KR20120081940A - 와이어 소잉 가공 중에 반도체 재료로 이루어진 공작물의 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 예를 들면 실리콘, 게르마늄, 또는 비화 갈륨과 같은 반도체 재료로 이루어진 기둥형 공작물을 와이어 소잉 가공(wire sawing) 중에 냉각하되, 그 절단 중에 노즐에 의해 반도체 재료 공작물에 액상 냉각제를 가하여 냉각하는 방법에 관한 것이다. 공작물에 기대어진 와이퍼가 액상 냉각제가 절단용 현탁액과 혼합되는 것을 방지한다.

Description

와이어 소잉 가공 중에 반도체 재료로 이루어진 공작물의 냉각 방법{METHOD FOR COOLING A WORKPIECE MADE OF SEMICONDUCTOR MATERIAL DURING WIRE SAWING}
본 발명은, 예를 들면 실리콘, 게르마늄, 또는 비화 갈륨과 같은 반도체 재료로 이루어진 기둥형 공작물을 와이어 소잉 가공(wire sawing) 중에 냉각하되, 그 절단 중에 노즐에 의해 반도체 재료 공작물에 액상 냉각제를 가하여 냉각하는 방법에 관한 것이다.
전자 장치, 마이크로 전자 장치, 및 마이크로 전자기계 장치의 경우, 전체적 및 국부적 평탄도, 일면 기준 국부적 평탄도[나노토폴로지(nanotopology)], 거칠기, 및 청결도에 대한 극단적인 요건을 갖는 반도체 웨이퍼가 시작 재료(기판)로서 필요하다. 반도체 웨이퍼는 반도체 재료, 특히 비화 갈륨과 같은 화합물 반도체나, 주로는 실리콘 및 경우에 따라서는 게르마늄과 같은 원소 반도체로 이루어진 웨이퍼이다. 종래 기술에 따르면, 반도체 웨이퍼는, 복수의 연속하는 프로세스 단계들로 제조되는데, 예를 들면 그 제1 단계에서 반도체 재료의 단결정(봉)이 쵸크랄스키법에 의해 인상되거나 반도체 재료의 다결정 블록이 주조되고, 후속 단계에서는 얻어진 원기둥형 또는 블록 형상의 반도체 재료 공작물(잉곳)을 와이어 소잉에 의해 개개의 반도체 웨이퍼로 절단하게 된다.
반도체 재료로 이루어진 공작물로부터 복수의 와이퍼를 절단하는 데에는 와이어 소오가 이용되고 있다. US 5,771,876에서는 반도체 웨이퍼의 제조에 적합한 와이어 소오의 작동 원리에 대해 개시하고 있다. 이들 와이어 소오의 기본 구성 요소로는 기계 프레임, 전진 이송 장치 및 소잉 공구를 포함하고, 이 소잉 공구는 평행한 와이어 섹션들의 웹(와이어 웹)으로 이루어진다.
일반적으로, 와이어 웹은, 적어도 2개의 와이어 가이드 롤 사이에서 긴장 상태로 있는 복수의 평행 와이어 섹션들에 의해 형성되며, 그 와이어 가이드 롤들은 회전 가능하게 장착되고 적어도 하나가 구동되는 롤이다.
와이어 섹션들은 롤 시스템 둘레에서 나선형으로 안내되고 스톡 롤(stock roll)에서 리시버 롤(receiver roll)로 권출되는 단일 유한 와이어에 속할 수 있다. 한편, 특허 문헌 US 4,655,191에서는 복수의 유한 와이어가 마련되고 와이어 웹의 각 와이어 섹션들이 그 와이어들 중 하나에 할당되어 있는 와이어 소오를 개시하고 있다. 또한, EP 522 542 A1에는 복수의 무단 와이어 루프가 롤 시스템 둘레를 지나가도록 된 와이어 소오가 개시되어 있다.
소잉 와이어는 절단되고 있는 층에 의해 덮일 수 있다. 확고하게 접합된 연마재가 없는 소잉 와이어를 갖는 와이어 소오를 이용하는 경우, 현탁액(절삭용 현탁액, 소잉 슬러리, 또는 슬러리) 형태의 연마재가 절단 프로세스 중에 공급된다. 절단 프로세스 중에, 공작물이 와이어 웹을 통과하는데, 소잉 와이어는 서로에 대해 평행하게 놓인 와이어 섹션들의 형태로 배치된다. 이러한 와이어 웹의 통과는 전진 이송 장치에 의해 초래되는데, 그 전진 이송 장치는 와이어 웹에 대해 공작물을 이동시키거나, 공작물에 대해 와이어 웹을 이동시키거나, 공작물과 와이어 웹을 서로에 대해 이동시킨다.
반도체 재료로 이루어진 공작물로부터 반도체 웨이퍼를 절단하는 경우, 그 공작물은 프로세스 종료시에 소잉 와이어가 파고 들어갈 소잉 스트립(sawing strip)에 연결되는 것이 통상적이다. 소잉 스트립은 예를 들면 공작물의 측면에 접착식으로 접합되거나 시멘트로 부착되는(cemented) 흑연 스트립이다. 이러한 소잉 스트립을 갖는 공작물은 이어서 지지체 상에 시멘트로 부착된다. 절단 후에, 얻어진 반도체 웨이퍼들은 빗살과 같이 소잉 스트립에 고정된 채로 유지되어, 와이어 소오로부터 제거될 수 있다. 이어서, 잔류하는 와이어 스트립이 반도체 웨이퍼로부터 제거된다.
반도체 재료로 이루어진 공작물, 예를 들면 원기둥형 단결정 봉이나 직평형 육면체형 다결정 블록으로부터 반도체 웨이퍼의 제조는 와이어 소잉에 대한 수요가 높다. 소잉 프로세스의 목표는 일반적으로 각각의 소잉 가공된 반도체 웨이퍼가 가능한 한 평탄하고 서로 평행하게 놓이는 면들을 갖도록 하는 데에 있다. 웨이퍼들의 소위 뒤틀림(warp)은 원하는 이상적인 형상으로부터 실제 웨이퍼 형상의 편차에 대한 공지의 척도이다. 뒤틀림은 일반적으로 최대 수 마이크로미터(㎛) 정도여야 한다. 이러한 뒤틀림은 소잉 프로세스 중에 공작물에 대한 축방향으로 발생하는 공작물에 대한 소잉 와이어 섹션들의 상대 이동으로 인해 초래된다. 이러한 상대 이동은 소잉 가공 중에 발생된 절단력, 열팽창으로 인한 와이어 가이드 롤의 축방향 변위, 베어링의 유격, 또는 공작물의 열팽창에 의해 야기될 수 있다.
공작물이 연마재에 의해 절단될 때에 상당한 열이 방출되어, 소잉 프로세스 중에 공작물의 가열 및 이에 따른 열 팽창을 초래하게 된다. 이는 또한 뒤틀림을 증가시킬 뿐만 아니라, 소잉 가공된 웨이퍼에 상당한 표면파형(waviness)을 초래한다. 특히 강력한 온도 상승은 공작물 내로 파고 들어간 후의 최초 수 밀리미터의 절단부에 걸쳐 발생한다. 물림 길이(engagement length)가 증가함에 따라, 공작물의 온도는 더욱 증가한다. 최대 물림 길이의 영역에서, 공작물의 온도는 또한 최대에 도달하고, 그 후에는 약간 감소하고, 이는 절삭열의 감소 외에도 얻어지는 웨이퍼들의 냉각핀 효과에 기인하다. 와이어 소잉 가공 중에 ±5 ℃의 공작물의 온도 변화는 뒤틀림 및 표면파형에 대해 무시할 수 있는 영향을 갖지만, 일반적으로 추가적인 지출 없이는 달성될 수 없다.
반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 와이어 소잉 프로세스 중에 공작물이 가열되기 때문에, 소잉 프로세스 중에 연속적으로 냉각하여, 공작물의 열에 의한 팽창을 방지하고, 이에 따라 절단 프로파일의 바람직하지 못한 만곡을 방지할 필요가 있다. 와이어 소잉 가공 중에 공작물을 냉각시키는 다양한 방법이 공지되어 있다. EP 2 070 653에서는 공작물의 냉각 속도를 모니터링하고, 소잉 와이어의 절단 깊이가 공작물 직경의 2/3 이상인 경우에 추가적인 냉각제(냉각 슬러리, 슬러리)를 가하고 있다. EP 1097782 B1 및 DE 10122628 A1에서는 열적으로 조절된 냉각제를 공작물에 가하는 방법을 개시하고 있다.
전술한 방법의 단점은 냉각제가 절단 영역 내로 흘러 절단용 현탁액과 혼합된다는 점이다. 따라서, 적절한 냉각제의 선택이 상당히 제한되며, 그 냉각제는 절단용 현탁액과 유사한 조성을 가져야 한다. 냉각제 및 절단용 현탁액에 대해 정확하게 동일한 매체를 이용하는 경우라도, 냉각제가 절단 거동에 유해하게 영향을 미친다는 문제는 여전히 존재한다.
그러한 유해한 영향은 결정의 최적 냉각을 위한 냉각제의 온도가 절단용 현탁액의 온도와는 상이한 레벨로 되어야 한다는 점 때문이다. 그러나, 절단용 현탁액의 온도는, 연마재의 운반 특성을 결정하고 이에 따라 절단 품질에 영향을 미치는 현탁액의 점도에 대해 중대하다. 따라서, 절단용 현탁액의 온도는 통상 정확하게 조절되며, 선택적으로는 절단 중에 제어된 방식으로 변화될 수 있다. 특히, 절단용 현탁액에서 캐리어 매체로서 글리콜을 이용하는 경우, 그 점도는 온도에 대한 큰 의존성을 갖는다.
게다가, 절단 웹 상으로 흐르는 냉각제도 절단용 현탁액의 온도에 영향을 미친다. 이는 와이어 웹의 바람직하지 못한 온도 변화를 초래하여, 절단 품질의 저하를 야기한다.
US 2010/163010 A1에서는 그러한 문제점을 방지하려고 시도한 방법을 개시하고 있다. 이 경우, 소잉 와이어가 공작물을 떠나고 있는 쪽의 공작물에만 냉각제가 가해지도록 냉각제를 교대로 온/오프시키고 있다. 이는 냉각제가 소잉 가공 자국 내로 들어가는 소잉용 현탁액과 직접 혼합되는 것을 방지하기 위해서이다. 그러나, 냉각제는 여전히 와이어 웹에 도달하여, 그 정도가 감소되었다 하더라도 절단부의 열적 및 기계적 조건을 변경하게 된다. 이 방법에서, 냉각제와 절삭용 현탁액을 위해 정확하게 동일한 매체를 이용할 필요가 있으며, 그렇지 않은 경우에는 절삭용 현탁액이 제어할 수 없을 정도로 변질될 수 있다.
JP 2005 329506 A2에는 냉각제로서 냉각 가스를 소잉 와이어 상에 송풍하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 방식에서도, 절단용 현탁액의 점도가 마찬가지로 손상되어 절단 품질이 저하된다. 게다가, 가스의 비교적 낮은 열용량으로 인해 절단 중에 통상 생성되는 열의 양의 충분한 소산이 보장되지 않기 때문에, 가스는 단지 매우 제한적으로만 냉각에 적합하다.
본 발명의 목적은 반도체 재료로 이루어진 공작물의 와이어 소잉 가공 중에 최적의 냉각을 보장하는 동시에, 절단용 현탁액(소잉 슬러리, 슬러리)의 특성에 영향을 미치지 않는 방법을 개발하는 데에 있다.
이러한 목적은, 와이어 소잉 가공 중에 반도체 재료로 이루어진 기둥형 공작물을 냉각하는 방법으로서, 평행하게 배열된 와이어 섹션들로 이루어진 와이어 웹이 소잉 가공 중에 와이어 섹션과 공작물 간의 서로 반대 방향으로의 상대 이동에 의해 공작물 내로 파고들게 하며, 와이어 소잉 가공 중에 공작물의 온도를 액상 냉각제에 의해 제어하되, 와이퍼를 공작물 상에 기대지게 하며, 액상 냉각제를 공작물 표면 상에 기대진 와이퍼 위에서 공작물 상에 가하며, 이 액상 냉각제를 공작물에 기대진 와이퍼에 의해 공작물 표면으로부터 제거하는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 방법에서는 또한 얻어진 반도체 웨이퍼의 뒤틀림 및 나노토폴로지에 대한 제품 특성을 향상시키도록 결정을 냉각할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 방법은 절단용 현탁액과는 별도로 선택될 수 있는 냉각제를 이용할 수 있게 한다.
기둥형 공작물은 2개의 평행한 평면(단부면) 및 평행한 직선들에 의해 형성된 측면으로 이루어진 표면을 갖는 기하학적 물체이다. 원기둥형 물체의 경우, 단부면들은 둥글고 측면은 볼록하다. 직평형 육면체 기둥형 공작물의 경우, 측면은 평면이다.
본 발명에 따르면, 반도체 재료로 이루어진 공작물의 와이어 소잉 가공 중에 최적의 냉각을 보장하는 동시에, 절단용 현탁액(소잉 슬러리, 슬러리)의 특성에 영향을 미치지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따라 반도체 재료로 이루어진 원기둥형 공작물을 소잉 가공하는 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 반도체 재료로 이루어진 원기둥형 공작물의 일례를 참조하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 반도체 재료로 이루어진 결정으로부터 종래 기술에 따라 와이어 소잉에 의해 생성된 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼에 대해 나노토폴로지 파라미터 "표면파형"(W) 및 "국부적 뒤틀림"(L)을 일례로서 도시하고 있다.
도 4는 반도체 재료로 이루어진 결정으로부터 본 발명에 따른 방법에 따라 와이어 소잉에 의해 생성된 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼에 대해 나노토폴로지 파라미터 "표면파형"(W) 및 "국부적 뒤틀림"(L)을 일례로서 도시하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 반도체 재료로 이루어진 원기둥형 공작물을 소잉 가공하는 구조를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 구성 요소들의 도면 부호는 도 2에서의 도면 부호와 동일하여, 도 2에 대한 설명 부분에서 논의할 것이다.
도 2는 반도체 재료로 이루어진 원기둥형 공작물의 일례를 참조하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 기본 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 방법의 실시예를 이하에서 도 2를 참조하여 설명할 것이다.
종래의 와이어 소오가 본 발명에 따른 방법에 이용된다. 이들 와이어 소오의 기본 구성 요소로는 기계 프레임, 전진 이송 장치 및 소잉 공구를 포함하고, 이 소잉 공구는 평행한 와이어 섹션들의 와이어 웹으로 이루어진다. 공작물은 일반적으로 와이어 소오 내의 장착 플레이트에 고정되어 그에 의해 클램핑된다.
일반적으로, 와이어 소오의 와이어 웹은, 적어도 2개(선택적으로는 3개, 4개 또는 그 이상)의 와이어 가이드 롤(7) 사이에서 긴장 상태로 있는 복수의 평행 와이어 섹션(6)들에 의해 형성되며, 그 와이어 가이드 롤들은 회전 가능하게 장착되고 적어도 하나의 롤이 구동된다. 와이어 섹션들은 일반적으로 롤 시스템 둘레에서 나선형으로 안내되고 스톡 롤에서 리시버 롤로 권출되는 단일 유한 와이어에 속할 수 있다.
절단용 현탁액은 노즐(5)에 의해 와이어 섹션에 가해진다. 측면(10)과 2개의 단부면(3a)을 갖는 소잉 가공될 공작물(3)이 소잉 스트립(1)에 의해 유지 장치(도시 생략)에 고정되어, 단부면(3a)들이 와이어 섹션(6)들과 평행하게 정렬된다. 소잉 프로세스 중에, 전진 이송 장치는 와이어 섹션과 공작물 간의 서로 반대로 향한 상대 이동을 야기한다. 이러한 전진 이송 이동의 결과로, 소잉용 현탁액이 가해지고 있는 와이어가 공작물을 통과해 가공하여 평행한 소잉 가공 자국을 형성한다.
와이어 웹의 소잉 와이어가 예를 들면 다이아몬드 연마재 또는 탄화규소와 같은 확고하게 접합된 연마재를 포함하고 있는 와이어 소오와, 소잉 와이어가 연마재 층을 갖고 있지 않고 소잉 프로세스 중에 또는 그 전에 소잉 와이어 상에 가해지는 연마재를 함유한 절단용 현탁액에 의해 절단력이 제공되는 와이어 소오 모두가 본 발명의 따른 방법에 적합하다.
종래 기술에 따른 모든 현탁액이 절단용 현탁액으로서 적합하다. 바람직하게는, 캐리어 물질로서 글리콜, 오일, 또는 물과 연마재로서 탄화규소를 함유한 절단용 현탁액이 사용된다.
소잉 프로세스 중에 생성된 열을 소산시키기에 충분한 열용량을 갖는 모든 액상 매체가 냉각제로서 적합하다. 적절한 냉각제로는 예를 들면 물, 글리콜, 또는 종래 기술에 따른 절단용 현탁액이 있다.
바람직하게는, 소잉 프로세스 중에 이용되는 절단용 현탁액이 냉각제로서 이용된다.
바람직하게는, 높은 열용량을 갖는 매체, 예를 들면 물도 냉각제로서 이용된다.
절단용 현탁액을 위한 캐리어 매체(예를 들면, 글리콜, 오일, 또는 물)가 냉각제로서 이용하기에 특히 바람직하다.
와이어 웹의 와이어 섹션(6)은 바람직하게는 소잉 가공 중에 와이퍼(8)의 적용 지점 바로 아래에서 공작물(3) 내로 파고든다. 냉각제(4)는 소잉 프로세스 중에 노즐(2)을 통해 본 발명에 따른 방법에 이용되는 와이퍼 시스템 위에서 공작물(3)의 측면(10) 상에 가해지며, 바람직하게는 와이퍼(8)는 또한 측면의 양측에 기대어 진다. 바람직하게는 2개의 와이퍼(8) 및 바람직하게는 각각의 와이퍼(8)에 기대진 해당 포집통(9)으로 이루어진 와이퍼 시스템은 홀더(11)로 이루어진 고정 장치에 의해 안내되어, 소잉 프로세스 중에 절단될 공작물(3)에서의 와이어 웹의 정해진 수평 절단 위치에 도달할 때까지 2개의 와이퍼(8)가 측면(10) 상에 좌우측(공작물의 축선에 대해)에 기대어 진다. 측면(10) 위에서 흐르는 냉각제(4)는 측면(10)에 기대어진 와이퍼(8)에 의해 해당 포집통(9) 내로 제거된다. 이는 냉각제(4)가 소잉 프로세스 중에 배출되며, 와이퍼 아래에 놓인 와이어 웹의 와이어 섹션(6) 및 절단용 현탁액(12)과는 접촉하지 않게 보장한다.
바람직한 실시예에서, 공작물의 냉각은 절단 전에 또는 절단 개시 시에 시작되는데, 다시 말해 와이어 웹의 소잉 와이어(6)가 공작물(3)의 표면과 접촉하게 될 때에 시작된다.
냉각제(4)는 바람직하지게는 소잉 프로세스 중에 공작물(3)의 측면(10)에 기대어진 와이퍼 시스템 위에서 기둥형 공작물(3)의 측면(10) 상에 가해진다.
본 발명의 역시 바람직한 실시예에서, 냉각제(4)는 소잉 프로세스 중에 단부면 상에 기대어진 와이퍼 시스템 위에서 공작물의 단부면(3a) 상에 가해진다.
본 발명의 다른 가능한 구성에 있어서, 소잉 스트립(1)이 공작물(3)의 아래쪽에 적용되고, 와이어 웹이 소잉 가공 중에 위로부터 공작물 내로 파고들게 된다. 이러한 실시예에서 와이어 웹 아래에 놓이게 되는 와이퍼 시스템은 본 실시예에서 공작물의 표면(측면 또는 단부면)으로부터 절단용 현탁액을 제거하고, 이에 따라 아래로부터 그 표면 상으로 보내지는 냉각제(4)와의 혼합이 방지된다.
와이퍼 시스템을 위한 고정 장치는 예를 들면 와이어 웹에 대해 수평 방향으로 경사지거나 및/또는 이동할 수 있는 바람직하게는 가동 홀더(11)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 와이퍼 시스템을 위해 이용되는 고정 장치는 바람직하게는 스프링(13)에 의해 연결된 2개의 가동(바람직하게는 경사 가능) 홀더(11)로 이루어진다. 공작물 쪽을 향한 두 홀더의 단부들 각각에는 와이퍼(8) 및 이 와이퍼(8)에 기대어진 포집통(9)이 존재한다. 고정 장치는 와이어 소잉 장치에 확고하게 연결되어, 소잉 가공될 공작물에서의 와이어 웹의 자유로이 선택 가능한 정해진 수평 절단 위치 또는 침투 깊이에 도달할 때까지 측면(10) 또는 단부면(3a)에 대한 와이퍼(8)의 적용점과 와이어 웹 사이의 수직 거리가 일정하게 되도록 한다. 그 정해진 지점에는 예를 들면 와이어 웹의 와이어 섹션(6)이 소잉 스트립(1) 내로 파고들 때에 도달할 수 있다.
와이어 웹이 소잉 스트립(1) 내로 파고들 때에, 절단 길이가 짧기 때문에 절단에 의한 열의 발생이 이미 비교적 작아져, 더 이상은 냉각이 불필요하게 된다. 게다가, 이 때까지 소잉 프로세스에 의해 생성된 웨이퍼의 면들이 냉각핀으로서 기능을 한다.
소잉 프로세스 중에 그러한 정해진 지점에 도달할 때까지 와이퍼(8)가 측면(10) 또는 단부면(3a)에 기대어진다. 그 정해진 지점에 도달한 경우, 측면(10) 또는 단부면(3a)에 대한 냉각제(4)의 적용이 종료되고, 와이퍼 시스템은 홀더(11)에 의해 측면(10) 또는 단부면(3a)으로부터 제거된다.
공작물(3)의 측면(10) 또는 단부면(3a)으로부터 양쪽의 와이퍼(8)의 제거는 바람직하게는 와이어 웹의 전진 이송 이동과 연계된 적절한 엔드 스톱 장치(end-stop device)를 이용하여 기계적으로 수행된다. 엔드 스톱 장치는 바람직하게는 공작물(3)의 측면(10) 또는 단부면(3a)으로부터 멀어지게 와이퍼가 접히는 동작을 트리거한다. 마찬가지로, 바람직하게는 공작물(3)의 측면(10) 또는 단부면(3a)으로부터 양쪽의 와이퍼(8)의 제거는 와이어 웹의 평면에 대해 수평으로 연장하는 레일 상에서 수행된다.
특히 바람직하게는, 공작물(3)의 측면(10) 또는 단부면(3a)으로부터 와이퍼(8)의 제거는 서보 모터의 도움으로 센서 제어를 이용하여 수행된다.
와이퍼 시스템의 홀더(11)는, 볼록한 측면(10)을 갖는 원기둥형 공작물(3)의 경우에도 종래 기술에 따른 소잉 프로세스 중에 정해진 저점에 도달할 때까지 와이퍼(8)가 측면(10)의 양쪽에 계속해서 기대어지도록 보장하여, 와이퍼가 제거될 때까지 냉각제(4)가 포집통(9) 내로 흐르도록 보장하는 구조(도 2에서는 명료성을 위해 도시 생략)로 이루어지는 것이 바람직하다.
볼록한 측면(10)을 갖는 원기둥형 공작물(3)의 경우에, 소잉 프로세스의 시작시에, 와이퍼(8)들의 두 적용점 간의 간격은 공작물(3)의 직경에 비해 작고, 소잉 프로세스의 진행 중에 공작물(3)의 직경까지 증가한 후에 다시 감소한다[공작물(3)의 직경에 비해]. 정해진 지점에 도달한 경우, 와이퍼(8)는 포집통(9)과 함께 측면(10)으로부터 제거된다. 소잉 프로세스의 시작시부터 정해진 지점에 도달할 때까지 볼록한 측면(10)에 와이퍼(8)가 계속해서 기대어지도록 하는 것은, 바람직하게는 스프링(13)의 장력 및 홀더(11)의 구조에 의해 보장된다.
측면이 단부면에 직교하는 평행한 직선들에 의해 형성된 블록형 공작물의 경우에, 마찬가지로 홀더(11)는 스프링(13)과 함께, 소잉 프로세스 중에 정해진 지점에 도달할 때까지 와이퍼(8)와 포집통(9)이 함께 냉각제(4)가 가해지는 측면(10)에 기대어지도록 보장한다.
본 발명의 역시 바람직한 실시예에서, 가동(바람직하게는 경사 가능) 홀더(11)는, 이 홀더가 예를 들면 레일 상에서 와이어 웹의 와이어 섹션(6)의 절단 방향으로 평행하게 이동하여, 예를 들면 소잉 프로세스 중에 측면(10) 상의 와이퍼들의 적용 지점들 간의 상이한 간격을 보상할 수 있도록 와이어 소잉 장치에 연결된다.
바람직하게는, 공작물(3)의 측면(10) 또는 단부면(3a)에 대해 와이퍼(8)가 기대어지게 하는 것은 바람직하게는 스프링(13)의 힘에 의해 보장된다.
다른 바람직한 실시예에서, 와이퍼 시스템의 기대어짐은 센서에 의해 제어된다. 소잉 가공될 공작물의 외부 형상에 좌우되는 소정 프로세스 동안의 고정 장치의 홀더(11)의 이동은, 소잉 프로세스 중에 정해진 지점에 도달할 때까지 측면(10) 또는 단부면(3a) 상에 와이퍼(8)가 일정한 압력으로 기대어지도록 모터에 의해 기계적으로 수행된다.
각각의 포집통(9)은 바람직하게는 도 2에 도시한 바와 같이 각각의 와이퍼(9)에 기대어진다. 마찬가지로, 와이어(8)에 기대어지지 않고 와이퍼 아래에 배치되는 포집통(9)도 바람직하다. 와이퍼에 의해 흘러버리는 매체는 본 실시예에서 바람직하게는 채널 또는 슬로프를 통해 포집통(9)으로 안내된다.
포집통(9)은 바람직하게는 포집통(9) 내에 수용된 어떠한 액상 매체도 제어되지 않은 채로 밖으로 나오지 않도록 구성된다. 이는 바람직하게는 포집통(9) 내에 합체된 출구 장치(도 2에서는 도시 생략)에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는 와이어(8)에 의해 흘러버리는 냉각제(4)는 포집통(9)에서 포집된다. 냉각제(4)는 필요한 경우 분리되어 조절 냉각 회로(도시 생략)를 통해 공급될 수 있다. 이 경우, 냉각제(4)의 원하는 온도가 회복되어, 냉각제(4)가 노즐(2)을 통해 공작물(3)의 측면(10)에 다시 가해진다. 대안으로서, 냉각제(4)는 또한 포집통(9)으로부터 저장 컨테이너로 배출될 수도 있다.
소잉 프로세스(절단)의 경우, 절단용 현탁액(12)은 와이어 웹의 와이어 섹션(6) 상에 노즐(5)을 통해 가해진다. 와이어 웹은 종래 기술에 따르면 공작물(3)의 축선에 대해 직교(수직)하게 배치된 롤(7)에 의해 안내된다.
특히 바람직하게는, 캐리어 물질로서 글리콜과 연마재로서 탄화규소를 함유한 절단용 현탁액이 사용된다.
와이퍼(8)의 길이는 소잉 가공될 공작물의 측면(10)의 길이와 동일하거나 그 보다 큰 것이 바람직하다. 와이퍼 시스템은 바람직하게는 와이퍼(8)가 소잉 가공될 공작물의 전체 축방향 길이에 대해 기대어지도록 배치된다.
와이퍼(8)가 공작물의 단부면(3a)에 기대어지는 경우, 와이퍼(8)의 길이는 소잉 가공될 공작물의 단부면의 수평 방향 폭과 동일하거나 그 보다 큰 것이 바람직하다. 이 와이퍼 시스템은 바람직하게는 와이퍼(8)가 소잉 가공될 공작물의 전체 수평 방향 폭에 대해 기대어지도록 배치된다.
와이퍼(8)는, 측면(10) 또는 단부면(3a)에 어떠한 손상도 야기하지 않고 양호한 밀봉을 보장하는 연질 재료, 예를 들면 연질 플라스틱 또는 고무로 이루어지는 것이 바람직하다.
60 내지 80의 쇼어 A 경도를 갖는 플라스틱 또는 고무를 이용하는 것이 바람직하다.
와이퍼(8)가 공작물(3)에 일정한 압력으로 기대어지는 마찬가지로 바람직한 실시예에서, 60 미만의 쇼어 A 경도를 갖는 플라스틱 또는 고무를 이용하는 것이 바람직하다.
소잉 가공 후에, 본 발명에 따른 방법에 의해 소잉 가공된 반도체 웨이퍼는 종래 기술에 따라 소잉 가공된 반도체 웨이퍼보다 나노토폴로지에 있어서 현저히 더 편평한 표면을 갖는다.
도 3에서는 반도체 재료로 이루어진 결정으로부터 종래 기술에 따라 와이어 소잉에 의해 생성된 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼에 대해 나노토폴로지 파라미터 "표면파형"(W) 및 "국부적 뒤틀림"(L)을 일례로서 도시하고 있다.
도 4에서는 반도체 재료로 이루어진 결정으로부터 본 발명에 따른 방법에 따라 와이어 소잉에 의해 생성된 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼에 대해 나노토폴로지 파라미터 "표면파형"(W) 및 "국부적 뒤틀림"(L)을 일례로서 도시하고 있다.
도 3과 도 4에서 "표면파형"(W)과 "국부적 뒤틀림"(L)의 변화는 보다 양호한 도시를 위해 정규화 방식(단위 없이)으로 도시되어 있고, 동일한 정규화가 두 도면 모두에 이용되었다.
도 3 및 도 4는 소오의 전진 이송 방향으로 웨이퍼의 곡률의 크기로서의 "국부적 뒤틀림"(L)과, 국부적 뒤틀림 곡선에 걸쳐 윈도우 길이 10 mm의 이동 윈도우(moving window)를 배치하고 이 윈도우 내에서의 각각의 최대 편차를 그래프로 그림으로써 "국부적 뒤틀림"(L)으로부터 얻어지는 "표면파형"(W)을 도시하고 있다.
도 3에 도시한 "국부적 뒤틀림"(L)은 절단 중에 결정(3)의 온도가 결정의 측면(10) 상에 냉각제(4)를 공급함으로써 제어되고 있는 경우의 웨이퍼의 특성을 도시하는데, 그 냉각제(4)는 결정(3)이 절단 중에 실질적으로 일정한 온도로 되도록 적용된 온도 프로파일을 갖는다. 이 경우, 냉각제(4)는 결정(3) 위에서 와이어 웹의 와이어 섹션(6) 상으로 방해받지 않고 흐르고, 여기서 절단용 현탁액(12)과 혼합되어 와이어 웹의 와이어 섹션(6)들의 기계적 및 열적 특성에 영향을 미친다.
도 3에서의 기하학적 측정치는 반도체 재료로 이루어진 소잉 가공된 웨이퍼에서 그러한 점에 의해 야기된 명백히 유해한 영향을 보여주고 있다. 이러한 유해한 영향은 특히 웨이퍼의 중간부에서부터 가장 크게 나타나는데[약 +35 mm 위치에서부터 "국부적 뒤틀림"(L)이 크게 감소], 그 이유는 여기에서는 결정의 측면(10)과 와이어 웹 간의 각도가 90도보다 작고, 냉각제(4)에 의해 더욱 악화되는 절단용 현탁액(12)의 정체의 유해한 영향이 발생하기 때문이다.
도 4에서는 비교를 위해 동일한 조건 하이지만 본 발명에 따른 방법에 의해 소잉 가공된 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼를 도시하고 있다. 냉각제(4)의 측방향으로의 제거로 인해, 와이어 웹의 절단 거동에 대한 어떠한 유해한 영향도 발생하지 않고, 실질적으로 직선 절단 프로파일이 보장된다. 본 발명에 따른 방법의 경우, 65%보다 큰 "국부적 뒤틀림"(L)의 감소가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 직경에 관계없이 와이어 소잉 가공될 모든 공작물에 적합하다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 200 mm보다 큰 직경의 결정에 이용된다.
본 발명에 따른 방법은 특히 바람직하게는 300 mm 이상의 직경의 결정에 이용된다.
1 : 소잉 스트립
2 : 냉각제용 노즐
3 : 공작물
3a : 단부면
4 : 냉각제
5 : 현탁액용 노즐
6 : 와이어 섹션
7 : 와이어 가이드 롤
8 : 와이퍼
9 : 포집통
10 : 측면
11 : 홀더
12 : 절단용 현탁액
13 : 스프링

Claims (9)

  1. 2개의 단부면과 측면으로 이루어진 표면을 갖는 반도체 재료로 이루어진 기둥형 공작물을 와이어 소잉 가공 중에 냉각하는 방법으로서,
    평행하게 배열된 와이어 섹션들로 이루어진 와이어 웹이 소잉 가공 중에 와이어 섹션과 공작물 간의 서로 반대 방향으로의 상대 이동에 의해 공작물 내로 파고들게 하고,
    와이어 가공 소잉 중에 공작물의 온도를 액상 냉각제에 의해 제어하되, 와이퍼를 공작물 상에 기대지게 하며, 액상 냉각제를 공작물 표면 상에 기대진 와이퍼 위에서 공작물 상에 가하며, 이 액상 냉각제를 공작물에 기대진 와이퍼에 의해 공작물 표면으로부터 제거하는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액상 냉각제는 공작물의 상기 측면 상에 기대진 와이퍼 위에서 상기 측면 상에 가해지는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액상 냉각제는 공작물의 상기 단부면 상에 기대진 와이퍼 위에서 상기 단부면 상에 가해지는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 웹의 와이어 섹션들은 공작물에 기대진 와이퍼 아래에서 상기 공작물로 파고드는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 웹의 와이어 섹션들이 공작물 내로 파고드는 중에, 상기 와이퍼는 상기 와이어 웹의 자유로이 선택 가능한 파고든 침투 깊이에 도달할 때까지 상기 측면 또는 단부면에 지지되며, 상기 침투 깊이에 도달한 경우, 상기 액상 냉각제의 적용이 종료되고 상기 와이퍼는 공작물의 표면으로부터 제거되는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자유로운 상태의 연마재를 함유한 절단용 현탁액이 와이어 웹의 와이어 섹션들에 가해지는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절단용 현탁액은 캐리어 매체로서 글리콜을 함유하는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액상 냉각제는 절단용 현탁액의 캐리어 매체로서 이루어지는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 섹션들은 확고하게 접합된 연마재를 포함하는 것인 와이어 소잉 가공 중의 반도체 재료 공작물 냉각 방법.
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