(57)【要約】【課題】４インチ以上の大口径の基板においても、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板、及び、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板の製造方法を提供することにある。【解決手段】基板１０の片面を、厚みムラ以上の量を加工する第一加工工程と、第一加工工程後に、基板１０の第一加工工程を施した面とは反対の面を、第一加工工程での加工量より多く加工する第二加工工程と、第二加工工程後に基板１０に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、アニール工程後に、基板１０を保持する基板保持部材３００に基板１０を貼り付ける貼付工程と、貼付工程後に、基板１０の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、ラップ工程後に、基板１０のラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を施す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みムラ及び反りを有する基板に複数工程に亘る加工を施すことによって製造されたサファイア基板の製造方法であって、
前記基板の片面を、前記厚みムラ以上の量を加工する第一加工工程と、
前記第一加工工程後に、前記基板の前記第一加工工程を施した面とは反対の面を、前記第一加工工程での加工量より多く加工する第二加工工程と、
前記第二加工工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、
前記アニール工程後に、前記基板を保持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける貼付工程と、
前記貼付工程後に、前記基板の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、
前記ラップ工程後に、前記基板の前記ラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、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２】
請求項１に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記第一加工工程及び前記第二加工工程は、いずれも研削装置を用いて前記基板を加工することを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記第一加工工程及び前記第二加工工程は、いずれもウェットブラスト装置を用いて前記基板を加工する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１に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記第一加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のいずれか一方を用い、
前記第二加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のうち、前記第一加工工程とは異なる装置を用いて前記基板を加工することを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項５】
厚みムラ及び反りを有する基板に、少なくとも、
前記基板の片面を、前記厚みムラ以上の量を加工する第一加工工程を施し、
前記第一研削工程後に、前記基板の前記第一加工工程を施した面とは反対の面を、前記第一加工工程での加工量より多く加工する第二加工工程を施し、
前記第二加工工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和するアニール工程を施し、
前記アニール工程後に、前記基板を保持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける貼付工程を施し、
前記貼付工程後に、前記基板の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程を施し、
前記ラップ工程後に、前記基板の前記ラップ加工された面をＣＭＰ研磨するＣＭＰ工程を施して製造されたサファイア基板。
【請求項６】
請求項５に記載のサファイア基板であって、
前記第一加工工程及び前記第二加工工程では、いずれも研削装置を用いて前記基板が加工されたことを特徴とするサファイア基板。
【請求項７】
請求項５に記載のサファイア基板であって、
前記第一加工工程及び前記第二加工工程では、いずれもウェットブラスト装置を用いて前記基板が加工されたことを特徴とするサファイア基板。
【請求項８】
請求項５に記載のサファイア基板であって、
前記第一加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のいずれか一方を用い、
前記第二加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のうち、前記第一加工工程とは異なる装置を用いて前記基板が加工されたことを特徴とするサファイア基板。
【請求項９】
反り量が１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載のサファイア基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板の製造方法及びサファイア基板に関する。
【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、単結晶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、半導体成長面が鏡面研磨されたもの、基板の反り量及び厚みムラが小さいものが好んで用いられる。
【０００３】
サファイア基板の製造には、サファイアインゴットから基板を切り出す切断工程と、基板の表面をワックスを用いてセラミックブロックに貼り付ける表面貼付工程と、セラミックブロックに支持された基板の裏面をラップ加工する裏面片面ラップ工程と、セラミックブロックと基板とを取り外した後に、ラップ加工により生じた加工歪みを緩和する熱処理工程と、基板の裏面をワックスを用いてセラミックブロックに貼り付ける裏面貼付工程と、基板の表面をＣＭＰ研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）する主面メカノケミカル研磨工程と、が含まれる（特許文献１参照）。
【０００４】
なお、表面貼付工程及び裏面片面ラップ工程の代わりに、サファイア基板の両面をラップ加工する両面ラップ工程を行うことや、主面メカノケミカル研磨工程の前にラップ工程を行って、事前に粗研磨する工程も従来技術として知られている（図１１参照）。
【０００５】
両面ラップ工程で使用される両面ラップ装置は、例えば、粒径が数十〜百μｍの遊離砥粒が供給されるラップ定盤を上下に有し、このラップ定盤に対して基板を押し当てつつラップ定盤を回転させ、供給された遊離砥粒によって基板の両面を削る装置である。遊離砥粒の粒径は、後述するＣＭＰ研磨の遊離砥粒より大きいため、基板の粗研磨に用いられる。
【０００６】
主面メカノケミカル研磨工程で用いられるＣＭＰ装置は、回転可能な研磨テーブルと、その上に載置された研磨パッドと、研磨パッドの研磨面に基板の被研磨面を押し当てる研磨ヘッドと、研磨パッド及び基板を洗浄するために洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルと、遊離砥粒を供給する遊離砥粒供給ノズルと、研磨テーブルを回転させるためのモータと、を有する。
【０００７】
主面メカノケミカル研磨工程では、例えば、粒径が数ｎｍのアルカリ性のコロイダルシリカを遊離砥粒として用いる。これは、ラップ工程で用いられる遊離砥粒の粒径よりも小さいものである。
【０００８】
このようなＣＭＰ装置によって、遊離砥粒供給ノズルから研磨パッド上に遊離砥粒を滴下し、研磨ヘッドによって基板の被研磨面を研磨パッドの研磨面に押し当て、研磨テーブル及び研磨ヘッドを回転させることで、アルカリ性であるコロイダルシリカの遊離砥粒と基板とが化学反応して化学的及び機械的に研磨される。従って、主面メカノケミカル研磨工程では、ラップ工程よりも精密な研磨が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３４７７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
今般、ＬＥＤ素子などの半導体素子へのコスト低減及び性能向上の要求が強まっている背景から、製造工程の短縮・削減による基板コストの削減や、サファイア基板の高性能化(厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板)が求められている。
【００１１】
特許文献１に開示されている従来のサファイア基板の製造方法では、両面ラップ装置が使用されている。両面ラップ装置は、ラップ定盤に僅かながら反りや厚みムラが生じているため、加工する基板の口径が、例えば４インチ以上などの大口径になるほど、ラップ定盤の反りや厚みムラが影響して精度良く加工することが困難であった。つまり、ラップ定盤による加工では、サファイアインゴットから切り出された直後の両面に凹凸を有する基板に対して、厚みムラを低減し、反り量を１０μｍ以下とする限りなくフラットなサファイア基板を製造するといった、極めて高い加工精度が求められる加工は困難であった。
【００１２】
仮に、両面ラップ装置を用いて４インチ以上の基板をラップ加工するとしても、限りなくフラットな基板を製造するためには、加工レートを比較的遅く設定（数μｍ／ｍｉｎ程度）する必要があるため、加工に時間がかかり、サファイア基板を製造する製造コストが高くなる問題が生じていた。
【００１３】
また、両面ラップ装置の定盤表面の平坦性を保つためには定盤表面のｆａｃｉｎｇ作業を必要とするため、メンテナンス作業が非常に煩わしいものであった。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、４インチ以上の大口径の基板においても、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板、及び、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係るサファイア基板の製造方法は、厚みムラ及び反りを有する基板に複数工程に亘る加工を施すことによって製造されたサファイア基板の製造方法であって、前記基板の片面を、前記厚みムラ以上の量を加工する第一加工工程と、前記第一加工工程後に、前記基板の前記第一加工工程を施した面とは反対の面を、前記第一加工工程での加工量より多く加工する第二加工工程と、前記第二加工工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、前記アニール工程後に、前記基板を保持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける貼付工程と、前記貼付工程後に、前記基板の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、前記ラップ工程後に、前記基板の前記ラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るサファイア基板は、厚みムラ及び反りを有する基板に、少なくとも、前記基板の片面を、前記厚みムラ以上の量を加工する第一加工工程を施し、前記第一研削工程後に、前記基板の前記第一加工工程を施した面とは反対の面を、前記第一加工工程での加工量より多く加工する第二加工工程を施し、前記第二加工工程後に、前記基板に生じた加工応力を緩和するアニール工程を施し、前記アニール工程後に、前記基板を保持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける貼付工程を施し、前記貼付工程後に、前記基板の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程を施し、前記ラップ工程後に、前記基板の前記ラップ加工された面をＣＭＰ研磨するＣＭＰ工程を施して製造されたことを特徴とする。
【００１８】
このような特定事項により、第一加工工程での基板の加工量より第二加工工程での基板の加工量が多く設定されているため、第二加工工程で生じる加工応力が第一加工工程で生じる加工応力より大きくなる。このため、第二加工工程の前後で基板の反り方向が逆転し、結果として、基板の反り量を低減させることとなる。また、第二加工工程における基板の加工量が第一加工工程における基板の加工量よりも多いため、基板の厚みムラを確実に低減させることができる。その後、アニール工程、貼付工程、ラップ工程、ＣＭＰ研磨工程の順に工程を施すことにより、厚みムラ及び反りが低減された高性能なサファイア基板を製造することができる。
【００１９】
また、上記のサファイア基板の製造方法において、前記第一加工工程及び前記第二加工工程は、いずれも研削装置を用いて前記基板を加工することとする。
【００２０】
また、上記のサファイア基板において、前記第一加工工程及び前記第二加工工程では、いずれも研削装置を用いて前記基板が加工されたこととする。
【００２１】
このような特定事項により、研削工程で用いられる研削装置は、加工レートを数十μｍ／ｍｉｎと設定することができ、従来技術より数十倍速い加工レートで基板を研削することが可能である。また、従来技術のラップ装置とは異なり、定盤のｆａｉｃｉｎｇ作業が不要であるため、メンテナンスが容易である。
【００２２】
また、上記のサファイア基板の製造方法において、前記第一加工工程及び前記第二加工工程は、いずれもウェットブラスト装置を用いて前記基板を加工することとする。
【００２３】
また、上記のサファイア基板において、前記第一加工工程及び前記第二加工工程では、いずれもウェットブラスト装置を用いて前記基板が加工されたこととする。
【００２４】
このような特定事項により、ウェットブラスト工程で用いられるウェットブラスト装置は、ウェットブラストノズルから研磨剤を噴射して基板を加工するため、加工屑の発生が少なく、前述の研削工程よりもさらに装置のメンテナンスが容易となる。
【００２５】
また、上記のサファイア基板の製造方法において、前記第一加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のいずれか一方を用い、前記第二加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のうち、前記第一加工工程とは異なる装置を用いて前記基板を加工することとする。
【００２６】
また、上記のサファイア基板において、前記第一加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のいずれか一方を用い、前記第二加工工程は、ウェットブラスト装置又は研削装置のうち、前記第一加工工程とは異なる装置を用いて前記基板が加工されたこととする。
【００２７】
このような特定事項により、第一加工工程と第二加工工程とで異なる装置を用いて基板を加工することにより、複数の装置で並列させてサファイア基板を製造することができ、サファイア基板の量産効率を向上させることが可能である。
【００２８】
また、上記のサファイア基板であって、反り量が１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下であることとする。
【００２９】
このような特定事項により、本発明によって製造されたサファイア基板上にIII−Ｖ族窒化物半導体を正常に成長を促すことができるサファイア基板を提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、４インチ以上の大口径の基板においても、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板、及び、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るサファイア基板の製造方法の第一研削工程を示し、（ａ）は第一研削工程を施す前の模式図、（ｂ）は第一研削工程を示す模式図、（ｃ）は第一研削工程後の基板の断面図である。
【図２】本発明に係るサファイア基板の製造方法の第二研削工程を示し、（ａ）は第二研削工程を施す前の模式図、（ｂ）は第二研削工程を示す模式図である。
【図３】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。
【図４】本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ラップ装置の概略を示す断面図である。
【図５】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。
【図６】本発明に係るサファイア基板の製造方法のウェットブラスト工程を示し、（ａ）はウェットブラスト工程の模式図、（ｂ）はウェットブラスト加工を行っている様子を示す模式図である。
【図７】本発明の第一実施形態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。
【図８】本発明の第二実施形態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。
【図９】本発明の第三実施形態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。
【図１０】本発明の第三実施形態に係るサファイア基板の製造方法の変形例を示す製造フローである。
【図１１】従来のサファイア基板の製造方法を示す製造フローである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
[第一実施形態の説明]
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図７は、本発明の第一実施形態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。
【００３４】
本実施形態に係るサファイア基板の製造方法は、厚みムラ及び反りを有する基板に複数工程に亘る加工を施すことによって製造されたサファイア基板の製造方法であって、基板１０の片面を、厚みムラ以上の量を研削加工する第一研削工程と、第一研削工程後に、基板１０の第一研削工程を施した面とは反対の面を、第一研削工程での研削加工量より多く研削加工する第二研削工程と、第二研削工程後に基板１０に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、アニール工程後に、基板１０を保持する基板保持部材３００に基板１０を貼り付ける貼付工程と、貼付工程後に、基板１０の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、ラップ工程後に、基板１０のラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を含むことを特徴とする（図７参照）。
【００３５】
本実施形態で使用される基板１０は、サファイアインゴットからスライスされたものである。ここで、サファイアインゴットからスライスした直後の基板１０の表面１０Ａ及び裏面１０Ｂには凹凸を有していることから、基板１０の厚みが均一になっていない（後述する図１（ａ）参照）。つまり、厚みムラを有している。また、サファイアインゴットからスライスした直後の基板１０は、サファイアインゴットからのスライス加工によって生じた加工応力により、基板１０の表面１０Ａ側又は裏面１０Ｂ側のいずれかの方向に反っている。
【００３６】
本実施形態では、例えば６インチの基板１０を使用し、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０は、厚み１４５０±３０μｍ、（つまり、厚みムラが±３０μｍ）、基板１０の凸面を表面１０Ａ、基板１０の凹面を裏面１０Ｂとし、その反り量は３０μｍとする。なお、基板の表面１０Ａが凹面、裏面１０Ｂが凸面であっても構わない。
【００３７】
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。
【００３８】
・第一研削工程
まず、第一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第一研削工程を示し、（ａ）は第一研削工程を施す前の模式図、（ｂ）は第一研削工程を示す模式図、（ｃ）は第一研削工程後の基板の断面図である。
【００３９】
第一研削工程では、基板１０の片面を研削する。本実施形態では、基板１０の表面１０Ａ（凸面）を先に研削加工する。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吸着ポンプ６５０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、この孔は真空吸着ポンプ６５０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。
【００４０】
本研削装置６００を用いて、基板１０の表面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（図１（ａ）参照）。吸着盤６３０にも複数の孔（不図示）が形成されているため、真空吸着ポンプ６５０を稼働すると、セラミックプレート６２０の表面形状に沿うように基板１０が変形されるとともに、基板１０とセラミックプレート６２０とが吸着盤６３０を介して固定される。
【００４１】
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の表面１０Ａを砥石６１０によって、基板１０の厚みムラ以上の量を研削加工する。研削加工終了後は、真空吸着ポンプ６５０を停止し、基板１０をセラミックプレート６２０から取り外して、第一研削工程が終了する。
【００４２】
本実施形態では基板１０の厚みムラが３０μｍあるため、第一研削加工では基板１０の表面１０Ａを４０μｍ研削加工した。これにより、基板１０の表面１０Ａの凹凸度合いが低減された。なお、本実施形態では、先に表面１０Ａを研削加工したが、裏面１０Ｂを先に研削しても構わない。
【００４３】
また、研削工程で用いられる研削装置は、加工レートを数十μｍ／ｍｉｎと設定することができ、従来技術より数十倍速い加工レートで研削することが可能である。また、従来技術のラップ装置とは異なり、定盤のｆａｉｃｉｎｇ作業が不要であるため、メンテナンスが容易である。
【００４４】
・第二研削工程
次に、第二研削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第二研削工程を示し、（ａ）は第二研削工程を施す前の模式図、（ｂ）は第二研削工程を示す模式図である。
【００４５】
第二研削工程では、第一研削工程を施した基板１０の面とは反対の面を、研削加工する。本実施形態では、基板１０の裏面１０Ｂを研削加工する。研削方法は、前述した第一研削工程と同様であるため、説明を省略する。
【００４６】
第二研削工程では、基板１０の裏面１０Ｂを第一研削工程で研削加工した加工量よりも多く研削加工する（図２（ｂ）参照）。これにより、第一研削加工量よりも第二研削加工量の方が加工量が多いため、第一研削加工時よりも確実に基板の凹凸度合いを低減することができ、厚みムラを低減することができる。
【００４７】
また、第二研削加工量は、前述した第一研削加工量よりも多く設定されているため、基板１０には、第一研削加工時よりも加工応力がかかることとなる。すなわち、第一研削加工によって基板１０の表面１０Ａに加わった加工応力よりも、第二研削加工によって基板１０の裏面１０Ｂに加わった加工応力が大きいこととなる。
【００４８】
これにより、基板１０の表面１０Ａにかかる加工応力よりも基板１０の裏面１０Ｂにかかる加工応力の方が大きいため、基板１０の反り方向は、第一研削加工後の基板１０の反り方向と逆向きに反ることとなり、かつ、その反り量は、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０の反り量と比較して、低減されることとなる。
【００４９】
本実施形態では、前述した第一研削工程での加工量（４０μｍ）よりも多くなるように、第二研削工程で基板１０の裏面１０Ｂを６０μｍ研削した結果、基板１０は、裏面１０Ｂ側に反ることとなり（つまり、基板１０の表面１０Ａが凹面となる。）、その反り量は５μｍとなった。さらに、基板１０の裏面１０Ｂの凹凸度合いが第二研削工程前に比べて低減され、第二研削工程後の基板１０の厚みは、１３５０±２μｍ（つまり、厚みムラは、±２μｍ）となった。すなわち、第二研削工程後の基板１０は、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０と比較して、厚みムラ及び反りが低減された。
【００５０】
・アニール工程
次に、本発明のサファイア基板の製造方法における研削工程後に行われるアニール工程について説明する。
【００５１】
アニール工程では、前述した第一研削工程及び第二研削工程によって基板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、１６００℃の加熱温度で３時間保持する。
【００５２】
これにより、基板１０の加工応力及び加工歪みを緩和することができる。
【００５３】
なお、上記したアニールの温度及びアニールの時間は一例に過ぎず、上記の例に限定するものではない。
【００５４】
・貼付工程
次に貼付工程について説明する。図３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。
【００５５】
貼付工程では、後述するラップ工程及びＣＭＰ工程によって基板１０を鏡面とする面と逆側の面（本実施形態では、基板１０の裏面１０Ｂ）に基板保持部材３００を貼り付ける。
【００５６】
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に貼り付けられた吸着パッド３３０と、が含まれる。
【００５７】
基板１０の裏面１０Ｂに、吸着パッド３３０を貼り付けると共に、基板１０の裏面１０Ｂに接着剤であるワックスを用いて、保持部材３２０と基板１０の裏面１０Ｂとを貼り付ける。貼り付け時には基板１０の表面１０Ａから圧力をかけるとよい。
【００５８】
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とが貼り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。
【００５９】
以上、説明したように、基板１０の裏面１０Ｂには基板保持部材３００が貼り付けられているので、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。
【００６０】
・ラップ工程
次にラップ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ラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ラップ装置の概略を示す断面図である。
【００６１】
ラップ工程では、前述した基板１０の表面１０Ａをラップ加工する。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、銅または錫を含む比較的軟質な金属系の定盤が用いられる。
【００６２】
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が貼り付けられた基板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の表面１０Ａが定盤４１０に押し当てられる。
【００６３】
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。
【００６４】
遊離砥粒は、数μｍの粒径であり、例えばダイヤモンドスラリーを用いる。その後、数十ｎｍの粒径のシリカ粒子を用いて、軟質の発泡ウレタンまたはスエードタイプの研磨布で基板１０の表面１０Ａを研磨する。
【００６５】
本ラップ工程において、前述した基板１０の表面１０Ａを４２μｍ加工し、ラップ工程終了時の基板１０の厚みは１３０８μｍとなる。
【００６６】
・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５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。
【００６７】
ＣＭＰ工程では、前述した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の表面１０ＡをＣＭＰ研磨する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。本実施形態では、ＣＭＰ工程において、基板１０の表面１０Ａを８μｍＣＭＰ研磨する。これにより、ＣＭＰ工程終了時の基板１０の厚みは１３００μｍとなる。
【００７０】
その後に、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の洗浄を行うための洗浄液を洗浄液ノズル４６０から吐出しながら、基板１０の表面１０Ａの精密洗浄を行う。精密洗浄工程後は基板１０の表面１０Ａは、鏡面仕様となる。
【００７１】
精密洗浄後、基板保持部材３００から基板１０を取り外すことにより、基板１０の反り量は、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下となった。すなわち、厚みムラ及び反りが低減されたサファイア基板を製造することができる。
【００７２】
なお、本実施形態で使用されるラップ装置の定盤及びＣＭＰ装置の定盤の精度が±２μｍ以内であるため、本実施形態で製造されたサファイア基板の厚みムラは、±数μｍ以下とできる。
【００７３】
以上、説明したとおり、本実施形態により製造されたサファイア基板は、４インチ以上の大口径の基板１０において、厚みムラ及び反りが低減された限りなくフラットなサファイア基板である。つまり、製造されたサファイア基板の反り量は、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下である。
【００７４】
[第二実施形態の説明]
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。図８は、本発明の第二実施形態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。
【００７５】
本実施形態に係るサファイア基板の製造方法は、厚みムラ及び反りを有する基板に複数工程に亘る加工を施すことによって製造されたサファイア基板の製造方法であって、基板１０の片面を、厚みムラ以上の量をウェットブラスト加工する第一ウェットブラスト工程と、第一ウェットブラスト工程後に、基板１０の第一ウェットブラスト工程を施した面とは反対の面を、第一ウェットブラスト工程での研削加工量より多く研削加工する第二ウェットブラスト工程と、第二ウェットブラスト工程後に基板１０に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、アニール工程後に、基板１０を保持する基板保持部材３００に基板１０を貼り付ける貼付工程と、貼付工程後に、基板１０の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、ラップ工程後に、基板１０のラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を含むことを特徴とする（図８参照）。
【００７６】
本実施形態は、上記図７に示した第一実施形態の製造フローと、第一研削工程が第一ウェットブラスト工程である点、第二研削工程が第二ウェットブラスト工程である点でのみ相違するため、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。
【００７７】
・第一ウェットブラスト工程
まず、第一ウェットブラスト工程について説明する。図６は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のウェットブラスト工程を示し、（ａ）はウェットブラスト工程の模式図、（ｂ）はウェットブラスト加工を行っている様子を示す模式図である。
【００７８】
ウェットブラスト工程では、基板１０の片面のみをウェットブラスト加工する。本実施形態では、基板１０の表面１０Ａ（凸面）を先にウェットブラスト加工する。
【００７９】
ウェットブラスト加工に用いられるウェットブラスト装置５００には、基板１０を載置するステージ５１０と、ステージ５１０を一方向に移動させるステージ移動機構（不図示）と、ステージ５１０と対峙して配置され、ステージ５１０上に遊離砥粒と圧縮空気とが混合された遊離砥粒５３０を噴射するウェットブラストノズル５２０と、が備えられている。
【００８０】
ウェットブラストノズル５２０には、遊離砥粒が導入される遊離砥粒導入部５２１と、圧縮空気が導入される空気導入部５２２と、導入された遊離砥粒と圧縮空気とが混合される混合室５２３と、この混合室５２３から圧縮空気とともに送られてきた遊離砥粒５３０をステージ５１０の移動方向（図６（ａ）の矢符Ｘ方向）とステージ５１０と同一平面において直交する直線上に噴射するスリット状の噴射部５２４と、が備えられている。
【００８１】
本実施形態では、ウェットブラストノズル５２０は、基板１０とのなす角度が９０°として配置されているが、ウェットブラストノズル５２０と基板１０とのなす角度はこの角度に限られない。
【００８２】
このウェットブラスト装置５００を用いて、基板１０の表面１０Ａのみウェットブラスト加工を施す（図６（ｂ）参照）。基板１０の表面１０Ａをウェットブラストノズル５２０に向けてウェットブラスト加工されるように、基板１０をステージ５１０に載置し、ステージ移動機構を稼働させることによって、ステージ５１０が数ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動する。これとともに、ウェットブラストノズル５２０から１ＭＰａを超えない圧力で遊離砥粒５３０を基板１０に向けて垂直に噴射する。基板１０が載置されたステージ５１０が図６（ａ）の矢符Ｘ方向に移動することによって、基板１０の表面１０Ａ全体に遊離砥粒５３０が噴射される結果、基板１０の表面１０Ａ全体がウェットブラスト加工されることとなる。
【００８３】
ウェットブラスト加工では、加工レートを数μｍ／ｍｉｎの速度に設定する。加工レートは、ステージ５１０の移動速度に依存する。つまり、ステージ５１０の移動速度が遅いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が長くなるため、加工量が多くなる。逆に、ステージ５１０の移動速度が速いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が短くなるため、加工量が少なくなる。
【００８４】
第一ウェットブラスト工程では、前述した基板１０の厚みムラ（３０μｍ）以上の加工量、つまり、基板１０の表面１０Ａを４０μｍ加工した。これにより、基板１０の表面１０Ａの凹凸度合いが低減された。なお、本実施形態では、先に表面１０Ａをウェットブラスト加工したが、裏面１０Ｂを先にウェットブラスト加工しても構わない。
【００８５】
なお、遊離砥粒５３０に使用される遊離砥粒は、基板１０の平坦性を向上させるため、粒径が揃った遊離砥粒を用いることが望ましく、平均粒径数十から数百μｍのアルミナが使用される。
【００８６】
また、ウェットブラスト工程で用いられるウェットブラスト装置は、ウェットブラストノズルから研磨剤を噴射して基板を加工するため、加工屑の発生が少なく、前述の研削工程よりもさらに装置のメンテナンスが容易となる。
【００８７】
・第二ウェットブラスト工程
次に第二ウェットブラスト工程について説明する。第二ウェットブラスト工程では、第一ウェットブラスト工程を施した基板１０の面とは反対の面を、ウェットブラスト加工する。本実施形態では、基板１０の裏面１０Ｂをウェットブラスト加工する。ウェットブラスト加工方法は、前述した第一ウェットブラスト工程と同様であるため、説明を省略する。
【００８８】
第二ウェットブラスト工程では、前述した第一ウェットブラスト工程での加工量（４０μｍ）よりも多くなるように、第二ウェットブラスト工程で基板１０の裏面１０Ｂを６０μｍウェットブラスト加工した。その結果、基板１０は、裏面１０Ｂ側に反ることとなり、その反り量は５μｍとなった。さらに、基板１０の裏面１０Ｂの凹凸度合いが第二ウェットブラスト工程前に比べて低減され、第二ウェットブラスト工程後の基板１０の厚みは、１３５０±２μｍとなった。すなわち、第二ウェットブラスト工程後の基板１０は、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０と比較して、厚みムラ及び反りが低減された。
【００８９】
以上、説明した第一ウェットブラスト工程及び第二ウェットブラスト工程を施した後に、第一実施形態で説明したアニール工程、貼付工程、ラップ工程、ＣＭＰ工程、精密洗浄工程を施すことにより、４インチ以上の大口径の基板１０において、厚みムラ及び反りが低減された限りなくフラットなサファイア基板を製造することができた。つまり、反り量が、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下であるサファイア基板を製造することができた。
【００９０】
[第三実施形態の説明]
次に、本発明の第三実施形態及びその変形例について図面を参照しながら説明する。図９は、本発明の第三実施形態に係るサファイア基板の製造方法を示す製造フロー、図１０は、本発明の第三実施形態に係るサファイア基板の製造方法の変形例を示す製造フローである。
【００９１】
以下、第一実施形態及び第二実施形態と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。
【００９２】
本実施形態に係るサファイア基板の製造方法は、厚みムラ及び反りを有する基板に複数工程に亘る加工を施すことによって製造されたサファイア基板の製造方法であって、基板１０の片面を、厚みムラ以上の量をウェットブラスト加工するウェットブラスト工程と、ウェットブラスト工程後に、基板１０のウェットブラスト工程を施した面とは反対の面を、ウェットブラスト工程でのウェットブラスト加工量より多くウェットブラスト加工する研削工程と、研削工程後に基板１０に生じた加工応力を緩和するアニール工程と、アニール工程後に、基板１０を保持する基板保持部材３００に基板１０を貼り付ける貼付工程と、貼付工程後に、基板１０の少なくとも片面をラップ加工するラップ工程と、ラップ工程後に、基板１０のラップ加工された面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を含むことを特徴とする（図９参照）。
【００９３】
本実施形態のウェットブラスト工程では、第二実施形態で説明した第一ウェットブラスト工程と同様の工程を施すことにより、基板１０の表面１０Ａを４０μｍウェットブラスト加工を行った。その後、研削工程では、第一実施形態で説明した第二研削工程と同様の工程を施すことにより、基板１０の裏面１０Ｂを６０μｍ研削加工を行った。
【００９４】
その結果、基板１０は、裏面１０Ｂ側に反ることとなり、その反り量は５μｍとなった。さらに、本実施形態の研削工程後の基板１０の厚みは、１３５０±２μｍとなった。すなわち、研削工程後の基板１０は、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０と比較して、厚みムラ及び反りが低減された。
【００９５】
上述したウェットブラスト工程及び研削工程を施した後に、第一実施形態で説明したアニール工程、貼付工程、ラップ工程、ＣＭＰ工程、精密洗浄工程を施すことにより、４インチ以上の大口径の基板１０において、厚みムラ及び反りが低減された限りなくフラットなサファイア基板を製造することができた。つまり、反り量が、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下であるサファイア基板を製造することができた。
【００９６】
また、図１０に示した製造フローのように、本実施形態の変形例として、最初に研削工程を基板に施し、その後ウェットブラスト工程を施しても構わない（図１０参照）。
【００９７】
これにより、本変形例においても、前述と同様に、反り量が、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下であるサファイア基板を製造することができた。
【００９８】
以上、説明したとおり、本実施形態では、第一加工工程と第二加工工程とで異なる装置を用いて基板を加工することにより、複数の装置で並列させてサファイア基板を製造することができ、サファイア基板の量産効率を向上させることが可能である。
【００９９】
以上、第一実施形態から第三実施形態まで説明した製造方法によって製造されたサファイア基板は、４インチ以上の大口径の基板１０において、厚みムラ及び反りが低減された限りなくフラットなサファイア基板である。つまり、製造されたサファイア基板の反り量は、１０μｍ以下で、且つ、厚みムラが±２．５μｍ以下である。
【０１００】
よって、その後、サファイア基板上にIII−Ｖ族窒化物半導体を結晶成長させたとしても、正常にIII−Ｖ族窒化物半導体をサファイア基板上に成長させることができる。
【０１０１】
なお、上記に示した本発明の実施形態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】
【０１０２】
１０  基板
１０Ａ  主面
１０Ｂ  裏面
４００  ラップ装置
４５０  ＣＭＰ装置
５００  ウェットブラスト装置
６００  研削装置
【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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【図１１】
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