JP2010247287A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の外縁部における欠けを抑制して高い精度の梨地加工を行うことができる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供する。
【解決手段】砥粒を含む研磨液５が滴下された状態で回転する定盤２の研磨面４に、炭化珪素単結晶基板であるウエハ１０の表面を押し当てることにより、このウエハ１０の表面を梨地面に加工する梨地加工工程を含む炭化珪素単結晶基板の製造方法であって、前記定盤２は、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる。このように、硬度が高い炭化珪素単結晶（被加工物）とセラミックスまたはガラスからなる定盤２との組み合わせは、被加工物と定盤２との硬度のバランスが良好であり、ウエハ１０に欠けが発生することなく、良好な梨地加工を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭化珪素からなる単結晶基板の表面を梨地面に加工する梨地加工工程を含む炭化珪素単結晶基板の製造方法に関する。

従来、炭化珪素単結晶基板（以下、適宜、「基板」という）であるウエハには、片面が鏡面研磨されたシングルサイドポリッシュ（ＳＳＰ）と、両面が鏡面研磨されたダブルサイドポリッシュ（ＤＳＰ）とがある。このうち、シングルサイドポリッシュ型のウエハを製造する際に、ウエハ表面を梨地面に加工する梨地加工を行う技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９４５５６号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載された梨地加工では、コンプレッサで圧縮した空気を用いて微細な粒状の研削材をウエハ表面に吹き付けるサンドブラストを用いているため、ウエハの外縁部にＳＥＭＩ_ Ｍ５５−０７０５に規定される半径方向の深さ及び周縁の長さが０．２５ｍｍより大きい欠けが生じやすいという問題があった。この欠けを防止するために、研削材の粒径や加工圧等のブラスト条件を変更すると、ウエハ表面の梨地状態も同時に変化するおそれがあった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、基板の外縁部における欠けを抑制して高い精度の梨地加工を行うことができる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。

まず、本発明の第１の特徴は、砥粒を含む研磨液（研磨液５）が滴下された状態で回転する定盤（定盤２）の研磨面（研磨面４）に、炭化珪素単結晶基板（ウエハ１０）の表面を押し当てることにより、この炭化珪素単結晶基板の表面を梨地面に加工する梨地加工工程を含む炭化珪素単結晶基板の製造方法であって、前記定盤は、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなることを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、炭化珪素単結晶基板における外縁部の欠け発生を抑制して高精度の梨地加工を行うことができる。即ち、基板は、炭化珪素からなり、定盤は、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる。このように、硬度が高い炭化珪素単結晶（被加工物）とセラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる定盤との組み合わせは、被加工物と定盤との硬度のバランスが良好であり、基板に欠けが発生することなく、良好な梨地加工を行うことができる。

本発明の他の特徴においては、前記砥粒は、ダイヤモンドからなることを要旨とする。

本発明の他の特徴においては、前記定盤（定盤２）は、ビッカース硬度が、ＨＶ２００以上である材料からなることを要旨とする。

本発明の他の特徴においては、前記定盤（定盤２）を構成するセラミックスは、炭化珪素またはアルミナであることを要旨とする。

本発明の他の特徴においては、前記定盤（定盤２）を構成するガラスは、耐熱ガラスであることを要旨とする。

基板の外縁部における欠けを抑制して高い精度の梨地加工を行うことができる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る炭化珪素単結晶基板の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る梨地加工を行う表面研磨装置を示す斜視図である。

次に、本発明に係る炭化珪素単結晶基板の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜単結晶基板の製造工程＞
図１を用いて、本発明の実施形態によるシングル・サイド・ポリッシュの炭化珪素単結晶基板の製造工程を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る炭化珪素単結晶基板の製造工程を示すフローチャートである。

まず、昇華法や、ＣＶＤ（化学気相蒸着）法等によって炭化珪素からなる単結晶インゴットを製造し、首部(トップ)と底部(テール)を切断して除去したのち、炭化珪素単結晶インゴットを径方向に薄くスライス（切断）する（Ｓ１工程）。このスライス加工は、例えば、ダイシングソー、ワイヤーソーまたは内周刃切断機等を用いて行う。

次いで、炭化珪素単結晶は固くて脆く、加工時に容易に割れたり欠けやすいため、切り出された円盤状のウエハの外周を面取りしＳ２工程）、ウエハの表面を平面状に研削する（Ｓ３工程）。この研削加工は、ウエハの表面に砥石を用いて平面研削を施して平面化する加工である。

こののち、ウエハ表面に梨地加工を施す（Ｓ４工程）。梨地加工とは、ウエハ表面に微細で不均一な傷を入れて梨地面に加工するものであり、詳細な内容については、後述する。

そして、梨地面に加工したウェハ面とは反対側のウェハ面を鏡面研磨する（Ｓ５工程）。

＜表面研磨装置＞
次いで、図２を用いて、梨地加工を行う表面研磨装置の構造を説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る梨地加工を行う表面研磨装置を示す斜視図である。

表面研磨装置１は、下側に配置されて回転可能に支持された定盤２と、該定盤２の上側に配置されて回転可能に支持されたキャリア３と、前記定盤２の上部に配置されて、定盤２の研磨面４上に、砥粒を含む研磨液５を滴下する研磨液供給装置６と、を備えている。

前記定盤２は、上下方向に延びる支軸７の上端に取り付けられた円盤状の部材であり、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる。前記定盤２は、ビッカース硬度が、ＨＶ２００以上である材料からなる事が好ましい。ＨＶ２００以上である材料としては、例えば、セラミックスとしては、高強度、高靱性、耐熱衝撃性の性質を有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）（ＨＶ１２０００）、または炭化珪素（ＨＶ２２０００）などが好ましい。金属としては、鋳鉄（ＨＶ２００）が挙げられる。ガラスとしては、ホウケイ酸ガラス（ＨＶ５０００）が挙げられる。

前記キャリア３は、上下方向に延びる支軸８と該支軸８の下端に固定された円盤状の試料台９とから構成されており、前記試料台９の下面に、炭化珪素からなるウエハ（基板）１０が固定されている。このキャリア３も、矢印に示す方向、即ち定盤２と同じ方向に回転可能に構成され、前記支軸８が下降して、ウエハ１０を定盤２の研磨面４に押し当てることによってウエハ表面を研磨して梨地加工することができる。

前記研磨液供給装置６は、下方に延びるノズル１１の下端から研磨液５を吐出し、定盤２の研磨面４の上に滴下するものである。前記研磨液５は、Ｂ₄Ｃ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｍｎ_２2Ｏ_３3およびダイヤモンド等の砥粒を含む。これらのうち、特にダイヤモンドが好ましい。

＜梨地加工＞
前記研磨液供給装置６を用いて、ウエハ表面に梨地加工を施す手順を簡単に説明する。

まず、図２に示すように、キャリア３の試料台９の下面にウエハ１０を固定し、キャリア３と定盤２とを同じ矢印方向に回転させる。こののち、研磨液供給装置６のノズル１１から研磨液５を定盤２の研磨面４上に吐出させ、キャリア３を下降させて、ウエハ１０の下面（表面）を定盤２の研磨面４に押し当てることによって、前記ウエハ表面に梨地加工を施すことができる。

以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

（１）本発明は、砥粒を含む研磨液５が滴下された状態で回転する定盤２の研磨面４に、炭化珪素単結晶基板であるウエハ１０の表面を押し当てることにより、このウエハ１０の表面を梨地面に加工する梨地加工工程を含む炭化珪素単結晶基板の製造方法であって、前記定盤２は、セラミックスまたはガラスからなる。

従って、炭化珪素単結晶基板における外縁部の欠け発生を抑制して高精度の梨地加工を行うことができる。即ち、基板は、炭化珪素からなり、定盤２は、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる。このように、硬度が高い炭化珪素単結晶（被加工物）とセラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなる定盤２との組み合わせは、被加工物と定盤２との硬度のバランスが良好であり、基板に欠けが発生することなく、良好な梨地加工を行うことができる。なお、ウエハ１０および定盤２の平面度は、加工時間の短縮、即ち生産性の観点から１０μｍ以下が好ましい。

（２）前記砥粒として、ダイヤモンドを用いると、被加工物である基板（ウエハ１０）と、砥粒および定盤２の組み合わせが最適となり、さらに良好な梨地加工を行うことができる。

（３）前記定盤２をビッカース硬度が、ＨＶ２００以上である材料、例えば、セラミックスとしては、アルミナや炭化珪素、金属としては、鋳鉄、ガラスとしては、ホウケイ酸ガラスから形成すると、加工効率が向上するため、好ましい。

（４）前記定盤２を金属材料、例えば、鋳鉄から形成すると、定盤２の平面度が高くなり、加工効率および仕上がり精度が向上する。即ち、定盤２の平面度を管理する上で、切削バイトを用いて研磨面４を容易に切削加工することができるため好ましい。

（５）前記定盤２を構成するガラスは、耐熱ガラスが好ましい。耐熱ガラスからなる定盤２は、耐熱衝撃性に加えて耐腐食性にも優れているからである。

以下に、本発明を実施例を通してさらに具体的に説明する。

＜本発明例＞
まず、炭化珪素単結晶基板として、直径が７６．２ｍｍの円盤状のウエハを準備した。このウエハは、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍのものと０．１μｍのものとの２種類用意した。なお、平均粒径は、いずれも９μｍであった。キャリアを構成するアルミナ製の試料台（前記ウエハよりも大きな径）に、ワックスで前記ウエハを貼りつけた。定盤の寸法は、内径が１４０ｍｍで外径が２８０ｍｍであり、梨地加工については、ダイヤモンド砥粒を用いて、定盤の回転数が６０ｒｐｍで、ウエハに付与する加工圧力は１００ｇ／ｃｍ^２で、加工時間は３時間とし、１時間ごとにウエハ表面の欠けを観察した。

なお、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍのウエハは、Ｒａが０．５μｍのウエハを用いて作製した。具体的には、銅および樹脂の複合体からなる定盤を回転させた状態でダイヤモンドの砥粒を含む研磨液を滴下しつつ、この定盤にＲａが０．５μｍのウエハを押し付けて研磨することにより、Ｒａが０．１μｍのウエハを作製した。定盤の回転数を６０ｒｐｍとし、ウエハに付与する加工圧力を１００ｇ／ｃｍ^２とし、加工時間を３０分とした。

それぞれの組み合わせにおけるウエハ表面が梨地状態になるまでの所要時間と、梨地状態になったときの算術平均粗さとを表１に示す。なお、表１中、定盤材質の「パイレックスガラス」は、コーニング社のパイレックス（ＰＹＲＥＸ）（登録商標）を意味する。

その結果、それぞれの組み合わせにおけるウエハのエッジにおける欠け不良率は全て０％であった。

＜比較例＞
これに対して、比較例では、ブラスト加工によってウエハ表面に梨地加工を施した。具体的には、炭化珪素単結晶ウエハに炭化珪素からなる砥粒を圧縮空気を用いて衝突させる方法を用いた。この方法によって梨地面が形成されたウエハの外縁部の欠け（ＳＥＭＩ_Ｍ５５−０７０５にて規定される）が見受けられ、観察したウエハの枚数に対する欠けが生じたウエハの枚数の割合は、４８％であった。

＜結果＞
以上のように、本発明例と比較例とを比べると、本発明によれば、ウエハの外縁部における欠けを大幅に抑制することができることが判明した。

なお、前述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、前記実施形態では、定盤２および砥粒の材質を特定したが、これ以外の材質も適用することができる。

２…定盤
５…研磨液
１０…ウエハ（炭化珪素単結晶基板）

Claims (5)

1. 砥粒を含む研磨液が滴下された状態で回転する定盤の研磨面に、炭化珪素単結晶基板の表面を押し当てることにより、この炭化珪素単結晶基板の表面を梨地面に加工する梨地加工工程を含む炭化珪素単結晶基板の製造方法であって、
   前記定盤は、セラミックス材料、金属材料、ガラス材料、又は、前記材料を何れか一つ以上含む材料からなることを特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。
2. 前記砥粒は、ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
3. 前記定盤は、ビッカース硬度が、ＨＶ２００以上である材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
4. 前記定盤を構成するセラミックスは、炭化珪素またはアルミナであることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
5. 前記定盤を構成するガラスは、耐熱ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。