KR100737355B1 - 나노 탄화 텅스텐을 포함하는 표면 연마제 및 이를 이용한연마 방법 - Google Patents

나노 탄화 텅스텐을 포함하는 표면 연마제 및 이를 이용한연마 방법 Download PDF

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Abstract

광학 및 전기 부품으로 사용되는 웨이퍼 등의 기판이나 벌크를 연마하는 방법 및 이에 사용되는 연마제가 개시된다. 본 발명은 금속 정반 상에 탄화 텅스텐 분말을 포함하는 연마제와 윤활제를 제공하는 단계 및 상기 금속 정반을 회전시키면서 상기 탄화 텅스텐 연마제로 피삭체를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭체 연마 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 빠른 연마 시간을 확보하는 동시에 평탄도 및 조도 특성이 우수한 피삭체를 제공할 수 있다. 구체적으로, 결함을 최소화한 사파이어 웨이퍼, 고평탄 글래스 및 합성 석영 플레이트를 제공할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼와 리튬탄탈레이트 웨이퍼등 단결정 웨이퍼의 연마에도 적용 가능하다.
나노 탄화 텅스텐, 정반, 사파이어 웨이퍼, 글래스 웨이퍼, 합성석영 웨이퍼, 연마, 표면 조도, 평탄도, 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 갈륨, 리튬탄탈레이트, 리튬 니오베이트, 리튬 보레이트

Description

나노 탄화 텅스텐을 포함하는 표면 연마제 및 이를 이용한 연마 방법{SURFACE POLISHING AGENT COMPRISING NANO SIZED TUNGSTEN CARBIDE POWDERS AND POLISHING METHODS USING THE SAME}
도 1은 평균 입경 20㎚인 나노 탄화 텅스텐의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 사진이다.
도 2는 사파이어 웨이퍼를 콜로이달 실리카 연마제로 연마된 표면을 AFM (Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 3은 사파이어 웨이퍼를 나노 탄화 텅스텐과 콜로이달 실리카로 혼합된 연마제로 연마된 표면을 AFM(Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 4는 합성 석영 웨이퍼를 콜로이달 실리카 연마제로 연마된 표면을 간섭계(Zygo PMR, S/N:00-29-140, λ=0.6328㎛)로 측정하여 평탄도를 나타낸 사진이다.
도 5는 합성 석영 웨이퍼를 나노 탄화 텅스텐과 콜로이달 실리카로 혼합된 연마제로 연마된 표면을 간섭계(Zygo PMR, S/N:00-29-140, λ=0.6328㎛)로 측정하여 평탄도를 나타낸 사진이다.
도 6은 합성석영 웨이퍼를 콜로이달 실리카 연마제로 연마된 표면을 AFM (Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 7은 합성석영 웨이퍼를 나노 탄화 텅스텐과 콜로이달 실리카로 혼합된 연마 제로 연마된 표면을 AFM(Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 8은 D263 광학유리 기판을 세륨 옥사이드 연마제로 연마된 표면을 AFM (Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 9는 D263 광학유리 기판을 나노 탄화 텅스텐으로 연마된 표면을 AFM (Atomic Force Microscopy) 측정으로 나타낸 사진이다.
도 10은 D263 광학유리 기판을 세륨 옥사이드 연마제로 연마된 표면 평탄도를 레이인터페로메터(Fujinon, F-60 Interferometer)로 관찰한 간섭 무늬 사진이다.
도 11은 D263 광학유리 기판을 나노 탄화 텅스텐 연마제로 연마된 표면 평탄도를 레이인터페로메터(Fujinon, F-60 Interferometer)에 의해 관찰한 간섭 무늬 사진이다.
본 발명은 단결정 웨이퍼 또는 글래스 플레이트와 같은 기판 표면을 연마하기 위한 연마 방법 및 그에 사용되는 연마제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 또는 플레이트 등의 기판 연마 공정에서 높은 연마 속도, 평탄도 및 표면 조도를 확보하기 위한 연마 방법 및 그에 사용되는 연마제에 관한 것이다.
최근 질화 갈륨계를 이용한 LED의 용도는 고휘도 백색 LED, LCD 백라이트, 신호등에 사용되어지며, TFT-LCD의 백라이트 광원, 휴대폰 백라이트 광원 및 키패드에 사용되고 있다. 또한 조명용 LED는 기존의 형광등 및 백열등으로 대표되는 조명 기구에 비해 약 10~15% 정도의 낮은 전력소모, 10만 시간 이상의 반영구적 수명, 환경 친화적 특성 등을 통해 에너지소비 효율을 획기적으로 개선할 수 있기 때문에 일반 조명기구를 대체할 차세대 기술로 주목받고 있다. 이러한 LED 제조에 있어서 필수 소재는 GaN, GaAlN등 질화 갈륨계 화합물을 반도체 에피택셜층을 성막한 사파이어 웨이퍼이며, 사파이어 웨이퍼를 사용함에 있어 일반적인 기계적인 연마공정을 수행하면, 폴리싱 되어진 사파이어 웨이퍼는 표면에 잔류응력이 남아 있어 표면 결함이 존재하게 된다. 따라서 폴리싱 되어진 웨이퍼의 표면에는 연마흠집이나 마이크로 크랙 및 전위(Dislocation)가 분포하게 되어 박막 성장시 악영향을 발생 시킬 수 있다.
이러한 기계적 연마공정으로 인해 보이지 않는 웨이퍼 표면의 잔류응력(residual stress)이 집중하면 표면결함(surface default)이 존재하고, 연마흠집(lapping scratch)이나 미세한 마이크로 크랙(micro-crack) 및 전위(dislocation)가 분포하게 된다. 따라서 기계적인 스트레스로 인해 웨이퍼 표면에 질화물 반도체 박막이 성장될 때에 결정 구조가 뒤틀리고 높은 전위밀도(dislocation density)를 가지게 되어, LED 제조시 휘도, 발광 효율이나 수명 등에 악영향을 주게 된다.
사파이어 웨이퍼가 갖는 높은 경도로 인해, 종래의 사파이어 웨이퍼 연마 공정에서는 통상 다이아몬드 슬러리(diamond slurry)나 플레이트(plate) 또는 페이스트(paste)등이 사용되어 왔다. 즉, 종래의 사파이어 웨이퍼는 다이아몬드 슬러리(diamond slurry)를 이용한 1차 연마 공정과 콜로이달 실리카를 이용한 2차 연마 공정을 거쳐 제조되었다. 하지만, 이렇게 연마된 사파이어 웨이퍼는 표면조도가 충 분히 감소되지 않는데, 이는 연마시 다이아몬드의 경도가 사파이어 웨이퍼보다 높은 것과 다이아몬드 입자 형태의 문제 때문인 것으로 나타났다. 이를 해결하기 위해서 입자가 작은 다이아몬드를 사용하여야 하지만 나노 입자 크기의 다이아몬드를 제조하는 데에는 많은 어려움이 있어 표면조도를 감소시키는데 한계가 있다.
또, 최근 프로젝션 텔레비젼의 마이크로디스플레이 핵심 소재로 글래스 및 합성 석영 웨이퍼가 사용 되어지고 있으며 이러한 프로젝션 TV용으로의 마이크로디스플레이는 0.25㎛ ~ 0.35㎛ 프로세스가 주류일 정도로 글래스 및 합성석영 웨이퍼에 요구되는 품질 수준이 높다. 글래스 및 합성석영 웨이퍼는 하부의 실리콘 웨이퍼와 스페이스를 사이에 두고 밀착되어 있으며 그 간격이 고화소수가 될 수록 1㎛ 정도로 가까워진다. 따라서 글래스 및 합성석영 웨이퍼는 고평탄화가 이루어져야 하며 픽셀의 간격보다 작은 이물이 적극 억제되어야한다. 또한 50인치 이상의 대 면적에 적용되기 위해서는 1픽셀이 수백배로 확대되어 지므로 높은 조도를 갖는 평활한 표면이 요구되어 진다. 기존의 글래스 및 합성석영 웨이퍼는 세륨 산화물 계열로 일차 연마를 하고 추후 콜로이달 실리카, 또는 서브 마이크로 세륨 산화물 입자 슬러리로 최종 연마하여 제조하였다. 이러한 방법으로는 고평탄, 고조도를 갖는 웨이퍼 연마 결과를 얻을 수가 없었는데 그 이유는 조도를 향상시키기 위해 최종 연마 시간이 늘어나게 되면 평탄도에 악영향을 주기 때문이다.
본 발명은 상기한 종래의 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 연마시 표면 조도를 최소한으로 감소시키고 평탄도를 향상시키는 동시에 우수한 연마 속도를 가지며, 사파이어, 탄화 실리콘, 글래스, 합성 석영, 실리콘, 리튬 탄탈레이트 등의 웨이퍼 또는 플레이트 등의 기판을 연마하기에 적합한 연마 방법 및 그에 사용되는 연마제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 경도 9.5이상 수십 나노미터의 크기에서 수백 나노 크기를 갖는 구형 형태의 탄화 텅스텐 입자를 이용하여 이를 적절한 용액에 분산 또는 혼합하여 사파이어, 글래스 및 합성 석영, 탄화 실리콘, 실리콘 단결정 웨이퍼, 니튬탄탈레이트 단결정 웨이퍼등의 연마시 연마 속도를 향상시키고 연마된 표면 조도의 고조도화, 고평탄화를 갖는 연마 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 금속 정반 상에 탄화 텅스텐 분말을 포함하는 연마제와 윤활제를 제공하는 단계 및 상기 금속 정반을 회전시키면서 상기 탄화 텅스텐 연마제로 피삭체를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭체 연마 방법을 제공한다. 여기서, 상기 피삭체는 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 질화 갈륨, 질화 인듐 갈륨, 사파이어, 탄화 실리콘, 석영, 리튬 탄탈레이트, 리튬 보레이트 및 실리콘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 된 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에서, 상기 탄화 텅스텐 분말은 평균 입경이 3㎛이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 탄화 텅스텐 분말은 평균 입경이 10~300nm인 것이 좋다. 본 발명에서 상기 연마제는 콜로이달 실리카 또는 세리아 중 일종 이상의 다른 물질을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 금속 정반상에 평균입경이 50nm 이상인 나노 탄화 텅스텐을 포함하는 제1 연마제를 제공하는 단계, 상기 금속 정반을 회전시켜 상기 제1 연마제로 피삭체를 연마하는 단계, 금속 정반상에 평균 입경이 50nm이하인 나노 텅스텐을 포함하는 제2 연마제를 제공하는 단계 및 상기 금속 정반을 회전시켜 상기 제2 연마제로 상기 피삭체를 연마하는 단계를 포함하는 피삭체 연마 방법을 제공한다. 이 방법은 콜로이달 실리카 또는 세리아 중 어느 일종과 평균 입경 50 nm이하인 탄화 텅스텐 분말의 수용액으로 된 제3 연마제로 상기 피삭체를 연마하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 피삭체를 평균 입경 3㎛이하의 구형 텅스텐 입자를 포함하는 연마제로 연마하여 피삭체 표면 조도가 5 Å이하이고, 평탄도가 3 ㎛ 이하인 피삭체를 제조하는 방법을 제공한다. 이와 같이, 본 발명의 방법에서는 조도 및 평탄도 특성이 모두 우수한 피삭체를 제조할 수 있게 된다.
또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 평균 입경 3㎛이하인 구형 탄화 텅스텐 분말이 분산된 수용액으로 구성되는 피삭체 연마제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 상기 탄화 텅스텐 분말은 평균입경이 10 내지 300 nm인 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 연마제에서 상기 수용액 내에는 윤활제가 더 포함될 수 있으며, 콜로이달 실리카나 세리아 중 최소한 하나의 물질이 더 포함될 수도 있다.
본 발명에서 상기 탄화 텅스텐은 산화 텅스텐을 일산화탄소(CO)를 이용하여 600 ~ 700Å에서 반응시키는 환원 및 탄화 공정으로 제조될 수 있으며, 이 때 상기 환원 및 탄화 공정은 제올라이트 또는 실리카 촉매의 존재하에서 수행될 수도 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.
본 발명의 연마 방법은 사파이어 웨이퍼와 같이 고경도(모오스 경도 9.0 이상)의 연마시 나노 탄화 텅스텐을 이용하여 다이아몬드 입자와 동일한 연마성을 갖는 고경도의 물질을 연마하는 경우와, 경도 5정도로 비교적 낮은 글래스, 합성석영의 물질을 연마하는 경우에 각각 적용될 수 있다.
본 발명에서 연마제로서 나노 탄화 텅스텐 분말은, 평균 입경이 3㎛ 이하인 입자가 사용된다. 본 발명이 나노 탄화 텅스텐 분말의 제조 방법에 관한 것은 아니므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 다만, 탄화 텅스텐 분말의 입자 미세화 기술을 소개하자면, 입자성장 억제제를 이용한 초미립 탄화 텅스텐 제조 기술과 WCl6, W(CO)6의 전구체를 기화시켜 비산성화 분위기 하에서 고온에서 침탄시켜 탄화 텅스텐을 제조하는 화학기상반응법을 들 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법에 의해서는 탄화텅스텐의 입자 크기의 제어가 충분치 못할 수도 있으며, 이를 대체하여 환원 탄화 공정이 적용될 수도 있다. 이 공정은 산화 텅스텐을 일산화탄소(CO)를 이용하여 600 ~ 700℃에서 반응시키는 환원 및 탄화 공정을 수행하여 제조한다. 환원-탄화 공정에 제올레이트(Nax) 또는 실리카(WHITE) 등의 촉매를 적용하여 제조 효율을 향상시킬 수 있으며, 반응온도에 따라 20nm, 50nm, 100nm등의 다양한 입자의 나노 탄화탄화 텅스텐이 제조된다.
도 1은 전술한 환원 및 탄화 공정에 의해 제조되어, 평균 입경 20㎚ 크기인 나노 탄화 텅스텐 분말의 형상을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, Hitachi, H-7600)으로 관찰한 사진이다. 도 1로부터, 나노 탄화 텅스텐의 입자 형상이 구형임을 알 수 있다. 이는 기존의 다이아몬드 입자의 형상이 각형임에 비해 구형이라서 연마시 숨은 스크래치(Hidden Scratch) 발생을 억제하는 장점을 가지고 있다. 따라서, 나노 탄화 텅스텐을 연마제로 사용할 경우, 사파이어 연마시 종종 나타나는 스크래치를 예방할 수 있다.
본 발명의 연마제 및 이를 이용한 연마 방법은 종래의 글래스 및 합성 석영 웨이퍼, 플레이트 연마시 세륨옥사이드(세리아)를 사용하는 것을 탄화 텅스텐 단독 용액 및 탄화 텅스텐과 세륨옥사이드의 혼합, 콜로이달 실리카 용액과의 혼합 사용함으로써 세륨옥사이드의 화학적 연마 작용에 탄화 텅스텐의 기계적 연마 작용을 추가하여 초고속, 초정밀 연마를 하는 방법을 그 특징으로 하고 있다.
본 발명의 연마제 및 연마 방법은 실리콘 단결정 웨이퍼 및 리튬탄탈레이트(LiTaO3), 리튬니오베이트(LiNbO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 등을 탄화 실리콘(GC 계열), 알루미나(FO 계열)로 래핑한 후의 최종 연마단계에 적용되거나, 래핑 후의 1차 연마 단계에 탄화 텅스텐 단독 또는 다른 연마 슬러리 즉 콜로이달 실리카나 세륨 옥사이드와 적절한 혼합비율로 사용하여 연마하는 방식으로 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
실시예 1
2인치 사파이어 웨이퍼를 탄화 실리콘(SiC, GC#320)와 적절한 압력(0.85 ~ 2.89g/cm2) 하에서 양면 래핑하여 두께 480㎛의 웨이퍼를 제조한 후 세라믹 블록에 왁스 접착을 한 후 50㎚ - 300㎚의 나노 탄화 텅스텐을 이용하여 구리정반에서 약 30㎛을 연마하였고 1차 폴리싱된 사파이어 웨이퍼를 20㎚ - 50 nm의 탄화 텅스텐을 이용하여 주석 정반에서 약 10㎛를 연마하는 2차 폴리싱 공정을 진행하였다. 위의 2차 폴리싱된 사파이어 웨이퍼를 콜로이달 실리카(Compol-80, Fujimi사)와 탄화 텅스텐을 1% 함유한 윤활제(Engis사의 Lubricant)를 1 : 1로 혼합하여 최종 연마하는 연마제로 사용하였으며 그 결과를 기존의 다이아몬드 입자(2~3㎛)와 최종 연마 공정에서 콜로이달 실리카 단독으로 연마 했을 때를 비교하여 표 1에 나타내었다.
사파이어 웨이퍼의 조도 즉 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscopy)를 통해 측정하였으며 도2와 도3 에 각각 나타내었다.
표 1에 나타난 바와 같이 나노 탄화 텅스텐을 사용하면 1차, 2차 연마 속도는 다이아몬드에 비해 저하되지만 최종 연마 공정에서 많은 시간이 절약되어 다이아몬드를 사용했을 때 보다 경제적인 것을 알 수 있다. 웨이퍼의 품질적인 면을 비교해보면 웨이퍼의 평탄도, 휨부분(Tencor사, P-1)에서도 다이아몬드 슬러리를 사용했을 때 보다 개선됨을 알 수 있다. 또한 도2에서 도시된 바와 같이 기존의 연마 공정에서는 3.1Å의 표면 조도를 갖고 있으며 나노 탄화 텅스텐을 이용한 공정에서는 도3에서 도시된 바와 같이 0.9Å의 표면 조도를 나타냄을 볼 수 있다.
기존 공정 탄화 텅스텐 공정
1차 연마 속도(㎛/hr) 10.0 8.0
2차 연마 속도(㎛/hr) 2.0 1.5
평탄도(Flatness) 5㎛ 이하 3㎛ 이하
휨(Bow) 10㎛ 5㎛
표면조도(Surface Roughness) 3.1Å 0.9Å
마이크로 스크래치 유무(ea/웨이퍼당) 10ea 0ea
최종 연마 시간 5시간(5㎛ 연마) 2시간(5㎛연마)
실시예 2
8인치 합성 석영 1,000㎛ 두께의 웨이퍼를 알루미나 계열 FO#1200(Al2O3, Fujimi사)이 이용하여 양면 래핑하여 두께 880㎛의 웨이퍼를 제조한 후 스틸/에폭시 캐리어와 세륨 패드를 이용 나노 탄화 텅스텐 50㎚로 1차 연마를 한 후 1차 폴리싱 된 8인치 합성 석영 웨이퍼를 콜로이달 실리카(Compol-80, Fujimi사)와 평균 입경 20 nm인 탄화 텅스텐을 1% 함유한 윤활제(Engis사의 Lubricant)를 1 : 1로 혼합하여 최종 연마하는 연마제로 사용하였으며 그 결과를 기존의 세륨옥사이드(E-10, Mitsui Mining & Smelting사) 1차 연마와 최종 연마 공정에서 콜로이달 실리카 단독으로로 연마 했을 때를 비교하여 표 2에 나타내었다.
표 2에 나타난 바와 같이 기존의 콜로이달 실리카 공정보다 나노 탄화 텅스텐 공정이 연마속도, 평탄도, 표면 조도가 향상 됨을 알 수 있다.
상기에 연마된 웨이퍼를 간섭계(Zygo PMR, S/N:00-29-140, λ=0.6328㎛)를 이용한 평탄도를 도 4와 도 5에 나타내었다. 도 4에서는 평탄도 5.8㎛인것이 도 5에서 보는바와 같이 3.2㎛로 개선됨을 알 수 있다. 또한 표면 조도는 AFM(Atomic Force Microscopy)를 통해 측정하였으며 그 결과는 상기에서 설명한 공정으로 진행하였을 경우 표면 조도 4.5Å으로 나타낸 것을 도 6에 나노 탄화 텅스텐 공정인 경우 표면조도 1.7Å을 나타낸 것을 도 7에 나타내었다.
또한 연마시 자주 발생 되는 마이크로 피트의 문제점도 개선 된 것을 표2에 함께 나타내었다.
기존 공정 탄화 텅스텐 공정
1차 연마 속도 (㎛/hr) 25 50
평탄도(Flatness) 5.8㎛ 3.2㎛
표면조도(Surface Roughness) 4.5Å 1.7Å
최종 연마 시간 2시간(5㎛ 연마) 1시간(5㎛ 연마)
마이크로 피트의 수량(ea/wafer) 20 10
실시예 3
독일 Schott사의 D263 광학 유리 기판 5인치 X 5인치를 스틸/에폭시 캐리어와 세륨 패드를 이용 나노 탄화 텅스텐 20㎚로 연마를 한 후 그 결과를 기존의 세륨옥사이드 (E-10, Mitsui Mining & Smelting사)와 비교하여 표 3에 나타내었다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 연마 시간은 1/2수준으로 단축 되었으며 표면 조도도 5.4Å에서 2.2Å으로 향상되었으며 최종 세정 후 세륨옥사이드등의 파티클 잔류가 감소함을 확인 할 수 있었다. 도 8은 세륨 옥사이드의 기존 공정의 표면조도를 나타내고 도 9는 나도 탄화 텅스텐으로의 표면 조도를 나타내었다.
상기에 연마된 웨이퍼를 간섭계(레이저 인터페로메터, Fujinon, F-60 Interferometer)를 이용 평탄도를 측정 하였을 때 5㎛에서 3㎛로 향상됨을 나타냈다. 표면 조도 측정 결과를 도 10과 11에 각각 나타내었다.
기존 공정 탄화 텅스텐 공정
5㎛ 연마 시간 10분 5분
평탄도(Flatness, 간섭무늬 기준) 5㎛ 3㎛
표면조도(Surface Roughness) 5.4Å 2.2Å
5인치 기판에 10㎛이상의 파티클 수 10 4
실시예 4
성형 가공된 벌크 탄화 실리콘(SiC) 40 x 40의 시편을 세라믹 블록에 왁스로 접착하여 구리정반에 다이아몬드 5㎛ 입자로 1차 연마를 진행한 후 이것을 주석정반에서 나노 탄화 텅스텐 50㎚ 입자를 사용하여 최종 연마를 하였다.(실시예 A) 또한 다음 실시예로 구리정반에 나노탄화 텅스텐 300㎚ 입자로 1차 연마를 진행한 후 이것을 폴리텍스 패드나 슈바패드(Suba Pad)를 이용하여 최종 연마를 하였다.(실시예 B) 연마 결과를 비교하여 표 4에 나타내었다.
표 3에서 보는것과 같이 실시예 A, B에서 연마 시간 및 표면 조도는 다이아몬드를 이용한 연마 방법과 동일한 것으로 나타났다. 패드를 이용하여 경도가 높은 물질은 기존의 방법으로 연마하기가 어려운 점이 있었으나 나노 탄화 텅스텐을 이용하면 가능한 것을 알 수 있다.
실시예 A 실시예 B
연마 시간(총 공정) 2시간 2시간
표면조도(Surface Roughness) 5.0Å 5.0Å
실시예 5
4인치 리튬탄탈레이트(이하 LT) 웨이퍼를 FO#1,200(Fujimi사)로 래핑을 실시 한 후 이것을 초음파 및 불산과 질산의 혼산에 에칭한 후 세정하였다. 세정된 LT를 세라믹 블록에 접착하여 나노 탄화 텅스텐 50㎚ 입자로 연마하였다. 또한 래핑된 LT 웨이퍼를 콜로이달 실리카(Compol-80, Fujimi사)와 나노 탄화 텅스텐 50㎚ 1% 함유한 윤활제(Engis사의 Lubricant)를 1 : 1로 혼합하여 최종 연마하는 연마제로 사용하였고 그 결과를 콜로이달 실리카 단독으로 연마 했을 때와 비교하여 표 5에 나타내었다.
표 5에서 보는 것과 같이 평탄도와 PLTV는 평탄도 측정기(FT-17,Nidek사)로 측정하였고 기존의 공정보다 평탄도 및 PLTV가 5㎛에서 2㎛로, 80%에서 100%로 향상됨을 나타내었다. 또한 표면 조도는 AFM(Atomic Force Microscopy, PSIA사)를 통해 측정한 결과는 상기에서 설명한 공정으로 진행하였을 경우 표면 조도는 3.0Å이 나타냈으며 나노 탄화 텅스텐 공정과 나노 탄화 텅스텐과 콜로이달 실리카 혼합하여 사용한 경우 표면조도가 각각 2.0Å, 1.3Å을 나타냈다.
콜로이달 실리카 나노 탄화 텅스텐 나노 탄화 텅스텐 + 콜로이달 실리카
연마 속도(㎛/hr) 10㎛/hr 10㎛/hr 10㎛
평탄도 (TTV, Total Thickness Variation) 5㎛ 3㎛ 2㎛
표면조도(Surface Roughness) 3.0Å 2.0Å 1.3Å
PLTV (Partial Local Thickness Variation) 80% (0.3㎛, 5㎜X5㎜) 85% (0.3㎛, 5㎜X5㎜) 100% (0.3㎛, 5㎜X5㎜)
실시예 6
6인치 실리콘 웨이퍼를 FO#1,200(Fujimi사)로 랩핑을 실시 한 후 실시예 5와 동일한 방법으로 연마하였다. 표 6에서 결과를 나타내었다.
콜로이달 실리카 나노 탄화 텅스텐 나노 탄화 텅스텐 + 콜로이달 실리카
연마 속도(㎛/hr) 10㎛/hr 15㎛/hr 10㎛/hr
평탄도 (TTV, Total Thickness Variation) 5㎛ 7㎛ 1㎛
표면조도(Surface Roughness) 2.3Å 5.4Å 1.3Å
본 발명에 의한 공정을 통해 사파이어 웨이퍼의 표면 연마 할 경우 고 조도의 경면과 고 평탄한 웨이퍼 평탄도를 갖는 사파이어 웨이퍼를 제조할 수 있었으며 기존의 다이아몬드 슬러리 연마를 통한 미세 스크래치도 감소시킬 수 있었다. 또한 탄화 실리콘(SiC), 질화 알루미늄(AlN) 등 고경도의 고경면 연마시 콜로이달 실리카와 다이아몬드로 해결할 수 없었던 문제점을 극복 할 수 있었다.
본 발명에 의한 공정을 통해 사파이어 웨이퍼 표면을 연마 처리할 경우, 매우 평활한 표면을 나타내며 다이아몬드로 폴리싱하는 단계를 줄일 수 있고 가격 경쟁에서도 좋은 효과를 얻을 수 있다. 박막 성장시 고품위의 박막을 얻을 수 있어 이를 이용하면 우수한 특성을 나타내는 청색 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 연마를 통해 사파이어 웨이퍼 표면의 결함을 최소화하며 고 평활화 된 표면을 제공하여 고품질의 사파이어 웨이퍼를 제조할 수 있다. 또한 글래스, 합성 석영 플레이트 및 웨이퍼의 양면 또는 단면 연마를 하여 고평탄 고조도의 연마 결과를 얻어 MEMS나 BIO 칩, 디스플레이 디바이스를 만드는데 탁월한 효과를 얻을 수 다. 또한 본 발명의 나노 탄화 텅스텐 연마제는 경도 9 이상의 탄화 실리콘(SiC) 및 질화 알루미늄(AlN), 사파이어 웨이퍼 연마시 기존의 다이아몬드보다 입자 형태 및 연마 속도 등 기술적 측면은 물론 소요 비용 등의 가격 측면에서도 훨씬 우수하여 제품의 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

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  7. 글래스 기판, 석영 웨이퍼 및 사파이어 웨이퍼로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나의 피삭체를 평균입경이 50 nm 미만인 탄화텅스텐과 세륨 옥사이드와 혼합하거나 콜로이드 실리카 용액과 혼합한 수용액으로 상기 피삭체를 2.5 ㎛/hr 이상의 연마 속도로 최종 연마하되, 상기 피삭체의 표면 조도가 3 Å 이하이고 평탄도가 3 ㎛ 이하인 피삭체를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭체의 연마 방법.
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  10. 실리콘 웨이퍼, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트 및 리튬보레이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나의 피삭체를 탄화실리콘 또는 알루미나로 래핑하는 단계;
    래핑된 피삭체를 평균 입경이 50 nm 미만인 탄화 텅스텐 분말의 수용액을 사용하여 상기 피삭체를 2.5 ㎛/hr 이상의 연마 속도로 최종 연마하되, 상기 피삭체의 표면 조도가 2 Å 이하이고 평탄도가 3 ㎛ 이하인 피삭체를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭체의 연마 방법.
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