光チップ材料：InP・GaAsのラッピング・研磨技術を探る

材料の課題からプロセスのブレークスルーへ：リン化インジウム（InP）とガリウムヒ素（GaAs）のラッピング・研磨技術を探る

01 光チップの時代：材料加工が新たな課題に直面

5G通信、高速データセンター相互接続、AI演算ネットワーク、先進オプトエレクトロニクスデバイスの急速な発展に伴い、光通信とオプトエレクトロニクス集積は半導体産業の重要な方向性となっている。この過程で、リン化インジウム（InP）やガリウムヒ素（GaAs）などの化合物半導体材料の重要性は高まり続けている。

第二世代III-V族化合物半導体の重要な代表として、InPとGaAsは優れた光電変換能力、高周波特性、直接遷移型バンドギャップという利点を備え、高速光通信デバイス、高周波ミリ波デバイス、光電子集積回路、宇宙用太陽電池などの分野で広く使用されている。

化合物半導体材料応用の概念図：

しかし、単結晶材料からデバイス製造の要件を満たす高品質なウェーハに至るまで、それは単純な切断・成形プロセスではない。ラッピング・研磨プロセスはウェーハの表面平坦度、欠陥制御能力、その後のエピタキシー品質を直接決定するため、デバイス性能と歩留まりに影響を与える重要な工程である。

02 InPとGaAs：どちらも化合物半導体だが、加工難度は異なる

ガリウムヒ素（GaAs）は良好な機械的安定性を有し、その関連加工プロセスは現在比較的成熟しており、ウェーハ製造、光電子デバイス、高周波デバイスで豊富な応用実績がある。

対照的に、リン化インジウム（InP）は「柔らかく脆い」材料特性を有し、ラッピング中に表面損傷層、サブサーフェスクラック、エッジ欠け、ウェーハの反りが発生しやすい。これはInP加工が除去効率だけでなく、加工応力と表面欠陥の制御にも注力しなければならないことを意味する。

研究データによると、同じ機械的ラッピング条件下で、InPによって生成される変形層の厚さはGaAsの約2.5倍である。したがって、InPのラッピング・研磨プロセスウィンドウはより狭く、研磨スラリー、研磨パッド、圧力、速度、加工安定性に対する要求がより高くなる。

03 除去効率と表面品質：InP加工の中核的課題

同じプロセス条件下で、GaAsの粗研磨除去レートは約0.7～1.0μm/minであるのに対し、InPは約0.10～0.15μm/minである。GaAsと比較して、InPの材料除去効率は著しく低く、加工ペースと量産効率に直接影響を与える。

光電子デバイス製造では、ウェーハの表面粗さは一般的にナノメートルレベルに制御する必要がある。表面にスクラッチ、ピット、残留損傷層、サブサーフェスクラックがあると、その後のエピタキシャル成長品質に影響し、さらにデバイスの性能と信頼性に影響を与える可能性がある。

したがって、InP加工の難しさは単に「速く研磨する」ことではなく、機械的損傷を最小限に抑えながら除去効率を向上させ、安定・再現可能・量産可能な表面加工結果を実現することである。

04 CMP技術が化合物半導体加工の高度化を推進

化学機械研磨（CMP）は、化学反応と機械的除去を組み合わせた精密加工技術である。その基本原理は、化学作用により材料表面に除去しやすい反応層を形成し、それを砥粒と研磨パッドを組み合わせて精密に除去し、高平坦度かつ低損傷のウェーハ表面を得ることである。

InPやGaAsなどの化合物半導体材料にとって、CMPは表面粗さの制御だけでなく、表面欠陥、加工損傷層、その後のプロセス適合性にも関わる。純粋な機械的ラッピングと比較して、CMPは高品質なウェーハ表面の加工により適している。

しかし、従来のInP研磨システムには、揮発性、安全性、粒子付着、安定性の不足といった問題が依然として存在する。したがって、InPの材料特性により適した研磨スラリーシステムとプロセス組み合わせの開発が、加工品質と量産安定性を向上させる鍵となる方向である。

05 コーセイ・セイミツの独自開発シリーズ：InP加工ニーズに最適化したソリューション

従来のInP研磨システムの問題に対処するため、当社はKSTP-801~804シリーズのアルミナ研磨スラリーを開発した。本シリーズ製品は、InPなどの化合物半導体材料の粗研磨プロセス向けに設計されており、材料除去効率、表面品質、プロセス安定性の最適化に重点を置いている。

KSTP-801~804シリーズのアルミナ研磨スラリー製品画像：

表面加工結果を確保しながら、KSTP-801~804シリーズは最大2.5um/minの除去レートを達成でき、InP加工効率の低さという問題の改善に貢献し、その後の精研磨と表面最適化プロセスに、より安定した基盤を提供する。

製品の特徴は以下の通り：

1. InP材料の軟脆特性向けに設計；

2. 粗研磨段階の加工効率を最適化；

3. 表面損傷とスクラッチのリスクを低減；

4. 研磨プロセスの安定性と再現性を向上。

KSTP-801~804シリーズの粗研磨ソリューションに加え、当社はInP基板の精研磨プロセス向けにKSTP-SP20シリカ研磨スラリーも開発した。

本製品は二液型シリカシステムを採用し、InPチップ基板の精研磨加工に適し、低粗さ、低損傷、高表面品質の要求に焦点を当てている。KS09研磨パッドなどの消耗品とのプロセスマッチングにより、精研磨段階の表面収束効果をさらに向上させることができる。

KSTP-SP20シリカ研磨スラリー製品画像：

関連するプロセス検証において、KSTP-SP20は精研磨後のInP基板の表面粗さをRa < 0.2nmに収束させることができ、その後のチッププロセスと高品質な表面要件に安定した支援を提供する。

製品の特徴は以下の通り：

1. InP基板の精研磨プロセス向けに設計；

2. 二液型シリカ研磨システムを採用；

3. 表面粗さの低減に貢献；

4. 最終表面粗さをRa < 0.2nmに収束可能；

5. KS09研磨パッドとの安定したプロセスマッチングが可能。

InPチップの裏面研磨における表面品質と加工効率の要求に対応するため、当社はKSTP-IP80研磨スラリーを開発した。

本製品は主にInPチップの裏面研磨プロセスに使用され、高平坦度、低粗さ、安定した除去効果の要求に焦点を当てている。合理的な研磨スラリーシステム設計と研磨パッドのマッチングにより、KSTP-IP80は表面品質を確保しながら比較的安定した加工効率を達成できる。

KSTP-IP80アルミナ研磨スラリー製品画像：

関連するプロセス検証において、KSTP-IP80による裏面研磨後の表面粗さはRa < 0.2nm、除去レートは2μm/minに達することができ、高表面品質を要求するInPチップ裏面研磨シーンに適する。

製品の特徴は以下の通り：

1. InPチップの裏面研磨プロセス向けに設計；

2. 表面粗さをRa < 0.2nmに達成可能；

3. 除去レートを2μm/minに達成可能；

4. 加工効率と表面品質のバランスを取り、高精度チップ裏面研磨ニーズに適する；

サンプルテストをご希望の場合は、王工（Engineer Wang）までお問い合わせください：13312961176（微信（WeChat）と同じ）。

06 研磨パッド：CMPの安定性を決定する重要消耗品

CMPプロセスにおいて、研磨パッドはウェーハを支持して圧力を伝達するだけでなく、研磨スラリーの分布、切り屑除去、材料除去の均一性、表面欠陥の制御にも影響を与える。

InPのような軟脆材料では、研磨パッドの選択が特に重要である。研磨パッドが硬すぎると表面スクラッチとサブサーフェス損傷のリスクが高まる可能性があり、支持が不十分だと平坦度と除去の均一性に影響する可能性がある。

したがって、研磨パッドは機械的損傷の低減と除去効率の確保の間でバランスを取る必要があり、安定したCMP加工結果を実現するために、研磨スラリーシステム、加工圧力、速度などのパラメータと相乗的にマッチングさせる必要がある。

07 KS09バッキングパッド：高品質な加工マッチングを実現

実際のプロセス検証では、当社は日本のTORAYが代理するKS09バッキングパッド研磨パッドを、KSTP-IP80シリーズ研磨スラリーと組み合わせてInPの精研磨加工に使用した。

KS09バッキングパッド研磨パッド製品画像：

この組み合わせは、精研磨中のウェーハ表面欠陥を効果的に制御し、加工中のスクラッチリスクを低減できる。研磨スラリーと研磨パッドの相乗的マッチングにより、InPウェーハの表面品質と加工安定性をさらに向上させることができる。

実際の検証結果によると、この組み合わせは精研磨段階で強い光の下でもスクラッチフリーの結果を達成でき、その後の洗浄、検査、デバイス製造プロセスに、より信頼性の高い表面基盤を提供する。サンプルテストをご希望の場合は、王工（Engineer Wang）までお問い合わせください：13312961176（微信（WeChat）と同じ）。

08 結論

高速光通信、AI演算ネットワーク、データセンター相互接続、先進オプトエレクトロニクスデバイスの継続的な発展に伴い、InPやGaAsなどの化合物半導体材料は、将来の産業でさらに重要な役割を果たすであろう。

同時に、高品質なウェーハ加工能力は材料応用を支える重要な基盤となる。ラッピング・研磨プロセスはウェーハ表面品質に影響を与えるだけでなく、その後のエピタキシー、デバイス製造、最終製品の信頼性にも関わる。

ボース・コーセイ・セイミツは、新たな研磨スラリーシステム、多段階研磨プロセス、専用研磨パッドのマッチングソリューションの探求を継続する。材料、消耗品、プロセスの相乗的最適化を通じて、半導体および先進製造分野に高性能なラッピング・研磨ソリューションを提供する。

会社概要

ボース・コーセイ・セイミツは2022年7月に設立され、精密加工分野における統合的な切断・研削・研磨ソリューションに注力している。設備代理、消耗品研究開発、プロセスカスタマイズ、輸出入サービスを一体化した企業である。半導体、精密光学、特殊セラミックス産業に焦点を当て、高精度なラッピング・研磨・切断製品と技術サポートを通じて、ハイエンド製造に安定かつ信頼性の高いワンストップサービスを提供し、お客様の品質向上と効率向上を支援する。

位置づけ：ラッピング・研磨産業における全工程の設備・消耗品供給とプロセスソリューション開発。

事業内容：精密加工消耗品と設備、独自開発製品の研究開発、技術ソリューションサービス。

主要業務：

① 研削用ホイール、ラッピング・研磨スラリー、研磨パッド、セラミックボールなどの生産消耗品の供給。

② ラッピング・研磨産業における既存プロセスソリューションの改善と新ソリューションの研究開発。

深い協力パートナー：NORITAKE、TORAY、住友化学（Sumitomo Chemical）などの国際的に名高い企業。