(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の一部にＲ面と平行または垂直な基準面を有し、主面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１μm以下とした単結晶サファイア基板を用い、上記基準面を基にしてＲ面に沿って劈開する工程からなる単結晶サファイアの分割方法であって、端部にのみクラック線を形成し、このクラック線を成長させるように応力を加えていくことを特徴とする単結晶サファイアの分割方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の薄膜成長用、電子部品用、構造部品用等の単結晶サファイア基板、及びこの単結晶サファイアの加工方法、及びこの加工方法により得られる単結晶サファイア体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶サファイアは、Ａｌ２  Ｏ３  の単結晶体であり、透明、高硬度で、極めて滑らかな面が得られることから、さまざまな用途に利用されている。
【０００３】
この単結晶サファイアは、溶融Ａｌ２  Ｏ３  中に浸漬した種子結晶を成長させながら引き上げることによって製造するため、複雑な形状に製造することができず、引き上げ後に所定形状となるように加工することが行われている。
【０００４】
具体的な単結晶サファイアの加工方法としては、ダイヤモンド砥石やダイヤモンド砥粒等を用いた機械加工、エッチング現象を利用した腐食加工、またはダイヤモンドペンを使ってマイクロクラックを発生させ、これを成長させて破断する破断加工が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような加工方法では、短時間でしかも滑らかな表面を得られるような加工を行うことができなかった。
【０００６】
まず、最も一般的なダイヤモンド砥粒を使った機械加工では、加工時間が長く、加工コストが高くなるという問題点があった。
【０００７】
次にエッチングによる腐食加工では、サファイア表面を平滑な面にすることができるが、１ｍｍの加工に１０時間程度と加工時間が長いだけでなく、サブミクロン単位の平滑面を得る事はできなかった。
【０００８】
また、ダイヤモンドペンを使った破断加工方法では、加工時間は短く、特別な加工機械・設備を使わないが、加工する位置の精度が悪く、また平滑面を得る事は困難であった。
【０００９】
特に、単結晶サファイア基板上に半導体薄膜を成長させ、パターンを形成した後にチップ状に分割しようとした場合、精度良く分割することができず、歩留を低下させているといった問題があった。また、上記半導体薄膜を成長させてレーザダイオード等とする場合は、分割面にサブミクロンの精密さを必要とするが、上記の加工方法では、この精度を得ることはできなかった。
【００１０】
そこで、特開平７−２９７４９５号公報に示すように、単結晶サファイア基板をそのＣ軸＜０００１＞と平行に劈開して分割することが提案されているが、この方法でも高精度に滑らかな面を得られるような分割はできなかった。
【００１１】
本発明では、以上の問題点を同時に解決し、短時間で、精度良く、滑らかな表面を得られる単結晶サファイアの分割方法、及びそれに適した単結晶サファイア基板を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単結晶サファイア基板にＲ面と平行または垂直な基準面を備えたことを特徴とする。
【００１３】
即ち、基準面をＲ面と平行または垂直にしておけば、この基準面と平行又は垂直な方向にＲ面が存在することになり、後述するように単結晶サファイアはＲ面に沿って劈開すると高精度に分割できることから、容易に効率良く加工できる基板とすることができる。なお、上記基準面がＲ面と平行または垂直とは、基準面がＲ面と完全に平行または垂直な方位から±１０°以内、好ましくは±２°以内の範囲内にあることを言う。
【００１４】
また、本発明は、単結晶サファイアをＲ面に沿って劈開する工程から分割することを特徴とする。
【００１５】
即ち、単結晶サファイアには結晶方位によりＡ面、Ｃ面、Ｒ面の３つの代表的な面が存在するが、このうち特にＲ面（１−１０２）が他の結晶面に比べて破断しやすく、このＲ面に沿って劈開すると、容易に高精度の分割が可能で、滑らかな分割面が得られることを見出した。
【００１６】
また、上記Ｒ面に沿った壁開を行う場合は、ダイヤモンドペン等にて、単結晶サファイアの表面にＲ面に沿った方向クラックを発生させ、外部応力にてクラックを成長させながら分割することによって、極めて平滑で鋭利な分割面を得る事ができる。
【００１７】
さらに、本発明は、上記の方法によって、少なくとも一部にＲ面に沿って劈開した滑らかな面を有する単結晶サファイア体を得ることを特徴とする。
【００１８】
この単結晶サファイア体を半導体・電子部品用素子、あるいは刃物等の構造用部品に利用する事により、高性能の製品を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
まず最初に、サファイアの結晶構造について説明する。図１に示すように単結晶サファイアは六方晶系であり、その中心軸をなすＣ軸とこれに垂直なＣ面（０００１）、Ｃ軸から三方へ放射状に伸びるＡ軸（ａ１  軸、ａ２  軸、ａ３  軸）とそれぞれに垂直なＡ面（１１−２０）、Ｃ軸に対して一定角度を有するＲ面（１−１０２）とこれに垂直なＲ軸が存在する。なお、これらの面や軸の方向については、Ｘ線回折により分析することができる。
【００２１】
次に、図２（Ａ）に示すように、本発明の単結晶サファイア基板１０は、引上軸がＭ軸＜１−１００＞となるようにＥＦＧ法によって育成を行った後、研削研磨加工したものであり、直径５０ｍｍ、厚さ０．４２５ｍｍの円板状で周囲の一部に基準面１２を成すオリエンテーションフラットを形成したものである。この単結晶サファイア基板１０の主面１１はＡ面（１１−２０）とし、基準面１２はＲ軸と平行、即ちＲ面（１−１０２）と垂直な方向としてある。そのため、Ｃ軸はこの基準面１２と５７．６１７°の角度を成す方向となる。
【００２２】
この単結晶サファイア基板１０を分割する場合は、ダイヤモンドペンを用いて、Ｃ軸と３２．３８３゜の角度をなす方向、即ち基準面１２と垂直な方向にクラック線１３を引き、微少なクラックを発生させる。ここで、基準面１２はＲ軸方向であることから、これと垂直なクラック線１３の方位は、Ｒ面（１−１０２）に沿った方向となる。なお、クラック線１３の方向とＲ面との方位精度は±１０°以下、望ましくは±５°以内が良い。
【００２３】
次にクラック線１３を引いた単結晶サファイア基板１０に、図２（Ｂ）に示すようにクラック線１３を広げる方向に曲げ応力を加えていくと、厚み方向にクラック線１３が成長し、単結晶サファイア基板１０はＲ面に沿って劈開して分割されることになる。このようにしてＲ面に沿って劈開することにより、容易に分割できるとともに、分割面は原子レベルで整列した状態となることから、容易にサブミクロン単位の直線性・平滑性を持った分割面を得ることができる。実際にＲ面に沿って劈開した分割面の表面粗さ（Ｒａ）を測定したところ、分割時の条件によっては１０Å以下程度の極めて滑らかな面を得ることができた。
【００２４】
また、図３（Ａ）に示すように、ダイヤモンドペンにより形成するクラック線１３は、単結晶サファイア基板１０の端部（端から５〜２０ｍｍの領域）にのみ行うこともできる。このようにすれば、ダイヤモンドペンにより単結晶サファイア基板１０の損傷する部分を少しでも小さくし、分割後のチップの歩留りを上げることができる。
【００２５】
この場合も、図３（Ｂ）に示すようにクラック線１３を形成した単結晶サファイア基板１０に、厚み方向及び進行方向にクラック線１３が成長するように曲げ応力を加えれば、単結晶サファイア基板１０をＲ面に沿って劈開し、分割することができ、サブミクロン単位の直線性・平滑性を持った分割面を得ることができる。
【００２６】
次に、図４に示す単結晶サファイア基板１０は、角型であり、主面１１をＡ面とし、一つの基準面１２ａはＲ面と平行に、他方の基準面１２ｂはＲ面と垂直に形成してある。したがって、基準面１２ａと平行な方向にクラック線を形成し、このクラック線を成長させるように曲げ応力を加えれば、Ｒ面に沿って劈開し、分割することができる。このように、Ｒ面と平行又は垂直な基準面１２ａ、１２ｂを有する角型の単結晶サファイア基板１０は、その面積を効率的に利用することができる。
【００２７】
また、図５に示す単結晶サファイア基板１０は、角型であり、主面１１をＣ面とし、基準面１２をＲ面に垂直としてある。したがって、この基準面１２と垂直な方向にクラック線１３を形成し、応力を加えればＲ面に沿って劈開し、分割することができる。なお、この場合、図に示すように劈開されるＲ面が主面１１と５７．６１７°の角度を成すため、厚み方向には斜めに分割されることになる。そのため、分割面にはシャープエッジが形成されることとなり、刃物やテープクリーナ等として利用することができる。
【００２８】
以上のように、単結晶サファイア基板１０に、Ｒ面と垂直又は平行な基準面１２を形成しておくことによって、容易にＲ面の方向を確認することができる。そして、この基準面１２から垂直又は平行な方向にクラック線１３を形成し、破断すればＲ面に沿って劈開できることから、単結晶サファイア基板１０を複数に分割する際に効率的な分割を行うことができる。
【００２９】
なお、本発明において、基準面１２をＲ面と垂直又は平行にするとは、Ｒ面（１−１０２）に対して基準面１２が完全に垂直又は平行な位置から±１０°以内、好ましくは±２°以内の範囲内にあることを言う。
【００３０】
また、以上の例において、クラック線１３を形成する主面１１は、Ａ面やＣ面とする必要はなくどのような面方位としても良いが、表面粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以下の鏡面とすることが好ましい。この理由は、主面１１が研削加工後のような粗い面であると、マイクロクラックが無数に存在しているため、形成したクラック線１３の成長の妨げとなるからである。
【００３１】
さらに、クラックを伝承させていく方法は、レーザ光照射等による熱応力を誘導していくことによってでも良い。
【００３２】
以上のように単結晶サファイア基板１０をＲ面に沿って劈開し分割することによって、得られたサファイア体はその一部に滑らかなＲ面を有していることとなり、これはさまざまな分野で利用することができる。
【００３３】
例えば、単結晶サファイア基板１０上に薄膜を形成した後、分割することによって、多数個取りの手法により効率的に製造できる。
【００３４】
具体的には、単結晶サファイア基板１０上にＳｉを成膜してＳＯＳ（ＳＩＬＩＣＯＮ  ＯＮ  ＳＡＰＰＨＩＲＥ）デバイスとしたり、ＳｉＣやＧａＮ等の半導体薄膜を形成してＬＥＤやＬＤ等の発光デバイスとしたり、ＺｎＯやＡｌＮ等の圧電薄膜を形成してＳＡＷフィルターとしたり、ＴｉＳｒＯ３  等の超伝導薄膜を形成したり、ＨｇＣｄＴｅ等の薄膜を形成することができる。また、ＨＩＣ（ＨＹＢＲＩＤ  ＩＣ）用の基板にも応用できる。
【００３５】
上記のような成膜あるいは素子パターンを形成した後、チップ状の半導体・電子部品に分割する際に、Ｒ面の劈開を利用した本発明の分割方法を使用することにより、単結晶サファイア基板１０の分割を、すばやく、高精度に行う事ができる。また分割面は高精度で滑らかな面となることから高性能の半導体・電子部品等を得ることができる。さらに、予め単結晶サファイア基板１０の基準面１２をＲ面に垂直又は平行な方向としておくことにより、効率良い切断加工を行うことができる。
【００３６】
また、Ｒ面により劈開した分割面は滑らかな面となることから、構造用部品等としても利用することができ、分割面のエッジを利用して、刃物やテープクリーナ等とすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単結晶サファイア基板にＲ面と平行または垂直な基準面を備えたことによって、分割するＲ面の方向を容易に識別できるとともに、単結晶サファイア基板の面積を最大限に利用した効率的な分割を行うことができる。
【００３８】
また、本発明によれば、単結晶サファイアをＲ面に沿って劈開する工程から単結晶サファイアを分割することによって、簡単な工程で、高精度に分割することができ、しかも滑らかな分割面を得ることができる。
【００３９】
さらに、本発明によれば、単結晶サファイア体の少なくとも一部にＲ面に沿って劈開した滑らかな面を備えたことによって、半導体・電子部品等、あるいは刃物等の構造部品等として高性能の製品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単結晶サファイアの結晶方位を示す図である。
【図２】本発明の単結晶サファイア基板を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の単結晶サファイア基板を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の単結晶サファイア基板を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の単結晶サファイア基板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０：単結晶サファイア基板
１１：主面
１２：基準面
１３：クラック線
【図１】
0003580631.tif 000002
【図２】
0003580631.tif 000003
【図３】
0003580631.tif 000004
【図４】
0003580631.tif 000005
【図５】
0003580631.tif 000006