ラッピング（遊離砥粒研磨）とは

ラッピングとは、液体に分散させた砥粒を定盤とウェハの間へ供給し、擦り合わせて表面を削る加工です。 砥粒が固定されず自由に転がるため、遊離砥粒研磨と呼ばれます。

定義・解説

ワイヤーソーで切ったままのウェハは、厚みが場所によって揃わず、表面には線の走った跡と加工による歪みが残っています。デバイスを作る前に、この状態を整える必要があります。

ラッピングが最初の整えを担います。定盤とウェハの間へ砥粒を含んだ液を供給し、擦り合わせます。砥粒は固定されておらず自由に転がるため、面全体へ均等に当たります。厚みを揃え、切断で生じた大きな凹凸を落とします。

砥粒が当たれば、その衝撃で表面近くの結晶が乱れます。この層を加工変質層と呼びます。残したままではデバイスの特性へ影響するため、ラッピングのあとにエッチングで除去します。そのうえで研磨し、鏡面へ仕上げます。SUMCOは公式製品ページで、切り出した円盤の表面を丁寧に研磨し、洗浄して完成させると述べています。

切断後の仕上げ ─ 整える、除く、磨く

切断直後は厚みが揃わず傷が残った状態です。ラッピングで厚みと平坦さを整えますが、砥粒の衝撃で加工変質層が新たに生じます。エッチングでこの層を除き、研磨で鏡面へ仕上げます。

何をどれだけ削るのか

出発点の厚みは公開されています。SUMCOの公式ページは、単結晶インゴットを直径が均一になるように外周研削し、そのあと抵抗率の要求に応じて内周刃切断機もしくはワイヤーソーを用いて厚さ1mm程度にスライスしてウェーハ状にすると述べています。同ページはウェーハ加工工程を5段に分け、02の粗研磨（ラッピング）を、ウェーハ両面を平行になるように整えながら所定の厚さに仕上げるためアルミナ研磨材で粗研磨する工程としています。続く03のエッチングは、前工程までにウェーハ表面上についた機械加工によるダメージを取り除くための化学的なエッチングです。整える工程と、その整えが生んだダメージを除く工程が対で並びます。

削る量の桁は、砥粒の側の資料から読み取れます。フジミインコーポレーテッドの森永均氏による公開解説は、粗研磨では対象部材より硬度の高い砥粒（アルミナなど）が用いられ、ダメージや大きな粗さの残る表層を数ミクロン以上除去することを目的として、研磨速度を重視するため仕上げ研磨より粒度の大きな砥粒を用いるとしています。厚さ1mm程度の板から数ミクロン以上を両面で落とす、というのが取り代の桁です。

砥粒の粒度が上限を決めます

ラッピングの出来は、粒度規格の1行で決まります。フジミの公式カタログは、半導体結晶ウェーハの表面加工向けに粒形や硬度へ特長を持たせたアルミナベースの精密ラッピング材としてFOを挙げ、標準粒度規格を#240から#6000まで15段で公開しています。平均粒径は#240で38.3〜44.7 µm、#1000で10.0〜10.6 µm、#6000で1.60〜2.40 µmです。もう一方のA・WA・PWAのカタログは#240から#30000までを21段で並べ、平均粒径が#240で58.6±3.0 µm、#4000で3.00±0.40 µm、#30000で0.30〜0.39 µmです。同社の規格値です。

材質の側も数値で異なります。同カタログは、Aをボーキサイトを電溶炉にて2000℃で溶融させて得たAl₂O₃純度90％以上のコランダム結晶とし、砥粒としての靭性を上げるためチタンを数％固溶させているとしています。WAは溶融アルミナを微粉砕して整粒したαタイプのコランダム結晶でAl₂O₃純度96.0％以上、PWAはAl₂O₃純度99.0％以上の板状結晶で、同カタログはどちらも半導体結晶の精密ラッピング向けに挙げています。硬さと靭性と純度の組み合わせが、同じ番手でも面の仕上がりを変えます。

番手を1つ動かすと、取り代と傷が同じ向きに動きます

フジミインコーポレーテッドのA・WA・PWA標準粒度規格では、平均粒径が#30000の0.30〜0.39 µmから#240の58.6±3.0 µmまで200倍近い幅で並びます。粗い番手は取り代を稼げますが、その分だけ次のエッチングで除く深さと仕上げ研磨への砥粒の持ち込みが増えます。

装置と定盤の側

装置の仕様も公開されています。スピードファムの公式製品ページは、300mmウェーハ向け両面ラップ装置DSM28B-5L-4Dが1バッチあたり15枚を量産するとし、精密な定盤荷重制御と渦電流式定寸制御を搭載してナノトポグラフィーを適正化するとしています。同社の両面研磨装置はキャリアサイズ30インチクラスから2インチまでを揃え、小型機のDSM2B-9L/P-Vでは水晶を厚み16ミクロンまで研磨できるとも書かれています。1バッチ15枚という数字は、面内の均一性と枚間のばらつきを同時に管理する対象にします。

定盤と副資材が、遊離砥粒の当たり方を決めます。同社の消耗副資材のページは、両面ラップ定盤について、ガス巣や不純物の巻き込みを無くした高品質鋳造で球状黒鉛を均一分散させており、硬度・靭性・耐摩耗性に優れ、バリや返りを抑えた均一な溝幅と深さを持つ精密目切り加工を施しているとしています。同ページは、ラップ用研磨材としてGC（グリーンカーバイド）、C（カーボランダム）、WA（ホワイトアルミナ）、A（アルミナ）、FOを挙げ、研削液として油性ラップ用の210オイルベースと、水性ラップでの砥粒分散性と防錆効果を併せ持つ180P-10を挙げています。加工用キャリアはEG、PVC、布入りベーク、SK、BS、SUSなど材質ごとに揃います。溝の切り方と研削液の性質が変われば、同じ番手の砥粒でも当たる個数が変わります。

CMPとの違い

名前が似ていますが、目的と使う場所が違います。ラッピングはウェハ製造の初期に、切断後の粗い面を平らにします。CMPはデバイス製造の途中で、配線を積むたびに表面を平坦にし直します。東京エレクトロンの公式用語集は、CMPを化学反応と機械研磨を組み合わせてウェーハ表面を平坦化する技術および装置として記述しています。

どちらも平らにしますが、使う場所が違います

ラッピングはウェハ製造の初期に、切断後の粗い面を平らにします。CMPはデバイス製造の途中で、配線を積むたびに表面を平坦にします。

削る量の桁も違います。ラッピングは切断で生じた数十マイクロメートル規模の凹凸を落とします。CMPは膜1層分の段差を相手にします。同じ「削って平らにする」でも、対象の規模が異なります。

現場のつまみと、動かした代償

砥粒の番手は、取り代と面の両方を同じ向きに動かします。上のフジミの規格でいえば、#240から#4000へ細かくすると平均粒径が58.6 µmから3.00 µmへ、およそ20分の1になります。粗い側へ振れば取り代を稼げますが、加工変質層が深くなり次のエッチングで除く量が増えます。細かい側では面が収まる代わりに、同じ取り代へ時間がかかります。

砥粒の材質は硬さと靭性の取引です。同カタログはAの靭性がフジミの研磨微粉の中で最も高いとし、その理由にチタンを数％固溶させている点を挙げています。硬い砥粒ほど能率は上がりますが、割れにくい砥粒は角が丸まっても仕事を続け、目詰まりの側へ傾きます。WAの純度96.0％以上とPWAの99.0％以上という差は、有機物との反応安定性の差としてカタログに書かれています。

定盤の目切りと研削液は、当たる砥粒の個数を決めます。溝を深く広く切れば砥粒と切り屑の排出は進みますが、定盤とウェハが実際に向き合う面積が減ります。研削液を水性の180P-10側へ振れば洗浄は楽になりますが、防錆を薬剤で補う必要があります。

固定砥粒へ替えるという選択もあります。同ページは、DPG定盤を高研削効率と高精度を兼ね備えたクリーンな表面加工を実現するダイヤペレット定盤とし、通常のラップ加工に比べて研磨時間の短縮による高生産性とコストダウンが可能で、廃棄物を低減するとしています。時間と廃液を買う代わりに、遊離砥粒が持っていた「面全体へ均等に当たる」性質と、定盤側の自由度を渡します。

何を測るとラッピングの出来が分かるか

厚みと平行度が第一の指標です。前掲のスピードファムの装置ページは、DSM28B-5L-4Dが精密な定盤荷重制御と渦電流式定寸制御を搭載してナノトポグラフィーを適正化するとしています。渦電流で厚みを測りながら定寸へ追い込むため、目標の厚さへの到達点は装置側で管理されます。面内の分布としてはウェハ平坦度、局所の起伏としてはナノトポグラフィーが並びます。

傷の側は、持ち込みの管理と対になります。前掲のフジミの解説は、粗大な砥粒や異物の混入が局所的な圧力集中を引き起こしてスクラッチや凹凸状欠陥の原因になるとし、加工対象物自身が持ち込む汚染として、粗研磨で用いた一回り大きな砥粒の仕上げ工程への混入や基板端部の割れかけを挙げています。対策として同解説が挙げるのは、加工工程ごとの装置とエリアの分離、粗研磨後の洗浄、エッジの面取りです。

次の工程へ渡すもの

ラッピングの出口は、研磨材の系統でも追えます。フジミの公式ページは、シリコンウェハーの加工プロセスと製品の対応を、単結晶引き上げ、インゴットの外周研削加工、スライス加工（GCシリーズ）、ヘベル加工（外周面取り）、ラップ加工（FOシリーズ、PWAシリーズ）、一次研磨（両面研磨、GLANZOX1000シリーズ）、エッジ研磨、二次研磨・ファイナル研磨（GLANZOX 2000／3000シリーズ）、洗浄、検査、梱包・出荷の順で並べています。ラップ加工の次は一次研磨、つまり両面研磨で、そこからさらに二段の鏡面研磨が続きます。

上流と下流のどちらへも境目があります。上流はワイヤーソーによるスライシングで、ここで入った線の跡と歪みがラッピングの取り代を決めます。下流はウェットエッチングで、ラッピングが作った加工変質層の深さがエッチングの取り代を決めます。シリコンインゴットからシリコンウェハへ至る道筋で、ラッピングは自分が作った損傷を次へ渡す工程にあたり、結晶欠陥や反り、パーティクルの管理と地続きです。

よくある質問（FAQ）

ラッピングとは何ですか？

液体に分散させた砥粒を定盤とウェハの間へ供給し、擦り合わせて表面を削る加工です。砥粒が固定されず自由に転がるため、遊離砥粒研磨と呼ばれます。切断後のウェハの厚みと平坦さを整えます。

なぜ切断後にラッピングが要るのですか？

切断したままでは厚みが揃わず、表面に傷が残るためです。ワイヤーソーで切った面には、線の走った跡と加工による歪みが残っています。まず厚みと平坦さを整えてから、次の仕上げへ進みます。

CMPとどう違いますか？

目的と使う場所が違います。ラッピングはウェハ製造の初期に、切断後の粗い面を平らにします。CMPはデバイス製造の途中で、配線を積むたびに表面を平坦にし直します。東京エレクトロンの公式用語集は、CMPを化学反応と機械研磨を組み合わせた平坦化技術と記述しています。

加工変質層とは何ですか？

加工によって結晶が乱れた表層です。砥粒が当たった衝撃で、表面から一定の深さまで結晶構造が壊れます。この層が残ったままではデバイスの特性へ影響するため、エッチングで除去します。

ラッピングの後は何をしますか？

エッチングで加工変質層を除き、研磨で鏡面へ仕上げます。SUMCOの公式製品ページは、切り出した円盤の表面を丁寧に研磨し、洗浄して完成させると述べています。ラッピングはその前段にあたります。

両面同時に加工するのですか？

両面を同時に加工する方式が使われます。片面ずつでは厚みの均一性を出しにくいためです。両面を同じ条件で削ることで、平行度と平坦度を同時に整えます。

どのくらいの厚みから削り始めるのですか？

SUMCOの公式ページは、単結晶インゴットを外周研削したあと、内周刃切断機もしくはワイヤーソーで厚さ1mm程度にスライスしてウェーハ状にすると述べています。そのあと、ウェーハ両面を平行になるように整えながら所定の厚さに仕上げるため、アルミナ研磨材で粗研磨していく、という順です。

砥粒の粒度はどのくらいですか？

フジミインコーポレーテッドの公式カタログでは、精密ラッピング材FOの標準粒度規格が#240の平均粒径38.3〜44.7 µmから#6000の1.60〜2.40 µmまで、A・WA・PWAの標準粒度規格が#240の58.6±3.0 µmから#30000の0.30〜0.39 µmまで並んでいます。同社の規格値です。

砥粒の種類は何を使いますか？

スピードファムの公式製品ページは、ラップ用研磨材としてGC（グリーンカーバイド）、C（カーボランダム）、WA（ホワイトアルミナ）、A（アルミナ）、FOのラインナップを挙げ、加工プロセスに応じて選べるとしています。フジミの公式カタログでは、Aの成分がAl₂O₃純度90％以上、WAが96.0％以上、PWAが99.0％以上です。

粒度を粗くすると何が悪化しますか？

加工変質層と傷です。フジミの森永均氏による公開解説は、粗研磨では対象部材より硬度の高い砥粒が用いられ、加工変質層や切削・研削痕の残る表層を数ミクロン以上除去することを目的とし、研磨速度を重視するため仕上げ研磨より粒度の大きな砥粒を用いるとしています。同解説は、粗研磨で用いた一回り大きな砥粒が仕上げ工程へ混入することがスクラッチの原因になるとも書いています。

遊離砥粒のかわりに固定砥粒を使えますか？

使えます。スピードファムの公式製品ページは、高研削効率と高精度を兼ね備えたダイヤペレット定盤としてDPG定盤を挙げ、通常のラップ加工に比べて研磨時間の短縮による高生産性とコストダウンが可能で、廃棄物を低減するとしています。アルミナなどの難削材に適するとも書かれています。

装置は何枚まとめて加工しますか？

スピードファムの公式製品ページは、300mmウェーハ向け両面ラップ装置DSM28B-5L-4Dが1バッチあたり15枚を量産するとし、精密な定盤荷重制御や渦電流式定寸制御を搭載してナノトポグラフィーを適正化するとしています。同社の両面研磨装置はキャリアサイズ30インチクラスから2インチまでを揃えています。

比較・違いを学ぶ

ウェーハと基板 ── 工程としてのウェーハ製造
CMP：平坦化、欠陥、低k/新金属の判定項目 ── デバイス製造中の平坦化
両面研磨（DSP）とは ── ラップ加工の次に来る一次研磨

出典

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SUMCO「Products」公式製品ページ（2026年8月22日にリンク生存を実測、200）── 切り出した円盤を研磨し洗浄して完成させる流れ
東京エレクトロン公式用語集「CMP / Chemical Mechanical Polishing」（2026年8月22日にリンク生存を実測、200）── CMPが化学反応と機械研磨を組み合わせた平坦化技術および装置という記述
SUMCO 公式「シリコンウェーハの製造方法（ウェーハ加工工程）」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 厚さ1mm程度へのスライス、アルミナ研磨材による粗研磨、次のエッチングが機械加工ダメージを除くこと
フジミインコーポレーテッド公式カタログ「A、WA、PWA」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── #240の58.6±3.0 µmから#30000の0.30〜0.39 µmまでの標準粒度規格、Aの2000℃溶融と純度90％以上、WAの96.0％以上、PWAの99.0％以上
フジミインコーポレーテッド公式カタログ「FO」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── #240の38.3〜44.7 µmから#6000の1.60〜2.40 µmまでの標準粒度規格
フジミインコーポレーテッド公式「シリコンウェハーの加工プロセスと製品」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── ラップ加工のFO・PWAシリーズと一次研磨のGLANZOX1000シリーズという対応
スピードファム公式製品ページ「Double Side Polisher/Lapper」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── DSM28B-5L-4Dの1バッチ15枚、渦電流式定寸制御、キャリアサイズ30インチから2インチ、水晶の厚み16ミクロン
スピードファム公式製品ページ「Consumables」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 両面ラップ定盤の球状黒鉛の均一分散と精密目切り、GC・C・WA・A・FOという微粉、210オイルベースと180P-10という研削液、DPG定盤による研磨時間短縮
フジミインコーポレーテッド森永均氏「化学機械研磨(CMP)の原理と進化：半導体・多様な素材への応用」（2026年9月3日にリンク生存を実測、200）── 粗研磨で数ミクロン以上を除去すること、粗大な砥粒による局所的な圧力集中、粗研磨砥粒の仕上げ工程への混入