(57)【要約】【課題】５００μｍ以下の厚さの高硬度半導体基盤の平坦度を修正するラッピング装置を提供する。【解決手段】ラッピング定盤２上で研磨する半導体基板６が装着された共用ツール７を固定する基準プレート１０と、基準プレート１０がラッピング定盤２に設置される際に基準プレート１０に３点支持されるとともに当該３点支持に対応して設けられる所定の空隙を有して配置される円環状の(or円環状部を有する)リテーナリングプレート８と、リテーナリングプレート８に接着固定され半導体基板６の研磨面位置を調節するためのリテーナリング１と、当該３支持点間隙をそれぞれ設定する３個のマイクロメータヘッド１３と、を備え、半導体基板６の研磨時に、当該３支持点間隙に応じて半導体基板６がラッピング定盤２に対して傾いて研磨され、当該３支持点間隙の全ての間隙が無くなるまで研磨する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平坦度に仕上げられたラッピング定盤に研磨砥粒を用いて半導体基板の研磨を行う研磨装置において、
前記ラッピング定盤上で研磨する前記半導体基板が装着された共用ツールを固定する基準プレートと、
前記基準プレートが前記ラッピング定盤に設置される際に前記基準プレートに３点支持されるとともに当該３点支持に対応して設けられる所定の空隙（以下、３支持点間隙という。）を有して配置される円環状の(or円環状部を有する)リテーナリングプレートと、
前記リテーナリングプレートに接着固定され前記半導体基板の研磨面位置を調節するためのリテーナリングと、前記３支持点間隙をそれぞれ設定する３個のマイクロメータヘッドと、を備え、前記半導体基板の研磨時に、前記３支持点間隙に応じて半導体基板がラッピング定盤に対して傾いて研磨され、当該３支持点間隙の全ての間隙が無くなるまで研磨することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記マイクロメータヘッドは、前記基準プレートに３等配されて配置され、当該基準プレートと前記リテーナリングプレートとの支持点間隙を調節して前記半導体基板の研磨面位置を調整することを特徴とする研磨装置
【請求項３】
前記３支持点の間隙は、研磨面に相当する平面の平坦度を予めマスタープレートの基準面を用いて校正後、前記リテーナリングの基準面及び半導体基板の研磨面で構成される平面の平坦度を調整するとともに３支持点の所定の間隙をＢＯＷ形状によるＢＯＷ量に加えて２μｍ〜３μｍ大きく調整することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置
【請求項４】
前記リテーナリングと半導体基板の研磨レートが同一もしくは、半導体基板の方が高いことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置
【請求項５】
所定の平坦度に仕上げられたラッピング定盤に研磨砥粒を用いて半導体基板の研磨を行う研磨方法において、
前記ラッピング定盤上で研磨される前記半導体基板を基準プレートに固定し、
前記半導体基板をラッピング定盤に対して配置する際に、当該ラッピング定盤に対し前記半導体基板の研磨面位置を調節する円環状部を前記基準プレートと３点にて所定の間隙を設けて支持し、
前記基準プレートが前記ラッピング定盤に設置される際に、前記基準プレートに３点支持される円環状部が当該３支持点に対応して前記基準プレートと所定の空隙（以下、３支持点間隙という。）を有して配置され、
前記半導体基板の研磨時に、前記３支持点間隙に応じて当該半導体基板が前記ラッピング定盤に対して傾いて研磨され、前記３支持点間隙の全ての間隙が無くなるまで研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶基板の高効率の研磨技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーの低損失化、高性能化されたパワーデバイスは消費電力の大幅節減に直接寄与するため、多くの分野で利用されている。現在、パワーデバイスにはシリコン基板を用いたものが利用されているが、シリコンの有する材料特性により、シリコンへ微細な加工を施すことによるパワーデバイスのさらなる高性能化には限界がある。特に、高温等の条件下ではシリコンは使用できないため、シリコンに代わる材料が必要となってきた。
【０００３】
シリコンに代わる材料として、例えばＳｉＣ（炭化珪素）があるが、ＳｉＣの禁制帯幅はシリコンの禁制帯幅の３倍であるので、シリコンよりも高温条件下で使用できる。また、絶縁破壊電界についてはシリコンの約10倍であるため、小型化も可能である。さらに熱伝導度についてはシリコンの約３倍であり、放熱性に優れ、冷却されやすいという利点もある。このようにＳｉＣは優れた特性を有することから、ＳｉＣ基板はシリコン基板に変わるパワーデバイス用半導体基板として注目されている。
【０００４】
ところで、ＳｉＣ基板をパワーデバイスとして使用するには、その表面を研磨する必要がある。最終研磨工法としては、軟らかいポリシャとダイヤモンド砥粒によるポリッシュ、または軟らかいポリシャとＳｉＯ2（コロイダルシリカ）を含む懸濁液を用いた研磨工法でポリシャの軟らかいものでポリッシュすれば、ポリシャの弾性で半導体基板の全面が沈み込んで全面研磨される研磨工法が、現在一般的に使用されている。しかし最近注目されているのがより加工レートの高い酸化クロム砥粒を使用したMCP（機械的化学的研磨）研磨工法である。この工法は被研磨物と研磨砥粒との間に固相反応を引き起こされることで加工が進行していくことが開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開平７−８０７７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような固相反応を生じさせるためには、被研磨材料とポリッシング定盤とをある程度以上の圧力で接触させる必要がある。しかしながら、最終研磨工程における被加工物の厚さは、一般的に５００μｍ以下となっていることや、さらに、ＳｉＣのような高硬度材料は前工程であるラッピング工程・スライシング工程・グラインディング工程においてＢＯＷなどの平坦度を高精度に仕上げることが難しいため、２インチ基板においても１０〜３０μｍのＢＯＷ形状となることがほとんどであり、このような状態の被加工物を、前述の特許文献１にあるように、ビッカースズ硬さが１０００〜２０００の材料を使用したポリッシング定盤に高圧で押し付けた場合、本来の目的である高精度研磨を実現する前に基板の破損という初歩的な問題が発生する危険性が高い。
【０００６】
ここで使うＢＯＷとは、半導体基板の形状をあらわす指標として使われる国際規格で、簡単に説明すると、基板をフリー状態（裏面を吸着したり、接着保持しな状態）において、基板表面の任意の３点を通る平面と基板表面の中心点との最短距離のことを言う。
【０００７】
また、前述の特許文献２にあるように、ポリッシング定盤として、繊維材料や樹脂材料からなる研磨布を使用することで、基板の破損は低減できると思われるが、高硬度材料の研磨において、最も問題視される加工レートに難があるといえる。また、長時間の加工においては、やわらかい研磨布の摩耗により、加工レートが著しく低下すると予測される。
【０００８】
さらに、図８は、ビッカーズ硬さが１０００〜２０００の材料をポリシャ２３に使用した研磨方法であって、ポリシャ２３の弾性がほとんどないため、半導体基板６がポリシャ２３に対し、沈み込まないため、傾いた状態で加工が進み、半導体基板６の厚みにばらつきが生じてしまうことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の研磨装置は、所定の平坦度に仕上げられたラッピング定盤に研磨砥粒を用いて半導体基板の研磨を行う研磨装置において、前記ラッピング定盤上で研磨する前記半導体基板が装着された共用ツールを固定する基準プレートと、前記基準プレートが前記ラッピング定盤に設置される際に前記基準プレートに３点支持されるとともに当該３点支持に対応して設けられる所定の空隙（以下、３支持点間隙という。）を有して配置される円環状の(or円環状部を有する)リテーナリングプレートと、
前記リテーナリングプレートに接着固定され前記半導体基板の研磨面位置を調節するためのリテーナリングと、前記３支持点間隙をそれぞれ設定する３個のマイクロメータヘッドと、を備え、前記半導体基板の研磨時に、前記３支持点間隙に応じて半導体基板がラッピング定盤に対して傾いて研磨され、当該３支持点間隙の全ての間隙が無くなるまで研磨することを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明の研磨方法は、所定の平坦度に仕上げられたラッピング定盤に研磨砥粒を用いて半導体基板の研磨を行う研磨方法において、前記ラッピング定盤上で研磨される前記半導体基板を基準プレートに固定し、前記半導体基板をラッピング定盤に対して配置する際に、当該ラッピング定盤に対し前記半導体基板の研磨面位置を調節する円環状部を前記基準プレートと３点にて所定の間隙を設けて支持し、前記基準プレートが前記ラッピング定盤に設置される際に、前記基準プレートに３点支持される円環状部が当該３支持点に対応して前記基準プレートと所定の空隙（以下、３支持点間隙という。）を有して配置され、前記半導体基板の研磨時に、前記３支持点間隙に応じて当該半導体基板が前記ラッピング定盤に対して傾いて研磨され、前記３支持点間隙の全ての間隙が無くなるまで研磨することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、本発明によれば、５００μｍ以下の厚さの化合物半導体基板を破損することなく高効率で加工でき、さらに、基板内の平行度と面粗さを均一に仕上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明における化合物半導体基板の研磨装置及び研磨方法の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の片面研磨装置の概略図である。図２は、本発明の片面研磨装置に付属する研磨治具２５の平面図である。図３は、本発明の研磨装置に付属する研磨治具２５の正面図である。
【００１４】
反時計方向に回転するラッピング定盤２の上に研磨治具２５をのせ、治具強制駆動装置４で発生させた回転力をベルト２４を介した駆動ローラ３に伝達し研磨治具２５を反時計回りで回転させリテーナリング１の内部にある半導体基板６（図３に記載）を研磨する。
【００１５】
ラッピング定盤２は、銅製のものを用い、５０ｒｐｍで反時計方向に回転させ、ラッピング定盤２の表面は、平坦度１μｍ以内にフェーシング装置等で平坦に仕上げられており、そして、砥粒は、ダイヤモンドスラリー（粒径２〜４μｍ）をラッピング定盤表面に埋め込んだものを使用し、スラリーは、ダイヤモンドスラリーの粒径２〜４μｍを使用し、ラッピング定盤上に毎秒１滴の量を滴下した。ラッピングとは、ポリッシャー（ここでいうラッピング定盤）の形状を被加工物に転写する加工方法のことである。
【００１６】
本実施例においては、平坦度が１μｍ程度（通常は、０．５μｍ〜１μｍ）に仕上げられたラッピング定盤２と半導体基板６の間をダイヤモンドスラリーが転がるうちに、ラッピング定盤側には固定砥粒としてダイヤモンドが埋め込まれているので影響が少ないが、半導体基板側は、ダイヤモンドよりやわらかい材質であるため、ラッピング定盤２の形状をなぞりながら、転がるダイヤモンドの影響で表面の凸部がゆっくりと削りとられていき、最終的にラッピング定盤２と半導体基板６が同じ形状に近づいていく。つまり、ラッピング定盤２の表面形状が半導体基板６に転写される。ラッピング定盤２の平坦度を１μｍ程度（通常は、０．５μｍ〜１μｍ）に確保しておけば、半導体基板６の平坦度を同程度まで修正することが可能である。
【００１７】
図２で研磨治具２５は、基準プレート１０にマイクロメータヘッド１３とシャフト９を備え、マイクロメータヘッド１３とシャフト９は、全体のバランスを考慮し、６等配の位置に設置されている。
【００１８】
図３は、研磨治具２５の主要な構成を構成を示すもので、半導体基板６が接着された共用ツール７を固定する基準プレート１０、半導体基板６の研磨面位置を調整する円環状のリテーナリング１、基準プレート１０に設けられる孔を通すシャフト９（リテーナリングプレート８に固定される）を有しリテーナリング１を固着する円環状のリテーナリングプレート８、半導体基板６を押圧するためのおもり１１、支持点１５部の間隙を調整するためのマイクロヘッド１３などよりなる。
【００１９】
リテーナーリング１は、ラッピング定盤２の上に配置し、ラッピング定盤２と接し合うことで、基準となりラッピング定盤２の平面をリテーナーリング１が支えることになる。リテーナーリング１とリテーナーリングプレート８は、強固に接着（Ａ部）されている。共有ツール７は、半導体基板６を貼付固定する部材で、共有ツール７は、基準プレート１０に固定され、基準プレート１０は、３つのマイクロメータヘッド１３（図３では、１つしかしていない。）を介して、リテーナーリングプレート８の上に配置し、リテーナリング１の基準となる基準面５と半導体基板６の面の傾斜及び高さを調整することができる。３つのシャフト９（図３では、１つしかしていない。）は、基準プレート１０とリテーナーリングプレート８の回転留めとした。トップシャフト１２は、半導体基板６に面圧を加えるウェイト１１の位置決めを行うことができる。
【００２０】
図４は、本発明の片面研磨装置の研磨治具２５を調整する研磨治具平坦度調整機２６の正面詳細図である。マスタープレート２２は、平面度０．５μｍ以下に作られており、研磨治具平坦度調整機の基準となる。研磨治具平坦度調整機の校正は、３等配の位置に配置された基準点１６の上にマスタープレート２２をのせ、３等配に配置された変位計１７の測定子２１がマスタープレート２２によって押され指示針１９がある位置で止まる。この位置は、マスタープレート２２を搭載した場合の基準位置（０目盛位置）となりこの位置に校正するために調整する。即ち、調整は変位計１７の目盛板１８を目盛板回転（Ｒ）でもって矢印の方向に回し、０目盛２０に指示針１９が重なり合うようにあわせる。この方法で、３等配に配置された変位計１７をすべて０目盛２０に指示針１９が重なり合うようにあわせ校正は完了する。調整後は、３点の測定点２１で構成する面は、マスタープレート２２の基準面の平坦度に校正されることになる。
【００２１】
また、図５は、本発明の片面研磨装置の研磨治具を調整する研磨治具平坦度調整機２６の平面図である。測定子２１と基準点１６は、3等配に配置され、固定された基準点１６で基準となるマスタープレート２２及び研磨治具２５を3点で安定に支えることができる。変位を検出する測定子２１は、基準点１６からの変位を測定することができる
次に、マスタプレート２２を研磨治具平坦度調整機２６から降ろし、研磨治具２５を研磨治具平坦度調整機２６の上にのせ、変位計１７を見ながらマイクロメータヘッド１３を回し研磨治具２５の研磨面位置を調整する。
【００２２】
図６は、研磨量の調整を説明する図である。
【００２３】
リテーナリング１の基準面５と半導体基板６は、マイクロメータヘッド１３を左に回転させるとリテーナリング１の基準面５より下方向に突出するように半導体基板６を調整することが出来る。また、マイクロメータヘッド１３を右に回転させると基準面５より上方向位置に半導体基板６を調整することが出来る。即ち、マイクロメータヘッド１３を回転することにより、基準面５に対して研磨すべき半導体基板６の上下位置を調整することができる。
【００２４】
研磨量の調整で基準面５と半導体基板６の位置調整は、リテーナーリング１と半導体基板６の研磨レートにより、選択する必要がある。リテーナーリング１と半導体基板６の研磨レートを同じにするためには、両者の硬度と研磨面積を同じにするか、もしくは、硬度が低い方の面積を広くすることで研磨レートを同等とすることができる。このような場合、図６（Ｂ）に示すように、マイクロメータヘッド１３を回し基準５と半導体基板６の高さを同じとし、変位計１７の目盛板１８にて、０の位置に設定調整する。この場合は、半導体基板６とリテーナリング１の基準面５とは同量に研磨されることになる。
【００２５】
半導体基板６の方が研磨レートが高い場合（半導体基板６の方がリテーナリング１より柔らかい場合）、図６（Ａ）に示すように、半導体基板６の位置をリテーナーリング１の基準面５より下位置で設定調整しマイクロメータヘッド１３の回転を固定するためのクランプ１４にて、固定する。
【００２６】
３支持点の隙間の調整は、共用ツール７に接着された状態において約２０μｍのＢＯＷ状態（うねり状態）にある場合、２０μｍ（ＢＯＷの量）＋２〜３μｍ（追加研磨量）＝２２〜２３μｍの隙間を空けるように調整する。
【００２７】
半導体基板６を共用ツール７に接着して平行平坦研磨される状態について説明する。図1に示すように調整された研磨治具２５を片面研磨装置に取り付ける。研磨治具２５は、ラッピング定盤２の上におき、駆動ローラ３に押し当てるようにセットする。治具強制駆動装置４を動作させることで、駆動ローラ３が回転し、研磨治具２５全体が回転する。半導体基板６は共用ツール７に接着された状態において約２０μｍのＢＯＷ状態にある。
【００２８】
図７は、研磨時の間隙状態を説明する図である。
【００２９】
研磨治具２５が研磨装置に取り付けられると、リテーナリング１の基準面５がラッピング定盤２に接して研磨治具２５を支持する。リテーナリングプレート８に固定設置されるシャフト９を導く基準プレート１０側の孔は、シャフト９の径より若干大きくしているので、共用ツール７に接着される半導体基板６の研磨面が平坦度に対応してラッピング定盤２に対して傾いて研磨できる。
【００３０】
研磨開始初期状態では、半導体基板６がラッピング定盤２に接し、ラッピングが始まる。研磨レートが半導体基板６の方が高い場合支持点１５は、隙間が開いた状態（Ｂ部）で研磨治具２５の回転で半導体基板６が接触し、研磨される。即ち、研磨初期は、基準プレート１０と支持点１５の間は、所定の隙間が存在するように設定され、ある程度、研磨が進むと３支持点のいずれか１点が接触（Ｃ部）し、半導体基板６が傾いて研磨されるが、接触した部分に対応する半導体基板６の部位は、それ以上研磨されないので、それ以上、傾かないように傾斜を停止させる作用がある。この停止作用で傾斜を規制しながら加工が進み、３支持点すべてに隙間がなくなると基板内の平行度と面粗さを均一に仕上げることが可能となる。
【００３１】
さらに、半導体基板６とリテーナーリング１の研磨レートが同じの場合、（図示していない。）リテーナーリング１が研磨されると同時に半導体基板６も高いところから自然に研磨され、基板内の平行度と面粗さを均一に仕上げることが可能となる。
【００３２】
次に、研磨治具２５を研磨装置から下ろし、共用ツール７を取り外し、超音波洗浄等で洗浄し、共有ツール７は、半導体基板６を接着したままメカノケミカル研磨装置（図示せず）へ装着し、半導体基板６の面粗さをさらに向上させるために、メカノケミカル研磨を実施する。以上、説明したように、本発明の研磨装置を用いて、所定の３支持点間隙を設けて半導体基板６を傾斜して研磨することにより加工レートと所定の平坦度（０．５μｍ〜１μｍ）を高能率に実施でき、更に精密な仕上げ研磨のためのメカノケミカル研磨の前工程としての使用に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかる化合物半導体基板のメカノケミカル研磨工法は従来の加工法と比べ５００μｍ以下の薄い基板を安全に高効率かつ高精度にメカノケミカル研磨加工でき、化合物半導体基板の製造方法として非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における研磨装置の概略図
【図２】本発明の実施例１における研磨装置の研磨治具の平面図
【図３】本発明の実施例１における研磨装置の研磨治具の正面図
【図４】本発明の実施例１における研磨装置の研磨治具の調整に用いる研磨治具平坦度調整機の概略正面図
【図５】本発明の実施例１における研磨装置の研磨治具の調整に用いる研磨治具平坦度調整機の概略平面図
【図６】本発明の実施例１における研磨装置の研磨治具の調整を説明するための図
【図７】本発明の実施例１における研磨装置の研磨状態を説明する図
【図８】従来技術の課題を説明する図
【符号の説明】
【００３５】
１  リテーナーリング
２  ラッピング定盤
３  駆動ローラ
４  治具強制駆動装置
５  基準面
６  半導体基板
７  共有ツール
８  リテーナーリングプレート
９  シャフト
１０  基準プレート
１１  ウエイト
１２  トップシャフト
１３  マイクロメータヘッド
１４  クランプ
１５  支持点
１６  基準点
１７  変位計
１８  目盛板
１９  指示針
２０  ０目盛
２１  測定子
２２  マスタープレート
２３  ポリシャ
２４  ベルト
２５  研磨治具
２６  研磨治具平坦度調整機
【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】
2007061975.tif 000009
【図８】
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