(57)【要約】【課題】工程費用を削減してもＣＭＰ研磨によって得られていたサファイア基板の表面の面粗度と同程度の面粗度の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１０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であって、基板１０の少なくとも主面１０Ａを反応性イオンエッチングする反応性イオンエッチング工程を行う。【選択図】図７
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【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であって、
前記基板の少なくとも主面を反応性イオンエッチングする反応性イオンエッチング工程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、
前記反応性イオンエッチング工程の前に、前記基板の前記反応性イオンエッチングをする面をラップ加工するラップ工程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３】
請求項２に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記ラップ工程の前に、前記基板を支持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける基板貼り付け工程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４】
請求項１から３のいずれか１項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。
【請求項５】
請求項４に記載のサファイア基板であって、
前記反応性イオンエッチング工程後のサファイア基板の０．０４μｍ2から４μｍ2の範囲における面粗度が、０．０１ｎｍ以上１．０ｎｍ以下であることを特徴とするサファイア基板。
【請求項６】
請求項４または５に記載のサファイア基板であって、
前記サファイア基板に半導体素子が形成されたことを特徴とするサファイア基板。
【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）
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８参照）。
【０００４】
ラップ加工で使用されるラップ装置は、例えば、粒径が数μｍの遊離砥粒が供給されるラップ定盤を有し、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、研磨ヘッドにより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】
【０００８】
【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】
【０００９】
特許文献１に開示されたサファイア基板の製造方法では、ＣＭＰ研磨によって研磨が行われると、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が発生し、この異物の除去のため、洗浄液供給ノズルから洗浄液を研磨パッドの研磨面に噴射しながら研磨している。また、ＣＭＰ研磨に用いられるアルカリ性のコロイダルシリカの遊離砥粒は化学薬品であるため、その洗浄には大量の洗浄液を使用する。
【００１０】
これにより、サファイア基板の製造による工程費用が非常に高いものとなっていた。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、できるだけ工程の短縮や削減が必要となっている。
【００１１】
工程費用を削減するためにＣＭＰ研磨せずに、粗研磨であるラップ加工のみでサファイア基板を製造すると、サファイア基板の表面の平坦性を示す値である面粗度が悪くなり、その後、半導体素子形成を行う場合には面粗度が十分なものではなかった。
【００１２】
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、工程費用を削減することにあり、工程費用を削減してもＣＭＰ研磨によって得られていたサファイア基板の面粗度と同程度の面粗度の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】
【００１３】
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。
【００１４】
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であって、前記基板の少なくとも主面を反応性イオンエッチングする反応性イオンエッチング工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るサファイア基板は、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。
【００１６】
このような特定事項により、ＣＭＰ研磨せずにサファイア基板を製造することができるため、大量の洗浄液を用いることがなく、製造コストを安くすることができ、ＣＭＰ研磨と同等の面粗度のサファイア基板を製造することができる。
【００１７】
上記のサファイア基板の製造方法であって、前記反応性イオンエッチング工程の前に、前記基板の前記反応性イオンエッチングをする面をラップ加工するラップ工程を含むものとする。
【００１８】
このような特定事項により、反応性イオンエッチング工程の前にサファイア基板の面粗度を向上させることができ、その後の反応性イオンエッチングによってさらに、サファイア基板の面粗度を向上させることができる。
【００１９】
上記のサファイア基板の製造方法であって、前記ラップ工程の前に、前記基板を支持する基板保持部材に前記基板を貼り付ける基板貼り付け工程を含むものとする。
【００２０】
このような特定事項により、ラップ工程時に基板が加重され、基板の加工面が定盤に押し当てられても、基板が基板保持部材によって基板を保護することができる。
【００２１】
上記のサファイア基板であって、前記反応性イオンエッチング工程後のサファイア基板の０．０４μｍ2から４μｍ2の範囲における面粗度が、０．０１ｎｍ以上１．０ｎｍ以下であるものとする。
【００２２】
このような特定事項により、ＣＭＰ研磨と同等の面粗度とすることができ、上記の面粗度の範囲内であれば、後工程の半導体素子形成時に行われる有機金属気相成長法により良質の結晶成長ができる。
【００２３】
上記のサファイア基板に半導体素子が形成されたこととする。
【００２４】
このような特定事項により、ＣＭＰ研磨を行わず、大量の洗浄液を用いることがないため、製造コストが安く、面粗度の優れたサファイア基板上に半導体素子が形成されたサファイア基板とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、工程費用を削減することができ、工程費用を削減してもＣＭＰ研磨によって得られていたサファイア基板の面粗度と同程度の面粗度の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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るサファイア基板の製造方法の両面ラップ工程を示し、（ａ）は、両面ラップ装置の概略図、（ｂ）は両面ラップ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貼り付け工程を示す断面図である。
【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。
【図４】本発明に係るサファイア基板の製造方法の反応性イオンエッチング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後のサファイア基板のＡＦＭ画像である。
【図６】本発明に係るサファイア基板の製造方法の反応性イオンエッチング工程後のＡＦＭ画像である。
【図７】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８】従来のサファイア基板の製造方法の製造フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図７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。
【００２９】
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の両面をラップ加工する両面ラップ工程と、両面ラップ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を純水で洗浄する洗浄工程と、ラップ加工された基板１０の表面１０Ａを反応性イオンエッチングする反応性イオンエッチング工程とを含むものである。
【００３０】
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。
【００３１】
［両面ラップ工程］
まず、両面ラップ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両面ラップ工程を示し、（ａ）は、両面ラップ装置の概略図、（ｂ）は両面ラップ工程を示す断面図である。
【００３２】
両面ラップ工程では、サファイアインゴットからスライスされた厚さ１．２ｍｍの基板１０の両面を両面ラップ加工する。
【００３３】
両面ラップ加工に用いられる両面ラップ装置２００には、基板１０を収容する治具２１０と、治具２１０の上部に備えられた上定盤２２０と、治具２１０の下部に備えられた下定盤２２１と、治具２１０の中心を自転軸、上定盤の中心を自転軸、下定盤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。本実施形態の上定盤２２０及び下定盤２２１には、銅定盤が用いられる。
【００３４】
治具２１０には、基板１０の直径よりも大きい貫通孔２１１が備えられている。この貫通孔２１１に基板１０を収容する。本実施形態では、４枚の基板１０を治具２１０に収容している（図１（ａ）参照）。
【００３５】
基板１０を治具２１０に収容後、治具２１０及び基板１０を、下定盤２２１に載置する。そして、上定盤２２０を下定盤２２１の方向に下げていき、上定盤２２０と下定盤２２１とで基板１０を挟み込む。上定盤２２０が加重されることによって、基板１０は下定盤２２１に押し当てられる。ここで、治具２１０の厚みは基板１０の厚みよりも薄く設計されているため、基板１０の両面は、それぞれ上定盤２２０及び下定盤２２１と接触している（図１（ｂ）参照）。
【００３６】
基板１０が上定盤２２０及び下定盤２２１で挟み込まれた状態で、上定盤２２０、下定盤２２１が互いに逆向きとなるように自転させると共に上定盤２２０及び下定盤２２１と基板１０との間に遊離砥粒を流し込む。これにより、遊離砥粒によって基板１０の両面がラップ加工される。ここで、治具２１０も治具２１０の中心を自転軸として自転させるため、治具に収納された４枚の基板の面粗度が等しくなるようにラップ加工される。
【００３７】
遊離砥粒は、数十μｍから数百μｍの粒径であり、例えばボロンカーバイド又はグリーンカーバイドといった遊離砥粒を用いる。
【００３８】
これにより、基板１０の厚みを両面合わせて０．２５ｍｍラップ加工し、基板１０の両面の面粗度が数十ｎｍから数百μｍの範囲となる。
【００３９】
本工程では、両面ラップ加工に限られず、片面ラップ加工、ワイヤーソウ加工を用いても構わない。
【００４０】
［アニール工程］
次にアニール工程について説明する。
【００４１】
アニール工程では、前述した両面ラップ工程によって基板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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
［貼り付け工程］
次に貼り付け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貼り付け工程を示す断面図である。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［ラップ工程］
次にラップ工程について説明する。図３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、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後のＡＦＭ画像である。
【００５１】
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の基板側（基板１０の表面１０Ａ）をラップ加工する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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状のパッドなどの研磨布で基板１０の表面１０Ａを研磨する。
【００５８】
以上のラップ工程によって、基板１０の表面１０Ａを０．０４５ｍｍラップ加工すると、基板１０の面粗度は、４μｍ2の範囲において、１２．７ｎｍとすることができる（図５参照）。
【００５９】
前述した両面ラップ加工後の面粗度（つまり、ラップ工程前の面粗度）が数十ｎｍから数百μｍの範囲であるため、後述する反応性イオンエッチング工程の前段階で、サファイア基板の面粗度を向上させることができる。
【００６０】
［洗浄工程］
次に洗浄工程について説明する。
【００６１】
洗浄工程では、前述したラップ工程後の基板１０と基板保持部材３００とを取り外した後に、純水によって基板１０を洗浄する。
【００６２】
この洗浄工程での洗浄には、化学薬品を用いた精密洗浄をおこなうものではなく、純水によって基板保持部材３００の取付時に付着したワックス又は接着剤を取り除く簡易的な洗浄に留める。
【００６３】
これにより、化学薬品を用いることなく、製造コストを安くすることができる。
【００６４】
［反応性イオンエッチング工程］
次に反応性イオンエッチング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反応性イオンエッチング工程を示す断面図、図６は、本発明に係るサファイア基板の製造方法の反応性イオンエッチング工程後のＡＦＭ画像である。
【００６５】
反応性イオンエッチング工程では、前述した基板１０のラップ加工された面（基板１０の表面１０Ａ）を反応性イオンエッチングする。
【００６６】
反応性イオンエッチング工程で用いられる反応性イオンエッチング装置１００は、基板１０を載置する電極１１０と、電極１１０と対向する対向電極１２０と、電極１１０及び対向電極１２０を収容し、その内部雰囲気の調整が可能なチャンバ１３０と、イオン源となるガスをチャンバ１３０内に供給するガス供給部１４０と、が備えられている。
【００６７】
チャンバ１３０中の電極１１０に、基板１０の表面１０Ａを上にして基板１０を載置する。その後、ガス供給部１４０よりチャンバ内にガスを供給し、電極１１０及び対向電極１２０と接続された電源（不図示）によって電極１１０及び対向電極１２０に設定電圧を印加することにより、電極１１０と対向電極１２０との間にプラズマが発生し、基板１０の表面１０Ａに反応性イオンが噴射される。
【００６８】
本実施の形態では、チャンバ１３０に供給するガスは、三塩化ボロンを使用している。三塩化ボロンと基板１０の表面１０Ａが反応して、基板１０の表面１０Ａがエッチングされる。三塩化ボロンを使用することで５０ｎｍ／ｍｉｎのレートでエッチングを行うことができ、２０分の処理時間で基板１０の厚みを１０００ｎｍエッチングすることができる。
【００６９】
この結果、基板１０の表面１０Ａの面粗度は、４μｍ2の範囲で３．２ｎｍとすることができた（図６参照）。ガス種や設定電圧の最適化によって基板１０の表面１０Ａの面粗度をより小さくすることができ、実験では、４μｍ2の範囲で０．１８ｎｍの面粗度が得られている。
【００７０】
この面粗度は、発明者が比較例として行ったＣＭＰ工程によるＣＭＰ研磨後のサファイア基板の表面１０Ａの面粗度である０．２３ｎｍよりも低い値である。
【００７１】
これにより、反応性イオンエッチング工程はＣＭＰ工程よりも有効である結果が得られ、ＣＭＰ研磨時に使用される大量の洗浄液を使用することがなく、製造コストを安くすることができる。
【００７２】
さらに上記の面粗度の優れた基板１０の表面１０Ａ上にＬＥＤやパワーデバイスといった半導体素子を形成することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  基板
１０Ａ  主面
１００  反応性イオンエッチング装置
２００  ラップ装置
３００  基板保持部材
【図１】
2013131644.tif 000003
【図２】
2013131644.tif 000004
【図３】
2013131644.tif 000005
【図４】
2013131644.tif 000006
【図７】
2013131644.tif 000007
【図８】
2013131644.tif 000008
【図５】
2013131644.tif 000009
【図６】
2013131644.tif 000010