KR20170013237A - 연마입자-고정 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법 - Google Patents

연마입자-고정 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 심선의 표면에 연마입자가 고착된 고정 연마입자 와이어로서, 상기 심선의 표면에 있어서의, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하의 것인 고정 연마입자 와이어이다. 이것에 의해, 워크 절단 중의 고정 연마입자 와이어의 사행을 억제할 수 있고, 워크로부터 잘려 나온 웨이퍼의 TTV, Warp를 개선할 수 있는 고정 연마입자 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법이 제공된다.

Description

고정 연마입자 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법{ABRASIVE GRAIN-FIXED WIRE, WIRE SAW, AND METHOD FOR CUTTING WORKPIECE}
본 발명은, 고정 연마입자(砥粒) 와이어 및 와이어 쏘(ソ-) 그리고 워크(ワ-ク)의 절단방법에 관한 것이다.
직경 300㎜의 실리콘 잉곳 등의 워크의 절단에는, 탄화규소 등의 연마입자를 현탁시킨 슬러리를 와이어상에 공급하여 절단을 행하는 종래의 유리(遊離) 연마입자 절단방식이 주류인데, 절단에 요하는 시간은, 번수(番手)가 #1000~#1500(평균 연마입자 직경이 8~10㎛정도)인 탄화규소 연마입자를 사용한 경우, 20~25시간의 절단시간을 요하고 있다.
최근, DRAM이나 NAND 플래시 메모리, MPU 등의 반도체 소자의 고집적화에 기술적인 한계가 보이기 시작하여, 미세화에 의한 실리콘 반도체 소자 1개당의 비용 삭감에 한계가 오고 있다고 한다. 그리하여, 계속적인 비용 저감의 수단으로서, 웨이퍼 1장당의 반도체 소자 수를 보다 많이 취득할 수 있는 직경 450㎜로의 대직경화가 검토되고 있다.
직경 450㎜의 실리콘 잉곳을 탄화규소 등의 연마입자를 사용한 유리 연마입자 방식으로 절단할 경우, 원칙적으로 실리콘 잉곳의 면적비 배인 40~50시간의 절단시간이 필요하며, 웨이퍼 1장당의 생산성은 현저하게 저하한다.
그리하여, 직경 450㎜의 실리콘 잉곳의 절단에는, 태양전지용 실리콘, 유리, 자성체, 수정, 사파이어나 탄화규소(SiC)의 잉곳 절단으로 채용되고 있다. 심선(芯線)에 다이아몬드 연마입자를 고착시킨 고정 연마입자 와이어가 사용된다(특허문헌 1 참조). 대표적인 고정 연마입자 와이어는, 최소 직경 4㎛, 최대 직경 16㎛의 분포를 가지는 다이아몬드 연마입자를 전해 도금으로 직경 0.1㎜정도의 금속 심선 표면에 고착시켜 제조한다.
이와 같은 고정 연마입자 와이어를 이용한 잉곳의 절단에서는, 일반적인 멀티 와이어 쏘가 이용되고, 연마입자를 포함하지 않는 쿨런트(ク-ラント)를 주행 중인 고정 연마입자 와이어에 공급하면서, 잉곳을 와이어에 대고 눌러 절단한다. 평균 연마입자 직경 10㎛정도의 탄화규소 등의 연마입자를 현탁시킨 슬러리를 와이어상에 공급하여 절단을 행하는 종래의 유리 연마입자 절단방식에 비해, 절단시간을 1/2~1/3으로 단축할 수 있고, 또한 유리 연마입자를 사용하지 않기 때문에, 연마입자나 금속분(金屬粉)의 분리 등, 절단에 사용된 슬러리의 폐액의 처리에 요하는 비용을 저감할 수 있는 점이 큰 메리트(メリット)가 된다.
일본 특개2010-74056호 공보
일반적으로, LSI(Large Scale Integrated circuit; 대규모 집적회로), 구체적으로는 메모리 LSI나 로직 LSI의 미세화에 수반하여, 반도체 실리콘 웨이퍼에는, 평탄도나 Warp에 대하여, 보다 엄격한 수준의 것이 요구되게 되었다. 여기서, Warp란 실리콘 웨이퍼가 진공 흡착되어 있지 않은 자연상태의 형상을 나타내는 파라미터이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, 측정면에는 두께 중앙면을 사용하고, 기준면에는 두께 중앙면의 베스트 피트면을 이용하여, 측정면으로부터 기준면을 뺀 값의 최대값과 최소값의 차이로서 정의되고 있다. 웨이퍼의 Warp가 악화되면, 디바이스 노광공정에 있어서, 포커스 어긋남(ずれ)이나 오버레이의 문제를 일으킬 가능성이 있고, 특히 직경 450㎜의 대직경 웨이퍼에서는, 이들 문제가 현저해진다고 알려져 있다.
고정 연마입자 와이어를 이용한 실리콘 잉곳의 절단에서 과제가 되는 것은, 절단 후의 웨이퍼형상 정밀도이다. 직경 450㎜, 길이 120㎜정도의 실리콘 잉곳을 준비하여, 직경 0.1㎜의 심선 표면에 최소 직경 4㎛, 최대 직경 16㎛의 분포를 가지는 다이아몬드 연마입자를 고착시킨 고정 연마입자 와이어를 이용하여 23시간 동안 절단한 경우와, 평균 연마입자 직경 10㎛정도의 탄화규소 연마입자를 현탁시킨 슬러리를 와이어상에 공급하여 절단을 행하는 종래의 유리 연마입자를 이용하여 48시간 동안 절단한 경우의 절단된 웨이퍼의 TTV(웨이퍼 면내 두께의 최대값과 최소값의 차이를 나타냄)와 Warp를 비교하였다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 종래의 일반적인 고정 연마입자 와이어로 절단된 웨이퍼의 TTV, Warp는 모두, 유리 연마입자 방식으로 절단된 웨이퍼의 TTV, Warp보다 현저하게 떨어진다. 또한, 고정 연마입자 와이어에 의한 절단에서는, 절단시간을 연장해도, TTV나 Warp의 레벨에 현저한 개선은 없고, 절단 중에 고정 연마입자 와이어가 워크 내를 사행(蛇行)하여 진행되는 경향이 있는 것이 알려져 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 워크 절단 중의 고정 연마입자 와이어의 사행을 억제할 수 있고, 워크로부터 잘려 나온 웨이퍼의 TTV, Warp를 개선할 수 있는 고정 연마입자 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 심선의 표면에 연마입자가 고착된 고정 연마입자 와이어로서, 상기 심선의 표면에 있어서의, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심(重心)간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경(平均円相當直徑) 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 것임을 특징으로 하는 고정 연마입자 와이어를 제공한다.
상기 연마입자수 밀도의 범위라면, 연마입자수 밀도가 작기 때문에 생기는, 워크의 절단시의 고정 연마입자 와이어의 사행을 억제할 수 있다. 또한 한편, 연마입자수 밀도가 높아지면, 연마입자의 응집이 생기기 쉬워지고, 그것에 의해 워크 절단 중의 고정 연마입자 와이어의 사행이 생기기 쉬워지는데, 본 발명에서는 상기와 같이 평균원상당직경 이하의 중심간 거리의 분포 비율이, 2% 이하이기 때문에, 연마입자가 균일하게 분산되어 고착되어 있어, 연마입자의 응집이 적다. 이 때문에, 연마입자의 응집에 의한 고정 연마입자 와이어의 사행을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 고정 연마입자 와이어는, 워크로부터 잘려 나온 웨이퍼의 TTV, Warp 등을 개선할 수 있어, 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼를 높은 생산성으로 얻는 것을 가능하게 하는 것이 된다.
이 때, 상기 연마입자가 다이아몬드 연마입자인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 고정 연마입자 와이어의 연마입자로는 다이아몬드 연마입자가 적합하다.
또한 이 때, 상기 고정 연마입자 와이어는, 상기 심선의 표면에, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 상기 연마입자가 고착된 것으로 할 수 있다.
본 발명의 고정 연마입자 와이어의 연마입자로서는, 이와 같은 입도 분포를 가지는 것이 적합하고, 효율적으로 워크의 절단을 행할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 상기의 본 발명의 고정 연마입자 와이어가 복수의 와이어 가이드간에 나선형상으로 권회(卷回)됨으로써 형성된 와이어 열(列)과, 워크를 유지하면서 상기 와이어 열에 상기 워크를 대고 누르는 워크 이송 수단과, 상기 워크와 상기 와이어의 접촉부에 쿨런트를 공급하는 노즐을 구비하고, 상기 노즐로부터 상기 와이어에 상기 쿨런트를 공급하면서, 상기 워크 이송 수단에 의해 상기 워크를 상기 와이어 열에 대고 누름으로써 웨이퍼형상으로 절단하는 와이어 쏘를 제공한다.
이와 같은 와이어 쏘라면, 워크 절단 중의 고정 연마입자 와이어의 사행을 억제할 수 있고, 워크로부터 잘려 나온 웨이퍼의 TTV, Warp를 개선할 수 있어, 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼를, 유리 연마입자 방식의 것보다 높은 생산성으로 얻는 것을 가능하게 하는 것이 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 심선의 표면에 연마입자가 고착된 고정 연마입자 와이어를 준비하여, 상기 준비한 고정 연마입자 와이어를 복수의 와이어 가이드간에 나선형상으로 권회하여 와이어 열을 형성하고, 상기 고정 연마입자 와이어를 축 방향으로 왕복 주행시키면서, 상기 와이어 열에 워크를 대고 눌러, 상기 워크를 웨이퍼형상으로 절단하는 워크의 절단방법으로서, 상기 고정 연마입자 와이어를 준비할 때에, 상기 고정 연마입자 와이어의 표면을 촬상하고, 상기 촬상한 화상상에서, 이치화(二値化) 화상해석에 의해 연마입자를 추출하는 스텝과, 상기 추출한 연마입자의 개수를 구해, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도를 구하는 스텝과, 상기 추출한 각 연마입자의 원상당 직경을 구해, 전체 연마입자의 평균원상당직경을 산출하는 스텝과, 상기 추출한 각 연마입자의 중심을 구해, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리를 구하는 스텝과, 상기 구한 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 상기 구한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 상기 산출한 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 조건을 만족하는 고정 연마입자 와이어를 선별하는 스텝을 가지고, 상기 선별한 고정 연마입자 와이어를 이용하여 상기 워크의 절단을 하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법을 제공한다.
이와 같이 하면, 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 조건을 만족하는 고정 연마입자 와이어를 간편하면서 또한 정확하게 선별하여, 워크의 절단에 사용할 수 있기 때문에, 형상 정밀도가 높은 웨이퍼를, 유리 연마입자 방식보다 생산성 좋게 워크로부터 잘라낼 수 있다. 게다가, 유리 연마입자 방식에 비해 슬러리의 폐액 처리의 비용을 저감할 수 있다.
이 때, 상기 고정 연마입자 와이어의 표면의 촬상에는, 주사형(走査型) 전자현미경 또는 공초점(共焦点) 레이저 현미경을 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 이와 같은 고정 연마입자 와이어의 표면의 관찰 수단을 이용하는 것이 적합하다.
또한 이 때, 상기 연마입자를 다이아몬드 연마입자로 할 수 있다.
이와 같이, 고정 연마입자 와이어의 연마입자로서 다이아몬드 연마입자를 사용하는 것이 적합하다.
이 때, 상기 준비하는 고정 연마입자 와이어를, 상기 심선의 표면에, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 상기 연마입자를 고착한 것으로 할 수 있다.
본 발명에서는, 이와 같은 미세한 입도 분포를 가지는 것을 사용하는 것이 적합하고, 효율적으로 워크의 절단을 행할 수 있다.
본 발명의 고정 연마입자 와이어 및 와이어 쏘 그리고 워크의 절단방법이라면, 유리 연마입자 방식의 절단과 비교하여 절단에 요하는 시간을 대폭으로 단축할 수 있으면서, 또한 종래의 고정 연마입자 방식의 절단보다 웨이퍼의 TTV, Warp 등의 형상 정밀도를 대폭으로 개선할 수 있다. 그렇기 때문에, 엄격한 웨이퍼형상 정밀도가 요구되는 메모리 LSI나 로직 LSI용 대직경 실리콘 웨이퍼 등에 대하여, 생산성에 큰 메리트가 있는 고정 연마입자 와이어를 이용한 실리콘 잉곳의 절단을 적용할 수 있다. 게다가, 유리 연마입자를 사용하지 않기 때문에, 웨이퍼의 제조공정에 있어서 대폭적으로 코스트를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 와이어 쏘의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 워크의 절단방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 실시예 1-3, 비교예 1, 2의 TTV, Warp의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1-4의 TTV, Warp의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 Warp의 정의를 나타내는 설명도이다.
도 6은 유리 연마입자 방식 및 종래의 고정 연마입자 방식으로 잘려 나온 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 화상 처리 소프트를 사용한 이치화 화상해석의 일례를 나타내는 화상이다.
도 8은 본 발명의 고정 연마입자 와이어를 제조할 때에 사용할 수 있는 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
상기와 같이, 고정 연마입자 와이어를 이용하는 워크의 절단방법은, 유리 연마입자 방식의 절단방법과 비교하여, 보다 단시간으로 워크의 절단을 행할 수 있는데, 잘려 나온 웨이퍼의 형상 정밀도가 악화된다는 문제가 있었다.
그리하여, 본 발명자는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이하와 같은 검토를 거듭하였다.
고정 연마입자 와이어를 사용하는 것에 의한 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화는, 절단 중에 고정 연마입자 와이어 자체가 사행하여 진행되기 때문으로 생각된다. 본 발명자는, 고정 연마입자 와이어의 표면의 연마입자 개수 밀도의 편차가 와이어의 사행 요인이라고 가정하고, 반복하여 실험을 행하였다.
그 결과, 단위 면적당의 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도의 증가와 함께, TTV나 Warp 등은 개선되는 경향이 보였지만, 유리 연마입자 방식으로 절단한 경우의 TTV나 Warp 등의 형상 정밀도보다 떨어졌다. 또한, 소정의 연마입자수 밀도를 넘는 고정 연마입자 와이어에서는, 반대로 TTV나 Warp 등이 크게 악화되었다. 즉, 단순히 연마입자수를 증가시키는 것만으로는 양호한 형상 정밀도의 웨이퍼를 얻을 수 없다는 것을 지견하였다.
그리하여, 소정의 연마입자수 밀도를 넘는 고정 연마입자 와이어에서 웨이퍼형상이 악화된 원인을 조사한 바, 고정 연마입자 와이어의 표면에 있어서의 연마입자의 분산상태(응집상태)에 따라 웨이퍼의 형상 정밀도가 변화하고, 연마입자가 소정 레벨로 균일하게 분산되어 있으면 양호한 형상 정밀도를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상으로부터, 심선의 표면의 연마입자를 고밀도로 하는, 즉 연마입자의 개수를 증가시키면서, 또한 증가시킨 연마입자를 균일하게 분산시킴으로써 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화를 억제할 수 있는 것을 지견하였다. 그리고, 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 각 연마입자간의 중심간 거리가 차지하는 비율이 2% 이하인 고정 연마입자 와이어라면, 상기 문제를 해결할 수 있다는 것에 도달하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 고정 연마입자 와이어에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 고정 연마입자 와이어는, 심선의 표면에 연마입자가 고착되어 있는 것이다.
이 심선은, 금속제로 할 수 있고, 그 직경은 예를 들면 직경 0.1㎜정도로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 고정 연마입자 와이어의 심선의 표면에 고착되어 있는 연마입자는, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 연마입자로 할 수 있다.
이와 같은, 미세한 입도 분포를 가지는 연마입자를 가지는 고정 연마입자 와이어라면, 웨이퍼의 TTV나 Warp 등의 형상 품질을 보다 양호하게 할 수 있다.
또한, 심선에 고착되어 있는 연마입자의 종류는, 다이아몬드 연마입자로 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 고정 연마입자 와이어의 연마입자로는, 다이아몬드 연마입자가 특히 적합하다.
그리고, 본 발명의 고정 연마입자 와이어는 심선의 표면에 있어서의, 단위 면적당의 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 것을 특징으로 한다.
기본적으로, 표면에 고착되는 연마입자의 개수는 많은 편이 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화를 억제할 수 있다. 본 발명과 같이 단위 면적당의 연마입자의 개수가 1200개/㎟ 이상이면, 연마입자가 적은 것에 의한 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화를 억제하여, 워크를 양호한 형상을 가지는 웨이퍼로 절단하는 것이 가능한 것이 된다. 또한, 1500개/㎟ 이상으로 할 수 있다.
또한, 연마입자의 개수가 증가하여, 연마입자의 분포가 심선 표면의 특정 개소에 치우친 경우(연마입자가 응집된 경우), 워크의 절단 중에 고정 연마입자 와이어가 사행하여, 웨이퍼의 형상 정밀도가 악화된다. 이와 같은 연마입자의 응집상태는, 연마입자의 중첩으로서 해석할 수 있고, 전체 연마입자간의 중심간 거리 중, 그 분포에 있어서, 연마입자의 평균원상당직경 이하에 차지하는 비율이 많을수록 연마입자가 응집되어 있다고 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중에서, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하가 되는 중심간 거리의 비율이 2% 이하로 되어 있다면, 연마입자의 분포의 치우침은 매우 억제되어 있고, 균일하게 분산되어 있어 응집이 완화되어 있는 상태이며, 응집에 기인하는 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화를 억제할 수 있는 것이 된다.
여기서, 이와 같은 본 발명의 고정 연마입자 와이어의 제조방법의 일례에 대하여 설명한다.
본 발명의 고정 연마입자 와이어는, 전해 니켈도금을 이용하여, 금속 심선의 표면에 다이아몬드 연마입자 등의 연마입자를 고착하여 제조할 수 있다. 이 금속 심선에는, 예를 들면 피아노선 등이 이용된다.
구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같은, 제조장치를 사용하여 고정 연마입자 와이어를 제조할 수 있다.
도 8에 나타내는 고정 연마입자 와이어의 제조장치(20)에 있어서, 우선, 전처리 조(槽)(21)에서, 아세톤 용액(22)이나 염산 용액(23)을 이용하여, 심선(24)의 표면의 오염이나 녹을 제거한다. 그 후 도금 조(25)에서, 심선(24)을, 다이아몬드 연마입자 등의 연마입자(26)를 분산시킨 도금액(27) 중을 통과시켜, 정(正)으로 대전시킨 니켈전극으로부터 용출되는 니켈이온과 함께 다이아몬드 연마입자를 심선(24) 표면에 전착(電着)시킴으로써 고정 연마입자 와이어(1)를 제조할 수 있다. 한편, 상기 설명에서는, 대표적인 제조방법 및 그 때에 사용하는 제조장치를 예시했는데, 본 발명의 고정 연마입자 와이어의 제조방법은, 이에 한정되지 않으며, 다른 제조방법을 사용해도 본 발명의 고정 연마입자 와이어를 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 와이어 쏘에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 고정 연마입자 방식의 와이어 쏘(11)는, 주로 워크(W)를 절단하기 위한 고정 연마입자 와이어(1), 홈 롤러(溝付きロ-ラ)(2), 와이어 장력 부여 기구(3,3'), 워크 이송 수단(4), 쿨런트 공급 수단(5) 등으로 구성되어 있다. 그리고, 이 고정 연마입자 와이어(1)는 상기 설명한 본 발명의 고정 연마입자 와이어이다.
고정 연마입자 와이어(1)는, 한쪽의 와이어 릴(6)로부터 풀려나와, 트래버서(トラバ-サ)를 통해 파우더 클러치(パウダクラッチ)(정토크 모터(定トルクモ-タ))나 댄서 롤러(ダンサロ-ラ)(데드 웨이트(デッドウェイト)) 등으로 이루어지는 와이어 장력 부여 기구(3)를 거쳐, 홈 롤러(2)에 들어가 있다. 이 홈 롤러(2)는 철강제 원통의 주위에 폴리우레탄 수지를 압입(壓入)하여, 그 표면에 소정의 피치로 홈을 새긴 롤러로 할 수 있다.
고정 연마입자 와이어(1)가 복수의 홈 롤러(2)에 300~400회 정도 권회됨으로써 와이어 열이 형성된다. 고정 연마입자 와이어(1)는 또 한쪽의 와이어 장력 부여 기구(3')를 거쳐 와이어 릴(6')에 감져져 있다. 이와 같이 권회된 고정 연마입자 와이어(1)가 구동용 모터(10)에 의해 왕복 주행할 수 있게 되어 있다. 여기서, 고정 연마입자 와이어(1)를 왕복 주행시킬 때, 고정 연마입자 와이어(1)의 양 방향으로의 주행 거리를 같게 하는 것이 아니라, 와이어 신선(新線)이 공급되도록, 한쪽 방향으로의 주행 거리 쪽이 길어지도록 할 수 있다. 이와 같이 하여, 고정 연마입자 와이어(1)의 왕복 주행을 행하면서 긴 주행 거리의 방향으로 신선이 공급된다.
쿨런트 공급 수단(5)은 탱크(7), 칠러(チラ-)(8), 노즐(9) 등으로 구성된다. 노즐(9)은 고정 연마입자 와이어(1)가 홈 롤러(2)에 권회됨으로써 형성된 와이어 열의 윗쪽에 배치되어 있다. 이 노즐(9)은 탱크(7)에 접속되어 있고, 쿨런트는 칠러(8)에 의해 공급 온도가 제어되어 노즐(9)로부터 고정 연마입자 와이어(1)에 공급된다.
워크(W)는 워크 이송 수단(4)에 의해 유지된다. 이 워크 이송 수단(4)은 워크(W)를 와이어의 윗쪽으로부터 아래쪽을 향해 밀어 내림으로써, 워크(W)를 왕복 주행하는 고정 연마입자 와이어(1)에 대고 눌러 절단한다. 이 때, 컴퓨터 제어로 미리 프로그램된 이송 속도로 소정의 이송량만큼 유지한 워크(W)를 이송하도록 제어하는 것이 가능하다. 또한, 워크(W)의 절단을 완료시킨 후, 워크(W)의 이송방향을 역전시킴으로써, 와이어 열로부터 절단된 워크(W)를 뽑아 낼 수 있다.
이와 같은 본 발명의 고정 연마입자 와이어를 구비하는 와이어 쏘라면, 유리 연마입자 방식의 와이어 쏘보다 절단시간을 대폭으로 단축할 수 있으면서, 종래의 고정 연마입자 방식의 와이어 쏘보다 양호한 형상 정밀도로 워크를 절단할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 워크의 절단방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 워크의 절단방법은, 이하에 설명하는 도 2에 나타내는 바와 같은 스텝을 가진다.
우선, 고정 연마입자 와이어를 준비하는데 이 때에, 고정 연마입자 와이어의 표면을 촬상하여, 촬상한 화상상에서 이치화 화상해석에 의해 연마입자를 추출한다(도 2의 S101).
여기서, 고정 연마입자 와이어의 표면의 촬상에는, 주사형 전자현미경 또는 공초점 레이저 현미경을 사용할 수 있다.
특히 고정 연마입자 와이어의 반경 정도의 초점 심도를 가지는 주사형 전자현미경 또는 공초점 레이저 현미경이라면, 고정 연마입자 와이어의 표면의 촬상에 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 촬상한 화상은, 예를 들면 화상 처리 소프트 WinROOF(三谷商事주식회사제) 등을 사용하여 도 7과 같이 이치화 화상해석을 할 수 있다.
다음으로, 이치화 화상해석에 의해 추출한 연마입자로부터 연마입자의 개수를 구하고, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도를 구한다(도 2의 S102).
또한, 추출한 각 연마입자의 원상당 직경을 구하여, 전체 연마입자의 평균원상당직경을 산출한다(도 2의 S103).
또한, 추출한 각 연마입자의 중심을 구하여, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리를 구한다(도 2의 S104).
이와 같이 하여, 고정 연마입자 와이어 표면의 연마입자수 및 연마입자의 분산상태의 지표가 되는 연마입자수 밀도, 평균원상당직경, 각 연마입자간의 중심간 거리를 구한다.
한편, 상기의 추출한 연마입자로부터 연마입자수 밀도를 구하는 스텝(도 2의 S102), 평균원상당직경을 산출하는 스텝(도 2의 S103), 중심간 거리를 구하는 스텝(도 2의 S104)을 행하는 순서는 도 2의 흐름도에 나타낸 순서에 한정되지 않고, 상기 3개의 스텝을 어떠한 순서로 행해도 된다.
여기서, 고정 연마입자 와이어의 표면을 촬상하여 얻어진 화상은 평면화상이다. 실제의 와이어의 표면형상은 원통형상을 하고 있기 때문에, 연마입자수 밀도의 모수(母數)가 되는 면적을 보다 엄밀하게 측정할 경우는, 평면화상을 원통형상으로 변환하고 나서 측정할 수 있다. 또한 마찬가지로, 전체 연마입자의 중심간 거리를 구할 때에도, 동일하게 평면화상을 원통형상으로 변환하고 나서 구할 수 있다. 한편, 가능한 한 간편하게 이 지표들을 산출하고자 하는 경우에는, 굳이 평면화상 그대로 취급하여, 연마입자수 밀도의 모수가 되는 면적이나 전체 연마입자의 중심간 거리를 구할 수 있다. 이와 같이, 소망하는 측정 정밀도, 비용 등에 따라, 원통형상으로의 변환 측정은 적절히 결정할 수 있다.
다음으로, 고정 연마입자 와이어를 선별한다(도 2의 S105).
여기서는, 연마입자수 밀도를 구하는 스텝(도 2의 S102)에서 구한 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 중심간 거리를 구하는 스텝(도 2의 S104)에서 구한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 평균원상당직경을 산출하는 스텝(도 2의 S103)에서 산출한 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 조건을 만족하는 고정 연마입자 와이어를 선별한다.
그리고, 선별한 고정 연마입자 와이어를 복수의 와이어 가이드간에 나선형상으로 권회하여 와이어 열을 형성하고, 고정 연마입자 와이어를 축방향으로 왕복 주행시키면서, 와이어 열에 워크를 대고 눌러, 쿨런트를 공급하면서, 상기 워크를 웨이퍼형상으로 절단한다(도 2의 S106). 이상과 같이 하여, 워크의 절단을 완료한다.
본 발명과 같이, 고정 연마입자 와이어의 표면을 촬상하고, 촬상한 화상으로부터 연마입자 밀도, 중심간 거리, 평균원상당직경을 측정하여 연마입자의 개수 및 분포상태(응집상태)를 평가하는 수법이라면, 간편하면서 정확하게 고정 연마입자 와이어의 표면의 연마입자의 상태를 평가할 수 있다.
한편, 예를 들면, 종래의 고정 연마입자 와이어의 평가·검사방법으로서, 와이어에 대해 광을 조사하여 와이어의 투영 화상을 촬영해서, 연마입자의 개수, 연마입자 간격 등을 검출하는 방법 등이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개2006-95644호 공보 참조). 그러나, 투영에 의한 연마입자의 검출에서는, 관찰되는 연마입자의 영역이 극히 일부에 한정되고, 또한, 연마입자 간격의 값을, 투영 화상의 윤곽선으로부터 표준 편차를 구함으로써 얻어지는데, 연마입자 응집을 판정하는 것은 어려웠다.
그것에 대하여, 상기한 바와 같이 본 발명이라면, 간편하면서 또한 정확하게 고정 연마입자 와이어의 표면의 연마입자의 상태를 평가할 수 있다.
이와 같이 하여, 표면에 고착되는 연마입자의 개수가 많은, 즉 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 연마입자의 분포가, 치우침이 억제되어 균일하게 분산된 상태인, 즉 각 연마입자의 중심간 거리 중, 평균원상당직경 이하의 길이인 것의 비율이 2% 이하인 고정 연마입자 와이어를, 간편하면서 또한 정확하게 선별하여 절단에 사용할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 형상 정밀도의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 고정 연마입자 방식의 절단이기 때문에 절단에 요하는 시간을 대폭으로 단축하여, 생산성을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼의 제조에 요하는 비용을 저감할 수 있다.
이 때, 연마입자로서 다이아몬드 연마입자를 이용하는 것이 적합하다.
고정 연마입자 방식의 연마입자로서 다이아몬드 연마입자는 많이 이용되고 있다.
또한, 준비하는 고정 연마입자 와이어를, 심선의 표면에, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 연마입자를 고착한 것으로 할 수 있다.
상기 연마입자수 밀도 및 상기 각 연마입자간의 중심간 거리의 비율의 조건을 만족하고, 또한 연마입자의 입도 분포가 이와 같은 것이라면, 보다 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼를 얻을 수 있다. 한편, 입도 분포를 상기의 범위로 조절하기 위해서는, 입도 분포가 상기 범위를 만족하는 연마입자를 미리 준비하여, 심선에 고착하면 된다.
또한, 본 발명의 워크의 절단방법은, 특히 직경이 450㎜이상인 단결정 실리콘 잉곳의 절단에 적합하다.
이와 같은 대직경의 실리콘 단결정 잉곳을, 고정 연마입자 와이어를 사용하여 절단할 경우, 종래의 고정 연마입자 와이어를 사용한 절단방법으로는 형상 정밀도가 대폭으로 악화되는데, 본 발명의 워크의 절단방법이라면 형상 정밀도의 악화를 대폭으로 억제할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 2에 나타내는 본 발명의 워크의 절단방법에 따라 선별한 고정 연마입자 와이어를, 도 1에 나타내는 와이어 쏘에 장착하여, 본 발명의 워크의 절단방법에 따라 워크를 절단하였다. 그리고, 워크의 절단 후의 모든 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 값을 측정하여, 이 평균값을 산출하였다.
여기서 사용한 고정 연마입자 와이어는, 직경 0.1㎜의 심선에, 최소 직경 6㎛, 최대 직경 12㎛의 입도 분포를 가지는 다이아몬드 연마입자를 고착시킨 것으로 하였다.
고정 연마입자 와이어는 연마입자수 밀도가 1200개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 0.9%였다. 한편, 고정 연마입자 와이어의 표면의 촬상에는, 주사형 전자현미경을 사용하여, 촬상한 화상의 이치화 화상해석에는 화상처리 소프트 WinROOF(三谷商事주식회사제)를 사용하였다.
또한, 절단 대상인 워크는, 직경 450㎜, 길이 약 120㎜의 실리콘 단결정 잉곳을 이용하였다.
표 1에 실시예 1, 후술하는 실시예 2, 3, 비교예 1-4에 있어서의, 고정 연마입자 와이어의 연마입자수 밀도(개/㎟), 평균원상당직경(㎛), 중심간 거리의 평균값(㎛), 및 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율(%)을 정리한 것을 나타낸다.
또한, 실시예 1-3, 비교예 1-4에 있어서의 절단 후의 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 측정결과를, 표 2, 도 3에 나타낸다.
실시예 1에서는, 잘려 나온 웨이퍼의 TTV의 평균값은 12.55(㎛), Warp의 평균값은 15.1(㎛)이 되어 후술하는 비교예보다 대폭으로 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼를 얻을 수 있었다.
(실시예 2)
연마입자수 밀도가 1500개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2.0%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 표 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 11.8(㎛), Warp의 평균값은 12.5(㎛)가 되어 후술하는 비교예보다 대폭으로 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼를 얻을 수 있었다.
(실시예 3)
연마입자수 밀도가 1500개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 1.5%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 표 2, 표 3에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 12.43(㎛), Warp의 평균값은 10.45(㎛)가 되어 후술하는 비교예보다 대폭으로 형상 정밀도가 좋은 웨이퍼가 얻어졌다. 또한, 이 TTV 및 Warp의 값은 유리 연마입자 방식의 절단과 동등한 형상 품질(도 6 참조)이었다. 따라서, 본 발명이라면, 고정 연마입자 와이어를 사용함으로써 절단시간의 대폭적인 단축을 할 수 있고, 또한, 유리 연마입자를 사용한 경우와 동등한 형상 정밀도의 웨이퍼가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 2, 3은 실시예 1보다 TTV 및 Warp가 개선되어 있다. 이것은, 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포에 있어서의 상기 비율을 2% 이하로 유지하면서, 연마입자수 밀도가 실시예 1보다 높은 1500개/㎟였기 때문으로 생각된다.
(비교예 1)
연마입자수 밀도가 900개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 1.6%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 도 3, 4, 표 2에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 26.81(㎛), Warp의 평균값은 32.22(㎛)가 되었다. 이와 같이, 연마입자수가 적은, 즉 연마입자수 밀도가 1200개/㎟미만인 경우, 웨이퍼의 TTV, Warp가 함께 악화되어, 형상 정밀도가 현저하게 나쁜 웨이퍼가 되는 것이 확인되었다.
(비교예 2)
연마입자수 밀도가 1000개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 1.8%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 도 3, 4, 표 2에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 20(㎛), Warp의 평균값은 28(㎛)이 되었다. 이와 같이, 연마입자수 밀도가 1200개/㎟미만인 경우, 웨이퍼의 TTV, Warp가 함께 악화되어, 형상 정밀도가 나쁜 웨이퍼가 되는 것이 확인되었다.
(비교예 3)
연마입자수 밀도가 1200개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 3.8%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 도 4, 표 2에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 16.64(㎛), Warp의 평균값은 18.25(㎛)가 되었다. 이와 같이, 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상인 경우에도, 연마입자수 밀도가 증가함에 따라, 각 연마입자간의 중심간 거리의 평균원상당직경 이하인 것의 비율이 2.0%를 넘어, 연마입자가 응집된 상태가 되어 있으면, 웨이퍼의 TTV, Warp가 모두 악화되어, 형상 정밀도가 나쁜 웨이퍼가 되는 것이 확인되었다.
(비교예 4)
연마입자수 밀도가 1500개/㎟, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 4.3%인 고정 연마입자 와이어를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로, 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 잘려 나온 전체 웨이퍼의 TTV 및 Warp의 평균값을 산출하였다.
그 결과, 도 4, 표 2에 나타내는 바와 같이, TTV의 평균값은 22.57(㎛), Warp의 평균값은 29.04(㎛)가 되었다. 이와 같이, 연마입자수 밀도가 증가함에 따라, 연마입자의 응집이 진행된 경우, 웨이퍼의 TTV, Warp가 더욱 악화되어, 형상 정밀도가 현저하게 나쁜 웨이퍼가 되는 것이 확인되었다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
한편, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라고 해도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 심선(芯線)의 표면에 연마입자가 고착된 고정 연마입자 와이어로서,
    상기 심선의 표면에 있어서의, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 모든 각 연마입자간의 중심(重心)간 거리의 분포 중, 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 것임을 특징으로 하는 고정 연마입자 와이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자가 다이아몬드 연마입자인 것을 특징으로 하는 고정 연마입자 와이어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정 연마입자 와이어는, 상기 심선의 표면에, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 상기 연마입자가 고착된 것임을 특징으로 하는 고정 연마입자 와이어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 고정 연마입자 와이어가 복수의 와이어 가이드간에 나선형상으로 권회(卷回)됨으로써 형성된 와이어 열(列)과, 워크(ワ-ク)를 유지하면서 상기 와이어 열에 상기 워크를 대고 누르는 워크 이송 수단과, 상기 워크와 상기 와이어의 접촉부에 쿨런트를 공급하는 노즐을 구비하고, 상기 노즐로부터 상기 와이어에 상기 쿨런트를 공급하면서, 상기 워크 이송 수단에 의해 상기 워크를 상기 와이어 열에 대고 누름으로써 웨이퍼형상으로 절단하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘(ソ-).
  5. 심선의 표면에 연마입자가 고착된 고정 연마입자 와이어를 준비하고, 상기 준비한 고정 연마입자 와이어를 복수의 와이어 가이드간에 나선형상으로 권회하여 와이어 열을 형성하고, 상기 고정 연마입자 와이어를 축방향으로 왕복 주행시키면서, 상기 와이어 열에 워크를 대고 눌러, 상기 워크를 웨이퍼형상으로 절단하는 워크의 절단방법으로서,
    상기 고정 연마입자 와이어를 준비할 때에,
    상기 고정 연마입자 와이어의 표면을 촬상하고, 상기 촬상한 화상상에서, 이치화(二値化) 화상해석에 의해 연마입자를 추출하는 스텝과,
    상기 추출한 연마입자의 개수를 구해, 단위 면적당의 상기 연마입자의 개수인 연마입자수 밀도를 구하는 스텝과,
    상기 추출한 각 연마입자의 원상당 직경을 구해, 전체 연마입자의 평균원상당직경을 산출하는 스텝과,
    상기 추출한 각 연마입자의 중심을 구해, 모든 각 연마입자간의 중심간 거리를 구하는 스텝과,
    상기 구한 연마입자수 밀도가 1200개/㎟ 이상이고, 또한 상기 구한 모든 각 연마입자간의 중심간 거리의 분포 중, 상기 산출한 전체 연마입자의 평균원상당직경 이하인 것이 차지하는 비율이 2% 이하인 조건을 만족하는 고정 연마입자 와이어를 선별하는 스텝을 가지고,
    상기 선별한 고정 연마입자 와이어를 이용하여 상기 워크의 절단을 하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정 연마입자 와이어의 표면의 촬상에는, 주사형 전자현미경 또는 공초점 레이저 현미경을 사용하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 연마입자를 다이아몬드 연마입자로 하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 준비하는 고정 연마입자 와이어를, 상기 심선의 표면에, 최소 연마입자 직경 4㎛, 최대 연마입자 직경 16㎛의 입도 분포를 가지는 상기 연마입자를 고착한 것으로 하는 것을 특징으로 하는 워크의 절단방법.
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