KR20220014877A - 와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법 및 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명의 대상은 각각 고정 베어링과 이동 가능 베어링의 사이에 장착되는 2개의 와이어 가이드 롤러의 사이에서 신장되는 쏘잉 와이어의 이동 와이어 섹션으로 이루어진 와이어 웹을 포함하는 와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법이다. 본 발명의 다른 대상은 상기 방법에 의해 획득 가능한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이다. 방법은 가공물에 연마 작용을 하는 경질 물질의 존재 하에 와이어 웹에 대한 공급 방향을 따라 각각의 1회의 슬라이싱 작업 동안 작동 유체의 존재 하에 가공물 중 하나를 공급하는 단계; 절단 깊이의 함수로서 온도를 명시하는 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 작업 동안 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링의 온도를 제어하는 단계; 슬라이싱 작업 과정에서 일정한 온도 경로를 갖는 제1 온도 프로파일로부터, 제1 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 처리된 웨이퍼로부터 결정되는 제1 평균 형상 프로파일과 기준 웨이퍼의 형상 프로파일의 차이에 비례하는, 제2 온도 프로파일로 온도 프로파일을 첫 번째로 전환하는 단계를 포함한다.

Description

와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법 및 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼

본 발명의 대상은 각각 고정 베어링과 이동 가능 베어링의 사이에 장착되는 2개의 와이어 가이드 롤러의 사이에서 신장되는 쏘잉 와이어의 이동 와이어 섹션으로 이루어진 와이어 웹을 포함하는 와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법이다.

본 발명의 다른 대상은 상기 방법에 의해 획득 가능한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이다.

일정 재료의 박형의 균일한 웨이퍼를 필요로 하는 용례가 상당히 많다. 개개의 전면 및 후면의 균일성 및 평면 평행도 측면에서 특히 엄격한 요건이 적용되는 웨이퍼의 일례로서, 마이크로 전자 부품의 제조를 위한 기판으로서 사용되는 반도체 재료의 웨이퍼가 있다. 복수의 웨이퍼가 가공물로부터 동시에 슬라이싱 처리되는 와이어 쏘잉은, 특히 경제적이므로, 이러한 웨이퍼의 생산에 특히 중요하다.

와이어 쏘잉에 의하면, 유지 바에 결합되어 있는 잘게 절단될 가공물과 마주하는 적어도 2개의 인접한 와이어 가이드 롤러의 측면 상에서, 서로 평행하게 연장되는 쏘잉 와이어 섹션으로 구성된 와이어 웹이 신장되는 방식으로 쏘잉 와이어가 2개의 와이어 가이드 롤러의 주위에서 나선형으로 안내된다. 와이어 가이드 롤러는 원통체의 형태를 갖고, 이들 원통체의 축선이 서로 평행하게 배열되며, 와이어 가이드 롤러의 원통형 표면이 내마모성 재료의 덮개를 구비하고, 덮개에는 와이어 가이드 롤러 축선에 수직인 평면에서 연장되며 쏘잉 와이어를 지탱하는 환형 폐쇄 홈이 제공된다. 와이어 가이드 롤러를 원통형 축선을 중심으로 동일한 방향으로 회전시키면 와이어 웹의 와이어 섹션이 가공물에 대해 상대 이동하며, 연마제의 존재 하에 가공물과 와이어 웹이 접촉함으로써, 이에 따라 와이어 섹션이 재료의 제거를 수행한다. 가공물의 연속적인 공급을 통해, 와이어 섹션이 가공물에 절단 자국을 형성하며 유지 바에서 모두 멈출 때까지 가공물을 관통하여 작업을 수행한다. 그 후, 가공물이 복수의 균일한 웨이퍼로 절단되었으며, 이들 웨이퍼는 접착성 연결부를 사용하여 빗살처럼 유지 바에 매달린다. 와이어 쏘와 와이어 쏘잉 방법이, 예컨대 DE 10 2016 211 883 A1 또는 DE 10 2013 219 468 A1로부터 알려져 있다.

와이어 쏘잉이 랩 절단(lap cutting) 또는 연마 절단에 의해 수행될 수 있다. 랩 절단에 의하면, 경질 물질의 슬러리 형태의 작동 유체가 와이어 표면과 가공물 사이의 공간으로 공급된다. 랩 절단의 경우, 쏘잉 와이어, 경질 물질 및 가공물 사이의 3체 상호 작용을 통해 재료의 제거가 달성된다. 연마 절단에 의하면, 사용되는 쏘잉 와이어가 그 표면 내에 견고하게 일체화된 경질 물질을 갖고, 공급되는 작동 유체 자체는 연마 물질을 포함하지 않고 냉각 윤활제의 역할을 한다. 그리고, 연마 절단의 경우, 경질 물질이 결합된 쏘잉 와이어와 가공물 사이의 2체 상호 작용을 통해 재료의 제거가 발생한다.

쏘잉 와이어는 일반적으로, 예를 들어, 과공석 펄라이트 강으로 만들어진 피아노줄이다. 슬러리의 경질 물질은, 예를 들어 글리콜 또는 오일과 같은 점성 캐리어 액체 중의, 예를 들어 탄화규소(SiC)로 구성된다. 결합된 경질 물질이, 예를 들어 니켈 전기 도금 또는 합성 수지 결합에 의해 또는 압연에 의해 와이어 표면에 결합된 형태이며 강제 끼워 맞춤되는 다이아몬드로 구성된다.

랩 절단의 경우에는 사용되는 쏘잉 와이어가 평활하거나 구조화되어 있으며, 연마 절단의 경우에는 평활한 쏘잉 와이어만이 사용된다. 평활한 쏘잉 와이어는 매우 높이(즉, 와이어 길이)가 높은 원통체의 형태를 갖는다. 구조화된 쏘잉 와이어는 그 전체 길이에 걸쳐 와이어 길이 방향에 수직인 방향에 있어서의 복수의 돌출부 및 만입부가 제공된 평활한 와이어이다. 랩 절단용의 평활한 쏘잉 와이어의 일례가 WO 13053622 A1에 설명되어 있고, 랩 절단용의 구조화된 쏘잉 와이어의 일례가 US 9610641 B2에 설명되어 있으며, 연마 절단용의 다이아몬드 덮개를 갖춘 평활한 쏘잉 와이어의 일례가 US 7 926 478 B2에 설명되어 있다.

통상적인 와이어 쏘에 의하면, 각각의 와이어 가이드 롤러에는, 각각의 경우, 그 단부면 중 하나의 부근에, 기계의 프레임에 견고하에 연결되며 고정 베어링으로 불리우는 베어링이 장착되고, 반대측 단부면 부근에, 와이어 가이드 롤러의 축방향으로 이동 가능하며 이동 가능 베어링으로 불리우는 베어링이 장착된다. 예측할 수 없는 변형을 초래하는 구성의 기계적 과잉 결정을 방지하기 위해서는 이러한 구성이 필요하다.

특히 와이어 웹과 가공물 사이의 첫 번째 접촉의 순간에, 다시 말해 쏘 정합 시에, 기계적 및 열적 부하가 급격히 변한다. 와이어 웹과 가공물의 서로에 대한 배열이 변경되고, 와이어 가이드 롤러 축선 방향에서의 이러한 변경 성분은 인접한 웨이퍼의 전면 및 후면에 의해 형성되는 절단 자국 측면이 와이어 가이드 롤러 축선에 수직인 평면으로부터 벗어나는 것을 의미하며, 이에 따라 웨이퍼가 파형이 된다. 파형 웨이퍼는 까다로운 용례에 적합하지 않다.

와이어 쏘잉에 의해 획득된 웨이퍼의 주면의 평면 평행도를 향상시키는 것을 목적으로 하는 방법이 알려져 있다.

US 5 377 568에는, 이동 가능 베어링의 단부면에 평행하게 그리고 단부면 부근에서 와이어 가이드 롤러 상에 외부에 위치한 기준 표면의 위치가 기계의 프레임에 대해 측정되며, 와이어 가이드 롤러 내부의 온도 제어에 의해, 기준 표면의 측정된 위치 변경이 다시 보상되었을 때까지 와이어 가이드 롤러의 열적 길이 증가 또는 길이 감소가 야기되는 방법이 개시되어 있다. 와이어 웹의 와이어 섹션의 위치가, 와이어 가이드 롤러의 축방향으로의 신장 시에, 가장 바람직하게는 고정 베어링으로부터의 거리에 비례하여 변위된다. 그러나, 실제로는, 와이어 가이드 롤러가 외부에서 (불균일하게) 가온(열적 부하 변화)되며 내부로부터 냉각되기 때문에, 와이어 가이드 롤러가 불균일하게 가온될 뿐만 아니라, 롤러 구성으로 인해, 특히 냉각 미로 자체의 결과로서, 와이어 가이드 롤러 내의 반경 방향 열 전도가 모든 축방향 위치에서 동일하지 않으므로, 와이어 가이드 롤러가 그 축선을 따라 불균일하게 신장된다.

JP 2003 145 406 A2에는, 와전류 센서가 와이어 가이드 롤러 상의 외부의 일 지점의 위치를 측정하며, 이 위치 측정에 따라, 와이어 가이드 롤러 내부의 온도를 제어하는 냉각수의 온도를 변화시키는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 열적 또는 기계적 부하 변화의 결과로서의 와이어 웹에 대한 가공물의 배열 변화를 적절하게 포착하지 못하고 있다.

KR 101 340 199 B1에는, 중공형 샤프트에 각각 회전 가능하게 장착된 와이어 가이드 롤러를 사용하며, 중공형 샤프트가 복수의 섹션에서 상이한 온도로 가열 또는 냉각될 수 있고, 따라서 축방향으로 섹션별로 신축 또는 수축될 수 있는 와이어 쏘잉 방법이 개시되어 있다. 결과적으로, 적어도 몇개의 섹터에 대해, 와이어 가이드 롤러의 길이가 축방향으로 비선형적으로(불균일하게) 변한다. 그러나, 이 방법은 열적 또는 기계적 부하 변화의 결과로서의 가공물과 와이어 웹의 배열 변화를 적절하게 고려하지 않고 있다.

US 2012/0240915 A1에는, 와이어 가이드 롤러를 회전 가능하게 지지하는 베어링 중 하나 및 롤러 내부가 냉각 유체에 의해 서로 독립적으로 온도 제어되는 와이어 가이드 롤러를 사용하는 와이어 쏘잉 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 와이어 쏘의 구성 요소의 열적 및 기계적 변형이 일정하지도 재현 가능하지도 않으며, 설명되지 않은 시간 종속적 방해 변수에 추가로 노출된다는 사실을 고려하지 못하고 있다.

마지막으로, WO 2013/079683 A1에는, 무엇보다도 와이어 가이드 롤러 베어링의 상이한 온도에 대한 결과인 웨이퍼의 모든 형상이 측정되며, 이러한 각각의 형상이 개개의 연관된 베어링 온도와 함께 저장된 다음, 후속 절단에서, 베어링 온도가 원하는 목표 형상과 가장 일치하는 저장된 형상의 선택에 대응하도록 선택되는 와이어 쏘잉 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 와이어 쏘의 열적 응답 정도와 거동이 추이에 따라 절단마다 변하거나, 시간이 지남에 따라 변동하는 방해 변수가 노이즈로서 작용한다는 사실을 설명하고 있지 않다. 마찬가지로, 와이어 쏘잉 중에 발생하는 기계적 부하 변화가 설명되지 않은 채로 남아 있다.

특히, 반도체 재료의 웨이퍼는 와이어 쏘잉 후 다른 기계 가공 단계를 거치는 경우가 많다. 이러한 기계 가공 단계는 전면 및 후면의 연삭(순차적 또는 양면 동시), 전면 및 후면의 래핑(lapping)(양면 동시), 반도체 웨이퍼의 에칭, 및 전면 및 후면의 연마(일반적으로 순차적인 또는 동시의 양면 거친 연마로서 및 단면 미세 연마로서 수행됨)를 포함할 수 있다. 단면 또는 순차적인 양면 기계 가공 방법의 일반적인 특징으로서, 반도체 웨이퍼의 일면이 기계 가공되는 동안, 반대측 면이, 예를 들어 진공 척을 사용하여 파지 장치에 유지된다.

반도체 웨이퍼의 두께는 전형적으로, 웨이퍼의 직경에 비해 작다. 따라서, 파지되고 있을 때, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 변형력(예를 들어, 진공 인가로부터 초래하는 장력 및 기계 가공 공구로 인해 부과되는 부하)과 복원 변형력(웨이퍼 버팀력)이 균형을 이루도록 탄성 변형되며, 유지되고 있는 반도체 웨이퍼의 측면이 파지 장치에 맞추어진다. 기계 가공된 측면으로부터 재료를 제거하고 파지 장치로부터 반도체 웨이퍼를 분리한 후, 기계 가공으로 인해 더 얇아진 반도체 웨이퍼가 그 원래의 형상으로 이완된다. 다시 말해, 하류의 기계 가공 단계는 일반적으로, 전면과 후면의 평면 평행도를 개선하지 않는다.

본 발명의 목적은 열적 또는 기계적 부하 변화의 결과로서의 와이어 웹에 대한 가공물의 배열 변화를 더 잘 고려하며 낮은 파상도의 웨이퍼를 제공하는 방법의 제공을 통해 서술된 바와 같은 문제를 극복하는 데 있다.

이러한 목적은 각각 고정 베어링과 이동 가능 베어링의 사이에 장착되는 2개의 와이어 가이드 롤러의 사이에서 신장되는 쏘잉 와이어의 이동 와이어 섹션으로 이루어진 와이어 웹을 포함하는 와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법으로서, 가공물에 연마 작용을 하는 경질 물질의 존재 하에 와이어 웹에 대한 공급 방향을 따라 각각의 1회의 슬라이싱 작업 동안 냉각 윤활제의 존재 하에 가공물 중 하나를 공급하는 단계; 절단 깊이의 함수로서 온도를 명시하는 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 작업 동안 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링의 온도를 제어하는 단계; 슬라이싱 작업 과정에서 일정한 온도 경로를 갖는 제1 온도 프로파일로부터, 제1 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 처리된 웨이퍼로부터 결정되는 제1 평균 형상 프로파일과 기준 웨이퍼의 형상 프로파일의 차이에 비례하는, 제2 온도 프로파일로 온도 프로파일을 첫 번째로 전환하는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 방법에 의해 가공물로부터 슬라이싱 처리된 웨이퍼는 고정 베어링의 열 팽창의 결과로서의 와이어 가이드 롤러의 축방향 이동에 의해 사실상 영향을 받지 않는다. 결과적으로, 기준 웨이퍼로부터의 이러한 웨이퍼의 형상 편차가 최소화된다.

고정 베어링의 온도가, 예컨대 저항 가열에 의해 또는 하나 이상의 펠티에 냉각 요소에 의해 제어될 수 있다. 그러나, 특히 바람직하게는, 고정 베어링의 온도 제어가 슬라이싱 작업 동안 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링을 통해 유체를 전도함으로써 달성되며, 각각의 슬라이싱 작업에 대한 유체의 온도는 절삭 깊이의 함수로서 유체의 온도를 명시하는 온도 프로파일을 따른다. 다른 실시예를 대표하는 상기 방법의 추가의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.

바람직하게는, 온도 프로파일이 추가의 온도 프로파일로 추가로 전환되는 단계가 제공된다. 추가의 온도 프로파일은 현재 슬라이싱 작업 직전에 수행된 적어도 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업에서 비롯되는 이전에 슬라이싱 처리된 웨이퍼의 추가의 평균 형상 프로파일과 기준 웨이퍼의 형상 프로파일의 차이에 비례한다.

제1 평균 형상 프로파일 및 추가의 평균 형상 프로파일의 결정이 웨이퍼-기반 웨이퍼 선택에 기초해 수행될 수 있다. 웨이퍼-기반 선택의 경우, 평균화에 의해 개개의 평균 형상 프로파일을 결정하기 위해 일 슬라이싱 작업의 특정 웨이퍼가 채용되며, 다른 것은 배제된다. 예컨대, 평균화를 위해 고려되는 유일한 웨이퍼는, 예컨대 가공물의 길이를 따라 모든 제15 내지 제25 웨이퍼와 같이 가공물에서 특정 위치를 갖는 웨이퍼이다. 또 다른 가능한 웨이퍼-기반 선택은 상기 슬라이싱 작업으로부터의 모든 웨이퍼의 평균 형상 프로파일로부터 가장 큰 그리고 가장 작은 형상 프로파일 편차를 갖는 웨이퍼를 배제하는 것이다. 다른 가능한 대안은 형상 프로파일이 상기 슬라이싱 작업으로부터의 모든 웨이퍼의 평균 형상 프로파일로부터 1~2 시그마를 초과하여 벗어나는 웨이퍼를 평균화로부터 배제하는 것이다.

대신에, 추가의 평균 형상 프로파일의 결정이 또한, 절단-기반 웨이퍼 선택에 기초하여 발생할 수 있다. 절단-기반 선택의 경우, 적어도 1회의 슬라이싱 작업으로부터의 모든 웨이퍼가 평균화에 의해 추가의 평균 형상 프로파일을 결정하기 위해 채용되며, 적어도 1회의 다른 슬라이싱 작업으로부터의 모든 웨이퍼가 결정으로부터 배제된다.

또한, 추가의 평균 형상 프로파일의 결정이 웨이퍼-기반 선택 및 절단-기반 선택에 기초하여 수행될 수 있다. 이 경우, 이전 슬라이싱 작업 중 적어도 1회가 선택되고 이전 슬라이싱 작업 중 적어도 1회가 배제되며, 동시에, 선택된 슬라이싱 작업으로부터의 특정 웨이퍼가 각각의 경우에 선택되고 다른 것은 각각의 경우에 배제된다. 이러한 방식으로, 선택된 웨이퍼 전체가 평균화에 채용된다.

본 발명의 이해에 유용한 정의 및 또한 본 발명을 초래한 고려 사항 및 관찰 사항이 본 설명의 다음의 섹션에서 다루어진다.

웨이퍼의 표면은 전면, 후면 및 테두리로 구성된다. 웨이퍼의 중심은 무게 중심이다.

웨이퍼의 "회귀 평면"은 전면과 후면 상의 모든 지점의 거리의 합이 최소인 평면이다.

웨이퍼의 "중간 면적"은 회귀 평면에 거울 대칭으로 놓여 있고 각각의 경우에 하나는 전면에, 하나는 후면에 있는 쌍을 이루는 지점을 연결하는 모든 선의 중심 지점의 양이다.

웨이퍼는 이러한 선의 길이가 전면과 후면 상의 위치에 따라 변할 때 "면적-기반 두께 결함(area-based thickness defect)"을 갖는다.

웨이퍼는 중간 영역이 회귀 평면으로부터 벗어날 때 "면적-기반 형상 결함"을 갖는다.

"기준 웨이퍼"는 면적-기반 두께 결함이 없고 면적-기반 형상 결함이 없는 웨이퍼이다. 상응하여, 예컨대 볼록하거나 쐐기형인 웨이퍼가 와이어 쏘잉에 의한 원하는 잉곳 분할 목표라면, 선택된 기준 웨이퍼가 또한, 전면 및 후면 상의 위치에 걸쳐 특정 두께 경로 또는 특정 형상 경로를 갖는 웨이퍼일 수 있다. 예컨대, 전면(예컨대. 에피택셜 층) 또는 후면(예컨대, 보호 산화물) 상에 버팀대 역할을 하는 층을 후속하여 도포한 결과로서의 형상 변경을 볼록함이 중화시킨다면, 볼록한 웨이퍼가 유리하다.

"공급 방향"은 와이어 웹으로 가공물을 공급하는 방향이다.

웨이퍼의 "면적-기반 두께 프로파일"은 회귀 평면 상의 위치의 함수로서 웨이퍼의 두께를 나타낸다.

웨이퍼의 "중심선"은 웨이퍼의 중심을 통해 공급 방향으로 연장되는 중간 면적 내의 선이다.

웨이퍼의 "두께 프로파일(thickness profile)"은 중심선의 위치 함수로서의 웨이퍼의 두께이다.

"절단 깊이"는 중심선 상의 일 위치로서, 슬라이싱 작업 동안 공급 방향에서의 절단 자국의 정도를 나타낸다.

웨이퍼의 "형상 프로파일"은 기준 웨이퍼의 중심선의 경로에 대한 중심선의 경로이다. 중심선의 경로는 절단 깊이를 따라 측정 지점에서 결정된다.

"평균 형상 프로파일"은 복수의 웨이퍼의 형상 프로파일을 평균화함으로써 획득된 형상 프로파일이며, 각각의 형상 프로파일에 평균화를 위해 동일하게 가중치가 적용되거나(산술 평균화), 특정 웨이퍼의 형상 프로파일에 가공물에서의 웨이퍼의 위치에 따라 특정 가중치가 주어진다(가중치 적용 평균화).

"형상 편차"는, 예를 들어 기준 웨이퍼의 형상 프로파일로부터와 같은 목표 형상 프로파일로부터의 형상 프로파일의 편차를 나타낸다.

"온도 프로파일"은 절삭 깊이의 함수로서의 유체 온도의 경로이며, 유체는 슬라이싱 작업 동안 고정 베어링의 온도 제어를 목적으로 와이어 웹의 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링을 통과한다. 필요에 따라, 고정 베어링의 온도 제어가 고정 베어링의 팽창 또는 수축을 생성하며, 이러한 팽창 또는 수축의 축방향 성분에 의해 이동 가능 베어링과 또한 연관된 와이어 가이드 롤러의 축방향 위치가 와이어 가이드 롤러의 회전 축선을 따라 변위된다. 그리고, 와이어 가이드 롤러의 이러한 이동이 형상 편차 발달을 중화시킨다.

임의의 웨이퍼의 형태가 항상, 두께 프로파일과 형상 프로파일의 조합을 통해 설명될 수 있다. 총 두께 변화(TTV, GBIR)는 면적-기반 두께 프로파일의 최대값과 최소값의 차이를 식별하는 특성이다. 휨은 형상 편차를 설명하는 특성으로서, 웨이퍼 전면 방향과 웨이퍼 후면 방향으로 회귀 면적과 중간 면적 사이의 개개의 가장 큰 거리의 합을 식별하는 특성이다. 구부러짐은 추가의 이러한 특성으로서, 회귀 평면과 웨이퍼 중심의 중간 면적 사이의 거리를 식별하는 특성이다. 형상 편차를 설명하는 또 다른 변수는 파상도이다. 이것은 파상도 지수(Wav_red)로서 정량화될 수 있고, 형상 프로파일로부터 파생되는 파상도 프로파일에 기초하여 결정된다. 특유의 파장인 소정의 길이의 측정 창 내에서, 회귀 평면과 형상 프로파일의 측정 지점 사이의 거리의 최대값이 결정된다. 측정 창의 시작점이 형상 프로파일의 측정 지점 간에 절단 깊이를 따라 이동되며, 최대 거리의 결정이 측정 창의 각각의 위치에 대해 반복된다. 개개의 연관된 측정 창의 위치에 대해 플롯으로 나타내어지는, 이와 같이 결정된 최대값의 양이 특유의 파장에 대한 절단 깊이의 함수로서의 파상도 프로파일을 생성한다. 파상도 지수(Wav_red)는 감소된 선형 파상도의 측정치로서, 절단 시작점과 종료점에서의 특정 길이의 영역의 값을 무시한 파상도 프로파일의 최대값을 식별하는 특성이다. 원칙적으로, 특유의 파장과 무시 영역의 길이는 자유롭게 선택될 수 있다. 특유의 파장은 바람직하게는 2 ㎜ 내지 50 ㎜이며, 무시 영역의 특정 길이는 바람직하게는 각각의 경우에 5 ㎜ 내지 25 ㎜이다. 아직 설명되지 않은 본 발명의 반도체 웨이퍼와 관련하여, 10 ㎜의 특유의 파장 및 각각의 경우 20 ㎜의 무시 영역의 길이가 기준으로서 채용된다.

위에서 언급한 관찰 사항은 실리콘의 직선 원통형 잉곳을 직경 300 ㎜의 웨이퍼로 랩 절단하는 것에 관한 것이다. 그러나, 이러한 관찰 사항은 상이한 형상을 갖는 가공물과 연마 절단에도 동일하게 유효하다. 직선 원통체의 표면은 원형 기부 영역(제1 단부면), 기부 영역과 합동의 상부 영역(제1 단부면 반대측의 제2 단부면), 및 원통형 표면(잉곳 축선으로부터 최대 거리에 있는 잉곳 상의 지점의 양)을 포함한다. 직선 원통체는 기부 영역과 상부 영역에 수직이며 중심 지점을 통과하는 잉곳 축선을 구비한다. 이 잉곳 축선을 따라 기부 영역과 상부 영역 사이의 거리를 원통체 높이라 한다.

첫째, 잉곳 축선 상의 위치가 서로 가까운 웨이퍼의 두께 프로파일과 형상 프로파일은 서로 약간만 상이한 것으로 관찰되었다. 잉곳 축선 상의 위치가 서로 더 멀리 떨어져 있는 웨이퍼의 두께 프로파일은 실제로 유사하지만, 이러한 웨이퍼의 형상 프로파일은 서로 크게 상이하다. 결과적으로, 적용되는 경우 가공물의 모든 웨이퍼의 형상이 동시에 평면형으로 만들어질 수 있도록 하는 온도 프로파일은 있을 수 없다. 따라서, 절단 깊이에 따라 달라지는 와이어 웹에 대한 가공물의 변위를 통해, 슬라이싱 작업 동안 대략 평면 형상을 갖는 웨이퍼를 획득하는 것만 가능할 것이다.

둘째, 잉곳 축선 상에 동일한 위치를 갖고 즉각적으로 연속되는 슬라이싱 작업에 의해 획득되는 웨이퍼의 형상 프로파일이 일반적으로 서로 약간만 상이한 반면, 동일한 위치를 갖지만 복수의 개입 슬라이싱 작업이 사이사이 수행된 슬라이싱 작업에 의해 획득된 웨이퍼의 형상 프로파일은 서로 상당히 상이한 것으로 관찰되었다. 따라서, 적용 및 유지되는 경우, 동일한 잉곳 위치를 갖고 연속적인 슬라이싱 작업으로부터 비롯되며 복수의 슬라이싱 작업에 걸쳐 변화가 없는 웨이퍼 형상을 남기는 온도 프로파일은 있을 수 없다. 대신에, 복수의 슬라이싱 작업에 걸쳐 대략 평면 형상을 갖는 웨이퍼를 획득할 수 있도록 하기 위해, 온도 프로파일이 하나의 슬라이싱 작업과 다른 슬라이싱 간에 적어도 약간 변경되어야 할 수 있다.

셋째, 연속적인 슬라이싱 작업에 의해 획득된 동일한 위치의 웨이퍼의 형상 프로파일의 변경이 일정하고 예측 가능한 성분과 일정하지 않고 자발적인 성분으로 분할될 수 있는 것으로 관찰되었다. 결과적으로, 미리 계산된 온도 프로파일은 이러한 변경의 일정하고 예측 가능한 성분만을 고려할 수 있을 것이며, 온도 프로파일의 적용에도 불구하고, 형상 변경은 하나의 슬라이싱 작업과 다른 슬라이싱 작업 간에 유형과 범위가 변동되며 예측 가능하지 않은 것으로 밝혀질 것이다.

넷째, 또한 전체 슬라이싱 작업에 걸쳐서이긴 하지만, 특히 절단 삽입의 순간에, 즉 가공물과 와이어 웹 사이의 최초 접촉의 순간에 가공물과 와이어 웹의 상대적인 배열의 열적 및 기계적 부하가 상당히 변하는 것으로 관찰되었다. 특히, 쏘잉 와이어를 가공물에 삽입할 때, 몇 kW의 열 출력이 가공물로, 와이어 가이드 롤러로 그리고 베어링으로 전달되며, 슬라이싱 작업 동안 와이어 가이드 롤러의 축방향 횡방향의 영역에서 10 kN의 힘으로 기계적 부하가 변하는 것으로 밝혀졌다.

다섯째, 기계적 부하 변화로 인해 와이어 가이드 롤러를 기계의 프레임에 연결하는 베어링의 마찰이 증가되는 것으로 관찰되었다. 한편으로는 증가된 축방향 부하로 인해 구름 운동체의 구름 마찰이 증가하며, 다른 한편으로는 무부하 상태의 와이어 가이드 롤러의 축선에 대해 베어링 부시의 축선이 기울어지는 결과로서 마찰이 증가한다. 이러한 기울어짐으로 인해 기계의 프레임에 연결되며 베어링 부시가 끼워지는 슬리브에서 베어링 부시가 휘어진다. 이러한 휘어짐은 베어링 부시/슬리브 전이부에서의 가열로 이어진다.

결과적으로, 베어링 온도 변화 및 특히 축방향으로의 연관된 베어링 팽창이, 가온 작용 및 연관된 축방향 위치 변화를 원하는 수준으로 줄이기 위해, 베어링 슬리브의 외부 둘레 부근에서 작용하는 냉각을 사용하여, 와이어 가이드 롤러의 축방향 위치의 오정렬에 대해 적절하게 활용되어야 한다.

여섯째, 와이어 쏘의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링의 가온 작용이, 증가된 베어링 마찰 또는 변형(휘어짐 작용의 결과로서의 가온)의 결과로서, 기계 프레임에 대한 축방향 위치에서의 와이어 가이드 롤러의 위치 변위로 이어지는 것으로 관찰되었다.

일곱째, 와이어 쏘잉이 특히 공급 방향으로 뚜렷한 파상도를 갖는 웨이퍼를 생성하며, 와이어 쏘잉 이후의 기계 가공 단계를 통해 약 10 ㎜ 범위의 측방향 파장을 갖는 이러한 파상도를 줄이는 것이 실질적으로 불가능한 것으로 관찰되었다. 따라서, 이와 관련하여, 완전히 기계 가공된 웨이퍼의 파상도는 결정적으로, 와이어 쏘잉 자체에 의해 결정된다.

이러한 관찰의 배경에 대해, 와이어 쏘를 사용한 다수의 슬라이싱 작업 과정에서, 와이어 웹의 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링을 통과하는 유체의 온도를 명시하는 온도 프로파일이 상이하다는 점에서 상이한 슬라이싱 작업으로 이루어진 시퀀스가 제공되는 것이 제안된다. 슬라이싱 작업으로 이루어진 시퀀스는 유리하게는, 쏘잉 시스템의 변화 후, 다시 말해, 와이어 쏘, 쏘잉 와이어 또는 냉각 윤활제의 적어도 하나의 특징의 변화 후에 시작된다. 예를 들어, 와이어 가이드 롤러의 전환이 발생하였거나 와이어 쏘에 대해 기계적 조정이 이루어진 경우 이것은 쏘잉 시스템의 변화에 해당한다. 초기 절단으로 불리우는 시퀀스의 첫 번째 슬라이싱 작업이 바람직하게는, 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업으로 구성된다. 이러한 슬라이싱 작업은 와이어 섹션이 가공물에 정합되는 동안 일정한 온도 경로를 명시하는 제1 온도 프로파일에 따라 수행된다.

초기 절단의 모든 웨이퍼로부터 또는 초기 절단의 웨이퍼 중 웨이퍼-기반 선택 웨이퍼로부터 형상 프로파일이 결정된다. 제1 평균 형상 프로파일은, 선택적으로 가중치가 적용될 수 있는 평균화에 의해, 형상 프로파일로부터 결정된다. 제1 평균 형상 프로파일은 후속하여, 제1 평균 형상 프로파일에서 기준 웨이퍼의 형상 프로파일을 감산하는 방식으로, 기준 웨이퍼의 형상 프로파일과 비교된다. 이에 따라, 밝혀진 형상 편차는 후속 슬라이싱 작업이 제1 온도 프로파일에 따라 수행되어야 하는 경우 후속 슬라이싱 작업의 웨이퍼가 평균적으로 갖는 예상 가능한 형상 편차에 대략 대응한다.

따라서, 밝혀진 형상 편차가 예상 가능한 형상 편차에 반대되는 수정 조치의 표준으로서의 역할을 한다. 따라서, 초기 절단 이후 수행되는 슬라이싱 작업이 제1 온도 프로파일을 사용하여 수행되는 것이 아니라, 대신 밝혀진 형상 편차에 비례하는 제2 온도 프로파일을 사용하여 수행된다. 예를 들어, 밝혀진 형상 편차가 제1 온도 프로파일이 유지될 것을 제안하는 경우, 정해진 절단 깊이에 있는 중심선이 와이어 가이드 롤러의 축방향으로 특정 양만큼 평균적으로 오프셋되는 웨이퍼가 형성되며, 그런 다음 해당 절단 깊이에서 제2 온도 프로파일이 제공하는 유체 온도가 열 팽창으로 인해 연관 와이어 가이드 롤러를 반대 방향으로 동일한 양만큼 변위시키는 고정 베어링을 초래한다. 그 외에 예상되는 형상 편차는 제2 온도 프로파일에 따른 개개의 고정 베어링의 온도 제어에 의해 상쇄된다. 결과적으로, 초기 절단 후에 수행되는 시퀀스의 슬라이싱 작업이 제2 온도 프로파일에 따라 수행되므로, 온도 프로파일이 처음으로 전환된다. 온도 프로파일이 더 이상 전환되지 않는 경우, 시퀀스의 두 번째 슬라이싱 작업의 횟수는 바람직하게는 1회 내지 15회의 슬라이싱 작업이다. 그러나, 원칙적으로, 온도 프로파일의 첫 번째 전환 후에 수행되는 모든 슬라이싱 작업이 또한, 적어도 쏘잉 시스템에 변화가 있을 때까지, 제2 온도 프로파일을 사용하여 수행될 수 있다.

그러나, 특히 선호되는 것은, 초기 절단 후에 수행되며 제2 온도 프로파일을 사용하여 수행되는 슬라이싱 작업의 횟수가 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업으로 제한되며, 모든 추가의 슬라이싱 작업이 적어도 쏘잉 시스템의 변화가 시작될 때까지 추가의 온도 프로파일을 사용하여 수행되는 것이다. 추가의 온도 프로파일은 각각의 추가의 슬라이싱 작업 이전에 새롭게 결정된다.

추가의 슬라이싱 작업의 개개의 현재 슬라이싱 작업 직전의 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업의 모든 웨이퍼로부터, 또는 이러한 웨이퍼 중 웨이퍼-기반 선택 웨이퍼나 이러한 웨이퍼 중 절단-기반 선택 웨이퍼로부터, 또는 이러한 웨이퍼 중 웨이퍼-기반 및 절단-기반 웨이퍼로부터 형상 프로파일이 결정된다. 추가의 평균 형상 프로파일이, 현재 슬라이싱 작업 전에, 선택적으로 가중치가 적용될 수 있는 평균화에 의해 형상 프로파일로부터 결정된다. 추가의 평균 형상 프로파일은 후속하여, 추가의 평균 형상 프로파일에서 기준 웨이퍼의 형상 프로파일을 감산하는 방식으로, 기준 웨이퍼의 형상 프로파일과 비교된다. 밝혀진 형상 편차에 기초하여, 밝혀진 형상 편차에 비례하는 추가의 온도 프로파일이 결정된다. 현재 슬라이싱 작업이 추가의 온도 프로파일을 사용하여 수행된다. 각각의 후속 슬라이싱 작업에 대해, 추가의 온도 프로파일이 유사하게 결정된다. 다시 말해, 초기 절단 이후에 수행되는 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업을 수행한 후, 각각의 추가의 슬라이싱 작업마다 온도 프로파일이 전환된다.

본 발명의 방법에 의해 생산되며 적절한 경우 후속 기계 가공 단계 후에 연마된 전면 및 후면을 갖는 반도체 웨이퍼가 특히 낮은 파상도에 의해 구별된다.

따라서, 본 발명의 추가의 대상은 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼로서, 반도체 웨이퍼의 직경이 300 ㎜인 경우 7 ㎛ 이하의, 바람직하게는 3 ㎛ 이하의 파상도 지수(Wav_red)를 포함하고, 반도체 웨이퍼의 직경이 200 ㎜인 경우 4.5 ㎛ 이하의, 바람직하게는 2 ㎛ 이하의 파상도 지수(Wav_red)를 포함하는 반도체 웨이퍼이다. Wav_red를 결정하기 위한 특유의 파장은 10 ㎜이며, 절단 시작점(절단 정합)과 절단 종료점(절단 해제)에서의 무시 영역의 길이는 각각의 경우 20 ㎜이다. 본 발명의 반도체 웨이퍼는 이미, 쏘잉 처리된 상태, 즉 연마되지 않은 상태에서 청구된 범위의 파상도 지수(Wav_red)를 갖는다.

기본적으로, 본 발명의 방법은 가공물을 형성하는 재료와는 무관하다. 그러나, 방법은 반도체 재료의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하는 데 특히 적합하며, 바람직하게는 단결정 실리콘의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하는 데 채용된다. 상응하여, 가공물은 바람직하게는, 직경이 적어도 200 ㎜, 바람직하게는 적어도 300 ㎜인 직선 원통체의 형상을 갖는다. 그러나, 직육면체 또는 직선 프리즘과 같은 다른 형상이 또한 고려된다. 방법은 또한, 와이어 쏘의 와이어 가이드 롤러의 개수와 무관하다. 서로의 사이에서 와이어 웹이 신장되는 2개의 와이어 가이드 롤러뿐만 아니라, 하나 이상의 추가의 와이어 가이드 롤러가 제공될 수 있다.

슬라이싱 작업 동안의 웨이퍼의 슬라이싱이 가공물에 연마 작용을 하는 물질이 없는 냉각 윤활제를 와이어 섹션에 공급하는 연마 절단에 의해, 또는 경질 물질의 슬러리로 구성된 냉각 윤활제를 와이어 섹션에 공급하는 랩 절단에 의해 달성된다. 연마 절단의 경우, 경질 물질이 바람직하게는, 다이아몬드로 구성되며 전기 도금 결합에 의해 또는 합성 수지를 사용한 결합에 의해 또는 폼-피팅 결합에 의해 쏘잉 와이어의 표면에 고정된다. 랩 절단의 경우, 경질 물질이 바람직하게는 탄화규소로 구성되며, 바람직하게는 글리콜 또는 오일 중에 슬러리화된다. 쏘잉 와이어는 바람직하게는 70 ㎛ 내지 175 ㎛의 직경을 가지며, 바람직하게는 과공석 펄라이트 강으로 구성된다. 또한, 쏘잉 와이어에는 길이 방향 축선에 수직인 방향에 있어서의 복수의 돌출부 및 만입부가 길이 방향 축선을 따라 제공될 수 있다.

또한, 슬라이싱 작업 동안 쌍을 이루는 방향 반전의 연속 시퀀스로 쏘잉 와이어가 이동되는 것이 바람직하며, 각각의 쌍을 이루는 방향 반전은 제1 길이만큼의 제1 와이어 길이 방향으로의 쏘잉 와이어의 제1 이동 및 제2 길이만큼의 제2 와이어 길이 방향으로의 쏘잉 와이어의 후속 제2 이동을 포함하며, 제2 와이어 길이 방향이 제1 와이어 길이 방향과 반대이며, 제1 길이가 제2 길이보다 더 길다.

바람직하게는, 쏘잉 와이어가 제1 길이만큼 이동되는 동안 제1 와이어 스톡으로부터 와이어 길이 방향으로 제1 인장력으로 와이어 웹에 공급되며, 제2 길이만큼 이동되는 동안 제2 와이어 스톡으로부터 와이어 길이 방향으로 제2 인장력으로 공급되며, 제2 인장력이 제1 인장력보다 더 낮다.

본 발명의 세부 사항이 도면을 참조하여 아래에 설명된다.

도 1은 와이어 쏘의 일반적인 특징을 사시도로 보여준다.
도 2는 와이어 가이드 롤러와 그 장착 상태를 나타내는 단면도를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따라 제조되지 않은 웨이퍼의 형상 프로파일과 파상도 프로파일(상부 다이아그램) 및 본 발명이 아닌 슬라이싱 작업 동안 채용되었던 온도 프로파일(하부 다이아그램)을 보여준다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 웨이퍼의 형상 프로파일과 파상도 프로파일(상부 다이아그램) 및 본 발명에서 구현된 슬라이싱 작업 동안 채용되었던 온도 프로파일(하부 다이아그램)을 보여준다.

도 1은 와이어 쏘의 일반적인 특징을 보여준다. 이러한 특징은 쏘잉 와이어(3)의 와이어 섹션으로 구성된 와이어 웹(2)을 지탱하는 적어도 2개의 와이어 가이드 롤러(1)를 포함한다. 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위해, 가공물(4)이 화살표로 표시된 공급 방향으로 와이어 웹(2)에 대해 공급된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 와이어 가이드 롤러(1)가 고정 베어링(5)과 이동 가능 베어링(6)의 사이에 장착된다. 고정 베어링(5)과 이동 가능 베어링(6)은 기계의 프레임(7)에 지지된다. 와이어 가이드 롤러(1)는 쏘잉 와이어(3)가 이동하는 홈이 제공된 덮개(8)를 지탱하고 있다. 고정 베어링(5)은 고정 베어링(5)의 온도 제어를 목적으로 유체가 통과하는 채널(9)을 포함한다. 유체의 온도가 증가되면, 고정 베어링(5)의 열 팽창으로 인해 와이어 가이드 롤러(1)가 이동 가능 베어링(6)의 방향으로 축방향으로 변위되며, 이동 가능 베어링(6)이 기계 프레임(7)에 대해 이중 화살표(11)로 표시된, 와이어 가이드 롤러의 축선의 방향으로 이동한다. 유체의 온도가 감소되면, 와이어 가이드 롤러(1)와 이동 가능 베어링(6)이 반대 방향으로 변위된다. 본 발명에 따르면, 유체의 온도가 온도 프로파일에 의해 절단 깊이의 함수로서 명시되며, 온도 프로파일이 복수의 슬라이싱 작업 과정에서 적어도 한 번 변한다. 열 교환기 및 펌프와 통신하는 제어 유닛(10)에 의해, 고정 베어링(5)을 통과한 유체가 특정 절단 깊이에 도달할 때 개개의 온도 프로파일에 의해 요구되는 온도를 갖는 것이 보장된다.

본 발명의 예와 비교예

본 발명이 본 발명이 아닌 비교예(도 3) 및 본 발명의 예(도 4)를 사용하여 아래에 예시된다.

도 3의 상반부는 절단 깊이(D.O.C)에 걸쳐 와이어 랩 절단에 의해 슬라이싱 처리된, 직경이 300 ㎜인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼의 형상 프로파일(12)을 보여준다. 절단 작업을 디프로필렌 글리콜의 캐리어 유체에 슬러리화된, 평균 입도가 약 13 ㎛(FEPA F-500)인 탄화규소(SiC)를 채용하여 약 13시간의 과정에 걸쳐 직경이 175 ㎛인 강제 와이어를 사용하여 수행하였다. 절단 작업 동안, 고정 베어링의 냉각 온도를 극도로 평면형인 반도체 웨이퍼의 획득에 이상적인 것으로 이전 절단 작업으로부터 결정된 값에 일정하게 유지하였다. 도 3의 하부 다이아그램은 와이어 웹을 지탱하고 있는 2개의 와이어 가이드 롤러의 좌측 고정 베어링(TL=좌측 온도;실선)의 냉각수 온도의 절단 깊이의 함수로서의 온도 프로파일(14) 및 우측 고정 베어링(TR=우측 온도; 파선)의 냉각수 온도의 대응하는 온도 프로파일(15)을 보여준다.

하부 다이아그램의 2개의 수평 격자선 사이의 거리가 1℃이다. 따라서, 실제로, 온도를 0.1℃ 미만의 목표/실제 편차로 매우 일정하게 유지하였다. 그러나, 반도체 웨이퍼에 대해 이 비교예에서 획득한 형상 프로파일(12)(S=형상(프로파일); 실선)은 매우 비평면형이다. 특히, 반도체 웨이퍼는 절단 정합 영역(20)에서, 다시 말해, 절단 깊이의 처음 10% 이내에서 심각한 변형을 나타내며, 이 변형을 절단 정합 파형이라 하며, 절단 해제 범위(21)에서, 다시 말해, 절단 깊이의 마지막 대략 10% 이내에서 심각한 변형을 나타내며, 이 변형을 절단 해제 파형이라 한다. 형상 프로파일(12)로부터 파생되며 절단 깊이를 따라 이동하는 측정 창 이내의 반도체 웨이퍼의 변형 차이량을 나타내는 파상도 프로파일(13)(W=파상도; 파선)은 절단 정합 영역(20) 및 절단 해제 영역(21)에서의 심각한 편향을 보여준다.

도 4의 상부 다이아그램은 본 발명의 방법으로 슬라이싱 처리된 반도체 웨이퍼에 대한 형상 프로파일(16) 및 파생된 파상도 프로파일(17)을 보여주며, 하부 다이아그램은 와이어 웹을 지탱하고 있는 와이어 가이드 롤러의 좌측 및 우측 고정 베어링의 온도 프로파일(18, 19)을 보여준다. 도 4에 따른 특성을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하기 위해, 우선적으로, 도 3의 하반부에 따른 일정한 온도 프로파일을 사용하여 5회의 슬라이싱 작업을 수행하였고, 각각의 슬라이싱 작업으로부터 초래하는 반도체 웨이퍼의 형상 프로파일을 스폿 체크(spot-check) 방식(잉곳의 시작점부터 종료점까지 모든 제15 반도체 웨이퍼)으로 평균화하였으며, 잉곳의 각각의 단부면에 인접한 반도체 웨이퍼의 형상 프로파일은 무시되고(웨이퍼-기반 선택), 그런 다음 각각의 슬라이싱 작업으로부터 초래하는 웨이퍼-기반 평균 형상 프로파일을 5회의 슬라이싱 작업에 걸쳐 평균화하였다(절단-기반 선택).

이렇게 초래된 웨이퍼-기반 및 절단-기반 평균 형상 프로파일을 미리 실험적으로 결정된, 고정 베어링의 온도 변경(℃)에 따른 형상 프로파일 변화(㎛)의 민감도를 나타내는 기계 고유 상수(℃/㎛)와 곱하여, 절단 깊이 종속 고정 베어링 온도 제어를 위한 일정하지 않은 제1 온도 프로파일을 제공하였고, 이 프로파일을 사용하여 추가의 슬라이싱 작업을 수행하였다. 이러한 작업으로, 일정한 온도 프로파일을 채용하는 처음 5회의 슬라이싱 작업의 웨이퍼-기반 및 절단-기반 평균 형상 프로파일보다 이미 상당히 더 평면형인, 웨이퍼-기반 평균 형상 프로파일을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하였다. 이 슬라이싱 작업에 대한 제어 변수, 즉 일정하지 않은 제1 온도 프로파일을 일정한 온도 프로파일로의 회귀에 의해 획득하였기 때문에, 이 온도 프로파일의 적용을 또한 회귀 피드백 제어라고 할 수 있다.

도 4의 상부 다이아그램에 의해 도시된 형상 프로파일을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조한 슬라이싱 작업을 최종적으로, 기준 웨이퍼의 형상 프로파일로부터 이전 슬라이싱 작업의 웨이퍼-기반 평균 형상 프로파일의 편차로부터 계산된 온도 프로파일을 채용하여 수행하였다. 이 추가의 온도 프로파일이 도 4의 하부 다이아그램에 도시되어 있다. 도 3의 상부 다이아그램과 같이 절단 정합 영역(20)의 절단 정합 파형 및 절단 해제 영역(21)의 절단 해제 파형이 관찰되지 않은 결과, 절단 깊이의 처음 10% 이내의 절단 정합 영역(22)에서는 온도 프로파일이 상당히 증가된 온도를 나타내며, 절단 깊이의 마지막 대략 10% 이내의 절단 해제 영역(23)에서는 온도 프로파일이 상당히 감소된 온도를 나타낸다.

제어 변수, 즉 추가의 온도 프로파일이 이전 슬라이싱 작업 전의 슬라이싱 작업의 웨이퍼-기반 평균 형상 프로파일과 이전 슬라이싱 작업의 웨이퍼-기반 평균 형상 프로파일 사이의 차이(증분)에 해당하는 변화만 이전 슬라이싱 작업의 제어 변수와 상이하기 때문에, 추가의 온도 프로파일의 적용이 또한, 증분 피드백 제어로서 지정될 수 있다.

온도 프로파일을 계산하는 데 채용되는 기계 고유 상수는 고정 베어링 온도가 섭씨 1도 상승 또는 하강될 때 형상 프로파일이 변경되는 마이크로미터의 수를 나타내며, 냉각 효율에 의해, 즉 예를 들어, 공급 온도에 의해, 냉각수를 공급하는 열 교환기의 냉각 성능에 의해, 그리고 냉각수 흐름의 처리량(단면)에 의해 결정된다. 이러한 모든 변수가 변동될 수 있고, 더욱이 각각의 와이어 쏘에 따라 다르다는 점을 감안할 때, 기계 고유 상수는 상당한 부정확도로만 결정될 수 있다.

기계 고유 상수의 부호는 반도체 웨이퍼의 양면 중 어느 쪽이 전면으로서 정해지고 어느 쪽이 후면으로서 정해지는지에 따라 지시된다. 본 예에서, 반도체 재료의 잉곳을 항상, 시드 단부(2개의 단부면을 갖는 잉곳의 경우 잉곳 제조 동안 단결정의 시드 결정에 더 가까운 위치를 갖는 단부면)가 와이어 가이드 롤러 고정 베어링의 방향에 있고 제2 단부면이 이동 가능 베어링의 방향에 있도록 배향하였고, 반도체 웨이퍼의 전면을 시드 단부를 향하는 표면으로서 명시하였으며, 반도체 웨이퍼의 후면은 시드 단부의 반대 방향을 향하는 반도체 웨이퍼 표면이다. 도 3 및 도 4의 표현과 일치하여, 반도체 웨이퍼의 전면이 위쪽을 향하며 후면이 아래쪽을 향한다. 이 배열에서, 온도 프로파일로의 평균 형상 프로파일의 변환 부호는 음수이다. 와이어 쏘에서 잉곳이 반대로 배향되는 경우, 기계 고유 상수는 양수이다.

그런 다음, 특히 본 발명에 따른 증분 조절이 특히 효율적인 이유는 기계 고유 상수를 정확하게 알 필요가 없다는 것인데, 그 이유는 선택된 비례 인자, 즉 기계 고유 상수가 너무 높지 않다면, 증분 조절의 기본 품질이 목표 값(기준 웨이퍼의 형상 프로파일)을 향해 수렴하는 것이기 때문이다. 기계 고유 상수가 너무 높으면, 조절에 변동이 있어 조절이 원하는 바와 같이 수렴되지 않는다. 결과적으로, 상수에 대한 추정값만 있어도, 이 추정값이 양적으로 너무 작다고 가정하면, 소수의 슬라이싱 작업 과정에서 획득된 반도체 웨이퍼가 항상 매우 평면형의 형상 프로파일을 갖는다.

따라서, 상이한 와이어 쏘에 대해, 특히 기계 고유 상수에 대해, 바람직하게는 0.2 ㎛/℃ 내지 5 ㎛/℃의 범위의 양을 갖는 상수에 대해 동일한 추정 값을 가정하는 것이 가능하다. 기계 고유 상수의 부호는, 설명된 바와 같이, 와이어 쏘에 설치된 잉곳과 관련하여 반도체 웨이퍼의 전면 및 후면이 향하는 방향에 관한 결정으로부터 지시된다. 그런 다음, 실제 상수가 상이한 와이어 쏘 사이의 차이는 수렴 속도에서만 발생하며, 반도체 웨이퍼의 달성 가능한 평면 평행도에서는 발생하지 않는다. 잔여 불균일성이 이제, 하나의 슬라이싱 작업과 다른 슬라이싱 작업 간에 발생하는 개개의 슬라이싱 작업의 예측 불가능한 변동(노이즈 변수)에 의해서만 결정된다.

파상도 지수(Wav_red)가, 웨이퍼의 형상 프로파일로부터 시작하여, 도 3의 형상 프로파일(12) 및 도 4의 형상 프로파일(16)을 예로서 사용하여 아래에 설명된 방식으로 결정된다. 이러한 형상 프로파일로부터, 10 ㎜의 특유의 파장을 갖는 측정 창 내에서, 절단 깊이(D.O.C) 방향으로, 측정 창 이내의 형상 프로파일의 최대값과 최소값 사이의 차이량이 결정된다. 측정 창의 시작 위치가 형상 프로파일의 각각의 측정 지점까지 절단 깊이를 따라 조금씩 규정되며, 이러한 각각의 위치에 대해 차이량이 결정된다. 이렇게 획득된 차이량이 개개의 절단 깊이를 나타내는 측정 창의 시작 위치와 함께 절단 깊이의 함수로서 플롯으로 나타내어진다. 이에 따라, 예컨대 도 3의 곡선(13) 및 도 4의 곡선(17)에 의해 표시되는 파상도 프로파일이 획득된다. 파상도 지수(Wav_red)는 파상도 프로파일로부터, 절단 시작점과 절단 종료점 모두에서 20 ㎜ 길이 이내의 차이량 값은 무시하며, 나머지 차이량 값으로부터 최대값을 파상도 지수(Wav_red)로서 정함으로써 결정된다.

상응하여, 도 3의 형상 프로파일(12)의 형상(S)으로부터 시작하여, 본 발명에 따라 제조되지 않은 반도체 웨이퍼의 파상도 지수(Wav_red)는 파상도 프로파일(13)의 파상도(W)의 최대값(24)에 대응하며 4 ㎛의 세로 좌표 격자 간격을 고려한 약 12 ㎛이다. 도 4의 형상 프로파일(16)로부터 시작하여, 본 발명에 따라 제조된 반도체 웨이퍼의 파상도 지수(Wav_red)는 파상도 프로파일(17)의 파상도(W)의 최대값에 대응하며 4 ㎛의 세로 좌표 격자 간격을 고려한 약 3 ㎛이다.

예시적인 실시예에 대한 상기 설명은 예로서 고려되어야 한다. 이렇게 이루어진 개시는 첫째로, 당업자가 본 발명 및 관련 이점을 이해할 수 있도록 하며, 둘째로, 당업자의 이해 범위 내에서 설명된 구조 및 방법에 대한 명백한 변경 및 수정을 또한 포함한다. 따라서, 이러한 모든 변경, 수정 및 균등물도 청구범위의 보호 범위에 포함된다.

1 : 와이어 가이드 롤러 2 : 와이어 웹
3 : 쏘잉 와이어 4 : 가공물
5 : 고정 베어링 6 : 이동 가능 베어링
7 : 기계의 프레임 8 : 덮개
9 : 채널 10 : 제어 유닛
11 : 이동 가능 베어링의 이동 방향 12 : 형상 프로파일
13 : 파상도 프로파일 14 : 온도 프로파일
15 : 온도 프로파일 16 : 형상 프로파일
17 : 파상도 프로파일 18 : 온도 프로파일
19 : 온도 프로파일 20 : 절단 정합 영역
21 : 절단 해제 영역 22 : 절단 정합 영역
23 : 절단 해제 영역 24 : 13의 내부 소구역에서의 최대값

Claims (19)

1. 각각 고정 베어링과 이동 가능 베어링의 사이에 장착되는 2개의 와이어 가이드 롤러의 사이에서 신장되는 쏘잉 와이어의 이동 와이어 섹션으로 이루어진 와이어 웹을 포함하는 와이어 쏘를 사용하여 다수의 슬라이싱 작업 동안 가공물로부터 복수의 웨이퍼를 슬라이싱 처리하기 위한 방법으로서,
   가공물에 연마 작용을 하는 경질 물질의 존재 하에 와이어 웹에 대한 공급 방향을 따라 각각의 1회의 슬라이싱 작업 동안 작동 유체의 존재 하에 가공물 중 하나를 공급하는 단계;
   절단 깊이의 함수로서 온도를 명시하는 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 작업 동안 개개의 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링의 온도를 제어하는 단계;
   슬라이싱 작업 과정에서 일정한 온도 경로를 갖는 제1 온도 프로파일로부터, 제1 온도 프로파일에 따라 슬라이싱 처리된 웨이퍼로부터 결정되는 제1 평균 형상 프로파일과 기준 웨이퍼의 형상 프로파일의 차이에 비례하는, 제2 온도 프로파일로 온도 프로파일을 첫 번째로 전환하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 현재 슬라이싱 작업 직전에 수행된 적어도 1회 내지 5회의 슬라이싱 작업으로부터 비롯되는 이전에 슬라이싱 처리된 웨이퍼의 추가의 평균 형상 프로파일과 기준 웨이퍼의 형상 프로파일의 차이에 비례하는 추가의 온도 프로파일로 온도 프로파일을 추가로 전환하는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 와이어 쏘, 쏘잉 와이어 또는 작동 유체의 적어도 하나의 특징의 변경 후에 발생하는 첫 번째 슬라이싱 작업 동안 제1 온도 프로파일을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼-기반 웨이퍼 선택에 기초하여 제1 평균 형상 프로파일 및 추가의 평균 형상 프로파일을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 절단-기반 웨이퍼 선택에 기초하여 추가의 평균 형상 프로파일을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼-기반 웨이퍼 선택 및 절단-기반 웨이퍼 선택에 기초하여 추가의 평균 형상 프로파일을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼 형상 프로파일의 가중치 적용 평균화에 기초하여 제1 평균 형상 프로파일 및 추가의 평균 형상 프로파일을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 쏘잉 와이어가 과공석 펄라이트 강 와이어인 것인 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 쏘잉 와이어의 직경이 70 ㎛ 내지 175 ㎛인 것인 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 쏘잉 와이어에는 길이 방향 와이어 축선에 수직인 방향으로 복수의 돌출부 및 만입부가 길이 방향 와이어 축선을 따라 제공되는 것인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 슬라이싱 작업 동안 와이어 섹션에 작동 유체로서 냉각 윤활제를 공급하는 단계를 포함하며,
    경질 물질이 다이아몬드로 구성되며 전기 도금 결합에 의해, 합성 수지 결합에 의해 또는 폼-피팅 결합에 의해 쏘잉 와이어의 표면에 고정되며, 냉각 윤활제에는 가공물에 연마 작용을 하는 물질이 없는 것인 방법.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 슬라이싱 작업 동안 글리콜 또는 오일 중의 경질 물질의 슬러리 형태의 작동 유체를 와이어 섹션에 공급하는 단계를 포함하며,
    경질 물질이 탄화규소로 구성되는 것인 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 쌍을 이루는 방향 반전의 연속 시퀀스로 쏘잉 와이어를 이동시키는 단계를 포함하며,
    각각의 쌍을 이루는 방향 반전은 제1 길이만큼 제1 와이어 길이 방향으로의 쏘잉 와이어의 제1 이동 및 제2 길이만큼 제2 와이어 길이 방향으로의 쏘잉 와이어의 후속 제2 이동을 포함하며,
    제2 와이어 길이 방향이 제1 와이어 길이 방향과 반대이며, 제1 길이가 제2 길이보다 더 긴 것인 방법.
14. 제13항에 있어서, 쏘잉 와이어가 제1 길이만큼 이동되는 동안 제1 와이어 스톡으로부터 와이어 길이 방향으로 제1 인장력에 의해 와이어 웹에 공급되며, 제2 길이만큼 이동되는 동안 제2 와이어 스톡으로부터 와이어 길이 방향으로 제2 인장력에 의해 공급되며,
    제2 인장력이 제1 인장력보다 더 낮은 것인 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물이 반도체 재료로 구성되는 것인 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물이 직선 프리즘의 형태를 갖는 것인 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물이 직선 원통체의 형태를 갖는 것인 방법.
18. 파상도 지수(Wav_red)가 7 ㎛ 이하이며 직경이 300 mm이거나, 파상도 지수(Wav_red)가 4.5 ㎛ 이하이며 직경이 200 mm인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼.
19. 제18항에 있어서, 파상도 지수(Wav_red)가 3 ㎛ 이하이며 직경이 300 mm이거나, 파상도 지수(Wav_red)가 2 ㎛ 이하이며 직경이 200 mm인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼.

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