(57)【要約】【課題】基板を製造する工程において、簡易的に基板の割れ易さを評価するＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法を提供すること。【解決手段】所定の厚みに分割した非磁性ガーネット単結晶Ｃの表面をエッチング加工することと（Ｓ６）、エッチング加工した基板ＳＡの成長縞を観察して、成長縞の中心の位置Ｐ２を測定することと（Ｓ７）、成長縞の中心位置Ｐ２と基板の中心位置Ｐ１との距離に基づいて、基板の割れ易さを評価することと（Ｓ８）、を含む、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法（Ｓ５）。【選択図】図１
2018052745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚みに分割した非磁性ガーネット単結晶の表面をエッチング加工することと、
前記エッチング加工した基板の成長縞を観察して、成長縞の中心の位置を測定することと、前記成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離に基づいて、基板の割れ易さを評価することと、を含む、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項２】
前記成長縞の観察は、光で照明した前記エッチング加工した基板を目視で観察することにより行う、請求項１に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項３】
前記エッチング加工のエッチング量は、１．５μｍ以上４μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項４】
前記基板の割れ易さの評価は、前記成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍを超える場合に、割れ易く不良であると評価し、前記基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍ以内の場合に、割れ難く良好であると評価する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項５】
前記基板の割れ易さの評価は、前記成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離、及び前記非磁性ガーネット単結晶の製造された際の界面反転位置からの距離に基づいて行う、請求項４に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項６】
前記基板の割れ易さの評価は、前記成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍを超える場合に、割れ易く不良であると評価し、前記成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍ以内で且つ前記界面反転位置からの距離が４０ｍｍ以上の場合に、割れ難く良好であると評価する、請求項５に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法を含む、非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法で得られた評価結果に基づいて、基板を選択することを含む、請求項８に記載の非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法。
【請求項９】
肩部と直胴部とを備える非磁性ガーネット単結晶の直胴部から製造された非磁性ガーネット単結晶基板であって、
界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置の前記直胴部から製造され、且つ成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍ以内である、非磁性ガーネット単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法、非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法、及び非磁性ガーネット単結晶基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信用光アイソレータに適用されるファラデー回転子の材料として、Ｂｉ置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜（Rare-earth iron garnet：ＲＩＧと略記する）が広く用いられている。このＲＩＧ単結晶膜は、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット単結晶（ＧＧＧ：Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒが添加された非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）基板を種基板結晶にして液相エピタキシャル（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥと略記する）成長法で育成される（例えば、下記の特許文献１〜２参照）。ＲＩＧ単結晶膜の育成を安定させるためには、ＲＩＧ単結晶膜と種基板結晶である非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）の格子定数を一致させる必要がある。なお、このＳＧＧＧ基板はＳＧＧＧ単結晶を切断して作製され、非磁性ガーネット単結晶は、例えば、ＣａＭｇＺｒ置換型ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＳＧＧＧ）単結晶で、（Ｇｄ３−ｘＣａｘ）（Ｇａ５−ｘ−２ｙＭｇｙＺｒｘ＋ｙ）Ｏ１２、（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２等の組成式で表わされる。
【０００３】
また、上記基板に用いられる非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）単結晶の育成はチョクラルスキー（ＣＺ：Czochralski）法の回転引上げ法により行われる。予め混合したＧｄ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３を坩堝内に所定量仕込み、高周波炉で加熱溶融して原料融液を得た後、坩堝内の原料融液に種結晶を接触させ、この種結晶を回転させながら種結晶を徐々に引き上げてＳＧＧＧ単結晶を育成している（例えば、下記の特許文献３参照）。次いで、内周刃切断機等の装置によりＳＧＧＧ単結晶インゴットの肩部を切断して直胴部を得、この直胴部を円筒状に研削し、かつ、内周刃切断機またはワイヤーソー等で所望の厚さのウェハに切断した後、このウェハを所望の条件で研磨加工して上記非磁性ガーネット単結晶基板を製造している（例えば、下記の特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３８２９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８２９５号公報
【特許文献３】特開２００５−０２９４００号公報
【特許文献４】特開２０１５−０８６１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したように、ＲＩＧ単結晶膜の育成を安定させるためには、ＲＩＧ単結晶膜と種基板結晶である非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）単結晶基板の格子定数を一致させる必要がある。これらの格子定数が異なると、ＲＩＧ単結晶膜をＬＰＥ育成する際にＳＧＧＧ単結晶基板が割れることがある。この格子定数は、一般にＸ線回析装置（ＸＲＤ）により測定することができる。但し、この装置での測定は、基板状に仕上げた状態、例えば基板表面は鏡面上に研磨して仕上げた状態で測定する。また、この測定は、測定準備を含め測定点１ヶ所に１時間程度かかり時間を要する。このため、格子定数は、最終基板のサンプル評価等、あくまでも評価用として測定していた。よって、単結晶を引き上げ後、ウェハ状の基板作製工程において、格子定数の良否を識別（評価）することは難しかった。そこで、本発明は、上記状況を鑑み、基板を製造する工程において、簡易的に基板の割れ易さを評価するＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、エッチング加工の工程にて、Ｘ線トポグラフィーによる成長縞（ストリエーション）とほぼ同等の成長縞が、簡易に検出できることを見出した。本発明者は、このエッチング加工の工程で得られる成長縞が、本出願人による出願（特願２０１６−０２５８８０）に開示される、Ｘ線トポグラフィーで撮影して観察される同心円状の成長縞の中心がＳＧＧＧ単結晶基板面内の中心から８ｍｍ以内の領域の場合、格子定数のばらつきが小さくなり、ＳＧＧＧ単結晶基板が割れない安定したＬＰＥ育成が可能となるとの知見に基づいた、ＳＧＧＧ単結晶基板の割れ易さの評価方法に適用できることを見出し、発明を完成した。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、所定の厚みに分割した非磁性ガーネット単結晶の表面をエッチング加工することと、エッチング加工した基板の成長縞を観察して、成長縞の中心の位置を測定することと、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離に基づいて、基板の割れ易さを評価することと、を含む、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、成長縞の観察は、光で照明したエッチング加工した基板を目視で観察することにより行う、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様において、エッチング加工のエッチング量は、１．５μｍ以上４μｍ以下である、磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、第１から第３のいずれかの態様において、基板の割れ易さを評価することは、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍを超える場合に、割れ易く不良であると評価し、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍ以内の場合に、割れ難く良好であると評価する、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【００１１】
本発明の第５の態様によれば、第１から第４のいずれかの態様において、基板の割れ易さを評価することは、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離、及び非磁性ガーネット単結晶の製造された際の界面反転位置からの距離に基づいて行う非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【００１２】
本発明の第６の態様によれば、第５の態様において、基板の割れ易さを評価することは、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍを超える場合に、割れ易く不良であると評価し、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍ以内で且つ界面反転位置からの距離が４０ｍｍ以上の場合に、割れ難く良好であると評価する、非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法が提供される。
【００１３】
本発明の第７の態様によれば、第１から第６のいずれかの態様の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法を含む、非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法が提供される。
【００１４】
本発明の第８の態様によれば、第１から第６のいずれかの態様の非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法で得られた評価結果に基づいて、基板を選択することを含む、非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法。
【００１５】
本発明の第９の態様によれば、肩部と直胴部とを備える非磁性ガーネット単結晶の直胴部から製造された非磁性ガーネット単結晶基板であって、界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置の直胴部から製造され、且つ成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍ以内である、非磁性ガーネット単結晶基板が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＳＧＧＧ単結晶より基板を製造する工程において、簡易的に基板の割れ易さを評価することができる。
【００１７】
また、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法は、簡易的に基板の割れ易さを評価するＳＧＧＧ基板の評価方法を含むので、優れたＳＧＧＧ単結晶基板を簡易に製造することができる。
【００１８】
また、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板は、液相エピタキシャル成長に用いる際の割れが抑制されるので、液相エピタキシャル成長に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）は非磁性ガーネット単結晶の製造方法の一例を示すフローチャートであり、（Ｂ）は、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】非磁性ガーネット単結晶の一例を示す図である。
【図３】基板の成長縞の観察の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）は、エッチング処理した基板の成長縞を観察した結果を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の基板をＸ線トポグラフィー法により成長縞を観察した結果を示す図である。
【図５】成長縞の中心位置の測定の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、以下の図面において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明することがある。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＸＹ平面とする。また、ＸＹ平面に垂直な方向はＺ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。例えば、＋Ｚ方向は上方であり、−Ｚ方向は下方である。
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。まず、簡単に非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）単結晶の製造方法（育成方法）の一例を説明する。図１（Ａ）は、ＳＧＧＧ単結晶を製造方法の一例を示すフローチャートである。図２は、ＳＧＧＧ単結晶の一例を示す図である。
【００２２】
ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、例えば、図２に示すように、回転引き上げ法により、肩部１及び直胴部２を育成したものである。ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、例えば、ＣａＭｇＺｒ置換型ガドリニウム・ガリウム・ガーネット単結晶（ＳＧＧＧ単結晶）である。ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、例えば、組成式：（Ｇｄ3-xＣａx）（Ｇａ5-x-2yＭｇyＺｒx+y）Ｏ12（式中、ｘは０≦ｘ＜３の実数、ｙは０≦ｙ＜２．５の実数）で表わされる組成を有する。なお、ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、上記した組成に限定されず、他の成分を含有してもよい。
【００２３】
ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、例えば、結晶育成装置を用いて育成（製造）される。ＳＧＧＧ単結晶Ｃの育成に用いられる結晶育成装置は、特に限定されず、回転引き上げ法により結晶を育成可能な公知の結晶育成装置を用いることができる。例えば、結晶育成装置は、特開２０１５−１３４７００号公報に開示される結晶育成装置を用いることができる。
【００２４】
ＳＧＧＧ単結晶Ｃの育成は、図１（Ａ）のステップＳ１において、肩部１を育成する。まず、坩堝に原料を充填する。ＳＧＧＧ単結晶Ｃの原料は、例えば、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を用いる。これらの原料の配合比は、例えば、育成する単結晶の組成と育成条件等によって決定される。なお、原料は、上記のものに限定されず、任意である。続いて、原料を充填した坩堝を結晶育成装置の炉で加熱することにより、原料を融解させる。原料の融解の温度は、例えば、原料の融解温度に応じて、適宜設定される。次に、原料融液に種結晶を接触させて徐々に温度を降下させ、同時に、種結晶を保持する引き上げ軸を徐々に所定の速度で回転させながら、所定の速度で上方に引き上げることにより種結晶の下部側において原料融液を順次結晶化させることにより行う。肩部１の育成においては、温度調整、引き上げ軸の引き上げ速度および回転速度の調整等を行うことにより、所望とする直径の肩部１を育成することができる。肩部１は、例えば、通常、種付け時に種結晶により融液が急冷されることで発生した転位を結晶側面に伝播させるために界面形状を原料融液側に凸型（例、円錐形状）として育成する。この凸型部分は、例えば、原料融液の対流を制御すること等により、所望の形状にすることができる。
【００２５】
続いて、肩部１の結晶直径が所望の大きさとなったら、図１（Ａ）に示すステップＳ２において、界面反転操作を行う。界面反転操作により、ファセット成長に伴う歪の発生を抑制するため、界面形状を凸から平坦にする。具体的には、結晶の引き上げを停止し結晶の回転を増速させることで界面を平坦化させている。なお、本明細書において、肩部１は、原料融液に種結晶を接触させて引き上げを開始した時から界面反転終了までとする。また、本明細書において、界面反転位置は、界面反転操作が開始された位置とする。
【００２６】
続いて、界面反転終了後に、図１（Ａ）に示すステップＳ３において、種結晶の引き上げを再開して直胴部２を育成する。図２に示す直胴部２の育成の最終段階は、例えば、直胴部２の下端部２ａが円錐形状になるように育成する。これは、原料融液から直胴部２を切り離して冷却することにより発生する転移の発生を抑制するためである。
【００２７】
以上の工程により、所望とする直径及び長さのＳＧＧＧ単結晶Ｃ（図２参照）が育成される。そして、育成されたＳＧＧＧ単結晶Ｃは、結晶育成装置から取出し、熱歪を除去するアニール処理を行なってから、規格に合わせた厚さの非磁性ガーネット単結晶基板Ｓ（ＳＧＧＧ単結晶基板Ｓ）に加工される。
【００２８】
ところで、ＳＧＧＧ単結晶Ｃは、一致溶融結晶でなく、添加される各元素（Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ）が僅かながら偏析を示すと共に、各添加元素の濃度に依存して格子定数が変化している。特に、格子定数に影響を与えるＺｒの偏析が他の構成元素よりも大きいため、回転引き上げ法による単結晶の育成では、固液界面における過冷却等を原因としてＺｒの組成が変動し、これが成長縞（ストリエーション）となって観測される。
【００２９】
そこで、上記成長縞（ストリエーション）と格子定数に影響を与えるＺｒとの関係を調べた。その結果、ＳＧＧＧ単結晶基板のＸ線トポグラフィーで同心円状に観察される成長縞（ストリエーション）の中心と単結晶基板中心との位置と、面内の格子定数のばらつきには関係性があることが判った。特願２０１６−０２５８８０号に開示するように、特に、直胴部の位置が界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置のＳＧＧＧ単結晶基板で、Ｘ線トポグラフィーで撮影して観察される同心円状の成長縞の中心がＳＧＧＧ単結晶基板面内の中心から８ｍｍ以内の領域の場合、格子定数のばらつきが小さくなり、ＳＧＧＧ単結晶基板が割れない安定したＬＰＥ育成が可能となることが確認された。これにより、高価なＸ線回析装置（ＸＲＤ）を用いずとも、Ｘ線トポグラフィーで成長縞（ストリエーション）を観察することで、格子定数の良否を識別することが可能となった。
【００３０】
しかしながら、Ｘ線トポグラフィーによる識別方法においては、例えば、ＳＧＧＧ単結晶のインゴットの直胴部の有効部２ｂ（図２参照）から１枚を切りだし、平面研削で基板の反りを除去し、ポリッシュ加工等により鏡面にした基板を、Ｘ線トポグラフィーで撮影する。なお、本明細書において、「有効部」とは、直胴部のうち、ＳＧＧＧ単結晶基板に用いられる部分を意味する。このため、Ｘ線トポグラフィーによる測定は、１枚当たり測定準備を含め約４０分を要し、前述のＸ線回析装置（ＸＲＤ）による測定よりは簡易に測定はできるものの、単結晶基板を製造する工程内の識別方法としては、測定に手間および時間を要する点で、改善する余地があった。例えば、単結晶基板毎の良否を識別する方法として、Ｘ線トポグラフィーによる識別方法では、例えば、ＳＧＧＧ単結晶Ｃのインゴットの直胴部の有効部の基板約７０枚すべてを撮影すると、１枚当たり約４０分を要するためトータルで約４６時間要することから、全ての基板の成長縞を観察する事は作業効率の点で改善する余地があった。また、このため、短時間でサンプルの良否を識別する方法として、直胴部の有効部２ｂのトップ側２ｄ及びボトム側２ｅより切り出された２枚の基板のみで判断することがある。この場合、評価の結果が良好と識別された基板の直胴部の有効部内でも割れ不良を無くすことは出来なかった。
【００３１】
本発明の特徴の一つであるＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法は、Ｘ線トポグラフィーの観察に代えて、基板の表面をエッチング加工して、成長縞とほぼ同等のエッチング加工により現れる成長縞を観察することで、基板の割れ易さを評価するものである。このエッチング加工は、ＳＧＧＧ単結晶基板の製造工程の一工程であることを特徴としている。
【００３２】
以下、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法およびＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法を詳細に説明する。図１（Ｂ）は、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法のフローチャートである。
【００３３】
本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法は、ＳＧＧＧ単結晶ＣからＳＧＧＧ単結晶基板Ｓ（図２参照）を製造する方法であって、基板の割れ易さを評価するＳＧＧＧ単結晶の評価方法を含む。ＳＧＧＧ単結晶基板の製造に用いるＳＧＧＧ単結晶Ｃ（図２参照）は、例えば、上記した結晶育成装置で育成されたＳＧＧＧ単結晶Ｃの有効部２ｂ（図２参照）が、内周刃を有する切断装置などにより、直胴部２から切り離されたものである。ＳＧＧＧ単結晶Ｃにおいて、界面反転位置から有効部２ｂの上端までの部分２ｃは、界面反転による内部歪が残留しており、結晶育成後や結晶加工時のクラックや割れの原因になることがあり、また、後に表１で説明するようにＳＧＧＧ単結晶基板を用いてＬＰＥ成長法でＲＩＧ等の単結晶膜を製造する際のＳＧＧＧ単結晶基板Ｓの割れの原因になることがある。このため、界面反転位置から有効部２ｂの上端までの長さＬ１は、４０ｍｍ以上であるのが好ましい。この場合、ＳＧＧＧ単結晶基板ＳをＬＰＥ成長法に用いた場合に、割れ難く良好なＳＧＧＧ単結晶基板Ｓを製造することができる。また、直胴部は、下端部２ａの上方の部分で、切断装置などにより水平に切断され、結晶が方位（１１１）に面出しされ、有効部２ｂの下端となる。その後、有効部２ｂは、円筒研削盤により外形が整えられる。
【００３４】
本ＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法は、まず、図１（Ｂ）に示すステップＳ４において、有効部２ｂを所定の厚さで分割する。例えば、有効部２ｂ（図２参照）を、ワイヤーソー等の切断装置により、所定の厚みにスライスし、分割する。この厚みは、特に限定されないが、例えば、０．６ｍｍ程度である。
【００３５】
続いて、図１（Ｂ）に示すステップＳ６において、分割したＳＧＧＧ単結晶Ｃの基板をエッチング加工する。エッチング加工は、例えば、基板端面のカケや表面のキズなどを防止するため、基板表面及び側面の全面をエッチング加工する。通常のＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法では、エッチング加工に続いて、図１（Ｂ）に示すステップＳ１０において、鏡面加工され、ＳＧＧＧ単結晶基板が完成する。ステップＳ１０については、後に説明する。
【００３６】
本発明者は、上記ステップＳ６のエッチング加工の工程にて、基板表面に、Ｘ線トポグラフィーによる成長縞とほぼ同等のエッチング加工縞ができるのを見出した。そして、本発明者は、このエッチング加工の工程で得られる成長縞が、上記した本出願人による出願（特願２０１６−０２５８８０）に開示される、Ｘ線トポグラフィーで撮影して観察される同心円状の成長縞の中心がＳＧＧＧ単結晶基板面内の中心から８ｍｍ以内の領域の場合、格子定数のばらつきが小さくなり、ＳＧＧＧ単結晶基板が割れない安定したＬＰＥ育成が可能となるとの知見に基づく、基板の割れ易さの評価方法に適用できることを見出し、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法を完成した。
【００３７】
以下、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法を説明する。本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法Ｓ５は、図１（Ｂ）に示すように、上記したステップＳ４による所定の厚さの基板の表面を、ステップＳ６において、エッチング加工し、ステップＳ７において、エッチング加工した基板の成長縞を観察して、成長縞の中心の位置を測定し、ステップＳ８において、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離に基づいて、基板の割れ易さを評価する。
【００３８】
ステップＳ６のエッチング加工は、例えば、通常ＳＧＧＧ単結晶基板の製造過程で行わるエッチング加工と同様である。エッチング加工は、例えば、基板をラック等で保持し、エッチング液の中に浸漬して行う。エッチング液は、酸化物単結晶のエッチングに通常用いられる液で、例えば、リン酸、硫酸、硝酸、フッ酸などの鉱酸を用いることができるが、中でも、リン酸と硫酸とを１：１の比率で混合した混合液（一般にリン硫酸と称す）を用いることが好ましい。エッチング液における上記した酸の濃度は、特に限定されず、酸化物単結晶のエッチングに通常用いられる公知の濃度である。また、エッチング量は１．５μｍ以上４μｍ以下であるのが好ましい。エッチング量が１．５μｍ未満の場合、エッチング量が少ないため、キズやクラックの防止にはならない。また、エッチング量が４μｍを超える場合、最終的に製造される基板の厚みが、設定値（目標値）より小さくなる場合がある。エッチング量は、例えば、エッチング液による基板の処理時間を調整することなどにより、制御できる。このエッチング加工により、基板の表面は、梨地状になる。エッチング液による処理の後、基板を、純水などで洗浄し、エッチング加工は終了する。
【００３９】
エッチング加工の終了の後、図１（Ｂ）に示すステップＳ７において、基板の成長縞を観察して、成長縞の中心位置を測定する。基板の成長縞の観察は、例えば、光で照明した基板を観察する。図３は、基板の成長縞の観察の一例を示す図である。基板の成長縞の観察は、例えば、図３に示すように、エッチング加工後の基板ＳＡを、ガラス板などの透光部材４の上に載置し、透光部材４の下方から照明装置５により光を照射して透過照明した基板ＳＡを、目視で観察することにより行うことができる。このように基板の成長縞を観察することにより、基板内部の成長縞（図４（Ａ）に示す符号Ｑ１）を観察することができる。成長縞は、上記したように結晶育成中の周期的な温度変化や結晶成長速度変化によって、組成、特に添加元素濃度（ＳＧＧＧの場合はＣａ、Ｍｇ、Ｚｒが結晶に取り込まれる量）が微妙に変化するために生じるが、上記エッチングによる結晶表面の組成の変化に伴い、結晶の屈折率も微妙に変化するため、成長縞とほぼ同等の縞を観察することができる。
【００４０】
ところで、仕上げ面である鏡面状態の基板の場合、光を照射しても光が通り抜けるため基板内部の成長縞を観察することは出来ず、一般的にはＸ線トポグラフィー法が成長縞の観察に用いられる。逆にＸ線トポグラフィー法では、基板の表面に凹凸があると、Ｘ線が散乱して画像を取得することが出来ない。
【００４１】
一方、上記したエッチング加工をした後の基板ＳＡの表面は数μｍの凹凸を有し、数μｍの凹凸を有する面では、照射された光が基板内部で乱反射する事で透過された光により基板表面に成長縞を観察することが可能である。図４（Ａ）は、基板をステップＳ７によりエッチング加工した後の基板の成長縞を観察した結果を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の基板を鏡面加工後にＸ線トポグラフィーにより成長縞を観察した結果を示す図である。なお、成長縞は、図４（Ａ）において符号Ｑ１で示し、図４（Ｂ）において符号Ｑ２で示す。また、図４（Ａ）において、成長縞Ｑ１は点線で示しているが、成長縞Ｑ１は、目視により図４（Ｂ）の成長縞Ｑ２と同様に観察される。また、表１は、同一の基板において、Ｘ線トポグラフィーとエッチング加工後の観察により成長縞の中心位置Ｐ２と基板の中心位置Ｐ１との距離を測定して比較した結果である。図４（Ａ）及び（Ｂ）、並びに表１から判るように、測定される成長縞の中心位置Ｐ２は、ほぼ同一である。これにより、Ｘ線トポグラフィーに代えてエッチング加工後の観察が可能であることが判る。
【００４２】
なお、上記成長縞の観察で用いられる照明装置５（図３参照）は、例えば、一般的な白熱電球、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。このため、成長縞の観察は、安価な装置で、簡易に行うことができる。また、成長縞の観察は、上記したように基板の成長縞の観察を透過照明により目視で行うので、安価な装置で簡易に行うことができる。なお、成長縞の観察は、透過照明により目視で行うことに限定されず、他の手段あるいは方法により行ってもよい。例えば、成長縞の観察は、落射照明による観察でもよいし、顕微鏡（実体顕微鏡）などの観察装置を用いて行ってもよいし、カメラ（デジタルカメラ、ビデオカメラ）などの撮像装置を用いて行ってもよいし、偏光フィルタを介して観察してもよい。
【００４３】
また、本ステップＳ７では、上記したように基板の成長縞を観察の際、成長縞の中心位置を測定する。成長縞の中心位置の測定は、目視により行うことができる。成長縞の中心位置は、例えば、目視により観察される複数の成長縞のうち、最も内側（最も中心側）の成長縞の中心位置を測定することにより行う。例えば、成長縞の中心位置の測定は、後に実施例に記載する図３に示すような、光で照明した基板の上に透明な材料などで形成されるシート部材６を載置して、基板の外形と、上記のように測定された成長縞の中心位置と、を記録することにより行う。この場合、基板の中心位置を測定し、シートに記録してもよい。なお、最も内側（最も中心側）の成長縞が鮮明でない場合、成長縞の最も内側の成長縞より外側に位置する成長縞の中心を、成長縞の中心位置としてもよい。また、成長縞の輪郭が不鮮明な場合、例えば、成長縞あるいは成長縞の内側（中心側）が明暗で観察される場合、明暗で観察される成長縞の中心を、成長縞の中心位置としてもよい。また、成長縞の中心位置の測定方法は、上記の例に限定されず、任意である。例えば、成長縞の測定は、カメラ（デジタルカメラ、ビデオカメラ）などの撮像装置により取得した画像を用いて測定してもよい。この場合、コンピュータ装置を用いて測定してもよい。
【００４４】
続いて、図１（Ｂ）に示すステップＳ８において、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離に基づいて、基板の割れ易さを評価する。
【００４５】
本願出願人による特願２０１６−０２５８８０に記載される様に、非磁性ガーネット（ＳＧＧＧ）単結晶基板のＸ線トポグラフィーで同心円状に観察される成長縞（ストリエーション）の中心と単結晶基板中心との位置と、面内の格子定数のばらつきには関係性があり、直胴部の位置が界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置の単結晶基板で、Ｘ線トポグラフィーで撮影して観察される同心円状の成長縞の中心がＳＧＧＧ単結晶基板面内の中心から８ｍｍ以内の領域の場合、格子定数のばらつきが小さくなり、ＳＧＧＧ単結晶基板が割れない安定したＬＰＥ育成が可能となることが確認されている。そして、上記したように本実施形態では、上記Ｘ線トポグラフィーに代えて、エッチング加工後の観察にて成長縞の中心位置を求めることが可能であるので、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法は、簡易的に、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合の割れ易さの評価を行うことができる。
【００４６】
詳細には、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離と、ＬＰＥ成長法に用いた場合の割れ不良との関係を調査した結果、表１に示すように、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が大きいと、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に、基板が割れる不具合が発生することが認められる。成長縞の中心位置の距離が８ｍｍを超える場合、基板が割れる不具合が発生する。そこで、本ステップＳ８では、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍを超える場合に、割れ易く不良であると評価し、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍ以内の場合に、割れ難く良好であると評価する。また、表１に示すように、基板における界面反転位置からの距離が４０ｍｍ以上の場合、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に、割れ難く良好であることが認められ、基板における界面反転位置からの距離が４０ｍｍ未満の場合、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に、割れ易く不良であることが認められる。このように、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合の割れ易さの評価は、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離、及び基板の界面反転位置からの距離に基づいて行うのが好ましい。例えば、基板が界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置で且つ基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍ以内の場合に、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に割れ難く良好であると評価する。
【００４７】
また、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離と、基板の面内における格子定数のばらつきについては、本出願人による特願２０１６−０２５８８０に記載される様に、界面反転位置からの距離が４０ｍｍ以上であって、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍ以下の時、基板の面内における格子定数のばらつきは、０．００２Å以下でありばらつきが少なく、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に、割れ難く良好である。一方、基板の中心位置と成長縞の中心位置との距離が８ｍｍを超えた場合、基板の面内における格子定数のばらつきは０．００２Åを超えばらつきが多く、割れ易く不良である。このように、基板の面内における格子定数のばらつきの評価は、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離に基づいて、評価することができ、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離、及び基板の界面反転位置からの距離に基づいて行うのが好ましい。
【００４８】
なお、本ステップＳ８による基板の割れ易さの評価は、有効部２ｂを分割したすべての基板に対して行わなくてもよい。例えば、有効部２ｂを分割した少なくとも一部の基板に対して行ってもよい。この場合、少なくとも製造に用いたＳＧＧＧ単結晶Ｃが良好であるか否かを簡易に評価することができる。例えば、本ステップＳ８による基板の割れ易さの評価は、有効部２ｂのトップ基板２ｄおよびボトム基板２ｅ（図２参照）に対して行ってもよい。
【００４９】
続いて、図１（Ｂ）に示すステップＳ９において、ステップＳ８で得られた評価結果に基づいて、基板を選択する。例えば、ステップＳ８において、基板をＬＰＥ成長法に用いた場合に割れ難く良好であると判断した基板を選択する。このように、良好な基板を選択できるので、不良な基板を処理する時間を省略することができる。なお、本ステップＳ９を行うか否かは、任意である。例えば、上記したようにステップＳ８による評価を、有効部２ｂを分割した少なくとも一部の基板に対して評価を行うことにより、製造に用いたＳＧＧＧ単結晶Ｃが良好であるか否かを簡易に評価するために用いる場合、本ステップＳ９は行わなくてもよい。
【００５０】
なお、本ＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法のように、エッチング加工後に基板の評価を観察する場合、エッチング加工は、基板作製工程の１工程であり、基板の評価自体も１枚３分程度であり工数が少なく、要する時間も短い。このため、本ＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法は、必要に応じて、基板全数を評価することが可能となる。ちなみに、Ｘ線トポグラフィーの場合、測定までの基板の処理などに時間がかかることより測定時間は１枚４０分と長い。
【００５１】
続いて、図１（Ｂ）に示すステップＳ１０において、基板の鏡面加工を行う。例えば、コロイダルシリカなどを用いた機械的研磨によるポリッシュ加工を施し、基板表面を鏡面状態する。以上の工程で、ＳＧＧＧ単結晶基板Ｓは完成する。なお、基板の鏡面加工の方法は、上記方法に限定されず、任意である。例えば、鏡面加工は、化学物理的研磨により行ってもよい。
【００５２】
上記の製造方法等により製造されるＳＧＧＧ単結晶基板Ｓは、図２に示すように、肩部１と直胴部２とを備えるＳＧＧＧ単結晶Ｃの直胴部２から製造されたＳＧＧＧ単結晶基板Ｓであって、界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置の直胴部２から製造され、且つ成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離が８ｍｍ以内である。このＳＧＧＧ単結晶基板は、上記したように、液相エピタキシャル成長に用いる際の割れが抑制されるので、液相エピタキシャル成長に好適に用いることができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の評価方法は、ＳＧＧＧ単結晶より基板を製造する工程において、簡易的に基板の割れ易さを評価することができる。また、本実施形態に係るＳＧＧＧ基板の評価方法は、基板の割れ易さを簡易に評価することができ、ＳＧＧＧ単結晶Ｃを分割した全ての基板の成長縞を観察し基板を評価することが可能であることから、液相エピタキシャル成長させる際に生じる割れ不良を、より抑制することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板の製造方法は、簡易的に基板の割れ易さを評価するＳＧＧＧ基板の評価方法を含むので、優れたＳＧＧＧ単結晶基板を簡易に製造することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係るＳＧＧＧ単結晶基板は、液相エピタキシャル成長に用いる際の割れが抑制されるので、液相エピタキシャル成長に好適に用いることができる。
【実施例】
【００５６】
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１〜５、比較例１〜２）
混合したＧｄ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２，ＣａＣＯ３を原料とし、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍのイリジウム製坩堝内に所定量仕込み、高周波加熱炉で１７５０℃まで加熱溶融して原料融液を得た後、種結晶を１分間に５回転させながら１時間に３ｍｍの速度で引き上げて直径が８０ｍｍになるまで肩部を育成した。その後、結晶の回転数を１分間に２０回に増やして界面反転を実施した後、直胴部の長さが１００ｍｍになるまで育成して、ＳＧＧＧ単結晶を得た。
【００５８】
次に、得られたＳＧＧＧ単結晶を界面反転位置から４０ｍｍの位置で直胴部の有効部を分離し、分離した有効部に対して円筒研削を施し直径３インチに加工し、結晶方位に応じて研削加工でオリフラ(Orientation Flat)を付与した。次にマルチワイヤーソーを用いて、基板を厚み０．６ｍｍ〜０．７ｍｍに切断し複数に分割し、ワイヤーソーで付いた凹凸を研磨機で取り除いた。この基板を基板洗浄用カセットに収納し、エッチング槽に用意されたリン硫酸に、２時間半から３時間半、基板の全体を浸漬させることによりエッチング加工を行った後、純水洗浄・乾燥を行った。この工程を繰り返し実施し合計７０枚の基板を用意した。次に、図３に示すように、照明装置５の上に位置するようガラス板（透光部材４）を設置し、このガラス板の上にエッチング加工後の基板ＳＡを置き、ガラス板の下から光を照射し基板ＳＡの表面に映し出された成長縞の中心位置と、基板の中心位置とを測定し、成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離を測定した。
【００５９】
基板の成長縞観察から成長縞の中心位置と基板の中心位置との距離の測定までに要した時間は、基板一枚当たり３分を要し、全ての基板７０枚の測定を終了するに要した時間は約４時間であった。
【００６０】
図５は、成長縞の中心位置の測定の一例を説明する図である。成長縞測定の詳細については、図５に示すように、照明装置５の上に２００ｍｍ×２００ｍｍの正方形のガラス板（透光部材４）を用意し、ガラス板の上にエッチング加工後の基板ＳＡを載せ、照明装置５より光を照射することで、基板内部を透過し基板内部の成長縞を、目視で観察した。次に、基板ＳＡの上に載置した０．１ｍｍ程の透明なシート部材６に正確に、基板の直系である３インチの丸を描き、その丸の４点に接するように四角形（正方形）を描き、対角線の交点を基板中心の位置Ｐ１と定め、シート部材６に記録した。そして、透明なシート部材６を基板ＳＡの上に重ね、シート部材６に描画された３インチの丸と基板ＳＡの外周が重なるように微調整を行い、シート部材６を介して観察された成長縞に基づいて、成長縞の中心位置Ｐ２を測定し、シート部材６に記録した。基板ＳＡの中心位置Ｐ１と成長縞の中心位置Ｐ２との距離を測定した。なお、実施例１は、界面反転位置から４５ｍｍの基板とした。実施例２は５０ｍｍ、実施例３は５５ｍｍ、実施例４は６０ｍｍ、実施例５は９０ｍｍ、比較例１は２０ｍｍ、比較例２は３０ｍｍの位置の基板を測定した。その結果を表１に記載した。
【００６１】
成長縞測定後、ポリッシュ加工し鏡面にしたＳＧＧＧ単結晶基板を完成させた。
【００６２】
また、得られた７０枚の基板については、Ｘ線トポグラフィーで撮影して観察される同心円状の成長縞中心における基板面内の中心からのずれを測定した。実施例１〜５及び比較例１〜２については、同一の基板を測定した。その結果を表１に記載した。その後、この基板を用いてＲＩＧ単結晶膜を液相エピタキシャル成法で育成した。この時の割れ不良を確認した。実施例１〜５及び比較例１〜２については、同一の基板にて育成した時の、基板の割れの不具合の結果を表１に記載した。なお、表１において、基板の割れの不具合があったものを「割れ」、基板の割れがなかったものを「良好」とした。
【００６３】
以下、結果について説明する。表１より、Ｘ線トポグラフィーとエッチング加工後の成長縞の中心位置はほぼ同一であることが確認される。これにより、Ｘ線トポグラフィーに代えて、エッチング加工後の観察が可能であることが確認される。
【００６４】
また、直胴部の位置が界面反転位置から４０ｍｍ以上の位置の単結晶基板で、エッチング加工後に観察される同心円状の成長縞の中心が、ＳＧＧＧ単結晶基板面内の中心から８ｍｍ以内の領域の単結晶基板は、ＲＩＧ単結晶膜の育成中、割れ不良の発生が無く良好であった。
【００６５】
【表１】
2018052745.tif 000003
【００６６】
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【００６７】
Ｃ・・・非磁性ガーネット単結晶
１・・・肩部
２・・・直胴部
２ｂ・・・有効部
Ｓ・・・非磁性ガーネット単結晶基板
Ｐ１・・・基板の中心位置
Ｐ２・・・成長縞の中心位置
Ｑ１・・・成長縞
Ｓ４〜Ｓ１０・・・非磁性ガーネット単結晶基板の製造方法
Ｓ５（Ｓ６〜Ｓ８）・・・非磁性ガーネット単結晶基板の評価方法
【図１】
2018052745.tif 000004
【図２】
2018052745.tif 000005
【図３】
2018052745.tif 000006
【図４】
2018052745.tif 000007
【図５】
2018052745.tif 000008