JPH07201786A - 化合物半導体基板の研磨方法と研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体基板を、研磨液によって研磨す
ると、残留した研磨液のために基板の表面が腐食され
る。これを防ぐことが目的である。 【構成】 半導体ウエハを研磨液を供給しながら研磨し
た後に、ウエハを持ち上げ、研磨布から離し、ウエハの
下面に、直接に洗浄液を噴射し、ウエハの表面を洗浄す
る。研磨液を完全に除去することができるので基板表面
の腐食を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、集積回路や、発光素
子、受光素子などの基板に用いられる化合物半導体基板
の研磨方法に関する。化合物半導体というのは、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂなどの半導体を言う。これらの単
結晶は、水平ブリッジマン法や、液体封止チョクラルス
キ−法などによって作られる。これは細長いインゴット
である。インゴットを内周刃ブレ−ドにより薄く切断す
る。これがアズカットウエハである。アズカットウエハ
はエッチング、ラッピング、ポリシング（研磨）により
ミラ−ウエハになる。この発明は、この工程の内、ポリ
シングに関する。特に研磨の後処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体基板、例えばＧａＡｓの研
磨は、ＮａＣｌＯ（次亜塩素酸ナトリウム）水溶液を研
磨液とし、ポリウレタン系の人工皮革ポリッシャ（研磨
布）を用いて行なわれる場合が多い。化合物半導体の研
磨については例えば、「超精密研磨・鏡面加工技術総合
技術資料集」ｐ３８７〜３８９、昭和６２年１０月３１
日、経営開発センタ−刊行」に記載される。研磨液は化
学的な作用によりウエハを削り、研磨布は物理的にウエ
ハを削る。研磨装置は、定盤と加圧ヘッドなどよりな
る。加圧ヘッドの下面にはウエハをいくつか貼り付け、
回転する定盤に当てて加圧ヘッドを回転し、研磨液を定
盤の上に供給しながら定盤も回転する。加圧ヘッドの自
転と、定盤の公転を組み合わせた運動により、ウエハが
次第に削られてゆく。最近では調合済みの研磨液が市販
されている。これも次亜塩素酸ナトリウムを主成分とし
ており同様の作用によりウエハを研磨してゆくことがで
きる。

【０００３】ウエハの材料により研磨液も異なる。Ｉｎ
Ｐの場合はＢｒ−ＣＨ₃ ＯＨ水溶液あるいはこれを主成
分とする研磨液が用いられる。図１は研磨装置の概略図
である。回転定盤１は大きい円形の板であり、回転軸と
共に回転する。回転定盤１の上面には研磨布２が貼って
ある。これはポリウレタンなどである。加圧ヘッド３は
円形の板と回転軸とよりなる。回転軸は上方で軸受けに
より回転可能に支持される。またモ−タにより回転でき
る。さらに適当な荷重をかけることができるようになっ
ている。加圧ヘッド３の下には、研磨プレ−ト４が取り
付けられる。研磨プレ−ト４には円周上に複数の化合物
半導体ウエハ５が貼り付けられる。回転定盤１の中央部
上方から研磨液６が、研磨液配管７により供給される。
研磨中は、加圧ヘッドにより適当な圧力を加えてウエハ
を押さえる。加圧ヘッド３は自転し、回転定盤１は公転
する。研磨液は化学的にウエハを削る作用と、研磨布と
の接触を和らげる緩衝作用がある。研磨終了後は、加圧
ヘッド３が持ち上げられて、アンロ−ドステ−ション８
に置かれる。

【０００４】本発明は、研磨の終了近くでの液体の供給
に関するので、これに関連する従来技術について説明す
る。 特開平２−２０７５２７号「ＧａＡｓウエハの研磨方
法」 これは、ＧａＡｓウエハを次亜塩素酸系の研磨液により
研磨する際に、終了近くに定盤に過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ
₂ ）を与える。これはウエハの表面から研磨液を除くた
めである。次亜塩素酸系研磨液がウエハの上に残留する
と、ウエハをエッチングし酸化するので、微小な凹凸が
発生する。このためにウエハ表面に曇りが生じる。そこ
で次亜塩素酸系研磨液を除くために過酸化水素水を定盤
に流している。図３はこの従来技術の様子を示す。

【０００５】特開平３−２４８５３２号「半導体ウエ
ハの加工方法」 これは、ＳｉＯ₂ 砥粒と化学作用を有する材料とよりな
る研磨剤を使って、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどのウエ
ハを研磨する。砥粒が物理的に作用するので、ウエハが
傷つく。研磨液の量を増やすと傷が付きにくいが、しか
し研磨液が常時多いとすれば不経済である。そこで、研
磨の終わりに近い時に、研磨液の量を増加させる。付加
的な配管を用いて研磨液を一気に噴出するようにする。
図４はこれを示す。 特開平１−３０２７２７号「化合物半導体鏡面基板の
製造方法」 これは、研磨加工に於ける最終のリンス工程時に、チオ
硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ Ｓ₂ Ｏ₃ ）を含有するリンス液
にて研磨加工を行うことにより、基板表面に高品質の清
浄度を持たせるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来は、研磨終了後、
人手または搬送機構により研磨プレ−トを水洗工程に移
動させ、ここで水洗いし研磨液を除去していた。研磨の
終了と研磨液の除去の間に時間的な遅れがあった。この
間に研磨液による化学的な腐食が進行する。不規則に付
着している研磨液のために、局所的に基板が腐食される
のでエッチピットができる。さらに薬剤が析出し、基板
の表面に異物が付着する。或いは研磨液による酸化が進
行する。このような原因で、ウエハの表面の品質が劣化
する。研磨終了後、出来るだけ早く研磨液を除去し、ウ
エハの腐食や薬剤の析出、酸化などを防ぐようにするこ
とが本発明の目的である。前記の従来技術は過酸化水
素を定盤に与えて、研磨液の化学的作用を中和させるも
のである。これは直接にウエハを洗浄する作用がない。
定盤との接触により研磨液を洗い流そうとするものであ
る。は最終段階に研磨液を大量に流すものであり、研
磨液を除去する作用はない。はチオ硫酸ナトリウムに
より研磨液を中和するものであるが、これも定盤に流す
ので作用が間接的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体基
板の研磨方法は、化合物半導体基板を研磨液を用いて研
磨した後、基板を持ち上げて、基板の表面に直接に純水
または研磨停止剤、あるいは研磨停止剤を含んだ水を噴
射して、基板の表面に付着した研磨液を除去するように
したものである。

【０００８】

【作用】研磨液は化学的な作用によりウエハ表面を除去
してゆくものであるから、これが残留するとウエハを腐
食する。腐食は研磨終了後直ちに開始する。本発明は、
研磨液を使って化合物半導体ウエハの研磨をした後、直
ちにウエハを持ち上げて、ウエハ面へ直接に純水等を吹
き付けて研磨液を洗い流す。つまり研磨が終わると、加
工ヘッドを持ち上げウエハ面を研磨布から離し、ウエハ
の露呈した面に直接に純水などを吹き付ける。洗浄はで
きるだけ早くするのが良い。研磨終了から、洗浄開始ま
での時間は１０秒以内であることが望ましい。３秒以内
であると更に効果がある。本発明は研磨が終わると直ぐ
に純水を吹き付けてウエハ面を洗浄する。これは回転定
盤の近くに上向きの洗浄液配管（シャワ−ノズル等）を
設け、ここから純水等を吹き付けることによってなされ
る。研磨液を洗い流すので、ウエハが研磨後に腐食され
るということがない。局所的腐食によってピットが発生
しない。高品質の表面を持つウエハを得ることができ
る。

【０００９】研磨加工の手順を初めから述べると次のよ
うになる。研磨は、既に述べたように次のようにして行
なう。研磨布を貼り付けた回転定盤を回転させ研磨液を
供給する。研磨プレ−トにウエハを貼り付け、これを加
工ヘッドに取り付けて、加工ヘッドを研磨布に押しつけ
る。加工ヘッドは自転させ、回転定盤は公転させる。ウ
エハの表面が研磨布に接触する。研磨布との摩擦と研磨
液の化学的作用によりウエハが研磨される。この作業が
終わると、加工ヘッドが持ち上がるので、ウエハの表面
が露出する。ウエハにめがけて、シャワ−ノズルから純
水等を噴射する。直接に水が吹き付けられるので、ウエ
ハから瞬時に研磨液が除かれる。研磨液が完全に除去さ
れるので、以後残留研磨液によりエッチピットができた
りしない。良好な表面のウエハを得る。純水を噴射する
際、加工ヘッドを回転した方が良い。その方が研磨液を
完全に除き易いからである。純水の他に、研磨停止剤、
研磨停止剤を含む水を吹き付けることにしても良い。残
留してもウエハに悪影響を及ぼさない液体であることが
必要である。

【００１０】

【実施例】図１、図２によって本発明の実施例を説明す
る。本発明を実施する研磨装置は、研磨布（ポリッシ
ャ）２を貼りつけた回転定盤１、研磨プレ−ト４を着脱
できる加圧ヘッド３、研磨プレ−ト４を置くためのアン
ロ−ドステ−ション８、洗浄液配管９等を含む。回転定
盤１は主軸１７の周りを大きく公転する。加圧ヘッド３
は軸２０の周りを自転する。研磨布２は例えば、ポリウ
レタン系人工皮革ポリッシャ等である。半導体基板（ウ
エハ）５は、研磨プレ−ト４の面に貼り付けられてい
る。加圧ヘッド３は、回転定盤１とアンロ−ドステ−シ
ョン８の間を移動できる。

【００１１】研磨時には、研磨液配管７から研磨液６
が、研磨布２の上に常時供給される。加圧ヘッド３は、
研磨プレ−ト４を保持し、回転定盤１の研磨布２にウエ
ハを押しつける。回転定盤１の公転と、加圧ヘッド３の
自転により、ウエハ５が化学的、物理的に研磨される。
これが図１に示す状態である。研磨が終了すると、研磨
プレ−ト４は、加圧ヘッド３に保持されたまま速やかに
上昇する。この時の加圧ヘッド３の上昇機構には例えば
エアシリンダ−を用いる。エアシリンダ−によって持ち
上げて一定位置に停止する。上昇下降の機構にはエアシ
リンダ−の他に、電動モ−タ、ギヤ、ボ−ルねじなどを
組み合わせた機構を用いることもできる。

【００１２】加圧ヘッド３の上の停止位置には加圧ヘッ
ド検出用のセンサを設けておく。センサが加圧ヘッド３
を検出すると、洗浄液配管９から洗浄液１０がウエハ５
の下面に向かって噴射される。この時加圧ヘッド３は回
転させておく。研磨プレ−ト４に貼り付けた複数枚のウ
エハを均一に洗浄するためである。研磨の終了から、洗
浄の開始までは３秒以内であることが望ましい。洗浄液
は、純水、研磨停止剤、研磨停止剤入りの水などであ
る。一定時間洗浄した後に、加圧ヘッド３をアンロ−ド
ステ−ション８に置く。アンロ−ドステ−ション８では
下方から純水などをウエハに噴き付けて、洗浄を十分に
行なう。その後、次工程の水洗、乾燥に移す。これらの
動作は、全てシ−ケンサ又はマイクロコンピュ−タとセ
ンサを用いて制御する。そのため各動作の時間、速度な
どを最適になるように設定することができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明の効果を確かめるために、半導体
ウエハを研磨終了後３秒以内に純水をウエハに直接噴き
付けてウエハを洗浄したものと、従来の方法（アンロ−
ドステ−ションに於いてから純水を噴き付ける）で洗浄
したものについて、ウエハ表面の欠陥数を計測した。こ
こで欠陥数というのは、表面欠陥数と付着異物数の和で
ある。これはパ−ティクルカウントというが、この例で
は、散乱断面積が０．０６μｍ² 以上の輝点の数を数え
ている。測定は４インチウエハ４０枚について行なっ
た。表１はその測定結果を示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】この結果から本発明のようにウエハを研磨
直後に洗浄液を噴射する場合としない場合とに比較して
パ−ティクルカウントを約３個低減することができる。
低減量が僅かなようであるが、４０枚の平均値であるか
ら有意の差がある。本発明が効果を奏することが分か
る。さらに同じウエハについて表面酸化膜の厚みをエリ
プリメ−タ−により測定した。結果を表２に示す。

【００１６】

【表２】

【００１７】本発明の方法により、研磨後直ちに純水を
噴射した場合、表面酸化膜が約３Å薄いことが分かる。
この結果から本発明は、ウエハの表面酸化の進行を抑え
る効果もあることがはっきりする。このように本発明
は、ウエハの表面欠陥の発生を抑制し、酸化の進行を遅
らせ、異物の付着を防ぐ上で効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウエハの研磨装置によって半導体ウエハ
を研磨している状態を示す概略断面図。

【図２】研磨の終了後、本発明の手法に従い、ヘッドを
持ち上げてウエハに洗浄液を噴射している状態を示す概
略断面図。

【図３】特開平２−２０７５２７号の研磨装置を示す概
略断面図。

【図４】特開平３−２４８５３２号の研磨装置を示す概
略断面図。

【符号の説明】

１ 回転定盤 ２ 研磨布（ポリッシャ） ３ 加圧ヘッド ４ 研磨プレ−ト ５ 半導体基板（ウエハ） ６ 研磨液 ７ 研磨液配管 ８ アンロ−ドステ−ション ９ 洗浄液配管 １０ 洗浄液 １２ Ｈ₂ Ｏ₂ 配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体ウエハを研磨液を用いて研
   磨した後、ウエハを持ち上げて、ウエハの表面に直接
   に、純水または研磨停止剤、あるいは研磨停止剤を含ん
   だ水を噴射してウエハの表面に付着した研磨液を除去す
   るようにしたことを特徴とする化合物半導体基板の研磨
   方法。
2. 【請求項２】 研磨布を貼り付けた回転する回転定盤
   と、半導体基板を貼り付けた研磨プレ−トとを着脱自在
   に保持することができ、加圧ヘッドを保持して一定位置
   に持ち上げることのできる加圧ヘッド昇降装置と、持ち
   上げられた半導体基板の下面に洗浄液を噴射する洗浄液
   配管と、回転定盤の上に研磨液を供給する研磨液配管と
   を含み、研磨後に半導体基板と加圧ヘッドとを上昇さ
   せ、洗浄液配管から洗浄液を半導体基板に噴射すること
   を特徴とする化合物半導体基板の研磨装置。