(57)【要約】      （修正有）【課題】熱処理条件を基板ごとに最適化する必要がなく、主面を常に凹面とし反り量が低減されたサファイア基板の簡素な工程による製造方法を提供する。【解決手段】サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、基板１０の裏面１０Ｂを、基板１０の主面１０Ａが凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、片面ラップ工程後に、基板１０に生じた加工応力を緩和する熱処理工程を行う。これにより、口径が少なくとも４インチのサファイア基板であって、前記熱処理工程後の前記基板の反り量が裏面側に３０μｍ以下であるサファイア基板が得られる。【選択図】図１
2014001107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、
前記基板の裏面を、前記基板の主面が凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、
前記片面ラップ工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和する熱処理工程と、
を施して製造された口径が少なくとも４インチのサファイア基板であって、
前記熱処理工程後の前記基板の反り量は、裏面側に３０μｍ以下であることを特徴とするサファイア基板。
【請求項２】
請求項１に記載のサファイア基板であって、
前記基板は、前記熱処理工程によって１１００℃以上１６００℃以下の範囲で熱処理されたことを特徴とするサファイア基板。
【請求項３】
サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、
前記基板の裏面を、前記基板の主面が凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、
前記片面ラップ工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和する熱処理工程と、
を含むことを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記熱処理工程の熱処理温度は、１１００℃以上１６００℃以下の範囲であることを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物III−Ｖ族化合物半導体は、ＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ)等の発光デバイスや、耐熱性や耐環境性に優れた特徴を活かした電子デバイス用途として実用化されている。このIII−Ｖ族窒化物半導体は、サファイア基板上に成長させることが多く、その成長を正常に促すためにサファイア基板は、半導体成長面（主面）と反対側に反っている基板（つまり、主面が凹面）が好んで用いられる。
【０００３】
ところで、特許文献１には、サファイア基板を遊離砥粒にて両面ラッピングする第１の工程と、サファイア基板を真空、酸化または窒化雰囲気で高温にて熱処理する第２の工程とを有することを特徴とするサファイア基板の製造方法が開示されている。
【０００４】
この製造方法によると、第一工程によりサファイア基板２３０を両面ラップ装置に備えられた上定盤２２０及び下定盤２２１で挟み込み、サファイア基板２３０と上定盤２２０との間及びサファイア基板２３０と下定盤２２１との間に遊離砥粒２１０を流し込んでサファイア基板２３０の両面をラップ加工してサファイア基板２３０の主面と裏面との間の応力差によってサファイア基板に反りを生じさせ、第二工程によりサファイア基板の反り量に対応する適切な熱処理条件により熱処理を施すことで、所望の面に所望の反り量を有するサファイア基板を製造することができる（図８参照）。すなわち、熱処理条件によってサファイア基板２３０の主面を凹面とすることも凸面とすることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたサファイア基板の製造方法では、両面ラップ装置に備えられた上定盤２２０及び下定盤２２１によるサファイア基板２３０への加工応力の加わり方が両面ラップ工程を行うたびに異なる。これにより、両面ラップ加工後のサファイア基板２３０の主面の形状が凹面となったり、凸面となったりするため、両面ラップ工程後に一定の形状を有するサファイア基板が得られなかった。
【０００７】
主面を凹面とするサファイア基板を製造するため、特許文献１に開示された製造方法のように熱処理工程を行うと、主面を凹面とするサファイア基板を製造する最適な熱処理条件が基板ごとに異なるため、熱処理条件を基板ごとに最適化する必要があり、この作業は非常に煩わしいものであり、サファイア基板の製造工程が複雑化していた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱処理条件を基板ごとに最適化する必要がなく、主面を常に凹面とし反り量が低減されたサファイア基板を、簡素な工程によって製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
【００１０】
本発明に係るサファイア基板は、サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、前記基板の裏面を、前記基板の主面が凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、前記片面ラップ工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和する熱処理工程と、を施して製造された口径が少なくとも４インチのサファイア基板であって、前記熱処理工程後の前記基板の反り量は、裏面側に３０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るサファイア基板の製造方法は、サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、前記基板の裏面を、前記基板の主面が凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、前記片面ラップ工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和する熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような特定事項により、片面ラップ工程により基板の主面が凹面となるまで片面ラップ加工を行うため、片面ラップ工程後の基板の主面は常に凹面となり基板の反り方向が揃っている。よって、その後の熱処理工程では、従来技術とは異なり、熱処理条件を基板ごとに最適化することなく、反り量が低減されたサファイア基板を製造することができる。
【００１３】
また、上記のサファイア基板の製造方法であって、前記熱処理工程の熱処理温度は、１１００℃以上１６００℃以下の範囲であることとする。
【００１４】
また、上記のサファイア基板であって、前記基板は、前記熱処理工程によって１１００℃以上１６００℃以下の範囲で熱処理されたこととする。
【００１５】
この場合、熱処理工程の熱処理温度が１１００℃以上１６００℃以下の範囲であるため、サファイア基板の反り量をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱処理条件を基板ごとに最適化する必要がなく、主面を常に凹面とし反り量が低減されたサファイア基板を、簡素な工程によって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の研削工程を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の貼り付け工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程で使用されるラップ装置の概略を示す平面図、同図（ｂ）はラップ装置の概略を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のＣＭＰ工程で使用されるＣＭＰ装置の概略を示す平面図、同図（ｂ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、１１００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｂ）は、１３００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｃ）は、１４００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｄ）は、１６００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図である。
【図６】図６は、熱処理温度とサファイア基板の反り量との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の製造フローである。
【図８】図８は、従来のサファイア基板の両面ラップ工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のサファイア基板の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、この製造方法の説明を以って、本発明に係るサファイア基板の説明に代える。図７は、本発明に係るサファイア基板の製造方法を示す製造フローである。
【００１９】
本発明に係るサファイア基板の製造方法は、サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施した後に少なくとも、基板１０の裏面１０Ｂを、基板１０の主面１０Ａが凹面となるまで片面ラップ加工を行う片面ラップ工程と、片面ラップ工程後に、基板１０に生じた加工応力を緩和する熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明で使われる基板１０は、例えば口径が４インチであり、サファイアインゴットからスライスした直後の基板１０の厚みは１２００μｍである。この基板１０を用いたサファイア基板の製造方法について、以下、工程に沿って説明する。
【００２１】
・研削工程
まず、研削工程について説明する。図１は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の研削工程を示す模式図である。
【００２２】
研削工程では、基板１０を片面ずつ研削することにより、基板１０の両面を研削する。研削工程で用いられる研削装置６００は、基板１０が吸着載置されるセラミックプレート６２０と、セラミックプレート６２０と対峙し、基板１０を研削する砥石６１０と、基板１０とセラミックプレート６２０とを真空吸着させる真空ポンプ（不図示）と、を備えている。そして、セラミックプレート６２０の表面には複数の孔（不図示）が形成されており、この孔は真空ポンプに接続されている。なお、基板１０を研削する砥石６１０は、ダイヤモンド砥石が好ましい。
【００２３】
本研削装置６００を用いて、まず基板１０の主面１０Ａの研削加工を行う。基板１０の裏面１０Ｂを、基板１０を保持する吸着盤６３０を介してセラミックプレート６２０に取り付ける。吸着盤６３０にも複数の孔が形成されており、真空ポンプを稼働すると、基板１０はセラミックプレート６２０に吸着される。
【００２４】
基板１０の裏面１０Ｂがセラミックプレート６２０に吸着された状態で、基板１０の主面１０Ａを、砥石６１０によって２３０μｍ研削する。基板１０の主面１０Ａを研削した後、真空吸着ポンプを止め、基板１０をひっくり返し、基板１０の裏面１０Ｂを、前述した方法と同様に２３０μｍ研削する。
【００２５】
これにより、基板１０の厚みは両面の合計で４６０μｍ研削されることとなる。すなわち、研削工程終了時の基板１０の厚みは７４０μｍとなる。また、研削加工を行った面（つまり、基板１０の両面）には、砥石６１０による研削痕が残る。この研削痕は、後述するＣＭＰ工程により除去されることとなる。
【００２６】
なお、本実施形態では、先に主面１０Ａを研削加工したが、裏面１０Ｂを先に研削しても構わない。
【００２７】
・貼付工程
次に貼付工程について説明する。図２は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の貼付工程を示す断面図である。
【００２８】
貼付工程では、後述する片面ラップ工程で基板１０の裏面１０Ｂをラップ加工するため、ラップ加工する面の逆側の面である基板１０の主面１０Ａに基板保持部材３００を貼付ける。
【００２９】
基板保持部材３００は、プレート３１０と、プレート３１０上に固定され、開口を有する保持部材３２０と、保持部材３２０の開口に収容され、プレート３１０に貼付けられた吸着パッド３３０と、が含まれる。
【００３０】
基板１０の主面１０Ａに、吸着パッド３３０を貼付けると共に、基板１０の主面１０Ａに接着剤であるワックスを用いて、保持部材３２０と基板１０の主面１０Ａとを貼付ける。貼付け時には基板１０の裏面１０Ｂから圧力をかけるとよい。
【００３１】
これにより、プレート３１０を介して、基板１０と基板保持部材３００とが貼付けられることとなる。なお、接着剤としては、例えばアクリル樹脂又はガラスエポキシ樹脂が挙げられる。また、プレート３１０としては、セラミックプレートが挙げられる。
【００３２】
以上により、基板１０の主面１０Ａには基板保持部材３００が貼付けられているので、後述する片面ラップ工程で基板１０を片面ラップ加工する際に、基板１０が定盤４１０方向に押しつけられても、基板保持部材３００により基板１０を保護することができる。
【００３３】
・片面ラップ工程
次に片面ラップ工程について説明する。図３（ａ）は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程で使用されるラップ装置の概略を示す平面図、同図（ｂ）はラップ装置の概略を示す断面図である。
【００３４】
片面ラップ工程では、前述した基板１０の裏面１０Ｂをラップ加工する。片面ラップ工程に用いられるラップ装置４００には、基板１０をラップ加工する定盤４１０と、定盤４１０と対峙するように基板１０が取り付けられる取付具４２０と、ラップ加工時に使用する遊離砥粒が吐出されるノズル４３０と、取付具４２０の中心を回転軸、定盤４１０の中心を回転軸として、それぞれ独立して回転させるモータ（不図示）と、が備えられている。なお、定盤４１０には、鋳鉄の定盤が用いられる。
【００３５】
本ラップ装置４００を用いて基板１０のラップ加工を行う。取付具４２０に前述した基板保持部材３００が貼付けられた基板１０を取り付けた後、取付具４２０が定盤４１０方向に加重されることによって、基板１０の裏面１０Ｂが定盤４１０に押し当てられる。
【００３６】
この状態で、定盤４１０及び取付具４２０を互いに逆向きとなるように回転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出する。定盤４１０は、３０ｒｐｍから８０ｒｐｍまでの回転数で回転させることが好ましい。
【００３７】
遊離砥粒は、数十μｍの粒径であり、例えば緑化炭化ケイ素スラリーを用いる。
【００３８】
本片面ラップ工程では、基板１０の裏面１０Ｂを２０μｍ程度の加工する。これにより、基板１０の主面１０Ａを常に凹面とすることができる。つまり、基板１０の反り方向を確実に揃えることができ、その反り量は３０μｍ程度となる。
【００３９】
・熱処理工程
次に、前述した片面ラップ工程後に行われる熱処理工程について説明する。
【００４０】
熱処理工程では、前述した研削工程及び片面ラップ工程によって基板１０に生じた加工応力及び加工歪みを緩和する。具体的には、基板１０を高温炉（不図示）に入れ、１１００℃〜１６００℃の範囲の加熱温度で３時間保持する。
【００４１】
これにより、研削工程及び片面ラップ工程時に基板１０に生じた加工応力及び加工歪みを緩和することができるとともに、熱処理工程前、反り量が３０μｍ程度であった基板１０の反り量を低減することができる。
【００４２】
・貼付工程
本貼付工程は、次工程で基板１０の主面１０Ａを鏡面とするラップ工程及びＣＭＰ工程を施すため、基板１０に基板保持部材３００を貼付けて基板１０を保護するものである。貼付方法は前述した通りである（図２参照）。
【００４３】
基板１０の裏面１０Ｂに基板保持部材３００を貼付けることにより、後述するラップ工程で基板１０をラップ加工する際に、基板１０が定盤４１０方向に押しつけられても、基板保持部材３００により基板１０を保護することができる。
【００４４】
・ラップ工程
本ラップ工程では、後述するＣＭＰ工程を行う前に、予め基板１０を粗くラップ加工するために行われる。ラップ工程におけるラップ加工は前述した片面ラップ工程と同様であるが、本ラップ加工に用いられる定盤４１０には、比較的軟質な金属である銅製の定盤が用いられ、遊離砥粒は、数μｍの粒径であるダイヤモンドスラリーを用いる。
【００４５】
ダイヤモンドスラリーを用いて基板１０の主面１０Ａをラップ加工した後、遊離砥粒を数十ｎｍ程度の粒径の小さいシリカ粒子に代え、かつ、定盤４１０を銅製の定盤から軟質の発泡ウレタンまたはスエードタイプの研磨布に代えて、基板１０の主面１０Ａをラップ加工する。
【００４６】
・ＣＭＰ工程及び精密洗浄工程
次にＣＭＰ工程について説明する。図４は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のＣＭＰ工程を示し、（ａ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す平面図、（ｂ）はＣＭＰ装置の概略を示す断面図である。
【００４７】
ＣＭＰ工程では、前述のラップ工程で基板１０を粗くラップ加工を行った後に、そのラップ加工を行った基板１０の主面１０ＡをＣＭＰ研磨する。
【００４８】
ＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置４５０と前述したラップ装置４００とは、遊離砥粒等の化学薬品を精密洗浄するための洗浄液が吐出される洗浄液ノズル４６０が備えられている点と、遊離砥粒に数十ｎｍの粒径であるコロイダルシリカスラリーを用いる点と、が異なるだけであるから、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
ＣＭＰ研磨は、定盤４１０の回転軸及び取付具４２０の回転軸によって、定盤４１０と取付具４２０とを回転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出してＣＭＰ研磨を行う。ＣＭＰ研磨の終了後、研磨屑（被研磨物や研磨パッド等の削れ屑）や遊離砥粒の凝集物などの異物の除去や、アルカリ性の化学薬品であるコロイダルシリカスラリーの洗浄を行うために、洗浄液を洗浄液ノズル４６０から吐出しながら、基板１０の主面１０Ａの精密洗浄を行う。
【００５０】
これにより、精密洗浄工程後は主面１０Ａを鏡面とするサファイア基板を製造することができる。
【００５１】
以上、図７に示した製造フローに沿ってサファイア基板の製造方法を説明したが、上記の熱処理工程は、片面ラップ工程よりも後に施されれば工程の順番を問わず、片面ラップ工程の直後に熱処理工程を施す代わりに、ＣＭＰ工程を施した後に熱処理工程が施されても構わない。
【００５２】
次に、本実施形態における熱処理工程の実施例１〜４について説明する。
【００５３】
実施例１〜４では、図７に示した製造フローに沿って片面ラップ工程まで行い、主面１０Ａ側に３０μｍ反った主面１０Ａが凹面を有する基板１０に対して熱処理工程を施した。以下、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００５４】
図５（ａ）は１１００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｂ）は、１３００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｃ）は、１４００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図、同図（ｄ）は、１６００℃の熱処理を施したときのサファイア基板の主面形状を示す図である。
【００５５】
［実施例１］
基板１０を１１００℃で３時間熱処理することにより、裏面１０Ｂ側に２５．２３μｍ反ったサファイア基板を製造することができた（図５（ａ）参照）。
【００５６】
［実施例２］
基板１０を１３００℃で３時間熱処理することにより、裏面１０Ｂ側に１５．２０μｍ反ったサファイア基板を製造することができた（図５（ｂ）参照）。
【００５７】
［実施例３］
基板１０を１４００℃で３時間熱処理することにより、裏面１０Ｂ側に１３．０９μｍ反ったサファイア基板を製造することができた（図５（ｃ）参照）。
【００５８】
［実施例４］
基板１０を１６００℃で３時間熱処理することにより、裏面１０Ｂ側に１．６５μｍ反ったサファイア基板を製造することができた（図５（ｄ）参照）。
【００５９】
以上より、実施例１〜４では、熱処理工程前は基板１０の裏面１０Ｂ側に３０μｍ反っていた基板１０を、熱処理工程後は、基板１０の裏面１０Ｂ側に３０μｍ以下の反り量を有するサファイア基板とすることができた。
【００６０】
次に、図６に上記実施例で示した熱処理温度と基板の反り量との関係を示したグラフを示す。縦軸には熱処理後の基板の反り量、横軸には熱処理工程時の熱処理温度を示している。
【００６１】
図６に示したグラフより、熱処理温度が高いほどサファイア基板の反り量の値は小さくなる。しかし、１６００℃より高い温度で基板１０の熱処理を行っても、サファイア基板の反り量の値は変化しない（不図示）。これにより、熱処理温度が１６００℃のときがサファイア基板の反り量の低減効果が最適であった。一方、熱処理温度が１１００℃未満としたときは、熱処理前後でサファイア基板の反り量に変化がなかった（不図示）。これにより、熱処理工程の熱処理温度が１１００℃以上１６００℃以下の範囲にあるとき、サファイア基板の反り量を低減する効果があるといえる。
【００６２】
以上説明したとおり、本発明にかかる製造方法によれば、片面ラップ工程により基板１０の主面１０Ａが凹面となるまで片面ラップ加工を行うため、片面ラップ工程後の基板１０の主面１０Ａは常に凹面となり基板１０の反り方向が揃っている。よって、その後の熱処理工程では、従来技術とは異なり、熱処理条件を基板１０ごとに最適化することなく、反り量が低減されたサファイア基板を容易に製造することができる。
【００６３】
よって、本発明によれば、熱処理条件を基板ごとに最適化する必要がなく、主面を常に凹面とし反り量が低減されたサファイア基板を、簡素な工程によって製造することができる。
【００６４】
なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０  基板
１０Ａ  主面
１０Ｂ  裏面
【図１】
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【図２】
2014001107.tif 000004
【図３】
2014001107.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014001107.tif 000007
【図６】
2014001107.tif 000008
【図７】
2014001107.tif 000009
【図８】
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