JP2013131644A - Method for manufacturing sapphire substrate and sapphire substrate - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method for manufacturing a sapphire substrate and a sapphire substrate.
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。 Nitride III-V compound semiconductors have been put into practical use as light-emitting devices such as LEDs (Light Emitting Diodes) and electronic devices that make use of features excellent in heat resistance and environmental resistance. This group III-V nitride semiconductor is often grown on a single crystal sapphire substrate, and the sapphire substrate is generally mirror-polished.
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）。
For the production of the sapphire substrate, a cutting process of cutting the substrate from the sapphire ingot,
A surface pasting process in which the surface of the substrate is affixed to the ceramic block using wax, a backside single-sided lapping step in which the backside of the substrate supported by the ceramic block is lapped, and lapping after removing the ceramic block and the substrate A heat treatment process for relieving the processing distortion caused by the above, a back surface attaching process for attaching the back surface of the substrate to the ceramic block using wax, a main surface mechanochemical polishing process for CMP of the surface of the substrate (Chemical Mechanical Polishing), and , Is included. (See Patent Document 1)
In addition, instead of the front surface bonding process and the back surface single-sided lapping process, a double-sided lapping process for lapping both surfaces of the sapphire substrate or a lapping process before the main surface mechanochemical polishing process is performed and rough polishing is performed in advance. This process is also known as the prior art (see FIG. 8).
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。 The lapping apparatus used in lapping has, for example, a lapping surface plate to which loose abrasive grains having a particle diameter of several μm are supplied, and rotates the lapping surface plate while pressing the substrate against the lapping surface plate. , An apparatus in which the substrate is shaved by the supplied free abrasive grains. Since the particle size of the loose abrasive is larger than the loose abrasive for CMP polishing described later, it is used for rough polishing of the substrate.
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。 A CMP apparatus used in CMP polishing cleans a polishing table that can be rotated, a polishing pad placed thereon, a polishing head that presses the polishing surface of the substrate against the polishing surface of the polishing pad, and the polishing pad. Therefore, a cleaning liquid supply nozzle for spraying a cleaning liquid, a free abrasive grain supply nozzle for supplying free abrasive grains, and a motor for rotating the polishing table are provided.
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。 In the main surface mechanochemical polishing step, for example, alkaline colloidal silica having a particle size of several nm is used as the free abrasive grains. This is smaller than the particle size of the loose abrasive used in lapping.
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。 With such a CMP apparatus, free abrasive grains are dropped on the polishing pad from the free abrasive supply nozzle, the polishing surface of the substrate is pressed against the polishing surface of the polishing pad by the polishing head, and the polishing table and the polishing head are rotated. Thus, the free abrasive grains of the colloidal silica which are alkaline and the substrate are chemically reacted and polished chemically and mechanically. Thus, polishing is performed more precisely than lapping.
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。 In the method for manufacturing a sapphire substrate disclosed in Patent Document 1, when polishing is performed by CMP, foreign matters such as polishing scraps (scraps such as an object to be polished and a polishing pad) and aggregates of free abrasive grains are generated. In order to remove the foreign matter, polishing is performed while spraying the cleaning liquid from the cleaning liquid supply nozzle onto the polishing surface of the polishing pad. Moreover, since the free abrasive grains of alkaline colloidal silica used for CMP polishing are chemicals, a large amount of cleaning liquid is used for cleaning.
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。 Thereby, the process cost by manufacture of a sapphire substrate has become very high. Recently, due to the increasing demand for cost reduction of semiconductor elements such as LED elements, it is necessary to shorten and reduce processes as much as possible.
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。 If a sapphire substrate is manufactured only by lapping which is rough polishing without CMP polishing in order to reduce the process cost, the surface roughness which is a value indicating the flatness of the surface of the sapphire substrate deteriorates, and then the semiconductor element When forming, the surface roughness was not sufficient.
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。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce the process cost. Even if the process cost is reduced, the rough surface of the sapphire substrate obtained by CMP polishing is provided. The object is to provide a method for manufacturing a sapphire substrate having a surface roughness of the same degree as that of the sapphire and a sapphire substrate.
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。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
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。 A method for manufacturing a sapphire substrate according to the present invention is a method for manufacturing a sapphire substrate by manufacturing a sapphire substrate by subjecting a substrate obtained by slicing from a sapphire ingot to a plurality of steps, and is a method for manufacturing a sapphire substrate. It includes a reactive ion etching process for reactive ion etching of the surface.
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。 Moreover, the sapphire substrate which concerns on this invention is a sapphire substrate manufactured by said manufacturing method of a sapphire substrate.
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。 Due to such specific matters, a sapphire substrate can be manufactured without CMP polishing, so that a large amount of cleaning liquid is not used, the manufacturing cost can be reduced, and sapphire having the same surface roughness as CMP polishing. A substrate can be manufactured.
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。 It is a manufacturing method of said sapphire board, Comprising: The lapping process of lapping the surface which performs the said reactive ion etching of the said board | substrate before the said reactive ion etching process shall be included.
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。 By such a specific matter, the surface roughness of the sapphire substrate can be improved before the reactive ion etching step, and the surface roughness of the sapphire substrate can be further improved by the subsequent reactive ion etching.
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。 It is said manufacturing method of said sapphire board, Comprising: The board | substrate sticking process which sticks the said board | substrate to the board | substrate holding member which supports the said board | substrate before the said lapping process shall be included.
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。 Due to such specific matters, even when the substrate is weighted during the lapping process and the processed surface of the substrate is pressed against the surface plate, the substrate can be protected by the substrate holding member.
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。 In the above-described sapphire substrate, the surface roughness in the range of 0.04 .mu.m 2 of 4 [mu] m 2 of the sapphire substrate after the reactive ion etching process is assumed to be equal to or greater than 0.01 nm 1.0 nm or less.
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。 By such specific matters, the surface roughness equivalent to that of CMP polishing can be obtained. If the surface roughness is within the above-mentioned range, the metal-organic vapor phase epitaxy performed at the time of forming a semiconductor element in a later step can be used to improve the quality. Crystal growth.
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。 It is assumed that a semiconductor element is formed on the sapphire substrate.
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。 Due to such specific matters, CMP polishing is not performed and a large amount of cleaning liquid is not used, so that a sapphire substrate in which a semiconductor element is formed on a sapphire substrate with low manufacturing cost and excellent surface roughness can be obtained. it can.
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。 According to the present invention, a process cost can be reduced, and a method for manufacturing a sapphire substrate having a surface roughness comparable to that of a sapphire substrate obtained by CMP polishing even if the process cost is reduced, and sapphire A substrate can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 7 is a manufacturing flow of the method for manufacturing a sapphire substrate according to the present invention.
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。 The method for manufacturing a sapphire substrate according to the present embodiment includes a double-sided lapping process for lapping both surfaces of a substrate 10 sliced from a sapphire ingot, an annealing process for reducing processing stress and processing distortion caused by the double-sided lapping process, and a substrate 10 is attached to the substrate holding member 300, a lapping step of roughly polishing the surface 10A of the substrate 10, a cleaning step of washing the lapped surface 10A of the substrate 10 with pure water, and lapping A reactive ion etching step of reactive ion etching of the surface 10A of the substrate 10.
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。 A method of manufacturing a sapphire substrate will be described along this process. In addition, all of the embodiments described below are examples embodying the present invention, and are not of a nature that limits the technical scope of the present invention.
［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。
[Double-sided lapping process]
First, the double-sided lapping process will be described. FIG. 1: shows the double-sided lapping process of the manufacturing method of the sapphire substrate which concerns on this invention, (a) is the schematic of a double-sided lapping apparatus, (b) is sectional drawing which shows a double-sided lapping process.
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。 In the double-sided lapping process, both sides of the 1.2 mm thick substrate 10 sliced from the sapphire ingot are double-sided lapped.
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。 The double-sided lapping apparatus 200 used for double-sided lapping includes a jig 210 that accommodates the substrate 10, an upper surface plate 220 provided on the upper side of the jig 210, and a lower surface plate 221 provided on the lower side of the jig 210. And a motor (not shown) that rotates independently with the center of the jig 210 as the rotation axis, the center of the upper surface plate as the rotation axis, and the center of the lower surface plate as the rotation axis. A copper surface plate is used for the upper surface plate 220 and the lower surface plate 221 of this embodiment.
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）。 The jig 210 is provided with a through hole 211 larger than the diameter of the substrate 10. The substrate 10 is accommodated in the through hole 211. In the present embodiment, four substrates 10 are accommodated in a jig 210 (see FIG. 1A).
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）。 After the substrate 10 is accommodated in the jig 210, the jig 210 and the substrate 10 are placed on the lower surface plate 221. Then, the upper surface plate 220 is lowered toward the lower surface plate 221, and the substrate 10 is sandwiched between the upper surface plate 220 and the lower surface plate 221. When the upper surface plate 220 is weighted, the substrate 10 is pressed against the lower surface plate 221. Here, since the thickness of the jig 210 is designed to be thinner than the thickness of the substrate 10, both surfaces of the substrate 10 are in contact with the upper surface plate 220 and the lower surface plate 221 respectively (see FIG. 1B). .
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。 In a state where the substrate 10 is sandwiched between the upper surface plate 220 and the lower surface plate 221, the upper surface plate 220 and the lower surface plate 221 rotate so as to be opposite to each other, and the upper surface plate 220, the lower surface plate 221 and the substrate 10 are rotated. Pour loose abrasive in between. Thereby, both surfaces of the substrate 10 are lapped by the free abrasive grains. Here, since the jig 210 also rotates with the center of the jig 210 as a rotation axis, lapping is performed so that the surface roughness of the four substrates housed in the jig is equal.
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。 The loose abrasive grains have a particle size of several tens of μm to several hundreds of μm. For example, loose abrasive grains such as boron carbide or green carbide are used.
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。 As a result, the thickness of the substrate 10 is adjusted to 0.25 mm to make both surfaces, and the surface roughness of both surfaces of the substrate 10 is in the range of several tens nm to several hundred μm.
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。 This step is not limited to double-sided lapping, and single-sided lapping or wire sawing may be used.
［アニール工程］
次にアニール工程について説明する。
[Annealing process]
Next, the annealing process will be described.
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。 In the annealing process, the processing stress and the processing distortion generated in the substrate 10 by the double-sided lapping process described above are alleviated. Specifically, the substrate 10 is placed in a high temperature furnace (not shown) and held at a heating temperature of 1600 ° C. for 3 hours.
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。 Thereby, the processing stress and processing distortion of the substrate 10 can be relaxed.
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。 Here, the annealing temperature and annealing time are merely examples, and are not limited to the above temperature and time.
［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。
[Pasting process]
Next, the attaching process will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the attaching process of the method for manufacturing a sapphire substrate according to the present invention.
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。 In the attaching step, the substrate holding member 300 is attached to the surface opposite to the surface of the substrate 10 to be lapped in the lapping step described later (in this embodiment, the back surface 10B of the substrate 10).
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。 The substrate holding member 300 includes a plate 310, a holding member 320 that is fixed on the plate 310 and has an opening, and a suction pad 330 that is accommodated in the opening of the holding member 320 and attached to the plate 310.
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。 The suction pad 330 is attached to the back surface 10B of the substrate 10, and the holding member 320 and the back surface 10B of the substrate 10 are attached to the back surface 10B of the substrate 10 using wax as an adhesive. At the time of pasting, pressure is applied from the surface 10A of the substrate 10 for pasting.
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。 Therefore, the substrate 10 and the plate 310 are attached, and the substrate 10 and the substrate holding member 300 are attached. Note that an acrylic resin or a glass epoxy resin may be used as the adhesive. The plate 310 is a ceramic plate.
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。 Thereby, when the substrate 10 is lapped in a lapping process described later, the substrate holding member 300 is attached to the back surface 10B of the substrate 10, so that the substrate 10 is protected even if the substrate 10 is loaded. Can do.
［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。
[Lapping process]
Next, the lapping process will be described. FIG. 3 shows a lapping process of the method for manufacturing a sapphire substrate according to the present invention, (a) is a plan view showing a lapping apparatus, (b) is a sectional view showing the lapping process, and FIG. 5 is related to the present invention. It is an AFM image after the lapping process of the manufacturing method of a sapphire substrate.
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。 In the lapping process, the substrate side (surface 10A of the substrate 10) of the substrate 10 to which the substrate holding member 300 described above is attached is lapped.
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。 The lapping apparatus 400 used in the lapping process discharges a surface plate 410 for lapping the substrate 10, a fixture 420 to which the substrate 10 is attached so as to face the surface plate 410, and free abrasive grains used during lapping. And a motor (not shown) that rotates independently with the center of the fixture 420 as the rotation axis and the center of the surface plate 410 as the rotation axis.
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。 As the surface plate 410 of this embodiment, a relatively soft metal-based surface plate containing copper or tin is used.
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。 After attaching the substrate 10 to which the substrate holding member 300 described above is attached to the fixture 420, the fixture 420 is loaded in the direction of the surface plate 410, whereby the surface 10A of the substrate 10 is pressed against the surface plate 410. .
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。 In this state, the surface plate 410 and the fixture 420 are rotated so as to be opposite to each other, and free abrasive grains are discharged from the nozzle 430. The platen 410 is preferably rotated at a rotational speed from 30 rpm to 80 rpm.
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。 The loose abrasive has a particle size of several μm, and for example, diamond slurry is used.
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。 Thereafter, the surface 10A of the substrate 10 is polished with a polishing cloth such as soft foamed urethane or a suede pad using silica particles having a particle diameter of several tens of nm.
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）。 When the surface 10A of the substrate 10 is lapped by 0.045 mm by the lapping process described above, the surface roughness of the substrate 10 can be 12.7 nm in the range of 4 μm 2 (see FIG. 5).
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。 Since the surface roughness after the double-sided lapping described above (that is, the surface roughness before the lapping process) is in the range of several tens of nanometers to several hundreds of μm, Surface roughness can be improved.
［洗浄工程］
次に洗浄工程について説明する。
[Washing process]
Next, the cleaning process will be described.
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。 In the cleaning process, after removing the substrate 10 and the substrate holding member 300 after the lapping process, the substrate 10 is cleaned with pure water.
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。 The cleaning in this cleaning step is not a precise cleaning using chemicals, but a simple cleaning that removes the wax or adhesive adhering to the substrate holding member 300 with pure water.
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。 Thereby, the manufacturing cost can be reduced without using chemicals.
［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。
[Reactive ion etching process]
Next, the reactive ion etching process will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a reactive ion etching process of the sapphire substrate manufacturing method according to the present invention, and FIG. 6 is an AFM image after the reactive ion etching process of the sapphire substrate manufacturing method according to the present invention.
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。 In the reactive ion etching step, the above-described lapped surface of the substrate 10 (surface 10A of the substrate 10) is reactive ion etched.
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。 A reactive ion etching apparatus 100 used in the reactive ion etching process accommodates an electrode 110 on which a substrate 10 is placed, a counter electrode 120 opposite to the electrode 110, the electrode 110 and the counter electrode 120, and has an internal atmosphere. A chamber 130 that can be adjusted and a gas supply unit 140 that supplies gas serving as an ion source into the chamber 130 are provided.
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。 The substrate 10 is placed on the electrode 110 in the chamber 130 with the surface 10A of the substrate 10 facing up. Thereafter, a gas is supplied from the gas supply unit 140 into the chamber, and a set voltage is applied to the electrode 110 and the counter electrode 120 by a power source (not shown) connected to the electrode 110 and the counter electrode 120, thereby facing the electrode 110. Plasma is generated between the electrodes 120 and reactive ions are jetted onto the surface 10A of the substrate 10.
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。 In the present embodiment, boron trichloride is used as the gas supplied to the chamber 130. Boron trichloride reacts with the surface 10A of the substrate 10 to etch the surface 10A of the substrate 10. By using boron trichloride, etching can be performed at a rate of 50 nm / min, and the thickness of the substrate 10 can be etched by 1000 nm in a processing time of 20 minutes.
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。 As a result, the surface roughness of the surface 10A of the substrate 10 was 3.2 nm in the range of 4 μm 2 (see FIG. 6). By optimizing the gas type and set voltage, the surface roughness of the surface 10A of the substrate 10 can be further reduced, and in the experiment, a surface roughness of 0.18 nm is obtained in the range of 4 μm 2 .
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。 This surface roughness is a value lower than 0.23 nm which is the surface roughness of the surface 10A of the sapphire substrate after CMP polishing by the CMP process performed by the inventors as a comparative example.
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。 As a result, the reactive ion etching process is more effective than the CMP process, and a large amount of cleaning liquid used at the time of CMP polishing is not used, and the manufacturing cost can be reduced.
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。 Furthermore, a semiconductor element such as an LED or a power device can be formed on the surface 10A of the substrate 10 having excellent surface roughness.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 10A Main surface 100 Reactive ion etching apparatus 200 Lapping apparatus 300 Substrate holding member
Claims (6)
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。 A sapphire substrate manufacturing method for manufacturing a sapphire substrate by performing processing over a plurality of steps on a substrate obtained by slicing from a sapphire ingot,
A method of manufacturing a sapphire substrate, comprising a reactive ion etching step of reactive ion etching at least a main surface of the substrate.
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。 A method for producing a sapphire substrate according to claim 1,
A method of manufacturing a sapphire substrate, comprising a lapping step of lapping a surface of the substrate to be subjected to the reactive ion etching before the reactive ion etching step.
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。 It is a manufacturing method of the sapphire substrate according to claim 2,
A method of manufacturing a sapphire substrate, comprising: a substrate attaching step of attaching the substrate to a substrate holding member that supports the substrate before the lapping step.
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。 The sapphire substrate according to claim 4,
The sapphire substrate having a surface roughness in the range of 0.04 μm 2 to 4 μm 2 of the sapphire substrate after the reactive ion etching step is 0.01 nm or more and 1.0 nm or less.
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。 A sapphire substrate according to claim 4 or 5,
A sapphire substrate, wherein a semiconductor element is formed on the sapphire substrate.
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| WO2015021002A1 (en) * | 2013-08-05 | 2015-02-12 | Gtat Corporation | A method of analyzing a sapphire article |
| WO2016022099A1 (en) * | 2014-08-05 | 2016-02-11 | Gtat Corporation | A method of reducing the thickness of a sapphire layer |
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2011
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