KR20110010206A - 소우 와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구현예들은 반도체 웨이퍼용 단결정 잉고트, 태양 전지용 웨이퍼, 귀금속 등의 경질재료 절단에 사용되는 소우 와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 1차 신선 공정후 열처리 및 습식 신선공정을 실시하여 와이어 표면 및 내부의 크랙 발생율을 낮춘 소우 와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어에 관한 것이다.

소우 와이어, 습식 신선공정, 신선감면율, 인장강도

Description

소우 와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어{Method for Manufacturing Saw Wire and Saw　Wire Manufactured Therefrom}

본 발명의 구현예들은 소우 머신에 장착되어 반도체 웨이퍼용 단결정 잉고트 등의 경질재료 절단에 사용되는 소우 와이어(saw wire)의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어에 관한 것으로, 보다 자세하게는 소우 와이어의 고강도화를 도모하여 피절단체의 절단 작업시 와이어에 걸리는 하중보다 높은 인장강도를 지니도록 하여 단선 발생을 방지하고 선경의 극세선화를 통해서 피절단체의 절단 정밀도를 향상시킴과 동시에 피절단체의 수율을 향상시킨 소우 와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된 소우 와이어에 관한 것이다.

일반적으로 소우 와이어(saw wire)는 자기 헤드칩이나 반도체 웨이퍼용 단결정 잉고트 등과 같은 경질 재료의 절단에 사용된다. 소우 와이어는 탄화 규소 가루, 다이아몬드 가루와 같은 연삭용 입자와 오일 등의 윤활제가 혼합된 연삭액과 함께 피절단물에 적절한 압력으로 접촉하면서 주행함으로써 피절단물을 절단한다.

이러한 소우 와이어는 통상 연삭시 받는 높은 장력을 견디기 위하여 3300MPa에서 4500MPa까지의 고강도를 가지며 0.08mmΦ에서 0.3mmΦ까지의 직경을 갖는 고탄소 강선으로 이루어져 있다. 나아가 소우 와이어에는 사용상의 목적에 맞는 정밀한 치수 공차를 맞추고 신선성의 확보를 위해 고탄소 강선 소재보다 연질인 구리, 주석 또는 황동 도금을 하는 것이 널리 행해진다.

소우 와이어를 이용해 실리콘 블록과 같은 경질 재료를 절단하여 반도체 웨이퍼를 형성하는 방법은 다음과 같다. 복수 개의 홈을 갖는 복수 개의 롤러에 소정의 피치로 일련의 소우 와이어 열을 감은 다음 이러한 일련의 소우 와이어 열을 주행시킨다. 이러한 일련의 소우 와이어 열에 절단하고자 하는 실리콘 블록을 소정의 힘으로 누른다. 이와 동시에 소우 와이어 열과 실리콘 블록 사이에 연마액을 흘려서 연마용 입자의 연삭 작용에 의해 실리콘 블록을 절단하여 웨이퍼를 제조하게 된다.

소우 와이어를 이용한 피절단체의 절단시 수율을 좌우하는 인자로서 소우 와이어가 실리콘 잉고트와 같은 피절단체(si)를 파고 들어가면서 생기는 절단홈의 폭(cw)을 나타내는 커프로스(kerfloss)를 들 수 있는데, 커프로스와 수율은 반비례하게 된다.

상기 커프로스의 최소화를 위해서는 소우 와이어의 선경을 가늘게 하여 세선화 또는 극세선화하여야 하고, 이를 위해서는 높은 절단강도를 지니면서 고인성을 나타내는 초고강도의 강선이 요구된다. 최근에 절단시 실리콘 잉고트와 같은 피전달체의 손실을 줄이고 절단 속도를 높이기 위하여 선경 0.08mm 이하인 세선경 소우 와이어의 제조방법이 요구되고 있다.

소우 와이어의 제조 방식은 일반적으로 탄소강 와이어 로드(Wire Rod)를 1차로 건식 신선 가공하여 열처리한 후 선경 1.0 ∼ 1.5mm의 고강도 와이어의 외주에 구리, 주석 또는 황동 등의 도금층을 형성한 후 신선 가공을 통해서 선경 0.05 ~ 0.28mm 의 소우 와이어를 얻는 과정으로 이루어져 있다. 이와 같은 제조방법에 의한 경우 선경이 작아지고 강도가 올라감에 따라 1차 신선 가공에서 소우 와이어 표면 및 내부의 하중이 증가하여 절단 작업시 단선된다는 문제점이 있다.

본 발명의 구현예들은 소우 와이어 제조시 1차 신선 공정 후 열처리와 습식 신선 공정을 실시함으로써 피절단체의 절단 작업시 와이어에 걸리는 하중보다 높은 인장강도를 지니도록 하여 단선 발생을 방지시킨 소우 와이어의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 구현예들은 상기 제조방법에 의해 제조된 탄소함량이 0.67% 내지1.5%, 신선감면율이 98%이상이며 인장강도가 400kg/mm² 내지 600kg/mm²인 소우 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 양상은

소재 와이어 로드를 선경 2.5 ∼ 3.5mm 범위의 와이어로 신선하는 1차 신선 단계와, 1차 신선된 와이어의 열처리에 이어 선경 0.50~1.50mm로 2차 습식 신선하는 단계와 2차 습식 신선된 와이어의 열처리 후 와이어 표면에 연질 도금층을 형성하는 단계와, 연질 도금층이 형성된 와이어를 선경 0.02 ∼ 0.08mm 범위가 되도록 3차 습식 신선하는 단계로 이루어진 소우 와이어 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양상은 상기 제조방법에 의해 제조된 탄소함량이 0.67% 내 지1.5%, 신선감면율이 98%이상이며 인장강도가 400kg/mm² 내지 600kg/mm²인 소우 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 구현예들에 의한 소우 와이어는 선경의 극세선화를 통해 피절단체의 절단 정밀도를 향상시킴과 동시에 피절단체의 수율을 현저하게 증가시킬 수 있어, 반도체 재료용 단결정이나 세라믹스 또는 초경 합금 등의 경질 재료를 비롯하여 특히 높은 표면 정밀도가 요구되는 브이티알이나 에이티알 등의 자기 헤드 및 반도체 칩 절단시에 현저한 효과를 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예들에 대하여 도 1로 도시된 제조 공정도를 통하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1의 (가)에서와 같이 와이어 로드(10)가 준비된다. 상기 소재 와이어 로드로는 일예로 0.8 ∼ 1.1%의 탄소 함량을 갖는 선경 5.5mm의 로드가 사용될 수 있다. 도 1의 (나)를 참조하면, 상기 와이어 로드(10)는 건식 연속 신선기(11)를 거치면서 1차 냉간 신선이 이루어져서 선경이 2.5 ∼ 3.5mm로 감소된 상태로 권취기(12)상에 권취된다.

다음, 1차 신선을 통해서 선경의 감소가 이루어진 와이어는 도 1의 (다)에서 와 같이 가열로(13)와 납 냉각조(14)를 통과하면서 열처리(페턴팅)된 후, 전해산세조(15), 수세조(16), 보락스조(17) 및 건조로(18)를 순차적으로 통과하여 권취기(19)상에 권취가 이루어지는 열처리 과정을 거치게 된다.

이어서, 상기 열처리된 와이어는 도 1의 (라)에서와 같이 다수개의 신선 다이스(20)가 배열된 습식 연속 신선기(21)를 통과하여 선경이 0.50 ∼ 1.50mm인 상태로 권취기상에 권취된다.

이와 같이 본 발명의 구현예들에 의한 소우 와이어 제조 방법은 1차 신선 공정 후 열처리와 습식 신성 공정을 실시하여 고강도 세선경 제조 공정에서 고감면율에 따른 와이어 표면 및 내부의 크랙(crack) 발생을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (마)에서와 같이 열처리 및 도금 공정으로 이행되는데, 열처리 및 도금 공정에서 와이어는 가열로(22)와 납 냉각조(23)를 통과하면서 열처리가 행해진 후, 수세조(24) 전해 산세조(25), 수세조(26)를 통과하면서 전처리되고, 이어서 구리도금 욕조(27), 수세조(28), 아연도금 욕조(29)를 통과하면서 두께 0.3 ∼ 0.8㎛의 황동 도금층이 형성된 후 수세조(30), 확산로(31), 수세조(32), 질산처리조(33), 수세조(34) 및 건조로(35)를 거쳐 권취기(36)상에 권취된다.

상기 확산로(31)의 온도는 500 내지 800℃일 수 있고, 질산처리조(33)의 질산 농도는 10±5%일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

마지막 단계로서, 황동 도금된 와이어는 도 1의 (바)에서와 같이 다수개의 신선 다이스(37)가 배열된 습식 연속 신선기(38)를 통과하는 과정에서 98% 이상의 가공도로 신선 가공되어 탄소함량이 0.67% 내지1.5%, 신선감면율이 98%이상이며 인 장강도가 400kg/mm² 내지 600kg/mm²인 소우 와이어가 얻어지게 된다.

상기 제조 공정에서는 열처리시의 온도를 500~1010℃로 하였으나, 표면 도금층에 대한 보다 안정적인 가열 온도는 구리 도금의 경우 대략 950℃ 이하로 하고, 황동 도금의 경우에는 아연의 함량에 따라 다소의 차이가 있으나 약 30%의 아연 함량인 황동의 경우는 약 870℃ 이상에서는 도금층의 손상 우려가 있으므로 그 이하의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

황동 도금층을 갖는 경우에 아연 함량이 낮을수록 가열온도를 증가하면 보다 균일한 열처리 조직을 얻을 수 있으며, 가열 시간도 단축할 수 있다.

한편, 본 발명의 와이어 소우용 와이어의 강도를 400kg/mm² 내지 600kg/mm²로 한정한 이유는, 반도체, 세라믹 또는 초경합금과 같은 경질 재료의 절단 및 슬라이스라는 와이어 소우용 와이어 본래의 목적을 달성하기 위해서 필요로 하는 최소의 절단력을 확보하기 위해서이다. 그리고, 극세물의 와이어 소우용 와이어로서 필요한 강도를 얻기 위해서는 98% 이상의 고 가공도의 신선가공뿐만 아니라, 필요에 따라서는 원재료에 크롬이나 바나듐과 같은 합금원소를 첨가하여 강도를 증가시키는 방법을 사용할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1: 소우 와이어의 제조

탄소함량이 0.80%, 직경 5.5mm인 와이어 로드를 직경 3.5~2.5mm가 되도록 1차 건식 신선한 후 1000℃ 정도의 가열로와 600℃ 정도의 용융 납조를 소정시간 동안 유지하면서 통과시켜 페턴팅 처리하였다. 이어서, 직경 1.5~0.5m로 2차 습식 신선 실시하고 1000℃ 정도로 열처리한 후 약 0.5㎛ 두께로 황동 도금을 실시하고 직경 0.10mm까지 최종 습식 신선하여 소우 와이어를 준비하였다.

비교예 1: 소우 와이어의 제조

탄소함량이 0.80%, 직경 5.5mm인 와이어 로드를 직경 0.5~1.50mm가 되도록 1차 건식 신선한 후 1000℃ 정도의 가열로와 600℃ 정도의 용융 납조를 소정시간 동안 유지하면서 통과시켜 페턴팅 처리하였다. 이어서, 약 0.5㎛ 두께로 황동 도금을 실시하고 직경 0.10mm까지 최종 습식 신선하여 소우 와이어를 준비하였다.

코사카(kosaka)사의 접촉형 표면조도측정기를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 소우와이어의 표면 조도(surface Roughness)를 측정하여 하기 표 1에 기재하였고, 최종 습식신선중 단선율 및 웨이퍼링시 단선율을 제조된 와이어 개수 10개당 단선된 개수로 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

구분	실시예 1	비교예 1
표면 조도(μm)	0.08	0.19
최종 습식신선중 단선율(%)	0.5%	1%
웨이퍼링시 단선율(%)	1%	4%

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변경 또는 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하므로, 이러한 모든 변경 및 변형예들도 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이하의 도면들은 본 발명의 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 이해를 돕는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이들 도면에 기재된 사항으로만 한정되어 해석되어서는 안된다.

도 1의 (가) 내지 (바)는 본 발명의 일 구현예에 의한 소어 와이어의 제조공정을 개략적으로 보인 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 와이어 로드 20, 37. 신선 다이스

11. 건식 연속 신선기

12, 19, 36. 권취기 13, 22. 가열로

14, 23. 납 냉각조 15, 25. 전해산세조

16, 24, 26, 28, 30, 32, 34. 수세조

17. 보락스조 18, 35. 건조로 31. 확산로 33. 질산처리조

27. 구리 도금욕조 29. 아연 도금욕조

21, 38 습식 연속 신선기

Claims (5)

1. 소재 와이어 로드를 선경 2.5 내지 3.5mm 범위의 와이어로 신선하는 1차 건식 신선 단계와, 1차 건식 신선된 와이어의 열처리에 이어 선경 0.50 내지1.50mm로 2차 습식 신선하는 단계와 2차 습식 신선된 와이어의 열처리 후 와이어 표면에 연질 도금층을 형성하는 단계와, 연질 도금층이 형성된 와이어를 선경 0.02 ∼ 0.08mm 범위가 되도록 3차 습식 신선하는 단계로 이루어진 소우 와이어 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연질 도금층을 형성하는 단계는 수세조, 전해 산세조, 수세조를 차례로 통과시켜 전처리하는 단계; 및

   구리도금 욕조, 수세조, 아연도금 욕조, 수세조, 확산로, 수세조, 질산처리조, 수세조, 건조로를 차례로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소우 와이어 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계의 가열 온도는 500∼1010℃인 것을 특징으로 하는 소우 와이어 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 연질 도금층의 두께는 0.3 ∼ 0.8㎛ 인 것을 특징으로 하는 소우 와이어 제조방법.
5. 탄소함량이 0.67% 내지1.5%, 신선감면율이 98%이상이며 인장강도가 400kg/mm² 내지 600kg/mm²이며, 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 소어 와이어.

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