In the sapphire wafering process, lapping is a crucial operation in order to reduce the damaged layer and achieve the target thickness. Many parameters, such as pressure, velocity, abrasive, slurry and plate, affect lapping characteristics. This paper presents an experimental investigation on the ef...
In the sapphire wafering process, lapping is a crucial operation in order to reduce the damaged layer and achieve the target thickness. Many parameters, such as pressure, velocity, abrasive, slurry and plate, affect lapping characteristics. This paper presents an experimental investigation on the effect of the plate groove on the material removal rate and roughness of the wafer. We select the spiral pattern and rectangular type as the groove shapes. We vary the groove density by controlling the groove shape dimension, i.e., the groove width and pitch. As the groove density increases to 0.4, the material removal rate increases and gradually reaches a saturation point. When the groove density is low, the pressing load is mostly supported by the thick film, and only a small amount acts on the abrasives resulting to a low material removal rate. The roughness decreases on increasing the groove density up to 0.3 because thick film makes partial participations of large abrasives which make deep scratches. From these results, we could conclude that the groove affects the contact condition between the wafer and plate. At the same groove density, the pitch has more influence on reducing the film thickness than the groove width. By decreasing the groove density with a smaller pitch and larger groove width, we could achieve a high material removal rate and low roughness. These results would be helpful in understanding the groove effects and determining the appropriate groove design.
In the sapphire wafering process, lapping is a crucial operation in order to reduce the damaged layer and achieve the target thickness. Many parameters, such as pressure, velocity, abrasive, slurry and plate, affect lapping characteristics. This paper presents an experimental investigation on the effect of the plate groove on the material removal rate and roughness of the wafer. We select the spiral pattern and rectangular type as the groove shapes. We vary the groove density by controlling the groove shape dimension, i.e., the groove width and pitch. As the groove density increases to 0.4, the material removal rate increases and gradually reaches a saturation point. When the groove density is low, the pressing load is mostly supported by the thick film, and only a small amount acts on the abrasives resulting to a low material removal rate. The roughness decreases on increasing the groove density up to 0.3 because thick film makes partial participations of large abrasives which make deep scratches. From these results, we could conclude that the groove affects the contact condition between the wafer and plate. At the same groove density, the pitch has more influence on reducing the film thickness than the groove width. By decreasing the groove density with a smaller pitch and larger groove width, we could achieve a high material removal rate and low roughness. These results would be helpful in understanding the groove effects and determining the appropriate groove design.
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문제 정의
영향을 연구하고자 한다. 다양한 그루브 폭과 피치를 그루브 밀도 인자로 정의하여 연마 특성과의 상관관계를 분석하고 형상치수 인자 중에서 연마 특성에 지배적인 영향을 미치는 인자를 찾고자 하였으며, 연구 결과를 토대로 하여 그루브의 최적조건을 도출하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 정반 그루브의 형상치수가 재료 제거율과 기판의 표면거칠기와 같은 연마특성에 미치는 영향을 연구하고자 한다. 다양한 그루브 폭과 피치를 그루브 밀도 인자로 정의하여 연마 특성과의 상관관계를 분석하고 형상치수 인자 중에서 연마 특성에 지배적인 영향을 미치는 인자를 찾고자 하였으며, 연구 결과를 토대로 하여 그루브의 최적조건을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 나선형타입의 패턴과 직각형상을 가지는 그루브의 폭과 피치를 변수로 하여 그루브의 형상 치수가 사파이어 기판의 재료제거율과 표면거칠기와같은 연마특성에 미치는 영향을 평가하였다. 재료 제거율은 그루브 밀도에 비례하여 증가하는 것을 확인하였으며 표면거칠기는 그루브의 밀도가 감소할 수록 낮은 경향을 보였고, 일정 그루브 밀도 이상에서는 수렴하여 개선효과가 작았다.
제안 방법
직각형상의 그루브의 형상치수는 그루브의 폭(groove width)과 피치 (pitch), 깊이(depth)로 나눌 수 있으며 랜드의 폭(land width)은 그루브의 폭과 간격의 종속 변수이다. 그루브의 형상치수가 연마특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 그루브의 폭을 고정하고 피치를 변수로 하였으며, 피치를 고정하고 그루브의 폭을 변수로 설정하였다.
정반은 구리 분말과 수지 (resin)를 혼합하여 열경화 시킨 수지동 정반을 사용하였으며 자세한 실험조건은 Table 2에 나타내었다. 기판의 연마특성을 분석하기 위하여 연마 전후 기판의 두께를 측정하여 평균 연마량을 계산하여 재료 제거율을 구하였으며, 연마 후 기판의 표면거칠기는 Zygo사의 New view 7300 장비를 사용하여 측정하였다.
본 실험에서 사용된 그루브 조건은 그루브 폭을 2.0 mm로 고정하고 피치를 변수로 설정하였으며, 피치를 5.0 mm로 고정하고 그루브 폭을 변수로 하여 밀도인 자를 0.1에서 0.8까지 변화시키면서 그루브 피치와 폭이 기판의 연마특성에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하였다. 그루브 깊이는 1.
패턴과 직각형상의 그루브를 선정하였다. 이러한 형상의 그루브 형상치수에서 그루브 폭과 피치를 변수로 설계하였다. 연마특성을 비교하기 위하여 그루브 폭(W) 과 피치(P)의 비로 정의되는 그루브의 밀도인자(D g)를도입하였으며, 식 (1)에 나타내었다.
대상 데이터
그루브의 형상 변화에 대한 영향만을 고려하기 위하여 압력과 속도, 연마액의 유량을 고정하였으며 연마 입자는 평균입자크기 3.5 µm의 다결정 다이아몬드를 사용하였다. 기판은 CMP공정을 마친 상태의 기판 (Epi-ready)을 사용하였다.
5 µm의 다결정 다이아몬드를 사용하였다. 기판은 CMP공정을 마친 상태의 기판 (Epi-ready)을 사용하였다. 정반은 구리 분말과 수지 (resin)를 혼합하여 열경화 시킨 수지동 정반을 사용하였으며 자세한 실험조건은 Table 2에 나타내었다.
본 논문에서는 나선형 타입의 패턴과 직각형상의 그루브를 선정하였으며, Fig. 1에 실험에 사용된 그루브의 형상치수 개념도를 나타내었다. 직각형상의 그루브의 형상치수는 그루브의 폭(groove width)과 피치 (pitch), 깊이(depth)로 나눌 수 있으며 랜드의 폭(land width)은 그루브의 폭과 간격의 종속 변수이다.
본 연구에서 기판 연마에 사용된 연마입자는 평균 입자 크기가 3.5µm이지만 실제 입자 크기는 1~5µm 로 정균분포의 형태를 가진다. 그루브 밀도가 낮은 0.
사파이어 기판의 래핑공정에서 그루브의 형상이 연마 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 방사형 타입의 패턴과 직각형상의 그루브를 선정하였다. 이러한 형상의 그루브 형상치수에서 그루브 폭과 피치를 변수로 설계하였다.
성능/효과
4에 나타내었다. 그루브 폭을 고정하고 피치를 변화시킨 case 1의 결과를 살펴보면 그루브 밀도가 0.1일 때 가장 낮은 0.04 µm/min 의 재료 제거율을 보였으며, 그루브 밀도가 0.4까지 증감함에 따라 1.37 µm/min까지 증가하는 현상을 관찰할 수 있었다. 그루브 밀도가 0.
그루브 밀도 변화는 정반과 기판의 접촉상태를 변화시켜, 낮은 그루브 밀도 영역에서는 일부 큰 연마입자 만이 연마에 참여하여 낮은 재료 제거율 특성을 보였으며, 깊은 스크래치를 발생 시켜 기판의 표면거칠기를 저하시키는 것으로 판단된다. 또한 기판과 정반의 접촉상태는 그루브 치수형상에서 그루브의 폭보다는 피치에 지배적인 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과를 토대로 사파이어 기판의 연마특성을 향상시키기 위해서는 피치를 줄이고 그루브 폭을 증가 시켜 그루브 밀도를 낮추는 것이 중요하다는 것을 확인하였다. 하지만 그루브 밀도가 낮을수록 기판과 접촉하는 정반의 랜드비율이 줄어들어 정반 마모가 증가하여 정반의 수명이 감소할 수 있다.
피치가 증가함에 따라 표면거칠기가 증가하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 표면거칠기 또한 재료 제거율과 동일하게 유막두께를 줄임으로써 개선되며, 그루브의 폭보다는 그루브의 빈도에 지배적인 영향을 받는다는 것을 확인하였다.
2 구간에서는 연마액의 수막현상에 의해서 기판과 정반 사이의 유막 두께가 증가하고, 실제 연마에 참여하는 입자는 크기가 큰 입자로 제한되어 큰 입자들이 깊고 넓은 스크래치를 생성하여 표면거칠기가 높게 나타나는 것으로 판단된다. 이를 통해 피치를 변수로 하여 그루브 밀도를 변화시킬 경우 그루브 밀도와 표면 거칠기는 반비례하며 그루브 밀도 0.3 이상에서 수렴하는 것을 확인하였다.
재료 제거율은 그루브 밀도에 비례하여 증가하는 것을 확인하였으며 표면거칠기는 그루브의 밀도가 감소할 수록 낮은 경향을 보였고, 일정 그루브 밀도 이상에서는 수렴하여 개선효과가 작았다. 그루브 밀도 변화는 정반과 기판의 접촉상태를 변화시켜, 낮은 그루브 밀도 영역에서는 일부 큰 연마입자 만이 연마에 참여하여 낮은 재료 제거율 특성을 보였으며, 깊은 스크래치를 발생 시켜 기판의 표면거칠기를 저하시키는 것으로 판단된다.
5에 나타내었다. 피치가 증가함에 따라 재료제거율은 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여 그루브의 형상치수에서 재료 제거율에 지배적인 영향을 미치는 인자는 그루브의 빈도를 나타내는 피치이며, 그루브 폭은 상대적으로 작은 영향을 미친다.
피치를 고정하고 그루브 폭을 변화시킨 case 2의 결과에서는 그루브 밀도가 0.1일 때 가장 낮은 재료 제거율인 0.94 µm/min를 보였으며, 0.2에서 가장 높은 값을 보이며 점차 감소하면서 수렴하는 경향성을 관찰할 수 있었다. Case 1에 비해서는 그루브밀도에 따라 재료 제거율의 변화가 크지 않고 1.
참고문헌 (8)
Hu, X., Song, Z., Pan, Z., Liu, W., Wu, L., “Planarization machining of sapphire wafers with boron carbide and colloidal silica as abrasives”, Appl. Surf. Sc. , Vol. 255, No. 19, pp. 8230-8234, 2009.
Cheng, W., Yin, Y., Li, Y., Zhang, H., Zhang, S., Wang, L., Sun, D., “Discussion on the lapping and polishing process of 4H-SiC wafer”, Proc. IEEE International Conference , 2013.
Evans, C. J., Paul, E., Dornfeld, D., Lucca, D. A., Byrne, G., Tricard, M., Mullany, B. A., “Material removal mechanisms in lapping and polishing”, CIRP Annals-Manuf. Tech. , Vol. 52, No. 2, pp. 611-633, 2003.
Wei, C. C., Horng, J. H., Lee, A. C., Lin, J. F., “Analyses and experimental confirmation of removal performance of silicon oxide film in the chemical–mechanical polishing (CMP) process with pattern geometry of concentric groove pads”, Wear , Vol. 270, No. 3, pp. 172-180, 2011.
Rosales-Yeomans, D., Lee, H., Suzuki, T., Philipossian, A., “Effect of concentric slanted pad groove patterns on slurry flow during chemical mechanical planarization”, Thin Solid Films , Vol. 520, No. 6, pp. 2224-2232, 2012.
Guo, Y., Lee, H., Lee, Y., Jeong, H., “Effect of pad groove geometry on material removal characteristics in chemical mechanical polishing”, Int. J. Prec. Eng. and Manuf. , Vol. 13, No. 2, pp. 303-306, 2012.
Marinescu, I. D., Uhlmann, E., Doi, T., “Handbook of lapping and polishing”, CrC Press , 2006.
Park, K., Kim, H., Choi, J., Seo, H., Jeong, H., “The effects of groove dimensions of pad on CMP characteristics”, Korean Soc. Mech. Eng. , Vol. 29, No. 3, pp. 432-438, 2005.
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