KR20210109665A - 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 제조 방법을 공개하는 바, 결정 재료 가공 기술 분야에 관한다. 기판의 표면 거칠기는 ≤0.2nm이고, 기판의 미세 스크래치die 비율은 <10%이며, pit 비율은 <0.1개/cm2이며, bump 비율은 <0.1개/cm2이다. 제조 방법은, 단결정 탄화규소에 대해 완전 고결 연마제 가공을 진행하고, 화학적 기계적 폴리싱 처리를 다시 진행하여, 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판을 획득하는 단계를 포함하고, 고결 연마제 가공은 와이어 절단과 숫돌 연마를 포함하고, 절단 와이어에 연마제 입자를 고결시키고, 숫돌에 연마제 입자를 고결 시킨다. 본 출원의 제조 방법에 의해 제조된 단결정 탄화규소 기판의 표면 거칠기, 미세 스크래치die 비율, pit 비율, bump는 모두 비교적 낮고, 또한 표면 데이터가 양호하며, 두께 편차가 작으며, 굽힘도가 작으며, 휨도가 작다.

Description

고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 그 제조 방법{HIGH-FLATNESS, LOW-DAMAGE AND LARGE-DIAMETER MONOCRYSTALLINE SILICON CARBIDE SUBSTRATE, AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 출원은 결정 재료 가공 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
단결정 탄화규소는 중요한 3세대 반도체 재료 중의 하나로서, 금지대의 너비가 크고 포화 전자 이동률이 높으며 절연파괴 전계 강도가 크며 열전도율이 높은 등 우수한 특성을 갖기에, 전력전자, RF 디바이스, 광전자 디바이스 등 분야에서 광범위한 응용 전경이 있다.
현재, 상업적인 단결정 탄화규소는 대부분 PVT(물리적 증착) 성장 방법을 사용하고, 그 후 단면 처리, 다중 라인 절단, 연마, 기계적 폴리싱, 화학적 기계적 폴리싱, 세정 및 포장을 통해, 박스를 열기만 하면 사용가능한 탄화규소를 형성한다. 단결정 탄화규소의 모스가 9.2이고, 자연계 중에 다이아몬드에 이어 두번째이기에, 물리적 가공 난도가 매우 높고, 예를 들어 내산성 내알칼리성, 내산화 능력과 같은 높은 화학적 안정성을 가지며, 이는 화학적 기계적 폴리싱(CMP)의 난도를 대대적으로 증가하였다. 화학적 기계적 폴리싱은 현재 유일한 전면적인 평탄화 폴리싱 방법으로서, 사용하는 것은 화학적 폴리싱 용액인 바, 그 중에는 강산화성의 화학제와 연마제로서의 입자가 포함된다. 폴리싱 과정에 있어서, 화학 작용과 기계 작용은 결정 표면에 동시에 작용하여, 결정 표면의 손상층을 제거한다.
탄화규소 재료의 가공 난도를 고려하여, 현재 대부분 초기 가공→샌드 와이어 절단→유리(遊離) 연마제 연마→동판 폴리싱→주석판 폴리싱→거친 CMP→미세 CMP의 방법을 사용하는 바, 가공 단계가 너무 번거롭고, 효율이 낮으며, 유리 연마제가 가공 과정 중에서 세정하기 어렵고, 1차 통과율이 낮으며, 표면이 열악하며(TTV/Bow/Warp), 표면하(subsurface) 손상을 제거하기 어려운 등 문제가 존재한다. 가공 완료 후 기판 표면에 손상이 존재할 경우, 삼각형 결함의 방식으로 에피택시얼 웨이퍼 표면에 직접 확산되어, 대량의 불합격 구역을 형성한다. 그 이후 단계의 칩을 제조하는 과정에 있어서, 이러한 불합격 구역은 칩 양호율을 대폭적으로 감소시키는 바, 칩 양호율에 영향주는 주요 요인이다.
종래 기술은 연마와 비슷한 절단 방식인 샌드 와이어 절단을 사용하는 바, 절삭력이 매우 약하여, 가공 효율을 대폭적으로 감소시킨다. 유리 연마제 연마 과정에 있어서, 유리 연마제의 큰 입자는 깊은 스크래치를 유발할 수 있으며, 이는 이어지는 공정에서 제거하기가 어렵다. 동판 주석판은 단면(單面) 가공 방법을 이용하는 바, 판면이 비교적 부드럽기에, 판면의 평탄도를 제대로 제어하지 않으면 웨이퍼 표면에 영향준다(TTV/LTV/BOW/Warp).
전통적인 알칼리성 CMP가공에는 줄곧 표면 품질과 제거율의 모순이 존재하며, 고 경도의 연마제는 제거율을 향상시킬 수 있으나, 표면 손상을 초래한다. 저 경도의 연마제는 고품질의 표면을 획득할 수 있으나, 제거율이 매우 낮다. 최종적으로 획득한 웨이퍼 표면에 손상층이 존재할 시, 응용에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
종래 기술 중에 존재하는 결함에 대해, 본 출원의 목적은 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판 및 그 제조 방법을 제조하는 것이고, 상기 기판의 표면 거칠기는 ≤0.2nm이고, 또한 표면하 손상층이 없다. 본 출원의 제조 방법에 의해 제조되는 단결정 탄화규소 기판의 표면 거칠기, 미세 스크래치die(불합격 블록) 비율, pit(요함) 비율, bump(돌기)는 모두 비교적 낮고, 또한 표면 데이터가 양호하며, 두께 편파가 작으며, 굽힘도가 작고, 휨도가 작다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 출원은 이하의 기술안을 이용한다.
본 출원은 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판을 제공하는 바, 상기 기판의 표면 거칠기는 ≤0.2nm이며, 표면하 손상층이 없다.
더 나아가, 상기 표면 거칠기는 ≤0.10nm이고, 상기 기판의 미세 스크래치die 비율은 <10%이며, pit 비율은 <0.1개/cm2이며, bump 비율은 <0.1개/cm2이다.
더 나아가, 상기 표면 거칠기는 ≤0.09nm이고, 상기 미세 스크래치die 비율은 <8%이며, pit 비율은 <0.08개/cm2이며, bump 비율은 <0.08개/cm2이다.
더 나아가, 상기 표면 거칠기는 ≤0.07nm이고, 상기 미세 스크래치die 비율은 <6%이며, pit 비율은 <0.05개/cm2이며, bump 비율은 <0.05개/cm2이다.
더 나아가, 상기 표면 거칠기는 ≤0.05nm이고, 상기 미세 스크래치die 비율은 <4%이며, pit 비율은 <0.03개/cm2이며, bump 비율은 <0.03개/cm2이다.
더 나아가, 상기 기판 두께는 500um 미만이다. 바람직하게는, 상기 기판 두께는 350um 미만이다. 더욱 바람직하게는, 상기 기판 두께는 200um 미만이다. 더욱 바람직하게는, 상기 기판 두께는 100um 미만이다. 더욱 바람직하게는, 상기 기판 두께는 50um 미만이다.
더 나아가, 상기 기판의 직경은 4인치, 6인치 및 8인치 중의 한 종류이다. 바람직하게는, 상기 기판의 직경은 6인치 및 8인치 중의 한 종류이다.
더 나아가, 상기 기판의 직경은 4인치이고, 그 표면 데이터는, TTV(총 두께 변화)<5um, LTV(국부 두께 변화)(1cm*1cm)<2um, Bow(굽힘도)<20um, Warp(휨도)<40um이다.
바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<3um, LTV(1cm*1cm)<1.5um, Bow<15um, Warp<30um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<1um, LTV(1cm*1cm)<1um, Bow<10um, Warp<20um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.5um, LTV(1cm*1cm)<0.5um, 굽힘도 Bow<5um, Warp<10um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.1um, LTV(1cm*1cm)<0.08um, Bow<2um, Warp<5um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.08um, LTV(1cm*1cm)<0.08um, 굽힘도 Bow<0.5um, Warp<1um이다.
더 나아가, 상기 기판의 직경은 6인치이고, 그 표면 데이터는, TTV<10um, LTV(1cm*1cm)<2um, Bow<40um, Warp<60um이다. 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<5um, LTV(1cm*1cm)<1.5um, Bow<30um, Warp<50um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<3um, LTV(1cm*1cm)<1um, Bow<20um, Warp<30um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<1um, LTV(1cm*1cm)<0.5um, Bow<10um, Warp<15um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.15um, LTV(1cm*1cm)<0.12um, Bow<3um, Warp<8um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.1um, LTV(1cm*1cm)<0.1um, Bow<1um, Warp<2um이다.
더 나아가, 상기 기판의 직경은 8인치이고, 그 표면 데이터는, TTV<10um, LTV(1cm*1cm)<2um, Bow<50um, Warp<70um이다. 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<6um, LTV(1cm*1cm)<1.5um, Bow<40um, Warp<60um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<4um, LTV(1cm*1cm)<1um, Bow<30um, Warp<50um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<2um, LTV(1cm*1cm)<0.5um, Bow<20um, Warp<40um이다. 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<1um, LTV(1cm*1cm)<0.5um, Bow<5um, Warp<10um이고, 더욱 바람직하게는, 표면 데이터는, TTV<0.5um, LTV(1cm*1cm)<0.2um, Bow<3um, Warp<5um이다.
옵션으로서, 상기 평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법은, 단결정 탄화규소에 대해 완전 고결(固結) 연마제 가공을 진행한 후, 화학적 기계적 폴리싱 처리를 다시 진행하여, 상기 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판을 획득하는 단계를 포함하고,
상기 고결 연마제 가공은 와이어 절단과 숫돌 연마를 포함하고, 상기 와이어에 연마제 입자를 고결시키고, 상기 숫돌에 연마제 입자를 고결시킨다.
옵션으로서, 상기 와이어 절단 가공은 구체적으로 다이아몬드 와이어 절단이고, 다이아몬드 와이어 절단 과정 중 사용되는 냉각액 중에 질량백분율 농도가 2-10%인 연마제 입자를 첨가하고,
상기 숫돌 연마는 거친 연마와 미세 연마의 두 개의 단계를 포함하고, 상기 거친 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 1000메쉬 -5000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이고, 상기 미세 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 20000메쉬 -30000메쉬의 연마제 입자를 고결시킨다.
옵션으로서, 상기 화학적 기계적 폴리싱은 산성 화학적 기계적 폴리싱이고, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에서 사용되는 폴리싱액은, 연마제, 산화제, 수용성 산성 중합체 및 RO수를 포함한다.
한편으로, 본 출원은 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법을 더 제공하고, 상기 기판의 제조 방법은, 단결정 탄화규소에 대해 완전 고결 연마제 가공을 진행한 후, 화학적 기계적 폴리싱 처리를 다시 진행하여, 상기 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 고결 연마제 가공은 와이어 절단과 숫돌 연마를 포함하고, 절단 와이어에 연마제 입자를 고결시키고, 상기 숫돌에 연마제 입자를 고결시킨다.
더 나아가, 상기 연마제 입자는, 산화규소, 산화알루미늄, 산화세륨, 탄화규소, 탄화붕소, 산화지르코늄, 다이아몬드 중의 한 종류 이상으로부터 선택된다.
더 나아가, 단결정 탄화규소에 대해 다이아몬드 와이어 절단을 진행하기 전, 상기 단결정 탄화규소에 대해 초기 가공을 더 진행하고, 여기서 초기 가공은 고결 연마제 가공 방식을 이용한다.
더 나아가, 상기 와이어 절단은 구체적으로 다이아몬드 와이어 절단이다.
더 나아가, 상기 다이아몬드 와이어 절단 가공 중에서 사용되는 냉각액 중에 연마제 입자를 첨가하고, 상기 연마제 입자가 냉각액 중의 질량백분율 농도는 2-10%이다. 상기 연마제 입자는 산화알루미늄, 다이아몬드, 탄화붕소 중의 한 종류 이상일 수 있다. 상기 연마제 입자의 입경은 50-100nm이다. 바람직하게는, 상기 연마제 입자의 입경은 60-80nm이다.
더 나아가, 상기 다이아몬드 와이어 절단 가공 단계에 있어서, 절단 와이어 장력이 22-40N이고, 와이어 작동 속도가 1200-1800m/min이며, 요동 각도가 1-10°이며, 이송 속도가 5-15mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.12-0.28mm이다. 바람직하게는, 상기 다이아몬드 와이어 절단 가공 단계에 있어서, 절단 와이어 장력이 30-40N이고, 와이어 작동 속도가 1300-1600m/min이며, 요동 각도가 3-8°이며, 이송 속도가 8-12mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.15-0.20mm이다. 더욱 바람직하게는, 상기 다이아몬드 와이어 절단 가공 단계에 있어서, 절단 와이어 장력이 33-38N이고, 와이어 작동 속도가 1400-1500m/min이며, 요동 각도가 4-6°이며, 이송 속도가 9-11mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.15-0.18mm이다.
다이아몬드 와이어 절단 방법의 원리는, 다이아몬드 와이어를 사용하여(금속 니켈을 통해) 슬롯 휠 사이에 등간격의 와이어 메쉬를 형성하고, 와이어 메쉬를 통해 고속 왕복 운동하여, 절단 효과를 달성하는 것이다. 본 출원은 냉각액 중에 일정한 농도의 연마제 입자를 첨가하고, 입자는 산화알루미늄, 다이아몬드, 탄화붕소 등일 수 있으며, 질량백분율 농도는 2%~10%이며, 전통적인 몰탈 절단 방법과 몰탈을 고결하여 와이어 절단하는 방법을 결합하여, 절단면의 거칠기를 더욱 낮도록 하고, 스크래치율이 더욱 낮도록 한다.
더 나아가, 상기 숫돌 연마는 거친 연마와 미세 연마의 두 개의 단계를 포함한다. 상기 거친 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 1000메쉬 -5000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이고, 상기 미세 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 20000메쉬 -30000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이다. 바람직하게는, 상기 거친 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 2000메쉬 -4000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이고, 상기 미세 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 25000메쉬 -30000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이다. 더욱 바람직하게는, 상기 거친 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 3000의 연마제 입자를 고결시키는 것이고, 상기 미세 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 28000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이다.
더 나아가, 상기 거친 연마 단계에 있어서, 연마 숫돌의 회전 속도가 1000-2000rpm이고, 이송 속도가 0.2-1um/s이며, 상기 미세 연마 단계에 있어서, 연마 숫돌의 회전 속도가 1000-2000rpm이고, 이송 속도가 0.2-1um/s이다. 바람직하게는, 상기 거친 연마 단계에 있어서, 연마 숫돌의 회전 속도가 1300-1600rpm이고, 이송 속도가 0.6-0.8um/s이며, 상기 미세 연마 단계에 있어서, 연마 숫돌의 회전 속도가 1000-1200rpm이고, 이송 속도가 0.4-0.6um/s이다.
상기 숫돌 연마(Grinding)의 원리는, 다이아몬드 입자를 포함한 수지 숫돌을 사용하여, 웨이퍼에 대한 단면 가공을 진행하는 것이다. 웨이퍼가 저속 회전하고, 숫돌이 고속 회전하며, 부동한 메쉬 수량의 숫돌은 부동한 가공 표면 거칠기를 획득할 수 있다.
더 나아가, 상기 화학적 기계적 폴리싱은 구체적으로 산성 화학적 기계적 폴리싱이다.
더 나아가, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에서 사용되는 폴리싱액은, 연마제, 산화제, 수용성 산성 중합체 및 RO수를 포함한다. 여기서, 연마제의 질량백분율 농도는 1-30%이고, 상기 연마제는 산화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드 입자, 산화세륨, 탄화규소, 탄화붕소, 산화지르코늄, 다이아몬드 중의 한 종류 이상으로부터 선택되고, 상기 산화제는 과산화수소, 과망간산칼륨, 질산, 염산, 과염소산칼륨 중의 한 종류 이상으로부터 선택되며, 상기 수용성 산성 중합체는 카르복실기 중합체, 술폰산기 중합체 중의 한 종류 이상으로부터 선택된다.
더 나아가, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에서 사용되는 폴리싱액은, 연마제, 산화제, 수용성 산성 중합체, 분산제 및 RO수를 포함한다. 여기서, 연마제의 질량백분율 농도는 1-30%이고, 상기 연마제는 산화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드 입자, 산화세륨, 탄화규소, 탄화붕소, 산화지르코늄, 다이아몬드 중의 한 종류 이상으로부터 선택되고, 상기 산화제는 과산화수소, 과망간산칼륨, 질산, 염산, 과염소산칼륨 중의 한 종류 이상으로부터 선택되며, 상기 수용성 산성 중합체는 카르복실기 중합체, 술폰산기 중합체 중의 한 종류 이상으로부터 선택되며, 상기 분산제는 고급알코올, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜 중의 한 종류 이상으로부터 선택되며, 상기 분산제의 질량백분율 농도는 0.2~1%이다.
폴리싱액 중에 수용성 산성 중합체를 증가하면, 폴리싱액의 pH 값을 제어할뿐만 아니라, 폴리싱액의 분산 안정성을 유지하는 작용을 한다. 수용성 산성 중합체를 증가한 후, 화학적 기계적 폴리싱을 진행하는 과정 중, 폴리싱액의 pH 값은 줄곧 2-4 범위 내에 유지되고, 또한 연마제가 폴리싱액 중에서의 분산 균일성은 기본적으로 영향을 받지 않으며, 제품의 표면에 스크래치와 손상이 나타나는 가능성을 감소시킨다.
더 나아가, 상기 폴리싱액은, 부식 억제제, 점도 조절제, 표면 활성제, 항균제 등을 더 포함한다.
더 나아가, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에 있어서, 산성 화학적 기계적 폴리싱액의 pH 값이 2-4이고, 회전 속도가 20-50rpm이며, 압력이200-500g/cm2이며, 재료 유량이 3-10L/min이다. 바람직하게는, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에 있어서, 산성 화학적 기계적 폴리싱액의 pH 값이 2.5-3.5이고, 회전 속도가 25-45rpm이며, 압력이 250-450g/cm2이며, 재료 유량이 5-7L/min이다. 더욱 바람직하게는, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에 있어서, 산성 화학적 기계적 폴리싱액의 pH 값이 3.0-3.5이고, 회전 속도가 30-40rpm이며, 압력이 300-400g/cm2이며, 재료 유량이 6-7L/min이다.
본 출원은 이하의 유익한 효과를 갖는다.
1. 본 출원은 완전 고결 연마제 가공 방법을 이용하여, 가공 효율을 대폭적으로 향상시킨다. 고결 연마제로 전통적인 유리 연마제를 대체하여 연마와 폴리싱을 진행하는 바, 그 우세는 연마제를 캐리어에 포함시키기에, 생성된 스크래치가 매우 얕아, 연마제 응집, 연마제 판면 상감(
Figure pat00001
)으로 인한 스크래치 문제를 해결할 수 있다. 연마제를 고결하여 연마하면, 웨이퍼 표면의 고점(高点)을 효과적으로 제거할 수 있고, 숫돌이 쉽게 변형되지 않으며, 가공된 표면 파라미터가 양호하기에 웨이터 평탄도를 향상시킬 수 있다.
2. 본 출원은 숫돌 고결 연마제를 이용하여 가공을 진행하기에, 획득된 단결정 탄화규소 기판은 비교적 양호한 표면 데이터를 갖고, 비교적 낮은 총 두께 변화, 국부 두께 변화, 굽힘도 및 휨도를 갖는다.
3. 본 출원은 산성 CMP가공 방법을 이용하기에, Grinding(연마) 공정으로 인한 손상을 쾌속히 효과적으로 제거할 수 있고, 효율이 5-10배 향상됨과 동시에, 웨이퍼 표면 거칠기를 ≤0.2nm로 보증할 수 있다. 본 출원에서 제조된 기판은 표면하 손상층이 없다.
4. 본 출원의 단결정 탄화규소 기판의 가공 방법은 2, 3, 4, 6, 8인치 기판 가공에 적용되고, 기판 사이즈가 클수록, 우세가 더욱 선명하다.
여기서 설명된 도면은 본 출원에 대한 더욱 깊은 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 출원의 일부분을 구성하고, 본 출원의 예시적 실시예 및 그 설명은 본 출원을 해석하기 위한 것으로, 본 출원에 대한 부당한 제한을 구성하는 것이 아니다. 도면에 있어서,
도 1은 전통적인 가공 방법을 이용하여 제조된 단결정 탄화규소 기판의 AFM 표면 형상도이다.
도 2는 본 출원의 방법을 이용하여 제조된 단결정 탄화규소 기판의 AFM 표면 형상도이다.
도 3은 본 출원의 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법의 흐름도이다.
본 출원의 전체적인 구상을 더욱 명료히 설명하기 위해, 이하 설명서 도면과 결합하여 예시적인 방식으로 상세히 설명한다.
고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 22-40N이고, 와이어 작동 속도가 1200-1800m/min이며, 요동 각도가 1-10°이며, 이송 속도가 5-15mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.12-0.28mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 1000메쉬 -5000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 20000메쉬 -30000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 1000-2000rpm이고, 이송 속도가 0.2-1um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 2-4, 회전 속도가 20-50rpm, 압력이 200-500g/cm2, 재료 유량이 3-10L/min이 되도록 유지시킨다.
실시예1
직경이 100mm인 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 22N이고, 와이어 작동 속도가 1200m/min이며, 요동 각도가 5°이며, 이송 속도가 5mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.12mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 1000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 20000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 1000rpm이고, 이송 속도가 0.2um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 2, 회전 속도가 20rpm, 압력이 200g/cm2, 재료 유량이 5L/min이 되도록 유지시킨다.
실시예1에서 제조된 직경이 100mm인 단결정 탄화규소 기판의 기술 파라미터는 이하와 같다.
표면 거칠기가 0.05nm이고, 표면하 손상층이 없으며, 미세 스크래치die 비율이 5%이며, pit 비율이 0.05개/cm2이며, bump 비율이 0.05개/cm2이다.
표면 데이터는, TTV가 2um이고, LTV(1cm*1cm)가 1.5um이며, 굽힘도 Bow가 15um이며, Warp가 30um이다.
실시예2
직경이 100mm인 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 40N이고, 와이어 작동 속도가 1800m/min이며, 요동 각도가 10°이며, 이송 속도가 15mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.28mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 5000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 30000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 2000rpm이고, 이송 속도가 1um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 4, 회전 속도가 50rpm, 압력이 500g/cm2, 재료 유량이 5L/min이 되도록 유지시킨다.
실시예2에서 제조된 직경이 100mm인 단결정 탄화규소 기판의 기술 파라미터는 이하와 같다.
표면 거칠기가 0.08nm이고, 표면하 손상층이 없으며, 미세 스크래치die 비율이 4%이며, pit 비율이 0.03개/cm2이며, bump 비율이 0.03개/cm2이다.
표면 데이터는, TTV가 1.5um이고, LTV(1cm*1cm)가 1.1um이며, 굽힘도 Bow가 10um이며, Warp가 20um이다.
실시예3
직경이 150mm인 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 30N이고, 와이어 작동 속도가 1500m/min이며, 요동 각도가 5°이며, 이송 속도가 10mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.15mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 3000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 25000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 1500rpm이고, 이송 속도가 0.5um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 3, 회전 속도가 30rpm, 압력이 300g/cm2, 재료 유량이 8L/min이 되도록 유지시킨다.
실시예3에서 제조된 직경이 150mm인 단결정 탄화규소 기판의 기술 파라미터는 이하와 같다.
표면 거칠기가 0.08nm이고, 표면하 손상층이 없으며, 미세 스크래치die 비율이 6%이며, pit 비율이 0.06개/cm2이며, bump 비율이 0.05개/cm2이다.
표면 데이터는, TTV가 3um이고, LTV(1cm*1cm)가 1.8um이며, 굽힘도 Bow가 17um이며, Warp가 25um이다.
실시예4
직경이 150mm인 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 35N이고, 와이어 작동 속도가 1600m/min이며, 요동 각도가 5°이며, 이송 속도가 12mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.15mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 3000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 25000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 1500rpm이고, 이송 속도가 0.6um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 2.5, 회전 속도가 40rpm, 압력이 400g/cm2, 재료 유량이 6L/min이 되도록 유지시킨다.
실시예4에서 제조된 직경이 150mm인 단결정 탄화규소 기판의 기술 파라미터는 이하와 같다.
표면 거칠기가 0.01nm이고, 표면하 손상층이 없으며, 미세 스크래치die 비율이 5%이며, pit 비율이 0.03개/cm2이며, bump 비율이 0.03개/cm2이다.
표면 데이터는, TTV가 1.4um이고, LTV(1cm*1cm)가 0.9um이며, 굽힘도 Bow가 9um이며, Warp가 16um이다.
실시예5
직경이 200mm인 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은, 이하의 단계를 포함한다.
단계1의 초기 가공: 단결정 탄화규소 기판에 대해 초기 가공을 진행한다.
단계2의 다이아몬드 와이어 절단: 다이아몬드 와이어를 사용하여 단계1의 초기 가공을 거친 단결정 탄화규소에 대한 절단을 진행하는 바, 여기서 절단 와이어 장력이 35N이고, 와이어 작동 속도가 1500m/min이며, 요동 각도가 4°이며, 이송 속도가 10mm/h이며, 다이아몬드 와이어 직경이 0.154mm이다.
단계3의 숫돌 연마: Grinding(연마) 장치의 두 개의 스테이션에 각각 두 종류 메쉬 수량의 숫돌을 설치하여 거친 연마와 미세 연마로 하여, 단계2의 다이아몬드 와이어 절단을 거친 단결정 탄화규소에 대해 연마 가공을 진행하는 바, 여기서 거친 연마는 3000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도, 이송 속도; 미세 연마는 25000메쉬 숫돌을 사용하고, 회전 속도가 1500rpm이고, 이송 속도가 0.6um/s이다.
단계4의 산성 CMP가공: 산성 화학적 기계적 폴리싱액을 사용하여 단계3의 숫돌 연마를 거친 후의 단결정 탄화규소에 대해 산성 CMP 가공을 진행하고, 산성 CMP 가공 과정 중, pH 값이 2, 회전 속도가 35rpm, 압력이 400g/cm2, 재료 유량이 8L/min이 되도록 유지시킨다
실시예5에서 제조된 직경이 200mm인 단결정 탄화규소 기판의 기술 파라미터는 이하와 같다.
표면 거칠기가 0.01nm이고, 표면하 손상층이 없으며, 미세 스크래치die 비율이 9%이며, pit 비율이 0.03개/cm2이며, bump 비율이 0.02개/cm2이다.
표면 데이터는, TTV가 3.5um이고, LTV(1cm*1cm)가 2.3um이며, 굽힘도 Bow가 24um이며, Warp가 35um이다.
비교예1
도 1은 전통적인 가공 방법에 의해 제조된 단결정 탄화규소 기판의 표면 10um*10um AFM 표면 형상도이다. AFM 표면 형상도에서 볼 수 있다시피, 획득된 기판의 표면은 비교적 많은 스크래치와 비교적 큰 거칠기를 가지며, 표면에 손상층이 존재한다. 도 2는 본 출원의 방법에 의해 제조된 단결정 탄화규소 기판의 표면 10um*10um AFM 표면 형상도이다. AFM 표면 형상도에서 볼 수 있다시피, 획득된 기판의 표면에는 스크래치가 거의 없고, 표면 균일성이 비교적 양호하며, 거칠기가 낮고, 표면에는 손상층이 존재하지 않는다.
비교예2
다이아몬드 와이어 절단 과정 중의 냉각액 중에 연마제를 첨가한 것과 첨가하지 않은 것에 의해 획득한 절단편의 표면 거칠기와 스크래치율에 대한 측정을 진행한다. 측정 결과에 따르면, 냉각액 중에 연마제를 첨가하지 않을 시, 절단편의 표면 거칠기는 500-700nm이고, 스크래치율이 5%-10%이며, 냉각액 중에 연마제를 첨가한 후, 절단편의 표면 거칠기는 200-400nm이고, 스크래치율은 <5%이다.
다이아몬드 와이어 절단의 절단 속도는, 샌드 와이어 절단의 절단 속도보다 5-10배 향상된다.
본 명세서에서 상세히 설명되지 않은 내용은 당업자에게 공지된 종래 기술에 속한다. 상기 설명은 본 출원의 실시 예일 뿐이며, 본 출원을 제한하려는 것이 아니다. 당업자에게 있어서, 본 출원에 대한 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 본 출원의 사상 및 원리 내에서 이루어진 임의의 수정, 균등한 대체, 개선 등은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함된다.

Claims (6)

  1. 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법에 있어서,
    상기 기판은 단결정 탄화규소에 대해 완전 고결 연마제 가공을 진행한 후, 화학적 기계적 폴리싱 처리를 다시 진행하여, 고평탄도, 저손상의 단결정 탄화규소 기판으로 획득되는 단계를 포함하고,
    상기 고결 연마제 가공은 와이어 절단과 숫돌 연마를 포함하고, 상기 와이어에 연마제 입자를 고결시키고, 상기 숫돌에 연마제 입자를 고결시키는 것이고,
    상기 화학적 기계적 폴리싱은 산성 화학적 기계적 폴리싱이고, 상기 산성 화학적 기계적 폴리싱 처리 단계에서 사용되는 폴리싱액은, 연마제, 산화제, 수용성 산성 중합체 및 RO수를 포함하고, 상기 폴리싱액은 pH 값이 2-4이고, 회전 속도가 20-50rpm이며, 압력이200-500g/cm2이며, 재료 유량이 3-10L/min이고,
    상기 제조방법에 따라 기판의 표면 거칠기는 ≤0.2nm이고, 또한 표면하 손상층이 없는 기판이 제조되는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제조방법에 따라 기판의 표면 거칠기는 ≤0.10nm이고, 상기 기판의 미세 스크래치die 비율은 <10%이고, pit 비율은 <0.1개/cm2, bump 비율은 <0.1개/cm2인 기판이 제조되는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제조방법에 따라 기판의 표면 거칠기는 ≤0.09nm이고, 상기 기판의 미세 스크래치die 비율은 <8%이며, pit 비율은 <0.08개/cm2이며, bump 비율은 <0.08개/cm2인 기판이 제조되는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제조방법에 따라 기판의 직경은 4인치인 기판이 제조되는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제조방법에 따라 기판의 직경은 100mm이고, 그 표면 데이터는, TTV<5um, LTV<2um, Bow<20um, Warp<40um이고, 여기서 상기 LTV는 1cm*1cm인 기판이 제조되는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 절단 가공은 구체적으로 다이아몬드 와이어 절단이고, 다이아몬드 와이어 절단 과정 중 사용되는 냉각액 중에 질량백분율 농도가 2-10%인 연마제 입자를 첨가하고,
    상기 숫돌 연마는 거친 연마와 미세 연마의 두 개의 단계를 포함하고, 상기 거친 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 1000메쉬 -5000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것이고, 상기 미세 연마 중의 연마제 고결은 연마 숫돌에 20000메쉬 -30000메쉬의 연마제 입자를 고결시키는 것
    을 특징으로 하는 고평탄도, 저손상 빅직경의 단결정 탄화규소 기판의 제조방법.
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