JP2014068044A - Substrate and light emitting element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate capable of quick polishing, and a light emitting element.SOLUTION: A substrate 10 comprises a surface whose arithmetic mean roughness Ra is 0.1 nm≤Ra≤3.0 nm and whose depth D of a deepest scratch is 2 nm≤D≤90 nm. Also, a roll-off amount dx in a direction parallel to the substrate surface is 10 μm≤dx≤500 μm, and a roll-off amount dz in a direction vertical to the substrate surface is 5 nm≤dz≤2,500 μm.

Description

本発明は基板および発光素子に関し、より特定的には、III族窒化物材料よりなる基板、さらに当該基板を用いて形成した発光素子に関する。   The present invention relates to a substrate and a light-emitting element, and more particularly to a substrate made of a group III nitride material and a light-emitting element formed using the substrate.

窒化ガリウム(GaN)は、紫外光領域のバンドギャップを有するため、青色や紫外光などの短波長の光を発振する半導体レーザに使用されている。近年、GaN結晶を作製する手法として、GaN基板上にGaNをホモエピタキシャル成長する手法が主流になりつつある。したがって、GaN基板は、発光素子をはじめとするGaN結晶を用いた各種半導体デバイスにおいて重要な役割を果たすことが期待されている。   Since gallium nitride (GaN) has a band gap in the ultraviolet region, it is used in semiconductor lasers that oscillate light of short wavelengths such as blue and ultraviolet light. In recent years, as a method for producing a GaN crystal, a method of homoepitaxially growing GaN on a GaN substrate is becoming mainstream. Therefore, the GaN substrate is expected to play an important role in various semiconductor devices using GaN crystals such as light emitting elements.

GaN基板は通常、所定の形状にインゴットの外周を研削した後で、インゴットから所望の厚みでウエハを切り出すことによって製造される。さらに、切り出した後で、エピタキシャル成長可能な状態(エピレディな状態)となるように、GaN基板表面は研削や研磨によって平坦化される。GaN基板表面の平坦化の際には、始めに比較的粒径が大きい砥粒(粒径r>1μm)を用いて粗研磨をした後で、小さな砥粒(粒径r≦1μm)を用いて仕上げ研磨を行なっている。粗研磨は切削を主目的としているのに対して、仕上げ研磨は表面の平坦化を目的としている。   A GaN substrate is usually manufactured by grinding an outer periphery of an ingot into a predetermined shape and then cutting a wafer from the ingot with a desired thickness. Further, after cutting out, the surface of the GaN substrate is planarized by grinding or polishing so that it can be epitaxially grown (epi-ready state). When flattening the surface of the GaN substrate, first, coarse polishing is performed using abrasive grains having a relatively large particle diameter (particle diameter r> 1 μm), and then small abrasive grains (particle diameter r ≦ 1 μm) are used. And finish polishing. Rough polishing is aimed mainly at cutting, whereas final polishing is aimed at flattening the surface.

ここで、仕上げ研磨方法として、化学機械研磨(CMP)と機械研磨とが主に知られている。CMPは、研磨液に含まれる化学成分の作用と、砥粒による機械的研磨の作用との両方によってウエハを研磨する方法である。CMPを行なう際には、水などの分散媒に分散質である砥粒を分散させ、かつ酸化剤やPH調整剤を加えた研磨液を供給しつつ、回転する研磨パッドに対しウエハを押し付ける。一方、機械研磨は、金属定盤などにウエハを押し付けることによってウエハを機械的に研磨する方法である。   Here, chemical mechanical polishing (CMP) and mechanical polishing are mainly known as finish polishing methods. CMP is a method of polishing a wafer by both the action of chemical components contained in the polishing liquid and the action of mechanical polishing with abrasive grains. When CMP is performed, the wafer is pressed against the rotating polishing pad while supplying a polishing liquid in which the dispersoid abrasive grains are dispersed in a dispersion medium such as water and an oxidizing agent and a pH adjusting agent are added. On the other hand, mechanical polishing is a method of mechanically polishing a wafer by pressing the wafer against a metal surface plate or the like.

なお、従来のGaN基板の研磨方法は、たとえば特開2004−311575号公報(特許文献1)、国際特許公開第2005/109481号パンフレット(特許文献2)、および特開2006−310362号公報(特許文献3)、および特開2008−42157号公報(特許文献4)に開示されている。特許文献1は、ビッカース硬さ試験による硬度が400〜1000kg/mm2である軟質砥粒と、1300〜6000kg/mm2である硬質砥粒とを水に分散させた研磨組成物を用いて、GaN系半導体基板を研磨することを開示している。特許文献2は、GaN系半導体基板を所定の研磨組成物でポリシングすることを開示している。研磨組成物としては、軟質砥粒と硬質砥粒とを水に分散させ、pH値を1.5以上5.0以下の範囲に調整したものを使用している。特許文献3は、GaN結晶の表面を機械研磨し、さらにポリシングすることを開示している。ポリシングの際には、pHの値xと酸化還元電位yとが所定の関係を満たすように調整されたポリシング液を用いている。特許文献4は、研削、ラッピング、およびポリシングの3種類の工程を基板に施すことによって、GaN基板を研磨する方法が開示されている。ポリシングの際には研磨液を用いており、研磨液に含まれる砥粒を粗い砥粒から順次細かい砥粒に切り替えている。その結果、面粗度Rmsが1.2nm〜1.5nm、水平方向の面ダレが140μm、垂直方向の面ダレが43μmであるGaN基板が得られている。 Note that conventional GaN substrate polishing methods include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-311575 (Patent Document 1), International Patent Publication No. 2005/1099481 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-310362 (Patent Document 1). Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-42157 (Patent Document 4). Patent Document 1 uses a soft abrasive grains hardness in Vickers hardness test is 400~1000kg / mm 2, a polishing composition and a hard abrasive grains are 1300~6000kg / mm 2 was dispersed in water, It discloses that a GaN-based semiconductor substrate is polished. Patent Document 2 discloses that a GaN-based semiconductor substrate is polished with a predetermined polishing composition. As the polishing composition, soft abrasive grains and hard abrasive grains dispersed in water and having a pH value adjusted to a range of 1.5 to 5.0 are used. Patent Document 3 discloses that the surface of a GaN crystal is mechanically polished and further polished. At the time of polishing, a polishing liquid adjusted so that the pH value x and the oxidation-reduction potential y satisfy a predetermined relationship is used. Patent Document 4 discloses a method for polishing a GaN substrate by subjecting the substrate to three types of processes: grinding, lapping, and polishing. A polishing liquid is used in polishing, and the abrasive grains contained in the polishing liquid are sequentially switched from coarse abrasive grains to fine abrasive grains. As a result, a GaN substrate having a surface roughness Rms of 1.2 nm to 1.5 nm, a horizontal sag of 140 μm, and a vertical sag of 43 μm is obtained.

特開2004−311575号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-311575 国際特許公開第2005/109481号パンフレットInternational Patent Publication No. 2005/1099481 Pamphlet 特開2006−310362号公報JP 2006-310362 A 特開2008−42157号公報JP 2008-42157 A

しかしながら、従来のGaN基板の研磨方法では、平坦性の高い研磨を迅速に行なうことができないという問題があった。   However, the conventional GaN substrate polishing method has a problem that polishing with high flatness cannot be performed quickly.

CMPでは、研磨液の機械的作用および化学的作用を担保するために、研磨液の成分を微調整する必要がある。このため、研磨液の準備に時間を要し、迅速な研磨を行なうことができなかった。   In CMP, it is necessary to finely adjust the components of the polishing liquid in order to ensure the mechanical action and chemical action of the polishing liquid. For this reason, it took time to prepare the polishing liquid, and quick polishing could not be performed.

また、機械研磨では、GaNの研磨に適した硬度の研磨具(砥粒)が存在せず、精度の高い研磨を迅速に行なうことができなかった。たとえばダイヤモンドなどの高硬度(ビッカース硬度Hv≧1300)の砥粒を用いた場合、ダイヤモンドがGaNに比べて硬すぎるため、GaN基板の表面荒れが生じ、GaN基板表面の平坦性が悪化していた。一方、SiO2などの低硬度の砥粒を用いた場合、GaNの研磨速度が悪化し、迅速な研磨を行なうことができなかった。 In mechanical polishing, there was no polishing tool (abrasive grain) having a hardness suitable for polishing GaN, and high-precision polishing could not be performed quickly. For example, when abrasive grains having a high hardness (Vickers hardness Hv ≧ 1300) such as diamond are used, diamond is too hard compared to GaN, resulting in surface roughness of the GaN substrate and deterioration of the flatness of the GaN substrate surface. . On the other hand, when low hardness abrasive grains such as SiO 2 were used, the polishing rate of GaN deteriorated and rapid polishing could not be performed.

さらに、特許文献4のように砥粒を粗いものから細かいものに順次切り替えて使用した場合、GaN基板表面の算術平均粗さRaの値は向上するものの、最大高さRyの値が悪化していた。これは、細かい砥粒を用いた場合、GaN基板表面の全体的な平坦性は向上するものの、砥粒が研磨液中または定盤上(研磨具上)で凝集してGaN基板表面に部分的に深い傷を生じさせ、局所的な平坦性が悪化していた。   Furthermore, when the abrasive grains are sequentially switched from coarse to fine as in Patent Document 4, the value of the arithmetic average roughness Ra of the GaN substrate surface is improved, but the value of the maximum height Ry is deteriorated. It was. This is because, when fine abrasive grains are used, the overall flatness of the GaN substrate surface is improved, but the abrasive grains aggregate in the polishing liquid or on the surface plate (on the polishing tool) and partially on the GaN substrate surface. Deep scratches and local flatness deteriorated.

上述のような問題は、GaN基板の研磨においてのみ生じるものではなく、III族窒化物材料よりなる基板全般において生じる問題である。   The above-described problem does not occur only in the polishing of the GaN substrate, but occurs in the entire substrate made of a group III nitride material.

したがって、本発明の一の目的は、基板の平坦性を向上することのできる基板の研磨方法および基板を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate polishing method and a substrate that can improve the flatness of the substrate.

また、本発明の他の目的は、迅速な研磨を行なうことのできる基板の研磨方法および基板を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a substrate polishing method and a substrate capable of performing rapid polishing.

本発明における基板の研磨方法は、III族窒化物材料よりなる基板の研磨方法であって、以下の工程を備えている。50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質材料を準備する。研磨具を用いて軟質材料とともに基板を研磨する。   The method for polishing a substrate in the present invention is a method for polishing a substrate made of a group III nitride material, and includes the following steps. A soft material having a Vickers hardness Hv in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800 is prepared. The substrate is polished together with the soft material using a polishing tool.

本発明における基板の研磨方法によれば、砥粒によって軟質材料が削られ、軟質材料の削りカスが生じる。そして、この削りカスが砥粒に付着し、基板と砥粒との間のクッション材として機能する。軟質材料が50以上のビッカース硬度Hvを有することにより、基板と刃との間のクッション材として機能を軟質材料が発揮する。軟質材料が2800以下のビッカース硬度Hvを有することにより、軟質材料による基板の損傷を抑制することができる。その結果、砥粒による基板の表面荒れが抑制され、基板の平坦性を向上することができる。また、基板の平坦性を向上するために、低硬度の砥粒を用いたり、研磨液の成分を微調整したり、細かい砥粒を含む研磨液を用いたりする必要が無いので、迅速な研磨を行なうことができる。   According to the substrate polishing method of the present invention, the soft material is scraped by the abrasive grains, and the scrap of the soft material is generated. And this shaving residue adheres to an abrasive grain and functions as a cushioning material between a board | substrate and an abrasive grain. When the soft material has a Vickers hardness Hv of 50 or more, the soft material functions as a cushioning material between the substrate and the blade. When the soft material has a Vickers hardness Hv of 2800 or less, damage to the substrate due to the soft material can be suppressed. As a result, the surface roughness of the substrate due to the abrasive grains is suppressed, and the flatness of the substrate can be improved. In addition, in order to improve the flatness of the substrate, it is not necessary to use low hardness abrasive grains, finely adjust the components of the polishing liquid, or use a polishing liquid containing fine abrasive grains. Can be performed.

上記研磨方法において好ましくは、軟質材料を準備する工程において、100≦Hv≦1300の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質材料を準備する。これにより、基板と砥粒との間のクッション材としての軟質材料の機能が高まり、また軟質材料による基板の損傷を一層抑制することができる。   Preferably, in the polishing method, in the step of preparing the soft material, a soft material having a Vickers hardness Hv in the range of 100 ≦ Hv ≦ 1300 is prepared. Thereby, the function of the soft material as a cushioning material between the substrate and the abrasive grains is enhanced, and damage to the substrate by the soft material can be further suppressed.

上記製造方法において好ましくは、基板を研磨する工程において、研磨具に対して軟質材料から荷重を加える。これにより、研磨具の砥粒によって軟質材料が削られ易くなり、軟質材料の削りカスが生じ易くなる。   Preferably, in the manufacturing method, a load is applied from a soft material to the polishing tool in the step of polishing the substrate. Thereby, the soft material is easily scraped by the abrasive grains of the polishing tool, and the scrap of the soft material is easily generated.

上記製造方法において好ましくは、基板を研磨する工程において、金属よりなる定盤を研磨具として用いる。   Preferably, in the above manufacturing method, a platen made of metal is used as a polishing tool in the step of polishing the substrate.

上記製造方法において好ましくは、基板を研磨する工程において、樹脂よりなる研磨パッドを研磨具として用いる。   Preferably in the manufacturing method, a polishing pad made of a resin is used as a polishing tool in the step of polishing the substrate.

このように金属からなる定盤や、圧縮率が小さい(硬質の)研磨パッドを用いれば、研磨される基板が変形しにくくなる。このため、当該基板に大きなエッジロールオフが生じにくくなるので、基板の平坦性を向上することができる。   Thus, if a surface plate made of metal or a polishing pad with a low compression rate (hard) is used, the substrate to be polished is less likely to be deformed. For this reason, since it becomes difficult to produce big edge roll-off to the said board | substrate, the flatness of a board | substrate can be improved.

上記製造方法において好ましくは、基板を研磨する工程において、軟質材料を用いて基板の位置を固定する。これにより、研磨時に基板を固定するための冶具が不要になる。   Preferably, in the manufacturing method, the position of the substrate is fixed using a soft material in the step of polishing the substrate. This eliminates the need for a jig for fixing the substrate during polishing.

上記製造方法において好ましくは、基板を研磨する工程において、50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質砥粒を含む研磨液を研磨具に供給する。これにより、軟質砥粒の供給量によって基板の研磨条件を自由に変えることができる。   Preferably in the manufacturing method, in the step of polishing the substrate, a polishing liquid containing soft abrasive grains having a Vickers hardness Hv in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800 is supplied to the polishing tool. Thereby, the grinding | polishing conditions of a board | substrate can be freely changed with the supply amount of a soft abrasive grain.

本発明における基板は、III族窒化物材料よりなる基板であって、算術平均粗さRaが0.1nm≦Ra≦3.0nmであり、かつ最も深いスクラッチの深さDが2nm≦D≦90nmである表面を有している。基板表面に平行な方向のロールオフ量dxが10μm≦dx≦500μmであり、基板表面に垂直な方向のロールオフ量dzが5nm≦dz≦2500nmである。ここで、算術平均粗さRaが0.5nm≦Ra≦2.0nmであり、かつ上記スクラッチの深さDが5nm≦D≦70nmである表面を有することがより好ましい。または、基板表面に平行な方向のロールオフ量dxが10μm≦dx≦50μmであり、基板表面に垂直な方向のロールオフ量dzが5nm≦dz≦200nmであることが好ましい。   The substrate in the present invention is a substrate made of a group III nitride material, the arithmetic average roughness Ra is 0.1 nm ≦ Ra ≦ 3.0 nm, and the deepest scratch depth D is 2 nm ≦ D ≦ 90 nm. It has a surface that is The roll-off amount dx in the direction parallel to the substrate surface is 10 μm ≦ dx ≦ 500 μm, and the roll-off amount dz in the direction perpendicular to the substrate surface is 5 nm ≦ dz ≦ 2500 nm. Here, it is more preferable to have a surface where the arithmetic average roughness Ra is 0.5 nm ≦ Ra ≦ 2.0 nm and the depth D of the scratch is 5 nm ≦ D ≦ 70 nm. Alternatively, the roll-off amount dx in the direction parallel to the substrate surface is preferably 10 μm ≦ dx ≦ 50 μm, and the roll-off amount dz in the direction perpendicular to the substrate surface is preferably 5 nm ≦ dz ≦ 200 nm.

本発明の基板は、平坦性を向上することができる。また、迅速な研磨を行なうことができる。   The substrate of the present invention can improve flatness. Moreover, rapid polishing can be performed.

上述した本発明における基板を用いて形成した発光素子は、光出力が大きくなり、駆動可能な電圧値を低減することができる。したがって、低エネルギで高出力である、電気特性や光特性の良好な発光素子を提供することができる。   A light-emitting element formed using the above-described substrate according to the present invention has a large light output and can reduce a drivable voltage value. Accordingly, a light-emitting element having low energy and high output and excellent electrical characteristics and optical characteristics can be provided.

本発明の基板の研磨方法によれば、基板の平坦性を向上することができる。また、迅速な研磨を行なうことができる。本発明の基板は平坦性が向上された高品質なものとなる。さらに当該基板を用いて形成する発光素子の電気特性や光特性を向上することができる。   According to the substrate polishing method of the present invention, the flatness of the substrate can be improved. Moreover, rapid polishing can be performed. The substrate of the present invention has a high quality with improved flatness. Furthermore, electrical characteristics and optical characteristics of a light-emitting element formed using the substrate can be improved.

本発明の実施の形態1において使用される研磨装置を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the polish device used in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2において使用される研磨装置を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the polish device used in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2において使用される研磨装置における、回転定盤部のガイドリング内部を模式的に示す底面図である。It is a bottom view which shows typically the inside of the guide ring of a rotation surface plate part in the grinding | polishing apparatus used in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における研磨後の基板を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the board | substrate after grinding | polishing in Embodiment 3 of this invention. 図4のV−V線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VV line of FIG. (a)本発明の実施例1において測定された、スズ合金からなる定盤を用いて研磨したGaN基板の端部付近の表面の形状を示す図である。(b)本発明の実施例1において測定された、ポリウレタンからなる研磨パッドを用いて研磨したGaN基板の端部付近の表面の形状を示す図である。(A) It is a figure which shows the shape of the surface near the edge part of the GaN board | substrate grind | polished using the surface plate which consists of a tin alloy measured in Example 1 of this invention. (B) It is a figure which shows the shape of the surface near the edge part of the GaN board | substrate grind | polished using the polishing pad which consists of a polyurethane measured in Example 1 of this invention. 本発明に係る基板上に薄膜を積層した構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure which laminated | stacked the thin film on the board | substrate concerning this invention. 図7の構造を用いて形成した発光素子の態様を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the aspect of the light emitting element formed using the structure of FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1において使用される研磨装置を模式的に示す側面図である。図1を参照して、本実施の形態において使用される研磨装置は、たとえば50mmの直径を有するIII族窒化物材料よりなる基板10を研磨するためのものである。この研磨装置は、基板保持部1と、回転機構部2と、研磨具3と、研磨液供給部4と、軟質材料5と、軟質材料保持部6とを備えている。基板保持部1、研磨液供給部4、および軟質材料保持部6は、回転機構部2の上部に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side view schematically showing a polishing apparatus used in Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, the polishing apparatus used in the present embodiment is for polishing a substrate 10 made of a group III nitride material having a diameter of 50 mm, for example. The polishing apparatus includes a substrate holding unit 1, a rotation mechanism unit 2, a polishing tool 3, a polishing liquid supply unit 4, a soft material 5, and a soft material holding unit 6. The substrate holding unit 1, the polishing liquid supply unit 4, and the soft material holding unit 6 are disposed on the rotation mechanism unit 2.

基板保持部1は、複数枚の基板10(図1では2枚の基板のみが示されている)を保持することが可能であり、加圧ヘッド1aとシャフト1bとを含んでいる。加圧ヘッド1aは、回転機構部2に対して基板10から荷重を加えることによって基板10の位置を固定することが可能である。シャフト1bは、環状の加圧ヘッド1aの上面の中心に接続されており、加圧ヘッド1aを回転させることが可能である。   The substrate holding unit 1 can hold a plurality of substrates 10 (only two substrates are shown in FIG. 1), and includes a pressure head 1a and a shaft 1b. The pressure head 1 a can fix the position of the substrate 10 by applying a load from the substrate 10 to the rotation mechanism unit 2. The shaft 1b is connected to the center of the upper surface of the annular pressure head 1a, and can rotate the pressure head 1a.

回転機構部2は、固定盤2aとシャフト2bとを含んでいる。固定盤2aは、基板10の研磨に用いる研磨具3を載置するためのベースとして用いられる、回転可能な部材である。固定盤2aは、たとえばステンレスなどの金属よりなっている。シャフト2bは、固定盤2aの底面の中心に接続されており、固定盤2aを回転させることが可能である。   The rotation mechanism unit 2 includes a fixed platen 2a and a shaft 2b. The fixed platen 2 a is a rotatable member used as a base for placing the polishing tool 3 used for polishing the substrate 10. The stationary platen 2a is made of a metal such as stainless steel, for example. The shaft 2b is connected to the center of the bottom surface of the fixed platen 2a, and can rotate the fixed platen 2a.

固定盤2aの上面には研磨具3が貼り付けられていてもよい。研磨具3はたとえばスズ合金などの金属材料よりなる定盤である。あるいは研磨具3は、たとえばポリウレタンなどの樹脂よりなる研磨パッドであってもよい。研磨具3には、上述した金属材料(定盤)からなっているか、樹脂(研磨パッド)からなっているかに関わらず、1μm以下の平均粒径を有する砥粒としてのダイヤモンドを含んでいてもよい。あるいは研磨具3の表面上にはダイヤモンド以外の砥粒としての材料を含んでいてもよい。なおここで砥粒の平均粒径とは、レーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法を用いて測定した場合における、小粒径側から大粒径側に向けて当該砥粒の体積を積算した累積体積が50%となる箇所における断面の直径の値を意味する。上述した測定方法とは具体的には、砥粒に照射したレーザ光の散乱光の散乱強度分布を解析することにより、粒子径を測定する方法である。   The polishing tool 3 may be attached to the upper surface of the fixed platen 2a. The polishing tool 3 is a surface plate made of a metal material such as a tin alloy. Alternatively, the polishing tool 3 may be a polishing pad made of a resin such as polyurethane. The polishing tool 3 may include diamond as an abrasive having an average particle diameter of 1 μm or less regardless of whether it is made of the above-described metal material (surface plate) or resin (polishing pad). Good. Alternatively, the surface of the polishing tool 3 may include a material as abrasive grains other than diamond. Here, the average particle size of the abrasive grains means that the volume of the abrasive grains is integrated from the small particle size side to the large particle size side when measured using a particle size distribution measuring method by a laser diffraction / scattering method. This means the value of the diameter of the cross section at the location where the cumulative volume becomes 50%. Specifically, the measurement method described above is a method of measuring the particle diameter by analyzing the scattering intensity distribution of the scattered light of the laser light irradiated on the abrasive grains.

たとえば研磨具3が樹脂製の研磨パッドからなる場合には、図1に示すように研磨具3を固定盤2aの上面に接触するように貼り付けてもよい。しかしたとえば研磨具3が金属材料よりなる定盤である場合には、固定盤2aの上面から一定の深さ(図1の上下方向)に溝状領域を形成し、当該溝状領域の内部に研磨具3を嵌めるように配置してもよい。   For example, when the polishing tool 3 is made of a resin polishing pad, the polishing tool 3 may be attached so as to contact the upper surface of the fixed platen 2a as shown in FIG. However, for example, when the polishing tool 3 is a surface plate made of a metal material, a grooved region is formed at a certain depth (vertical direction in FIG. 1) from the upper surface of the fixed platen 2a, and the grooved region is formed inside the grooved region. You may arrange | position so that the polishing tool 3 may be fitted.

また固定盤2aに形成した溝状領域に嵌めこむように配置する定盤としての研磨具3は、上述した金属材料からなるものに限られず他の種類の高硬度な材料、たとえばガラスやプラスチック材料からなるものであってもよい。   Further, the polishing tool 3 as a surface plate disposed so as to be fitted in the groove-shaped region formed in the fixed platen 2a is not limited to the above-described metal material, but other types of high-hardness materials such as glass and plastic materials. It may be.

定盤もしくは研磨パッドが研磨具3として機能することにより、軟質材料5および基板10は当該研磨具3に含まれる砥粒によって研磨されうる。このように、硬度の高い金属材料やガラス材料などからなる定盤や、圧縮率が小さい硬質な樹脂材料からなる研磨パッドを研磨具3として基板10を研磨すれば、エッジロールオフが生じにくくなる。このため、基板10の平坦性を向上することができる。   When the surface plate or the polishing pad functions as the polishing tool 3, the soft material 5 and the substrate 10 can be polished by the abrasive grains included in the polishing tool 3. As described above, when the substrate 10 is polished using the surface plate made of a metal material or glass material having a high hardness or the polishing pad made of a hard resin material having a low compressibility as the polishing tool 3, the edge roll-off is less likely to occur. . For this reason, the flatness of the substrate 10 can be improved.

さらに、研磨液供給部4は、その先端部から定盤や研磨パッドからなる研磨具3の上面へ研磨液を供給することが可能である。この研磨液供給部4から供給される研磨液はたとえばダイヤモンドの砥粒を含んでいることが好ましい。このようにすれば、当該研磨液により基板10の表面が研磨される。すなわち当該研磨液は上述した研磨具3と同様に、基板10を研磨する役割を有する。   Further, the polishing liquid supply unit 4 can supply the polishing liquid from the tip part to the upper surface of the polishing tool 3 including a surface plate and a polishing pad. The polishing liquid supplied from the polishing liquid supply unit 4 preferably contains, for example, diamond abrasive grains. In this way, the surface of the substrate 10 is polished by the polishing liquid. That is, the polishing liquid has a role of polishing the substrate 10 in the same manner as the polishing tool 3 described above.

軟質材料保持部6は、軟質材料5を保持することが可能であり、研磨具3(定盤や研磨パッド)に対して軟質材料5を押し付けるように軟質材料5から荷重を加えることによって、軟質材料5の位置を固定することが可能である。   The soft material holding part 6 can hold the soft material 5 and is soft by applying a load from the soft material 5 so as to press the soft material 5 against the polishing tool 3 (a surface plate or a polishing pad). It is possible to fix the position of the material 5.

基板10は、たとえばAlxGa1-xN(0≦x≦1)などのIII族窒化物材料よりなっており、特にGaNよりなっていることが好ましい。 The substrate 10 is made of a group III nitride material such as Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and is particularly preferably made of GaN.

続いて、本実施の形態における基板の研磨方法について説明する。
始めに、軟質材料5を準備する。軟質材料5としては、50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有しており、好ましくは100≦Hv≦1300の範囲のビッカース硬度Hvを有しているものを準備する。軟質材料が50以上、好ましくは100以上のビッカース硬度Hvを有することにより、基板と刃との間のクッション材として機能を軟質材料が発揮する。軟質材料が2800以下、好ましくは1300以下のビッカース硬度Hvを有することにより、軟質材料による基板の損傷を抑制することができる。ダイヤモンドのビッカース硬度Hvは2800を超えており、GaNからなる基板10のビッカース硬度Hvが1300である。このため上述したように、Hvが2800以下、より好ましくはHvが1300以下の軟質材料5を用いれば、より確実に基板10の損傷を抑制することができる。また、軟質材料5から研磨具3へ押し付ける圧力(つまり研磨具3から軟質材料5へ加わる荷重)や、研磨具3に接触する軟質材料5の表面積を過大にしなくても、十分な量の軟質材料5の削りカスが生じるようになる。
Subsequently, a method for polishing a substrate in the present embodiment will be described.
First, the soft material 5 is prepared. The soft material 5 has a Vickers hardness Hv in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800, and preferably has a Vickers hardness Hv in the range of 100 ≦ Hv ≦ 1300. When the soft material has a Vickers hardness Hv of 50 or more, preferably 100 or more, the soft material functions as a cushioning material between the substrate and the blade. When the soft material has a Vickers hardness Hv of 2800 or less, preferably 1300 or less, damage to the substrate by the soft material can be suppressed. The Vickers hardness Hv of diamond exceeds 2800, and the Vickers hardness Hv of the substrate 10 made of GaN is 1300. Therefore, as described above, if the soft material 5 having an Hv of 2800 or less, more preferably an Hv of 1300 or less is used, damage to the substrate 10 can be more reliably suppressed. Also, a sufficient amount of soft material can be obtained without excessively pressing the soft material 5 against the polishing tool 3 (that is, the load applied from the polishing tool 3 to the soft material 5) or the surface area of the soft material 5 contacting the polishing tool 3. The scraps of the material 5 are generated.

続いて、基板10を基板保持部1に取り付け、基板10の表面12(研磨面)が研磨具3の上面と対向するように基板10を配置する。そして、加圧ヘッド1aを下降させて基板10の位置を固定する。   Subsequently, the substrate 10 is attached to the substrate holding unit 1, and the substrate 10 is disposed so that the surface 12 (polishing surface) of the substrate 10 faces the upper surface of the polishing tool 3. Then, the pressure head 1 a is lowered to fix the position of the substrate 10.

基板10と同様に、軟質材料5を軟質材料保持部6に取り付け、軟質材料5の表面13が研磨具3の上面と対向するように軟質材料5を配置する。そして、軟質材料保持部6を下降させて軟質材料5の位置を固定する。軟質材料5を固定し、かつ軟質材料5を削るためには、軟質材料5から研磨具3へ0.2kPa以上、より好ましくは0.5kPa以上の圧力Pを加えることが好ましい。なお上記の圧力Pには軟質材料5の自重による圧力も含まれる。つまり軟質材料5の材質によっては、軟質材料5の自重による圧力のみで(改めて軟質材料5から研磨具3への圧力を加えなくても)よい場合もある。一方、軟質材料5の削りカスが過大に生じるのを防ぐためには、軟質材料5から研磨具3に対して50kPa以下、より好ましくは20kPa以下の圧力Pを加えることが好ましい。圧力Pが上記範囲となるように、軟質材料保持部6の位置や軟質材料5の密度が適切に選択される。軟質材料5から研磨具3へ圧力を加えることにより、軟質材料5が研磨具3に押し付けられて研磨具3の砥粒によって軟質材料5が削られ易くなり、軟質材料5の削りカスが生じ易くなる。   Similarly to the substrate 10, the soft material 5 is attached to the soft material holding unit 6, and the soft material 5 is disposed so that the surface 13 of the soft material 5 faces the upper surface of the polishing tool 3. Then, the position of the soft material 5 is fixed by lowering the soft material holding portion 6. In order to fix the soft material 5 and scrape the soft material 5, it is preferable to apply a pressure P of 0.2 kPa or more, more preferably 0.5 kPa or more from the soft material 5 to the polishing tool 3. The pressure P includes the pressure due to the weight of the soft material 5. That is, depending on the material of the soft material 5, there may be a case where only the pressure due to the weight of the soft material 5 is sufficient (the pressure from the soft material 5 to the polishing tool 3 may not be applied again). On the other hand, in order to prevent excessive scraping of the soft material 5, it is preferable to apply a pressure P of 50 kPa or less, more preferably 20 kPa or less, from the soft material 5 to the polishing tool 3. The position of the soft material holding part 6 and the density of the soft material 5 are appropriately selected so that the pressure P falls within the above range. By applying pressure from the soft material 5 to the polishing tool 3, the soft material 5 is pressed against the polishing tool 3, and the soft material 5 is easily scraped by the abrasive grains of the polishing tool 3. Become.

基板10および軟質材料5を固定した後で、研磨液供給部4から研磨液を研磨具3に供給しながら、固定盤2a、加圧ヘッド1a、および軟質材料保持部6を回転させる。これにより、軟質材料5とともに基板10の表面12が研磨される。軟質材料5は研磨具3の表面上に供給された砥粒によって削られ、軟質材料5の削りカスが生じる(つまり、軟質材料5がバルクから複数の粒子に変化する)。そして、この削りカスが研磨具3の砥粒に付着し、基板と砥粒との間のクッション材として機能する。   After fixing the substrate 10 and the soft material 5, the fixing plate 2 a, the pressure head 1 a, and the soft material holding unit 6 are rotated while supplying the polishing liquid from the polishing liquid supply unit 4 to the polishing tool 3. Thereby, the surface 12 of the substrate 10 is polished together with the soft material 5. The soft material 5 is scraped by the abrasive grains supplied on the surface of the polishing tool 3, and the scrap of the soft material 5 is generated (that is, the soft material 5 changes from bulk to a plurality of particles). The scraps adhere to the abrasive grains of the polishing tool 3 and function as a cushion material between the substrate and the abrasive grains.

なお、基板10の研磨の際には、加圧ヘッド1aおよび軟質材料保持部6と、固定盤2aとを互いに逆方向に回転させてもよいし、同一方向に回転させてもよい。さらには、加圧ヘッド1aおよび軟質材料保持部6と固定盤2aとのうち一方を固定して他方を回転させてもよい。   When the substrate 10 is polished, the pressure head 1a, the soft material holding unit 6, and the stationary platen 2a may be rotated in opposite directions or in the same direction. Furthermore, you may fix one side among the pressurization head 1a and the soft material holding | maintenance part 6, and the stationary platen 2a, and you may rotate the other.

また、基板10の研磨の際には、研磨液供給部4を通じて、研磨具3の上面に研磨液を供給してもよい。この研磨液は、研磨開始時には供給されず、研磨の途中から供給開始されてもよい。   When polishing the substrate 10, the polishing liquid may be supplied to the upper surface of the polishing tool 3 through the polishing liquid supply unit 4. This polishing liquid may not be supplied at the start of polishing, but may be started in the middle of polishing.

研磨液には、基板10を研磨するための砥粒が含まれる。この砥粒としては、たとえばダイヤモンドなどのいわゆる硬質砥粒が用いられる。しかし当該研磨液には、上記硬質砥粒に加えて、硬質砥粒よりも硬度の低いいわゆる軟質砥粒を含んでいてもよい。ここではダイヤモンドなどの硬度の高い材質からなる砥粒を硬質砥粒、ダイヤモンドよりも比較的硬度の低い材質からなる砥粒を軟質砥粒と呼ぶことにする。   The polishing liquid contains abrasive grains for polishing the substrate 10. As the abrasive grains, for example, so-called hard abrasive grains such as diamond are used. However, the polishing liquid may contain so-called soft abrasive grains having a lower hardness than the hard abrasive grains in addition to the hard abrasive grains. Here, abrasive grains made of a material having a high hardness such as diamond are called hard abrasive grains, and abrasive grains made of a material having a relatively lower hardness than diamond are called soft abrasive grains.

つまり、たとえば上述した軟質材料5と同じく50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質砥粒を含んでいてもよい。なお、当該軟質砥粒のビッカース硬度Hvは100≦Hv≦1300であることがより好ましい。これは上述した軟質材料5と同様に、ダイヤモンドのビッカース硬度Hvが2800を超えており、GaNからなる基板のビッカース硬度Hvが1300であることに基づく。具体的には、軟質砥粒として、SiO2、CeO2、TiO2、MgO、MnO2、Fe23、Fe34、NiO、ZnO、CoO2、Co34、CuO、Cu2O、GeO2、CaO、Ga23、Alおよび上述したすべての材質の水和物またはIn23(および上記の水和物)などよりなる砥粒を含んでいてもよい。また研磨液は、上記軟質砥粒に加えて、または上記軟質砥粒の代わりに、たとえばIII族窒化物結晶よりも硬度の高い砥粒を含んでいてもよい。具体的には、ダイヤモンド、SiC、Si34、BN、Cr23、またはZrO2などよりなる砥粒を含んでいてもよい。 That is, for example, soft abrasive grains having Vickers hardness Hv in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800 may be included as in the soft material 5 described above. The soft abrasive grains preferably have a Vickers hardness Hv of 100 ≦ Hv ≦ 1300. This is based on the fact that the Vickers hardness Hv of diamond exceeds 2800 and the Vickers hardness Hv of the substrate made of GaN is 1300, as in the soft material 5 described above. Specifically, as soft abrasive grains, SiO 2, CeO 2, TiO 2, MgO, MnO 2, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, NiO, ZnO, CoO 2, Co 3 O 4, CuO, Cu 2 Abrasive grains made of O, GeO 2 , CaO, Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 and hydrates of all the materials described above or In 2 O 3 (and hydrates described above) may be included. . The polishing liquid may contain abrasive grains having a hardness higher than that of the group III nitride crystal, for example, in addition to the soft abrasive grains or instead of the soft abrasive grains. Specifically, abrasive grains made of diamond, SiC, Si 3 N 4 , BN, Cr 2 O 3 , ZrO 2 , or the like may be included.

つまり、上述した50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質材料は、図1の軟質材料5が削られることにより、基板10と研磨具3との間に削りカスとして供給されてもよいし、研磨液供給部4から供給される研磨液の内部に当該軟質材料が含まれる態様としてもよい。   That is, the above-described soft material having Vickers hardness Hv in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800 is supplied as a scraped material between the substrate 10 and the polishing tool 3 by cutting the soft material 5 in FIG. Alternatively, the soft material may be contained in the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply unit 4.

なお、研磨具3の表面上に存在する砥粒についても、上記研磨液の内部に含まれる砥粒についても、これが具体的にダイヤモンドからなる砥粒であるか否かに関わらず、当該砥粒の平均粒径は1μm以下であることが好ましい。これにより、基板10の平坦性を向上することができる。さらに研磨液は、化学的作用によって基板10の研磨を促進させるような化学成分を含んでいてもよい。   It should be noted that the abrasive grains present on the surface of the polishing tool 3 and the abrasive grains contained in the polishing liquid, regardless of whether or not they are specifically abrasive grains made of diamond. The average particle size of is preferably 1 μm or less. Thereby, the flatness of the substrate 10 can be improved. Further, the polishing liquid may contain a chemical component that promotes polishing of the substrate 10 by a chemical action.

ここで、砥粒の平均粒径の測定方法としては、たとえば上述したように、粒子に照射したレーザ光の散乱光の散乱強度分布を解析することにより、粒子径を測定する方法を用いることが好ましい。   Here, as a measuring method of the average particle diameter of the abrasive grains, for example, as described above, a method of measuring the particle diameter by analyzing the scattering intensity distribution of the scattered light of the laser light irradiated on the particles may be used. preferable.

以上の工程により、基板の研磨が完了する。なお、上述の研磨方法の実施後に、基板10の表面12をドライエッチングしてもよい。上述の研磨方法を機械研磨にて行なった場合、表面12には加工変質層が形成されている場合がある。表面12をドライエッチングすることにより、この加工変質層を除去することができる。   Through the above steps, polishing of the substrate is completed. Note that the surface 12 of the substrate 10 may be dry-etched after the above polishing method is performed. When the above polishing method is performed by mechanical polishing, a work-affected layer may be formed on the surface 12 in some cases. This work-affected layer can be removed by dry etching the surface 12.

本実施の形態における基板の研磨方法は、III族窒化物材料よりなる基板10の研磨方法であって、以下の工程を備えている。50≦Hv≦2800の範囲のビッカース硬度Hvを有する軟質材料5を準備する。研磨具3を用いて軟質材料5とともに基板10を研磨する。   The method for polishing a substrate in the present embodiment is a method for polishing a substrate 10 made of a group III nitride material, and includes the following steps. A soft material 5 having a Vickers hardness Hv in a range of 50 ≦ Hv ≦ 2800 is prepared. The substrate 10 is polished together with the soft material 5 using the polishing tool 3.

本実施の形態における基板の研磨方法によれば、研磨具3上の砥粒によって軟質材料5が削られ、軟質材料5の削りカスが生じる。そして、この削りカスが砥粒に付着し、基板10と砥粒との間のクッション材として機能する。軟質材料5が50以上のビッカース硬度Hvを有することにより、基板10と砥粒との間のクッション材として機能を軟質材料5が発揮する。軟質材料5が2800以下のビッカース硬度Hvを有することにより、軟質材料5による基板10の損傷を抑制することができる。その結果、研磨具3上の砥粒による基板10の表面荒れが抑制され、基板10の平坦性を向上することができる。   According to the substrate polishing method in the present embodiment, the soft material 5 is scraped by the abrasive grains on the polishing tool 3, and scraping of the soft material 5 is generated. Then, this shaving residue adheres to the abrasive grains and functions as a cushion material between the substrate 10 and the abrasive grains. When the soft material 5 has a Vickers hardness Hv of 50 or more, the soft material 5 functions as a cushioning material between the substrate 10 and the abrasive grains. When the soft material 5 has a Vickers hardness Hv of 2800 or less, damage to the substrate 10 by the soft material 5 can be suppressed. As a result, the surface roughness of the substrate 10 due to the abrasive grains on the polishing tool 3 is suppressed, and the flatness of the substrate 10 can be improved.

本実施の形態における基板の研磨方法によれば、特に従来の機械研磨と比較して、砥粒による基板の表面荒れが抑制され、基板の平坦性を向上することができる。また、SiO2などの低硬度の砥粒を用いる必要が無いので、迅速な研磨を行なうことができる。また、従来のCMPと比較して、研磨液の成分を微調整する必要がなく、迅速な研磨を行なうことができる。さらに、細かい砥粒を含む研磨液を用いる場合と比較して、砥粒が凝集して基板表面に部分的に深い傷を生じさせることが抑制され、基板の平坦性を向上することができる。 According to the substrate polishing method in the present embodiment, the surface roughness of the substrate due to the abrasive grains can be suppressed and the flatness of the substrate can be improved, particularly as compared with conventional mechanical polishing. Moreover, since it is not necessary to use low-hardness abrasive grains such as SiO 2 , rapid polishing can be performed. Further, compared with the conventional CMP, it is not necessary to finely adjust the components of the polishing liquid, and quick polishing can be performed. Furthermore, compared with the case where a polishing liquid containing fine abrasive grains is used, it is possible to suppress the agglomeration of the abrasive grains and cause partial deep scratches on the substrate surface, thereby improving the flatness of the substrate.

(実施の形態2)
図2および図3は、本発明の実施の形態2において使用される研磨装置を模式的に示す図である。図2は側面図であり、図3は回転機構部のガイドリング内部の底面図である。図2および図3を参照して、本実施の形態における研磨方法は、軟質材料を用いて基板の位置を固定する点において実施の形態1の研磨方法と異なっている。
(Embodiment 2)
2 and 3 are diagrams schematically showing a polishing apparatus used in the second embodiment of the present invention. 2 is a side view, and FIG. 3 is a bottom view inside the guide ring of the rotation mechanism. Referring to FIGS. 2 and 3, the polishing method in the present embodiment is different from the polishing method in Embodiment 1 in that the position of the substrate is fixed using a soft material.

基板保持部1の下部には複数のガイドリング14(図2には2つのガイドリングのみが示されている)が設けられている。ガイドリング14の各々は中空の円筒形状を有しており、円周形状の下面を有している。ガイドリング14の各々の下面には複数のスリット7が形成されている。研磨時にはガイドリング14が回転することによって、ガイドリング14内部へ流れ込む研磨液がスリット7によって妨げられ、ガイドリング14内部へ供給される研磨液の量が制御される。   A plurality of guide rings 14 (only two guide rings are shown in FIG. 2) are provided below the substrate holding unit 1. Each of the guide rings 14 has a hollow cylindrical shape and has a circumferential lower surface. A plurality of slits 7 are formed on the lower surface of each guide ring 14. As the guide ring 14 rotates during polishing, the polishing liquid flowing into the guide ring 14 is blocked by the slit 7, and the amount of polishing liquid supplied into the guide ring 14 is controlled.

ガイドリング14の各々の内部には、円盤状の軟質材料5と基板10とが配置されている。軟質材料5は円筒形状を有しており、軟質材料5の円形状の表面13には溝15が形成されている。溝15の内部には、プレートに貼り付けられた基板10が配置されている。これにより、軟質材料5が基板10の治具となり、研磨時において基板10の位置が軟質材料5を用いて固定される。   A disc-shaped soft material 5 and a substrate 10 are arranged inside each guide ring 14. The soft material 5 has a cylindrical shape, and a groove 15 is formed on the circular surface 13 of the soft material 5. Inside the groove 15, the substrate 10 attached to the plate is arranged. Thereby, the soft material 5 becomes a jig for the substrate 10, and the position of the substrate 10 is fixed using the soft material 5 at the time of polishing.

なお、上記以外の研磨装置の構成および研磨方法は、実施の形態1における研磨装置および研磨方法と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   Since the configuration of the polishing apparatus and the polishing method other than those described above are the same as those of the polishing apparatus and the polishing method in the first embodiment, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

本実施の形態における基板の研磨方法によれば、実施の形態1における基板の研磨方法と同様の効果を得ることができる。加えて、研磨時に基板10を固定するための冶具が不要になる。   According to the substrate polishing method in the present embodiment, the same effects as those of the substrate polishing method in Embodiment 1 can be obtained. In addition, a jig for fixing the substrate 10 during polishing becomes unnecessary.

(実施の形態3)
本実施の形態においては、実施の形態1または2に記載の方法で研磨された基板について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a substrate polished by the method described in Embodiment 1 or 2 will be described.

図4および図5は、本発明の実施の形態3における研磨後の基板を模式的に示す図である。図4は平面図であり、図5は図4のV−V線に沿う断面図である。図4および図5を参照して、実施の形態1または2に記載の方法で研磨された基板10の表面12は、算術平均粗さRaおよび最大高さRyの両方において優れている。基板10の表面12の算術平均粗さRaの値は、表面12上に形成されるエピタキシャル層の結晶性に影響を与え、基板10の表面12の最大高さRyの値は、表面12上に形成されるデバイスの歩留りに影響を与える。   4 and 5 are diagrams schematically showing the substrate after polishing in the third embodiment of the present invention. 4 is a plan view, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 4 and 5, surface 12 of substrate 10 polished by the method described in the first or second embodiment is excellent in both arithmetic average roughness Ra and maximum height Ry. The value of the arithmetic average roughness Ra of the surface 12 of the substrate 10 affects the crystallinity of the epitaxial layer formed on the surface 12, and the value of the maximum height Ry of the surface 12 of the substrate 10 is determined on the surface 12. Affects the yield of devices formed.

具体的には、基板10の表面12は、86μm四方の面における算術平均粗さRaが0.1nm≦Ra≦3.0nmであり、かつ基板10の外周部を除いた全面(基板10の内部)における最大スクラッチ深さDが2nm≦D≦90nmである(最大高さRyの値はスクラッチ深さDの値に依存する)。ここで基板10の外周部とは、円盤状をなす基板の表面のうち、外縁部端面から中心に向かう径方向に関して、当該直径の10%以内の長さ分の領域を指す。また、基板10端部のロールオフ量が小さい。具体的には、表面12に平行な方向のロールオフ量dxが10μm≦dx≦500μmであり、好ましくは10μm≦dx≦50μmである。表面12に垂直な方向のロールオフ量dzが5nm≦dz≦2500nmであり、好ましくは5nm≦dz≦200nmである。   Specifically, the surface 12 of the substrate 10 has an arithmetic average roughness Ra in a 86 μm square surface of 0.1 nm ≦ Ra ≦ 3.0 nm, and the entire surface excluding the outer peripheral portion of the substrate 10 (inside the substrate 10 ) Is 2 nm ≦ D ≦ 90 nm (the value of the maximum height Ry depends on the value of the scratch depth D). Here, the outer peripheral portion of the substrate 10 refers to a region corresponding to a length within 10% of the diameter in the radial direction from the end surface of the outer edge portion to the center of the surface of the substrate having a disk shape. Further, the roll-off amount at the end of the substrate 10 is small. Specifically, the roll-off amount dx in the direction parallel to the surface 12 is 10 μm ≦ dx ≦ 500 μm, and preferably 10 μm ≦ dx ≦ 50 μm. The roll-off amount dz in the direction perpendicular to the surface 12 is 5 nm ≦ dz ≦ 2500 nm, preferably 5 nm ≦ dz ≦ 200 nm.

ここで、算術平均粗さRa、スクラッチ深さDおよびロールオフ量dx、dzは以下の方法で算出される。   Here, the arithmetic average roughness Ra, the scratch depth D, and the roll-off amounts dx, dz are calculated by the following method.

始めに、二光束干渉光学系を使用して、基板10の表面12のエッジ部(外縁部から500μm程度)に光を照射し、得られる光の干渉像をCCD(Charge Coupled Device)カメラで撮影することによって、表面12の形状を測定する。次に、表面12の傾きを補正した後で、得られた表面12の形状に基づいて、表面12の算術平均粗さRaおよびスクラッチ深さDを測定する。スクラッチ深さDとは、基板10の外周部を除いた表面12全面において最も深いスクラッチ111の深さである。次に、測定された算術平均粗さRaに基づいて、算術平均粗さRaがRa≦5nmである領域を基板表面と特定し、Ra>5nmである領域を基板表面から除外する(本発明の基板の場合、表面12の全領域に亘ってRa≦5nmであるため、測定された全領域が基板表面と特定される)。次に、得られた表面12の形状に基づいて、基板表面と特定された領域におけるロールオフ量dx、dzを測定する。   First, using a two-beam interference optical system, light is irradiated onto the edge portion (about 500 μm from the outer edge portion) of the surface 12 of the substrate 10 and the resulting interference image of the light is photographed with a CCD (Charge Coupled Device) camera. By doing so, the shape of the surface 12 is measured. Next, after correcting the inclination of the surface 12, the arithmetic average roughness Ra and the scratch depth D of the surface 12 are measured based on the shape of the surface 12 obtained. The scratch depth D is the deepest depth of the scratch 111 on the entire surface 12 excluding the outer peripheral portion of the substrate 10. Next, based on the measured arithmetic average roughness Ra, a region where the arithmetic average roughness Ra is Ra ≦ 5 nm is identified as the substrate surface, and a region where Ra> 5 nm is excluded from the substrate surface (in the present invention). In the case of a substrate, since Ra ≦ 5 nm over the entire region of the surface 12, the measured entire region is specified as the substrate surface). Next, based on the shape of the obtained surface 12, the roll-off amounts dx and dz in the region specified as the substrate surface are measured.

なお、実施の形態1または2に記載の方法において機械研磨を採用した場合、研磨直後の基板10の表面12は、算術平均粗さRaが0.1nm≦Ra≦1.5nmであり、かつスクラッチ111の深さDが1nm≦D≦30nmとなる。しかし、機械研磨を施した場合、基板10の表面12には加工変質層が形成される。このため、機械研磨後にはドライエッチングによりこの加工変質層を除去する必要がある。通常、スクラッチ部分は他の部分に比べてエッチングされやすい性質を有しているので、ドライエッチングによってスクラッチ深さは増加することが多い。その結果、ドライエッチング後の基板10の表面12は、上述のように算術平均粗さRaが0.1nm≦Ra≦3.0nmとなり、かつスクラッチ深さDが2nm≦D≦90nmとなる。   When mechanical polishing is employed in the method described in the first or second embodiment, the surface 12 of the substrate 10 immediately after polishing has an arithmetic average roughness Ra of 0.1 nm ≦ Ra ≦ 1.5 nm and a scratch. The depth D of 111 is 1 nm ≦ D ≦ 30 nm. However, when mechanical polishing is performed, a work-affected layer is formed on the surface 12 of the substrate 10. For this reason, it is necessary to remove this work-affected layer by dry etching after mechanical polishing. Usually, the scratch portion is more easily etched than the other portions, so that the scratch depth is often increased by dry etching. As a result, the surface 12 of the substrate 10 after dry etching has an arithmetic average roughness Ra of 0.1 nm ≦ Ra ≦ 3.0 nm and a scratch depth D of 2 nm ≦ D ≦ 90 nm as described above.

一方、従来の機械研磨では本実施の形態のような算術平均粗さRaの範囲およびスクラッチ深さDの範囲の両方を得ることはできない。従来の機械研磨においてダイヤモンドなどの高硬度(ビッカース硬度Hv>2800)の砥粒を用いた場合、砥粒による基板の表面荒れが生じ、算術平均粗さRaの値が悪化する。また、従来の機械研磨において細かい砥粒を含む研磨液を用いて平坦性を向上(算術平均粗さRaの値を低減)しようとした場合、砥粒が凝集して基板表面に部分的に深い傷を生じさせ、スクラッチ深さDの値が悪化する。   On the other hand, conventional mechanical polishing cannot obtain both the range of the arithmetic average roughness Ra and the range of the scratch depth D as in the present embodiment. When abrasive grains of high hardness (Vickers hardness Hv> 2800) such as diamond are used in conventional mechanical polishing, surface roughness of the substrate due to the abrasive grains occurs, and the value of the arithmetic average roughness Ra deteriorates. In addition, when trying to improve flatness (reducing the value of arithmetic average roughness Ra) using a polishing liquid containing fine abrasive grains in conventional mechanical polishing, the abrasive grains aggregate and are partially deep on the substrate surface. A scratch is caused, and the value of the scratch depth D is deteriorated.

また、従来のCMPでは本実施の形態のようなロールオフ量dx、dzの範囲を得ることはできない。従来のCMPでは圧縮率の大きい(軟質の)研磨パッドを用いて基板を研磨する。圧縮率の大きい研磨パッドを用いた場合、研磨時に基板表面のみならず基板側面にもパッドが接触し、基板側面まで研磨される。その結果、大きなエッジロールオフ部分112が生じ、ロールオフ量dx、dzの値が悪化する。   Further, the conventional CMP cannot obtain the range of the roll-off amounts dx and dz as in the present embodiment. In conventional CMP, a substrate is polished using a polishing pad having a high compression rate (soft). When a polishing pad having a high compression ratio is used, the pad contacts not only the substrate surface but also the substrate side surface during polishing, and the substrate side surface is polished. As a result, a large edge roll-off portion 112 is generated, and the roll-off amounts dx and dz are deteriorated.

さらに、上述ように算術平均粗さRaに基づいて基板表面を特定してロールオフ量を算出することにより、研磨後に端部に面取りを施した基板であっても、本実施の形態の基板か否かを判別することができる。すなわち、基板の端部を面取りした場合、面取り部の算術平均粗さRaは10nm以上となり、5nm以下となることはない。従って、面取り部が基板表面から除外され、面取り部を除いた領域でロールオフ量を算出可能となる。また、面取りを施した場合には、面取り部と基板表面との間が連続した滑らかな曲面とはならない。   Further, by specifying the substrate surface based on the arithmetic average roughness Ra and calculating the roll-off amount as described above, even if the substrate is chamfered at the end after polishing, the substrate of the present embodiment It can be determined whether or not. That is, when the end portion of the substrate is chamfered, the arithmetic average roughness Ra of the chamfered portion is 10 nm or more and never 5 nm or less. Therefore, the chamfered portion is excluded from the substrate surface, and the roll-off amount can be calculated in the region excluding the chamfered portion. In addition, when chamfering is performed, a smooth curved surface in which the chamfered portion and the substrate surface are continuous is not obtained.

本実施例において、研磨の条件を様々に変化させて、GaN基板のサンプルを準備した。そして形成したGaN基板の算術平均粗さRa、スクラッチ深さDおよびロールオフ量dx、dzを、実施の形態3に記載の方法を用いて算出した。   In this example, GaN substrate samples were prepared by changing the polishing conditions in various ways. The arithmetic average roughness Ra, scratch depth D, and roll-off amounts dx, dz of the formed GaN substrate were calculated using the method described in the third embodiment.

まずサンプルの形成方法としては、図1に示す研磨装置を用いて基板10を異なる条件で研磨する。具体的には、以下の表1および表2の「条件系」の欄に示すように、定盤(金属材料)または研磨パッド(樹脂材料)からなる研磨具3(図1参照)の材質として、サンプルごとに、金属(スズ合金、銅)からなるもの、発泡が小さいポリウレタン(硬質研磨パッド)からなるもの、スウェード加工された樹脂(軟質研磨パッド。表中では「スウェード」)からなるものの3種類に変更したものを用意する。表1中の「研磨具3の材質」の欄において、上段には定盤であるか研磨パッドであるかを記しており、下段には各研磨具3の具体的な材質を記している。   First, as a sample formation method, the substrate 10 is polished under different conditions using the polishing apparatus shown in FIG. Specifically, as shown in the “condition system” column of Tables 1 and 2 below, the material of the polishing tool 3 (see FIG. 1) made of a surface plate (metal material) or a polishing pad (resin material) is used. Each sample consists of metal (tin alloy, copper), polyurethane (hard polishing pad) with small foam, and suede resin (soft polishing pad; “Suede” in the table) 3 Prepare a modified type. In the column of “Material of polishing tool 3” in Table 1, the upper row indicates whether it is a surface plate or a polishing pad, and the lower row indicates the specific material of each polishing tool 3.

また、上述した研磨具3としてポリウレタンまたはスウェードを用いた場合における材料の圧縮率を、サンプルごとに変化させている。なお、表1および表2に示すように、本実施例1で準備したサンプルはすべて、図1に示す固定盤2aに研磨具3をセット(定盤を固定盤2aに形成された溝内に嵌挿させるか、研磨パッドを貼り付ける)したものを用いて研磨したものである。   Further, the compressibility of the material when polyurethane or suede is used as the polishing tool 3 described above is changed for each sample. As shown in Tables 1 and 2, all samples prepared in Example 1 were set with the polishing tool 3 on the stationary platen 2a shown in FIG. 1 (the surface plate was placed in the groove formed on the stationary platen 2a). It is polished using a material that is inserted or affixed with a polishing pad.

表1、表2に示すように、研磨液供給部4から供給される研磨液に、ダイヤモンドからなる砥粒を含んでいる。この砥粒の粒径は、サンプルごとに0.5μm、0.25μm、0.125μmと変化させている。なお、これらの粒径はすべて平均値である。また、軟質材料5のHv、および軟質材料5への圧力Pは表1、表2に示すようにサンプルごとに変化させている。なおサンプル11、サンプル12、サンプル13、サンプル18については、軟質材料5を用いていない。   As shown in Tables 1 and 2, the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply unit 4 contains abrasive grains made of diamond. The grain size of the abrasive grains is changed to 0.5 μm, 0.25 μm, and 0.125 μm for each sample. These particle sizes are all average values. Further, the Hv of the soft material 5 and the pressure P to the soft material 5 are changed for each sample as shown in Tables 1 and 2. Note that the soft material 5 is not used for the sample 11, the sample 12, the sample 13, and the sample 18.

以上のようにサンプルごとに条件(条件系)を変化させて研磨したGaN基板のサンプルの表面に対してドライエッチングを行ない加工変質層を除去した上で、各基板の、算術平均粗さRa、スクラッチ深さDおよびロールオフ量dx、dzを算出した。具体的には、二光束干渉光学系として非接触三次元段差測定計「マイクロマップ」(菱化システム製)を使用して、GaN基板表面から得られる光の干渉像をCCDカメラで撮影した。撮影の際には、二光束対物レンズの倍率を50倍とした。そして、撮影された画像に基づいてGaN基板表面の形状を測定した。測定されたGaN基板表面の形状を図6に示す。図6(a)は研磨具3としての金属製の定盤を用いて研磨したGaN基板表面であり、図6(b)は研磨具3としてのポリウレタン製の研磨パッドを用いて研磨したGaN基板表面である。   As described above, dry etching is performed on the surface of the sample of the GaN substrate polished by changing the condition (condition system) for each sample to remove the work-affected layer, and then the arithmetic average roughness Ra of each substrate is determined. The scratch depth D and roll-off amounts dx and dz were calculated. Specifically, a non-contact three-dimensional level difference meter “Micromap” (manufactured by Ryoka System) was used as a two-beam interference optical system, and an interference image of light obtained from the GaN substrate surface was taken with a CCD camera. At the time of photographing, the magnification of the two-beam objective lens was set to 50 times. Then, the shape of the GaN substrate surface was measured based on the photographed image. The shape of the measured GaN substrate surface is shown in FIG. 6A shows the surface of the GaN substrate polished using a metal surface plate as the polishing tool 3, and FIG. 6B shows the GaN substrate polished using a polyurethane polishing pad as the polishing tool 3. FIG. The surface.

続いて、補正後のGaN基板表面の形状に基づいて、GaN基板表面の算術平均粗さRaおよびスクラッチ深さDを測定した。そして、測定された算術平均粗さRaに基づいて、基板表面を特定した。本実施例1では、測定された全領域が基板表面と特定された。次に、基板表面と特定された領域において、ロールオフ量dx、dzを測定した。   Subsequently, based on the corrected shape of the GaN substrate surface, the arithmetic average roughness Ra and scratch depth D of the GaN substrate surface were measured. Then, the substrate surface was specified based on the measured arithmetic average roughness Ra. In Example 1, the entire measured area was specified as the substrate surface. Next, roll-off amounts dx and dz were measured in a region specified as the substrate surface.

さらに、研磨を行なったGaN基板のエッジ部(表面の外周部)にチッピングが発生しているか否かの観察を併せて行なった。表1、表2において「○」は当該箇所にチッピングが発生していないことを、「×」は当該箇所にチッピングが発生していることを示す。より具体的には「×」は各条件のサンプル中、チッピングが発生したサンプルが10%以上の割合で発生したサンプルを示す。「○」は当該チッピングの発生した割合が上記10%に満たないサンプルを示す。また、「チッピング」とは、欠けなどの外観不良が形成された領域の寸法が本来あるべき外縁から0.3mm以上であるものを示す。また表1、表2に示す各サンプルの枚数はすべて異なるため、上記各表中の各データは各サンプルにおける測定値の平均値を示す。   Furthermore, it was also observed whether or not chipping occurred at the edge portion (outer peripheral portion of the surface) of the polished GaN substrate. In Tables 1 and 2, “◯” indicates that no chipping has occurred at the location, and “X” indicates that chipping has occurred at the location. More specifically, “X” indicates a sample in which chipping occurred at a rate of 10% or more among samples of each condition. “◯” indicates a sample in which the chipping ratio is less than 10%. “Chipping” indicates that the size of a region where an appearance defect such as chipping is formed is 0.3 mm or more from the outer edge which should be originally. In addition, since the numbers of samples shown in Tables 1 and 2 are all different, each data in the above tables shows an average value of measured values in each sample.

Figure 2014068044
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Figure 2014068044
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表1、表2の「結果系(基板)」の欄に、各サンプルの各項目の測定値の平均値を示している。表1は、「条件系」の各項目において上述した本発明に係る好ましい条件を用いて研磨を行なった基板(サンプル)における結果を示している。これに対して表2は、「条件系」の各項目の少なくとも1つ以上の項目に対して本発明に係る好ましい条件以外の条件を用いて研磨を行なった基板(サンプル)における結果を示している。   In the column of “Result System (Substrate)” in Tables 1 and 2, the average value of the measured values of each item of each sample is shown. Table 1 shows the results of the substrate (sample) polished using the preferable conditions according to the present invention described above in each item of “conditional system”. On the other hand, Table 2 shows the results of the substrate (sample) obtained by polishing using at least one of the items in the “conditional system” using conditions other than the preferred conditions according to the present invention. Yes.

表1については、サンプル01から09のいずれのサンプルにおいても、Hvが50≦Hv≦2800の範囲にある軟質材料5を用いて研磨している。この場合、形成された各基板の算術平均粗さRaは0.1nm≦Ra≦3.0nm、スクラッチ深さDは2nm≦D≦90nmである。また、形成された各基板の水平方向ロールオフ量(基板10に平行な方向を示す)dxは10μm≦dx≦500μmであり、垂直方向ロールオフ量dzは5nm≦dz≦2500nmである。また、エッジ部のチッピングに関してはいずれのサンプルも「○」となった。   As for Table 1, in any of the samples 01 to 09, the polishing is performed using the soft material 5 whose Hv is in the range of 50 ≦ Hv ≦ 2800. In this case, the arithmetic average roughness Ra of each formed substrate is 0.1 nm ≦ Ra ≦ 3.0 nm, and the scratch depth D is 2 nm ≦ D ≦ 90 nm. Further, the horizontal roll-off amount (indicating a direction parallel to the substrate 10) dx of each formed substrate is 10 μm ≦ dx ≦ 500 μm, and the vertical roll-off amount dz is 5 nm ≦ dz ≦ 2500 nm. In addition, regarding the chipping of the edge portion, all the samples were “◯”.

以上のデータより、表1に示す「条件系」の各項目において上述した本発明に係る好ましい条件を用いて研磨を行なった基板(サンプル)は、その表面が平坦で良好な品質を有するものであることがわかる。   From the above data, the substrate (sample) polished using the preferred conditions according to the present invention described above in each item of “conditional system” shown in Table 1 has a flat surface and good quality. I know that there is.

また、これらの各基板上に形成した、後述する実施例2(図8参照)に示すデバイス(発光素子)の歩留り(デバイス総合歩留り)は、表1においてはすべて70%以上であるのに対して、表2においてはすべて70%未満となった。このことは表1、表2の「結果系(デバイス)」の欄に示される。したがって、表1に示す平坦で良好な表面を有する基板を用いて形成する発光素子の歩留りが高くなるといえる。なお、ここで各サンプルに形成されたデバイスの歩留りの判断基準は以下のとおりである。たとえば光出力強度が20mW以上であれば当該デバイスは良品であると判断し、光出力強度が20mW未満であれば当該デバイスは不良品であると判断した。   Moreover, the yield (device overall yield) of devices (light emitting elements) formed on each of these substrates and shown in Example 2 (see FIG. 8), which will be described later, is 70% or more in Table 1. In Table 2, it was less than 70% in all cases. This is shown in the column “Result System (Device)” in Tables 1 and 2. Therefore, it can be said that the yield of light-emitting elements formed using a substrate having a flat and favorable surface shown in Table 1 is increased. Here, the criteria for judging the yield of devices formed in each sample are as follows. For example, if the light output intensity is 20 mW or more, the device is determined to be a non-defective product, and if the light output intensity is less than 20 mW, the device is determined to be a defective product.

上述したデバイス総合歩留りは、表1、表2に示す「デバイス歩留り(基板内部)(%)」と「デバイス歩留り(基板外周部)(%)」との総合歩留りである。具体的には、基板外周部のデバイス歩留りとは、上述したように、円盤状をなす基板の表面のうち、外縁部端面から中心に向かう径方向に関して、当該直径の10%以内の長さ分の領域である基板外周部に形成したデバイスの歩留りを示す。これに対して基板内部のデバイス歩留りとは、上記基板外周部以外の(中心側の)領域に形成したデバイスの歩留りを示す。たとえば基板の直径が50mmであれば、中心側の直径40mmの領域は「基板内部」、外縁部端面から5mm以内の領域は「基板外周部」としている。   The above-described total device yield is the total yield of “device yield (inside substrate) (%)” and “device yield (outer peripheral portion of substrate) (%)” shown in Tables 1 and 2. Specifically, as described above, the device yield at the outer peripheral portion of the substrate is a portion within 10% of the diameter in the radial direction from the end surface of the outer edge portion to the center of the surface of the disk-shaped substrate. This shows the yield of devices formed on the outer periphery of the substrate, which is the area of. On the other hand, the device yield inside the substrate indicates the yield of devices formed in a region (on the center side) other than the outer peripheral portion of the substrate. For example, if the substrate has a diameter of 50 mm, the region on the center side having a diameter of 40 mm is “inside the substrate”, and the region within 5 mm from the end surface of the outer edge is “substrate outer peripheral portion”.

なお、サンプル08のように研磨具3(研磨パッド)としてポリウレタンを用いたとしても、デバイス総合歩留りに大きく影響していない。しかしたとえばdxやdzの値が他のサンプルよりも大きくなっており、その結果基板外周部におけるデバイス歩留りが他のサンプルよりも低くなっている。このことから、研磨具3(金属製の定盤)としてはスズ合金を用いることがより好ましい。サンプル08におけるdxやdzのデータを除いた表1における他のサンプルのデータより、dxは10μm≦dx≦50μmであり、dzは5nm≦dz≦200nmであることがより好ましい。   Even if polyurethane is used as the polishing tool 3 (polishing pad) as in sample 08, the overall device yield is not greatly affected. However, for example, the values of dx and dz are larger than those of other samples, and as a result, the device yield at the outer periphery of the substrate is lower than that of other samples. For this reason, it is more preferable to use a tin alloy as the polishing tool 3 (metal surface plate). It is more preferable that dx is 10 μm ≦ dx ≦ 50 μm and dz is 5 nm ≦ dz ≦ 200 nm from the data of other samples in Table 1 excluding dx and dz data in sample 08.

また、軟質材料のHvが50であるサンプル02、同Hvが2800であるサンプル07は、デバイス総合歩留りが70%以上80%未満となっている。これに対して、上述したサンプル08およびサンプル02、サンプル07を除く各サンプルについては、いずれも形成したデバイスの総合歩留りが80%以上となっている。このことから、Hvの値は100≦Hv≦1300であることがより好ましいといえる。またサンプル02とサンプル07はスクラッチ深さDが大きくなっている。このためこれらを除外して、スクラッチ深さDが5nm≦D≦70nmである表面を有することがさらに好ましいといえる。   In addition, the sample 02 in which the soft material Hv is 50 and the sample 07 in which the Hv is 2800 have a device overall yield of 70% or more and less than 80%. On the other hand, with respect to each sample except for the above-described sample 08, sample 02, and sample 07, the overall yield of the formed device is 80% or more. From this, it can be said that the value of Hv is more preferably 100 ≦ Hv ≦ 1300. Sample 02 and sample 07 have a large scratch depth D. For this reason, excluding these, it can be said that it is more preferable to have a surface having a scratch depth D of 5 nm ≦ D ≦ 70 nm.

サンプル09は他のサンプルに比べて研磨液中のダイヤの砥粒の径を小さくしている。このようにすれば、他のサンプルに比べて算術平均粗さRaおよびスクラッチ深さDの値が小さくなっている。このようにRaの値が小さくなると、当該粗さとなるように表面を加工するのに長時間を要する。つまり加工の生産性が悪化することになる。具体的には、たとえばサンプル01を用いてGaN基板の表面を研磨した場合の平均研磨レートは1.5μm/hであったのに対し、サンプル09を用いてGaN基板の表面を研磨した場合の平均研磨レートは0.2μm/hとなった。このため、上述したように0.1nm≦Raであることが好ましいが、0.5nm≦Raであることがより好ましい。ただし、加工の生産性を考慮しなければ、Raが小さい、つまり表面がより平坦であることがより好ましい。したがって、上述したようにRa≦3.0nmであることが好ましいが、Ra≦2.0nmであることがより好ましい。このことから、研磨液中のダイヤの砥粒の径を小さくすれば、より平坦で高品質な基板表面が得られるといえる。   Sample 09 has a smaller diameter of diamond abrasive grains in the polishing liquid compared to other samples. In this way, the arithmetic average roughness Ra and scratch depth D are smaller than those of the other samples. Thus, when the value of Ra becomes small, it takes a long time to process the surface so as to have the roughness. That is, the productivity of processing deteriorates. Specifically, for example, when the surface of the GaN substrate is polished using the sample 01, the average polishing rate was 1.5 μm / h, whereas when the surface of the GaN substrate was polished using the sample 09, The average polishing rate was 0.2 μm / h. Therefore, as described above, 0.1 nm ≦ Ra is preferable, but 0.5 nm ≦ Ra is more preferable. However, if processing productivity is not taken into consideration, it is more preferable that Ra is small, that is, the surface is flatter. Therefore, as described above, Ra ≦ 3.0 nm is preferable, but Ra ≦ 2.0 nm is more preferable. From this, it can be said that a flatter and higher quality substrate surface can be obtained by reducing the diameter of the diamond abrasive grains in the polishing liquid.

次に、比較データである表2に関して説明する。まずサンプル11、12、13、18については、軟質材料5を用いずに研磨している。これらのうちサンプル11は、スクラッチ深さDが180nmとなっており、好ましい範囲であるD≦90nmの2倍となっている。このように深いスクラッチが表面上に形成された基板を用いてデバイス(発光素子)を形成する場合、成膜を行なう前に基板に対して熱処理(サーマルアニール)を行なっても当該スクラッチを除去することが困難である。すなわち当該スクラッチが残った状態でデバイスを形成することになる。このことからデバイス総合歩留りが低下しているものと考えられる。   Next, Table 2 as comparison data will be described. First, samples 11, 12, 13, and 18 are polished without using the soft material 5. Among these samples, the scratch depth D of the sample 11 is 180 nm, which is twice the preferable range of D ≦ 90 nm. When a device (light emitting element) is formed using a substrate having such a deep scratch formed on the surface, the scratch is also removed even if the substrate is subjected to heat treatment (thermal annealing) before film formation. Is difficult. That is, the device is formed with the scratch remaining. From this, it is considered that the overall device yield has decreased.

次にサンプル12は、研磨液中のダイヤの砥粒径を小さく(0.25μmに)している。この場合、算術平均深さRaはサンプル11よりも小さくなるが、スクラッチ深さDはサンプル11に比べて著しい変化が見られない。サンプル13は、サンプル12よりもさらに研磨液中のダイヤの砥粒径を小さく(0.125μmに)している。この場合、算術平均深さRaはサンプル12よりもさらに小さくなるが、スクラッチ深さDはサンプル11、12よりも大きくなっている。これは軟質材料5を用いずに研磨液中のダイヤの砥粒径を小さくすれば、砥粒が研磨具3の表面上で凝集するためである。また研磨具3にポリウレタンからなる研磨パッドを用いたサンプル18についても、サンプル13と同様にスクラッチ深さDが大きくなっている。その結果、デバイス総合歩留りが低くなっている。   Next, in Sample 12, the diamond abrasive grain size in the polishing liquid is reduced (to 0.25 μm). In this case, the arithmetic average depth Ra is smaller than that of the sample 11, but the scratch depth D is not significantly changed as compared with the sample 11. Sample 13 has a diamond abrasive grain size in the polishing liquid smaller than that of sample 12 (0.125 μm). In this case, the arithmetic average depth Ra is smaller than that of the sample 12, but the scratch depth D is larger than those of the samples 11 and 12. This is because the abrasive grains aggregate on the surface of the polishing tool 3 if the abrasive grain size of the diamond in the polishing liquid is reduced without using the soft material 5. The scratch depth D of the sample 18 using a polishing pad made of polyurethane as the polishing tool 3 is also large as in the case of the sample 13. As a result, the overall device yield is low.

サンプル14、15は、表1に示す各サンプルに対して、軟質材料5としてHvが好ましい範囲外のものを用いて研磨を行なったものである。この場合も特にスクラッチ深さDが大きくなっている。たとえばサンプル14のように軟質材料5のHvが小さすぎると、削られた軟質材料5がクッションとして十分に機能しない。またサンプル15のように軟質材料5のHvが大きすぎると、削られた軟質材料5が基板10の表面を傷つける可能性がある。このためスクラッチ深さDの値が好ましい範囲外となっていると考えられる。   Samples 14 and 15 were obtained by polishing each sample shown in Table 1 using a soft material 5 having a Hv outside the preferable range. Also in this case, the scratch depth D is particularly large. For example, if the Hv of the soft material 5 is too small like the sample 14, the cut soft material 5 does not function sufficiently as a cushion. If the Hv of the soft material 5 is too large as in the sample 15, the shaved soft material 5 may damage the surface of the substrate 10. For this reason, it is considered that the value of the scratch depth D is outside the preferable range.

サンプル16とサンプル19は、研磨具3の材質としてスズ合金の代わりにスウェード加工された樹脂(軟質研磨パッド)を用いている。この場合、特にサンプル16においてロールオフ量dxおよびdzが非常に大きくなっている。このため特に基板外周部におけるデバイス歩留りが非常に低くなっている。このためスウェードタイプの研磨具3を用いることは好ましくない。   Sample 16 and sample 19 use a resin (soft polishing pad) that is suede processed instead of tin alloy as the material of the polishing tool 3. In this case, particularly in the sample 16, the roll-off amounts dx and dz are very large. For this reason, the device yield is particularly low at the outer periphery of the substrate. For this reason, it is not preferable to use the suede type polishing tool 3.

スウェード加工された樹脂を用いて研磨液のダイヤの砥粒径を0.125μmと小さくしたサンプル19についても、スクラッチ深さDは小さくなるが、サンプル16と同様にロールオフ量dx、dzが大きい。このためサンプル16と同様に特に基板外周部におけるデバイス歩留りが非常に低くなっている。   For sample 19 in which the abrasive grain diameter of the polishing liquid diamond is made as small as 0.125 μm using the suede processed resin, the scratch depth D is small, but the roll-off amounts dx and dz are large as in sample 16. . For this reason, like the sample 16, the device yield is particularly low particularly at the outer peripheral portion of the substrate.

研磨具3の材質としてスズ合金の代わりに、スズ合金よりも硬質である銅を用いたサンプル17は、基板のエッジ部にチッピングが発生した。このため、特に基板外周部におけるデバイス歩留りが非常に低くなっている。これは銅がスズ合金よりも硬質であるため、研磨された基板のロールオフが通常よりも非常に小さくなる(たとえばdx<10μm、dz<5nmとなる)。このため基板のエッジ部が直角に近い状態となるため、エッジチッピングが発生しやすくなるためである。   In the sample 17 using copper which is harder than the tin alloy instead of the tin alloy as the material of the polishing tool 3, chipping occurred at the edge portion of the substrate. For this reason, the device yield especially in the outer peripheral portion of the substrate is very low. This is because copper is harder than a tin alloy, and the roll-off of the polished substrate is much smaller than usual (eg, dx <10 μm, dz <5 nm). For this reason, since the edge part of a board | substrate will be in the state near a right angle, it is because edge chipping will occur easily.

以上より、本発明に係る好ましい条件を用いて研磨を行なった基板(サンプル)は、その表面を平坦で高品質とすることができる。このため、当該基板に形成するデバイス(発光素子)の歩留りを向上することができるといえる。   As described above, the substrate (sample) polished using the preferable conditions according to the present invention can have a flat and high quality surface. For this reason, it can be said that the yield of devices (light-emitting elements) formed over the substrate can be improved.

上述した表1、表2の「結果系(デバイス)」の欄に示されるデバイス(発光素子)を、実施例1に示す各条件で研磨したGaN基板を用いて形成した。以下に詳細を説明する。   The devices (light-emitting elements) shown in the “Result System (Device)” column of Tables 1 and 2 described above were formed using a GaN substrate polished under the conditions shown in Example 1. Details will be described below.

発光素子(発光ダイオード)を形成するために、まず図7に示す積層構造を形成した。具体的にはまずたとえば図1に示す(実施例1における各サンプルに相当する)基板10を準備した。これらの基板10は、表面を上記図1に示す研磨装置を用いて研磨している。その後、ドライエッチングを行ない基板10の表面に存在する加工変質層を除去した。   In order to form a light emitting element (light emitting diode), first, a laminated structure shown in FIG. 7 was formed. Specifically, for example, a substrate 10 shown in FIG. 1 (corresponding to each sample in Example 1) was prepared. The surface of these substrates 10 is polished using the polishing apparatus shown in FIG. Thereafter, dry etching was performed to remove the work-affected layer present on the surface of the substrate 10.

次にこれらの基板に対して熱洗浄(サーマルクリーニング)を行なった。具体的には、上記有機金属気相成長炉の内部に基板10を設置したまま、当該炉内の圧力を101kPaとなるように制御する。この状態で当該炉内の温度を1050℃にして10分間保持することにより、基板10の表面上に形成されたスクラッチを除去するなどのクリーニングを行なう。   Next, these substrates were subjected to thermal cleaning (thermal cleaning). Specifically, the pressure in the furnace is controlled to be 101 kPa while the substrate 10 is installed in the metal organic chemical vapor deposition furnace. In this state, the temperature in the furnace is set to 1050 ° C. and held for 10 minutes, whereby cleaning such as removal of scratches formed on the surface of the substrate 10 is performed.

熱処理が終わったところで、エピタキシャル成長により図7に示す積層構造を形成した。まず図7に示すn型AlGaN膜97を堆積した。具体的には、上記炉内にTMGa(トリメチルガリウム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)、NH、SiHのガスを供給し、炉内を1050℃に加熱することにより、基板10上にn型AlGaN膜97を成長した。n型AlGaN膜97の膜厚は50nmである。n型AlGaN膜97を形成すれば、基板10の表面に存在する微視的なラフネスを除去し、当該表面をより平坦にすることができる。 When the heat treatment was completed, the laminated structure shown in FIG. 7 was formed by epitaxial growth. First, an n-type AlGaN film 97 shown in FIG. 7 was deposited. Specifically, TMGa (trimethylgallium), TMAl (trimethylaluminum), NH 3 , SiH 4 gas is supplied into the furnace, and the furnace is heated to 1050 ° C., whereby n-type AlGaN is formed on the substrate 10. A film 97 was grown. The film thickness of the n-type AlGaN film 97 is 50 nm. If the n-type AlGaN film 97 is formed, the microscopic roughness present on the surface of the substrate 10 can be removed and the surface can be made flatter.

次に、当該炉内の温度を1100℃に昇温し、図7に示すようにn型AlGaN膜97上にn型GaN膜95を2000nm堆積した。ここではTMGa、NH、SiHのガスを炉内に供給することによりn型GaN膜95を形成した。当該膜の形成速度は毎時4μmであった。当該n型GaN膜95は、発光素子を形成した際にクラッド層またはバッファ層として機能する領域である。n型GaN膜95の形成途中に炉内へのTMGaおよびSiHの供給を停止し、炉内温度を800℃に低下した。そして再びTMGaおよびTMInを供給することにより、厚みが50nmのIn0.05Ga0.95N緩衝層(InGaN層93)を形成した。 Next, the temperature in the furnace was raised to 1100 ° C., and an n-type GaN film 95 was deposited to 2000 nm on the n-type AlGaN film 97 as shown in FIG. Here, the n-type GaN film 95 was formed by supplying gases of TMGa, NH 3 and SiH 4 into the furnace. The film formation rate was 4 μm / hour. The n-type GaN film 95 is a region that functions as a cladding layer or a buffer layer when a light emitting element is formed. During the formation of the n-type GaN film 95, the supply of TMGa and SiH 4 into the furnace was stopped, and the furnace temperature was lowered to 800 ° C. Then, by supplying TMGa and TMIn again, an In 0.05 Ga 0.95 N buffer layer (InGaN layer 93) having a thickness of 50 nm was formed.

次に図7に示す複数の薄膜層が積層された量子井戸構造91を形成した。量子井戸構造91はInGaN膜(InGaN井戸層)とGaN膜(GaN障壁層)とが交互に積層された構成からなる。ここでは量子井戸構造91を形成するために、まず炉内にTMGa、TMIn、NHのガスを供給し、炉内の温度を800℃とすることにより、厚みが3nmで組成がIn0.14Ga0.86NであるInGaN井戸層を形成した。次に炉内にTMGa、NH、SiHのガスを供給し、炉内の温度を1100℃とすることにより、厚みが15nmのGaN障壁層を形成した。上記のInGaN井戸層とGaN障壁層とを交互に3層ずつ形成することにより、量子井戸構造91を形成した。 Next, a quantum well structure 91 in which a plurality of thin film layers shown in FIG. 7 was laminated was formed. The quantum well structure 91 has a configuration in which InGaN films (InGaN well layers) and GaN films (GaN barrier layers) are alternately stacked. Here, in order to form the quantum well structure 91, first, gas of TMGa, TMIn, and NH 3 is supplied into the furnace, and the temperature in the furnace is set to 800 ° C., so that the thickness is 3 nm and the composition is In 0.14. An InGaN well layer of Ga 0.86 N was formed. Next, TMGa, NH 3 , and SiH 4 gases were supplied into the furnace, and the temperature in the furnace was set to 1100 ° C. to form a GaN barrier layer having a thickness of 15 nm. A quantum well structure 91 was formed by alternately forming three layers of the InGaN well layer and the GaN barrier layer.

次に、図7に示すp型AlGaN膜89を形成した。具体的には、上記炉内にTMGa、TMAl、NH、CpMg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)のガスを供給し、炉内を1000℃に加熱することにより、p型AlGaN膜89を形成した。当該p型AlGaN膜89は、Mg(マグネシウム)がドーピングされている。そしてp型AlGaN膜89は、クラッド層または電子ブロック層として機能することができる。 Next, a p-type AlGaN film 89 shown in FIG. 7 was formed. Specifically, a gas of TMGa, TMAl, NH 3 , Cp 2 Mg (biscyclopentadienyl magnesium) is supplied into the furnace, and the inside of the furnace is heated to 1000 ° C., whereby the p-type AlGaN film 89 is formed. Formed. The p-type AlGaN film 89 is doped with Mg (magnesium). The p-type AlGaN film 89 can function as a cladding layer or an electron block layer.

最後にp型GaN膜87を形成した。これは具体的には当該炉内にTMGa、NH、CpMgのガスを供給することにより、p型GaN膜87を50nm形成した。このときの成膜温度は1000℃とした。当該p型GaN膜87はMgがドーピングされており、コンタクト層として機能する。 Finally, a p-type GaN film 87 was formed. Specifically, by supplying TMGa, NH 3 , and Cp 2 Mg gases into the furnace, the p-type GaN film 87 was formed to have a thickness of 50 nm. The film formation temperature at this time was 1000 ° C. The p-type GaN film 87 is doped with Mg and functions as a contact layer.

以上の手順により図7に示す積層構造が形成される。これに対してRIE(反応性イオンエッチング)により図8に示すように基板10の表面に沿った方向(図8の左右方向)に関する一部(外周側)の領域を除去する。具体的には、積層構造の深さ方向(図8の上下方向)に関するn型GaN膜95の一部、およびInGaN層93、量子井戸構造91、p型AlGaN膜89、p型GaN膜87を除去する。このようにして図8の断面図に示すメサ構造を形成する。当該メサ構造の深さは500nmとなるようにした。この後、p型GaN膜87の上にNiAu(金ニッケル)からなるp型透明電極70、Au(金)からなるp型パッド電極60、および基板10の裏面(図8の下側)にTiAl(チタンアルミニウム)からなるn型電極80を形成した。各電極を形成するに当たり、フォトリソグラフィ技術(感光剤の塗布、露光、現像)や超音波洗浄などを行なった。p型パッド電極60のサイズは400μm×400μmである。   The laminated structure shown in FIG. 7 is formed by the above procedure. On the other hand, as shown in FIG. 8, a part (outer peripheral side) region in the direction along the surface of the substrate 10 (left and right direction in FIG. 8) is removed by RIE (reactive ion etching). Specifically, a part of the n-type GaN film 95 in the depth direction of the laminated structure (vertical direction in FIG. 8), the InGaN layer 93, the quantum well structure 91, the p-type AlGaN film 89, and the p-type GaN film 87 are formed. Remove. In this way, the mesa structure shown in the sectional view of FIG. 8 is formed. The depth of the mesa structure was set to 500 nm. Thereafter, the p-type transparent electrode 70 made of NiAu (gold nickel), the p-type pad electrode 60 made of Au (gold) on the p-type GaN film 87, and TiAl on the back surface of the substrate 10 (lower side in FIG. 8). An n-type electrode 80 made of (titanium aluminum) was formed. In forming each electrode, photolithography technique (photosensitive agent application, exposure, development), ultrasonic cleaning, and the like were performed. The size of the p-type pad electrode 60 is 400 μm × 400 μm.

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。本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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、GaN基板などのIII族窒化物材料よりなる基板の研磨方法および基板として適している。   The present invention is suitable as a substrate polishing method and substrate made of a group III nitride material such as a GaN substrate.

1 基板保持部、1a 加圧ヘッド、1b,2b シャフト、2 回転機構部、2a 固定盤、3 研磨具、4 研磨液供給部、5 軟質材料、6 軟質材料保持部、7 スリット、10 基板、12 基板表面、13 軟質材料表面、14 ガイドリング、15 溝、60 p型パッド電極、70 p型透明電極、80 n型電極、87 p型GaN膜、89 p型AlGaN膜、91 量子井戸構造、93 InGaN層、95 n型GaN膜、97 n型AlGaN膜、111 スクラッチ、112 エッジロールオフ部分。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate holding | maintenance part, 1a Pressurization head, 1b, 2b shaft, 2 Rotation mechanism part, 2a Fixing board, 3 Polishing tool, 4 Polishing liquid supply part, 5 Soft material, 6 Soft material holding part, 7 Slit, 10 Substrate, 12 substrate surface, 13 soft material surface, 14 guide ring, 15 groove, 60 p-type pad electrode, 70 p-type transparent electrode, 80 n-type electrode, 87 p-type GaN film, 89 p-type AlGaN film, 91 quantum well structure, 93 InGaN layer, 95 n-type GaN film, 97 n-type AlGaN film, 111 scratch, 112 edge roll-off portion.

Claims (4)

III族窒化物材料よりなる基板であって、
算術平均粗さRaが0.1nm≦Ra≦3.0nmであり、かつ最も深いスクラッチの深さDが2nm≦D≦90nmである表面を有し、
前記表面に平行な方向のロールオフ量dxが10μm≦dx≦500μmであり、前記表面に垂直な方向のロールオフ量dzが5nm≦dz≦2500nmである、基板。
A substrate made of a group III nitride material,
Arithmetic average roughness Ra has a surface where 0.1 nm ≦ Ra ≦ 3.0 nm and deepest scratch depth D is 2 nm ≦ D ≦ 90 nm,
A substrate in which a roll-off amount dx in a direction parallel to the surface is 10 μm ≦ dx ≦ 500 μm, and a roll-off amount dz in a direction perpendicular to the surface is 5 nm ≦ dz ≦ 2500 nm.
前記算術平均粗さRaが0.5nm≦Ra≦2.0nmであり、かつ前記スクラッチの深さDが5nm≦D≦70nmである表面を有する、請求項1に記載の基板。   2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate has a surface where the arithmetic average roughness Ra is 0.5 nm ≦ Ra ≦ 2.0 nm, and the depth D of the scratch is 5 nm ≦ D ≦ 70 nm. 前記表面に平行な方向のロールオフ量dxが10μm≦dx≦50μmであり、前記表面に垂直な方向のロールオフ量dzが5nm≦dz≦200nmである、請求項1または請求項2に記載の基板。   The roll-off amount dx in the direction parallel to the surface is 10 μm ≦ dx ≦ 50 μm, and the roll-off amount dz in the direction perpendicular to the surface is 5 nm ≦ dz ≦ 200 nm. substrate. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の基板を用いて形成した、発光素子。   The light emitting element formed using the board | substrate of any one of Claims 1-3.
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