KR20080055633A - 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종축 및 횡단면을 갖는 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법에 관한 것으로서, 테이블 상에 고정된 공작물은, 유효 속도로 이동되는 쏘잉 와이어에 의해 형성되는 와이어 게이트를 통과하여 가변적인 전방 이송 속도로 상대 이동에 의해 이송되어, 테이블과 와이어 톱의 와이어 게이트 사이에서 공작물의 종축에 수직으로 향하게 되며, 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도는 쏘잉 와이어의 마모를 균일하게 하도록 전방 이송 속도와 공작물 횡단면의 함수로서 조절된다.

Description

공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법{METHOD FOR SLICING A MULTIPLICITY OF WAFERS FROM A WORKPIECE}
본 발명은, 와이어 톱에 의해서 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법에 관한 것이다.
와이어 톱은, 예컨대 한 번의 공정으로 결정 요소로부터 다수의 반도체 웨이퍼, 태양광 웨이퍼 및 다른 결정 웨이퍼를 슬라이싱하는 데에 적합하다.
그러한 와이어 톱의 작용 원리는 미국특허 제 5,771,876 호에 기술되어 있다.
와이어 톱은 두 개 이상의 와이어 이송 롤 또는 안내 롤 주위에 권취된 쏘잉 와이어에 의해 형성되는 와이어 게이트를 갖는다.
쏘잉 와이어에는 절단층이 피복될 수 있다.
절단 연마제가 견고하게 고정되지 않은 쏘잉 와이어를 구비한 와이어 톱을 이용하는 경우, 현탁액(슬러리) 형태의 절단 연마제가 슬라이싱 공정 중에 이송된다.
슬라이싱 공정 중에, 테이블 상에 고정된 공작물은, 쏘잉 와이어가 서로 평 행하게 놓인 와이어 단면의 형태로 배치되어 있는 와이어 게이트를 통과한다. 와이어 게이트의 통과는, 전방 이송 장치에 의해서 유도되는, 테이블과 와이어 게이트 간 상대 이동에 의해 야기되는데, 상기 전방 이송 장치는 와이어 게이트에 대해 공작물을 이송하거나(테이블 전방 이송) 공작물에 대해 와이어 게이트를 이송한다.
종래에, 공작물을 슬라이싱한 후에 쏘잉 와이어가 절단하는 쏘잉 스트립이 공작물의 원주 표면 상에서 공작물과 결합된다.
쏘잉 스트립은, 예컨대 공작물의 원주 표면 상에 접착제에 의해 부착되거나 접합된 흑연 스트립일 수 있다. 마지막으로, 쏘잉 스트립과 함께 공작물은 테이블 위에 접합된다.
슬라이싱 후에, 슬라이싱된 웨이퍼는 빗살과 같은 쏘잉 스트립에 고정된 상태로 남게 되고, 이에 따라 웨이퍼를 와이어 톱으로부터 취할 수 있다. 이어서, 남아 있는 쏘잉 스트립은 웨이퍼로부터 제거된다.
종래 기술에서, 와이어 쏘잉 중에 쏘잉 와이어는 맞물림 길이의 함수로서 마모 정도가 상이하다는 문제점이 발생한다. 맞물림 길이라는 용어에 관하여는, 도 3 및 관련된 설명을 참조한다.
상기 문제를 피하기 위해서, 쏘잉 공정 중에 테이블 전방 이송을 일정하게 유지하고 맞물림 길이에 따라 쏘잉 와이어의 (유효한) 속도를 적합하게 하는 것이 미국특허 제 6,109,253 A호에 제안되었다. 와이어 속도와 맞물림 길이 간의 비례 관계가 의도된다. 그러나, 결정으로부터 상당한 크기의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼(예컨대, 300mm 웨이퍼)를 슬라이싱할 때, 일정하게 유지된 테이블 전방 이송은 불리한데, 그 이유는 반도체 웨이퍼의 전체 두께 편차(TTV)가 가장 큰 맞물림 길이의 영역에서 증가하기 때문이다. 따라서, 미국특허 제 6,109,253 A호에 기술된 것과 같은 일정한 테이블 전방 이송은 바람직하지 않다.
다른 한 편으로, 일본특허 제 9262826 A호는 맞물림 길이의 함수에서 테이블 전방 이송을 다양하게 하는 것을 고시하고 있다. 절단의 시작에서, 초기에는 와이어의 마모가 증가되고, 이어서 테이블 전방 이송 속도를 저하시킴으로써 감소되는데, 이상적으로는 선형으로 감소된다. 따라서, 상기 방법은 전과 같이 불균일성을 야기하지만, 와이어의 마모를 선형으로 감소시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 와이어 길이에 걸쳐 쏘잉 와이어의 균일한 마모를 달성하는 것에 있지만, 동시에 종래 기술에 기술된 방법의 단점을 회피하는 것에 있다.
본 발명의 목적은, 종축 및 횡단면을 갖는 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법으로서, 테이블 상에 고정된 공작물은, 유효 속도로 이동되는 쏘잉 와이어에 의해 형성되는 와이어 게이트를 통과하여 가변적인 전방 이송 속도로 상대 이동에 의해 이송되어, 테이블과 와이어 톱의 와이어 게이트 사이에서 공작물의 종축에 수직으로 향하게 되며, 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도는 쏘잉 와이어의 마모를 균일하게 하도록 전방 이송 속도와 공작물 횡단면의 함수로서 조절되는 것인 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는 공작물은 실리콘의 원통형 단결정이다.
그러나, 본 방법은 원주 표면을 포함하는 비원통형 결정 블록, 즉 예컨대 정사각형 횡단면 또는 직사각형 횡단면을 갖는 결정 블록의 쏘잉을 위해서도 적합하다.
예컨대 실리콘, 게르마늄, 비화갈륨과 같은 반도체 재료가 공작물의 재료로서 적합하다. 또한 다결정 재료일 수 있다.
바람직하게는 사용된 쏘잉 와이어는, 와이어 게이트를 형성하도록 감 개(spool)로부터 얻어지고 와이어 게이트를 형성하도록 안내 롤의 주위에서 여러번(예컨대, 300 내지 400번) 풀린다. 와이어 한벌의 출구에서, 바람직하게는 사용된 와이어는 다른 감개 상에 권취된다.
쏘잉 와이어는 쏘잉 공정 중에 와이어 톱 상에서 변화될 수 있는 유효 속도로 이동한다.
바람직하게는 쏘잉 와이어는 주기적으로 전후방 이동을 실시한다.
그러나, 또한 쏘잉 와이어는 한 방향으로만 이동하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 공작물은 쏘잉 스트립을 통해 테이블 상에 고정되고, 와이어 게이트 안으로 위에서부터 수직으로 유도된다.
테이블의 전방 이송 속도는 본 발명에 따라 변화된다. 바람직하게는 테이블 위치의 함수로서 조절된다.
쏘잉 와이어의 유효 속도, 즉, 예를 들면 전후방 이동 속도는 테이블 위치의 함수로서도 변화될 수 있다.
본 발명은, 전방 이송 속도 및 공작물 횡단면의 함수로서 쏘잉 공정 중에 와이어 톱 상에서 쏘잉 와이어의 유효 속도를 조절함으로써 쏘잉 와이어의 균일한 마모를 보장한다.
이 때문에, 최적화된 유효 와이어 속도가 각 테이블 위치에 대해 달성된다.
바람직하게는 유효 와이어 속도와 맞물림 길이 및 테이블의 전방 이송 속도의 곱 사이에 비례 관계가 존재한다.
바람직하게는 유효 와이어 속도와 맞물림 길이 사이에 비례 관계가 존재한 다.
쏘잉 와이어의 전방 이동 및 후방 이동이 바람직하다면, 유효 와이어 속도는 테이블 위치의 함수로서 와이어 이동의 전방 특성 및 후방 특성을 달성함으로써 조절된다.
본 발명에 따르면, 와이어 길이에 걸쳐 쏘잉 와이어의 마모가 균일하게 발생할 수 있다.
본 발명은 이하에서 더 바람직한 실시예를 참조로 더 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 범주 내에서, 종래 기술에서의 쏘잉 와이어의 불균일한 마모에 대한 연구가 먼저 제시될 것이다.
바람직하게는 와이어의 이동이 주기적으로 또는 교대로 전후방으로 발생하는데, 즉, 예를 들면 전방으로 300m 및 그 후 후방으로 240m, 즉, 한 주기당 약 60m 전방으로 유효하게 이동한다.
한 주기의 시작에서, 와이어가 시간 범위 △tv 동안 거리 △xv까지 전방으로 이동하고, 그 후 시간 범위 △tr 내에 거리 △xr까지 후방으로 이동한다.
따라서, △tz = △tv + △tr 의 주기 시간 내에서, 이는 △xz = △xv + △xr 의 거리를 커버한다(도 2 참조).
따라서, 와이어는 전후방 이동의 대응하는 선택에 의해 조절되는 유효 속도
Figure 112007084506914-PAT00001
로 이동한다.
바람직하게는 테이블 전방 이송 특성은 쏘잉 프로그램으로 저장된다. 이는 테이블 위치 y의 함수로서 소망의 전방 이송 속도를 달성함으로써 행하여진다.
마모된 부피 Z는 와이어가 상부에 지나가는 공작물의 면적 및 평균 절단 폭 D에 의해서 주어진다. 원통형 공작물에 대해서, 예를 들면 이것은 다음을 제공한다(예컨대, 도 3 참조):
Figure 112007084506914-PAT00002
.
주어진 테이블 위치 y에 대해, 와이어는 지나갈 면적의 일부만 커버할 것이다. 이는 맞물림 길이의 적분과 같은 테이블 위치의 함수로서 나타낼 수 있다. 대응하는 마모된 부피는 다음과 같이 주어진다:
Figure 112007084506914-PAT00003
.
마모율 z, 즉, 테이블 위치의 함수로서 단위 시간당 재료의 제거는 다음과 같이 적용된다:
Figure 112007084506914-PAT00004
.
바람직하게는 쏘잉 와이어의 마모는 와이어의 마멸 및 대응하는 직경의 변화 에 의해 특성화된다.
와이어의 위치 x에서의 마모 a에 대해, 다음과 같이 적용된다:
Figure 112007084506914-PAT00005
여기서, f는 테이블 위치에서 마모에 관련한 모든 인자를 기술한다.
a(x)는, 본 발명에 따라 쏘잉 와이어의 균일한 마모를 야기하도록 일정하게 유지되는데, 즉 x와 독립적이다.
와이어의 유효 속도를 위한 조건으로서, 바람직하게는 다음과 같이 적용된다:
Figure 112007084506914-PAT00006
따라서, 최적의 유효 와이어 속도가 각 테이블 위치에 대해 결정될 수 있다.
바람직하게는 최적의 유효 와이어 속도를 얻고 대응하는 전후방 와이어 이동을 결정하기 위해서 이하의 절차가 채택된다.
바람직한 제1 실시예에 따라, 최적의 유효 와이어 속도는 마모된 부피에 비례하는 와이어 위치 상의 쏘잉 와이어의 마모에 의해서, 그리고 다음의 관계를 얻도록 유효 와이어 속도를 선택함으로써 결정된다:
Figure 112007084506914-PAT00007
따라서, 바람직하게는 쏘잉 와이어의 유효 속도와 맞물림 길이 및 전방 이송 속도의 곱 사이에 비례 관계가 존재한다.
바람직한 제2 실시예에 따라, 위치 x에서의 와이어의 마모는 이 와이어 위치가 맞물리는데 보낸 시간에 비례한다. 테이블 전방 이송은 와이어 위치와 비교하여 매우 느리게만 변화하기 때문에, 로드 세그먼트를 통해 전후방으로 와이어 위치가 움직이는 주기 동안 절개부의 길이는 거의 변화하지 않는다. 절개부 내에서 와이어 세그먼트가 전후방으로 이동하는데 소비하는 시간은, 이 와이어 위치가 그 유효 속도로 현재의 절단 길이를 커버하기 위해서 필요로 하는 시간에 대체로 대응한다:
Figure 112007084506914-PAT00008
바람직하게는 유효 와이어 속도와 맞물림 길이 사이에 비례 관계가 존재한다. 이는 종래 기술에서 일정한 전방 이송 속도로 이미 공지되어 있다. 그러나, 본 발명의 범주 내에서, 가변의 전방 이송 속도가 추측된다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 에너지 밀도가 일정하게 유지된다: 마모 a(x)는 시간 t∝l/veff 내에 와이어 위치상에 작용하는 에너지 밀도 f에 비례한다.
위치 x에서 와이어 상의 힘은 순간적인 맞물림 길이 l(y)뿐만 아니라 테이블 전방 이송력 Ft(y)에 차례로 의존한다:
Figure 112007084506914-PAT00009
이는 마모에 대해 다음과 같이 주어진다:
Figure 112007084506914-PAT00010
쏘잉 와이어의 유효 속도 veff의 조절 및 적용력의 측정은 바람직하게는 이 측정된 힘 및 맞물림 길이의 함수로서 실시된다:
Figure 112007084506914-PAT00011
본 발명에 따른 유효 와이어 속도를 조절하기 위해서, 와이어 이동의 전방 특성 및 후방 특성이 바람직하게 결정된다.
더 균일한 와이어 마모가 종래 기술과 비교되는 본 발명에 따른 방법에 의해 이루어진다.
본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 웨이퍼가 슬러리의 사용으로 슬라이싱된다.
쏘잉 와이어는, 그것을 우선 사용하기에 앞서, 슬러리를 보유한 컨테이너가 제1 쏘잉 공정 이후 구리 원자로 오염되는 효과를 갖는 놋쇠 층을 마련하고 있기 때문에, 제2 쏘잉 공정을 위한 신선한 슬러리를 갖는 오염되지 않은 슬러리 컨테이너에 의해서 오염된 슬러리 컨테이너를 대체하는 것이 바람직하다. 제2 쏘잉 공정 및 잇따른 쏘잉 공정에서, 놋쇠 층이 제거되었기 때문에 제2 슬러리 컨테이너의 오염 발생하지 않는다. 종래 기술에서, 이는 불균일한 와이어의 마모 때문에 불가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 다른 이점은 쏘잉 와이어가 여러 번 사용될 수 있다는 점 및 쏘잉 슬러리 내로 구리가 유입되는 것이 나아가서는 쏘잉 와이어의 두 번째 사용에서부터 방지된다는 점이다.
바람직하게는, 쏘잉 와이어가 입구 감개를 통해 배치되고, 와이어 게이트를 형성하도록 안내 롤 주위에 이송되며, 최종적으로 출구 감개 상에 권취된다. 바람직하게는 입구 감개 및 출구 감개는 제2 쏘잉 공정 이전에 교환된다.
대안으로서, 제1 쏘잉 공정에 대한 제2 쏘잉 공정 중에 다른 방향으로 쏘잉 와이어가 유효하게 이동하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 쏘잉 공정이 쏘잉 와이어의 유효 전방 이동을 포함한다면, 그 때 제2 쏘잉 공정 및 잇따른 쏘잉 공정에 대한 전방 및/또는 후방 이동 특성은, 쏘잉 와이어의 유효 후방 이동을 야기하도록 변경된다.
도 1은 사용된 와이어 길이의 함수로서 와이어 직경의 변화에 의한 종래 기술에 따른 방법에서의 와이어 마모를 도시한다. 또한 본 발명에 따른 방법에서의 와이어 마모가 쏘잉 와이어의 유효 속도의 조절과 함께 나타난다. 종래 기술과의 현저한 차이점을 알 수 있다. 종래 기술에서 관찰된 불균일한 와이어 마모는 본 발명에 따른 방법에서 제거될 수 있다.
도 2는 시간의 함수로서 와이어 위치 특성에서의 와이어 이동을 도시한다. 쏘잉 와이어의 전후방 이동 특성을 여기서 알 수 있다. 또한 유효 와이어 이동이 나타난다. 시간의 함수로서 유효 와이어 이동 또는 와이어 위치는 엄격하게 단조로이 증가하는 직선이다. 이 직선의 경사는 관찰된 테이블 위치에서 쏘잉 와이어의 유효 속도에 대응한다. 가속 상태는 더 단순한 묘사를 위해 표현되지 않았다.
도 3은 반지름 R의 와이어 부품을 나타낸다. 0에서 2R까지 변화하는 테이블 위치가 또한 도시되어 있다. 현재의 테이블 위치 y에서, 맞물림 길이 l 및 표시된 마모된 부피 z가 나타난다. 이로부터 맞물림 길이 l 및 마모된 부피 z가 테이블 위치 y의 함수라는 점이 역시 명백하다. 테이블 위치의 함수로서의 맞물림 길이 l 및 그에 따른 테이블 전방 이송 특성은 쏘잉 와이어의 마모에 실질적인 영향을 준다. 본 발명에 따른 방법에서, 쏘잉 와이어의 유효 속도가 전후방 이동 특성을 통해 조절되고(예컨대, 도 2), 따라서 종래 기술에서 관찰된 바와 같이, 와이어 위치에서의 와이어 마모의 의존성(예컨대, 도 1)이 회피되고 와이어 위치에 독립적인 일정한 와이어 마모가 일어난다.
도 4는 상부 영역에서 쏘잉 스트립에 연결되는 150mm의 직경을 갖는 결정 부품을 도시한다.
도 5는 테이블 전방 이송 특성, 즉, 테이블 위치(mm)의 함수로서 테이블 전방 이송 속도(㎛/min)를 도시하고, 이는 150mm의 직경을 갖는 결정 부품으로부터 웨이퍼를 슬라이싱하기 위한 본 발명에 따른 방법에 적합하다.
도 6은 테이블 위치의 함수로서 본 발명에 따른 주기적 전방 와이어 이동 및 후방 와이어 이동을 도시한다. 이 경우, 도 5에서의 테이블 전방 이송 특성을 위해서, 균일한 홈 패턴이 웨이퍼 상에 형성되도록 전방 이송의 10mm 당 30주기가 실행되어야 할 것이 요구되었다.
실시예
150mm의 직경을 갖는 결정 부품이 70mm의 폭을 갖는 쏘잉 스트립 상에 고정되었다(예컨대, 도 4).
테이블 전방 이송 특성이 표 1에 따라 특성화되었다(선형 보간법이 지지점 사이에서 실시되었다, 예컨대, 또한 도 5).
테이블 위치 (mm) 테이블 전방 이송 속도(㎛/min)
0 600
10 600
20 360
75 240
130 360
155 360
이러한 절단을 위해서, 20km의 와이어가 이용될 수 있었고, 와이어의 속도는 12 m/s 이하였으며, 방향을 바꿀 때의 가속도는 3 m/s2였다. 도 6에 나타난 최적의 와이어 이동은, 와이어 마모가 마모된 부피에 비례한다는 가정 및 전방 이송 10mm 당 30주기가 실행되어야 한다는 요구와 함께 표 2에 나타난 와이어 프로그램에 의해 생성되었다.
테이블 위치(mm) 전방 와이어 이동(m) 후방 와이어 이동(m)
0 132 132
1 136 128
5 141 123
10 144 120
15 192 162
20 269 235
30 291 252
40 315 271
60 372 324
75 427 377
90 372 324
110 315 271
120 291 252
130 269 235
135 267 237
140 264 240
142 264 240
150 264 240
155 264 240
도 1은 종래 기술에 따른 방법 및 본 발명에 따른 방법에 대한 와이어의 사용된 길이의 함수로서 와이어의 직경을 나타낸다.
도 2는 유효 와이어 이동뿐만 아니라, 시간의 함수로서 와이어 위치의 특성에 따른 와이어의 이동을 도시한다.
도 3은 반지름 R의 결정 부품뿐만 아니라 특정 테이블 위치 y에 대한 맞물림길이 또는 삽입 길이 및 마모된 부피도 도시한다.
도 4는 쏘잉 스트립을 갖는 공작물을 도시한다.
도 5는 테이블 전방 이송 특성을 도시한다.
도 6은 전방 와이어 이동 및 후방 와이어 이동을 도시한다.

Claims (11)

  1. 종축 및 횡단면을 갖는 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법으로서,
    테이블 상에 고정된 공작물은, 유효 속도로 이동되는 쏘잉 와이어에 의해 형성되는 와이어 게이트를 통과하여 가변적인 전방 이송 속도로 상대 이동에 의해 이송되어, 테이블과 와이어 톱의 와이어 게이트 사이에서 공작물의 종축에 수직으로 향하게 되며, 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도는 쏘잉 와이어의 마모를 균일하게 하도록 전방 이송 속도와 공작물 횡단면의 함수로서 조절되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도는 상기 공작물 내로 쏘잉 와이어의 맞물림 길이의 함수로서 달성되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유효 와이어 속도와 맞물림 길이 사이에 비례 관계가 존재하도록 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도가 조절되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유효 와이어 속도와 테이블 전방 이송 속도 및 맞물림 길이의 곱 사이에 비례 관계가 존재하도록 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도가 조절되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유효 와이어 속도와 적용력 사이에 비례 관계가 존재하도록 상기 쏘잉 와이어의 유효 속도가 조절되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어가 하나의 쏘잉 공정이 끝난 후에 다른 쏘잉 공정을 위해 사용되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어가 여러 번 사용되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 웨이퍼는 슬러리의 사용과 함께 슬라이싱되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어는 입구 감개를 통해 전개되고, 상기 와이어 게이트를 형성하도록 안내 롤 주위로 이송되며, 최종적으로 출구 감개 상에 감기고, 상기 입구 감개 및 출구 감개는 제2 쏘잉 공정 이전에 교체되는 것인 공작물 로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어는 제1 쏘잉 공정에 대한 제2 쏘잉 공정 중에 다른 방향으로 효율적으로 이동되는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 쏘잉 와이어에는 첫 번째 사용 전에, 슬러리를 보유한 컨테이너가 제1 쏘잉 공정 이후 구리 원자로 오염되는 효과를 갖는 황동층이 마련되어 있고, 또한 상기 오염된 슬러리 컨테이너는 제2 쏘잉 공정을 위한 오염되지 않은 슬러리 컨테이너로 대체되어 제2 슬러리 컨테이너의 오염이 제2 쏘잉 공정 중에 발생하지 않는 것인 공작물로부터 다수의 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법.
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