KR101302589B1

KR101302589B1 - 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법

Info

Publication number: KR101302589B1
Application number: KR1020120000419A
Authority: KR
Inventors: 김고은
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-09-03
Also published as: KR20130079748A

Abstract

본 발명의 일 측면은 와이어 소우 슬러리 내에서 분석 가능한 금속의 원소 수가 확장되는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법은 (a) 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 상기 가압용기를 가열하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각시키고 여과하는 단계와, (e) 상기 (d) 단계에 의해 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법{Metal Analysis Method in Wire Saw Slurry}

본 발명은 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와이어 소우 슬러리 내에서 분석 가능한 금속의 원소 수가 확장되는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 제조 공정상에서 잉곳을 자르는 웨이퍼 절단 공정의 와이어 소우(Wire saw) 작업은 SiC 파우더와 오일 등이 혼합된 슬러리(Slurry)를 사용하고 있다.

이러한 와이어 소우 슬러리 내의 SiC 파우더는 3차원의 공유결합으로 화학적, 열적으로 매우 안정하며 강한 결합력을 가지고 있으므로, HCl, HNO3, HF, H2SO4 등의 분석에 사용되는 대부분의 산과 NaOH 등의 알칼리에도 잘 침식되지 않는다. 또한, 완전 분해가 2500℃ 이상에서 이루어지으므로, 그 속에 함유하고 있는 금속 불순물의 정성 분석 및 정량 분석이 어렵다.

한편, 통상의 연마제 성분 및 실리콘 성분을 용해하기 위해서는 HF와 HNO3의 혼합물이 사용되었으나, 실리콘 연마용 슬러리에는 연마제 뿐만 아니라 PH 조절, 점도 조절 등 여러 가지의 목적으로 다양한 유기 불순물 및 무기 불순물이 첨가되어 있어, 강한 화학 간섭성을 가지므로, 충분히 분해하여야 한다. 이 혼합물은 100℃ 이상의 높은 온도로 가열해야 분해되며, 마이크로웨이브를 이용하는 방법이 알려져 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법은 실리콘 연마용 슬러리를, 불화 수소산과 질산에 의하여, 제1분해 용기로 용해하는 단계와, (2) 제1용기를 제2용기에 넣고, 제1용기와 제2용기의 사이에 고순도수를 넣는 단계와, (3) 제2용기를 마이크로웨이브(microwave)에 의하여 가열하는 단계와, (4) 제1용기의 용액을 가열 증발시키고 건조시킨 단계와, (5) 건조 잔사를 산 용액에 용해하고 측정용 시료를 조정하는 단계와, (6) 측정 시료를 이용하고, 금속 분석하는 단계를 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

하지만, 종래 기술에서는 분석 가능한 원소의 종류가 Fe, Cu, Na 세 가지 종에 한정되어 있다. 그러므로, 웨이퍼에 영향을 줄 수 있는 다른 중요 원소들 예를 들어 (Ni 등)이 와이어 소우 슬러리 내에 어느 정도의 함량으로 존재 하는지 파악 불가능하다.

또한, 세 원소의 분석 회수율이 각각 Fe: 117%, Cu: 120%, Na: 126%로 나타난다. 회수율은 그 분석법의 정확도를 나타내는 지표이며, 보통 80~120% 이내를 정상 회수율로 판단하는데, 종래 기술에서 Cu와 Na의 회수율이 120% 이상이므로, 정확도가 높다고 판단하기는 어려운 문제가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0039725호(2011.04.20)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면은 와이어 소우 슬러리 내에서 분석 가능한 금속의 원소 수가 확장되는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 측면은 분석 회수율을 안정적으로 하여 분석 방법의 정확도를 높이는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법은 (a) 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 상기 가압용기를 가열하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각시키고 여과하는 단계와, (e) 상기 (d) 단계에 의해 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 불화 수소산 혼합액은 불화 수소산, 질산, 황산이 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 불화 수소산 혼합액은 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하여 황산이 전체 용액의 20~40% 비율을 가지도록 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, (a) 단계에서 가압용기로 투입되는 와이어 소우 슬러리는 0.1~5g인 것을 특징으로 한다.

또한, 가압용기는 PFA(Perfluoroalkoxy)재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, (c) 단계에서 상기 가압용기를 가열하는 단계는 상기 가압용기를 핫 플레이트(Hot Plate)위에서 120~280℃의 온도로 8~40시간 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, (d) 단계에서 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각하는 단계는 상기 와이어 소우 슬러리를 3~10분 상온에서 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 다른 측면에서 본다면, (a) 0.1~5g의 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하여 불화 수소산 : 질산 : 황산의 비율은 대략 5 : 2 : 3 비율로 혼합되어 10~1000mL으로 제조된 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 핫 플레이트 위에서 120~280℃의 온도로 8~40시간으로 상기 가압용기를 가열하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 상온에서 3~10분 냉각시키고 깔대기와 여과지로 여과하는 단계와, (e) 상기 (d) 단계에 의해 냉각 여과된 와이어 소우 슬러리를 50~1000배 희석하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법은 와이어 소우 슬러리 내에서 분석 가능한 금속의 원소 수가 확장될 뿐만 아니라, 금속 원소의 분석 회수율을 80~120%로 안정적으로 하여 분석 방법의 정확도를 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리를 가열하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리를 여과하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 통하여 분석한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 통하여 분석한 예에 따른 금속의 회수율을 나타낸 도면이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리를 가열하기 위한 장치를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리를 여과하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법은 (a) 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 상기 가압용기를 가열하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각시키고 여과하는 단계와, (e) 상기 (d) 단계에 의해 냉각 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하여 구성된다.

(a) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (a) 단계는 와이어 소우 슬러리를 가압 용기에 투입하는 단계를 포함하여 구성된다.

가압 용기(1)는, 그 형상, 재질에 특별히 제한은 없고, 적어도 다음의 요구를 충족시키는 것이면 사용 가능하다. 즉, 가압 용기(1)는 불화 수소산 혼합액이 120℃ 이상의 가열 조건 하에서 안정적인 화학적 성질을 가지는 것으로 한다. 예를 들면, 가압용기는 고온에서 사용이 가능할 뿐 아니라, 비점착성이 우순한 PFA(Perfluoroalkoxy) 재질이 이용될 수 있다.

(b) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (b) 단계는 (a) 단계에 의해 PFA 재질의 가압용기(1)에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계를 포함하여 구성된다.

불화 수소산 혼합액은 불화 수소산, 질산, 황산을 적정 비율로 섞어 와이어 소우 슬러리를 충분히 분해 가능한 농도의 혼합액으로 제조된다.

즉, 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하며, 이 원액들을 일정 비율로 혼합하여 불화 수소산 혼합액을 제조하는데, 여기서 불화 수소산 : 질산 : 황산의 비율은 대략 5 : 1~2 : 3 일 수 있다.

여기서 가장 중요한 것은 황산의 비율로서, 전체 혼합액을 100으로 보았을 때 약 20~40%, 바람직하게는 30% 정도로 할 수 있다. 그리고, 나머지 불화 수소산, 질산은 황산의 농도가 결정된 다음 HF : HNO3 의 비율을 5 : 1~2 로 정하면 된다.

(c) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (c) 단계는 (b) 단계에 의해 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하여, 이 원액을 일정 비율로 혼합하여 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 가압용기를 가열하는 단계를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리(2)가 투입된 가압용기(1)를 핫 플레이트(Hot Plate, 3) 위에서 120~280℃의 온도로 8~40시간 가열한다. 가압용기(1)의 가열 온도가 120℃ 미만일 경우에는 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리(2)가 충분히 분해되지 않으며, 280℃를 초과하면 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리(2)의 온도가 높아 가압 용기(1)가 폭발할 수 있으므로 바람직하지 않다.

또한, 가압 용기(1)를 가열하는 시간은 8~40시간이 적당하다. 시간이 8시간 미만을 경우 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리(2)가 충분히 분해되지 않는 문제가 있고, 시간을 초과하면 불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리(2)가 증발, 건고되어 타버릴 수 있어 바람직하지 않다.

(d) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (d) 단계는 (c) 단계에 의해 120~280℃의 온도로 8~40시간 가열 분해된 와이어 소우 슬러리를 냉각시키고 여과하는 단계를 포함하여 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 120~280℃의 온도로 8~40시간 가열 분해된 와이어 소우 슬러리를 여과지(4) 및 깔때기(5)를 이용하여 여과하여 투명한 용액을 제조한다.

이렇게 가열 분해된 와이어 소우 슬러리를 상온 냉각시키고 여과하는 이유는 분해되지 않은 잔재를 걸러 내어 분석 가능한 투명 용액을 제조하기 위함이다.

(e) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (e) 단계는 상기 (d) 단계에 의해 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하여 측정용 시료를 조제하는 단계를 포함하여 구성된다.

냉각 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하는 이유는 냉각 여과되어 제조된 투명용액은 그대로 분석을 할 수 없으므로, 50~1000배정도의 희석 과정을 거쳐 일정한 부피로 조절하여 정량분석을 하기 위한 측정용 시료를 제조한다.

(f) 단계

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법의 (f) 단계는 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하여 구성된다. 이러한 분석에 관해서는 특별한 제한은 없고 통상 공지의 방법으로 실시하는 것이 가능하다. 구체적으로는 AA이나 ICPMS를 이용할 수 있다.

<실시예>

와이어 소우 슬러리 내 금속 불순물을 용출시키기 위해, 45~50%wt의 불화 수소산과 50~70wt%의 질산, 90~98wt%의 황산을 적정 비율로 섞어 10~100m의 용해액을 제조한다.

이 때 적용하는 와이어 소우 슬러리 원액의 양은 약 0.1g에서 5g이다. 와이어 소우 슬러리 원액을 PFA 재질의 가압용기에 넣고, 제조된 용해액을 천천히 첨가한다. 가압용기를 도 3과 같은 핫 플레이트 위에서 가열하는데, 120~280℃ 의 가열 온도를 유지하면서, 8~40시간 동안 가열하여 충분한 반응이 일어나도록 한다.

반응 후, 분해가 된 용액을 3~10분 정도 냉각한 후, 도 4와 같이 여과의 과정을 거쳐 분해되지 않은 잔재를 걸러 내어 분석 가능한 투명 용액을 얻는다. 투명 용액은 그대로 분석할 수 없으므로, 50~1000배 정도 희석하는 과정을 거쳐 분석 용액을 제조한다. 제조된 분석 용액은 AA이나 ICPMS를 이용하여 분석한다.

본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 통하여 분석한 예를 나타낸 도 5에 나타내었으며, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 통하여 분석한 예에 따른 금속의 회수율을 도 6에 나타내었다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법에 따른 분석 가능한 금속의 원소 수는 Ag, Al, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Ge, K, Mg, Mn, Na, Ni, Sr, Ti, V, Zn, Zr로 전체 18종으로 나타났으며, 전체 금속 원소 가운데 Fe의 수준이 가장 높게 나타났다.

그리고, 대부분의 금속 원소들은 약 1ppm이상의 수준으로 검출되어 와이어 소우 슬러리가 금속 원소에 의해 많이 오염되어 있음을 알 수 있다. 또한, 와이어 소우 공정 적용에 의해 Cu, Fe, Ni 등의 금속 원소가 특히 오염되는 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 종래 방법으로는 Fe, Cu, Na 3종의 금속 원소만 분석 가능하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법을 통해 18종의 금속 원소 분석이 가능하게 되었다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기존 분석 금속 원소들의 회수율 오차가 줄어들어 Fe의 회수율 오차: 14 %, Cu 의 회수율 오차: 5 %, Na 의 회수율 오차: 8%로 종래보다 우수한 회수율을 보여주었다.

그리고, 그 이외의 15종 금속 원소도 80~120% 이내의 안정적인 회수율을 얻을 수 있었다.

이러한 방법을 이용하여 와이어 소우 공정에 사용되는 와이어 소우 슬러리의 선택 및 기준을 정할 시, 각각의 와이어 소우 슬러리에 함유되어 있는 금속 불순물에 대한 정성분석 및 정량분석이 가능하게 된다.

1…가압 용기 2…불화 수소산 혼합액으로 용해된 와이어 소우 슬러리
3…핫 플레이트 4…여과지
5…깔때기

Claims

(a) 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와,
(b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와,
(c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 상기 가압용기를 가열하는 단계와,
(d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각시키고 여과하는 단계와,
(e) 상기 (d) 단계에 의해 여과된 와이어 소우 슬러리를 희석하는 단계와,
(f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 불화 수소산 혼합액은 불화 수소산, 질산, 황산이 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제2항에 있어서,
상기 불화 수소산 혼합액은 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70 wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하여 각각 황산이 전체 용액의 20~40%의 비율을 가지도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 가압용기로 투입되는 와이어 소우 슬러리는 0.1~5g인 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 가압용기는 PFA(Perfluoroalkoxy)재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 가압용기를 가열하는 단계는 상기 가압용기를 핫 플레이트(Hot Plate)위에서 120~280℃의 온도로 8~40시간 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 와이어 소우 슬러리를 냉각하는 단계는 상기 와이어 소우 슬러리를 3~10분 상온에서 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.
(a) 0.1~5g의 와이어 소우 슬러리를 가압용기에 투입하는 단계와,
(b) 상기 (a) 단계에 의해 상기 가압용기에 투입된 와이어 소우 슬러리를 불화 수소산 45~50wt%, 질산 50~70wt%, 황산 90~98wt%의 원액을 사용하여 불화 수소산 : 질산 : 황산의 비율은 5 : 2 : 3 비율로 혼합되어 10~1000mL으로 제조된 불화 수소산 혼합액으로 용해하는 단계와,
(c) 상기 (b) 단계에 의해 용해된 상기 와이어 소우 슬러리를 분해하기 위하여 핫 플레이트 위에서 120~280℃의 온도로 8~40시간으로 상기 가압용기를 가열하는 단계와,
(d) 상기 (c) 단계에 의해 분해된 상기 와이어 소우 슬러리를 상온에서 3~10분 냉각시키고 깔대기와 여과지로 여과하는 단계와,
(e) 상기 (d) 단계에 의해 냉각 여과된 와이어 소우 슬러리를 50~1000배 희석하는 단계와,
(f) 상기 (e) 단계에 의해 희석된 와이어 소우 슬러리를 금속 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 소우 슬러리 내의 금속 분석 방법.