JP6632132B2 - Method for determining physical properties of single crystal SiC substrate and method for manufacturing single crystal SiC substrate - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法および単結晶ＳｉＣ基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for determining physical properties of a single crystal SiC substrate and a method for manufacturing a single crystal SiC substrate.
半導体材料であるＳｉＣ（炭化珪素）は、現在広くデバイス用基板として使用されているＳｉ（珪素）に比べてバンドギャップが広いことから、単結晶ＳｉＣ基板を使用してパワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等を作製する研究が行われている。 Since the semiconductor material SiC (silicon carbide) has a wider band gap than Si (silicon) which is currently widely used as a device substrate, a power device, a high-frequency device, and a high temperature device using a single crystal SiC substrate are used. Research for fabricating operation devices and the like has been conducted.
単結晶ＳｉＣ基板は、例えば、昇華法を用いて製造された単結晶ＳｉＣインゴットから基板（となる部分）を切断し、切断された基板の表面を鏡面加工することによって形成される。 The single-crystal SiC substrate is formed, for example, by cutting a substrate (a portion to be formed) from a single-crystal SiC ingot manufactured by using a sublimation method, and mirror-finished the surface of the cut substrate.
切断された基板には、そり、うねりや加工歪が存在しているため、例えばダイヤモンド砥粒を用いた研削加工を行ってこれらを軽減した上で、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリシング）により、基板の表面を鏡面化することが行われている（非特許文献１）。 Since the cut substrate has warpage, undulation, and processing strain, the surface of the substrate is reduced by CMP (chemical mechanical polishing), for example, by performing grinding using diamond abrasive grains to reduce these. Is mirror-finished (Non-Patent Document 1).
単結晶ＳｉＣ基板（バルク基板）は、引き続き、エピタキシャル成長をした上でデバイス形成がなされるが、良好なデバイス特性を得るためには、バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった物性が適切に制御されている必要がある。 A single-crystal SiC substrate (bulk substrate) is subsequently subjected to epitaxial growth and device formation. However, in order to obtain good device characteristics, a crystal defect density, resistance value, hardness, or plane polarity of the bulk substrate is required. Physical properties must be properly controlled.
単結晶ＳｉＣは、極性半導体であり、基板の一方の面がＳｉ原子リッチなＳｉ面である場合、もう一方の面は、Ｃ原子リッチなＣ面となる。デバイス作製の研究は、このようなＳｉ面とＣ面をもつ単結晶ＳｉＣ基板を対象に行われている。面極性（Ｓｉ面またはＣ面）が適切に制御されているとは、基板の表面がＳｉ面またはＣ面のいずれであるかが、正しく判別されている状態を指す。 Single crystal SiC is a polar semiconductor, and when one surface of the substrate is a Si atom-rich Si surface, the other surface is a C atom-rich C surface. Research on device fabrication has been performed on a single-crystal SiC substrate having such a Si plane and a C plane. The fact that the plane polarity (Si plane or C plane) is appropriately controlled refers to a state in which it is correctly determined whether the surface of the substrate is the Si plane or the C plane.
通常、商業的に入手可能な単結晶ＳｉＣ基板には、Ｃ面に基板ＩＤがレーザーマーキングされているので、これをもって面極性を判別することになる。 Normally, a commercially available single-crystal SiC substrate is laser-marked with a substrate ID on the C-plane, and the plane polarity is determined based on this.
このことは、基板製造の観点からすると、レーザーマーキングに払い出す工程まで、Ｓｉ面とＣ面が正しく判別されている状態が維持されていなければならないことを意味する。 This means that, from the viewpoint of substrate manufacturing, the state where the Si surface and the C surface are correctly determined must be maintained until the step of paying out the laser marking.
製造現場においては、この正しく判別されている状態が維持されるような仕組みを持ち、工程管理されているのが通常であるが、ヒューマンエラー等の不測の事由によってＳｉ面とＣ面が判別できなくなった基板が発生することがある。このような基板は歩留り低下に直結するので、簡便で有効な面極性の判別方法が切望されていた。 At the manufacturing site, there is a mechanism to maintain the state of being correctly discriminated and the process is usually controlled. However, the Si surface and the C surface can be discriminated by an unexpected reason such as human error. Missing substrates may occur. Since such a substrate is directly linked to a decrease in yield, a simple and effective method of determining the plane polarity has been desired.
単結晶ＳｉＣ基板の面極性を判別する方法としては、特許文献１に開示される、基板に励起光を照射することで得られるラマン散乱光のスペクトルを利用するものがある。非破壊、非接触で行えるため、優れた方法ではあるが、同文献に開示される通り、短波長のレーザー発生装置を備えたラマン散乱測定装置が必要であり、製造現場に導入しようとすると高価な投資が必要になるという欠点がある。 As a method for determining the plane polarity of a single-crystal SiC substrate, there is a method disclosed in Patent Document 1 that utilizes the spectrum of Raman scattering light obtained by irradiating the substrate with excitation light. Although it is an excellent method because it can be performed non-destructively and without contact, as disclosed in the same document, a Raman scattering measurement device equipped with a short-wavelength laser generator is required, and it is expensive to introduce it to a manufacturing site Has the disadvantage of requiring significant investment.
他の方法としては、同文献に記載されている通り、酸化膜形成を利用する面極性判別法、および溶融塩との化学反応利用する方法があるが、破壊検査であり、化学反応のための工程、化学反応後の基板表面の測定工程など、複数の工程を経て面極性を判定するため、煩雑な手順を必要とし、また面極性を判定した後に、再び単結晶ＳｉＣ基板を利用するためには、基板表面から酸化膜等の他の物質を除去し、また溶解痕の無い幾何学的に平坦な面を作成するための追加工が必要となる問題点がある。 As other methods, as described in the same document, there is a method of discriminating surface polarity using oxide film formation, and a method of utilizing a chemical reaction with a molten salt. In order to determine the plane polarity through a plurality of steps, such as the step of measuring the surface of the substrate after the chemical reaction, a complicated procedure is required, and after the plane polarity is determined, the single crystal SiC substrate is used again. However, there is a problem that an additional process for removing other substances such as an oxide film from a substrate surface and creating a geometrically flat surface without a trace of dissolution is required.
一方、基板等の工作物の加工装置を利用した材料の判別方法はほとんど例が無く、特許文献２に記載される鋼材等の材質判定方法およびその判定に使用する火花制御具があるのみである。単結晶ＳｉＣ基板の加工では、研削砥石を使用することがあるが、クーラントを使用した湿式研削であり、火花を発生させるような加工は、基板表面が酸化等により劣化するおそれが高いので、適用することはできない。 On the other hand, there is almost no method of discriminating a material using a processing device for a workpiece such as a substrate, and there is only a method of judging a material such as a steel material described in Patent Document 2 and a spark control tool used for the judgment. . In the processing of a single crystal SiC substrate, a grinding wheel may be used. However, it is wet grinding using a coolant, and processing such as generating sparks is highly likely to deteriorate the substrate surface due to oxidation or the like. I can't.
バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用することで得ることができれば、専用の評価装置導入のための高額な投資を行うことなく工程管理できるようになり、例えば単結晶ＳｉＣ基板の面極性を判別するために十分な情報であれば歩留り向上に直結するため、製造原価低減に対して非常に有効である。 If information on the physical properties of a single-crystal SiC substrate, such as the crystal defect density, resistance, hardness, or plane polarity, of a bulk substrate can be obtained by using existing processing equipment, it would be expensive to introduce a dedicated evaluation device. Process management can be performed without making an investment. For example, if information sufficient to determine the plane polarity of a single-crystal SiC substrate directly leads to improvement in yield, it is very effective in reducing manufacturing costs.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用して得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to obtain information on the physical properties of a single-crystal SiC substrate such as crystal defect density, resistance value, hardness, or plane polarity using an existing processing apparatus. And
上述した課題を解決すべく、本発明者は鋭意検討を重ね、本発明に想到した。 In order to solve the above-described problems, the present inventors have conducted intensive studies and arrived at the present invention.
単結晶ＳｉＣ基板の加工では、非特許文献１に記載されるような研削装置を使用することができる。単結晶ＳｉＣ基板の研削加工プロセスは、通常、粗番手砥石を使用した粗研削と、これに引き続く、仕上げ番手砥石を使用した仕上げ研削を行うことで、加工時間や砥石摩耗量、および仕上げ面粗度の適切化を図ったプロセスとなっている。 In processing a single crystal SiC substrate, a grinding device as described in Non-Patent Document 1 can be used. The grinding process of a single-crystal SiC substrate is usually performed by performing rough grinding using a coarse-counting grindstone, followed by finish grinding using a finishing-counting grindstone, thereby reducing the processing time, the amount of grinding wheel wear, and the finished surface roughness. It is a process to optimize the degree.
研削加工では、砥石の目詰まり等が原因で、加工が進まなくなることがある。このような場合、研削抵抗が異常に大きくなってしまい、ワークや研削装置が破損してしまうおそれがある。そのため、通常の研削装置は、研削抵抗に比例して変動する砥石スピンドルのモーター電流、すなわち、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる電流をモニタリングする機構を備えている。 In the grinding processing, the processing may not proceed due to clogging of the grinding wheel or the like. In such a case, the grinding resistance becomes abnormally large, and the work and the grinding device may be damaged. Therefore, a usual grinding device is provided with a mechanism for monitoring a motor current of the grinding wheel spindle which fluctuates in proportion to the grinding resistance, that is, a current required for the operation of the grinding wheel spindle motor.
本発明は、以下の手段を提供する。
［１］砥石スピンドルモーターを備えた研削装置で研削加工を行った、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する方法であって、物性既知の第一単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第一電流値をモニタリングし、物性未知の第二単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第二電流値をモニタリングし、前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動とを比較することにより、前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［２］前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性のうち、面極性を判別することを特徴とする［１］に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［３］前記第一電流値および前記第二電流値のモニタリングを、前記研削装置を構成する研削ホイールと前記単結晶ＳｉＣ基板とが接触している時に行うことを特徴とする［１］または［２］のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［４］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、各々の時系列変化のグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［５］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、前記第一電流値の時系列データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二電流値の時系列データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［６］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルのグラフの形状に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［７］前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動との比較を、それぞれ高速フーリエ変換して得られる第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルを用い、前記第一振幅スペクトルの周波数データを成分とする第一ベクトルに対する、前記第二振幅スペクトルの周波数データを成分とする第二ベクトルの類似度に基づいて行うことを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一つに記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。
［８］［１］〜［７］に記載の単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法を用いて、物性未知の単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する工程を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
The present invention provides the following means.
[1] A method for determining the physical properties of a single-crystal SiC substrate, which has been ground by a grinding device equipped with a grindstone spindle motor, and is used for grinding a first single-crystal SiC substrate having known physical properties. When monitoring the first current value required for the operation of the grinding wheel spindle motor and performing a grinding process on the second single crystal SiC substrate having unknown physical properties, it is required for the operation of the grinding wheel spindle motor. Monitoring the second current value and comparing the behavior of the first current value with the behavior of the second current value to determine the physical properties of the second single-crystal SiC substrate; A method for determining the physical properties of a substrate.
[2] The method for determining the physical properties of a single crystal SiC substrate according to [1], wherein the plane polarity is determined from the physical properties of the second single crystal SiC substrate.
[3] The monitoring of the first current value and the second current value is performed when a grinding wheel constituting the grinding device and the single crystal SiC substrate are in contact with each other [1] or [ 2) The method for determining physical properties of a single-crystal SiC substrate according to any one of the above items.
[4] Any of [1] to [3], wherein the comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed based on the shape of each time-series change graph. The method for determining physical properties of a single crystal SiC substrate according to any one of the first to third aspects.
[5] The comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed by comparing the time series data of the second current value with respect to a first vector having the time series data of the first current value as a component. The method for determining the physical properties of a single crystal SiC substrate according to any one of [1] to [3], wherein the method is performed based on the similarity of a second vector having the following components.
[6] The comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed based on the shape of a graph of a first amplitude spectrum and a graph of a second amplitude spectrum obtained by fast Fourier transform, respectively. The method for determining the physical properties of a single crystal SiC substrate according to any one of [1] to [5], which is characterized in that:
[7] The comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed using a first amplitude spectrum and a second amplitude spectrum obtained by performing fast Fourier transform, respectively, and the frequency of the first amplitude spectrum is calculated. The method according to any one of [1] to [5], wherein the step is performed based on a similarity of a second vector having frequency data of the second amplitude spectrum to a first vector having data as a component. The method for determining physical properties of a single-crystal SiC substrate according to the above.
[8] A single crystal SiC substrate characterized by including a step of determining the physical properties of a single crystal SiC substrate whose physical properties are unknown, using the method for determining the physical properties of a single crystal SiC substrate according to [1] to [7]. Production method.
本発明によれば、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用して得ることが可能になる。 According to the present invention, information on the physical properties of a single-crystal SiC substrate, such as crystal defect density, resistance value, hardness, and plane polarity, can be obtained using an existing processing apparatus.
したがって、本発明によれば、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。 Therefore, according to the present invention, the physical properties of the single-crystal SiC substrate can be determined without making a large investment for introducing a dedicated device, and the yield can be improved by using the determination result, and the manufacturing cost can be improved. Can be obtained.
以下、本発明を適用した実施形態である単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法について、図面および表を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a method for determining physical properties of a single crystal SiC substrate according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings and tables.
図１は、物性判別方法を実施する際に用いる研削装置のうち、インフィード方式のものについての主要部分の構成を示す図である。研削装置は、単結晶ＳｉＣ基板等のワークＷを支持するテーブル１１と、モーター１２によって回転駆動されるスピンドル（砥石スピンドルモーター）１３と、スピンドル１３の先端に固定された研削ホイール１４と、を備えている。研削ホイール１４のワークＷ側の表面には、複数の研削用砥石１５がリングをなすように配置されている。なお、物性判別方法を適用可能な研削装置が、インフィード方式のものに限定されることはない。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an in-feed type grinding apparatus among grinding apparatuses used for performing a physical property determination method. The grinding device includes a table 11 that supports a work W such as a single crystal SiC substrate, a spindle (grinding wheel spindle motor) 13 that is rotationally driven by a
研削ホイール１４とテーブル１１とは、それぞれ回転軸１９、２０によって、互いに反対方向に高速回転するように構成されている。通常の場合、テーブル１１は、研削ホイールより低速で回転する。この研削装置においては、研削ホイール１４とテーブル１１とを相対的に移動させて近づけ、両者を接触させることにより、研削加工が進行する。
The grinding
モーター１２は、電源１６から供給される電流Ｉによって駆動するように構成されている。この電流Ｉはスピンドル電流と呼ばれるものであり、単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、研削装置を構成する砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる電流、すなわち、スピンドルが研削抵抗に打ち勝って回転するのに必要な電流である。
The
さらに、研削装置には、通常、砥石の目詰まり等に起因するプロセス異常を検知するために、スピンドル電流値をモニタリングする機構（モニタリング機構）１７が備わっている。電源１６とモーター１２の間には、電流計１８が直列接続されており、電流計１８で計測されたスピンドル電流値のログデータ（時系列データ）が、モニタリング機構１７に格納（記憶）されるように構成されている。ログデータをメモリーに格納する仕組みが、装置内に備わっていない場合には、市販のデータロガーを使用することにより、電流値のログデータを採取することができる。
Further, the grinding device is usually provided with a mechanism (monitoring mechanism) 17 for monitoring a spindle current value in order to detect a process abnormality caused by clogging of the grindstone or the like. An
上記構成の研削装置を用いた、単結晶ＳｉＣ基板の研削加工プロセスについて説明する。単結晶ＳｉＣは難加工材料であるため、一般に、研削抵抗が大きく、対応するスピンドル電流値も無負荷状態（エアカット）に対して、総じて大きくなる傾向がある。 A grinding process of a single crystal SiC substrate using the grinding apparatus having the above configuration will be described. Since single crystal SiC is a difficult-to-process material, generally, the grinding resistance is large, and the corresponding spindle current value generally tends to be larger than that in a no-load state (air cut).
一般に、研削加工は以下のステップで構成される。
まず、ワークと研削ホイールとを、互いに接触しない初期設定の位置に配し、それぞれの高速回転を開始させる。初期設定の位置から、ワーク加工時と同じレベルの送り速度（インフィード速度）でワークと研削ホイールとを、互いに近づくように移動させる。このとき、ワークと研削ホイールのいずれか一方のみを移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。ワークと研削ホイールが接触するまでのステップは、空気を切っているという意味で、エアカットと呼ばれる。
Generally, the grinding process includes the following steps.
First, the workpiece and the grinding wheel are arranged at the default positions where they do not contact each other, and their high-speed rotations are started. From the initially set position, the workpiece and the grinding wheel are moved so as to approach each other at a feed rate (in-feed rate) at the same level as the workpiece processing. At this time, only one of the work and the grinding wheel may be moved, or both may be moved. The step until the workpiece comes into contact with the grinding wheel is called air cut in the sense that air is cut off.
両者が接触してから、ワークの表面部分の研削加工が開始され、砥粒によるワークの表面部分の機械的除去と加工屑による目詰まりや、砥石摩耗による目替わりが同時進行して研削加工が進む。このステップは、特に呼び名は付与されていないが、便宜上、本発明では「実研削」と呼ぶものとする。実研削は、通常の送り速度（約１０μｍ／ｍｉｎ）で行う。 Grinding of the surface of the work is started after the two come into contact. move on. Although this step is not particularly named, it is referred to as “actual grinding” in the present invention for convenience. The actual grinding is performed at a normal feed speed (about 10 μm / min).
実研削の終了は、送り量が所定の値に達した時点とする場合と、ワーク厚みをインサイチュー測定して所定の厚みに達した時点とする場合がある。いずれの場合も、実研削が終了した時点で送り速度をゼロとし、所定の時間、ワークと研削ホイールの相対位置を動かさないで高速回転を続ける。このステップはスパークアウトと呼ばれる。 The actual grinding is terminated when the feed amount reaches a predetermined value, or when the work thickness reaches a predetermined thickness after in-situ measurement of the work thickness. In any case, the feed rate is set to zero when the actual grinding is completed, and the high-speed rotation is continued for a predetermined time without moving the relative position between the workpiece and the grinding wheel. This step is called spark out.
研削加工進行時には、送り量に対してワーク除去量と砥石摩耗量の和が小さくなっており、両者の差は装置がかついでいることからかつぎ量と呼ばれる。実研削終了時にもかつぎが残っているため、そこで送り速度をゼロとしてもワーク除去、砥石摩耗が進行する。火花の発生する乾式研削では、このステップ初期にはまだ火花が出ているが、送り速度ゼロとすると徐々にワーク除去と砥石摩耗が進行し、火花が消える。このことからスパークアウトと呼ばれ、加工面の向上に有効とされている。ワークと研削ホイールの回転数は、実研削時と同じであってもよいし、異なっていてもよい。 During the grinding process, the sum of the work removal amount and the grinding wheel wear amount is smaller than the feed amount, and the difference between the two is called the next amount because the equipment is used. At the end of the actual grinding, there is a residue, so even if the feed rate is set to zero, work removal and grinding wheel wear progress. In dry grinding in which sparks are generated, sparks are still generated at the beginning of this step, but when the feed rate is set to zero, work removal and grinding wheel wear gradually progress, and the sparks disappear. For this reason, it is called spark out, and is considered to be effective for improving the machined surface. The number of rotations of the workpiece and the grinding wheel may be the same as in actual grinding, or may be different.
スパークアウトステップの終了後は、実研削時の送り速度と同程度の速度（約１０μｍ／ｍｉｎ）で、高速回転させたままのワークと研削ホイールとを、互いに遠ざける。このステップはスローアップと呼ばれ、スパークアウトと同様に、加工面の向上に有効とされている。ワークと研削ホイールの回転数は、スパークアウト時と同程度とする。 After the end of the spark-out step, the workpiece and the grinding wheel kept rotating at a high speed are moved away from each other at a speed (about 10 μm / min) substantially equal to the feed speed during the actual grinding. This step is called slow-up, and is effective for improving the machined surface, like spark-out. The number of revolutions of the work and the grinding wheel shall be approximately the same as at the time of spark out.
単結晶ＳｉＣ基板をインフィード方式で研削加工する場合、先に述べた通り、粗番手砥石を使用して比較的高い送り速度で加工を行う粗研削と、仕上げ番手砥石を使用して比較的低い送り速度で加工を行う仕上げ研削を行うことで、効率的に良好な面粗度を得ることができる。つまり、粗番手砥石を使用して上記研削加工を行うプロセス（粗研削）と、仕上げ番手砥石を使用して上記研削加工を行うプロセス（仕上げ研削）とを順に行うことが好ましい。 When the single crystal SiC substrate is ground by the in-feed method, as described above, coarse grinding is performed at a relatively high feed rate using a coarse-counting grindstone, and relatively low using a finishing-counting grindstone. By performing the finish grinding in which the processing is performed at the feed speed, a good surface roughness can be efficiently obtained. That is, it is preferable to sequentially perform a process of performing the above-described grinding using a coarse-counting grindstone (rough grinding) and a process of performing the above-described grinding using a finish-counting grindstone (finish grinding).
研削加工投入時の基板表面は、マルチワイヤソーやマルチ放電加工装置で切断した状態のいわゆるａｓ−ｓｌｉｃｅｄ面の場合もあれば、片面ラップや両面ラップで切断時のうねりや厚みばらつきを低減した状態の場合もある。プロセスの組み方の問題になるが、例えばラップ加工を何段階かに分けて行うことにより、研削加工への払出し時の加工面が、粗研削完了時の面粗度と同等の面となっている場合には、仕上げ番手の研削加工だけを行うことも可能である。 The substrate surface at the time of grinding processing may be a so-called as-sliced surface cut by a multi-wire saw or a multi-discharge machining device, or may be a single-sided wrap or a double-sided wrap with reduced undulation and thickness variation during cutting. In some cases. Although it is a problem of how to assemble the process, for example, by performing lapping in several stages, the processed surface at the time of dispensing to grinding is a surface equivalent to the surface roughness at the time of rough grinding completion In this case, it is also possible to perform only the grinding of the finishing count.
粗研削と仕上げ研削をセットで行う場合、粗研削としてある程度面粗度が大きい面となる粗番手砥石を選定することにより、粗研削の場合も仕上げ研削の場合も研削加工開始時に、ワークの面粗度によるセルフドレス効果が生じ、ドレスフリーの研削加工が可能となる。仕上げ研削だけを行う場合も、前加工面の面粗度をある程度大きい面としておくことにより、ドレスフリーの仕上げ研削が可能である。 When performing rough grinding and finish grinding as a set, select a coarse grinding wheel that has a somewhat large surface roughness as the rough grinding. A self-dressing effect is generated by the roughness, and dress-free grinding can be performed. Even when only finish grinding is performed, dress-free finish grinding is possible by setting the surface roughness of the pre-processed surface to a somewhat large surface.
仕上げ番手砥石を使用した研削加工が完了した基板は、引き続き、研磨やＣＭＰによる鏡面加工に払い出され、適切な洗浄工程を経て、加工起因の欠陥（加工歪）の無い、いわゆるエピレディ基板となる。 The substrate that has been subjected to the grinding process using the finish-counting grindstone is continuously paid out for polishing or mirror finishing by CMP, and after an appropriate cleaning process, becomes a so-called epi-ready substrate having no processing-related defects (processing distortion). .
単結晶ＳｉＣ基板の研削加工は、通常はダイヤモンド砥粒を使用して行う機械加工である。実研削時には、セルフドレス効果、ダイヤモンド砥粒によるワークの機械的除去、加工屑による砥石の目詰まり、砥石摩耗による目替わりが同時進行するが、これらの要因による研削抵抗が刻々と変化し、モニタリングされる砥石スピンドルモーターの電流値変化となる。 Grinding of a single crystal SiC substrate is usually mechanical processing using diamond abrasive grains. During actual grinding, the self-dressing effect, mechanical removal of the workpiece by diamond abrasive grains, clogging of the grinding wheel by machining debris, and switching by grinding wheel wear progress simultaneously. The current value of the grinding wheel spindle motor changes.
砥石回転数や送り速度、スパークアウト時間、クーラントをかける位置と量といった研削条件を一定にすれば、単結晶ＳｉＣ基板の実研削時または実研削時およびスパークアウト時の電流値の変化挙動は、概ね一定になる。すなわち、実研削開始時点から徐々に電流値は上昇し、その時の送り速度に依存して同時進行する、セルフドレス効果、ワーク除去、目詰まり、砥石摩耗が複雑に絡み合ってその時点での研削抵抗が決定し、砥石スピンドル電流値としてモニターされる。スパークアウト時には徐々に電流値が減少し、スローアップの過程においてワークと研削ホイールが完全に離れた時点で、電流値が無負荷のエアカット時と同レベルとなる。 If the grinding conditions such as the grinding wheel rotation speed, feed rate, spark-out time, and the position and amount of coolant are kept constant, the change behavior of the current value during actual grinding or actual grinding of the single-crystal SiC substrate and during spark-out is as follows. It is almost constant. In other words, the current value gradually increases from the start of actual grinding, and the self-dressing effect, work removal, clogging, and grinding wheel wear are complicatedly entangled simultaneously depending on the feed speed at that time, and the grinding resistance at that point Is determined and monitored as a wheel spindle current value. At the time of spark-out, the current value gradually decreases, and at the time when the workpiece and the grinding wheel are completely separated in the process of slow-up, the current value becomes the same level as in the no-load air cut.
このように、単結晶ＳｉＣ基板の研削加工において、砥石スピンドル電流値の変化挙動は、一定の研削条件の下では概ね一定であるが、本発明者は、バルク基板の結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に依存して、再現性のある微妙な差異があることを見出し、本発明に想到したものである。 As described above, in the grinding of the single crystal SiC substrate, the change behavior of the grinding wheel spindle current value is generally constant under constant grinding conditions. However, the present inventor has determined that the crystal defect density, resistance value, The present inventors have found that there is a subtle difference with reproducibility depending on the physical properties of the single crystal SiC substrate such as hardness or plane polarity, and arrived at the present invention.
本実施形態に係る物性判別方法は、主に次の３つのステップを経て行うことを特徴とするものである。
〔ステップＡ〕
物性既知の単結晶ＳｉＣ基板（第一単結晶ＳｉＣ基板）に対して研削加工を行う際に、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされるスピンドル電流値（第一電流値）を、モニタリングする。
〔ステップＢ〕
物性未知の単結晶ＳｉＣ基板（第二単結晶ＳｉＣ基板）に対して研削加工を行う際に、砥石スピンドルモーターの動作に必要とされるスピンドル電流値（第二電流値）を、モニタリングする。
〔ステップＣ〕
ステップＡの第一電流値の挙動とステップＢの第二電流値の挙動とを比較することにより、ステップＢの第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する。
The method for determining physical properties according to the present embodiment is characterized in that it is performed mainly through the following three steps.
[Step A]
When grinding a single-crystal SiC substrate (first single-crystal SiC substrate) with known physical properties, a spindle current value (first current value) required for the operation of the grindstone spindle motor is monitored.
[Step B]
When grinding a single-crystal SiC substrate (second single-crystal SiC substrate) with unknown physical properties, a spindle current value (second current value) required for the operation of the grindstone spindle motor is monitored.
[Step C]
By comparing the behavior of the first current value in step A and the behavior of the second current value in step B, the physical properties of the second single crystal SiC substrate in step B are determined.
本実施形態に係る物性判別方法では、第一電流値および第二電流値のモニタリングを、研削装置を構成する研削ホイールと単結晶ＳｉＣ基板（ワーク）とが接触している時に、行うことが好ましい。そのため、実研削時、または実研削時およびスパークアウト時の砥石スピンドル電流値のログデータを利用する。したがって、ログデータの着目対象としては、エアカット終了時点近傍からスパークアウト終了時点近傍の範囲内となる。研削装置にデータロガー機能があればそれを利用しても良いし、別途市販のデータロガーを利用して必要なログデータを採取しても良い。 In the physical property determination method according to the present embodiment, it is preferable that the monitoring of the first current value and the second current value is performed when the grinding wheel and the single-crystal SiC substrate (work) constituting the grinding device are in contact with each other. . Therefore, log data of the grinding wheel spindle current value at the time of actual grinding or at the time of actual grinding and spark out is used. Therefore, the target of the log data is in the range from near the air cut end point to near the spark out end point. If the grinding apparatus has a data logger function, the data logger function may be used, or necessary log data may be collected using a commercially available data logger.
以下に、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する具体的な方法を記載する。例えば、面極性（基板の表面がＳｉ面またはＣ面のいずれであるか）を判別する場合には、面極性以外の物性がなるべく似通っている方が望ましいので、面極性既知の基板としては、判別対象の基板と同じインゴットから切り出されたものであることが好ましい。ただし、そのような基板を準備できない場合には、面極性以外の物性が極端に違うことのない、他のインゴットから切り出された基板でも使用可能である。 Hereinafter, a specific method for determining the physical properties of the single crystal SiC substrate, such as the crystal defect density, the resistance value, the hardness, and the plane polarity, will be described. For example, when determining the surface polarity (whether the surface of the substrate is a Si surface or a C surface), it is desirable that physical properties other than the surface polarity be as similar as possible. It is preferable that the substrate is cut out from the same ingot as the substrate to be determined. However, when such a substrate cannot be prepared, a substrate cut out from another ingot in which physical properties other than surface polarity do not extremely differ can be used.
ログデータは、粗研削時のものでも良いし、仕上げ研削時のものでも良いが、少ない除去量で研削抵抗の上昇が大きくなる、仕上げ研削時のものを利用することが好ましい。 The log data may be the data at the time of rough grinding or the data at the time of finish grinding. However, it is preferable to use the data at the time of finish grinding, which increases the grinding resistance with a small removal amount.
本実施形態に係る物性判別方法では、実施例として後述するように、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を、各々の時系列変化のグラフの形状に基づいて行うことができる。すなわち、両者のグラフの形状を比較することによって、第二単結晶ＳｉＣ基板の物性が、第一単結晶ＳｉＣ基板の物性に類似しているか否かを判別することができる。 In the physical property determination method according to the present embodiment, as described later as an example, the comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed based on the shape of each time-series change graph. Can be. That is, by comparing the shapes of the two graphs, it can be determined whether or not the physical properties of the second single-crystal SiC substrate are similar to those of the first single-crystal SiC substrate.
具体的には、第二電流値のグラフ形状を、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一電流値のグラフ形状と比較し、より類似している方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。 Specifically, the graph shape of the second current value is compared with the graph shape of the first current value on each surface of the first single-crystal SiC substrate, and the more similar surface is identified. This indicates that the physical properties of the surface to be determined of the second single crystal SiC substrate are similar to those of the identified surface. Since such discrimination is based on whether or not the two physical properties are similar, not only the plane polarity limited to the binary value of the Si plane or the C plane, but also the crystal defect density and the resistance value not limited to the binary value. And any physical properties such as hardness.
また、本実施形態に係る物性判別方法では、実施例として後述するように、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を、第一電流値の時系列データと第二電流値の時系列データを数値解析した結果を利用して行うこともできる。 Further, in the physical property determination method according to the present embodiment, as described later as an example, the comparison between the behavior of the first current value and the behavior of the second current value is performed by comparing the time series data of the first current value with the second current value. It can also be performed using the result of numerical analysis of time series data of values.
数値解析としては、例えば、電流値の時系列データ（データ数ｎ）をｎ次元ベクトルとみなしたときの類似度を利用する方法がある。類似度の中でもよく用いられるコサイン類似度は、ベクトルｘ、ｙの内積ｘ・ｙをそれぞれの長さ｜ｘ｜、｜ｙ｜で割った値であり、１に近いほど類似度が高いということになる。この解析は、マイクロソフト社のエクセル（登録商標）等の表計算ソフトを利用して行うことができる。この方法を用いる場合、本実施形態においては、第一電流値の時系列データを成分とするベクトル（第一ベクトル）に対する、第二電流値の時系列データを成分とするベクトル（第二ベクトル）の類似度に基づいて、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を行うことができる。 As the numerical analysis, for example, there is a method of using the similarity when time-series data of the current value (the number of data n) is regarded as an n-dimensional vector. Among the similarities, the cosine similarity often used is a value obtained by dividing the inner product x · y of the vectors x and y by their lengths | x | and | y |, and the closer to 1, the higher the similarity. become. This analysis can be performed using spreadsheet software such as Microsoft Excel (registered trademark). When this method is used, in the present embodiment, a vector (second vector) having time-series data of the second current value as a component with respect to a vector (first vector) having time-series data of the first current value as a component The behavior of the first current value and the behavior of the second current value can be compared based on the degree of similarity.
具体的には、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一ベクトルに対し、第二ベクトルとの類似度を算出し、算出結果の比較から、より類似度の高い第一ベクトルに対応する方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。 Specifically, the similarity between the first vector on each surface of the first single crystal SiC substrate and the second vector is calculated, and from the comparison of the calculation results, the one corresponding to the first vector having a higher similarity is calculated. Identify the surface. This indicates that the physical properties of the surface to be determined of the second single crystal SiC substrate are similar to those of the identified surface. Since such discrimination is based on whether or not the two physical properties are similar, not only the plane polarity limited to the binary value of the Si plane or the C plane, but also the crystal defect density and the resistance value not limited to the binary value. And any physical properties such as hardness.
また、他の数値解析として、第一電流値、第二電流値の時系列データの振幅スペクトル（第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトル）を利用することができる。これは、比較対象とするデータ数を、エアカットステップの終了時点近傍からスパークアウトステップの終了時点近傍の範囲内で、かつ２の整数乗となるようにして、高速フーリエ変換を行うことで得られる。この解析は、エクセル等の表計算ソフトを利用して行うことができる。 Further, as another numerical analysis, an amplitude spectrum (first amplitude spectrum, second amplitude spectrum) of the time series data of the first current value and the second current value can be used. This is obtained by performing the fast Fourier transform so that the number of data to be compared is within the range from the vicinity of the end of the air cut step to the vicinity of the end of the sparkout step and is an integer power of 2. Can be This analysis can be performed using spreadsheet software such as Excel.
このようにして得られた、第一電流値、第二電流値の時系列変化の第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルをグラフ化し、それぞれのグラフの形状を視覚的に比較する官能的比較を行うことができる。すなわち、両者のグラフの形状を比較することによって、第二単結晶ＳｉＣ基板の物性が、第一単結晶ＳｉＣ基板の物性に類似しているか否かを判別することができる。 The first current value thus obtained, the first amplitude spectrum of the time series change of the second current value, the second amplitude spectrum is graphed, and the sensory comparison of visually comparing the shapes of the respective graphs is performed. It can be carried out. That is, by comparing the shapes of the two graphs, it can be determined whether or not the physical properties of the second single-crystal SiC substrate are similar to those of the first single-crystal SiC substrate.
具体的には、第二振幅スペクトルの形状を、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一振幅スペクトルの形状と比較し、より類似している方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。 Specifically, the shape of the second amplitude spectrum is compared with the shape of the first amplitude spectrum on each surface of the first single-crystal SiC substrate, and the more similar surface is identified. This indicates that the physical properties of the surface to be determined of the second single crystal SiC substrate are similar to those of the identified surface. Since such discrimination is based on whether or not the two physical properties are similar, not only the plane polarity limited to the binary value of the Si plane or the C plane, but also the crystal defect density and the resistance value not limited to the binary value. And any physical properties such as hardness.
さらに、このようにして得られた第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトル（データ数ｎ）を、ｎ次元ベクトルとみなしたときの類似度を利用して比較することもできる。この解析は、エクセル等の表計算ソフトを利用して行うことができる。すなわち、本実施形態では、第一振幅スペクトル、第二振幅スペクトルを、それぞれの周波数データを成分とする第一ベクトル、第二ベクトルとみなし、第一ベクトルに対する第二ベクトルの類似度に基づいて、第一電流値の挙動と第二電流値の挙動との比較を行うことができる。 Further, the first amplitude spectrum and the second amplitude spectrum (the number of data n) obtained in this manner can be compared by using the similarity when regarded as an n-dimensional vector. This analysis can be performed using spreadsheet software such as Excel. That is, in the present embodiment, the first amplitude spectrum, the second amplitude spectrum, the first vector having the respective frequency data as a component, considered as a second vector, based on the similarity of the second vector to the first vector, The behavior of the first current value and the behavior of the second current value can be compared.
具体的には、第一単結晶ＳｉＣ基板の各面における第一ベクトルに対し、第二ベクトルとの類似度を算出し、算出結果の比較から、より類似度の高い第一ベクトルに対応する方の面を識別する。これにより、第二単結晶ＳｉＣ基板の判別対象とする面の物性が、その識別された面と類似した物性を有することが分かる。こうした判別は、２つの物性が類似しているか否かに基づくものであるため、Ｓｉ面またはＣ面の二値に限定される面極性だけでなく、二値に限定されない結晶欠陥密度、抵抗値、硬度等のあらゆる物性について行うことができる。 Specifically, the similarity between the first vector on each surface of the first single crystal SiC substrate and the second vector is calculated, and from the comparison of the calculation results, the one corresponding to the first vector having a higher similarity is calculated. Identify the surface. This indicates that the physical properties of the surface to be determined of the second single crystal SiC substrate are similar to those of the identified surface. Since such discrimination is based on whether or not the two physical properties are similar, not only the plane polarity limited to the binary value of the Si plane or the C plane, but also the crystal defect density and the resistance value not limited to the binary value. And any physical properties such as hardness.
以上のように、本実施形態に係る物性判別方法によれば、結晶欠陥密度、抵抗値、硬度、あるいは面極性といった単結晶ＳｉＣ基板の物性に関する情報を、既存の加工装置を利用することで得ることが可能になる。 As described above, according to the physical property determination method according to the present embodiment, information on the physical properties of the single crystal SiC substrate such as the crystal defect density, the resistance value, the hardness, and the plane polarity is obtained by using the existing processing apparatus. It becomes possible.
したがって、本実施形態に係る物性判別方法を用いて、物性未知の単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別する工程を含む単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。 Therefore, in the method for manufacturing a single crystal SiC substrate including the step of determining the physical properties of a single crystal SiC substrate having unknown physical properties using the physical property determination method according to the present embodiment, a large investment is required for introducing a dedicated device. Since the physical properties of the single-crystal SiC substrate can be determined without performing the process, the yield can be improved by using the determination result, and the effect of reducing the manufacturing cost can be obtained.
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications without changing the gist thereof.
（実施例１）
同じインゴットから切り出された１００ｍｍ径の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を、３枚準備した。Ｃ面、Ｓｉ面ともに、前加工としてラップ加工が行われた平坦な面であり、基板厚みは約５００μｍであった。３００ｍｍ径の研削ホイールを備えたインフィード方式の研削装置を使用して、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行った。
(Example 1)
Three single-crystal 4H-SiC substrates having a diameter of 100 mm cut out from the same ingot were prepared. Both the C surface and the Si surface were flat surfaces on which lapping was performed as preprocessing, and the substrate thickness was about 500 μm. Using an in-feed grinding machine equipped with a grinding wheel having a diameter of 300 mm, grinding was performed in the order of the C surface and the Si surface.
粗研削には、＃２０００のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１５００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を１００μｍとし、送り速度を０．５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。粗研削での除去量を約６０μｍとした。 For the rough grinding, a # 2000 vitrified bond diamond wheel was used, the rotating speed of the grinding wheel was 1500 rpm, and the rotating speed of the table was 300 rpm. The moving distance of the grinding wheel in the air cut step was 100 μm, and the feed speed was 0.5 μm / sec. The required time for the spark-out step was 10 seconds. The feed speed of the slow-up step was 0.5 μm / sec, and the required time was 10 seconds. The removal amount in the rough grinding was about 60 μm.
仕上げ研削には、＃８０００番のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１５００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を５０μｍとし、送り速度を０．２５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。仕上げ研削での除去量を約５μｍとした。 For the finish grinding, a # 8000 vitrified bond diamond wheel was used, the grindstone rotation speed was 1500 rpm, and the table rotation speed was 300 rpm. The moving distance of the grinding wheel in the air cut step was 50 μm, and the feed speed was 0.25 μm / sec. The required time for the spark-out step was 10 seconds. The feed speed of the slow-up step was 0.5 μm / sec, and the required time was 10 seconds. The removal amount in the finish grinding was about 5 μm.
１００ｍｍ径の基板ＩＤを１００−１、１００−２、１００−３とし、それぞれの研削加工ＲＵＮのＩＤを、例えば１００−１−１、１００−１−２のように、基板ＩＤに研削加工の順序を示す数字を付与したものとする。この実施例では、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行ったので、末尾に１が付番されたＲＵＮはＣ面の研削加工であり、末尾に２が付番されたＲＵＮは、Ｓｉ面の研削加工である。 The substrate IDs having a diameter of 100 mm are 100-1, 100-2, and 100-3, and the IDs of the respective grinding RUNs are, for example, 100-1-1 and 100-1-2. It is assumed that numbers indicating the order are given. In this embodiment, since the grinding process was performed in the order of the C surface and the Si surface, the RUN numbered 1 at the end is the grinding process of the C surface, and the RUN numbered 2 at the end was the Si surface. The grinding process.
図２〜４は、それぞれ、基板１００−１、１００−２、１００−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化を示すグラフである。データ採取は１秒間隔で行った。 FIGS. 2 to 4 are graphs showing changes in the current value of the grindstone spindle motor during the finish grinding (actual grinding, spark-out) of the substrates 100-1, 100-2, and 100-3, respectively. Data collection was performed at one second intervals.
図２（ａ）、３（ａ）、４（ａ）は、それぞれ、１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフを示している。図２（ｂ）、３（ｂ）、４（ｂ）は、それぞれ、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフを示している。１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフは、いずれも、実研削が開始されてから少し時間をおいて電流値が比較的急峻に上昇し、その後少し低下して実研削終了まで比較的安定であることが、視覚的に見てとれる。一方、研削ＲＵＮが１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフは、実研削が開始されてから安定した傾きで電流値が上昇し、ある時点で傾きが小さくなり、実研削終了まで比較的緩やかに電流値の上昇が続くということが視覚的に見て取れる。 2 (a), 3 (a) and 4 (a) show graphs of 100-1-1, 100-2-1 and 100-3-1 respectively. 2 (b), 3 (b), and 4 (b) show graphs of 100-1-2, 100-2-2, and 100-3-2, respectively. In each of the graphs 100-1-1, 100-2-1, and 100-3-1, the current value rises relatively steeply after a short time from the start of actual grinding, and then falls slightly. Thus, it can be seen visually that it is relatively stable until the end of actual grinding. On the other hand, in the graphs with the grinding RUNs of 100-1-2, 100-2-2, and 100-3-2, the current value increases with a stable slope after the actual grinding is started, and the slope decreases at a certain point. It can be visually recognized that the current value relatively gradually increases until the end of the actual grinding.
前者はＣ面の研削加工ＲＵＮであり、後者はＳｉ面の研削加工ＲＵＮである。両者は、実研削加工開始後に電流値が上昇し、スパークアウト開始後に低下するという点で、概ね一致するが、それぞれ、先に述べたような面極性に固有の変化挙動を示している。これは、実研削時には、セルフドレス効果、ワーク除去、目詰まり、砥石摩耗が複雑に絡み合って、その時点での研削抵抗が決定し、それに対応した電流値上昇が起こるのであるが、その状況が面極性特有のものとなっているためである。 The former is a grinding RUN of the C surface, and the latter is a grinding RUN of the Si surface. Both of them almost coincide with each other in that the current value increases after the start of the actual grinding process and decreases after the start of spark-out, but each shows a change behavior unique to the plane polarity as described above. This is because, during actual grinding, the self-dressing effect, workpiece removal, clogging, and grinding wheel wear are intertwined in a complicated manner, and the grinding resistance at that time is determined, and the current value increases accordingly. This is because the surface polarity is unique.
Ｓｉ面はＳｉ原子リッチであるためプラスに帯電したサイトが多く、逆にＣ面はマイナスに帯電したサイトが多くなっているため、主に研削屑の排出挙動や目詰まりの進行に影響を与え、それぞれ特有の電流値変化挙動を示すものと推定できる。このことは、仮に、１００−１の基板の面極性だけが既知であり、１００−２、１００−３の基板の面極性が不明であったとしても、研削加工を行い、電流値の変化挙動を示すグラフを作成すれば、視覚的に面極性を判別できることを意味している。 Since the Si surface is rich in Si atoms, there are many positively charged sites, while the C surface has many negatively charged sites, which mainly affects the discharge behavior of grinding dust and the progress of clogging. It can be estimated that each of them exhibits a unique current value change behavior. This means that even if only the surface polarity of the substrate 100-1 is known and the surface polarity of the substrates 100-2 and 100-3 is unknown, the grinding process is performed and the change in the current value is performed. Means that it is possible to visually determine the plane polarity.
１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮのエアカットステップの終了時点近傍から、スパークアウトステップの終了時点近傍のデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表１に示す。 Assuming that the surface polarities of the processed surfaces at 100-1-1 and 100-1-2 are known, and the surface polarities of the processed surfaces of the other ground RUNs are unknown, the air of each ground RUN is assumed. The cosine similarity was calculated using spreadsheet software such as Excel from data near the end of the cut step to data near the end of the sparkout step. Table 1 shows the similarity calculation result and the surface polarity determination result.
例えば、１００−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。 For example, in the case of 100-2-1, the similarity to the grinding RUN 100-1-1 of the C surface is closer to 1 than the similarity to the grinding RUN 100-1-2 of the Si surface. Therefore, it can be determined that the grinding RUN is performed on the C surface. The discrimination result obtained in this way was consistent with the actual plane polarity.
さらに、１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮについて、スパークアウトステップの終了時点から遡って２の整数乗である６４点のデータを対象に、エクセル等の表計算ソフトを使用して振幅スペクトルを算出した。 Further, it is assumed that the surface polarities of the processing surfaces at 100-1-1 and 100-1-2 are known, and the surface polarities of the processing surfaces of the other grinding RUNs are unknown, and each of the grinding RUNs is assumed. , An amplitude spectrum was calculated by using spreadsheet software such as Excel for data of 64 points that are an integer power of 2 retroactively from the end of the spark-out step.
図５〜７は、それぞれ、基板１００−１、１００−２、１００−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化の振幅スペクトルを示すグラフである。図５（ａ）、６（ａ）、７（ａ）は、それぞれ、１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフに対応している。図５（ｂ）、６（ｂ）、７（ｂ）は、それぞれ、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフに対応している。研削加工ＲＵＮが１００−１−１、１００−２−１、１００−３−１のグラフは、１００−１−２、１００−２−２、１００−３−２のグラフに比べて低周波数領域の振幅が大きく、この場合も、視覚的に面極性を判別することが可能であることが分かる。 FIGS. 5 to 7 are graphs showing amplitude spectra of changes in the current value of the grinding wheel spindle motor at the time of finish grinding (actual grinding, spark out) of the substrates 100-1, 100-2, and 100-3, respectively. FIGS. 5A, 6A, and 7A correspond to the graphs 100-1-1, 100-2-1, and 100-3-1, respectively. FIGS. 5B, 6B, and 7B correspond to graphs 100-1-2, 100-2-2, and 100-3-2, respectively. The graphs for the grinding RUNs 100-1-1, 100-2-1, and 100-3-1 are lower in frequency range than the graphs for 100-1-2, 100-2-2, and 100-3-2. It can be seen that the surface polarity can be visually determined also in this case.
さらに、１００−１−１と１００−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、ここで得た各々の研削加工ＲＵＮの振幅スペクトルデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度の算出結果と面極性の判別結果を、表２に示す。 Further, it is assumed that the surface polarities of the processing surfaces at 100-1-1 and 100-1-2 are known, and the surface polarities of the processing surfaces of the other grinding RUNs are unknown, and each of the obtained values is obtained here. The cosine similarity was calculated using spreadsheet software such as Excel for the amplitude spectrum data of the grinding RUN. Table 2 shows the calculation result of the similarity and the determination result of the plane polarity.
例えば、１００−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１００−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。 For example, in the case of 100-2-1, the similarity to the grinding RUN 100-1-1 of the C surface is closer to 1 than the similarity to the grinding RUN 100-1-2 of the Si surface. Therefore, it can be determined that the grinding RUN is performed on the C surface. The discrimination result obtained in this way was consistent with the actual plane polarity.
（実施例２）
同じインゴットから切り出された１５０ｍｍ径の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を、３枚準備した。Ｃ面、Ｓｉ面ともに、前加工としてラップ加工が行われた平坦な面であり、基板厚みは約６００μｍであった。３００ｍｍ径の研削ホイールを備えたインフィード方式の研削装置を使用して、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行った。
(Example 2)
Three 150 mm diameter single crystal 4H-SiC substrates cut out from the same ingot were prepared. Both the C surface and the Si surface were flat surfaces on which lapping was performed as preprocessing, and the substrate thickness was about 600 μm. Using an in-feed grinding machine equipped with a grinding wheel having a diameter of 300 mm, grinding was performed in the order of the C surface and the Si surface.
粗研削には、＃２０００のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１２００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を１００μｍとし、送り速度を０．３μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。粗研削での除去量を約４０μｍとした。 For the coarse grinding, a # 2000 vitrified bond diamond wheel was used, and the rotating speed of the grindstone was 1200 rpm and the rotating speed of the table was 300 rpm. The moving distance of the grinding wheel in the air cut step was 100 μm, and the feed speed was 0.3 μm / sec. The required time for the spark-out step was 10 seconds. The feed speed of the slow-up step was 0.5 μm / sec, and the required time was 10 seconds. The removal amount in the coarse grinding was about 40 μm.
仕上げ研削には、＃８０００番のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを使用し、砥石回転速度を１０００ｒｐｍとし、テーブル回転速度を３００ｒｐｍとした。エアカットステップにおける研削ホイールの移動距離を５０μｍとし、送り速度を０．２５μｍ／秒とした。スパークアウトステップの所要時間を１０秒間とした。スローアップステップの送り速度を０．５μｍ／秒とし、所要時間を１０秒間とした。仕上げ研削での除去量を約５μｍとした。 For the finish grinding, a # 8000 vitrified bond diamond wheel was used, and the rotation speed of the grindstone was set to 1000 rpm and the rotation speed of the table was set to 300 rpm. The moving distance of the grinding wheel in the air cut step was 50 μm, and the feed speed was 0.25 μm / sec. The required time for the spark-out step was 10 seconds. The feed speed of the slow-up step was 0.5 μm / sec, and the required time was 10 seconds. The removal amount in the finish grinding was about 5 μm.
１５０ｍｍ径の基板ＩＤを１５０−１、１５０−２、１５０−３とし、それぞれの研削加工ＲＵＮのＩＤを、例えば１５０−１−１、１５０−１−２のように、基板ＩＤに研削加工の順序を示す数字を付与したものとする。この実施例では、Ｃ面、Ｓｉ面の順に研削加工を行ったので、末尾に１が付番されたＲＵＮはＣ面の研削加工であり、末尾に２が付番されたＲＵＮは、Ｓｉ面の研削加工である。 The substrate IDs having a diameter of 150 mm are 150-1, 150-2, and 150-3, and the IDs of the respective grinding RUNs are, for example, 150-1-1 and 150-1-2. It is assumed that numbers indicating the order are given. In this embodiment, since the grinding process was performed in the order of the C surface and the Si surface, the RUN numbered 1 at the end is the grinding process of the C surface, and the RUN numbered 2 at the end was the Si surface. The grinding process.
図８〜１０は、それぞれ、基板１５０−１、１５０−２、１５０−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化を示すグラフを示す。データ採取は１秒間隔で行った。 8 to 10 are graphs showing changes in the current value of the grindstone spindle motor at the time of finish grinding (actual grinding and spark out) of the substrates 150-1, 150-2, and 150-3, respectively. Data collection was performed at one second intervals.
図８（ａ）、９（ａ）、１０（ａ）は、それぞれ、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフを示している。図８（ｂ）、９（ｂ）、１０（ｂ）は、それぞれ、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフを示している。１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフには、立ち上がり部分と立ち下がり部分の間に一定値を示す部分が存在するが、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフにはそのような部分が存在せず、視覚的に明瞭に判別可能である。このことは、仮に、１５０−１の基板の面極性だけが既知であり、１５０−２、１５０−３の基板の面極性が不明であったとしても、研削加工を行い、電流値の変化挙動を示すグラフを作成すれば、視覚的に面極性を判別できることを意味している。 8 (a), 9 (a) and 10 (a) show graphs of 150-1-1, 150-2-1 and 150-3-1 respectively. 8 (b), 9 (b), and 10 (b) show graphs of 150-1-2, 150-2-2, and 150-3-2, respectively. In the graphs of 150-1-1, 150-2-1, and 150-3-1, there are portions showing a constant value between the rising portion and the falling portion. Such a portion does not exist in the graphs of -2 and 150-3-2, and the graph can be clearly distinguished visually. This means that, even if only the surface polarity of the substrate 150-1 is known and the surface polarity of the substrates 150-2 and 150-3 is unknown, the grinding process is performed and the change in the current value is performed. Means that it is possible to visually determine the plane polarity.
１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮのエアカットステップの終了時点近傍から、スパークアウトステップの終了時点近傍のデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表３に示す。 Assuming that the surface polarities of the processing surfaces at 150-1-1 and 150-1-2 are known, and the surface polarities of the processing surfaces of the other grinding RUNs are unknown, the air of each grinding RUN is assumed. The cosine similarity was calculated using spreadsheet software such as Excel from data near the end of the cut step to data near the end of the sparkout step. Table 3 shows the similarity calculation result and the surface polarity determination result.
例えば、１５０−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。 For example, in 150-2-1, the similarity to the grinding RUN 150-1-1 on the C surface is closer to 1 than the similarity to the grinding RUN 150-1-2 on the Si surface. Therefore, it can be determined that the grinding RUN is performed on the C surface. The discrimination result obtained in this way was consistent with the actual plane polarity.
さらに、１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、各々の研削加工ＲＵＮについて、スパークアウトステップの終了時点から遡って２の整数乗である１２８点のデータを対象に、エクセル等の表計算ソフトを使用して振幅スペクトルを算出した。 Further, it is assumed that the surface polarities of the processing surfaces at 150-1-1 and 150-1-2 are known, and the surface polarities of the processing surfaces of the other grinding RUNs are unknown, and each of the grinding RUNs is assumed. The amplitude spectrum was calculated using spreadsheet software such as Excel for data of 128 points, which is an integer power of 2, retroactively from the end of the spark-out step.
図１１〜１３は、それぞれ、基板１５０−１、１５０−２、１５０−３の仕上げ研削加工時（実研削、スパークアウト）における、砥石スピンドルモーターの電流値変化の振幅スペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）、１２（ａ）、１３（ａ）は、それぞれ、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフに対応している。図１１（ｂ）、１２（ｂ）、１３（ｂ）は、それぞれ、１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフに対応している。１００ｍｍ径基板の場合とは逆であるが、研削加工ＲＵＮが１５０−１−２、１５０−２−２、１５０−３−２のグラフは、１５０−１−１、１５０−２−１、１５０−３−１のグラフに比べて低周波数領域の振幅が大きく、この場合も、視覚的に面極性を判別することが可能であることが分かる。 FIGS. 11 to 13 are graphs each showing an amplitude spectrum of a current value change of the grinding wheel spindle motor at the time of finish grinding (actual grinding, spark out) of the substrates 150-1, 150-2, and 150-3. FIGS. 11 (a), 12 (a) and 13 (a) correspond to graphs 150-1-1, 150-2-1 and 150-3-1, respectively. 11 (b), 12 (b), and 13 (b) correspond to graphs 150-1-2, 150-2-2, and 150-3-2, respectively. Although opposite to the case of the 100 mm diameter substrate, the graphs of the grinding RUN of 150-1-2, 150-2-2, 150-3-2 are 150-1-1, 150-2-1, 150. The amplitude in the low frequency region is larger than that in the graph of -3-1, and it can be seen that the surface polarity can be visually determined in this case as well.
さらに、１５０−１−１と１５０−１−２での加工面の面極性が既知であり、それ以外の研削加工ＲＵＮの加工面の面極性は未知であると仮定し、ここで得た各々の研削加工ＲＵＮの振幅スペクトルデータを対象として、エクセル等の表計算ソフトを使用してコサイン類似度を算出した。類似度算出結果と面極性判別結果を表４に示す。 Further, it is assumed that the surface polarities of the processed surfaces at 150-1-1 and 150-1-2 are known, and the surface polarities of the processed surfaces of the other grinding RUNs are unknown, and each obtained here is obtained. The cosine similarity was calculated using spreadsheet software such as Excel for the amplitude spectrum data of the grinding RUN. Table 4 shows the similarity calculation result and the surface polarity determination result.
例えば、１５０−２−１は、Ｃ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−１に対する類似度の方が、Ｓｉ面の研削加工ＲＵＮである１５０−１−２に対する類似度よりも１に近いので、Ｃ面の研削加工ＲＵＮであると判別できる。このようにして得た判別結果は、実際の面極性と整合するものであった。 For example, in 150-2-1, the similarity to the grinding RUN 150-1-1 on the C surface is closer to 1 than the similarity to the grinding RUN 150-1-2 on the Si surface. Therefore, it can be determined that the grinding RUN is performed on the C surface. The discrimination result obtained in this way was consistent with the actual plane polarity.
本発明によれば、専用装置の導入のために高額な投資を行うことなく、単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別することができるため、判別結果を利用して歩留りを向上させ、製造原価を低減する効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to determine the physical properties of a single crystal SiC substrate without making a large investment for introducing a dedicated device. Therefore, the yield is improved by using the determination result, and the manufacturing cost is reduced. The effect to be obtained is obtained.
１１・・・テーブル、１２・・・モーター、１３・・・スピンドル、
１４・・・研削ホイール、１５・・・研削用砥石、１６・・・電源、
１７・・・モニタリング機構、１８・・・電流計、１９・・・回転軸、
２０・・・回転軸。
11 table, 12 motor, 13 spindle
14 ... grinding wheel, 15 ... grinding wheel, 16 ... power supply,
17 monitoring mechanism, 18 ammeter, 19 rotating shaft,
20 ... Rotary axis.
Claims (7)
物性既知の第一単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第一電流値をモニタリングし、
物性未知の第二単結晶ＳｉＣ基板に対して研削加工を行う際に、前記砥石スピンドルモーターの動作に必要とされる第二電流値をモニタリングし、
前記第一電流値の挙動と前記第二電流値の挙動とを比較することにより、前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性を判別するものであり、
前記第二単結晶ＳｉＣ基板の物性のうち、面極性を判別することを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の物性判別方法。 A method for determining the physical properties of a single-crystal SiC substrate that has been subjected to grinding by a grinding device equipped with a grinding wheel spindle motor,
When performing a grinding process on the first single-crystal SiC substrate having known physical properties, the first current value required for the operation of the grinding wheel spindle motor is monitored,
When performing a grinding process on a second single-crystal SiC substrate whose physical properties are unknown, a second current value required for operation of the grinding wheel spindle motor is monitored,
By comparing the behavior of the first current value and the behavior of the second current value, to determine the physical properties of the second single crystal SiC substrate ,
A method for determining physical properties of a single-crystal SiC substrate, comprising determining a plane polarity among the physical properties of the second single-crystal SiC substrate .
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