(출처)https://www.mipox.co.jp/media/archives/102
2023.05.11
SiC(탄화규소), GaN(질화갈륨) 등의 화합물 반도체 웨이퍼(결정)는, 파워 디바이스용의 재료로서 현재 주류가 되고 있는 실리콘 웨이퍼(Si)의 전기적 특성을 훨씬 넘는 높은 성능을 얻는다. 따라서 에너지 절약화의 촉진에 기여하는 재료(소재)로서 기대되고 있습니다.
그러나, 이 소재의 특징인 「경질이라도 튼튼하고 강한 벽개성을 가진다」 물성이 장해가 되어, 웨이퍼의 제조 공정으로부터 디바이스 제조 공정에 이르는 넓은 영역에 있어서, 안정된 제조 프로세스를 확립하는 것이 어려운 상황이 계속된다 있었습니다. 특히 웨이퍼의 외주 부분(엣지부)에, 기판 파손 등의 결함을 발생시키는 요인이 많이 존재하고 있는 것이 특정되게 되어, 그 해결 방법의 창출이 급무가 되고 있었습니다.
당사(Mipox 주식회사)에 있어서는, 이러한 문제 해결을 도모하기 위해, 주제품인 「연마 필름」을 사용한 「필름식 엣지 연마 프로세스」를 확립했습니다. 아울러, 화합물 반도체 웨이퍼용으로 기능을 특화시킨 엣지 연마 장치 「Type：TUNeDGE SFF」를 개발해, 본 시장용으로 릴리스를 개시했습니다.
본 기사에서는, 연마 필름 방식의 특징이나 이 장치의 소개와 아울러, 본 가공 방법을 적용한 엣지 연마 가공 사례(어플리케이션)를 3점 소개합니다.
연마 필름이란, 박 기재(PET 등) 표면에 「연마」를 균일하게 도포 처리한 연마재입니다. 연마 필름은 그림 1. 에 나타낸 바와 같이, 수십 내지 수백 m 길이의 롤상으로 사용하는 경우와 매엽(시트)상으로 사용하는 경우의 2가지가 있습니다만, 각종 기판의 베벨링 가공을 실시할 때는 주로 롤 모양 제품을 사용합니다.
연마 필름의 성능(연마 가공 특성)은 A(아랜덤), D(다이아몬드) 등 대표적인 것으로 여러 종류의 지립의 종류와 그 사이즈(입경) 및 연마 필름의 표면 상태(도포) 상태)에서 결정되며 각 가공 대상물에 맞게 미세하게 조정됩니다. Mipox 표준 라인업 제품만으로도 매우 많은 형식이 존재합니다만, 화합물 반도체 웨이퍼는 위 항목에서 기재한 독특한 특징, 물성을 가지는 난삭재(난연마재)이며, 표준품으로의 대응 어려웠습니다. 그래서 그림 2에 나타낸 본 용도 전용의 연마 필름을 개발해, 추천 연마재로서 본 용도에 적용하기로 했습니다.
화합물 반도체 기판의 베베링 가공 방법은 연마 필름 방식 이외에도 여러 종류 존재하고 있습니다. 특히 다이아몬드 휠을 사용한 「숫돌 연삭」은 그 대표적인 수법이기 때문에, 본 방식과 비교되는 경우가 많습니다.
숫돌 연삭 방식은 외관상 뛰어난 가공 효율을 나타내지만, 부서지게 경미한 데미지에서도 치명적인 결함이 되는 경우가 많은 동 소재에 대해 강체인 「숫돌」을 접촉시키는 가공이기 때문에, 웨이퍼 측에 깊은 데미지(가공 변질층)를 새겨 버리는 경우가 자주 있습니다. 화합물 반도체 기판에 있어서 데미지는 치명적 결함이 되기 때문에, 다음 공정(CMP등)으로 제거할 필요가 있습니다만, 그 깊이 때문에 제거하는 것은 곤란하고, 반대로 번거로운 프로세스가 되어 버립니다 .
한편, 연마 필름 방식은 「탄성체」를 통해 웨이퍼에 접촉하기 때문에, 웨이퍼측에 과도한 데미지가 전해지기 어려운 특징이 있는 것이 확인되고 있습니다. 데미지리스로 중연마(베벨 성형)~최종 마무리(경면화)까지 동일기상에서 용이하게 처리가 가능해집니다. 이것이 연마 필름 방식의 최대의 특징이며, 우위점이라고 할 수 있습니다.
실리콘 웨이퍼 등의 엣지(베베링) 가공에 있어서, 연마 필름 방식은, 이미 많은 실적을 가지고 있는 표준적인 프로세스입니다만, 화합물 반도체 웨이퍼에 대해서는 그 물성 때문에 기존 기구에서의 전개가 곤란 이었기 때문에, 전용 기구의 개발이 필요하게 되었습니다. 특히, 결정 구조(방향성을 가지는 쪼개짐 특성)에 기인하는 「동일 기판(외주) 내 가공 특성 불균일」의 현상(문제)은, 연마 필름 방식으로 외주부(엣지부)를 가공하는데 있어서 최대의 장애가 되어, 통상의 가공 계단으로 처리하면 진원도가 현저하게 악화해 버리는 등, 큰 문제를 안고 있었습니다.
이번에 개발한 TUNeDGE SFF는 이러한 문제에 대해 주로 소프트웨어의 관점에서 해결을 도모해 각종 화합물 반도체 기판에 유연하게 대응할 수 있도록 한 것입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.
실리콘 웨이퍼에 있어서는 엣지부를 미러화하는 것이 벌써 일반적이 되고 있습니다만, 화합물 반도체에 있어서도 미러 처리의 요구가 높아지고 있는 상황입니다. (그림 5 참조)
예를 들면, 긴 연마 가공 시간을 요하는 경우가 많은 화합물 반도체 웨이퍼의 랩핑 및 CMP 공정에서는, 사전에 베벨 미러 처리를 함으로써 연마재의 겔화가 억제되고, 패드(정반)의 수명이 연장되어, 베벨부 로부터의 결정 탈락이 없어지는 효과에 의한 스크래치의 저감 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되고 있습니다. 또 에피택셜 성장 공정에 있어서는 에지 미러화에 의해, 외주부에 발생하기 쉬운 거칠기(이상 결정)를 억제하는 효과를 얻을 수 있어, 후공정에 지장 없는 품질을 유지할 수 있다고 해서 에지 미러 프로세스의 도입이 진행되고 있습니다.
연마 필름 방식의 엣지 연마 가공은 적용하는 연마 필름의 종류를 교환함으로써 용이하게 그 품질(미러 상태)을 제어할 수 있습니다.
화합물 반도체 등의 파워 디바이스는 그 제조 공정의 형편상 웨이퍼를 박화시키는 프로세스가 불가결합니다만, 그 때 웨이퍼의 외주부가 예리(나이프 엣지)가 되는 경우가 있어, 핸들링시 등에 파손되기 쉬운 위험 상태가 됩니다. 이 문제에 대해서도 필름 연마 방식은 유효합니다. 그림 6.에 나타내는 처리가 TUNEDEG로 용이하게 대응할 수 있습니다. 또한 날카로운 외주를 생성하지 않도록 얇은 가공 사전에 대책을 할 수도 있습니다. 당사에서는 그 처리 방법을 「연마 필름식 트리밍 가공」이라고 칭해 전개를 하고 있습니다.
화합물 반도체에 있어서는 기존의 실리콘 디바이스를 웃도는 성능과 거기에 맞는 비용의 양립이 요구되고 있습니다. 그러나, 현재의 바벌크(자립형) 웨이퍼는 그 비용의 대부분을 차지하고 있는 상태로, 현실적인 비용 달성의 발판이 되고 있습니다. 특히 GaN에서는 벌크 웨이퍼의 개발과 병행하여 이종 웨이퍼를 이용한 결정 성장의 개발이 진행되고 있습니다.
이종 웨이퍼로서는, 저렴하고 고품질인 것을 용이하게 얻을 수 있는 6, 8 인치의 실리콘이 주류입니다. 실리콘을 사용하는데 있어서 큰 문제가 되고 있던 GaN과의 격자 정수와 열팽창 정수의 차이에 대해서도, 결정 성장 방법의 기술 진전과 완충층의 설계에 의해 해결이 도모되고 있는 상황입니다.
GaN on Si 기판을 사용하는 이점은 기판 자체의 조달 비용을 줄이고 기존 프로세스 라인을 유용(병용)할 수 있다는 점입니다. 이를 달성하기 위해 기판의 일부 위치 (그림 7.에 표시된 상단 가장자리 영역)의 GaN 층을 제거하고 공정 라인의 Ga 오염 방지 조치를 적용하는 경우가 많습니다. TUNeDGE SFF는 이 톱 엣지 가공 모드를 표준으로 탑재하고 있어 최적의 가공 조건이 프리셋 되어 있습니다.
폐사 Mipox 주식회사가 제안하는 연마 필름 방식의 가공 프로세스는, 이번 소개한 화합물 반도체용의 외, 자동차 업계로부터 데이터 스토리지 관련, 의료기기 관련에 이르기까지, 다양한 업종, 공정에서 채용을 받고 있습니다 . 최근에는, 연마재 제품, 연마 장치의 제안 외에, 당사가 오랜 세월 축적해 온 연마 가공 기술, 노하우를 살린 「수탁 연마 가공 비즈니스」도 전개하고 있어, 고객의 요구에 맞춘 최적의 제안이 할 수 있는 체제를 정돈하고 있습니다. 앞으로도 각 시장이나 요구에 맞춘 신제품 및 프로세스 개발에 노력해, 필름 연마 방식의 존재감을 나타내고 싶습니다.
(출처)https://www.mipox.co.jp/media/archives/102
2023.05.11
SiC(탄화규소), GaN(질화갈륨) 등의 화합물 반도체 웨이퍼(결정)는, 파워 디바이스용의 재료로서 현재 주류가 되고 있는 실리콘 웨이퍼(Si)의 전기적 특성을 훨씬 넘는 높은 성능을 얻는다. 따라서 에너지 절약화의 촉진에 기여하는 재료(소재)로서 기대되고 있습니다.
그러나, 이 소재의 특징인 「경질이라도 튼튼하고 강한 벽개성을 가진다」 물성이 장해가 되어, 웨이퍼의 제조 공정으로부터 디바이스 제조 공정에 이르는 넓은 영역에 있어서, 안정된 제조 프로세스를 확립하는 것이 어려운 상황이 계속된다 있었습니다. 특히 웨이퍼의 외주 부분(엣지부)에, 기판 파손 등의 결함을 발생시키는 요인이 많이 존재하고 있는 것이 특정되게 되어, 그 해결 방법의 창출이 급무가 되고 있었습니다.
당사(Mipox 주식회사)에 있어서는, 이러한 문제 해결을 도모하기 위해, 주제품인 「연마 필름」을 사용한 「필름식 엣지 연마 프로세스」를 확립했습니다. 아울러, 화합물 반도체 웨이퍼용으로 기능을 특화시킨 엣지 연마 장치 「Type：TUNeDGE SFF」를 개발해, 본 시장용으로 릴리스를 개시했습니다.
본 기사에서는, 연마 필름 방식의 특징이나 이 장치의 소개와 아울러, 본 가공 방법을 적용한 엣지 연마 가공 사례(어플리케이션)를 3점 소개합니다.
연마 필름이란, 박 기재(PET 등) 표면에 「연마」를 균일하게 도포 처리한 연마재입니다. 연마 필름은 그림 1. 에 나타낸 바와 같이, 수십 내지 수백 m 길이의 롤상으로 사용하는 경우와 매엽(시트)상으로 사용하는 경우의 2가지가 있습니다만, 각종 기판의 베벨링 가공을 실시할 때는 주로 롤 모양 제품을 사용합니다.
연마 필름의 성능(연마 가공 특성)은 A(아랜덤), D(다이아몬드) 등 대표적인 것으로 여러 종류의 지립의 종류와 그 사이즈(입경) 및 연마 필름의 표면 상태(도포) 상태)에서 결정되며 각 가공 대상물에 맞게 미세하게 조정됩니다. Mipox 표준 라인업 제품만으로도 매우 많은 형식이 존재합니다만, 화합물 반도체 웨이퍼는 위 항목에서 기재한 독특한 특징, 물성을 가지는 난삭재(난연마재)이며, 표준품으로의 대응 어려웠습니다. 그래서 그림 2에 나타낸 본 용도 전용의 연마 필름을 개발해, 추천 연마재로서 본 용도에 적용하기로 했습니다.
화합물 반도체 기판의 베베링 가공 방법은 연마 필름 방식 이외에도 여러 종류 존재하고 있습니다. 특히 다이아몬드 휠을 사용한 「숫돌 연삭」은 그 대표적인 수법이기 때문에, 본 방식과 비교되는 경우가 많습니다.
숫돌 연삭 방식은 외관상 뛰어난 가공 효율을 나타내지만, 부서지게 경미한 데미지에서도 치명적인 결함이 되는 경우가 많은 동 소재에 대해 강체인 「숫돌」을 접촉시키는 가공이기 때문에, 웨이퍼 측에 깊은 데미지(가공 변질층)를 새겨 버리는 경우가 자주 있습니다. 화합물 반도체 기판에 있어서 데미지는 치명적 결함이 되기 때문에, 다음 공정(CMP등)으로 제거할 필요가 있습니다만, 그 깊이 때문에 제거하는 것은 곤란하고, 반대로 번거로운 프로세스가 되어 버립니다 .
한편, 연마 필름 방식은 「탄성체」를 통해 웨이퍼에 접촉하기 때문에, 웨이퍼측에 과도한 데미지가 전해지기 어려운 특징이 있는 것이 확인되고 있습니다. 데미지리스로 중연마(베벨 성형)~최종 마무리(경면화)까지 동일기상에서 용이하게 처리가 가능해집니다. 이것이 연마 필름 방식의 최대의 특징이며, 우위점이라고 할 수 있습니다.
실리콘 웨이퍼 등의 엣지(베베링) 가공에 있어서, 연마 필름 방식은, 이미 많은 실적을 가지고 있는 표준적인 프로세스입니다만, 화합물 반도체 웨이퍼에 대해서는 그 물성 때문에 기존 기구에서의 전개가 곤란 이었기 때문에, 전용 기구의 개발이 필요하게 되었습니다. 특히, 결정 구조(방향성을 가지는 쪼개짐 특성)에 기인하는 「동일 기판(외주) 내 가공 특성 불균일」의 현상(문제)은, 연마 필름 방식으로 외주부(엣지부)를 가공하는데 있어서 최대의 장애가 되어, 통상의 가공 계단으로 처리하면 진원도가 현저하게 악화해 버리는 등, 큰 문제를 안고 있었습니다.
이번에 개발한 TUNeDGE SFF는 이러한 문제에 대해 주로 소프트웨어의 관점에서 해결을 도모해 각종 화합물 반도체 기판에 유연하게 대응할 수 있도록 한 것입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.
벌크 기판 제조 공정~에피택셜 성장~조립 공정(얇은 가공)에 이르기까지 다양한 공정에 유연하게 적용할 수 있는 기구를 표준 장비했습니다. (그림 3. 장치의 외관, 그림 4. GaN 기판 베벨링 가공 중의 사진을 나타냅니다)
실리콘 웨이퍼에 있어서는 엣지부를 미러화하는 것이 벌써 일반적이 되고 있습니다만, 화합물 반도체에 있어서도 미러 처리의 요구가 높아지고 있는 상황입니다. (그림 5 참조)
예를 들면, 긴 연마 가공 시간을 요하는 경우가 많은 화합물 반도체 웨이퍼의 랩핑 및 CMP 공정에서는, 사전에 베벨 미러 처리를 함으로써 연마재의 겔화가 억제되고, 패드(정반)의 수명이 연장되어, 베벨부 로부터의 결정 탈락이 없어지는 효과에 의한 스크래치의 저감 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되고 있습니다. 또 에피택셜 성장 공정에 있어서는 에지 미러화에 의해, 외주부에 발생하기 쉬운 거칠기(이상 결정)를 억제하는 효과를 얻을 수 있어, 후공정에 지장 없는 품질을 유지할 수 있다고 해서 에지 미러 프로세스의 도입이 진행되고 있습니다.
연마 필름 방식의 엣지 연마 가공은 적용하는 연마 필름의 종류를 교환함으로써 용이하게 그 품질(미러 상태)을 제어할 수 있습니다.
화합물 반도체 등의 파워 디바이스는 그 제조 공정의 형편상 웨이퍼를 박화시키는 프로세스가 불가결합니다만, 그 때 웨이퍼의 외주부가 예리(나이프 엣지)가 되는 경우가 있어, 핸들링시 등에 파손되기 쉬운 위험 상태가 됩니다. 이 문제에 대해서도 필름 연마 방식은 유효합니다. 그림 6.에 나타내는 처리가 TUNEDEG로 용이하게 대응할 수 있습니다. 또한 날카로운 외주를 생성하지 않도록 얇은 가공 사전에 대책을 할 수도 있습니다. 당사에서는 그 처리 방법을 「연마 필름식 트리밍 가공」이라고 칭해 전개를 하고 있습니다.
화합물 반도체에 있어서는 기존의 실리콘 디바이스를 웃도는 성능과 거기에 맞는 비용의 양립이 요구되고 있습니다. 그러나, 현재의 바벌크(자립형) 웨이퍼는 그 비용의 대부분을 차지하고 있는 상태로, 현실적인 비용 달성의 발판이 되고 있습니다. 특히 GaN에서는 벌크 웨이퍼의 개발과 병행하여 이종 웨이퍼를 이용한 결정 성장의 개발이 진행되고 있습니다.
이종 웨이퍼로서는, 저렴하고 고품질인 것을 용이하게 얻을 수 있는 6, 8 인치의 실리콘이 주류입니다. 실리콘을 사용하는데 있어서 큰 문제가 되고 있던 GaN과의 격자 정수와 열팽창 정수의 차이에 대해서도, 결정 성장 방법의 기술 진전과 완충층의 설계에 의해 해결이 도모되고 있는 상황입니다.
GaN on Si 기판을 사용하는 이점은 기판 자체의 조달 비용을 줄이고 기존 프로세스 라인을 유용(병용)할 수 있다는 점입니다. 이를 달성하기 위해 기판의 일부 위치 (그림 7.에 표시된 상단 가장자리 영역)의 GaN 층을 제거하고 공정 라인의 Ga 오염 방지 조치를 적용하는 경우가 많습니다. TUNeDGE SFF는 이 톱 엣지 가공 모드를 표준으로 탑재하고 있어 최적의 가공 조건이 프리셋 되어 있습니다.
폐사 Mipox 주식회사가 제안하는 연마 필름 방식의 가공 프로세스는, 이번 소개한 화합물 반도체용의 외, 자동차 업계로부터 데이터 스토리지 관련, 의료기기 관련에 이르기까지, 다양한 업종, 공정에서 채용을 받고 있습니다 . 최근에는, 연마재 제품, 연마 장치의 제안 외에, 당사가 오랜 세월 축적해 온 연마 가공 기술, 노하우를 살린 「수탁 연마 가공 비즈니스」도 전개하고 있어, 고객의 요구에 맞춘 최적의 제안이 할 수 있는 체제를 정돈하고 있습니다. 앞으로도 각 시장이나 요구에 맞춘 신제품 및 프로세스 개발에 노력해, 필름 연마 방식의 존재감을 나타내고 싶습니다.