KR102190861B1 - 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SiC 웨이퍼를 스크라이브해서 브레이크할 때에 제조 시의 오프각에 의거하는 수평 크랙의 발생을 방지하는 것을 과제로 한다. 이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 오프각을 지니는 SiC 기판에 대해서 수직인 오리엔테이션 플랫에 수직으로 스크라이브할 때에는, SiC 기판의 결정축에 대해서 수직인 방향으로 스크라이브할 때에 칼끝의 능선에 대한 좌우의 칼끝 각도를 다르게 해서, 결정축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 칼끝 각도를 크게, 다른 쪽을 작게 한 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브한다. 이것에 의해서 수평 크랙의 발생을 적게 할 수 있다.

Description

스크라이브 방법 및 스크라이브 장치{SCRIBING METHOD AND SCRIBING DEVICE}
본 발명은 탄화규소 기판(SiC 기판)을 분단시키기 위해서 스크라이브(scribing)하는 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치에 관한 것이다
유리 기판을 스크라이브해서 분단시킬 경우에는 스크라이빙 휠에 하중을 가해서 전동(轉動)하여 스크라이브하는 것이 행해진다. 이때 스크라이빙 휠의 칼끝의 각도를 좌우에서 다르게 함으로써 스크라이브 홈을 유리면으로부터 약간 기울여서 스크라이브하는 것이 특허문헌 1 및 2에 나타나 있다.
SiC 기판은 화학적 안정성이 우수한 반도체이기 때문에, 전자소자의 소재로서, 예를 들어, 발광 다이오드, 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier Diode), MOSFET 등에 이용되고, 또 반도체의 기판으로서도 이용되고 있다. 반도체로서 이용할 경우에는, 통상의 실리콘 소자와 마찬가지로 원주 형상의 잉곳(ingot)을 생성하여, 원판형의 웨이퍼로 슬라이스(slice)한다. 그리고 웨이퍼 상에 다수의 기능 영역을 형성한 후, 격자 형상으로 스크라이브해서 분단시켜 반도체 기판으로서 이용한다.
그런데 SiC 기판은 적층 양식이 다양하게 변화되기 쉬운 결정 다형 반도체결정이며, 반도체에 적합한 4H-SiC의 에피텍셜막을 생성하기 위하여, Si 원자가 최표면에 있는 SiC(0001)면을 결정축에 대해서 몇 도 경사진 기판 상에 에피텍셜막을 생성하는 수법이 개발되어 있다. 이 몇 도의 경사를 오프각이라 하고, 오프각을 부여함으로써 마이크로적으로는 고위의 결정면에 계단 형상의 결정면이 형성된다. 이 오프각에 대응한 단차의 방향을 나타내기 위하여 웨이퍼의 결정 방향을 인식할 수 있게 표지로서 경사의 방향과는 직각으로 원판의 일단을 직접 선 형상으로 절결시킨, 소위 오리엔테이션 플랫(orientation flat)(이하, 단지 오리푸라(オリフラ)라 칭함)이라고 하는 절결부가 형성되어 있다. 이 절결부 대신에, 원판에 노치(notch)가 형성될 경우도 있다.
JP 2785906 B JP 2973354 B
그런데 SiC 기판의 웨이퍼를 격자 형상으로 분단시킬 경우에, 유리판의 스크라이브와 마찬가지로 좌우의 칼끝 각도가 동일한 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브해서 분단시키면, 결정 품질이 양호하지 않을 경우가 있다. 본 발명자들은 결정축 방향에 대해서 평행 방향으로 스크라이브하고, 이 스크라이브 라인을 따라서 브레이크(break)시키면, 수평 크랙은 생기지 않고, 단면(端面) 품질도 양호하지만, 결정 방향에 대해서 수직으로 스크라이브했을 경우에는, 수평 크랙이 스크라이브 라인의 한쪽 측에 생기는 경향이 있는 것을 찾아냈다. 그래서 한쪽 측에만 수평 크랙이 생긴 기판을 브레이크시켜도, 양호한 단면 품질은 얻어지지 않는다.
이와 같이 종래의 칼끝 각도가 대칭인 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브했을 경우에, 칼끝이 접촉하는 SiC 기판의 표면의 수직방향 전체에 부하가 걸리기 때문에, 한쪽에 수평 크랙이 발생하기 쉬운 경향이 있다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로, SiC 기판을 스크라이브할 때에 수평 크랙이 발생하기 어려운 칼끝을 이용해서 스크라이브할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스크라이브 방법은, SiC 기판을 스크라이브하는 스크라이브 방법으로서, SiC 기판의 결정축에 대해서 수직한 방향으로 스크라이브할 때에 칼끝의 능선에 대한 좌우의 칼끝 각도를 다르게 해서, 결정축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 칼끝 각도를 크게, 다른 쪽을 작게 한 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브하고, 결정축을 따라서 스크라이브할 때에 좌우의 칼끝 각도가 동일한 스크라이빙 휠을 이용해서 SiC 기판을 스크라이브하는 것이다.
여기서 상기 스크라이빙 휠은, 소정의 간격으로 원주 상에 절결부가 형성된 고침투 칼끝으로 해도 된다.
여기서 상기 스크라이빙 휠의 원주 형상의 절결부는, 칼끝의 예각 측의 절결 각도를 크게 하도록 해도 된다.
본 발명의 스크라이브 장치는, 오프각이 형성된 SiC 기판을 크로스 스크라이브하기 위한 스크라이브 장치이며, 칼끝의 능선에 대한 좌우의 칼끝 각도가 동일한 스크라이빙 휠이 부착된 스크라이브 헤드와, 칼끝의 좌우의 칼끝 각도를 다르게 한 스크라이빙 휠이 부착된 스크라이브 헤드를 포함하는 것이다. 본 발명의 스크라이브 장치는 상기 본 발명의 스크라이브 방법에 사용할 수 있다.
또, 동일 기판의 동일 표면 상에서 서로 (통상은 수직방향으로) 교차하도록 스크라이브(스크라이브 라인을 형성)하는 것을 크로스 스크라이브라고 한다. 일반적으로, 스크라이브 장치는, 선단에 스크라이빙 휠이 부착된 스크라이브 헤드와, 기판을 재치(載置) 또는 보유하는 기판 보유 수단과, 스크라이브 헤드와 기판 보유 수단에 재치 또는 보유된 기판을 기판 표면에 대해서 평행 방향으로 상대 이동시키는 상대이동수단을 구비하고, 스크라이브 헤드는 그 선단에 부착된 스크라이빙 휠을 기판 보유 수단에 재치 또는 보유된 기판 표면에 누르는 기능을 지니고, 스크라이빙 휠이 기판 표면에 눌린 상태에서 스크라이브 헤드와 기판을 상대 이동시킴으로써 기판을 스크라이브할 수 있다.
이러한 특징을 지니는 본 발명에 따르면, 오프각이 형성된 SiC 기판에 대해서 결정 방향에 대해서 수직으로 스크라이브했을 경우더라도, 수평 크랙의 발생을 회피할 수 있고, 브레이크시켰을 때의 단면 정밀도를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
도 1은 웨이퍼의 법선과 결정축의 관계를 나타낸 도면
도 2는 스크라이브의 대상이 되는 웨이퍼의 정면도;
도 3a는 웨이퍼와 노멀(normal)의 스크라이빙 휠을 나타낸 측면도;
도 3b는 웨이퍼와 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 나타낸 측면도;
도 4a는 노멀의 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.06㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 4b는 노멀의 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.08㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 4c는 노멀의 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.1㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 4d는 노멀의 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.12㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 5a는 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.06㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 5b는 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.08㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 5c는 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.1㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 5d는 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중 0.12㎫에서 스크라이브한 정면도;
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 의한 스크라이빙 휠의 칼끝부분을 나타내는 정면도;
도 7은 본 발명의 제3실시형태에 의한 스크라이빙 휠의 칼끝부분을 나타내는 정면도.
도 1은 SiC 웨이퍼의 제조 시 (0001)면에 대하여 약간 경사지게 해서 형성된 웨이퍼의 법선과 결정축의 관계를 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서 (0001)면(10)의 면 내에 결정축인 X축과 이것에 수직인 y축을 정의하고, 그 법선을 (10a)라 한다. 그리고 웨이퍼(11)의 법선을 (11a)라 하면, 법선(10a), (11a)이 이루는 각도, 즉, 웨이퍼의 경사각이 오프각 θ이며, 예를 들어, 4°로 한다. 도 2은 웨이퍼(11)의 정면도이다. 웨이퍼(11)에 대해서 이 각도에 평행한 방향으로 원주의 한 모서리가 절결된 오리엔테이션 플랫(이하, "오리푸라"라 칭함)(12)이 미리 형성되어 있다.
그런데 도 3a에 나타낸 바와 같이 칼끝 각도가 좌우 대칭인 노멀 스크라이빙 휠(20)을 이용해서 오리푸라(12)에 대해서 평행한 라인(13a) 또는 이것에 평행한 방향으로 스크라이브했을 때에는, 전술한 바와 같이 수평 크랙은 거의 발생하지 않는다.
한편 도 3a에 나타낸 바와 같이 칼끝 각도가 좌우 대칭인 노멀의 스크라이빙 휠(20)을 이용해서 오리푸라(12)에 직각의 라인(13b)의 방향으로 스크라이브 라인을 형성했을 경우에는, 수평 크랙이 발생한다. 이 도면에서는 SiC 웨이퍼(11)의 좌측이 도 1에 나타낸 웨이퍼의 높은 방향에 대응하고 있다.
다음에 스크라이브한 구체예에 대해서 설명한다. 이하에 도 3a에 나타낸 노멀 스크라이빙 휠(20)을 이용해서 스크라이브 속도 100㎜/s, 오리푸라(12)에 대해서 수직방향으로 내부-내부 절결로 스크라이브한 예를 나타낸다. 도 4a는 이 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중을 0.06㎫로 한 경우, 도 4b는 이 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중을 0.08㎫로 한 경우, 도 4c는 이 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중을 0.1㎫로 한 경우, 도 4d는 이 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브 하중을 0.12㎫로 해서 스크라이브했을 때의 표면에서의 도면이다. 도 4a 내지 도 4c에 나타낸 바와 같이, 스크라이브 라인의 좌측에 많은 수평 크랙이 발생하고, 도 4d에서는 양측에 수평 크랙이 발생하고 있다.
그래서 이 실시형태에서는, 오리푸라(12)에 대해서 수직으로 스크라이브할 때에는, 도 3b에 측면도를 나타낸 바와 같이, SiC 기판에 대해서 좌측의 칼끝 각도 α와 우측의 칼끝 각도 β가 다른 칼끝을 지니는 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브를 행하고 있다. 이 스크라이빙 휠(21)의 좌측의 칼끝 각도 α는 예를 들어 75°, 우측의 칼끝 각도 β가 예를 들어 70°이며, 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용한다. 칼끝 각도는 이들 값에 한정되는 것은 아니고, 둔각 측의 칼끝 각도 α는 예를 들어 70 내지 85°의 범위, 예각 측의 칼끝 각도 β는 예를 들어 65 내지 80°로 한다. 또 칼끝 전체의 각도는 150°이하이며, 각도 차이는 예를 들어 5°로 한 것이다. 그리고 도 3b에 나타낸 바와 같이 스크라이빙 휠의 정점이 접하는 점에서 좌측, 즉 X축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 좌측의 칼끝 각도 α를 크게, X축으로부터 보아서 낮은 위치에 있는 오른쪽의 칼끝 각도 β를 작게 한 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브를 행하면, 둔각 측의 칼끝 측에서 부하가 저감되므로, 수평 크랙의 발생을 회피할 수 있다. 그리고 크랙의 진전 방향은 기판에 대해서 수직으로부터 약간 경사진 방향으로 크랙이 생기고, 이 라인을 따라서 브레이크될 수 있는 것으로 된다.
도 5a는 도 3b에 나타낸 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브 하중을 0.06㎫로 한 경우, 도 5b는 이 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브 하중을 0.08㎫로 한 경우, 도 5c는 이 칼끝을 이용해서 스크라이브 하중을 0.1㎫로 한 경우, 도 5d는 이 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브 하중을 0.12㎫로 해서 스크라이브했을 때의 표면에서의 도면이다. 도 5a, 도 5b와 도 4a, 도 4b를 비교하면, 도 3b에 나타낸 스크라이빙 휠(21)을 이용해서 스크라이브했을 때에는, 스크라이브 라인의 좌측의 수평 크랙은 작고, 도 5c, 도 5d에서도 발생하는 수평 크랙은 작게 되어 있다. 이와 같이 경사가 낮은 방향으로 칼끝 각도를 작게 하도록 선정한 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브함으로써 수평 크랙의 발생을 적게 할 수 있는 것으로 된다.
통상 웨이퍼(11)는 격자 형상으로 스크라이브를 행하고, 그 스크라이브 라인을 따라 분단시켜 다수의 칩을 제조한다. 따라서 실제로 스크라이브할 경우에는, 도 2a에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(11)의 오리푸라(12)에 대하여 평행한 라인(13a) 또는 이것에 평행한 라인을 스크라이브할 경우에는, 도 3a에 나타낸 바와 같이 좌우의 칼끝 각도가 동일한 노멀의 스크라이빙 휠(20)을 이용하고, 라인(13b)에 평행한 스크라이브 라인을 형성할 경우에는, 도 3b에 나타낸 스크라이빙 휠(21)을 이용해서, 이들 스크라이빙 휠을 전환해서 스크라이브한다. 이와 같이 하면 어느 쪽의 방향에서도 수평 크랙의 발생을 적게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2실시형태에 대해서 설명한다. 전술한 제1실시형태에서는, 좌우의 칼끝 각도가 다른 스크라이빙 휠을 이용하고 있지만, 일본 특허 제3074143호에 나타나 있는 바와 같이, 원주 상의 칼끝에 타점 충격을 부여하는 돌기를 형성한 스크라이빙 휠에 대해서 이용하는 것도 가능하다. 도 6은 이 실시형태의 스크라이빙 휠(22)의 일부를 확대해서 도시한 확대도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 좌우의 칼끝 각도 α와 β를 다르게 하는 동시에, 스크라이빙 휠(22)의 능선의 좌우로 균등하게 절결부(23)를 형성해서 고침투형으로 한 것이다. 이와 같이 하면 고침투의 스크라이브를 형성할 수 있고, 또한 측방의 수평 크랙의 발생을 적게 할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
다음에 본 발명의 제3실시형태에 대해서 설명한다. 도 7은 이 실시형태의 스크라이빙 휠(24)의 일부를 확대해서 나타낸 확대도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 좌우의 칼끝 각도 α와 β를 다르게 하는 동시에, 스크라이빙 휠(24)의 능선의 오른쪽의 예각 측에 대해서는 절결 각도를 크게, 상부까지 절결부를 형성해서 고침투형으로 한 것이다. 이 경우에도, 고침투의 스크라이브를 형성할 수 있고, 또한 측방의 수평 크랙의 발생을 적게 할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
본 발명은 SiC 기판을 분단할 때에 수평 크랙을 발생하는 것을 적게 할 수 있고, SiC 기판을 스크라이브해서 브레이크시킴으로써 분단시키는 반도체의 제조에 기여할 수 있다.
10: (0001)면 11: 웨이퍼
12: 오리푸라 20, 21, 22, 24: 스크라이빙 휠

Claims (5)

  1. SiC 기판을 스크라이브(scribing)하는 스크라이브 방법으로서,
    SiC 기판의 결정축에 대해서 수직인 방향으로 스크라이브할 때에 칼끝의 능선에 대한 좌우의 칼끝 각도를 다르게 해서, 결정축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 칼끝 각도를 크게, 다른 쪽을 작게 한 스크라이빙 휠을 이용해서 스크라이브하고,
    결정축을 따라서 스크라이브할 때에 좌우의 칼끝 각도가 동일한 스크라이빙 휠을 이용해서 SiC 기판을 스크라이브하는 스크라이브 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 칼끝 각도를 크게, 다른 쪽을 작게 한 상기 스크라이빙 휠은, 소정의 간격으로 원주 상에 절결부가 형성된 고침투 칼끝인 것인 스크라이브 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결정축으로부터 보아서 높은 위치에 있는 칼끝 각도를 크게, 다른 쪽을 작게 한 상기 스크라이빙 휠의 원주 상의 절결부는, 칼끝의 각도가 작은 측의 절결부 각도를 크게 하도록 한 것인 스크라이브 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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