KR20110009799A - 사파이어 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

단면 폴리싱에 의한 평탄도의 한계를 극복하여 고평탄도 사파이어 기판을 제조할 수 있는 방법, 그리고 그러한 고평탄도 사파이어 기판을 제공한다. 본 발명에 따른 사파이어 기판 제조 방법은, 사파이어 기판의 앞면만을 다이아몬드 연마제로 폴리싱하는 단계, 연마 패드와 나노미터 사이즈의 연마제를 사용하여 사파이어 기판의 앞뒷면을 동시에 폴리싱하는 양면 폴리싱 단계, 및 양면 폴리싱 단계 이후 사파이어 기판의 뒷면에 샌드 블라스팅하는 단계를 가지며, 양면 폴리싱 단계는, 폴리우레탄 패드를 사용하는 1차 양면 폴리싱 단계; 및 1차 양면 폴리싱 단계보다 작은 압력과 폴리텍스 패드를 사용하는 2차 양면 폴리싱 단계를 갖는다. 본 발명에 따르면, 양면 폴리싱 공정을 적용함으로써, 기존의 단면 폴리싱 공정에서는 실현하기 어려웠던 고평탄도의 사파이어 기판 생산을 가능하게 하며, 이는 LED의 고휘도화를 위해 요구되는 PSS 등 사파이어 기판의 양산을 가능하게 한다.

Description

사파이어 기판 및 그 제조 방법 {Sapphire substrate and method of fabricating the same}

본 발명은 반도체 소자용 기판 및 그 제조 방법으로서, 보다 상세하게는 고휘도 발광다이오드(LED) 제조에 사용될 수 있는 고평탄도 사파이어 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저휘도 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 신호등, 전광판과 같은 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고휘도, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고휘도 제품 중심으로 옮겨 가고 있다.

삼원색 중 적색(red)을 제외한 청색(blue) 혹은 녹색(green) LED는 질화물계 반도체인 GaN으로 만들어지며, 청색 LED는 형광물질을 입힘으로써 백색(white) LED를 제조할 수 있어서 가장 중요한 LED 제품이다. 청색과 녹색 LED를 제조하기 위해 양호한 품질의 GaN 발광층을 에피탁시(epitaxi)로 성장시키는 데에는 산화알루미늄 단결정인 사파이어 기판이 사용되고 있다. 사파이어 기판면의 품질은, 최종 제품인 LED의 품질, 특히 휘도에 영향을 주므로 사파이어 기판의 연마가공기술이 중요하다.

LED에 있어서 가장 큰 문제점은 낮은 발광 효율이다. 일반적으로, 발광 효율은 빛의 생성 효율(내부양자효율)과, 소자 밖으로 방출되는 효율(외부광추출효율), 및 형광체에 의해 빛이 전환되는 효율에 의하여 결정된다. LED의 고출력화를 위해서는 내부양자효율의 측면에서 활성층 특성을 향상시키는 방법도 중요하지만, 실제 발생된 광의 외부광추출효율을 증가시키는 것이 매우 중요하다.

LED 외부로 빛이 방출되는 데 있어서의 가장 큰 장애요인은 LED 각 층간의 굴절률 차에 의한 내부 전반사(internal total reflection)이다. LED 각 층간의 굴절률 차에 의하여, 계면 밖으로 빠져나가는 빛은 생성된 빛의 일부인 20% 정도에 해당된다. 더구나, 계면을 빠져나가지 못한 빛은 LED 내부를 이동하다가 열로 바뀌어, 결과적으로 발광효율은 낮으면서 소자의 열 발생량을 늘려, LED의 수명을 단축시키게 된다.

외부광추출효율 향상을 위해서는 p-GaN 표면이나 n-GaN 표면의 거칠기를 증가시키는 방법, 소자의 기저 부분인 기판의 표면을 거칠게 하거나 수 미크론의 미세한 굴곡 패턴(groove pattern)을 형성한 후에 에피층을 성장시키는 기술이 이용되고 있다. 이렇게 굴곡 패턴을 형성한 기판을 PSS(Patterned Sapphire Substrate)라고 하며, 이 PSS를 사용함으로써 GaN 에피탁시 성장시 휘도를 저감시키는 원인인 전위(dislocation)의 밀도를 대폭 감소시켜 LED의 휘도를 향상시킬 수 있게 되었다.

이러한 PSS는, 사파이어 기판에 굴곡 패턴을 식각하여 형성하여야 하는데, 종래에는 5 미크론 정도의 그루브를 형성하였고 이 정도 크기의 패턴이라면 저가의 마스크 정렬기(mask aligner)를 사용하여도 충분하였으므로 사파이어 기판의 평탄도는 큰 문제가 되지 않았다. 그러나 그루브의 사이즈를 작게 할수록 휘도가 높아지므로, 최근에는 보다 미세하고도 균일한 그루브를 재현성 좋게 형성하기 위해서 스테퍼(stepper)를 사용하여 2 미크론 정도의 그루브를 형성하여야 할 필요가 생겼는 바, 기존의 사파이어 기판에서는 고려되지 않았던 평탄도가 중요한 요소가 되었다. 즉, 기존의 사파이어의 평탄도의 불균일 때문에 PSS 공정의 양품율이 떨어지는 문제로 인하여 이의 해결이 필요하게 된 것이다.

현재 시판되고 있는 사파이어 기판은 대부분 도 1과 같은 공정 순서로 제작되고 있다.

먼저, 기판의 직경 크기로 원형 가공된 사파이어 잉곳을 절단하거나, 판상으로 성장한 기판을 직경 크기로 원형 절단한 후(단계 s1), 절단시의 두께편차를 줄이고 원하는 거칠기를 만들기 위해 양면 랩핑 가공을 한다(단계 s2). 직각의 모서리를 가공하여 날카롭지 않게 한 후(단계 s3), 에피탁시를 하기 위한 한쪽 면(앞면)을 연마 가공하는데, 가공 순서는 다음과 같다. 먼저, 세라믹 블록에 왁스를 녹여서 기판 뒷면을 마운팅(단계 s4)하여 식힌 다음, 앞면만을 2 ~ 6 미크론의 다이아몬드 슬러리로 폴리싱(단계 s5)하여 랩핑시 생긴 표면의 거칠기와 응력을 제거한다. 그런 다음, 연마 패드와 나노미크론 사이즈의 연마제를 사용하여, 폴리싱된 앞면의 거칠기 Ra가 1 ~ 3 Å의 경면이 될 때까지 폴리싱한다(단계 s6).

이 때, 도 2에 도시한 바와 같은 단면 폴리싱기를 사용하게 되는데, 도 2에 도시한 단면 폴리싱기(5)는, 회전 가능한 연마 정반(10)과 그 연마 정반(10) 상에 부착되어 연마 정반(10)의 회전에 따라 회전되는 연마 패드(12)와, 연마 패드(12) 상방에 배치되며 사파이어 기판(w)의 연마면이 연마 패드(12)를 향하도록 기판(w)을 고정하고 연마 패드(12) 상에 가압 회전시키는 세라믹 블록의 연마 헤드(14), 그리고 연마를 하는 동안, 연마 패드(12) 상에 연마제를 공급하는 공급부(16)를 포함하여 구성되는 것이다.

이러한 단면 폴리싱기(5)를 이용한 연마는 기판(w)의 한쪽면만이 경면 연마되며, 이렇게 단면 경면 가공된 기판(w)은 세라믹 블록에 부착되어 있던 왁스를 녹여서 세라믹 블록으로부터 디마운팅한 후(단계 s7), 세정을 거쳐 완제품이 된다. 그런데, 이러한 기존의 가공 공정에 의해 제작되는 사파이어 기판은 아무리 평탄한 세라믹 블록에 마운팅하더라도, 랩핑된 기판의 거칠기 때문에 뒷면의 평탄도가 나쁜 것이 연마시에 기판의 앞면에 전사되어 평탄도의 품질을 높이는 데 근본적인 한계가 있다.

또한, 단면 연마만 진행되므로 연마 정반(10)의 회전수, 연마 정반(10)의 평탄도, 세라믹 불록의 평탄도 등이 복합적으로 기판의 평탄도에 영향을 주며, 사파이어 기판을 세라믹 블록에 왁스 마운팅하는 공정에서도 기판, 왁스 및 세라믹 블록의 접착 온도, 기판 접착 속도, 접착 압력 등의 요소들이 평탄도에 영향을 주므로, 이 모든 요소들을 적합화시켜서 재현성 좋게 고평탄도의 기판을 제작하는 것은 매우 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단면 폴리싱에 의한 평탄도의 한계를 극복하여 PSS 공정에 적합한 고평탄도 사파이어 기판을 제조할 수 있는 방법, 그리고 그러한 고평탄도 사파이어 기판을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 사파이어 기판 제조 방법은, 사파이어 기판의 앞면만을 다이아몬드 연마제로 폴리싱하는 단계; 연마 패드와 나노미터 사이즈의 연마제를 사용하여 상기 사파이어 기판의 앞뒷면을 동시에 폴리싱하는 양면 폴리싱 단계; 및 상기 양면 폴리싱 단계 이후 상기 사파이어 기판의 뒷면에 샌드 블라스팅하는 단계를 가지며, 상기 양면 폴리싱 단계는, 폴리우레탄 패드를 사용하는 1차 양면 폴리싱 단계; 및 상기 1차 양면 폴리싱 단계보다 작은 압력과 폴리텍스 패드를 사용하는 2차 양면 폴리싱 단계를 갖는다.

상기의 방법으로, 본 발명에 따르면, 두께편차 5 미크론 이하의 고평탄도 사파이어 기판이 제공된다.

본 발명은 양면 폴리싱 공정을 적용함으로써, 기존의 단면 폴리싱 공정에서는 실현하기 어려웠던 고평탄도의 사파이어 기판 생산을 가능하게 하며, 이는 LED의 고휘도화를 위해 요구되는 PSS 등 사파이어 기판의 양산을 가능하게 한다. 또한 다이아몬드 연마제에 의한 단면 폴리싱을 적용하여 생산성은 유지하는 한편, 연마 패드에 의한 양면 폴리싱을 적용하여 고평탄도 기판을 제작할 수 있다. 그리고 양면 폴리싱에 의한 뒷면의 거칠기 감소는 샌드 블라스팅과 열처리의 공정의 도입으로 극복할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

실시예

도 3은 본 발명에 따른 기판 제조 방법의 순서도이다.

도 3을 참조하면, 먼저, 기판의 직경 크기로 원형 가공된 사파이어 잉곳을 절단하거나, 판상으로 성장한 기판을 직경 크기로 원형 절단(단계 s11)한다. 절단 작업에서는 다이아몬드 조각을 붙인 날을 이용하거나 와이어 쏘(wire saw)라 불리는 피아노선을 이용하므로, 절단된 웨이퍼의 표면에는 요철이 존재하게 된다. 그런 다음, 절단시의 두께편차를 줄이고 원하는 거칠기를 만들기 위해 양면 랩핑 가공을 한다(단계 s12). 예를 들어, 양면 랩핑기를 사용하여 GC#320 연마제를 투입하면서 양면 연마를 실시한다. 이어서, 직각의 모서리를 가공하여 날카롭지 않게 하는데(단계 s13), 예를 들어 곡률 0.3mm의 다이아몬드 휠에 의해 그라인딩(grinding)한다.

그런 다음, 세라믹 블록에 왁스를 녹여서 기판을 마운팅(단계 s14)하고, 다이아몬드 연마제를 사용하여 기판의 한쪽면(앞면)을 폴리싱하는 단계를 수행한다. 먼저, 그루브가 형성되어 있는 구리 연마 정반에 6 미크론의 다이아몬드 슬러리를 분사하면서 기판의 한쪽면(앞면)을 연마하는 1차 다이아연마제 단면 폴리싱(단계 s15)을 수행한 후, 그루브가 형성되어 있는 주석 연마 정반에 다이아몬드 2 미크론 슬러리를 분사하면서 1차 폴리싱과 같은 방법으로 기판의 한쪽면을 다시 연마하는 2차 다이아연마제 단면 폴리싱(단계 s16)을 수행하여, 랩핑시 생긴 표면의 거칠기와 응력을 제거한다.

그런 다음, 세라믹 블록에 부착되어 있던 왁스를 녹여서 세라믹 블록으로부터 기판을 디마운팅한 후(단계 s17), 본 발명 특유의 공정이라 할 수 있는 양면 폴리싱을 실시한다. 양면 폴리싱에 의해 기판의 앞뒷면이 동시에 가공되게 함으로써, 단면 폴리싱에서 뒷면의 평탄도가 폴리싱되는 면에 전사되지 않도록 한다. 이러한 양면 폴리싱 공정에 의해 기판의 평탄도는 대폭적인 품질향상이 가능하다.

양면 폴리싱 과정을 상세히 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같은 양면 폴리싱기를 사용하게 되는데, 도 4에 도시한 양면 폴리싱기(35)는, 회전 가능한 하부 연마 정반(30)과 하부 연마 정반(30) 상에 부착되어 하부 연마 정반(30)의 회전에 따라 회전하는 제1 연마 패드(32)와, 제1 연마 패드(32) 상방에 배치되며 회전 가능한 상부 연마 정반(34)과 상부 연마 정반(34) 상에 제1 연마 패드(32)와 대향되게 부착되어 상부 연마 정반(34)의 회전에 따라 회전하는 제2 연마 패드(36), 그리고 제1 연마 패드(32)와 제2 연마 패드(36) 사이에서 사파이어 기판(w)의 양쪽면이 각 패드에 닿도록 유지하는 SUS 캐리어(38)를 포함하여 구성되는 것이다. 폴리싱 공정시 제1 연마 패드(32)와 제2 연마 패드(36)는 서로 반대 방향으로 회전하며, 그들 사이에 나노미크론 사이즈의 연마제가 투입된다.

먼저, 제1 연마 패드(32)와 제2 연마 패드(36)로서 폴리우레탄 연마 패드를 사용하고 나노미크론 사이즈의 연마제를 사용하여 각 연마 정반(30, 32)을 반대 방향으로 회전하면서 도 3의 단계 s18과 같이 1차 폴리우레탄 패드 양면 폴리싱을 실시하고, 다시 제1 연마 패드(32)와 제2 연마 패드(36)로서 폴리텍스 계열의 연마 패드를 사용하고 나노미크론 사이즈의 연마제를 사용하여 각 연마 정반(30, 32)을 반대 방향으로 회전하면서 도 3의 단계 s19와 같이 2차 폴리텍스 패드 양면 폴리싱을 실시하여 거칠기 Ra가 1 ~ 3 Å의 경면이 될 때까지 폴리싱한다. 사파이어 기판(w)이 두껍고 (약 0.43mm) 직경이 작고(약 50.8mm) 매우 단단하나(경도 9), 연마 속도는 매우 느려서 폴리싱 압력은 매우 많이 가한다. 예를 들어, 1차 폴리우레탄 패드 양면 폴리싱시에는 100kg의 압력을 가하고, 2차 폴리텍스 패드 양면 폴리싱시에는 30kg의 압력을 가한다.

이렇게 하여 경면 가공된 기판은 양면 폴리싱에 의해 양쪽면이 동시에 가공이 되게 함으로써, 단면 폴리싱에서 뒷면의 평탄도가 폴리싱되는 면에 전사되지 않는다. 이러한 양면 폴리싱 공정에 의해 기판의 평탄도는 대폭적인 품질향상이 가능하며, 실험 결과, 두께편차 5 미크론 이하의 고평탄도 사파이어 기판을 얻을 수 있었다.

그런 한편, 양면 폴리싱에서 뒷면도 함께 연마되어 뒷면의 거칠기도 낮아지 는데, 기판 레벨 광 측정 등을 위해 제품의 뒷면이 일정한 거칠기를 갖추어야 하는 경우에는, 경면 연마가 끝난 후 연마제를 기판 뒷면에 고압공기로 분사하는 샌드 블라스팅(단계 s20) 공정을 사용함으로써 원하는 거칠기를 얻을 수 있다. 샌드 블라스팅은, SiO₂, Al₂O₃, SiC, B₄C 등의 연마제를 5 기압에서 10 기압의 공기와 함께 기판의 뒷면에 분사하여 진행될 수 있다. 샌드 블라스팅된 기판면의 응력을 풀어주기 위해 전기로에 기판들을 장입하여 900℃ 이상 1400℃ 이하에서 열처리를 더 실시할 수도 있다(단계 s21). 900℃ 이하에서는 열처리 효과가 미미하며 1400℃ 이상의 고온까지는 필요하지 않다. 이렇듯, 샌드 블라스팅과 그 후의 열처리는 선택적인 단계들이다.

사파이어 기판은 경도가 매우 높아서 다이아몬드 연마제에 의한 연마를 실시하지 않고 양면 폴리싱을 하는 경우 연마 시간이 5배 이상 길어지므로 생산성이 급격히 떨어진다. 따라서 본 발명에서는 다이아몬드 연마제에 의한 단면 폴리싱을 불가피하게 하지만 연마 패드를 이용한 폴리싱은 양면 폴리싱으로 대체함으로써 고평탄도 기판의 양산이 가능하게 하였다. 그리고 양면 폴리싱에 의한 뒷면의 거칠기 감소는 샌드 블라스팅과 열처리의 공정의 도입으로 극복함으로써 본 발명을 완성 하였다.

실험예

비교예 1 : 종래 수준

도 5와 같은 순서도를 따라 샘플을 제작하였다.

먼저, 2 인치 직경(50.8mm) 및 길이 150mm의 사파이어 잉곳을 0.25mm 직경의 다이아몬드 와이어 쏘를 사용하여, C-축에서 m-축 방향으로 0.2도 벗어난 결정축을 가지는 기판을 두께 0.550mm가 되도록 절단하였다(단계 s31). 이 때 기판간의 두께편차는 15 미크론 이내였고, 기판 내에서의 두께편차는 10 미크론 이내였다. 이 기판을 양면 랩핑기를 사용하여 GC#320 연마제를 투입하면서 양면 연마를 30분정도 실시하여 함으로써 두께가 0.490mm, 거칠기 Ra가 0.7 미크론의 기판으로 가공하였고(단계 s32), 이때 기판 내에서의 두께편차는 3 미크론이었다. 날카로운 모서리를 곡률 0.3mm의 다이아몬드 휠에 의해 그라인딩하였다(단계 s33). 이후 랩핑된 기판면의 응력을 풀어주기 위해 전기로에 기판들을 장입하여 1200℃에서 10시간 열처리를 하였다.

다음으로, 기판의 한쪽 면을 경면가공하기 위하여, 직경 360mm의 세라믹 블록에 16매의 기판을 왁스를 사용하여 마운팅하고(단계 s34), 1차 단면 폴리싱으로서, 그루브가 형성되어 있는 구리 연마 정반에 4개의 세라믹 블록을 장입함으로써, 세라믹 블록에 접착된 64매의 기판면을 접촉시킨 후, 6 미크론의 다이아몬드 슬러리를 분사하면서 세라믹 블록당 80kg의 압력을 가하면서 구리 연마 정반과 세라믹 블록을 회전시켜서 0.040mm 정도를 연마(단계 s35)하여 기판의 두께 0.450mm로 만든 후, 2차 단면 폴리싱으로서, 그루브가 형성되어 있는 주석 연마 정반에 다이아몬드 2 미크론 슬러리를 분사하면서 세라믹 블록당 50kg의 압력을 가하면서 1차 폴리싱과 같은 방법으로 0.01mm을 연마(단계 s36)하여 0.440mm의 기판을 만들었다. 이 때 다이아몬드 연마제에 의한 2 ~ 3 미크론의 미세한 스크래치(scratch)가 존재 함을 현미경으로 관찰할 수 있었다.

먼저 폴리우레탄 연마 패드가 부착되어 있는 단면 폴리싱기(도 2 참조)에서 콤폴(Fujimi사제) 연마제를 분사하면서 세라믹 블록당 100kg의 압력을 가하면서 연마 정반과 블록을 회전하면서 경면 가공(단계 s37)하여, 거칠기 Ra가 3 Å인 경면으로 만든 후, 제품의 최종 거칠기 Ra인 1 ~ 2 Å의 경면을 완성하기 위해서, 다시 폴리텍스 계열의 연마 패드가 부착된 단면 폴리싱기에서 세라믹 블록당 30kg의 압력을 가하면서 경면 연마를 하여 10 미크론의 폴리싱(단계 s38)을 함으로써 0.43mm 두께의 사파이어 기판을 만들어 디마운팅(단계 s39)하였다.

이러한 공정으로 완성된 2 인치 사파이어를 64매 검사한 결과, 기판 전체에서의 두께편차를 나타내는 TTV(total thickness variation, 기판의 두께 최고치와 최소치 사이의 차)과 5mm× 5mm 사이즈로 분할한 국소 부위에서의 TTV인 LTV(Local thickness variation) 중의 최댓값인 LTV(max)는 다음 표 1과 같았다. (단위: 미크론) 표에서, 최상단 가로줄은 TTV와 LTV 수치를, 그 아래의 숫자는 그 수치에 해당하는 TTV 또는 LTV를 가진 기판 개수를 나타낸다.

	0∼1	1∼2	2∼3	3∼4	4∼5	5∼6	6∼7	7∼8	8∼9	9∼10
TTV	0	1	4	6	22	19	7	3	1	1
LTV(max)	5	11	43	3	1	1	0	0	0	0

비교예 2 : 개량 수준

비교예 1과 동일하게 단계 s37까지 진행한 후, 단계 s38은 실시하지 않고 세라믹 블록에서 디마운팅하였다. 즉, 비교예 1에서 2차례의 패드에 의한 폴리싱 중 1차만 동일하게 실시하였다. 이 때 기판의 두께는 0.433정도였다.

이 기판을 본 발명의 실시에 이용하는 양면 폴리싱기(도 4 참조)에서 폴리우레탄 패드는 상부 연마 정반에, 폴리텍스 패드는 하부 연마 정반에 부착하였고, 기판의 경면은 아래쪽으로 향하게 장입하여 양면 폴리싱을 실시하였다. 이 때 64매의 기판 중 60매를 5개의 SUS 캐리어에 각각 12매씩 장입하여 실시하였다. 이때 정반 압력은 110kg의 압력을 가하였고, 연마 후 최종 기판의 두께는 0.430이었다.

이 방법에 의해 얻어진 최종 기판의 평탄도는 표 2와 같았으며, 비교예 1에 비하여 TTV와 LTV(max) 모두 약간씩 향상되었으나 기판의 연마량이 작기 때문에 본 발명이 원하는 정도의 고평탄도는 달성하기 어려웠다. (단위: 미크론)

	0∼1	1∼2	2∼3	3∼4	4∼5	5∼6	6∼7	7∼8	8∼9	9∼10
TTV	0	1	10	21	20	6	2	0	0	0
LTV(max)	6	18	22	13	1	0	0	0	0	0

본 발명 실험예

개량된 비교예 2의 결과로부터, 연마량이 작은 경우는 평탄도의 개선 효과가 만족스럽지 못하였으므로, 2 차례에 걸친 패드 폴리싱, 즉 폴리우레탄 패드 폴리싱과 폴리텍스 패드 폴리싱의 모두를 양면 폴리싱으로 실시하였다. 즉, 도 3에 도시한 것과 같은 공정 순서도를 따랐다.

단, 양면 폴리싱의 경우 양쪽면이 같이 연마되는 것을 고려하여 랩핑 두께를 0.500mm, 1차 다이아몬드 폴리싱에서 0.460mm, 2차 다이아몬드 폴리싱에서 0.450mm가 되도록 연마한 후 디마운팅을 하였다. 이 64매의 기판 중 60매를 5개의 SUS 캐리어에 각각 12매씩 장입하여 실시하였다. 이 때 폴리우레탄 폴리싱의 경우는 정반 압력은 350kg의 압력을 가하면서 10 미크론 연마하였고, 폴리텍스 패드 폴리싱의 경우는 110kg의 압력을 가하면서 5 미크론을 연마하여 최종 기판의 두께는 0.435mm이었다.

표 3은 본 실시예의 최종 결과로서, TTV와 LTV의 모두가 종래의 방법에 비해 월등하게 향상되었음을 보여준다. 특히, 상기의 방법으로, 본 발명에 따르면, 두께편차 5 미크론 이하의 고평탄도 사파이어 기판이 제공됨을 알 수 있다. 이로써, 본 발명에 의해 LED의 고휘도화에 필요한 사파이어 기판의 고평탄도가 달성될 수 있음을 확인하였다.

본 발명에서 양면 폴리싱을 함으로써 뒷면이 함께 연마된다. 이를 해결하는 방법으로서 뒷면을 다시 랩핑하는 방법을 실험하였으나, 원하는 뒷면 거칠기를 균일하게 만들기 위해서는 최소 5 미크론을 단면 연마하여야 하였으며, 이 때문에 다시 평탄도가 악화될 염려가 있었다. 이에 본 발명에서 제시하는 바와 같이, 샌드 블라스팅을 실험하였다. SiO₂, Al₂O₃, SiC, B₄C 등의 연마제를 5 기압에서 10 기압의 공기와 함께 기판의 뒷면에 분사함으로써 두께의 감소 없이 거칠기를 부여할 수 있었다.

이러한 거칠기의 부여는 기판에 응력을 만들어 70 미크론 정도 오목하게 기판을 휘게 하였는데, 이러한 기판의 휨은 900℃ 이상의 온도에서 기판을 열처리함으로써 응력이 해소되고 기판의 휨도 원상태로 회복되었다. (단위: 미크론)

	0∼1	1∼2	2∼3	3∼4	4∼5	5∼6	6∼7	7∼8	8∼9	9∼10
TTV	2	15	22	15	6	0	0	0	0	0
LTV(max)	22	23	14	1	0	0	0	0	0	0

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.

도 1은 종래 사파이어 기판 제조 방법의 순서도이다.

도 2는 기판 단면 폴리싱에 이용되는 단면 폴리싱기의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 기판 제조방법의 순서도이다.

도 4는 본 발명 실시를 위해 기판 양면 폴리싱에 이용되는 폴리싱 장치의 개략도이다.

도 5는 본 발명과 비교를 위한 비교예의 순서도이다.

Claims (3)

1. 사파이어 기판의 앞면만을 다이아몬드 연마제로 폴리싱하는 단계;

   연마 패드와 나노미터 사이즈의 연마제를 사용하여 상기 사파이어 기판의 앞뒷면을 동시에 폴리싱하는 양면 폴리싱 단계; 및

   상기 양면 폴리싱 단계 이후 상기 사파이어 기판의 뒷면에 샌드 블라스팅하는 단계를 포함하고,

   상기 양면 폴리싱 단계는,

   폴리우레탄 패드를 사용하는 1차 양면 폴리싱 단계; 및

   상기 1차 양면 폴리싱 단계보다 작은 압력과 폴리텍스 패드를 사용하는 2차 양면 폴리싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 샌드 블라스팅 후 900℃ 이상 1400℃ 이하에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판 제조 방법.
3. 제1항의 방법으로 제조된, 두께편차 5 미크론 이하의 사파이어 기판.

Images