JPH09174418A

JPH09174418A - 半導体ウェーハのケミカルラップ装置

Info

Publication number: JPH09174418A
Application number: JP33707595A
Authority: JP
Inventors: Shiyuubin Minami; 秀旻南
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3711416B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの取り代が小さくて済み、さ
らには、うねり成分やそりが軽減する、半導体ウェーハ
のケミカルラップ装置を提供する。【解決手段】この装置は、ケーシング１と、互いに平
行状態でケーシング１内に設けられ、かつ少なくとも相
対向する表面が耐熱性樹脂で形成された研削面になって
いる上定盤２および下定盤３とを備えている。ケーシン
グ１内には、半導体ウェーハを浸漬する量以上のアルカ
リ性溶液が収容されている。半導体ウェーハを保持する
キャリアー４ａ，４ｂを水平面内で上定盤２および下定
盤３に対して相対運動させ、半導体ウェーハの上下面を
上定盤２および下定盤３に小さな圧力で接触させ同時研
磨する。アルカリ性溶液とウェーハ表面とが反応し、ケ
ミカル研磨が行われ、また、半導体ウェーハの弾性変形
は小さいので、半導体ウェーハのうねり成分やそりは軽
減し、上下面は定盤面と同等の平坦度に仕上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
加工プロセスにおいて用いられる半導体ウェーハのケミ
カルラップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの製造方法において、円
柱状の半導体（シリコン）単結晶棒をスライス工程で切
断して得られた半導体ウェーハはラップ（機械研磨）さ
れてソーマーク等が除去される。そして、この半導体ウ
ェーハはエッチング（化学処理）で加工変質層が除去さ
れ、さらにポリッシング（機械的化学的研磨）で鏡面加
工される。ところが、このようにラップ工程を経て作製
された半導体ウェーハにおいて、その表面の平坦度はあ
る程度高いものとなっているものの、加工変質層を伴っ
ており、この加工変質層を除去するため、エッチングで
のエッチ量（取り代）を例えば２０〜３０μｍ程度と大
きくする必要がある。その結果、そのエッチング面の凹
凸（平坦度）も例えば１μｍ程度と大きくなった。さら
に、エッチング後の鏡面研磨量も例えば１０〜２０μｍ
程度にまで大きくなっていた。

【０００３】そこで、この半導体ウェーハの平坦度をよ
り高める等のために、スライス後のウェーハ面を直接研
削することが考えられる。ところで、従来より使用され
ている研削盤では円環状の研削刃を有し、テーブルに真
空吸着で載置・固定した半導体ウェーハを片面ずつ研削
するように構成されている。このため、スライス後の半
導体ウェーハの片面を研削した後、さらに反対側の面を
研削しても、スライスによるソーマークが半導体ウェー
ハの表裏面に残ることになる。そして、このようにして
両面が研削された半導体ウェーハをエッチングし、さら
に、その片面をポリッシュ（研磨）すると、ソーマーク
が浮き出てくる。このように、ラップに代えて片面研削
を行うと、スライスでのソーマークをウェーハ表面から
完全に除去することはできない。このように、片面研削
でラップの代わりはできない。

【０００４】そこで、両面同時ラップ研磨を行われてい
る。両面同時ラップの特徴として、加工するための基準
面を材料（半導体ウェーハ）側に置く必要がないことで
ある。ラップの基準面は、装置側の定盤面の活性な仮想
面（実効作用面）で構成されていえる。しかし材料の剛
性により左右される。半導体ウェーハの表面形状をサイ
ンカーブで表面したモデルを用いて、各仕上がりの検討
してみる。図８（ａ）に示すように、スライスされた半
導体ウェーハの表面は、それぞれ凹凸が存在し、この凹
凸は図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、「厚み
成分」と「うねり成分」から成っている。なお、うねり
成分はウェーハ表裏面の中間線とした。図８（ｂ）の半
導体ウェーハを、片面から加工して厚みを均一にすると
（図８（ｄ−１）参照）、図８（ｄ−２）に示すよう
に、非加工側の凹凸面に倣った表面ができる（裏面転
写）。また、半導体ウェーハの両面を加圧して両面から
同時加工すると（図８（ｅ−１）参照）、厚い部分の両
面から加工されて（図８（ｅ−２）参照）、厚み成分の
凹凸が除かれるが、半導体ウェーハは弾性体なので、加
工後に加工圧を開放すると、図８（ｅ−３）に示すよう
に、うねり成分が残ってしまう。

【０００５】ここで、従来のラップ装置および化学エッ
チングの概略について順次説明する。（ラップ装置について）ラッピング（lapping）は主と
してスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層
を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるための
プロセスである。スライスされた半導体ウェーハは、互
いに平行に保たれた鋳鉄製の上・下ラップ定盤の間に置
かれる。通常、アルミナ砥粒溶液をラップ定盤と半導体
ウェーハの間に流し込み加圧下で回転、摺り合わせによ
りウェーハ両面を機械的に加工する。

【０００６】（化学エッチングについて）ブロック切
断、外径研削、スライシング、ラッピングの機械加工プ
ロセスを経たシリコンウェーハは表面にダメージ層すな
わち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製
造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発
したり、ウェーハの機械的強度を低下させ、また電気的
特性に悪影響を及ぼすので、完全に除去しなければなら
ない。機械加工プロセスでシリコンウェーハに導入され
た加工変質層は化学エッチングによって完全に除去され
る。化学エッチングの主たる目的は上述にように、加工
変質層の除去であるが、ウェーハ厚さの精密制御という
目的をも有する。

【０００７】上記の化学エッチングの典型的なエッチン
グ液（エッチャント：ｅｔｃｈａｎｔ）はフッ酸（Ｈ
Ｆ）と硝酸（ＨＮＯ₃）の混酸を水（Ｈ₂Ｏ）あるいは酢
酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）で希釈した３成分素による酸エッ
チング（ａｃｉｄｅｔｃｈｉｎｇ）液であるＳｉは以
下に示す２段階（ａ）および（ｂ）でエッチされる。（ａ）硝酸によるＳｉの酸化：Ｓｉ＋４ＨＮＯ₃→ＳｉＯ₂＋４ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ（ｂ）フッ酸によるＳｉＯ₂の溶解除去ＳｉＯ₂＋６ＨＦ→Ｈ₂ＳｉＦ₆＋２Ｈ₂Ｏ

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下に記述するような数々の問題点
（１）〜（６）がある。（１）円柱状の半導体結晶棒をスライスして半導体ウェ
ーハを切り出し、そのスライス時の表面ダメージ層を取
り除くために、平均粒子１３μｍの程度の砥粒を使用し
たラップを行う。ラップ処理後では、ダメージ層は約７
〜１２μｍのダメージ層を残してしまう。さらにこのダ
メージ層のために、次のエッチング工程で、この加工層
を取り除く必要がある。このエッチングでは、ダメージ
層が深いために、滑らかな面にならず、取り代を深く
（ダメージ深さ（１０μｍ）＋うねり低減処理深さ（２
０μｍ））取り除かなければならない。

【０００９】（２）ラッピングとエッチングをそれぞれ
各別の装置により行っていたので、コストが嵩むととも
に、ラッピイングおよびエッチングの両方を完了するの
に長時間を要し、半導体ウェーハの生産性は低い。（３）砥粒による加圧破砕機械加工なので、加工ダメー
ジの残留が顕著であり、後述するエッチングによる取り
代を２０〜４０μｍ程度と大きくしなければならない。（４）上述のように、半導体ウェーハを加圧した状態で
その両面をラップするので、厚い部分から加工されて、
厚み成分の凹凸が除かれるが、このとき、半導体ウェー
ハは加工圧によって一時的に弾性変形しているので、加
工後に加工圧を開放すると、うねり成分が残ってしま
う。（５）半導体ウェーハのそりについては、切断後の半導
体ウェーハにそりがあっても、半導体ウェーハは小さな
加工圧でも平行定盤の間で平面になる。この一定の加工
圧をＦ_cとすると、０＜Ｆ＜Ｆ_cの状態でラッピングを行
えば、図７（ｂ）に示すように、加圧のために原型は変
化し、ラッピング後もそりが残る。一般の加工圧ＦはＦ
_cより大きい。Ｆ≧Ｆ_cの場合は、図７（ｃ）に示すよう
に、半導体ウェーハは原型を保持したまま薄くなる。つ
まり、実行的に、スライシングで生じたそりを代表とす
るウェーハの変形をラッピングや、それ以降のエッチン
グやポリッシングで矯正するのは困難である。（６）ラップ後の半導体ウェーハにラップ液が付着して
いるので、その除去のためのクリーニングにも手間がか
かるとともに、クリーニングによる半導体ウェーハにか
かる負荷が大きい。また、ラップ液の凝縮・沈澱・固形
化等の、廃棄処理にコストを要する。

【００１０】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、装置コストの低減および生
産性の向上を図るとともに、ケミカル研磨により総合取
り代が小さくて済み、さらには、うねり成分を軽減し、
後段のポリッシングを簡単に済ませることのできる、半
導体ウェーハのケミカルラップ装置を提供することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、半導体単結晶棒をスライスして得られた半
導体ウェーハの両ウェーハ面を同時にケミカル研磨する
ための、半導体ウェーハのケミカルラップ装置であっ
て、ケーシングと、互いに平行状態で前記ケーシング内
に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱性樹脂
でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定
盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれ
ぞれ接触する上定盤および下定盤と、前記上定盤および
前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互い
に相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導
体ウェーハを前記ウェーハに沿う方向に互いに相対運動
させるための相対運動手段とを備え、前記ケーシング内
に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸
漬するようにして、温度制御されたアルカリ性溶液を供
給することを特徴とするものである。

【００１２】また、前記半導体ウェーハは、外周歯を備
えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下
定盤はそれぞれ中心孔を備えており、前記相対運動手段
は、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記
中心孔に設けられた太陽歯車と、前記キャリアーの前記
外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方
に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで
公転および自転させるためのリング状内周歯車と、前記
太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるため
の駆動機構と、から構成されているものである。

【００１３】さらに、前記定盤面に遊離砥粒または固定
砥粒が設けられているものや、前記定盤面に溝が多数設
けられているものとすることができる。そして、前記ア
ルカリ性溶液の温度および濃度がそれぞれ４５℃以上、
５％以上であることが好ましい。

【００１４】以下、本発明の作用について説明する。請
求項１に記載の発明では、アルカリ性溶液と両ウェーハ
面とが反応して、半導体ウェーハはケミカル研磨され、
反応生成物が生成される。この際、半導体ウェーハの両
ウェーハ面が上下の定盤により小さな加工圧で研削され
て、両ウェーハ面の凸部にミクロなダメージが与えられ
て、前記ケミカル研磨が促進される。ケミカル研磨を主
体とすることにより、加工圧は小さくて済み、これによ
り、加工ダメージ層が少なくなる（non−damage or l
ittle shallow damage）。このように、半導体ウェー
ハの両ウェーハ面に上定盤および下定盤を接触させるだ
け、あるいは小さな加工圧下で接触させるだけなので、
うねりやそりが軽減される。また、ラップ定盤とウェー
ハとの間の加工圧が無限に小さい場合を仮想すると、図
７（ａ）に示すように、半導体ウェーハのそりはなくな
り、両ウェーハ面は定盤面と同等の平坦度に近づく。ま
た、半導体ウェーハは一時的な弾性変形は小さいので
（重力の作用により全く変形しないとはいえない）、う
ねりの成分も小さくなる。

【００１５】請求項２に記載の発明のように、太陽歯車
およびリング状歯車（インターナル歯車）等からなる構
成の簡単な相対運動手段により、半導体ウェーハを保持
するキャリアーを自転および公転させることにより、こ
の半導体ウェーハの両ウェーハ面を均一に研磨すること
ができる。また、請求項３に記載の発明のように、各定
盤の定盤面（上定盤は下面、下定盤は上面である）に固
定砥粒あるいは遊離砥粒を設けることにより、前記ミク
ロなダメージの付与が促進される。さらに、請求項４に
記載の発明のように、上・下定盤の各定盤面に溝を例え
ば格子状あるいは放射状に溝を設けることにより、半導
体ウェーハの両ウェーハ面のアルカリ性溶液が溝内を移
動して、アルカリ性溶液の置換（反応生成物の置換）が
連続的に促進され、ケミカル研磨が速まる。そして、請
求項５に記載の発明のように、アルカリ性溶液の温度お
よび濃度をそれぞれ４５℃以上、５％以上とすることに
より、ケミカル研磨の速度を、本発明が産業上充分に有
益になるように、速めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態例につ
いて図面を参照して説明する。図１は本発明の半導体ウ
ェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の縦断面
図、図２は本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装
置の一実施形態例の概略平面図（上面図）、図３は本実
施形態例において、上・下定盤間のキャリアーおよび半
導体ウェーハを拡大した図である。

【００１７】図１および図２に示すように、符号１は有
底円筒状のケーシング（装置本体）を示しており、この
ケーシング１の外底面には脚部２３が装着されている。
ケーシング１を脚部２３を介して、水平面上に水平状態
で置くことができる。ケーシング１には、蓋体（モータ
ーベースカバー）１５が開閉自在に設けられている。す
なわち、ケーシング１の一端側外周には一対のブラケッ
ト３０ａ，３０ｂが固定されており、この一対のブラケ
ット３０ａ，３０ｂには、蓋体１５の一端側の上蓋支持
部１８が支軸１９を介して回動自在（図１中矢印Ａ参
照）に支持されている。また、蓋体１５の他端側には取
っ手（握りハンドル）１６が備えられている。図１の状
態から、取っ手１６を持ち上げることにより、蓋体１５
を支軸１９を中心に回動させて（矢印Ａ参照）、ケーシ
ング１の上端開口を開放することができる。

【００１８】ケーシング１の内底面には、中心穴を有す
る円盤状の下定盤ベース部材１０が搭載されている。こ
の下定盤ベース部材１０上には、中心穴３ａを有する円
盤状の下定盤３が搭載されている。ケーシング１の底面
には複数のピン部材２０ａ，２０ｂが一体的に突設され
ており、このピン部材２０ａ，２０ｂは下定盤ベース部
材１０を貫通し、下定盤３の下面の穴に嵌合しており、
これにより、下定盤ベース部材１０および下定盤３は水
平方向に位置ずれしない。前記下定盤３の上方には、中
心孔２ａを有する上定盤２が下定盤３と平行に設けられ
ている。

【００１９】前記蓋体１５の上面にはブラケット２１を
介して第１の駆動モーター１１が固定されており、この
第１の駆動モーター１１の下方へ延びる回転軸（出力
軸）１１ａには駆動ピン８が同軸に一体的に固定されて
いる。駆動ピン８の下端に、後述する太陽歯車７が、係
合ピン２２を介して周方向に係合している。この係合ピ
ン２２は駆動ピン８の下端部を貫通して支持されてい
る。ケーシング１の内底部中央には太陽歯車支持軸５が
突設され、この太陽歯車支持軸５には太陽歯車７が回転
自在に嵌合して支持されている。この太陽歯車７はその
外周に外周歯７ａを備えており、この外周歯７ａには後
述する複数（本例では３つ）のウェーハキャリア４ａ，
４ｂ，４ｃの外周歯３３ａ，３３ｂ，３３ｃが噛み合っ
ている。

【００２０】前記上蓋１５が開いた状態から上蓋１５を
閉じると、前記駆動ピン８の係合ピン２２が太陽歯車７
の係合溝７ｂに入り込む。そして、第１の駆動モーター
１１を駆動することにより、駆動ピン８がその軸線回り
に回転して、前記係合ピン２２を介して太陽歯車７を回
転させることができる。これにより、前記３つのウェー
ハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃを自転させることができる
（図２中、矢印Ｙ，Ｚ，Ｗ参照）。なお、符号６は太陽
歯車支持軸５の嵌められたＯリングを示しており、この
Ｏリング６は、後述するアルカリ性溶液が太陽歯車７の
内周面に侵入するのを阻止している。

【００２１】ケーシング１内にはリング状内周歯車（イ
ンターナル歯車）９が回転自在に設けられており、この
インターナル歯車９は、その外周全域および内周全域に
外周歯９ｂおよび内周歯９ａがそれぞれ形成されてい
る。前記インターナル歯車９の内周歯９ａには後述する
３つのウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃが噛み合って
いる。これにより、インターナル歯車９をその中心軸回
りに回転させることにより（図２中、矢印Ｘ参照）、ウ
ェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを太陽歯車７の回り
に公転および自転させることができる。結果的に、ウェ
ーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃは、太陽歯車７の回り
に遊星軌道を描きながら運動する。このように、半導体
ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、上定盤２および下
定盤３に対して水平面内で相対的に運動する。上記説明
から明らかなように、第１および第２の駆動モーター１
１，２５、太陽歯車７、太陽歯車支持軸５およびリング
状歯車９等により相対運動手段が構成されている。な
お、本例のような、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４
ｃを上定盤２および下定盤３に対して相対運動させるも
のに限らず、固定配置したウェーハキャリアー４ａ，４
ｂ，４ｃに対し、上定盤２および下定盤３を同期して相
対運動させる構成にしてもよい。

【００２２】前記上定盤２は下定盤３と同様に中心孔２
ａを有する円盤状のものであり、この上定盤２の支持機
構について、上定盤２の上面には、その周方向に等間隔
をおいて複数本（本例では３本）のバランスシャフト１
２ａ，１２ｂ，１２ｃの一端が固定されている。このバ
ランスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、上蓋１５を
上下方向に移動自在に貫通している。各バランスシャフ
ト１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周には、その上端から下
端部にかけてねじ部がそれぞれ形成されている。各バラ
ンスシャフト１２ａ，１２ｂ，１２ｃのねじ部にはバラ
ンス調整ナット１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ螺合
されている。また、各バランスシャフト１２ａ，１２
ｂ，１２ｃにはバランスコイルばね１４ａ，１４ｂ（１
つのバランスコイルばねは不図示）が挿通されている。
各バランスコイルばね１４ａ，１４ｂの弾性力により、
上定盤２を保持することができる。そして、各バランス
調整ナット１３ａ，１３ｂ，１３ｃのねじ込み量を調整
することにより、上定盤２を確実に水平状態とすること
ができるとともに、上定盤２と下定盤３との間隔にした
がって圧力を調整することができる。

【００２３】前記インターナル歯車９の外周歯９ｂに
は、ケーシング１の側部を貫通するように回転自在に設
けられた歯車２７が噛み合っており、この歯車２７は、
ケーシング１の脚部２３に突設されたブラケット２４に
固定された第２の駆動モーター２５により回転駆動され
る。符号２６は、第２の駆動モーター２５の回転軸（出
力軸）を示している。このような構成により、インター
ナル歯車９を回転させて、各ウェーハキャリアー４ａ，
４ｂ，４ｃを公転および自転させることができる。な
お、符号２８は、ケーシング１の前記歯車２７の貫通部
をシールするためにシール部材を示している。前記ケー
シング１内にはアルカリ性溶液（例えば水酸化カリウム
水溶液、水酸化ナトリウム水溶液）が収容されている
（この溶液の液面は図１中符号２９で示している）。本
例では、アルカリ性溶液の温度は高温であるので、後述
するように、上・下定盤２，３の少なくとも定盤面に耐
熱性・耐アルカリ性樹脂を用いており、これにより、上
・下定盤２，３の寿命は長い。特に、後述するケミカル
研磨の促進のために、このアルカリ性溶液の温度および
濃度はそれぞれ４５℃以上、５％以上であることが好ま
しい。アルカリ性溶液の温度を４５℃以上に確実に保持
するためには、ケーシング１内にヒーター（不図示）を
設けて温度制御し、さらに攪拌機で攪拌することが好ま
しい。ケミカルラップ後にこのアルカリ性溶液を容易に
排出するために、ケーシング１の底部には排水ホース接
続金具１７がねじ込まれている。この排水ホース接続金
具１７の一端に図示しない排水ホースが接続され、この
排水ホースに設けたバルブを開くことにより、ケーシン
グ１内のアルカリ性溶液を前記排水ホース接続金具１７
および排水ホースを介して排出することができる。ま
た、排水ホースおよび排水ホース接続金具１７を介して
ケーシング１内にアルカリ性溶液を供給することもでき
る。

【００２４】図２に示すように、ウェーハキャリアー４
ａ，４ｂ，４ｃにはその外周に外周歯３３ａ，３３ｂ，
３３ｃがそれぞれ形成されており、かつ略中心部には、
ウェーハ収容孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれ形成
されている。各ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃの
ウェーハ収容孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃには半導体ウェ
ーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ装填されてい
る。なお、ウェーハキャリアー４ａ，４ｂ，４ｃの厚さ
は半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの厚さより若
干薄くなっている。

【００２５】図３乃至図５に示すように、上・下定盤
２，３は、少なくとも相対向する部分（定盤面３４，３
５）が耐熱・耐アルカリ性樹脂で形成されている。すな
わち、例えば上定盤２の下面および下定盤３の上面に耐
熱・耐アルカリ性樹脂のプレート（不図示）が交換自在
に貼り付けられている。上記上定盤２および下定盤３の
定盤面（研削面）３４，３５には砥粒（固定砥粒あるい
は遊離砥粒）が均一に設けられている。また、上定盤２
および下定盤３の研削面３４，３５には、図５および図
６（ａ）に示すように、格子状に多数本の溝３８が形成
されている。この溝３８の幅ＢおよびピッチＰはそれぞ
れ、３〜１０ｍｍ，６〜３０ｍｍ程度になっている。ま
た、この格子状の溝３８の形成形態に代えて、図６
（ｂ）に示すように、径方向および円周方向に多数の溝
４０，３９を形成した形態でもよい。

【００２６】次に、上述した半導体ウェーハのケミカル
ラップ装置の使用方法や動作について図面を参照して説
明する。先ず、上蓋１５が開いた状態で、半導体ウェー
ハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃをそれぞれ保持したウェーハ
キャリアー４ａ，４ｂ，４ｃを図２に示すように、太陽
歯車７およびインターナル歯車９に噛み合うように下定
盤３上に配置する。なお、この半導体ウェーハ３２ａ，
３２ｂ，３２ｃは半導体単結晶棒をスライスして得られ
たものである。ケーシング１内にアルカリ性溶液を供給
する。このアルカリ性溶液の供給量は、上定盤２および
下定盤３を浸漬して、それらの温度を一定（例えば６０
℃あるいは８０℃程度）に保持する量が好ましいが、少
なくとも前記半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃお
よび各定盤面３４，３５を浸漬する量以上であることが
必須である。そして、アルカリ性溶液を前記ヒーターで
温度制御したり、攪拌することが好ましい。ここで、上
蓋１５を閉じることにより、この上蓋１５に支持された
上定盤２の研削面（定盤面）３４を、各半導体ウェーハ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃに接触させる。このときの接触
圧（加工圧）は、従来の機械的研磨による加工圧力（例
えば１７０ｇ／ｃｍ²程度）よりも充分に小さく、半導
体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを押圧して延ばさな
いような、５〜５０ｇ／ｃｍ²程度の大きさである。す
なわち、図４に示すように、上定盤２および下定盤３の
研削面３４，３５が半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３
２ｃの両ウェーハ面３６，３７の凸部４１に接触する、
無荷重に近い程度である。

【００２７】ここで、第１および第２の駆動モーター１
１，２７をそれぞれ駆動して、各ウェーハキャリアー４
ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ自転および公転させることに
より、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを上定
盤２および下定盤３に対して水平面内でそれぞれ相対運
動させる。なお、本例では、ウェーハキャリア４ａ，４
ｂ，４ｃの公転速度は、以下の反応式で発生した水素を
半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃから効率よく除
去するために、大きいほど好ましい。本例では、ウェー
ハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃに半導体ウェーハ３２ａ，
３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが一枚ずつ保持された形態なの
で、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの自転の重要性
は低いが、ウェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃに半導体
ウェーハをそれぞれ複数枚保持する形態のものでは、ウ
ェーハキャリア４ａ，４ｂ，４ｃの自転速度は、公転速
度とは逆の方向で、公転速度と同じ値の大きさに合わせ
ることが好ましい。

【００２８】これにより、以下の現象が生じる。すなわ
ち、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの表面が
アルカリ性と反応して、化学研磨が行われる。ケミカル
エッチングは以下のような反応式で進行し、珪酸ナトリ
ウム（反応生成物）と水素が生成される。反応式：Ｓｉ＋２ＮａＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→Ｎａ₂ＳｉＯ₃＋２Ｈ₂ ２Ｎａ₂ＳｉＯ₃＋Ｈ₂Ｏ→（←）Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅＋２ＮａＯＨ（加水分解）本実施形態では、アルカリ性溶液の温度および濃度が４
５℃以上、５％以上であるので、上記化学研磨は速度
０．５〜４．０μ／ｍｉｎ以上で進行し、産業上におい
て生産性に何等問題が生じない。これに対し、従来の４
０℃以下、５％以下ではケミカルエッチングの進行は遅
く、生産性に劣る。また、各半導体ウェーハ３２ａ，３
２ｂ，３２ｃの両ウェーハ面３６，３７の凸部４１が上
定盤２および下定盤３により研削されてミクロなダメー
ジＤが与えられ、このダメージＤの部分からアルカリ性
溶液が浸透して前記化学研磨がさらに進行する。ケミカ
ル研磨中に、加工圧を一定とするために、上定盤２の支
持機構の各バランス調整ナット１３，１３ｂ，１３ｃの
ねじ込み量を調節する。なお参考に、定盤を使用せず、
エッチング槽でのケミカルエッチングでは、研磨速度が
５μ／ｍｉｎ以下と遅い。なお、図９は、アルカリ性溶
液の濃度が６％の場合において、横軸のアルカリ性溶液
の温度に対する化学研磨の速度（縦軸）を示す実験結果
の一例である。さらに、ケミカル研磨を主体とし、ウェ
ーハ面３６，３７を上・下定盤２，３により低加工圧で
同時研削するので、そりやうねりが発生しないととも
に、高平坦度の半導体ウェーハが得られる。また、従来
の加圧破砕機械加工と比較して、加工圧が小さく済むの
で、加工ダメージ層が小さくなり、結果的に、両ウェー
ハ面のダメージ層は、従来の１０μｍと比べて、０〜２
μｍ程度と非常に小さくできる。

【００２９】本実施形態例では、上定盤２および下定盤
３による加工圧が小さいので、上定盤２および下定盤３
の寿命が長い。また、上・下定盤２，３の定盤面３４，
３５に砥粒（固定砥粒または遊離砥粒）を設けることが
できるので、各半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ
に前記ミクロなダメージを効果的に付与することができ
る。さらに、定盤面３４，３５に溝３８を多数本形成す
ることにより、この溝３８を介して両ウェーハ面３６，
３７のアルカリ性溶液の置換を促進し、前記反応式によ
り発生した反応生成物を、両ウェーハ面３６，３７から
効果的に排除することができる。そして、上記のように
ケミカルラップした半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３
２ｃにはアルカリ性溶液が付着しているが、従来のよう
にラップ液を用いないので、例えば超音波により容易に
水洗浄（クリーニング）することができるとともに、ク
リーニングによる半導体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２
ｃへの負担が軽減される。使用後のアルカリ性溶液をケ
ーシング１から排出するには、前記排水ホースのバルブ
を開くことにより、排水する。反応生成物は、Ｎａ₂Ｓ
ｉＯ₃およびＮａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅なので、従来と比べて公害対
策処理は容易である。

【００３０】上記ようなケミカルエッチを終了した半導
体ウェーハ３２ａ，３２ｂ，３２ｃはミクロ的には平坦
化されるが、マクロ的な平坦性を確保するために、後段
において鏡面研磨処理を行う必要がある。本発明では、
ケミカルラップによりウェーハ面３６，３７を鏡面に近
い状態に高精度に仕上げることができるので、前記後段
の鏡面研磨処理を簡単に済ませることができる。

【００３１】なお、従来のラップ装置において、鋳鉄性
のラップ定盤を単に高温にしただけでは、定盤面の機械
的精度を保持することが困難であること、および定盤面
の研磨クロスが耐熱的に弱いので、寿命が短くなる。こ
れに対し、本発明のようなケミカル研磨が主体であれ
ば、加工圧は低くても済み、上・下定盤の寿命が長い。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項１に記載の発明は、１つの装置によりラップおよび
ケミカル研磨を行うことにより、装置コストの低減およ
び生産性の向上を図ることができる。また、ケミカル研
磨を主体とし、小さな加工圧で半導体ウェーハの両面を
同時研磨することにより、加工ダメージ層が小さくなる
とともに、両ウェーハ面の取り代を極めて少なくでき
る。さらに、半導体ウェーハにうねり成分やそりが軽減
される。請求項２に記載の発明は、上記効果の他、太陽
歯車およびリング状内周歯車等からなる構成の簡単な相
対運動手段を採用することにより、半導体ウェーハを自
転および公転させることにより、この半導体ウェーハの
両ウェーハ面を均一に研磨することができる。請求項３
に記載の発明は、上・下定盤の定盤面（上定盤は下面、
下定盤は上面）に固定砥粒あるいは遊離砥粒を設けるこ
とにより、前記ミクロなダメージの付与が促進される。
請求項４に記載の発明は、上・下定盤の定盤面に溝を格
子状あるいは放射状に設けることにより、両ウェーハ面
に前記ミクロなダメージを付与する際に、両ウェーハ面
のアルカリ性溶液の置換が連続的に促進され、化学反応
（化学研磨）が早まる。請求項５に記載の発明は、アル
カリ性溶液の温度および濃度をそれぞれ４５℃以上、５
％以上とすることにより、化学研磨がさらに促進され、
本発明を産業上充分に有益なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置
の一実施形態例の縦断面図である。

【図２】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置
の一実施形態例の概略平面図（上面図）である。

【図３】本実施形態例において、上・下定盤間のキャリ
アーおよび半導体ウェーハを拡大した図である。

【図４】本実施形態例において、上・下定盤と半導体ウ
ェーハを示す要部拡大断面図である。

【図５】本実施形態例における、上・下定盤の要部縦断
面図である。

【図６】本実施形態例における、上・下定盤の定盤面を
示す図である。

【図７】ラッピングによる半導体ウェーハの変形態様を
示す図である。

【図８】半導体ウェーハのうねり成分を説明するための
図である。

【図９】アルカリ性溶液の温度に対する化学研磨の速度
を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｄミクロなダメージ１ケーシング（装置本体）２上定盤２ａ，３ａ中心孔３下定盤４ａ，４ｂ，４ｃウェーハキャリアー５太陽歯車支持軸６Ｏリング７太陽歯車７ａ外周歯７ｂ係合溝８駆動ピン９リング状内周歯車（インター
ナル歯車）９ａ内周歯９ｂ外周歯１０下定盤ベース１１第１の駆動モーター１１ａ回転軸（出力軸）１２ａ，１２ｂ，１２ｃバランスシャフト１３ａ，１３ｂ，１３ｃバランス調整ナット１４ａ，１４ｂバランスコイルばね１５上蓋（モータベースカバー）１６取っ手（握りハンドル）１７排水ホース接続金具１８上蓋支持部１９支軸２０ａ，２０ｂピン部材２１モーター支持ブラケット２２係合ピン部材２３脚部２４ブラケット２５第２の駆動モーター２６回転軸（出力軸）２７歯車２８シール部材２９アルカリ溶液の液面３０ａ，３０ｂブラケット３１ａ，３１ｂ，３１ｃウェーハ収容孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ半導体ウェーハ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ外周歯３４，３５定盤面（研削面）３６，３７ウェーハ面３８，３９，４０溝４１凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体単結晶棒をスライスして得られた
半導体ウェーハの両ウェーハ面を同時にケミカル研磨す
るための、半導体ウェーハのケミカルラップ装置であっ
て、ケーシングと、互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少な
くとも相対向する表面が耐熱性樹脂でそれぞれ形成され
た定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半
導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤
および下定盤と、前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面
に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定
盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハに沿う方向
に互いに相対運動させるための相対運動手段とを備え、前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハお
よび各定盤面を浸漬するようにして、温度制御したアル
カリ性溶液を供給することを特徴とする半導体ウェーハ
のケミカルラップ装置。
【請求項２】前記半導体ウェーハは、外周歯を備えた
キャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤
はそれぞれ中心孔を備えており、前記相対運動手段は、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心
孔に設けられた太陽歯車と、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定
盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを
前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリン
グ状内周歯車と、前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させる
ための駆動機構と、から構成されている請求項１に記載
の半導体ウェーハのケミカルラップ装置。
【請求項３】前記定盤面に遊離砥粒または固定砥粒が
設けられている請求項１または請求項２に記載の半導体
ウェーハのケミカルラップ装置。
【請求項４】前記定盤面に溝が多数設けられている請
求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェ
ーハのケミカルラップ装置。
【請求項５】前記アルカリ性溶液の温度および濃度が
それぞれ４５℃以上、５％以上である請求項１乃至請求
項４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハのケミカル
ラップ装置。