(57)【要約】【課題】サファイアのインゴットから切り出したサファイア基板において、高い平坦性を得る。【解決手段】熱処理工程１２で、サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板を熱処理する。ウェーハ載置工程１３で、熱処理工程１２を経たサファイア基板の第１の面を、保持面を有するステージ上に液体樹脂を介在して載置させる。樹脂硬化工程１４で、液体樹脂を硬化させる。第１の研削工程１５で、サファイア基板の第２の面を研削する。樹脂剥離工程１６で、第１の面に貼着される硬化した該液体樹脂を剥離する。第２の研削工程１７で、サファイア基板の第１の面を研削する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板の両面を研削して平坦なサファイア基板に仕上げるサファイア基板の平坦加工方法であって、
サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板を熱処理する熱処理工程と、
該熱処理工程を経たサファイア基板の第１の面を、保持面を有するステージ上に液体樹脂を介在して載置させるウェーハ載置工程と、
該ウェーハ載置工程ののち、該液体樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、
該樹脂硬化工程ののち、サファイア基板の該第１の面の反対面となる第２の面を研削する第１の研削工程と、
該第１の研削工程ののち、該第１の面に貼着される硬化した該液体樹脂を剥離する樹脂剥離工程と、
該樹脂剥離工程ののちサファイア基板の該第１の面を研削する第２の研削工程と、
を含むサファイア基板の平坦加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットから切り出したサファイア基板の平坦加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インゴットからワイヤーソーで切り出したウェーハの表面には、微細なうねり（凹凸）や歪みがある。そこで、ウェーハの両面を研削及び研磨して平坦化している。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のウェーハの平坦化方法では、ウェーハのうねりを計測し、フィルム上に液状樹脂を塗布して形成した樹脂層にウェーハの一方の面を付着させ、計測したうねりに基づいてウェーハに選択的に超音波を付与して液状樹脂の粘性を部分的に低下させてウェーハのうねりを復元し、液状樹脂を固化したのち、ウェーハの他方の面を研削してうねりを除去することにより、ウェーハの一方の面のうねりにかかわらず、他方の面のうねりを十分除去して平坦化する。
【０００４】
また、特許文献２に記載のウェーハの平坦加工方法では、ウェーハの一の面を水平保持面に吸引保持してうねりを矯正して水平にした状態で二の面を研削して歪みを除去し、ウェーハの二の面を水平保持面に吸引保持してうねりを矯正して水平にした状態で一の面を研削して歪みを除去することにより一の面及び二の面に同等の研削歪みを形成してから、平坦化加工をすることにより、ウェーハの歪みに起因する反りを効果的に除去し、高平坦度のウェーハを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５１０９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４９６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、サファイアのインゴットは硬いため、ワイヤーソーによる切り出しの際に発生する応力が大きく、インゴットからワイヤーソーで切り出して板状にしたサファイア基板の内部には、残留応力が発生する。従来は、サファイア基板内部の残留応力を考慮せずに表面の平坦化加工をしていたので、サファイア基板内部の残留応力によって反りが発生し、高い平坦性を得ることができないという課題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情にかんがみてなされたもので、サファイアのインゴットから切り出したサファイア基板において、高い平坦性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るサファイア基板の平坦加工方法は、サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板の両面を研削して平坦なサファイア基板に仕上げるサファイア基板の平坦加工方法であって、サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板を熱処理する熱処理工程と、該熱処理工程を経たサファイア基板の第１の面を、保持面を有するステージ上に液体樹脂を介在して載置させるウェーハ載置工程と、該ウェーハ載置工程ののち、該液体樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、該樹脂硬化工程ののち、サファイア基板の該第１の面の反対面となる第２の面を研削する第１の研削工程と、該第１の研削工程ののち、該第１の面に貼着される硬化した該液体樹脂を剥離する樹脂剥離工程と、該樹脂剥離工程ののちサファイア基板の該第１の面を研削する第２の研削工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るサファイア基板の平坦加工方法では、熱処理によりサファイア基板内部の残留応力を除去してから、表面の平坦化加工をするので、残留応力による反りの発生を抑えることができ、高い平坦性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】サファイア基板の平坦加工方法を示すフロー図。
【図２】サファイア基板切出工程で切り出されたサファイア基板を示す模式図。
【図３】熱処理装置を示す断面図。
【図４】熱処理工程で熱処理したサファイア基板を示す模式図。
【図５】ウェーハ載置工程を示す模式図。
【図６】樹脂硬化工程を示す模式図。
【図７】研削装置を示す斜視図。
【図８】第１の研削工程を示す模式図。
【図９】樹脂剥離工程を示す模式図。
【図１０】第２の研削工程を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すサファイア基板の平坦加工方法１０は、以下の手順を有する。
最初に、サファイア基板切出工程１１で、ワイヤーソーを使って、サファイア単結晶インゴットからサファイア基板を切り出す。次に、熱処理工程１２で、切り出したサファイア基板を熱処理する。次に、ウェーハ載置工程１３で、熱処理したサファイア基板の一方の面（第１の面）を、保持面を有するステージ上に液体樹脂を介在させて載置する。次に、樹脂硬化工程１４で、液体樹脂を硬化させる。次に、第１の研削工程１５で、サファイア基板の反対側の面（第２の面）を研削する。次に、樹脂剥離工程１６で、サファイア基板の第１の面に貼着され硬化した液体樹脂を剥離する。次に、第２の研削工程１７で、サファイア基板の第１の面を研削する。以下では、各工程の詳細について説明する。
【００１２】
（１）サファイア基板切出工程
ワイヤーソーを用いてサファイア単結晶インゴットからサファイア基板を切り出すと、図２に示すように、切り出されたサファイア基板２０ａの両面２１ａ，２１ｂには、加工歪み２２ａ，２２ｂやうねり２３ａ，２３ｂがある。また、サファイア基板２０ａには、加工歪み２２ａ，２２ｂや、内部の残留応力（図示せず）の影響により、反りが発生している。なお、図２においては、サファイア基板２０ａの厚さ方向を拡大し表面の凹凸を強調している。後述する図４〜６及び図８〜１０においても同様である。
【００１３】
（２）熱処理工程
図３に示す熱処理装置６０は、切り出されたサファイア基板２０ａが載置されるウェーハラック６１と、ウェーハラック６１の周囲を囲うインナーチューブ６２と、インナーチューブ６２と連接しインナーチューブの周囲を囲うアウターチューブ６３と、アウターチューブ６３の外側に配置されたヒーター６４と、ウェーハラック６１をインナーチューブ６２内に出し入れするウェーハラック昇降機構６５と、インナーチューブ６２内にアニールガスを供給するアニールガス供給機構６６とを有する。
【００１４】
アニールガスは、例えば酸素２０％アルゴン８０％の混合ガスや空気などである。アニールガス供給機構６６によってインナーチューブ６２内に供給されたアニールガスは、ウェーハラック６１に収容された複数のサファイア基板２０ａに向けて攪拌されたのち、アウターチューブ６３を通って、アウターチューブ６３に設けられた排気口６３１から排出される。アウターチューブ６３は、ヒーター６４からサファイア基板２０ａを汚染する物質が内部に侵入するのを遮断する。また、アウターチューブ６３で完全に遮断されずにアウターチューブ６３内に侵入した物質は、アニールガスとともに排出される。
【００１５】
熱処理工程１２では、サファイア基板２０ａをウェーハラック６１に載せ、ウェーハラック昇降機構６５が、サファイア基板２０ａが載ったウェーハラック６１をインナーチューブ６２内に挿入する。そして、アニールガス供給機構６６がアニールガスをインナーチューブ６２内に供給し、ヒーター６４が、ウェーハラック６１に載せられたサファイア基板２０ａを加熱して、所定の熱処理温度で所定の時間の熱処理をする。このようにして、サファイア基板２０ａに熱処理を施すことにより、サファイア基板２０ａの内部の残留応力を取り除く。また、熱処理により、サファイア基板２０ａの表面の加工歪み２２ａ，２２ｂもある程度取り除かれる。熱処理温度は、例えば、摂氏９００度以上１６５０度以下がサファイアに適した温度であり、望ましい。実験では、摂氏１４００度で４時間、あるいは、摂氏１２５０度で４時間の熱処理をすることにより、サファイア基板内部の残留応力を良好に取り除くことができた。
【００１６】
図４に示すように、熱処理したサファイア基板２０ｂは、内部の残留応力が取り除かれ、加工歪み２２ａ，２２ｂもある程度取り除かれたので、反りが低減されている。
【００１７】
（３）ウェーハ載置工程
図５に示すように、樹脂被覆装置３０のステージ３３は、水平な保持面３３１を有し、紫外線を透過する材料により形成されている。保持手段３１の押圧パッド３１１の下面に設けられた保持部３２の吸引面３２１にサファイア基板２０ｂを吸引して保持し、保持面３３１の上に載置したフィルム４１の上に滴下した液体の紫外線硬化樹脂４２ａ（液体樹脂）の上に、サファイア基板２０ｂを載置する。そして、押圧パッド３１１により、サファイア基板２０ｂを全面均等の押圧力で押圧して、紫外線硬化樹脂４２ａを押し広げ、サファイア基板２０ｂの第１の面２１ａの全面に紫外線硬化樹脂４２ａが塗布された状態にする。その後、吸引面３２１からの吸引を停止してサファイア基板２０ｂを解放し、保持手段３１を上方に退避させる。
【００１８】
（４）樹脂硬化工程
図６に示すように、ステージ３３及びフィルム４１を通して、ＵＶランプ３４から紫外線硬化樹脂４２に下方から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂４２ａを硬化させる。硬化した紫外線硬化樹脂４２ｂの下面には、保持面３３１を基準とした平坦面４２１が形成される。
【００１９】
（５）第１の研削工程
図７に示す研削装置５０は、サファイア基板２０を保持するチャックテーブル５１と、チャックテーブル５１を回転可能に支持するテーブル支持台５２と、チャックテーブル５１に保持されたサファイア基板２０の表面を研削する研削ユニット５３と、研削ユニット５３を鉛直方向に移動させる研削送り手段５４とを有する。研削ユニット５３には、円環状に配置され回転可能な研削砥石５３１を備えている。
【００２０】
図８に示すように、硬化した紫外線硬化樹脂４２ｂが付着していない側の第２の面２１ｂを上にして、すなわち、平坦面４２１を下にして、紫外線硬化樹脂４２ｂを介してフィルム４１と結合したサファイア基板２０ｃを、チャックテーブル５１の保持面５１１に保持する。そして、研削送り手段５４が研削ユニット５３を降下させ、回転する研削ユニット５３の研削砥石５３１を第２の面２１ｂに押圧して第２の面２１ｂを研削する。紫外線硬化樹脂４２ｂの被保持面は平坦面４２１であるので、チャックテーブル５１に保持されたサファイア基板２０ｃがサファイア基板２０ｃの表面２１ａのうねり２３ａにより矯正されることなく、第２の面２１ｂを平坦に研削することができる。
【００２１】
（６）樹脂剥離工程
次に、図９に示すように、第２の面２１ｂを研削して平坦にしたサファイア基板２０ｄから、フィルム４１を剥離すると、硬化した紫外線硬化樹脂４２ｂも、フィルム４１とともに剥離され、第１の面２１ａが露出する。
【００２２】
（７）第２の研削工程
図９に示した紫外線硬化樹脂４２ｂを剥離したサファイア基板２０ｄを裏返し、研削されていない側の第１の面２１ａを上にして、すなわち、研削により平坦化された第２の面２１ｂを下にして、サファイア基板２０ｄを、図１０に示すようにチャックテーブル５１の保持面５１１に保持し、回転する研削ユニット５３の研削砥石５３１を第１の面２１ａに押圧し、第１の面２１ａを研削する。第１の研削工程において第２の面２１ｂが平坦に研削されており、チャックテーブル５１における保持によってうねり２３ａが矯正されることがないため、第１の面２１ａが平坦に研削されたサファイア基板２０ｅを形成することができる。
【００２３】
このように、サファイア単結晶インゴットから切り出したサファイア基板に対して、熱処理を施すことにより、サファイア基板の内部に残留した残留応力を除去する。これにより、サファイア基板の反りが除去される。その後、サファイア基板の表面の平坦化加工をすることにより、サファイア基板の反りによる影響を排除することができ、高い平坦性を確保することができる。
これにより、半導体素子の絶縁基板として好適な、超平坦で同一結晶方位をもつテラス面及び直線状の規則的なステップサイトを有する基板表面を得ることができる。
【００２４】
なお、熱処理工程１２で熱処理したサファイア基板２０ｂに対し、特許文献２に記載された一次研削工程と同様に両面研削を施してもよい。これにより、両面の加工歪み２２ａ，２２ｂを取り除くことができるので、より高い平坦性を確保することができる。
あるいは、特許文献２に記載された一次研削工程により、サファイア基板切出工程１１で切り出したサファイア基板２０ａの両面を研削したのち、熱処理工程１２で熱処理をしてもよい。これにより、一次研削工程で発生した研削歪みを熱処理で取り除くことができる。
【００２５】
また、特許文献１及び特許文献２に記載されたうねり計測工程及びうねり復元工程により、熱処理工程１２で熱処理したサファイア基板２０ｂ（あるいは、一次研削工程で両面を研削したサファイア基板）の表面２１ｂのうねり２３ｂを計測し、ステージ上に載置したサファイア基板の表面２１ｂのうねり２３ｂを復元してから、樹脂硬化工程１４で紫外線硬化樹脂４２を硬化させてもよい。これにより、サファイア基板のうねりが矯正された状態で紫外線硬化樹脂４２に押圧された場合でも、うねりを復元することができるので、より高い平坦性を確保することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  サファイア基板の平坦加工方法、１１  サファイア基板切出工程、
１２  熱処理工程、１３  ウェーハ載置工程、１４  樹脂硬化工程、
１５  第１の研削工程、１６  樹脂剥離工程、１７  第２の研削工程、
２０  サファイア基板、２１  表面、２２  加工歪み、２３  うねり、
３０  樹脂被覆装置、３１  保持手段、３１１  押圧パッド、３２  保持部、
３２１  吸引面、３３  ステージ、３３１，５１１  保持面、３４  ＵＶランプ、
４１  フィルム、４２  紫外線硬化樹脂、４２１  平坦面、
５０  研削装置、５１  チャックテーブル、５２  テーブル支持台、５３  研削ユニット、５３１  研削砥石、
６０  熱処理装置、６１  ウェーハラック、６２  インナーチューブ、
６３  アウターチューブ、６３１  排気口、６４  ヒーター、
６５  ウェーハラック昇降機構、６６  アニールガス供給機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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