JP5470081B2 - 化合物半導体基板の平坦化加工装置および平坦化加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード(Light Emitted Diode)やレーザ半導体チップに使用される化合物半導体基板の表面を研削加工して基板の厚みを減らし、更に、ラップ研磨加工して表面粗さＲａが数ナノ〜数十ナノの精密仕上げの基板を得るのに使用する化合物半導体基板の平坦化加工装置およびその装置を用いて化合物半導体基板の表面を平坦化加工する方法に関する。

発光ダイオードは、サファイアやＳ_ｉＣなどの脆弱な化合物半導体基板の表面にバッファ層（例えばＡｌＮ）を介して厚み２０〜２５０ナノの単結晶薄膜を形成させたものであり、単結晶薄膜としてＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが使用されている。

最近の単結晶薄膜形成技術では、５〜６０ナノの厚みの単結晶薄膜が得られる。よって、サファイア基板についても、その表面粗さＲａが数ナノ〜数十ナノの精密仕上げが要求される。基板の精密仕上げ加工方法としては、基板面と硬い定盤面に砥粒が挟まれ、両者面が相互に回転運動するときに砥粒が転がり運動するラッッピング加工（表面粗さ０．１〜２μｍ）、基板面と研磨パッド定盤面に砥粒が挟まれ、両者面が相互に回転運動するときに砥粒が研磨パッド定盤面に固定されてその切れ刃で微小切削を行うポリッシング加工（表面粗さ０．０１〜１μｍ）、石英ガラスやＡＢＳ樹脂定盤を用いるＭＣＰ（Mechano-Chemical Polishing）加工（表面粗さ０．００１〜０．１μｍ）、発泡ポリウレタンや不織布定盤を用いるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）加工（表面粗さ０．００１〜０．１μｍ）、ポリウレタンゴム微粒子駆動工具を用いるＥＥＭ（Elastic Emission Machining）加工（表面粗さ〜０．００２μｍ）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００５−２０５５４２号公報（特許文献１）は、サファイア基板を平均粒径０．６μｍのα型アルミナをエポキシ樹脂結合剤で結合した研磨砥石を用い、片面ポリッシング加工する方法を提案する。

また、特開２００１−１８１６０号公報（特許文献２）は、図３、図４に示すポリシャを有する水平方向に回転可能なラップ盤４、該ラップ盤のポリシャ上に設けられたラップ盤ポリシャ面３のコンディショニングを行なうコンディショナーリング１０、該コンディショナーリングの位置決め機構１１および回転駆動機構１２、前記コンディショナーリングならびにコンディショナーリングの位置決め機構および回転駆動機構の配列に対して対称の位置に設けられた一対のワーク（例えば、ＬＥＤガラス基板、半導体シリコンウエハ、セラミック基板）の加工ステーション位置決め機構１３、治具に取り付けられたワークに荷重をかけ、かつ、ポリシャ面上でワークを保持する一対の加工ステーション１４、前記ワークの加工ステーション位置決め機構１３をポリシャ面３上で往復移動（揺動）させる駆動機構１５、およびポリシャ上に研磨剤をポンプ１６ａで供給する研磨剤供給機構１６を具備する平面ラップ装置１を開示する。

特開２００８−２１１０４０号公報（特許文献３）は、セラミック固定具に貼り付けたサファイア基板をアルミナ砥粒５〜３０重量％の割合で固定した金属定盤で研磨したところ、算術平均表面粗さＲａが０．０００２〜０．００１μｍのサファイア基板が得られたと開示する。

特開２００８−３１１４０４号公報（特許文献４）は、表面が保護テープ貼着で保護されたＬＥＤ基板のサファイア基板裏面を研削砥石で研削してその厚みを減らす方法を開示する。

特開２００９−２８８１４号公報（特許文献５）は、研磨剤スラリーを用い、サファイア基板をＣＭＰ加工してＲａが０．２ｎｍ程度の基板が得られたと報告する。

この平坦化加工装置の前記切削手段（回転ブレード）は、特許文献１の平坦化加工装置では研削加工、研磨加工や基板移送中に基板がチッピングを起こす機会が多く、加工基板のロス率が高いので、この回転ブレードにより前記基板の外縁部の全体を切削除去して基板の周縁部に生ずるチッピングや半導体基板の割れを抑制する効果がある。

前記非特許文献１に記載される種々のナノ精密仕上げ加工方法では、基板の厚みを減ずる加工時間が長く要するので、実際には、基板研削装置を用いて基板を研削加工して薄肉化した後に前記ナノ精密仕上げ加工を施こしている。

米国特許第７，２３８，０８７号明細書（特許文献６）は、図５に示すように基板研削装置２０と研磨装置７０を多関節型アーム搬送ロボット４０と回動式吸着パッド１７を用いてインライン化した平坦化装置１を開示する。収納カセットＫ内に収納された基板は、基板研削装置２０により半導体基板裏面のシリコン基盤を研削加工したのち、研磨装置７０によりＣＭＰ研磨加工してシリコン基盤面を薄肉化し、０．１μｍ程度の表面粗さＲａを有するシリコン基盤面が得られたと開示する。

さらに、セリア粒子を分散させた表面研削砥石を用いてバキュームチャックに固定されているサファイア基板をドライポリッシュしたところ、数百ナノの表面粗さの鏡面を有するサファイア基板が得られたとの報告も基板加工メーカーから聞いている。

超精密加工編集委員会著、「超精密加工の基礎と実際」、日刊工業新聞社発行、１０６−１１０頁、２００６年２月２８日刊。 特開２００５−２０５５４２号公報 特開２００１−１８１６０号公報 特開２００８−２１１０４０号公報 特開２００８−３１１４０４号公報 特開２００９−２８８１４号公報 米国特許第７，２３８，０８７号明細書

サファイア基板のナノ精密仕上げ加工方法としては、研磨剤液をサファイア基板とラップ定盤のポリッシャ面間に供給しつつ、サファイア基板をラップ定盤のポリッシャ面に押圧しつつラップ研磨加工することが発明者らの追試で確認できた。この確認が正しいことは、前記特許文献３記載のデータと他の特許文献記載のデータを比較しても裏付けられている。

よって、前記米国特許第７，２３８，０８７号明細書（特許文献６）に開示の研削装置２０に特開２００１−１８１６０号公報（特許文献２）に開示の平面ラップ装置を用い、多関節型基板搬送ロボット１４の替わりに吸着パッドおよび反転機能を有する搬送アームを供える多関節型基板搬送ロボットを用いてインライン化した基板平坦化加工装置を組み立て、サファイア基板の平坦化加工を行ったところ、次の問題点が見出された。

１）枚葉の研削加工された薄いサファイア基板は反り易いので、研削加工されたサファイア基板をラップ装置のチャック機構（テンプレート１４ｂ）に受け渡し（貼付）するのが困難である。２）ラップ装置では同時に２枚の基板をラップ研磨加工するため、仮置台が１基不足する。３）基板平坦化加工されたサファイア基板に付着した研削加工屑やラップ加工屑を洗浄装置で０．１μｍ径以下の不純物の数が１０個以下に落とすことが困難である。

本発明は、ラップ装置の押圧可能なチャック機構（テンプレート）１４ｂを通気性の優れるポーラステンプレート板を使用した吸着チャックとし、かつ、振り子揺動できる吸着チャック機構に替え、この吸着チャック機構に研削加工されたサファイア基板を受け渡す基板搬送ロボットＴとして吸着パッドおよび反転機能を有する搬送アームを供える多関節型基板搬送ロボットを用いることにより前述の１）の問題点を解決する。仮置台を１基追加することにより前述の２）の問題点を解決する。基板収納カセットＫより研削装置据付位置をラップ装置据付位置よりも更に遠ざけるとともに、研削加工されたサファイア基板の第一洗浄装置、ラップ加工されたサファイア基板の第二洗浄装置、ラップ装置の第一チャック機構の第一洗浄装置、ラップ装置の第二チャック機構の第二洗浄装置、および多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドの縦型洗浄装置を設けることにより前述の３）の問題点を解決することができる平坦化加工装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、平坦化加工装置を据え付ける部屋を屋外に基板の収納カセットの複数が据え付けられている前方部より左側部にギリシャ文字のΓ字状の基板のローディング／アンローディングステージ室を、右側部の基板のラップ加工ステージ室および奥部の基板の研削加工ステージ室の３室に仕切り壁で区分けし、前記各ステージ室間の仕切り壁には隣接するステージ室に通じる基板を出し入れできる開口部が設けられ、前記ローディング／アンローディングステージ室の前方左側部壁には前記複数の基板の収納カセットに通じるロードポートを設けた化合物半導体基板の平坦化加工装置であって、
前記基板のローディング／アンローディングステージ室内には前記ロードポート背後より室内奥方向に向って、第二基板洗浄機と第二仮置台を併設、研磨剤液供給機構と吸着パッドおよび反転機能を有する搬送アームを供える多関節型基板搬送ロボットを併設、縦型吸着パッド洗浄機と第一仮置台を併設、および第一基板洗浄機と回動式吸着パッドを併設し、
前記基板のラップ加工ステージ室内には、中央部にラップ定盤ポリシャ面のコンディショニングを行なうコンディショナーリングを搭載するラップ定盤を設け、このラップ定盤の前方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第二基板吸着チャック機構と前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第二基板吸着チャック洗浄機構を、かつ、前記ラップ定盤の後方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第一基板吸着チャック機構と前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第一基板吸着チャック洗浄機構を設け、
前記基板の研削加工ステージ室内には、１台のインデックス型ターンテーブルに３組の基板吸着チャックテーブルを同一円周上に等間隔に回転可能に設けた基板吸着チャック定盤を設け、前記３組の基板吸着チャックテーブルをローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）、基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）、基板仕上げ研削チャック（ｓ_３）位置であると数値制御装置にインデックス記憶し、および、前記ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）の上方にブラシ洗浄機器およびチャック洗浄機器を横方向移動、上下移動可能および回転可能に設け、前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）の上方にカップホイール型粗研削砥石を上下昇降移動および回転可能に設け、かつ、前記基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）の上方にカップホイール型仕上げ研削砥石を上下昇降移動および回転可能に設け、
前記ローディング／アンローディングステージ室内の中央部に設けられた多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドにより、収納カセット内に収納されていた基板を吸着し、第一駆台上へ搬送、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上へ搬送、第一基板洗浄機上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡し、第一基板洗浄機上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡し、第一基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機へ搬送、第二基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機へ搬送、第二基板洗浄機上の基板を吸着し第二仮置台上へ搬送、第二仮置台上の基板を吸着し基板収納カセットへ搬送する作業を行い、
前記ローディング／アンローディングステージ室内の回動式吸着パッドを用いてローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上の化合物半導体基板を吸着し、回動させて第一基板洗浄機上へ化合物半導体基板を移送する、
ことを特徴とする化合物半導体基板の平坦化加工装置を提供するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の化合物半導体基板の平坦化加工装置を用い、次の工程を経て化合物半導体基板の平坦化加工を行うことを特徴とする化合物半導体基板の平坦化加工方法を提供するものである。
（１）ローディング用の基板収納カセットに収納された化合物半導体基板を多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドに吸着したのち、第一仮置台上へ搬送する。
（２）第一仮置台上で基板の芯出しを行った後、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上へ搬送する。
（３）その研削加工ステージ室内のインデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）を基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）位置へと移動させる。
（４）その基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）位置で、カップホイール型砥石を用いて化合物半導体基板の裏面を粗研削加工する。
（５）前記インデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）を基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）位置へと移動させる。
（６）その基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）位置でカップホイール型砥石を用いて粗研削加工された化合物半導体基板の裏面を仕上げ研削加工して化合物半導体基板の裏面を薄肉化する。
（７）前記インデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転、または時計廻り方向に２４０度回転させて前記基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）をローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）位置へと移動させる。
（８）ローディング／アンローディングステージ室内の回動式吸着パッドを用い、ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上の化合物半導体基板を吸着し、回動させて第一基板洗浄機上へ化合物半導体基板を移送する。
（９）第一基板洗浄機上で化合物半導体基板をスピン洗浄する。
（１０）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板洗浄機上の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッドを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡す。
（１１）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板洗浄機上の新たに洗浄された別の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッドを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡す。
（１２）ラップ定盤を回転させ、かつ、前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を振り子揺動させて前記ラップ定盤の研磨剤液が供給されているポリシャ面上方に移動させたのち、第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を下降させて吸着されている化合物半導体基板をラップ定盤のポリシャ面に押圧して荷重をかけ、ラップ研磨加工を開始する。ラップ定盤の回転および前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構のポリシャ面上での振り子揺動および下降による基板への荷重を継続させ、化合物半導体基板のラップ研磨加工を行う。
（１３）化合物半導体基板のラップ研磨加工の終了後、前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を振り子揺動させて第一基板吸着チャック洗浄機構および第二基板吸着チャック洗浄機構の上方に移動させた後、下降させ、ついで、第一基板吸着チャック洗浄機構および第二基板吸着チャック洗浄機構で前記第一基板吸着チャック機構に吸着および第二基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板のラップ研磨加工面を洗浄する。
（１４）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機上へ搬送し、受け渡す。
（１５）第二基板洗浄機で化合物半導体基板を洗浄する。
（１６）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板洗浄機上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。
（１７）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二仮置台上の化合物半導体基板を吸着し、アンローディング用の基板収納カセット内に化合物半導体基板を移送する。
（１８）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機上へ搬送し、受け渡す。
（１９）第二基板洗浄機で化合物半導体基板を洗浄する。
（２０）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板洗浄機上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。
（２１）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二仮置台上の化合物半導体基板を吸着し、アンローデヂィング用の基板収納カセット内に化合物半導体基板を移送する。

なお、上述の（１０）工程と（１１）工程の吸着チャック機構への基板の受け渡し、および、（１４）と（１８）工程の吸着チャック機構から第二基板洗浄機への基板の受け渡しは、第一基板吸着チャック機構での化合物半導体基板の受け渡しを優先し、次いで、第二基板吸着チャック機構での化合物半導体基板の受け渡しを行うように変更してもよい。

また、前記（２１）工程の後に、（２２）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドを垂直に回転し、次いで縦型吸着パッド洗浄機内の洗浄液に浸漬し、吸着パッドを超音波洗浄して付着した研磨屑や砥粒残滓を洗い落とした後、吸着パッドを待機位置へ戻す工程が行われる。

化合物半導体基板裏面のラップ研磨加工が行われる前に基板裏面の研削加工を行うので、化合物半導体基板裏面の薄肉化、ｎａｎｏ精密表面加工のスループット時間を短縮できる。

基板収納カセットより研削装置据付位置をラップ装置据付位置よりも更に遠ざけるとともに、研削加工されたサファイア基板の第一洗浄装置、ラップ加工されたサファイア基板の第二洗浄装置、ラップ装置の第一チャック機構の第一洗浄装置、ラップ装置の第二チャック機構の第二洗浄装置、および多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドの縦型洗浄装置を設けることにより、平坦化加工されたサファイア基板に付着する０．１μｍ未満径の異物の数が２個／１００ｍｍ^２以下と極度に減らすことができた。

図１は化合物半導体基板の平坦化加工装置の平面図である。 図２は化合物半導体基板の平坦化加工装置の要部を示す左側面図である。 図３は平面ラップ装置の平面図である。（公知） 図４は平面ラップ装置の一部を切り欠いた側面図である。（公知） 図５は基板の平坦化加工装置の平面図である。（公知）

以下、図１と図２を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１に示す化合物半導体基板裏面の平坦化加工装置１は周壁Ｗに囲綾され、大きく３部屋に仕切られている。正面前方部より左側部にギリシャ文字のΓ字状の基板のローディング／アンローディングステージ室Ｗ１を、正面右側部に基板のラップ加工ステージ室Ｗ３を、および、奥部に基板の研削加工ステージ室Ｗ３を仕切り壁で３部屋に区分けし、前記各ステージ室間の仕切り壁には隣接するステージ室に通じる基板を出し入れできる開口部が設けられ、前記ローディング／アンローディングステージ室の前方左側部壁にはローディング用基板収納カセットＫおよびアンローディング用基板収納カセットＫに通じるロードポートが設けられている。

基板の平坦化加工中、前記研磨加工ステージ室Ｗ２の室内圧力は、前記研削加工ステージ室Ｗ３の室内圧力より高く設定される。

前記基板収納カセットＫは、多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド直径が基板収納カセット内に出し入れできる大きさであるときは、市販の収納カセット単独で用いてもよいが、多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド径が基板収納カセット内に出し入れできる大きさよりも大きい直径であるときは、特開昭６１−２３０８５３号公報に記載される基板搬送用ベルトとその搬送用ベルト幅調整機構を備える搬送用ベルト装置ｋ_１を備え付けた収納カセットＫを用いる。図１中、ｋ_２は係止板であり、左側の基板収納カセットＫがローディング用の基板収納カセット、右側の基板収納カセットＫがアンローディング用の基板収納カセットである。図２では基板収納カセットＫは図略されており、符号Ｂはベースである。

前記基板のローディング／アンローディングステージ室内Ｗ１には前記壁に設けられたロードポート背後より室内奥方向に向って、第二基板洗浄機５２と第二仮置台４２を併設、研磨剤液供給機構１６と液吸着パッド４０ａおよび反転機能を有する搬送アーム４０ｂを供える多関節型基板搬送ロボット４０を併設、縦型吸着パッド洗浄機５３と第一仮置台４１を併設、および、第一基板洗浄機５１と回動式吸着パッド１７を併設する。

図１に示すように吸着パッド４０ａおよび反転機能を有する搬送アーム４０ｂを供える多関節型基板搬送ロボット４０は、吸着パッド４０ａおよび搬送アー４０ｂを実線および仮想線で示すように、吸着パッドが収納カセット内に収納されていた基板を吸着し、第一駆台４１上へ搬送、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャックｔ（ｓ_１）上へ搬送、第一基板洗浄機５１上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構１４ａへ搬送し受け渡し、第一基板洗浄機上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構１４ｂへ搬送し受け渡し、第一基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機へ搬送、第二基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機６１ｂへ搬送、第二基板洗浄機上の基板を吸着し第二仮置台４２上へ搬送、第二仮置台上の基板を吸着し基板収納カセットＫへ搬送する作業を行う。

前記基板洗浄機器５１，５２は、化合物半導体基板の加工面を洗浄するスピン方式の基板洗浄機器で、洗浄液供給ノズルから基板面に供給される洗浄液としては、蒸留水、深層海水、脱イオン交換水などの純水、界面活性剤含有純水、過酸化水素水、オゾン水等が使用される。

第一基板吸着チャック洗浄機構６１ａと第二基板吸着チャック洗浄機構６１ｂは、純水を吸着パッド４０ａおよび吸着パッドに吸着されている基板面に向けて高圧ジェット噴水して吸着パッド４０ａの吸着面または基板加工面に付着した異物を洗い流すものである。

縦型吸着パッド洗浄機５３は、超音波振動により洗浄水を振動させて吸着パッド４０ａに付着した異物を洗い流す形式の洗浄機が好ましい。

前記基板のラップ研磨加工ステージ室内Ｗ３には、中央部にラップ盤ポリシャ３面のコンディショニングを行なうコンディショナーリング１０を搭載するラップ定盤４を設け、このラップ定盤４の前方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第二基板吸着チャック機構１４ｂと前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第二基板吸着チャック洗浄機構６１ｂを、かつ、前記ラップ定盤の後方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第一基板吸着チャック機構１４ａと前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第一基板吸着チャック洗浄機構６１ａを設ける。

第一基板吸着チャック機構１４ａと第二基板吸着チャック機構１４ｂの基板吸着テンプレートは、回転軸１４ｃ廻りに振り子揺動できるよう設けられる。また、前記コンディショナーリング１０は位置決め機構１１によりポリシャ面上の位置を決められ、回転駆動機構１２によりポリシャ面上で回転運動される。

ラップ定盤４の素材としては、ケメット、鋳鉄、鋼、錫、セラミック、エンジニアリングプラスチック（ＰＥＥＫ、ナイロン６，１０、ポリアセタール、芳香族エポキシ樹脂など）、ラップ定盤４のポリシャ面３をナノ無機充填剤（合成ダイヤモンド、シリカ、セリア、α型アルミナなど）が０．１〜３重量％の割合で分散埋め込み固定されたエンジニアリングプラスチックが挙げられる。サファイア基板にはケメット、α型アルミナ植え込みエポキシ樹脂が好ましい。

基板と接するラップ定盤４のポリシャ面３には研磨液供給機構１６のポンプ１６ａの稼動により研磨剤液が供給される。研磨剤液としては純水が好ましいが、数ナノから数十アノ粒子を分散させたコロイダルセリア、コロイダルシリカを用いてもよい。

定盤４の回転数は、１〜５ｍｉｎ^−１、基板吸着チャック機構１４のラップ定盤４へのラップ荷重は０．５〜２ｋｇｆ、コンディショナーリング１０の回転数は５〜２０ｍｉｎ^−１、基板吸着チャック機構１４の揺動幅は５〜２０ｍｍ、研磨剤液の供給量は２０〜６００ｃｃ／分が好ましい。

前記基板の研削加工ステージ室内Ｗ２には、１台のインデックス型ターンテーブルＴに３組の基板吸着チャックテーブルを同一円周上に等間隔に回転可能に設けた基板吸着チャック定盤を設け、前記３組の基板吸着チャックテーブルｔ_１，ｔ_２，ｔ_３をローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）、基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）、基板仕上げ研削チャック（ｓ_３）位置であると数値制御装置にインデックス記憶する。および、前記ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）の上方に米国特許第７，２３８，０８７号明細書に記載のブラシ洗浄機器３８ａおよびチャック洗浄機器３８ｂを固定する滑走板３８ｆが案内ガイド３８ｇ上に横方向に移動可能に設けられ、仮想線で示された位置までの距離横移動可能である。ブラシ洗浄機器３８ａのブラシおよびチャック洗浄機器３８ｂの砥石棹はモータによりそれぞれ回転可能に設けられ、かつ、シリンダー１００により上下移動可能となっている。

前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）の上方にカップホイール型粗研削砥石９０ａを軸承する砥石軸９０ｂを、砥石軸を固定する滑走板９０ｃをモータ９０ｄでボールネジ駆動させて案内ガイド９０ｅ面を下昇降移動および前記砥石軸をビルトインモータ（図示されていない）回転駆動により回転可能に設ける。９０ｔは２点式インゲージ厚み測定器、９０ｓは研削液供給機構である。

前記基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）の上方にカップホイール型仕上げ研削砥石９１ａを軸承する砥石軸９１ｂを、砥石軸を固定する滑走板９１ｃをモータ９１ｄでボールネジ駆動させて案内ガイド９１ｅ面を下昇降移動および前記砥石軸をビルトインモータ９１ｍで回転駆動により回転可能に設ける。９１ｔは２点式インゲージ厚み測定器、９１ｓは研削液供給機構である。

図２に示す９１ｚは砥石軸を前後方向に傾斜させる機構、９１ｘは、特公平１−５２１４８号公報に開示の砥石軸を前後方向に傾斜させる機構であり、モータ９１ｍ，９１ｍの作動により基板の水平面に直角の鉛直面に対し、砥石軸９１ｂを０度から５度傾斜させることができる。砥石軸を傾斜させることにより砥石の切刃と基板との接触面積を小さくすることができるので基板の砥石焼けを防ぐことができる。なお、砥石軸９０ｂに対してもこれらの砥石軸傾斜機構が備え付けられている。

前記粗研削砥石９０ａとしては、砥番３００〜２，０００のダイヤモンドカップホイール型粗研削砥石が好ましく、仕上げ研削砥石としては、砥番５００〜２０，０００のダイヤモンドカップホイール型粗研削砥石が好ましい。

粗研削加工ステ−ジ（ｓ_２）の基板チャックｔの回転速度は８〜３００ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）、カップホイール型粗研削砥石９０ａの回転速度は１，０００〜４，０００ｍｉｎ^−１、基板面への研削液供給量は１００〜２，０００ｃｃ／分である。仕上げ研削加工ステ−ジ（ｓ_３）基板チャックｔの回転速度は５〜８０ｍｉｎ^−１、カップホイール型仕上げ研削砥石９１ａの回転速度は４００〜３，０００ｍｉｎ^−１、基板面への研削液供給量は１００〜２，０００ｃｃ／分である。

前記ダイヤモンドカップホイール型研削砥石９０ａ，９１ａと基板が当接する研削加工点に供給される研削液としては、純水、セリア粒子水分散液、フュームドシリカ水分散液、コロイダルシリカ水分散液、あるいは、これら研削液にテトラメチルアンモニウム、エタノールアミン、苛性カリ、イミダゾリウム塩等が配合されたものが使用できる。

前記チャック洗浄機器３８はブラシ３８ａおよび回転式チャッククリーナ砥石３８ｂおよび純水供給ノズルを備える。回転している前記ローディング／アンローディングステージ（ｓ_１）のチャックｔ表面に純水供給ノズルより純水を供給しながら回転しているブラシ３８ａを下降させて当接、摺擦させ、チャック３０ａ面に付着している研削残滓や砥粒屑を除去した後、ブラシを上昇させ、ついで、回転している回転式チャッククリーナ砥石３８ｂを下降させてチャックｔ表面に当接、摺擦させ、純水供給ノズルより供給される純水とともにポーラスセラミックチャクｔに突き刺さっている研削残滓を取り除く。さらに、前記ポーラスセラミックチャクｔの背面より加圧水を噴出させてポーラスセラミックチャクｔに突き刺さっている研削残滓をポーラスセラミックチャクｔ内より噴出して完全に取り去る。

基板粗研削ステージチャックｔおよび基板仕上げ研削チャックｔの傍らのベースＢ上には基板の厚みを測定する２点式厚みインジケータ９１ｔ，９１ｔが設けられている。この半導体基板の厚みを測定する厚み測定機器は、特開２００９−８８０７３号公報に開示されるレーザ光投光器と受光器を備えるセンサヘッドの外周に気体を供給できる流体通路を設けたセンサヘッド保持具とコントロールユニットとデータ解析手段を備える非接触式厚み測定器を用いてもよい。

かかる市販のレーザ光の反射率を利用する厚み測定器としては、近赤外光（波長１．３μｍ）をレーザビームスポット径１．２〜２５０μｍψで計測ステージ上のシリコン基板の片面に照射し、その反射光を受光器により検知し、シリコン基板の厚みを算出するシリコン基板厚さ測定器として、プレサイズゲージ株式会社よりＬＴＭ１００１の商品名で、ホトジェニック株式会社より厚み測定装置Ｃ８１２５の商品名で、米国FRONTIER SEMICONDUCTOR社からFSM413-300の商品名で入手できる。また、６５０ｎｍ〜１，７００ｎｍ波長の近赤外光をビームスポット径１００〜１，０００μｍψで利用する反射率分光法を用いる非接触光学式厚み測定器として、米国FILMETRICS,INC.社から非接触光学式厚み測定器Ｆ２０−ＸＴの商品名で、大塚電子株式会社よりインライン膜厚測定器ＭＣＰＤ５０００の商品名で入手できる。

前記研磨加工ステージ室内Ｗ３の半導体基板のラップ研磨加工作業は、前記研削加工ステージ２０における研削加工作業の約２倍の時間を要する。それゆえ、ラップ研磨加工ステージでは同時に２枚の化合物半導体基板のラップ研磨加工作業が実施できるように構成されている。

図１に示す化合物半導体基板の平坦化加工装置１を用い、基板裏面を薄肉化・平坦化加工する作業は、以下の工程を経て行われる。

（１）ローディング用の基板収納カセットＫに収納された化合物半導体基板をベルト搬送補助手段の助けを借りてカセット外へ搬出し、ついで、化合物半導体基板を多関節型基板搬送ロボット４０の吸着パッド４０ａに吸着したのち、第一仮置台上へ搬送する。

（２）第一仮置台４１上で基板の芯出しを行った後、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）ｔ上へ搬送する。

（３）その研削加工ステージ室内のインデックス型ターンテーブルＴを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記ローディング／アンローディングステージチャックｔ（ｓ_１）を基板粗研削ステージチャックｔ位置（ｓ_２）へと移動させる。

（４）その基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）位置で、カップホイール型砥石９０ａを用いて化合物半導体基板の裏面を粗研削加工する。

（５）前記インデックス型ターンテーブルＴを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）を基板仕上げ研削ステージチャックｔ位置（ｓ_３）へと移動させる。

（６）その基板仕上げ研削ステージチャックｔ（ｓ_３）位置でカップホイール型砥石を用いて粗研削加工された化合物半導体基板の裏面を仕上げ研削加工して化合物半導体基板の裏面を薄肉化する。

（７）前記インデックス型ターンテーブルＴを逆時計廻り方向に１２０度回転、または時計廻り方向に２４０度回転させて前記基板仕上げ研削ステージチャックｔ（ｓ_３）をローディング／アンローディングステージチャック位置（ｓ_１）へと移動させる。

（８）ローディング／アンローディングステージ室内の回動式吸着パッド１７を用い、ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上の化合物半導体基板を吸着パッド１７ａで吸着し、パッド１７ａのアームを回動させて第一基板洗浄機５１上へ化合物半導体基板を移送する。

（９）第一基板洗浄機５１上で化合物半導体基板をスピン洗浄する。

（１０）多関節型基板搬送ロボット４０の吸着パッド４０ａで第一基板洗浄機５１上の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッド４０ａを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構１４ｂへ搬送し基板を受け渡す。

（１１）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第一基板洗浄機５１上の新たに洗浄された別の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッドを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構１４ａへ搬送し受け渡す。

（１２）ラップ定盤４を回転させ、かつ、前記第一基板吸着チャック機構１４ａおよび第二基板吸着チャック機構１４ｂをモータ駆動で振り子揺動させて前記ラップ定盤４の研磨剤液が供給されているポリシャ面４上方に移動させたのち、第一基板吸着チャック機構１４ａよび第二基板吸着チャック機構１４ｂを下降させて吸着されている化合物半導体基板をラップ定盤のポリシャ面４に約１ｋｇｆの荷重で押圧し、ラップ研磨加工を開始する。ラップ定盤の回転および前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構１４ｂのポリシャ面４上での振り子揺動および基板への荷重負荷を継続させ、化合物半導体基板のラップ研磨加工を行う。

（１３）化合物半導体基板のラップ研磨加工の終了後、前記第一基板吸着チャック機構１４ａおよび第二基板吸着チャック機構１４ｂを振り子揺動させて第一基板吸着チャック洗浄機構６１ａおよび第二基板吸着チャック洗浄機構６１ｂの上方に移動させた後、下降させ、ついで、第一基板吸着チャック洗浄機構６１ａおよび第二基板吸着チャック洗浄機構６１ｂで前記第一基板吸着チャック機構１４ａに吸着および第二基板吸着チャック機構１４ｂに吸着されている化合物半導体基板のラップ研磨加工面に１．２〜４ｋｇｆ／ｃｍ^２の高圧ジェット噴水を吹き付けて基板の洗浄を行う。

（１４）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第二基板吸着チャック機構１４ｂに吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機６１ｂ上へ搬送し、受け渡す。

（１５）第二基板洗浄機５２で化合物半導体基板をスピン洗浄する。第二基板吸着チャック洗浄機構６１ｂ上では、第二基板吸着チャック機構１４ｂのテンプレートのジェット洗浄が行われる。

（１６）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第二基板洗浄機５２上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台４２上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。

（１７）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第二仮置台５２上の化合物半導体基板を吸着し、アンローディング用の基板収納カセットＫ内に化合物半導体基板をベルト搬送の補助ｋ_１のもとに移送する。

（１８）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第一基板吸着チャック機構１４ａに吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機５２上へ搬送し、受け渡す。

（１９）第二基板洗浄機５２で化合物半導体基板をスピン洗浄する。第一基板吸着チャック洗浄機構６１ａ上では、第一基板吸着チャック機構１４ａのテンプレートのジェット洗浄が行われる。

（２０）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第二基板洗浄機上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台４２上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。

（２１）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａで第二仮置台４２上の化合物半導体基板を吸着し、アンローデヂィング用の基板収納カセットＫ内に化合物半導体基板を化合物半導体基板をベルト搬送の補助ｋ_１のもとに移送する。

（２２）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッド４０ａ面が垂直となるようにアーム４０ｂを回転し、次いで縦型吸着パッド洗浄機５３内の洗浄液に浸漬し、吸着パッドを超音波洗浄して付着した研磨屑や砥粒残滓を洗い落とした後、吸着パッド４０ａ位置を待機位置へ戻す。

以下、上記（１）工程から（２２）の工程が繰り返えされ、化合物半導体基板２枚の裏面平坦化加工が継続される。

なお、上述の（１０）工程と（１１）工程の吸着チャック機構への基板の受け渡し、および、（１４）と（１８）工程の吸着チャック機構から第二基板洗浄機への基板の受け渡しは、第一基板吸着チャック機構での化合物半導体基板の受け渡しを優先し、次いで、第二基板吸着チャック機構での化合物半導体基板の受け渡しを行うように変更してもよい。

本発明の化合物半導体基板の平坦化加工装置は、基板裏面の研削・ラップ研磨加工を高スループットで行うことが可能である。また、異物の付着個数の少ない極薄の化合物半導体基板を製造することができる。

１ 基板の平坦化加工装置
Ｂ ベース
Ｋ 収納カセット
Ｔ インデックス型ターンテーブル
Ｗ１ ローディング／アンローディングステージ室
Ｗ２ 基板のラップ研磨加工ステージ室
Ｗ３ 基板の研削加工ステージ室
ｓ_１ 基板のローディング／アンローディングステージ
ｓ_２ 基板の粗研削加工ステージ
ｓ_３ 基板の仕上げ研削加工ステージ
３ ラップ定盤
４ ポリシャ面
１４ 吸着チャック機構
１６ 研磨剤液供給機構
１７ 回動式吸着パッド
４０ 多関節型基板搬送ロボット
４０ａ 吸着パッド
４１，４２ 仮置台
５１ 基板洗浄機
６１ 吸着パッドの縦型洗浄機
９０ａ 粗研削砥石
９１ａ 仕上げ研削砥石

Claims (2)

1. 平坦化加工装置を据え付ける部屋を屋外に基板の収納カセットの複数が据え付けられている前方部より左側部にギリシャ文字のΓ字状の基板のローディング／アンローディングステージ室を、右側部の基板のラップ加工ステージ室および奥部の基板の研削加工ステージ室の３室に仕切り壁で区分けし、前記各ステージ室間の仕切り壁には隣接するステージ室に通じる基板を出し入れできる開口部が設けられ、前記ローディング／アンローディングステージ室の前方左側部壁には前記複数の基板の収納カセットに通じるロードポートを設けた化合物半導体基板の平坦化加工装置であって、
   前記基板のローディング／アンローディングステージ室内には前記ロードポート背後より室内奥方向に向って、第二基板洗浄機と第二仮置台を併設、研磨剤液供給機構と吸着パッドおよび反転機能を有する搬送アームを供える多関節型基板搬送ロボットを併設、縦型吸着パッド洗浄機と第一仮置台を併設、および第一基板洗浄機と回動式吸着パッドを併設し、
   前記基板のラップ加工ステージ室内には、中央部にラップ定盤ポリシャ面のコンディショニングを行なうコンディショナーリングを搭載するラップ定盤を設け、このラップ定盤の前方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第二基板吸着チャック機構と前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第二基板吸着チャック洗浄機構を、かつ、前記ラップ定盤の後方に吸着機構を有するテンプレートと振り子揺動および上下移動可能な第一基板吸着チャック機構と前記吸着機構を有するテンプレートを洗浄する第一基板吸着チャック洗浄機構を設け、
   前記基板の研削加工ステージ室内には、１台のインデックス型ターンテーブルに３組の基板吸着チャックテーブルを同一円周上に等間隔に回転可能に設けた基板吸着チャック定盤を設け、前記３組の基板吸着チャックテーブルをローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）、基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）、基板仕上げ研削チャック（ｓ_３）位置であると数値制御装置にインデックス記憶し、および、前記ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）の上方にブラシ洗浄機器およびチャック洗浄機器を横方向移動、上下移動可能および回転可能に設け、前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）の上方にカップホイール型粗研削砥石を上下昇降移動および回転可能に設け、かつ、前記基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）の上方にカップホイール型仕上げ研削砥石を上下昇降移動および回転可能に設け、
   前記ローディング／アンローディングステージ室内の中央部に設けられた多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドにより、収納カセット内に収納されていた基板を吸着し、第一駆台上へ搬送、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上へ搬送、第一基板洗浄機上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡し、第一基板洗浄機上の基板を吸着してラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡し、第一基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機へ搬送、第二基板吸着チャック機構に吸着されていた基板を受け取り第二基板洗浄機へ搬送、第二基板洗浄機上の基板を吸着し第二仮置台上へ搬送、第二仮置台上の基板を吸着し基板収納カセットへ搬送する作業を行い、
   前記ローディング／アンローディングステージ室内の回動式吸着パッドを用いてローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上の化合物半導体基板を吸着し、回動させて第一基板洗浄機上へ化合物半導体基板を移送する、
   ことを特徴とする化合物半導体基板の平坦化加工装置。
2. 請求項１に記載の化合物半導体基板の平坦化加工装置を用い、次の工程を経て化合物半導体基板の平坦化加工を行うことを特徴とする化合物半導体基板の平坦化加工方法。
   （１）ローディング用の基板収納カセットに収納された化合物半導体基板を多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドに吸着したのち、第一仮置台上へ搬送する。
   （２）第一仮置台上で基板の芯出しを行った後、第一仮置台上の基板を研削加工ステージ室内のローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上へ搬送する。
   （３）その研削加工ステージ室内のインデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）を基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）位置へと移動させる。
   （４）その基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）位置で、カップホイール型砥石を用いて化合物半導体基板の裏面を粗研削加工する。
   （５）前記インデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転させて前記基板粗研削ステージチャック（ｓ_２）を基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）位置へと移動させる。
   （６）その基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）位置でカップホイール型砥石を用いて粗研削加工された化合物半導体基板の裏面を仕上げ研削加工して化合物半導体基板の裏面を薄肉化する。
   （７）前記インデックス型ターンテーブルを逆時計廻り方向に１２０度回転、または時計廻り方向に２４０度回転させて前記基板仕上げ研削ステージチャック（ｓ_３）をローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）位置へと移動させる。
   （８）ローディング／アンローディングステージ室内の回動式吸着パッドを用い、ローディング／アンローディングステージチャック（ｓ_１）上の化合物半導体基板を吸着し、回動させて第一基板洗浄機上へ化合物半導体基板を移送する。
   （９）第一基板洗浄機上で化合物半導体基板をスピン洗浄する。
   （１０）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板洗浄機上の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッドを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第二基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡す。
   （１１）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板洗浄機上の新たに洗浄された別の化合物半導体基板を吸着し、吸着パッドを反転させた後、ラップ加工ステージ室内の第一基板吸着チャック機構へ搬送し受け渡す。
   （１２）ラップ定盤を回転させ、かつ、前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を振り子揺動させて前記ラップ定盤の研磨剤液が供給されているポリシャ面上方に移動させたのち、第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を下降させて吸着されている化合物半導体基板をラップ定盤のポリシャ面に押圧して荷重をかけ、ラップ研磨加工を開始する。ラップ定盤の回転および前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構のポリシャ面上での振り子揺動および下降による基板への荷重を継続させ、化合物半導体基板のラップ研磨加工を行う。
   （１３）化合物半導体基板のラップ研磨加工の終了後、前記第一基板吸着チャック機構および第二基板吸着チャック機構を振り子揺動させて第一基板吸着チャック洗浄機構および第二基板吸着チャック洗浄機構の上方に移動させた後、下降させ、ついで、第一基板吸着チャック洗浄機構および第二基板吸着チャック洗浄機構で前記第一基板吸着チャック機構に吸着および第二基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板のラップ研磨加工面を洗浄する。
   （１４）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機上へ搬送し、受け渡す。
   （１５）第二基板洗浄機で化合物半導体基板を洗浄する。
   （１６）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板洗浄機上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。
   （１７）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二仮置台上の化合物半導体基板を吸着し、アンローディング用の基板収納カセット内に化合物半導体基板を移送する。
   （１８）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第一基板吸着チャック機構に吸着されている化合物半導体基板を吸着し、ついで第二基板洗浄機上へ搬送し、受け渡す。
   （１９）第二基板洗浄機で化合物半導体基板を洗浄する。
   （２０）多関節型基板搬送ロボットの吸着パッドで第二基板洗浄機上の洗浄された化合物半導体基板を吸着し、第二仮置台上へ化合物半導体基板を移送し、ついで、化合物半導体基板の芯出しを行う。

Images