(57)【要約】【課題】サファイア基板の厚みむら及び加工量を簡単に、かつ素早く低減することによって、製造工程の短縮及びコスト削減を可能としたサファイア基板の製造方法及びサファイア基板を提供する。【解決手段】サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施すことによりサファイア基板を製造するサファイア基板の製造方法において、基板１０の片面又は両面を研削する研削工程と、研削工程後に、研削加工された基板１０の片面又は両面をウェットブラスト加工するウェットブラスト工程と、ウェットブラスト工程後に、前記ウェットブラスト加工された基板１０の片面又は両面をラップ加工するラップ工程と、ラップ工程後に、ラップ加工された基板１０の片面又は両面をＣＭＰ研磨する研磨工程を行う。【選択図】図３
2013179145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施すことによりサファイア基板を製造するサファイア基板の製造方法において、
前記基板の片面又は両面を研削する研削工程と、
前記研削工程後に、研削加工された前記基板の片面又は両面をウェットブラスト加工するウェットブラスト工程と、
前記ウェットブラスト工程後に、前記ウェットブラスト加工された前記基板の片面又は両面をラップ加工するラップ工程と、
前記ラップ工程後に、前記ラップ加工された前記基板の片面又は両面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、
を含むことを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記研削工程での前記基板の両面の研削量を１００μｍを超えない量とし、
前記ウェットブラスト加工での前記基板の片面のウェットブラスト加工量を２５μｍを超えない量とし、前記基板の両面のウェットブラスト加工量を５０μｍを超えない量とすることを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のサファイア基板の製造方法によって製造されたサファイア基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板の製造方法及びサファイア基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物III−Ｖ族化合物半導体は、ＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ)等の発光デバイスや、耐熱性や耐環境性に優れた特徴を活かした電子デバイス用途として実用化されている。このIII−Ｖ族窒化物半導体は、単結晶サファイア基板上に成長させることが多く、サファイア基板は一般的に鏡面研磨されたものが用いられる。
【０００３】
サファイア基板の製造には、サファイアインゴットから基板を切り出す切断工程と、基板の表面をワックスを用いてセラミックブロックに貼り付ける表面貼り付け工程と、セラミックブロックに支持された基板の裏面をラップ加工する裏面片面ラップ工程と、セラミックブロックと基板とを取り外した後に、ラップ加工により生じた加工歪みを緩和する熱処理工程と、基板の裏面をワックスを用いてセラミックブロックに貼り付ける裏面貼り付け工程と、基板の表面をＣＭＰ研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）する主面メカノケミカル研磨工程と、が含まれる（特許文献１参照）。
【０００４】
なお、表面貼り付け工程及び裏面片面ラップ工程の代わりに、サファイア基板の両面をラップ加工する両面ラップ工程を行うことや、主面メカノケミカル研磨工程の前にラップ工程を行って、事前に粗研磨する工程も従来技術として知られている（図７参照）。
【０００５】
両面ラップ加工で使用される両面ラップ装置は、例えば、粒径が数十〜百μｍの遊離砥粒が供給されるラップ定盤を上下に有し、このラップ定盤に対して基板を押し当てつつラップ定盤を回転させ、供給された遊離砥粒によって基板の両面が削られる装置である。遊離砥粒の粒径は、後述するＣＭＰ研磨の遊離砥粒より大きいため、基板の粗研磨に用いられる。
【０００６】
ＣＭＰ研磨で用いられるＣＭＰ装置は、回転可能な研磨テーブルと、その上に載置された研磨パッドと、研磨パッドの研磨面に基板の被研磨面を押し当てる研磨ヘッドと、研磨パッド及び基板を洗浄するために洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルと、遊離砥粒を供給する遊離砥粒供給ノズルと、研磨テーブルを回転させるためのモータと、を有する。
【０００７】
主面メカノケミカル研磨工程では、例えば、粒径が数ｎｍのアルカリ性のコロイダルシリカを遊離砥粒として用いる。これは、ラップ加工で用いられる遊離砥粒の粒径よりも小さい。
【０００８】
このようなＣＭＰ装置によって、遊離砥粒供給ノズルから研磨パッド上に遊離砥粒を滴下し、研磨ヘッドによって基板の被研磨面を研磨パッドの研磨面に押し当て、研磨テーブル及び研磨ヘッドを回転させることで、アルカリ性であるコロイダルシリカの遊離砥粒と基板とが化学反応して化学的及び機械的に研磨される。これより、ラップ加工よりも精密な研磨が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３４７７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
今般、ＬＥＤ素子などの半導体素子へのコスト低減の要求が強まっている背景から、工程の短縮・削減や、サファイア基板の大口径化による基板コストの削減が必要となっている。
【００１１】
特許文献１に開示されている従来のサファイア基板の製造方法では、サファイアインゴットから切断された基板（厚み８５０μｍ、厚みムラ±２０μｍ）は、両面ラップ加工を施すことにより厚みムラを数μｍ以下としている。
【００１２】
しかし、両面ラップ装置の定盤は一般的に僅かながら反りが生じており、大口径の基板を加工するほど、その反りが影響して精度良く加工することが困難であった。すなわち、４インチ以上の大口径の基板を定盤に載置してラップ加工をしても、精度の良い加工は困難であった。仮に両面ラップ装置を用いて４インチ以上の基板をラップ加工した場合、基板の厚みムラを数μｍ以下とするには、加工レートを比較的遅く設定し（数μｍ／ｍｉｎ程度）、基板の加工量を片面５０μｍ以上（両面で１００μｍ以上）とする必要があった。これにより、数μｍ以下の厚みムラを得ることができるが、ラップ加工には数時間かかっていた。よって、工程の短縮が必要であった。
【００１３】
また、両面ラップ装置の定盤表面の平坦性を保つためには定盤表面のｆａｃｉｎｇ作業を必要としており、メンテナンス作業を常に必要としていた。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サファイア基板の製造工程の短縮や削減を行い、４インチ以上の大口径の基板においても厚みムラが低減されたサファイア基板の製造方法及びサファイア基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
【００１６】
本発明に係るサファイア基板の製造方法は、サファイアインゴットからスライスして得られた基板に複数工程に亘る加工を施すことによりサファイア基板を製造するサファイア基板の製造方法において、前記基板の片面又は両面を研削する研削工程と、前記研削工程後に、研削加工された前記基板の片面又は両面をウェットブラスト加工するウェットブラスト工程と、前記ウェットブラスト工程後に、前記ウェットブラスト加工された前記基板の片面又は両面をラップ加工するラップ工程と、前記ラップ工程後に、前記ラップ加工された前記基板の片面又は両面をＣＭＰ研磨する研磨工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のサファイア基板は、上記のサファイア基板の製造方法によって製造されたサファイア基板である。
【００１８】
このような特定事項により、従来技術の両面ラップ工程に代えて研削工程とすることにより、基板の加工を両面ラップ加工よりも速く行うことができ、またウェットブラスト加工により研削工程での研削加工により生じた基板の研削痕を除去することができ、４インチ以上の大口径の基板においても厚みムラを低減することができる。
【００１９】
上記のサファイア基板の製造方法であって、前記研削工程での前記基板の両面の研削量を１００μｍを超えない量とし、前記ウェットブラスト加工での前記基板の片面のウェットブラスト加工量を２５μｍを超えない量とし、前記基板の両面のウェットブラスト加工量を５０μｍを超えない量とする。
【００２０】
このような特定事項により、従来技術の両面ラップ加工による基板の加工量よりも少ないため基板の材料ロスが少なくでき、厚みムラが数μｍとなる基板を製造することができる。また、基板の片面のウェットブラスト加工量が２５μｍであれば、研削工程によって生じた研削痕を除去することができる。
【発明の効果】
【００２１】
サファイア基板の製造工程の短縮や削減を行い、４インチ以上の大口径の基板においても厚みムラが低減されたサファイア基板の製造方法及びサファイア基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るサファイア基板の製造方法の研削工程を示す断面図である。
【図２】本発明に係るサファイア基板の製造方法のウェットブラスト工程を示す模式図である。
【図３】本発明に係るサファイア基板の製造方法の製造フローである。
【図４】本発明に係るサファイア基板の製造方法の貼り付け工程を示す断面図である。
【図５】本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置を示す平面図、（ｂ）はラップ装置を示す断面図である。
【図６】本発明に係るサファイア基板の製造方法のＣＭＰ工程を示し、（ａ）は、ＣＭＰ装置を示す平面図、（ｂ）はＣＭＰ装置を示す断面図である。
【図７】従来のサファイア基板の製造フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図３は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の製造フローである。
【００２４】
本実施形態に係るサファイア基板の製造方法は、サファイアインゴットからスライスされた基板１０の片面又は両面を研削する研削工程と、基板１０の片面もしくは両面をウェットブラスト装置によって加工するウェットブラスト工程と、研削工程及びウェットブラスト工程によって生じた加工応力及び加工歪みを緩和するアニール工程と、基板１０を基板保持部材３００に貼り付ける貼り付け工程と、基板１０の表面１０Ａを粗研磨するラップ工程と、ラップ加工された基板１０の表面１０ＡをＣＭＰ研磨するＣＭＰ工程と、基板１０を洗浄する精密洗浄工程と、を含むものである。
【００２５】
この工程に沿ってサファイア基板の製造方法を説明する。なお、以下に示す実施の形態はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２６】
［研削工程］
まず、研削工程について説明する。図１は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の研削工程を示す断面図である。
【００２７】
研削工程では、サファイアインゴットからスライスされた４インチ基板１０（厚み８５０μｍ、厚みムラ±２０μｍ）を片面ずつ研削することにより、基板１０の両面を研削する。
【００２８】
研削工程で用いられる研削装置６００は、基板１０が吸着載置されるセラミックプレート６２０と、セラミックプレート６２０と対峙し、基板１０を研削する砥石６１０と、基板１０とセラミックプレート６２０とを真空吸着させる真空ポンプ（不図示）と、を備えている。そして、セラミックプレート６２０の表面には複数の孔（不図示）が形成されており、この孔は真空ポンプに接続されている。
【００２９】
基板１０の表面１０Ａは、基板１０を保持する吸着盤６３０を介してセラミックプレート６２０に取り付けられる。吸着盤６３０にも複数の孔（不図示）が形成されており、真空ポンプを稼働すると、セラミックプレート６２０と、基板１０が吸着される。
【００３０】
基板１０の表面１０Ａがセラミックプレート６２０に吸着された状態で、基板１０の裏面１０Ｂを、砥石６１０によって２５μｍ研削する。基板１０の裏面１０Ｂを研削した後、真空吸着ポンプを止め、基板１０をひっくり返し、基板１０の表面１０Ａを、前述した方法と同様に２５μｍ研削する。なお、基板１０を研削する砥石６１０は、ダイヤモンド砥石が好ましい。
【００３１】
研削装置６００を用いた場合は、加工レートを数十μｍ／ｍｉｎ程度とすることができ、従来の両面ラップ装置を用いた場合の加工レート（数μｍ／ｍｉｎ）よりも工程時間を短縮することができる。
【００３２】
また、研削工程により基板１０の厚みが両面で５０μｍ研削されることとなり、研削工程終了時の基板１０の厚みは８００μｍ、厚みムラは、±２μｍとなる。好ましくは基板１０の厚みは両面で１００μｍ研削することにより、更に厚みムラを低減することができる。
【００３３】
これにより、研削工程によって基板１０の厚みムラを数μｍ以下で制御することができる。しかし、研削工程によって基板１０を研削加工すると、研削加工を施した基板１０の面には砥石６１０による研削痕が残る。次工程のウェットブラスト工程により研削痕の除去を行う。
【００３４】
［ウェットブラスト工程］
次にウェットブラスト工程について説明する。図２は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のウェットブラスト工程を示す模式図である。
【００３５】
ウェットブラスト工程では、基板の両面をウェットブラスト加工する。なお、サファイア基板の表面（前述した研削加工した面）のみをウェットブラスト加工しても構わない。
【００３６】
ウェットブラスト加工に用いられるウェットブラスト装置５００には、基板１０を載置するステージ５１０と、ステージ５１０を一方向に移動させるステージ移動機構（不図示）と、ステージ５１０と対峙して配置され、ステージ５１０上に遊離砥粒と圧縮空気とが混合された遊離砥粒５３０を噴射するウェットブラストノズル５２０と、が備えられている。
【００３７】
ウェットブラストノズル５２０には、遊離砥粒が導入される遊離砥粒導入部５２１と、圧縮空気が導入される空気導入部５２２と、導入された遊離砥粒と圧縮空気とが混合される混合室５２３と、この混合室５２３から圧縮空気とともに送られてきた遊離砥粒５３０をステージ５１０の移動方向とステージ５１０と同一平面において直交する直線上に噴射するスリット状の噴射部５２４と、が備えられている。
【００３８】
本実施の形態では、ウェットブラストノズル５２０は、基板１０とのなす角度が９０°として配置されているが、ウェットブラストノズル５２０と基板１０とのなす角度はこの角度に限られない。
【００３９】
基板１０の表面１０Ａがウェットブラスト加工されるように、基板１０をステージ５１０に載置し、ステージ移動機構によって、ステージ５１０が速度が１ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動するとともに、ウェットブラストノズル５２０から０．４ＭＰａの圧力で遊離砥粒５３０が基板１０に向けて垂直に噴射される。基板１０が載置されたステージ５１０が移動することによって、基板１０の表面１０Ａ全体に遊離砥粒５３０が噴射された結果、基板１０の表面１０Ａ全体がウェットブラスト加工されることとなる。
【００４０】
ウェットブラスト加工では、加工レートを３．０μｍ／ｍｉｎの速度と設定する。ウェットブラスト加工の加工レートは、ステージ５１０の移動速度に依存している。つまり、ステージ５１０の移動速度が遅いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が長くなるため、加工量が多くなる。逆に、ステージ５１０の移動速度が速いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が短くなるため、加工量が少なくなる。
【００４１】
ウェットブラスト工程では、基板１０の表面１０Ａを少なくとも５μｍ加工する。５μｍ以上の加工により前述の研削工程で基板１０に生じた研削痕を除去することができるが、ウェットブラスト加工を行った基板１０の面は、艶のない面（マット面）となる。これは、後述するラップ加工及びＣＭＰ研磨によって、基板１０を鏡面仕様とすることができる。
【００４２】
なお、加工量を２５μｍ以上とすると材料ロスが多くなるため、加工量は２５μｍを超えない量であることが好ましい。また、基板１０の両面にウェットブラスト工程を行ったときは、両面の加工量は５０μｍを超えない量とすることが好ましい。
【００４３】
また、加工レート３．０μｍ／ｍｉｎで５μｍの加工とすると、基板１０の表面１０Ａのウェットブラスト処理時間は１分４０秒である。よって、前述した研削工程の処理時間を加えても、従来の両面ラップ装置を用いた場合の両面ラップ時間（数時間）に比べて、短時間で処理を行うことができるため、工程の短縮化を図ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態の基板１０のウエハサイズは、４インチを想定しているが、６インチ用のステージを使用して６インチの基板１０をウェットブラスト加工することもできる。６インチのサファイア基板を製造することにより、そのサファイア基板の表面には、４インチのサファイア基板よりも多くの半導体素子を形成することができるため、半導体素子の採取量が増える。よって、製造コストを低くすることが可能となる。
【００４５】
また、ウェットブラスト加工は、定盤の管理を必要としないため、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００４６】
なお、遊離砥粒５３０に使用される遊離砥粒は、基板１０の平坦性を向上させるため、粒径が揃った遊離砥粒を用いることが望ましく、平均粒径１００μｍのアルミナが使用される。
【００４７】
［アニール工程］
次に、本発明のサファイア基板の製造方法におけるウェットブラスト工程後に行われるアニール工程について説明する。
【００４８】
アニール工程では、前述した研削工程及びウェットブラスト工程によって基板１０に生じた加工応力及び加工歪みを緩和する。具体的には、基板１０を高温炉（不図示）に入れ、１６００℃の加熱温度で３時間保持している。
【００４９】
これにより、基板１０の加工応力及び加工歪みを緩和することができる。
【００５０】
ここで、アニールの温度、アニールの時間は、一例を示しただけであって、上記した温度、時間に限定するものではない。
【００５１】
また、本アニール工程は、前述した研削工程後で且つ、ウェットブラスト工程前に行われても構わない。
【００５２】
［貼り付け工程］
次に貼り付け工程について説明する。図４は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の貼り付け工程を示す断面図である。
【００５３】
貼り付け工程では、後述するラップ工程によってラップ加工する基板１０の面と逆側の面（本実施形態では、基板１０の裏面１０Ｂとする。）に基板保持部材３００を貼り付ける。
【００５４】
基板保持部材３００は、プレート３１０と、プレート３１０上に固定され、開口を有する保持部材３２０と、保持部材３２０の開口に収容され、プレート３１０に貼り付けられた吸着パッド３３０と、が含まれる。
【００５５】
基板１０の裏面１０Ｂに、吸着パッド３３０を貼り付けると共に、基板１０の裏面１０Ｂに接着剤であるワックスを用いて、保持部材３２０と基板１０の裏面１０Ｂの貼り付けを行う。貼り付け時には基板１０の表面１０Ａから圧力をかけて貼り付けを行う。
【００５６】
よって、基板１０とプレート３１０とが貼り付けられ、基板１０と基板保持部材３００とが貼り付けられることとなる。なお、接着剤には、アクリル樹脂又はガラスエポキシ樹脂を用いても構わない。また、プレート３１０は、セラミックプレートを用いている。
【００５７】
これにより、後述するラップ工程で基板１０をラップ加工する際に、基板１０の裏面１０Ｂには基板保持部材３００が貼り付けられているので、基板１０が加重されても、基板１０を保護することができる。
【００５８】
［ラップ工程］
次にラップ工程について説明する。図５は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置を示す平面図、（ｂ）はラップ工程を示す断面図である。
【００５９】
ラップ工程では、前述した基板保持部材３００が貼り付けられた基板１０側（基板１０の表面１０Ａ）をラップ加工する。
【００６０】
ラップ工程に用いられるラップ装置４００には、基板１０をラップ加工する定盤４１０と、定盤４１０と対峙するように基板１０が取り付けられる取付具４２０と、ラップ加工時に使用する遊離砥粒が吐出されるノズル４３０と、取付具４２０の中心を自転軸、定盤４１０の中心を自転軸として、それぞれ独立して自転させるモータ（不図示）と、が備えられている。本実施形態の定盤４１０には、銅または錫を含む比較的軟質な金属系の定盤が用いられる。
【００６１】
取付具４２０に前述した基板保持部材３００が貼り付けられた基板１０を取り付けた後、取付具４２０が定盤４１０方向に加重されることによって、基板１０の表面１０Ａが定盤４１０に押し当てられる。
【００６２】
この状態で、定盤４１０及び取付具４２０を互いに逆向きとなるように自転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出する。定盤４１０は、３０ｒｐｍから８０ｒｐｍまでの回転数で自転させることが好ましい。
【００６３】
遊離砥粒は、数μｍの粒径であり、例えばダイヤモンドスラリーを用いる。
【００６４】
その後、数十ｎｍの粒径のシリカ粒子を用いて、軟質の発泡ウレタンまたはスエードタイプの研磨布で基板１０の表面１０Ａを研磨する。
【００６５】
なお、基板１０の裏面に対してもラップ工程を行っても構わない。
【００６６】
［ＣＭＰ工程及び精密洗浄工程］
次にＣＭＰ工程について説明する。図６は、本発明に係るサファイア基板の製造方法のラップ工程を示し、（ａ）は、ＣＭＰ装置を示す平面図、（ｂ）はＣＭＰ工程を示す断面図である。
【００６７】
ＣＭＰ工程では、前述したラップ加工を行った後に、そのラップ加工を行った基板１０の表面１０ＡをＣＭＰ研磨する。
【００６８】
ＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置４５０と前述したラップ装置４００とは、遊離砥粒等の化学薬品を精密洗浄するための洗浄液が吐出される洗浄液ノズル４６０が備えられている点と、遊離砥粒に数十ｎｍの粒径であるコロイダルシリカを用いる点と、が異なるだけであるから、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
ＣＭＰ研磨は、定盤４１０の自転軸及び取付具４２０の自転軸によって、定盤４１０と取付具４２０とを自転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出してＣＭＰ研磨を行う。その後に、研磨屑（被研磨物や研磨パッド等の削れ屑）や遊離砥粒の凝集物などの異物の除去や、アルカリ性の化学薬品であるコロイダルシリカの洗浄を行うための洗浄液を浄液ノズル４６０から吐出しながら、基板１０の表面１０Ａの精密洗浄を行う。
【００７０】
なお、基板１０の裏面に対してもＣＭＰ工程及び精密洗浄工程を行っても構わない。
【００７１】
これより、従来技術よりも工程を短縮し、厚みムラが低減され、ウェットブラスト工程後は艶のない面（マット面）であった基板１０を、精密洗浄工程後は鏡面仕様とするサファイア基板を製造することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０  基板
１０Ａ  表面
４００  ラップ装置
４５０  ＣＭＰ装置
５００  ウェットブラスト装置
６００  研削装置
【図１】
2013179145.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013179145.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013179145.tif 000007
【図６】
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【図７】
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