JP2015019054A - 窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に溝を形成する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に、２つの平滑な傾斜面から構成される溝を形成する新規な方法を提供すること。
【解決手段】Ａ軸、Ｃ軸、およびＭ軸を有する窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に溝を形成する方法であって、円盤状のダイシングブレード３０をＡ軸の方向に沿って動かして第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂを平板１の表面に形成する。ダイシングブレード３０は、その円周に沿った刃３１を有しており、刃３１が平板１に接する。ここで、４５度≦θｂ−ａ≦６０度（Ｉ）、４５度≦θｂ＋ａ≦６０度、０度≦｜ａ｜≦７．５度（ＩＩＩ）である。角度θｂは、Ｍ軸およびＣ軸を含む断面視において、刃１１の表面およびダイシングブレード１０の半径方向の間に形成される角度を表す。角度ａは、平板１の主面１ａおよびＭ軸の間に形成された角度を表す。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に溝を形成する方法に関する。
図７は、特許文献１に含まれる図５の複写を示す。図７に示されるように、特許文献１は、円盤状のダイシングブレードＢを用いて単結晶基板Ｋを分割して、発光素子１０を得る方法を開示している。
特開２０１３−０３８２０８号公報
本発明の目的は、窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に、２つの平滑な傾斜面から構成される溝を形成する新規な方法を提供することである。
本発明は、Ａ軸、Ｃ軸、およびＭ軸を有する窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に溝を形成する方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ） 円盤状のダイシングブレードを前記Ａ軸の方向に沿って動かして、第１傾斜面および第２傾斜面を前記平板の表面に形成する工程、ここで、
前記平板は主面を有しており、
前記円盤状のダイシングブレードは、その円周に沿った刃を有しており、
前記刃が前記平板に接し、
以下の数式（Ｉ）、数式（ＩＩ）、および数式（ＩＩＩ）が充足される：
４５度≦θｂ−ａ≦６０度 （Ｉ）
４５度≦θｂ＋ａ≦６０度 （ＩＩ）
０度≦｜ａ｜≦７．５度 （ＩＩＩ）
ここで、
角度θｂは、前記Ｍ軸および前記Ｃ軸を含む断面視において、前記刃の表面および前記円盤状のダイシングブレードの前記半径方向の間に形成される角度を表し、かつ
角度ａは、前記主面および前記Ｍ軸の間に形成された角度を表し、かつ
第１傾斜面および第２傾斜面の両者は、０．０４６以上０．１３１以下の算術平均粗さＲａを有している。
本発明は、窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に、２つの平滑な傾斜面から構成される溝を形成する新規な方法を提供する。
図１は、本実施形態において用いられる円盤状のダイシングブレード３０および平板１の正面図を示す。 図２は、本実施形態において用いられる円盤状のダイシングブレード３０および平板１の側面図を示す。 図３は、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂから構成される溝２０が表面に形成された平板１の断面図を示す。 図４Ａは、実施例１による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図４Ｂは、実施例２による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図４Ｃは、比較例１による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図４Ｄは、比較例２による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図４Ｅは、比較例３による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図４Ｆは、比較例４による溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。 図５Ａは、実施例１による溝２０の断面プロファイルを示す。 図５Ｂは、比較例２による溝２０の断面プロファイルを示す。 図６は、Ｒａを説明するための図を示す。 図７は、特許文献１に含まれる図５の複写を示す。 図８は、表面粗さプロファイルの一例を示す。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態が説明される。
図１は、本実施形態において用いられる円盤状のダイシングブレード３０および平板１の正面図を示す。図２は、本実施形態において用いられる円盤状のダイシングブレード３０および平板１の側面図を示す。平板１は、基板とも呼ばれ得る。
図１および図２に示されるように、ダイシングブレード３０は、その円周に沿った刃３１を有している。ダイヤモンドから構成される粒子が刃３１に固定されている。図３に示されるように、ダイシングブレード３０によって、平板１の表面に溝２０が形成される。
平板１は、窒化物半導体結晶から形成されている。よく知られているように、窒化物半導体結晶から形成されている平板１は、Ａ軸、Ｍ軸、およびＣ軸を有する。これらの３つの軸は、互いに直交する。望ましくは、窒化物半導体結晶は、窒化物半導体単結晶から形成されている。望ましくは、平板１は、３０マイクロメートル以上１０００マイクロメートルの厚みを有する。
窒化物半導体は、化学式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ＞０、かつｚ≧０）によって表される。望ましくは、窒化物半導体は、ＧａＮから形成される。
平板１は、主面１ａを有する。言い換えれば、主面１ａは、平板１の表面である。図１に含まれる符号Ｐは、主面１ａの法線方向を表す。本実施形態においては、角度ａが、主面１ａの法線方向ＰおよびＭ軸の間に形成されている。
図１に示されるように、Ｍ軸およびＣ軸を含む断面視において、円盤状のダイシングブレード３０の中心からの距離が増加すると、刃３１の幅は減少する。この断面視において、刃３１を含め、円盤状のダイシングブレード３０は、主面１ａの法線方向Ｐ、Ａ軸、およびダイシングブレード３０の重心を含む面に対して面対称である。
図１に示されるように、Ｍ軸およびＣ軸を含む断面視において、角度θｂが、刃３１の表面および主面１ａの法線方向Ｐの間に形成されている。主面１ａの法線方向Ｐは、この断面視において、円盤状のダイシングブレード３０の半径方向に一致する。従って、角度θｂが、断面視において、円盤状のダイシングブレード３０の刃３１の表面および半径方向の間に形成されている。回転軸３２が、ダイシングブレード３０の中心を貫通している。ダイシングブレード３０は、回転軸３２を中心に回転するように、モータ（図示せず）により駆動される。
刃３１が平板１に当接されながら、このようなダイシングブレード３０がＡ軸の方向に沿って動かされる。望ましくは、ダイシングブレード３０の回転速度は、５０００ｒｐｍ以上４００００ｒｐｍ以下である。このようにして、図３に示されるように、Ｍ軸およびＣ軸を含む断面視において、溝２０が形成される。溝２０は、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂから構成される。言うまでもなく、溝２０は、Ｍ軸およびＣ軸を含む断面視においてＶ字型である。
望ましくは、ダイシングブレード３０は、溝２０の深さよりも１００倍以上大きな直径を有する。
本実施形態においては、以下の数式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）が充足される。
４５度≦θｂ−ａ≦６０度 （Ｉ）
４５度≦θｂ＋ａ≦６０度 （ＩＩ）
０度≦｜ａ｜≦７．５度 （ＩＩＩ）
例えば、角度ａが０度である場合、すなわち、主面の法線方向ＰがＭ軸に一致する場合、角度θｂは、４５度以上６０度以下である。この場合、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、Ｍ軸およびＡ軸を含む面に対して面対称である。そのため、実施例１および実施例２に実証されているように、第１傾斜面２１ａの表面は第２傾斜面２１ｂの表面と同様である。
例えば、角度ａが３度である場合、角度θｂは、４８度以上５７度以下である。
例えば、角度ａが５度である場合、角度θｂは、５０度以上５５度以下である。
例えば、角度ａが７度である場合、角度θｂは、５２度以上５３度以下である。
例えば、角度ａが７．５度である場合、角度θｂは、５２．５度である。この場合、第１傾斜面２１ａは、角度ａが０度であり、かつ角度θｂが６０度である場合に現れる第１傾斜面２１ａまたは第２傾斜面２１ｂと同様である。第２傾斜面は、角度ａが０度であり、かつ角度θｂが４５度である場合に現れる第１傾斜面２１ａまたは第２傾斜面２１ｂと同様である。言い換えれば、角度ａが７．５度である場合、後述される図４Ａ（角度θｂ：６０度）および図４Ｂ（角度θｂ：４５度）に示される表面が、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂにそれぞれ現れる。
本実施形態により形成される第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、高い平滑性を有する。具体的には、算術平均粗さＲａが０．１３１以下であることが望ましい。算術平均粗さＲａが低下すると、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂの平滑性は改善する。
算術平均粗さＲａは、平均線から表面粗さプロファイルまでの距離の絶対値の算術平均である。ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ０６０１も参照せよ。
Ｒａの値は、以下の式（ＩＶ）で表される：
Figure 2015019054
ここで、Ｌ：評価長さ、ｆ（ｘ）：表面粗さプロファイル
図６も参照せよ。
Ｒａの値は、表面粗さ測定器を用いて測定され得る。表面粗さ測定器は、Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ社より、商品名「ＣＣＩ Ｌｉｔｅ」として入手可能である。
表面粗さプロファイルとは、表面粗さ測定器を用いて対象物の表面の凹凸形状を測定することによって得られたプロファイルである。図８は、表面粗さプロファイルの一例を示す。
算術平均粗さの詳細のためには、以下のホームページ：http://www.ns-tool.com/technology/technology#06.htmlも参照せよ。
数式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のいずれか１つが充足されない場合、ダイシングブレード３０がＡ軸の方向に沿って動かされても、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂの平滑性は増加しない。後述される比較例１（図４Ｃ）を参照せよ。
ダイシングブレード３０がＡ軸以外の方向、例えば、Ｃ軸の方向に沿って動かされた場合、数式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）が充足されても、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂの平滑性は増加しない。後述される比較例２〜４（図４Ｄ〜図４Ｆ）を参照せよ。言い換えれば、ダイシングブレード３０がＡ軸の方向に動かされ、かつ数式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）が充足される場合、算術平均粗さは０．０４６以上０．１３１以下という小さい値である。一方、ダイシングブレード３０がＣ軸の方向に動かされた場合、数式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）が充足されても、算術平均粗さは０．２３０以上という大きい値である。
（実施例）
以下、実施例を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
（実施例１）
ｍ面の主面を有するＧａＮ単結晶基板１が用意された。このＧａＮ単結晶基板１は、１００マイクロメートルの厚みを有していた。ＧａＮ単結晶基板１はｍ面の主面を有していたので、角度ａは０度に等しかった。
次に、２インチの直径を有するダイシングブレード３０が用意された。角度θｂは、６０度であった。
用意されたＧａＮ単結晶基板１は、エレクトロンワックスを用いて、Ｓｉ基板（図示せず）上に固定された。次に、回転軸３２の長手方向がＣ軸に平行になるように、回転軸３２がセットされた。ダイシングブレード３０はＧａＮ単結晶基板１に接触され、次いでダイシングブレード３０はＡ軸方向に平行に動かされた。このようにして、図３に示されるように、Ｖ字状の溝２０がＧａＮ単結晶基板１に形成された。表１は、溝２０の形成のための詳細なパラメータを示す。
Figure 2015019054
図４Ａは、溝２０が形成された基板１の表面の顕微鏡写真を示す。図４Ａから明らかなように、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、極めて平滑であった。
第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂの算術平均粗さＲａが、レーザーマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、型番：ＶＫ−９７００）を用いて測定された。その結果、算術平均粗さＲａは、０．１３１であった。
図５Ａは、実施例１による溝２０の断面プロファイルを示す。図５に示されるように、実施例１による第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、複数の微小なＭ面および複数の微小なＣ面から構成されていた。
（実施例２）
角度θｂが４５度であったことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４Ｂは、実施例２に係る溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。
（比較例１）
角度θｂが３０度であったことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４Ｃは、比較例１に係る溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。
（比較例２）
ダイシングブレード３０がＣ軸方向に平行に動かされたことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４Ｄは、比較例２に係る溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。図５Ｂは、比較例２による溝２０の断面プロファイルを示す。図５Ｂに示されるように、比較例２による第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、比較的大きなＭ面および複数の微小なＣ面から構成されていた。
（比較例３）
角度θｂが４５度であったこと、およびダイシングブレード３０はＣ軸方向に平行に動かされたことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４Ｅは、比較例３に係る溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。
（比較例４）
角度θｂが３０度であったこと、およびダイシングブレード３０はＣ軸方向に平行に動かされたことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４Ｆは、比較例４に係る溝２０が形成された基板１０の表面の顕微鏡写真を示す。
表２は、実施例および比較例において測定された算術平均粗さＲａを示す。
Figure 2015019054
図４Ａ〜図４Ｂから明らかなように、角度θｂが４５度以上６０度以下であり、かつＶ字状の溝２０がＡ軸に平行である場合には、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは極めて平滑であった。平滑度を示す算術平均粗さＲａも、０．０４６以上０．１３１という小さい値であった。
一方、図４Ｃから明らかなように、角度θｂが３０度である場合には、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは平滑ではなかった。算術平均粗さＲａは、０．３０４という大きい値であった。
図４Ｄ〜図４Ｆから明らかなように、角度θｂの値に拘わらず、Ｖ字状の溝２０がＣ軸に平行である場合には、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは平滑ではなかった。算術平均粗さＲａは、０．２３０以上という大きい値であった。
本発明は、半導体装置の製造のために利用され得る。
１ 平板
１ａ 主面
Ｐ 主面１ａの法線方向
２０ 溝
２１ａ 第１傾斜面
２１ｂ 第２傾斜面
３０ ダイシングブレード
３１ 刃
３２ 回転軸

Claims (4)

  1. Ａ軸、Ｃ軸、およびＭ軸を有する窒化物半導体結晶から形成されている平板の表面に溝を形成する方法であって、以下の工程を具備する：
    （ａ） 円盤状のダイシングブレードを前記Ａ軸の方向に沿って動かして、第１傾斜面および第２傾斜面を前記平板の表面に形成する工程、ここで、
    前記平板は主面を有しており、
    前記円盤状のダイシングブレードは、その円周に沿った刃を有しており、
    前記刃が前記平板に接し、
    以下の数式（Ｉ）、数式（ＩＩ）、および数式（ＩＩＩ）が充足される：
    ４５度≦θｂ−ａ≦６０度 （Ｉ）
    ４５度≦θｂ＋ａ≦６０度 （ＩＩ）
    ０度≦｜ａ｜≦７．５度 （ＩＩＩ）
    ここで、
    角度θｂは、前記Ｍ軸および前記Ｃ軸を含む断面視において、前記刃の表面および前記円盤状のダイシングブレードの前記半径方向の間に形成される角度を表し、
    角度ａは、前記主面および前記Ｍ軸の間に形成された角度を表し、かつ
    第１傾斜面および第２傾斜面の両者は、０．０４６以上０．１３１以下の算術平均粗さＲａを有している。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記窒化物半導体結晶は単結晶である。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    前記ダイシングブレードは、主面の法線方向Ｐ、Ａ軸、およびダイシングブレードの重心を含む面に対して面対称である。
  4. 請求項１に記載の方法であって、さらに以下の工程を具備する。
    （ｂ） 円盤状のダイシングブレードを前記Ｃ軸の方向に沿って動かして、第３傾斜面および第４傾斜面を前記平板の表面に形成する工程、ここで、
    前記第３傾斜面および第４傾斜面の両者は、０．２３０以上の算術平均粗さＲａを有している。
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