KR20020086243A - 가공물로 부터 슬라이스의 절삭방법 - Google Patents

Abstract

톱에 의해 로드 또는 블록형상의 가공물을 절삭하는 방법에 있어서, 절삭시 가공물의 온도를 측정하고, 그 측정신호는 가공물의 온도제어에 사용되는 제어신호를 발생하는 제어장치에 전송된다.

또는 가공물의 온도는 절삭시 소정의 제어커브를 기재로 한 제어신호에 의해 제어된다.

Description

가공물로 부터 슬라이스의 절삭방법{Method for cutting slices from a workpiece}

본 발명은 가공물로 부터 슬라이스(slice)를 절삭하는 특히 로드 또는 블록형상의 반도체물질로 부터 반도체 웨이퍼를 절삭하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼는 로드 또는 블록형상이며 반도체재료로 되여있는 단결정 또는 다결정가공물을 와이어톱에 의해 한 작업으로 동시에 다수의 반도체 웨이퍼로 절삭하여 제조된다.

그 와이어톱의 주구성부분은 머신프레임, 애드밴싱 디바이스(advancing device) 및 평행의 와이어섹션의 웨브(web)로 이루어진 톱질툴을 포함하고 있다.

독일특허출원서(출원번호 19959414. 7-14)에 기재된 것 같이 와이어웨브는 프레임에 의해 서로 평행으로 인장한 다수의 개별 와이어로 이루어저 있다.

그러나, 일반적으로 와이어웨브는 최소한 2개의 와이어가이딩롤간에 인정한 다수의 평행으로 된 와이어섹션에 의해 형성되며, 그 와이어 가이등 롤은 회전되게 장착되고 최소한 그 롤중의 1개가 구동된다.

와이어섹션은 롤시스템 주위에 나선형으로 가이드되고 기본릴(stock reel)로 부터 수용롤에 풀려있는 단 한개의 유한 와이어에 속한다.

다른편으로는, 특허문헌(US4,655,191)명세서에는 다수의 유한와이어를 구비한 와이어톱에 대한 것과 와이웨브의 각 와이어섹션이 이들 와이어중의 1개에 배치된 것에 대하여 기재하고 있다.

또한, 특허문헌(EP522542 A1)명세서에는 다수의 무한 와이어루프가 롤시스템주위에 배치된 것에 대하여 기재하고 있다.

톱질 작업시, 애드밴싱 디바이스는 와이어섹션과 가공물의 서로 맞대향한 상대운동을 생성하며, 그 운동의 결과로, 예로서 실리콘카바이드로 구성된 연마입자에 의해 작용된 와이어는 가공물을 통하여 평행의 톱갭(saw gap)을 형성하는 작업을 하게 된다.

특허문헌(DE 3942671 A1)명세서에서는 가공물을 고정된 와이어웨브에 가이드하는 애드밴싱 디바이스 및 와이어톱의 톱헤드를 고정한 가공물에 가이드하는 애드밴싱 디바이스의 양 애드밴싱 디바이스에 대하여 기재하고 있다.

마모입자는 와이어에 작용하는 슬러리로서 알려진 톱질현탁액에 함유되거나 아니면 예컨데 특허문헌(EP0990498A1)에 기재된 것 같이 와이어에 견고하게 결합될 수 있다.

예로서 단결정로드로 이루어진 로드 또는 블록형상의 반도체 물질에서 반도체 웨이퍼를 제조시에는 와이어톱이 많이 필요하게 된다.

일반적으로, 톱질방법은 각 톱질된 반도체 웨이퍼가 가능한한 평탄하고 평행으로 서로 마주보게 놓인 측면을 갖게 하는 것을 목적으로 한다.

웨이퍼의 뒤틀림(warp)으로서 공지된 것은 희망하는 웨이퍼의 이상적 형상과 실제웨이퍼의 형상과의 공지된 편차치수이며, 일반적으로 뒤틀림은 많아야 수 ㎛이다.

그 뒤틀림은 가공물에 대해서 톱질와이어 섹션의 상대운동의 결과로 형성되며 그 상대운동은 톱질처리의 과정을 통하여 가공물에 대하여 축방향으로 일어난다.

그 상대운동은 예로서 톱질시 발생하는 절삭력, 열평창에 기인된 와이어가이딩롤의 축방향이동, 베어링운동 또는 가공물의 열팽창을 통하여 초래된다.

가공물에 관하여 축방향에 있어서, 가공물과 와이어섹션간의 상대운동의 가장 중요한 원인중의 하나는 마모입자에 의한 가공물의 가공으로 톱질처리의 과정을 통하여 가공물이 가열되며 그에따라 열팽창으로 유도되는 열의 상당량이 방출되기 때문이다.

다른 편으로는 이것은 뒤틀림의 증가를 유도할 뿐 아니라, 톱질웨이퍼의 파상을 많이 발생시킨다.

특히, 온도의 큰 증가는 와이어가 가공물을 절삭개시후 최초 수 mm의 절삭후에 이러난다.

맞물림 길이가 증가함에 따라 가공물의 온도는 더욱 상승한다.

가공물의 온도가 최대의 맞물리길이영역에 최대로 도달한 다음 다시 약간 감소한다.

그것은 가공열의 감소이외에 형성되는 웨이퍼의 냉각휠(cooling fim)효과 때문이다.

톱질보조무로서 슬러리를 사용시 가공물의 열팽창은 슬러리를 톱와이어에 공급전에 사용한 슬러리에 소정의 온도를 전달함으로서 감소된다.

이것은 특허문헌(JP5200734)의 요약서에 기재된 것 같이 슬러리탱크의 열교환기에 의해 달성된다.

특허문헌(JP7171753)의 요약서에서는 저장탱크에 있는 슬러리의 온도를 측정하고, 그 측정신호를 열교환기의 저장탱크를 통하여 흐르는 냉각액체의 흐름을 제어하는데 사용하여 일정한 슬러리온도로 되게하는 방법에 대하여 기재하고 있다.

유사한 방법이 특허문헌(JP10180750)의 요약서에 기재되어 있으며, 이 경우 슬러리는 와이어톱으로 가는 공급라인에 맞물린 열교환기를 통하여 흐른다.

열교환기와 와이어톱간의 공급라인에 있는 온도프로브는 열교환기내의 냉각제의 흐름을 제어하는 것이 가능함으로, 그에 따라 일정한 슬러리온도를 보장하는 것이 역시 가능하다. 온도제어된 슬러리는 가공물온도의 요동을 감소시킨다.

특허문헌(WO 00/413162)에는 마찬가지로 톱질시 가공물의 온도의 요동을 감소시키는 여러 가능한 방법에 대하여 기재하고 있다.

예를들면, 온도가 일정하게 유지되는 냉각매체를 톱질시 가공물상에 흐르게 하는 것이 제안되었으며, 그 매체는 가공물과 접촉되기전에 열교환기를 통하여 흐르는 유체이다.

예를들면, 일정온도에 있는 슬러리가 톱와이어에 공급될 뿐 아니라, 또한 직접 가공물에 공급됨으로 향상된 냉각력을 보증할 수가 있다.

다른 액체 또는 예로서 일정온도를 가진 공기등의 기체가 또한 가공물에 공급된다.

앞에서 설명한 모든 방법의 결점은 가공물의 온도요동이 다만 불충분하게 보상되는 것이다.

그러므로, 본 발명은 가공물의 가열과 연관된 결점을 더욱 효율적으로 방지하는 목적에 근거를 두고 있다.

본 목적은 톱에 의해 로드 또는 블록형상의 가공물을 절삭하는 방법에 의해 달성되며 가공물의 온도를 절삭시 측정하며, 그 측정신호는 가공물의 온도를 제어하는 제어신호를 발생하는 제어장치에 전송된다.

본 발명에 의한 방법의 이점은 가공물이 웨이퍼로 절삭될때 가공물의 온도를 기록할 수 있는 것이다.

그러므로 목표한 카운터제어가 온도변화시에도 가능하다.

본 발명의 방법과는 대조적으로 종래기술은 다만 냉각매체의 온도, 일반적으로 슬러리의 온도를 일정하게 유지하였다.

그에 따라서, 가공물의 온도의 변화를 다만 불충분하게 감소시킬 수 있었다.

본 발명의 범위내에서는 가공물의 온도에 영향을 끼치기에 적합한 어떤 방법이라도 사용하는 것이 가능하다.

그 때문에 열교환기에서 소정의 온도로 된 유체를 사용한 다음 그것을 노즐을 통하여 가공물에 공급하는 것이 바람직하다.

노즐은 가공물위에 또는 가공물위의 측면으로 배치된다.

액체는 가스에 비하여 보다 높은 열용량을 가졌음으로, 유체중에서는 액체가 특히 바람직하다.

사용된 톱질보조물이 슬러리의 경우에는 추가 액체용기가 불필요함으로 슬러리를 가공물의 온도제어에 사용하는 것이 특히 바람직하다.

마찬가지로 슬러리의 온도는 열교환기에서 제어된다.

가공물의 전면에 또는 시멘트스트립에 배치된 펠티어(peltier)소자를 사용한 가공물의 열전냉각(thermoelectric cooling)이 또한 바람직하다.

펠티어소자를 사용한 열전냉각은 관성이 작기 때문에 가변제어온도를 신속히 설정할 있는 특유한 이점을 가진다.

열교환기 또는 펠티어소자는 가공물온도를 측정한 측정신호를 공급하며 그 신호를 제어신호로 변환하는 제어장치 에 의해 제어되며, 가공물의 온도는 열전쌍 또는 저항온도계등의 온도센서에 의해 측정된다.

이 온도센서는 최소한 가공물의 한 전면에 배치되는 것이 바람직하다.

실리콘웨이퍼의 제조에 있어서 통상적인 것 같이, 가공물을 절삭하기 위해 가공물을 시멘트스트립에 시멘트로 굳힐 경우 시멘트스트립에서의 온도측정이 바람직하다.

시멘트스트립의 온도는 그의 표면에서, 아니면 온도센서를 수용하고 있는 보어(bore)에서 측정된다.

본 발명의 방법에 의한 특히 바람직한 변형예는 무엇보다 동일 물질로 되고 동일형상을 가진 가공물 유형에 대한 제어커브를 결정하는 데 있다.

이것은 절삭시 가공물의 온도의 제어에 의해 또 최소한 1개의 가공물에 대해 그러나 바람직하게는 복수의 유사가공물(그후에 형성된 평균치로)에 대해 앞에서설명한 방법으로 가변냉각의 제어에 의해 달성되는 것이 바람직하다.

그러므로, 측정신호, 아니면 양자 택일로, 제어장치에 의해 생성되어 냉각을 제어하는데 사용되는 제어신호가 시간의 함수로서 기록된다.

이러한 방법으로 결정된 제어커브는 그 다음 유사유형의 다른 가공물의 절삭시 가공물 냉각을 제어하는데 사용된다.

이러한 변형예에 있어서는 온도측정이 결정된 제어커브에 의해 대치됨으로 절삭시 각 가공물의 온도를 측정할 필요가 없다.

이 방법은 유사유형의 다수의 가공물을 동일방법으로 처리할 경우 특히 유리하다.

다른 유형의 가공물을 처리할 경우에는 무엇보다 먼저 각 유형에 대해 결정되는 제어커브가 필요하며, 그 다음 그 물질 및 형상에 정합되는 제어커브를 각 가공물에 대해 선택하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따라 설치되고 온도제어슬러리를 사용하여 가공물의 온도를 제어하는 와이어톱의 개략도를 나타낸다.

도 2는 직경 200mm를 가진 실리콘단결정의 예에 의거하여 종래방법에 의한 온도프로파일과 본 발명에 의한 온도제어를 사용했을때와의 비교를 나타낸 도이다.

(도면에 나타난 주요부분의 부호설명)

1: 가공물2: 시멘트스트립

3: 실치판4: 톱와이어

5: 와이어가이딩롤6: 슬러리 노즐

7: 용기8: 모터

9: 교반기10: 슬러리 순환로

11,15: 펌프12,17: 열교환기

13: 온도프로브14: 제2의 슬러리 순환로

16: 추가노즐18: 제어장치

도 1를 참조하여 본 발명에 의한 방법의 바람직한 실시예를 설명한다.

가공물(1)을 시멘트스트립(2) 및 설치판(3)에 의해 종래방법에 의한 와이어톱의 머신프레임(도면생략)에 고정하였다.

톱와이어(4)는 4개의 와이어가이딩롤(5)위를 나선형으로 작동하여 와이어웨브를 형성하였고, 슬러리는 슬러리 노즐(6)를 통하여 톱와이어에 작용하였으며, 이때 슬러리는 작동와이어에 의해 절삭위치에 운반되었다.(도 1에는 톱처리전의 상태를 나타내고 있다).

슬러리는 모터(8)에 의해 구동되는 교반기(9)를 구비한 용기(7)로 부터 펌프(11)에 의해 슬러리 순환로(10)를 경유하여 슬러리 노즐(6)에 운반되었다.

슬러리를 톱질작업에 사용한후에 그 슬러리는 집합장치(20)를 통하여 용기(7)에 되돌여졌으며, 펌프(11)와 슬러리 노즐(6)간에 슬러리가 열교환기(12)를 통과하였다.

열교환기는 용기(7)에 있는 슬러리의 온도를 측정하는 온도프로브(13)로부터의 측정신호에 의해 제어되었다.

이와같은 유형의 온도제어는 종래기술에 속한다.

또, 와이어톱은 제2의 슬러리 순환로(14)를 구비하였으며, 그 슬러리 순환로를 경유하여, 슬러리는 펌프(15)에 의해 추가노즐(16)에 운반되었다.

이들 노즐은 슬러리를 가공물에 사용할 수 있도록 가공물위에 또는 가공물 위의 측면에 배치되었으며, 펌프(15)와 추가노즐(16)간에 슬러리가 열교환기(17)를 통과하며, 그 열교환기는 제어장치(18)에 의해 제어되었다.

본 발명에 있어서, 가공물의 온도는 톱질시 최소한 1개 장소에서 측정된다.

도 1은 수직열로 배치된 5개의 온도센서(19)에 의한 가공물의 전면에서의 온도측정르 나타낸다.

측정신호는 열교환기(17)을 측정가공물 온도에 의거하여 제어될 수 있도록 제어장치(18)에 공급된다.

소정치보다 높은 가공물의 온도가 측정될 경우에는, 열교환기(17)의 슬러리온도를 감소시킨다.

가공물의 온도가 소정온도 이하일 경우에는, 슬러리온도를 높게 달성할 수 있도록 열교환기의 냉각용량을 감소시킨다.

다음, 본 발명에 의한 방법의 성과를 실시예 및 비교실시예에 따라 설명한다.

비교 실시예 1: 비제어공정

종래기술에 의한 슬러리와이어톱을 사용하여 직경 200mm의 단결정실리콘 로드를 다수의 웨이퍼로 절삭하였으며, 절삭시간은 약 400분 소요되었다.

도 2에서 VI에 의해 표시된 커브가 나타낸 것 같이, 실리콘로드의 온도는 와이어톱이 실리콘로드를 절삭개시직후 급격히 상승하여 톱질이 100분을 좀 넘은후에 공정개시시의 온도보다 약 16℃ 높은 최대치에 도달하였다.

그 다음 그 온도는 처리완료시까지 서서히 약 12℃를 강하하였다.

S에 의해 표시된 커브는 mm로 된 톱질헤드의 위치 즉 톱질의 과정을 나타내고 있다.

실시예 1: 제어공정

본 방법의 모든 파라미터는 실시예 1에서와 같이 동일하게 되도록 선택되었다.

그러나, 본 방법에 의한 온도제어방법을 일정 슬러리 온도방법 대신에 사용함으로서 가변온도를 가진 냉각액체는 가공물온도의 변화가 가능한한 적게 유지되도록 노즐(16)을 경유하여 가공물위를 흘렸다.

이 경우, 가공물온도의 요동은 도 2의 B에 의해 표시된 커브로 나타낸 것 같이 다만 약 5℃였다.

그에 따라, 톱질된 웨이퍼의 최대 뒤클림은 전형적 크기 15㎛에서 10㎛로 감소되었다.

본 발명의 응용영역은 생성물의 고도의 평면성 및 저파상면이 요구되는 모든 톱질처리영역까지 확장한다.

본 발명은 어느 톱의 소정특징을 사용하지 않음으로, 본 발명은 어떤 소정의 톱에 대해 사용할 수 있으며, 특히 결합마모입자(다이아몬드 와이어)와 작용하는 와이어톱에 대하여 또한 밴드톱 및 환상톱에 대하여도 사용할 수 있다.

종래방법에 있어서는 반도체물질에서 반도체 웨이퍼를 절삭시, 반도체물질, 즉 가공물의 온도요도에 대한 보상이 불충분하였다.

본 발명에 있어서는 절삭시 가공물의 온도를 측정하고, 그 측정신호는 가공물의 온도제어에 사용되는 제어신호를 발생하는 제어장치에 전송됨으로 가공물의 온도의 요동을 충분하게 제어하여 보상할 수 가 있다.

따라서, 가공물의 절삭을 효율적으로 달성할 수가 있다.

Claims (11)

1. 톱에 의해 로드 또는 블록형상인 가공물을 절삭하는 방법에 있어서,

   가공물의 온도를 절삭시 측정하며 그 측정신호는 가공물의 온도제어에 사용되는 제어신호를 생성하는 제어장치에 전송됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
2. 톱에 의해 로드 또는 블록형상인 가공물을 절삭하는 방법에 있어서,

   가공물의 온도가 소정의 제어거브를 기재로 한 제어신호에 의해 제어시 제어됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
3. 제2항에 있어서,

   제어커브는 절삭시 가공물의 온도를 측정함으로 결정되며, 가공물온도를 제어하기 위해 사용되는 측정신호가 측정에 의해 생성되며, 이때 그 제어커브가 기록됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
4. 제2항에 있어서,

   제어커브를 선택하여 가공물의 물질과 형상을 정합시키는 것을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
5. 제1항에 있어서,

   제어신호에 의해 냉각매체의 온도를 설정하는 열교환기를 제어하며, 냉각매체를 가공물에 공급하여 가공물의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
6. 제5항에 있어서,

   냉각매체는 액체 또는 기체이며, 그 냉각매체는 가공물상부에 또는 상부측면에 배치된 노즐을 통하여 가공물에 공급됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
7. 제6항에 있어서,

   액체는 가공물을 절삭하기 위해 사용되는 슬러리와 동일함을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제어신호는 가공물 또는 시멘트의 스트립에 배치되어 가공물의 온도를 제어를 하기 위해 사용하는 최소한 1개의 펠티어소자(Peltier element)를 제어함을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   가공물의 온도는 가공물의 표면 또는 시멘트의 스트립 또는 시멘트스트립의 보어(bore)에 있는 여러장소에서 동시에 측정됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
10. 청구항 1, 3 또는 9항에 잇어서,

    가공물의 온도는 가공물의 전면에서 측정됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.
11. 제1항에 있어서,

    가공물의 온도는 일정하게 유지됨을 특징으로 하는 가공물의 절삭방법.