KR20120042674A - 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드 - Google Patents

Abstract

(과제) 경취성 웨이퍼의 가공 왜곡 및 마이크로 스크래치를 저감하여, 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있고, 그리고 잉곳으로부터의 웨이퍼의 취득 매수를 증가 가능한 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드를 제공한다.
(해결 수단) 슬라이스 후의 경취성 웨이퍼의 표면(表面) 및 이면(裏面) 중, 적어도 표면에, 고강도 고탄성률 섬유제의 평탄화 가공용 패드를 눌러대고, 유리지립(遊離砥粒)을 포함하는 가공액을 공급하면서 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화하고, 그 후, 웨이퍼 표면을 마무리 연마한다. 그 결과, 웨이퍼의 가공 왜곡을 줄여 마이크로 스크래치의 발생수를 저감할 수 있고, 그리고 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있음과 함께, 1개의 잉곳으로부터의 웨이퍼의 취득 매수도 증가할 수 있다.

Description

경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드{PLANARIZATION PROCESS FOR HARD-BRITTLE WAFER AND PAD FOR PLANARIZATION PROCESS}

본 발명은, 경취성(hard-brittle) 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드, 상세하게는 경취성 재료로 이루어지는 웨이퍼를 평탄화 가능한 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드에 관한 것이다.

최근, 단단하고 깨지기 쉬운 경취성 재료의 일종인 사파이어 기판 및 탄화 규소(SiC) 기판이 주목받고 있다. 사파이어 기판은, 질화물 반도체 발광 소자의 에피택셜 성장용의 기판 등에 이용되고, 탄화 규소 기판은 실리콘 기판에 비해 밴드 갭이 약 3배, 절연 파괴 전계가 약 7배, 열전도율이 약 3배라는 반도체 기판으로서 우수한 물질적 성질을 갖고 있다.

이 중, 종래의 사파이어 기판의 제조 방법으로서는, 예를 들면 특허문헌 1(특히 그 실시예 3)에 개시된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1의 제조 방법은, 사파이어 단결정 잉곳을 슬라이스하여 얻어진 사파이어 웨이퍼에 대하여, 순차로, GC 지립(砥粒) 등의 유리(遊離)지립을 포함하는 래핑(lapping)액을 사용하여 행하는 래핑과, 웨이퍼 외주부의 모따기와, 상기 유리지립보다 소경인 다이아몬드 지립을 포함하는 래핑액을 공급하면서 행하는 다이아몬드 래핑과, 부직포제의 연마포를 이용한 웨이퍼 표면의 초벌 연마와, 웨이퍼 표면의 마무리 연마를 행한다는 것이다. 또한, 탄화 규소 기판은 탄화 규소 단결정 잉곳을 원료로 하여, 전술한 사파이어 기판의 경우와 동일한 웨이퍼 가공을 순차로 행하여 제조된다.

일본공개특허공보 2008－44078호

이와 같이, 사파이어 웨이퍼 및 탄화 규소 웨이퍼는, 단단하고 깨지기 쉬운 물성을 갖고 있다. 그 때문에, 전술한 래핑, 다이아몬드 래핑, 초벌 연마 및 마무리 연마에 있어서, 각각 실리콘 웨이퍼를 가공하는 경우보다 가공 레이트가 낮고, 그리고 웨이퍼의 가공층에 발생하는 가공 왜곡도 커, 마이크로 스크래치가 많이 발생하고 있었다. 이는, 래핑액 중 및 연마액 중의 각 유리지립이, 금속제의 래핑 정반(定盤) 및 연마 정반에 파고들어, 유리지립이 마치 고정지립과 같이 작용하기 때문이다. 그 결과, 증대한 가공 왜곡 등의 제거에 필요한 웨이퍼 가공층의 총 제거량이 커져, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판을 제작하기 위한 총 평탄화 가공 시간이 길어져, 기판의 생산성이 저하되고 있었다.

그래서, 발명자는 예의 연구한 결과, 경취성 웨이퍼를 평탄화 가공하는 패드의 소재로서, 높은 강도와 높은 탄성률을 구비하는 고강도 고탄성률 섬유에 주목했다. 즉, 고강도 고탄성률 섬유에 의해 평탄화 가공용 패드를 제작하면, 웨이퍼 평탄화 가공시, 연마액에 포함되어 평탄화 가공용 패드에 공급된 대부분의 유리지립은, 고강도 고탄성률 섬유 간의 포켓(극간;gap)에 흘러들어, 작은 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다. 한편, 남은 유리지립은, 고강도 고탄성률 섬유의 포켓의 밖에 존재한다. 구체적으로는, 패드 최표면측에 배치된 고강도 고탄성률 섬유의 외주면 중, 평탄화 가공시에, 직접, 경취성 웨이퍼와 접촉하는 부분에 부착되어, 이것이 평탄화 가공시에 큰 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다고 생각할 수 있다. 이상의 점에서, 평탄화 가공 중의 유리지립이 빠져나갈 곳이 확보되어, 종래법에 비해 가공 왜곡 및 마이크로 스크래치가 저감하는 것을 알게되었다.

그래서, 이 평탄화 가공용 패드를 사용하여, 종래법의 래핑에서 초벌 연마에 이르기까지의 각 공정을 일괄로 하여 실시하면, 종래법에 비해, 평탄화 가공에 요하는 웨이퍼 가공층의 총 제거량(총 제거분)이 감소하고, 나아가서는 경취성 웨이퍼로부터 제품의 경취성 기판을 얻기 위해 필요한 총 평탄화 가공 시간의 단축화를 도모할 수 있다. 게다가, 평탄화 가공에 의한 웨이퍼의 총 제거량이 적어지기 때문에, 잉곳으로부터 잘라내는 웨이퍼의 두께를 종래보다 얇게 할 수 있고, 그 결과, 1개의 잉곳으로부터 얻어지는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있는 것을 확인하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 경취성 웨이퍼의 가공 왜곡 및 마이크로 스크래치를 저감하여, 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있음과 함께, 슬라이스 후의 웨이퍼의 두께를 종래보다 얇게 하여, 1개의 잉곳으로부터 얻어지는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 평탄화 가공용 패드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 경취성 잉곳을 슬라이스함으로써 얻은 경취성 웨이퍼에 평탄화 가공을 행하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에 있어서, 슬라이스 후의 상기 경취성 웨이퍼의 표면(表面) 및 이면(裏面) 중, 적어도 표면에, 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드를 눌러대고, 이 상태에서 유리지립을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 경취성 웨이퍼와 상기 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화 가공하고, 그 후, 당해 초벌 평탄화 가공된 경취성 웨이퍼의 표면을 마무리 연마하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법이다.

또한, 다른 발명은, 경취성 웨이퍼를 평탄화 가공하는 평탄화 가공용 패드에 있어서, 상기 평탄화 가공용 패드가 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공용 패드이다.

이들 발명에 의하면, 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공시에는, 가공액이 평탄화 가공용 패드에 공급되어, 가공액 중의 유리지립이 평탄화 가공용 패드의 고강도 고탄성률 섬유에 부착되어 유지된다. 이 상태에서, 평탄화 가공용 패드를 경취성 웨이퍼에 눌러대고, 경취성 웨이퍼와 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시켜, 경취성 웨이퍼를 평탄화 가공한다.

여기에서 사용되는 고강도 고탄성률 섬유는, 그 특성으로부터, 웨이퍼 평탄화 가공시, 경취성 웨이퍼에 눌러졌을 때, 평탄화 가공용 패드에 공급된 대부분의 유리지립이 고강도 고탄성률 섬유 간의 포켓에 흘러들어, 작은 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다.

한편, 일부의 유리지립은, 고강도 고탄성률 섬유의 포켓의 밖에 존재하여, 이것이 큰 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다고 생각할 수 있다. 그 결과, 평탄화 가공 중에 있어서의 유리지립이 빠져나갈 곳이 확보되어, 종래법의 과제였던 유리지립의 일부가 가공압의 작용으로 금속제의 정반에 파묻혀, 고정지립화된다는 우려가 없어진다. 따라서, 경취성 웨이퍼의 가공층(표층)에 발생하는 가공 왜곡 및 마이크로 스크래치를 저감할 수 있다. 이에 따라, 래핑, 다이아몬드 래핑, 초벌 연마, 마무리 연마를 순차로 행하는 종래법에 비해, 경취성 웨이퍼의 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있다. 게다가, 평탄화 가공에 의한 웨이퍼의 표리면 중, 적어도 표면의 총 제거량이 적어지기 때문에, 잉곳으로부터 잘라내는 웨이퍼의 두께를 종래보다 얇게 할 수 있어, 그 결과, 1개의 잉곳으로부터 얻어지는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법을 나타내는 플로우 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에서 사용되는 초벌 평탄화 가공 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공용 패드에 의해 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화 가공하고 있는 상태를 나타내는 주요부 확대 단면이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에서 사용되는 편면(片面) 연마 장치를 나타내는 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명은, 경취성 잉곳을 슬라이스하여 얻은 경취성 웨이퍼에 평탄화 가공을 행하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에 있어서, 슬라이스 후의 상기 경취성 웨이퍼의 표면 및 이면 중, 적어도 표면에, 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드를 눌러대고, 이 상태에서 유리지립을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 경취성 웨이퍼와 상기 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화 가공하고, 그 후, 당해 초벌 평탄화 가공된 경취성 웨이퍼의 표면을 마무리 연마하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법이다.

또한, 다른 발명은, 경취성 웨이퍼를 평탄화 가공하는 평탄화 가공용 패드에 있어서, 상기 평탄화 가공용 패드가 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공용 패드이다.

이들 발명에 의하면, 경취성 웨이퍼의 초벌 평탄화 가공시, 가공액이 평탄화 가공용 패드에 공급되어, 가공액 중의 유리지립이 평탄화 가공용 패드의 고강도 고탄성률 섬유에 부착되어 유지된다. 이 상태에서, 평탄화 가공용 패드를 경취성 웨이퍼에 눌러대고, 경취성 웨이퍼와 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시켜, 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화 가공한다.

고강도 고탄성률 섬유는, 고강도이고 고탄성률의 물성을 갖고 있기 때문에, 초벌 평탄화 가공시, 평탄화 가공용 패드에 공급된 대부분의 유리지립은 고강도 고탄성률 섬유 간의 포켓에 흘러들어, 초벌 평탄화 가공 중에 있어서의 유리지립이 빠져나갈 곳이 확보된다. 이때, 고강도 고탄성률 섬유의 포켓에 흘러든 대부분의 유리지립은 작은 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다. 한편, 일부의 유리지립은 고강도 고탄성률 섬유의 포켓의 밖에 존재하여, 이것이 큰 힘으로 경취성 웨이퍼에 연삭 작용한다고 생각할 수 있다. 여기에서의 「포켓의 밖」이란, 패드 최표면측에 배치된 고강도 고탄성률 섬유의 외주면 중, 직접, 경취성 웨이퍼와 접촉하는 부분을 말한다.

그 결과, 종래법의 과제였던 유리지립의 일부분이 가공압의 작용으로 금속제의 정반에 파고들어 유리지립이 고정지립화되어, 이것을 원인으로서 경취성 웨이퍼의 가공 왜곡이 커(깊어)지거나, 마이크로 스크래치가 많이 발생하는 일이 없어진다. 따라서, 래핑, 다이아몬드 래핑, 초벌 연마, 마무리 연마를 순차로 행하는 종래법에 비해, 슬라이스 후의 경취성 웨이퍼로부터 경취성 기판을 얻을 때까지의 평탄화 가공 중의 총 제거량(총 제거분)이 감소하여, 그 결과, 종래법과 비교하여 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있다.

「경취성 웨이퍼」로서는, 예를 들면 사파이어 웨이퍼, 탄화 규소(SiC) 웨이퍼 등을 채용할 수 있다. 그 외, 질화 갈륨(GaN) 웨이퍼 등이라도 좋다.

「경취성 웨이퍼의 표면 및 이면 중, 적어도 표면」이라고 한 것은, 경취성 웨이퍼의 피(被)평탄화 가공면이, 웨이퍼 표리면 중, 높은 평탄도의 요구가 이루어지는 디바이스 형성면이 되는 웨이퍼 표면을 포함하도록 하기 위함이다.

고강도 고탄성률 섬유란, 예를 들면 압축률 20％ 정도, 탄성 압축률 90％ 정도, 섬유 밀도 0.5g/㎤ 이상의 것(탄소 섬유, 흑연 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 등)을 말한다. 또한, 평탄화 가공용 패드의 두께는 임의이다(예를 들면 0.4㎜ 정도).

고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드의 제조 방법으로서는, 예를 들면 소망하는 재료로 이루어지는 섬유를 소망하는 밀도로 짜넣어 편포로 하고, 이것을 연마포의 베이스(부직포 또는 우레탄폼)의 상면에 접합하는 방법 등을 채용할 수 있다.

여기에서 말하는 「평탄화 가공」이란, 경취성 웨이퍼에 행해지는, 예를 들면 래핑(다이아몬드 래핑을 포함함), 연삭, 초벌 연마, 마무리 연마에 상당하는 가공을 말한다. 또한, 「초벌 평탄화 가공」이란, 이들 중 마무리 연마를 제외한 가공을 말한다. 초벌 평탄화 가공시에는, 이들 중 어느 1개만, 또는, 선택된 복수(모두를 포함함)를 연속적 또는 단속적으로 행하는 것으로 한다. 초벌 평탄화 가공에서 사용되는 초벌 평탄화 가공 장치로서는, 실리콘 웨이퍼용의 연마 장치(예를 들면 양면 연마 장치, 편면 연마 장치)와 동등한 구조를 가진 것을 채용할 수 있다.

평탄화 가공용 패드로서는, 고강도 고탄성률 섬유를 평면에서 보았을 때 원형의 패드 형상으로 된 것 등을 채용할 수 있다.

가공액으로서는, 순수, 오일, 쿨런트(coolant), 분산재, 소포재(消泡材) 등을 채용할 수 있다.

유리지립으로서는, 예를 들면 탄화 규소 입자, 다이아몬드 입자, 알루미나 등을 채용할 수 있다.

초벌 평탄화 가공의 조건은, 경취성 웨이퍼의 평탄도의 진행에 수반하여, 가공 도중에 적절히 변경할 수 있다.

「경취성 웨이퍼와 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시킨다」는, 경취성 웨이퍼만 또는 평탄화 가공용 패드만의 회전이라도, 이들 양방의 회전이라도 좋다. 경취성 웨이퍼와 평탄화 가공용 패드와의 회전 방법은 동일 방향, 또는 상이한 방향이라도 좋다. 단, 동일 방향의 경우에는 회전 속도를 상이하게 할 필요가 있다.

초벌 평탄화 가공 후는, 디바이스 형성면이 되는 표면을 고평탄도로 하기 위해, 경취성 웨이퍼의 초벌 평탄화 가공된 면을 마무리 연마한다.

마무리 연마에서는, 예를 들면 스웨이드제의 연마포를 사용하여, 산화 규소 입자가 혼입된 콜로이달 실리카 등을 공급하면서, 초벌 평탄화 가공된 경취성 웨이퍼의 표면을, 각종의 연마 장치에 의해 마무리 연마한다.

(실시예)

이하, 도 1의 플로우 시트를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법 및 그에 이용되는 평탄화 가공용 패드를 설명한다. 여기에서는, 사파이어 웨이퍼의 평탄화 가공 방법을 예로 한다.

즉, 실시예 1의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법이 채용된 사파이어 기판의 제조 프로세스는, 단결정 사파이어 잉곳에 순차로 행해지는 원통, 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 공정과, 슬라이스 공정과, 모따기 공정과, 초벌 평탄화 가공 공정과, 마무리 연마 공정과, 세정 공정을 구비하고 있다.

이하, 상기 각 공정을 구체적으로 설명한다.

우선, 고온으로 가열한 사파이어의 용융액으로부터 단결정 사파이어의 시드(seed)를 이용하여 단결정 사파이어를 성장시킨다.

원통, 오리엔테이션 플랫 공정에서는, 단결정 사파이어 잉곳으로부터 결정 블록이 절단되고, 그 후, 결정 블록의 원통 연삭(외주 연삭)을 한다. 구체적으로는, 레지노이드 연삭 숫돌을 가진 외주 연삭 장치에 의해, 결정 블록이 외주 연삭된다. 이에 따라, 각 결정 블록이 원기둥 형상으로 성형된다.

그 후, 원통 연삭된 결정 블록의 외주면의 일부분을 블록 전체 길이에 걸쳐서 평탄하게 연삭함으로써, 오리엔테이션 플랫부를 형성한다.

슬라이스 공정에서는, 삼각 배치된 3개의 그루브 롤러에 와이어가 휘감겨진 와이어 소(wire saw)가 이용된다. 와이어 소에 의해 결정 블록으로부터, 두께 1000㎛ 이하의 다수매의 사파이어 웨이퍼(경취성 웨이퍼)가 슬라이스된다.

모따기 공정에서는, 회전 중의 모따기용 숫돌을 사파이어 웨이퍼의 외주부에 눌러대어 모따기한다. 그 후, 모따기된 사파이어 웨이퍼에 대하여 초벌 평탄화 가공이 행해진다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 초벌 평탄화 가공 공정을 상세하게 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 초벌 평탄화 가공 공정에서는, 1대의 유성 톱니바퀴식의 양면 평탄화 가공 장치(10)를 사용하여, 종래의 래핑, 다이아몬드 래핑, 초벌 연마를 합친 초벌 평탄화 가공이 행해진다.

양면 평탄화 가공 장치(10)는, 서로 평행하게 형성된 상(上)정반(11) 및 하(下)정반(12)과, 이들 상정반(11), 하정반(12)　간에 개재되어, 축선 주위에 회전이 자유롭게 형성된 소경인 태양 기어(13)와, 이 축선과 동일한 축선을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 형성된 대경인 인터널 기어(14)와, 태양 기어(13) 및 인터널 기어(14)에 맞물리는 외(外)기어가 형성된 합계 5매의 원판 형상의 캐리어 플레이트(15)를 구비하고 있다.

상정반(11)의 하면에는, 웨이퍼 이면을 초벌 평탄화 가공하는 평탄화 가공용 패드(16)가 접착되어 있다. 또한, 하정반(12)의 상면에는, 마찬가지로 웨이퍼 표면을 초벌 평탄화 가공하는 평탄화 가공용 패드(16)가 접착되어 있다. 각 캐리어 플레이트(15)에는, 4개의 웨이퍼 보지공이 형성되어, 이들 웨이퍼 보지공에 사파이어 웨이퍼(W)가 각각 삽입되어 있다.

양 평탄화 가공용 패드(16)는, 폴리아릴레이트 섬유(고강도 고탄성률 섬유) (16a)를 짜넣은 포를 우레탄폼의 표면에 접합한, 두께가 0.4㎜, 섬유 밀도가 0.7g/㎤의 시트 부재이다. 폴리아릴레이트 섬유(16a)는, 압축률이 20％, 압축 탄성률이 90％의 것이다.

각 사파이어 웨이퍼(W)의 초벌 평탄화 가공시에는, 양 정반(11, 12)을 서로 반대 방향으로 소정 속도로 회전시키고, 평탄화 가공용 패드(16) 간에 가공액을 공급하면서, 각 사파이어 웨이퍼(W)에 양 평탄화 가공용 패드(16)를 소정의 가공압으로 눌러대어, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면을, 웨이퍼 가공층의 제거량이 웨이퍼 양면에서 약 120㎛가 될 때까지 초벌 평탄화 가공한다. 여기에서 사용되는 가공액은, 오일에 소정의 배합으로 알루미나 입자(a)가 분산된 것이다.

초벌 평탄화 가공시, 가공액은, 슬러리 펌프의 압송력에 의해 평탄화 가공용 패드(16) 간에 공급되어, 가공액 중의 알루미나 입자(a)가, 평탄화 가공용 패드(16)의 폴리아릴레이트 섬유(16a)의 노출면에 부착되어 유지된다(도 3). 이 상태에서, 평탄화 가공용 패드(16)를 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면에 눌러대어, 사파이어 웨이퍼(W)를 초벌 평탄화 가공한다.

평탄화 가공용 패드(16)를 구성하는 폴리아릴레이트 섬유(16a)는, 고강도이고 그리고 고탄성률을 갖는 섬유이다. 그 때문에, 초벌 평탄화 가공시, 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면에 눌러진 폴리아릴레이트 섬유(16a)는, 알루미나 입자(a)를 웨이퍼 표리면에 맞닿은 상태로 탄성 변형된다.

이 상태를 유지하면서, 사파이어 웨이퍼(W)와 양 평탄화 가공용 패드(16)를 소정 방향으로 회전시킴으로써, 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면이 알루미나 입자(a)의 연삭 작용에 의해, 가공 레이트 약 0.3㎛/min로 연삭되어 간다. 그 결과, 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면의 평행도를 높이면서 웨이퍼 표리면이 서서히 평탄화된다. 그 때문에, 웨이퍼 평탄화 가공시, 평탄화 가공용 패드(16)에 공급된 대부분의 알루미나 입자(a)는, 뒤얽힌 폴리아릴레이트 섬유(16a) 간의 포켓에 흘러들어, 작은 힘으로 사파이어 웨이퍼(W)에 연삭 작용한다. 한편, 일부의 알루미나 입자(a)는 폴리아릴레이트 섬유(16a)의 포켓의 밖, 구체적으로는 평탄화 가공용 패드(16)의 최표면측에 배치된 폴리아릴레이트 섬유(16a)의 외주면 중, 직접, 사파이어 웨이퍼(W)와 접촉하는 부분에 부착되어, 이것이 사파이어 웨이퍼(W)에 큰 힘으로 연삭 작용한다고 생각할 수 있다. 이에 따라, 평탄화 가공 중에 있어서의 알루미나 입자(a)의 빠져나갈 곳이 확보된다. 그 결과, 종래법의 과제였던 유리지립의 일부가 가공압의 작용으로 금속제의 정반에 파묻혀, 고정지립화된다는 우려가 없어진다. 따라서, 사파이어 웨이퍼(W)의 가공층(표층)에 발생하는 가공 왜곡이 얕아짐과 함께, 마이크로 스크래치의 발생을 저감할 수 있다.

이에 따라, 래핑, 다이아몬드 래핑, 초벌 연마, 마무리 연마를 순차로 행하는 종래법에 비해, 사파이어 웨이퍼(W)의 총 평탄화 가공 시간을 단축할 수 있다. 게다가, 평탄화 가공에 의한 웨이퍼 표리면의 총 제거량이 적어지기 때문에, 잉곳으로부터 잘라내는 사파이어 웨이퍼(W)의 두께를, 종래보다 얇게 할 수 있어, 그 결과, 1개의 잉곳으로부터 얻어지는 사파이어 웨이퍼(W)의 매수를 늘릴 수 있다.

게다가, 전술한 바와 같이 알루미나 입자(a)를 보지한 폴리아릴레이트 섬유(16a)가, 그 특성에 의해 높은 탄성력을 갖고 있기 때문에, 가공 레이트도 안정된 상태가 된다. 또한, 제품이 되는 사파이어 기판의 휨량 및 마무리 연마 후의 웨이퍼 표면 거칠기가 종래법의 경우보다 작아져, 웨이퍼 평탄화 가공에 요하는 총 공정수도, 종래법의 경우보다 적어진다. 또한, 도 4에 나타내는 후술의 편면 연마 장치(20)와 동일한 장치 구성을 갖고, 그리고 연마포(21)를 대신하여 고강도 고탄성률 섬유(16a)로 이루어지는 평탄화 가공용 패드(16)를 정반에 접착한 편면 평탄화 가공 장치를 이용하여, 사파이어 웨이퍼(W)의 표리면을 편면씩 초벌 평탄화 가공해도 좋다.

다음으로, 마무리 연마 공정에서는, 도 4에 나타내는 바와 같은 편면 연마 장치(20)를 이용하여, 콜로이달 실리카의 연마액을 사용하여, 초벌 평탄화 가공된 사파이어 웨이퍼(W)의 표면만을 마무리 연마한다.

이하, 도 4를 참조하여, 편면 연마 장치(20)를 구체적으로 설명한다.

편면 연마 장치(20)는, 상면에 스웨이드제의 연마포(21)가 펼쳐놓여진 연마 정반(22)과, 이 상방에 연마 정반(22)의 회전 중심선을 중심으로 하여 90° 간격으로 배설된 4개의 연마 헤드(23)를 구비하고 있다. 각 연마 헤드(23)의 하면에는, 표면이 하향으로 배치된 4매의 사파이어 웨이퍼(W)가, 캐리어 플레이트(24)를 사이에두고 왁스 접착되어 있다.

편면 연마시에는, 연마 정반(22)과 각 연마 헤드(24)를 소정 방향, 소정 속도로 회전시키면서 각 연마 헤드(23)를 서서히 하강하고, 연마액이 공급되어 있는 연마포(21)에 눌러댄다. 이에 따라, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 표면이 10㎛만큼 마무리 연마된다. 이와 같이, 초벌 평탄화 가공 후는, 사파이어 웨이퍼(W)의 표면만을 마무리 연마하도록 했기 때문에, 사파이어 웨이퍼(W)의 디바이스 형성면이 되는 표면을 더욱 고평탄화할 수 있다.

다음의 세정 공정에서는, 외관 검사 직후의 각 사파이어 웨이퍼(W)가 최종 세정되어, 제품으로서의 사파이어 기판이 된다. 구체적으로는, 경면(鏡面) 연마 후의 각 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여, 알칼리 용액과 산 용액을 사용한 세정이 행해진다. 또한, 이 실시예 1에서는, 직경 50㎜의 결정 블록을 이용했다.

여기에서, 실제로 본 발명(시험예 1?4) 및 종래(비교예 1)의 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에 의해, 사파이어 웨이퍼에 각종의 웨이퍼 평탄화 가공을 순차로 행하여 사파이어 기판을 얻었다.

그 때, 마무리 연마 전의 평탄화 가공에 이용되는 패드와 유리지립을 포함하는 가공액과의 차이(마무리 연마 전의 평탄화 가공재)에 의해, 사파이어 웨이퍼의 총 평탄화 가공 특성과, 마무리 연마 전의 사파이어 웨이퍼의 특성과, 마무리 연마 후의 사파이어 웨이퍼의 특성이, 어떻게 상이한지를 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

여기에서 말하는 「총 평탄화 가공 특성」이란, 사파이어 웨이퍼에 행해지는 총 평탄화 가공 시간(마무리 연마를 포함함), 총 평탄화 가공 공정수 및 총 평탄화 가공에서의 사파이어의 총 제거량(가공량)이다. 또한, 「마무리 연마 전의 사파이어 웨이퍼의 특성」이란, 마무리 연마가 행해지기 전의 사파이어 웨이퍼의 휨량 및 표면 거칠기이다. 또한, 「마무리 연마 후의 사파이어 웨이퍼의 특성」이란, 마무리 연마 후의 사파이어 웨이퍼의 최종 휨량, 최종 표면 거칠기, 마이크로 스크래치의 발생량이다.

시험예 1에서는, 평탄화 가공용 패드에 폴리아릴레이트 섬유, 가공액에 알루미나 입자를 포함하는 것을 채용하고 있다. 시험예 2에서는, 평탄화 가공용 패드의 소재로서, 폴리아릴레이트 섬유를 대신하여 폴리아라미드 섬유를 채용하고 있다. 시험예 3에서는, 평탄화 가공 공정에 있어서, 가공액 중의 알루미나 입자를 대신하여 다이아몬드 입자를 채용하고 있다. 시험예 4에서는, 평탄화 가공 공정에 있어서, 폴리아릴레이트 섬유를 대신하여 폴리아라미드 섬유를 채용하고, 그리고 가공액 중의 알루미나 입자를 대신하여 다이아몬드 입자를 채용하고 있다. 한편, 비교예 1에서는, 초벌 평탄화 가공 공정을 대신하여, 순차로 행해지는 래핑 공정, 다이아몬드 래핑 공정, 초벌 연마 공정을 채용하고 있다.

또한, 시험예 1?4 및 비교예 1에 있어서의 각 사파이어 웨이퍼의 시험 실시 매수는 10매로, 표 1 중의 각 시험값은 그 평균값이다. 또한, 시험예 1?4 및 비교예 1에 있어서의 그 외의 구성은, 실시예 1에 준한다.

비교예 1의 래핑 공정에서는, 주철(鑄鐵)제의 상하의 래핑 정반을 구비한 래핑 장치를 사용하여, GC 지립을 포함하는 래핑액을 래핑 정반 간에 공급하면서, 사파이어 웨이퍼를 래핑한다. 다음의 다이아몬드 래핑 공정에서는, 하방만의 래핑 정반을 구리제로 하여, 다이아몬드 입자를 포함하는 래핑액을 래핑 정반 간에 공급하면서, 사파이어 웨이퍼의 표면만을 래핑한다. 또한, 초벌 연마 공정에서는, 유성 톱니 바퀴 방식의 하마이산교 가부시키가이샤 제조의 상하의 연마 정반의 각 대향면에 닛타 하스 가부시키가이샤 제조의 부직포로 이루어지는 연마포를 각각 접착하고, 연마포에 콜로이달 실리카(가공액)를 공급하면서, 사파이어 웨이퍼의 표리면을 초벌 연마한다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 시험예 1에서는, 평탄화 가공으로서, 폴리아릴레이트 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드와 알루미나 입자를 포함하는 가공액을 사용한 「초벌 평탄화 가공」과, 연마포 및 콜로이달 실리카를 이용한 「마무리 연마」의 2단(段) 가공을 채용했다.

그 결과, 총 평탄화 가공에 평균 13시간을 요했다. 총 평탄화 가공에 있어서의 사파이어의 총 제거량은, 웨이퍼 표리면에서 평균 121㎛였다. 또한, 초벌 평탄 가공 후의 사파이어 웨이퍼의 휨량은 평균 7.2㎛였다. 초벌 평탄 가공 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 Ra로 평균 1㎚ 이하였다. 또한, 마무리 연마 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 7.5㎛이며, 웨이퍼 표리면의 거칠기는 RMS로 평균 0.2㎚ 정도였다. 마무리 연마 후의 웨이퍼 표면의 스크래치 검사의 결과, 스크래치 발생 매수를 전체 검사 매수로 나누어 1매당 발생수라고 했을 때(이하 동일하게 함), 1매당 웨이퍼에 존재하는 1cm 이상의 스크래치의 발생수는 평균 0.1개였다.

시험예 2에서는, 평탄화 가공으로서, 폴리아라미드 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드와 알루미나 입자를 포함하는 가공액을 사용한 「초벌 평탄화 가공」과, 연마포 및 콜로이달 실리카를 이용한 「마무리 연마」의 2단 가공을 채용했다. 그 결과, 총 평탄화 가공에 평균 14시간을 요했다. 이때의 총 평탄화 가공에 있어서의 제거량은 웨이퍼 표리면에서 평균 121㎛가 된다. 또한, 폴리아라미드 섬유의 평탄화 가공용 패드를 이용하여 초벌 평탄화 가공을 행한 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 7.5㎛였다. 초벌 평탄화 가공 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 Ra로 평균 1㎚ 이하였다. 또한, 마무리 연마 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 7.8㎛이며, 마무리 연마 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 RMS로 평균 0.2㎚ 정도였다. 마무리 연마 후의 웨이퍼 표면의 1cm 이상의 스크래치 발생수는, 웨이퍼 1매당 평균 0.1개였다.

시험예 3에서는, 평탄 가공으로서, 폴리아릴레이트 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드와 다이아몬드 지립을 포함하는 가공액을 사용한 「초벌 평탄화 가공」과, 연마포 및 콜로이달 실리카를 이용한 「마무리 연마」의 2단 가공을 채용했다. 그 결과, 총 평탄화 가공의 가공 시간의 평균은 9.5시간이었다. 이때의 총 평탄화 가공에 있어서의 총 제거량은 웨이퍼 표리면에서 평균 121㎛였다. 또한, 폴리아라미드 섬유의 평탄화 가공용 패드를 이용하여 초벌 평탄화 가공을 행한 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 8.5㎛이며, 초벌 평탄화 가공을 행한 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는, Ra로 평균 3㎚ 정도였다. 또한, 마무리 연마 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 8.7㎛이며, 마무리 연마 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 RMS로 평균 0.2㎚ 정도였다. 마무리 연마 후의 1cm 이상의 스크래치의 발생수는, 웨이퍼 1매당 평균 0.3개였다.

시험예 4에서는, 평탄 가공으로서, 폴리아라미드 섬유의 평탄화 가공용 패드와 다이아몬드 지립을 포함하는 가공액을 사용한 「초벌 평탄화 가공」과, 연마포 및 콜로이달 실리카를 이용한 「마무리 연마」의 2단 가공을 실시했다. 그 결과, 총 평탄화 가공에 요하는 시간은 평균 10시간을 요했다. 이때의 총 평탄화 가공에 있어서의 사파이어의 총 제거량은 웨이퍼 표리면에서 평균 121㎛였다. 또한, 폴리아라미드 섬유를 평탄화 가공용 패드를 이용하여 초벌 평탄화 가공을 행한 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 8.6㎛였다. 초벌 평탄화 가공 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 Ra로 평균 4㎚ 정도였다. 또한, 마무리 연마까지 실시한 경우에 있어서, 웨이퍼의 휨량은 평균 8.9㎛이며, 웨이퍼 표리면의 거칠기는 RMS로 평균 0.2㎚ 정도였다. 마무리 연마 후의 웨이퍼 표면에서의 1cm 이상의 스크래치의 발생수는, 평균 0.3개였다.

비교예 1에서는, 평탄 가공으로서, 주철 정반과 GC 지립을 사용한 「랩 가공」과, 구리 정반과 다이아몬드 지립을 사용한 「다이아몬드 랩 가공」과, 부직포와 콜로이달 실리카 지립을 사용한 「초벌 연마 가공」과, 스웨이드제의 연마포와 콜로이달 실리카를 사용한 「마무리 연마 가공」의 4단 가공(총 평탄화 가공)을 실시했다. 그 결과, 총 평탄화 가공에 요하는 시간은 평균 18시간이었다. 이때, 총 평탄화 가공에 있어서의 사파이어의 총 제거량은 웨이퍼 표리면에서 평균 181㎛였다.

또한, 부직포를 이용하여 초벌 연마를 행한 후의 웨이퍼의 휨량은 평균 11.2㎛이며, 초벌 연마 가공 후의 웨이퍼 표리면의 거칠기는 Ra로 평균 7㎚ 정도였다. 또한, 마무리 연마까지 행한 경우의 웨이퍼의 휨량은 평균 11.5㎛이며, 웨이퍼 표리면의 거칠기는 RMS로 평균 0.2㎚ 정도였다. 마무리 연마 후의 웨이퍼 표면에서의 1cm 이상의 스크래치의 발생수는, 평균 1개였다.

본 발명은, 경취성 재료(예를 들면 사파이어, SiC, GaN 등)의 경면 가공까지의 총 가공 시간의 단축 기술로서 유용하다.

10 : 양면 평탄화 가공 장치
16 : 평탄화 가공용 패드
16a : 폴리아릴레이트 섬유(고강도 고탄성률 섬유)
W : 사파이어 웨이퍼(경취성 웨이퍼)
a : 알루미나 입자(유리지립)

Claims (2)

1. 경취성 잉곳을 슬라이스하여 얻은 경취성 웨이퍼에 평탄화 가공을 행하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법에 있어서,
   슬라이스 후의 상기 경취성 웨이퍼의 표면(表面) 및 이면(裏面) 중, 적어도 표면에, 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 평탄화 가공용 패드를 눌러대고, 이 상태에서 유리지립(遊離砥粒)을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 경취성 웨이퍼와 상기 평탄화 가공용 패드를 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 경취성 웨이퍼를 초벌 평탄화 가공하고,
   그 후, 당해 초벌 평탄화 가공된 경취성 웨이퍼의 표면을 마무리 연마하는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공 방법.
2. 경취성 웨이퍼를 평탄화 가공하는 평탄화 가공용 패드에 있어서,
   상기 평탄화 가공용 패드가 고강도 고탄성률 섬유로 이루어지는 경취성 웨이퍼의 평탄화 가공용 패드.

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