JP2005225683A - 非磁性ガーネット基板の製造方法とその製造方法により得られる基板 - Google Patents

Abstract

【課題】液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する際に、単結晶ウエハのベべル面に発生するマイクロクラックを除去し、かつポリッシュ面に転移を有しない非磁性ガーネット基板を製造する方法とその製造方法により得られる基板を提供する。
【解決手段】単結晶ウエハのベベル面のみにエッチング液を塗布することによって、該ベベル面を選択的にエッチングすることを特徴とする非磁性ガーネット基板の製造方法などによって提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、非磁性ガーネット基板の製造方法とその製造方法により得られる基板に関し、さらに詳しくは、液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する際に、非磁性ガーネットの単結晶ウエハのベべル面に発生するマイクロクラックを除去し、かつポリッシュ面に転移を有しない非磁性ガーネット基板を製造する方法とその製造方法により得られる基板に関する。

ビスマス置換型磁性ガーネット膜は、光ファイバ通信や光計測において、光アイソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ等にファラデー回転子として多用されている。例えば、光アイソレータは、光通信システムで半導体レーザ光源から発した伝送光が光学系を介して伝達される際、一部の光が途中の光学系の入射端面で反射して光源まで戻り、通信障害を起こすことを防止するために用いられる。このような光アイソレータは、常磁性体のビスマス置換型磁性ガーネット膜からなるファラデー回転子を偏光子と検光子とで挟み、これを筒状磁石の中に納めて構成される。

前記ビスマス置換型磁性ガーネット膜は、一般式（Ｒ、Ｂｉ）_３（Ｆｅ、Ｇａ、Ａｌ）_５Ｏ_１２（但し、Ｒは希土類元素で、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒ，Ｔｍ，Ｄｙ等である。）で、大きなファラデー回転効果を有し、主に、生産性に優れた液相エピタキシャル成長法（以下、ＬＰＥ法と呼称する。）で育成される。
ＬＰＥ法は、一般には、以下のように行われる。まず、溶媒となる物質を一定温度の液体状態に保持し、該溶媒に溶質成分を飽和状態まで溶解する。しかる後、非磁性ガーネット基板を溶液中に浸し、この状態で徐々に温度を下げていき、過飽和状態となって溶液状態で存在できなくなった溶質成分を非磁性ガーネット基板上に析出させる。このビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成した基板からビスマス置換型磁性ガーネット膜を得るには、例えば、研削研磨して基板を除去する。

非磁性ガーネット基板としては、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板（格子定数１．２３８ｎｍ）、（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２基板（格子定数１．２４９８ｎｍ）、Ｎｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板（格子定数１．２５０９ｎｍ）、（Ｇｄ、Ｓｃ）_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板（格子定数１．２５６ｎｍ）等が用いられている。

従来、非磁性ガーネット基板は、まず、単結晶インゴットをチョクラルスキー法等の引き上げ法によって育成し、その肩部を切断して直胴部を得て、これを円筒状に研削する。次いで、内周刃切断機又はワイヤーソーで所望の厚さのウエハに切断し、このウエハを所望の条件で研磨して得ている。
通常、ウエハの研磨においては、一般的に酸化物結晶の研磨において用いられる工程、例えば、単結晶ウエハのべべリング工程、ポリッシュ工程、エッチング工程等が用途に応じて組合されて用いられる（例えば、特許文献１参照。）。ＬＰＥ法に用いる非磁性ガーネット基板を得る場合には、一般に、まず、ポリッシュの際にウエハ周端部が欠けることにより発生するチッピングを防止するために、ウエハの外円周面の角を丸めるべべリングと呼ばれる物理研磨処理を行う。その後、ウエハ表面をポリッシュする。

こうして得たウエハを基板として用いて上記ＬＰＥ法によるビスマス置換型磁性ガーネット膜の育成を行うと、育成中に基板が割れる現象が頻発して、良好な生産性が得られないという問題が発生している。この原因のひとつとして、上記べべリングによりベベル面に発生するマイクロクラックが挙げられている。すなわち、べべリングによる加工面は粗いため、ベベル面にはマイクロクラックと呼ばれる電子顕微鏡で確認される程度の小さな亀裂が発生するが、このマイクロクラックがポリッシュ表面のポリッシュにおいて除去されないからである。

この対策として、磁性ガーネット膜で用いられるリン酸、硫酸、硝酸等の鉱酸によるエッチング処理（例えば、特許文献２参照。）を適用して、非磁性ガーネットの単結晶ウエハのマイクロクラックを除去する方法が考えられる。この方法では、べべリングし、ポリッシュした後のウエハを、鉱酸に浸漬してウエハ表面をエッチングし、その基板を用いて液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成した。その結果、育成中の基板が割れる頻度は低減したが、得られるビスマス置換型磁性ガーネット膜に比較的大きなピットと呼ばれる結晶欠陥が多発するようになった。

そこで、原因を調査したところ、転移と呼ばれるウエハに内在する結晶欠陥がエッチングによって上記基板のポリッシュ面に出現し、この転移がビスマス置換型磁性ガーネット膜に比較的大きなピットを多発させる原因となっていることが分かった。この比較的大きなピット部分は外観不良となり、製品とすることができないので、ビスマス置換型磁性ガーネット膜の収率を著しく低下させるという問題を引き起こす。

なお、本明細書中では、本発明において用いるベベル面とは、単結晶ウエハーの外円周上の角を丸めるべべリングと呼ばれる物理研磨処理が行われた外円周面を意味し、また、ポリッシュ面とは、単結晶ウエハのポリッシュした面を意味する。

特公平８−５７５６号公報 特許２８００９７３号公報

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する際に、非磁性ガーネットの単結晶ウエハのベべル面に発生するマイクロクラックを除去し、かつポリッシュ面に転移を有しない非磁性ガーネット基板を製造する方法とその製造方法により得られる基板を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために、非磁性ガーネット基板を製造する方法について、鋭意研究を重ねた結果、非磁性ガーネットの単結晶ウエハを特定の条件でエッチングすることにより、該基板のベべル面のマイクロクラックを除去し、かつポリッシュ面の転移の出現を防止することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、非磁性ガーネット単結晶ウエハの周端部をべべリングする工程、該ウエハ表面をポリッシュする工程、及びエッチングする工程を主要工程とする、液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する方法において、
単結晶ウエハのベベル面のみにエッチング液を塗布することによって、該ベベル面を選択的にエッチングすることを特徴とする非磁性ガーネット基板の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記単結晶ウエハが、一般式（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２で表される組成を有する非磁性ガーネットであることを特徴とする非磁性ガーネット基板の製造方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明の製造方法により得られる非磁性ガーネット基板が提供される。

本発明の非磁性ガーネット基板の製造方法により、非磁性ガーネットの単結晶ウエハのべべリングにおいて発生するマイクロクラックの除去を行うとともに、その基板のポリッシュ面での転移の出現を防止する。その結果、このウエハのポリッシュの際のチッピングを防止して基板の収率を上昇することができる。また、本発明の方法で得られた基板を用いてＬＰＥ法によりビスマス置換型磁性ガーネット膜を作製すれば、基板表面に出現した転移を起因とする大きいピットの発生がないので、ＬＰＥ法によりビスマス置換型磁性ガーネット膜を収率良く製造できる。したがって、その工業的価値は極めて大きい。

以下、本発明の非磁性ガーネット基板の製造方法とその製造方法により得られる基板を詳細に説明する。
本発明の非磁性ガーネット基板の製造方法は、非磁性ガーネット単結晶ウエハの周端部をべべリングする工程、該ウエハ表面をポリッシュする工程、及びエッチングする工程を主要工程とする、ＬＰＥ法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する方法において、単結晶ウエハのベベル面のみにエッチング液を塗布することによって、該ベベル面を選択的にエッチングすることを特徴とするものである。

本発明の非磁性ガーネット基板の製造方法では、単結晶ウエハのベベル面のみにエッチング液を塗布することによってベベル面を選択的にエッチングする。これによって、ベべル面に発生したマイクロクラックの除去を行うとともに、ポリッシュ面をエッチングしないことによってポリッシュ面に転移が出現することを防止することができる。その結果、本発明の方法で得られる磁性ガーネット基板は、その表面にマイクロクラックも転移もないものである。したがって、この基板を用いてＬＰＥ法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を製造すると、ピットの発生がない膜を高収率で得ることができる。

本発明に用いる単結晶ウエハとしては、特に限定されるものではなく、一般にＬＰＥ法で基板として用いられる、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶、（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２単結晶、Ｎｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶、（Ｇｄ、Ｓｃ）_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶等の非磁性ガーネット単結晶のウエハを用いることができる。この中で、特にビスマス置換型磁性ガーネット膜の育成に好適な格子定数が１．２４９０〜１．２５１５１である、例えば（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２単結晶及びＮｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶が好ましく、ＳＧＧＧと呼ばれる（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２単結晶がより好ましい。

上記単結晶ウエハの製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、チョクラルスキー法等の引き上げ法によって育成された単結晶インゴットの肩部を切断して得られた直胴部を円筒研削し、次いで内周刃切断機又はワイヤーソーで所望の厚さに切断する方法が用いられる。

上記単結晶ウエハのベべリング方法やポリッシュ方法は、特に限定されるものではなく、酸化物単結晶の研磨において一般的に用いられる手段が適用できる。

上記方法に用いるエッチングの方法としては、単結晶ウエハのベベル面のみをエッチングすることが可能であれば、特に限定されるものではない。例えば、単結晶ウエハをスピンコーターのような回転台に固定し、該単結晶ウエハを回転台上で所定の回転数で回転させるとともに、そのベベル面のみにエッチング液を塗布する方法が特に好ましい。この際、単結晶ウエハの回転数は５０〜３００ｒｐｍが好ましい。前記回転数が５０ｒｐｍ未満では、エッチング液が基板のポリッシュ面まで広がり、ベベル面以外がエッチングされてしまう。一方、３００ｒｐｍを超えると、エッチング液がベベル面に留まる時間が短くなるためエッチングされにくくなる。

上記エッチングに用いるエッチング液としては、酸化物単結晶のエッチングに通常用いられるエッチング液、例えば、リン酸、硫酸、硝酸、フッ酸等の鉱酸が用いることができるが、この中で、リン酸と硫酸の混合液を用いることが好ましい。この際、エッチング液温は、特に限定されるものではなく、１５０〜２２０℃が好ましい。前記液温が１５０℃未満では、十分なエッチング効果が得られず、一方２２０℃を超えると、酸蒸気が発生するので取り扱いが難しくなる。

ちなみに、上記非磁性ガーネット基板を用いてＬＰＥ法によりビスマス置換型磁性ガーネット膜を得るには、例えば、以下のように行われる。
すなわち、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）及び酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）等の融剤、並びに希土類酸化物（Ｒ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）等の溶質成分を混合し、白金製坩堝に入れる。ついで、これを高温度に加熱し、完全に溶解させて均一とし、育成用の融液とする。その後、融液温度を若干降下させ、過飽和状態を実現する。次に、過飽和状態となった融液に、上記非磁性ガーネット基板のポリッシュ面を完全に浸漬して、該基板上に所定組成のビスマス置換型磁性ガーネット膜を所望の厚さにエピタキシャル成長させる。ここで、融剤のうち、Ｂｉ_２Ｏ_３はガーネット結晶の希土類元素サイトへの置換元素としての役割を担う。

上記非磁性ガーネット基板を用いるビスマス置換型磁性ガーネット膜の製造方法は、光ファイバ通信や光計測において好適に用いられる大きなファラデー回転効果を有する磁性ガーネット膜、特に大きなファラデー回転効果を有する、一般式（Ｙｂ、Ｔｂ、Ｂｉ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２で表されるＹｂＴｂＢｉＦｅ系磁性ガーネット膜を育成させる場合に特に有効である。

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。なお、実施例及び比較例で用いたピット不良率の評価方法は、以下の通りである。
ピット不良率の評価：ＬＰＥ法で得られた磁性ガーネット膜を、１１ｍｍ角にダイシングし、その後非磁性ガーネット基板を除去し、基板一枚あたり４４枚の１１ｍｍ角の磁性ガーネット膜のチップを得た。この１１ｍｍ角チップの表面を鏡面研磨し、ピットの観察を行った。ピットの核部分の直径が３００μｍ以上であるピットの個数が５個以内を良品とした。ここで、不良品となった１１ｍｍ角チップ数からその比率を求めた。

また、実施例及び比較例で用いた非磁性ガーネットウエハは、べべリング及びポリッシュ処理をした、直径４インチ（１０２ｍｍ）、格子定数１．２４９７±０．００３ｎｍ、及び膜厚１．００ｍｍのＳＧＧＧウエハである。ベベル処理は＃８００の砥石で行い、ポリッシュはコロイダルシリカを研磨剤として行った。

（実施例１）
非磁性ガーネットウエハをエッチングして基板を作製して、これをＬＰＥ法の基板として用いて評価した。
（１）非磁性ガーネットウエハのエッチング方法
上記ＳＧＧＧウエハをスピンコータ上に固定し、１００ｒｐｍで回転させ、１５０℃に加温したリン酸と硫酸の１：１の混合液を基板のベベル部のみに掛かるように、５０ｍＬ／分の割合で塗布した。この塗布を１０分間行った後、純水で１０分間洗浄し、その後、スピン乾燥して、ＳＧＧＧ基板を得た。
（２）ＬＰＥ法による単結晶膜の育成と評価
Ｐｔ製容器に、酸化鉛２３００ｇ、酸化硼素１４０ｇ、酸化ビスマス３１００ｇ、酸化鉄４６０ｇ、酸化テルビウム５６．６ｇ、及び酸化イッテルビウム４．４ｇを装入し、これを縦型管状炉内に設置し、全体を９５０℃まで加熱し十分撹拌し均一に混合して、ＬＰＥ法によるＹｂＴｂＢｉＦｅ系磁性ガーネット膜のエピタキシャル膜成長用の融液を得た。この融液に前記ＳＧＧＧ基板のポリッシュ面が完全に融液に浸漬するように設置し、同時に基板を回転し、この状態にて、融液の成長制御温度を１時間当たり０．６℃の割合で降下させて、２０時間エピタキシャル成長を行い、厚さ５３０μｍのＹｂＴｂＢｉＦｅ系磁性ガーネット膜を作製した。同様の育成を１０回行った。
得られたＹｂＴｂＢｉＦｅ系磁性ガーネット膜の観察を行い、育成中に発生した割れの発生度合を求めた。また、１１ｍｍ角チップのピット不良率を求めた。結果を表１に示す。

（比較例１）
非磁性ガーネットウエハをエッチングして基板を作製して、これをＬＰＥ法の基板として用いて評価した。
非磁性ガーネットウエハのエッチングを下記の方法で行った以外は、実施例１と同様に行い、育成中の割れの発生と１１ｍｍ角チップのピット不良率を求めた。結果を表１に示す。
［非磁性ガーネットウエハのエッチング方法］
上記ＳＧＧＧウエハを１５０℃に加温したリン酸と硫酸の１：１の混合液中に１０分間浸漬させて、その後、純水で１０分間洗浄し、スピン乾燥して、ＳＧＧＧ基板を得た。

（比較例２）
上記ＳＧＧＧウエハをエッチングせずにそのまま用いた以外は、実施例１と同様に行い、育成中の割れの発生と１１ｍｍ角チップのピット不良率を求めた。結果を表１に示す。

表１より、実施例１では、非磁性ガーネットウエハのエッチング方法で、本発明の方法に従って行われたので、育成中の基板の割れがなく、かつ低いピット不良率が得られることが分かる。これに対して、比較例１又は２では、非磁性ガーネットウエハのエッチング方法がこれらの条件に合わないので、育成中の基板の割れ又はピット不良率のいずれかによって満足すべき結果が得られないことが分かる。

以上より明らかなように、ＬＰＥ法で本発明の製造方法で得られた非磁性ガーネット基板を用いて、ビスマス置換型磁性ガーネット膜、特に光分野で利用されるファラデー回転子用の高性能ビスマス置換型磁性ガーネット膜を製造すると、割れやピットの発生が少なく，良好なものが高収率で得られる。

Claims (3)

1. 非磁性ガーネット単結晶ウエハの周端部をべべリングする工程、該ウエハ表面をポリッシュする工程及びエッチングする工程を主要工程とする、液相エピタキシャル成長法でビスマス置換型磁性ガーネット膜を育成するために用いる非磁性ガーネット基板を製造する方法において、
   単結晶ウエハのベベル面のみにエッチング液を塗布することによって、該ベベル面を選択的にエッチングすることを特徴とする非磁性ガーネット基板の製造方法。
2. 前記単結晶ウエハが、一般式（Ｇｄ、Ｃａ）_３（Ｇａ、Ｍｇ、Ｚｒ）_５Ｏ_１２で表される組成を有する非磁性ガーネットであることを特徴とする請求項１に記載の非磁性ガーネット基板の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法により得られる非磁性ガーネット基板。