JP2021077757A

JP2021077757A - ＳｉＣ基板の再生方法

Info

Publication number: JP2021077757A
Application number: JP2019202850A
Authority: JP
Inventors: 法久有福; Norihisa Arifuku
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-05-20

Abstract

【課題】ＳｉＣ基板の再生に要する工数を低減し、更に、ＳｉＣ基板を再生できる回数を増やすＳｉＣ基板の再生方法を提供する。【解決手段】表面側に窒化物層が形成されたＳｉＣ基板１の再生方法であって、研磨装置のチャックテーブル２０の保持面２０ａで該ＳｉＣ基板の裏面側を保持する保持工程と、研磨装置の研磨パッド４８から酸性の研磨液５８を供給しながら研磨パッドを用いてＳｉＣ基板の表面側を研磨して、窒化物層３を除去する除去工程と、ＳｉＣ基板を洗浄する洗浄工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、表面側に窒化物の薄膜が形成されたＳｉＣ基板の再生方法に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、電力変換に使用されるパワーデバイス等の半導体材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）が用いられている。ＧａＮの単結晶層であるＧａＮ層は、例えば、結晶の格子定数が比較的ＧａＮに近い炭化ケイ素（ＳｉＣ）の単結晶で形成された基板上にエピタキシャル成長により形成される。

そして、このＧａＮ層を用いてＬＥＤ等の各種デバイスが製造される。デバイスメーカーは、複数の異なる製造条件でＳｉＣ基板上にＧａＮ層を用いた各種デバイスを試験的に製造することで良好な製造条件を抽出し、この良好な製造条件を量産工程に反映させることで、各種デバイスを量産することがある。

従来、良好な製造条件を抽出するために使用したＳｉＣ基板を廃棄していたが、ＳｉＣ基板は高価であるので、使用したＳｉＣ基板を再生して再利用することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。

例えば、ＳｉＣ基板を再生するためには、まず、ブラスト加工又はラッピング加工により、ＳｉＣ基板の表面側に形成されているＧａＮ層を除去する（ＧａＮ層除去工程）。次いで、ブラスト加工等によりＳｉＣ基板の表面側に形成されたダメージ層を研磨加工により除去する（表面研磨工程）。その後、ＳｉＣ基板の表面を洗浄する（洗浄工程）。

特開２０１１−８６６７２号公報

この様に、ブラスト加工等によりＧａＮ層を除去する場合、ＳｉＣ基板には比較的深いダメージ層が形成される。例えば、ＳｉＣ基板の表面からの深さが１０μｍ程度のダメージ層が形成される。それゆえ、ダメージ層を除去するための表面研磨工程が別途必要になる。

しかし、ＳｉＣ基板の表面側を研磨加工により１０μｍ程度除去するためには、例えば、１０時間程度もの時間を要する。更に、１回の再生でＳｉＣ基板を１０μｍも除去することになるので、再生して利用できる回数が制限される。

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ基板の再生に要する工数を低減し、更に、ＳｉＣ基板を再生できる回数を増やすことを目的とする。

本発明の一態様によれば、表面側に窒化物層が形成されたＳｉＣ基板の再生方法であって、研磨装置のチャックテーブルの保持面で該ＳｉＣ基板の裏面側を保持する保持工程と、該研磨装置の研磨パッドから酸性の研磨液を供給しながら該研磨パッドを用いて該ＳｉＣ基板の該表面側を研磨して、該窒化物層を除去する除去工程と、該ＳｉＣ基板を洗浄する洗浄工程と、を備えるＳｉＣ基板の再生方法が提供される。

好ましくは、前記窒化物層はＧａＮ層である。

本発明の一態様に係るＳｉＣ基板の生成方法では、研磨装置の研磨パッドから酸性の研磨液を供給しながら研磨パッドを用いてＳｉＣ基板の表面側を研磨して、ＳｉＣ基板の表面側に形成されている窒化物層を除去する。

この様に、ブラスト加工等を行うことなく、研磨加工のみにより窒化物の薄膜を除去する。それゆえ、ＳｉＣ基板の再生に要する工数を低減できる。更に、ブラスト加工等を行わないので、ＳｉＣ基板にダメージ層が形成されない。それゆえ、ブラスト加工等を行う場合に比べて、除去されるＳｉＣ基板の厚さを低減できる。従って、ＳｉＣ基板を再生できる回数を増やすことができる。

図１（Ａ）はＳｉＣ基板及びＧａＮ層の断面図であり、図１（Ｂ）は保護テープをＳｉＣ基板に貼り付けるときのＳｉＣ基板等の斜視図である。研磨装置の斜視図である。研磨ユニット及び研磨パッド等の断面図である。ＳｉＣ基板の再生方法のフロー図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、図１（Ａ）を用いて、本実施形態において再生されるＳｉＣ基板１について説明する。図１（Ａ）は、ＳｉＣ基板１及びＧａＮ層３の断面図である。

ＳｉＣ基板１は、円盤状の基板であり、円形の表面１ａ及び裏面１ｂを有する。表面１ａから裏面１ｂまでのＳｉＣ基板１の厚さは、例えば、３５０μｍである。ＳｉＣ基板１の表面１ａ側には、厚さ０．５μｍから数μｍ程度のＧａＮ層（窒化物層）３がエピタキシャル成長により形成されている。

ＧａＮ層３には、ＬＥＤ等のデバイスが形成されている。本実施形態では、表面１ａ側のＧａＮ層３を研磨により除去することでＳｉＣ基板１を再生するが、ＧａＮ層３を研磨する前には、ＳｉＣ基板１の裏面１ｂに保護テープ５を貼り付けてテープ付き基板７を形成する。

保護テープ５は、可撓性を有するフィルム状の基材層を有する。基材層は、ＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等で形成されている。

基材層の一方の面には、接着層（糊層）が設けられている。接着層は、それぞれ紫外線硬化型のシリコーンゴム、アクリル系材料、エポキシ系材料等で形成されている。この接着層が、ＳｉＣ基板１の裏面１ｂに貼り付けられる。

図１（Ｂ）は、保護テープ５をＳｉＣ基板１に貼り付けるときのＳｉＣ基板１等の斜視図である。保護テープ５をＳｉＣ基板１に貼り付けることで、研磨や搬送等の際におけるＳｉＣ基板１への衝撃を緩和でき、ＳｉＣ基板１の損傷を低減できる。

なお、図１（Ｂ）では、円形の保護テープ５を裏面１ｂに貼り付ける様子を示すが、裏面１ｂの径よりも大きな一辺を有する矩形の保護テープ５を裏面１ｂに貼り付けた後、裏面１ｂの外形と略同じ径を有する円形となる様に、保護テープ５を切り取ってもよい。

テープ付き基板７は研磨装置２へ搬送され、研磨装置２によりＧａＮ層３が研磨される。ここで、図２を用いて研磨装置２の構成について説明する。図２は、研磨装置２の斜視図である。

研磨装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。基台４の前方（Ｘ軸方向の一方）側の上面には、カセット載置台６ａ，６ｂが設けられている。カセット載置台６ａ上には、例えば、研磨加工前のテープ付き基板７を収容したカセット８ａが載置される。

カセット載置台６ｂには、例えば、研磨加工後のテープ付き基板７を収容するためのカセット８ｂが載置される。カセット載置台６ａ，６ｂの間には、カセット載置台６ａ，６ｂにテープ付き基板７を搬送する搬送ロボット１０が設けられている。

カセット載置台６ａの後方（Ｘ軸方向の他方）には、複数の位置決めピンによりテープ付き基板７の位置を決めるための位置決めテーブル１２が設けられている。テープ付き基板７は、搬送ロボット１０によりカセット８ａから位置決めテーブル１２へ搬送される。

位置決めテーブル１２の後方には、搬入機構（ローディングアーム）１４と、搬出機構（アンローディングアーム）１６とが設けられている。搬入機構１４は、位置決めテーブル１２から後述する搬入出領域へテープ付き基板７を搬出する。

搬入機構１４及び搬出機構１６よりも後方側における基台４の上面側には、開口４ａが設けられている。この開口４ａ内には、上面視で矩形状のＸ軸移動テーブル１８が設けられている。

Ｘ軸移動テーブル１８上には、円盤状のチャックテーブル２０が設けられている。チャックテーブル２０は、上部に多孔質プレート２２（図３参照）を備える。多孔質プレート２２の表面（保持面２０ａ）とは反対側には、流路２０ｂの一端が接続されている（図３参照）。

流路２０ｂの他端には、エジェクタ等の吸引源（不図示）が接続されている。吸引源を動作させると、多孔質プレート２２の表面には負圧が作用する。それゆえ、多孔質プレート２２の表面は、テープ付き基板７を吸引して保持する保持面２０ａとして機能する。

チャックテーブル２０の下方には不図示の回転機構が設けられており、チャックテーブル２０はこの回転機構に連結している。回転機構を動作させると、チャックテーブル２０は、所定の回転軸の周りに回転する。

回転機構の下方には、Ｘ軸方向移動機構（不図示）が設けられている。Ｘ軸方向移動機構を動作させることにより、チャックテーブル２０等はＸ軸方向に沿って移動する。例えば、チャックテーブル２０は、開口４ａ内の前方側に位置する搬入出領域２４と、開口４ａ内の後方側に位置する研磨領域２６との間を、Ｘ軸方向に沿って移動する。

研磨装置２の基台４の後方側の端部には、基台４の上面よりも上方に突出している壁状の支持部４ｂが設けられている。支持部４ｂの前面には、各々Ｚ軸方向と平行な一対のＺ軸ガイドレール２８が設けられている。

各Ｚ軸ガイドレール２８には、Ｚ軸移動プレート３０がスライド可能な態様で取り付けられている。Ｚ軸移動プレート３０の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール２８に平行なＺ軸ボールねじ３２が回転可能な態様で結合されている。

Ｚ軸ボールねじ３２の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３４でＺ軸ボールねじ３２を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３０は、Ｚ軸ガイドレール２８に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート３０の前面には、研磨ユニット３６が固定されている。研磨ユニット３６は、円筒形状のスピンドルハウジング３８を有する。スピンドルハウジング３８内には、スピンドル４０が回転可能な態様で設けられている。

スピンドル４０の上端には、スピンドル４０を回転させるモータ（不図示）が連結されている。また、スピンドル４０の下端には、円盤状のマウント４２の上面が連結されている。マウント４２の下面には、ＳｉＣ基板１の直径よりも大きな直径を有する円盤状の研磨ホイール４４が設けられている。

研磨ホイール４４は、マウント４２の下面に連結された円盤状の基台４６（図３参照）を有する。基台４６は、アルミニウム又はステンレス鋼等の金属で形成されている。基台４６の下面には、ウレタンフォーム（即ち、発泡ポリウレタン）で形成された研磨パッド４８（図３参照）が固定されている。但し、研磨パッド４８は、ウレタンフォームに限定されず、他の樹脂の発泡体で形成されてもよく、また、不織布で形成されてもよい。

研磨パッド４８は、基台４６と略同径の円盤形状を有する。研磨パッド４８には、複数の砥粒（不図示）が分散された状態で固定されている。本実施形態の砥粒は、シリカで形成されており、０．１μｍから１０μｍ程度の平均粒径を有する。但し、砥粒は、シリカに限定されず、アルミナ、ダイヤモンド、ｃＢＮ（cubic boron nitride）等で形成されてもよい。

研磨ユニット３６の上部には、研磨液が供給される流路５０の一端が接続されている。流路５０の他端には、研磨液供給源５２が接続されている。研磨液供給源５２には、酸性の研磨液が貯留されている。酸性の研磨液は、流路５０を介して研磨液供給源５２から研磨ユニット３６へ供給される。

本実施形態における酸性の研磨液は、過マンガン酸ナトリウム水溶液である。但し、酸性の研磨液は、過マンガン酸ナトリウム水溶液に限定されず、過マンガン酸カリウム水溶液や、他の酸性の水溶液であってもよい。

次に、研磨ユニット３６及び研磨ホイール４４の内部構造について説明する。図３は、研磨ユニット３６及び研磨ホイール４４等の断面図である。酸性の研磨液は、スピンドル４０及びマウント４２をＺ軸方向に貫く第１の研磨液供給路５４を経て、研磨ホイール４４へ供給される。

第１の研磨液供給路５４は、スピンドル４０の外径よりも小さい径を有する円筒形状の空洞であり、スピンドル４０及びマウント４２に形成されている。第１の研磨液供給路５４の下端は、研磨ホイール４４に形成された第２の研磨液供給路５６の上端に接続されている。

第２の研磨液供給路５６は、第１の研磨液供給路５４と同径に形成された円筒形状の空洞である。第２の研磨液供給路５６は、研磨ホイール４４の厚さ方向において、研磨ホイール４４を貫く様に形成されている。

第２の研磨液供給路５６及び第１の研磨液供給路５４は、Ｚ軸方向と平行な１つの直線を形成する様に配置されている。研磨液供給源５２から供給される酸性の研磨液５８は、第１の研磨液供給路５４及び第２の研磨液供給路５６を経て、研磨ホイール４４の下方へ供給される。

酸性の研磨液５８を供給しながら、研磨ホイール４４を用いて表面１ａ側のＧａＮ層３は研磨される。研磨工程後、チャックテーブル２０が研磨領域２６から搬入出領域２４へ移動し、搬出機構１６によりチャックテーブル２０からテープ付き基板７が搬出される。

カセット載置台６ｂと搬出機構１６との間には、スピンナ洗浄ユニット６０が設けられている（図２参照）。スピンナ洗浄ユニット６０は、ＳｉＣ基板１を洗浄及びスピン乾燥する。洗浄後のテープ付き基板７は、搬送ロボット１０によりスピンナ洗浄ユニット６０からカセット８ｂへ搬送される。

次に、研磨装置２を用いてＳｉＣ基板１上のＧａＮ層３を除去し、ＳｉＣ基板１を再生する再生方法について説明する。図４は、ＳｉＣ基板１の再生方法のフロー図である。まず、図１（Ｂ）を用いて説明した様に、ＳｉＣ基板１の裏面側に保護テープ５を貼り付けて、テープ付き基板７を形成する（保護テープ貼り付け工程（Ｓ１０））。

保護テープ貼り付け工程（Ｓ１０）の後、ＧａＮ層３が露出する態様で、チャックテーブル２０上にテープ付き基板７を載置する。そして、吸引源を動作させて、テープ付き基板７を保持面２０ａで保持する。これにより、ＳｉＣ基板１の裏面側が保持面２０ａで保持される（保持工程（Ｓ２０））。

保持工程（Ｓ２０）の後、チャックテーブル２０及び研磨ホイール４４を所定の方向にそれぞれ例えば７５０ｒｐｍで回転させる。そして、徐々に研磨ホイール４４をＺ軸方向に沿って徐々に下降させ、研磨パッド４８の下面を表面１ａ側のＧａＮ層３に接触させる。研磨パッド４８の下面が表面１ａ側のＧａＮ層３に接触すると、表面１ａ側のＧａＮ層３が研磨される。

研磨時には、図２及び図３に示す様に、研磨パッド４８の下面の一部が表面１ａ側のＧａＮ層３の全面に接触する。このとき、研磨ホイール４４は、ＧａＮ層３を保持面２０ａ側へ押圧する。例えば、研磨ホイール４４は、５００ｇ／ｃｍ^２の圧力でＧａＮ層３を保持面２０ａ側へ押圧する。

また、研磨時には、研磨ホイール４４からＧａＮ層３へ酸性の研磨液５８が供給しながら研磨ホイール４４を保持面２０ａ側へ押圧する。研磨液５８の単位時間当たりの供給量は、例えば、１００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎとする。

ＧａＮ層３の研磨レート（即ち、単位時間当たりに除去される厚さ）は、所定の条件を調節することにより調節可能である。所定の条件は、例えば、チャックテーブル２０及び研磨ホイール４４の単位時間当たりの各回転数、酸性の研磨液５８の単位時間当たりの供給量、研磨ホイール４４からＳｉＣ基板１への圧力等に応じて決まる。

それゆえ、ＧａＮ層３の研磨レートとＧａＮ層３の厚さとに基づいて、ＧａＮ層３を除去するために研磨に要する時間を予め算出できる。例えば、圧力を５００ｇ／ｃｍ^２、研磨液５８の供給量を１００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎとし、０．５μｍのＧａＮ層３を研磨する場合、ＧａＮ層３を除去するために要する時間は、例えば、１０分から１５分と算出される。

算出された時間、ＧａＮ層３を研磨することにより、ＧａＮ層３は、表面１ａ側から除去される（除去工程（Ｓ３０））。除去工程（Ｓ３０）では、酸化剤として機能する酸性の研磨液５８をＧａＮ層３に供給するので、ＧａＮ層３の表面は酸化されて変質する。

研磨パッド４８の砥粒は、この変質したＧａＮ層３の表面を研磨する。ＧａＮ層３が変質することにより、ＧａＮ層３が変質していない場合に比べて、ＧａＮ層３は研磨され易くなる（即ち、ＧａＮ層３の研磨レートは向上する）。

なお、除去工程（Ｓ３０）は、主としてＧａＮ層３を除去するが、より確実にＧａＮ層３を除去するために、上述の算出された時間よりも、例えば、数秒以上１分以下だけ研磨時間を延長してもよい。この場合、ＳｉＣ基板１の表面１ａが僅かながら研磨される。

除去工程（Ｓ３０）の後、スピンナ洗浄ユニット６０を用いて、ＳｉＣ基板１を洗浄する（洗浄工程（Ｓ４０））。例えば、ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側をスピンナテーブル（不図示）で保持した状態で、スピンナテーブルを回転させる。

スピンナテーブルを回転させながら、ＳｉＣ基板１の表面１ａ側に、純水等の流体や、純水及びエアから成る２流体を噴射することで、酸性の研磨液５８、屑等がＳｉＣ基板１から除去される。

本実施形態では、ブラスト加工又はラッピング加工を行うことなく、研磨ホイール４４を用いて表面１ａ側のＧａＮ層３を研磨することでＧａＮ層３を除去する。それゆえ、ＳｉＣ基板１の再生に要する工数を低減できる。

また、ブラスト加工又はラッピング加工を行わないので、ＧａＮ層３の除去時にＳｉＣ基板１にダメージ層が形成されない。それゆえ、ブラスト加工又はラッピング加工を行う場合に比べて、除去されるＳｉＣ基板１の厚さを低減できる。従って、ＳｉＣ基板１を再生できる回数を増やすことができる。

ところで、砥粒を有する研磨液５８を表面１ａ側に供給しながら、砥粒を有しない研磨パッド４８で表面１ａ側を研磨する場合、研磨レートが比較的低くなる。これに対して、本実施形態では、研磨パッド４８に砥粒が固定された（即ち、固定砥粒の）研磨パッド４８を用いる。それゆえ、遊離状態の砥粒を含む研磨液５８を供給しながら砥粒を有しない研磨パッド４８で表面１ａ側のＧａＮ層３を研磨する場合に比べて、研磨レートを向上できる。

更に、本実施形態では、酸性の研磨液５８を供給することで、ＧａＮ層３の表面を変質させながら、このＧａＮ層３を研磨する。この様に、研磨パッド４８の固定砥粒と、酸性の研磨液５８との相乗的な効果により、比較的高い研磨レートを実現できる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。例えば、表面１ａ上に形成されるエピタキシャル成長層は、ＧａＮ層３に限定されない。

エピタキシャル成長層は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）によりそれぞれ表現される、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等であってもよい。また、異なる組成の窒化物層が積層されたエピタキシャル成長層が表面１ａ上に形成されてもよい。

ところで、酸性の研磨液５８を用いるのであれば、砥粒が研磨パッド４８に固定された研磨ホイール４４を必ずしも用いなくてもよい。砥粒が固定された研磨パッド４８を用いる場合に比べて研磨レートは低下するが、酸性の研磨液５８に砥粒を添加して、砥粒を有しない研磨パッド４８でＧａＮ層３を研磨してもよい。この場合も、ＳｉＣ基板１の再生に要する工数を低減し、ＳｉＣ基板１を再生できる回数を増やすことができる。

１ＳｉＣ基板
１ａ表面
１ｂ裏面
２研磨装置
３ＧａＮ層（窒化物層）
４基台
４ａ開口
４ｂ支持部
５保護テープ
６ａ，６ｂカセット載置台
７テープ付き基板
８ａ，８ｂカセット
１０搬送ロボット
１２位置決めテーブル
１４搬入機構（ローディングアーム）
１６搬出機構（アンローディングアーム）
１８Ｘ軸移動テーブル
２０チャックテーブル
２０ａ保持面
２０ｂ流路
２２多孔質プレート
２４搬入出領域
２６研磨領域
２８Ｚ軸ガイドレール
３０Ｚ軸移動プレート
３２Ｚ軸ボールねじ
３４Ｚ軸パルスモータ
３６研磨ユニット
３８スピンドルハウジング
４０スピンドル
４２マウント
４４研磨ホイール
４６基台
４８研磨パッド
５０流路
５２研磨液供給源
５４第１の研磨液供給路
５６第２の研磨液供給路
５８研磨液
６０スピンナ洗浄ユニット

Claims

表面側に窒化物層が形成されたＳｉＣ基板の再生方法であって、
研磨装置のチャックテーブルの保持面で該ＳｉＣ基板の裏面側を保持する保持工程と、
該研磨装置の研磨パッドから酸性の研磨液を供給しながら該研磨パッドを用いて該ＳｉＣ基板の該表面側を研磨して、該窒化物層を除去する除去工程と、
該ＳｉＣ基板を洗浄する洗浄工程と、
を備えることを特徴とするＳｉＣ基板の再生方法。
前記窒化物層はＧａＮ層であることを特徴とする請求項１記載のＳｉＣ基板の再生方法。