KR200360739Y1 - 웨이퍼 연마용 레진 본드 숫돌 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 실리콘 웨이퍼의 가공에 사용되는 레진 본드 숫돌에 관한 것이다.

웨이퍼의 표면을 연삭하는 가공에서는, 연삭 숫돌의 레진 본드의 탄성이 크기 때문에, 연삭시에 입자가 본드층으로 들어가기 쉬우며, 레진 본드가 웨이퍼와 접촉하여 마찰이 발생한다. 웨이퍼는 극히 취성이 큰 재료이며, 또한 두께가 스브 스트레이트에서 약 700∼800㎛, 집적회로가 형성된 디바이스 웨이퍼에서는 30∼200㎛으로 극히 얇기 때문에, 연삭 가공시에 레진 본드와의 사이에 마찰이 생기면, 웨이퍼에서 벽개 크랙이 발생한다든지 파손되는 문제가 발생한다.

본 고안은 이러한 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 레진 본드 숫돌의 내마모성을 높이기 위하여 필러를 첨가함에 있어서, 필러의 유지력을 저하시킴이 없이, 필러의 첨가량의 증대를 가능하게 하며, 입자층의 내마모성을 향상시키고, 더욱이 피연삭재의 오염원으로 되는 반응 생성물을 형성시키지 않는 레진 본드 숫돌을 제공함에 그 목적이 있다.

본 고안의 레진 본드 숫돌은, 샹크의 외주부의 측면에 입자층이 고착된, 실리콘 웨이퍼의 연마에 사용하는 레진 본드 숫돌에 있어서, 입자층을 구성하는 재료로서 다공질 BaCo₃를 필러로서 첨가한 레진 본드 숫돌에 있어서, 다공질 BaCo₃의 압축강도가 40∼49MPa 범위이며, 다공질 BaCo₃의 입경이 5∼15㎛이고, 다공질 BaCo₃의함유량을 입자층 전체의 20∼40%(vol)로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

레진 본드 숫돌의 입자층에 다공질 BaCo₃를 필러로서 첨가하는 것에 의하여, 필러의 유지력이 저하되는 일이 없이, 필러의 첨가량의 증가를 가능하게 하며, 입자층의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 그 결과 실리콘 웨이퍼의 표면 가공용 레진 본드 숫돌에서는, 본드층의 탄성을 작게할 수가 있으며, 본드층이 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼에 벽개 크랙이나 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, Si 이외의 금속 원소를 포함하지 않으므로, 오염원으로 되는 반응 생성물을 형성하지 않게 된다.

Description

웨이퍼 연마용 레진 본드 숫돌{Resin bonded wheel for wafer grinding}

본 고안은, 실리콘 웨이퍼의 가공에 사용되는 레진 본드 숫돌에 관한 것이다.

레진 본드 숫돌은, 다이아몬드 입자나 CBN 입자를 레진 본드와 혼합하여 가열, 가압 성형하여 입자층을 형성한다. 레진 본드는 메탈 본드나 비트리파이드 본드에 비하여 연질이며, 연삭 가공시에 절삭날인 입자가 마멸되어 예리성이 저하되기 전에 본드층이 마멸되어 입자가 탈락된다. 이 때문에, 연삭면의 눈메움이나 입자의 마멸에 의한 예리성의 저하가 발생하기 어렵다. 또한, 레진 본드는 메탈 본드에 비하여 탄성이 크기 때문에, 피연삭재의 다듬질면이 양호하다. 그러므로, 레진 본드 숫돌은 실리콘 웨이퍼의 경면 연삭 등, 작은 표면 거칠기가 요구되는 연삭에 이용된다.

실리콘 웨이퍼의 가공 공정은, 실리콘 잉곳을 외주날 브레이드나 컵형 숫돌 등에서 소정 치수의 원주형의 잉곳으로 성형하고, 이 원주형 잉곳을 내주날 브레이드나 와이어 소오로써 소정의 두께로 슬라이스하여 웨이퍼로 만든다. 이 웨이퍼의 외주부를 모따기 연삭하고, 그 후에 웨이퍼의 편면 또는 양면을 연삭, 랩핑, 에칭, 폴리싱한 것이 서브 스트레이트이다. 이 서브 스트레이트에 집적 회로 등의 디바이스를 형성하고, 형성면의 뒷면을 연삭, 폴리싱한 것이 디바이스 웨이퍼이다. 본 고안은, 실리콘 웨이퍼에 의한 서브 스트레이트 및 디바이스 웨이퍼를 제조하는 과정에서 연마를 위해 사용하는 레진 본드 숫돌에 관한 것이다.

웨이퍼 표면의 연삭가공 및 집적회로 뒷면의 연삭가공에서는, 도 1에서 보이는 바와 같은 컵형의 연삭 숫돌을 사용하고, 도 2에서 보이는 바와 같이 하여 연삭가공이 행해진다. 도 1은 연삭 숫돌의 외관의 일례를 보이는 사시도이며, 연삭 숫돌(40)에는, 철재료 또는 알루미늄 재료로 된 샹크(41)의 외주부 측면(42)에 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자와 레진 본드로 이루어진 세그멘트 형의 입자층(43)이 고착되어 있다. 도 2는 실리콘 웨이퍼의 표면 연삭 가공 방법의 일례를 나타내는 그림이며, 연삭 장치에 배설된 척 테이블(60)의 흡착면(61)에 웨이퍼(50)를 흡인 유지하고, 연삭 숫돌(40)의 하부에 있는 입자층(43)과 웨이퍼(50)의 표면이 평행한상태를 유지함과 동시에 척 테이블(61)의 회전 중심을 통하도록 연삭 숫돌(40)을 회전시키면서 하강시키고, 입자층(43)을 웨이퍼(50)에 접촉시키는 것에 의하여 연삭을 행한다.

웨이퍼의 표면을 연삭하는 가공에서는, 연삭 숫돌의 레진 본드의 탄성이 크기때문에, 연삭시에 입자가 본드층으로 들어가기 쉬우며, 레진 본드가 웨이퍼와 접촉하여 마찰이 발생한다. 웨이퍼는 취성이 극히 큰 재료이며, 또한 두께가 스브 스트레이트에서 약 700∼800㎛, 집적회로가 형성된 디바이스 웨이퍼에서는 30∼200㎛으로 극히 얇기 때문에, 연삭 가공시에 레진 본드와의 사이에 마찰이 생기면, 웨이퍼에서 벽개 크랙이 발생한다든지 파손되는 문제가 발생한다.

레진 본드가 연질이기 때문에, 연삭시의 마멸이 크며, 숫돌 수명이 짧다는 문제에 대하여, 필러(filler)로서 구상의 SiO₂를 분산 배치하는 방법과, ZnO 및 고체윤활제를 포함하는 필러를 분산 배치하는 방법이 제안되어 있다. 이와 같이 필러를 첨가하는 것에 의하여 입자층의 내마모성을 향상시키는 방법이 시도되고 있다.

그러나, 상기의 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공시의 문제를 해결하려면, 필러를 다량 첨가할 필요가 있다. 필러의 첨가량이 많아지면 상대적으로 레진 본드의 양이 감소하고, 필러의 유지력이 저하하여 필러의 탈락이 발생하기 쉽게 된다. 이 때문에, 다량의 필러를 첨가하면, 반대로 마멸의 진행이 빨라지고, 입자층의 형상 붕괴가 심하게 되며, 숫돌의 수명이 짧아지는 문제가 있다.

이것에 대하여, 다공질 규산 칼슘을 입자층 중에 분산시키는 것에 의하여, 다공질 규산 칼슘의 기공내로 수지가 들어가서 고화되며, 입자의 브릿지 작용에 의하여 입자층의 강도가 향상되어, 입자의 조기 탈락이나 입자층의 형상 붕괴를 방지하도록 하고 있다. 그러나 이 고안에서는, 다공질 규산 칼슘이 연삭시에 파괴되어 칩 포켓을 형성하도록 하고 있다. 따라서 다공질 규산 칼슘을 다량으로 첨가하더라도 내마모성을 향상시키는 효과는 없으며, 숫돌의 수명을 향상시킬 수는 없다. 또한, 실리콘 웨이퍼 연삭에서 중요한 과제인 금속 오염을 고려하면, Si 이외의 금속 원소(Al)을 포함하는 다공질 규산 칼슘은, 실리콘 웨이퍼 연삭용 숫돌의 필러로는 적당하지 않다.

본 고안이 해결하려는 과제는, 레진 본드 숫돌의 내마모성을 높이기 위하여 필러를 첨가함에 있어서, 필러의 유지력을 저하시킴이 없이, 필러의 첨가량의 증대를 가능하게 하며, 입자층의 내마모성을 향상시키고, 더욱이 피연삭재의 오염원으로 되는 반응 생성물을 형성시키지 않는 컵형 레진 본드 숫돌(40)을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안 레진 본드 숫돌의 외관을 나타내는 사시도

도 2는 본 고안 레진 본드 숫돌에 의한 웨이퍼 연마 방식을 나타내는 상태도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

40 : 컵형 레진본드 숫돌 41 : 샹크

42 : 외주부 측면 43 : 입자층

50 : 웨이퍼 60 : 척 테이블

61 : 흡착면

본 고안은, 샹크의 외주부의 원주면 또는 측면에 입자층이 고착된, 실리콘 웨이퍼 및 디바이스 웨이퍼의 가공에 사용하는 레진 본드 숫돌에 있어서, 입자층을 구성하는 재료로서 다공질 BaCo₃를 필러로서 첨가하는 것을 특징으로 한다.

입자층에 첨가하는 필러로서 다공질 이산화 규소를 첨가하는 것에 의하여,입자와 레진 본드와 필러를 혼합하여 성형하는 때에, 레진 본드가 필러 표면의 미세 구멍으로 들어가고, 레진 본드가 필러를 유지하는 힘이 크게 향상된다.

상기한 다공질 BaCo₃는, 입경 1∼100nm의 미세한 1차 입자를 구성하고, 소결에 의하여 집합시킨 입경 5∼15㎛의 2차 입자이며, 표면 및 내부에 미세 구멍이 다수 형성되어 있다. 미세 구멍의 크기 및 개수는, 1차 입자를 구성하고 소결하는 때의 조건 설정에 의하여 조정할 수가 있다. 또한, 다공질 BaCo₃는 실리콘 웨이퍼의 연삭시에 웨이퍼의 오염원으로 되는 반응 생성물을 형성하지 않고, 또한 BaCo₃로는 고순도(98% 이상)의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다공질 BaCo₃의 압축강도는 40∼49MPa 범위으로 하는 것이 바람직하다. 압축강도가 40MPa 보다 작으면 연삭시에 파괴되는 경우가 있으며, 입자층의 내마모성을 향상시킬 수가 없다.

또한, 다공질 BaCo₃의 함유량은, 입자층 전체의 20∼40%(vol)으로 하는 것이 바람직하다. 다공질 BaCo₃의 함유량이 20%(vol) 보다 작으면, 입자층의 마멸을 충분히 억제할 수가 없다. 한편, 다공질 BaCo₃의 함유량이 40%(vol)를 초과하면, 레진 본드의 양이 적기 때문에 다공질 BaCo₃의 충분한 유지력이 얻어지지 않으며, 다공질 BaCo₃가 탈락하기 쉽게되며, 오히려 입자층의 마모 진행이 빨라지게 된다.

다공질 BaCo₃를 첨가한 입자층을 샹크에 고착한 레진 본드 숫돌은 종래의 레진 본드 숫돌과 동일한 제조 방법에 의하여 제조할 수가 있다. 즉, 입자와 수지와 다공질 BaCo₃를 혼련하고, 150∼300℃ 정도의 온도에서 성형하여 입자층을 형성하고, 입자층을 샹크의 외주면 또는 외주부 측면에 고착시키는 것에 의하여, 도 1에 보이는 바와 같은 컵형 레진본드 숫돌(40)로 된다.

[실시예]

아래에, 본 고안의 실시예를 설명한다. 시험에 사용한 레진 본드 숫돌(40)은, 도 1에서 보이는 바와 같은 컵형 숫돌이며, 샹크(31)는 알루미늄 재료로서 외경 250mm이다. 입자층(33)은 입도 #3000의 다이아몬드 입자와 레진 본드인 페놀 수지와 필러로 이루어진다. 수지의 종류로는 페놀 수지에 한정되는 것은 아니다. 또한, 다이아몬드 입자의 입도에 대하여도 #325∼#8000의 입도로부터 요구되는 표면거칠기에 맞는 것을 적절히 선정한다. 여기서, 본 고안의 숫돌은 필러로서 평균 입경 3㎛의 다공질 BaCo₃(순도 99% 이상)을 사용하고, 다공질 BaCo₃의 배합비를 바꾼 고안품 1∼3의 숫돌이며, 비교예의 숫돌은 다공질 BaCo₃의 압축 강도가 낮은 비교품의 숫돌이며, 종래예의 숫돌은 기공이 없는 무공질 BaCo₃의 배합비를 바꾼 종래품 1∼3의 숫돌이다. 시험 조건은 아래와 같다

시험조건

연삭기계 : 종축 평면연삭기

숫돌 회전속도 : 3800rpm

피연삭재 : 8인치 실리콘 웨이퍼

연삭량 : 20㎛

가공개수 : 900매

표 1에 각 숫돌의 입자층의 배합과 다공질 BaCo₃의 압축 강도 및 연삭실험에 의한 숫돌 수명을 나타낸다.

[표 1]

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 고안품 1∼3의 숫돌은, 다공질 BaCo₃의 첨가량에 비례하여 숫돌 수명이 향상되고 있다. 다공질 BaCo₃의 첨가량이 증가하여 상대적으로 페놀 수지의 양이 감소하더라도, 다공질 BaCo₃를 유지하는 힘이 저하되는 일이 없이, 입자층의 내마모성이 향상되는 것을 확인하였다.

비교품의 숫돌은, 숫돌 수명이 종래품 1의 숫돌의 1/10 이었다. 시험후의 입자층을 관찰한 결과, 필러인 다공질 BaCo₃가 파쇄를 일으켰다. 다공질 BaCo₃의 강도가 낮은 것에 의하여, 연삭시에 다공질 BaCo₃가 파쇄를 일으키고, 내마모성 향상의효과가 얻어지지 않는다. 종래품 2, 3의 숫돌은 종래품 1에 비하여 필러량이 증가하였음에도 불구하고, 숫돌 수명이 저하되었다. 다공질 BaCo₃를 사용하고 있으므로, 필러량의 증가에 동반하여 페놀 수지에 의한 필러의 유지력이 저하되어 탈락하고, 입자층의 내마모성이 저하된다.

레진 본드 숫돌의 입자층에 다공질 BaCo₃를 필러로서 첨가하는 것에 의하여, 필러의 유지력이 저하되는 일이 없이, 필러의 첨가량의 증가를 가능하게 하며, 입자층의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 그 결과 실리콘 웨이퍼의 표면 가공용 레진 본드 숫돌에서는, 본드층의 탄성을 작게할 수가 있으며, 본드층이 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼에 벽개 크랙이나 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 오염원으로 되는 반응 생성물을 형성하지 않게 된다.

Claims (1)

1. 샹크의 외주부의 측면에 입자층이 고착된, 실리콘 웨이퍼의 연마에 사용하는 레진 본드 숫돌에 있어서, 입자층을 구성하는 재료로서 다공질 BaCo₃가 필러로서 첨가되어 있으며, 다공질 BaCo₃의 압축 강도가 40∼49MPa 범위이고, 다공질 BaCo₃의 입경이 5∼15㎛이며, 다공질 BaCo₃의 함유량이 입자층 전체의 20∼40%(vol)인 컵형 레진 본드 숫돌(40).