KR102367641B1 - 워크의 절단방법 및 가공액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복수의 와이어가이드 사이에 나선상으로 권회된 축방향으로 주행하는 와이어로 와이어열을 형성하고, 워크와 상기 와이어의 접촉부에 지립을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 와이어열에 상기 워크를 누름으로써, 상기 워크를 절단하는 워크의 절단방법으로서, 사용이 끝난 상기 지립에 대하여 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행하고, 처리 후의 지립을 상기 워크의 절단에 재이용하는 워크의 절단방법이다. 이에 따라, 와이어쏘 장치를 이용한 워크의 절단에 있어서 지립을 재이용할 때의, 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있는 워크의 절단이 가능해진다.

Description

워크의 절단방법 및 가공액{WORKPIECE CUTTING METHOD AND WORKING FLUID}
본 발명은, 와이어쏘(ソ-)를 사용한 워크(ワ-ク)의 절단방법 및 이것을 이용하는 가공액에 관한 것이다.
최근, 반도체 웨이퍼의 대형화가 요망되고 있으며, 이 대형화에 수반하여, 워크의 절단에는 전적으로 와이어쏘 장치가 사용되고 있다.
와이어쏘 장치는, 와이어(고장력 강선)을 고속주행시켜, 여기에 슬러리를 가하면서, 워크(예를 들어 실리콘 잉곳을 들 수 있다.)를 눌러 절단하여, 다수의 웨이퍼를 동시에 절출(切出)하는 장치이다(특허문헌 1 참조).
여기서, 도 4에, 종래의 일반적인 와이어쏘의 일례의 개요를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 와이어쏘(101)는, 주로, 워크를 절단하기 위한 와이어(102), 와이어(102)를 권회한 와이어가이드(103), 와이어(102)에 장력을 부여하기 위한 장력부여기구(104), 절단되는 워크를 송출하는 워크이송수단(105), 절단시에 지립(砥粒)을 쿨런트에 분산하여 혼합한 가공액(슬러리)을 공급하기 위한 노즐(106) 등으로 구성되어 있다.
와이어(102)는, 일방의 와이어릴보빈(リ-ルボビン)(107)으로부터 풀리고(繰出), 트래버서(108)를 통해 파우더클러치(정(定)토크모터(109))나 요동(ダンサ)롤러(데드웨이트(デッドウェイト))(도시 생략) 등으로 이루어진 장력부여기구(104)를 거쳐, 와이어가이드(103)에 들어가 있다. 와이어(102)는 이 와이어가이드(103)에 300~400회 정도 권회된 후, 다른 일방의 장력부여기구(104')를 거쳐 와이어릴보빈(107')에 권취되어 있다.
또한, 와이어가이드(103)는 철강제 원통의 주위에 폴리우레탄 수지를 압입하고, 그 표면에 일정 피치로 홈(溝)을 자른 롤러이며, 권회된 와이어(102)가, 구동용 모터(110)에 의해 미리 정해진 주기로 왕복방향으로 구동할 수 있게 되어 있다.
그리고, 와이어가이드(103), 권회된 와이어(102)의 근방에는, 노즐(106)이 마련되어 있으며, 절단시에는 이 노즐(106)로부터, 와이어가이드(103), 와이어(102)에 슬러리를 공급할 수 있게 되어 있다. 그리고, 절단 후에는 폐슬러리로서 배출된다.
이러한 와이어쏘(101)를 이용하고, 와이어(102)에 장력부여기구(104)를 이용하여 적당한 장력을 가하여, 구동용 모터(110)에 의해, 와이어(102)를 왕복방향으로 주행시키고, 슬러리를 공급하면서 워크를 슬라이스함으로써, 원하는 슬라이스 웨이퍼를 얻고 있다.
상기와 같은 와이어쏘 장치에서의 워크 절단에 있어서, 이 워크 절단에 사용된 지립을, 몇 번이고 사용(재이용)함으로써, 웨이퍼의 제조비용을 저감하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 2).
일본특허공개 H10-86140호 공보 일본특허공표 2002-519209호 공보
종래, 반도체 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼의 표면, 혹은 내부에 존재하는 금속불순물은, 웨이퍼가 사용되는 각종 반도체소자의 특성에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 반도체소자에 대한 영향을 고려할 때, 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염은 최대한 적은 것이 바람직하다. 한편, 오염원이 되는 금속불순물의 일례로서, 구리를 들 수 있다.
이러한 웨이퍼에 대한 금속불순물 오염을 방지하는 방법으로는, 오염원이 되는 금속을 웨이퍼에 접촉시키지 않는 것이 중요해진다.
와이어쏘에 의한 워크 절단에서 사용되는 와이어는, 일반적으로 표면에 브라스도금(ブラスメッキ) 실시되어 있는 것을 이용하고 있다.
상기 서술한 와이어쏘 장치에서는, 워크를 절단할 때에 와이어 자체도 깎여 세선화(細線化)되므로, 브라스도금 내에 포함되어 있는 금속불순물인 구리가 슬러리 중에 녹아나온다. 이 구리가 슬러리 중의 지립에 부착되어 사용이 끝난 지립측에 잔존하는 것이 원인으로, 미사용한 신품지립에 비해, 사용이 끝난 지립에서 많은 구리가 검출되게 된다.
상기 서술한 바와 같이 많은 구리가 포함되는 사용이 끝난 지립을 재이용하여 워크의 절단을 행하면, 계 내에 많은 구리가 존재하는 상태가 되어, 웨이퍼와 구리가 접촉할 기회가 많아진다. 이렇게 되면, 잘려진 웨이퍼 중에 보다 많은 구리가 취입되기 쉬워질 것으로 상정된다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 와이어쏘 장치를 이용한 워크의 절단에 있어서 지립을 재이용할 때의, 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있는 워크의 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
복수의 와이어가이드 사이에 나선상으로 권회된 축방향으로 주행하는 와이어로 와이어열(列)을 형성하고, 워크와 상기 와이어의 접촉부에 지립을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 와이어열에 상기 워크를 누름으로써, 상기 워크를 절단하는 워크의 절단방법으로서,
사용이 끝난 상기 지립에 대하여 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행하고, 처리 후의 지립을 상기 워크의 절단에 재이용하는 워크의 절단방법을 제공한다.
이러한 워크의 절단방법이면, 재이용한 지립을 이용했다 하더라도, 워크를 절단한 후에 얻어지는 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있고, 금속불순물로 인한 오염이 적은 고순도의 웨이퍼를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은,
와이어쏘를 이용한 워크 절단에 사용한 후에 재이용한 지립을 포함하는 가공액으로서,
상기 지립에 함유되는 구리의 농도가 지립 1g당 1ppm 이하의 것인 가공액을 제공한다.
이러한 가공액이면, 재이용한 지립을 포함하면서, 웨이퍼와 구리가 접촉할 기회를 줄일 수 있고, 또한, 웨이퍼의 제조비용을 저감할 수 있다.
본 발명의 워크의 절단방법이면, 사용이 끝난 지립을 재이용하면서도 워크를 절단한 후에 얻어지는 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있고, 금속불순물로 인한 오염이 적은 고순도의 웨이퍼를 저비용으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 가공액이면, 재이용한 지립을 포함하면서, 웨이퍼와 구리가 접촉할 기회를 줄일 수 있고, 또한, 웨이퍼의 제조비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 워크의 절단방법의 일례를 나타낸 플로우도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 지립 1g당의 구리농도의 그래프이다.
도 3은 실시예 2 및 비교예 2에 의해 얻어진 웨이퍼 중의 각종 금속의 농도의 그래프이다.
도 4는 일반적인 와이어쏘의 일례를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 워크의 절단에 사용한 지립을 재이용하는 경우에는, 지립이 와이어 등에서 유래하는 금속에 오염되어 있으므로, 웨이퍼가 금속으로 오염되게 되어, 품질이 악화되거나 하는 문제가 있었다.
이에, 본 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 워크의 절단에 사용한 지립을 재이용하는 경우, 사용이 끝난 지립에 대하여 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행함으로써, 웨이퍼의 금속오염을 억제할 수 있는 것에 상도하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 워크의 절단방법에 대하여 도 1의 플로우도를 참조하여 설명한다.
본 발명의 워크의 절단방법 중 하나의 태양으로는, (a) 1회째의 워크의 절단을 행하고, (b) (a)공정에서 배출된 사용이 끝난 지립을 회수하고, (c) 황산과 과산화수소수의 혼합액에 의해 사용이 끝난 지립을 처리하고, (d) (c)공정에서 얻어진 처리 후의 지립을 재이용하여, (e) 2회째의 워크의 절단을 행하는 공정을 포함하는 방법을 들 수 있다. 한편, 도 1에 나타내는 바와 같이, (e)공정에서 배출된 사용이 끝난 지립에 대해서도, (b)공정~(e)공정을 반복함으로써 재이용할 수 있다.
(a)공정에서는, 예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같은 와이어쏘(101)를 이용하여 워크를 절단할 수 있다.
이 와이어쏘(101)에서는, 노즐(106)로부터 지립을 포함하는 슬러리를 공급하고, 와이어(102)로 워크를 절단한다. 워크의 절단에 이용한 슬러리는 폐슬러리로서, 배출된다.
워크로는, 제조하는 웨이퍼의 재질에 따라 적당히 선택할 수 있고, 예를 들어, 실리콘, 유리, 세라믹스 등으로 이루어진 잉곳을 들 수 있다.
지립으로는, 특별히 한정되지 않으나, 와이어쏘에 일반적으로 이용되고 있는 탄화규소를 들 수 있다.
와이어로는, 일반적으로 표면에 브라스도금 처리되어 있는 것을 이용하고 있다. 이 브라스도금은, 와이어의 원료가 되는 선재를, 가늘게 신선(伸線)하여, 규정된 직경으로 가공하는 과정에서 빈번하게 이용되는 것으로 되어 있다.
(b)공정에서는, 와이어쏘로부터 배출되는 폐슬러리 중에 포함되는 사용이 끝난 지립을 회수한다.
이 사용이 끝난 지립의 회수방법으로는, 워크의 절단에 사용한 후의 폐슬러리를 원심분리기에 의해, 지립을 폐슬러리의 쿨런트로부터 원심분리하는 방법을 들 수 있다.
이 사용이 끝난 지립 내에는, 주성분인 탄화규소 이외에, 실리콘, 철, 구리가 포함되어 있다. 실리콘은, 워크(실리콘 잉곳)가 절단될 때에 절단손실(カ-フロス)로서 발생한다. 철과 구리는, 워크의 절단과 함께 와이어가 마모되어 세선화되는 과정에서 깎인 부분(分)이 발생한다. 와이어 표면의 브라스도금으로부터 구리, 와이어 내부의 철선부분으로부터 철이, 각각 나온다.
이 사용이 끝난 지립을 분석한 경우, 통상, 미사용한 신품지립과 비교하여 100배 이상의 농도의 구리가 검출된다.
한편, 상기 분석방법으로는, 사용이 끝난 지립샘플 5g을 혼산(불산과 질산의 혼합액) 50cc로 3시간동안, 산추출한 후, 10배 희석한 후, ICP-OES측정(유도결합 플라즈마 발광분석법)을 행하는 방법을 들 수 있다.
(c)공정에서는, (b)공정에서 얻어진 사용이 끝난 지립 내의 금속불순물인 구리를 제거하기 위하여, 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행한다.
종래에는 사용이 끝난 지립으로부터 실리콘과 철을 제거하기 위하여, 각각 가성소다, 황산으로의 처리를 행했었다. 그러나, 구리를 제거하는 방법으로는 불충분하여, 상기 방법에서 가성소다와 황산으로 처리를 행하여도, 사용이 끝난 지립 내에는, 많은 구리가 잔존해 있어, 구리의 제거방법으로는 적절하지 않았다.
본 발명에서는, 구리를 녹이는 방법으로서, 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 하는 방법을 행한다. 이는 구리를 녹이는데에는, 황산존재하에서, 표준전위가 구리보다 상위인 과산화수소수가 적절하기 때문이다.
이때의 황산과 과산화수소수의 혼합비로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 75%황산 123g, 30%과산화수소수 27g의 혼합액을 이용할 수 있다.
이러한 혼합액을 이용하여, 사용이 끝난 지립을 처리함으로써 잔존하는 구리의 농도가 낮은 지립을 얻을 수 있다.
구체적인 처리조건으로는, 사용이 끝난 지립 10g을 상기 서술한 혼합액으로 교반 후, 여과하고, 순수로 수세한 후, 건조를 행하는 조건을 들 수 있다. 한편, 이 조건인 경우, 혼합액으로의 처리시 온도는 25℃, 처리시간은 24시간으로 설정할 수 있다.
상기 서술한 처리를 통해, 사용이 끝난 지립 내의 구리의 농도를 사용 전과 동등 이하, 예를 들어, 1ppm 이하로 한다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이 가공액으로서 워크의 절단에 재이용했을 때에, 웨이퍼와 구리가 접촉할 기회를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 웨이퍼로 했을 때에 특별히 악영향을 미치는 금속불순물인 구리의 농도의 저감을 목적으로 상기 처리를 행하는데, 이러한 처리를 행한 지립이면, 워크의 절단에 재이용했을 때에, 다른 종류의 금속불순물, 예를 들어, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 크롬, 철, 니켈, 아연과 같은 금속불순물에 대해서도 농도의 저감효과를 기대할 수 있다.
(d)공정에서는, (c)공정에서 얻어진 처리 후의 지립을 재이용한다. 구체적으로는, 처리 후의 지립을 쿨런트에 녹여, 가공액(슬러리)으로 한다.
쿨런트로는, 와이어쏘의 슬러리에 이용하는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, (a)공정에서 이용하는 슬러리의 쿨런트와 동종인 것을 이용할 수 있으며, 구체적인 것으로는 글리콜계 분산매를 예시할 수 있다.
이러한 가공액이면, 재이용했을 때에 웨이퍼와 구리가 접촉할 기회를 줄일 수 있고, 또한, 재이용한다는 점에서 슬러리의 비용을 저감할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼의 제조비용을 저감할 수 있다.
(e)공정에서는, (d)공정에서 얻어진 슬러리를 이용하여 워크의 절단을 행한다. 이 공정은 기본적으로 (a)공정과 동일하며, (a)공정에서 이용한 와이어쏘와 동일한 장치를 재차 이용할 수도 있다.
이 (e)공정에서 배출된 폐슬러리 중의 사용이 끝난 지립에 대해서도, (a)공정과 동일하게, (b)공정의 회수, (c)공정의 처리, (d)공정의 재이용을 행할 수 있으며, 재차 워크의 절단에 이용할 수 있다. 이 경우, 당연히 지립의 부족분을 신품지립으로 보충하고, 재이용분과 혼합하여 이용할 수 있다.
이러한 워크의 절단방법이면, 사용이 끝난 지립을 재이용하면서도 워크를 절단한 후에 얻어지는 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있고, 금속불순물로 인한 오염이 적은 고순도의 웨이퍼를 저비용으로 제조할 수 있다.
[실시예]
이하, 실험, 실시예, 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.
[실험]
#2000지립을 이용하여 직경 300mm의 실리콘 잉곳의 절단을 행한 후, 사용이 끝난 지립샘플 5g을 혼산(불산과 질산의 혼합액) 50cc로 3시간동안, 산추출하여 10배 희석한 후, ICP-OES측정을 행하였다. 이 방법으로 분석을 행한 결과, 지립 1g당 함유되는 구리의 농도는, 미사용한 신품지립에서는 1.87ppm이었던 것에 반해, 사용이 끝난 지립에서는 143.00ppm이었다.
[실시예 1]
실험에서 얻어진 사용이 끝난 지립에 대하여 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행하고, 분석을 행하였다. 처리조건으로는, 사용이 끝난 지립 10g을 75%황산 123g과 30%과산화수소수 27g의 혼합액으로 교반 후, 여과하고, 순수로 수세한 후, 건조를 행하였다. 혼합액으로의 처리시 온도는 25℃, 처리시간은 24시간으로 행하였다. 분석방법은 앞에서와 마찬가지로, 사용이 끝난 지립샘플 5g을 혼산(불산과 질산의 혼합액) 50cc로 3시간동안, 산추출한 후, 10배 희석하여 ICP-OES측정을 행하였다.
상기 서술한 처리를 행한 지립을 실험과 동일하게 분석한 결과, 지립 1g 중에 함유되는 구리의 농도는, 0.42ppm이었으며 처리 전의 지립에 대하여 300분의 1 이하의 수준까지 저감되었다. 결과를 도 2에 나타낸다.
[비교예 1]
실험에서 얻어진 사용이 끝난 지립에 대하여, 종래법인 가성소다와 황산으로 처리를 실시하여 실험 및 실시예와 동일하게 분석을 행하였다. 그 결과, 지립 1g 중에 함유되는 구리의 농도는, 141.34ppm이었으며, 처리 전의 값에서 변화가 없었다. 결과를 도 2에 나타낸다.
또한, 미사용한 신품지립의 구리의 농도가 1.87ppm이라는 점에서, 실시예 1의 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 한 사용이 끝난 지립은, 신품지립과 동등, 또는 그 이하의 수준까지 구리의 농도를 낮출 수 있는 것이 분명해졌다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 실시예 1과 비교예 1의 각각에서 얻어진 처리 후의 지립에는, 구리의 농도에 유의한 차가 보이는 것이 분명해졌다.
[실시예 2]
지립 중에 포함되는 구리가 절단 후 웨이퍼 내의 구리농도에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 얻어진 처리 후의 지립을 이용하여, 직경 300mm의 실리콘 잉곳의 절단을 행하였다. 절단시, 지립과 혼합하는 쿨런트는 미사용한 신품쿨런트, 와이어는 표면에 도금이 없는 와이어를 준비하여, 각각 사용하였다.
[비교예 2]
비교예 1에서 얻어진 처리 후의 지립을 이용하여 실시예 2와 동일하게 실리콘 잉곳의 절단을 행하였다.
실시예 2 및 비교예 2에서 얻어진 웨이퍼를, 각각 이하와 같이 분석하였다.
분석의 샘플은, 1개의 워크를 절단하여 얻어진 복수매의 웨이퍼 중에서 2매의 웨이퍼를 추출하였다(샘플 1, 샘플 2). 얻어진 웨이퍼의 표층을 50μm 에칭오프한 후, 각각의 웨이퍼로부터 시험편을 3개 절출(切出)하여 얻어진, 합계 6샘플로 하였다. 시험편의 절출은, 웨이퍼의 중앙부 부근에서부터 채취하였다. 채취한 샘플에 대하여, 전체용해법으로 금속불순물의 농도를 ICP-MS측정(유도결합 플라즈마 질량분석법)하고, 웨이퍼 중에 포함되는 구리, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 크롬, 철, 니켈, 및 아연의 농도를 정량하였다. 결과를 도 3에 나타낸다.
비교예 2에서 얻어진 웨이퍼 중의 구리농도를 측정한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 최대 9.49E+12 atoms/cm3, 최소 3.61E+11 atoms/cm3의 구리농도가 검출되었다.
한편으로, 실시예 2에서 얻어진 웨이퍼 중의 구리농도를 측정한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 최대 4.14E+11 atoms/cm3, 최소 1.85E+11 atoms/cm3의 구리농도가 검출되었다.
양자의 절단 후 웨이퍼 중의 구리농도를 비교했을 때, 실시예 2가 비교예 2에 비해, 최대값에서 약 22분의 1 이하, 최소값에서 약 2분의 1 이하가 되어, 구리농도를 저감시킬 수 있는 것이 분명해졌다.
또한, 구리 이외의 금속, 즉, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 크롬, 철, 니켈, 및 아연에 있어서도, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 2쪽이 비교예 2에 비해, 농도를 동등 이하로 저감시킬 수 있는 것이 나타났다.
상기 결과로부터, 본 발명의 워크의 절단방법이면, 사용이 끝난 지립을 재이용하면서도 워크를 절단한 후에 얻어지는 웨이퍼에 대한 금속불순물로 인한 오염을 억제할 수 있고, 금속불순물로 인한 오염이 적은 고순도의 웨이퍼를 저비용으로 제조할 수 있는 것이 분명해졌다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (2)

  1. 복수의 와이어가이드 사이에 나선상으로 권회된 축방향으로 주행하는 와이어로 와이어열(列)을 형성하고, 워크(ワ-ク)와 상기 와이어의 접촉부에 지립(砥粒)을 포함하는 가공액을 공급하면서, 상기 와이어열에 상기 워크를 누름으로써, 상기 워크를 절단하는 워크의 절단방법으로서,
    와이어쏘에서 배출되는 폐슬러리에 포함된 사용이 끝난 상기 지립을 회수하고, 상기 회수된 사용이 끝난 상기 지립에 대하여 황산과 과산화수소수의 혼합액으로 처리를 행하여 구리를 제거하고, 처리 후의 지립을 쿨런트에 녹여 상기 가공액으로 함으로써 상기 처리 후의 지립을 상기 워크의 절단에 재이용하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법.
  2. 와이어쏘(ソ-)를 이용한 워크 절단에 사용한 후에 구리를 제거하고 재이용한 지립을 포함하는 가공액으로서,
    상기 지립에 함유되는 구리의 농도가 지립 1g당 1ppm 이하인 것을 특징으로 하는 가공액.
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