KR102440332B1 - 공학적 응력 분포를 갖는 유리계 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본원에 개시된 것은 에지를 갖는 제1 표면을 갖는 유리계 제품이며, 여기서 제1 표면의 최대 광학 위상차는 에지에 있고, 상기 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하이며, 여기서 상기 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 상기 중심 영역은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이다.

Description

공학적 응력 분포를 갖는 유리계 제품 및 이의 제조 방법

본 출원은 2016년 6월 30일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/356904호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다.

본 개시는 캐리어 기판으로 사용될 수 있는 유리계 (glass-based) 제품에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 공학적 (engineered) 응력 분포를 갖는 유리계 캐리어 기판에 관한 것이다.

반도체 산업은 예를 들어 실리콘 (silicon) 웨이퍼를 얇게하는 것 뿐만 아니라 실리콘 웨이퍼에 칩을 조립하는 것을 포함하여, 다양한 제조 과정 동안 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위해 캐리어 기판 또는 웨이퍼에 의존한다. 전형적으로, 그러한 경우에, 실리콘 캐리어 기판 또는 웨이퍼를 취급하기 위해 사용된 동일한 장비가 유리계 캐리어 기판 또는 웨이퍼를 취급하기 위해 사용된다.

유리계 캐리어 기판 또는 웨이퍼는 실리콘 캐리어 기판 또는 웨이퍼를 위해 사용된 기존의 장비를 작동할 수 있게 하는 것이 필요하다.

제1 관점에서, 유리계 제품은 에지를 갖는 제1 표면을 포함하고, 여기서 상기 제1 표면의 최대 광학 위상차 (optical retardation)는 상기 에지에 있고, 상기 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하이며, 여기서 상기 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 상기 중심 영역은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이다.

제1 관점에 따른 제2 관점에서, 상기 제1 표면은 약 25 ㎛ 이하의 평탄도 (flatness)를 갖는다.

제1 또는 제2 관점에 따른 제3 관점에서, 상기 제품은 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에 걸쳐 약 25 x 10^-7/℃ 내지 약 130 x 10^-7/℃의 범위의 열팽창 계수 (CTE)를 갖는다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제4 관점에서, 상기 중심 영역의 경계를 따라 임의의 지점에서의 광학 위상차는 동일하다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제5 관점에서, 상기 유리계 제품의 형상은 원형, 정사각형, 직사각형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제6 관점에서, 상기 제1 표면 상에서 광학 위상차 프로파일은 상기 표면의 중심점에 대하여 대칭이다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제7 관점에서, 상기 최대 광학 위상차는 약 25 nm 이하이다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제8 관점에서, 상기 최대 광학 위상차는 약 5 nm 이하이다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제9 관점에서, 상기 제1 표면은 약 20 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제10 관점에서, 상기 제1 표면의 에지는 압축 응력 하에 있다.

제10 관점에 따른 제11 관점에서, 상기 제1 표면의 중심은 인장 하에 있다.

제1 내지 제10 관점 중 어느 하나에 따른 제12 관점에서, 상기 제1 표면의 에지는 인장 하에 있다.

제12 관점에 따른 제13 관점에서, 상기 제1 표면의 중심은 압축 응력 하에 있다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제14 관점에서, 상기 유리계 제품은 상기 제1 표면과 대향하는 제2 표면을 더욱 포함하고, 여기서 제2 표면의 최대 광학 위상차는 에지에 있으며, 상기 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하이다.

제12 관점에 따른 제15 관점에서, 상기 제1 표면은 약 25 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다.

제13 관점에 따른 제16 관점에서, 상기 제2 표면은 약 25 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다.

전술한 관점 중 어느 하나에 따른 제17 관점에서, 상기 제품은 유리 또는 유리-세라믹이다.

제18 관점에서, 유리계 기판을 가공하는 방법은: 두 개의 표면 사이에서 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유리계 기판을 가압 (press)하는 단계; 상기 유리계 기판의 전체가 제1 온도보다 위에 있도록, 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 가열하는 단계, 여기서 상기 제1 온도는 유리계 기판의 어닐링 온도보다 위에 있으며; 미리정해진 시간 동안 제1 온도에서 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 유지하는 단계; 및 상기 유리계 기판의 전체가 제2 온도보다 아래에 있도록, 미리정해진 시간 후에 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 냉각시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제2 온도는 유리계 기판의 변형점보다 아래에 있다.

제18 관점에 따른 제19 관점에서, 상기 유리계 기판의 제1 표면의 최대 광학 위상차는 에지에 있고, 상기 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하이며, 여기서 상기 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 상기 중심 영역은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이다.

제18 또는 제19 관점에 따른 제20 관점에서, 상기 제품은 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에 걸쳐 약 25 x 10^-7 /℃ 내지 약 130 x 10^-7 /℃의 범위의 열팽창 계수 (CTE)를 갖는다.

제18 내지 제20 관점 중 어느 하나에 따른 제21 관점에서, 상기 제1 표면은 약 25 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다.

제18 내지 제21 관점 중 어느 하나에 따른 제22 관점에서, 상기 제1 표면의 최대 광학 위상차는 약 5 nm 이하이다.

제18 내지 제22 관점 중 어느 하나에 따른 제23 관점에서, 상기 제1 표면은 약 20 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다.

제18 내지 제23 관점 중 어느 하나에 따른 제24 관점에서, 상기 가열 단계는 적어도 약 1℃/분의 속도로 발생한다.

제24관점에 따른 제25 관점에서, 상기 가열 단계는 약 1℃/분 내지 약 10℃/분의 범위의 속도로 발생한다.

제18 내지 제25 관점 중 어느 하나에 따른 제26 관점에서, 상기 미리정해진 시간은 적어도 1 시간이다.

제26 관점에 따른 제27 관점에서, 상기 미리정해진 시간은 약 1 시간 내지 약 5 시간의 범위이다.

제18 내지 제27 관점 중 어느 하나에 따른 제28 관점에서, 상기 냉각 단계는 약 1℃/분 이하의 속도로 발생한다.

제18 내지 제28 관점 중 어느 하나에 따른 제29 관점에서, 상기 제1 온도는 상기 어닐링 온도 위의 약 5℃ 내지 상기 어닐링 온도 위의 10℃의 범위에 있다.

제18 내지 제29 관점 중 어느 하나에 따른 제30 관점에서, 상기 유리계 기판의 에지는 상기 유리계 기판의 중심보다 더 빠르게 냉각된다.

제18 내지 제29 관점 중 어느 하나에 따른 제31 관점에서, 상기 유리계 기판의 중심은 상기 유리계 기판의 에지보다 더 빠르게 냉각된다.

추가적인 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백하거나, 또는 상세한 설명, 청구 범위, 및 첨부된 도면에 기재된 구현예를 실행함으로써 인식될 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단순히 예시적인 것이며, 청구범위의 속성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부로서 병합되며 그 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예를 예시하고, 명세서와 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.

다음은 첨부된 도면에 있는 도면에 대한 설명이다. 도면은 반드시 일정한 축척이 아니며, 특정 도면 및 그 도면의 특정 도시는 명확성 및 간결성을 위해 축척하여 또는 개략적으로 과장되게 나타내어질 수 있다.
도 1은 예시적인 유리계 제품의 사시도이고;
도 2는 중심 영역의 경계를 나타내는 예시적인 유리계 제품의 평면도이며;
도 3은 두 개의 가압 표면 사이에서 가압된 유리계 기판의 조립의 도면이고;
도 4는 실시예 1에 있는 샘플 3의 예시적인 광학 위상차 프로파일이며; 및
도 5는 실시예 2에 따른 예시적인 광학 위상차 프로파일이다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예, 첨부된 도면에서 예시된 실시예에 대한 참조가 상세히 만들어질 것이다. 가능할 때마다, 동일한 참조 부호가 도면 전체를 통하여 동일하거나 또는 유사한 부분을 참조하기 위해 사용될 것이다.

본 명세서에서는 반도체 제조 동안 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위해 캐리어 기판 또는 웨이퍼로서 사용될 수 있는 유리계 제품이 개시된다. 유리계 제품은 실리콘 캐리어 기판 대신에 사용되고, 칩 조립 (assembly) 동안 실리콘 캐리어 기판을 취급하는데 사용된 동일한 반도체 산업 장비와 함께 사용되기 위한 것이다. 유리계 제품의 열팽창 계수 (CTE)에 따라, 유리계 제품은 취급 중에 유리계 제품의 파손을 초래할 수 있는 실리콘보다 두 배까지 낮은 강성 (stiffness)을 가질 수 있다. 한, 유리계 제품은 픽-앤-플레이 암 (pick-and-place arm)과 갗은 장비로부터 픽업 (pick-up) 실패를 줄이고, 및 가공 (processing) 동안 실리콘 웨이퍼로부터 탈결합 (de-bonding)을 줄이기 위하여 원하는 평탄도를 달성하도록 연마되어야할 필요가 있을 수 있다. 개시된 유리계 제품은 전술한 문제점 없이 유리계 제품을 기존의 장비와 함께 사용될 수 있게 하는 공학적 응력 분포 (engineered stress distribution) 및/또는 평탄도를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품의 최대 광학 위상차는 에지에 있고, 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하, 약 25 nm 이하, 또는 약 5 nm 이하이며, 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 여기서 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품의 적어도 하나의 표면은 25 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다. 또한, 전술한 특징을 갖는 유리계 제품을 제조하는 방법이 개시된다.

도 1은 제1 표면 (102) 및 대향하는 제2 표면 (104)을 갖는 예시적인 유리계 제품 (100)의 사시도이다. 제1 표면 (102)은 유리계 제품 (100)의 주변부 둘레에 에지 (106)를 갖는다. 유사하게, 제2 표면 (104)은 유리계 제품 (100)의 주변부 둘레에 에지 (108)를 갖는다. 유리계 제품 (100)이 원형으로 나타내어져 있지만, 유리계 제품 (100)은 또한, 직사각형, 정사각형, 타원형 등과 같은 임의의 다른 형상을 가질 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "유리계 (glass-based)"는 유리 및 유리-세라믹을 의미한다. 유리계 제품 (100)은 원하는 CTE를 갖는 임의의 적합한 유리 또는 유리-세라믹일 수 있고, 예컨대, 알칼리-없는 알루미노실리케이트 유리 및 알칼리-함유 알루미노실리케이트 유리를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 이온 교환가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 및 유리-세라믹일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 2 mol%의 P₂O₅, 또는 적어도 약 4 mol%의 P₂O₅를 포함하고, 여기서 (M₂O₃(mol%)/R_xO(mol%)) < 1이며, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃이고, 여기서 R_xO는 알칼리 알루미노실리케이트 유리에 존재하는 1가 및 2가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현예에서, 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 구현예에서, 유리는 리튬-없는 유리이고, 약 40 mol% 내지 약 70 mol%의 SiO₂; 약 11 mol% 내지 약 25 mol%의 Al₂O₃; 약 2 mol% P₂O₅, 또는 약 4 mol% 내지 약 15 mol%의 P₂O₅; 약 10 mol%의 Na₂O, 또는 약 13 mol% 내지 약 25 mol%의 Na₂O; 약 13 내지 약 30 mol%의 R_xO, 여기서 R_xO는 유리에 존재하는 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 및 전이 금속 일산화물의 합이며; 약 11 mol% 내지 약 30 mol%의 M₂O₃, 여기서 M₂O₃ = Al₂O₃ + B₂O₃; 0 mol% 내지 약 1 mol%의 K₂O; 0 mol% 내지 약 4 mol%의 B₂O₃, 및 3 mol% 이하의 TiO₂, MnO, Nb₂O₅, MoO₃, Ta₂O₅, WO₃, ZrO₂, Y₂O₃, La₂O₃, HfO₂, CdO, SnO₂, Fe₂O₃, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃, Cl, 및 Br 중에서 하나 이상;을 포함하거나 또는 이로부터 필수적으로 이루어지며, 여기서 1.3 < [(P₂O₅ + R₂O)/M₂O₃] ≤ 2.3이고, 여기서 R₂O는 유리에 존재하는 1가 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구현예에서, 유리는 리튬-없는 유리이고, 다른 구현예에서, 약 10 mol%까지의 Li₂O, 또는 약 7 mol%까지의 Li₂O를 포함한다. 유리는 Timothy M. Gross에 의한 "Ion Exchangeable Glass with High Crack Initiation Threshold,"라는 명칭의 미국 특허 제9,156,724호에 기재되어 있으며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 병합된다.

몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)은 25-300℃의 온도 범위에 걸쳐서 약 25 x 10^-7 /℃ 이상, 약 30 x 10^-7 /℃ 이상, 약 35 x 10^-7 /℃ 이상, 약 40 x 10^-7 /℃ 이상, 약 50 x 10^-7 /℃ 이상, 약 60 x 10^-7 /℃ 이상, 약 70 x 10^-7 /℃ 이상, 약 80 x 10^-7 /℃ 이상, 약 90 x 10^-7 /℃ 이상, 약 100 x 10^-7 /℃ 이상, 약 110 x 10^-7 /℃ 이상, 또는 약 120 x 10^-7 /℃ 이상의 CTE를 갖는다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)은 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에 걸쳐 약 25 x 10^-7 /℃ 내지 약 130 x 10^-7 /℃, 약 25 x 10^-7 /℃ 내지 약 100 x 10^-7 /℃, 약 25 x 10^-7 /℃ 내지 약 90 x 10^-7 /℃, 약 25 x 10^-7 /℃ 내지 약 75 x 10^-7 /℃, 약 30 x 10^-7 /℃ 내지 약 100 x 10^-7 /℃, 약 30 x 10^-7 /℃ 내지 약 90 x 10^-7 /℃, 약 30 x 10^-7 /℃ 내지 약 75x 10^-7 /℃, 약 40 x 10^-7 /℃ 내지 약 100 x 10^-7 /℃, 약 40 x 10^-7 /℃ 내지 약 90 x 10^-7 /℃, 약 40 x 10^-7 /℃ 내지 약 75x 10^-7 /℃, 약 50 x 10^-7 /℃ 내지 약 100 x 10^-7 /℃, 약 50 x 10^-7 /℃ 내지 약 90 x 10^-7 /℃, 또는 약 50 x 10^-7 /℃ 내지 약 75x 10^-7 /℃의 범위의 CTE를 갖는다. CTE는 ASTM E228-11에 따른 푸시-로드 팽창계 (push-rod dilatometer)를 사용하여 측정될 수 있다.

몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)의 제1 표면 (102) 및/또는 제2 표면 (104)은 약 25 ㎛ 이하, 약 23 ㎛ 이하, 약 20 ㎛ 이하, 약 18 ㎛ 이하, 약 15 ㎛ 이하, 약 13 ㎛ 이하, 약 10 ㎛ 이하, 약 8 ㎛ 이하. 약 5 ㎛ 이하의 평탄도를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)의 제1 표면 (102) 및/또는 제2 표면 (104)은 약 3 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 8 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 13 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 15 내지 약 25 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 23 ㎛, 또는 약 15 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 범위, 및 그 사이의 임의의 범위 또는 하위-범위의 평탄도를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "평탄도 (flatness)"는 유리계 제품 (100)의 형상에 적용된 최소 제곱법 초점 평면 (least squares focal plane)과 최고점 사이 및 상기 최소 제곱법 초점 평면과 최저점 사이에서 각각 측정된 최대 거리의 절대값의 합으로서 정의된다. 최고점 및 최소점은 모두 유리계 제품 (100)의 동일한 평면을 기준으로 한 것이다. 최소 제곱법 초점 평면은 클램프되지 않은 (자유 상태) 유리계 제품의 형상에 적용된다. 최소 제곱법 초점 평면은 다음 방법에 의해 결정된다. 평면은 방정식 z=A+Bx-Cy에 의해 결정된다. 그 다음에, 최소 제곱법 평면 맞춤 (least squares planar fit)은 평면으로부터 실제 데이타의 편차의 제곱의 합의 행렬 최소화를 통해 결정된다. 이 방법은 최소 제곱값 A, B, 및 C를 찾는다. 행렬은 다음과 같이 결정된다:

A, B, 및 C에 대하여 이 방정식을 풀면, 최소 제곱 맞춤이 완료된다. 평탄도는 Tropel FlatMaster MSP (Multi-Surface Profiler)를 사용하여 결정될 수 있다.

몇몇 구현예에서, 최대 광학 위상차는 제1 표면 (102) 및 제2 표면 (104)에 수직인 광학적 경로 (114)로, 즉 제품의 두께를 통하여 측정되고, 상기 표면의 에지에 있다 (예를 들어, 제1 표면 (102)의 경우 에지 (106) 및 제2 표면 (104)의 경우 에지 (108)). 몇몇 구현예에서, 최대 광학 위상차는 약 40 nm 이하, 약 38 nm 제2 표면 104, 약 35 nm 이하, 약 33 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 28 nm 이하, 약 25 nm 이하, 약 23 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 18 nm 이하, 약 15 nm 이하, 약 13 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 8 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 4 nm 이하, 또는 약 3 nm 이다. 몇몇 구현예에서, 최대 광학 위상차는 0 초과 내지 약 40 nm, 0 초과 내지 약 35 nm, 0 초과 내지 약 30 nm, 0 초과 내지 약 25 nm, 0 초과 내지 약 20 nm, 0 초과 내지 약 15 nm, 0 초과 내지 약 13 nm, 0 초과 내지 약 10 nm, 0 초과 내지 약 8 nm, 0 초과 내지 약 5 nm, 약 2 nm 내지 약 40 nm, 약 2 nm 내지 약 35 nm, 약 2 nm 내지 약 30 nm, 약 2 nm 내지 약 25 nm, 약 2 nm 내지 약 20 nm, 약 2 nm 내지 약 15 nm, 약 2 nm 내지 약 13 nm, 약 2 nm 내지 약 10 nm, 약 5 내지 약 40 nm, 약 5 nm 내지 약 35 nm, 약 5 nm 내지 약 30 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 13 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 8 nm 내지 약 15 nm, 약 8 nm 내지 약 13 nm, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위에 있다. 광학 위상차는 ASTM F218-13에 따라 측정될 수 있다.

측정의 일부로서 위상차 (retardation)는, 두께를 관통하는, 표면 (102 및 104)에 일반적으로 수직인 광학 경로 (114)로 측정된다. 이것은 표면 (102)로부터 표면 (104)까지 두께를 통하는 통합된 위상차 (integrated retardation)이다 (또는 유사하게는 표면 (104)로부터 표면 (102)까지 두께를 통한 반대 경로로 측정될 수 있다). 위상차 크기 및 느린 축 방향 (slow axis orientation)은 표면 상에서의 위치에 대한 위치에서 맵핑된다. 느린 축은 인장과 나란하고, 압축과 수직이다. 바깥 에지에서, 에지를 넘어서는 외력은 없으며, 따라서, 만약 광학 위상차의 느린 축이 에지에서 에지와 수직이면, 이것은 압축 응력 하에 있는 에지를 나타내고, 만약 광학 위상차의 느린 축이 에지에서 에지와 평행이면, 이것은 인장 하에 있는 에지를 나타낸다. 예를 들어, 둥근 부분 상에서, 만약 광학 위상차의 느린 축이 에지에서 방사형이면, 이것은 압축 응력 하에 있는 에지를 나타내고, 만약 광학 위상차의 느린 축이 에지에서 접선이면, 이것은 인장 하에 있는 에지를 나타낸다.

에지로부터 떨어진 측정을 위해, 에지로부터 표면의 중심점으로 연장하는 선에 대하여 느린 축 방향을 검사할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)은 에지 (106/108)에서 압축 응력 하에 있고 (즉, 느린 축이 에지에 수직이고), 중심점에서 인장 하에 있다 (즉, 느린 축이 에지로부터 중심점으로 연장하는 선에 평행하다). 에지가 압축 응력 하에 있고, 중심점이 인장 하에 있게 하는 것이 유리계 제품 (100)의 내구성 및 형상 안정성을 증가시키는 점에서 유리할 수 있다.

다른 구현예에서, 유리계 제품 (100)은 에지 (106/108)에서 인장 하에 있고 (즉, 느린 축이 에지에 평행하고), 중심점에서 압축 응력 하에 있다 (즉, 느린 축이 에지로부터 중심점으로 연장하는 선에 수직이다). 에지를 인장 하에 있게 하고, 중심점을 압축 응력 하에 있게 하는 것이, 유리계 제품 (100)으로 하여금 반도체 산업 장비로 유리계 제품 (100)을 취급하는데 유용할 수 있는 돔 (dome) 형상을 갖게 한다는 점에서 유리할 수 있다.

몇몇 구현예에서, 예를 들어 도 2에서 나타낸 바와 같이, 상기 제품의 제1 표면 (102)의 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면 (102)의 중심 영역 (110)을 향하여 감소한다. 중심 영역 (110)은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리 (d)에 의해 한정된 경계 (112)를 갖고, 여기서 거리 (d)는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이다. 상기 제품이 원형인 도 2에서, 거리 (d)는 원의 반지름의 ½이다. 그러나, 원 형상을 갖는 제품은 단지 예시적인 것이며, 전술한 바와 같이 직사각형, 정사각형, 또는 타원형일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 중심 영역 내의 적어도 하나의 영역은 0의 광학 위상차를 갖는다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 상기 제품이 원형 형상일 때, 0의 광학 위상차를 갖는 단일 영역이 중심 영역에 있다. 다른 구현예에서, 예를 들어, 상기 제품이 직사각형 또는 정사각형 형상일 때, 0의 광학 위상차를 갖는 두개의 구별되는 영역이 중심 영역에 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품 (100)의 표면의 광학 위상차 프로파일은 대칭적이어서, 예를 들어, 유리계 제품 (100)이 원형일 때, 유리계 제품 (100)의 표면의 중심점으로부터 주어진 거리에서의 광학 위상차는 상기 표면의 면을 따라 임의의 방향에서 동일하다. 몇몇 구현예에서, 광학 위상차는 유리계 제품 (100)의 표면을 따라 구배를 가져서, 최소 광학 위상차는 표면의 중심에 있고, 최대 광학 위상차는 표면의 에지에 있다.

에지에서의 특정 최대 광학 위상차, 광학 위상차 프로파일, 응력 분포 및/또는 평탄도를 갖는 위에서 개시된 유리계 제품은 다음의 예시적인 공정을 사용하여 달성될 수 있다: 두 개의 표면 사이에서 유리계 기판을 가압 (pressing)하는 단계; 전체 유리계 기판이 제1 온도보다 위에 있도록, 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 가열하는 단계, 여기서 상기 제1 온도는 유리계 기판의 어닐링 온도보다 위에 있으며; 미리정해진 시간 동안 제1 온도에서 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 유지하는 단계; 및 전체 유리계 기판이 제2 온도보다 아래에 있도록, 미리정해진 시간 후에 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 냉각시키는 단계, 여기서 상기 제2 온도는 유리계 기판의 변형점보다 아래에 있다.

몇몇 구현예에서, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 유리계 기판 (100)은 두 개의 가압 표면 (320) 사이에 배치된다. 도 3은 가압 표면들 (320) 사이에 배치된 단일 유리계 기판 (100)을 나타내지만, 그러나 이것은 단지 예시적인 것이다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판의 스택이 두 개의 가압 표면 사이에 배치될 수 있고, 가압 표면은 또한 유리계 기판들 사이에 삽입될 수 있다. 가압 표면 (320)은, 예를 들어, 용융 실리카 플레이트일 수 있는, 유리계 기판 (100)에 열 전달을 허용하는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 가압 표면 (320)은 약 25 ㎛ 이하 또는 약 20 ㎛ 이하의 평탄도, 및 약 750 nm 내지 약 900 nm의 범위의 표면 거칠기 (R_a)를 가질 수 있다. 평탄도는 Tropel FlatMaster MSP (Multi-Surface Profiler)를 사용하여 측정될 수 있다. 표면 거칠기 (R_a)는 Zygo로부터의 표면 조면계 (surface profilometer)를 사용하여 측정될 수 있고, 여기서 약 100 ㎛ x 100 ㎛의 적어도 3 개의 샘플의 표면 거칠기 (R_a)가 측정되고 평균된다. 몇몇 구현예에서, 외부 압력이 어셈블리에 적용된다. 다른 구현예에서, 유리계 기판에 적용된 압력은 플레이트로부터의 중력이다.

몇몇 구현예에서, 가압 표면 및 유리계 물질의 어셈블리를 어닐링 온도 보다 위로 제1 온도까지 가열하는 단계는 약 1℃/분 내지 약 10℃/분의 범위의 속도로 일어난다. 몇몇 구현예에서, 열은 유리계 기판 및 가압 표면의 어셈블리를 가열로에서 가열함으로써 적용된다. 다른 구현예에서, 유리계 기판은 인덕션 또는 마이크로파 가열에 의해 가열될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판의 어닐링 온도보다 위로 약 5℃ 또는 약 10 ℃이다. 몇몇 구현예에서, 제1 온도는 유리계 기판의 어닐링 온도보다 위로 약 5℃ 내지 약 10 ℃의 범위에 있다.

몇몇 구현예에서, 제1 온도에서 온도를 유지하기 위한 미리정해진 시간은 약 30 분, 약 1 시간, 약 2 시간, 약 3 시간, 약 4 시간이다. 몇몇 구현예에서, 제1 온도에서 온도를 유지하기 위한 미리정해진 시간은 약 1 시간 내지 약 5 시간, 약 1 시간 내지 약 4 시간, 약 1 시간 내지 약 3 시간, 약 2 시간 내지 약 5 시간, 약 2 시간 내지 약 4 시간, 또는 약 3 시간 내지 약 5 시간의 범위이다.

몇몇 구현예에서, 냉각 단계는 약 1-2℃/분 이하의 속도로 일어난다. 몇몇 구현예에서, 제2 온도는 유리계 기판의 변형점보다 아래로 약 50℃ 이상이다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판 (100) 및 가압 표면 (320)의 어셈블리 (assembly)는 열의 적용을 제거함으로써 냉각될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 냉각 단계는 예를 들어 강제 공기를 사용하여 보조된다. 다른 구현예에서, 냉각은 보조되지 않는다. 몇몇 구현예에서, 냉각 단계는 유리계 기판 (100)의 에지가 유리계 기판 (100)의 중심보다 더 빠르게 냉각되기 위하여 보조된다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판 (100)의 에지는 유리계 기판 (100)의 중심보다 약 1℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃, 약 5℃, 약 6℃, 약 7℃, 약 8℃, 약 9℃, 약 10℃, 약 11℃, 또는 약 12℃ 만큼 더 냉각될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판 (100)의 에지는 냉각 단계 동안 유리계 기판 (100)의 중심보다 약 1℃ 내지 약 12 ℃, 약 1℃ 내지 약 11 ℃, 약 1℃ 내지 약 10 ℃, 약 1℃ 내지 약 9 ℃, 약 1℃ 내지 약 8 ℃, 약 1℃ 내지 약 7 ℃, 약 1℃ 내지 약 6 ℃, 약 1℃ 내지 약 5 ℃, 약 1℃ 내지 약 4 ℃, 약 1℃ 내지 약 3 ℃, 약 1℃ 내지 약 2 ℃, 약 2℃ 내지 약 12 ℃, 약 2℃ 내지 약 11 ℃, 약 2℃ 내지 약 10 ℃, 약 2℃ 내지 약 9 ℃, 약 2℃ 내지 약 8 ℃, 약 2℃ 내지 약 7 ℃, 약 2℃ 내지 약 6 ℃, 약 2℃ 내지 약 5 ℃, 약 2℃ 내지 약 4 ℃, 약 2℃ 내지 약 3 ℃, 약 3℃ 내지 약 12 ℃, 약 3℃ 내지 약 11 ℃, 약 3℃ 내지 약 10 ℃, 약 3℃ 내지 약 9 ℃, 약 3℃ 내지 약 8 ℃, 약 3℃ 내지 약 7 ℃, 약 3℃ 내지 약 6 ℃, 약 3℃ 내지 약 5 ℃, 약 3℃ 내지 약 4 ℃, 약 4℃ 내지 약 12 ℃, 약 4℃ 내지 약 11 ℃, 약 4℃ 내지 약 10 ℃, 약 4℃ 내지 약 9 ℃, 약 4℃ 내지 약 8 ℃, 약 4℃ 내지 약 7 ℃, 약 4℃ 내지 약 6 ℃, 약 4℃ 내지 약 5 ℃의 범위만큼 더 냉각될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 냉각 단계 동안 에지와 중심 사이의 온도 차이가 더 클수록, 유리계 기판의 에지와 중심 영역 사이의 광학 위상차의 차이는 더 커진다.

유리계 기판을 상기 공정으로 처리하는 것은 압축 응력 하에 있는 에지 및 인장 하에 있는 중심점을 갖는 표면을 갖는 유리계 제품을 결과한다. 에지가 중심보다 더 빠르게 냉각되기 때문에, 에지가 변형점에 먼저 도달하고, 그렇게 함으로써 에지의 크기 및 형상을 고정한다고 믿어진다. 기판이 에지로부터 중심으로 계속해서 냉각됨에 따라, 기판은 수축하고, 에지가 변형점에 먼저 도달하기 때문에, 수축이 중심을 향해 방사형으로 당겨지고, 그렇게 함으로써 압지 상에서 압축 응력 및 중심에서 방사형 인장을 결과한다.

몇몇 구현예에서, 냉각 단계는 유리계 기판 (100)의 중심이 유리계 기판 (100)의 에지보다 더 빠르게 냉각되도록 보조된다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판 (100)의 중심은 유리계 기판 (100)의 에지보다 약 1℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃, 약 5℃, 약 6℃, 약 7℃, 약 8℃, 약 9℃, 약 10℃, 약 11℃, 또는 약 12℃ 만큼 더 냉각될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리계 기판 (100)의 중심은 냉각 단계 동안 유리계 기판 (100)의 에지보다 약 1℃ 내지 약 12 ℃, 약 1℃ 내지 약 11 ℃, 약 1℃ 내지 약 10 ℃, 약 1℃ 내지 약 9 ℃, 약 1℃ 내지 약 8 ℃, 약 1℃ 내지 약 7 ℃, 약 1℃ 내지 약 6 ℃, 약 1℃ 내지 약 5 ℃, 약 1℃ 내지 약 4 ℃, 약 1℃ 내지 약 3 ℃, 약 1℃ 내지 약 2 ℃, 약 2℃ 내지 약 12 ℃, 약 2℃ 내지 약 11 ℃, 약 2℃ 내지 약 10 ℃, 약 2℃ 내지 약 9 ℃, 약 2℃ 내지 약 8 ℃, 약 2℃ 내지 약 7 ℃, 약 2℃ 내지 약 6 ℃, 약 2℃ 내지 약 5 ℃, 약 2℃ 내지 약 4 ℃, 약 2℃ 내지 약 3 ℃, 약 3℃ 내지 약 12 ℃, 약 3℃ 내지 약 11 ℃, 약 3℃ 내지 약 10 ℃, 약 3℃ 내지 약 9 ℃, 약 3℃ 내지 약 8 ℃, 약 3℃ 내지 약 7 ℃, 약 3℃ 내지 약 6 ℃, 약 3℃ 내지 약 5 ℃, 약 3℃ 내지 약 4 ℃, 약 4℃ 내지 약 12 ℃, 약 4℃ 내지 약 11 ℃, 약 4℃ 내지 약 10 ℃, 약 4℃ 내지 약 9 ℃, 약 4℃ 내지 약 8 ℃, 약 4℃ 내지 약 7 ℃, 약 4℃ 내지 약 6 ℃, 약 4℃ 내지 약 5 ℃의 범위만큼 더 냉각될 수 있다. 유리계 기판을 상기 냉각 공정으로 처리하는 것은 압축 응력 하에 있는 중심 및 인장 하에 있는 에지를 갖는 표면을 구비한 유리계 제품을 결과한다. 몇몇 구현예에서, 냉각 단계 동안 에지와 중심의 온도 사이의 차이가 커질수록, 유리계 기판의 에지와 중심 영역 사이의 광학 위상차의 차이는 더 커진다.

실시예

다양한 구현예는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다.

실시예 1

12 인치의 직경 및 1.1 mm의 두께를 갖는 유리 웨이퍼들이 유리 웨이퍼들 사이에 배치된 310 mm의 직경 및 10 mm의 두께의 용융 실리카 플레이트의 5 개의 스택으로 제공되었다. 이 어셈블리는 2개의 30 mm 용융 실리카 플레이트 사이에서 가압되었다. 유리 웨이퍼의 조성은 약 57.43 mol%의 SiO₂, 16.1 mol%의 Al₂O₃, 17.05 mol%의 NaO, 2.81 mol%의 MgO, 0.07 mol%의 SnO₂, 및 6.54 mol%의 P₂O₅이었다. 상기 어셈블리는 가열로 내에 배치되었고 약 10 ℃/분의 속도에서 652 ℃의 목표 온도로 가열되었으며, 상기 어셈블리는 652 ℃에서 1 시간 동안 유지되었고, 그 다음에 약 1 ℃/분의 제어된 속도에서 200 ℃로 냉각되었다. 그 다음에, 어셈블리는 제어되지 않은 속도에서 실온으로 냉각되었다. 아래의 표 1은 웨이퍼를 전술한 열 처리에 적용시키기 전 및 후의 5 개의 샘플의 평탄도를 제공한다. 각각의 샘플에 대하여 위쪽을 향한 외장 (윗면) 및 아래쪽을 향한 외장 (아랫면)의 모두의 평탄도는 Tropel FlatMaster MSP (Multi-Surface Profiler)를 사용하여 측정되었다.

샘플	평탄도 (㎛) 윗면		평탄도 (㎛) 아랫면
	열처리 전	열처리 후	열처리 전	열처리 후
1	40.3	14.1	57.7	13.8
2	70.9	24.9	85.2	20.3
3	58.3	20.7	50.5	17.5
4	100.0	32.2	51.4	19.7
5	17.8	46.6	23.0	20.8

위의 데이타에서 알 수 있듯이, 상기 공정은 일반적으로 양 표면의 평탄도 값을 낮춘다. 도 4는 샘플 3의 직경을 따라서 광학 위상차의 그래프이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 25 nm 미만의 에지에서의 광학 위상차가 달성되었다. 도 4에서 플롯된 데이타는 측정 시스템 노이즈를 감소시키기 위해 적용된 중간 (median) 필터를 가졌고, 웨이퍼의 에지가 0 mm에 있도록 오프셋되었다. 도 4에서 0 mm의 왼쪽에 나타낸 데이타 및 300 mm의 오른쪽에 나타낸 데이타는 웨이퍼의 자체의 표면이 아니라 웨이퍼가 놓여 있는 표면의 위상차의 측정이다.

실시예 2

약 300 mm의 직경 및 1.1 mm의 두께를 갖는 유리 웨이퍼들은 유리 웨이퍼들 사이에 배치된 310 mm의 직경 및 2.3 mm의 두께의 용융 실리카 플레이트를 갖는 5개의 스택으로 제공되었다. 이 어셈블리는 3개의 10 mm 두께의 용융 실리카 플레이트의 2 세트 사이에서 가압되었다. 유리 웨이퍼의 조성은 약 57.43 mol%의 SiO₂, 16.1 mol%의 Al₂O₃, 17.05 mol%의 NaO, 2.81 mol%의 MgO, 0.07 mol%의 SnO₂, 및 6.54 mol%의 P₂O₅이었다. 어셈블리는 가열로 내에 배치되었고 약 5 ℃/분의 속도에서 652 ℃의 목표 온도로 가열되었으며, 상기 어셈블리는 652 ℃에서 6 시간 동안 유지되었고, 그 다음에 약 0.5 ℃/분의 제어된 속도에서 200 ℃로 냉각되었다. 그 다음에, 어셈블리는 제어되지 않은 속도에서 실온으로 냉각되었다. 도 5는 y 축에는 nm로 플롯된 광학 위상차 및 x 축에는 mm로 에지로부터의 거리를 나타낸다. 광학 위상차 측정은 첫 번째 40 mm에 대해서만 오직 나타내어졌지만, 최대 광학 위상차가 에지에서 발생하고, 및 웨이퍼의 중심을 향하여 감소한다는 것을 나타낸다. 최대 광학 위상차는 5 nm 미만이었다. 도 5에서 플롯된 데이타는 측정 시스템 노이즈를 감소시키기 위해 적용된 중간 필터를 가졌고, 웨이퍼의 에지가 0 mm에 있도록 오프셋되었다. 도 5에서 0 mm의 왼쪽에 나타낸 데이타는 웨이퍼의 자체의 표면이 아니라 웨이퍼가 놓여 있는 표면의 위상차의 측정이다.

다양한 변경 및 변화가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (31)

1. 유리계 제품으로서,
   에지를 갖는 제1 표면을 포함하고,
   여기서 상기 제1 표면의 최대 광학 위상차는 상기 에지에 있고, 상기 최대 광학 위상차는 40 nm 이하이며,
   여기서 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 상기 중심 영역은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½이며,
   여기서 제1 표면의 에지는 압축 응력하에 있고 제1 표면의 중심점은 인장하에 있거나; 또는 제1 표면의 에지는 인장하에 있고, 제1 표면의 중심점은 압축 응력하에 있는, 유리계 제품.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 최대 광학 위상차는 25 nm 이하인 유리계 제품.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 최대 광학 위상차는 5 nm 이하인 유리계 제품.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 제1 표면은 20 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는 유리계 제품.
5. 유리계 기판을 가공하는 방법으로서,
   두 개의 표면 사이에서 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유리계 기판을 가압하는 단계;
   상기 가압된 유리계 기판의 전체가 제1 온도보다 위에 있도록, 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 가열하는 단계, 여기서 상기 제1 온도는 유리계 기판의 어닐링 온도보다 위에 있고;
   미리정해진 시간 동안 제1 온도에서 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 유지하는 단계; 및
   상기 가압된 유리계 기판의 전체가 제2 온도보다 아래에 있도록, 미리정해진 시간 후에 상기 두 개의 표면 사이에서 가압된 유리계 기판을 냉각시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제2 온도는 유리계 기판의 변형점보다 아래에 있고,
   여기서 제1 표면의 에지는 압축 응력하에 있고 제1 표면의 중심점은 인장하에 있거나; 또는 제1 표면의 에지는 인장하에 있고, 제1 표면의 중심점은 압축 응력하에 있는, 유리계 기판을 가공하는 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유리계 기판의 제1 표면의 최대 광학 위상차는 에지에 있고, 상기 최대 광학 위상차는 40 nm 이하이며, 여기서 광학 위상차는 에지로부터 제1 표면의 중심 영역을 향하여 감소하고, 상기 중심 영역은 에지로부터 제1 표면의 중심점을 향하는 거리에 의해 한정된 경계를 가지며, 여기서 상기 거리는 에지로부터 중심점까지 가장 짧은 거리의 ½인 유리계 기판을 가공하는 방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 표면의 최대 광학 위상차는 5 nm 이하인 유리계 기판을 가공하는 방법.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 표면은 20 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는 유리계 기판을 가공하는 방법.
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 유리계 기판의 에지는 상기 유리계 기판의 중심보다 더 빠르게 냉각되는 유리계 기판을 가공하는 방법.
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 유리계 기판의 중심은 상기 유리계 기판의 에지보다 더 빠르게 냉각되는 유리계 기판을 가공하는 방법.
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