JP5195966B2 - ＧａＮ基板の研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＧａＮ基板の研磨方法に関する。
磁気ヘッドスライダの研磨方法として、例えば特許文献１に記載された方法が知られている。また、磁気ヘッドスライダを研磨するための研磨液として、例えば特許文献２に記載された仕上げ研磨用ラッピングオイル組成物が知られている。
ところで、磁気ヘッドスライダではなくＧａＮ基板（窒化ガリウム基板）の研磨方法として、例えば非特許文献１に記載された方法が知られている。この方法では、粒径が０．１μｍのダイヤモンドペーストとスウェードタイプのパッドを用いてＧａＮ基板を研磨した後、ＫＯＨとＮａＯＨの混合液を用いてＧａＮ基板を化学的に研磨する。
また、別のＧａＮ基板の研磨方法として、例えば特許文献３に記載された方法が知られている。この方法では、定盤上に供給された遊離砥粒によりＧａＮ基板を研磨する。具体的には、遊離砥粒の粒径を徐々に小さくし、研磨速度を遅くしながらＧａＮ基板を研磨する。
J.L.Weyher、ほか３名、「Chemical polishing of bulk and epitaxial GaN」、Journal of Crystal Growth、第１８２号、１９９７年、１７〜２２頁
しかしながら、遊離砥粒を用いてＧａＮ基板を研磨すると、定盤上で遊離砥粒同士が凝集して粗大化し、粗大化した粒子によりＧａＮ基板にスクラッチが発生してしまう。
本発明は、スクラッチの発生を抑制できるＧａＮ基板の研磨方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明のＧａＮ基板の研磨方法は、第１の研磨材と第１の潤滑剤とを含む研磨液を第１の定盤上に供給しながら、第１の定盤及び研磨液を用いてＧａＮ基板を研磨する第１の研磨工程と、第１の研磨工程の後、第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤上に第２の潤滑剤を供給しながら、第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤を用いてＧａＮ基板を研磨する第２の研磨工程とを含む。
ここで、第２の定盤として、第１の定盤を用いるとしてもよいし、第１の定盤とは異なる定盤を用いてもよい。また、第２の研磨材として、第１の研磨材を用いるとしてもよいし、第１の研磨材とは異なる研磨材を用いるとしてもよい。例えば、「第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤」として、第１の研磨材が埋め込まれた第１の定盤を用いてもよいし、第１の研磨材とは異なる研磨材が埋め込まれた第１の定盤を用いてもよいし、第１の定盤とは異なる定盤に第１の研磨材とは異なる研磨材が埋め込まれたものを用いてもよい。
本発明のＧａＮ基板の研磨方法では、第２の研磨工程において第２の研磨材が第２の定盤に埋め込まれている。このため、第２の研磨材同士が凝集しない。したがって、第２の研磨工程では、スクラッチの発生を抑制しながらＧａＮ基板を研磨することができる。
また、第１の定盤の周速度及び第２の定盤の周速度は、７ｍ／ｍｉｎ以上５７ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
この場合、第１及び第２の研磨工程において、周速度が７ｍ／ｍｉｎ未満の場合に比べてＧａＮ基板の研磨速度を大きくできる。また、周速度が５７ｍ／ｍｉｎより大きい場合に比べて第１の定盤の回転及び第２の定盤の回転を安定させ易くなる。
また、第１の研磨材は、ダイヤモンド砥粒であることが好ましい。これにより、第１の研磨工程におけるＧａＮ基板の研磨効率を向上させることができる。
また、第１の定盤の構成材料及び第２の定盤の構成材料は、錫を５０質量％以上含有する合金であることが好ましい。錫を５０質量％以上含有する合金は軟らかいので、第１の定盤における第１の研磨材の突き出し量及び第２の定盤における第２の研磨材の突き出し量がいずれも小さくなる。このため、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板の表面粗さ及び第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板の表面粗さをいずれも小さくできる。また、スクラッチの発生も抑制できる。
また、上記ＧａＮ基板の研磨方法は、第２の研磨工程の前に、平坦度が１０μｍ以下となるように第２の定盤を切削加工するフェーシング工程と、フェーシング工程の後、第２の研磨工程の前に、第２の研磨材を形成するための第３の研磨材を第２の定盤に埋め込むチャージング工程とを更に含むことが好ましい。
ここで、「平坦度」とは、測定対象物の厚みの最大値と最小値の差を意味する。また、フェーシング工程及びチャージング工程は、第１の研磨工程の前に実施されるとしてもよいし、第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前に実施されるとしてもよい。また、フェーシング工程が第１の研磨工程の前に実施され、チャージング工程が第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前に実施されるとしてもよい。
また、第２の定盤として第１の定盤とは異なる定盤を用いる場合、例えば、当該定盤に第３の研磨材を埋め込むことによって「第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤」が得られる。第２の定盤として第１の定盤を用いて、且つ、第１の研磨工程の後にチャージング工程を実施する場合、例えば、第３の研磨材を第１の定盤に埋め込むことによって「第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤」が得られる。第２の定盤として第１の定盤を用いて、且つ、第１の研磨工程の前にチャージング工程を実施する場合、例えば、第３の研磨材を第１の定盤に埋め込んだ後に第１の研磨工程を実施することによって「第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤」が得られる。
この場合、フェーシング工程を実施するので、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板の平坦度が向上する。また、チャージング工程を実施するので、第２の研磨材の突き出し量の面内ばらつきを低減できる。このため、第２の研磨工程におけるＧａＮ基板の研磨速度及び表面粗さの面内ばらつきが低減される。
また、第１の潤滑剤及び第２の潤滑剤は、エチレングリコール及び水を主成分とすることが好ましい。この場合、第１の研磨工程におけるＧａＮ基板や第１の定盤等、及び、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板や第１及び第２の定盤等の洗浄が容易になる。また、第１の潤滑剤及び第２の潤滑剤はエチレングリコールを含有するので、第１の研磨工程において第１の潤滑剤の蒸発を抑制でき、第１の定盤の防錆を実現できる。また、第２の研磨工程において第２の潤滑剤の蒸発を抑制でき、第２の定盤の防錆を実現できる。
また、第２の研磨工程では、第２の定盤として第１の定盤を用いることが好ましい。この場合、第１の定盤と第２の定盤との間において個体差を考慮する必要がないので、第１の定盤上で研磨されたＧａＮ基板を第２の定盤上で研磨する際に、ＧａＮ基板の表面形状と第２の定盤の表面形状とが適合する。このため、スクラッチの発生を抑制できる。
また、第２の研磨工程では第２の定盤として第１の定盤を用いる場合、上記ＧａＮ基板の研磨方法は、第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前に、第１の定盤上の異物を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。これにより、第２の研磨工程において、第１の定盤上の異物に起因するスクラッチの発生や表面粗さを低減できる。
本発明のＧａＮ基板の研磨方法によれば、スクラッチの発生を抑制できる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
（ＧａＮ基板の研磨装置）
図１は、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法に好適に用いられる研磨装置の一例を示す概略斜視図である。図１に示される研磨装置１００は、テーブル１１３上に配置された定盤１０１と、定盤１０１の表面１０１ａ上に載置された研磨ジグ１０とを備える。研磨装置１００では、定盤１０１と研磨ジグ１０との間にＧａＮ基板を配置して、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることによりＧａＮ基板の研磨を行う。ＧａＮ基板は、例えばＬＥＤやＬＤ等のデバイスに好適に用いられる。
図１は、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法に好適に用いられる研磨装置の一例を示す概略斜視図である。図１に示される研磨装置１００は、テーブル１１３上に配置された定盤１０１と、定盤１０１の表面１０１ａ上に載置された研磨ジグ１０とを備える。研磨装置１００では、定盤１０１と研磨ジグ１０との間にＧａＮ基板を配置して、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることによりＧａＮ基板の研磨を行う。ＧａＮ基板は、例えばＬＥＤやＬＤ等のデバイスに好適に用いられる。
定盤１０１は、例えば、中心点Ｏ及び半径ｒを有する円盤である。定盤１０１は、周速度ｖで例えば反時計回りに回転する。定盤１０１には、定盤１０１を冷却するチラー１１１が接続されている。チラー１１１を用いることにより、定盤１０１の温度を室温と同等の温度（例えば２０℃）に制御することができる。この場合、研磨時の定盤１０１の発熱や変形が防止される。
研磨ジグ１０には、研磨ジグ１０を回転及び揺動させるモータ１０３が接続されている。モータ１０３はテーブル１１３上に配置されている。研磨ジグ１０は、定盤１０１の回転方向と同一方向、例えば反時計回りに回転することが好ましい。
テーブル１１３上には、定盤１０１の表面１０１ａを切削加工するためのフェーシング機構１０９と、研磨液２７を定盤１０１の表面１０１ａに滴下する滴下装置（ディスペンサー）１０５と、潤滑剤３１を定盤１０１の表面１０１ａに滴下する滴下装置（ディスペンサー）１０７とが配置されている。滴下装置１０５，１０７は、それぞれ滴下ノズル１０５ａ，１０７ａを有している。これらの滴下ノズル１０５ａ，１０７ａから研磨液２７又は潤滑剤３１が滴下される。研磨液２７は例えばスラリー状である。また、研磨液２７及び潤滑剤３１は例えば水溶性である。
図２は、図１に示される研磨ジグ１０の概略斜視図である。図３は、図２に示されるIII−III線に沿った縦断面図である。研磨ジグ１０は、ＧａＮ基板１が貼り付けられるプレート１７と、プレート１７を取り囲むドライブリング１５とを備える。プレート１７上には、おもり１３と支持棒１１とが順に配置されている。
プレート１７は、例えばセラミックからなる。ＧａＮ基板１は、ワックス等の接着剤によりプレート１７に貼り付けられることが好ましい。ＧａＮ基板１は、おもり１３によって、プレート１７を介して定盤１０１に均等に押圧される。ドライブリング１５の下面１５ａには、例えば、溝１５ｂが放射状に形成されている。研磨ジグ１０は、ＧａＮ基板１の表面１ａが定盤１０１の表面１０１ａ（図１参照）に接触するように配置される。
図４(ａ)及び図４(ｂ)は、ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ結晶の結晶構造を模式的に示す図である。ＧａＮ結晶は、図４(ａ)に示されるように六方晶系のウルツ鉱型結晶構造を有する。このようなＧａＮ結晶からなるＧａＮ結晶体は、図４(ｂ)に示されるように（０００１）面及び（０００−１）面を有する。（０００１）面はＧａ面であり、（０００−１）面はＮ面である。Ｇａ面のビッカーズ硬度は、１２５０ｋｇ／ｍｍ２であり、Ｎ面のビッカーズ硬度は、１１５０ｋｇ／ｍｍ２である。また、Ｇａ面はＮ面よりもＫＯＨに対する耐薬品性が強い。
ＧａＮ基板１がストライプコア基板である場合、ＧａＮ基板１の表面１ａ（図３参照）にはＧａ面及びＮ面がストライプ状に配置される。なお、ＧａＮ基板１はストライプコア基板に限定されない。ここで、「ストライプコア基板」とは、直線状に伸び所定の幅を有する低結晶欠陥領域と、直線状に伸び所定の幅を有する高結晶欠陥領域とが、表面に交互に配置された基板のことである。ストライプコア基板の詳細については、例えば特開２００４−３３５６４６号公報等に示されている。
（ＧａＮ基板の研磨方法）
本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法は、上述の研磨装置１００を用いて好適に実施される。
本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法は、上述の研磨装置１００を用いて好適に実施される。
図５は、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法の一例を示すフローチャートである。このＧａＮ基板の研磨方法では、例えば、フェーシング工程（工程Ｓ１）、チャージング工程（工程Ｓ２）、第１の研磨工程（工程Ｓ３）、クリーニング工程（工程Ｓ４）及び第２の研磨工程（工程Ｓ５）が順に実施される。なお、本実施形態では、第２の研磨工程において使用される定盤として、第１の研磨工程で使用される定盤１０１を用いることとする。
以下、図６〜図８を参照しながら各工程Ｓ１〜Ｓ５について詳細に説明する。図６は、フェーシング工程を説明するための概略斜視図である。図７(ａ)及び図７(ｂ)は、それぞれ、第１及び第２の研磨工程を説明するための概略斜視図である。図８(ａ)及び図８(ｂ)は、それぞれ、第１及び第２の研磨工程を説明するための概略断面図である。
（フェーシング工程）
必要に応じて、図６に示されるように、定盤１０１の平坦度（ＴＴＶ：TotalThickness Variation）が１０μｍ以下となるように定盤１０１の表面１０１ａを切削加工するとしてもよい。この定盤１０１を用いれば、例えば２インチφのＧａＮ基板１を好適に研磨することができる。定盤１０１の表面１０１ａの形状は、ＧａＮ基板１の表面１ａに転写される。また、定盤１０１の中心点Ｏから外周までの部分（半径部分）の平坦度が５μｍ以下となるように切削加工することが更に好ましい。特に、平均粒径が小さい研磨材を用いて研磨を行う場合には、定盤１０１の平坦度を小さくすることが好ましい。
必要に応じて、図６に示されるように、定盤１０１の平坦度（ＴＴＶ：TotalThickness Variation）が１０μｍ以下となるように定盤１０１の表面１０１ａを切削加工するとしてもよい。この定盤１０１を用いれば、例えば２インチφのＧａＮ基板１を好適に研磨することができる。定盤１０１の表面１０１ａの形状は、ＧａＮ基板１の表面１ａに転写される。また、定盤１０１の中心点Ｏから外周までの部分（半径部分）の平坦度が５μｍ以下となるように切削加工することが更に好ましい。特に、平均粒径が小さい研磨材を用いて研磨を行う場合には、定盤１０１の平坦度を小さくすることが好ましい。
切削加工する際には、ダイヤモンドバイト１０９ａを用いることが好ましい。ダイヤモンドバイト１０９ａは、フェーシング機構１０９（図１参照）の主要部を構成する。ダイヤモンドバイト１０９ａは、定盤１０１の中心点Ｏから外周に向けて径方向Ｘに沿って移動する。定盤１０１を回転させながらダイヤモンドバイト１０９ａを移動させることにより、切削加工を行う。定盤１０１の回転速度は、例えば４００ｒｐｍである。図６において、定盤１０１の表面１０１ａは、既に切削加工された面１０１ｂと未だ切削加工されていない面１０１ｃとからなる。切削加工後、必要に応じて定盤１０１の表面１０１ａを洗浄することが好ましい。
（チャージング工程）
必要に応じて、図７(ａ)に示されるように、研磨材２１（第３の研磨材）を定盤１０１に埋め込むとしてもよい。具体的には、例えば、研磨材２１と潤滑剤（図示せず）とを含む研磨液（図示せず）を定盤１０１の表面１０１ａ上に供給しながら、ＧａＮ基板１が貼り付けられていない研磨ジグ１０（図２及び図３参照）及び定盤１０１を回転させる。本実施形態において、研磨材２１は、後述のように、第２の研磨工程における研磨材２９を形成するためのものである。
必要に応じて、図７(ａ)に示されるように、研磨材２１（第３の研磨材）を定盤１０１に埋め込むとしてもよい。具体的には、例えば、研磨材２１と潤滑剤（図示せず）とを含む研磨液（図示せず）を定盤１０１の表面１０１ａ上に供給しながら、ＧａＮ基板１が貼り付けられていない研磨ジグ１０（図２及び図３参照）及び定盤１０１を回転させる。本実施形態において、研磨材２１は、後述のように、第２の研磨工程における研磨材２９を形成するためのものである。
以下、チャージング条件の一例を示す。
研磨液の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
ドライブリング１５の回転速度：６０ｒｐｍ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
チャージング時間：６０ｍｉｎ以上
研磨液の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
ドライブリング１５の回転速度：６０ｒｐｍ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
チャージング時間：６０ｍｉｎ以上
（第１の研磨工程）
図７(ａ)に示されるように、研磨材２３（第１の研磨材）と潤滑剤２５（第１の潤滑剤）とを含む研磨液２７を定盤１０１の表面１０１ａ上に供給しながら、定盤１０１及び研磨液２７を用いてＧａＮ基板１を研磨する。研磨の際には、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることが好ましい。研磨液２７は、滴下装置１０５の滴下ノズル１０５ａから定盤１０１の表面１０１ａ上に滴下されることが好ましい。第１の研磨工程において、ＧａＮ基板１は、図８(ａ)に示されるように研磨材２１，２３によって研磨される。また、ＧａＮ基板１と定盤１０１との間には、潤滑剤２５が充填されている。
図７(ａ)に示されるように、研磨材２３（第１の研磨材）と潤滑剤２５（第１の潤滑剤）とを含む研磨液２７を定盤１０１の表面１０１ａ上に供給しながら、定盤１０１及び研磨液２７を用いてＧａＮ基板１を研磨する。研磨の際には、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることが好ましい。研磨液２７は、滴下装置１０５の滴下ノズル１０５ａから定盤１０１の表面１０１ａ上に滴下されることが好ましい。第１の研磨工程において、ＧａＮ基板１は、図８(ａ)に示されるように研磨材２１，２３によって研磨される。また、ＧａＮ基板１と定盤１０１との間には、潤滑剤２５が充填されている。
研磨材２１の殆どは定盤１０１に埋め込まれ固定されている砥粒（以下、固定砥粒ともいう）であり、研磨材２３の殆どは定盤１０１に埋め込まれていない遊離した砥粒（以下、遊離砥粒ともいう）である。ただし、研磨材２１の一部が脱落することにより遊離砥粒になるとしてもよいし、研磨材２３の一部が定盤１０１に埋め込まれることにより固定砥粒になるとしてもよい。研磨材２１，２３の突き出し量ｔｗ１は、図８(ａ)に示されるように、遊離砥粒としての研磨材２３に起因して大きくなっている。
以下、第１の研磨工程における研磨条件の一例を示す。
ＧａＮ基板１：直径（φ）５０．８ｍｍ、厚さ４００μｍのＧａＮ単結晶基板
研磨液２７の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
研磨材２３の最大粒径：１μｍ以下
定盤１０１の直径（φ）：４５０ｍｍ
定盤１０１の構成材料：錫
ドライブリング１５の回転速度：３０ｒｐｍ
ドライブリング１５の揺動速度：１０回／ｍｉｎ
揺動ストローク：３０ｍｍ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
研磨時間：６０ｍｉｎ
ＧａＮ基板１：直径（φ）５０．８ｍｍ、厚さ４００μｍのＧａＮ単結晶基板
研磨液２７の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
研磨材２３の最大粒径：１μｍ以下
定盤１０１の直径（φ）：４５０ｍｍ
定盤１０１の構成材料：錫
ドライブリング１５の回転速度：３０ｒｐｍ
ドライブリング１５の揺動速度：１０回／ｍｉｎ
揺動ストローク：３０ｍｍ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
研磨時間：６０ｍｉｎ
第１の研磨工程において研磨材２１，２３を用いてＧａＮ基板１を研磨した後、必要に応じて、プレート１７及びドライブリング１５（図２及び図３参照）に付着した研磨液２７を除去することにより、研磨ジグ１０を洗浄する。洗浄方法としては、例えば、超純水を用いた超音波洗浄が挙げられる。
（クリーニング工程）
必要に応じて、定盤１０１上の異物を除去することにより定盤１０１の表面１０１ａを洗浄するとしてもよい。このような異物としては、例えば、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の研削屑や遊離砥粒等が挙げられる。洗浄する際には、埃や屑が発生しないワイパーと超純水とを用いることが好ましい。しかしながら、このワイパーを用いて洗浄しても遊離砥粒が定盤１０１の表面１０１ａ上に残存する場合がある。この場合、遊離砥粒を定盤１０１に埋め込むために、定盤１０１を回転させながら、ＧａＮ基板１が貼り付けられていない研磨ジグ１０を定盤１０１上で回転させてもよい。第１の研磨工程における研磨時間が短時間である場合や研磨液２７に含まれる研磨材２３の濃度が薄い場合には、クリーニング工程を省略するとしてもよい。
必要に応じて、定盤１０１上の異物を除去することにより定盤１０１の表面１０１ａを洗浄するとしてもよい。このような異物としては、例えば、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の研削屑や遊離砥粒等が挙げられる。洗浄する際には、埃や屑が発生しないワイパーと超純水とを用いることが好ましい。しかしながら、このワイパーを用いて洗浄しても遊離砥粒が定盤１０１の表面１０１ａ上に残存する場合がある。この場合、遊離砥粒を定盤１０１に埋め込むために、定盤１０１を回転させながら、ＧａＮ基板１が貼り付けられていない研磨ジグ１０を定盤１０１上で回転させてもよい。第１の研磨工程における研磨時間が短時間である場合や研磨液２７に含まれる研磨材２３の濃度が薄い場合には、クリーニング工程を省略するとしてもよい。
第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前にクリーニング工程を実施すると、第１の研磨工程において生じた異物に起因するスクラッチの発生や表面粗さＲａを低減できる。
（第２の研磨工程）
図７(ｂ)に示されるように、研磨材２９（第２の研磨材）が埋め込まれた定盤１０１に潤滑剤３１（第２の潤滑剤）を供給しながら、研磨材２９が埋め込まれた定盤１０１を用いてＧａＮ基板１を研磨する。研磨の際には、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることが好ましい。第２の研磨工程において、ＧａＮ基板１は、図８(ｂ)に示されるように、研磨材２９によって研磨される。ＧａＮ基板１と定盤１０１との間には、潤滑剤３１が充填されている。
図７(ｂ)に示されるように、研磨材２９（第２の研磨材）が埋め込まれた定盤１０１に潤滑剤３１（第２の潤滑剤）を供給しながら、研磨材２９が埋め込まれた定盤１０１を用いてＧａＮ基板１を研磨する。研磨の際には、定盤１０１及び研磨ジグ１０を回転させることが好ましい。第２の研磨工程において、ＧａＮ基板１は、図８(ｂ)に示されるように、研磨材２９によって研磨される。ＧａＮ基板１と定盤１０１との間には、潤滑剤３１が充填されている。
研磨材２９は、上述の研磨材２１，２３のうち定盤１０１に埋め込まれた研磨材であるので固定砥粒である。なお、チャージング工程において定盤１０１に埋め込まれた研磨材２１を研磨材２９として用いてもよい。研磨材２９は固定砥粒であるので、図８(ａ)及び図８(ｂ)に示されるように、研磨材２９の突き出し量ｔｗ２は研磨材２１，２３の突き出し量ｔｗ１よりも小さくなっている。ここで、研磨材の突き出し量が小さいほど表面粗さＲａは小さくなる。よって、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａは、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａよりも小さくなる。また、定盤の硬さをＨｐ、加工対象物の硬さをＨｗ、研磨材の平均粒径をφｄとすると、研磨後の加工対象物の表面粗さＲａは例えば下記式（１）で表される。
Ｒａ＝φｄ×Ｈｐ／４Ｈｗ … （１）
図９は、第１及び第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板の表面粗さＲａと、研磨材の平均粒径との関係を示すグラフである。図９中の領域Ｐ１内の点は、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａを示し、領域Ｐ２内の点は、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａを示す。表面粗さＲａの値は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定された値である。このグラフから明らかなように、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１では、第１の研磨工程後におけるＧａＮ基板１に比べて、表面粗さＲａ及び表面粗さＲａのばらつきが小さくなっている。
以下、第２の研磨工程における研磨条件の一例を示す。
潤滑剤３１の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
定盤１０１の周速度ｖ：２８ｍ／ｍｉｎ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
研磨時間：６０ｍｉｎ
潤滑剤３１の滴下量：５ｃｃ／ｍｉｎ
定盤１０１の周速度ｖ：２８ｍ／ｍｉｎ
おもり１３の荷重：１．９６×１０４Ｐａ（２００ｇ／ｃｍ２）
研磨時間：６０ｍｉｎ
以上説明したように、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法では、第２の研磨工程において研磨材２９が定盤１０１に埋め込まれている。このため、研磨材２９同士が凝集しない。また、第２の研磨工程では、研磨材２９の突き出し量ｔｗ２が小さく且つ均一になる。したがって、第２の研磨工程では、スクラッチの発生を抑制しながらＧａＮ基板１を研磨することができる。さらに、第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａを小さくすると共に、表面粗さＲａの面内ばらつきも低減できる。一方、第１の研磨工程ではＧａＮ基板１の研磨速度を大きくできるので、第１の研磨工程の前にスライスや研削等の前加工を行うことによりＧａＮ基板１に形成される加工変質層を効率良く除去できる。本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法を用いることにより、スクラッチの発生が抑制されたＧａＮ基板を好適に製造することができる。
また、第１及び第２の研磨工程において、図１に示される定盤１０１の周速度ｖは、７ｍ／ｍｉｎ以上５７ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。周速度ｖが７ｍ／ｍｉｎ以上の場合、周速度ｖが７ｍ／ｍｉｎ未満の場合に比べてＧａＮ基板１の研磨速度を大きくできるので、生産性が高い。また、周速度ｖが５７ｍ／ｍｉｎ以下の場合、定盤１０１及び研磨ジグ１０の回転を安定させ易くなる。具体的には、スクラッチの原因となるスラスト方向（研磨ジグ１０の支持棒１１の軸方向）の揺れを抑制できる。このため、周速度ｖが５７ｍ／ｍｉｎより大きい場合に比べてスクラッチの本数を低減できる。
また、第１及び第２の研磨工程において、定盤１０１の回転速度は、５ｒｐｍ以上４０ｒｐｍ以下であることが好ましい。回転速度が５ｒｐｍ以上の場合、回転速度が５ｒｐｍ未満の場合に比べてＧａＮ基板１の研磨速度を大きくできるので、生産性が高い。また、回転速度が４０ｒｐｍ以下の場合、定盤１０１の回転を安定させ易くなるので、回転速度が４０ｒｐｍより大きい場合に比べてスクラッチの本数を低減できる。
実施例として、第1の研磨工程において定盤１０１の周速度ｖ、定盤１０１の回転速度、及び、スクラッチの本数をそれぞれ測定した結果を表１に示す。表１中、「スクラッチの本数」は、直径（φ）５０．８ｍｍのＧａＮ基板の面内に発生したスクラッチの本数を示す。また、スクラッチの本数は集光灯下において目視検査により測定した。
次に、実施例として、第２の研磨工程において定盤１０１の周速度ｖ、定盤１０１の回転速度、及び、スクラッチの本数をそれぞれ測定した結果を表２に示す。表２中、「スクラッチの本数」は、直径（φ）５０．８ｍｍのＧａＮ基板の面内に発生したスクラッチの本数を示す。また、スクラッチの本数は集光灯下において目視検査により測定した。
また、研磨材２１，２３，２９のビッカーズ硬度は、ＧａＮのビッカーズ硬度（１３００ｋｇ／ｍｍ２）よりも大きいことが好ましい。よって、研磨材２１，２３，２９の構成材料としては、例えば、ダイヤモンド、ＳｉＣ等の炭化物、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、ｃＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物等が好ましい。これらの中でも、分級精度、価格、加工効率、加工精度等の観点からダイヤモンドが特に好ましい。例えば、研磨材２１，２３がダイヤモンド砥粒である場合、第１の研磨工程におけるＧａＮ基板１の研磨効率を向上させることができる。また、研磨材２９がダイヤモンド砥粒である場合、第２の研磨工程におけるＧａＮ基板１の研磨効率を向上させることができる。
また、定盤１０１の構成材料は、錫を５０質量％以上含有する合金であることが好ましい。なお、定盤１０１が、錫を５０質量％以上含有する合金からなる被覆層を有していてもよい。錫を５０質量％以上含有する合金は、銅等の金属よりも軟らかいので、定盤１０１における研磨材２１，２３の突き出し量ｔｗ１及び研磨材２９の突き出し量ｔｗ２（図８参照）が小さくなる。このため、第１及び第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の表面粗さＲａを小さくできると共に、スクラッチの発生を抑制できる。
ここで、実施例として、第２の研磨工程において定盤１０１の構成材料、ＧａＮ基板１の表面粗さＲａ、及び、スクラッチの本数をそれぞれ測定した結果を表３に示す。表３中、「スクラッチの本数」は、直径（φ）５０．８ｍｍのＧａＮ基板の面内に発生したスクラッチの本数を示す。また、スクラッチの本数は集光灯下において目視検査により測定した。表面粗さＲａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定した。
表３に示されるように、定盤１０１の構成材料は錫を５０質量％以上含有する合金であることが好ましい。表面粗さＲａが５ｎｍ以下且つスクラッチの本数が０本のＧａＮ基板は、ＬＥＤやＬＤ等のデバイスに好適に用いられる。また、環境汚染を防止するために、鉛よりもビスマスやアンチモンを用いることが好ましい。
また、定盤１０１が錫製であると、研磨材２１，２３，２９がダイヤモンド砥粒である場合に研磨材２１，２３，２９を定盤１０１に強く保持・固定することができる。
また、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法では、上述のようなフェーシング工程を実施するので、第１及び第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１の平坦度が向上する。フェーシング工程において、定盤１０１の表面１０１ａに、中心点Ｏを中心とした螺旋状又は同心円状の溝（図示せず）を形成することが好ましい。これにより、第１及び第２の研磨工程において、ＧａＮ基板１と定盤１０１との摩擦抵抗を低減できると共に、ＧａＮ基板１と定盤１０１との間に研磨液２７又は潤滑剤３１を供給し易くなる。
また、本実施形態に係るＧａＮ基板の研磨方法では、上述のようなチャージング工程を実施するので、研磨材２９の突き出し量ｔｗ２の面内ばらつきを低減できる。このため、第２の研磨工程におけるＧａＮ基板１の研磨速度及び表面粗さＲａの面内ばらつきが低減される。さらに、スクラッチの発生も抑制される。また、第１の研磨工程の前にチャージング工程を実施すると、第１の研磨工程における研磨速度が、研磨を始める時から安定する。
また、潤滑剤２５，３１は、例えばポリエチレングリコール、モノエチレングリコール等のエチレングリコール及び水を主成分とすることが好ましい。具体的には、例えば、潤滑剤の全量に対するエチレングリコール及び水の合計含有量が、９５質量％以上であることが好ましい。また、エチレングリコールに代えて、例えば、ポリエチレンアルコール、グリセリン、ラクチトール、ソルビトール等を用いるとしてもよい。具体的には、例えば、潤滑剤の全量に対する、ポリエチレンアルコール、グリセリン、ラクチトール又はソルビトールと水との合計含有量が、９５質量％以上であることが好ましい。
上述の場合、潤滑剤２５，３１は水溶性であるので、第１及び第２の研磨工程後におけるＧａＮ基板１や、定盤１０１等の研磨装置１００の洗浄が容易になる。ＧａＮは水と反応しないので、水溶性の潤滑剤を用いることができる。これにより、洗浄の作業性が向上し、洗浄コストも低減できる。また、潤滑剤２５，３１がエチレングリコール、ポリエチレンアルコール、グリセリン、ラクチトール又はソルビトールを含有すると、第１及び第２の研磨工程において潤滑剤２５，３１の蒸発を抑制でき、定盤１０１の防錆を実現できる。
また、本実施形態では、第２の研磨工程で使用される定盤として、第１の研磨工程で使用された定盤１０１を用いるので、定盤の個体差（例えば表面形状の相違等）を考慮する必要がない。よって、第１の研磨工程において定盤１０１上で研磨されたＧａＮ基板１を第２の研磨工程において定盤１０１上で研磨する際に、ＧａＮ基板１の表面１ａの形状と定盤１０１の表面１０１ａの形状とが適合する。このため、第２の研磨工程後におけるスクラッチの発生を抑制できる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態において、フェーシング工程、チャージング工程及びクリーニング工程のうち１以上の工程を省略するとしてもよい。チャージング工程を省略した場合、第１の研磨工程において研磨材２１が定盤１０１に埋め込まれていない。このとき、第１の研磨工程において研磨を行うと研磨材２３が徐々に定盤１０１に埋め込まれるので、埋め込まれた研磨材２３が固定砥粒となる。この固定砥粒が第２の研磨工程において研磨材２９となる。
また、第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前に、フェーシング工程及びチャージング工程を実施するとしてもよい。また、第１の研磨工程の前にフェーシング工程を実施し、第１の研磨工程の後、第２の研磨工程の前に、チャージング工程を実施するとしてもよい。いずれの場合であっても上記実施形態と同様の作用効果が得られる。また、これらの場合、研磨材２１が研磨材２９となる。
また、上記実施形態では、第２の研磨工程で使用される定盤として、第１の研磨工程で使用される定盤１０１を用いるとしたが、第１の研磨工程に用いる定盤（第１の定盤）と第２の研磨工程に用いる定盤（第２の定盤）とが異なるとしてもよい。この場合、フェーシング工程及びチャージング工程は、第１の研磨工程の前に第１の定盤に対して実施されるとしてもよいし、第２の研磨工程の前に第２の定盤に対して実施されるとしてもよい。いずれの場合であっても上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
１…ＧａＮ基板、２１…第３の研磨材、２３…第１の研磨材、２５…第１の潤滑剤、２７…研磨液、２９…第２の研磨材、３１…第２の潤滑剤、１０１…第１及び第２の定盤。
Claims (1)
- 第１の研磨材と第１の潤滑剤とを含む研磨液を第１の定盤上に供給しながら、前記第１の定盤及び前記研磨液を用いてＧａＮ基板を研磨する第１の研磨工程と、
前記第１の研磨工程の後、第２の研磨材が埋め込まれた第２の定盤上に第２の潤滑剤を供給しながら、前記第２の研磨材が埋め込まれた前記第２の定盤を用いて前記ＧａＮ基板を研磨する第２の研磨工程と、
を含み、
前記第１の定盤の構成材料及び前記第２の定盤の構成材料は、錫を９５質量％以上含有する合金であり、かつ、アンチモン又はビスマスを含有する、ＧａＮ基板の研磨方法。
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