KR20150115900A - 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트 - Google Patents

단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트 Download PDF

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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

이 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법에서는, 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물이 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행한다.

Description

단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트{SURFACE-PROCESSING METHOD FOR MONOCRYSTALLINE SiC SUBSTRATES, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND GRINDING PLATE FOR SURFACE-PROCESSING OF MONOCRYSTALLINE SiC SUBSTRATES}
본 발명은 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트에 관한 것이다.
본원은 2013년 2월 13일에 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2013-026081호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
반도체 재료인 SiC(탄화 규소)는 현재 널리 디바이스용 기판으로서 사용되고 있는 Si(규소)에 비하여 밴드 갭이 넓은 점에서, 단결정 SiC 기판을 사용해서 파워 디바이스, 고주파 디바이스, 고온 동작 디바이스 등을 제작하는 연구가 행하여지고 있다.
상기 단결정 SiC 기판은, 예를 들어 승화법으로 제조된 단결정 SiC 잉곳을 절단하고, 그 후, 양면을 경면 가공함으로써 형성된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
절단된 기판에는 휨, 굴곡이나 가공 변형이 존재하며, 예를 들어 다이아몬드 지립에 의한 연삭 가공으로 이들을 경감시킨 다음 CMP(케미칼 메카니칼 폴리싱)로 경면화하는 일이 행하여지고 있다. 그러나, CMP의 가공 속도는 작기 때문에, CMP 전의 가공 변형층 깊이를 가능한 한 작게 할 것이 절실히 요망되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
SiC 등의 비산화물 세라믹스의 경면 가공에는 메카노 케미칼 폴리싱 기술이 있다. 예를 들어 비특허문헌 2에는, 평균 입경 0.5㎛인 산화 크롬 지립을 아크릴로니트릴이나 페놀 등의 수지로 성형한 폴리싱 디스크 상에서 건식 연마하는 방법과 단결정 SiC의 가공 결과가 개시되어 있다.
일본 특허 제4499698호 공보
기도 다카노리, 홋타 가즈토시, 가와타 겐지, 나가야 마사타케, 마에다 히로토, 데구치 요시히로, 마쓰다 쇼고, 다케다 아츠노리, 다카나베 고이치, 나카야마 도모히로, 가토 도모히사: SiC 및 관련 와이드 갭 반도체 연구회 제21회 강연 예고집, P72-73 스가 다다토모: 기계와 공구, 35, 92-96(1991)
그러나, 비특허문헌 2에 개시된 방법에서는, 작은 단결정 시료에 0.34MPa라는, 양산 공정에서는 현실적이지 않은 가공 하중을 필요로 하고 있어, 6인치 직경을 타깃으로 한 현재의 SiC 파워 반도체의 실용화를 위한 시도에 적용할 수 있는 것이 아니었다. 또한, 여기에서 개시되는 폴리싱 디스크는 소위 레진 본드의 지석으로, 미소한 흠집의 발생을 피할 수 있는 것이 아니었다.
따라서, 비특허문헌 2에 개시된 방법에 기초하여, 현재, 디바이스에 사용 가능한 경면을 갖는 단결정 SiC 기판의 양산에 사용할 수 있는 경면 가공 방법을 개발하기 위해서는, 적어도 가공 하중의 문제와 미소한 흠집의 발생 문제를 해결할 필요가 있었다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명자는 예의 검토를 거듭하여, 적어도 이하에 개시하는 복수의 스텝을 거쳐서, 본 발명에 상도하였다.
비특허문헌 2에서는, 가공의 메커니즘으로서 산화 크롬을 촉매로 하여 시료 표면이 산화되고, 지립에 의해 제거됨으로써 가공이 진행된다고 하는 메카노 케미칼 작용이 주된 메커니즘으로 예상된다고 개시되어 있다. 본 발명자는 메카노 케미칼 작용의 내용에 더 깊은 고찰을 행한 결과, 이하의 메커니즘에 도달하였다. 즉, 밴드 갭을 갖는 재료로 구성되는 지립이 피가공물과의 기계적 미끄럼 이동에 의해 에너지가 부여되고, 지립 표면의 전자가 여기되어서 전자 정공쌍이 발생한다. 이에 의해, 광 촉매 재료로 설명되는 내용과 마찬가지의 기구로 슈퍼옥시드 음이온, 히드록실래디칼, 또는 원자 형상 산소와 같은 매우 산화력이 강한 활성종이 발생하여 시료 표면을 산화시킨다고 하는 것이다. 피가공물이 단결정 SiC인 경우, 산화 생성물은 SiO2·nH2O와 CO 또는 CO2라고 상정되고, SiO2·nH2O가 지립에 의해 제거됨으로써 단결정 SiC 기판의 표면을 경면으로 가공할 수 있다고 생각하였다. 본 명세서에서 이 작용을 트라이보 촉매 작용이라고 정의한다.
본 발명에서는, 이 트라이보 촉매 작용을 갖는 지립을 사용함으로써, 다이아몬드 지립 등을 사용한 기계적인 제거 작용에 기초하여 연삭 시에 발생하는 단결정 SiC 기판 표면의 흠집의 저감을 도모하기로 하였다.
트라이보 촉매 작용에서는, 기계적 에너지를 지립에 효율적으로 부여하고, 전자 정공쌍을 대량으로 생기게 하는 것이 중요하다. 전자 정공쌍의 대부분은 활성종 생성에 기여하지 않고 재결합해서 소멸되어 버리기 때문에, 활성종 생성의 확률을 증대시키는 것이 필요해진다.
본 발명에서는, 대구경의 단결정 SiC 기판의 가공을 용이하게 양산에 적용하기 위해, 대구경의 단결정 SiC 기판을 연삭 장치에 장착해서 사용할 필요가 있다. 연삭 장치를 사용해서 지립의 트라이보 촉매 작용을 이용한 가공을 행하는 것은, 지금까지 전혀 행하여지지 않았으므로, 트라이보 촉매 작용이 효과적으로 발현되는 연삭 조건을 새롭게 탐색하였다. 그 결과, 지립의 종류, 입경의 선정, 쿨런트의 종류, 공급 속도, 연삭 플레이트의 회전 속도 등에서 적절한 범위가 있음을 알아내었다.
또한, 종래, 연삭 장치용 연삭 플레이트로서 일반적으로 사용되고 있는 본드재로 굳힌 소위 지석을 제작해서 사용한 경우, 미소한 흠집의 발생은 트라이보 촉매 작용을 이용한 가공에서도 불가피함을 알게 되었다.
이에 예의 검토한 결과, 지금까지의 연삭 장치에는 전혀 적용되지 않았던 CMP용 패드를 연삭 플레이트의 기체로서 이용하는 것에 상도하였다.
또한, 트라이보 촉매 작용을 갖는 재료는 여러가지가 있으며, 예를 들어 다이아몬드나 SiC 등도 밴드 갭을 갖는 재료이기 때문에 트라이보 촉매 작용을 나타낸다. 그러나, 이들 재료는 단결정 SiC보다도 부드럽지 않기 때문에, 단결정 SiC 가공면에 흠집을 내버리므로 부적절하다.
따라서, 본 발명에서는 연마 시에 단결정 SiC 가공면에 생기는 흠집을 저감시키기 위해서, 지립으로서는 단결정 SiC보다도 부드러운 것을 사용하기로 하였다.
본 발명은 기존의 연삭 장치를 사용함으로써 양산 공정에 적용 가능하며, 미소한 흠집의 발생을 억제할 수 있는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
(1) 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
(2) 쿨런트로서 순수를 사용하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
(3) 쿨런트를 사용하지 않거나, 또는 쿨런트로서 사용하는 순수의 공급 속도가 0ml/min 초과 내지 100ml/min 이하인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
(4) 피가공물 테이블의 회전 방향이 연삭 플레이트의 회전 방향과 역방향이며, 경질 패드는 세그먼트화된 것으로, 피가공물 테이블의 회전 속도가 30rpm 내지 300rpm인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
(5) 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 제조 방법.
(6) 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(7) 상기 금속 산화물이 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 철, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 주석으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(8) 상기 금속 산화물이 적어도 산화 세륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(9) 상기 지립의 비표면적이 0.1㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(10) 상기 연질 패드가 부직포계 또는 스웨이드계인 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(11) 상기 경질 패드가 발포 폴리우레탄계인 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(12) 상기 지립을 결합제 및／또는 접착제로 고정시킨 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
(13) 상기 지립의 고정은 고정 지립 필름을 경질 패드에 부착함으로써 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (12) 중 어느 한 항의 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
본 명세서에서, 「단결정 SiC 기판」이라는 말은 표면 연삭 전, 표면 연삭 중 및 표면 연삭 후의 어느 것에 대해서도 공통으로 사용된다.
본 발명에 따르면, 기존의 연삭 장치를 사용함으로써 양산 공정에 적용 가능하며, 미소한 흠집의 발생을 억제할 수 있음과 함께 신속히 경면을 얻는 것이 가능한 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연삭 플레이트의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 연삭 플레이트를 사용하는 표면 연삭 장치의 일례의 구조의 일부를 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서의 가공 전의 단결정 SiC 잉곳 표면의 광학 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에서의 가공 후의 단결정 SiC 잉곳 표면의 광학 현미경 사진이다.
이하, 본 발명을 적용한 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트에 대해서, 도면을 사용하여 그 구성을 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용하는 도면은, 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해서 편의상 특징으로 되는 부분을 확대해서 도시하는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제와 동일하다고는 할 수 없다. 또한, 이하의 설명에서 예시되는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은 그들에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경해서 실시하는 것이 가능하다.
(단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트)
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트의 일례를 도시하는 모식도이며, (a)는 단면도, (b)는 평면도이다.
도 1에 도시하는 연삭 플레이트(10)는 평탄면을 갖는 베이스 메탈(1)과, 그 위에 연질 패드(2), 경질 패드(3)가 순서대로 부착되고, 경질 패드(3)의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립(도시 생략)이 고정되어 있다.
이 예에서는, 연질 패드(2)와 경질 패드(3)는 점착 시트(4)를 개재해서 부착되고, 경질 패드(3)는 직각 삼각형 형상으로 세그먼트화된 8매(3a)에 의해 구성되어 있다. 또한, 베이스 메탈(1)은 연삭 장치에 나사로 고정하기 위한 나사 구멍(1a)을 갖는다. 이 경우, 순수 등의 쿨런트를 사용할 때의 연질 패드의 흡수 방지와 경질 패드 부착의 안정화를 위해서, 점착 시트(4)를 사용한다. 그러나, 사용하지 않고 경질 패드(3)를 연질 패드(2)에 직접 부착해도 된다.
또한, 이 예에 도시하는 바와 같이, 연질 패드(2)와 점착 시트(4)는 나사 구멍(1a)에 절삭 칩이나 쿨런트의 침입을 방지하기 위한 덮개를 덮을 목적으로, 나사 구멍(1a)에 상당하는 부분에 구멍을 갖지 않은 형태로 사용해도 된다.
밴드 갭을 갖는 지립은, 단결정 SiC 기판의 표면 연삭 중에 피가공물과의 기계적 미끄럼 이동에 의해 에너지가 부여됨으로써, 지립 표면의 전자가 여기되어서 전자 정공쌍이 발생하고, 슈퍼옥시드 음이온, 히드록실래디칼, 또는 원자 형상 산소와 같은 매우 산화력이 강한 활성종이 발생하여 시료 표면을 산화시킨다. 그리고, 시료 표면의 산화에 의해 발생한 SiO2·nH2O가 지립에 의해 제거됨으로써 단결정 SiC 기판의 표면을 가공할 수 있다고 하는 트라이보 촉매 작용을 발생시킨다.
트라이보 촉매 작용을 발생시키는 밴드 갭을 갖는 재료로서, 특히 금속 산화물은 모두 단결정 SiC보다도 부드러운 재료이다. 또한, 대부분의 금속 산화물은 밴드 갭을 갖는 재료이며, 지립이나 안료, 광 촉매 그 밖의 용도로 트라이보 촉매 작용을 갖는 분말을 공업적으로 입수할 수 있으므로, 바람직하게 사용할 수 있다.
공업적 입수의 용이함과 밴드 갭을 갖는 재료이기 때문에, 트라이보 촉매 작용을 가짐을 감안하여, 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 철, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 주석으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물 분말이 보다 바람직하다.
가장 바람직하게 사용할 수 있는 금속 산화물 분말은, 공업적 입수의 용이함, 밴드 갭을 갖는 반도체 재료이기 때문에, 트라이보 촉매 작용을 발휘하는 성능을 감안하여, 산화 세륨이다.
지립은 SiO2·nH2O를 제거하는 능력을 구비할 필요가 있기 때문에, 어느 정도의 1차 입자 직경을 가질 필요가 있다. 그러나, 1차 입자 직경이 큰 것은 비표면적이 작아지고, 광 촉매 작용과 마찬가지로 트라이보 촉매 작용도 효율적으로 발휘할 수 없게 되기 때문에 적정한 범위가 있다. 즉, 지립의 기계적 제거 능력은, 입경이 큰, 즉 비표면적이 작은 쪽이 유리하다. 한편, 트라이보 촉매 작용은 일반의 촉매 작용과 마찬가지로 표면이 관여하므로, 비표면적이 큰 쪽이 그 효과가 높다. 따라서, 양자의 균형이 잡힌 영역이 적정한 범위가 된다.
지립의 비표면적은 0.1㎡/g 내지 300㎡/g인 것이 바람직하다. 0.1㎡/g보다 작으면 트라이보 촉매 작용을 효율적으로 발휘할 수 없을 우려가 있기 때문이며, 300㎡/g보다 크면, SiO2·nH2O를 효율적으로 제거할 수 없을 우려가 있기 때문이다.
지립의 비표면적은 0.5㎡/g 내지 200㎡/g인 것이 보다 바람직하다. 0.5㎡/g 이상으로 함으로써, 트라이보 촉매 작용을 보다 효율적으로 발휘할 수 있게 되고, 200㎡/g 이하로 함으로써, SiO2·nH2O를 보다 효율적으로 제거할 수 있기 때문이다.
지립의 비표면적은 1㎡/g 내지 100㎡/g인 것이 더욱 바람직하다. 1㎡/g 이상으로 함으로써, 트라이보 촉매 작용을 더 효율적으로 발휘할 수 있게 되고, 100㎡/g 이하로 함으로써, SiO2·nH2O를 더 효율적으로 제거할 수 있기 때문이다.
이 연삭 플레이트는 베이스 메탈을 구비하고 있으므로, 연삭 장치로 사용하기 위해서 연삭 장치에 장착하는 것이 가능하다.
베이스 메탈으로서는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 그 재료가 실민 등의 알루미늄 합금인 것을 사용할 수 있다.
이 베이스 메탈은 피가공물과 상대하는 방향으로 평탄면을 갖고 있으며, 연삭 플레이트는 이 평탄면 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 구조이다. 이러한 구조를 구비함으로써, 표면 기준의 가공, 즉 이 피가공물의 피가공면을 기준면으로 하고, 그 면으로부터 균일하게 피가공물의 표면을 평탄하게 하는 가공이 가능하며, 또한 피가공물인 단결정 SiC 기판의 표면에 발생하는 흠집을 최소한으로 억제할 수 있다.
연질 패드는 부직포계 또는 스웨이드계의 것으로 할 수 있다.
경질 패드는 발포 폴리우레탄계의 것으로 할 수 있다.
연삭 플레이트의 가공에 관여하는 최표면에는, 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정되어 있다. 이 지립은, 결합제나 접착제를 사용해서 경질 패드 표면에 고정한 것으로 할 수 있다.
또한, 지립의 고정은 시판되고 있는 고정 지립 필름을 경질 패드에 부착함으로써 행할 수 있다.
(단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법은, 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 것이다.
연삭 플레이트를 장착하는 연삭 장치로서는 공지된 연삭 장치를 사용할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 연삭 플레이트를 장착하는 연삭 장치의 일례의 단결정 기판을 연삭하는 부분의 구조를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 연삭 플레이트(10)는 구동부(11)에 장착되고, 구동부는 모터 벨트에 의해 회전한다. 단결정 SiC 기판(12)은 진공 척 장치(도시하지 않음)에 의해 진공 흡착에 의해 피가공물 테이블(13)에 고정된다. 기판 유지부(14)가 피가공물 테이블(13)과 함께 회전하면서, 연삭 플레이트 방향으로 보내어짐으로써 기판의 연삭이 행하여진다.
연삭 조건을 적절히 선정함으로써, 단결정 SiC에 대한 상기 연삭 플레이트의 트라이보 촉매 작용을 확실히 나타나게 함으로써, 산화 생성물을 생기게 할 수 있다.
연삭 플레이트의 회전 속도는 300rpm 내지 3000rpm이 바람직하다. 300rpm보다 작으면 지립에 부여되는 기계적 에너지가 너무 작아서 트라이보 촉매 작용이 나타나지 않을 우려가 있기 때문이며, 3000rpm보다 크면 발열이나 장치 진동 등의 문제를 무시하지 못하게 될 우려가 있기 때문에다. 연삭 장치에 트라이보 촉매 작용을 갖는 연삭 플레이트를 적용한 예는 지금까지 없었기 때문에, 기존의 연삭 장치의 사양 내에서 트라이보 촉매 작용이 발현될지 여부는 명확하지 않았다. 예의 검토한 결과, 일반적인 연삭 플레이트 회전 속도를 적용할 수 있음이 판명되었다.
연삭 플레이트의 회전 속도는 500rpm 내지 2000rpm이 보다 바람직하다. 500rpm 이상으로 함으로써, 트라이보 촉매 작용을 보다 충분한 기계적 에너지를 발생시키는 것이 가능해지고, 2000rpm 이하로 함으로써, 발열이나 장치 진동 등의 문제를 보다 확실하게 피하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
피가공물 테이블의 회전 방향은, 연삭 플레이트의 회전 방향과 순방향(동일한 방향)으로 할 수 있다. 이 경우, 피가공물 테이블의 회전 속도는 연삭 플레이트 회전 속도의 80％ 내지 120％인 것이 바람직하다. 80％ 미만 또는 120％ 초과로 하면, 가공면의 제거량이 불균일해질 우려가 있기 때문이다.
피가공물 테이블의 회전 방향은, 연삭 플레이트의 회전 방향과 역방향으로 할 수 있다. 이 경우, 가공면의 제거량을 균일하게 하기 위해서, 경질 패드를 적절한 형상으로 세그먼트화한 다음, 피가공물 테이블의 회전 속도는 30rpm 내지 300rpm인 것이 바람직하다.
경질 패드를 세그먼트화, 즉 적당한 사이즈로 분리해서 부착함으로써, 피가공물 테이블과 역방향으로 회전하는 연삭 플레이트 상의 지립과 피가공물 가공면 내의 접촉 빈도를 제어할 수 있으며, 예를 들어 피가공물 중앙부만이 많이 깎여 버린다고 하는 불균일한 가공을 방지할 수 있다. 통상의 연삭 장치에서는 피가공물 테이블의 회전 중심은 연삭 플레이트의 외주부에 닿도록 배치되고, 피가공물 테이블의 회전 방향은 연삭 플레이트의 회전 방향과 역방향이다. 그로 인해, 연삭 플레이트 전체면에 지립이 있으면, 피가공물 중앙부에 대한 지립의 접촉 빈도가 높아져, 중앙부만이 깎여 버린다. 이를 방지하기 위한 적절한 세그먼트화는 유효하다.
또한, 30rpm 미만 또는 300rpm 초과로 하면, 통상의 연삭 장치의 사양 외의 운전으로 되어, 가공면의 제거량이 불균일해질 우려가 있기 때문이다.
쿨런트를 사용하는 경우에는 순수를 사용하는 것이 바람직하다. 불순물 성분이 있으면 트라이보 촉매 작용이 나타나지 않게 될 우려가 있기 때문이다. 트라이보 촉매 작용은 기계적 에너지를 효율적으로 전자 정공쌍의 생성에 기여하게 하는 것이 중요하다. 그러나, 불순물의 개재 그 자체가 이를 저해할 우려가 있으며, 또한 물의 윤활 작용을 높여서 마찰 저항을 저감시켜 버리는 결과, 지립에 부여되는 기계적 에너지를 저감시켜 버릴 우려가 있다. 또한, 불순물의 개재는 산화 생성물을 지립이 효율적으로 제거하는 프로세스를 저해할 우려도 있다.
쿨런트를 사용하지 않아도 되고, 쿨런트로서 순수를 사용할 때는 순수의 공급 속도는 100ml/min 이하인 것이 바람직하다. 100ml/min를 초과하면, 기계적 미끄럼 이동에 의해 지립에 부여되는 에너지가 너무 작아져서 트라이보 촉매 작용이 충분히 나타나지 않게 될 우려가 있기 때문이다. 또한, 순수의 공급 속도가 너무 크면, 윤활제로서의 작용이 커져서, 마찰 저항을 저감시켜 버린다. 그 결과, 지립에 부여되는 에너지가 작아져, 전자 정공쌍의 발생도 충분하지 않게 될 우려도 있기 때문이다.
(단결정 SiC 기판의 제조 방법)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 단결정 SiC 기판의 제조 방법은, 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 공정을 갖는 것이다. 본 발명의 방법은, SiC 표면에서의 산화를 이용하므로 그 산화 장벽의 높이에 관계되고, SiC 기판의 (0001)면의 C면에서 바람직하게 적용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시예)
슈와 고교 가부시끼가이샤 제조 연삭 장치 MHG-2000에 장착할 수 있도록 준비된 M12의 나사 구멍을 갖는 외경 150mm의 알루미늄 합금제의 베이스 메탈의 피가공물과 상대하는 면을 평탄하게 가공하고, 그 면 상에 닛타 하스 가부시끼가이샤 제조 CMP용 패드 SUBA600(연질 패드)을 부착한다. 계속해서, 그 SUBA600 위에 아즈완 가부시끼가이샤 제조 FEP 점착 시트 필름을 개재해서 30×40×50mm의 직각 삼각형 형상으로 세그먼트화된 닛타 하스 가부시끼가이샤 제조 CMP용 패드 IC1000(경질 패드)을 8매 부착하여 연삭 플레이트 기체를 제작하였다. 이 연삭 플레이트 기체를 아사히다이아몬드 고교 제조 컨디셔너 CMP-M100A를 사용하여 트루잉을 행하였다. 트루잉 된 IC1000 세그먼트 표면에, 역시 30×40×50mm의 직각 삼각형 형상으로 세그먼트화된 스미토모 쓰리엠 가부시끼가이샤 제조 트라이작트 필름 산화 세륨을 부착하여 트라이보 촉매 작용을 갖는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트를 제작하였다.
이어서, 제작한 연삭 플레이트를 연삭 장치 MHG-2000에 장착한다. 미리 아사히 다이아몬드 고교 제조 비트리파이드 본드 다이아몬드 호일(4000번)로 평탄하게 연삭 가공된 탄케블루 제조 3인치 직경의 n형(000-1) 4H-SiC(4° 오프) 단결정 잉곳(C면)(단결정 SiC 기판)을 진공 척을 사용해서 피가공물 테이블에 고정하고, C면측의 표면 가공을 행하였다.
피가공물 테이블의 회전 방향은 연삭 플레이트의 회전 방향과 역방향으로 하고, 피가공물 테이블의 회전 속도는 40rpm, 연삭 플레이트의 회전 속도는 1500rpm으로 하고, 순수의 공급 속도는 0ml/min, 즉 건식으로 가공을 행하였다. 피가공물 테이블은 수동으로 서서히 움직임으로써 행하고, 지석 회전용 모터 전류의 값이 2.4 내지 2.8A의 범위 내로 되도록 하였다. 가공 시간은 3분간이었다.
단결정 잉곳의 제거량은, 가공 전후의 잉곳 높이에 대하여 미쯔토요 제조 하이트 미터를 사용해서 면 내 9점의 측정을 행하여 산출한 결과, 평균값으로 3.8㎛이었다. 가공 속도는 1.3㎛/min로 높은 값이었다. 가공 후의 잉곳 높이의 최댓값과 최솟값의 차는 1.4㎛이며, 균일하게 가공되어 있었다.
도 3에 가공 전의 잉곳 표면, 도 4에 가공 후의 잉곳 표면에 대하여, 올림푸스 제조 광학 현미경을 사용하여, 암시야 관찰을 행한 결과를 나타낸다.
가공 전의 잉곳에서 무수히 관찰된 4000번 다이아몬드 지립에 의한 연삭 조흔은 완전히 소실되어 있으며, 결정 결함이나 미소 이물에 기인하는 휘점만이 관찰되고, 가공 변형이 없는 경면을 달성할 수 있었다.
(제2 실시예)
제1 실시예에서 제작한 단결정 SiC 경면 가공용 연삭 플레이트를 사용하여, 순수 공급량을 10ml/min, 50ml/min, 100ml/min으로 한 것 이외는 제1 실시예와 동일한 연삭 조건에서 가공을 행하였다.
가공 속도는 각각 1.0㎛/min, 0.6㎛/min, 0.2㎛/min이며, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, 광학 현미경 암시야 관찰에서 연삭 조흔이 완전히 소실된 것이 확인되었다.
(비교예 1)
제1 실시예에서 제작한 단결정 SiC 경면 가공용 연삭 플레이트를 사용하여, 순수 공급량을 150ml/min로 한 것 이외는 제1 실시예와 동일한 연삭 조건에서 가공을 행한 바, 가공 속도는 거의 제로이며, 광학 현미경 암시야 관찰에서 연삭 조흔이 거의 사라지지 않은 것이 확인되었다. 순수 공급량이 150ml/min이면, 기계적 미끄럼 이동에 의해 지립에 부여되는 에너지가 너무 작아져서 트라이보 촉매 작용이 나타나지 않게 되었다고 생각된다.
(비교예 2)
일본 금강 지석 제조 레진 본드 산화 세륨 지석을 연삭 플레이트로서 사용하고, 제1 실시예와 마찬가지 가공을 행한 바, 평균값으로서의 가공 속도는 0.7㎛/min이었다. 그러나, 잉곳 중앙부가 많이 깎인다고 하는 불균일한 절삭 방법이며, 광학 현미경 암시야 관찰에서는 미소한 흠집이 관찰되었다. 본 발명과 달리, 연질 패드와 경질 패드의 조합의 구성을 갖지 않기 때문에, 표면 기준의 가공을 할 수 없고, 또한 미소한 흠집의 발생을 억제할 수 없었기 때문이라고 생각된다.
본 발명의 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법, 그 제조 방법 및 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트는, 단결정 SiC 기판의 제작에 사용할 수 있으며, 또한 디바이스를 형성한 후의 기판의 이면을 가공해서 기판을 얇게 하는 공정에 사용할 수 있다.
1: 베이스 메탈
2: 연질 패드
3: 경질 패드
10: 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트

Claims (13)

  1. 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 쿨런트로서 순수를 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 쿨런트를 사용하지 않거나, 또는 쿨런트로서 사용하는 순수의 공급 속도가 0ml/min 초과 내지 100ml/min 이하인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 피가공물 테이블의 회전 방향이 연삭 플레이트의 회전 방향과 역방향이며, 경질 패드는 세그먼트화된 것으로, 피가공물 테이블의 회전 속도가 30rpm 내지 300rpm인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공 방법.
  5. 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정된 연삭 플레이트를 연삭 장치에 장착하고, 상기 연삭 플레이트에 의해 산화 생성물을 생기게 하고, 그 산화 생성물을 제거하면서 표면의 연삭을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 제조 방법.
  6. 평탄면을 갖는 베이스 메탈 상에 연질 패드, 경질 패드가 순서대로 부착된 연삭 플레이트이며, 상기 경질 패드의 표면에 단결정 SiC보다도 부드럽고, 또한 밴드 갭을 갖는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 지립이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 철, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 주석으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 산화물이 적어도 산화 세륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 비표면적이 0.1㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  10. 제6힝 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연질 패드가 부직포계 또는 스웨이드계인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 패드가 발포 폴리우레탄계인 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립을 결합제 및／또는 접착제로 고정시킨 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 고정은, 고정 지립 필름을 경질 패드에 부착함으로써 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 단결정 SiC 기판의 표면 가공용 연삭 플레이트.
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