(57)【要約】【課題】自立型の窒化物半導体基板の外形加工時間を大幅に短縮することができる窒化物半導体基板の加工方法を提供する。【解決手段】まず、ＨＶＰＥ法等で成長された円形自立型ＧａＮの基板１を用意する。この基板１に対し、Ｘ線回折装置を用いてＯＦ加工を施す結晶方位に平行なケガキ線２を付ける。次いで、基板１のケガキ線２と超音波加工を行う工具３のＯＦ部３ａの直線部とが平行になるように、基板１をセットした後、超音波加工を行う。こうして、基板１は、工具３の形状に対応したフラットなＯＦ及びＩＦを有する円形に、精密にくり抜かれる。これにより、ＯＦ加工、ＩＦ加工および外径加工が同時にできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自立型の窒化物半導体の基板を、超音波加工により、円形に、一個以上のフラットな辺を含む円形に、または一個以上のノッチを含む円形に、くり抜くようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体基板の加工方法において、上記窒化物半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、またはＩｎＮのいずれかであることを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の窒化物半導体基板の加工方法において、上記フラットな辺が、上記基板の結晶方位を示すオリエンテーションフラット及び／又は基板の表面・裏面を見分けるためのインデックスフラットであり、また、上記ノッチが、上記基板の結晶方位を示すノッチ及び／又は基板の表面・裏面を見分けるためのサブノッチであることを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体基板の加工方法において、上記超音波加工を行う、一個以上のフラット部を有する円筒状または一個以上のノッチ部を有する円筒状の超音波振動工具のフラット部またはノッチ部を、Ｘ線回折により測定された上記基板の結晶方位に基づいて位置決めして超音波加工を行うようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体基板の加工方法において、上記超音波加工を行う、一個以上のフラット部を有する円筒状または一個以上のノッチ部を有する円筒状の超音波振動工具のフラット部またはノッチ部を、Ｘ線回折により測定され上記基板に付された基板の結晶方位を示すケガキ線に基づいて位置決めして超音波加工を行うようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等で成長された自立型の窒化物半導体基板の外形を加工する窒化物半導体基板の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高寿命青色レーザーや高輝度青色ＬＥＤ、高特性電子デバイス向けに使用されるＧａＮ基板として、ＨＶＰＥ法等により成長された低転位の自立型ＧａＮ基板が製造されている。このＧａＮ基板は、成長直後は通常円形で、厚さ・外径のバラツキがあり、基板外周部には結晶欠陥が生じやすい。
【０００３】
また、通常基板は、エピタキシャル・デバイス工程では、精度向上のため平坦な面とされ、サセプタにセットするために均一な外径とされ、主にワレ防止として面取加工が施され、更に、結晶方位の位置決めとして劈開やＯＦ(オリエンテーションフラット)加工がなされ、表面・裏面を見分けるためのＩＦ(インデックスフラット)加工や梨地状の裏面加工がなされる。
【０００４】
そこで、従来、基板形状を整えるため、ＮＣ加工機や倣い式の加工機を用いて、外径加工、ＯＦ・ＩＦ加工、面取加工が行われ、また平坦な面を得るために研削・ラップ・研磨加工が行われている。
【０００５】
なお、従来、シリコン基板やシリコン基板を貼り合わせた基板などに対する微細加工として、超音波加工により、基板表面に溝や窪みを形成したり、基板に穴をあけたり、あるいは基板上のエピタキシャル層に対し超音波振動により開裂を行ったりする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３７４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のＮＣ加工機や倣い式の加工機を用いた機械加工による基板の加工では、次のような問題点があった。
【０００７】
ＨＶＰＥ法等により成長された自立型ＧａＮ基板の形状は円形であり且つＧａＮ基板は透明であるため、円形のまま基板の表裏面を研磨すると、表裏の区別が目視では判断できなくなる。このため、例えば、片面を研磨する際には、研磨する面とは反対面にＯＦ加工を施す結晶方位位置にケガキをし、次にその反対面の研磨の際には、今研磨された面の同位置にケガキを行うことによって、表裏を区別させるといった手順をとる必要があり、手間がかかる。
【０００８】
また、円形の基板を、ＮＣ外形加工機や倣い式外形加工機により一回の加工で決められた結晶方位に対して精度良くＯＦ加工を行うことは難しいため、一度仮ＯＦ付け加工を行うが、ＧａＮ基板は硬脆材料であるため、加工速度を上げることができず、加工時間が非常に長くなる。
【０００９】
更に、ＨＶＰＥ法等により成長された自立型ＧａＮ基板の外周部は、結晶欠陥が生じやすく、またＧａＮ基板は硬脆材料であるため、取り代が多くなると、外径加工の時間が非常に長くなってしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、窒化物半導体基板の外形加工時間を大幅に短縮することができる窒化物半導体基板の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、自立型の窒化物半導体の基板を、超音波加工により、円形に、一個以上のフラットな辺を含む円形に、または一個以上のノッチを含む円形に、くり抜くようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法である。
【００１２】
超音波加工により基板を円形にくり抜くことにより、基板外周部の結晶欠陥を除去する等のために、所要の外径に基板を加工でき、しかもＮＣ外形加工機などの一般的な機械加工に比べて、迅速に且つクラックや加工変質層・加工歪みを生じさせることなく加工でき、ＧａＮ基板などの硬脆材料の半導体基板の加工に最適である。
また、一個以上のフラットな辺またはノッチを含む円形にくり抜けば、外径加工だけでなく、オリエンテーションフラット加工やノッチ加工も同時に行え、加工時間を大幅に短縮できる。
【００１３】
自立型の窒化物半導体の基板は、ＨＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等で成長された基板を使用する。ＨＶＰＥ法以外にも、ＭＯＣ(Metal Organic Chloride)法、ＭＯＶＰＥ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを用いて作成された自立型の窒化物半導体基板でも勿論よい。
超音波加工は、例えば、超音波振動する工具と工作物である基板との間に、水などの液体に砥粒を混ぜた加工液を供給しながら、適当な加圧力で基板に工具を押しつけて、工具と基板との間の砥粒の衝撃エネルギーにより、基板を破砕・除去する加工方法である。超音波加工を用いれば、一回の加工で、工具の断面形状に対応した所望の形（フラットな辺またはノッチを含む形など）に、精密に基板をくり抜くことができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、上記窒化物半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、またはＩｎＮのいずれかであることを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法である。
【００１５】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記フラットな辺が、上記基板の結晶方位を示すオリエンテーションフラット(ＯＦ)及び／又は基板の表面・裏面を見分けるためのインデックスフラット(ＩＦ)であり、また、上記ノッチが、上記基板の結晶方位を示すノッチ及び／又は基板の表面・裏面を見分けるためのサブノッチであることを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法である。
【００１６】
ＯＦ及びＩＦ、ＯＦ及びサブノッチ、ノッチ及びＩＦ、またはノッチ及びサブノッチを含む円形に、基板をくり抜けば、基板の両面を研磨した後も、基板の表裏を目視で判別することができる。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、上記超音波加工を行う、一個以上のフラット部を有する円筒状または一個以上のノッチ部を有する円筒状の超音波振動工具のフラット部またはノッチ部を、Ｘ線回折により測定された上記基板の結晶方位に基づいて位置決めして超音波加工を行うようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法である。
【００１８】
Ｘ線回折により得られた基板の結晶方位に基づき、超音波振動工具のフラット部またはノッチ部を位置合わせして超音波加工を行っているので、精度よくＯＦ加工やノッチ加工ができる。
【００１９】
第５の発明は、第１乃至第３の発明において、上記超音波加工を行う、一個以上のフラット部を有する円筒状または一個以上のノッチ部を有する円筒状の超音波振動工具のフラット部またはノッチ部を、Ｘ線回折により測定され上記基板に付された基板の結晶方位を示すケガキ線に基づいて位置決めして超音波加工を行うようにしたことを特徴とする窒化物半導体基板の加工方法である。
【００２０】
Ｘ線回折から求められた結晶方位を示すケガキ線を用いて位置合わせしているので、目視により位置合わせができ、簡易に且つ精度よくＯＦ加工やノッチ加工ができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超音波加工により基板を所望の形状にくり抜くことにより、基板の外径加工やオリエンテーションフラット加工などを行えるので、基板の外形加工時間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る窒化物半導体基板の加工方法の一実施形態を図面を用いて説明する。図１(ａ)〜(ｄ)は、本発明の一実施形態における加工工程を示す図である。
【００２３】
まず、ＨＶＰＥ法等で成長された円形自立型ＧａＮの基板１を用意する(図1(ａ))。ＨＶＰＥ法等で成長された円形の基板１の外周部１ａには、結晶欠陥が生じている場合が多く、通常、外周部１ａの結晶欠陥を除去する外径加工が必要になる。
【００２４】
この基板１に対し、Ｘ線回折装置を用いてＯＦ加工を施す結晶方位の印として、結晶方位に平行なケガキ線２をダイヤモンドペンで付ける(図１(ｂ))。
【００２５】
このケガキ線２が付けられた基板１を固形ワックスを用いてガラス板に貼り付けると共に、超音波加工機のホーンの先端部に工具３を取り付ける。この工具３は、図１(ｃ)にその横断面を示すように、基板１よりも小径の円筒状であってフラットなＯＦ(オリエンテーションフラット)部３ａ及びＩＦ(インデックスフラット)部３ｂを有する。工具３のＩＦ部３ｂは、ＯＦ部３ａから９０度をなす位置にある。
【００２６】
次いで、基板１が貼り付けられたガラス板を超音波振動機の作業台上に置き、基板１のケガキ線２と工具３のＯＦ部３ａの直線部とが平行になるように、目視にて基板１をセットする(図１(ｃ))。その後、工具３と基板１を所定の加圧力で接触させ、基板１上に液体と砥粒を混ぜたスラリ状の加工液を流した後、超音波加工機を作動させる。超音波加工機の振動子で発生した超音波振動は、ホーンを介して工具３に拡大して伝達され、超音波振動で弾かれた砥粒の衝撃によって基板１は破砕加工される。
具体的な加工条件を述べる。
加工液：純水に砥粒を混ぜたもの。砥粒はボロンカーバイト(B4C)で、その粒径は＃280、加工液は16リットル/minで供給した。
工具：材料はS45C(ＨＳ=40°調質)、肉厚１mmのものを用い、工具の加圧力は２Kg/cm2とした。
振動：共振周波数16KHz、出力(500)〜1000Ｗ、振幅30μｍ以上
固形ワックス：日化精工製アルコワックス(商品名)
【００２７】
こうして、基板１は、工具３の形状に対応したフラットなＯＦ及びＩＦを有する円形に、精密にくり抜かれる(図１(ｄ))。これにより、従来、外形加工機で行っていた仮ＯＦ付け加工、ＩＦ加工、基板外周部の結晶欠陥を除去する外径加工を同時に行うことができるので、外形加工機の占有時間を大幅に短縮できる。また、ＯＦ及びＩＦを有する基板１なので、表裏研磨後における基板の表裏管理を目視にて行うことが可能となる。
【００２８】
超音波振動によりくり抜かれた基板１は、ガラス板から取り外され、ワックス除去の洗浄がなされる。その後、基板１の裏面をラップし、場合に応じて研磨して平坦にする。更に、仕様形状に応じて、外径加工、高精度ＯＦ加工、面取加工を行う。ここで、高精度ＯＦ加工は、超音波加工した基板１のＯＦ方位をＸ線回折装置で測定し、外形加工機にて、ＯＦ方位のズレ分を修正して最終的なＯＦ加工を行うものである。次いで、基板１の表面をラップし、研磨する。
【００２９】
このように、超音波加工とＸ線回折を組み合わせることにより、精度よくＯＦ加工することが可能となり、得られた基板を用いた素子製造プロセスにおいて、素子歩留まりを大幅に向上できる。なお、上記実施形態では、Ｘ線回折装置を用いてＯＦ方位のケガキ線２を基板１に付け、ケガキ線２と工具３のＯＦ部３ａの直線部とを目視にて合わせて超音波加工を行っているが、Ｘ線回折機構を備えた超音波加工装置を製造すれば、この装置を用いて、結晶方位を測定し基板を精度良く位置決めした状態で、超音波ＯＦ加工を行うことができるため、劈開と同等の非常に精度の良いＯＦ加工が行える。
【００３０】
なお、上記実施形態において、超音波加工でくり抜かれた基板１に対し、その裏面を平坦にした後、表面も平坦にし、その後、仕様形状に応じて、外径加工、高精度ＯＦ方位加工、面取加工を行うようにしてもよい。この場合、基板１の表裏面が鏡面になるため、見た目の面状態では表裏の区別ができなくなるが、表裏面の平坦加工前に超音波加工機によりＯＦ、ＩＦ加工が施されているので、ＯＦとＩＦとの位置関係により表裏を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る窒化物半導体基板の加工方法の一実施形態における加工工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    基板
１ａ  外周部
２    ケガキ線
３    工具
３ａ  ＯＦ部
３ｂ  ＩＦ部
【図１】
2006339431.tif 000003