JP7146988B1 - ＧａＡｓウエハの製造方法およびＧａＡｓウエハ群 - Google Patents
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Abstract
【課題】オフ角を有するＧａＡｓウエハにおいても、優れたＯＦ方位安定性を有するＧａＡｓウエハの製造方法およびＧａＡｓウエハ群を提供する。【解決手段】ＧａＡｓインゴットの周面に、仮のオリエンテーションフラットの形成を含む研削を行う研削工程と、前記研削工程を経たＧａＡｓインゴットにスライス加工を施してオフ角を有する素材ウエハを切り出すスライス工程と、前記素材ウエハに、前記仮のオリエンテーションフラットを基準にして定めるオリエンテーションフラットの向きに従って罫書きを施し、該罫書きを起点として前記素材ウエハの周面まで延びる劈開を行って、オリエンテーションフラットを形成する劈開工程と、を含み、前記劈開工程は、前記劈開の中点から前記素材ウエハの半径方向外側に向かって前記素材ウエハの周面まで垂直に延ばした線分の長さ（間隔Ａ）が９ｍｍ以上である位置に劈開を行う工程である、ＧａＡｓウエハの製造方法。【選択図】図１
Description
本発明は、ＧａＡｓウエハの製造方法およびそれにより得られるＧａＡｓウエハ群に関し、特にオフ角を有するＧａＡｓウエハにおいてオリエンテーションフラットを形成するＧａＡｓウエハの製造方法に関する。
一般に、半導体ウエハの周面には、ウエハの結晶方位または表裏を示すオリエンテーションフラット（以下、ＯＦとも示す）が形成され、半導体素子を製造する際に、半導体ウエハの配置方向やダイシング方向を検知する目印として利用される。通常、オリエンテーションフラットは単結晶のインゴットを円筒研削した後で、Ｘ線装置を用いて方位を確定し、平面研削することにより形成する。その後、平面研削された単結晶のインゴットをスライス加工することにより、オリエンテーションフラットが付けられた半導体ウエハを得る。
ここで、オリエンテーションフラットの面を共振ミラーに利用する半導体レーザを製造する場合や、半導体ウエハ上に高密度に製造された素子をチップ加工する場合などに、基準となるオリエンテーションフラットが所望の結晶方位に準じて高精度に形成されていることが求められる。このようにＯＦ方位を精度よく形成する方法として、特許文献１には、仮のオリエンテーションフラットが形成された半導体ウエハの片面に、該仮のオリエンテーションフラットと略平行に罫書きを形成し、劈開治具の端部外周に開口する溝に、前記仮のオリエンテーションフラットと前記罫書きの間にある半導体ウエハの部分を差し込み、前記仮のオリエンテーションフラットに平行な軸を中心に前記劈開治具を回転させることにより、前記罫書きを起点に半導体ウエハを劈開させてオリエンテーションフラットを形成することが開示されている。
ところで、ウエハ表面へエピタキシャル成長層を形成する場合に、良好な結晶性が得られることなどから、オフ角（ｏｆｆ角）を有するウエハが使用されている。オフ角は、ＧａＡｓの結晶構造（閃亜鉛鉱型構造）でエピタキシャル成長面として利用される結晶方位（例えば（１００）面など）に対して、ウエハ表面の結晶方位が傾いている角度を示すものである。オフ角がないウエハではウエハ表面に対しＯＦ面は垂直であるが、オフ角を有するウエハではウエハ表面に対しＯＦ面は（特定の場合を除き）垂直ではない。このオフ角を有するウエハは、オフ角を持たないウエハに比し、オリエンテーションフラットの方位精度を担保するのが難しいところに問題があった。すなわち、一定のオフ角を有するウエハ、とりわけＧａＡｓウエハにおいては、上記した特許文献１に記載の技術を含めた従来の手法によって、高精度でオリエンテーションフラットを安定して形成することが困難であった。従来の手法では、ウエハ相互間でのオリエンテーションフラットの方位精度にバラツキが生じるため、例えば同一のＧａＡｓインゴットから切り出す複数のＧａＡｓウエハ群とした場合に、このＧａＡｓウエハ群にオリエンテーションフラットの方位精度の低いウエハ含まれることが不可避であり、ＧａＡｓウエハ群としての製品歩留まりが悪いことが問題であった。また、近年では、ＬＤ（Laser Diode）素子等の製造に用いられるＧａＡｓウエハの大口径化が進んでおり、特にそのような大口径ウエハを製造する際は、オフ角を有する場合のオリエンテーションフラットの方位精度が良くなかった。
そこで本発明は、オフ角を有するＧａＡｓウエハに対しても、所期したＯＦ方位が精度良く現出し、かつ同一ＧａＡｓインゴット内でのウエハ相互間におけるＯＦ方位精度のバラつきを小さくできる、すなわちＯＦ方位安定性に優れたＧａＡｓウエハ群の提供に寄与する、ＧａＡｓウエハの製造方法およびＧａＡｓウエハ群を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させた。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）ＧａＡｓインゴットの周面に、仮のオリエンテーションフラットの形成を含む研削を行う研削工程と、前記研削工程を経たＧａＡｓインゴットにスライス加工を施してオフ角を有する素材ウエハを切り出すスライス工程と、前記素材ウエハに、前記仮のオリエンテーションフラットを基準にして定めるオリエンテーションフラットの向きに従って罫書きを施し、該罫書きを起点として前記素材ウエハの周面まで延びる劈開を行って、オリエンテーションフラットを形成する劈開工程と、を含み、前記劈開工程は、前記劈開の中点から前記素材ウエハの半径方向外側に向かって前記素材ウエハの周面まで垂直に延ばした線分の長さ（間隔Ａ）が９ｍｍ以上である位置に劈開を行う工程である、ＧａＡｓウエハの製造方法。
（２）前記間隔Ａが１２ｍｍ以上である、前記（１）に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（３）前記オフ角が０．２°以上である、前記（１）または（２）に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（４）前記ＧａＡｓウエハの主面と前記オリエンテーションフラットを形成する面との成す角度が８９.８°以下または９０.２°以上である、前記（１）～（３）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（５）前記ＧａＡｓウエハの直径が１００ｍｍ以上である、前記（１）～（４）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（６）前記ＧａＡｓウエハの直径が１５０ｍｍ以上である、前記（１）～（４）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（７）前記劈開工程の後に、さらに前記オリエンテーションフラット以外の前記ＧａＡｓウエハの周面をべべリングするべべリング工程を含む、前記（１）～（６）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
（８）同一のＧａＡｓインゴットから得られる同一のオフ角を有する複数のＧａＡｓウエハによって構成され、オリエンテーションフラットの劈開工程を経た全ての、劈開面からなるオリエンテーションフラットを有するＧａＡｓウエハによって構成されるＧａＡｓウエハ群であって、前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の平均値が±０．０１０°以内および前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の標準偏差が０．００９°以下であり、前記ＧａＡｓウエハの主面と前記オリエンテーションフラットを形成する面との成す角度が８９.８°以下または９０.２°以上である、ＧａＡｓウエハ群。
（９）前記ＧａＡｓウエハのオフ角が０．２°以上である、前記（８）に記載のＧａＡｓウエハ群。
（１０）前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の平均値が±０．０１０°以内および前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の標準偏差が０．００５°以下である、前記（８）または（９）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。
（１１）前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度が±０．０２０°以内である、前記（８）～（１０）のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。
（１２）前記ＧａＡｓウエハの直径が、全て１００ｍｍ以上である、前記（８）～（１１）のいずれか１項に記載のオリエンテーションフラットを有するＧａＡｓウエハ群。
（１３）前記ＧａＡｓウエハの直径が、全て１５０ｍｍ以上である、前記（８）～（１１）のいずれか１項に記載のオリエンテーションフラットを有するＧａＡｓウエハ群。
本発明によれば、オフ角を有するＧａＡｓウエハに対しても、所期したＯＦ方位が精度良く現出し、かつ同一ＧａＡｓインゴット内でのウエハ相互間におけるＯＦ方位精度のバラつきを小さくできる、すなわちＯＦ方位安定性に優れたＧａＡｓウエハ群の提供に寄与する、ＧａＡｓウエハの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、ＯＦ方位精度の平均値およびＯＦ方位精度の標準偏差がともに小さい、ＧａＡｓウエハ群を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。また、図２～５では図面の簡略化のため、各構成の大きさ（長さ、厚さ）については実際の大きさの割合と異なり、誇張して示している部分もある。
図１に示す製造フローを参照しつつ、本発明の一実施形態に従うＧａＡｓウエハの製造方法を説明する。この製造方法は、ＧａＡｓインゴットの周面に、仮のオリエンテーションフラットの形成を含む研削を行う研削工程と、研削工程を経たＧａＡｓインゴットにスライス加工を施してオフ角を有する素材ウエハを切り出すスライス工程と、素材ウエハに、仮のオリエンテーションフラットを基準にして定めるオリエンテーションフラットの向きに従って罫書きを施し、該罫書きを起点として素材ウエハの周面まで延びる劈開を行って、劈開の中点から素材ウエハの半径方向外側に向かって素材ウエハの周面まで垂直に延ばした線分の長さ（間隔Ａ）が９ｍｍ以上である位置に、オリエンテーションフラットを形成する劈開工程と、を少なくとも含む。以下、各工程の詳細を順次説明する。また、図２ではＧａＡｓウエハの主面とオリエンテーションフラットとの成す角度について、図３では実際のオリエンテーションフラットの形成方法について、図４では本発明で定義する、劈開の中点からウエハ周面までの距離（間隔Ａ）について説明する。さらに図５において本発明におけるＯＦ方位精度の測定方法について示す。
（研削工程）
まず、任意の方法で作製されたＧａＡｓインゴットの周面を研削して凹凸を整えると同時に、ＧａＡｓインゴットの周面に、例えば結晶方位を示す仮のオリエンテーションフラットを形成する。研削方法は特に限定されないが、周面の研削には円筒研削盤を用いた円筒研削等の手法を用いることができ、仮のオリエンテーションフラットの形成には円筒研削盤を用いたトラバース研削等の手法を用いることができる。
まず、任意の方法で作製されたＧａＡｓインゴットの周面を研削して凹凸を整えると同時に、ＧａＡｓインゴットの周面に、例えば結晶方位を示す仮のオリエンテーションフラットを形成する。研削方法は特に限定されないが、周面の研削には円筒研削盤を用いた円筒研削等の手法を用いることができ、仮のオリエンテーションフラットの形成には円筒研削盤を用いたトラバース研削等の手法を用いることができる。
＜ＧａＡｓインゴット＞
ＧａＡｓウエハを得るためのＧａＡｓインゴットとしては、引き上げ（ＬＥＣ）法、横型ボート（ＨＢ）法、縦型温度傾斜（ＶＧＦ）法および縦型ブリッジマン法（ＶＢ）法等の任意の製造方法により得られた単結晶ＧａＡｓインゴットを用いることができる。ＧａＡｓインゴットの径は限定されないが、本発明では、素材ウエハの周面から一定の間隔を隔ててオリエンテーションフラットを形成するため、最終的に得られる所望のＧａＡｓウエハの直径に対して１０ｍｍ以上大きいことが好ましい。
ＧａＡｓウエハを得るためのＧａＡｓインゴットとしては、引き上げ（ＬＥＣ）法、横型ボート（ＨＢ）法、縦型温度傾斜（ＶＧＦ）法および縦型ブリッジマン法（ＶＢ）法等の任意の製造方法により得られた単結晶ＧａＡｓインゴットを用いることができる。ＧａＡｓインゴットの径は限定されないが、本発明では、素材ウエハの周面から一定の間隔を隔ててオリエンテーションフラットを形成するため、最終的に得られる所望のＧａＡｓウエハの直径に対して１０ｍｍ以上大きいことが好ましい。
＜仮のオリエンテーションフラット＞
仮のオリエンテーションフラットは、オリエンテーションフラットの設定方位に対して、相対的な位置の指標となればよい。従って、方位は特に限定されないが、オリエンテーションフラットの設定方位に対して平行または垂直の方位に形成することが好ましい。
仮のオリエンテーションフラットは、オリエンテーションフラットの設定方位に対して、相対的な位置の指標となればよい。従って、方位は特に限定されないが、オリエンテーションフラットの設定方位に対して平行または垂直の方位に形成することが好ましい。
（スライス工程）
上記研削工程で仮のオリエンテーションフラットを形成したＧａＡｓインゴットに対して、ワイヤーソー等のスライサーによって複数の素材ウエハを切り出す。このとき、単結晶の成長方向に対して、一定のオフ角を有し、かつ、切り出すウエハ間においては同一のオフ角を有するようにスライスを行う。なお、オフ角は、ウエハの半導体部品への用途などに応じて、任意に設定することができる。また、ここで言う「同一のオフ角」とは、製造工程上不可避な誤差をはじめ、本発明の作用効果を奏する範囲で許容される誤差を含むものとする。
上記研削工程で仮のオリエンテーションフラットを形成したＧａＡｓインゴットに対して、ワイヤーソー等のスライサーによって複数の素材ウエハを切り出す。このとき、単結晶の成長方向に対して、一定のオフ角を有し、かつ、切り出すウエハ間においては同一のオフ角を有するようにスライスを行う。なお、オフ角は、ウエハの半導体部品への用途などに応じて、任意に設定することができる。また、ここで言う「同一のオフ角」とは、製造工程上不可避な誤差をはじめ、本発明の作用効果を奏する範囲で許容される誤差を含むものとする。
＜オフ角＞
上述のとおり、オフ角の角度は特に限定されないが、例えばＧａＡｓウエハを積層基板の下地として用いる場合に、その上部に成長させる層の結晶性を良好にするためには、オフ角は０．２°以上が好ましく、１°以上がより好ましく、また１５°以下が好ましい。ここでオフ角の向きは、オリエンテーションフラットと水平以外の向きに形成する（ウエハの主面とＯＦ面との成す角度が９０°にならない向きにする）ものであれば特に限定されない。例えば、図２に示すようにＯＦ面が（０－１－１）面の場合、（１００）面を（０１１）に向けて傾斜（すなわち（１００）面に直交する垂線＜１００＞を＜０１１＞方向に向かって傾斜）させたオフ角を有しても良く、（０－１－１）面に向けて傾斜（すなわち（１００）面に直交する垂線＜１００＞を＜０－１－１＞方向に向かって傾斜）させたオフ角を有しても良い。そして図２において、ＯＦ面が（０－１－１）面の場合に、例えば（１００）面を（０－１１）や（０１－１）に向けて傾斜させたオフ角を有した場合、オフ角に関わらずウエハの主面とＯＦ面との成す角度は９０°のままであるため、オフ角の向きをオリエンテーションフラットと水平の向きとすることは除外する。ＯＦ面が（０－１－１）面以外の面の場合も同様である。ちなみに、一定のオフ角を有するようにスライスされた素材ウエハは、切り出す前のＧａＡｓインゴットにおける水平面での断面の形状とは異なり、厳密には楕円形状となる。しかし、通常用いられるウエハサイズおよびオフ角においては、オフ角を有しないで切り出した素材ウエハと比較しても、規格に影響する程のサイズ差は生じない。
上述のとおり、オフ角の角度は特に限定されないが、例えばＧａＡｓウエハを積層基板の下地として用いる場合に、その上部に成長させる層の結晶性を良好にするためには、オフ角は０．２°以上が好ましく、１°以上がより好ましく、また１５°以下が好ましい。ここでオフ角の向きは、オリエンテーションフラットと水平以外の向きに形成する（ウエハの主面とＯＦ面との成す角度が９０°にならない向きにする）ものであれば特に限定されない。例えば、図２に示すようにＯＦ面が（０－１－１）面の場合、（１００）面を（０１１）に向けて傾斜（すなわち（１００）面に直交する垂線＜１００＞を＜０１１＞方向に向かって傾斜）させたオフ角を有しても良く、（０－１－１）面に向けて傾斜（すなわち（１００）面に直交する垂線＜１００＞を＜０－１－１＞方向に向かって傾斜）させたオフ角を有しても良い。そして図２において、ＯＦ面が（０－１－１）面の場合に、例えば（１００）面を（０－１１）や（０１－１）に向けて傾斜させたオフ角を有した場合、オフ角に関わらずウエハの主面とＯＦ面との成す角度は９０°のままであるため、オフ角の向きをオリエンテーションフラットと水平の向きとすることは除外する。ＯＦ面が（０－１－１）面以外の面の場合も同様である。ちなみに、一定のオフ角を有するようにスライスされた素材ウエハは、切り出す前のＧａＡｓインゴットにおける水平面での断面の形状とは異なり、厳密には楕円形状となる。しかし、通常用いられるウエハサイズおよびオフ角においては、オフ角を有しないで切り出した素材ウエハと比較しても、規格に影響する程のサイズ差は生じない。
＜ＧａＡｓウエハの主面と前記オリエンテーションフラットを形成する面との成す角度＞
ＧａＡｓウエハの主面とオリエンテーションフラットを形成する面（以下、ＯＦ面とも示す）との成す角度とは、図２に示すように、ＧａＡｓウエハの主面をｘｙ平面とし、主面鉛直方向をｚ軸としたとき、ＯＦ面をｙ軸と平行に取った場合のｘｚ断面におけるのＧａＡｓウエハの主面とＯＦ面との成す角度である。例えば、ＯＦ面が（０－１－１）面の場合に上記オフ角が（１００）面から（０１１）に向けて０．２°の角度である場合に、この角度は８９．８°となり、オフ角を（０－１－１）面に向けて傾斜させた場合は９０．２°となる。この角度はオフ角に起因して形成される角度であり、９０°以外の角度であり、７５．０°以上８９．８°以下であることが好ましく、また９０．２°以上１０５．０°以下であることが好ましい。さらに、７５．０°以上８９．０°以下または９１．０°以上１０５．０°以下であることがより好ましい。図２（Ａ）はオフ角がない場合（ｊｕｓｔとも記載する）にウエハの主面とＯＦ面とが成す角度が９０°となることを示し、図２（Ｂ）は（０１１）に向けて３°のオフ角がある場合にウエハの主面とＯＦ面とが成す角度が８７°（オフ角を（０－１－１）面に向けて傾斜させた場合は９３°）となることを示す。そして、このウエハ主面とＯＦ面との成す角度が９０°から離れるほど、オリエンテーションフラットの方位安定性が悪くなるのがこれまでの技術常識であったところ、本発明の製造方法を用いることで優れた方位安定性を有するオリエンテーションフラットを形成することができるようになる。ＯＦ面が（０－１－１）面以外の面の場合も同様である。
ＧａＡｓウエハの主面とオリエンテーションフラットを形成する面（以下、ＯＦ面とも示す）との成す角度とは、図２に示すように、ＧａＡｓウエハの主面をｘｙ平面とし、主面鉛直方向をｚ軸としたとき、ＯＦ面をｙ軸と平行に取った場合のｘｚ断面におけるのＧａＡｓウエハの主面とＯＦ面との成す角度である。例えば、ＯＦ面が（０－１－１）面の場合に上記オフ角が（１００）面から（０１１）に向けて０．２°の角度である場合に、この角度は８９．８°となり、オフ角を（０－１－１）面に向けて傾斜させた場合は９０．２°となる。この角度はオフ角に起因して形成される角度であり、９０°以外の角度であり、７５．０°以上８９．８°以下であることが好ましく、また９０．２°以上１０５．０°以下であることが好ましい。さらに、７５．０°以上８９．０°以下または９１．０°以上１０５．０°以下であることがより好ましい。図２（Ａ）はオフ角がない場合（ｊｕｓｔとも記載する）にウエハの主面とＯＦ面とが成す角度が９０°となることを示し、図２（Ｂ）は（０１１）に向けて３°のオフ角がある場合にウエハの主面とＯＦ面とが成す角度が８７°（オフ角を（０－１－１）面に向けて傾斜させた場合は９３°）となることを示す。そして、このウエハ主面とＯＦ面との成す角度が９０°から離れるほど、オリエンテーションフラットの方位安定性が悪くなるのがこれまでの技術常識であったところ、本発明の製造方法を用いることで優れた方位安定性を有するオリエンテーションフラットを形成することができるようになる。ＯＦ面が（０－１－１）面以外の面の場合も同様である。
（劈開工程）
次に、上記の素材ウエハにオリエンテーションフラットを形成する。すなわち、図３に示すように、素材ウエハ１００に仮のオリエンテーションフラット１１０を基準にして劈開を誘導する罫書き１５０を施し、その罫書き１５０を起点として素材ウエハ１００を劈開させることによりオリエンテーションフラット１２０を形成する。ここで、罫書き１５０を形成する方位は仮のオリエンテーションフラット１１０との相対的な位置関係をもとに決定すればよく、（０－１－１）、（０－１１）、（０１－１）、（０１１）等いずれの方位でもよく、またその他の方位であってもよい。具体的には、罫書き１５０を形成した後、罫書き１５０の線を広げる向きに力を加えることで、罫書き１５０を起点として劈開が伝播して劈開面が形成され、オリエンテーションフラット１２０が形成される。このとき、劈開の中点から素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって前記素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さが９ｍｍ以上となるように罫書き１５０を形成する。実際の作業工程においては、図４（A）に示す、仮のオリエンテーションフラット１１０とオリエンテーションフラット１２０が並行である方が作業者にとって分かりやすい。一方、図４（B）に示す、仮のオリエンテーションフラット１１０とオリエンテーションフラット１２０が９０°の位置関係にある場合には、べべリングにより研削する領域を小さくすることができる。なお、劈開工程における罫書きの形成および劈開は任意の器具または製造装置を用いて実施することができる。
次に、上記の素材ウエハにオリエンテーションフラットを形成する。すなわち、図３に示すように、素材ウエハ１００に仮のオリエンテーションフラット１１０を基準にして劈開を誘導する罫書き１５０を施し、その罫書き１５０を起点として素材ウエハ１００を劈開させることによりオリエンテーションフラット１２０を形成する。ここで、罫書き１５０を形成する方位は仮のオリエンテーションフラット１１０との相対的な位置関係をもとに決定すればよく、（０－１－１）、（０－１１）、（０１－１）、（０１１）等いずれの方位でもよく、またその他の方位であってもよい。具体的には、罫書き１５０を形成した後、罫書き１５０の線を広げる向きに力を加えることで、罫書き１５０を起点として劈開が伝播して劈開面が形成され、オリエンテーションフラット１２０が形成される。このとき、劈開の中点から素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって前記素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さが９ｍｍ以上となるように罫書き１５０を形成する。実際の作業工程においては、図４（A）に示す、仮のオリエンテーションフラット１１０とオリエンテーションフラット１２０が並行である方が作業者にとって分かりやすい。一方、図４（B）に示す、仮のオリエンテーションフラット１１０とオリエンテーションフラット１２０が９０°の位置関係にある場合には、べべリングにより研削する領域を小さくすることができる。なお、劈開工程における罫書きの形成および劈開は任意の器具または製造装置を用いて実施することができる。
＜間隔Ａ＞
本発明における間隔Ａについて、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を例示して説明する。まず、図４（Ａ）のように、仮のオリエンテーションフラット１１０に対して平行な方位にオリエンテーションフラット１２０を形成する場合には、劈開の中点から前記素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さは、仮のオリエンテーションフラット１１０からオリエンテーションフラット１２０に下した垂線の長さとなる。また、図４（Ｂ）のように仮のオリエンテーションフラット１１０に対して垂直な方位にオリエンテーションフラット１２０を形成する場合には、劈開を弦としたときの矢高が、劈開の中点から素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さとなる。
本発明における間隔Ａについて、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を例示して説明する。まず、図４（Ａ）のように、仮のオリエンテーションフラット１１０に対して平行な方位にオリエンテーションフラット１２０を形成する場合には、劈開の中点から前記素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さは、仮のオリエンテーションフラット１１０からオリエンテーションフラット１２０に下した垂線の長さとなる。また、図４（Ｂ）のように仮のオリエンテーションフラット１１０に対して垂直な方位にオリエンテーションフラット１２０を形成する場合には、劈開を弦としたときの矢高が、劈開の中点から素材ウエハ１００の半径方向外側に向かって素材ウエハ１００の周面まで垂直に延ばした線分の長さとなる。
この間隔Ａを９ｍｍ以上とすることで、オリエンテーションフラットが形成される面に比較的均一なひずみが生じるため、罫書きを起点として劈開が伝播して形成される破断面は、結晶面に沿って形成される。間隔Ａが大きいほどＯＦ方位精度は安定するため、１２ｍｍ以上とすることが好ましい。また、ウエハを有効利用する観点から、間隔Ａは３０ｍｍ以下とすることが好ましく、２５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。一方、間隔Ａが９ｍｍよりも小さいと、劈開予定面において、オリエンテーションフラットが形成される面に比較的均一なひずみを生じさせることが難しく、劈開の伝播する方向が定まりにくいため、形成される破断面はＯＦ方位精度の悪いオリエンテーションフラットとなる。
（べべリング工程）
オリエンテーションフラットを形成された素材ウエハは、その周面に回転砥石を用いるべべリングを施して、ウエハエッジを研削してエッジを整形してもよい。べべリングすることにより、ウエハの周面に面取り加工を施して、以後のプロセスでの割れを防止するとともに、ウエハの直径を所定の大きさに成形することができる。また、本発明において劈開により形成するオリエンテーションフラットは、所期した結晶面が精度よく露出しているため、べべリングは避ける必要がある。
オリエンテーションフラットを形成された素材ウエハは、その周面に回転砥石を用いるべべリングを施して、ウエハエッジを研削してエッジを整形してもよい。べべリングすることにより、ウエハの周面に面取り加工を施して、以後のプロセスでの割れを防止するとともに、ウエハの直径を所定の大きさに成形することができる。また、本発明において劈開により形成するオリエンテーションフラットは、所期した結晶面が精度よく露出しているため、べべリングは避ける必要がある。
以上の工程を経て作製されるＧａＡｓウエハは、用途は特に限定されないが、各種の電子デバイスや発光素子、ＬＤ（Laser Diode）素子等の製造に用いることができるよう、直径が１００ｍｍ以上であることが好ましく、１５０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。特に、１５０ｍｍ以上のときはオリエンテーションフラットについて優れたＯＦ方位精度を得ることが困難であったが、本発明では高いＯＦ方位精度を得ることができる。そして、劈開工程において結晶面に沿ってオリエンテーションフラットが正しく形成されるため、このオリエンテーションフラットは優れたＯＦ方位精度を有するものとなる。従って、この製造方法に従って同一のＧａＡｓインゴットから切り出した全ての素材ウエハを処理することによって、ＧａＡｓウエハ群として得られる、同一のＧａＡｓインゴットから作製され、劈開工程を経た全てのＧａＡｓウエハにおいて、ＯＦ方位精度の平均値が±０．０１０°以内であり、ＯＦ方位精度の標準偏差が０．００９°以下となる。
次に、上記製造方法を用いて得られるＧａＡｓウエハ群について説明する。
本発明によるＧａＡｓウエハ群は、同一のＧａＡｓインゴットから得られる同一のオフ角を有するＧａＡｓウエハによって構成され、オリエンテーションフラットの劈開工程を経た全てのオリエンテーションフラットを有するＧａＡｓウエハによって構成される。前記ＧａＡｓウエハ群のＯＦ方位精度の平均値は±０．０１０°以内であって、前記ＧａＡｓウエハ群のＯＦ方位精度の標準偏差は０．００９°以下である。また、ＧａＡｓウエハのオフ角の角度は特に限定されないが、例えばＧａＡｓウエハを積層基板の下地として用いる場合に、その上部に成長させる層の結晶性を良好にするためには、オフ角は０．２°以上が好ましく、１°以上がより好ましく、また１５°以下が好ましい。そして、ＧａＡｓウエハの主面とＯＦ面との成す角度は８９．８°以下または９０．２°以上であることが好ましい。本発明によるＧａＡｓウエハ群は、用途は特に限定されないが、各種の電子デバイスや発光素子、ＬＤ（Laser Diode）素子等の製造に用いることができるよう、直径が１００ｍｍ以上であることが好ましく、１５０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
＜ＯＦ方位精度およびその標準偏差＞
本明細書におけるＯＦ方位精度とは、オリエンテーションフラットを形成する予定だった結晶面からのズレをＸ線回折手法により角度（°）として表したものである。このとき、１つのウエハにおいては、後述の実施例および図５で示す通り、オリエンテーションフラットの所定の３か所（オリエンテーションフラットの中央部と、中央部からＯＦ全長の３０％～４６％程度離れた位置）でＯＦ方位精度を測定した。さらに、複数のウエハにおける全ての測定値について標準偏差を求めた。以下の実施例ではインゴットから均等間隔に抜き出した代表する複数のウエハについて測定しているが、ＧａＡｓウエハ群のＯＦ方位精度の測定では同一のＧａＡｓインゴットにおいてオリエンテーションフラットの劈開工程を経ている全てのＧａＡｓウエハについて測定することが好ましい。ＧａＡｓウエハ群におけるＯＦ方位精度の測定は５０枚以上のウエハにおいて実施することが好ましい。以上のＯＦ方位精度およびその標準偏差は、上記した本発明の製造方法に従って作製されるＧａＡｓウエハ群において、ＯＦ方位精度（全ての測定値）の平均値が±０．０１０°以内およびＯＦ方位精度の標準偏差が０．００９°以下である。ＯＦ方位精度の標準偏差は０．００５°以下であることがより好ましい。ＯＦ方位精度の標準偏差が小さいほど、インゴット内でのウエハ相互間におけるＯＦ方位精度のバラつきが小さく、ＯＦ方位精度が±０．０２０°を超える測定箇所が発生する可能性は低くなる。
本明細書におけるＯＦ方位精度とは、オリエンテーションフラットを形成する予定だった結晶面からのズレをＸ線回折手法により角度（°）として表したものである。このとき、１つのウエハにおいては、後述の実施例および図５で示す通り、オリエンテーションフラットの所定の３か所（オリエンテーションフラットの中央部と、中央部からＯＦ全長の３０％～４６％程度離れた位置）でＯＦ方位精度を測定した。さらに、複数のウエハにおける全ての測定値について標準偏差を求めた。以下の実施例ではインゴットから均等間隔に抜き出した代表する複数のウエハについて測定しているが、ＧａＡｓウエハ群のＯＦ方位精度の測定では同一のＧａＡｓインゴットにおいてオリエンテーションフラットの劈開工程を経ている全てのＧａＡｓウエハについて測定することが好ましい。ＧａＡｓウエハ群におけるＯＦ方位精度の測定は５０枚以上のウエハにおいて実施することが好ましい。以上のＯＦ方位精度およびその標準偏差は、上記した本発明の製造方法に従って作製されるＧａＡｓウエハ群において、ＯＦ方位精度（全ての測定値）の平均値が±０．０１０°以内およびＯＦ方位精度の標準偏差が０．００９°以下である。ＯＦ方位精度の標準偏差は０．００５°以下であることがより好ましい。ＯＦ方位精度の標準偏差が小さいほど、インゴット内でのウエハ相互間におけるＯＦ方位精度のバラつきが小さく、ＯＦ方位精度が±０．０２０°を超える測定箇所が発生する可能性は低くなる。
ここに、ＯＦ方位精度が良好ではない場合、ウエハを加工して半導体部品を製造する場合にもそのＯＦ方位精度が反映されてしまう。半導体装置に関する標準規格の一つであるＳＥＭＩ規格で要求される全数のＯＦ方位精度は±０．５°となっているが、劈開によってオリエンテーションフラットを形成する場合はより厳しい基準値が要求されており、本発明者の知見としては、±０．０２０°以内という基準値が必要となっている。また、同一のＧａＡｓインゴットから作製される複数のウエハにおいては、ＯＦ方位精度が良好でないウエハも少なからず作製されてしまうため、上記基準に適合するウエハの製品歩留まりも重要な指標となる。上記のような理由から、本発明のＧａＡｓウエハ群においては、ＯＦ方位精度の平均値が±０．０１０°以内およびＯＦ方位精度の標準偏差が０．００９°以下であることが要求される。そして、ＯＦ方位精度の各測定値の平均値に対する標準偏差（σ）の２倍の範囲（平均値－２σから平均値＋２σまで）が±０．０２０°以内に収まるようにすることが好ましい。各測定値の平均値に対する標準偏差の２倍の範囲が±０．０２０°以内であれば、ＯＦ方位精度のバラつきが少なく±０．０２０°以内という基準値に対して歩留まりが良くなり、製品にできないウエハを減らすことができる。そのためには、ＧａＡｓウエハ群のＯＦ方位精度の平均値が±０．０１０°以内およびＯＦ方位精度の標準偏差が０．００５°以下であることがより好ましい。
以下、実施例により、本発明によるＧａＡｓウエハの製造方法について詳細に説明する。
（実施例１）
直径１６４.０ｍｍの単結晶ＧａＡｓインゴットを用意して、内周刃スライサーによりコーン部とテール部をカットし、円筒研削によりＧａＡｓインゴットの直径が１６１．５ｍｍとなるように研削した。
そして、Ｘ線装置（円筒研削機：（株）東京精機工作所のCSN-7015型NC円筒研削盤（NC3軸）に搭載された株式会社リガクの「GaAsインゴットオリフラ面測定装置 GaAs-GOX（TSKK Ver.）」）を用いて円筒研削したＧａＡｓインゴットの（０－１－１）の方位を確定し、トラバース研削することにより、長さ１５ｍｍとなる仮のオリエンテーションフラットを形成した。
直径１６４.０ｍｍの単結晶ＧａＡｓインゴットを用意して、内周刃スライサーによりコーン部とテール部をカットし、円筒研削によりＧａＡｓインゴットの直径が１６１．５ｍｍとなるように研削した。
そして、Ｘ線装置（円筒研削機：（株）東京精機工作所のCSN-7015型NC円筒研削盤（NC3軸）に搭載された株式会社リガクの「GaAsインゴットオリフラ面測定装置 GaAs-GOX（TSKK Ver.）」）を用いて円筒研削したＧａＡｓインゴットの（０－１－１）の方位を確定し、トラバース研削することにより、長さ１５ｍｍとなる仮のオリエンテーションフラットを形成した。
次に、研削工程を経たＧａＡｓインゴットについて、ＧａＡｓインゴットから切り出されるウエハが、（１００）面から（０１１）方向に向けて３°のオフ角を有するように、ワイヤーソーを用いてスライス加工して厚さ７８５μｍの素材ウエハを切り出した。
仮のオリエンテーションフラットと平行にオリエンテーションフラット用の劈開を誘導する罫書きを施し、該罫書きを起点とする劈開を行って、オリエンテーションフラットと仮のオリエンテーションフラットとの間隔（間隔Ａ）が１２ｍｍとなる位置に、オリエンテーションフラットを形成した。罫書きは先端の尖った罫書きペンで形成し、罫書き箇所はウエハの劈開予定線の一方の側のウエハの周面とし、罫書きの長さは４ｍｍとした。
そして、罫書きをつけたウエハの端を手で保持し、罫書きを広げるように力を加えることで、ウエハを劈開させてオリエンテーションフラットを形成した。その後、劈開させたオリエンテーションフラット面の中央部の約５０ｍｍ幅の部分を除くウエハ外周についてべべリング工程を行って直径１５０ｍｍのウエハとし、実施例１のＧａＡｓウエハ群を得た。上記の罫書き箇所は、ベベリング工程において削られる位置である。
得られたＧａＡｓウエハ群の各ウエハに対して図５に示す測定位置ａ～ｃの各位置におけるＯＦ方位精度をＸ線回折測定により求めた。以上の測定は、劈開工程前に検査用に抜き取られた数枚のウエハを除き、劈開工程を経て得られたＧａＡｓウエハ群を構成する１０２枚の全てのウエハから２０枚毎に等間隔となる１枚を選択し、合計５枚のウエハを代表させて行った。その測定結果を表１に示す。実施例１の５枚のウエハではＯＦ方位精度は全て±０．０２０°以内であり、その平均値は０．０００°、標準偏差も０．００２°と小さかった。また、平均値に対して２倍の標準偏差をとる範囲は±０．００４°であり、ＧａＡｓウエハ群を構成する全ウエハにおいても歩留まりが良いことが予想された。そして、劈開工程を経たＧａＡｓウエハ群を構成する１０２枚のウエハ全てについてＯＦ方位精度を測定したところ、全ウエハの全測定位置でＯＦ方位精度が±０．０２０°以内に入っており、±０．０２０°以内という基準値に対する劈開工程での方位精度の歩留まりは１００％であった。また、全ウエハの全測定位置でＯＦ方位精度の平均値は±０．０１０°以内であり、ＯＦ方位精度の標準偏差は０．００５°以下であった。
＜ＯＦ方位精度測定方法＞
実施例１におけるＯＦ方位精度の評価は以下のようにして行った。得られたＧａＡｓウエハに対して、予定されたＯＦ結晶面（０－１－１）に対するＯＦ方位精度（°）をＸ線回折測定（株式会社リガク製 ２９９１Ｆ２）により求めた。具体的には、図５に示すように、ＯＦ面にＸ線を照射しながら、ＯＦ面を基準としてウエハを黒矢印方向へと任意に回転させた。そして、予定されるＯＦ面の結晶面に対してＢｒａｇｇ回折が起こる回転角度を比較することにより、物理面からの結晶面のずれ量を算出し、これをＯＦ方位精度とした。例えば、ＯＦ面の面方位が（０－１－１）であった場合、θ＝２２．５゜、２θ＝４５゜であることから、この角度からのずれ量がＯＦ方位精度となる。実施例１におけるＯＦ全長は約５０ｍｍであり、ＯＦの中央部（図５のｂ）と、ＯＦの中央部からそれぞれ２０ｍｍ離れた点（図５のａ、ｃ）の計３か所をＯＦ方位精度の測定位置とした。
実施例１におけるＯＦ方位精度の評価は以下のようにして行った。得られたＧａＡｓウエハに対して、予定されたＯＦ結晶面（０－１－１）に対するＯＦ方位精度（°）をＸ線回折測定（株式会社リガク製 ２９９１Ｆ２）により求めた。具体的には、図５に示すように、ＯＦ面にＸ線を照射しながら、ＯＦ面を基準としてウエハを黒矢印方向へと任意に回転させた。そして、予定されるＯＦ面の結晶面に対してＢｒａｇｇ回折が起こる回転角度を比較することにより、物理面からの結晶面のずれ量を算出し、これをＯＦ方位精度とした。例えば、ＯＦ面の面方位が（０－１－１）であった場合、θ＝２２．５゜、２θ＝４５゜であることから、この角度からのずれ量がＯＦ方位精度となる。実施例１におけるＯＦ全長は約５０ｍｍであり、ＯＦの中央部（図５のｂ）と、ＯＦの中央部からそれぞれ２０ｍｍ離れた点（図５のａ、ｃ）の計３か所をＯＦ方位精度の測定位置とした。
（実施例２）
間隔Ａが１０ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を代表する５枚のウエハについて測定した。
間隔Ａが１０ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を代表する５枚のウエハについて測定した。
（実施例３）
間隔Ａが９ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を代表する５枚のウエハについて測定した。
間隔Ａが９ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を代表する５枚のウエハについて測定した。
（比較例１）
得られたＧａＡｓウエハ群１０２枚から５０枚毎に等間隔となる１枚を選択し、合計３枚のウエハを代表させて測定と行った。間隔Ａが８ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を測定した。
得られたＧａＡｓウエハ群１０２枚から５０枚毎に等間隔となる１枚を選択し、合計３枚のウエハを代表させて測定と行った。間隔Ａが８ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を測定した。
（比較例２）
得られたＧａＡｓウエハ群１０２枚から５０枚毎に等間隔となる１枚を選択し、合計３枚のウエハを代表させて測定を行った。間隔Ａが６ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を測定した。
得られたＧａＡｓウエハ群１０２枚から５０枚毎に等間隔となる１枚を選択し、合計３枚のウエハを代表させて測定を行った。間隔Ａが６ｍｍとなるように罫書きを形成した以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓウエハを作製し、得られたオリエンテーションフラットのＯＦ方位精度を測定した。
表1に示すように、比較例１～２では、ＯＦ方位精度が±０．０２０°を超える測定値があり、バラつきが大きく、標準偏差も大きかった。実施例１～３ではＯＦ方位精度が±０．０２０°を超える測定値はなく、平均値が±０．０１０°以内で標準偏差も０．００５°以下でバラつきが小さかった。
１００ 素材ウエハ
１１０ 仮のオリエンテーションフラット
１２０ オリエンテーションフラット
１５０ 罫書き
１１０ 仮のオリエンテーションフラット
１２０ オリエンテーションフラット
１５０ 罫書き
Claims (13)
- ＧａＡｓインゴットの周面に、仮のオリエンテーションフラットの形成を含む研削を行う研削工程と、
前記研削工程を経たＧａＡｓインゴットにスライス加工を施してオフ角を有する素材ウエハを切り出すスライス工程と、
前記素材ウエハに、前記仮のオリエンテーションフラットを基準にして定めるオリエンテーションフラットの向きに従って罫書きを施し、該罫書きを起点として前記素材ウエハの周面まで延びる劈開を行って、オリエンテーションフラットを形成する劈開工程と、を含み、
前記劈開工程は、前記劈開の中点から前記素材ウエハの半径方向外側に向かって前記素材ウエハの周面まで垂直に延ばした線分の長さ（間隔Ａ）が９ｍｍ以上である位置に劈開を行う工程である、
ＧａＡｓウエハの製造方法。 - 前記間隔Ａが１２ｍｍ以上である、
請求項１に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。 - 前記オフ角が０．２°以上である、
請求項１または２に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。 - 前記ＧａＡｓウエハの主面と前記オリエンテーションフラットを形成する面との成す角度が８９.８°以下または９０.２°以上である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。 - 前記ＧａＡｓウエハの直径が１００ｍｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
- 前記ＧａＡｓウエハの直径が１５０ｍｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
- 前記劈開工程の後に、さらに前記オリエンテーションフラット以外の前記ＧａＡｓウエハの周面をべべリングするべべリング工程を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハの製造方法。
- 同一のＧａＡｓインゴットから得られる同一のオフ角を有する複数のＧａＡｓウエハによって構成され、オリエンテーションフラットの劈開工程を経た全ての、劈開面からなるオリエンテーションフラットを有するＧａＡｓウエハによって構成されるＧａＡｓウエハ群であって、
前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の平均値が±０．０１０°以内および前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の標準偏差が０．００９°以下であり、
前記ＧａＡｓウエハの主面と前記オリエンテーションフラットを形成する面との成す角度が８９.８°以下または９０.２°以上である、
ＧａＡｓウエハ群。 - 前記オフ角が０．２°以上である、請求項８に記載のＧａＡｓウエハ群。
- 前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の平均値が±０．０１０°以内および前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度の標準偏差が０．００５°以下である、
請求項８または９のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。 - 前記ＧａＡｓウエハ群のオリエンテーションフラット方位精度が±０．０２０°以内である、
請求項８～１０のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。 - 前記ＧａＡｓウエハの直径が、全て１００ｍｍ以上である、
請求項８～１１のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。 - 前記ＧａＡｓウエハの直径が、全て１５０ｍｍ以上である、
請求項８～１１のいずれか１項に記載のＧａＡｓウエハ群。
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