(57)【要約】【課題】  サファイア単結晶インゴットを、コアビットを用いて高効率、高精度に穿孔する加工方法を提供すること。【解決手段】  超音波コアビット１は、鋼製のコアビット装着板３の保持部４の周溝にコアビット２を接合する。コアビット装着板３は、支持部５を持つ。この支持部５は支持板７に図示しないボルトにより接合する。なお、支持板７は支持板軸８を持つ。また、コアビット装着板３、保持部４そして支持部５は一体の鋼製の構成体である。指示板軸８および支持板７と支持板軸８を結合するボルト１５には、貫通穴１６ａ、１６ｂが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア単結晶インゴットを穿孔する超音波コアビットにおいて、コアビット装着板が支持板と接合する支持部とコアビットを装着する保持部を持ち、そしてコアビット装着板に超音波振動子を装着することを特徴とする。
【請求項２】
前記コアビット装着板に接合した超音波振動子にロータリートランスまたは、スリップリングとブラシを介して交流電圧を印加する請求項１に記載の超音波コアビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、サファイア単結晶ブロックの製造方法及びその方法の実施に使用される製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  単結晶サファイア（単結晶アルミナ）は、熱伝導率の大きい高絶縁体であり、各種電子デバイスの基板として有用である。とりわけ、次世代大容量光ディスクの統一規格（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）において使用される青紫レーザーの発光源であるＧａＮ系半導体素子のエピタキシャル成長用基板として適用が検討されている。【０００３】  また、サファイア基板となるウェハーは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）またはＥＦＧ法（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｆｉｌｍ−ｆｅｂ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｍｅｔｈｏｄ）等の各種単結晶製造プロセスによって製造された単結晶インゴットを所定の厚さにスライスすることにより製造される。【０００４】  ところで、サファイアは、六方晶系の結晶であり、その工学的・物理的特性に関し異方性を示すことから、これを基板として成長させた半導体素子の特性も基板表面の光学軸の影響を受ける。そして、上記の如き方法で製造されるウェハーの結晶方位は、スライスする単結晶インゴットの方位に当然依存する。従って、所望の結晶方位を有するウェハーを製造するためには、単結晶インゴット製造の段階において方位の制御を行うことが好ましいといえる。【０００５】  しかしながら、上記の単結晶製造プロセスにおいては、成長させる単結晶について結晶方位によっては欠陥の少ない単結晶を製造することが必ずしも容易でない。特に、サファイアにあっては、ａ軸配向の単結晶においては欠陥の少ない単結晶の製造は可能であるが、近年需要のあるｃ軸配向の単結晶において欠陥の少ない単結晶の製造は困難であった。【０００６】  そこで特許文献１では、欠陥の少ないａ軸配向のサファイア単結晶を製造して、ａ軸方向にほぼ垂直にコアビットを用いて穿孔することによりｃ軸配向の単結晶インゴットを得る方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９７１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ところで、サファイア単結晶インゴットは、硬度が高くそして靱性が低いため、加工時に割れやクラックが生じ易いという問題点がある。【０００９】  また、加工時の割れやクラックの発生を小さくするために、摩擦による発熱を小さくするために加工速度を小さくする必要がある。【００１０】  本発明の目的は、サファイア単結晶インゴットを、コアビットを用いて高効率、高精度に穿孔する加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、サファイア単結晶インゴットを穿孔する超音波コアビットにおいて、コアビット装着板が支持板と接合した支持部とコアビットを装着する保持部を持ち、そしてコアビット装着板に超音波振動子を装着するものである。【００１２】  本発明はまた、前記コアビット装着板に接合した超音波振動子にロータリートランスまたは、スリップリングとブラシを介して交流電圧を印加するものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の超音波コアビットを使用して、サファイア単結晶インゴットを高精度かつ高速で穿孔することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の超音波コアビットを示す断面図である。
【図２】超音波コアビットの振動モードを説明する概略図である。
【図３】超音波コアビットの形状を示す図である。
【図４】有限要素法により超音波コアビットの振動モードを計算した図である。
【図５】超音波コアビットを装着したコアドリルユニットを説明する概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  図１は、本発明の第１の実施の形態の超音波コアビット１の基本的な構成を示す断面図である。超音波コアビット１は、鋼製のコアビット装着板３の保持部４の周溝にコアビット２を接合する。接合方法としてはエポキシ樹脂のよる接着、ロウ付け、半田付けそして溶接などの方法がある。また、コアビット装着板３にエポキシ樹脂により超音波振動子６を接合する。さらにコアビット装着板３は、支持部５を持つ。この支持部５は支持板７に図示しないボルトにより接合する。なお、支持板７は支持板軸８を持つ。また、コアビット装着板３、保持部４そして支持部５は一体の鋼製の構成体である。なお、超音波コアビット１とは、コアビット２を装着した超音波振動子６を接合したコアビット装着板３を云う。【００１６】  指示板軸８および支持板７と支持板軸８を結合するボルト１５には、貫通穴１６ａ、１６ｂが設けられている。そして、その中を超音波振動子６と接続するリード線１７が通っている。また、リード線１７は、支持板軸８先端の接点１８ａ、１８ｂに接続されている。接点１８ａは、スリップリング１２ａと接点１８ｂはスリップリング１２ｂとモーター回転軸１１の中にある図示しない電気的接続器により接続されている。【００１７】  コアビット２とは、円筒形の形状を有する中空の回転工具であって、その鋼製の円筒形の形状先端にダイヤモンドなどの砥粒が結合されたものである。【００１８】  また、超音波振動子６としては、例えば、圧電体の上面及び下面の各々に電極層を付設した構成の圧電振動子が用いられる。【００１９】  圧電体の材料の例としては、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料が挙げられる。圧電体は、例えば、その厚み方向（図１の上下方向）に分極処理される。電極層の材料の例としては、銀、金そしてリン青銅などの金属材料が挙げられる。【００２０】  超音波コアビット１の超音波振動子６に所望の振動モードを励起する周波数の電圧を印加したときの振動モードについて図２を用いて説明する。図を簡単にするためコアビット２、コアビット装着板３、超音波振動子６そして支持板７のみ示す。また、断面を示す斜線も省略した。所望の振動モードとは、サファイア単結晶インゴットとコアビット２先端の摩擦を小さくするためのコアビット２軸方向の振動である。【００２１】  支持板７にコアビット装着板３の支持部５を固定した条件において、コアビット装着板３に接合した圧電セラミック製の超音波振動子６に所望の周波数の電圧を印加する。その結果、コアビット装着板３に点線で示す同心円状の撓み振動が励起される。そしてコアビット装着板の支持部５を固定した条件とコアビット装着板３の支持部５と保持部４の形状により、コアビット２に曲げ振動が伴った縦振動が発生する。つまり、コアビット装着板３の撓み振動モードを変換して、コアビット２に主に縦振動を励起する。ここでは、振動変位を示す点線を理解を容易にするため誇張して示している。実際の最大変位は最大でも１０μｍである。【００２２】  図３は、外径１５０ｍｍ、内径１４６ｍｍそして長さ１５０ｍｍのコアビット２を装着したコアビット装着板３の１８０度分を示す断面図である。コアビット装着板３は、コアビット２を装着する保持部４そして支持板７に固定するための支持部５を持つ。またコアビット装着板３は、中心部に直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの超音波振動子６を接合している。なお支持部５の上面の斜線は、固定していることを示す。図３中の数字は寸法を示す。【００２３】  図４は、図３の構成を、支持部５の上面を固定した条件での振動モードを、有限要素法を用いて計算した結果である。振動変位をベクトルで表現したものである。コアビット装着板３は、撓み振動していることがわかる。そしてコアビット２内では主に縦振動に変化していることがわかる。【００２４】  本発明者が考案した上記の振動モードを用いることにより、円盤又は円環状の板の同心円状の撓み振動を円盤板または円環板の垂直方向のリング又はリングに接合した円筒体に縦振動を励起できる。また、円盤または円環の外径が例えば１００ｍｍを超える大きな形状であっても、円盤又は円環状の板の同心円状の撓み振動を高次の振動モードにすることで超音波加工に適した１５ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下にできる。【００２５】  図４に超音波コアビット１を装着したコアドリルユニット９の概略図を示す。コアドリルユニット９の詳細は特許文献１に記載されている。【００２６】  超音波コアビット１を装着したコアドリルユニット９の概略の運転方法について説明する。【００２７】  先ず、サファイア単結晶インゴット１９を図示しない固定プレートに固定する。そして位置調整手段によりサファイア単結晶インゴット１９の所定部位がコアビット２の真下に来るように調整する。また、コアビット２による穿孔の方向が、サファイア単結晶インゴット１９の結晶成長方向に対して所定の角度になるようにする。この穿孔の方向については、サファイア単結晶インゴット１９の結晶方向と加工後の単結晶ブロックの目的とする方位との関係により定められる。例えば、ａ軸配向のサファイア単結晶インゴット１９からｃ軸配向の単結晶ブロックを切り出す場合には、サファイア単結晶インゴット１９の結晶成長方向に対して穿孔方向が垂直となるように設定する。【００２８】  次に、コアビット２の先端がサファイア単結晶インゴット１９の頂面に隣接するように位置決めし、そしてモーター１０と超音波発振器１４を駆動する。さらに切削水を噴出する。【００２９】  その後、送り装置を操作して、コアビット２を下降させ、所望の結晶方位を有するサファイア単結晶ブロックを容易に切り出すことができる。加工中、コアビット２及びサファイア単結晶インゴット１９の穿孔部分は、超音波振動の効果により、摩擦が減少して熱の発生は低減される。このため、クラックの発生などの懸念が無く、良好な加工精度と加工速度が向上する。さらにコアビット２先端の超音波振動は、切削水及び切削粉に伝搬するため、切削粉の排出が容易になる。
【符号の説明】
【００３０】  １    超音波コアビット
２    コアビット
３    コアビット装着板
４    保持部
５    支持部
６    超音波振動子
７    支持板
８    支持板軸
９    コアドリルユニット
１０  モーター
１１  モーター回転軸
１２  スリップリング
１３  ブラシ
１４  超音波発振器
１５  ボルト
１６  貫通穴
１７  リード線
１８  接点
１９  サファイア単結晶インゴット
【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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