KR20140118754A

KR20140118754A - 사파이어 기판의 평탄 가공 방법

Info

Publication number: KR20140118754A
Application number: KR1020140028182A
Authority: KR
Inventors: 히로시 구로카와
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-10-08
Also published as: US20140295645A1; US9211625B2; TWI630650B; TW201442087A; CN104070446A; JP2014192307A

Abstract

사파이어의 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판에 있어서, 높은 평탄성을 얻는다.
열 처리 공정(12)에서, 사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판을 열 처리한다. 웨이퍼 배치 공정(13)에서, 열 처리 공정(12)을 거친 사파이어 기판의 제1 면을, 유지면을 갖는 스테이지 상에 액체 수지를 개재하여 배치한다. 수지 경화 공정(14)에서, 액체 수지를 경화시킨다. 제1 연삭 공정(15)에서, 사파이어 기판의 제2 면을 연삭한다. 수지 박리 공정(16)에서, 제1 면에 점착되는 경화한 상기 액체 수지를 박리한다. 제2 연삭 공정(17)에서, 사파이어 기판의 제1 면을 연삭한다.

Description

사파이어 기판의 평탄 가공 방법{METHOD FOR SMOOTHING A SAPPHIRE SUBSTRATE}

본 발명은 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판의 평탄 가공 방법에 관한 것이다.

잉곳으로부터 와이어 소우로 절취한 웨이퍼의 표면에는, 미세한 주름(요철)이나 변형이 있다. 그래서, 웨이퍼의 양면을 연삭 및 연마하여 평탄화하고 있다.

예컨대, 특허문헌 1에 기재된 웨이퍼의 평탄화 방법에서는, 웨이퍼의 주름을 계측하고, 필름 상에 액형 수지를 도포하여 형성한 수지층에 웨이퍼의 한쪽의 면을 부착시키며, 계측한 주름에 기초하여 웨이퍼에 선택적으로 초음파를 부여하여 액형 수지의 점성을 부분적으로 저하시켜 웨이퍼의 주름을 복원하고, 액형 수지를 고화한 후, 웨이퍼의 다른쪽의 면을 연삭하여 주름을 제거함으로써, 웨이퍼의 한쪽의 면의 주름에 관계없이, 다른쪽의 면의 주름을 충분히 제거하여 평탄화한다.

또한, 특허문헌 2에 기재죈 웨이퍼의 평탄 가공 방법에서는, 웨이퍼의 1면을 수평 유지면에 흡인 유지하여 주름을 교정하여 수평으로 한 상태로 2면을 연삭하여 변형을 제거하고, 웨이퍼의 2면을 수평 유지면에 흡인 유지하여 주름을 교정하여 수평으로 한 상태로 1면을 연삭하여 변형을 제거함으로써 1면 및 2면에 동등한 연삭 변형을 형성하고 나서, 평탄화 가공을 함으로써, 웨이퍼의 변형에 기인하는 휘어짐을 효과적으로 제거하여, 고평탄도의 웨이퍼를 얻는다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-151099호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-249652호 공보

그러나, 사파이어의 잉곳은 딱딱하기 때문에, 와이어 소우에 의한 절취 시에 발생하는 응력이 커, 잉곳으로부터 와이어 소우로 절취하여 판형으로 한 사파이어 기판의 내부에는, 잔류 응력이 발생한다. 종래는, 사파이어 기판 내부의 잔류 응력을 고려하지 않고 표면의 평탄화 가공을 하고 있었기 때문에, 사파이어 기판 내부의 잔류 응력에 의해 휘어짐이 발생하여, 높은 평탄성을 얻을 수 없다고 하는 과제가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 사파이어의 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판의 평탄화 가공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 사파이어 기판의 평탄 가공 방법은, 사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판의 평탄 가공 방법으로서, 사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판을 열 처리하는 열 처리 공정과, 상기 열 처리 공정을 거친 사파이어 기판의 제1 면을, 유지면을 갖는 스테이지 상에 액체 수지를 개재하여 배치하는 웨이퍼 배치 공정과, 상기 웨이퍼 배치 공정 후, 상기 액체 수지를 경화시키는 수지 경화 공정과, 상기 수지 경화 공정 후, 사파이어 기판의 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 연삭하는 제1 연삭 공정과, 상기 제1 연삭 공정 후, 상기 제1 면에 점착되는 경화한 상기 액체 수지를 박리하는 수지 박리 공정과, 상기 수지 박리 공정 후, 사파이어 기판의 상기 제1 면을 연삭하는 제2 연삭 공정을 포함한다.

본 발명에 따른 사파이어 기판의 평탄 가공 방법에서는, 열 처리에 의해 사파이어 기판 내부의 잔류 응력을 제거하고 나서, 표면의 평탄화 가공을 하기 때문에, 잔류 응력에 의한 휘어짐의 발생을 억제할 수 있어, 높은 평탄성을 확보할 수 있다.

도 1은 사파이어 기판의 평탄 가공 방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 사파이어 기판 절취 공정에서 절취된 사파이어 기판을 나타내는 모식도.
도 3은 열 처리 장치를 나타내는 단면도.
도 4는 열 처리 공정에서 열 처리한 사파이어 기판을 나타내는 모식도.
도 5는 웨이퍼 배치 공정을 나타내는 모식도.
도 6은 수지 경화 공정을 나타내는 모식도.
도 7은 연삭 장치를 나타내는 사시도.
도 8은 제1 연삭 공정을 나타내는 모식도.
도 9는 수지 박리 공정을 나타내는 모식도.
도 10은 제2 연삭 공정을 나타내는 모식도.

도 1에 나타내는 본 발명의 사파이어 기판의 평탄 가공 방법(10)은, 이하의 순서를 갖는다. 최초에, 사파이어 기판 절취 공정(11)에서, 와이어 소우를 사용하여, 사파이어 단결정 잉곳으로부터 사파이어 기판을 절취한다. 다음에, 열 처리 공정(12)에서, 절취한 사파이어 기판을 열 처리한다. 다음에, 웨이퍼 배치 공정(13)에서, 열 처리한 사파이어 기판의 한쪽의 면(제1 면)을, 유지면을 갖는 스테이지 상에 액체 수지를 개재시켜 배치한다. 다음에, 수지 경화 공정(14)에서, 액체 수지를 경화시킨다. 다음에, 제1 연삭 공정(15)에서, 사파이어 기판의 반대측의 면(제2 면)을 연삭한다. 다음에, 수지 박리 공정(16)에서, 사파이어 기판의 제1 면에 점착되어 경화한 액체 수지를 박리한다. 다음에, 제2 연삭 공정(17)에서, 사파이어 기판의 제1 면을 연삭한다. 이하에서는, 각 공정의 상세에 대해서 설명한다.

(1) 사파이어 기판 절취 공정

와이어 소우를 이용하여 사파이어 단결정 잉곳으로부터 사파이어 기판을 절취하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 절취된 사파이어 기판(20a)의 양면(21a, 21b)에는, 가공 변형(22a, 22b)이나 주름(23a, 23b)이 있다. 또한, 사파이어 기판(20a)에는, 가공 변형(22a, 22b)이나, 내부의 잔류 응력(도시하지 않음)의 영향에 의해, 휘어짐이 발생하고 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 사파이어 기판(20a)의 두께 방향을 확대하여 표면의 요철을 강조하고 있다. 후술하는 도 4∼6 및 도 8∼10에 있어서도 동일하다.

(2) 열 처리 공정

도 3에 나타내는 열 처리 장치(60)는, 절취된 사파이어 기판(20a)이 배치되는 웨이퍼 랙(61)과, 웨이퍼 랙(61)의 주위를 둘러싸는 이너 튜브(62)와, 이너 튜브(62)와 연접하여 이너 튜브의 주위를 둘러싸는 아우터 튜브(63)와, 아우터 튜브(63)의 외측에 배치된 히터(64)와, 웨이퍼 랙(61)을 이너 튜브(62) 내에 출납하는 웨이퍼 랙 승강 기구(65)와, 이너 튜브(62) 내에 어닐링 가스를 공급하는 어닐링 가스 공급 기구(66)를 갖는다.

어닐링 가스는, 예컨대 산소 20％ 아르곤 80％의 혼합 가스나 공기 등이다. 어닐링 가스 공급 기구(66)에 의해 이너 튜브(62) 내에 공급된 어닐링 가스는, 웨이퍼 랙(61)에 수용된 복수의 사파이어 기판(20a)을 향하여 교반된 후, 아우터 튜브(63)를 통하여, 아우터 튜브(63)에 마련된 배기구(631)로부터 배출된다. 아우터 튜브(63)는, 히터(64)로부터 사파이어 기판(20a)을 오염시키는 물질이 내부에 침입하는 것을 차단한다. 또한, 아우터 튜브(63)에서 완전히 차단되지 않고 아우터 튜브(63) 내에 침입한 물질은, 어닐링 가스와 함께 배출된다.

열 처리 공정(12)에서는, 사파이어 기판(20a)을 웨이퍼 랙(61)에 싣고, 웨이퍼 랙 승강 기구(65)가, 사파이어 기판(20a)이 실린 웨이퍼 랙(61)을 이너 튜브(62) 내에 삽입한다. 그리고, 어닐링 가스 공급 기구(66)가 어닐링 가스를 이너 튜브(62) 내에 공급하고, 히터(64)가, 웨이퍼 랙(61)에 실린 사파이어 기판(20a)을 가열하여, 정해진 열 처리 온도로 정해진 시간의 열 처리를 한다. 이와 같이 하여, 사파이어 기판(20a)에 열 처리를 실시함으로써, 사파이어 기판(20a)의 내부의 잔류 응력을 제거한다. 또한, 열 처리에 의해, 사파이어 기판(20a)의 표면의 가공 변형(22a, 22b)도 어느 정도 제거된다. 열 처리 온도는, 예컨대, 섭씨 900도 이상 1650도 이하가 사파이어에 알맞은 온도이며, 바람직하다. 실험에서는, 섭씨 1400도에서 4시간, 혹은, 섭씨 1250도에서 4시간의 열 처리를 함으로써, 사파이어 기판 내부의 잔류 응력을 양호하게 제거할 수 있었다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 열 처리한 사파이어 기판(20b)은, 내부의 잔류 응력이 제거되고, 가공 변형(22a, 22b)도 어느 정도 제거되었기 때문에, 휘어짐이 저감되어 있다.

(3) 웨이퍼 배치 공정

도 5에 나타내는 바와 같이, 수지 피복 장치(30)의 스테이지(33)는, 수평인 유지면(331)을 가지고, 자외선을 투과하는 재료에 의해 형성되어 있다. 유지 수단(31)의 압박 패드(311)의 하면에 마련된 유지부(32)의 흡인면(321)에 사파이어 기판(20b)을 흡인하여 유지하고, 유지면(331)의 위에 배치한 필름(41)의 위에 적하한 액체의 자외선 경화 수지(42a)(액체 수지)의 위에, 사파이어 기판(20b)을 배치한다. 그리고, 압박 패드(311)에 의해, 사파이어 기판(20b)을 전체면 균등한 압박력으로 압박하여, 자외선 경화 수지(42a)를 확장시켜, 사파이어 기판(20b)의 제1 면(21a)의 전체면에 자외선 경화 수지(42a)가 도포된 상태로 한다. 그 후, 흡인면(321)으로부터의 흡인을 정지하여 사파이어 기판(20b)을 해방시키고, 유지 수단(31)을 상방으로 후퇴시킨다.

(4) 수지 경화 공정

도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이지(33) 및 필름(41)을 통해, UV 램프(34)로부터 자외선 경화 수지(42)에 하방으로부터 자외선을 조사하여, 자외선 경화 수지(42a)를 경화시킨다. 경화한 자외선 경화 수지(42b)의 하면에는, 유지면(331)을 기준으로 한 평탄면(421)이 형성된다.

(5) 제1 연삭 공정

도 7에 나타내는 연삭 장치(50)는, 사파이어 기판(20)을 유지하는 척 테이블(51)과, 척 테이블(51)을 회전 가능하게 지지하는 테이블 지지대(52)와, 척 테이블(51)에 유지된 사파이어 기판(20)의 표면을 연삭하는 연삭 유닛(53)과, 연삭 유닛(53)을 수직 방향으로 이동시키는 연삭 이송 수단(54)을 갖는다. 연삭 유닛(53)에는, 원환형으로 배치되며 회전 가능한 복수의 연삭 지석(531)을 구비하고 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 경화한 자외선 경화 수지(42b)가 부착하고 있지 않은 측의 제2 면(21b)을 위로 하여, 즉, 평탄면(421)을 아래로 하여, 자외선 경화 수지(42b)를 통해 필름(41)과 결합한 사파이어 기판(20c)을, 척 테이블(51)의 유지면(511)에 유지한다. 그리고, 연삭 이송 수단(54)이 연삭 유닛(53)을 강하시켜, 회전하는 연삭 유닛(53)의 연삭 지석(531)을 제2 면(21b)에 압박하여 제2 면(21b)을 연삭한다. 자외선 경화 수지(42b)의 피유지면은 평탄면(421)이기 때문에, 척 테이블(51)에 유지된 사파이어 기판(20c)이 사파이어 기판(20c)의 표면(21a)의 주름(23a)에 의해 교정되는 일없이, 제2 면(21b)을 평탄하게 연삭할 수 있다.

(6) 수지 박리 공정

다음에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제2 면(21b)을 연삭하여 평탄하게 한 사파이어 기판(20d)으로부터, 필름(41)을 박리하면, 경화한 자외선 경화 수지(42b)도, 필름(41)과 함께 박리되어, 제1 면(21a)이 노출된다.

(7) 제2 연삭 공정

도 9에 나타낸 자외선 경화 수지(42b)를 박리한 사파이어 기판(20d)을 뒤집고, 연삭되어 있지 않은 측의 제1 면(21a)을 위로 하여, 즉, 연삭에 의해 평탄화된 제2 면(21b)을 아래로 하여, 사파이어 기판(20d)을, 도 10에 나타내는 바와 같이 척 테이블(51)의 유지면(511)에 유지하며, 회전하는 연삭 유닛(53)의 연삭 지석(531)을 제1 면(21a)에 압박하여, 제1 면(21a)을 연삭한다. 제1 연삭 공정에 있어서 제2 면(21b)이 평탄하게 연삭되어 있고, 척 테이블(51)에 있어서의 유지에 의해 주름(23a)이 교정되는 일이 없기 때문에, 제1 면(21a)이 평탄하게 연삭된 사파이어 기판(20e)을 형성할 수 있다.

이와 같이, 사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판에 대하여, 열 처리를 실시함으로써, 사파이어 기판의 내부에 잔류한 잔류 응력을 제거한다. 이에 의해, 사파이어 기판의 휘어짐이 제거된다. 그 후, 사파이어 기판의 표면의 평탄화 가공을 함으로써, 사파이어 기판의 휘어짐에 의한 영향을 배제할 수 있어, 높은 평탄성을 확보할 수 있다.

이에 의해, 반도체 소자의 절연 기판으로서 적합한, 초평탄하며 동일 결정 방위를 갖는 테라스면 및 직선형이 규칙적인 스텝 사이트를 갖는 기판 표면을 얻을 수 있다.

또한, 열 처리 공정(12)에서 열 처리한 사파이어 기판(20b)에 대하여, 특허문헌 2에 기재된 1차 연삭 공정과 마찬가지로 양면 연삭을 실시하여도 좋다. 이에 의해, 양면의 가공 변형(22a, 22b)을 제거할 수 있기 때문에, 보다 높은 평탄성을 확보할 수 있다.

혹은, 특허문헌 2에 기재된 1차 연삭 공정에 의해, 사파이어 기판 절취 공정(11)에서 절취한 사파이어 기판(20a)의 양면을 연삭한 후, 열 처리 공정(12)에서 열 처리를 하여도 좋다. 이에 의해, 1차 연삭 공정에서 발생한 연삭 변형을 열 처리로 제거할 수 있다.

또한, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 주름 계측 공정 및 주름 복원 공정에 의해, 열 처리 공정(12)에서 열 처리한 사파이어 기판(20b)(혹은, 1차 연삭 공정에서 양면을 연삭한 사파이어 기판)의 표면(21b)의 주름(23b)을 계측하고, 스테이지 상에 배치한 사파이어 기판의 표면(21b)의 주름(23b)을 복원하고 나서, 수지 경화 공정(14)에서 자외선 경화 수지(42)를 경화시켜도 좋다. 이에 의해, 사파이어 기판의 주름이 교정된 상태로 자외선 경화 수지(42)에 압박된 경우라도, 주름을 복원할 수 있기 때문에, 보다 높은 평탄성을 확보할 수 있다.

10 사파이어 기판의 평탄 가공 방법 11 사파이어 기판 절취 공정
12 열 처리 공정 13 웨이퍼 배치 공정
14 수지 경화 공정 15 제1 연삭 공정
16 수지 박리 공정 17 제2 연삭 공정
20 사파이어 기판 21 표면
22 가공 변형 23 주름
30 수지 피복 장치 31 유지 수단
311 압박 패드 32 유지부
321 흡인면 33 스테이지
331, 511 유지면 34 UV 램프
41 필름 42 자외선 경화 수지
421 평탄면 50 연삭 장치
51 척 테이블 52 테이블 지지대
53 연삭 유닛 531 연삭 지석
60 열 처리 장치 61 웨이퍼 랙
62 이너 튜브 63 아우터 튜브
631 배기구 64 히터
65 웨이퍼 랙 승강 기구 66 어닐링 가스 공급 기구

Claims

사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판의 평탄 가공 방법으로서,
사파이어 단결정 잉곳으로부터 절취한 사파이어 기판을 열 처리하는 열 처리 공정과,
상기 열 처리 공정을 거친 사파이어 기판의 제1 면을, 유지면을 갖는 스테이지 상에 액체 수지를 개재하여 배치하는 웨이퍼 배치 공정과,
상기 웨이퍼 배치 공정 후, 상기 액체 수지를 경화시키는 수지 경화 공정과,
상기 수지 경화 공정 후, 사파이어 기판의 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 연삭하는 제1 연삭 공정과,
상기 제1 연삭 공정 후, 상기 제1 면에 점착되는 경화한 상기 액체 수지를 박리하는 수지 박리 공정과,
상기 수지 박리 공정 후, 사파이어 기판의 상기 제1 면을 연삭하는 제2 연삭 공정
을 포함하는 사파이어 기판의 평탄 가공 방법.