JP6444207B2 - 六方晶単結晶基板の検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板等の六方晶単結晶基板の検査方法及び装置に関する。

パワーデバイス又はＬＥＤ、ＬＤ等の光デバイスは、ＳｉＣ、ＧａＮ等の六方晶単結晶を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され、積層された機能層に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画されて形成される。

デバイスが形成されるウエーハは、一般的にインゴットをワイヤーソーでスライスして生成され、スライスされたウエーハの表裏面を研磨して鏡面に仕上げられる（例えば、特開２０００−９４２２１号公報参照）。

六方晶単結晶基板は、第１のオリエンテーションフラットと、第１のオリエンテーションフラットに直交する第２のオリエンテーションフラットを有している。例えば、第１のオリエンテーションフラットの長さは第２のオリエンテーションフラットの長さより短く形成されている。

六方晶単結晶基板は、上面の垂線に対して第１のオリエンテーションフラット方向にオフ角α傾斜したｃ軸と、ｃ軸に直交するｃ面を有している。ｃ面は基板の上面に対してオフ角α傾斜している。一般的に、六方晶単結晶基板では、短い第１のオリエンテーションフラットの伸長方向に直交する方向がｃ軸の傾斜方向である。

ｃ面は六方晶単結晶基板中に基板の分子レベルで無数に設定される。オフ角αは、例えば１°〜６°の範囲で自由に設定して基板が製造される。

特開２０００−９４２２１号公報

上述したように、六方晶単結晶基板では、短い第１のオリエンテーションフラットの伸長方向に直交する方向がｃ軸の傾斜方向となるように基板が製造される。しかし、製造誤差等により、ｃ軸方向の傾斜方向に直交する方向に対してオリエンテーションフラットが±５°程度の誤差を持って製造されることがある。従って、オリエンテーションフラットを基準として加工を行うと所望の加工が施せない場合があるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オフ角が形成された方向、即ちｃ軸が傾く方向を高精度に検出可能な六方晶単結晶基板の検査方法及び検査装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、第１の面と該第１の面と反対側の第２の面と、該第１の面から該第２の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する六方晶単結晶基板の検査方法であって、六方晶単結晶基板を透過する波長と、所定方向の偏光面を有する直線偏光のレーザービームを発生するレーザービーム発生手段を準備する準備工程と、六方晶単結晶基板の第１の面をレーザービームの光路に対して垂直に位置付けると共にレーザービームが六方晶単結晶基板を透過するように保持する保持工程と、該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの偏光面に対してレーザービームの中心を回転中心として六方晶単結晶基板を相対的に回転させる回転工程と、六方晶単結晶基板を透過したレーザービームを偏光ビームスプリッタによってＰ偏光とＳ偏光とに分岐する分岐工程と、該偏光ビームスプリッタで分岐したＰ偏光の光量を計測する第１受光素子とＳ偏光の光量を計測する第２受光素子とを用いて、該第１受光素子と該第２受光素子とが計測した光量の光量比を算出する算出工程と、該レーザービームの偏光面に対する六方晶単結晶基板の相対的な回転角度と該算出工程によって算出された光量比とを対比して表示し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する傾き検出工程と、を備えたことを特徴とする六方晶単結晶基板の検査方法が提供される。

好ましくは、該回転工程における六方晶単結晶基板のオリエンテーションフラットを検出するオリエンテーションフラット検出工程を更に備え、該オリエンテーションフラット検出工程において、オリエンテーションフラットが検出された回転角度と近似する回転角度に表れる光量比のピークの回転角度を持ってｃ軸が傾く方向とする。

請求項３記載の発明によると、第１の面と該第１の面と反対側の第２の面と、該第１の面から該第２の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する六方晶単結晶基板の検査装置であって、六方晶単結晶基板を透過する波長と、所定方向の偏光面を有する直線偏光のレーザービームを発生するレーザービーム発生手段と、該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの光路に対して六方晶単結晶基板の第１の面を垂直に位置付けると共にレーザービームが六方晶単結晶基板を透過するように保持する保持手段と、該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの偏光面に対してレーザービームの中心を回転中心として六方晶単結晶基板を相対的に回転させる回転手段と、六方晶単結晶基板を透過したレーザービームをＰ偏光とＳ偏光に分岐する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタで分岐したＰ偏光の光量を計測する第１受光素子と、該偏光ビームスプリッタで分岐したＳ偏光の光量を計測する第２受光素子と、該第１受光素子と該第２受光素子とが計測した光量の光量比を算出する算出手段と、該回転手段の作動によってレーザービームの偏光面に対する六方晶単結晶の相対的な回転角度と該算出手段によって算出された光量比とを対比して表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする六方晶単結晶基板の検査装置が提供される。

好ましくは、六方晶単結晶基板のオリエンテーションフラットを検出する検出手段を更に備え、該表示手段は、オリエンテーションフラットが検出された回転角度と近似する回転角度に表れる光量比のピークの回転角度を持ってｃ軸が傾く方向として表示する。

本発明によると、レーザービームに対して垂直に位置付けられた第１の面に対してオフ角を持って傾斜した六方晶単結晶基板のｃ面がレーザービームの偏光面を屈折させ、相対的な六方晶単結晶基板の回転によって屈折方向が変化することによって、偏光ビームスプリッタによって分岐したＰ偏光とＳ偏光との光量比が回転角度に応じてサインカーブのごとく変化し、オリエンテーションフラットの角度位置に１番近いサインカーブの山又は谷の角度位置が第１の面の垂線に対するｃ軸の傾く方向として検出される。

従って、オリエンテーションフラットの角度位置とサインカーブの山又は谷の角度位置とが一致すればオリエンテーションフラットを信じて加工を施すことができ、一致しない場合は、オリエンテーションフラットの角度位置とサインカーブの山又は谷の角度位置との角度差をオリエンテーションフラットの補正値として加工を行なえば、所望の加工を施すことができる。

本発明実施形態に係る六方晶単結晶基板の検査装置の斜視図である。 六方晶単結晶基板の第１面の垂線とｃ軸との関係を示す図である。 図１に示した検査装置による検査方法を説明する斜視図である。 オリエンテーションフラットの検出方法を説明する平面図である。 回転角度に対するＰ偏光とＳ偏光の光量比を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る六方晶単結晶基板の検査装置１０の斜視図が示されている。検査装置１０は、ベース１２を備えている。

ベース１２には、保持テーブル１４が回転可能に取り付けられている。保持テーブル１４は、中央開口部１６と環状吸引溝１８を有しており、環状吸引溝１８には複数の吸引孔２０が開口している。吸引孔２０は電磁切替弁を介して図示しない吸引源に選択的に接続されている。

ベース１２にはモータ２２が取り付けられており、モータ２２の出力軸に固定されたピニオン２４が保持テーブル１４の下端部に形成されたギア２６に噛み合っている。保持テーブル１４の外周には回転角度を検出するための目盛２８が配設されている。

ベース１２上に搭載されたロータリーエンコーダ３０によって目盛２８を読み取ることにより、保持テーブル１４の回転角度を検出する。ここで、採用したロータリーエンコーダ３０の角度分解能は０．５°であるが、異なる分解能を有するロータリーエンコーダを採用するようにしてもよい。

４４はオリエンテーションフラット検出器であり、例えば、レーザービームを出射して保持テーブル１４に吸引保持された図２に示すような六方晶単結晶基板１１のオリエンテーションフラット１３又は１５からの反射光を検出するレーザー検出器、或いは発生した超音波の反射波を検出する超音波検出器等を採用することができる。

３２はＨｅ−Ｎｅレーザー発振器であり、波長６３２ｎｍのレーザービームを発振する。本実施形態のＨｅ−Ｎｅレーザー発振器は平均出力０．１Ｗのレーザービームを発振するが、出力はこれに限定されるものではなく、他の出力のレーザービームを発振するＨｅ−Ｎｅレーザー発振器を採用するようにしてもよく、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器３２に代わって、異なる波長のレーザービームを発振する他のタイプのレーザー発振器を採用するようにしてもよい。

Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器３２と保持テーブル１４に保持された六方晶単結晶基板１１との間には１／２波長板３４が介装されている。本実施形態では、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器３２と１／２波長板３４とで所定方向の偏光面を有するレーザービームを発生するレーザービーム発生手段を構成する。

３８は、偏光分離膜３６を有する偏光ビームスプリッタであり、偏光分離膜３６を透過したＰ偏光のレーザービームを検出するフォトダイオード等の第１受光素子４０と、偏光分離膜３６で反射したＳ偏光のレーザービームを検出するフォトダイオード等の第２受光素子４２が配設されている。第１受光素子４０及び第２受光素子４２の出力は図３に示す演算手段４６に入力される。

次に、図２を参照して、六方晶単結晶基板１１のｃ軸とオリエンテーションフラット１３との関係について説明する。六方晶単結晶基板１１は、ＳｉＣ基板、又はＧａＮ基板から選択されるが、以下の説明はＳｉＣ基板１１を採用したものとして説明する。

ＳｉＣ基板１１は、第１の面（上面）１１ａと第１の面と反対側の第２の面（裏面）１１ｂを有している。基板１１の上面１１ａは、レーザービームの照射面となるため鏡面に研磨されている。

ＳｉＣ基板１１は、第１のオリエンテーションフラット１３と、第１のオリエンテーションフラット１３に直交する第２のオリエンテーションフラット１５を有している。第１のオリエンテーションフラット１３の長さは第２のオリエンテーションフラット１５の長さより短く形成されている。

ＳｉＣ基板１１は、上面１１ａの垂線１７に対して第１のオリエンテーションフラット１３方向にオフ角α傾斜したｃ軸１９と、ｃ軸１９に直交する図示しないｃ面を有している。ｃ面はＳｉＣ基板１１の上面１１ａに対してオフ角α傾斜している。一般的に、ＳｉＣ基板１１では、短い第１のオリエンテーションフラット１３の伸長方向に直交する方向がｃ軸１９の傾斜方向である。

ｃ面は基板１１中に基板１１の分子レベルで無数に設定される。本実施形態では、オフ角αは４°に設定されている。然し、オフ角αは４°に限定されるものではなく、例えば１°〜６°の範囲で自由に設定してＳｉＣ基板１１を製造することができる。

上述したように、ｃ軸１９の傾斜方向が第１のオリエンテーションフラット１３の伸長方向に直交するように第１のオリエンテーションフラット１３及び第２のオリエンテーションフラット１５が形成されるが、基板１１の製造誤差により、ｃ軸の傾斜方向が第１のオリエンテーションフラット１３の伸長方向に厳密に直交するとは限られず、非常に小さな角度、例えば１°〜２°程度直交方向からずれている場合がある。

このような場合、第１のオリエンテーションフラット１３の伸長方向を基準にして加工を実施すると、所望の加工を施せない場合があるという問題がある。本発明は、第１のオリエンテーションフラット１３の伸長方向に対してｃ軸１９が傾くオフ角αの方向を厳密に検査してこの問題を解決しようとするものである。

次に、図３を参照して、本発明実施形態に係る検査方法について詳細に説明する。尚、以下の説明では、六方晶単結晶基板１１としてＳｉＣ基板を採用し、オフ角αがＳｉＣ基板１１の上面１１ａの垂線１７に対して４°であるものとして説明する。

保持テーブル１４の吸引孔２０を吸引源に接続して、保持テーブル１４上に載置したＳｉＣ基板１１を保持テーブル１４で吸引保持する。そして、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器３２を作動して、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器３２から波長６３２ｎｍ、平均出力０．１Ｗのレーザービームを発振し、１／２波長板３４でその偏光面を回転して、レーザービームをＰ偏光のレーザービームに変換し、保持テーブル１４に保持されているＳｉＣ基板１１の第１の面（上面）１１ａに垂直に照射する。

レーザービームの照射と同時に、モータ２２を駆動して、ＳｉＣ基板１１を保持した保持テーブル１４を矢印Ｒ１方向に回転する。ＳｉＣ基板１１を透過したレーザービームは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３８で、偏光分離膜３６を透過するＰ偏光レーザービームと、偏光分離膜３６で反射されるＳ偏光レーザービームに分岐される。

Ｐ偏光レーザービームは第１受光素子４０で検出され、Ｓ偏光レーザービームは第２受光素子４２で検出される。第１受光素子４０で検出したＰ偏光レーザービームの光量は、例えば電圧値に変換されて、演算手段４６に入力され、第２受光素子４２で検出されたＳ偏光レーザービームの光量は例えば電圧値に変換されて、演算手段４６に入力される。

演算手段４６では、第２受光素子４２で検出したＳ偏光の光量に対する第１受光素子４０で検出したＰ偏光の光量の割合、即ち（Ｐ偏光の光量）／（Ｓ偏光の光量）を計算する。そして、計算結果を、図５に示すような、モニター（表示手段）５０に表示する。

表示手段５０に表示された光量比は、ｃ軸１９方向の屈折率とｃ面方向の屈折率が異なるため、サインカーブとなり、ＳｉＣ基板１１を１回転する間に４方向にピークが表れる。即ち、図５に示すように、３６０°の範囲に４個の山のピークＰ１〜Ｐ４が表れる。

一方、ＳｉＣ基板１１を回転している間にオリエンテーションフラット検出器４４で第１のオリエンテーションフラット１３を検出した際の、回転角度は図５に示すように４２．５°であったとする。

第１のオリエンテーションフラット１３はオフ角αが形成される方向、即ち基板１１の上面１１ａの垂線１７に対してｃ軸１９が傾斜する方向に、直交するようにＳｉＣ基板１１は製造されているため、第１のオリエンテーションフラット１３を検出した回転角度４２．５°と近似する回転角度に表れる光量比のピークＰ１の回転角度、本実施形態では４４°の回転角度を持ってｃ軸１９が傾く方向と決定する。

従って、図４に示すように、第１のオリエンテーションフラット１３の垂線２１に対するオフ角の方向、即ちｃ軸１９が傾く方向βは４２．５°−４４°＝−１．５°と算出される。よって、第１のオリエンテーションフラット１３の垂線２１に対して−１．５°を補正値として加工を行なえば、所望の加工を施すことができる。

尚、ＳｉＣ基板１１に対してＳ偏光のレーザービームを照射すると、（Ｐ偏光の光量）／（Ｓ偏光の光量）はサインカーブの谷に表れる。従って、この場合には、演算手段４６で（Ｐ偏光の光量）／（Ｓ偏光の光量）を演算し、サインカーブの谷の底近傍にｃ軸の方向が表れるようにする。

オフ角αが０の場合には、即ちＳｉＣ基板１１の上面１１ａの垂線１７とｃ軸１９が一致する場合には、ＳｉＣ基板１１にＰ偏光のレーザービームを照射した場合、回転角度によらず、（Ｐ偏光の光量）／（Ｓ偏光の光量）は一定となり、約２となる。

上述した実施形態では、ＳｉＣ基板１１を保持した保持テーブル１４を回転させながらＰ偏光のレーザービームを照射する構成としたが、保持テーブル１４は回転させずに固定して、１／２波長板３４を回転させながらレーザービームを保持テーブル２０に保持されたＳｉＣ基板１１に照射するようにしてもよい。この場合にも、Ｐ偏光とＳ偏光の光量比はサインカーブとなり、サインカーブのピークの回転角度にｃ軸が表れる。

１０ 六方晶単結晶基板の検査装置
１１ 六方晶単結晶基板（ＳｉＣ基板）
１１ａ 第１の面（上面）
１１ｂ 第２の面（裏面）
１３ 第１のオリエンテーションフラット
１４ 保持テーブル
１５ 第２のオリエンテーションフラット
２２ モータ
３０ ロータリーエンコーダ
３２ Ｈｅ−Ｎｅレーザー発振器
３４ １／２波長板
３８ 偏光ビームスプリッタ
４０ 第１受光素子
４２ 第２受光素子
４４ オリエンテーションフラット検出器
４６ 演算手段
５０ モニター（表示手段）

Claims (4)

1. 第１の面と該第１の面と反対側の第２の面と、該第１の面から該第２の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する六方晶単結晶基板の検査方法であって、
   六方晶単結晶基板を透過する波長と、所定方向の偏光面を有する直線偏光のレーザービームを発生するレーザービーム発生手段を準備する準備工程と、
   六方晶単結晶基板の第１の面をレーザービームの光路に対して垂直に位置付けると共にレーザービームが六方晶単結晶基板を透過するように保持する保持工程と、
   該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの偏光面に対してレーザービームの中心を回転中心として六方晶単結晶基板を相対的に回転させる回転工程と、
   六方晶単結晶基板を透過したレーザービームを偏光ビームスプリッタによってＰ偏光とＳ偏光とに分岐する分岐工程と、
   該偏光ビームスプリッタで分岐したＰ偏光の光量を計測する第１受光素子とＳ偏光の光量を計測する第２受光素子とを用いて、該第１受光素子と該第２受光素子とが計測した光量の光量比を算出する算出工程と、
   該レーザービームの偏光面に対する六方晶単結晶基板の相対的な回転角度と該算出工程によって算出された光量比とを対比して表示し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する傾き検出工程と、
   を備えたことを特徴とする六方晶単結晶基板の検査方法。
2. 該回転工程における六方晶単結晶基板のオリエンテーションフラットを検出するオリエンテーションフラット検出工程を更に備え、
   該オリエンテーションフラット検出工程において、オリエンテーションフラットが検出された回転角度と近似する回転角度に表れる光量比のピークの回転角度を持ってｃ軸が傾く方向とする請求項１記載の六方晶単結晶基板の検査方法。
3. 第１の面と該第１の面と反対側の第２の面と、該第１の面から該第２の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有し、該第１の面の垂線に対してｃ軸が傾く方向を検出する六方晶単結晶基板の検査装置であって、
   六方晶単結晶基板を透過する波長と、所定方向の偏光面を有する直線偏光のレーザービームを発生するレーザービーム発生手段と、
   該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの光路に対して六方晶単結晶基板の第１の面を垂直に位置付けると共にレーザービームが六方晶単結晶基板を透過するように保持する保持手段と、
   該レーザービーム発生手段が発生したレーザービームの偏光面に対してレーザービームの中心を回転中心として六方晶単結晶基板を相対的に回転させる回転手段と、
   六方晶単結晶基板を透過したレーザービームをＰ偏光とＳ偏光に分岐する偏光ビームスプリッタと、
   該偏光ビームスプリッタで分岐したＰ偏光の光量を計測する第１受光素子と、
   該偏光ビームスプリッタで分岐したＳ偏光の光量を計測する第２受光素子と、
   該第１受光素子と該第２受光素子とが計測した光量の光量比を算出する算出手段と、
   該回転手段の作動によってレーザービームの偏光面に対する六方晶単結晶の相対的な回転角度と、該算出手段によって算出された光量比とを対比して表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする六方晶単結晶基板の検査装置。
4. 六方晶単結晶基板のオリエンテーションフラットを検出する検出手段を更に備え、
   該表示手段は、オリエンテーションフラットが検出された回転角度と近似する回転角度に表れる光量比のピークの回転角度を持ってｃ軸が傾く方向として表示する請求項３記載の六方晶単結晶基板の検査装置。

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