KR20220147723A - 와이어 쏘오를 사용하여 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 와이어 쏘오, 및 단결정 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼 - Google Patents

와이어 쏘오를 사용하여 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 와이어 쏘오, 및 단결정 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 쏘오(wire saw)를 사용하여 피가공물(workpiece)을 기계 가공함으로써 피가공물로부터 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 와이어 쏘오, 및 단결정 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼에 관한 것이다. 방법은 와이어 그룹으로 분할된 방식으로 와이어 가이드 롤러 사이에서 신장되며 작동 방향으로 작동되는 와이어의 조립체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 단계; 와이어가 피가공물에 맞물릴 때 절단 간극을 생성하는 단계; 각각의 와이어 그룹에 대해 와이어 그룹의 절단 간극의 부정확한 위치를 확인하는 단계; 및 각각의 와이어 그룹에 대해, 와이어 조립체를 통과하도록 피가공물을 공급할 때 적어도 하나의 구동 요소를 활성화함으로써 와이어 그룹의 절단 간극의 확인된 부정확한 위치를 기준으로 와이어 그룹의 와이어의 작동 방향에 수직인 방향으로 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

와이어 쏘오를 사용하여 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 와이어 쏘오, 및 단결정 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼{METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR WAFERS BY MEANS OF A WIRE SAW, WIRE SAW AND SEMICONDUCTOR WAFER OF MONOCRYSTALLINE SILICON}
본 발명은 와이어 쏘오(wire saw)를 사용하여 피가공물(workpiece)을 처리함으로써 피가공물로부터 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 와이어 쏘오 및 상기 방법에 의해 획득될 수도 있는 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼에 관한 것이다.
와이어 쏘오 및 그 기능상 원리가 WO 2015/188 859 A1에 상세히 설명되어 있다.
JP 09 109 143 A에는 와이어 쏘오를 사용하여 피가공물(잉곳)로부터 웨이퍼를 생산하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 와이어 쏘오의 와이어 필드의 와이어의 위치를 검출하는 단계 및, 와이어의 편향이 있을 때, 이 편향을 보정하기 위해 와이어 가이드 롤러의 보상 이동을 유도하는 단계를 포함한다.
JP 11 165 251에는 와이어 쏘오의 와이어 필드의 와이어의 위치를 검출하는 단계 및, 와이어의 편향이 있을 때, 피가공물의 보상 이동을 유도하는 단계를 포함하는 유사한 방법이 개시되어 있다.
US 5 875 770에는 피가공물을 처리하기 전에 웨이퍼의 휨을 검출하는 단계 및 휨이 감소된 웨이퍼가 형성되도록 하는 범위에서 피가공물의 축 방향을 따라 피가공물의 보상 이동을 유도하는 단계를 포함하는 유사한 방법이 개시되어 있다.
JP 2009 61 527 A에는 와이어 가이드 롤러의 보상 이동을 허용하는 수단을 제공함으로써 열팽창으로 인해 피가공물이 축 방향으로 이동할 수도 있다는 사실을 고려한 유사한 방법이 개시되어 있다.
이러한 이용 가능한 해결 방안과 관계없이, 와이어 쏘오를 사용하여 피가공물로부터 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법의 개선이 여전히 필요하다. 특히, 열팽창으로 인한 피가공물의 축 방향 이동이 와이어 가이드 롤러의 해당 축 방향 이동에 의해 대략적으로만 보상될 수 있음을 고려하여야 한다. 더욱이, 와이어 가이드 롤러의 온도를 사용한 와이어의 축 방향 위치 조절은 비교적 느리다. 또한, 이전에 처리된 피가공물로 생산된 웨이퍼의 측정 휨은 아직 처리되지 않은 피가공물에 대한 편차를 대략적으로만 설명할 수 있으며, 전체 피가공물의 축 방향 이동이 이러한 편차를 부분적으로만 보상할 수 있다.
특히, 휨 및 나노지형(nanotopography)과 관련하여 평면성이 공지된 방식으로 생산된 웨이퍼의 평면성보다 우수한 반도체 웨이퍼가 획득될 수도 있도록 방법을 개선하는 것이 요구된다.
설명된 바와 같은 문제가 본 발명의 목적을 야기하였다.
본 발명의 목적은, 와이어 그룹으로 분할되어 작동 방향으로 이동하면서 와이어 가이드 롤러 사이에서 인장되는 와이어의 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 단계; 와이어가 피가공물에 맞물리면 절단부(kerf)를 생성하는 단계; 각각의 와이어 그룹에 대해, 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류를 결정하는 단계; 및 각각의 와이어 그룹에 대해, 와이어의 배열체 통과하도록 피가공물을 공급하는 동안에 적어도 하나의 구동 요소를 활성화함으로써 와이어 그룹의 절단부의 결정된 위치 오류에 따라 와이어 그룹의 와이어의 작동 방향에 수직인 방향으로 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동을 유도하는 단계를 포함하는, 와이어 쏘오를 사용하여 피가공물을 처리함으로써 피가공물로부터 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법에 의해 달성된다.
적어도 2 개의 와이어 그룹, 바람직하게는 적어도 3 개의 와이어 그룹, 특히 바람직하게는 4 개의 와이어 그룹이 제공되지만, 각각의 와이어를 별도의 와이어 그룹으로 간주하는 것도 가능하며, 즉 와이어 그룹의 개수가 와이어 배열체(와이어 웹)에 있는 와이어의 개수에 해당한다. 와이어 그룹이, 바람직하게는, 동일한 축 방향 폭을 가지며, 와이어 그룹의 이웃한 와이어 사이의 거리가 동일한다.
본 발명에 따르면, 각각의 와이어 그룹에 대해, 와이어 그룹의 와이어의 별도의 보상 이동이 와이어 그룹의 와이어의 작동 방향, 즉, 와이어 가이드 롤러의 회전 축선 방향에 수직인 방향으로 유도된다. 이를 위해, 적어도 하나의 구동 요소가 활성화되어, 의도된 방향으로 그리고 의도된 거리에 걸쳐 와이어를 변위시킨다. 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동은 선택적으로 동시에 수행되는 다른 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 유도와 독립적으로 유도된다.
구동 요소로서, 특히, 전자기, 기계, 유압, 공압, 자기 변형 및 바람직하게는 압전 액추에이터가 구상될 수도 있다. 예를 들어, 와이어가 네 개의 와이어 그룹으로 분할되면, 와이어 그룹이 2 개의 내부 와이어 그룹과 2 개의 외부 와이어 그룹을 형성한다. 열로 인해 피가공물이 팽창하면, 내부 와이어 그룹 중 하나의 와이어에 할당될 절단부의 위치 오류가 외부 와이어 그룹 중 하나의 와이어에 할당될 위치 오류보다 작다. 이에 대응하여, 외부 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 크기가 내부 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 크기보다 커지도록 선택되어야 한다. 각각의 와이어가 별도의 와이어 그룹으로서 간주되는 경우, 각각의 와이어가 자체 크기와 자체 방향으로 보상 이동된다.
피가공물로부터 절단된 반도체 웨이퍼는 상측면과 하측면 및 이 둘 사이에서 연장되는 가장자리를 구비한다. 피가공물로부터 절단된 후, 상측면 및 하측면은 가능한 한 평면형이며 서로 최대한 균일한 거리를 갖는 것이 통상적으로 바람직하다. 시작 시의 상측면과 하측면의 평탄성과 반도체 웨이퍼의 두께 균일성이 좋을수록, 래핑(lapping) 및/또는 연삭, 에칭, 연마 및 선택적으로 코팅과 같은 후속 단계에 의해 반도체 웨이퍼를 정제하여 반도체 웨이퍼를 추가로 처리하여 전자 부품을 형성하는 업계의 엄격한 요구 사항을 충족하는 목표 제품을 형성하는 데 있어 성공률이 높아지며 비용은 낮아진다. 상측면은 또한 반도체 웨이퍼의 전면이라고도 하며, 일반적으로 반도체 웨이퍼의 추가 처리 과정에서 전자 부품의 구조를 적용하도록 의도되는 표면이다.
본 발명은 와이어 쏘오를 사용하여 피가공물을 처리할 때, 이상적인 것으로 간주되는 배치로부터 최소한도로 벗어나 배치된 절단부가 피가공물에 형성되도록 하는 것을 목적으로 한다. 두께가 균일하고 최대한 평면형의 상측면과 하측면을 갖는 반도체 웨이퍼가 요구되는 경우, 이상적인 절단부는 피가공물의 종방향 축선에 대해 직각으로 직선 형태로 연장된다. 다시 말해, 이러한 절단부의 중간을 통과하는 궤적이 피가공물의 종방향 축선에 수직으로 배향된 직선을 따라 연장된다. 이러한 궤적을 이하 목표 궤적이라 한다. 이에 따라, 실제 궤적이 목표 궤적에서 벗어나면 절단부의 위치 오류가 발생한다. 이것은 절단부의 중간을 가리키는 위치 벡터가 더 이상 목표 궤적에서 끝나지 않는 경우이다.
절단부의 위치 오류는, 예를 들어, 와이어가 피가공물에 맞물리는 동안 와이어의 작동 방향, 즉 와이어가 사이에서 인장되는 와이어 가이드 롤러의 회전 축선 방향에 수직으로 이동할 때, 또는 피가공물이 와이어 배열체를 통과하도록 공급되는 동안 열이 발생하기 때문에 축 방향으로 확장되는 경우 발생한다. 후자의 경우, 절단부가 피가공물의 중간에서 더 먼 거리에 있을 때 절단부의 위치 오류가 거리에 비례하여 더 커진다. 피가공물의 중간은 피가공물의 2 개의 단부 사이의 위치이다.
본 발명의 일 양태는, 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로, 피가공물과 와이어 그룹 사이의 상대 이동을 초래한 이유에 관계없이 절단부의 위치 오류를 결정하는 것이다. 이러한 이유의 예로는 와이어 그룹의 이동, 피가공물의 이동 또는 피가공물의 열 팽창이 있다. 본 발명의 다른 양태는 특정 와이어 쏘오를 사용할 때 체계적으로 발생하는 절단부의 위치 오류와 특정 와이어 쏘오의 사용과 무관하게 무작위로 발생하는 절단부의 위치 오류를 구별하는 것이다.
편의상, 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로, 제어 편차, 즉, 와이어 그룹의 절단부의 확인된 위치 오류가 조작된 변수의 수정, 즉, 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 유도에 응답하는 적어도 하나의 폐쇄 제어 루프가 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 제 1 구성에 따르면, 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 동안 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류의 결정이 수행된다. 제 1 구성의 제 1 대안에 따르면, 고정된 기준점에 대한 바람직하게는 각각의 절단부의 위치가 측정되어 설정점 위치와 비교된다. 절단부의 설정점 위치는 이상적인 절단부를 형성하는 데 필요한 고정된 기준점에 대해 상대적인 위치이다. 설정점 위치로부터의 절단부의 측정 위치의 편차가 절단부의 위치 오류에 해당한다. 편차는 원칙적으로 와이어 그룹의 각각의 절단부마다 다르기 때문에, 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류 중 대표적인 위치 오류를 제공하기 위해 편차의 평균이 구해진다. 다시 말해, 동일한 평균 위치 오류가 와이어 그룹의 각각의 절단부에 할당된다. 이러한 평균화는 가중치 없이 수행될 수도 있으며, 또는 특정 절단부의 위치 오류에 특별히 가중치가 부여된다. 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류를 기반으로, 이러한 절단부의 위치 오류를 제거하기 위해 피가공물을 공급하는 동안 와이어 그룹의 와이어가 이동되어야 하는 크기와 방향을 명시하는 보정 프로파일이 도출될 수도 있다. 보정 프로파일은, 피가공물로의 와이어 침투 깊이를 고려하여, 와이어 그룹의 절단부의 확인된 위치 오류의 프로파일을 보완하는 프로파일을 갖는다.
와이어 그룹의 절단부의 위치 측정은, 바람직하게는, 와이어 그룹의 절단부에 광학 방사선, IR 방사선, X-방사선 또는 γ 방사선을 조사함으로써 수행된다. 더욱이, 와이어 그룹의 절단부의 기계적 감지 또는 와이어 그룹의 절단부의 유도 또는 용량 측정이 또한 구상될 수도 있다. 이와 같이 와이어 그룹의 절단부를 직접 관찰하면 피가공물과 와이어 그룹의 와이어 사이의 임의의 상대 이동이 드러난다.
제 1 구성의 제 2 대안에 따르면, 이러한 상대 이동을 기록하기 위해, 고정된 기준점에 대한 피가공물과 와이어 그룹의 바람직하게는 각각의 와이어의 위치가 동시에 측정되어 설정점 위치와 비교된다. 편차는 원칙적으로 와이어 그룹의 각각의 와이어마다 다르기 때문에, 와이어 그룹의 와이어의 위치 오류를 대표하는 위치 오류를 제공하기 위해 편차의 평균이 구해진다. 다시 말해, 동일한 평균 위치 오류가 와이어 그룹의 각각의 와이어에 할당된다. 평균화는 가중치없이 수행될 수도 있으며, 또는 특정 절단부의 위치 오류에 특별히 가중치가 부여된다. 와이어의 설정점 위치는 이상적인 절단부를 형성하는 데 필요한 고정된 기준점에 대해 상대적인 와이어의 위치이다. 피가공물의 설정점 위치에도 동일하게 적용된다. 와이어 및 피가공물의 설정점 위치로부터의 측정 편차의 합계를 기반으로, 목표 궤적으로부터의 실제 궤적의 편차가 대략적으로 결정된다.
와이어 그룹의 와이어의 위치 또는 피가공물의 위치의 측정이 와이어 그룹의 와이어 또는 피가공물에 각각 광학 방사선, IR 방사선, X-방사선 또는 γ 방사선을 조사하여 또는 용량 또는 유도 측정에 의해 수행된다. 더욱이, 와이어 그룹의 와이어 또는 피가공물 각각의 기계적 감지, 또는 와이어 그룹의 와이어 또는 피가공물 각각의 유도 또는 용량 측정이 또한 구상될 수도 있다. 피가공물의 위치는 피가공물의 단부면에 대해 결정될 수도 있으며, 바람직하게는, 피가공물에 표시된 기준점에 대해 결정될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 구성에 따르면, 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하기 전에 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류의 결정이 수행된다. 이러한 절차 덕분에, 특정 와이어 쏘오를 사용할 때 체계적으로 발생하는 절단부의 위치 오류가 결정된다. 절단부의 위치 오류를 결정하기 위해, 특정 와이어 쏘오를 사용하여 미리 생성된 반도체 웨이퍼의 국부적인 기하학적 형상이 측정된다. 이러한 반도체 웨이퍼는 이 와이어 쏘오를 사용하여, 특히, 절단부의 위치 오류가 결정되고 있는 와이어 그룹의 와이어를 사용하여 처리된 하나 이상의 피가공물로부터 생산된다. 반도체 웨이퍼의 국부적인 기하학적 형상은 반도체 웨이퍼 옆에 있는 절단부의 궤적을 대략적으로 복제한 것이다. 바람직하게는, SEMI MF 1390-0218에 따른 휨 측정의 중앙 표면의 국부적인 기하학적 형상이 구체적으로 다음과 같이 획득된다: 높이 라인(라인 스캔(LS))이 반도체 웨이퍼의 중심을 통해 연장되는 선에 놓여 있는 중앙 표면의 이러한 측정 값을 선택함으로써 생성된다. 측정 값은 반도체 웨이퍼의 직경을 따르는 라인 상에, 바람직하게는, 반도체 웨이퍼를 절단할 때 피가공물의 공급 방향에 있으며, 또는 이러한 방향에서 적어도 ±20° 이상 벗어난다.
특정 와이어 쏘오를 사용할 때 체계적으로 발생하는 절단부의 위치 오류를 식별하기 위해, 이 와이어 쏘오를 사용하여 처리되며 와이어 그룹의 와이어를 사용하여 생성된 하나 이상의 피가공물로부터 생산되는 반도체 웨이퍼의 국부적인 기하학적 형상의 평균이 구해져 단일 국부적인 기하학적 형상을 제공한다. 평균화가 가중치 없이 수행될 수도 있으며, 또는 특정 반도체 웨이퍼의 국부적인 기하학적 형상에 피가공물에서의 그 상대적인 배치로 인해 특별히 가중치가 부여된다. 그런 다음, 평균 국부적인 기하학적 형상을 기준으로, 특정 와이어 쏘오가 사용되며 궤적에 영향을 미치는 다른 영향이 무시되면 절단부의 궤적이 어떻게 될지 추론된다. 이러한 궤적을 이후 예상 궤적이라 한다. 피가공물을 공급하는 동안 예상되는 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류가 예상 궤적과 목표 궤적을 비교하여 획득된다. 이러한 비교에 의해 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 제공되며, 이러한 보정 프로파일은 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 동안 피가공물로의 와이어의 침투 깊이에 따라 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 방향과 크기를 명시한다. 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 프로파일은 원칙적으로 평균 국부적인 기하학적 형성의 프로파일을 보완한다.
와이어 쏘오의 성능 변화를 신속하게 식별하고 이에 대응할 수 있도록 하기 위해 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 또한 사용되는 것이 바람직한다. 피가공물의 처리 과정에서 발생하는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 변화는 와이어의 마모 및/또는 마모될 와이어 가이드 롤러 또는 와이어 쏘오의 다른 구성 요소 코팅의 마모를 나타낸다. 따라서, 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 변화에 대한 문턱값이 정의될 수도 있으며, 이러한 문턱값에 도달하면 예측 유지 보수 조치가 시작된다. 이러한 문턱값에 도달하기 전에도 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 변화가 작업 결과의 마모 관련 저하를 방지하는 적응 조치를 수행하는 이유로서 취해질 수도 있다. 이러한 적응 조치는, 예를 들어, 절삭 매체 현탁액의 조성 및/또는 온도 변화 또는 냉각수의 온도 변화뿐만 아니라 와이어 속도 또는 기타 공정-특정 매개 변수의 변화를 포함할 수도 있다.
본 발명의 제 3 구성은 제 1 및 제 2 구성의 조합을 포함한다. 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 제 1 부분은 와이어 그룹의 와이어의 침투 깊이에 따라 피가공물을 공급하는 동안 실시간으로 본 발명의 제 1 구성에 따라 결정되는 보정 프로파일을 기준으로 유도된다. 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 추가 부분은 개개의 와이어 그룹에 대해 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하기 전에 본 발명의 제 2 구성에 따라 결정된 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일을 기준으로 유도된다. 따라서, 무작위로 발생하며 따라서 예측할 수 없는 절단부의 위치 오류에 대한 영향뿐만 아니라 특정 와이어 쏘오의 사용으로 인해 체계적으로 발생하는 영향이 서로 별도로 고려된다.
물론, 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 또한, 본 발명에 따른 방법의 제 1 구성에 따라 도출되는 보정 프로파일을 기록함으로써 획득될 수도 있다.
본 발명은 와이어에 고정된 연마 입자를 포함하는 와이어와 함께, 또는 연마 입자가 없으며 절단 매체 현탁액과 조합하여 효과를 발휘하는 와이어와 함께 사용될 수도 있다. 특히, 다이아몬드가 연마 입자로서 구상될 수도 있다. 여기서 관심 와이어는 와이어 쏘오의 와이어 가이드 롤러 주위에 감겨 있는 와이어 섹션이다. 와이어 쏘오의 와이어 가이드 롤러의 개수가 본 발명의 사용에 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 와이어 쏘오가 2 개, 3 개, 4 개 또는 훨씬 더 많은 개수의 와이어 가이드 롤러를 포함할 수도 있다.
피가공물은, 바람직하게는, 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성되며, 이러한 재료는 다결정 또는 단결정 상태로 존재할 수도 있다. 피가공물의 윤곽은 정방형형, 장방형 또는 원형이다. 본 발명에 따른 방법은, 특히, 직경이 적어도 200 mm, 특히 적어도 300 mm인 단결정 실리콘의 둥근 반도체 웨이퍼의 생산에 적합하다.
본 발명의 목적은 또한, 와이어 가이드 롤러로서, 와이어 가이드 롤러 사이에서 와이어가 인장되어 와이어 배열체를 형성하며, 와이어가 와이어 그룹으로 분할되어 작동 방향으로 이동하는 것인, 와이어 가이드 롤러; 와이어가 피가공물과 맞물리면 절단부를 생성하면서 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하기 위한 장치; 적어도 하나가 각각의 와이어 그룹에 할당되어 할당된 와이어 그룹의 와이어를 이동시키기 위한 구동 요소; 및 구동 요소를 활성화하기 위한 제어 유닛으로서, 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류가 있을 때, 와이어 그룹에 할당된 해당 구동 요소를 활성화하여, 이 와이어 그룹의 와이어가 작동 방향에 수직으로 보상 이동을 실행하도록 하는 제어 유닛을 포함하는, 피가공물을 처리함으로써 반도체 웨이퍼를 생산하기 위한 와이어 쏘오에 의해 달성된다.
와이어 쏘오는 와이어 가이드 롤러 사이에서 인장되는 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하기 위한 장치를 포함한다. 와이어 쏘오는 2 개 이상의 와이어 가이드 롤러를 포함할 수도 있으며, 와이어 가이드 롤러 주위에 쏘잉(sawing) 와이어가 감겨 있다. 본 발명에 따른 와이어 쏘오에 있어서, 와이어가 그룹으로 분할되며, 적어도 하나의 구동 요소가 각각의 와이어 그룹에 할당된다. 구동 요소가 활성화되면, 구동 요소에 할당된 와이어 그룹의 와이어가 와이어의 작동 방향, 즉 와이어 가이드 롤러의 회전 축선 방향에 수직으로 이동된다. 활성화된 구동 요소는 구동 요소에 할당된 와이어 그룹의 와이어를 동일한 방향으로 동일한 크기로 동시에 이동시킨다. 구동 요소의 할당으로 인해, 하나의 와이어 그룹의 와이어의 이동 크기 및 방향이 다른 와이어 그룹의 와이어의 이동 크기 및 방향과 무관하다. 와이어 그룹으로 분할된 와이어가 그 사이에서 인장되어 와이어 배열체를 형성하는 와이어 가이드 롤러에 구동 요소가 제공된다. 구동 요소는 적어도 하나의 와이어 가이드 롤러의 와이어 그룹 사이에 배열되며, 와이어 가이드 롤러 사이에서 피가공물이 와이어 배열체를 통과하도록 공급된다. 와이어 웹을 인장시키는 다른 와이어 가이드 롤러에도 마찬가지로 이러한 구동 요소가 제공되는 것은 필수는 아니지만 배제되지도 않는다.
와이어 쏘오는 또한, 구동 요소를 활성화하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류가 있는 경우, 제어 유닛이 와이어 그룹에 할당된 구동 요소를 활성화하며, 그 결과, 이 와이어 그룹의 와이어가 결정된 절단부의 위치 오류를 줄이거나 제거하는 보상 이동을 실행한다.
제어 유닛은 방법의 제 1 구성에 따라 측정 장치를 사용하여 피가공물을 공급하는 동안 측정 장치를 사용하여 제공된 절단부의 위치 오류와 관련된 데이터 또는 방법의 제 2 구성에 따라 피가공물을 공급하기 전에 제공된 데이터베이스에 저장된 와이어 쏘오-특정 데이터, 또는 이 두 가지 데이터에 함께 접근한다.
측정 장치가, 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로, 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 동안 개개의 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류를 결정하는 데 사용된다. 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류와 관련된 정보가 제어 유닛으로 전송되어 제어 유닛에서 추가로 처리되어 해당 와이어 그룹에 할당된 구동 요소의 활성화를 위한 신호(조작 변수)를 형성한다. 측정 장치 및 제어 유닛은 절단부의 위치 오류를 최소화하기 위한 제 1 폐쇄 제어 루프의 구성 요소이다. 이 제어 루프를 사용하여, 각각의 와이어 그룹에 대해 개별적으로, 와이어 그룹에 할당된 구동 요소가 다른 와이어 그룹에 할당된 구동 요소의 선택적인 동시 유도 활성화와 독립적으로 활성화된다.
데이터 메모리가 구동 요소의 활성화와 관련된 데이터를 보관하는 데 사용된다. 데이터는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일, 특히 각각의 와이어 그룹에 대해 별도의 프로파일을 형성한다. 이러한 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일은 피가공물로의 와이어의 침투 깊이에 따라 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동의 방향과 크기를 명시한다. 제어 유닛이 와이어 배열체를 통과하도록 피가공물을 공급하는 동안 이 데이터에 접근하며, 이 와이어 그룹의 와이어에 적용할 수 있는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 사양에 따라 개개의 와이어 그룹에 할당된 구동 요소를 활성화한다. 바람직하게는, 데이터 메모리 및 제어 유닛이 절단부의 위치 오류를 최소화하기 위한 추가의 폐쇄 제어 루프의 구성 요소이다.
와이어 쏘오가 데이터 메모리를 갖는 경우, 바람직하게는, 복수의 피가공물의 처리 과정에서 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일의 변화를 추적하기 위해 계산 유닛이 또한 제공된다. 설정된 변화 문턱값에 도달하면, 계산 유닛이 예측 유지 관리 조치를 시작하기 위한 신호를 출력한다.
본 발명의 목적은 또한, 1.2 ㎛ 미만의 휨; 5 nm 미만의 THA25 10%로 표현되는 상측면의 나노지형; 및 서브표면(subsurface) 상의 최대 고저간 거리로 표현되며, 면적 크기가 각각 25 mm × 25 mm인 서브표면을 기준으로 하는 6 nm 미만의 상측면의 서브표면 기준 나노지형을 포함하는, 상측면 및 하측면을 갖고 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼에 의해 달성된다.
반도체 웨이퍼는, 바람직하게는, 적어도 200 mm의 직경, 특히 바람직하게는 300 mm의 직경을 갖는다. 휨, 나노지형 및 표면 참조 나노지형에 관한 반도체 웨이퍼의 위에 표시된 특성은 직경이 300 mm인 반도체 웨이퍼와 관련된다.
반도체 웨이퍼의 휨이 표준 SEMI MF 1390-0218에 따라 결정된다.
나노지형을 검사하기 위해, 간섭계, 예를 들어, KLA 텐코사의 타입 WaferSightTM의 기기가 사용될 수도 있다. 이러한 간섭계는 반도체 웨이퍼의 상측면의 지형을 측정하는 데 적합하다. 기기는 필터링되고 정의된 분석 영역을 갖는 분석 창이 이동되는 반도체 웨이퍼의 상측면의 높이 맵을 이미지화한다. 분석 창의 높이차 평가가 표준 SEMI M43-0418 및 SEMI M78-0618에 의해 설정된 방법 프로토콜에 따라 THA(treshold height analysis: 한계 높이 분석)에 의해 수행된다. THAXX 10% < 5 nm는 XX로 명시된 분석 영역을 갖는 분석 창에서 반도체 웨이퍼의 상측면의 분석 영역의 최대 10%가 5 nm 이상의 최대 PV 거리(고저간 메트릭)를 가질 수도 있음을 의미한다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 경우, THA25 10%로 표현되는 상측면의 나노지형은 5 nm 미만이며, 원형 윤곽을 가지며 직경이 25 mm인 분석 창이 사용되며, 필터링되지 않은 지형 신호가 차단 파장이 20 mm인 단일 가우스 고역 필터로 필터링된다. 차단 파장은 반도체 웨이퍼의 가장자리로 갈수록 1 mm까지 감소한다. 필터링 전에는 5 mm의 가장자리 제외가 허용되며, 필터링 후에는 15 mm의 가장자리 제외가 허용된다.
상측면의 나노지형을 측정하는 동안, 반도체 웨이퍼가 피가공물로부터 절단 후의 상태에 또는 절단 후 에칭 및 연마와 같은 처리 단계에 이은 상태에 있을 수도 있다. 바람직하게는, 반도체 웨이퍼의 상측면이 연마된 상태에 있다.
나노지형이 또한, 서브표면 기준 방식으로, 즉, 반도체 웨이퍼의 상측면의 사용자 특정 서브표면(사이트)을 참조하여 평가될 수도 있다. PV 거리가 위에서 설명한 바와 같이(원형 범위를 가지며 직경이 25 mm인 분석 창, 단일 가우스 고역 필터, 반도체 웨이퍼의 가장자리로 갈수록 1 mm까지 감소하는 20 mm의 차단 파장) 결정된다. 그러나, 가장자리 제외가 필터링 전에는 2 mm, 필터링 후에는 3 mm이다. 반도체 웨이퍼의 상측면은 서브표면으로 세분화되며, 이러한 서브표면은 하부 좌측 가장자리가 반도체 웨이퍼 상측면의 중앙에 배치되는 서브표면(사이트)을 중심으로 그룹화된다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 경우, 상측면의 서브표면 기준 나노지형은 면적 크기가 25 mm × 25 mm인 서브표면을 기준으로 서브표면 상의 최대 PV 거리로 표현된 6 nm 미만이다.
본 발명이 도면을 참조하여 아래에서 추가로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 속하는 와이어 쏘오의 주요 특징을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 쏘오의 와이어 가이드 롤러의 특징을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 절차를 개략적으로 보여준다.
도 4는 실제 궤적이 절단부의 중간을 통해 목표 궤적과 상이할 수도 있는 방식을 보여준다.
도 5 및 도 6은 두 가지 예를 참조하여 와이어 그룹의 가능한 보상 이동의 방향과 크기를 보여준다.
도 7은 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동이 유도되는 기준이 되는 전형적인 보정 프로파일을 보여준다.
도 8 내지 도 10 및 도 11 내지 도 13은 3 개의 반도체 웨이퍼 개개의 휨 측정 중앙 표면에서 도출된 높이 라인을 보여준다.
도 14 내지 도 16은, 종축의 해상도 배율이 더 높은 차이가 있는, 도 8 내지 도 10에 대응한다.
도 17, 도 18 및 도 19는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 복수의 피가공물의 처리 과정에서 변할 수도 있는 방식을 보여준다.
도 1은 종래 기술에 속하는 와이어 쏘오의 주요 특징을 보여주며, 와이어 쏘오를 사용하여 피가공물을 처리함으로써 피가공물로부터 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법의 기본 원리를 설명하는 역할을 한다.
적절한 와이어 쏘오는 좌측 와이어 가이드 롤러(3) 및 우측 와이어 가이드 롤러(4)의 주위를 여러 번 나선형으로 통과하며 본 발명의 설명을 위해 와이어로 지칭되는, 와이어 가이드 롤러의 상측에서 이동되는 와이어 섹션이 평행하게 이동되어 와이어 웹(11)을 형성하는 방식으로 홈(2)에 의해 안내되는 쏘잉 와이어(1)를 포함한다. 피가공물(15)이, 예를 들어, 접착제(17)에 의해 쏘잉 스트립(sawing strip)(16)에 체결된다. 쏘잉 스트립(16)이 피가공물(15)과 함께 공급 장치(12)(지시선으로 나타냄)에 의해 와이어 웹(11)에 대해 수직으로 화살표 방향(18)으로 공급되어 와이어 웹(11)의 와이어와 맞물린다. 선택적으로, 와이어 쏘오는 좌측 와이어 가이드 롤러(3) 및 우측 와이어 가이드 롤러(4) 상으로 절단 매체 현탁액을 좌측 세장형 제트(jet)(22) 및 우측 세장형 제트(23)의 형태로 전달하기 위한 노즐(21)을 구비한 좌측 노즐 열(19) 및 우측 노즐 열(20)을 포함한다.
와이어 가이드 롤러가 축선(5, 6)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 이들의 축선과 피가공물(15)(도시된 예에서 원통형 잉곳)의 축선(14)이 서로 평행하게 배향된다. 절단 공정을 시작하기 위해, 하나의 와이어 가이드 롤러, 예를 들어, 좌측 와이어 가이드 롤러(3)가 회전 구동(7)(마스터)된다. 다른 와이어 가이드 롤러(슬레이브)(본 예에서 우측 와이어 가이드 롤러(4))가 회전 방향(8)으로 동일한 방식으로 와이어(1)에 의해 당겨져 함께 회전한다. 와이어가 피가공물(15)과 맞물리면, 절단부(kerf)(13)가 형성된다.
통상적으로, 와이어 종방향 이동 방향(9, 10)은 피가공물(15)이 완전히 관통하여 절단되는 동안 여러 번 반전되며, 와이어의 이러한 방향 변경 쌍(왕복 이동이라고 함) 중 각각의 개별 방향 변경 쌍에 있어서, 와이어가 일 방향으로 더 큰 길이로 이동되며 반대 방향으로 더 짧은 길이로 이동된다.
본 발명에 따른 와이어 쏘오는 구동 요소를 포함하는 적어도 하나의 와이어 가이드 롤러를 구비한다. 이러한 와이어 가이드 롤러의 일 예가 도 2에 나타내어져 있다. 구동 요소가 활성화되면, 활성화된 와이어 그룹이 와이어 그룹의 와이어 작동 방향에 수직인 방향으로 이동된다. 나타내어진 예에서, 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링(26)과 베어링(27) 사이에 5 개의 구동 요소(24a 내지 24e) 및 4 개의 와이어 그룹(25a 내지 25d)이 제공된다. 베어링(27)이 느슨한 베어링 또는 고정 베어링으로 구성될 수도 있다. 베어링(27)이 느슨한 베어링이면, 베어링(27)에 인접한 구동 요소(24e)가 생략될 수도 있다. 이와 상관없이, 베어링(27)이 나타내어진 예에서 느슨한 베어링으로 도시되어 있다. 이중 화살표는 와이어 그룹에 할당된 구동 요소가 활성화되면 와이어 그룹이 이동하는 가능한 이동 방향을 나타낸다. 와이어 가이드 롤러가, 샤프트에 배열되는 와이어용 홈이 제공된 세그먼트로, 예를 들어, JP 11 123 649 A2에 설명된 바와 같은 세그먼트로 세분화될 수도 있다. 그런 다음, 구동 요소가 세그먼트의 각각의 단부 사이에서 고정 베어링에 인접하게 배치된다. 이러한 구조에서는, 도 2에 나타내어진 와이어 가이드 롤러가 와이어 그룹의 개수에 해당하는 다수의 세그먼트를 구비한다.
도 3은 제어 유닛(28)이 보정 프로파일 및/또는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일에 기초한 보정 신호(32)를 갖는 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류와 관련된 데이터를 기준으로 구동 요소(24)에 작용하여, 와이어 그룹(25)의 와이어가 보상 이동을 실행하는 절차를 개략적으로 보여준다. 제어 유닛(28)은 측정 장치(30) 및/또는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 저장된 데이터 메모리(31)로부터 필요한 입력을 수신한다.
도 4는 절단부를 관찰함으로써 또는 와이어와 피가공물의 맞물림 동안 와이어와 피가공물을 관찰함으로써 획득될 수도 있는 이미지를 단면으로 보여준다. 이것은 피가공물(15)의 일부 및 피가공물을 통해 연장되는 절단부(13)를 보여준다. 절단부(13)의 중간을 통해 연장되는 실제 궤적이 절단부의 생성 동안 목표 궤적(32)으로부터 다소 크게 벗어난다. 이 차이가 절단부(13)의 확인된 위치 오류를 나타낸다. 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 각각의 와이어 그룹에 대해, 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동이, 특히, 개개의 와이어 그룹에 할당된 구동 요소를 활성화함으로써 와이어 그룹의 와이어의 작동 방향에 수직인 방향으로 와이어 그룹의 절단부의 확인된 위치 오류에 따라 유도된다.
도 5 및 도 6은 두 가지 예를 참조하여 와이어 그룹의 가능한 보상 이동의 방향과 크기를 보여준다. 구동 요소(24a 내지 24e)가, 예를 들어, 압전 액추에이터이다. 도 5의 경우, 도 2에 도시된 구동 요소(24a 내지 24d)의 동일한 유형의 활성화는 압전 액추에이터가 각각 동일한 크기로 확장되어, 와이어 가이드 롤러의 와이어 그룹(25a 내지 25d)과 베어링(27)이 이에 대응하여 고정 베어링(26)으로부터 멀리 이동되도록 하는 효과가 있다. 보상 이동의 크기가, 화살표로 지시된 바와 같이, 와이어 그룹(25a)으로부터 와이어 그룹(25d)까지 균일하게 증가한다. 그러나, 예를 들어, 도 6에 나타내어진 바와 같이, 와이어 그룹이 서로를 향해 이동하는 과정에서 보상 이동이 요구되는 것이 필요할 수도 있다. 도 6은 베어링(27)을 향해 구동 요소(24a)가 크기(a)로 확장되며 구동 요소(24d)가 크기(d)(크기(d) > 크기(a))로 확장되며 또한 베어링(26)을 향해 구동 요소(24b)가 크기(b)로 수축하며 구동 요소(24c)가 크기(c)(크기(c) > 크기(d))로 수축하는 방식으로 도 2에 도시된 구동 요소가 활성화되는 경우의 결과를 보여준다. 전반적으로, 그런 다음, 화살표로 지시된 와이어 그룹의 와이어 및 베어링(27)의 보상 이동이 발생한다: 와이어 그룹(25a)의 와이어가 베어링(27)을 향해 가장 큰 크기로 이동되며, 와이어 그룹(25b)의 와이어는 이동되지 않으며, 와이어 그룹(25c)의 와이어가 고정 베어링(26)을 향해 일정 크기만큼 이동되며, 와이어 그룹(25d)의 와이어가 베어링(27)을 향해 가장 작은 크기로 이동된다.
본 발명의 제 1 구성에 따른 실제 궤적과 목표 궤적의 비교 또는 본 발명의 제 2 구성에 따른 예상 궤적과 목표 궤적의 비교는 피가공물에서의 와이어 그룹의 와이어의 침투 깊이에 따른 와이어 그룹의 절단부의 위치 오류의 프로파일에 대한 설명으로 이어지며, 또한 절단부의 위치 오류 프로파일에 각각 상보형인 보정 프로파일(본 발명의 제 1 구성) 또는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일(본 발명의 제 2 구성)의 설명으로 이어진다.
도 7은 목표 궤적으로부터의 실제 궤적의 편차(Δ)가 와이어 그룹의 와이어의 침투 깊이(P)에 따라 플롯팅된 보정 프로파일을 보여준다. 와이어 그룹에 할당된 구동 요소를 활성화하여, 편차(Δ)에 해당하는 크기 및 방향을 갖는 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동이 유도된다. 도시된 예에서 대략 -100 mm의 침투 깊이까지의 경우가 아닌 절단부의 위치 오류가 없는 경우(Δ=0)에만, 이러한 보상 이동의 유도가 중지된다.
도 8 내지 도 13은 와이어 그룹의 와이어에 의해 피가공물에서 절단된 3 개의 반도체 웨이퍼 각각의 높이 라인(LS)을 보여주며, 보정 프로파일에 의해 특정된 와이어 그룹의 와이어의 보상 이동이 반도체 웨이퍼의 절단(도 8 내지 도 10) 동안 유도되거나, 이러한 보상 이동의 유도가 생략된다(도 11 내지 도 13). 높이 라인은 각각, 휨 측정의 중앙 표면으로부터 도출되며, 반도체 웨이퍼의 절단 중에 피가공물의 방향으로 개개의 반도체 웨이퍼의 직경을 따르는 라인에 놓여 있는 중앙 표면의 측정 값이 선택된다. 피가공물에서의 반도체 웨이퍼의 위치를 반도체 웨이퍼를 절단할 때 3 개의 반도체 웨이퍼(50) 각각의 사이에 추가 반도체 웨이퍼가 형성되도록 설정하였다. 높이 라인을 비교하여 알 수 있듯이, 본 발명을 사용하면 반도체 웨이퍼가 훨씬 더 평면형이며, 피가공물에서의 위치에 특별한 영향을 받지 않는다. 이것은 또한, 종축의 배율이 더 고해상도라는 점만 도 8 내지 도 10과 상이한 도 14 내지 도 16에 의해 확인된다.
도 17, 도 18 및 도 19는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일이 복수의 피가공물의 처리 과정에서 지속적으로 변할 수도 있는 방식을 보여준다. 따라서, 편차(Δ)에 대한 문턱값을 정의하는 것이 유리하며, 문턱값을 초과하면 예측 유지 보수 조치가 시작된다. 예를 들어, 문턱값은 도 19에 나타내어진 바와 같이 최대 편차(Δmax)를 갖는 와이어 쏘오-특정 보정 프로파일만이 예측 유지 보수 조치가 시작되도록 하는 방식으로 정의될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 전술한 실시예와 관련하여 명시된 특징이 본 발명에 따른 장치에 대응하여 적용될 수도 있다. 반대로, 본 발명에 따른 장치의 전술한 실시예와 관련하여 명시된 특징이 본 발명에 따른 방법에 대응하여 적용될 수도 있다. 본 발명에 따른 실시예의 이러한 및 기타 특징이 도면의 설명 및 청구 범위에서 설명된다. 개별적인 특징이 본 발명의 실시예로서 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수도 있다. 또한, 이러한 특징이 독립적으로 보호 가능한 유리한 실시예를 설명할 수도 있다.
실시예의 예에 대한 전술한 설명은 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 이에 의해 이루어진 개시는 한편으로는 당업자가 본 발명 및 이와 관련된 이점을 이해할 수 있도록 하며, 다른 한편으로는 당업자의 이해에 있어서 설명된 구조와 방법에 대한 명백한 변경 및 수정을 포함한다. 따라서, 이러한 모든 변경 및 수정뿐만 아니라 등가물이 청구 범위의 보호 범위에 포함되도록 의도된다.
1 : 쏘잉 와이어 2 : 홈
3 : 좌측 와이어 가이드 롤러 4 : 우측 와이어 가이드 롤러
5 : 축선 6 : 축선
7 : 회전 8 : 회전 방향
9 : 종방향 와이어 이동 10 : 종방향 와이어 이동
11 : 와이어 웹 12 : 공급 장치
13 : 절단부 14 : 축선
15 : 피가공물 16 : 쏘잉 스트립
17 : 접착제 18 : 화살표 방향
19 : 노즐 열 20 : 노즐 열
21 : 노즐 22 : 제트
23 : 제트 24a 내지 24e : 구동 요소
25a 내지 25d : 와이어 그룹 26 : 고정 베어링
27 : 베어링 28 : 제어 유닛
29 : 데이터 사양 30 : 측정 장치
31 : 데이터 메모리 32 : 목표 궤적

Claims (1)

  1. 상측면 및 하측면을 갖고 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼로서,
    1.2 ㎛ 미만의 휨;
    5 nm 미만의, THA25 10%로 표현되는, 상측면의 나노지형(nanotopography); 및
    서브표면 상의 최대 고저간 거리로서 표현되며, 면적 크기가 각각 25 mm × 25 mm인 서브표면을 기준으로 한, 6 nm 미만의 상측면의 서브표면 기준 나노지형
    을 포함하는 반도체 웨이퍼.
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