KR101570958B1 - 핸들 기판, 반도체용 복합 기판, 반도체 회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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다츠로 다카가키
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

반도체용 복합 기판의 핸들 기판(2A)이 다결정 투광성 알루미나로 이루어지고, 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％ 이상이며, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이고, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하이다.

Description

핸들 기판, 반도체용 복합 기판, 반도체 회로 기판 및 그 제조 방법{HANDLE SUBSTRATE, COMPOSITE SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR, AND SEMICONDUCTOR CIRCUIT SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 핸들 기판, 반도체용 복합 기판, 반도체 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, Silicon on Quartz(SOQ), Silicon on Glass(SOG), Silicon on Sapphire(SOS)로 불리는, 핸들 기판을 투명·절연 기판으로 구성한 SOI나, GaN, ZnO, 다이아몬드, AlN 등의 투명 와이드 갭 반도체를 실리콘 등의 도너 기판에 접합함으로써 얻어진 접합 웨이퍼가 알려져 있다. SOQ, SOG, SOS 등은, 핸들 기판의 절연성·투명성 등으로부터 프로젝터, 고주파 디바이스 등에의 응용이 기대되고 있다. 또한 와이드 갭 반도체의 박막을 핸들 기판에 복합화한 접합 웨이퍼는, 고성능 레이저나 파워 디바이스 등에의 응용이 기대된다.
이러한 반도체용의 복합 기판은, 핸들 기판과 도너 기판으로 이루어져 있고, 일반적으로 핸들 기판이나 도너 기판은 단결정 재료로 이루어진다. 종래는, 베이스 기판 상에 실리콘층을 에피택셜 성장에 의해 형성하는 방법이 주류이지만, 최근 직접 접합에 의해 형성하는 방법이 개발되어, 반도체 디바이스의 성능 개선에 기여하고 있다(특허문헌 1, 2, 3). 즉, 이러한 핸들 기판과 도너 기판은, 접합층이나 접착층을 통해 접합되거나, 혹은 직접 접합된다.
그러나, 사파이어는 고가이기 때문에, 비용 절감을 위해서는, 사파이어 이외의 재료의 기판을 핸들 기판으로서 이용하는 것이 요구된다. 전술한 접합 기술의 진보에 따라, 석영, 유리, 알루미나라고 하는 사파이어 이외의 재질로 이루어지는 핸들 기판도 각종 제안되어 있다(특허문헌 4, 5, 6, 7).
이러한 반도체 디바이스는, 탑재시키는 기기의 고기능화나 소형화에 따라, 저등화가 필수적으로 되어 있고, 접합에 의해 형성된 복합 기판의 반도체 디바이스가 구성된 측의 주면(회로측의 주면)의 반대측의 주면(대향면)을 연삭, 연마, 에칭 등의 가공을 함으로써, 박육화한다. 복합 기판의 두께가 얇아지면, 기판의 휘어짐이 발생하기 쉬워져, 핸들링에 지장을 초래한다. 이 때문에, 복합 기판의 회로측의 주면에 별개 부재의 지지 기판을 접착함으로써, 핸들링을 가능하게 하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 8).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성08-512432호 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2003-224042호 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2010-278341호 특허문헌 4: WO 2010/128666 A1 특허문헌 5: 일본 특허 공개 평성05-160240호 특허문헌 6: 일본 특허 공개 평성05-160240호 특허문헌 7: 일본 특허 공개 제2008-288556호 특허문헌 8: 일본 특허 공개 제2005-191550호 특허문헌 9: PCT/JP2013/069284 특허문헌 10: 일본 특허 공개 제2010-258341호
복합 기판의 회로측의 주면에 별개 부재의 지지 기판을 접착할 때, 뒤따라 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시키는 것을 고려하여, 자외선 경화에 의해 점착성을 잃는 것, 열 경화에 의해 점착성을 잃는 것, 또는, 특정 용제에 용해 가능하다고 하는 특징을 갖는 접착제가 제안되어 있다. 그러나, 열이나 용제에 의해 디바이스에 부여되는 손상을 고려하면, 자외선 경화 접착제가, 열이나 용제에 의한 손상없이 지지 기판을 박리할 수 있기 때문에, 바람직하다.
복합 기판과 별개 부재의 지지 기판 사이에 자외선 경화형 수지를 개재시킨 상태로, 자외선을 자외선 경화형 수지에 대하여 조사할 때에는, 자외선을 지지 기판측으로부터 조사하여도 좋고, 복합 기판측으로부터 조사하여도 좋은 것이다.
그러나, 지지 기판측으로부터 자외선을 조사하는 경우, 지지 기판의 재질은 자외선을 투과하는 재료가 아니면 안 된다. 지지 기판에는, 접착 후의 이면 가공 프로세스에 따라, 기계적 강도, 내약품성, 접착하는 기판과의 열 팽창 매칭이라고 하는 특성이 필수이기 때문에, 더욱 자외선에 대한 투과성까지 필요로 된 경우, 재질의 선택의 폭이 좁아지기 때문에, 생산성의 관점에서 바람직하지 못하다. 이 관점에서는, 복합 기판측으로부터 자외선을 조사하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.
그러나, 본 발명자의 검토에 따르면, 복합 기판에 대하여 지지 기판을 자외선 경화형 수지로 접착하고, 핸들 기판측으로부터 자외선을 조사하여 수지를 경화시키면, 이 후에 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시킬 때에, 복합 기판의 균열이나 박리 불량이 생겨, 수율이 저하하는 경우가 있었다.
본 발명의 과제는, 핸들 기판측으로부터 자외선을 조사하여 자외선 경화형 수지를 경화시키고, 이어서 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시킬 때에, 복합 기판의 균열이나 박리 불량을 억제하는 것이다.
본 발명은, 반도체용 복합 기판의 핸들 기판으로서,
핸들 기판이 다결정 투광성 알루미나로 이루어지고, 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％ 이상이며, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이고, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 핸들 기판, 및 핸들 기판의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판을 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체용 복합 기판에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 반도체용 복합 기판, 및 상기 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 회로 기판에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 핸들 기판, 핸들 기판의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판, 및 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 반도체 회로 기판을 제조하는 방법으로서,
다결정 투광성 알루미나로 이루어지며, 접합면과 대향면을 갖는 기재, 이 기재의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판, 및 상기 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 부품을 얻는 공정으로서, 상기 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％ 이상이며, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이고, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하인 공정;
상기 기재를 상기 대향면측으로부터 가공하여, 상기 기재의 두께를 작게 함으로써 상기 핸들 기판을 형성하는 공정; 및
상기 도너 기판과 지지 기판 사이에 자외선 경화형 접착제를 개재시킨 상태로, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위의 자외선을 상기 핸들 기판측으로부터 상기 자외선 경화형 수지에 조사함으로써 자외선 경화형 수지를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 핸들 기판측으로부터 자외선을 조사하여 자외선 경화형 수지를 경화시키고, 계속해서 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시킬 때에, 복합 기판의 균열이나 박리 불량을 억제할 수 있다.
도 1의 (a)는 핸들 기판의 기재(2), 도너 기판(3), 자외선 경화형 수지(5) 및 지지 기판(6)으로 이루어지는 부품(1)을 나타내는 모식도이며, (b)는 (a)의 기재(2)를 얇게 한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2의 (a)는 도 1의 (b)의 부품에 대하여 다이싱홈(9)을 형성한 상태를 나타내는 모식도이며, (b)는 절단 후의 반도체 회로 기판(10)을 나타내는 모식도이다.
도 3의 (a)는 본 발명에 있어서의 자외선의 조사 상태를 나타내는 모식도이며, (b)는 비교예에 있어서의 자외선의 조사 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 전방 전체 광선 투과율의 측정법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 직선 투과율의 측정법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 결정 입경의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 다결정 투광성 알루미나로 이루어지는 기재(2)를 준비한다. 기재(2)의 한쌍의 주면 중 한쪽은 접합면(2a)이며, 다른쪽은 대향면(2b)이다. 기재(2)의 접합면(2a)에 도너 기판(3)을 접합하고, 도너 기판(3) 상에 회로(4)를 형성한다. 이어서, 도너 기판(3)과 별개 부재의 지지 기판(6) 사이에 자외선 경화형 수지(5)를 개재시킴으로써, 양자를 점착시켜, 부품(1)을 제작한다.
이어서, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 기재(2)를 가공하여 박판화하여, 핸들 기판(2A)을 얻는다. 이에 의해 조사 전의 부품(1A)이 제작된다. 또한, 도 1의 (b)에 있어서, 파선의 영역(8)은 기재(2)로부터 제거된 영역을 나타내고, 도면 부호 2c는 박판화 가공 후의 대향면을 나타낸다.
이어서, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 부품(1A)에 다이싱홈(9)을 형성하여, 큰 치수의 복합 기판(7A)을 다수의 복합 기판(7B)으로 분할한다. 여기서, 다이싱홈(9)은, 복합 기판(7B)을 분리하는데, 자외선 경화형 수지(5)까지 더 분할하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 핸들 기판(2A)의 대향면(2c)측으로부터 자외선을 화살표(A)와 같이 조사한다. 자외선은, 핸들 기판(2A), 도너 기판(3)을 투과하여, 자외선 경화형 수지(5)에 조사되어, 수지(5)를 경화시킨다.
여기서, 종래는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 핸들 기판(12)을 투과한 자외선은, 회로(4)의 간극(16)을 화살표(B)와 같이 직진하여, 자외선 경화형 수지(5)를 경화시킨다. 한편, 회로에 대하여 화살표(A)와 같이 입사한 자외선은 회로를 투과할 수 없어, 회로의 상방에는 그림자의 영역(17)이 생긴다. 이 결과, 영역(17)에서는 자외선 경화형 수지의 경화가 진행되지 않아, 점착성이 유지되는 한편, 간극(16) 상의 영역에서는 수지의 경화가 진행되어, 점착성이 상실된다. 이 상태로 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시키면, 간극(16) 상의 영역에서는 박리가 간단히 생기지만, 그림자의 영역(17)에서는 점착성이 남아 있기 때문에, 박리 시의 응력이 복합 기판에 균등하게 가해지지 않는다. 이 결과, 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시킬 때에, 복합 기판의 균열이나 박리 불량이 생기기 쉬운 것으로 생각된다.
이에 대하여, 본 발명에서는, 핸들 기판을 구성하는 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값을 60％ 이상으로 함으로써, 자외선을 효율적으로 수지(5)로 화살표(B)와 같이 조사하면서, 동시에 그 직선 투과율을 15％ 이하로 낮게 함으로써, 화살표(C)와 같이 자외선을 핸들 기판 내에서 산란시킨다. 도너 기판(3)은 얇기 때문에, 핸들 기판에서 산란된 자외선은, 회로(4)의 상방에도 효율적으로 조사되어, 그림자가 생기기 어려워진다. 이 결과, 자외선 조사 후의 수지(5)가 균등하게 경화하기 때문에, 복합 기판을 지지 기판으로부터 박리시킬 때에, 복합 기판의 균열이나 박리 불량이 억제된다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 대해서 더욱 서술한다.
(반도체용 복합 기판)
본 발명의 복합 기판은, 프로젝터용 발광 소자, 고주파 디바이스, 고성능 레이저, 파워 디바이스, 논리 IC 등에 이용할 수 있다.
(도너 기판)
복합 기판은, 본 발명의 핸들 기판과, 도너 기판을 포함한다.
도너 기판의 재질은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 실리콘, 질화알루미늄, 질화갈륨, 산화아연 및 다이아몬드로 이루어지는 군에서 선택된다. 도너 기판의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상의 SEMI/JEITA 규격 근방의 것이 핸들링의 관계로부터 취급하기 쉽다.
도너 기판은, 전술한 재질을 가지며, 표면에 산화막을 가지고 있어도 좋다. 산화막을 통해 이온 주입을 행하면, 주입 이온의 채널링을 억제하는 효과가 얻어지기 때문이다. 산화막은, 바람직하게는 50 ㎚∼500 ㎚의 두께를 갖는다. 산화막을 갖는 도너 기판도 도너 기판에 포함되며, 특별히 구별하지 않는 한, 도너 기판이라고 칭한다.
(핸들 기판)
핸들 기판의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상의 SEMI/JEITA 규격 근방의 것이 핸들링의 관계로부터 취급하기 쉽다. 구체적으로는, 핸들 기판의 두께는, 직경이 100 ㎜인 웨이퍼의 경우는 525 ㎛, 직경 150 ㎜의 경우는 625 ㎛, 직경 200 ㎜의 경우는 725 ㎛, 직경 300 ㎜의 경우는 775 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 핸들 기판에는 캐비티를 마련할 수도 있다.
핸들 기판의 재질은, 전술한 다결정 투광성 알루미나이며, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이다. 이에 의해 자외선 경화형 수지에의 조사 광량을 증대시킬 수 있다. 이 관점에서는, 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 65％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 핸들 기판을 구성하는 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하이다. 이에 의해, 핸들 기판을 투과하는 광을 산란하여 자외선 경화형 수지의 경화를 균일하게 할 수 있다. 이 관점에서는, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 10％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
상기 전방 전체 광선 투과율은, 도 4의 측정 장치(40)에 의해 얻어진 측정값에 기초하여 산출한다. 도 4의 측정 장치는, 적분구(41)의 개구부를 시료(S)(두께 1 ㎜)로 막고, 구멍(44)(직경 φ 3 ㎜)을 갖는 플레이트(42)를 시료(S)의 상면에 배치하며, 그 상태로 광원(46)으로부터의 광을 구멍(44)을 통하여 시료(S)에 조사하며, 적분구(41)를 이용하여 시료(S)를 통과해 온 광을 모아, 그 광의 강도를 검출기(48)에 의해 측정하는 것이다. 전방 전체 광선 투과율은, 이하의 식에 따라 구한다.
전방 전체 광선 투과율=100×(측정한 광의 강도)/(광원의 강도)
상기 직선 투과율은 이하와 같이 하여 구한 값이다.
기본적으로는 전방 전체 광선 투과율과 동일하게 측정한다. 단, 도 5에 나타내는 바와 같이, 시료(S)와 적분구(41)의 거리를 80 ㎜로 분리하고, 적분구(41)의 개구부의 치수를 φ 10 ㎜로 하며, 시료(S)로부터 직선 방향으로 개구부를 통과한 광만을 모아, 그 광 강도를 측정한다.
또한, 본 명세서에 있어서의 자외선은, 파장 200 ㎚ 이상, 400 ㎚ 이하의 광선을 의미한다.
상기 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도는 99.9％ 이상이다.
또한, 상기 다결정 투광성 알루미나의 상대 밀도는, 반도체의 후처리에 대한 내구성 및 오염 방지의 관점에서, 98％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 99％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 다결정 투광성 알루미나의 평균 결정 입경은, 5 ㎛∼60 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해, 접합면의 평활성을 확보하기 쉽다. 이 관점에서는, 상기 다결정 투광성 알루미나의 평균 결정 입경은, 10 ㎛∼50 ㎛로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 결정 입자의 평균 입경은 이하와 같이 하여 측정하는 것이다.
(1) 소결체의 단면을 경면 연마, 서멀 에칭하여 입계를 눈에 띄게 한 후, 현미경 사진(100배∼200배)을 촬영하여, 단위 길이의 직선이 가로지르는 입자의 수를 센다. 이것을 상이한 3부분에 대해서 실시한다. 또한, 단위 길이는 500 ㎛∼1000 ㎛의 범위로 한다.
(2) 실시한 3부분의 입자의 개수의 평균을 취한다.
(3) 하기 식에 따라, 평균 입경을 산출한다.
[산출식]
D=(4/π)×(L/n)
[D: 평균 입경, L: 직선의 단위 길이, n: 3부분의 입자의 개수의 평균]
평균 입경의 산출예를 도 6에 나타낸다. 상이한 3부분의 위치에 있어서, 각각 단위 길이(예컨대 500 ㎛)의 직선이 가로지르는 입자의 개수를 22, 23, 19로 하였을 때, 평균 입경(D)은, 상기 산출식에 따라,
D=(4/π)×[500/{(22+23+19)/3}]=29.9 ㎛
가 된다.
핸들 기판의 성형 방법은 특별히 한정되지 않고, 닥터 블레이드법, 압출법, 겔 캐스트법 등 임의의 방법이어도 좋다. 특히 바람직하게는, 기판을 닥터 블레이드법을 이용하여 제조한다. 적합한 실시형태에 있어서는, 세라믹 분말, 분산매 및 결합제를 포함하는 슬러리를 닥터 블레이드법에 따라 테이프 성형하고, 이 테이프를 미리 정해진 형상으로 절취한 후, 복수매 중첩하여 가압 적층시킴으로써 성형체를 얻어, 이 성형체를 소결시킨다.
바람직하게는 순도 99.9％ 이상(바람직하게는 99.95％ 이상)의 고순도 알루미나 분말에 대하여, 100 ppm 이상, 300 ppm 이하의 산화마그네슘 분말을 첨가한다. 이러한 고순도 알루미나 분말로서는, 다이메이카가쿠코교 가부시키가이샤 제조의 고순도 알루미나 분체를 예시할 수 있다. 또한, 이 산화마그네슘 분말의 순도는 99.9％ 이상이 바람직하고, 평균 입경은 0.3 ㎛ 이하가 바람직하다.
원료 분말의 평균 입경(1차 입자경)은 특별히 한정되지 않지만, 저온 소결에서의 치밀화라는 관점에서는, 0.6 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.4 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 한층 더 바람직하게는, 원료 분말의 평균 입자경은 0.3 ㎛ 이하이다. 이 평균 입경의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 원료 분말의 평균 입자경은, SEM(주사형 전자 현미경)에 의한 원료 분말의 직접 관찰에 의해 결정할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 평균 입경이란 SEM 사진(배율: X30000. 임의의 2시야) 상에 있어서의 2차 응집 입자를 제외한 1차 입자의 (최장축 길이+최단축 길이)/2의 값의 n=500 평균값이다.
닥터 블레이드법은, 이하의 방법을 예시할 수 있다.
(1) 세라믹 분체와 함께, 결합제가 되는 폴리비닐부티랄 수지(PVB 수지), 또는, 아크릴 수지를, 가소제, 분산제와 함께 분산매 중에 분산시켜 슬러리를 조제하여, 닥터 블레이드법으로, 테이프형으로 성형한 후, 분산매를 건조시켜 슬러리를 고화시킨다.
(2) 얻어진 테이프를 복수매 중첩하여, 프레스 적층 또는 CIP 적층함으로써 원하는 두께의 기판 형상의 성형체를 얻는다.
본 발명의 핸들 기판을 얻기 위해서는, 소결 온도는, 소결체의 치밀화라는 관점에서, 1700℃∼1900℃가 바람직하고, 1750℃∼1850℃가 더욱 바람직하다. 또한 1400℃∼1600℃의 승온 속도를 50℃/hr∼150℃/hr로 하는 것이 바람직하다.
또한, 소성 시에 충분히 치밀한 소결체를 생성시킨 후에, 더욱 추가로 소성 온도에서 어닐링 처리를 실시함으로써 달성된다. 이 어닐링 온도는, 변형이나 이상립 성장 발생을 방지하면서, 마그네시아의 배출을 촉진시키는 관점에서 소성 시의 최고 온도 ±100℃ 이내인 것이 바람직하고, 최고 온도가 1900℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 어닐링 시간은, 1시간∼6시간인 것이 바람직하다.
또한, 어닐링 온도는 소성 시의 최고 온도+0℃∼100℃의 범위인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 성형, 소결을 행하여, 알루미나 소결체로 이루어지는 블랭크 기판을 얻는다.
블랭크 기판을 정밀 연마 가공함으로써, 각 결정 입자의 표면이 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)를 작게 한다. 이러한 연마 가공으로서는, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 가공이 일반적이고, 이것에 사용되는 연마 슬러리로서, 알칼리 또는 중성의 용액에 30 ㎚∼200 ㎚의 입경을 갖는 지립을 분산시킨 것이 사용된다. 지립 재질로서는, 실리카, 알루미나, 다이아, 지르코니아, 산화세륨을 예시할 수 있고, 이들을 단독 또는 조합하여 사용한다. 또한, 연마 패드에는, 경질 우레탄 패드, 부직포 패드, 스웨드 패드를 예시할 수 있다.
또한, 최종적인 정밀 연마 가공을 실시하기 전의 조연마 가공을 실시한 후에 어닐링 처리를 행하는 것이 바람직하다. 어닐링 처리의 분위기 가스는 대기, 수소, 질소, 아르곤, 진공을 예시할 수 있다. 어닐링 온도는 1200℃∼1600℃, 어닐링 시간은 2시간∼12시간인 것이 바람직하다. 이에 의해, 표면의 평활을 손상시키는 일없이, 마그네시아의 배출을 촉진시킬 수 있다.
적합한 실시형태에 있어서는, 핸들 기판의 표면이 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 5 ㎚ 이하이다. 이것이 크면, 분자간력에 의해, 도너 기판의 접합 강도를 저감시킨다. 이것은, 3 ㎚ 이하가 더욱 바람직하고, 1 ㎚ 이하가 가장 바람직하다. 또한, 이것은, 표면에 나타나는 각 결정 입자의 노출면에 대해서 원자간력 전자 현미경에 의해 촬상하고, JIS B0601에 따라 산출하는 수치이다.
각 결정립 표면의 면 거칠기를 미시적으로 관찰하는 경우에는, AFM(Atomic Force Microscope: 원자간력 현미경)에 의한 10 um 시야 범위에서의 표면 형상 관찰이 이용된다.
(접합 형태)
핸들 기판과 도너 기판의 접합에 이용되는 기술로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 표면 활성화에 의한 직접 접합이나, 접착층을 이용한 기판 접합 기술이 이용된다.
직접 접합에는 계면 활성화에 의한 저온 접합 기술이 적합하게 이용된다. 10-6 ㎩ 정도의 진공 상태에서 Ar 가스에 의한 표면 활성화를 실시 후, 상온에서 Si 등의 단결정 재료가 SiO2 등의 접착층을 통해 다결정 재료와 접합될 수 있다.
접착층의 예로서는, 수지에 의한 접착 외에, SiO2, Al2O3, SiN이 이용된다.
(회로)
도너 기판 상의 회로는, 통상의 포토리소그래피법 등에 따라 형성할 수 있다. 또한, 회로는, 귀금속의 세선 외에, 땜납 범프나 인쇄 전극 등의 각종 전자 소자를 포함한다.
(지지 기판)
지지 기판(6)의 재질은 실리콘, 유리, 석영, 또는 알루미나, SiC, 지르코니아, 질화알루미늄 등의 각종 세라믹으로 할 수 있지만, 평활 가공의 용이, 열 팽창 매칭, 비용의 관점에서 실리콘, 유리가 바람직하다.
또한, 지지 기판에는, 두께 방향으로 다수의 관통 구멍을 마련하여도 좋다. 이에 의해, 자외선 경화형 수지의 일부가 관통 구멍에 들어가, 접합이 강고해지며, 박리 시에 관통 구멍으로부터 박리액을 공급할 수 있다.
(자외선 경화형 수지)
자외선 경화형 수지로서는, 구체적으로는, (i) 아크릴계 점착제, 포화 코폴리에스테르 등의 점착제(고분자 탄성체), (ii) 자외선 경화성 성분, (iii) 광 중합 개시제, 및 필요에 따라, 가교제, 점착 부여제, 가소제, 충전제, 노화 방지제, 착색제 등의 관용의 첨가제를 포함하는 조성물을 들 수 있다.
상기 (i) 점착제 중, 아크릴계 점착제로서는, 통상, (메타)아크릴산에스테르의 단독 중합체 또는 공중합성 코모노머와의 공중합체가 이용된다. 이들 중합체를 구성하는 모노머 또는 코모노머로서, 예컨대, (메타)아크릴산의 알킬에스테르(예컨대, 메틸에스테르, 에틸에스테르, 부틸에스테르, 2-에틸헥실에스테르, 옥틸에스테르 등), (메타)아크릴산의 히드록시알킬에스테르(예컨대, 히드록시에틸에스테르, 히드록시프로필에스테르 등), (메타)아크릴산글리시딜에스테르, (메타)아크릴산, 이타콘산, 무수 말레산, (메타)아크릴산아미드, (메타)아크릴산N-히드록시메틸아미드, (메타)아크릴산알킬아미노알킬에스테르(예컨대, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, t-부틸아미노에틸메타크릴레이트 등), 초산비닐, 스티렌, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다. 주모노머로서는, 통상, 호모폴리머의 유리 전이점이 -50℃ 이하인 아크릴산알킬에스테르가 사용된다.
상기 포화 코폴리에스테르로서는, 다가 알코올과 2종 이상의 다가 카르복실산의 포화 코폴리에스테르를 예시할 수 있다. 다가 알코올로서는, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올 등의 글리콜류 등을 들 수 있다. 다가 카르복실산에는, 테레프탈산, 이소프탈산 등의 방향족 디카르복실산; 아디프산, 세바신산 등의 지방족 디카르복실산 등이 포함된다. 다가 카르복실산으로서, 방향족 디카르복실산과 지방족 디카르복실산을 병용하는 경우가 많다.
(ii) 자외선 경화성 성분으로서는, 분자 중에 탄소-탄소 이중 결합을 가지고, 라디칼 중합에 의해 경화 가능한 모노머, 올리고머, 폴리머 등이면 좋으며, 예컨대, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산과 다가 알코올의 에스테르; 에스테르아크릴레이트올리고머; 2-프로페닐 디-3-부테닐시아누레이트, 2-히드록시에틸 비스(2-아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 트리스(2-아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 트리스(2-메타크릴옥시에틸)이소시아누레이트 등의 시아누레이트 또는 이소시아누레이트 화합물 등을 들 수 있다.
(iii) 광중합 개시제로서는, 그 중합 반응의 계기가 될 수 있는 적당한 파장의 자외선을 조사함으로써 개열하여 라디칼을 생성하는 물질이면 좋고, 예컨대, 벤조인메틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인알킬에테르류; 벤질, 벤조인, 벤조페논, α-히드록시시클로헥실페닐케톤 등의 방향족 케톤류; 벤질디메틸케탈 등의 방향족 케탈류; 폴리비닐벤조페논; 클로로티옥산톤, 도데실티옥산톤, 디메틸티옥산톤, 디에틸티옥산톤 등의 티옥산톤류 등을 들 수 있다.
상기 가교제에는, 예컨대, 폴리이소시아네이트 화합물, 멜라민 수지, 요소 수지, 에폭시 수지, 산 무수물, 폴리아민, 카르복실기 함유 폴리머 등이 포함된다.
또한, 이와 같은 접착 성분을 필름에 도포한 시판의 다이싱 시트를 이용하면 접착 작업을 간편하게 행할 수 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제2010-258341에 개시).
실시예
(실시예 1)
이하의 성분을 혼합한 슬러리를 조제하였다.
(원료 분말)
·비표면적 3.5 ㎡/g∼4.5 ㎡/g, 평균 일차 입자경 0.35 ㎛∼0.45 ㎛의 α-알루미나 분말 100 중량부
·MgO(마그네시아) 250 pppm
·ZrO2(지르코니아) 400 ppm
·Y2O3(산화이트륨) 15 ppm
(분산매)
·2-에틸헥산올 45 중량부
(결합제)
·PVB 수지 4 중량부
(분산제)
·고분자 계면 활성제 3 중량부
(가소제)
·DOP 0.1 중량부
이 슬러리를, 닥터 블레이드법을 이용하여 소성 후의 두께로 환산하여 0.25 ㎜가 되도록 테이프형으로 성형하였다. 이것을 4층 중첩하여 프레스 적층하여, 소성 후의 두께가 1 ㎜가 되는 기판형의 분말 성형체를 얻었다.
얻어진 분말 성형체를, 대기 중 1100℃에서 하소(예비 소성) 후, 기판을 몰리브덴제의 판에 실어, 입계 기공이 충분한 배출을 행하는 것을 목적으로, 상측에 0.1 ㎜∼0.5 ㎜의 틈을 둔 상태로, 수소 3:질소 1의 분위기 중에서 1400℃부터 1600℃에서의 승온 속도를 50℃/h로 하여, 1750℃의 온도에서 소성을 행하였다. 그 후, 기판을 몰리브덴제의 판에 싣고, 기판 위에도 몰리브덴제의 추를 실은 상태로 1750℃에서 3시간 어닐링 처리를 행하였다. 완성된 기판은, 외부 지름이 φ4 인치, 판 두께가 1 ㎜, 표면의 평균 입경이 20 ㎛, 단면 관찰에 의한 기공률은 0.1％ 이하였다. 소성 시에 상측에 틈을 둠으로써, 첨가물(주로 마그네시아 등)의 배출을 행하며, 추를 실어(하중을 걸어) 소성과 동등 온도에서 어닐링함으로써, 기공의 배출을 촉진시킬 수 있다.
얻어진 투광성 알루미나 기판의, 파장 200 ㎚∼400 ㎚의 전방 전체 광선 투과율의 평균값을 측정한 바, 60％이며, 직선 투과율의 평균값은 15％였다. 핸들 기판을 구성하는 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％였다.
계속해서, 이 기판을 GC(그린 카본) 지립, 다이아몬드 지립, CMP 유동성(액체)을 순서로 이용하여 0.6 ㎜ 두께로 연마하여, 기재(2)를 얻었다.
다음에, 직경 φ4 인치, 두께 250 ㎛의 단결정 Si 기판을 준비하였다. 그리고, 단결정 Si 기판과 전술한 기재(2)를, 플라즈마 활성화에 의한 직접 접합에 의해 접합하였다. 접합에 이용한 양 기판은, 질소로 플라즈마 처리를 실시하고, 그 후 수세 처리에 의해 표면의 파티클을 제거하였다. 양 기판을, 단부를 압박하여 밀착시킴으로써, 그 압박한 부분이 접합되며, 그 접합이 전체면으로 전파해 갔다. 이 현상은, 양 기판이 서로 끌어당기는 힘(표면간 인력)에 의해 자동적으로 접합이 진행되어 가는 것으로, 매우 평활하게 표면이 연마되어 있는 경우에 관찰된다.
양 기판의 접합이 종료한 후, 단결정 Si 기판측을 그라인더로 두께가 20 ㎛가 될 때까지 연삭하고, 다음에, 1 ㎛의 다이아몬드 지립과 주석 정반을 이용하여 두께가 3 ㎛가 될 때까지 랩 가공하였다. 다음에 콜로이달 실리카와 우레탄 패드를 이용하여 폴리시하여, 두께를 0.2 ㎛로 하였다. 이와 같이 Si 기판을 얇게 한 후, 300℃에서 어닐링 처리를 실시하여, 기재(2)와 도너 기판(3)의 복합 기판을 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 복합 기판의 도너 기판(3) 상에, 노광기를 이용하여 세선 패턴(4)을 형성하였다. 즉, 우선, 도너 기판 상에 레지스트를 도포하고, 선폭 0.4 ㎛의 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 노광한 후, 현상하였다. 노광에는, KrF 레이저(λ=248 ㎚)를 이용하였다.
이렇게 하여 얻어진 반도체 회로 기판의 회로(4)측의 주면에, 단결정 Si 기판을 지지 기판(6)으로 하여 자외선 경화형 수지로 접착하였다. 반도체 회로 기판의 이면(2b)측을 그라인더로, 반도체 회로 기판의 두께가 120 ㎛가 될 때까지 연삭하였다. 그 후, 형성한 회로(4)에 따라, 1 ㎜×1 ㎜의 크기가 되도록, 다이싱홈(9)을 형성하였다.
이어서, 핸들 기판(2A)측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선을 300 mJ/㎠ 조사하여, 자외선 경화형 수지(5)를 경화시켰다. 이어서, 지지 기판(6)으로부터, 각 반도체 회로 기판(10)의 개편(個片)을 100개 박리시킨 바, 1개에 대해서 기판(10)의 균열이나 박리 불량이 보였다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 하여 복합 기판을 제작하였다. 단, 얻어진 투광성 알루미나 기판의 파장 200 ㎚∼400 ㎚의 전방 전체 광선 투과율의 평균값을 측정한 바, 65％이며, 직선 투과율의 평균값은 10％였다. 핸들 기판을 구성하는 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％였다. 단, 전방 전체 광선 투과율, 직선 투과율을 바꾸기 위해, 소성 온도를 1710℃로 하고, 어닐링 온도 및 시간을 1710℃×12 hr로 변경하였다.
여기서, 핸들 기판(2A)측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선을 300 mJ/㎠ 조사하여, 자외선 경화형 수지(5)를 경화시켰다. 이어서, 지지 기판(6)으로부터, 각 반도체 회로 기판(10)의 개편을 100개 박리시킨 바, 기판(10)의 균열이나 박리 불량은 관찰되지 않았다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 하여 반도체 회로 기판과 지지 기판을 자외선 경화형 수지에 의해 접착하고, 자외선 경화형 수지를 경화시켜 지지 기판으로부터 반도체 회로 기판(10)을 100개 박리시켰다. 단, 본 예에 있어서는, 핸들 기판은 단결정 사파이어이며, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 85％이고, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 80％이다.
그리고, 핸들 기판(2A)측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선을 300 mJ/㎠ 조사하여, 자외선 경화형 수지(5)를 경화시켜, 지지 기판(6)으로부터, 절단된 각 반도체 회로 기판(10)의 개편을 100개 박리시킨 바, 9개에 대해서 기판(10)의 균열이나 박리 불량의 발생이 보였다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일하게 하여 반도체 회로 기판과 지지 기판을 자외선 경화형 수지에 의해 접착하고, 자외선 경화형 수지를 경화시켜 지지 기판으로부터 반도체 회로 기판(10)을 100개 박리시켰다. 단, 본 예에 있어서는, 핸들 기판은 알루미나(99.5％ 순도)이며, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 50％이고, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 1％ 이하이다.
그리고, 핸들 기판(2A)측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선을 300 mJ/㎠ 조사하였지만, 자외선 경화형 수지(5)는 경화하지 않아 지지 기판(6)으로부터, 절단된 각 반도체 회로 기판(10)의 개편을 박리할 수 없었다.
(비교예 3)
비교예 2에 있어서, 자외선의 조사 시간을 늘렸다. 즉, 핸들 기판(2A)측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선을 900 mJ/㎠ 조사하였지만, 자외선 경화형 수지(5)는 경화하지 않아 지지 기판(6)으로부터, 절단된 각 반도체 회로 기판(10)의 개편을 박리할 수 없었다. 상기 결과를 표 1에 정리하였다.
Figure 112015077130277-pct00001

Claims (7)

  1. 반도체용 복합 기판의 핸들 기판에 있어서,
    상기 핸들 기판이 다결정 투광성 알루미나로 이루어지고, 상기 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％ 이상이며, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이고, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하인 것을 특징으로 하는, 반도체용 복합 기판의 핸들 기판.
  2. 반도체용 복합 기판에 있어서,
    제1항에 기재된 핸들 기판, 및 상기 핸들 기판의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판을 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체용 복합 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도너 기판이 단결정 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체용 복합 기판.
  4. 반도체 회로 기판에 있어서,
    제2항 또는 제3항에 기재된 반도체용 복합 기판, 및 상기 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 회로 기판.
  5. 핸들 기판, 상기 핸들 기판의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판, 및 상기 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 반도체 회로 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    다결정 투광성 알루미나로 이루어지며, 접합면과 대향면을 갖는 기재, 이 기재의 접합면에 대하여 접합되어 있는 도너 기판, 및 상기 도너 기판 상에 마련되어 있는 회로를 갖는 부품을 얻는 공정으로서, 상기 다결정 투광성 알루미나의 알루미나 순도가 99.9％ 이상이고, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 전방 전체 광선 투과율의 평균값이 60％ 이상이며, 상기 다결정 투광성 알루미나의 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위에 있어서의 직선 투과율의 평균값이 15％ 이하인 공정;
    상기 기재를 상기 대향면측으로부터 가공하여, 상기 기재의 두께를 작게 함으로써 상기 핸들 기판을 형성하는 공정; 및
    상기 도너 기판과 지지 기판 사이에 자외선 경화형 수지를 개재시킨 상태로, 200 ㎚∼400 ㎚의 파장 범위의 자외선을 상기 핸들 기판측으로부터 상기 자외선 경화형 수지에 조사함으로써 상기 자외선 경화형 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는, 반도체 회로 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자외선 경화형 수지를 경화시킨 후, 상기 지지 기판을 상기 반도체 회로 기판으로부터 박리시키는 박리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 회로 기판의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 도너 기판이 단결정 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 회로 기판의 제조 방법.
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