JP2015225902A - Sapphire substrate and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サファイア基板、サファイア基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a sapphire substrate and a method for manufacturing a sapphire substrate.
サファイア基板は、その優れた機械的、熱的特性、化学的安定性等から注目されており、近年では、青色、白色発光ダイオードに用いるGaN等のGaN系薄膜素子を成長させるための基板として用いられるようになっている。 Sapphire substrates are attracting attention because of their excellent mechanical and thermal properties, chemical stability, etc. In recent years, they have been used as substrates for growing GaN-based thin film elements such as GaN used for blue and white light-emitting diodes. It is supposed to be.
サファイア基板は円板形状を有し、GaN等のGaN系薄膜素子をエピタキシャル成長する主表面と、該主表面と対向する裏面と、主表面と裏面との間に位置する端面と、を有し、主表面については鏡面研磨が施されたものが多用されている。 The sapphire substrate has a disk shape, and has a main surface for epitaxially growing a GaN-based thin film element such as GaN, a back surface facing the main surface, and an end surface positioned between the main surface and the back surface, As for the main surface, a mirror-polished surface is often used.
また、従来は、サファイア基板はシリコン基板等と比較して硬度が高いことから端面部分についてはエッジ加工(面取り加工)を施さず主表面とほぼ直角な端面を備えたサファイア基板が用いられていた。 Conventionally, since a sapphire substrate has higher hardness than a silicon substrate or the like, an end surface portion is not subjected to edge processing (chamfering processing), and a sapphire substrate having an end surface substantially perpendicular to the main surface has been used. .
しかし、エッジ加工を施していないサファイア基板上にMOCVD法などの気相成長法によりGaN系半導体層を成長させた場合、エッジの近傍で原料ガスの流れに乱れが生じる。このため、この部分で異常成長が起こり、その結果、エッジの近傍におけるGaN系半導体層に中央の平坦部よりも高い凸部が形成されるという問題があった。そこで、例えば特許文献1には結晶成長面のエッジに面取り加工を施したサファイア基板が開示されている。最近では主表面及び裏面と、端面との間に面取り加工を施したサファイア基板が主に用いられている。 However, when a GaN-based semiconductor layer is grown on a sapphire substrate not subjected to edge processing by a vapor phase growth method such as MOCVD, the flow of the source gas is disturbed in the vicinity of the edge. For this reason, abnormal growth occurs in this portion, and as a result, there is a problem that a convex portion higher than the central flat portion is formed in the GaN-based semiconductor layer in the vicinity of the edge. Thus, for example, Patent Document 1 discloses a sapphire substrate in which the edge of the crystal growth surface is chamfered. Recently, a sapphire substrate that is chamfered between a main surface and a back surface and an end surface is mainly used.
上述のようにインゴットから円板形状に切り出され、主表面の鏡面研磨処理や、端面の面取り加工等が施されたサファイア基板は、その主表面上にGaN系薄膜素子等を形成するため各種処理に供される。 As described above, the sapphire substrate cut out from the ingot into a disk shape and subjected to mirror polishing of the main surface, chamfering of the end surface, etc., is subjected to various processes to form a GaN-based thin film element on the main surface. To be served.
しかし、GaN系薄膜素子等を形成する各種処理工程の中でサファイア基板内に大きな温度勾配が生じると、サファイア基板が割れる場合があった。このようにサファイア基板が割れると該処理を施したサファイア基板は製品に使用できず破棄する必要があるため製品の歩留まりが低下するという問題があった。 However, when a large temperature gradient is generated in the sapphire substrate during various processing steps for forming a GaN-based thin film element or the like, the sapphire substrate may break. When the sapphire substrate is cracked in this way, the sapphire substrate subjected to the treatment cannot be used for the product and needs to be discarded, so that the yield of the product is lowered.
そこで、本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、サファイア基板内の温度勾配による割れの発生を抑制したサファイア基板を提供することを目的とする。 Then, in view of the problem which the said prior art has, this invention aims at providing the sapphire substrate which suppressed generation | occurrence | production of the crack by the temperature gradient in a sapphire substrate.
上記課題を解決するため本発明は、主表面と、前記主表面と対向する裏面と、端面とを有し、
前記主表面と前記端面、及び前記裏面と前記端面との間には面取り部が設けられており、
前記端面、及び前記面取り部に鏡面研磨が施されているサファイア基板を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention has a main surface, a back surface facing the main surface, and an end surface.
A chamfer is provided between the main surface and the end surface, and the back surface and the end surface,
Provided is a sapphire substrate in which the end surface and the chamfered portion are mirror-polished.
本発明によれば、サファイア基板内の温度勾配による割れの発生を抑制したサファイア基板を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sapphire substrate which suppressed generation | occurrence | production of the crack by the temperature gradient in a sapphire substrate can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
(サファイア基板)
本実施形態のサファイア基板の一構成例について説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments are not departed from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions can be made.
(Sapphire substrate)
A configuration example of the sapphire substrate of this embodiment will be described.
本実施形態のサファイア基板は、主表面と、主表面と対向する裏面と、端面とを有し、主表面と端面、及び裏面と端面との間には面取り部が設けられた構成とすることができる。そして、端面、及び面取り部に鏡面研磨を施しておくことができる。 The sapphire substrate of the present embodiment has a main surface, a back surface opposite to the main surface, and an end surface, and a configuration in which a chamfered portion is provided between the main surface and the end surface and between the back surface and the end surface. Can do. Then, the end surface and the chamfered portion can be mirror-polished.
上述のようにGaN系薄膜素子等を形成する各種処理工程で、例えばサファイア基板の一部が加熱されたり、加熱されたサファイア基板が温度の低い冶具と接することにより、基板内に大きな温度勾配が生じ、サファイア基板が割れる場合があるという問題があった。サファイア基板内に大きな温度勾配が生じた場合に割れる原因について本発明の発明者らが検討を行ったところ、主にサファイア基板の面取り部や、端面部分の疵が起点となり、割れが発生していることを見出した。そこで、本実施形態のサファイア基板においては、サファイア基板の端面及び面取り部に鏡面研磨を施すことにより疵を低減、除去し、サファイア基板内の温度勾配による割れの発生を抑制したサファイア基板を提供することを可能とした。 In various processing steps for forming a GaN-based thin film element or the like as described above, for example, a part of the sapphire substrate is heated, or the heated sapphire substrate is in contact with a jig having a low temperature, so that a large temperature gradient is generated in the substrate. This has caused a problem that the sapphire substrate may break. When the inventors of the present invention examined the cause of cracking when a large temperature gradient occurs in the sapphire substrate, the chamfered part of the sapphire substrate and the wrinkles at the end surface part started as a starting point, and cracks occurred. I found out. Therefore, in the sapphire substrate of the present embodiment, the end surface and the chamfered portion of the sapphire substrate are mirror-polished to reduce and remove wrinkles and provide a sapphire substrate that suppresses the occurrence of cracks due to the temperature gradient in the sapphire substrate. Made it possible.
ここでまず、本実施形態のサファイア基板について図1を用いて説明する。図1はサファイア基板10の中心軸を通る主表面と垂直な面での断面図を示している。
First, the sapphire substrate of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view taken along a plane perpendicular to the main surface passing through the central axis of the
図1に示したように、本実施形態のサファイア基板10は、主表面11と、主表面11と対向する裏面12と、を有している。そして、端面13を有しており、主表面11と端面13との間には面取り部14Aが設けられている。また、裏面12と端面13との間には面取り部14Bが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
主表面11は例えばGaN等のGaN系薄膜素子をエピタキシャル成長するための面であり、鏡面研磨を施しておくことが好ましい。主表面11の表面粗さ(算術平均粗さ)Raは特に限定されるものではなく、用途等に応じて任意に選択することができるが、主表面11の表面粗さRaは例えば0.30nm以下であることが好ましく、0.15nm以下であることがより好ましい。なお、表面粗さRaは、JIS B 0601に規定されており、例えば触針法もしくは光学的方法等により評価することができる。
The
裏面12は図1に示すように主表面11と対向する位置の面であり、主表面11と区別できるように、例えば梨地に加工することができる。裏面12は、例えばサンドブラスト法や、遊離砥粒を用いた片面研磨により梨地に加工することができる。なお、裏面12を梨地とせず、裏面12についても主表面11と同様に鏡面研磨を施しても良い。
The
端面13は主表面11及び裏面12との間に配置された、サファイア基板10の外周端面(側面)に当たり、主表面11及び裏面12と略垂直な面とすることができる。
The
面取り部14A及び面取り部14Bは主表面11及び裏面12と、端面13との間に配置されている。
The chamfered portion 14 </ b> A and the chamfered portion 14 </ b> B are disposed between the
図1において面取り部14A、14Bの断面は直線形状となっている。すなわち、面取り部14A、14Bはテーパー加工により形成され、傾斜面となっている。しかし、面取り部14A、14Bの形状は係る形態に限定されるものではない。面取り部14A、14Bについて、例えばアール面取り加工により形成し、丸みを帯びた曲面形状とすることもできる。この場合、面取り部14A、14Bの断面は曲線形状となる。
In FIG. 1, the cross sections of the
そして、本実施形態のサファイア基板10においては、端面13、及び面取り部14A、14Bに鏡面研磨を施すことができる。
And in the
端面13、及び面取り部14A、14Bに鏡面研磨を施す程度については特に限定されるものではなく、端面13、及び面取り部14A、14Bに含まれる疵を低減、除去できるように任意に選択することができる。ただし、疵をより確実に低減、除去し、割れの発生を特に抑制するため、例えば端面13、及び面取り部14A、14Bについて、10μm以上研磨により除去することが好ましく、20μm以上研磨により除去することがより好ましい。研磨量の上限値については特に限定はなく、許容される研磨代等を考慮して選択すればよいが、生産性の観点から、50μm以下であることが好ましい。
The degree to which the
なお、例えば端面13はサファイア基板10の周面に沿って存在する。このため、鏡面研磨を行った場合、サファイア基板10の直径は鏡面研磨を実施する前と比較して、上述した鏡面研磨を行う際の研磨量の2倍の長さの分だけ減少することになる。
For example, the
また、例えば鏡面研磨の後において、端面13、及び面取り部14A、14Bの表面粗さRaは0.25μm以下であることが好ましく、0.15μm以下であることがより好ましい。
For example, after mirror polishing, the surface roughness Ra of the
以上に説明した本実施形態のサファイア基板によれば、端面、及び面取り部に鏡面研磨を施しているため、端面、及び面取り部について、疵が低減、除去されている。このため、サファイア基板内に温度勾配が生じた場合であっても、基板に割れが生じることを抑制することが可能になる。
(サファイア基板の製造方法)
次に、本実施形態のサファイア基板の製造方法の一構成例について説明する。
According to the sapphire substrate of the present embodiment described above, since the end surface and the chamfered portion are mirror-polished, wrinkles are reduced and removed from the end surface and the chamfered portion. For this reason, even when a temperature gradient is generated in the sapphire substrate, it is possible to suppress the substrate from being cracked.
(Method for manufacturing sapphire substrate)
Next, a configuration example of the method for manufacturing the sapphire substrate of this embodiment will be described.
本実施形態のサファイア基板の製造方法は、例えば以下の工程を有することができる。 The manufacturing method of the sapphire substrate of this embodiment can have the following processes, for example.
サファイアインゴットをスライスし、主表面と、主表面と対向する裏面と、端面とを有するサファイア基板とする切断工程。 The cutting process which makes a sapphire substrate which slices a sapphire ingot and has a main surface, a back surface opposite to the main surface, and an end surface.
サファイア基板の、主表面と端面との間、及び裏面と端面との間に面取り部を形成する面取り工程。 A chamfering step of forming a chamfered portion between the main surface and the end surface and between the back surface and the end surface of the sapphire substrate.
端面、及び面取り部について鏡面研磨を行う鏡面研磨工程。 A mirror polishing process for performing mirror polishing on the end face and the chamfered portion.
なお、本実施形態のサファイア基板の製造方法により、上述のサファイア基板を好適に製造することができる。このため、以下に説明する点以外については、上述のサファイア基板と同様の構成とすることができる。 In addition, the above-mentioned sapphire substrate can be suitably manufactured with the manufacturing method of the sapphire substrate of this embodiment. For this reason, it can be set as the structure similar to the above-mentioned sapphire board | substrate except the point demonstrated below.
各工程について以下に説明する。 Each step will be described below.
まず、切断工程について説明する。 First, the cutting process will be described.
切断工程はサファイアインゴットをスライスすることにより、主表面と、主表面と対向する裏面と、端面とを有するサファイア基板とする工程である。サファイアインゴットをスライスする方法は特に限定されるものではないが、例えばワイヤーソーによりスライスすることができる。また、スライスして得られるサファイア基板の厚さについても特に限定されるものではなく、用途等に応じて任意の厚さとすることができるが、例えば0.40mm以上4.0mm以下とすることが好ましく、1.0mm以上2.0mm以下とすることがより好ましい。 A cutting process is a process of making a sapphire substrate which has a main surface, a back surface opposite to the main surface, and an end surface by slicing a sapphire ingot. Although the method of slicing a sapphire ingot is not particularly limited, for example, it can be sliced with a wire saw. Further, the thickness of the sapphire substrate obtained by slicing is not particularly limited, and may be any thickness depending on the application, for example, 0.40 mm to 4.0 mm. Preferably, it is 1.0 mm or more and 2.0 mm or less.
なお、切断工程に供するサファイアインゴットの側面部には予め特定の面方向を示すノッチおよび/またはオリエンテーションフラットを形成しておくことが好ましい。ノッチ、オリエンテーションフラットのサイズは特に限定されるものではないが、後述する面取り工程等における端面の研磨量等を考慮してそのサイズを決めることが好ましい。また、ノッチの形状についても任意の形状とすることができる。 In addition, it is preferable to form the notch and / or orientation flat which show a specific surface direction previously in the side part of the sapphire ingot used for a cutting process. The size of the notch and the orientation flat is not particularly limited, but it is preferable to determine the size in consideration of the polishing amount of the end face in a chamfering process or the like described later. Further, the shape of the notch can be any shape.
次に、面取り工程について説明する。 Next, the chamfering process will be described.
面取り工程はサファイア基板の主表面と端面との間、及び裏面と端面との間に面取り部を形成する工程である。 The chamfering step is a step of forming a chamfered portion between the main surface and the end surface of the sapphire substrate and between the back surface and the end surface.
面取り工程により形成する面取り部の形状は特に限定されるものではないが、例えば、図1に示した面取り部14A、14Bのように、断面を直線形状とすることができる。すなわち、面取り部14A、14Bをテーパー加工により形成し、傾斜面とすることができる。また、面取り部14A、14Bについて、例えばアール面取り加工により形成し、丸みを帯びた曲面形状とすることもできる。この場合、面取り部14A、14Bの断面は曲線形状となる。
The shape of the chamfered portion formed by the chamfering process is not particularly limited. For example, the cross section can be a linear shape like the
面取り工程では、例えば形成する端面、及び面取り部の形状に対応した断面形状を有する溝が周面に沿って形成された円柱形状の砥石を用いることができる。そして、係る砥石の溝にサファイア基板の端部が収容されるように、サファイア基板に砥石を押し当てながらサファイア基板を回転させることにより面取りを実施できる。このように、サファイア基板の端面に上述の砥石に形成された溝表面が接触してサファイア基板の端面を研磨することにより、面取り部14A、14Bに対応する部分が形成される。
In the chamfering step, for example, a cylindrical grindstone in which a groove having a cross-sectional shape corresponding to the shape of the end surface to be formed and the chamfered portion is formed along the peripheral surface can be used. Then, the chamfering can be performed by rotating the sapphire substrate while pressing the grindstone against the sapphire substrate so that the end portion of the sapphire substrate is accommodated in the groove of the grindstone. Thus, the groove | channel surface formed in the above-mentioned grindstone contacts the end surface of a sapphire substrate, and the part corresponding to the
面取り工程で用いる砥石としては例えばメタルボンド砥石等を挙げることができ、砥石に含まれる砥粒としては特に限定されるものではないが、例えばダイヤモンド砥粒、またはSiC砥粒であることが好ましい。砥石としては番手が#200以上#800以下のものを用いることが好ましく、#400以上#600以下のものを用いることがより好ましい。 Examples of the grindstone used in the chamfering process include a metal bond grindstone and the like. The abrasive grains contained in the grindstone are not particularly limited, but for example, diamond abrasive grains or SiC abrasive grains are preferable. As a grindstone, it is preferable to use the thing of # 200 or more and # 800 or less, and it is more preferable to use a thing of # 400 or more and # 600 or less.
次に、鏡面研磨工程について説明する。 Next, the mirror polishing process will be described.
鏡面研磨工程は、端面、及び面取り部について鏡面研磨を行う工程である。 The mirror polishing step is a step of performing mirror polishing on the end face and the chamfered portion.
上述の面取り工程において面取り部14A、14Bが形成されるが、面取り工程において端面13、及び面取り部14A、14Bには疵が形成されている。そこで、端面13、及び面取り部14A、14Bに含まれる疵を、鏡面研磨工程において鏡面研磨することにより低減、除去することが好ましい。
Although the
このように鏡面研磨工程においてサファイア基板10の端面13、及び面取り部14A、14Bに存在した疵を低減、除去できるため、サファイア基板10内に温度勾配が生じた場合であっても、基板に割れが生じることを抑制できる。
As described above, since the wrinkles present on the
鏡面研磨工程において、端面13、及び面取り部14A、14Bについて鏡面研磨を行う条件については特に限定されるものではない。ただし、端面13、及び面取り部14A、14Bに含まれる疵を低減、除去できるように、条件を選択することが好ましい。
In the mirror polishing step, the conditions for performing the mirror polishing on the
鏡面研磨工程においては例えば、平均粒径が2μm以上10μm以下の砥粒を用いて研磨を行うことが好ましい。特に、4μm以上8μm以下の砥粒を用いて研磨を行うことがより好ましい。なお、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径を意味し、本明細書における平均粒径は他の部分においても同様の意味である。平均粒径が10μm以下の砥粒を用いて研磨することにより、端面13、及び面取り部14A、14Bから、疵を特に低減、除去できるため好ましい。ただし、研磨砥粒の平均粒径が小さくなりすぎると研磨に時間を要し、生産性が低下することから、上述のように平均粒径が2μm以上の砥粒を用いることが好ましい。
In the mirror polishing step, for example, polishing is preferably performed using abrasive grains having an average particle size of 2 μm or more and 10 μm or less. In particular, it is more preferable to perform polishing using abrasive grains of 4 μm or more and 8 μm or less. The average particle size means a particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method, and the average particle size in this specification has the same meaning in other portions. Polishing with an abrasive having an average particle diameter of 10 μm or less is preferable because wrinkles can be particularly reduced and removed from the
鏡面研磨工程において用いる砥粒の材質は特に限定されるものではなく、サファイア基板を研磨できるものであればよい。鏡面研磨工程において用いる砥粒としては例えば、ダイヤモンド、炭化ケイ素、コロイダルシリカから選択された1種類であることが好ましい。 The material of the abrasive grains used in the mirror polishing step is not particularly limited as long as it can polish the sapphire substrate. As an abrasive grain used in a mirror polishing process, it is preferred that it is one kind chosen from diamond, silicon carbide, and colloidal silica, for example.
鏡面研磨工程では例えば、端面13、及び面取り部14A、14Bにブラシを押し当て、砥粒を分散媒に分散したスラリーを、ブラシと、端面13、及び面取り部14A、14Bとの間に供給しながら、サファイア基板10を回転することにより研磨することができる。
In the mirror polishing step, for example, a brush is pressed against the
また鏡面研磨工程では、上記砥粒をテープ等の砥粒固定媒体上に固定したものを用いて研磨を行うこともできる。具体的には例えば、上記砥粒固定媒体の砥粒を固定した面をサファイア基板の端面13、及び面取り部14A、14Bに押し当てながら、サファイア基板10を回転することにより研磨することができる。
In the mirror polishing step, polishing can also be performed using the abrasive grains fixed on an abrasive fixing medium such as a tape. Specifically, for example, polishing can be performed by rotating the
鏡面研磨工程において研磨する量は、サファイア基板10に許容される研磨代の幅や、端面13、及び面取り部14A、14Bに含まれている疵の深さ等により任意に選択することができ、特に限定されるものではない。例えば、鏡面研磨工程においては、端面13、及び面取り部14A、14Bについて10μm以上研磨を行うことが好ましく、20μm以上研磨を行うことがより好ましい。鏡面研磨工程における研磨量の上限値は特に限定されるものではないが、研磨量が多すぎると鏡面研磨工程に時間を要し生産性が低下する恐れがあるため、例えば50μm以下であることが好ましい。
The amount to be polished in the mirror polishing step can be arbitrarily selected according to the width of the polishing allowance allowed for the
なお、例えば端面13はサファイア基板10の周面に沿って存在する。このため、鏡面研磨工程を行った場合、サファイア基板10の直径は鏡面研磨工程を実施する前と比較して、上述した鏡面研磨工程における研磨量の2倍の長さの分だけ減少することになる。
For example, the
鏡面研磨工程後において、端面13、及び面取り部14A、14Bの表面粗さ(算術平均粗さ)Raは0.25μm以下であることが好ましく、0.15μm以下であることがより好ましい。
After the mirror polishing step, the surface roughness (arithmetic average roughness) Ra of the
なお、本実施形態のサファイア基板の製造方法においては、鏡面研磨工程が、端面13、及び面取り部14A、14Bについて研磨、研削する最後の工程であることが好ましい。このため、本実施形態のサファイア基板の製造方法により得られるサファイア基板についても端面13、及び面取り部14A、14Bが上述した特性を有していることが好ましい。
In the sapphire substrate manufacturing method of the present embodiment, the mirror polishing step is preferably the final step of polishing and grinding the
本実施形態のサファイア基板の製造方法においてはさらに任意の工程を付加することができる。例えば、図2に示したフローチャートに従って実施することができる。 In the manufacturing method of the sapphire substrate of this embodiment, an arbitrary process can be further added. For example, it can be implemented according to the flowchart shown in FIG.
図2示したフローチャートについて説明する。 The flowchart shown in FIG. 2 will be described.
まず、切断工程(S21)を実施することができる。切断工程については既述のとおりであるため、ここでは説明を省略する。 First, a cutting process (S21) can be implemented. Since the cutting process is as described above, the description is omitted here.
次に高温熱処理工程(S22)を実施することができる。高温熱処理工程は切断工程でサファイアインゴットをスライスして得られたサファイア基板について熱処理を行うことにより、サファイア基板の表面の少なくとも一部を溶融し、サファイア基板表面の疵を低減、除去する工程である。 Next, a high temperature heat treatment step (S22) can be performed. The high-temperature heat treatment step is a step of performing heat treatment on the sapphire substrate obtained by slicing the sapphire ingot in the cutting step, thereby melting at least a part of the surface of the sapphire substrate and reducing and removing wrinkles on the surface of the sapphire substrate. .
高温熱処理工程において、サファイア基板を加熱する温度は特に限定されるものではなく、サファイア基板の形状を維持したまま、サファイア基板の表面の少なくとも一部を溶融できる温度で加熱することが好ましい。サファイアの融点が2050℃であることから高温熱処理工程ではサファイア基板を2050℃未満で加熱することが好ましく、1600℃以上2050℃未満で加熱することがより好ましく、1800℃以上2000℃以下で加熱することがさらに好ましい。 In the high-temperature heat treatment step, the temperature for heating the sapphire substrate is not particularly limited, and it is preferable to heat at a temperature at which at least a part of the surface of the sapphire substrate can be melted while maintaining the shape of the sapphire substrate. Since the melting point of sapphire is 2050 ° C., it is preferable to heat the sapphire substrate at less than 2050 ° C., more preferably at 1600 ° C. to less than 2050 ° C., and more preferably at 1800 ° C. to 2000 ° C. More preferably.
高温熱処理工程においては、サファイア基板の表面の少なくとも一部を溶融できれば良く、具体的な熱処理時間は特に限定されるものではないが、例えば所定の熱処理温度に到達後1時間以上保持することが好ましく、2時間以上保持することがより好ましい。ただし、長時間高温で保持すると、場合によってはサファイア基板が変形したり、生産性が低下する恐れがあるため、高温熱処理工程の熱処理時間は5時間以下であることが好ましい。 In the high-temperature heat treatment step, it is sufficient that at least a part of the surface of the sapphire substrate can be melted, and the specific heat treatment time is not particularly limited. For example, it is preferable to hold for 1 hour or more after reaching a predetermined heat treatment temperature. It is more preferable to hold for 2 hours or more. However, if held at a high temperature for a long time, the sapphire substrate may be deformed or the productivity may be lowered in some cases. Therefore, the heat treatment time in the high-temperature heat treatment step is preferably 5 hours or less.
高温熱処理工程の雰囲気は特に限定されるものではなく、例えば大気雰囲気や酸素雰囲気、不活性ガス雰囲気であってもよい。 The atmosphere of the high-temperature heat treatment step is not particularly limited, and may be an air atmosphere, an oxygen atmosphere, or an inert gas atmosphere, for example.
なお、本工程以後に後述のように面取り部14A、14Bの形成、端面13、及び面取り部14A、14Bの研磨を実施することができる。そして、端面13、及び面取り部14A、14Bについて研磨のみでも疵を除去できるため、高温熱処理工程(S22)工程は実施しなくてもよい。
After this step, the
次にラッピング工程(S23)を実施することができる。ラッピング工程(S23)ではサファイア基板の主表面11及び裏面12について研磨を行うことにより略平坦な面とし、さらには主表面11及び裏面12の表面粗さRaを低減することができる。ラッピング工程(S23)は例えば両面研磨装置を用いて実施することができる。
Next, a wrapping step (S23) can be performed. In the lapping step (S23), the
次に、面取り工程(S24)を実施することができる。面取り工程(S24)については既述のため説明を省略する。 Next, a chamfering step (S24) can be performed. Since the chamfering step (S24) has already been described, the description thereof is omitted.
次に、裏面研磨工程(S25)を実施することができる。裏面研磨工程(S25)はサファイア基板の裏面12について主表面11と異なる表面粗さRaとする場合に実施することができる。例えば裏面研磨工程(S25)においては、裏面12を梨地とすることができる。
Next, a back surface polishing step (S25) can be performed. The back surface polishing step (S25) can be performed when the
裏面研磨工程(S25)においては、サファイア基板10の裏面12について例えばサンドブラスト処理や、遊離砥粒による研磨を実施することができる。裏面研磨工程における研磨条件は特に限定されるものではなく、製品に要求される任意の表面粗さRaとなるように裏面12の研磨を行うことが好ましい。
In the back surface polishing step (S25), the
なお、裏面12について主表面11と同じ表面粗さRa、すなわち鏡面とする場合には、裏面研磨工程を実施せず、後述する主表面研磨工程(S28)において裏面12もあわせて研磨しても良い。
When the
次に低温熱処理工程(S26)を実施することができる。上述のように裏面研磨工程(S25)を実施し、主表面11と裏面12とで表面状態が異なる場合、サファイア基板10内に応力が発生するため、サファイア基板10に反りが生じる場合がある。そこで本工程は熱処理を施すことにより、サファイア基板10に生じた反りを除去する工程である。具体的な熱処理条件は特に限定されるものではなく、サファイア基板10の反りの状態や、製品に許容される反りの程度等により任意に選択することができるが、例えば1200℃以上1600℃以下で実施することが好ましい。
Next, a low-temperature heat treatment step (S26) can be performed. When the back surface polishing step (S25) is performed as described above and the surface state is different between the
なお、サファイア基板10の反りの程度が製品に許容される範囲である場合には低温熱処理工程(S26)は実施しなくても良い。
Note that when the degree of warping of the
次に鏡面研磨工程(S27)を実施することができる。鏡面研磨工程(S27)については既述のため説明を省略する。なお、既述のように本実施形態のサファイア基板の製造方法においては、鏡面研磨工程(S27)が、端面13、及び面取り部14A、14Bについて研磨、研削する最後の工程であることが好ましい。
Next, a mirror polishing step (S27) can be performed. Since the mirror polishing step (S27) has already been described, the description thereof is omitted. As described above, in the method for manufacturing a sapphire substrate of this embodiment, the mirror polishing step (S27) is preferably the final step of polishing and grinding the
次に主表面研磨工程(S28)を実施することができる。主表面研磨工程(S28)では主表面11について鏡面となるように例えば片面研磨装置により鏡面研磨することができる。主表面研磨工程における研磨条件は特に限定されるものではなく、製品に要求される任意の表面粗さRaとなるように主表面11の研磨を行うことが好ましい。
Next, a main surface polishing step (S28) can be performed. In the main surface polishing step (S28), the
さらに必要に応じてサファイア基板10の表面に付着した砥粒や研削くず等を除去するため、洗浄工程等を実施することもできる。
Furthermore, a cleaning process or the like can be performed to remove abrasive grains, grinding debris, and the like attached to the surface of the
以上に説明した本実施形態のサファイア基板の製造方法においては、面取り工程を実施した後に、端面、及び面取り部を鏡面研磨する鏡面研磨工程を実施している。このため、該製造方法により得られるサファイア基板の端面、及び面取り部について、疵を低減、除去することができる。従って、サファイア基板内に温度勾配が生じた場合であっても、基板に割れが生じることを抑制することが可能になる。 In the manufacturing method of the sapphire substrate of the present embodiment described above, after performing the chamfering process, the mirror polishing process for mirror polishing the end surface and the chamfered portion is performed. For this reason, wrinkles can be reduced and removed from the end face and the chamfered portion of the sapphire substrate obtained by the manufacturing method. Therefore, even when a temperature gradient occurs in the sapphire substrate, it is possible to suppress the substrate from being cracked.
以下に具体的な実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(サファイア基板の製造)
本実施例では、以下の手順により作製したサファイア基板について評価を行った。
Specific examples and comparative examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
(Manufacture of sapphire substrate)
In this example, the sapphire substrate produced by the following procedure was evaluated.
まず、サファイア基板の製造方法について説明する。 First, a method for manufacturing a sapphire substrate will be described.
予め側面のうちの1箇所にサファイアインゴットの中心軸と平行にノッチを形成した円柱形状のサファイアインゴットをスライスし、直径150mm、厚さ1.5mmであり、主表面と、主表面と対向する裏面と、端面とを有する、円板形状のサファイア基板を165枚作製した(切断工程)。 A cylindrical sapphire ingot, in which a notch is formed in advance in one place on the side surface in parallel with the central axis of the sapphire ingot, is 150 mm in diameter and 1.5 mm in thickness, and has a main surface and a back surface facing the main surface And 165 disc-shaped sapphire substrates having an end face (cutting step).
次に、切断工程で得られたサファイア基板について2000℃で5時間、アルゴン雰囲気下で熱処理を施した(高温熱処理工程)。なお、上記時間には昇温時間も含んでおり、2000℃に到達後2時間保持している。 Next, the sapphire substrate obtained in the cutting step was subjected to heat treatment at 2000 ° C. for 5 hours in an argon atmosphere (high temperature heat treatment step). The above time includes the temperature raising time and is maintained for 2 hours after reaching 2000 ° C.
次に、主表面と裏面とが平坦になるように主表面と裏面とを両面研磨装置(浜井産業株式会社製 型式:16B)により研磨した(ラッピング工程)。この際、各サファイア基板の主表面と、裏面についてそれぞれ30μm研磨した。 Next, the main surface and the back surface were polished by a double-side polishing apparatus (Type: 16B, manufactured by Hamai Sangyo Co., Ltd.) so that the main surface and the back surface were flat (lapping step). At this time, the main surface and the back surface of each sapphire substrate were each polished by 30 μm.
次に、サファイア基板の主表面と端面との間、及び裏面と端面との間に面取り部を形成する面取り工程を実施した。面取り工程においては、図1に示すように面取り部14A、14Bの断面が直線形状となるように、すなわち、面取り部14A、14Bは傾斜面となるように砥石により面取りを行った。
Next, a chamfering process for forming a chamfered portion between the main surface and the end surface of the sapphire substrate and between the back surface and the end surface was performed. In the chamfering process, the
面取り工程においては、平均粒径が40μmのダイヤモンド砥粒を含む番手が#400の円柱形状のメタルボンド砥石を用いた。なお、該砥石の周面に沿って、形成する端面、及び面取り部の形状に対応した断面形状を有する溝を予め形成しておいた。そして、上記砥石の溝にサファイア基板の端部が収容されるように、サファイア基板に砥石を押し当てながらサファイア基板を回転させることにより面取り工程を実施した。 In the chamfering step, a cylindrical metal bond grindstone having a count of # 400 including diamond abrasive grains having an average particle diameter of 40 μm was used. In addition, the groove | channel which has a cross-sectional shape corresponding to the shape of the end surface to form and the chamfering part was previously formed along the surrounding surface of this grindstone. And the chamfering process was implemented by rotating a sapphire substrate, pressing a grindstone against a sapphire substrate so that the edge part of a sapphire substrate might be accommodated in the groove | channel of the said grindstone.
次に、サファイア基板の裏面についてサンドブラスト法により研磨を行った(裏面研磨工程)。具体的には、平均粒径49μmのGC砥粒を0.2MPaのエアーによりサファイア基板の裏面全体に吹き付けることにより実施し、サファイア基板の裏面が梨地(表面粗さRa0.8μm)になるように加工した。 Next, the back surface of the sapphire substrate was polished by a sand blast method (back surface polishing step). Specifically, GC abrasive grains having an average particle size of 49 μm are sprayed on the entire back surface of the sapphire substrate with 0.2 MPa air so that the back surface of the sapphire substrate has a satin finish (surface roughness Ra 0.8 μm). processed.
次に、サファイア基板に生じた反りを除去するため大気雰囲気下、1400℃で12時間熱処理を行った(低温熱処理工程)。 Next, in order to remove the warp generated in the sapphire substrate, heat treatment was performed at 1400 ° C. for 12 hours in an air atmosphere (low temperature heat treatment step).
次に、サファイア基板の端面13、及び面取り部14A、14Bについて鏡面研磨を行った(鏡面研磨工程)。鏡面研磨は、サファイア基板の端面13、及び面取り部14A、14Bにブラシを押し当て、端面13、及び面取り部14A、14Bと、ブラシとの間に研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、サファイア基板10を回転させて行った。上記研磨砥粒を含むスラリーとしては、平均粒径6μmのダイヤモンド砥粒を含むスラリーを用いた。鏡面研磨工程においては、端面13、及び面取り部14A、14Bについてそれぞれ20μm除去した。なお、端面13について研磨により20μm除去した場合、端面13はサファイア基板の周面に沿って存在するため、サファイア基板の直径は研磨前と比較して40μm減少することになる。
Next, mirror polishing was performed on the
そして、サファイア基板10の主表面11について、平均粒径100nmのコロイダルシリカを含むスラリーを用い、片面研磨装置(不二越機械工業株式会社製 型式:SPM−19A)により研磨を行った(主表面研磨工程)。主表面研磨工程では、主表面11について15μm除去した。なお、主表面研磨工程後の主表面の表面粗さRaは0.15nmとなっていた。
And about the
得られたサファイア基板10について洗浄後、乾燥させ、後述する評価方法により評価を行った。
(評価方法、結果)
(1)端面の表面粗さの測定
作製したサファイア基板の端面13について表面粗さRaの測定を行った。
The obtained
(Evaluation method, results)
(1) Measurement of surface roughness of end surface The surface roughness Ra of the
表面粗さRaの測定は、表面粗さ測定器(株式会社小坂研究所社製、サーフコーダーSE3500)により実施し、JIS B 0651 2001に準拠した方法により測定を行った。 The surface roughness Ra was measured by a surface roughness measuring device (manufactured by Kosaka Laboratory Co., Ltd., Surfcoder SE3500) and measured by a method based on JIS B 0651 2001.
作製した165枚のサファイア基板については、いずれも表面粗さRaが0.12μmになっていることを確認できた。 It was confirmed that the 165 sapphire substrates produced had a surface roughness Ra of 0.12 μm.
なお、ここでは端面部分について表面粗さの測定を行ったが、面取り部も端面と同様に鏡面研磨を行っていることから、面取り部も同じ表面粗さになっているといえる。
(2)割れの発生評価
作製したサファイア基板の基板内に温度勾配を形成し、割れが発生するサファイア基板の枚数を評価した。
Here, the surface roughness of the end face portion was measured, but it can be said that the chamfered portion has the same surface roughness because the chamfered portion is mirror-polished similarly to the end surface.
(2) Evaluation of generation of cracks A temperature gradient was formed in the substrate of the produced sapphire substrate, and the number of sapphire substrates on which cracks occurred was evaluated.
図3(A)、(B)は本評価方法においてサファイア基板の一部を冷却し、基板内に温度勾配を形成する評価装置の構成を示している。図3(A)は評価装置の断面図を、図3(B)は図3(A)中矢印Aに沿って評価装置を見た場合の上面図を、それぞれ模式的に表している。 3A and 3B show the configuration of an evaluation apparatus that cools a part of a sapphire substrate and forms a temperature gradient in the substrate in this evaluation method. 3A schematically illustrates a cross-sectional view of the evaluation apparatus, and FIG. 3B schematically illustrates a top view when the evaluation apparatus is viewed along the arrow A in FIG. 3A.
図3(A)、(B)に示したように本評価装置は、水温が21.0(±1℃)に保たれた水31を入れたバット30内に、直方体形状のアルミニウム支持部32を2つ配置しており、アルミニウム支持部32は水との間の熱交換により約21℃に保たれている。
As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), this evaluation apparatus has a rectangular
まず、上述の手順により作製したサファイア基板について、ホットプレートによりサファイア基板全体が240℃になるまで加熱する。そして、図3(A)、(B)に示すように240℃まで加熱したサファイア基板33を2つのアルミニウム支持部32の上面に載置する。サファイア基板33をアルミニウム支持部32上に載置することによりサファイア基板33はアルミニウム支持部32と接している部分については約21℃となる。そして、アルミニウム支持部32と接していないその他の部分は240℃であるため、約220℃の温度勾配をサファイア基板33内に形成することができる。
First, the sapphire substrate manufactured by the above-described procedure is heated by a hot plate until the entire sapphire substrate reaches 240 ° C. Then, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
そして、サファイア基板33の温度が40℃になるまで放置し、サファイア基板33に割れが生じるかを観察した。
And it was left until the temperature of the
本実施例においては、作製した計165枚のサファイア基板について上記評価を実施したところ、43枚だけ割れが生じ、122枚についてはサファイア基板33の温度が40℃になるまで放置しても割れは生じなかった。すなわち、割れの発生確率は26%であった。
[比較例1]
鏡面研磨工程を実施しなかった点以外は、実施例1と同様にして計6枚のサファイア基板を作製し、実施例1と同様にして上述の(1)端面の表面粗さの測定、(2)割れの発生評価について評価を行った。
In this example, when the above evaluation was carried out on a total of 165 sapphire substrates produced, only 43 pieces were cracked, and 122 pieces were cracked even if left until the temperature of the
[Comparative Example 1]
Except that the mirror polishing process was not performed, a total of six sapphire substrates were produced in the same manner as in Example 1, and (1) measurement of the surface roughness of the end face as in Example 1 ( 2) Evaluation was made on evaluation of occurrence of cracks.
(1)端面の表面粗さの測定を行ったところ、作製した6枚のサファイア基板についてはいずれも端面の表面粗さRaは0.38μmとなっていることを確認できた。また、面取り部も端面と同様の表面粗さRaになっているといえる。 (1) When the surface roughness of the end face was measured, it was confirmed that the surface roughness Ra of the end face was 0.38 μm for any of the six produced sapphire substrates. Further, it can be said that the chamfered portion has the same surface roughness Ra as the end surface.
(2)割れの発生評価の結果、6枚のサファイア基板全てについて割れが生じることが確認できた。すなわち、割れの発生確率は100%であった。 (2) As a result of evaluation of occurrence of cracks, it was confirmed that cracks occurred on all six sapphire substrates. That is, the probability of occurrence of cracks was 100%.
以上の結果から、サファイア基板の端面、及び面取り部について鏡面研磨を行うことにより、基板内に温度勾配が生じた場合でも割れが発生することを抑制できることを確認できた。 From the above results, it was confirmed that by performing mirror polishing on the end face and the chamfered portion of the sapphire substrate, it is possible to suppress the occurrence of cracks even when a temperature gradient occurs in the substrate.
10、33 サファイア基板
11 主表面
12 裏面
13 端面
14A、14B 面取り部
10, 33
Claims (7)
前記主表面と前記端面、及び前記裏面と前記端面との間には面取り部が設けられており、
前記端面、及び前記面取り部に鏡面研磨が施されているサファイア基板。 A main surface, a back surface facing the main surface, and an end surface;
A chamfer is provided between the main surface and the end surface, and the back surface and the end surface,
A sapphire substrate in which the end surface and the chamfered portion are mirror-polished.
サファイア基板の、前記主表面と前記端面との間、及び前記裏面と前記端面との間に面取り部を形成する面取り工程と、
前記端面、及び前記面取り部について鏡面研磨を行う鏡面研磨工程と、を有するサファイア基板の製造方法。 Slicing sapphire ingot, cutting step to be a sapphire substrate having a main surface, a back surface facing the main surface, and an end surface;
A chamfering step of forming a chamfered portion between the main surface and the end surface of the sapphire substrate and between the back surface and the end surface;
A mirror polishing process for performing mirror polishing on the end face and the chamfered portion.
The method for manufacturing a sapphire substrate according to any one of claims 3 to 6, wherein a surface roughness Ra of the end face and the chamfered portion after the mirror polishing step is 0.25 µm or less.
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