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技術 半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハ

出願人 日立電線株式会社
発明者 池田健谷毅彦植松鋭
出願日 2000年1月18日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-013942
公開日 2001年7月24日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2001-198812
状態 未査定
技術分野 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 結晶、結晶のための後処理 洗浄、機械加工
主要キーワード GaAs半導体 スライス装置 MESFET 鏡面研磨処理 貼付プレート 表面平坦度 受発光デバイス GaAs化合物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年7月24日)のものです。
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図面 (1)

課題

鏡面研磨装置により半導体結晶スライスウェハ鏡面研磨することにより鏡面研磨半導体結晶ウェハを製造するとき、その鏡面研磨に用いた研磨布使用寿命を顕著に延ばすことができ、それによって鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質歩留生産性を顕著に改善することができる半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハを提供すること。

解決手段

粗研磨半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨装置の貼付プレート上に貼付けてから該粗研磨半導体結晶スライスウェハへ研磨布を貼り付けた定盤を接触させ、然る後研磨液をかけながらメカノケミカル研磨することによって鏡面研磨半導体結晶ウェハとする半導体結晶ウェハの研磨方法において、前記貼付プレートとして下記式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを用いることを特徴とする半導体結晶ウェハの研磨方法。

概要

背景

半導体結晶ウェハ、例えばシリコンウェハ化合物半導体結晶ウェハ等は半導体デバイスベース半導体結晶ウェハとして大量に生産されるようになってきている。

これらのうち化合物半導体結晶ウェハは、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)、受発光デバイス等の半導体デバイスのベース半導体結晶ウェハとして広く用いられている。

これら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)、受発光デバイス等の半導体デバイスの能動層は、表面を鏡面研磨した化合物半導体結晶ウェハの鏡面上に分子線エピタキシャル成長MBE法)、有機金属気層エピタキシャル成長(MOVPE法)等により作成されるようになっている。

さて、表面を鏡面研磨した化合物半導体結晶ウェハ、例えばGaAs半導体結晶ウェハは、一般に次のような手順により製造されている。

まず、略円柱状のGaAs半導体結晶インゴットを製造する。

次に、そのGaAs半導体結晶インゴットをスライス装置によりスライスすることにより、GaAs半導体結晶スライスウェハ切り出す。

次に、このGaAs半導体結晶スライスウェハを粗研磨装置に装着し、#800〜#3000のアルミナ砥粒を用いて粗研磨する。

この粗研磨によりGaAs半導体結晶スライスウェハは、その平坦性が高められる。

次に、この粗研磨したGaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨装置の高精度の表面平坦度を持つように仕上られた貼付プレート上にワックス等を用いて貼付ける。

次に、研磨布として表面に多孔質層を有するものを用い、また研磨液として次亜塩素酸系水溶液臭素メタノール溶液コロイダルシリカ等のいずれかを用い、メカノケミカル研磨することにより、表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハとする。

なお、研磨布を貼った定盤にGaAs半導体結晶スライスウェハを貼付た貼付プレートを接触させ、メカノケミカル研磨を行う時、貼付プレートが定盤の回転により飛び回らないようにするためと、メカニカル研磨を行うようにするために貼付プレートの中心には荷重を加えるようになっている。

次に、このように表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハは、脱脂処理洗浄処理、極わずかなエッチング作用を有する洗浄液による洗浄処理、超純水による洗浄処理等を順次行う。

最後に、超純水による洗浄処理を行った鏡面研磨GaAs半導体結晶ウェハは、イソプロピルアルコール蒸気乾燥法又はスピン乾燥法によって乾燥することにより、表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハの完成品とする。

概要

鏡面研磨装置により半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨することにより鏡面研磨半導体結晶ウェハを製造するとき、その鏡面研磨に用いた研磨布の使用寿命を顕著に延ばすことができ、それによって鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質歩留生産性を顕著に改善することができる半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハを提供すること。

粗研磨半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨装置の貼付プレート上に貼付けてから該粗研磨半導体結晶スライスウェハへ研磨布を貼り付けた定盤を接触させ、然る後研磨液をかけながらメカノケミカル研磨することによって鏡面研磨半導体結晶ウェハとする半導体結晶ウェハの研磨方法において、前記貼付プレートとして下記式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを用いることを特徴とする半導体結晶ウェハの研磨方法。

目的

本発明はかかる点に立って為されたものであって、その目的とするところは前記した従来技術の欠点を解消し、鏡面研磨装置により半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨することにより鏡面研磨半導体結晶ウェハを製造するとき、その鏡面研磨に用いた研磨布の使用寿命を顕著に延ばすことができ、それによって鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質、歩留、生産性を顕著に改善することができる半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

粗研磨半導体結晶スライスウェハ鏡面研磨装置貼付プレート上に貼付けてから該粗研磨半導体結晶スライスウェハへ研磨布を貼り付けた定盤を接触させ、然る後研磨液をかけながらメカノケミカル研磨することによって鏡面研磨半導体結晶ウェハとする半導体結晶ウェハの研磨方法において、前記貼付プレートとして数1に示す(1)式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを用いることを特徴とする半導体結晶ウェハの研磨方法。

請求項

ID=000003HE=030 WI=061 LX=0295 LY=0850

請求項2

貼付プレートが、円形のものであることを特徴とする請求項1記載の半導体結晶ウェハの研磨方法。

請求項3

貼付プレートが、セラミックス製貼付プレートであることを特徴とする請求項1記載の半導体結晶ウェハの研磨方法。

請求項4

セラミックス製貼付プレートが、アルミナセラミックス製貼付プレートであることを特徴とする請求項3記載の半導体結晶ウェハの研磨方法。

請求項5

数1に示す(1)式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを具備する鏡面研磨装置を用いて鏡面研磨して成ることを特徴とする半導体結晶ウェハ。

請求項

ID=000004HE=030 WI=061 LX=0295 LY=1850

請求項6

半導体結晶ウェハが、IV族半導体結晶ウェハであることを特徴とする請求項5記載の半導体結晶ウェハ。

請求項7

半導体結晶ウェハが、III −V族化合物半導体結晶ウェハであることを特徴とする請求項5記載の半導体結晶ウェハ。

請求項8

半導体結晶ウェハが、II−VI族化合物半導体結晶ウェハであることを特徴とする請求項5記載の半導体結晶ウェハ。

請求項9

III −V族化合物半導体結晶ウェハが、GaAs化合物半導体結晶ウェハ若しくは半絶縁性GaAs化合物半導体結晶ウェハであることを特徴とする請求項7記載の半導体結晶ウェハ。

請求項10

II−VI族化合物半導体結晶ウェハが、InPであることを特徴とする請求項8記載の半導体結晶ウェハ。

技術分野

0001

本発明は半導体結晶ウェハ研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハに関するものである。

背景技術

0002

半導体結晶ウェハ、例えばシリコンウェハ化合物半導体結晶ウェハ等は半導体デバイスベース半導体結晶ウェハとして大量に生産されるようになってきている。

0003

これらのうち化合物半導体結晶ウェハは、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)、受発光デバイス等の半導体デバイスのベース半導体結晶ウェハとして広く用いられている。

0004

これら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)、受発光デバイス等の半導体デバイスの能動層は、表面を鏡面研磨した化合物半導体結晶ウェハの鏡面上に分子線エピタキシャル成長MBE法)、有機金属気層エピタキシャル成長(MOVPE法)等により作成されるようになっている。

0005

さて、表面を鏡面研磨した化合物半導体結晶ウェハ、例えばGaAs半導体結晶ウェハは、一般に次のような手順により製造されている。

0006

まず、略円柱状のGaAs半導体結晶インゴットを製造する。

0007

次に、そのGaAs半導体結晶インゴットをスライス装置によりスライスすることにより、GaAs半導体結晶スライスウェハ切り出す。

0008

次に、このGaAs半導体結晶スライスウェハを粗研磨装置に装着し、#800〜#3000のアルミナ砥粒を用いて粗研磨する。

0009

この粗研磨によりGaAs半導体結晶スライスウェハは、その平坦性が高められる。

0010

次に、この粗研磨したGaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨装置の高精度の表面平坦度を持つように仕上られた貼付プレート上にワックス等を用いて貼付ける。

0011

次に、研磨布として表面に多孔質層を有するものを用い、また研磨液として次亜塩素酸系水溶液臭素メタノール溶液コロイダルシリカ等のいずれかを用い、メカノケミカル研磨することにより、表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハとする。

0012

なお、研磨布を貼った定盤にGaAs半導体結晶スライスウェハを貼付た貼付プレートを接触させ、メカノケミカル研磨を行う時、貼付プレートが定盤の回転により飛び回らないようにするためと、メカニカル研磨を行うようにするために貼付プレートの中心には荷重を加えるようになっている。

0013

次に、このように表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハは、脱脂処理洗浄処理、極わずかなエッチング作用を有する洗浄液による洗浄処理、超純水による洗浄処理等を順次行う。

0014

最後に、超純水による洗浄処理を行った鏡面研磨GaAs半導体結晶ウェハは、イソプロピルアルコール蒸気乾燥法又はスピン乾燥法によって乾燥することにより、表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハの完成品とする。

発明が解決しようとする課題

0015

上記のように粗研磨したGaAs半導体結晶スライスウェハは鏡面研磨装置の貼付プレート上にワックス等を用いて貼付け、研磨布として表面に多孔質層を有するものを用い、更に研磨液として次亜塩素酸系水溶液、臭素−メタノール溶液、コロイダルシリカ等のいずれかを用いてメカノケミカル研磨することにより、表面を鏡面研磨したGaAs半導体結晶ウェハとするようになっている。

0016

しかしこの鏡面研磨において同じ研磨布を繰り返し使用すると、貼付プレートの中心側に貼り付けて鏡面研磨中のGaAs半導体結晶スライスウェハの表面には表面荒れが発生するようになる。そこで研磨布はGaAs半導体結晶スライスウェハの表面荒れが発生する前に新品交換するようになっている。

0017

換言すれば鏡面研磨に用いる研磨布はその使用回数が重なるに従い貼付プレートの中心側に貼り付けた半導体結晶スライスウェハの表面に荒れが発生するので、そのようになった研磨布は新品の研磨布と交換する。この貼付プレートの中心側に貼り付けた半導体結晶スライスウェハの表面荒れは次のようにして発生するものと考えられる。

0018

前述したように鏡面研磨装置により半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨するとき貼付プレートは回転定盤押しつけるが、その際その貼付プレートの中心には荷重を加えるようになっている。このように荷重を加えられた貼付プレートは撓み、特に貼付プレートの中心部近傍はその加工圧力が大きくなる。

0019

そして貼付プレートの中心部近傍に加工圧力が大きくなると、その貼付プレートの中心部近傍に位置する研磨布の表面多孔質層はそれ以外の所のところに比べて早く潰れてしまうことになる。ところでこの研磨布の表面多孔質層は研磨液を保持すると共に鏡面研磨する半導体結晶スライスウェハの表面に十分な研磨液を供給する役割を担っているものである。従って研磨布の表面多孔質層が潰れてしまうと、それにより研磨液の保持力が低下すると共に鏡面研磨する半導体結晶スライスウェハの表面への十分なる研磨液の供給ができなくなる。

0020

このように半導体結晶スライスウェハの表面への十分なる研磨液の供給ができなくと、半導体結晶スライスウェハの表面に対する化学作用が小さくなると共に機械作用が相対的に大きくなり、その結果半導体結晶スライスウェハの表面には研磨布で強く擦られた跡の表面荒れが発生するのである。

0021

つまり研磨布は、貼付プレートの中心部近傍に位置する部分の使用寿命が短く、逆に貼付プレートの中心部近傍より外れた部分の使用寿命が長いのである。このように貼付プレートの中心部近傍のみでも使用寿命が尽きれば、その研磨布は当然ながら新品と交換しなければならない。

0022

しかし、このように中心部近傍のみが使用寿命が尽きた研磨布であっても、中心部近傍以外の部分は使用寿命が十分残っている。従って中心部近傍のみが使用寿命が尽きた研磨布であっても、新品と交換するのは鏡面研磨生産性、鏡面研磨コストの点から得策ではない。

0023

即ち、このように研磨布を頻繁に新品と交換すれば鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質を向上させることができるが、その半面研磨布の交換作業時間のロス、半導体結晶ウェハの生産性の低下、研磨布のコストアップ等の難点が発生する。逆に、研磨布を新品と交換しないでできるだけ多く繰り返し使用したときには半導体結晶ウェハの品質、歩留、生産性がいずれも低下するという難点がある。

0024

本発明はかかる点に立って為されたものであって、その目的とするところは前記した従来技術の欠点を解消し、鏡面研磨装置により半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨することにより鏡面研磨半導体結晶ウェハを製造するとき、その鏡面研磨に用いた研磨布の使用寿命を顕著に延ばすことができ、それによって鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質、歩留、生産性を顕著に改善することができる半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハを提供することにある。

課題を解決するための手段

0025

本発明の要旨とするところは、次の2点にある。

0026

(1)粗研磨半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨装置の貼付プレート上に貼付けてから該粗研磨半導体結晶スライスウェハへ研磨布を貼り付けた定盤を接触させ、然る後研磨液をかけながらメカノケミカル研磨することによって鏡面研磨半導体結晶ウェハとする半導体結晶ウェハの研磨方法において、前記貼付プレートとして数1に示す(1)式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを用いることを特徴とする半導体結晶ウェハの研磨方法。

0027

0028

(2)数1に示す(1)式を満足する直径と厚さとを有する耐撓み性貼付プレートを具備する鏡面研磨装置を用いて鏡面研磨して成ることを特徴とする半導体結晶ウェハ。

0029

0030

本発明において貼付プレートとしては、円形のものであることが好ましい。

0031

本発明において貼付プレートとしては、セラミックス製貼付プレートであることが好ましい。ここにおいてセラミックス製貼付プレートとしては、アルミナセラミックス製貼付プレートであることが好ましい。

0032

本発明において半導体結晶ウェハとしては、IV族半導体結晶ウェハ、III −V族化合物半導体結晶ウェハ、II−VI族化合物半導体結晶ウェハ等であることが好ましい。

0033

本発明においてIII −V族化合物半導体結晶ウェハとしては、GaAs化合物半導体結晶ウェハ若しくは半絶縁性GaAs化合物半導体結晶ウェハであることが好ましい。

0034

本発明においてII−VI族化合物半導体結晶ウェハとしては、InPであることが好ましい。

0035

即ち、本発明者等は鋭意検討した結果、鏡面研磨した半導体結晶ウェハの研磨荒れを低減するには、貼付プレートの剛性を上げてその撓みを抑えることが最も有効であることを見い出し、本発明に至ったものである。換言すれば本発明者等は貼付プレートの撓み量を1μm以下にすれば貼付プレートの中心部近傍に位置する研磨布の使用寿命を顕著に延ばすことができることを見い出し、本発明に至ったものである。

0036

ここにおいて貼付プレートの撓み量を1μm以下にするには、貼付プレートの厚さを厚くすることによりその剛性を上げることが有効であり、そのために貼付プレートの直径と厚さとの関係式を数1に示す(1)式のように導き出したものである。

0037

発明を実施するための最良の形態

0038

次に、本発明の半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハの実施例について説明する。

0039

なお、この本発明の半導体結晶ウェハの研磨方法の実施例に用いた粗研磨半導体結晶スライスウェハは、直径φ4″の粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハである。

0040

また、この本発明の半導体結晶ウェハの研磨方法の実施例に用いた鏡面研磨装置は、直径φ360mmの貼付プレートを有するものである。

0041

この貼付プレートの厚さは、実施例と比較例とにより変えた。

0042

貼付プレート1枚当たりの研磨時間は5分間で行なった。

0043

更に、用いた研磨布は同一のロットNo.のものを使用した。

0044

実験は各々2回ずつ繰り返し行い、データはその2回の平均値をとった。

0045

(実施例1)まず、鏡面研磨装置の直径φ360mm、厚さ22.1mmの耐撓み性貼付プレート上に、直径φ4″の粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを5枚貼付けた。ここにおいて貼付プレートの厚さ22.1mmは、前述の(1)式より算出したものである。

0046

次に、その耐撓み性貼付プレートの中心に20kgf の荷重を加えた。

0047

次に、このようにセットした鏡面研磨装置を稼動させ、それにより粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨した。

0048

(実施例2)まず、鏡面研磨装置の直径φ360mm、厚さ25.3mmの耐撓み性貼付プレート上に、直径φ4″の粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを5枚貼付けた。ここにおいて貼付プレートの厚さ25.3mmは、前述の(1)式より算出したものである。

0049

次に、その耐撓み性貼付プレートの中心に30kgf の荷重を加えた。

0050

次に、このようにセットした鏡面研磨装置を稼動させ、それにより粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨した。

0051

(比較例1)まず、鏡面研磨装置の直径φ360mm、厚さ15.0mmの貼付プレート上に、直径φ4″の粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを5枚貼付けた。

0052

次に、その貼付プレートの中心に20kgf の荷重を加えた。

0053

次に、このようにセットした鏡面研磨装置を稼動させ、それにより粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨した。

0054

(比較例2)まず、鏡面研磨装置の直径φ360mm、厚さ15.0mmの貼付プレート上に、直径φ4″の粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを5枚貼付けた。

0055

次に、その貼付プレートの中心に30kgf の荷重を加えた。

0056

次に、このようにセットした鏡面研磨装置を稼動させ、それにより粗研磨GaAs半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨した。

0057

試験方法)試験方法は次の2方法により行った。

0058

a.研磨布の研磨荒れ発生時間(分)
上記の実施例1、実施例2、比較例1、比較例2のそれぞれの条件下で半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨したとき、得られた半導体結晶ウェハの表面に研磨荒れが発生し始めた研磨時間を求めた。

0059

b.研磨布の鏡面研磨枚数
上記の実施例1、実施例2、比較例1、比較例2のそれぞれの条件下で半導体結晶スライスウェハを鏡面研磨したとき、半導体結晶ウェハの表面に研磨荒れが発生するまでに鏡面研磨処理した半導体結晶スライスウェハの枚数を求めた。

0060

更に、この鏡面研磨処理した半導体結晶スライスウェハの枚数を、研磨布1枚当たりの半導体結晶スライスウェハの処理能力向上に換算した。

0061

(試験方法)表1はこれらの試験結果を示したものである。

0062

0063

表1から分かるようにプレート荷重(kg)から区分すると、実施例1と比較例1のプレート荷重(kg)が20kgであり、また実施例2と比較例2プレート荷重(kg)が30kgである。

0064

このため表1に示す実施例1の研磨荒れ発生時間(分)、処理枚数及び処理能力向上枚数は、比較例1に対比したものである。同様に、表1に示す実施例2の研磨荒れ発生時間(分)、処理枚数及び処理能力向上枚数は、比較例2に対比したものである。

0065

表1から分かるように本発明の実施例1及び実施例2の半導体結晶ウェハの研磨方法によれば、従来の比較例1及び比較例2に対比して格段に研磨荒れ発生時間が長く、鏡面研磨処理枚数が多く、それらにより研磨布1枚当たりの鏡面研磨処理能力向上枚数が多くすることができた。

発明の効果

0066

本発明の半導体結晶ウェハの研磨方法及びその研磨方法で得られた半導体結晶ウェハによれば、鏡面研磨装置の貼付プレート上に掛ける荷重を最適に設定することができ、それにより研磨布の使用寿命と1枚当たりの鏡面研磨処理能力とを顕著に向上でき、その結果鏡面研磨半導体結晶ウェハの品質、歩留、生産性を顕著に向上できるものであり、工業上有用である。

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