KR20150073214A - 연마물의 제조 방법 - Google Patents

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가즈마사 기타무라
도모키 나가에
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

연삭 장치(10)는, 장치 전체를 제어하는 컨트롤러(11)와, 연삭 모터(14)와, 연삭 모터(14)에 의해 회전되는 대금(臺金: base metal)(15)과, 대금(15)에 고정된 연삭 지석(16)을 구비하고 있다. 연삭 공정에서는, 이 연삭 장치(10)를 이용하여, 주속(周速) 10 m/s 이하로 회전시킨 연삭 지석(16)에 의해 피연마물(18)의 표면(19)을 연삭한다. 이 연삭 공정에서는, 주속 0.5 m/s 이상으로 회전시킨 연삭 지석(16)에 의해 피연마물(18)의 표면(19)을 연삭하는 것이 바람직하다. 이 연삭 공정에서는, 상기 피연마물로서 알루미나, 사파이어, 탄화규소 및 질화갈륨의 표면을 연삭한다. 또한, 연삭 후의 상기 피연마물을 지립으로 연마하는 래핑 공정을 포함하는 것으로 해도 좋다.

Description

연마물의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING POLISHED ARTICLE}
본 발명은 연마물의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 기판의 연삭 방법으로서는, 대금(臺金: base metal)을 구비하고, 평형벽(balance wall)이 대금의 외주부이며 환형 외주벽이 돌출된 면과는 반대측의 면으로부터 그 환형 외주벽과는 반대 방향으로 돌출되어 설치되어 있는 평면 연삭 가공용 지석에 의해, 반도체 기판의 표리면을 연삭하여, 반도체 기판을 원하는 두께로 하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이에 의하면, 고속 회전 구동되었다고 해도 대금의 변형이 억제되어, 연삭 품질이나 연삭 정밀도가 유지되는 평면 연삭 가공용 지석을 제공할 수 있다고 하고 있다.
일본 특허 공개 제2005-271160호 공보
그런데, 이 특허문헌 1에 기재된 연삭 방법 등에서는, 1500 rpm∼10000 rpm 등의 고속 회전으로, 가능한 한 단시간의 연삭 처리를 행하고, 그 후의 연마 공정에 의해, 보다 평활도를 높이는 처리를 행한다. 이러한 연삭 공정에서는, 표면에 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등이 발생하여, 얻어진 기판은 표면 거칠기가 거친 것이었다. 이에 대해서는, 그 후의 연마 공정에 의해, 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등을 제거함으로써 대처할 수 있다. 그러나, 연마 공정은, 매우 시간이 걸려, 연삭 및 연마 공정을 종료할 때까지의 처리 시간이 길다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 연삭 공정의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있는 연마물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있는 연마물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 주목적을 달성하기 위해서 예의 연구한 결과, 본 발명자들은 처리 시간을 토탈로 고려하여, 연삭 공정의 처리를 재검토함으로써, 연삭 공정의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연삭 및 연마 공정의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 연마물의 제조 방법은, 피연마물을 처리하여 연마물을 제조하는 방법으로서, 주속(周速) 10 m/s 이하로 회전시킨 지석에 의해 상기 피연마물의 표면을 연삭하는 연삭 공정을 포함하는 것이다.
본 발명의 연마물의 제조 방법은, 연삭 공정의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연삭 및 연마 공정의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있다. 그 이유는, 연삭 공정에 있어서, 종래에 행하는 일이 없었던, 보다 저속의 연삭 처리를 행함으로써, 가공에 의해 발생하는 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등의 생성을 보다 억제할 수 있기 때문이다. 그 결과, 연삭 공정에서의 처리 시간은 길어지지만, 연삭 공정 후의 연마 공정에 요하는 시간을 크게 단축시킬 수 있어, 연삭 및 연마 공정에서의 처리 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 기판 가공 처리의 일례를 도시한 흐름도.
도 2는 본 실시형태의 연삭 장치(10)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도.
도 3은 본 실시형태의 래핑 가공 장치(20)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도.
도 4는 본 실시형태의 CMP 장치(30)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 연삭 후의 표면 화상.
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태인 기판 가공 처리의 일례를 도시한 흐름도이다. 도 2는 본 실시형태의 연삭 장치(10)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도이다. 도 3은 본 실시형태의 래핑 가공 장치(20)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도이다. 도 4는 본 실시형태의 CMP(chemical mechanical polishing) 장치(30)의 구성의 일례의 개략을 도시한 구성도이다.
본 실시형태의 연마물의 제조 방법에서는, 원기둥형의 잉곳을 절단하여 원반형의 피연마물을 얻는 절단 공정(단계 S100)과, 절단하여 얻어진 피연마물을 연삭하는 연삭 공정(단계 S110)과, 연삭한 피연마물을 연마하는 래핑 공정(단계 S120)과, 또한 화학적인 처리도 가하여 연마하는 CMP 공정(단계 S130)과, 표면 세정을 행하는 세정 공정(단계 S140)을 포함하여, 연마 처리를 실시한 연마물을 얻는다. 여기서는, 연삭 공정, 래핑 공정, CMP 공정에 대해 주로 설명한다. 한편, 래핑 공정이나, CMP 공정 등은 적절히 생략해도 좋고, 이들 이외의 공정, 예컨대 폴리싱 공정 등을 적절히 추가하는 것으로 해도 좋다.
피연마물(18)은, 예컨대, 각종 반도체 웨이퍼나, 단결정 웨이퍼 등을 포함하며, 실리콘, 산화규소, 알루미나, 사파이어, 탄화규소나, 질화갈륨, 인산갈륨, 비소갈륨, 인화인듐, 니오브산리튬, 탄탈산리튬 등의 화합물 반도체를 포함한다.
(연삭 공정)
연삭 공정에서는, 도 2에 도시한 연삭 장치(10)를 이용하여 피연마물(18)(기판)을 연삭한다. 연삭 장치(10)는, 장치 전체를 제어하는 컨트롤러(11)와, 연삭 모터(14)와, 연삭 모터(14)에 의해 회전되는 대금(15)과, 대금(15)에 고정된 연삭 지석(16)을 구비하고 있다. 이 연삭 장치(10)의 연삭 기구(12)는, 연삭 지석(16)을 축 회전시키고, 도시하지 않은 고정판에 고정한 피연마물(18)을 축 회전시켜, 연삭 지석(16)에 의해 피연마물(18)을 연삭하는 인피드 가공(infeed machining)을 실행하는 기구로서 구성되어 있다. 이 연삭 장치(10)에서는, 저속 회전 영역, 예컨대 연삭 지석(16)이 10 rpm 이상 2000 rpm 미만의 회전 영역에서 회전할 때에 충분한 토크를 출력할 수 있는 연삭 모터(14)를 구비하고 있다. 컨트롤러(11)는, 소정의 회전수로 회전하도록 연삭 모터(14)를 구동 제어한다.
연삭 공정에서는, 주속 10 m/s 이하로 회전시킨 연삭 지석(16)에 의해 피연마물(18)의 표면(19)을 연삭한다. 이렇게 하면, 연삭 공정의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연삭 및 연마 공정의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있다. 이 연삭 공정에서는, 주속 0.5 m/s 이상으로 회전시킨 연삭 지석(16)에 의해 피연마물(18)의 표면(19)을 연삭하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 연삭 공정에서의 시간의 장기화를 보다 억제하여, 연삭 및 연마 공정의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있어 바람직하다. 이 연삭 공정에 있어서, 연삭 지석(16)의 회전수는, 예컨대, 1000 rpm 이하로 하는 것이 바람직하고, 800 rpm 이하로 하는 것이 바람직하다. 연삭 공정에 있어서의 절입량은, 연삭 지석(16)의 주속에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 예컨대, 0.1 ㎛/min∼50 ㎛/min의 범위가 바람직하고, 0.5 ㎛/min∼40 ㎛/min의 범위가 보다 바람직하며, 1 ㎛/min∼30 ㎛/min의 범위가 더욱 바람직하다.
여기서, 연삭 공정에 대해 설명한다. 연삭 공정에서는, 일반적으로, 임계 절입 깊이 Dc값보다 지립 절입 깊이를 작게 하여 행해진다. 이 임계 절입 깊이 Dc값은, 경취(硬脆) 재료의 연성(延性) 모드 가공을 행하는 경우에 있어서의, 변형 과정이 취성으로부터 연성으로 천이하는 점의 절입량을 말한다. 지립 절입 깊이는, 지석의 주속(즉 회전수)과 반비례 관계에 있으며, 지립 절입 깊이를 작게 하기 위해서는 지석의 주속을 올릴 필요가 있다. 그러나, 지석의 주속을 올리면 지립에 대한 부하는 감소하여, 지립은 마멸 마모하기 쉬워진다. 일반적인 재료에서는, 지립의 마멸 마모는 적어 문제가 되지 않으나, 특히 고경도재에서는 지립의 마멸 마모가 심해져서, 가공 품질이 저하되는 경우가 있다. 본 발명에서는, 지석의 주속을 보다 저감함으로써, 지립의 마멸 마모를 보다 억제하는 것이다.
연삭 공정에서 이용하는 연삭 지석(16)은, 예컨대, 산화물, 탄화물, 질화물 및 다이아몬드 등의 지립을 굳힌 것을 이용할 수 있다. 이 연삭 지석(16)은, 결합제에 장석(長石) 등의 점토류를 이용하여 고온에서 소성하는 비트리파이드 본드, 금속으로 고정화하는 메탈 본드, 페놀, 포르말린계 등의 합성 수지를 이용하여 저온에서 소성하는 레진 본드 등을 들 수 있다. 연삭 장치(10)에서는, 종래에 없는 저주속으로 연삭 지석(16)을 회전시키기 때문에, 그 경도나 기공률 등을 적절히 조정한 것을 이용한다. 예컨대, 연삭 지석(16)은, 지립을 도금층으로 고정하는 전착 지립으로 해도 좋다.
(래핑 공정)
래핑 공정에서는, 도 3에 도시한 래핑 가공 장치(20)를 이용하여 피연마물(18)을 래핑 가공한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 래핑 가공 장치는, 상정반(上定盤; 22)과, 이 상정반(22)에 대향하도록 배치되며, 회전하는 하정반(下定盤; 23)과, 이들 사이에 끼워지는 원반 형상의 캐리어(24)를 갖는다. 캐리어(24)의 하면에 피연마물(18)을 배치하고 상정반(22)과 하정반(23) 사이에 피연마물(18)을 끼운채 지립으로 연마하여 평탄성을 높인다.
(CMP 공정)
CMP 공정에서는, 도 4에 도시한 CMP 장치(30)를 이용하여 피연마물(18)을 화학 기계 연마한다. 도 4에 도시한 바와 같이, CMP 장치(30)는, 정반(32), 연마 헤드(33), 슬러리 공급 장치(34)를 구비한다. 정반(32)에는, 연마 패드(40)가 부착되어 있다. 슬러리 공급 장치(34)로부터는, 슬러리가 연마 패드(40) 상에 공급되고, 정반(32)이 회전하며, 연마 헤드(33)가, 연마 패드(40) 상에 배치된 피연마물(18)을 연마 패드(40)에 대해 밀어붙이면서 정반(32)과 동일한 방향으로 회전함으로써, 피연마물(18)의 표면(19)을 화학적 및 기계적으로 연마한다. 슬러리는, CMP 장치(30)의 슬러리 공급 장치(34)로부터, 연마 패드(40)의 표면 상에 공급한다. 슬러리는, 연마재, 산, 산화제, 계면 활성제 및 물을 포함한다. 연마재로서 콜로이달실리카, 흄드 실리카(fumed silica), 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 다이아몬드 및 이들의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 또한, 산화제로서는, 과산화물, 질산염 등을 이용할 수 있다. 또한, 슬러리에는, pH 조정제를 포함해도 좋다. pH 조정제는, 슬러리의 pH를 원하는 값으로 조정하기 위해서 산성 물질 또는 염기성 물질을 적절히 사용한다.
이상 설명한 실시형태의 연마물의 제조 방법에 의하면, 연삭 공정의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연삭 및 연마 공정의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있다. 그 이유는, 연삭 공정에 있어서, 종래에 행하는 일이 없었던, 보다 저속의 연삭 처리를 행함으로써, 가공에 의해 발생하는 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등의 생성을 보다 억제할 수 있기 때문이다. 그 결과, 연삭 공정에서의 처리 시간은 길어지지만, 연삭 공정 후의 연마 공정에 요하는 시간을 크게 단축시킬 수 있어, 연삭 및 연마 공정에서의 처리 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
실시예
이하에는, 연마물을 구체적으로 제조한 예를 실시예로서 설명한다. 한편, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
[연삭 장치의 제작]
저속으로 회전하는 연삭 모터(14)를 구비한 연삭 장치는 그 요망이 없어, 장치로서 존재하지 않았기 때문에, 전술한 연삭 장치를 제작하였다. 연삭 지석을 주속 10 m/s 이하로 회전 구동시켰을 때에 충분한 토크(예컨대, 20 N·m∼60 N·m)가 발생하는 연삭 모터를 이용하고, 주속 10 m/s 이하로 연삭 모터를 회전 구동시키는 컨트롤러를 이용하여, 연삭 장치를 제작하였다.
[실시예 1]
고순도 알루미나의 단결정 웨이퍼를 준비하고, 도 2에 도시한 연삭 장치에 의해, 연삭 공정을 행하였다. 연삭 공정에서는, 직경 150 ㎝의 연삭 지석을 이용하여, 주속 10 m/s(회전수 1000 rpm)로 회전시켜, 피연마물인 알루미나 웨이퍼의 연삭 가공을 행하였다. 이때, 절입량은 30 ㎛/min으로 하였다. 또한, 연삭 지석은, 유리를 주성분으로 하는 비트리파이드 본드 지석을 이용하였다.
(래핑 공정)
상기 연삭한 웨이퍼에 대해, 래핑 가공을 행하였다. 래핑 가공은, 상기 도 3에 도시한 래핑 가공 장치(20)를 이용하고, 상정반의 회전수를 60 rpm으로 하고, 하정반의 회전수를 60 rpm으로 하며, 3시간, 지립을 다이아몬드로 하여 처리를 행하였다.
[비교예 1]
연삭 지석을 주속 15 m/s(회전수 1500 rpm)로 회전시키고, 절입량을 60 ㎛/min으로 하며, 래핑 시간을 9시간으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 처리를 행한 것을 비교예 1로 하였다.
[실시예 2∼3]
피연마물을, 사파이어 웨이퍼, GaN 웨이퍼로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 처리를 행한 것을 각각 실시예 2∼3으로 하였다.
[비교예 2∼3]
피연마물을, 사파이어 웨이퍼, GaN 웨이퍼로 한 것 이외에는, 비교예 1과 동일한 처리를 행한 것을 각각 비교예 2∼3으로 하였다.
(표면 거칠기 Ra 측정)
실시예 1∼4 및 비교예 1의 표면 거칠기 Ra를 측정하였다. 측정은 JIS-B0601-2001에 준하여 행하였다.
(결과와 고찰)
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 연삭 후의 표면 화상이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 연삭 후의 표면 거칠기 Ra는, 비교예 1에서는 0.5 ㎛인 데 비해, 실시예 1에서는 0.01 ㎛로, 표면 거칠기가 향상되어 있었다. 또한, 가공에 의해 발생하는 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등의 생성이 억제되어 있는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 연삭 및 래핑 공정의 종료까지의 토탈 시간은, 비교예 1에서는 9.5시간인 데 비해, 실시예 1에서는 4.0시간으로, 실시예 1에서는 전체의 처리 시간이 짧아지는 것이 명백해졌다. 실시예 2∼3에 대해서도 마찬가지이며, 각각 표면 거칠기 Ra가 0.01 ㎛ 및 0.01 ㎛로, 비교예 2∼3의 각각 0.1 ㎛ 및 0.2 ㎛에 비해 표면 거칠기 Ra가 향상되어 있었다. 또한, 실시예 2∼3에서는, 연삭 공정과 래핑 공정의 전체에서, 처리 시간이 각각 4시간 및 7시간으로, 비교예 2∼3의 각각 8시간 및 15시간에 비해, 전체의 처리 시간이 짧아졌다. 이와 같이, 연삭 공정에 있어서, 종래에 행하는 일이 없었던, 보다 저속의 연삭 처리를 행함으로써, 가공에 의해 발생하는 일그러짐, 변질층, 마이크로 크랙 등의 생성을 보다 억제할 수 있고, 그 결과, 연삭 공정에서의 처리 시간은 길어지지만, 연삭 공정 후의 래핑 공정에 요하는 시간을 크게 단축시킬 수 있어, 연삭 및 연마 공정에서의 처리 시간을 보다 단축시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
본 출원은 2013년 10월 2일에 출원된 일본국 특허 출원 제2013-206888호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 피연마물의 연마 방법은, 반도체 웨이퍼 등의 피연마물의 표면의 연마에 이용할 수 있다.
10: 연삭 장치 11: 컨트롤러
12: 연삭 기구 14: 연삭 모터
15: 대금 16: 연삭 지석
18: 피연마물 19: 표면
20: 래핑 가공 장치 22: 상정반
23: 하정반 24: 캐리어
30: CMP 장치 32: 정반
33: 연마 헤드 34: 슬러리 공급 장치
40: 연마 패드

Claims (4)

  1. 피연마물을 연마하여 연마물을 제조하는 방법으로서,
    주속(周速) 10 m/s 이하로 회전시킨 지석에 의해 상기 피연마물의 표면을 연삭하는 연삭 공정을 포함하는 연마물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연삭 공정에서는, 주속 0.5 m/s 이상으로 회전시킨 지석에 의해 상기 피연마물의 표면을 연삭하는 것인 연마물의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연삭 공정에서는, 상기 피연마물로서 알루미나, 사파이어, 탄화규소 및 질화갈륨의 표면을 연삭하는 것인 연마물의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연삭 후의 상기 피연마물을 지립으로 연마하는 래핑 공정을 포함하는 것인 연마물의 제조 방법.
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