(57)【要約】【課題】  所望の厚さの半導体ウェハを精度よく得ることができる半導体ウェハ用キャリア及びそれを用いた半導体ウェハ表面の研磨方法を提供するものである。【解決手段】  本発明に係る半導体ウェハ用キャリア２０は、キャリア本体２１に形成されたウェハ収納ホール２２に、両面研磨すべき半導体ウェハ２３が収納保持されるものであり、キャリア本体２１の厚さt1を、半導体ウェハ２３の研磨目標厚さと同じ厚さに設けたものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア本体に形成されたウェハ収納ホールに、両面研磨すべき半導体ウェハが収納保持される半導体ウェハ用キャリアにおいて、上記キャリア本体の厚さを、上記半導体ウェハの研磨目標厚さと同じ厚さに設けたことを特徴とする半導体ウェハ用キャリア。
【請求項２】
上記キャリア本体は、上記半導体ウェハよりも高硬度の材料で構成された請求項１記載の半導体ウェハ用キャリア。
【請求項３】
上記キャリア本体が、エポキシ樹脂をガラス繊維で強化した繊維強化樹脂で構成された請求項１又は２記載の半導体ウェハ用キャリア。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の半導体ウェハ用キャリアを用いた半導体ウェハ表面の研磨方法であって、
厚さt1の上記キャリア本体の、ウェハ収納ホール内に、厚さt0（＞t1）の両面研磨すべき半導体ウェハをセットする工程と、
そのキャリア本体の上面及び下面に研磨部材を摺接させると共に、キャリア本体と各研磨部材の間に研磨剤を供給して半導体ウェハの両面研磨を行う工程とを備え、
厚さt0の半導体ウェハを、厚さt1に形成することを特徴とする半導体ウェハ表面の研磨方法。
【請求項５】
上記両面研磨工程が、ポリッシュ加工である請求項４記載の半導体ウェハ表面の研磨方法。
【請求項６】
上記両面研磨工程が、ラップ加工である請求項４記載の半導体ウェハ表面の研磨方法。
【請求項７】
砥粒と有機溶剤で構成される研磨剤を用い、湿式で両面研磨を行う請求項４から６いずれかに記載の半導体ウェハ表面の研磨方法。
【請求項８】
砥粒のみで構成される研磨剤を用い、乾式で両面研磨を行う請求項４から６いずれかに記載の半導体ウェハ表面の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの表面研磨に用いるキャリア及びそれを用いた表面研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体は、ショットキーゲート電界効果トランジスタ（MESFET）、高移動度トランジスタ（HEMT）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）、種々の受発光デバイスなどの製作に用いられている。これらの素子の能動層は、分子線エピタキシャル成長（MBE）法、有機金属気相エピタキシャル成長（MOVPE）法、及びイオン打ち込み法などにより、鏡面ウェハ表面に単結晶層を成長させることで作製される。
【０００３】
鏡面ウェハは、例えば次の手順で作製される。先ず、結晶インゴットをスライスすることで半導体ウェハが切り出される。その後、このスライスされたウェハに、♯800〜3000のアルミナ砥粒を用いてラップ加工（ラッピング）を施すことで、ウェハ表面に残留するソーマークが除去されると共に、ウェハの平坦性が高まる。その後、研磨液として次亜塩素酸系水溶液や、次亜塩素酸水溶液と砥粒（シリカ、アルミナ、ジルコニウム）の混合液、研磨布として表面に多孔質層を有する布を用い、ラップ加工後のウェハにメカノケミカル研磨によるポリッシュ加工（ポリッシング）を施し、ウェハ表面の鏡面仕上げがなされる。
【０００４】
次に、ウェハ表面の脱脂洗浄を行った後、ごく僅かなエッチング量のメカノケミカル研磨を再度行い、ウェハ表面のさらなる鏡面仕上げがなされる。その後、再度ウェハ表面の脱脂洗浄を行った後、そのウェハを、ごく僅かなエッチング作用を有する洗浄液、超純水を用いて順次洗浄した後、最後に乾燥させることで、鏡面ウェハが得られる。
【０００５】
ここで、ウェハの平坦性を高めるラップ加工、ウェハ表面を鏡面に仕上げるポリッシュ加工などの研磨方法として、次のような方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２８９６号公報
【特許文献２】実開平５−８６４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、両面を鏡面仕上げした（両面ミラー仕様の）GaAsウェハでは、ラッピングと１次ポリッシングをウェハ両面に対して同時に行うことで、ウェハが所望の厚さに形成される。この時、ウェハを所望の厚さに形成するためには、加工速度を正確に把握することが重要となる。加工速度は、研磨液の濃度、温度、又は流速、ラップ定盤（又は研磨布）の状態や使用頻度などの加工諸条件に大きく依存している。
【０００８】
ところが、これらの加工諸条件は、非常に変化、変動しやすいため、加工速度を一定に保つことは困難である。このため、両面ラッピング又は両面ポリッシングにおいて、高い厚さ精度を得ることは非常に困難である。
【０００９】
ラッピング中、ラップ定盤間の高さを測定する定寸装置を用いることで、加工速度を測定する両面ラップ装置がある。しかしながら、ラップ定盤の回転ぶれなどによって、ラップ定盤間の高さの測定値に大きなばらつきが生じる。このため、定寸装置は、加工速度を把握するための目安にとどまっており、正確に加工速度を把握することはできない。
【００１０】
また、ポリッシングにおいては、研磨布の半導体ウェハに摺接する部分が、その弾性により撓み、変形することから、定寸装置は役に立たない。このため、ポリッシングを行う際は、その直前に行ったポリッシングの研磨結果をフィードバックすることで、加工速度を予測し、研磨時間を決定している。しかしながら、加工諸条件には微小なばらつきがあることから、直前に行ったポリッシングと、これから行うポリッシングの加工速度が全く同じになることはない。よって、ポリッシングの加工速度を正確に把握することはできない。
【００１１】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、所望の厚さの半導体ウェハを精度よく得ることができる半導体ウェハ用キャリア及びそれを用いた半導体ウェハ表面の研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成すべく本発明に係る半導体ウェハ用キャリアは、キャリア本体に形成されたウェハ収納ホールに、両面研磨すべき半導体ウェハが収納保持される半導体ウェハ用キャリアにおいて、キャリア本体の厚さを、半導体ウェハの研磨目標厚さと同じ厚さに設けたものである。
【００１３】
ここで、キャリア本体は、半導体ウェハよりも高硬度の材料で構成されることが好ましい。また、キャリア本体は、エポキシ樹脂をガラス繊維で強化した繊維強化樹脂で構成されることが好ましい。
【００１４】
一方、本発明に係る半導体ウェハ表面の研磨方法は、前述した半導体ウェハ用キャリアを用い、
厚さt1のキャリア本体の、ウェハ収納ホール内に、厚さt0（＞t1）の両面研磨すべき半導体ウェハをセットする工程と、
そのキャリア本体の上面及び下面に研磨部材を摺接させると共に、キャリア本体と各研磨部材の間に研磨剤を供給して半導体ウェハの両面研磨を行う工程とを備え、
厚さt0の半導体ウェハを、厚さt1に形成するものである。
【００１５】
ここで、両面研磨工程が、ポリッシュ加工又はラップ加工である。
【００１６】
砥粒と有機溶剤で構成される研磨剤を用い、湿式で両面研磨を行ってもよい。また、砥粒のみで構成される研磨剤を用い、乾式で両面研磨を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、所望の厚さの半導体ウェハを精度よく得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
両面ラッピング又は両面ポリッシングにおいて、高い厚さ精度（加工精度）を得ることができない主な原因は、加工諸条件にばらつきがあり、かつ、加工諸条件を一定に保つことが非常に難しいことにある。したがって、高い加工精度を得るためには、加工諸条件の影響を全く受けない方法を採用する必要がある。
【００２０】
半導体ウェハ用キャリアの本体厚さは、原則的に、半導体ウェハの研磨目標厚さよりも薄く形成される。なぜなら、半導体ウェハは、キャリアの本体厚さよりも薄く形成することができないためである。この原則を踏まえて本発明者らが鋭意研究した結果、ウェハの両面加工に用いる半導体ウェハ用キャリアの本体厚さを、半導体ウェハの研磨目標厚さと同じ厚さにすることで、所望の厚さの半導体ウェハを精度よく得ることができることを見出した。
【００２１】
本発明の好適一実施の形態に係る半導体ウェハ用キャリアの断面図を図２に示す。
【００２２】
図２に示すように、本実施の形態に係る半導体ウェハ用キャリア２０は、円板状のキャリア本体２１に、ウェハ収納ホール２２を形成したものである。このウェハ収納ホール２２に、両面研磨すべき半導体ウェハ２３（厚さ＝t0）が収納保持される。キャリア本体２１の厚さt1（＜t0）は、半導体ウェハ２３の研磨目標厚さと同じ厚さに設定される。
【００２３】
キャリア本体２１は、半導体ウェハよりも高硬度で、耐摩耗性に優れた材料で構成される。例えば、キャリア本体２１は、エポキシ樹脂などの硬質樹脂を繊維やウィスカ（例えば、ガラス繊維）で強化した繊維強化樹脂で構成される。ここで、キャリア本体２１の硬度が半導体ウェハの硬度未満だと、研磨工程中にキャリア本体２１自体が研磨されて摩耗してしまい、所望の厚さの半導体ウェハを精度よく得ることができなくなってしまう。
【００２４】
半導体ウェハ２３としては、特に限定するものではなく、III−V族化合物半導体ウェハ、II−VI族化合物半導体ウェハなどの半導体ウェハとして慣用的に用いられているものが全て適用可能であり、例えば、III−V族化合物半導体としてGaAs、半絶縁性GaAsなどが挙げられる。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る半導体ウェハ表面の研磨方法を説明する。
【００２６】
本実施の形態に係る半導体ウェハ表面の研磨方法は、図２に示した半導体ウェハ用キャリア２０を用いて行う。
【００２７】
具体的には、先ず、図２に示すように、厚さt0の両面研磨すべき半導体ウェハ２３が、厚さt1のキャリア本体２１のウェハ収納ホール２２内にセットされる。ここで、半導体ウェハ２３の厚さt0はキャリア本体２１の厚さt1よりも厚いため、図３に示すように、半導体ウェハ２３の一部がウェハ収納ホール２２から突出し、突出部３１，３１を形成する。
【００２８】
次に、図１に示すように、半導体ウェハ２３が収納保持された少なくとも１個（図１中では４個を図示）のキャリア本体２１の上面及び下面に、円板状の上部定盤１１（研磨部材）及び下部定盤１２（研磨部材）が配置される。上部定盤１１及び下部定盤１２の各摺接面にはそれぞれ研磨布１５が配設されており、これらの研磨布１５とキャリア本体２１の上面及び下面がそれぞれ当接する。各定盤１１，１２にはそれぞれ回転軸１３，１４が設けられており、各回転軸１３，１４にはそれぞれ駆動手段（図示せず）が接続される。
【００２９】
この駆動手段を駆動させることで、上部定盤１１及び下部定盤１２が回転し、キャリア本体２１が自転並びに公転する。この時、キャリア本体２１と各研磨布１５，１５の間に研磨剤（図示せず）を供給することで、半導体ウェハ２３の両面研磨がなされ、ポリッシュ加工やラップ加工が行われる。研磨剤として砥粒と有機溶剤で構成されるものを用い、湿式で両面研磨を行ってもよい。また、研磨剤として砥粒のみで構成されるものを用い、乾式で両面研磨を行ってもよい。湿式は加工量が多いため、ラップ加工及びポリッシュ加工の両方に適用可能である。これに対して、乾式は加工量が少ないが、得られる研磨面の表面粗さが小さくなることから、仕上げ加工に適しており、ポリッシュ加工に用いるのが好ましい。
【００３０】
この両面研磨加工により、厚さt0の半導体ウェハ２３における突出部３１，３１が徐々に研磨され、消失する。これによって、キャリア本体２１と半導体ウェハ２３が面一になり、図４に示すように、厚さt1の半導体ウェハ２３が得られる。
【００３１】
ここで、研磨布１５としては、特に限定するものではなく、研磨加工用の布材として慣用的に用いられているものが全て適用可能であり、例えば、ポリウレタンが挙げられる。
【００３２】
砥粒としては、特に限定するものではなく、シリカ、ダイヤモンド、アルミナなどが使用可能である。また、有機溶剤としては、特に限定するものではなく、イソプロピルアルコール、メチルアルコール、エチルアルコール、アセトンなどが使用可能である。
【００３３】
以上より、本実施の形態に係る研磨方法では、キャリア本体２１の厚さt1を、半導体ウェハ２３の研磨目標厚さと同じ厚さに形成し、半導体ウェハ２３の両面研磨の際、キャリア本体２１と半導体ウェハ２３が面一になるまで研磨を行っている。半導体ウェハ２３は、キャリア本体２１の厚さよりも薄く形成されることはないため、所望の厚さ（＝t1）の半導体ウェハを得ることができる。
【００３４】
ところで、本実施の形態に係る研磨方法では、キャリア本体２１も研磨に晒されることから、本実施の形態に係る半導体ウェハ用キャリア２０は、キャリア本体２１を耐摩耗性が良好な材料で構成している。これによって、キャリア本体２１と半導体ウェハ２３が面一になるまで研磨を行っても、キャリア本体２１はほとんど摩耗することはない。その結果、研磨加工を繰り返し行ったとしても、所望の厚さの半導体ウェハを精度よく、かつ、再現性よく得ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る研磨方法では、特別な工程を新たに追加する必要がないことから、既設のラップ装置やポリッシュ装置に対しても適用することができ、工業的、経済的に有用である。
【００３６】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３７】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
エポキシ樹脂をガラス繊維で強化したガラス繊維強化エポキシ樹脂を用い、厚さ0.60ｍｍ、0.65ｍｍのキャリア本体をそれぞれ作製した。各キャリア本体は、内径100ｍｍのウェハ収納ホールを40個有しており、各ウェハ収納ホールに厚さ約700μｍ（0.7ｍｍ）のGaAsウェハをセットした。
【００３９】
GaAsウェハがセットされた各キャリア本体を、研磨機（浜井産業（株）製、16B両面ポリッシャ）にそれぞれセットした後、研磨布としてポリウレタンシートを、研磨剤として次亜塩素酸水溶液とシリカを混合したものを用い、各GaAsウェハに対して両面ポリッシュ加工を行った。両面ポリッシュ加工は、研磨速度を把握するために10minごとに研磨機を停止し、その都度、GaAsウェハの厚さを測定した。
【００４０】
キャリア本体にセットされた各GaAsウェハの研磨時間とウェハ厚さの関係を図５に示す。ここで、図５中の○印で結んだ線５１がキャリア本体の厚さが0.60ｍｍの場合を、△印で結んだ線５２がキャリア本体の厚さが0.65ｍｍの場合を示している。
【００４１】
図５に線５１で示すように、厚さが0.60ｍｍのキャリア本体にセットされた各GaAsウェハは、研磨時間が90minになっても、ウェハ厚さが研磨目標厚さ（0.60ｍｍ）よりも厚かった（約612μｍ（0.612ｍｍ））。このため、研磨時間90min以降においても、これらのGaAsウェハは平均研磨速度0.98μｍ/minで研磨され続けた。
【００４２】
これに対して、図５に線５２で示すように、厚さが0.65ｍｍのキャリア本体にセットされた各GaAsウェハは、研磨時間50minの時のウェハ厚さが約652μｍ（0.652ｍｍ）であり、研磨目標厚さ（0.65ｍｍ）にほぼ達していた。その結果、研磨時間50min以降（ウェハ厚さが約650μｍ付近）で研磨速度が急激に減少し、ほとんど研磨がなされなくなり、飽和状態となった。
【００４３】
このことから、GaAsウェハの研磨目標厚さと同じ厚さに形成したキャリア本体を用いて両面ポリッシュ加工を行うことで、研磨目標厚さのGaAsウェハが精度よく得られることが確認できた。
【実施例２】
【００４４】
［実施例１］と同様の条件で、各GaAsウェハに対して両面ラップ加工を行った。
【００４５】
両面ラップ加工の場合においても、［実施例１］の両面ポリッシュ加工と同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】半導体ウェハの両面研磨を行うための研磨装置の斜視図である。
【図２】本発明の好適一実施の形態に係る半導体ウェハ用キャリアの断面図である。
【図３】図２の半導体ウェハ用キャリアに半導体ウェハをセットした状態を示す断面図である。
【図４】両面研磨後の半導体ウェハ用キャリア及び半導体ウェハの断面図である。
【図５】キャリア本体にセットされた各GaAsウェハの研磨時間とウェハ厚さの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０  半導体ウェハ用キャリア
２１  キャリア本体
２２  ウェハ収納ホール
２３  半導体ウェハ
t1  キャリア本体の厚さ
【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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