KR100653155B1 - 실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠 - Google Patents

Abstract

실리콘웨이퍼의 베벨링가공에 있어서 베벨링휠로부터의 금속오염의 실체를 명확하게 하여, 오염의 원인을 배제하여 고품질이 되도록 웨이퍼에 베벨링가공을 가능하게 하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 베벨링휠의 메탈본드 중에 함유되는 금속성분중, 구리, 니켈, 아연이 웨이퍼에 확산하기 쉽다는 것을 해명하여 본 발명을 완성하였다. 즉, 대금 (臺金:1) 의 외주부에 1조 또는 복수조의 홈 (3) 을 형성한 지립층 (2) 이 고착된 베벨링휠 (10) 의, 지립층 (2) 의 결합재가 메탈본드이고, 이 메탈본드 중의 금속분말이 구리, 니켈, 아연 중의 어느 것도 포함하지 않는 조성으로 하였다.

Description

실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠{BEVELING WHEEL FOR PROCESSING OUTER CIRCUMFERENCE PART OF SILICONE WAFER}

도 1 은 본 발명의 실시형태에 있어서 베벨링휠을 나타내는 부분단면도이다.

도 2 는 베벨링휠의 전체형상의 예를 나타내는 도이다.

도 3 은 베벨링휠의 지립층의 홈 형태의 예를 나타내는 도이다.

도 4 는 베벨링휠에 의한 연삭가공의 예를 나타내는 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 대금 2 지립층

3 홈 10 베벨링휠

본 발명은, 실리콘웨이퍼의 외주부를 가공하기 위한 베벨링휠에 관한 것이다.

실리콘웨이퍼 (이하, 웨이퍼라고 한다) 의 가공공정은, 실리콘잉곳을 외주 (外周) 칼 (刃) 블레이드나 컵형휠등으로 소정치수의 원주형상의 잉곳으로 성형하여, 이 원주형상 잉곳을 내주 (內周) 칼블레이드로 소정의 두께로 슬라이스하여 웨 이퍼로 하고, 이 웨이퍼의 외주부를 베벨링휠로 모따기 연삭하며, 그 후에 웨이퍼면을 래핑 (lapping), 에칭, 폴리싱 (polishing) 하여 집적회로의 서브 슬레이트 (slate) 를 완성시킨다, 라고 하는 것이 기본적인 공정이다.

상기의 가공공정의 내에서, 웨이퍼의 외주부를 베벨링휠로 모따기 연삭하는 가공은, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같은 베벨링휠을 사용하여, 도 4 에 나타내는 바와 같이 연삭가공이 행하여진다.

도 2(a) 는 베벨링휠의 외관의 일례를 나타내는 사시도이고, (b) 는 외주부의 부분확대도이다. 휠 (100) 에는, 대금 (臺金:101) 의 외주부에 1조 또는 복수조의 홈을 형성한 지립층(砥砬層)(102) 이 고착되어 있다 (도 2(b) 는 복수조의 홈의 예를 도시한다). 대금 (101) 은 철제 또는 알루미늄제의 원반형상 대금이고, 지립층 (102) 은 다이아몬드지립과 메탈본드로 이루어지는 지립층이다.

도 3 은 베벨링휠의 지립층의 홈형상의 예를 도시하는 도이고, (a) 는 1조의 홈 (103a) 을 형성한 예, (b) 는 거친 (粗) 가공용의 홈 (103b) 과 마무리가공용의 홈 (103c) 을 각각 복수조 형성한 예, (c) 는 동일 홈 (103d) 을 복수조 형성한 예를 도시한다.

도 4(a) 는 웨이퍼 외주부의 연삭가공방법의 일례를 나타내는 도이고, (b) 는 가공 후의 웨이퍼의 외주부 형상을 나타내는 도이다. 웨이퍼의 가공공정에서, 웨이퍼가 절단된 채로의 상태에서는 외주부 단면의 에지부가 뾰족하게 되어 있어, 각 가공공정에서의 취급 작업시에 부서짐이 발생하기 쉽고, 이 부서진 칩에 의해 웨이퍼면이 오염되거나 상처나 크랙 등이 발생하기도 하여, 반도체장치의 제품수율 의 저하를 초래하게 된다. 이 때문에, 웨이퍼의 외주부 단면의 에지부를 깎어내는 베벨링가공이 실시된다. 이 베벨링가공은, 도 4(a) 에 나타내듯이, 웨이퍼 (200) 를 진공척 (chuck:300) 에 의해 유지하여, 웨이퍼 (200) 와 휠 (100) 을 회전시켜, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같은 형상으로 외주부를 연삭가공 한다.

상기한 바와 같은 웨이퍼 외주부 가공용의 베벨링휠에 있어서, 지립층을 형성하기 위한 결합재로서, 구리, 주석, 니켈, 아연, 철, 코발트, 텅스텐, 은 등의 금속분말과, 그 밖의 첨가물로 이루어지는 메탈본드가 사용되고 있다. 이들의 금속분말과 첨가물 및 지립의 혼합물을 금형등에 충전한 후, 700∼900℃에서 소결하는 것에 의해, 대금에 지립층을 고착시킨다.

한편, 반도체의 분야에 있어서는, 집적회로의 고집적화, 소형화, 고속화가 진행함에 따라서, 소재가 되는 웨이퍼에 대한 요구도 한층 더 엄격하게 되어, 가공표면의 미세화, 경면화가 진행되고 있다. 이러한 상황 하에서, 웨이퍼의 제조공정에 있어서의 중요한 문제로서 웨이퍼로의 금속오염 문제가 있다.

최근의 웨이퍼에 대한 요구항목은 엄밀하고 또한 엄격하게 되고 있고, 금속오염에 관해서는, 중금속의 오염은 10⁹atoms/cm²이하 인 것으로 되어 있다. 웨이퍼의 제조공정에 있어서 금속오염의 염려가 있는 공정으로서는, 실리콘 잉곳의 외주 연삭, 방위가공공정에 있어서의 연삭휠로부터의 금속오염, 슬라이싱공정에 있어서의 절단공구로부터의 금속오염, 폴리싱공정에 있어서의 폴리셔, 치공구류로부터의 금속오염등을 생각할 수 있지만, 이들의 오염에 더하여 본 발명자 등은, 웨이퍼의 베벨링가공에 있어서의 베벨링휠로부터의 금속오염의 문제가 있는 것을 밝혀냈다.

본 발명이 해결해야 할 과제는, 웨이퍼의 베벨링가공에 있어서의 베벨링휠로부터의 금속오염의 실체를 밝히고, 오염의 원인을 배제하여 고품질의 웨이퍼의 베벨링가공을 가능하게 하는 것에 있다.

베벨링휠로부터의 금속오염이란, 베벨링휠의 지립층 중의 어느 종류의 금속분말이, 베벨링가공 중에 지립층으로부터 웨이퍼로 확산하여 웨이퍼를 오염시키는 것이다. 본 발명자 등은, 메탈본드용의 금속분말로서 종래 사용되고 있는 구리, 주석, 니켈, 아연, 철, 코발트, 텅스텐, 은 등에서, 어느 금속이 웨이퍼에 확산하기 쉬운가에 관해서 연구조사한 결과, 구리, 니켈, 아연이 지립층으로부터 웨이퍼에 확산하기 쉽다는 것을 확인하였다. 본 발명은 이 지견에 근거하여, 결합재의 재료로서 이들의 확산하기 쉬운 금속분말을 배제함으로써, 베벨링휠로부터의 웨이퍼의 금속오염을 실질적으로 없게 할 수 있다.

즉 본 발명은, 대금의 외주부에 1조 또는 복수조의 홈을 형성한 지립층이 고착된 베벨링휠의, 상기 지립층의 결합재가 메탈본드이고, 이 메탈본드중의 금속분말이 구리, 니켈, 아연 중의 어느 것도 포함하지 않는 금속분말인 실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠이다.

웨이퍼의 베벨링가공 중에 지립층 중의 구리, 니켈, 아연이 웨이퍼에 확산하는 메카니즘의 해명은 이후의 연구에 기다리지 않으면 안되지만, 이들의 금속이 웨이퍼에 확산하기 쉬운 이유로서는, 이들의 금속원소는 전자배열적으로 Si 와 공유결합하기 쉽고, 또한 연삭시의 발열에 의해 내부확산이 촉진되는 것에 의한다고 생각된다.

구리, 니켈, 아연 이외의 금속에 관해서는, 본 발명자 등의 연구결과에서는 베벨링가공 중의 웨이퍼로의 확산은 대개 인정되지 않고, 메탈본드 중의 금속분말로서 구리, 니켈, 아연 중의 어느 것도 포함하지 않는 금속분말을 사용하는 것에 의해, 웨이퍼의 베벨링가공중에 지립층으로부터 웨이퍼에 금속이 확산하는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명의 베벨링휠의 메탈본드중의 금속분말을, 주석 또는 은 중의 어느 하나 또는 모두와, 코발트 또는 철의 중의 어느 하나 또는 모두로 이루어지는 것으로 하고, 항절 (抗折) 강도가 400∼800㎫이 되는 메탈본드로 하는 것이 바람직하다. 메탈본드 중에 있어서 주석분말 및 은분말은 성형성을 향상시키는 바인더로서의 기능을 갖고, 코발트분말 및 철분말은 지립의 유지력을 높이는 기능을 갖는다. 이들의 금속분말을 평균입경 10㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하로 하는 것에 의해, 지립이 균일하게 분산한 미세조직을 얻을 수 있다. 메탈본드의 항절강도는, 400㎫ 미만이면 연삭시의 지립층 마모가 증가하여, 조기에 지립층의 형상붕괴가 발생하여 가공정밀도가 저하한다. 항절강도가 800㎫을 넘으면 잘림이 저하하여, 피가공물에 그을림, 칩핑이 발생한다.

또한, 메탈본드 중의 금속조성을, 주석 또는 은 중의 어느 하나 또는 모두가 5∼40질량%, 코발트 또는 철 중의 어느 하나 또는 모두가 60∼95질량%의 비율로 하 는 것이 바람직하다. 주석 또는 은의 비율이 5질량%보다 적으면 메탈본드가 딱딱해져 잘림이 저하하고, 40질량%를 넘으면 주석 또는 은의 유출이 발생하여 정상인 조직이 얻어지지 않게 되어, 메탈본드의 항절강도가 400㎫ 미만으로 된다. 코발트 또는 철의 비율이 60질량%보다 적으면 적정한 지립유지력이 얻어지지 않고, 95질량%을 넘으면 제조공정에 있어서의 소결온도가 높게 되어 지립을 열화시키고, 또한 메탈본드의 항절강도가 800㎫을 초과하게 된다.

상기의 베벨링휠은, 종래와 동일한 제조방법, 즉, 금형을 사용하여 메탈본드를 결합재로 한 환형상의 지립층을 제조하고, 이 환형상의 지립층을 접착제를 통하여 대금에 고착하여, 방전가공에 의해 지립층에 1조 또는 복수조의 홈을 형성하는 제조방법에 의해서 제조할 수 있다.

실시형태

도 1 은 본 발명의 실시형태에 있어서의 베벨링휠을 나타내는 부분단면도이다. 베벨링휠 (10) 은, 원반형상의 대금 (1) 과, 이 대금 (1) 의 외주부에 홈이 있는 지립층 (2) 을 고착한 것이다. 대금 (1) 은 알루미늄제로, 외경이 약 202mm, 외주부의 두께가 약 20mm 이다. 지립층 (2) 은, 입도 (粒度) #800이고 집중도 100 의 다이아몬드지립과 메탈본드로 이루어지며, 방전가공에 의해 1조의 홈 (3) 을 형성한 것이다. 본 실시형태에서는 도 1 에 나타내는 형상의 홈 (3) 을 형성하고 있지만, 지립층 및 홈의 형상은 전술의 도 3 에 나타낸 형상을 포함하여 각종의 형상으로 할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

시험예 1

메탈본드의 금속조성을 코발트-주석계로 하여, 코발트와 주석의 비율을 바꾸어 도 1 에 나타낸 베벨링휠 (10) 의 지립층 (2) 에 상당하는 환형상의 지립층을 작성하여, 조직관찰 및 항절강도시험을 하였다. 표 1 에 금속조성과 시험결과를 나타낸다.

시험예 2

메탈본드의 금속조성을 코발트-은계로 하여, 코발트와 은의 비율을 바꾸어 시험예 1 과 같은 환형상의 지립층을 작성하고, 조직관찰 및 항절강도시험을 하였다. 표 2 에 금속조성과 시험결과를 나타낸다.

표 l 및 표 2 로부터 알 수 있듯이, 코발트의 비율이 95질량%을 초과하면 소결온도가 높아져 지립을 열화시키고, 또한 메탈본드의 항절강도가 800㎫ 초과로 되는 것, 및, 주석 또는 은의 비율이 40질량%을 넘으면 주석 또는 은의 유출이 발생하여 정상인 조직이 얻어지지 않게 되는 것이 확인되었다.

시험예 3

시험예 1 및 시험예 2 에서 작성한 지립층 중의 일부의 지립층을 사용하여 베벨링휠을 작성하여, 웨이퍼의 단면가공시험을 하였다. 발명품 1∼3 은 메탈본드의 금속조성이 본 발명의 범위내에 있는 것이고, 비교품 1, 2 는 본 발명의 범위 외의 것이다. 종래품은 메탈본드의 금속조성이 구리-주석계의 것으로, 금속조성 이외의 조건은 발명품과 같다.

가공조건

휠주속: 1800 m/min

노치 : 0.5mm

피가공물: 실리콘웨이퍼 외경 125mm, 두께 0.7mm

피가공물 회전속도: lmin^-1

연삭액: 순수

시험결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타내듯이, 발명품 1∼3 은 종래품과 동일 정도이상의 가공매수가 얻어지며, 또한 금속오염의 발생은 발견되지 않았다. 비교품 1 은 지립의 열화 때문에 사용불능에 가깝고, 비교품 2 는 지립층의 조직불량 때문에 형상붕괴가 크고, 가공매수도 적었다. 종래품은 가공중에 메탈본드중의 Cu 가 웨이퍼에 확산하여 웨이퍼가 오염되는 것이 확인되었다.

실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠의 지립층의 결합재인 메탈본드의 금속분말로서 구리, 니켈, 아연의 어느 것도 포함하지 않는 금속분말을 사용하는 것에 의해, 웨이퍼의 외주부 가공시의 베벨링휠로부터의 금속오염을 실질적으로 없게 할 수 있다.

메탈본드중의 금속분말을, 주석 또는 은 중의 어느 하나 또는 모두와, 코발트 또는 철 중의 어느 하나 또는 모두로 이루어지고, 메탈본드의 항절강도가 400∼800㎫로 되도록 특정한 조성비율로 함으로써, 정상인 지립층 조직이 얻어짐과 동시에, 가공시에 지립층의 형상붕괴가 발생하는 일이 없고, 또한 피가공물에 그을림, 칩핑이 발생하는 일없이, 양호한 잘림과 가공정밀도가 얻어진다.

Claims (3)

1. 대금 (臺金) 의 외주부에 1조 또는 복수조의 홈을 형성한 지립층이 고착된 실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠에 있어서,

   상기 지립층의 결합재가 메탈본드이고,

   이 메탈본드 중의 금속분말이 구리, 니켈, 아연 중의 어느 것도 포함하지 않고,

   주석 또는 은 중의 어느 하나 또는 모두와, 코발트 또는 철 중의 어느 하나 또는 모두로 이루어지고,

   주석 또는 은 중의 어느 하나 또는 모두가 5∼40질량%, 코발트 또는 철 중의 어느 하나 또는 모두가 60∼95질량%의 비율이며,

   메탈본드의 항절강도 (抗折强度) 가 400∼800㎫ 인 실리콘웨이퍼 외주부 가공용 베벨링휠.
2. 삭제
3. 삭제

Images