(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート又はディスクからなる単結晶体の結晶方位を解析する工程と、
前記単結晶体の選択された結晶方向と前記単結晶体の第１の主外面の面に沿う結晶方向の投影との間の方位差角を計算する工程と、
前記の結晶方位を解析する工程と前記の方位差角を計算する工程に基づいて、前記第１の主外面の少なくとも一部から材料を除去して前記方位差角を変化させる工程であって、初期の第１の主外面から材料を除去する前に前記方位差角が０．０５°より大きい工程とを含む、単結晶体の結晶方位を変化させる方法。
【請求項２】
材料を除去する間、前記方位差角が０．０１°以上の角度で変化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単結晶体の前記初期の第１の主外面に対して第１の軸に沿って傾斜される位置に前記単結晶体を固定し、
前記単結晶体が材料の除去の間傾けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶体がサファイヤである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
解析が、選択された結晶面を初期の第１の主外面によって画定された面と比較する工程と、方位差角を計算する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記単結晶体がサファイヤを含み、前記選択された結晶面が、５．０°以下の傾斜角のｃ面からの傾斜を含む略ｃ面の方位を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記単結晶体が前記シートを含み、前記シートの一部が、対向した略矩形の面および前記対向した略矩形の面の間に延在して該略矩形の面と接続する側面表面を有する実質的に多角形の輪郭を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の主外面から材料を除去する前に前記シートの少なくとも１つの側面表面を平面化する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶体のシートをくりぬいてディスクを取り出す工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ディスクの結晶方位を解析する工程と、
前記ディスクの選択された結晶方向と前記ディスクの第１の主外面の面に沿う結晶方向の投影との間の方位差角を計算する工程と、
前記ディスクの第１の主外面の少なくとも一部から材料を除去して前記方位差角を変化させる工程とをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ディスクの結晶方位を解析する工程と、
前記ディスクの選択された結晶方向と前記ディスクの第２の主外面の面に沿う結晶方向の投影との間の方位差角を計算する工程と、
前記ディスクの第２の主外面の少なくとも一部から材料を除去して前記方位差角を変化させる工程とをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般に、単結晶基板およびかかる基板を仕上げる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族およびＶ族元素の単結晶窒化物材料をベースとした半導体構成要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、ディスプレイ、トランジスタおよび検出器などのデバイスのために理想的である。特に、ＩＩＩ族およびＶ族窒化物化合物を利用する半導体要素は、紫外線および青色／緑色波長領域の発光デバイスにおいて有用である。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの関連材料およびそれらの組合せは、高い需要の窒化物半導体材料の最も一般的な例である。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体材料などのいくつかの半導体材料のボウルおよび基板の製造は、多くの理由のために難しいことが判明している。従って、外来基板材料上の半導体材料のエピタキシャル成長は、可能な選択肢であると考えられる。ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤまたはコランダム）、およびＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）を含有する基板が一般的な外来基板材料である。
【０００４】
このような外来基板は、窒化物半導体材料、特にＧａＮとは異なった結晶格子構造を有し、従って格子不整合を有する。このような不整合および上に重なった半導体材層の応力および欠陥性などの付随的な問題にもかかわらず、当該産業は、半導体用途の実現可能性を変更するために基板技術を開発し続けている。大きな表面積の高品質基板、特にサファイヤ基板に現在関心が寄せられている。しかしながら、より大きなサイズの高品質基板の製造には課題が残されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様によれば、単結晶体の結晶方位を解析する工程と、前記単結晶体の選択された結晶方向と前記単結晶体の第１の主外面の面に沿う結晶方向の投影との間の方位差角を計算する工程とを有する、単結晶体の結晶方位を変化させる方法が提供される。この方法は、前記第１の主外面の少なくとも一部から材料を除去して前記方位差角を変化させる工程をさらに有する。
【０００６】
別の態様によれば、単結晶体の結晶方位を単結晶体の初期の第１の主外面の結晶方位に相関させることによって前記単結晶体を解析する工程と、前記初期の第１の主外面から材料を除去して前記初期の第１の主外面に平行でない変更された第１の主外面を画定し、前記単結晶体の前記結晶方位を変化させる工程とを有する、単結晶体の結晶方位を再配向するための方法が提供される。
【０００７】
別の態様によれば、単結晶体を保持するように構成されたステージであって、少なくとも１つの軸を中心にして間隔傾斜能力を含むステージおよび前記ステージに向けられたｘ線銃および前記単結晶体から回折されたｘ線を検出するために配置されたｘ線検出器を備える単結晶体の結晶方位を変化させるための装置が提供される。この装置はさらに、前記ステージの上にある単結晶体の上に重なり係合するように構成された研削砥石であって、軸の周りに回転可能で前記軸に沿う方向に移動可能な研削砥石を有する。
【０００８】
別の態様によれば、解析ステージに向けられたｘ線銃を有する解析モジュールと、解析ステージの上にある単結晶体から回折されたｘ線を検出するために配置されたｘ線検出器と、ｘ線検出器において回折されたｘ線から集められた単結晶体の結晶方位に基づいた解析データを提供するように構成された出力部とを備える、単結晶体上の傾斜材料除去作業を終了するためのシステムが提供される。システムはさらに、傾斜材料除去作業のための加工ステージの方位を制御信号に基づいて調節するように構成された、制御信号を受理するための入力部を有する第１のアクチュエータを有する加工ステージを備える。解析データを受理するように構成された解析モジュールの出力部に結合された入力部を有するデータ処理モジュールをさらに備え、データ処理モジュールは、解析データと予め画定された結晶方位との間の比較に基づいて制御信号を提供するための第１のアクチュエータの入力部に結合された出力部を有する。
【０００９】
当該開示は、添付の図面を参照することによってより良く理解され、その多数の特徴および利点が当業者に明らかにされうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つの実施形態によって単結晶体の結晶方位を再配向するためのプロセスを示すフローチャートである。
【図２】１つの実施形態によって単結晶体の結晶方位を再配向するための別のプロセスを示すフローチャートである。
【図３Ａ】１つの実施形態による単結晶体および材料除去プロセスのために適したステージの斜視図を示す。
【図３Ｂ】１つの実施形態による単結晶体および材料除去プロセスのために適したステージの斜視図を示す。
【図３Ｃ】１つの実施形態による単結晶体および材料除去プロセスのために適したステージの斜視図を示す。
【図３Ｄ】１つの実施形態による単結晶体および材料除去プロセスのために適したステージの斜視図を示す。
【図４Ａ】１つの実施形態による傾斜材料除去プロセスのためのステージ上の単結晶体の方位を示す。
【図４Ｂ】１つの実施形態による傾斜材料除去プロセスのためのステージ上の単結晶体の方位を示す。
【図４Ｃ】１つの実施形態による傾斜材料除去プロセスのためのステージ上の単結晶体の方位を示す。
【図４Ｄ】１つの実施形態による傾斜材料除去プロセスのためのステージ上の単結晶体の方位を示す。
【図４Ｅ】１つの実施形態による傾斜材料除去プロセスのためのステージ上の単結晶体の方位を示す。
【図４Ｆ】１つの実施形態による単結晶体の断面図を示す。
【図５】１つの実施形態による略ｃ面方位および基準フラット部を有するサファイヤ単結晶ウエハを示す上面図である。
【図６Ａ】１つの実施形態によるサファイヤ単結晶体および特定の方位差角の斜視図である。
【図６Ｂ】ｘ軸に沿うサファイヤ単結晶体の断面図および１つの実施形態による方位差角の変化である。
【図６Ｃ】１つの実施形態によるサファイヤ単結晶体および特定の方位差角の斜視図である。
【図６Ｄ】ｙ軸に沿うサファイヤ単結晶体の断面図および１つの実施形態による相当する方位差角である。
【図７】１つの実施形態による単結晶体の傾斜材料除去作業のためのシステムの略図を示す。
【図８】１つの実施形態による図７のシステムの一部の詳細図を示す。
【図９】１つの実施形態による単結晶体の結晶方位を再配向するための装置の斜視図である。
【００１１】
異なった図面において同じ参照符号の使用は、同様なまたは同じ品目を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、単結晶体の結晶方位を再配向するための方法を提供するフローチャートを示す。単結晶材料のシートの側面表面を平面化することによって工程１０１においてプロセスを開始する。この特定のプロセスによれば、単結晶体は単結晶材料のシートである。本明細書において使用されるとき、シートまたは単結晶材料のシートへの言及は、略多角形の輪郭を有する、特に、対向した略矩形の主面および対向した略矩形の主面の間に延在して該略矩形の主面と接続する側面表面を有する単結晶物品を指す。さらに、単結晶材料のシートは一般に大きめの材料であり、その結果、ディスクまたはより小さな単結晶物体を単結晶材料のシートからくりぬくことができる。単結晶体を適した結晶形成技術、例えば縁部限定薄膜供給結晶成長（ＥＦＧ）法またはＫｙｒｏｐｏｕｌｏｓ法から得ることができる。
【００１３】
特にシートの側面表面を平面化することに関して、平面化には、材料除去プロセスを含めることができる。適した平面化プロセスには、粗研削プロセス、または微細研削プロセスなどの研削プロセスがある。１つの特定の実施形態によれば、シートの側面表面を平面化することには、固定研磨材、特に接着研磨研削砥石を用いる粗研削プロセスがある。
【００１４】
一般に、単結晶体は無機材料を含有する。適した無機材料には、酸化物、窒化物、炭化物、およびそれらの組合せなどが挙げられる。１つの特定の実施形態において、単結晶体は、例えば、酸化アルミニウムまたは配合酸化物、およびそれらの組合せなど、金属酸化物を含有する。より詳しくは、単結晶体は、アルミナだけを含むサファイヤ体である。
【００１５】
以下に記載されるように、サファイヤ単結晶材料は、多数の結晶面および相当する方向を有する。サファイヤ単結晶体の特定の方位への参照において、前記サファイヤ体内の典型的な面には、ｃ面、ｒ面、ｎ面、ａ面、およびｍ面などがある。単結晶体の所望の用途に応じて、特定の方位が望ましい。
【００１６】
単結晶材料のシートは略多角形形状、特に略矩形部分を有することができ、それ故に長さ、幅、および厚さの寸法を有することができる。典型的に、長さは、幅または厚さに等しくしばしばより長い寸法を有する最長寸法である。シートの幅は典型的に第２の最大寸法であり、典型的に厚さより大きい。厚さは最小寸法であり、典型的に長さおよび幅より小さい。一般に、シートの長さは約７．５ｃｍ以上である。他の実施形態によれば、シートの長さはより長く、例えば約２５ｃｍ以上、または約５０ｃｍ以上、約７５ｃｍ以上、またはさらに約１００ｃｍ以上である。一般に、単結晶材料のシートの長さは、約２００ｃｍ以下である。
【００１７】
単結晶材料のシートの幅は一般に約７．５ｃｍ以上である。他の実施形態には、約１０ｃｍ以上、または約１５ｃｍ以上、またはさらに約２０ｃｍ以上など、より大きい幅を有するシートを利用してもよい。一般に、単結晶シートの幅は約５０ｃｍ以下である。
【００１８】
前述したように、厚さは一般に最小寸法であり、それ故に、単結晶シートは典型的に、加工する前に０．５ｍｍ以上である厚さを有する。他の実施形態は、より大きな厚さのシート、例えば約１ｍｍ以上、または２ｍｍ以上、またはさらに約５ｍｍ以上の厚さを有するシートを利用することができる。一般に、単結晶材料のシートの厚さは約２０ｍｍ以下である。
【００１９】
工程１０１においてシートの第１の側面表面を平面化した後、単結晶材料のシートの対向した反対側の側面表面もまた、平面化されてもよいことは理解されよう。それ故、この平面化工程は典型的に、シートの第１の側面を平面化するために用いられた同じプロセス、特に、研削プロセスを包含する。
【００２０】
再び図１を参照すると、工程１０１においてシートの側面を平面化した後、単結晶材料のシートの側面を解析して基準面を同定することによって工程１０３においてプロセスが続く。解析技術には表面から直接に測定値をとる直接解析技術があり、または代わりに、解析プロセスは、別の表面に沿う測定によって結晶の方位が得られる、間接的技術を含めることができる。１つの実施形態によれば、シートの側面を解析するプロセスは、ｘ線回折によって実施されうる。次に、単結晶材料の側面を解析して基準面を同定することに関して、サファイヤ単結晶の特定のコンテクストにおいて、一般に、基準面の同定はａ面、ｒ面、またはｍ面の同定を含める。しかしながら、単結晶体の所望の方位に応じて前述の面の１つが基準面として用いられてもよいことは理解されよう。
【００２１】
工程１０３においてシートの側面表面を解析した後、工程１０５においてシートの側面表面から材料を除去してシートの側面表面を同定された基準面と整列することによってプロセスが続くことができる。シートの側面表面から材料を除去する工程は、研削、特に粗研削または微細研削プロセスなどの典型的な研磨プロセスを含めることができる。特定の実施形態によれば、適した研削プロセスは、研削砥石などの固定研磨材の使用を含める。
【００２２】
さらに、基準面を同定するとき、シートを所定の角度に置くことができ、その結果、材料を除去する間、シートの側面表面が、同定された基準面と整列されるように材料が除去される。このようなプロセスは、シートの側面の定位のために適しており、そのように選択される場合、ディスクなど、シートからより小さい単結晶材料を除去するとき、このようなディスクは同定された基準面に対して適切に定位される。
【００２３】
工程１０５においてシートの側面から材料を除去した後、工程１０７においてシートの初期の第１の主外面および初期の第２の主外面からスキン層を除去することによってプロセスが続く。上に記載されたように、典型的にシートは、第１の主外面および第２の主外面である、対向したおよび略矩形の主面を有する略多角形の輪郭を有することができる。工程１０７においてのスキン層の除去は、研削プロセス、特に、微細研削プロセスなどの研磨プロセスを一般に含めることができる。一般に、スキン層の除去は、初期の第１の主外面および初期の第２の主外面から材料を約２ｍｍ以下で除去することを含める。これまでのところ記載された上のプロセスの全て、特に工程１０１、工程１０３、工程１０５、および工程１０７を単結晶材料の単一シート上で終了することができ、または代わりに、おそらく、多数のシート上で終了してもよいことは理解されよう。さらに、このような工程は交換されてもよい。
【００２４】
工程１０７においてスキン層を除去した後、工程１０９において初期の第１の主外面を解析することによってプロセスが続く。１つの実施形態によれば、このような解析を例えばｘ線回折などの回折技術によって実施することができる。特に、初期の第１の主外面を解析する工程は、単結晶体の結晶方位を初期の第１の主外面の方位に相関させる工程を含めることができる。すなわち、特定の結晶面の全方位および単結晶体の方向を初期の第１の主外面の方位と比較することができる。このような解析を終了するとき、典型的に１つまたは複数の選択された結晶面が同定され、第１の初期の主外面によって画定された面と比較され、比較するとき、１つまたは複数の方位差角が同定される。本明細書において使用されるとき、用語「方位差角（ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅ）」は、単結晶体の選択された結晶面に垂直である方向と第１の主外面または第２の主外面の表面に沿う相当する結晶方向の選択された投影との間の角度として定義される。
【００２５】
単結晶体の結晶方位をさらに説明するとき、用語「傾斜角」も本明細書において用いられる。それ故、傾斜角は、単結晶体の表面に垂直なベクトルと単結晶体の一般方位を説明する選択された結晶面に垂直な方向との間に形成された角度を説明する種の用語である。例えば、サファイヤ単結晶の特定のコンテクストにおいて、単結晶体の第１の主外面は略ｃ面方位を有する場合がある。従って、傾斜角は、結晶ｃ面に垂直なベクトルと単結晶体の表面に垂直なベクトルとの間の関係だけを説明する。典型的に、このｃ面方位は単結晶体の第１の主外面と正確に同一平面上ではなく、特に、ｃ面は、別の結晶面（例えば、ｍ面、ａ面）の方向に傾けられるように配向される。実際、ｃ面方位は、様々な方向においてｃ面からの略平面表面の製造されたまたは目的の傾斜角（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ  ｔｉｌｔ  ａｎｇｌｅ）を包含することができる。理解しやすいように、傾斜角は単結晶体の表面に垂直なベクトルを用いる測定値だけであるが、他方、方位差角は、単結晶体の投影（すなわち、面に垂直または面内）と多数の選択された結晶方向の何れか１つに垂直な方向との間の角度を説明する。それ故方位差角と傾斜角とは、単結晶体の一般方位を説明する選択された結晶面を参照するとき、同じ角度である場合がある。
【００２６】
１つの特定の実施形態において、単結晶体は、約５．０°以下の傾斜角でｃ面から傾斜される略ｃ面方位を有するサファイヤ単結晶体である。他の実施形態は、ｃ面からの傾斜角が約３°以下、例えば約２°以下、またはさらに約１°以下であるｃ面方位を有するサファイヤ単結晶を用いてもよい。典型的に、傾斜角は、約０．０２°以上、または０．０５°以上である。さらに、いくつかの用途において、特定の傾斜角度が望ましく、すなわち、その結果、ｃ面は意図的に単結晶体の第１の主外面と同一平面上ではないことが指摘される。
【００２７】
工程１０９において初期の第１の主外面を解析した後、前記初期の第１の主外面から材料を除去して変更された第１の主外面を画定することによって工程１１１においてプロセスが続く。特に、変更された第１の主外面によって画定された面は初期の第１の主外面によって画定された面に平行ではない。従って、工程１１１の材料除去プロセスは、所定の角度において初期の第１の主外面から材料を除去する工程を含めることができる。すなわち、単結晶体の表面は、材料除去プロセスの間、傾斜されるかまたは所定の角度に置かれる。このようなプロセスは、単結晶体の結晶方位を再配向すること、また、方位差角を再画定することを容易にする。
【００２８】
１つの実施形態によれば、材料除去プロセスを研削プロセス、特に、傾斜研削プロセスによって終了することができる。１つの特定の実施形態において、そしてさらなる実施形態において示されるように、研削プロセスの間、単結晶体を研削表面に対して、１つまたは複数の軸に沿って傾斜位置に固定して、傾斜研削作業を実施することができる。あるいは、研削表面を単結晶体の表面に対して１つまたは複数の軸に沿って傾斜してもよい。
【００２９】
傾斜材料除去作業の間、単結晶体の初期の第１の主外面に垂直な方向が第１の軸を画定することができ、研削表面に垂直な方向が第２の軸を画定することができる。第１の軸と第２の軸との間のこの角度はまた、材料除去作業の間、初期の第１の主外面と研削表面との間の角度を画定する。それ故、初期の第１の主外面は、研削表面に対して所定の角度に置かれるので、第１の軸と第２の軸とは互いに対して所定の角度に置かれ、従って同軸ではない。典型的に軸間の角度は、約３０°以下、より典型的に約１５°以下である。他の実施形態は、研削の間、より小さな角度、例えば約１０°以下、または約５°以下、またはさらに約１°以下を利用する。
【００３０】
説明の目的で、一般に研磨材を自由研磨材と固定研磨材として分類することができる。自由研磨材は一般に粉末の形、または懸濁液を形成する液体媒体中の粒子の形の砥粒または研磨グリットからなる。固定研磨材は研磨グリットの位置を互いに対して固定する材料の母材中の研磨グリットを利用するという点において、固定研磨材は一般に自由研磨材と異なる。固定研磨材には一般に、接着研磨材および被覆研磨材がある。被覆研磨材の実施例はサンドペーパーであり、被覆研磨材は典型的に平面シート（または平面シートを幾何操作してベルト、フラップ等を形成する）であり、それは、グリットおよび様々なサイズおよびメイクコートが上に付着される可撓性の基板に依存する。対照的に、接着研磨材は一般に、このような基板に依存せず、研磨グリットはグリットが分散される母材接着材料の使用によって互いに対して所定の位置に固定される。このような接着研磨材成分は一般に造形または成形され、接着母材が軟化、流動し、研磨グリットを湿潤する接着母材の硬化温度（典型的に７５０℃を超える）において熱処理され、冷却される。様々な三次元形態、たとえば環形、円錐形、円筒形、切頭円錐形、様々な多角形が利用されてもよく、研削砥石、研削ブロック、研削ビット等として形成してもよい。ここに記載された特定の研削プロセスは、接着研磨材の形の固定研磨材成分を利用する。
【００３１】
実施形態によれば、材料除去プロセスは粗研削プロセスを含める。一般に、粗研削プロセスは、接着材料母材中に粗砥粒を含有する固定粗粒研磨材を利用することができる。粗砥粒は、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア−アルミナ等の結晶材料またはセラミック材料などの従来の砥粒を含有することができる。加えてまたは代わりに、粗砥粒は、ダイアモンド、および立方晶窒化硼素、またはそれらの混合物など、超砥粒を含有することができる。特定の実施形態は、超砥粒を利用する。超砥粒を利用するそれらの実施形態は、充填剤材料として上に記載されたような非超研磨セラミック材料を利用することができる。
【００３２】
さらに粗粒研磨材に関して、粗砥粒は、約３００ミクロン以下の平均粒径、例えば約２００ミクロン以下、またはさらに約１００ミクロン以下の平均粒径を有することができる。特定の実施形態によれば、粗砥粒の平均粒径は、約２．０ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内、例えば約１０ミクロン〜２００ミクロンの範囲内、より詳しくは約１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲内である。典型的な粗粒は、約２５ミクロン〜７５ミクロンの範囲内の平均粒径を有する。
【００３３】
上に記載されたように、粗粒研磨材は接着材料母材を含有する。一般に、接着材料母材は有機または無機材料を含有することができる。適した有機材料には、樹脂などの材料が挙げられる。適した無機材料には、セラミック、ガラス、金属、または金属合金などが挙げられる。適したセラミック材料には一般に、酸化物、炭化物および窒化物などがある。特に適したガラス材料には酸化物が挙げられる。適した金属には、鉄、アルミニウム、チタン、青銅、ニッケル、銀、ジルコニウム、それらの合金等がある。１つの実施形態において、粗粒研磨材は、約９０体積％以下の接着材料、例えば約８５体積％以下の接着材料を含有する。典型的に、粗粒研磨材は、約３０体積％以上の接着材料、またはさらに約４０体積％以上の接着材料を含有する。特定の実施形態において、粗粒研磨材は、約４０体積％〜９０体積％の範囲内の接着材料の量を含有する。特定の研削砥石の例には、米国特許第６，１０２，７８９号、米国特許第６，０９３，０９２号、および米国特許第６，０１９，６６８号明細書（その内容を本願に参照によって組み入れる）に記載された研削砥石がある。
【００３４】
一般に、粗研削プロセスは、未仕上げ単結晶体をホルダー上に提供する工程と、粗粒研磨材表面に対して単結晶体を回転させる工程とを有する。１つの特定の実施形態において、研削砥石は、研削砥石の内部ホイールの外面の周りに延在する研磨リムを有することができる。単結晶体を研削砥石に対して回転させることができ、研削がオフセット回転軸により達成される間、このような回転は、研削砥石の回転の同じ方向であるかまたは研削砥石の回転に対して反対方向であってもよい。１つの実施形態によれば、研削プロセスは、約２０００回転／分（ｒｐｍ）を超える速度において、例えば、約３０００ｒｐｍを超える速度において、例えば３０００〜６０００ｒｐｍの範囲内で研削砥石を回転させる工程を有する。典型的に、水性および有機冷却剤など、液体冷却剤が使用される。
【００３５】
特定の実施形態において、自生（ｓｅｌｆ−ｄｒｅｓｓｉｎｇ）粗粒研磨材表面が利用される。多くの従来の固定研磨材と異なり、自生研磨材は一般に、使用中にドレッシングまたは付加的なコンディショニングを必要とせず、精密なばらつきのない研削のために特に適している。自生に関連して、砥粒が摩耗フラットを生じるとき、接着材料母材は接着材料母材の所望の破壊をもたらすために粗粒（粗粒）に対して特定の組成、多孔度、および濃度を有してもよい。すなわち、母材の負荷力の増加のために摩耗フラットが生じるとき、接着材料母材が破壊する。破壊は破損粗粒を失わせ、新たな粗粒およびそれと関連して新たな切縁を露出させるのが望ましい。特に、自生粗粒研磨材の接着材料母材は、約６．０ＭＰａ−ｍ１／２未満、例えば約５．０ＭＰａ−ｍ１／２未満、または特に約１．０ＭＰａ−ｍ１／２〜３．０ＭＰａ−ｍ１／２の範囲内の破壊靭性を有することができる。
【００３６】
一般に、自生粗粒研磨材は、細孔、典型的に連続多孔度を有する接着材料と部分的に置き換える。したがって、接着材料の実際の含有量は、上に記載された値よりも低減される。１つの特定の実施形態において、粗粒研磨材は、約２０体積％以上、例えば約３０体積％以上の多孔度を有し、典型的な範囲は約３０体積％〜約８０体積％、例えば約３０体積％〜約７０体積％である。１つの実施形態によれば、粗粒研磨材は、約５０体積％〜約７０体積％の多孔度を含有する。多孔度は開放または独立でありうるが、多孔度のより大きなパーセンテージを有する粗粒研磨材において、一般に多孔度は開放連続細孔であることは理解されよう。細孔のサイズは一般に、約２５ミクロン〜約５００ミクロンのサイズの範囲内、例えば約１５０ミクロン〜約５００ミクロンであってもよい。前述の細孔に関連した値およびここに記載された値は、機械加工前または研削前の様々な成分に関連して出される。
【００３７】
１つの実施形態によれば、粗砥粒含有量は、自生能力をさらに改善するために制限される。例えば、粗粒研磨材は、約５０体積％以下、４０体積％以下、３０体積％以下、例えば約２０体積％以下、またはさらに約１０体積％以下の粗砥粒を含有する。１つの特定の実施形態において、粗粒研磨材は、約０．５体積％以上および約２５体積％以下の粗砥粒、例えば約１．０体積％〜約１５体積％の範囲内の粗砥粒、または特に、約２．０体積％〜約１０体積％の範囲内の粗砥粒を含有する。
【００３８】
結晶方位の再配向（ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｒｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）のために利用された傾斜材料除去プロセスの間、一般に材料の約２００ミクロン以上が第１の主外面から除去されて、変更された第１の主外面を画定する。他の実施形態は、所望の方位に応じて材料のより大きな量、材料の材料の約３００ミクロン以上、または約４００ミクロン以上を除去する場合がある。典型的に、変更された第１の主外面を画定するために除去される材料の量は約７００ミクロン以下である。除去された材料の量に言及するとき、傾斜材料除去プロセスは、表面の異なった部分から材料の異なった量を除去することができるので、このような値は、単結晶体の表面の一部から除去された材料の最大量を表すことは理解されよう。
【００３９】
工程１１１において傾斜材料除去プロセスを終了して、変更された第１の主外面を画定した後、初期の第２の主外面を解析することによって工程１１３においてプロセスが続く。上に記載されたように、一般に初期の第２の主外面は、第１の主外面の対向した主面または表面を有する。初期の第２の主外面の解析は、初期の第１の主外面の解析に関連して上に記載されたプロセスによって行われてもよい。あるいは、単結晶体の結晶方位は初期の第１の主外面の解析によって知られている場合があり、方位差角を初期の解析に基づいて計算および調節することができるので、初期の第２の主外面の解析は、任意のプロセスであってもよい。
【００４０】
したがって、工程１１３において初期の第２の主外面の任意の解析後、前記初期の第２の主外面から材料を除去して、変更された第２の主外面を画定することによって工程１１５においてプロセスが続く。理解されるように、初期の第２の主外面から材料を除去して、変更された第２の主外面を画定する工程は、工程１１１によって上に記載されたようなそれらのプロセスを含めることができる。特に、単結晶体を研削表面に対して所定の角度に置くことができ、その結果、材料は、初期の第２の主外面から所定の角度において除去され、変更された第２の主外面を画定し、それによって単結晶体の結晶方位を再配向し、方位差角を変化させる。
【００４１】
特に方位差角に関して、一般に、初期の第１の主外面および初期の第２の主外面の両方から材料を除去する前に、単結晶体の方位差角は一般に約０．０５°より大きい。１つの実施形態によれば、方位差角は、材料除去プロセスの前により大きく、例えば約０．１°より大きく、または約０．２°より大きく、またはさらに約０．３°より大きい。さらに、材料除去プロセスを実施して変更された表面を画定し、結晶方位の再配向を終了した後、方位差角が低減される場合があり、その結果、方位差は約０．０５°以下である。他の実施形態は、材料除去後により小さい方位差角、例えば約０．０４°以下、約０．０３°以下、またはさらに約０．０２°以下の方位差角を有する。
【００４２】
それ故、材料を除去して変更された第１の主外面および変更された第２の主外面を画定する工程は一般に、約０．０１°以上のデルタ（Δ）で１つまたは複数の方位差角を変化させる。他の実施形態は、より大きなデルタ、例えば約０．０５°以上、または０．１°以上、または約０．２°以上、またはさらに約０．５°以上で方位差角を変化させることができる。一般に、１つまたは複数の方位差角への変化は約１０°以下、より詳しくは、約５°以下である。
【００４３】
再び図１を参照すると、シートの両方の主面から材料を除去した後、シートをくりぬいてディスクを取り出すことによって工程１１７においてプロセスが続く。一般に、ディスクを取り出すためのくりぬきプロセスにはカッティングプロセスが挙げられる。特に、カッティングプロセスは、大きめのシートから１つまたは複数のディスクを取り出すための研磨ウォータジェット加工作業を利用することができる。あるいは、別の実施形態において、くりぬき作業にはコアー孔あけ作業が挙げられるが、コアー孔あけ作業は超音波補助コアー孔あけ作業である。理解されるように、単結晶材料のシートから取り出された前記ディスクは、加工されたシートと同じ結晶方位を有する。
【００４４】
１つまたは複数のディスクを大きめの単結晶材料のシートから取り出してもよい。ディスクは一般に、略円形外周および第１の主面および第２の主面を有し、側面表面が第１の主面と第２の主面との間に延在して第１の主面および第２の主面と接続する単結晶物品を説明する。このようなディスクはウエハを形成することができ、すなわち、ディスクは１つのウエハであってもよく、または代わりに、ディスクを後で加工して複数のウエハを形成してもよいことは理解されよう。
【００４５】
ディスクを取り出す前またはディスクを取り出した後、残りの単結晶体を追加加工して使用に適した物品を製造することができることは理解されよう。典型的に、追加加工は、付加的な研削プロセス、例えば微細研削作業、ラップ仕上作業または磨き作業を含めることができる。このような微細研削作業の間、先行の粗研削作業、例えば傾斜材料除去作業の間に形成された引っ掻きが除去される。それ故、微細研削作業は、材料の約２００ミクロン以下を除去する。他の微細研削作業は、より少なく、例えば約１００ミクロン以下、または約５０ミクロン以下、またはさらに約２５ミクロン以下を除去する場合がある。しかしながら、一般に、微細研削作業は材料の約１０ミクロン以上を除去する。
【００４６】
典型的に、このような仕上作業の後、単結晶体はまた、応力除去プロセスを実施することができる。このようなプロセスには、エッチングまたはアニールプロセスなどが挙げられる。さらに、適切な幾何学を確実にするために磨きなどの追加加工が行なわれてもよい。典型的に、このような磨き作業には、ＣＭＰプロセスなど、自由研磨材の使用がある。
【００４７】
図２を参照して、別のプロセスによる、結晶方位の再配向された単結晶体を形成するためのプロセスを示すフローチャートが提供される。特に、ディスクが後でそこからくりぬかれる単結晶材料のシートの結晶方位を再配向することを目的としている図１とは対照的に、図２は、１つまたは複数のウエハに後で成形されてもよい、単結晶材料のディスクの結晶方位を再配向することを目的としたプロセスである。したがって、加工工程は、プロセスの早期にディスクを単結晶シートからくりぬき、ディスクの各々を材料除去作業に個別にかけることを除いて、一般に同じである。図２に見ることができるように、工程２０１、２０３、２０５および２０７は、図１において企図された同じ工程である。したがって、シートを初期平面化し、シートの側面を解析し、材料をシートの側面から取り出してシートの側面を基準面と整列し、スキン層を除去した後、工程２０９においてディスクを単結晶材料のシートからくりぬいてもよい。工程２０９においてシートをくりぬいてディスクを取り出した後、図１によって記載された同じ方法でプロセスが続く。それ故、工程２１１〜２１７は、シートの代わりにディスク上で終了されることを除いて同じである。
【００４８】
特にディスクの幾何学に関して、一般にディスクは略円形外周を有する。さらに、ディスクは一般に、約７．５ｃｍ以上の直径を有する。別の実施形態によれば、ディスクの直径はより大きくてもよく、例えば約８ｃｍ以上または９ｃｍまたはさらに約１０ｃｍ以上であってもよい。典型的に、ディスクの直径は約３０ｃｍ以下である。
【００４９】
一般に、ディスクの厚さは、材料を除去する前に約１０ｍｍ以下である。他の実施形態は、より薄い断面形を有するディスクを利用してもよく、その結果、両方の主外面から材料を除去する前に厚さが約５ｍｍ以下、または約２．５ｍｍ以下またはさらに約０．５ｍｍ以下である。
【００５０】
図３Ａ〜３Ｄに材料除去プロセスによって加工されている単結晶ディスクの斜視図が示される。図３Ａを参照して、複数の部分を備えるステージ３０３上にディスク３０１が置かれる。特に、ステージ３０３は、材料除去作業の間、ディスクの回転を容易にする回転可能部分である部分３０５を備える。ステージ３０３は、上に重なったディスクを軸３０８の周りに傾斜させることができる第１の傾斜部分３０７をさらに備える。ステージは、ディスク３０１を軸３１１の周りに傾斜させることを容易にする第２の傾斜部分３０９をさらに備える。特に、軸３０８および３１１は、ディスクの面に平行な方向に延在する直交した軸である。このような配置は、３６０度の回転によって複数の角度に対して材料の選択された除去のためにディスク３０１の傾斜を遂行する。特に、傾斜部分３０７および３０９は間隔傾斜能力を有し、その結果、傾斜の各間隔は約０．０２５度以下、より典型的に約０．０２度以下である。他のステージは、より大きな精度を利用することができ、その結果、各傾斜間隔は約０．０１度以下である。
【００５１】
図３Ｂを参照して、研削装置３１５に対してステージ３０３上のディスク３０１の斜視図が示される。示されるように、ディスクが選択された角度に傾斜された後、ディスク３０１の初期の第１の主外面から材料を除去することができる。上に記載されたように、材料除去のためのかかるプロセスの１つは研削プロセスであり、従って研削装置３１５がディスク３０１と係合される。特に、研削装置３１５が回転される他に、ステージ３０３およびディスク３０１を回転させることができる。１つの実施形態によれば、研削装置３１５およびステージ３０３は反対方向に回転される。回転運動に加えて、ステージを軸３１７に沿う方向に移動させることもでき、より詳しくは、ステージ３０３およびディスク３０１を軸３１７に沿って前後に往復直線運動させることができる。
【００５２】
図３Ｃは、初期の第２の主外面を露出させるために裏返されているディスク３０１を示す。初期の第１の主外面から材料を除去して変更された第１の主外面を画定した後、ディスク３０１をステージ３０３上で裏返して、初期の第２の主外面からの材料除去を開始することができる。理解されるように、変更された第１の主外面を形成した後、表面を所定の角度に置き、好適に定位し、その結果、ディスク３０１を裏返したとき、別の解析工程を実施せずに初期の第２の主外面上の材料除去プロセスを終了することができる。
【００５３】
図３Ｄを参照して、ディスク３０１を裏返した後、材料除去プロセスのためにディスク３０１の初期の第２の主外面が露出される。示されるようにおよび１つの実施形態によれば、このような材料除去プロセスはまた、研削作業を導入する。しかしながら、示されるように、ディスク３０１の初期の第１の主外面は前述のように変更され、およびディスク３０１の方位は変更された第１の主外面に対して変化されているので、初期の第２の主外面を研削したとき、ディスク３０１は傾斜される必要がない場合がある。この作業の間、初期の第２の主外面に研削作業を実施して初期の第２の主外面の結晶方位を変え、第２の主外面を、変更された第１の主外面によって画定された面と略平行にする。
【００５４】
図４Ａ〜４Ｆは、代替の材料除去作業の図を提供する。図４Ａを参照して、回転可能部分４０３と、１つの傾斜軸４０６の周りにステージ４０２を傾斜させるために適した傾斜可能部４０５とを有するステージ４０２の上にある単結晶体の上面図を示す。したがって、第１の初期の主外面において単結晶体４０１を解析および方位差角を測定後、単結晶体４０１をステージ４０２上に配置および定位することができる。図４Ａに示されるように、材料除去工程の第１の工程は、単結晶体４０１が傾斜軸４０６に対して望ましく定位されるまで回転可能部分４０３を用いてステージ４０１上で単結晶体４０１を回転させる工程を有する。
【００５５】
図４Ｂを参照して、ステージ４０２上の単結晶体４０１の側面図が提供される。ステージ４０１上で単結晶体４０１を回転させた後、傾斜可能部４０５によってステージを傾斜させることによって傾斜材料除去プロセスのために単結晶体４０１をさらに定位することができる。示されるように、単結晶体４０１を傾斜軸４０６の周りに傾斜させることができ、それは図４Ｂに示されるようにＺ方向に垂直でありＸ方向と同軸である。単結晶体４０１の傾斜は単結晶体を所定の角度に置き、その結果、初期の第１の主外面によって画定された面に垂直である方向４０７はＺ方向と同軸ではなく、従って傾斜材料除去プロセスおよび単結晶体４０１の表面に対して単結晶体４０１の結晶方位の変化を容易にする。
【００５６】
図４Ｃは、材料除去プロセスを実施した後のステージ４０２上の単結晶体４０１の側面図を示す。特に、適した回転および傾斜プロセスを終了することによって単結晶体４０１を定位した後、材料除去プロセスを実施することができる。上に記載されたように、１つの適した材料除去プロセスは研削プロセスを含める。図４Ｃに示されるように、研削プロセスを実施し、その結果、初期の第１の主外面によって画定された面に対して所定の角度において初期の第１の主外面が除去され、それによって変更された第１の主外面４０８を画定する。したがって、単結晶体４０１は、単結晶体の一部が単結晶体の他の部分とは異なった断面厚さを有するように造形される。
【００５７】
図４Ｅは、ステージ４０２上の単結晶体４０１の側面図を示す。特に、材料を除去して変更された第１の主外面４０８を画定した後、ステージ４０２をその元の傾斜されていない位置に戻すことができる。この位置において、単結晶体４０１を裏返すことができ、その結果、変更された第１の主外面４０８がステージ４０２と接触し、初期の第２の主外面４０９である対向した主面が材料除去プロセスのために露出される。第１の主外面が変更されて第１の表面に対して所望の結晶方位の再配向が開始されているので、初期の第２の主外面に対して単結晶体４０１の適した結晶方位の再配向はこの特定の実施形態による解析プロセスまたは傾斜プロセスを必要としない場合がある。
【００５８】
図４Ｆを参照して、傾斜材料除去プロセスの終了後のステージ４０２上の単結晶体４０１の側面図が示される。示されるように、初期の第２の主外面が除去され、変更された第２の主外面４１０が形成された。変更された第２の主外面４１０は、変更された第１の主外面によって画定された面４０８に平行である面を画定する。
【００５９】
図４Ｆは、結晶方位の再配向のために両方の主面を加工した後の単結晶体４０１の断面図である。特に、示された単結晶体４０１は、変更された第１の主外面４０８、変更された第２の主外面４１０、および所定の角度に置かれた側面４１２および４１３を有する。主面に対する傾斜材料除去プロセスのために、側面４１２および４１３は単結晶体に平行四辺形の断面形状を与える角度を示すことができることは理解されよう。１つの実施形態によれば、変更された第１および第２の主外面４０８および４１０を形成した後、単結晶体４０１の側面４１２および４１３は、材料除去プロセス、例えば研削プロセスを経て側面を主面に垂直にすることができる。図４Ｆに示されるように、造形された部分は、かかるプロセスの間に側面から典型的に除去された体積を示す。
【００６０】
特に単結晶材料のタイプに関して、１つの実施形態によれば、結晶方位の再配向のための適した単結晶体には、サファイヤ単結晶が挙げられる。それ故、図５は、サファイヤ単結晶体５０１の上面図を示す。特に、単結晶体５０１はディスクの形状であり、より詳しくは、電子デバイスをその上に形成するために適したウエハの形状である。サファイヤ単結晶体は異なった方位、例えばａ面方位、ｒ面方位、ｍ面方位、またはｃ面方位を有しうることは理解されるが、図５に示された実施形態は、単結晶体５０１の上面５０２が主に結晶ｃ面によって画定されるので略ｃ面方位を有する単結晶サファイヤウエハを示す。さらに示されるように、単結晶体５０１は、ａ面、ｍ面、またはｒ面など、ｃ面のほかの別の面に相当することがあるサファイヤ結晶の結晶面に相当する基準フラット部５０３を備える。
【００６１】
さらに理解しやすいように、サファイヤ単結晶体、および単結晶体中の特定の結晶面および単結晶体の表面のこれらの面に相当する方向（または投影）に対する方位差角（θｃ、θａ、およびθｍ）を示す図６Ａ〜６Ｄが提供される。特に、図６Ａは、単結晶体６０１の初期の第１の主外面６０３内のそれぞれａ、ｍ、およびｚ結晶方向の投影に相当する３つの方向（ｘ、ｙ、およびｚ）を表す第１のセットの軸を有する、単結晶体６０１の斜視図を示す。さらに、図６Ａは、単結晶体６０１内の結晶方向（すなわち、相応して記載された結晶面に垂直である方向）に相当する３つの方向（ａ、ｍ、およびｃ）を表す第２のセットの軸を有する。図６Ａはさらに、３つの方向（ｘ、ｙ、およびｚ）を表す軸と３つの結晶方向（ａ、ｍ、およびｃ）を表す軸との間の差に相当する方位差角６０５、６０７、および６０９を示す。より詳しくは、方位差角６０５、６０７、および６０９は、単結晶体６０１内の初期の第１の主外面６０３に沿う投影と相当する結晶方向との間の方位差を表す。
【００６２】
図６Ｂは、ｘ軸に沿って見られるときの単結晶体６０１の断面図である。特に、図６Ｂは、それぞれｚおよびｙ方向の間の方位差角６０５（傾斜角でもある）および６０７を示す。本明細書に記載された実施形態によれば、単結晶体は材料除去プロセスを経て、初期の第１の主外面６０３を初期の第１の主外面６０３に平行でない変更された第１の主外面６１１に変化させることができる。前述のように、材料除去プロセスは研削プロセスを含めることができ、研削表面に対して単結晶体６０１の初期の第１の主外面を傾斜させる工程を含めることができる。単結晶体の結晶方位を変化させるために、特に、ｃ面およびｍ面それぞれに対応した方位差角６０５および６０７を変化させるために、単結晶体６０１から材料を除去して、変更された第１の主外面６１１を画定する。理解しやすいようにおよび説明のために、三角形の領域６１２および６１３は傾斜材料除去プロセスを示し、特に領域６１２および６１３が除去され、その結果、初期の第１の主外面６０３が除去されて、初期の第１の主外面６０３に平行でない変更された第１の主外面６１１を画定する。材料を除去し、変更された第１の主外面６１１を形成したとき、ｃ面およびｍ面は、変更された第１の主外面６１１に対して再配向され、従ってｍ面およびｃ面に対して方位差の度合を変化させることができる。
【００６３】
図６Ｃを参照して、変更された第１の主外面６１１を形成した後、ｙ軸とｍ面方向は、同じベクトルを共有する。それ故、ｘ軸およびａ面方向に対して方位差角を変化させるために同じプロセスを終えることができる。
【００６４】
図６Ｄは、ｙ軸に沿って見られたときのサファイヤ単結晶体６０１の断面図を示す。図６Ｄは、それぞれｚ軸ｘ軸の間の方位差角６０５および６０９を示す。ｙ軸およびｍ面垂直方向に対して変更された第１の主外面６１１を形成する先行の再配向は、サファイヤ単結晶体６０１の初期の第１の主外面を有効に再画定した。それ故、サファイヤ単結晶体６０１は第２の材料除去プロセスを経て、ｘ軸において単結晶体の表面を解析および加工することによって結晶方位の再配向をもたらし、方位差角６０５および６０９を変化させることができる。示されるように、サファイヤ単結晶体に研削などの材料除去プロセスを実施することができ、そこで、変更された第１の主外面６１１は研削表面に対して傾斜され、その結果、変更された第２の主外面６１２はｘ軸に対して画定される。このような研削プロセスの間に三角形の領域６１２および６１３が除去され、その結果、ｃ面およびａ面は、変更された第２の主外面６１２に対して再配向され、従ってａ面に対して方位差の度合が変化される。２つの異なった直交した方向（すなわち、ｙ軸およびｘ軸）の各々についての単一研削プロセスに対して研削プロセスが多段階プロセスとして説明されたが、単一研削プロセスにおいて多数の方向の結晶方位の変化をもたらすために本明細書の実施形態において記載されたように研削プロセスを変更することができることは理解されよう。
【００６５】
図７を参照して、傾斜材料除去作業を終了するためのシステムが示される。図７は、データ処理モジュール７０３の入力部に接続された出力部を有する解析モジュール７０１を示す。また、データ処理モジュールは、第１の加工ステージ７０５の入力部に接続された第１の出力部と、第２の加工ステージ７１１の入力部に接続された第２の出力部とを備える。
【００６６】
一般に、解析モジュール７０１は、単結晶体を解析するために解析ステージの周りに定位されたｘ線銃およびｘ線検出器を備える。単結晶体を解析したとき、解析モジュールは、単結晶体に関する解析データ７０７を生じ、解析データ７０７をデータ処理モジュール７０３に提供することができる。解析データ７０７は典型的に、結晶の方位に関係があるデータを有する。１つの実施形態によれば、解析データ７０７は、その物理的外面によって測定されたときの単結晶体の物理的方位を結晶方位に関連づけるデータを有することができる。１つの特定の実施形態において、解析データ７０７は、単結晶体内の基準面を同定することに関係がある情報を包含する。別の実施形態において、解析データ７０７は、単結晶体の初期の第１の主外面に対して方位差角に関係がある情報を包含することができる。
【００６７】
データ処理モジュール７０３は解析データ７０７を受理し、選択された加工ステージにおいて傾斜材料除去作業を制御するための制御信号を発生する。例えば、基準面を形成するための傾斜材料除去作業または初期の第１の主外面上の方位差角を変化させるための傾斜材料除去作業などの多数の傾斜材料除去作業をシステムによって実施することができるので、データ処理モジュール７０３を用いて異なった制御信号を発生することができる。次に、このような制御信号を適切な加工ステージ（例えば、７０５または７１１のどちらか）に送って適切な作業を行なうことができる。
【００６８】
例えば、１つの実施形態においてデータ処理モジュール７０３は解析モジュール７０１からの解析データ７０７を受理し、解析データ７０７を処理して単結晶体の現在の方位と予め決められた結晶方位に基づいた所望の方位との間の誤差を表す制御信号を発生する。制御信号は加工ステージに送られ、加工ステージの方位を調節する。それ故、１つの特定の実施形態において、制御信号７０９は、単結晶体の第１の主外面上の傾斜材料除去プロセスを終了して少なくとも１つの方位差角を変化させるために適している第１の加工ステージ７０５に送られるデータを有する。あるいは、別の実施形態において、データ処理モジュール７０３は、単結晶体の側面表面上の傾斜材料除去作業を終了して基準面または「フラット部」を画定するために適したデータを有する制御信号７１３を第２の加工ステージ７１１に提供する。特に、このようなプロセスは、１つの作業において単結晶体の第１の主外面が加工され、他の作業において単結晶体側面表面が加工されているので異なっており、異なった加工ステージならびに異なった制御信号を必要とすることがある。
【００６９】
一般に、データ処理モジュール７０３による解析データ７０７の処理をハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアによって行なうことができる。例えば、データ処理モジュールは、フィールド・プログラム可能ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはコンピュータプログラム可能ソフトウェア、またはそれらの組合せを備えてもよい。
【００７０】
図８を参照して、図７の指示領域７１５がより詳細に示され、データ処理モジュール８０３、および単結晶体８１３を有する加工ステージ８０９の略図を表す。データ処理モジュール８０３は、解析データ８０１を受理するための解析モジュールの出力部に接続された入力部およびデータ処理装置８０７に接続された出力部を有するメモリ８０５を備える。メモリ８０５は、データ処理装置８０７のための指示を記憶して解析データ８０１を受理したときに検索することができ、その結果、データ処理装置８０７は解析データを処理することができ、制御信号８１５を発生して加工ステージ８０９に送る。上に記載されたように、解析データ８０１は所望のプロセスに応じて異なったタイプのデータを有することができ、したがってメモリ８０５およびデータ処理装置８０７は、解析データ８０１を制御信号８１５に適切に変えるための多数のプログラムおよびアルゴリズムを保有することができる。
【００７１】
示されるように、加工ステージ８０９は、制御信号８１５を受理するためのデータ処理装置８０７に接続された入力部を有するアクチュエータ８１１を備える。制御信号８１５を受理したとき、アクチュエータは、制御信号８１５に基づいて研削表面８１７に対して加工ステージ８０９および上にある単結晶体８１３の方位を調節する。１つの実施形態によれば、アクチュエータ８１１は、加工ステージ８０９の主面によって画定された面内にある第１の軸の周りに加工ステージ８０９の傾斜を制御することができる。別の実施形態によれば、加工ステージ８０９は、多数の方向の加工ステージ８０９の移動を制御するための２つ以上のアクチュエータを備える。それ故、１つの実施形態において、別のアクチュエータを用いて、第１の軸に略直交して同じ面内にある第２の軸において加工ステージ８０９の傾斜を制御する。別の実施形態によれば、加工ステージ８０９は、データ処理装置８０７からの制御信号を受理するように構成された別のアクチュエータを備えることができ、その結果、アクチュエータは、加工ステージの主面の面内で加工ステージを回転させるように構成される。
【００７２】
理解されるように、多数の制御信号を多数のアクチュエータに送り、多数の方向に加工ステージを制御することができる。それ故、データ処理装置８０３および加工ステージ８０９は、示された以外にマルチプレクサおよびデジタル論理回路など、付加的または介在成分を備えることができる。さらに、このような実施形態は研削表面８１７に対して加工ステージ８０９の角度を変化させることを示したが、このような制御を用いて加工ステージ８０９に対して研削表面８１７の角度を変化させることができ、または代わりに、このような制御を用いて研削表面と加工ステージ８０９との両方を制御することができる。
【００７３】
図９は、単結晶体の結晶方位を変化させるための装置の斜視図である。図９は、ステージ９０３の上に重なった単結晶体９０１、ステージ９０３の上に配置されて単結晶体９０１に向けられたｘ線銃９０５を示す。理解されるように、ステージは、傾斜材料除去プロセスを実施するために適した間隔傾斜可能部を備える。装置はさらに、銃９０５から発生され単結晶体９０１から回折されたｘ線を誘導するように配置された相当する検出器９０７を備える。また、装置は、単結晶体と係合するように構成された、単結晶体９０１およびステージ９０３の上にある研削砥石などの研削表面９０９を組み合わせる。このような装置は、単結晶体９０１の結晶方位の再配向のために解析および材料除去などのプロセスの組み合わせを容易にする。さらに、単結晶体は傾斜材料除去作業の前、中、および後でも解析されうるので、図９の装置は再配向プロセスの改善された制御を可能にする。
【実施例】
【００７４】
以下の表１は、以下の加工手順によって形成された２１の試料のデータを提供する。２１の単結晶サファイヤディスクをＥＦＧ方法によって成長した多数の大きめの単結晶サファイヤシートからくりぬく。成長した単結晶シートの各々は、選択された結晶方位、典型的に略ｃ面方位から約＋／−０．５度の方位差を有する。シートの各々を欠陥について最初に目視検査し、偏光を用いて検査し、次いでｘ線解析方法を用いて検査する。シートを検査した後、単結晶サファイヤディスクのくりぬき作業および取り出しのために各シートをマッピングし、マークをつける。一般に、４つの単結晶ディスクを各単結晶シートから取り出す。
【００７５】
くりぬき作業の後、単結晶ディスクの各々を検査し、約２インチの直径に研削する。各々の単結晶ディスクを清浄にし、ｘ線回折を用いて解析して基準フラット部に相当する特定の基準面の方位を決定する。選択された基準面、例えばサファイヤ単結晶ディスク内の面を同定した後、表面研削盤を用いて単結晶ディスク上にフラット部を形成する。
【００７６】
フラット部を形成した後、単結晶ディスクを平らなプレート上にワックスマウントし、第１の主外面の研削によって清浄にする。試料を清浄にした後、ｘ線回折を用いて単結晶ディスクを解析し、予め決められた結晶方位に対して第１の主外面の方位を計算する。単結晶ディスクをサインプレートに固定し、単結晶ディスクが研削表面に対して傾斜されるように研削表面に対して単結晶ディスクの方位を調節する。単結晶ディスクは傾斜研削作業を受ける。一般に、以下に記載された試料の各々の研削作業は、必要とされる補正に応じて、約半時間〜約２時間である。
【００７７】
傾斜研削作業の後、単結晶ディスクの各々の第１の主外面をｘ線回折を用いて解析する。解析の間、単結晶ディスクの特定の方位差角を測定し、記録する。必要ならば、単結晶ディスクは、さらなる補正のために再び傾斜研削作業を受ける。第１の主外面を加工した後、ディスクを裏返し、第１の主外面上に使用されたプロセスを用いて第２の主外面を補正する。
【００７８】
第２の主外面の方位を調節した後、試料の各々を両面ラップ仕上げし、清浄にする。単結晶ディスクの各々の側面表面をエッジ研削し、ディスクを再び清浄にし、アニールし、研磨し、清浄にし、再び検査する。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
上の表１は、上に記載された手順によって加工された２１の試料を示す。サファイヤ試料の各々は略ｃ面方位を有する。サファイヤ単結晶ディスク内の結晶面に相当するａ軸およびｍ軸に対する方位差角が測定され、上に提供される。特に、ａ軸およびｍ軸に対する２１の試料の平均方位差角は小さい（約０．０５度未満）。さらに、単結晶シートの元の方位は選択された結晶方向の＋／−０．５度の範囲内であった。研削作業の後、ａ軸およびｍ軸に対する方位差角は−０．０４度および０．０１度の平均値を有し、それぞれ、結晶方位の再配向を示す。さらに、２１の試料の総合角度は０．１の平均値を有し、近い結晶方位を示し、＋／−０．５度より近い。また、２１の試料の標準偏差は０．０５度であるので、ウエハ間で比較したとき単結晶ディスクの各々の方位差の総合角度は低減される。また、測定された角度に対して最大値および最小値は方位差の低減を示す。
【００８１】
本明細書に記載された実施形態は著しい利点を提供する。本明細書に記載された実施形態は、解析方法、配向プロセスおよび手順、および特定の研削プロセスおよび物品を説明し、それらの全ては組み合わせると、単結晶体の結晶方位を再配向することを容易にする。さらに、本明細書に記載されたいくつかのプロセスは単結晶材料の大きなシートを加工するために適しており、あるいは、プロセスの特定の組合せは単結晶材料の個々のディスクまたはウエハを加工するために適しているので、方法のこのような組合せは拡大縮小可能である。特に、本明細書に記載された実施形態は、スクラップを低減してその上に形成されたデバイスの品質を改善するために特に望ましい単結晶体の成長後の結晶方位の再配向を容易にする。さらに、本明細書に記載されたプロセスは、単結晶物品が成長された後に特定の用途のためにエンドユーザー仕様に合わせて単結晶体を設計および調節することができるので、製造元の機動性を促進する。
【００８２】
上に開示された主題は実例であり制限的ではないと考えられなければならず、添付した請求項は、全てのかかる変更、改良、および他の実施形態にわたることが意図され、それらは本発明の真の範囲内にある。従って、法律によって許容される最大限まで、本発明の範囲は、以下の請求項およびそれらの等価物の最も広い許容される解釈によって決定されなければならず、前述の詳細な説明によって制限されずかつ限定もされないものとする。
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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