、２２を、９０度と２７０度の位置に化学研磨液供給管２３を設けるようにする。９０度の中心角をなすように四本の研磨液供給管があり、対角方向のものが物理研磨液供給管２２、あるいは化学研磨液供給管２３となっている。物理研磨液Ｐは研磨液タンクから一本のパイプを通りポンプによって賦勢され二つに分岐して二本の供給管に送られる。 
【００２８】
例えば、コロイダルシリカを含む物理研磨液Ｐを毎分６００ｃｃ送給すると、３００ｃｃ／分ずつ供給管から出るようになっている。化学研磨液Ｃについても同様である。毎分６００ｃｃずつであれば、二つの配管に二等分して３００ｃｃ／分ずつ供給するようにしている。 
【００２９】
研磨液の供給のため現在はチュービングポンプを使っている。チュービングポンプにも様々の種類があるが図３によって概略の構成を説明する。回転円板３８は円周上に複数の押さえ片３９を有し軸４０周りに回転する。回転円板３８の上半分は彎曲壁４２がある。彎曲壁４２に沿って柔軟なシリコーンチューブ４３を設ける。シリコーンチューブ４３の上面は彎曲壁で抑えられ、下部の複数箇所は押さえ片３９によって押さえられる。押さえ片３９によってシリコーンチューブ４３はいくつかのくびれを持つ。シリコーンチューブ４３自体は前後に動かない。回転円板３８を回転させる。押さえ片３９がシリコーンチューブ４３の上を動き、くびれが左から右へ移動する。シリコーンチューブ４３の中には研磨液を通している。回転円板３８の回転とともにくびれ位置が動くから研磨液も左から右へと送られる。 
【００３０】
研磨液は機械的な機構に接触しない。ただシリコーンチューブ４３に接触するだけである。化学研磨液Ｃは腐食性のある薬剤である。腐食性のある薬剤を通すのでそれに耐えるシリコーンチューブ４３をポンプチューブに用いるのである。物理研磨液Ｐについても同様である。 
【００３１】
ところがシリコーンチューブ４３を用いたチュービングポンプには流量のふらつきがあるということが分かった。使用とともに柔らかいシリコーンのチューブが円周方向に延びて行くようである。そのためチューブ断面が広くなって行くらしい。チュービングポンプは円板の回転速度をチューブの断面積の積で流量が決まるので断面が変わると流量も変わる。回転円板３８の速さを一定にしても流量が次第に増えて行く。 
【００３２】
たとえば３００ｃｃ／分になるように回転円板３８の速度を調整しておいても、２日、３日と経つと流量が３５０ｃｃ／分、３８０ｃｃ／分というように流量が増えて行く。１週間後に調整して３００ｃｃ／分に戻してもまた増えて行く。 
【００３３】
そのように同じ条件で研磨しているつもりでも研磨液が増えて行き条件が一定でない。それがＧａＡｓウエハ−の面だれを引き起こすのだということを発見した。化学研磨液Ｃの流量が増えればウエハ−の腐食作用が増えそれがウエハ−の周辺部に集中的に現れ面だれを招くのである。 
【００３４】
そういうことが分かった。それにシリコーンチューブ４３は腐食性の薬品に耐えるはずであるがどうもそうではないようである。圧縮膨張を頻繁に繰り返すことによって次第に劣化しわずかな漏れが起こるようである。そのためにポンプの近傍の金属部分は薬剤の塩素が漏れて錆び付いてしまうということがある。ポンプがたびたび停止することもあり、頻繁にポンプを新品に交換する必要もあった。 
【００３５】
本発明はそこで物理研磨剤Ｐと化学研磨剤Ｃの両方の研磨液の送給にダイヤフラム（ベローズ）ポンプを用いることにした。 
【００３６】
ダイヤフラムポンプは金属の筐体の中に金属薄板があって空洞を形成し金属薄板が振動し空洞の容積を変化させることによって液体を賦勢するものである。空洞と入口管、出口管の間には逆止め弁がついていて逆流を防ぐ。ダイヤフラムポンプもいろいろな種類がある。図４によって簡単化したダイヤフラムポンプの概略を説明する。 
【００３７】
金属製の筐体４９の内部に空洞５０が形成される。空洞５０を囲む筐体４９の一部には入口管５２、出口管５４が空洞５０に連通するように設けられる。入口管５２には第１逆止弁５３が設けられる。出口管５４には第２逆止弁５５が設けられる。空洞５０には振動板５６がある。これは機械的に振動して空洞５０の容積を変化させる。容積が増えると第２逆止弁５５が閉じ、第１逆止弁５３が開き、入口管５２から液体が空洞５０へ流れ込む。容積が減ると第１逆止弁５３が閉じ、第２逆止弁５５が開き、出口管５４へ液体が流れ出る。 
【００３８】
振動板５６の寸法、材質、動きの範囲などは様々のものがある。振動板５６の変動する容積と振動数の積が単位時間の流量になる。容積を調整する、あるいは振動数を調整することによって流量を自在に変化させることができる。薬剤（次亜塩素酸ナトリウム、炭酸ナトリウム）などを化学研磨液Ｃとして採用するのでこれがダイヤフラムポンプの内部を通過する。筐体４９や振動板５６、逆止弁などを適当な材質のステンレスで作ると薬剤に犯されない。またコロイダルシリカのような微粒子を含む研磨液を通しても摩滅することもない。振動板５６の変動容積を一定に保持できるから流量がいつしか変動してしまうというようなことがない。 
【発明の効果】
【００３９】
チューブを抑えたり離したりして膨縮させるとチューブが疲労して容積が変化し流量変動したりチューブに穴が開いて漏れたりした。しかしダイヤフラムポンプの場合容積は変化しない。ケースやダイヤフラムなど液に接触する部材はステンレスであるが、研磨液によって腐食しない。流量調整をたびたびする必要がない。ＧａＡｓウエハ−を研磨したとき面だれや片削りが生じない。ＧａＡｓウエハ−の高品質の研磨を実現できる。長寿命の研磨液供給システムを構築することができる。 
【実施例１】
【００４０】
コロイダルシリカを含む物理研磨液Ｐと次亜塩素酸ナトリウム、炭酸ナトリウムを含む化学研磨液Ｃとを両面研磨装置に供給するポンプとしてシリコーンチュービングポンプを用いて行った。供給量は３００ｃｃ／ｍｉｎである。これが分岐管で１５０ｃｃ／ｍｉｎずつに分けられて研磨装置の周回溝９へ与えられる。 
【００４１】
ポンプを通過する流量が次第に増加して行き、調整後２〜４日で３５０〜３８０ｃｃ／ｍｉｎに増えた。だから２〜４日ごとに流量を調整する必要があった。研磨したＧａＡｓウエハ−のＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の平均値は１．０３μｍであった。標準偏差σは０．３２μｍであった。ＴＴＶが大きい。それだけでなくばらつきも大きいということである。 
【００４２】
同じ種類同じ流量の研磨液Ｐ、Ｃをダイヤフラムポンプで供給する実験を行った。初めに３００ｃｃ／ｍｉｎに調整した。３０日を経ても流量は変わらなかった。だから頻繁な調整操作が不要になった。ＴＴＶの平均値は０．８６μｍであった。標準偏差σは０．１７μｍであった。ＴＴＶが低く面だれが少ないことが分かる。それにＴＴＶのばらつきも少ない。実効ある発明である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】上定盤、下定盤、研磨液供給装置、キャリヤなどからなるＧａＡｓウエハ−の両面研磨装置の概略の縦断面図。
【図２】同じＧａＡｓウエハ−両面研磨装置の研磨液供給系を示す平面図。
【図３】チュービングポンプの一例を示す正面図。
【図４】ダイヤフラムポンプの一例を示す概略断面図。
【図５】面だれを有するＧａＡｓウエハ−の面だれ部分を縦方向に拡大した断面図。
【図６】片削りのＧａＡｓウエハ−の片削り部分を縦方向に拡大した断面図。
【符号の説明】
【００４４】
２キャリヤ 
３上定盤   
４下定盤 
５サンギヤ 
６インターナルギヤ 
７研磨布 
８研磨布 
９周回溝 
１０貫通穴 
１２下回転軸 
１３上回転軸 
２０嵌合穴 
２２物理研磨液供給管 
２３化学研磨液供給管 
２５物理研磨液配管 
２６分岐部 
２７分岐管 
３５化学研磨液配管 
３６分岐部 
３７分岐管 
３８回転円板 
３９押さえ片 
４０軸 
４２彎曲壁
４３シリコーンチューブ
４９筐体 
５０空洞 
５２入口管 
５３第１逆止弁 
５４出口管 
５５第２逆止弁 
５６振動板 
Ｐ物理研磨液 
Ｃ化学研磨液 
Ｗウエハ−
【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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