KR20130027224A - 기판처리시스템 - Google Patents

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서만하
구영회
심재규
박지환
이경호
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Abstract

본 발명은 기판의 생산속도를 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 기판처리시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리시스템은 잉곳을 기판 형태로 절단(slicing)하는 절단유닛과, 절단된 기판의 두께가 균일해지도록, 기판의 양면을 랩핑(lapping)하거나 또는 기판에 연마재를 분사하여 샌드 블라스팅(sand blasting)하는 두께조절유닛과, 랩핑 또는 샌드 블라스팅 된 기판을 습식 에칭하는 에칭유닛과, 에칭된 기판의 전면을 경면 연마하는 폴리싱(polishing)유닛을 포함한다.

Description

기판처리시스템{System of manufacturing substrate}
본 발명은 기판처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고휘도 발광다이오드(LED)에 사용될 수 있는 기판을 제조하기 위한 기판처리시스템에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode, LED)는 기존 조명용 광원(형광등, 백열등)과 비교하여 소비전력 대비 밝기가 우수하며, 부피가 작고, 두께가 얇고, 수은 등의 유해 물질이 포함되지 않는 장점이 있다. 그리고 발광다이오드는 방향성 광원으로 영역별 선택 조명이 가능하므로, 각종 조명, 신호등, 전광판 등에 이용되고 있다. 또한, 발광다이오드는 현재 휴대폰과 LCD 등의 디스플레이이의 백라이트유닛(back light unit, BLU)으로 널리 이용되고 있다.
특히, 1995년 청색 발광다이오드가 개발됨에 따라 모든 색상을 구현하는 것이 가능하게 된 이후, 3색 발광다이오드를 배합하여 원하는 색상의 빛을 구현할 수 있게 되어, 응용분야가 더욱 다양해지고 있다. 청색과 녹색 계열의 발광다이오드는 일반적으로 사파이어 기판 상에 GaN계 활성층을 에피(epi) 성장시켜 제조한다.
이러한 사파이어 기판을 제조하는 방법에 관해서는, 공개특허 10-2011-0009799호 등에 개시된 바 있다. 종래의 경우, 사파이어 잉곳을 기판 단위로 절단(슬라이싱) 한 후, 절단시의 두께편차를 줄이고 원하는 거칠기를 만들이 위해 양면 랩핑한다. 이후, 랩핑시 발생되는 표면응력을 해소하기 위하여 기판을 열처리하고, 이후 기판의 모서리 가공 및 경면 폴리싱을 통해 기판을 제조한다.
하지만, 종래의 경우 열처리 공정에서 기판에 형성되어 있는 표면응력을 해소함으로써 휘어져 있는 기판을 평평하게 하는데 있어서, 긴 공정시간으로 인하여 기판의 생산성을 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기판의 생산속도를 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 기판처리시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 기판처리시스템은 잉곳을 기판 형태로 절단(slicing)하는 절단유닛과, 상기 절단된 기판의 두께가 균일해지도록, 상기 기판의 양면을 랩핑(lapping)하거나 또는 상기 기판에 연마재를 분사하여 샌드 블라스팅(sand blasting)하는 두께조절유닛과, 상기 랩핑 또는 샌드 블라스팅 된 기판을 습식 에칭하는 에칭유닛과, 상기 에칭된 기판의 전면을 경면 연마하는 폴리싱(polishing)유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 기판의 에칭시 사용되는 에칭액은 H2SO4, H3PO4 및 KOH 중에서 하나를 포함하거나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 에칭유닛은, 상기 기판의 에칭시 사용되는 에칭액이 채워지는 공간부가 마련되어 있는 에칭조(Bath)와, 바 형상으로 형성되며, 상기 에칭조의 공간부에 회전가능하게 설치되며, 상기 기판이 안착되어 지지되는 롤링바와, 상기 공간부에 채워진 에칭액을 가열하는 히팅 맨틀과, 상기 에칭액의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 에칭조(Bath)는 석영(Quartz), 테프론(Tefron), 니켈 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 에칭액의 온도는 100~380℃이며, 에칭을 하는 시간은 5~240분인 것이 바람직하다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 종래 열처리 공정에 의해 기판의 표면응력을 해소하고, 웨이퍼의 휨을 최소화하는 공정에 비해 공정 시간을 감소시킬 수 있다. 그리고 습식 에칭 공정을 통하여 기존 경면 연마하는 공정의 단축을 통하여 기판 제조 시 생산 원가 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 습식 에칭 공정에 의해 얼룩, 스크래치의 외관 불량 및 웨이퍼의 평탄도를 더 개선 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에칭 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판제조방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판제조방법에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 기판제조방법에 대한 제3 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 기판 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리시스템의 개략적인 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 에칭 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 1 및 도 2를 을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리시스템(100)은 절단 유닛(10)과, 두께조절유닛(20)과, 에칭유닛(30)과, 폴리싱유닛(40)을 포함한다.
절단 유닛(10)은 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단(slicing)하는 것이고, 절단 유닛으로는 와이어 쏘(wire saw) 또는 멀티 와이어 쏘(multi wire saw) 등이 채용가능하다.
두께조절유닛(20)은 절단시 발생되는 기판의 두께 편차를 감소기켜 균일한 두께의 기판이 되도록 하며, 절단시 발생된 흔적을 제거하기 위한 것이다. 이 두께조절유닛으로는 랩핑유닛(21) 혹은 샌드블라스팅 유닛(22)이 채용가능 하다.
랩핑유닛(21)은 웨이퍼 형태로 절단된 기판의 양면을 랩핑 하는 장치이다. 이 랩핑유닛으로는 슬러리(slurry)를 공급하면서 기판에 연마부(연마정반)를 접촉시켜서 기판을 랩핑 하는 형태의 장치가 채용될 수 있다.
샌드블라스팅 유닛(22)은 기판에 일정 압력으로 연마재를 분사하면서 기판을 회전함으로써 기판을 목적하는 두께가 되도록 하며, 기판을 원하는 표면 거칠기가 되도록 하는 장치이다.
폴리싱 유닛(40)은 기판을 폴리싱 즉 경면 연마하기 위한 장치이다.
상기한 절단유닛(10), 랩핑유닛(21), 샌드블라스팅 유닛(22) 및 폴리싱 유닛(40)은 이미 널리 알려진 공지의 장치이므로, 구체적인 구성에 관해서는 설명을 생략한다.
에칭유닛(30)은 기판을 에칭함으로써, 절단과정 및 두께조절과정(랩핑 혹은 샌드블라스팅 과정)에서 생기는 표면가공응력을 해소하고, 랩핑과정에서 만들어진 거친 표면 가공 층을 제거하여 기판의 양측 면이 경면에 가까운 표면 상태가 되도록 하는 장치이다. 본 실시예의 경우 에칭유닛은 히팅맨틀(31)과, 에칭조(32)와, 롤링바(33)와, 온도 컨트롤러를 포함한다.
히팅맨틀(31)은 에칭조(32)를 가열함으로써 에칭조에 담겨진 에칭액을 가열하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 히팅맨틀은 직육면체 형상으로 형성되며, 가열소자 등을 포함하여 구성된다.
에칭조(32)는 히팅맨틀(31)에 대응되는 직육면체 형상으로 형성되며, 히팅맨틀(31)의 내부에 장착된다. 이 에칭조(32)의 내부에는 공간부가 마련되어 있으며, 이 공간부에 에칭에 이용되는 에칭액이 담긴다. 그리고, 이 에칭조는 에칭액과 화학적으로 반응하지 않도록, 석영(Quartz), 테프론(Tefron), 니켈 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
롤링바(33)는 바 형상으로 형성되며, 복수로 구비되어 에칭조(32)의 공간부에 회전가능하도록 설치된다. 이 롤링바(33)에는 그 길이방향을 따라 서로 이격되도록 복수의 슬롯(도면 미도시)이 형성되어 있으며, 이 슬롯에 기판(W)이 삽입되어 안착 및 지지된다. 그리고, 롤링바(33)가 회전하면 롤링바에 안착된 기판이 회전(기판의 중심을 회전축으로 하여 자전함)하게 되며, 이에 따라 기판 전체가 균일하게 에칭되게 된다.
온도 컨트롤러는 에칭액의 온도가 일정한 범위로 유지되도록 히팅맨틀을 제어하는 것이다. 이 온도 컨트롤러는 에칭액의 온도를 측정하기 위한 열전대(Themocouple)(34)를 포함하며, 에칭액의 온도가 일정하게 유지되도록 히팅맨틀의 발열량을 제어한다.
한편, 에칭시 이용되는 에칭액은 H2SO4, H3PO4 및 KOH 중에서 하나를 포함하거나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이때, H2SO4와 H3PO4으로 조합으로 에칭액을 조성하는 경우, 조성비율을 H2SO4 : H3PO4 = x : y라고 할 때, x, y는 1 ≤ x or y ≤ 10 이 바람직하다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판처리시스템은 열처리 유닛을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 열처리 유닛은 기판의 표면응력을 해소하기 위한 것으로, 공지의 구성인 바 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 기판처리시스템을 이용하여 기판을 제조하는 방법에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 기판제조방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 제조방법은 우선, 절단유닛을 잉요하여 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 절단(slicing)한다(S110). 잉곳은 사파이어, LiTaO3 및 LiNbO3 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
다음으로, 랩핑유닛(21)을 이용하여 웨이퍼 형태로 절단된 기판을 양면 랩핑(lapping)한다(S120). 절단 단계에서 형성된 기판은 각 지점에 따라 두께의 편차가 심하므로, 양면 랩핑(S120)을 통해 두께 편차를 감소하여 균일한 두께의 기판이 되도록 한다. 그리고 양면 랩핑(S120)을 통해 잉곳 절단(S110)시 발생된 절단 흔적을 제거하고, 잉곳 절단 후에 형성된 웨이퍼의 휨을 최소화한다.
다음으로, 에칭유닛(30)을 이용하여 양면 랩핑 된 기판을 에칭 한다(S130). 에칭 단계(S130)를 통해 절단(slicing) 단계와 양면 램핑 단계에서 생기는 표면가공응력을 해소하고, 양면 랩핑 단계에서 만들어진 거친 표면 가공 층을 제거하면서, 기판의 전면이 경면에 가까운 표면 상태가 되도록 한다. 이때, 에칭액은 100~380℃의 온도범위에서 유지되고, 에칭시간은 5~240분인 것이 바람직하다. 한편, 에칭액은 화학용액의 분위기 혼합과 온도, 시간 등의 조합으로 에칭 조건을 최적화 할 수 있으며, 이들의 조건들을 이용하여 기판의 두께 및 기판의 표면 거칠기, 또한 에칭된 기판의 표면 Pit의 크기들을 조절할 수 있다.
다음으로, 샌드 블라스팅 유닛(22)을 이용하여 에칭된 기판을 후면(-면)을 샌드 블라스팅한다(S140). 샌드 블라스팅 단계(S140)를 통해 기판의 후면에 일정 압력으로 연마재를 분사함으로써 기판을 목적하는 두께가 되도록 하며, 기판의 후면에 에칭을 통해 만들어진 Pit들을 제거하고, 원하는 표면 거칠기가 되도록 한다.
다음으로 샌드 블라스팅 된 기판을 에칭유닛(30)을 이용하여 습식 에칭한다(S150). 습식 에칭 단계(S150)는(또는 Annealing 단계) 샌드 블라스팅 단계(S140)에서 형성된 응력을 해소하기 위한 단계이다. 이때, 사용되는 에칭장치 및 에칭액은 앞서 설명한 에칭 단계(S130)에와 동일할 수 있다. 다만, 에칭액의 온도는 100~300℃, 에칭시간은 5~90분인 것이 바람직하다.
한편, 샌드 블라스팅 가공 시 생기는 표면응력을 해소하고, 웨이퍼의 휨을 최소화하는 조건과, 샌드 블라스팅을 통해 만들어진 기판의 이면 거칠기를 에칭 후에 원하는 거칠기가 되도록, 에칭 단계에서 온도, 시간, 분위기의 조합으로 최적화하도록 한다. 즉, 습식 에칭 단계를 통해 기판에 형성되어 있는 응력을 해소함으로써 휘어져 있는 기판을 평평하게 하고, 원하는 표면 거칠기가 되도록 한다.
다음으로, 에칭된 기판의 모서리를 가공(edge grinding)한다(S160).
그리고, 폴리싱 유닛(40)을 이용하여, 모서리가 가공된 기판의 전면을 경면 연마한다(S170). 경면 연마 단계(S170)는 기판의 폴리싱(polishing) 공정으로 이루어진다.
폴리싱 공정은 기판의 전면을 경면으로 연마하는 공정으로, 패드 폴리싱(chemical mechanical polishing, CMP) 공정(S170)으로 진행된다. 패드 폴리싱 공정(S170)은 기판의 전면의 마이크로스크래치(microscratch), 파티클(particle), 얼룩, 피트(pit) 등의 결함을 제거하며, 표면의 거칠기를 최소화하여 기판의 전면이 경면화되도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 기판제조방법에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 잉곳 절단 이후에 후면(-면)에 대한 샌드 블라스팅 및 전면(+면)에 대한 샌드 블라스팅을 수행한다. 즉, 제2 실시예에서는, 제1 실시예에서의 양면랩핑(S120) 단계를 대신하여, 샌드 블라스팅 단계(S220 ~ S230)를 통해서 기판의 표면거칠기 및 두께를 결정한다.
도 5는 본 발명에 따른 기판 제조방법에 대한 제3 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 5을 참조하면, 샌드 블라스팅 단계(S340)와 모서리 가공 단계(S360) 사이에, 열처리 유닛(50)을 이용하여 기판에 대하여 열처리 공정을 수행한다.
즉, 제1 실시예의 에칭 단계(S150)를 대신하여, 열처리 단계(S350)를 통해서 샌드 블라스팅된 기판에 형성되어 있는 응력을 해소함으로써 휘어져 있는 기판을 평평하게 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 습식 에칭과 열처리 공정을 통해 양면 랩핑과 샌드 블라스팅 가공 시 생기는 표면응력을 해소하고, 웨이퍼의 휨을 최소화할 수 있다. 또한 습식 에칭을 통해 표면 가공층을 해소할 수 있다.
즉, 종래의 경우에는 양면 랩핑 단계 후에 열처리 공정을 통해서 양면 랩핑(혹은 샌드 블라스팅 가공)시 생기는 기판에 형성되어 있는 표면응력을 해소함으로써 휘어져 있는 기판을 평평하게 한다. 이때, 열처리 공정의 긴 제조시간에 의해 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다. 하지만 본 발명에서 에칭을 통해서 제조시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
그리고 모서리가 가공된 기판의 전면을 경면 연마하는 공정 시, 기판의 왁스 마운팅 공정, 폴리싱(polishing) 공정 및 디마운팅 공정 순으로 이루어진다. 하지만 본 발명에서 습식 에칭에 의해서 경면 연마 제조시간을 감소시킬 수 있고, 다이아몬드 폴리싱 공정에서와 같이 고가의 연마재가 사용되지 않으므로 생산 원가를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
S110...절단 단계 S120...랩핑 단계
S130...습식 에칭 단계 S140...모서리 가공 단계
S150...패드 양면 폴리싱 단계 100...기판처리시스템
10...절단유닛 20...두께조절유닛
21...랩핑유닛 22...샌드블라스팅 유닛
30...에칭유닛 31...히팅맨틀
32...에칭조 33...롤링바
40...폴리싱유닛 50...열처리 유닛

Claims (5)

  1. 잉곳을 기판 형태로 절단(slicing)하는 절단유닛;
    상기 절단된 기판의 두께가 균일해지도록, 상기 기판의 양면을 랩핑(lapping)하거나 또는 상기 기판에 연마재를 분사하여 샌드 블라스팅(sand blasting)하는 두께조절유닛;
    상기 랩핑 또는 샌드 블라스팅 된 기판을 습식 에칭하는 에칭유닛; 및
    상기 에칭된 기판의 전면을 경면 연마하는 폴리싱(polishing)유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 에칭시 사용되는 에칭액은 H2SO4, H3PO4 및 KOH 중에서 하나를 포함하거나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에칭유닛은,
    상기 기판의 에칭시 사용되는 에칭액이 채워지는 공간부가 마련되어 있는 에칭조(Bath)와,
    바 형상으로 형성되며, 상기 에칭조의 공간부에 회전가능하게 설치되며, 상기 기판이 안착되어 지지되는 롤링바와,
    상기 공간부에 채워진 에칭액을 가열하는 히팅 맨틀과,
    상기 에칭액의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에칭조(Bath)는 석영(Quartz), 테프론(Tefron), 니켈 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에칭액의 온도는 100~380℃이며, 에칭을 하는 시간은 5~240분인 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
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