JP2014100766A - サファイア基板 - Google Patents

Abstract

【課題】４インチ以上の大口径の基板において製造工程を短縮・削減し、反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減させたサファイア基板を提供する。
【解決手段】両面ウェットブラスト工程と、研磨工程と、を少なくとも含むことで得られたサファイア基板であって、両面ウェットブラスト工程は、基板１０の凸面に対しては、基板１０の中心から基板１０の周縁の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施し、基板１０の凹面に対しては、基板１０の周縁から基板１０の中心の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施すことで得られたことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、サファイア基板に関する。

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、サファイア基板上に成長させることが多く、その成長を正常に促すためにサファイア基板は、半導体成長面（表面）が鏡面研磨され、かつ、基板の反り量、うねり量及び厚みムラ量が小さいものが好んで用いられる。

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付工程と、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付工程と、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、表面貼付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１２参照）。

両面ラップ工程で使用される両面ラップ装置は、例えば、粒径が数十〜百μｍの遊離砥粒が供給されるラップ定盤を上下に有し、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の両面を削る装置である。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。

主面メカノケミカル研磨工程で用いられる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、研磨パッド及び基板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。

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、ラップ工程で用いられる遊離砥粒の粒径よりも小さいものである。

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、研磨ヘッドによって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被研磨面は化学的及び機械的に研磨される。従って、主面メカノケミカル研磨工程では、ラップ工程よりも精密な研磨が行われる。

特開２００６−３４７７７６号公報

今般、ＬＥＤ素子などの半導体素子へのコスト低減及び性能向上の要求が強まっている背景から、製造工程の短縮・削減による基板コストの削減や、サファイア基板の高性能化(基板の反り量、うねり量及び厚みムラ量の低減されたサファイア基板)が求められている。

特許文献１に開示されている従来のサファイア基板の製造方法では、両面ラップ装置が使用されている。両面ラップ装置は、ラップ定盤に僅かながら反りやうねりが生じているため、加工する基板の口径が、例えば４インチ以上などの大口径になるほど、ラップ定盤の反りやうねりが影響して精度良く加工することが困難であった。つまり、ラップ定盤による加工では、サファイアインゴットから切り出された直後の反り、うねり及び厚みムラを有する基板（図１参照）に対して、反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減させる、といった加工精度が求められる加工は困難であった。

仮に、両面ラップ装置を用いて４インチ以上の基板をラップ加工するとしても、基板の反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減させた基板を製造するためには、両面ラップ装置によって加工レートを比較的遅く設定（数μｍ／ｍｉｎ程度）する必要があるため加工に時間がかかり、サファイア基板を製造する製造コストが高くなる問題が生じていた。

また、両面ラップ装置によるラップ加工前又はラップ加工後に、基板に熱処理を施すことによって基板に熱応力をかけ、反り量、うねり量及び厚みムラ量が低減させたサファイア基板を製造することができるが、基板の昇温及び降温に非常に時間がかかる点、熱応力の制御に再現性がない点から、反り量、うねり量、厚みムラ量が十分に低減されたサファイア基板を得ることは困難であった。

さらに、従来技術に示されたように両面ラップ装置によって基板を加工する場合、両面ラップ装置の定盤表面の平坦性を保つためには定盤表面のｆａｃｉｎｇ作業を必要とするため、メンテナンス作業が非常に煩わしいものであった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、４インチ以上の大口径の基板において製造工程を短縮・削減し、反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減させたサファイア基板を提供することにある。

本発明に係るサファイア基板は、反り、うねり及び厚みムラを有する基板の上方に配置されたウェットブラスト装置のウェットブラストノズルから前記基板に向けて遊離砥粒を噴射して、前記基板を片面ずつウェットブラスト加工する両面ウェットブラスト工程と、前記両面ウェットブラスト工程後に、前記基板の少なくとも片面を研磨加工する研磨工程と、を少なくとも含むことで得られたサファイア基板であって、前記両面ウェットブラスト工程は、前記基板の凸面に対しては、該基板の中心から該基板の周縁の方向に向かって前記ウェットブラスト加工を前記基板の全面に施し、前記基板の凹面に対しては、該基板の周縁から該基板の中心の方向に向かって前記ウェットブラスト加工を前記基板の全面に施すことで得られたことを特徴とする。

このような特定事項により、ウェットブラスト工程において、基板の凸面に対しては、基板の中心がウェットブラストノズルと最も接近することとなるため、基板の中心が支配的にウェットブラスト加工され、基板の凹面に対しては、基板の周縁がウェットブラストノズルと最も接近することとなるため、基板の周縁が支配的にウェットブラスト加工される。このようなウェットブラスト工程後に基板の片面を研磨加工することにより、熱処理工程を必要とせずに基板の反り量、うねり量、厚みムラ量が低減された高品質なサファイア基板とすることができる。

上記サファイア基板であって、前記両面ウェットブラスト工程において、前記ウェットブラストノズルを、前記ウェットブラスト加工を施す方向に向けて前記基板に対して傾けて配置することで得られたこととする。

このような特定事項により、ウェットブラストノズルをウェットブラスト加工を施す方向に向けて基板に対して傾けて配置するため、ウェットブラストノズルを基板に対して垂直に配置する場合よりも、遊離砥粒が基板に当たる面積を広くすることができ、遊離砥粒を基板に効率よく噴射することができる。これにより、サファイア基板の反り量、うねり量、厚みムラ量をさらに低減させることができる。

上記のサファイア基板であって、前記両面ウェットブラスト工程おいて、前記基板から前記ウェットブラストノズルまでの高さを一定に保持することで得られたこととする。

このような特定事項により、基板からウェットブラストノズルまでの高さを一定に保持するため、基板からウェットブラストノズルの高さを一定としない場合よりも、基板に均等に遊離砥粒を噴射することができる。これにより、基板の凹凸度合い（うねり量）を均等に低減させることができる。

上記のサファイア基板であって、前記ウェットブラスト加工及び研磨加工により、前記基板の厚みムラ量が２μｍ以下、うねり量が４μｍ以下、反り量が±１０μｍ以下とされたこととする。

このような特定事項により、厚みムラ量、うねり量、反り量が低減されたサファイア基板を提供することができ、正常にIII−Ｖ族窒化物半導体をサファイア基板上に成長させることができる。

本発明によれば、４インチ以上の大口径の基板において製造工程を短縮・削減し、反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減させたサファイア基板を提供できる。

サファイアインゴットからスライスされた直後の基板の断面図である。 両面ウェットブラスト工程の模式図である。 両面ウェットブラスト工程において、基板の表面にウェットブラスト加工を施す一実施形態を示し、（ａ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図である。 両面ウェットブラスト工程において、基板の裏面にウェットブラスト加工を施す一実施形態を示し、（ａ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図である。 両面ウェットブラスト加工後の基板の断面図である。 貼付工程を示す断面図である。 ラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ラップ装置の概略を示す断面図である。 ＣＭＰ工程を示し、（ａ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す断面図である。 本発明のサファイア基板の製造フローである。 両面ウェットブラスト工程において、基板の表面にウェットブラスト加工を施す他の実施形態を示し、（ａ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図である。 両面ウェットブラスト工程において、基板の裏面にウェットブラスト加工を施す他の実施形態を示し、（ａ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図である。 従来のサファイア基板の製造方法を示す製造フローである。

以下、本発明の第１実施形態について図１から図９を参照しながら説明する。

[第１実施形態]
本実施形態に係るサファイア基板は、反り、うねり及び厚みムラを有する基板１０の上方に配置されたウェットブラスト装置５００のウェットブラストノズル５２０から基板１０に向けて遊離砥粒５３０を噴射して、基板１０を片面ずつウェットブラスト加工する両面ウェットブラスト工程と、両面ウェットブラスト工程後に、基板１０の少なくとも片面を研磨加工する研磨工程（ラップ工程・ＣＭＰ工程）と、を少なくとも含むことで得られたサファイア基板であって、両面ウェットブラスト工程は、基板１０の凸面に対しては、基板１０の中心から基板１０の周縁の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施し、基板１０の凹面に対しては、基板１０の周縁から基板１０の中心の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施すことで得られたことを特徴とする。

基板１０は、サファイアインゴットからスライスされたものであり、基板１０の表面１０Ａ及び裏面１０Ｂの凹凸の高さｕを「うねり量」（凹凸度合い）とし、基板１０面内の厚みの平均値ｔを「厚み」とし、「厚み」からの差分Δｔを「厚みムラ量」とし、基板１０の凹面を水平面に載置した際、基板１０の凹面の中心から水平面までの距離ｓを基板の「反り量」とする（図１参照）。

本実施形態では、６インチの基板１０を使用し、サファイアインゴットからスライスされた直後の基板１０は、厚み１３７８μｍ、厚みムラ量の最大値は３０μｍ以下、うねり量の最大値は３０μｍ以下、及び反り量の最大値は１５０μｍ以下とする。また、基板１０の凸面を表面１０Ａ、基板１０の凹面を裏面１０Ｂとする。なお、基板の表面１０Ａが凹面、裏面１０Ｂが凸面であっても構わない。

この基板１０を用いたサファイア基板の製造方法について、以下、工程に沿って説明する。

・両面ウェットブラスト工程
まず両面ウェットブラスト工程について説明する。図２は、両面ウェットブラスト工程の模式図、図３は、両面ウェットブラスト工程において、基板の表面にウェットブラスト加工を施す一実施形態を示し、（ａ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、図４は、両面ウェットブラスト工程において、基板の裏面にウェットブラスト加工を施す一実施形態を示し、（ａ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、図５は、両面ウェットブラスト加工後の基板の断面図である。

本実施形態の両面ウェットブラスト工程では、先に基板１０の表面１０Ａ（凸面）をウェットブラスト加工した後に、基板１０の裏面１０Ｂ（凹面）をウェットブラスト加工する。

ウェットブラスト加工に用いられるウェットブラスト装置５００には、基板１０を載置するステージ５１０と、ステージ５１０を水平方向に移動させるステージ移動機構（不図示）と、ステージ５１０と対峙して配置され、ステージ５１０上に遊離砥粒と圧縮空気とが混合された遊離砥粒５３０を噴射するウェットブラストノズル５２０と、が備えられている。

ウェットブラストノズル５２０には、遊離砥粒５３０が導入される遊離砥粒導入部５２１と、圧縮空気が導入される空気導入部５２２と、導入された遊離砥粒と圧縮空気とが混合される混合室５２３と、この混合室５２３から圧縮空気とともに送られてきた遊離砥粒５３０をステージ５１０の移動方向（図２の矢符Ｘ方向）とステージ５１０と同一平面において直交する直線上に噴射するスリット状の噴射部５２４と、が備えられている。本実施形態では、ウェットブラストノズル５２０は、基板１０とのなす角度が９０°として配置されている。

このウェットブラスト装置５００を用いて、まず、基板１０の表面１０Ａをウェットブラスト加工する。基板１０の表面１０Ａ（凸面）を、ウェットブラストノズル５２０に向けてステージ５１０に載置する。その後、ステージ５１０をステージ移動機構によって移動させ、基板１０の中心の上方にウェットブラストノズル５２０を配置させる。これにより、ウェットブラストノズル５２０と基板１０とが最も接近することとなる（図３（ａ）参照）。このように配置した後に、ウェットブラストノズル５２０から１ＭＰａを超えない圧力で遊離砥粒５３０を基板１０に向けて垂直に噴射する。これとともに、基板１０の中心から周縁まで遊離砥粒５３０が当たるようにステージ５１０を図３（ａ）の矢符＋Ｘ方向に数ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させる。これにより、基板１０の中心から基板１０の周縁まで（つまり、図３（ａ）に示された基板１０の左側の半面）をウェットブラスト加工する。

基板１０の周縁までウェットブラスト加工した後に、ウェットブラスト加工が施されていない基板１０の半面にウェットブラスト加工を施すため、再び、基板１０の中心に遊離砥粒５３０が噴射されるようにステージ５１０を移動させて、基板１０の表面１０Ａの中心の上方にウェットブラストノズル５２０を配置する（図３（ｂ）参照）。このように配置した後に、基板１０が載置されたステージ５１０を、前述したウェットブラスト加工を施した方向と反対方向（図３（ｂ）の矢符−Ｘ方向）に移動させる。これとともに、遊離砥粒５３０をウェットブラストノズル５２０から基板１０に向けて噴射し、ウェットブラスト加工されていない基板１０の半面（つまり、図３（ｂ）に示された基板１０の右側の半面）をウェットブラスト加工する。これにより、基板１０の表面１０Ａの全面にウェットブラスト加工が施される。

次に、基板１０をひっくり返し、基板１０の裏面１０Ｂ（凹面）に対してウェットブラスト加工を施す。基板１０の裏面１０Ｂを、ウェットブラストノズル５２０に向けてステージ５１０に載置する。その後、ウェットブラストノズル５２０と基板１０とが最も接近するようにステージ５１０を移動させ、凹面の基板１０の周縁の直上にウェットブラストノズル５２０を配置する（図４（ａ）参照）。このように配置した後に、ウェットブラストノズル５２０から１ＭＰａを超えない圧力で遊離砥粒５３０を基板１０に向けて垂直に噴射する。これとともに、基板１０の周縁から中心まで遊離砥粒５３０が当たるようにステージ５１０を図４（ａ）の矢符＋Ｘ方向に数ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させる。これにより、基板１０の周縁から基板１０の中心まで（つまり、図４（ａ）に示された基板１０の左側の半面）をウェットブラスト加工する。

基板１０の周縁から中心までウェットブラスト加工した後、ウェットブラスト加工が施されていない基板１０の半面にウェットブラスト加工を施すため、ステージ５１０を移動させてウェットブラスト加工を施した基板１０の周縁と反対側の基板１０の周縁の上方にウェットブラストノズル５２０を配置する（図４（ｂ）参照）。このようにウェットブラストノズル５２０を配置した後に、ステージ５１０を、前述したウェットブラスト加工を施した方向と反対方向（図４（ｂ）の矢符−Ｘ方向）に移動させるとともに、ウェットブラストノズル５２０から遊離砥粒５３０を基板１０に向けて噴射する。これにより、ウェットブラスト加工されていない基板１０の半面（つまり、図４（ｂ）に示された基板１０の左側の半面）についてもウェットブラスト加工されることとなり、基板１０の裏面１０Ｂの全面にウェットブラスト加工が施される。

ここで、基板１０の裏面１０Ｂのウェットブラスト加工量は、基板１０の表面１０Ａのウェットブラスト加工量よりも多くウェットブラスト加工することが好ましい。本実施形態では、基板１０の表面１０Ａの加工量を５μｍとし、基板１０の裏面１０Ｂの加工量を１０μｍとした。このようにウェットブラスト加工量を設定することにより、基板１０の表面１０Ａに加わった加工応力よりも、基板１０の裏面１０Ｂに加わった加工応力を大きくすることができる。これにより、基板１０の表面１０Ａにかかる加工応力よりも基板１０の裏面１０Ｂにかかる加工応力の方が大きいため、基板１０の裏面の凹面度合いを低減することができる。つまり、両面ウェットブラスト工程後の基板１０の反り量は５μｍ、基板１０の厚みムラ量は２μｍ、基板のうねり量は、４μｍとなり、サファイアインゴットからスライスされた直後に比べて基板１０の反り量、うねり量及び厚みムラ量を低減できた（図５参照）。

なお、ウェットブラスト加工では、ステージ５１０の移動速度が遅いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が長くなるため、加工量が多くなる。逆に、ステージ５１０の移動速度が速いほど、基板１０が遊離砥粒５３０に曝されている時間が短くなるため、加工量が少なくなる。つまり、加工レートは、ステージ５１０の移動速度に依存する。

また、加工レートを数μｍ／ｍｉｎとしているため、ウェットブラスト工程の処理時間は数分である。よって、後述の研削工程の処理時間を加えても、従来の両面ラップ装置を用いた場合の両面ラップ時間に比べて、短時間で処理を行うことができるため、工程の短縮化を図ることができる。

なお、遊離砥粒５３０に使用される遊離砥粒は、基板１０の平坦性を向上させるため、粒径が揃った遊離砥粒を用いることが望ましく、平均粒径数十から数百μｍのアルミナが使用される。

また、ウェットブラスト加工は、従来技術と異なり、定盤の管理を必要としないため、メンテナンスを容易に行うことができる。

・貼付工程
次に貼付工程について説明する。図６は、貼付工程を示す断面図である。

貼付工程では、後述するラップ加工及びＣＭＰ研磨する基板１０の面と逆側の面に、基板保持部材３００を貼り付ける。本実施形態では、基板１０の裏面１０Ｂに基板保持部材３００を貼り付ける。

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。

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とを貼り付ける。貼り付け時には基板１０の表面１０Ａから圧力をかけるとよい。

これにより、プレート３１０を介して、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、接着剤としては、例えばアクリル樹脂又はガラスエポキシ樹脂が挙げられる。また、プレート３１０としては、セラミックプレートが挙げられる。

以上、説明したように、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、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が定盤４１０方向に押しつけられても、基板保持部材３００により基板１０を保護することができる。

・ラップ工程
次にラップ工程について説明する。図７は、ラップ工程を示し、（ａ）は、ラップ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ラップ装置の概略を示す断面図である。

ラップ工程では、少なくともウェットブラスト加工を施した片面をラップ加工するが、基板１０の両面をラップ加工しても構わない。本実施形態では、基板１０の表面１０Ａをラップ加工する。

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の中心を回転軸、定盤４１０の中心を回転軸として、それぞれ独立して回転させるモータ（不図示）と、が備えられている。なお、定盤４１０には、銅又は錫を含む比較的軟質な金属系の定盤が用いられる。

本ラップ装置４００を用いて基板１０のラップ加工を行う。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。

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回転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出する。定盤４１０は、３０ｒｐｍから８０ｒｐｍまでの回転数で回転させることが好ましい。

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。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又はスエードタイプの研磨布で基板１０の表面１０Ａを研磨する。

本ラップ工程において、前述した基板１０の表面１０Ａを５５μｍ加工し、ラップ工程終了時の基板１０の厚みは１３０８μｍとなる。

・ＣＭＰ工程及び精密洗浄工程
次にＣＭＰ工程について説明する。図８は、ＣＭＰ工程を示し、（ａ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す平面図、（ｂ）は、ＣＭＰ装置の概略を示す断面図である。

ＣＭＰ工程では、前述したラップ加工を行った後に、そのラップ加工を行った基板１０の表面１０ＡをＣＭＰ研磨する。

ＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置４５０と前述したラップ装置４００とは、遊離砥粒等の化学薬品を精密洗浄するための洗浄液が吐出される洗浄液ノズル４６０が備えられている点と、遊離砥粒に数十ｎｍの粒径であるコロイダルシリカを用いる点と、が異なるだけであるから、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

ＣＭＰ研磨は、定盤４１０の回転軸及び取付具４２０の回転軸によって、定盤４１０と取付具４２０とを回転させると共に、ノズル４３０から遊離砥粒を吐出してＣＭＰ研磨を行う。本実施形態では、ＣＭＰ工程において、基板１０の表面１０Ａを８μｍＣＭＰ研磨する。これにより、ＣＭＰ工程終了時の基板１０の厚みは１３００μｍとなる。

その後に、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の除去や、アルカリ性の化学薬品であるコロイダルシリカの洗浄を行うための洗浄液を洗浄液ノズル４６０から吐出しながら、基板１０の表面１０Ａの精密洗浄を行う。精密洗浄工程後は基板１０の表面１０Ａは、鏡面仕様となる。

精密洗浄後、基板保持部材３００から基板１０を取り外すことにより、基板の厚みムラ、うねり、及びそりが低減されたサファイア基板を製造することができる。

なお、本実施形態により製造されたサファイア基板の厚みムラは、ラップ装置の定盤及びＣＭＰ装置の定盤の精度が±２μｍ以内であるため、±２μｍ以下とできる。基板１０の反り量及びうねり量は研削工程終了後から変わらず、サファイア基板の表面が凸面であり、その反り量は５μｍ、うねり量は４μｍである。

以上、説明したとおり、本実施形態のサファイア基板の製造工程を経ることにより、サファイアインゴットからスライスした直後の基板は、厚み１３７０μｍ、厚みムラ量３０μｍ、うねり量３０μｍ、及び反り量は１５０μｍであったが、本実施形態の製造工程を施すことにより、厚み１３００μｍ、厚みムラ量２μｍ、うねり量４μｍ、及び反り量５μｍのサファイア基板を製造することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について図１０及び図１１を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態のものと、ウェットブラストノズルの配置形態が異なるだけであるから、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係るサファイア基板は、第１実施形態における両面ウェットブラスト工程において、ウェットブラストノズル５２０を、ウェットブラスト加工を施す方向に向けて基板１０に対して傾けて配置することで得られたことを特徴とするサファイア基板である。

以下、工程に沿って説明する。

・両面ウェットブラスト工程
両面ウェットブラスト工程について図１０を参照しながら説明する。図１０は、両面ウェットブラスト工程において、基板の表面にウェットブラスト加工を施す他の実施形態を示し、（ａ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、図１１は、両面ウェットブラスト工程において、基板の裏面にウェットブラスト加工を施す他の実施形態を示し、（ａ）は、ステージを−Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図、（ｂ）は、ステージを＋Ｘ方向に移動させる状態を示す模式図である。

まず、基板１０の表面１０Ａをウェットブラスト加工する。本実施形態では、ウェットブラストノズル５２０を、ウェットブラスト加工を施す方向（ステージ５１０の移動と反対方向）に向けて斜めに配置する（図１０（ａ）参照）。つまり、ウェットブラストノズル５２０を−Ｘ方向に向け、ステージ５１０に対して３０°傾けて配置する。このようにウェットブラストノズル５２０を配置した後に、実施形態１で説明した方法によって、基板１０の中心から基板１０の周縁まで（つまり、図１０（ａ）に示された基板１０の左側の半面）をウェットブラスト加工する。

ウェットブラスト加工後、ウェットブラスト加工が施されていない基板１０の半面にウェットブラスト加工を施すため、再び、基板１０の中心に遊離砥粒５３０が噴射されるようにステージ５１０を移動する。これとともに、ウェットブラスト加工の加工方向が変わるため、ウェットブラストノズル５２０の配置を変更する。つまり、ウェットブラストノズル５２０を＋Ｘ方向に向け、ステージ５１０に対して３０°傾けて配置する。このようにウェットブラストノズル５２０を配置した後に、実施形態１で説明した方法によって、基板１０の中心から基板１０の周縁まで（つまり、図１０（ｂ）に示された基板１０の表面１０Ａの半面）をウェットブラスト加工することにより、基板１０の表面１０Ａの全面にウェットブラスト加工が施される。

次に、基板１０をひっくり返し、基板１０の裏面１０Ｂ（凹面）に対してウェットブラスト加工を施す。前述同様、ウェットブラストノズル５２０を、ウェットブラスト加工を施す方向（図１１（ａ）の＋Ｘ方向）に向けて基板１０に対して３０°傾けて配置した後、実施形態１で説明した方法によって、基板１０の周縁から中心まで（つまり、図１１（ａ）に示された基板１０の左側の半面）をウェットブラスト加工する。

ウェットブラスト加工後、ウェットブラスト加工が施されていない基板１０の半面にウェットブラスト加工を施すため、基板１０のウェットブラスト加工が施されていない側の周縁に遊離砥粒５３０が噴射されるようにステージ５１０を移動させる。これとともに、ウェットブラスト加工の加工方向が変わるため、ウェットブラストノズル５２０を−Ｘ方向に向け、ステージ５１０に対して３０°傾けて配置する。ウェットブラストノズル５２０を配置した後に、実施形態１で説明した方法によって、基板１０の周縁から中心まで（つまり、図１１（ｂ）に示された基板１０の右側の半面）をウェットブラスト加工することにより、基板１０の両面がウェットブラスト加工される。

両面ウェットブラスト工程を施した後に、実施形態１で説明した、貼付工程、ラップ工程・研磨工程、精密洗浄工程を施すことにより、サファイア基板を製造することができる。

本実施形態では、サファイアインゴットからスライスした直後の基板は、厚み１３７０μｍ、厚みムラ量３０μｍ、うねり量３０μｍ、及び反り量は１５０μｍであったが、本実施形態のサファイア基板の製造フローを施すことによって、厚み１３００μｍ、厚みムラ量１μｍ、うねり量３μｍ、及び反り量５μｍのサファイア基板を製造することができ、実施形態１の製造工程よりも、サファイア基板のうねり量、厚みムラ量をさらに低減させることができた。

以上、説明したとおり、本実施形態では、ウェットブラストノズル５２０は、ウェットブラスト加工を施す方向に向けて基板１０に対して傾けて配置されているため、ウェットブラストノズル５２０が基板１０に対して垂直に配置されている場合よりも、遊離砥粒５３０が基板１０に当たる面積を広くすることができ、遊離砥粒５３０を基板１０に効率よく噴射することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態のものと、ウェットブラストノズル５２０を高さ方向に制御させる点が異なるだけであるから、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係るサファイア基板は、第１実施形態における前記両面ウェットブラスト工程おいて、前記基板から前記ウェットブラストノズル５２０までの高さを一定に保持することで得られたこととする。

ウェットブラストノズル５２０は、基板１０からウェットブラストノズル５２０までの高さを一定とするように制御されている。このような制御のもとで、実施形態１又は実施形態２で説明したサファイア基板の製造方法によってサファイア基板が製造される。

本実施形態では、サファイアインゴットからスライスした直後の基板は、厚み１３７０μｍ、厚みムラ量３０μｍ、うねり量３０μｍ、及び反り量は１５０μｍであったが、本実施形態のサファイア基板の製造フローを施すことによって、厚み１３００μｍ、厚みムラ量０．５μｍ、うねり量２μｍ、及び反り量５μｍのサファイア基板を製造することができ、実施形態１及び実施形態２の製造工程よりも、サファイア基板のうねり量、厚みムラ量をさらに低減できた。

以上説明したとおり、本実施形態では、基板１０からウェットブラストノズル５２０までの高さが一定に保たれているため、ウェットブラスト加工を施す基板の加工面に均等に遊離砥粒を噴射することができる。よって、基板１０からウェットブラストノズル５２０の高さを一定としない場合よりも、基板１０に均等に遊離砥粒５３０を噴射することができる。これにより、基板１０の凹凸度合い（うねり量）を均等に低減させることができる。

[比較例]
次に、本発明の比較例について説明する。

本発明の比較例として、両面ウェットブラスト工程において、基板１０の表面１０Ａ及び裏面１０Ｂに対して、実施形態１〜３とは異なり、ステージ５１０を一方向にのみ移動させて基板１０の表面１０Ａ又は裏面１０Ｂの全面をウェットブラスト加工を施した。つまり、１回のステージの移動によって基板１０の表面１０Ａ及び裏面１０Ｂにそれぞれウェットブラスト加工を施す両面ウェットブラスト工程を施した。

本比較例では、サファイアインゴットからスライスした直後の基板１０は、厚み１３７０μｍ、厚みムラ量３０μｍ、うねり量３０μｍ、及び反り量は１５０μｍであったが、本比較例のサファイア基板の製造フローを施すことによって、厚み１３００μｍ、厚みムラ量９．５μｍ、うねり量１８．３μｍ、及び反り量１０μｍのサファイア基板となった。

以上、前述した実施形態１〜３及び比較例におけるサファイア基板の反り量、うねり量、厚みムラ量の値を表１に示す。

表１の結果から、本発明に係る実施形態１〜実施形態３のサファイア基板は、厚みムラ量が２μｍ以下、うねり量が４μｍ以下、反り量が１０μｍ以下とすることができ、比較例で示したサファイア基板の厚みムラ量、反り量、うねり量よりも低減することができた。

よって、正常にIII−Ｖ族窒化物半導体をサファイア基板上に成長させることができる。

[本発明の構成及び効果]
本発明に係るサファイア基板は、反り、うねり及び厚みムラを有する基板１０の上方に配置されたウェットブラスト装置のウェットブラストノズル５２０から基板１０に向けて遊離砥粒５３０を噴射して、基板１０を片面ずつウェットブラスト加工する両面ウェットブラスト工程と、両面ウェットブラスト工程後に、基板１０の少なくとも片面を研磨加工する研磨工程と、を少なくとも含むことで得られたサファイア基板であって、両面ウェットブラスト工程は、基板１０の凸面に対しては、基板１０の中心から基板１０の周縁の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施し、基板１０の凹面に対しては、基板１０の周縁から基板１０の中心の方向に向かってウェットブラスト加工を基板１０の全面に施すことで得られたことを特徴とする。

このような特定事項により、ウェットブラスト工程において、基板１０の凸面に対しては、基板１０の中心がウェットブラストノズル５２０と最も接近することとなるため、基板１０の中心が支配的にウェットブラスト加工され、基板１０の凹面に対しては、基板１０の周縁がウェットブラストノズル５２０と最も接近することとなるため、基板１０の周縁が支配的にウェットブラスト加工される。このようなウェットブラスト工程後に基板１０の片面を研磨加工することにより、熱処理工程を必要とせずに基板１０の反り量、うねり量、厚みムラ量が低減された高品質なサファイア基板とすることができる。

上記サファイア基板であって、両面ウェットブラスト工程において、ウェットブラストノズル５２０を、ウェットブラスト加工を施す方向に向けて基板１０に対して傾けて配置することで得られたこととする。

このような特定事項により、ウェットブラストノズル５２０をウェットブラスト加工を施す方向に向けて基板１０に対して傾けて配置するため、ウェットブラストノズル５２０を基板１０に対して垂直に配置する場合よりも、遊離砥粒５３０が基板１０に当たる面積を広くすることができ、遊離砥粒５３０を基板１０に効率よく噴射することができる。これにより、サファイア基板の反り量、うねり量、厚みムラ量をさらに低減させることができる。

上記のサファイア基板であって、両面ウェットブラスト工程おいて、基板１０からウェットブラストノズル５２０までの高さを一定に保持することで得られたこととする。

このような特定事項により、基板１０からウェットブラストノズル５２０までの高さを一定に保持するため、基板１０からウェットブラストノズル５２０の高さを一定としない場合よりも、基板１０に均等に遊離砥粒５３０を噴射することができる。これにより、基板１０の凹凸度合い（うねり量）を均等に低減させることができる。

上記のサファイア基板であって、ウェットブラスト加工及び研磨加工により、基板１０の厚みムラ量が２μｍ以下、うねり量が４μｍ以下、反り量が±１０μｍ以下とされたこととする。

このような特定事項により、厚みムラ量、うねり量、反り量が低減されたサファイア基板を提供することができ、正常にIII−Ｖ族窒化物半導体をサファイア基板上に成長させることができる。

なお、上記に示した本発明の実施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。

１０ 基板
１０Ａ 表面
１０Ｂ 裏面
３００ 基板保持部材
３１０ プレート
３２０ 保持部材
３３０ 吸着パッド
４００ ラップ装置
４１０ 定盤
４２０ 取付具
４３０ ノズル
４５０ ＣＭＰ装置
４６０ 洗浄液ノズル
５００ ウェットブラスト装置
５１０ ステージ
５２０ ウェットブラストノズル
５２１ 遊離砥粒導入部
５２２ 空気導入部
５２３ 混合室
５２４ 噴射部
５３０ 遊離砥粒

Claims (4)

1. 反り、うねり及び厚みムラを有する基板の上方に配置されたウェットブラスト装置のウェットブラストノズルから前記基板に向けて遊離砥粒を噴射して、前記基板を片面ずつウェットブラスト加工する両面ウェットブラスト工程と、
   前記両面ウェットブラスト工程後に、前記基板の少なくとも片面を研磨加工する研磨工程と、を少なくとも含むことで得られたサファイア基板であって、
   前記両面ウェットブラスト工程は、前記基板の凸面に対しては、該基板の中心から該基板の周縁の方向に向かって前記ウェットブラスト加工を前記基板の全面に施し、前記基板の凹面に対しては、該基板の周縁から該基板の中心の方向に向かって前記ウェットブラスト加工を前記基板の全面に施すことで得られたことを特徴とするサファイア基板。
2. 請求項１に記載のサファイア基板であって、
   前記両面ウェットブラスト工程において、前記ウェットブラストノズルを、前記ウェットブラスト加工を施す方向に向けて前記基板に対して傾けて配置することで得られたことを特徴とするサファイア基板。
3. 請求項１又は２に記載のサファイア基板であって、
   前記両面ウェットブラスト工程おいて、前記基板から前記ウェットブラストノズルまでの高さを一定に保持することで得られたことを特徴とするサファイア基板。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のサファイア基板であって、
   前記ウェットブラスト加工及び研磨加工により、前記基板の厚みムラが２μｍ以下、うねり量が４μｍ以下、反り量が±１０μｍ以下とされたことを特徴とするサファイア基板。

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