(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石スピンドルモーターを備えた研削装置で研削加工を行った、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する方法であって、
物性既知の第一単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第一電流値をモニタリングし、
物性未知の第二単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第二電流値をモニタリングし、
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動とを比較することにより、前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別するものであり、
前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性のうち、面極性を判別することを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項２】
前記第一電流値および前記第二電流値のモニタリングを、前記研削装置を構成する研削ホイールと前記単結晶ＳｉＣ基板とが接触している時に行うことを特徴とする請求項１に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項３】
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、各々の時系列変化のグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項４】
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、前記第一電流値の時系列データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二電流値の時系列データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項５】
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルのグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項６】
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルを用い、前記第一振幅スペクトルの周波数データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二振幅スペクトルの周波数データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法を用いて、物性未知の単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する工程を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法および単結晶ＳｉＣ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料であるＳｉＣ（炭化珪素）は、現在広くデバイス用基板として使用されているＳｉ（珪素）に比べてバンドギャップが広いことから、単結晶ＳｉＣ基板を使用してパワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等を作製する研究が行われている。
【０００３】
単結晶ＳｉＣ基板は、例えば、昇華法を用いて製造された単結晶ＳｉＣインゴットから基板（となる部分）を切断し、切断された基板の表面を鏡面加工することによって形成される。
【０００４】
切断された基板には、そり、うねりや加工歪が存在しているため、例えばダイヤモンド砥粒を用いた研削加工を行ってこれらを軽減した上で、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリシング）により、基板の表面を鏡面化することが行われている（非特許文献１）。
【０００５】
単結晶ＳｉＣ基板（バルク基板）は、引き続き、エピタキシャル成長をした上でデバイス形成がなされるが、良好なデバイス特性を得るためには、バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった物性が適切に制御されている必要がある。
【０００６】
単結晶ＳｉＣは、極性半導体であり、基板の一方の面がＳｉ原子リッチなＳｉ面である場合、もう一方の面は、Ｃ原子リッチなＣ面となる。デバイス作製の研究は、このようなＳｉ面とＣ面をもつ単結晶ＳｉＣ基板を対象に行われている。面極性（Ｓｉ面またはＣ面）が適切に制御されているとは、基板の表面がＳｉ面またはＣ面のいずれであるかが、正しく判別されている状態を指す。
【０００７】
通常、商業的に入手可能な単結晶ＳｉＣ基板には、Ｃ面に基板ＩＤがレーザーマーキングされているので、これをもって面極性を判別することになる。
【０００８】
このことは、基板製造の観点からすると、レーザーマーキングに払い出す工程まで、Ｓｉ面とＣ面が正しく判別されている状態が維持されていなければならないことを意味する。
【０００９】
製造現場においては、この正しく判別されている状態が維持されるような仕組みを持ち、工程管理されているのが通常であるが、ヒューマンエラー等の不測の事由によってＳｉ面とＣ面が判別できなくなった基板が発生することがある。このような基板は歩留り低下に直結するので、簡便で有効な面極性の判別方法が切望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−７１７４７号公報
【特許文献２】特開平９−１５１３８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】貴堂高徳、堀田和利、河田研治、長屋正武、前田弘人、出口喜宏、松田祥伍、武田篤徳、高鍋隆一、中山智浩、加藤智久：ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体研究会第２１回講演予稿集、Ｐ．７２−７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
単結晶ＳｉＣ基板の面極性を判別する方法としては、特許文献１に開示される、基板に励起光を照射することで得られるラマン散乱光のスペクトルを利用するものがある。非破壊、非接触で行えるため、優れた方法ではあるが、同文献に開示される通り、短波長のレーザー発生装置を備えたラマン散乱測定装置が必要であり、製造現場に導入しようとすると高価な投資が必要になるという欠点がある。
【００１３】
他の方法としては、同文献に記載されている通り、酸化膜形成を利用する面極性判別法、および溶融塩との化学反応利用する方法があるが、破壊検査であり、化学反応のための工程、化学反応後の基板表面の測定工程など、複数の工程を経て面極性を判定するため、煩雑な手順を必要とし、また面極性を判定した後に、再び単結晶ＳｉＣ基板を利用するためには、基板表面から酸化膜等の他の物質を除去し、また溶解痕の無い幾何学的に平坦な面を作成するための追加工が必要となる問題点がある。
【００１４】
一方、基板等の工作物の加工装置を利用した材料の判別方法はほとんど例が無く、特許文献２に記載される鋼材等の材質判定方法およびその判定に使用する火花制御具があるのみである。単結晶ＳｉＣ基板の加工では、研削砥石を使用することがあるが、クーラントを使用した湿式研削であり、火花を発生させるような加工は、基板表面が酸化等により劣化するおそれが高いので、適用することはできない。
【００１５】
バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用することで得ることができれば、専用の評価装置導入のための高額な投資を行うことなく工程管理できるようになり、例えば単結晶ＳｉＣ基板の面極性を判別するために十分な情報であれば歩留り向上に直結するため、製造原価低減に対して非常に有効である。
【００１６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用して得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決すべく、本発明者は鋭意検討を重ね、本発明に想到した。
【００１８】
単結晶ＳｉＣ基板の加工では、非特許文献１に記載されるような研削装置を使用することができる。単結晶ＳｉＣ基板の研削加工プロセスは、通常、粗番手砥石を使用した粗研削と、これに引き続く、仕上げ番手砥石を使用した仕上げ研削を行うことで、加工時間や砥石摩耗量、および仕上げ面粗度の適切化を図ったプロセスとなっている。
【００１９】
研削加工では、砥石の目詰まり等が原因で、加工が進まなくなることがある。このような場合、研削抵抗が異常に大きくなってしまい、ワークや研削装置が破損してしまうおそれがある。そのため、通常の研削装置は、研削抵抗に比例して変動する砥石スピンドルのモーター電流、すなわち、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる電流をモニタリングする機構を備えている。
【００２０】
本発明は、以下の手段を提供する。
［１］砥石スピンドルモーターを備えた研削装置で研削加工を行った、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する方法であって、物性既知の第一単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第一電流値をモニタリングし、物性未知の第二単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第二電流値をモニタリングし、前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動とを比較することにより、前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［２］前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性のうち、面極性を判別することを特徴とする［１］に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［３］前記第一電流値および前記第二電流値のモニタリングを、前記研削装置を構成する研削ホイールと前記単結晶ＳｉＣ基板とが接触している時に行うことを特徴とする［１］または［２］のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［４］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、各々の時系列変化のグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［５］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、前記第一電流値の時系列データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二電流値の時系列データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［６］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルのグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［７］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルを用い、前記第一振幅スペクトルの周波数データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二振幅スペクトルの周波数データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［８］［１］〜［７］に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法を用いて、物性未知の単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する工程を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用して得ることが可能になる。
【００２２】
したがって、本発明によれば、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の物性判別方法を実施する際に用いる研削装置のうち、主要部分の構成を示す図である。
【図２】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図３】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図４】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図５】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図６】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図７】１００ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図８】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図９】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図１０】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化を示すグラフである。
【図１１】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図１２】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図１３】１５０ｍｍ径基板の仕上げ研削加工時における、砥石スピンドルモーターの電流値の変化の振幅スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した実施形態である単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法について、図面および表を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、物性判別方法を実施する際に用いる研削装置のうち、インフィード方式のものについての主要部分の構成を示す図である。研削装置は、単結晶ＳｉＣ基板等のワークＷを支持するテーブル１１と、モーター１２によって回転駆動されるスピンドル（砥石スピンドルモーター）１３と、スピンドル１３の先端に固定された研削ホイール１４と、を備えている。研削ホイール１４のワークＷ側の表面には、複数の研削用砥石１５がリングをなすように配置されている。なお、物性判別方法を適用可能な研削装置が、インフィード方式のものに限定されることはない。
【００２６】
研削ホイール１４とテーブル１１とは、それぞれ回転軸１９、２０によって、互いに反対方向に高速回転するように構成されている。通常の場合、テーブル１１は、研削ホイールより低速で回転する。この研削装置においては、研削ホイール１４とテーブル１１とを相対的に移動させて近づけ、両者を接触させることにより、研削加工が進行する。
【００２７】
モーター１２は、電源１６から供給される電流Ｉによって駆動するように構成されている。この電流Ｉはスピンドル電流と呼ばれるものであり、単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、研削装置を構成する砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる電流、すなわち、スピンドルが研削抵抗に打ち勝って回転するのに必要な電流である。
【００２８】
さらに、研削装置には、通常、砥石の目詰まり等に起因するプロセス異常を検知するために、スピンドル電流値をモニタリングする機構（モニタリング機構）１７が備わっている。電源１６とモーター１２の間には、電流計１８が直列接続されており、電流計１８で計測されたスピンドル電流値のログデータ（時系列データ）が、モニタリング機構１７に格納（記憶）されるように構成されている。ログデータをメモリーに格納する仕組みが、装置内に備わっていない場合には、市販のデータロガーを使用することにより、電流値のログデータを採取することができる。
【００２９】
上記構成の研削装置を用いた、単結晶ＳｉＣ基板の研削加工プロセスについて説明する。単結晶ＳｉＣは難加工材料であるため、一般に、研削抵抗が大きく、対応するスピンドル電流値も無負荷状態（エアカット）に対して、総じて大きくなる傾向がある。
【００３０】
一般に、研削加工は以下のステップで構成される。
まず、ワークと研削ホイールとを、互いに接触しない初期設定の位置に配し、それぞれの高速回転を開始させる。初期設定の位置から、ワーク加工時と同じレベルの送り速度（インフィード速度）でワークと研削ホイールとを、互いに近づくように移動させる。このとき、ワークと研削ホイールのいずれか一方のみを移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。ワークと研削ホイールが接触するまでのステップは、空気を切っているという意味で、エアカットと呼ばれる。
【００３１】
両者が接触してから、ワークの表面部分の研削加工が開始され、砥粒によるワークの表面部分の機械的除去と加工屑による目詰まりや、砥石摩耗による目替わりが同時進行して研削加工が進む。このステップは、特に呼び名は付与されていないが、便宜上、本発明では「実研削」と呼ぶものとする。実研削は、通常の送り速度（約１０μｍ／ｍｉｎ）で行う。
【００３２】
実研削の終了は、送り量が所定の値に達した時点とする場合と、ワーク厚みをインサイチュー測定して所定の厚みに達した時点とする場合がある。いずれの場合も、実研削が終了した時点で送り速度をゼロとし、所定の時間、ワークと研削ホイールの相対位置を動かさないで高速回転を続ける。このステップはスパークアウトと呼ばれる。
【００３３】
研削加工進行時には、送り量に対してワーク除去量と砥石摩耗量の和が小さくなっており、両者の差は装置がかついでいることからかつぎ量と呼ばれる。実研削終了時にもかつぎが残っているため、そこで送り速度をゼロとしてもワーク除去、砥石摩耗が進行する。火花の発生する乾式研削では、このステップ初期にはまだ火花が出ているが、送り速度ゼロとすると徐々にワーク除去と砥石摩耗が進行し、火花が消える。このことからスパークアウトと呼ばれ、加工面の向上に有効とされている。ワークと研削ホイールの回転数は、実研削時と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３４】
スパークアウトステップの終了後は、実研削時の送り速度と同程度の速度（約１０μｍ／ｍｉｎ）で、高速回転させたままのワークと研削ホイールとを、互いに遠ざける。このステップはスローアップと呼ばれ、スパークアウトと同様に、加工面の向上に有効とされている。ワークと研削ホイールの回転数は、スパークアウト時と同程度とする。
【００３５】
単結晶ＳｉＣ基板をインフィード方式で研削加工する場合、先に述べた通り、粗番手砥石を使用して比較的高い送り速度で加工を行う粗研削と、仕上げ番手砥石を使用して比較的低い送り速度で加工を行う仕上げ研削を行うことで、効率的に良好な面粗度を得ることができる。つまり、粗番手砥石を使用して上記研削加工を行うプロセス（粗研削）と、仕上げ番手砥石を使用して上記研削加工を行うプロセス（仕上げ研削）とを順に行うことが好ましい。
【００３６】
研削加工投入時の基板表面は、マルチワイヤソーやマルチ放電加工装置で切断した状態のいわゆるａｓ−ｓｌｉｃｅｄ面の場合もあれば、片面ラップや両面ラップで切断時のうねりや厚みばらつきを低減した状態の場合もある。プロセスの組み方の問題になるが、例えばラップ加工を何段階かに分けて行うことにより、研削加工への払出し時の加工面が、粗研削完了時の面粗度と同等の面となっている場合には、仕上げ番手の研削加工だけを行うことも可能である。
【００３７】
粗研削と仕上げ研削をセットで行う場合、粗研削としてある程度面粗度が大きい面となる粗番手砥石を選定することにより、粗研削の場合も仕上げ研削の場合も研削加工開始時に、ワークの面粗度によるセルフドレス効果が生じ、ドレスフリーの研削加工が可能となる。仕上げ研削だけを行う場合も、前加工面の面粗度をある程度大きい面としておくことにより、ドレスフリーの仕上げ研削が可能である。
【００３８】
仕上げ番手砥石を使用した研削加工が完了した基板は、引き続き、研磨やＣＭＰによる鏡面加工に払い出され、適切な洗浄工程を経て、加工起因の欠陥（加工歪）の無い、いわゆるエピレディ基板となる。
【００３９】
単結晶ＳｉＣ基板の研削加工は、通常はダイヤモンド砥粒を使用して行う機械加工である。実研削時には、セルフドレス効果、ダイヤモンド砥粒によるワークの機械的除去、加工屑による砥石の目詰まり、砥石摩耗による目替わりが同時進行するが、これらの要因による研削抵抗が刻々と変化し、モニタリングされる砥石スピンドルモーターの電流値変化となる。
【００４０】
砥石回転数や送り速度、スパークアウト時間、クーラントをかける位置と量といった研削条件を一定にすれば、単結晶ＳｉＣ基板の実研削時または実研削時およびスパークアウト時の電流値の変化挙動は、概ね一定になる。すなわち、実研削開始時点から徐々に電流値は上昇し、その時の送り速度に依存して同時進行する、セルフドレス効果、ワーク除去、目詰まり、砥石摩耗が複雑に絡み合ってその時点での研削抵抗が決定し、砥石スピンドル電流値としてモニターされる。スパークアウト時には徐々に電流値が減少し、スローアップの過程においてワークと研削ホイールが完全に離れた時点で、電流値が無負荷のエアカット時と同レベルとなる。
【００４１】
このように、単結晶ＳｉＣ基板の研削加工において、砥石スピンドル電流値の変化挙動は、一定の研削条件の下では概ね一定であるが、本発明者は、バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に依存して、再現性のある微妙な差異があることを見出し、本発明に想到したものである。
【００４２】
本実施形態に係る物性判別方法は、主に次の３つのステップを経て行うことを特徴とするものである。
〔ステップＡ〕
物性既知の単結晶ＳｉＣ基板（第一単結晶ＳｉＣ基板）に対して研削加工を行う際に、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされるスピンドル電流値（第一電流値）を、モニタリングする。
〔ステップＢ〕
物性未知の単結晶ＳｉＣ基板（第二単結晶ＳｉＣ基板）に対して研削加工を行う際に、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされるスピンドル電流値（第二電流値）を、モニタリングする。
〔ステップＣ〕
ステップＡの第一電流値の挙動とステップＢの第二電流値の挙動とを比較することにより、ステップＢの第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する。
【００４３】
本実施形態に係る物性判別方法では、第一電流値および第二電流値のモニタリングを、研削装置を構成する研削ホイールと単結晶ＳｉＣ基板（ワーク）とが接触している時に、行うことが好ましい。そのため、実研削時、または実研削時およびスパークアウト時の砥石スピンドル電流値のログデータを利用する。したがって、ログデータの着目対象としては、エアカット終了時点近傍からスパークアウト終了時点近傍の範囲内となる。研削装置にデータロガー機能があればそれを利用しても良いし、別途市販のデータロガーを利用して必要なログデータを採取しても良い。
【００４４】
以下に、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する具体的な方法を記載する。例えば、面極性（基板の表面がＳｉ面またはＣ面のいずれであるか）を判別する場合には、面極性以外の物性がなるべく似通っている方が望ましいので、面極性既知の基板としては、判別対象の基板と同じインゴットから切り出されたものであることが好ましい。ただし、そのような基板を準備できない場合には、面極性以外の物性が極端に違うことのない、他のインゴットから切り出された基板でも使用可能である。
【００４５】
ログデータは、粗研削時のものでも良いし、仕上げ研削時のものでも良いが、少ない除去量で研削抵抗の上昇が大きくなる、仕上げ研削時のものを利用することが好ましい。
【００４６】
本実施形態に係る物性判別方法では、実施例として後述するように、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を、各々の時系列変化のグラフの形状に基づいて行うことができる。すなわち、両者のグラフの形状を比較することによって、第二単結晶ＳｉＣ基板の物性が、第一単結晶ＳｉＣ基板の物性に類似しているか否かを判別することができる。
【００４７】
具体的には、第二電流値のグラフ形状を、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一電流値のグラフ形状と比較し、より類似している方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る物性判別方法では、実施例として後述するように、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を、第一電流値の時系列データと第二電流値の時系列データを数値解析した結果を利用して行うこともできる。
【００４９】
数値解析としては、例えば、電流値の時系列データ（データ数ｎ）をｎ次元ベクトルとみなしたときの類似度を利用する方法がある。類似度の中でもよく用いられるコサイン類似度は、ベクトルｘ、ｙの内積ｘ・ｙをそれぞれの長さ｜ｘ｜、｜ｙ｜で割った値であり、１に近いほど類似度が高いということになる。この解析は、マイクロソフト社のエクセル（登録商標）等の表計算ソフトを利用して行うことができる。この方法を用いる場合、本実施形態においては、第一電流値の時系列データを成分とするベクトル（第一ベクトル）に対する、第二電流値の時系列データを成分とするベクトル（第二ベクトル）の類似度に基づいて、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を行うことができる。
【００５０】
具体的には、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一ベクトルに対し、第二ベクトルとの類似度を算出し、算出結果の比較から、より類似度の高い第一ベクトルに対応する方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。
【００５１】
また、他の数値解析として、第一電流値、第二電流値の時系列データの振幅スペクトル（第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトル）を利用することができる。これは、比較対象とするデータ数を、エアカットステップの終了時点近傍からスパークアウトステップの終了時点近傍の範囲内で、かつ２の整数乗となるようにして、高速フーリエ変換を行うことで得られる。この解析は、エクセル等の表計算ソフトを利用して行うことができる。
【００５２】
このようにして得られた、第一電流値、第二電流値の時系列変化の第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルをグラフ化し、それぞれのグラフの形状を視覚的に比較する官能的比較を行うことができる。すなわち、両者のグラフの形状を比較することによって、第二単結晶ＳｉＣ基板の物性が、第一単結晶ＳｉＣ基板の物性に類似しているか否かを判別することができる。
【００５３】
具体的には、第二振幅スペクトルの形状を、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一振幅スペクトルの形状と比較し、より類似している方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。
【００５４】
さらに、このようにして得られた第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトル（データ数ｎ）を、ｎ次元ベクトルとみなしたときの類似度を利用して比較することもできる。この解析は、エクセル等の表計算ソフトを利用して行うことができる。すなわち、本実施形態では、第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルを、それぞれの周波数データを成分とする第一ベクトル、第二ベクトルとみなし、第一ベクトルに対する第二ベクトルの類似度に基づいて、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を行うことができる。
【００５５】
具体的には、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一ベクトルに対し、第二ベクトルとの類似度を算出し、算出結果の比較から、より類似度の高い第一ベクトルに対応する方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る物性判別方法によれば、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用することで得ることが可能になる。
【００５７】
したがって、本実施形態に係る物性判別方法を用いて、物性未知の単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する工程を含む単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００５９】
（実施例１）
同じインゴットから切り出された１００ｍｍ径の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を、３枚準備した。Ｃ面、Ｓｉ面ともに、前加工としてラップ加工が行われた平坦な面であり、基板厚みは約５００μｍであった。３００ｍｍ径の研削ホイールを備えたインフィード方式の研削装置を使用して、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行った。
【００６０】
粗研削には、＃２０００のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１５００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を１００μｍとし、送り速度を０．５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。粗研削での除去量を約６０μｍとした。
【００６１】
仕上げ研削には、＃８０００番のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１５００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を５０μｍとし、送り速度を０．２５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。仕上げ研削での除去量を約５μｍとした。
【００６２】
１００ｍｍ径の基板ＩＤを１００−１、１００−２、１００−３とし、それぞれの研削加工ＲＵＮのＩＤを、例えば１００−１−１、１００−１−２のように、基板ＩＤに研削加工の順序を示す数字を付与したものとする。この実施例では、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行ったので、末尾に１が付番されたＲＵＮはＣ面の研削加工であり、末尾に２が付番されたＲＵＮは、Ｓｉ面の研削加工である。
【００６３】
図２〜４は、それぞれ、基板１００−１、１００−２、１００−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化を示すグラフである。データ採取は１秒間隔で行った。
【００６４】
図２（ａ）、３（ａ）、４（ａ）は、それぞれ、１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフを示している。図２（ｂ）、３（ｂ）、４（ｂ）は、それぞれ、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフを示している。１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフは、いずれも、実研削が開始されてから少し時間をおいて電流値が比較的急峻に上昇し、その後少し低下して実研削終了まで比較的安定であることが、視覚的に見てとれる。一方、研削ＲＵＮが１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフは、実研削が開始されてから安定した傾きで電流値が上昇し、ある時点で傾きが小さくなり、実研削終了まで比較的緩やかに電流値の上昇が続くということが視覚的に見て取れる。
【００６５】
前者はＣ面の研削加工ＲＵＮであり、後者はＳｉ面の研削加工ＲＵＮである。両者は、実研削加工開始後に電流値が上昇し、スパークアウト開始後に低下するという点で、概ね一致するが、それぞれ、先に述べたような面極性に固有の変化挙動を示している。これは、実研削時には、セルフドレス効果、ワーク除去、目詰まり、砥石摩耗が複雑に絡み合って、その時点での研削抵抗が決定し、それに対応した電流値上昇が起こるのであるが、その状況が面極性特有のものとなっているためである。
【００６６】
Ｓｉ面はＳｉ原子リッチであるためプラスに帯電したサイトが多く、逆にＣ面はマイナスに帯電したサイトが多くなっているため、主に研削屑の排出挙動や目詰まりの進行に影響を与え、それぞれ特有の電流値変化挙動を示すものと推定できる。このことは、仮に、１００−１の基板の面極性だけが既知であり、１００−２、１００−３の基板の面極性が不明であったとしても、研削加工を行い、電流値の変化挙動を示すグラフを作成すれば、視覚的に面極性を判別できることを意味している。
【００６７】
１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮのエアカットステップの終了時点近傍から、スパークアウトステップの終了時点近傍のデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
0006632132.tif 000002
【００６９】
例えば、１００−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。
【００７０】
さらに、１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮについて、スパークアウトステップの終了時点から遡って２の整数乗である６４点のデータを対象に、エクセル等の表計算ソフトを使用して振幅スペクトルを算出した。
【００７１】
図５〜７は、それぞれ、基板１００−１、１００−２、１００−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化の振幅スペクトルを示すグラフである。図５（ａ）、６（ａ）、７（ａ）は、それぞれ、１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフに対応している。図５（ｂ）、６（ｂ）、７（ｂ）は、それぞれ、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフに対応している。研削加工ＲＵＮが１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフは、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフに比べて低周波数領域の振幅が大きく、この場合も、視覚的に面極性を判別することが可能であることが分かる。
【００７２】
さらに、１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、ここで得た各々の研削加工ＲＵＮの振幅スペクトルデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度の算出結果と面極性の判別結果を、表２に示す。
【００７３】
【表２】
0006632132.tif 000003
【００７４】
例えば、１００−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。
【００７５】
（実施例２）
同じインゴットから切り出された１５０ｍｍ径の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を、３枚準備した。Ｃ面、Ｓｉ面ともに、前加工としてラップ加工が行われた平坦な面であり、基板厚みは約６００μｍであった。３００ｍｍ径の研削ホイールを備えたインフィード方式の研削装置を使用して、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行った。
【００７６】
粗研削には、＃２０００のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１２００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を１００μｍとし、送り速度を０．３μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。粗研削での除去量を約４０μｍとした。
【００７７】
仕上げ研削には、＃８０００番のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１０００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を５０μｍとし、送り速度を０．２５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。仕上げ研削での除去量を約５μｍとした。
【００７８】
１５０ｍｍ径の基板ＩＤを１５０−１、１５０−２、１５０−３とし、それぞれの研削加工ＲＵＮのＩＤを、例えば１５０−１−１、１５０−１−２のように、基板ＩＤに研削加工の順序を示す数字を付与したものとする。この実施例では、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行ったので、末尾に１が付番されたＲＵＮはＣ面の研削加工であり、末尾に２が付番されたＲＵＮは、Ｓｉ面の研削加工である。
【００７９】
図８〜１０は、それぞれ、基板１５０−１、１５０−２、１５０−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化を示すグラフを示す。データ採取は１秒間隔で行った。
【００８０】
図８（ａ）、９（ａ）、１０（ａ）は、それぞれ、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフを示している。図８（ｂ）、９（ｂ）、１０（ｂ）は、それぞれ、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフを示している。１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフには、立ち上がり部分と立ち下がり部分の間に一定値を示す部分が存在するが、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフにはそのような部分が存在せず、視覚的に明瞭に判別可能である。このことは、仮に、１５０−１の基板の面極性だけが既知であり、１５０−２、１５０−３の基板の面極性が不明であったとしても、研削加工を行い、電流値の変化挙動を示すグラフを作成すれば、視覚的に面極性を判別できることを意味している。
【００８１】
１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮのエアカットステップの終了時点近傍から、スパークアウトステップの終了時点近傍のデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表３に示す。
【００８２】
【表３】
0006632132.tif 000004
【００８３】
例えば、１５０−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。
【００８４】
さらに、１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮについて、スパークアウトステップの終了時点から遡って２の整数乗である１２８点のデータを対象に、エクセル等の表計算ソフトを使用して振幅スペクトルを算出した。
【００８５】
図１１〜１３は、それぞれ、基板１５０−１、１５０−２、１５０−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化の振幅スペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）、１２（ａ）、１３（ａ）は、それぞれ、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフに対応している。図１１（ｂ）、１２（ｂ）、１３（ｂ）は、それぞれ、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフに対応している。１００ｍｍ径基板の場合とは逆であるが、研削加工ＲＵＮが１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフは、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフに比べて低周波数領域の振幅が大きく、この場合も、視覚的に面極性を判別することが可能であることが分かる。
【００８６】
さらに、１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、ここで得た各々の研削加工ＲＵＮの振幅スペクトルデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表４に示す。
【００８７】
【表４】
0006632132.tif 000005
【００８８】
例えば、１５０−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。
【符号の説明】
【００９０】
１１・・・テーブル、１２・・・モーター、１３・・・スピンドル、
１４・・・研削ホイール、１５・・・研削用砥石、１６・・・電源、
１７・・・モニタリング機構、１８・・・電流計、１９・・・回転軸、
２０・・・回転軸。
【図１】
0006632132.tif 000006
【図２】
0006632132.tif 000007
【図３】
0006632132.tif 000008
【図４】
0006632132.tif 000009
【図５】
0006632132.tif 000010
【図６】
0006632132.tif 000011
【図７】
0006632132.tif 000012
【図８】
0006632132.tif 000013
【図９】
0006632132.tif 000014
【図１０】
0006632132.tif 000015
【図１１】
0006632132.tif 000016
【図１２】
0006632132.tif 000017
【図１３】
0006632132.tif 000018