JP2009182126A - 化合物半導体基板の加工方法および化合物半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の反り量を低減できる化合物半導体基板の加工方法を提供する。
【解決手段】この化合物半導体基板の加工方法は、化合物半導体基板１の研磨面２と反対側の裏面３を、平面形状が円形状の研磨プレート１１に貼り付ける工程を備える。また、研磨プレート１１を回転させる工程を備える。また、研磨面２を研磨定盤に接触させて研磨する工程を備える。そして、貼り付ける工程では、研磨面２の凸部分４を、研磨する工程で相対的に大きな研磨荷重が加えられる研磨プレート１１の位置、つまり研磨プレート１１の径方向の中心側および最外周側に配置する。
【選択図】図７

Description

この発明は、化合物半導体基板の加工方法および化合物半導体基板に関し、特に、異方性を有する化合物半導体基板の加工方法および化合物半導体基板に関する。

光デバイスや電子デバイスなどの半導体装置を製造する場合には、一般に半導体基板をチャンバ（反応室）内で加熱し、加熱の間に様々な化学および物理処理を実行する。たとえば、基板上へのエピタキシャル層の形成は、チャンバ内に原料ガスを供給し、加熱された基板の表面に原料ガス成分を原料とした膜をエピタキシャル成長させることにより行なわれる。

このような場合には、半導体装置の信頼性および品質の確保ならびに歩留り向上のため、基板の温度分布の均一化が重要視されている。このとき、基板の反り量が大きいと、基板を保持するサセプタから基板への熱伝達が不均一となるため、基板表面の温度分布も不均一となる。そのため、基板表面に形成されるエピタキシャル層の組成も不均一となる。

また、加熱した状態で基板表面にエピタキシャル成長により半導体膜を形成した後に、室温まで温度降下させると、半導体膜側と基板側とに生じる歪によって、基板の反りが誘起される。基板の反り量が大きくなると基板が割れる可能性がある。

したがって、半導体膜積層のために基板を加熱する前に、基板の反り量をできる限り小さくしておくことが重要である。一般に基板の反り量を低減させるには、基板を結晶から切り出すスライスプロセスでの改善が最も寄与率が高いとされていた。したがって、従来技術の枠組みでも、スライスプロセスでの技術開発に重点が置かれている。スライスプロセスの改善によって基板の反り量を低減させる技術は、たとえば特許文献１および２に提案されている。
特開２００２−１８８３１号公報 特開２００３−３４０７０８号公報

しかしながら、スライスプロセスの改善による基板の反り量の低減だけでは、必ずしも十分に反り量が低減できない場合がある。そのような場合には、スライス後の基板を研磨することにより、反り量の低減を図っている。研磨は、セラミックまたはガラス製の研磨プレートに基板を複数枚貼り付けた後、研磨布に基板をこすりつけて行なわれる。

現状、基板が幾何学的に同じ向きに統一されて、または、基板に形成されたオリエンテーションフラットの向きを研磨プレートの径方向に揃えるなどして、研磨プレートへの基板の貼り付けが行なわれている。しかし、研磨後の基板の反りは必ずしも芳しくなく、基板の反り量低減のためには更なる改良の余地がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、基板の反り量を低減できる化合物半導体基板の加工方法を提供することである。また、この発明の他の目的は、上記加工方法によって反り量が改善された、化合物半導体基板を提供することである。

この発明に係る化合物半導体基板の加工方法は、化合物半導体基板の研磨面と反対側の面を、平面形状が円形状の研磨プレートに貼り付ける工程を備える。また、研磨プレートを回転させる工程を備える。また、研磨面を研磨定盤に接触させて研磨する工程を備える。そして、貼り付ける工程では、研磨面の凸部分を、研磨する工程で相対的に大きな研磨荷重が加えられる前記研磨プレートの位置に配置する。

化合物半導体基板には異方性がある。異方性とは、通常、方向によって性質が異なることをいうが、本明細書では特に、基板の面方位による硬度の違いを指すものとする。一般に、［０１１］方向と［０−１１］方向とにおいて、結晶の硬さ（ビッカース硬度）に違いがある。特に、閃亜鉛鉱型（Zinc blend）結晶構造を有するＧａＡｓのシリコンドープ品では、異方性が大きい。この異方性によって、基板には鞍型状の反りが発生する。

化合物半導体で鞍型の反りが発生するメカニズムについて詳述した文献はないが、一般には、材料による転位（刃状転位、らせん転位）の入り方の違いによるもの、また、転位に関連した破壊靭性の方位依存性によるものが原因になっているものといわれている。同じ材料でもドーパントが異なれば、鞍型反りの状態も変化する。結晶からウェハを切り出し、整形加工を経てラッピングで厚さ調整を行ない、最終鏡面（無ひずみ面）に仕上げる、一連の加工プロセスにおいて、加工中に加工変質層が入る、つまり加工により表面層が材質的に変化することによって、異方性に基づく鞍型反りが発生する。

本発明では、鞍型状反りに着目して、基板の反り量を改善する。つまり、鞍型状反りが発生している基板では、相対的に大きな研磨荷重が加えられ研磨されやすい研磨プレートの位置、つまり研磨プレートにおいて基板の研磨量の多い位置に、研磨される対象の面である研磨面において凸状になっている部分を優先的に配置するようにして、研磨プレートに基板を貼り付ける。このようにすれば、鞍型状に反っている基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することができ、その結果、研磨後の基板の反り量を軽減することができる。

上記加工方法において好ましくは、研磨面は、化合物半導体基板の（１００）面である。貼り付ける工程では、化合物半導体基板の［０１１］方向が研磨プレートの径方向に沿い、［０−１１］方向が研磨プレートの周方向に沿うように、化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付ける。

研磨面が化合物半導体基板の（１００）面である場合には、［０１１］方向が研磨面において凸状になっている。一方、［０１１］方向と直交する［０−１１］方向は研磨面において凹んでいる。そこで、基板の［０１１］方向が、基板の研磨量がより大きくなる方向である研磨プレートの径方向に沿うように配置して、基板を研磨プレートに貼り付ける。このように結晶の異方性方向に着目し、その方向を統一するように基板を研磨プレートに貼り付け研磨加工することにより、鞍型状に反っている基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することができる。よって、研磨後の基板の反り量を効率的に軽減することができる。

上記加工方法において好ましくは、研磨面は、化合物半導体基板の（−１００）面である。貼り付ける工程では、化合物半導体基板の［０−１１］方向が研磨プレートの径方向に沿い、［０１１］方向が研磨プレートの周方向に沿うように、化合物半導体基板を前記研磨プレートに貼り付ける。

研磨面が化合物半導体基板の（−１００）面である場合には、［０−１１］方向が研磨面において凸状になっている。一方、［０−１１］方向と直交する［０１１］方向は研磨面において凹んでいる。そこで、基板の［０−１１］方向が、基板の研磨量がより大きくなる方向である研磨プレートの径方向に沿うように配置して、基板を研磨プレートに貼り付ける。このように結晶の異方性方向に着目し、その方向を統一するように基板を研磨プレートに貼り付け研磨加工することにより、鞍型状に反っている基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することができる。よって、研磨後の基板の反り量を効率的に軽減することができる。

上記加工方法において好ましくは、化合物半導体基板は、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）のいずれかの基板である。これらの化合物半導体は立方晶閃亜鉛鉱型結晶構造をとる。ＧａＡｓにＳｉをドープしたものは最も顕著な異方性を示す傾向がある。ＩｎＰ他の化合物半導体基板についても、異方性があり鞍型状の反りが存在すると考えられる。よって、鞍型状に反っているＧａＡｓなどの化合物半導体基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することにより、研磨後の基板の反り量を軽減することができる。

上記加工方法において好ましくは、研磨面は、化合物半導体基板の（０００１）面である。貼り付ける工程では、化合物半導体基板の［１１−２０］方向が研磨プレートの径方向に沿い、［１−１００］方向が研磨プレートの周方向に沿うように、化合物半導体基板を前記研磨プレートに貼り付ける。

研磨面が化合物半導体基板の（０００１）面である場合には、［１１−２０］方向が研磨面において凸状になっている。一方、［１１−２０］方向と直交する［１−１００］方向は研磨面において凹んでいる。そこで、基板の［１１−２０］方向が、基板の研磨量がより大きくなる方向である研磨プレートの径方向に沿うように配置して、基板を研磨プレートに貼り付ける。このように結晶の異方性方向を統一するように基板を研磨プレートに貼り付け研磨加工することにより、鞍型状に反っている基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することができる。よって、研磨後の基板の反り量を効率的に軽減することができる。

上記加工方法において好ましくは、化合物半導体基板は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、およびＳｉＣ（炭化ケイ素）のいずれかの基板である。これらの化合物半導体は六方晶ウルツ鉱型結晶構造をとる。ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどの化合物半導体基板についても、異方性があり鞍型状の反りが存在すると考えられる。よって、鞍型状に反っているＧａＮなどの化合物半導体基板の、より大きく反っている部分をより多く研磨することにより、研磨後の基板の反り量を軽減することができる。

この発明に係る化合物半導体基板は、直径が３インチ以上４インチ以下であって、Ｗａｒｐの平均値が３μｍ以下、標準偏差が０．７μｍ以下である。化合物半導体基板は、片面のみ鏡面研磨されている。基板の鏡面研磨されていない非研磨面である裏面は、スライスやラッピングなどの機械加工された面であり、面粗さは５点算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上３．０μｍ以下程度の、梨地状の面である。従来、直径が３インチ以上４インチ以下である、片面鏡面研磨された化合物半導体基板では、Ｗａｒｐの値が３μｍ以下である基板の発生頻度はきわめて低く数％程度であった。この発明によれば、上記の加工方法によって、Ｗａｒｐの平均値が３μｍ以下であって、かつ標準偏差が０．７μｍ以下とばらつきも小さい、片面のみ鏡面研磨された化合物半導体基板を得ることができる。

この発明の化合物半導体基板の加工方法によると、基板の反り量を低減することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の化合物半導体基板の加工方法を説明する流れ図である。図１を参照して、化合物半導体基板の加工方法を説明する。図１に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、化合物半導体の結晶原料よりバルク単結晶成長により得られた化合物半導体単結晶インゴットを、板状に切断（スライス）する。たとえば、内周刃式切断機やマルチワイヤソーを用いて、インゴットをスライスすることができる。次に工程（Ｓ２０）において、スライス後の基板周囲の角張りを削り落とす、円形加工（ベベリング）、ヘキカイ加工が行なわれる。

次に工程（Ｓ３０）において、円形加工後の基板の両面を同時に加工して、基板を所定の厚み、平坦性、表面粗さに加工する、両面ラッピングが行なわれる。両面ラッピングにより基板の表裏両面が同等に加工され、基板に加工ダメージが入ると、基板の異方性によって、基板には鞍型状の反りが発生する。

図２は、加工対象である化合物半導体基板の平面図である。図３は、図２に示す化合物半導体基板の斜視図である。図４は、図２に示すＩＶ−ＩＶ線による化合物半導体基板の断面図である。図５は、図２に示すＶ−Ｖ線による化合物半導体基板の断面図である。

図２には、加工対象である化合物半導体基板１の、両面ラッピングによる基板間の厚さばらつき調整後、欠陥の除去および表面粗さの軽減のためのエッチングが行なわれた後の状態であって、研磨される面である研磨面２が示されている。両面ラッピング中に鞍型状反りが発生し、鞍型状反りの凸部分が加工されるため、両面ラッピング直後の基板は逆鞍型形状を呈する。その後エッチングにより加工ダメージを除去すると、基板は鞍型形状に戻る。図３は、化合物半導体基板１の鞍型状反りを誇張して示すために、化合物半導体基板１の厚みは無視して描いた図となっている。化合物半導体基板１が鞍型状に反っているために、図３では、研磨面２と反対側の面である裏面３の一部が見えている。

図２および図３には、反り状態を＋、−の符号で示す。＋、−の符号は、鞍型状反りの凸、凹状態をそれぞれ表している。化合物半導体基板１は、＋符号が付されている凸部分４では、研磨面２が凸状となるように反っており、−符号が付されている凹部分５では、研磨面２が凹状となるように反っている。つまり、図４に示す、凹部分５同士を結ぶ図２のＩＶ−ＩＶ線における断面では、基板１の研磨面２の中心部付近は、基板１の外周部の凹部分５に対して凸である形状となっている。一方、図５に示す、凸部分４同士を結ぶ図２のＶ−Ｖ線における断面では、基板１の研磨面２の中心部付近は、基板１の外周部の凸部分４に対して凹んでいる形状となっている。

化合物半導体基板１は、ＧａＡｓにシリコン（Ｓｉ）をドープしたものとすることができる。ＧａＡｓにＳｉをドープした化合物半導体基板１では、鞍型状反りが特に顕著に現れる。但し、ドープされていないＧａＡｓ、Ｐ型ＺｎをドープしたＧａＡｓでも、程度は小さいものの同様の鞍型状反りを示す。また、ＩｎＰ、ＺｎＳｅなどの他の化合物半導体についても同様に、鞍型状反りが存在するものと考えられる。

図１に戻って、次に工程（Ｓ４０）において、化合物半導体基板１を研磨プレートに貼り付ける。図６および図７は、化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付けた状態を示す模式図である。図６は、研磨プレート１１を、化合物半導体基板１が貼り付けられている面側からみた状態を示す。図７は、一枚の化合物半導体基板１に着目し、化合物半導体基板１の鞍型状反りの形状と研磨プレート１１へ貼り付ける方向との関係を、鞍型状反りを誇張して示す図となっている。

図６に示すように、化合物半導体基板１は、研磨面２と反対側の裏面３が平面形状円形状の研磨プレート１１に貼り付けられている。化合物半導体基板１は研磨プレート１１に裏面３が貼り付けられ、研磨面２を研磨定盤に接触させて片面の研磨面２のみが研磨される、片面研磨方式によって研磨される。研磨プレート１１は、セラミックまたはガラス製のものを使用することができる。

また、図６に示すように、複数枚の化合物半導体基板１は、研磨面２の凸部分４が研磨プレート１１の径方向に沿うように配置され、また研磨面２の凹部分５が研磨プレート１１の周方向に沿うように配置されて、研磨プレート１１に貼り付けられている。よって、図７に示すように、研磨プレート１１の径方向においては、化合物半導体基板１の裏面３の中心部は研磨プレート１１に接触するが、化合物半導体基板１の外周部に相当する凸部分４では、裏面３と研磨プレート１１との密着度が弱く、凸部分４が研磨プレート１１の表面から離れる方向に浮き上がっている。一方、研磨プレート１１の周方向においては、化合物半導体基板１の外周部の凹部分５が研磨プレート１１とよく密着しているため、逆に沈み込んでいる。

したがって、化合物半導体基板１の研磨面２では、凸部分４が最も研磨プレート１１の表面から離れた部分となっている。凸部分４が、研磨プレート１１の径方向の、中心側または外周側に位置するように、化合物半導体基板１は研磨プレート１１に貼り付けられる。

図１に戻って、次に工程（Ｓ５０）において、化合物半導体基板１の貼り付けられた研磨プレート１１を回転させる。次に工程（Ｓ６０）において、研磨プレート１１とは独立に研磨定盤を回転させ、互いに独立して回転する研磨定盤と研磨プレート１１とを接近させて、化合物半導体基板１の研磨面２を研磨定盤に接触させ、研磨面２を研磨する。

ここで、研磨プレート１１に加えられる研磨荷重について説明する。図８は、研磨プレートの中心部に相対的に大きな研磨荷重が加えられる例について示す模式図である。図９は、研磨プレートの外周部に相対的に大きな研磨荷重が加えられる例について示す模式図である。

図８では、研磨プレート１１の、化合物半導体基板１が貼り付けられる側と反対側の中心部において、エアシリンダ１２が設けられている。研磨プレート１１の化合物半導体基板１が貼り付けられる面に対向する位置には、図示しない研磨定盤が備えられている。化合物半導体基板１の研磨面２を研磨するときには、エアシリンダ１２が作動し、研磨プレート１１が研磨定盤へ向かう方向に荷重Ｗが加えられる。エアシリンダ１２が研磨プレート１１の中心部に荷重Ｗを加えるので、研磨プレート１１には径方向に荷重分布が生じ、中心部側に相対的に大きな研磨荷重が加えられる。この研磨荷重のため、化合物半導体基板１の研磨のされ方に特徴が出る。つまり、図８に示す例では、化合物半導体基板１は、研磨プレート１１の径方向の中心側（内側）に配置された部分が、最も多く研磨されることになる。

図９では、研磨プレート１１の、化合物半導体基板１が貼り付けられる側と反対側の中心部において、リング状錘１３が設けられている。研磨プレート１１の化合物半導体基板１が貼り付けられる面に対向する位置には、図示しない研磨定盤が備えられている。化合物半導体基板１の研磨面２を研磨するときには、リング状錘１３の自重によって、研磨プレート１１が研磨定盤へ向かう方向に荷重Ｗが加えられる。リング状錘１３が研磨プレート１１の外周部に荷重を加え、また、研磨プレート１１の回転による研磨定盤と研磨面２との相対速度は研磨プレート１１の最外周部で最大となることにより、研磨プレート１１には、外周部側に相対的に大きな研磨荷重が加えられる。よって、図９に示す例では、化合物半導体基板１は、研磨プレート１１の径方向の外周側（外側）に配置された部分が、最も多く研磨されることになる。

そこで、図８または図９に示すように研磨荷重が加えられる場合には、図６および図７を参照して説明した通り、化合物半導体基板１の研磨面２の凸部分４を、相対的に大きな研磨荷重が加えられる研磨プレート１１の径方向の中心側（内側）または外周側（外側）に配置するように、化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付けることができる。このようにすれば、化合物半導体基板１の研磨面２において最も凸となっている（すなわち、反り量の大きい）凸部分４を、より多く研磨することができることになる。したがって、鞍型状に反っている化合物半導体基板１の、より大きく反っている部分である凸部分４をより多く研磨することができる。

このとき、化合物半導体基板１の研磨面２を（１００）面とするように、化合物半導体基板１を調製することができる。研磨面２が化合物半導体基板１の（１００）面である場合には、［０１１］方向および［０−１−１］方向が、研磨面２において凸状になっている凸部分４である。一方、［０１１］方向と直交する、［０−１１］方向および［０１−１］方向は、研磨面２において凹んでいる凹部分５となる。

そこで、化合物半導体基板１の［０１１］方向が、研磨量がより大きくなる方向である研磨プレート１１の径方向に沿い、［０−１１］方向が研磨プレート１１の周方向に沿うように配置して、化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付ける。つまり、化合物半導体基板１の［０１１］方向が、研磨プレート１１の径方向の内側（中心側）または外側（外周側）を向くように、異方性方向を統一して化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付ける。これにより、鞍型状に反っている化合物半導体基板１の、より大きく反っている部分である凸部分４をより多く研磨することができる。よって、研磨後の化合物半導体基板１の反り量を、効率的に軽減することができる。

なお、化合物半導体基板１の［０１１］方向が研磨プレート１１の径方向と一致するように化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付けることが最も好ましい。しかし、化合物半導体基板１の［０１１］方向が研磨プレート１１の径方向と完全に一致せず、化合物半導体基板１の［０１１］方向は研磨プレート１１の径方向に対し所定の角度（たとえば±２０°以内、より好ましくは±１０°以内）で傾斜していてもよい。上記傾斜の角度が±２０°以内であれば、鞍型状に反っている化合物半導体基板１の、より大きく反っている部分をより多く研磨することができる効果が、同様に得られる。より効率的な研磨のためには、上記傾斜の角度が±１０°以内であるのが好ましい。

図１に戻って、次に工程（Ｓ７０）において、後処理として化合物半導体基板１を研磨プレート１１から剥離し、その後化合物半導体基板１は洗浄される。このようにして、化合物半導体基板１の加工が完了する。

以上説明したように、この発明の化合物半導体基板１の加工方法では、研磨プレート１１に化合物半導体基板１を貼り付け、鞍型状反りが発生しているＧａＡｓシリコンドープ品などの、化合物半導体基板１を研磨する。このとき、相対的に大きな研磨荷重が加えられ研磨されやすい研磨プレート１１の位置、つまり研磨プレート１１において化合物半導体基板１の研磨量の多い位置に、研磨される対象の面である研磨面２において凸状になっている部分である凸部分４を優先的に配置する。

このようにすれば、鞍型状に反っている化合物半導体基板１の、より大きく反っている凸部分４をより多く研磨することができるので、研磨後の化合物半導体基板１の反り量を軽減することができる。

研磨後の化合物半導体基板１の表面には、複数層の半導体の薄膜（エピタキシャル層）が積層され、活性層をもった光デバイス、電子デバイスなどが形成される。たとえば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどの三元、四元の薄膜が形成される。薄膜の形成は、たとえば８００℃程度の温度雰囲気中における気相成長によって行なわれる。このとき、反り量の軽減した化合物半導体基板１を用い、かつ、加熱時にサセプタ（基板保持具）に接触する側の化合物半導体基板１の裏面３は、鏡面研磨されていない機械加工された面であり表面粗さの大きな梨地状の面であるので、輻射および伝導による化合物半導体基板１への熱伝達を均一化することができる。つまり、化合物半導体基板１を加熱するときの表面温度分布を均一化することができるので、化合物半導体基板１表面に形成されるエピタキシャル層の組成を均一化することができる。その結果、たとえば活性層の発光波長を均一化させることができ、デバイスの信頼性および品質の確保ならびに歩留り向上を達成することができる。

また、ＧａＡｓを化合物半導体基板１として用い、その表面上にＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどの薄膜が形成される場合、薄膜はＧａＡｓより格子定数が小さい。そのため、８００℃に加熱した後室温まで降下させると、薄膜側に引っ張り歪が残り、逆に基板側には圧縮歪が生じて、歪による基板の反りが誘起される。基板の反り量が大きくなると、基板が割れたり、基板を保持し回転するサセプタから基板が飛び出したりする可能性がある。その場合、反り量の軽減した化合物半導体基板１を用いることにより、化合物半導体基板１の割れなどの不具合の発生を抑制することができる。

なお、化合物半導体基板１の反り量は、Ｗａｒｐによって評価することができる。図１０は、Ｗａｒｐの定義について説明するための模式図である。Ｗａｒｐとは、非吸着時の基板において、基板中心部における基準面（Three point focal plane）からの最高値と最低値とを合わせた距離である。つまり、図１０に示す吸着固定されていない状態の化合物半導体基板１で、化合物半導体基板１の中心部における、化合物半導体基板１の自重による変形成分を補正した基準面ＦＰを考える。基準面ＦＰよりも下側に位置する研磨面２の表面において基準面ＦＰから最も離れた点と、基準面ＦＰとの距離を、Ｄａとする。基準面ＦＰよりも上側に位置する研磨面２の表面において基準面ＦＰから最も離れた点と、基準面ＦＰとの距離を、Ｄｂとする。そのときＷａｒｐは次式で表される。
Ｗａｒｐ＝Ｄａ＋Ｄｂ
このようなＷａｒｐの測定値は、常に正の値となる。

実施の形態１で説明した化合物半導体基板１の加工方法では、研磨プレート１１への化合物半導体基板１の貼り付け方向を調整することによって、化合物半導体基板１のＷａｒｐを、貼り付け方向を調整しない場合と比較して大幅に低減することができる。直径３インチの基板の場合、たとえば基板の表面の約１５万ポイントを測定して、Ｗａｒｐを求めることができる。

（実施の形態２）
図１１は、実施の形態２の化合物半導体基板の平面図である。図１２は、実施の形態２の化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付けた状態を示す模式図である。実施の形態２では、化合物半導体基板１の研磨面２が（−１００）面である点で実施の形態１とは異なっている。

研磨面２が化合物半導体基板１の（−１００）面である場合には、［０−１１］方向および［０１−１］方向が、研磨面２において凸状になっている凸部分４である。一方、［０−１１］方向と直交する、［０１１］方向および［０−１−１］方向は、研磨面２において凹んでいる凹部分５となる。

そこで、化合物半導体基板１の［０−１１］方向が、研磨量がより大きくなる方向である研磨プレート１１の径方向に沿い、［０１１］方向が研磨プレート１１の周方向に沿うように配置して、化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付ける。つまり、化合物半導体基板１の［０−１１］方向が、研磨プレート１１の径方向の内側（中心側）または外側（外周側）を向くように、異方性方向を統一して化合物半導体基板１を研磨プレート１１に貼り付ける。これにより、鞍型状に反っている化合物半導体基板１の、より大きく反っている部分である凸部分４をより多く研磨することができる。よって、研磨後の化合物半導体基板１の反り量を、効率的に軽減することができる。

なお、実施の形態１および２の説明においては、立方晶閃亜鉛鉱型結晶構造を有するＧａＡｓシリコンドープ品を例にして説明したが、この発明の加工方法は、たとえばＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどの六方晶ウルツ鉱型結晶構造を有する化合物半導体基板にも、同様に適用できる。六方晶をとる化合物半導体基板では、研磨面が化合物半導体基板の（０００１）面であり、［１１−２０］方向が研磨面において凸状になっている。一方、［１１−２０］方向と直交する［１−１００］方向は研磨面において凹んでいる。

そこで、図１に示す化合物半導体基板の加工方法を用いて六方晶の化合物半導体基板を加工する場合、化合物半導体基板１の研磨面２を研磨する工程（Ｓ６０）において、基板の［１１−２０］方向が、基板の研磨量がより大きくなる方向である研磨プレートの径方向に沿うように配置して、基板を研磨プレートに貼り付ける。これにより、六方晶をとる化合物半導体基板のより大きく反っている部分をより多く研磨することができるので、研磨後の基板の反り量を効率的に軽減することができる。

以下、この発明の実施例について説明する。この発明の化合物半導体基板の加工方法によって、研磨プレートへの化合物半導体基板の貼り付け方向を調整して研磨した基板のＷａｒｐを計測する実験を行なった。また、研磨プレートへの化合物半導体基板の貼り付け方向を調整せずに研磨した基板のＷａｒｐを、比較例として計測した。

実施例の化合物半導体基板は以下のように加工した。まず、ＧａＡｓ種結晶から結晶成長した後に加熱処理により熱歪みを除去した、ＧａＡｓ単結晶インゴットを、マルチワイヤソーなどにより板状にスライス（切断）して、ＧａＡｓ基板を作製した。インゴットには、スライスする前に、スライス後の基板の面方位を揃えるためのオリエンテーションフラットやノッチを形成することができる。次にスライスされたＧａＡｓ基板の形状加工として、基板周囲の面取り（ベベリング）を行なった。続いて、アルミナ、セリア、ベンガラなどの砥粒を使用したＧａＡｓ基板両面の機械的研磨（ラッピング）によりＧａＡｓ基板の厚さ調整を行ない、さらに基板表面の欠陥の除去および表面粗さの軽減のために基板表面を溶解するエッチングを行なった。

このようにして得られたＧａＡｓ基板を、異方性向きを統一して、研磨プレートに貼り付けた。つまり、両面ラッピングおよびエッチングを施されたＧａＡｓ基板には鞍型状の反りが発生しており、鞍型状に反っているＧａＡｓ基板のより大きく反っている凸部分をより多く研磨できる研磨プレートの位置に、凸部分を配置して、ＧａＡｓ基板を研磨プレートに貼り付けた。そして、研磨プレートと研磨定盤とを各々独立に回転させ、ＧａＡｓ基板の片面のみの鏡面研磨を行なった。片面鏡面研磨後のＧａＡｓ基板を研磨プレートから剥離し、洗浄により不純物などを除去し、乾燥させた後にＧａＡｓ基板のＷａｒｐの計測を実施した。

また、比較例の化合物半導体基板は、実施例と同じＧａＡｓ基板とし、研磨プレートへの貼り付け時に異方性向きを統一せず貼り付けた点のみ異なる条件とした。実施例、比較例ともに３インチ、４インチおよび６インチのＧａＡｓ基板をそれぞれ５０サンプル準備し、各サンプルについて基板表面の約１５万ポイントを測定してＷａｒｐを求め、５０サンプルのＷａｒｐの平均値および標準偏差を算出した。化合物半導体基板１の厚みは、研磨プレートへ貼り付けた状態で５００±１５μｍの範囲とした。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例のＧａＡｓ基板では、Ｗａｒｐの平均値が３．８μｍ以下であり、標準偏差は０．７μｍ以下であった。直径が３インチおよび４インチの場合には、Ｗａｒｐの平均値は２．９μｍ以下であって標準偏差は０．５μｍと、より好ましい結果が得られた。これに対し、比較例のＧａＡｓ基板では、Ｗａｒｐの平均値はいずれも６．５μｍ以上であり、標準偏差は１．２μｍであった。

つまり、実施例、比較例ともに、両面ラッピング後のＧａＡｓ基板の片面のみを研磨して鏡面としており、鏡面研磨される研磨面と反対側の裏面は、ラッピング加工後の機械加工された面であり、梨地状の面である。このような片面研磨方式の場合、研磨プレートへの貼り付け時に異方性向きを統一せず貼り付ける従来の加工方法では、Ｗａｒｐの値が３μｍ以下である基板も存在するがその発生頻度はきわめて低く数％程度であって、その結果Ｗａｒｐの平均値を３μｍ以下にすることはできない。また標準偏差がより大きいことから、Ｗａｒｐの値のばらつきも大きかった。

これに対し、本発明の加工方法によって研磨された、直径が３インチ以上４インチ以下であるＧａＡｓ基板では、Ｗａｒｐの平均値が３μｍ以下であり、従来と比較し大幅に低減させることができる。Ｗａｒｐが劇的に改善しているために、基板加熱時の表面温度分布を均一化でき、そのため基板表面に形成されるエピタキシャル層の膜質を均一化できるので、デバイスの信頼性および品質の向上を達成することができる。かつ、標準偏差も０．７μｍと小さくなっており、Ｗａｒｐの値のばらつきが小さくなっていることより、歩留りの向上をも達成できるＧａＡｓ基板を得ることができることが示された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

化合物半導体基板の加工方法を説明する流れ図である。 加工対象である化合物半導体基板の平面図である。 図２に示す化合物半導体基板の斜視図である。 図２に示すＩＶ−ＩＶ線による化合物半導体基板の断面図である。 図２に示すＶ−Ｖ線による化合物半導体基板の断面図である。 化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付けた状態を示す模式図である。 化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付けた状態を示す別の模式図である。 研磨プレートの中心部に相対的に大きな研磨荷重が加えられる例について示す模式図である。 研磨プレートの外周部に相対的に大きな研磨荷重が加えられる例について示す模式図である。 Ｗａｒｐの定義について説明するための模式図である。 実施の形態２の化合物半導体基板の平面図である。 実施の形態２の化合物半導体基板を研磨プレートに貼り付けた状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 化合物半導体基板、２ 研磨面、３ 裏面、４ 凸部分、５ 凹部分、１１ 研磨プレート、１２ エアシリンダ、１３ リング状錘。

Claims (7)

1. 化合物半導体基板の研磨面と反対側の面を、平面形状が円形状の研磨プレートに貼り付ける工程と、
   前記研磨プレートを回転させる工程と、
   前記研磨面を研磨定盤に接触させて研磨する工程とを備える、化合物半導体基板の加工方法において、
   前記貼り付ける工程では、前記研磨面の凸部分を、前記研磨する工程で相対的に大きな研磨荷重が加えられる前記研磨プレートの位置に配置する、化合物半導体基板の加工方法。
2. 前記研磨面は、前記化合物半導体基板の（１００）面であって、
   前記貼り付ける工程では、前記化合物半導体基板の［０１１］方向が前記研磨プレートの径方向に沿い、［０−１１］方向が前記研磨プレートの周方向に沿うように、前記化合物半導体基板を前記研磨プレートに貼り付ける、請求項１に記載の化合物半導体基板の加工方法。
3. 前記研磨面は、前記化合物半導体基板の（−１００）面であって、
   前記貼り付ける工程では、前記化合物半導体基板の［０−１１］方向が前記研磨プレートの径方向に沿い、［０１１］方向が前記研磨プレートの周方向に沿うように、前記化合物半導体基板を前記研磨プレートに貼り付ける、請求項１に記載の化合物半導体基板の加工方法。
4. 前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、およびＺｎＳｅのいずれかの基板である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の化合物半導体基板の加工方法。
5. 前記研磨面は、前記化合物半導体基板の（０００１）面であって、
   前記貼り付ける工程では、前記化合物半導体基板の［１１−２０］方向が前記研磨プレートの径方向に沿い、［１−１００］方向が前記研磨プレートの周方向に沿うように、前記化合物半導体基板を前記研磨プレートに貼り付ける、請求項１に記載の化合物半導体基板の加工方法。
6. 前記化合物半導体基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびＳｉＣのいずれかの基板である、請求項５に記載の化合物半導体基板の加工方法。
7. 直径が３インチ以上４インチ以下であって、Ｗａｒｐの平均値が３μｍ以下、標準偏差が０．７μｍ以下である、片面のみ鏡面研磨された、化合物半導体基板。

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