KR20230134603A - 반도체 재료로 제조된 원통형 로드로부터 디스크들을 생산하기 위한 방법 - Google Patents

반도체 재료로 제조된 원통형 로드로부터 디스크들을 생산하기 위한 방법 Download PDF

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KR20230134603A
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wafer
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요아힘 융이
게오르그 피엣쉬
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실트로닉 아게
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Abstract

발명은, 반도체 재료로 제조된 원통형 로드로부터 디스크들을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 반도체 재료로 제조된 원통형 로드는, 축 및 축에 평행하고 로드의 측면 내에 있는 오목부 홈을 포함한다. 방법은, 주어진 순서로, (a) 절단 수단의 존재 하에서 와이어 쏘잉 프로세스에 의해 원통형 로드로부터의 복수의 디스크들을 동시에 분리하는 단계; (b) 체류 기간 동안 20℃ 내지 50℃의 온도에서 에칭조 내의 알칼리성 에칭제를 사용하여 디스크들을 에칭하는 단계 - 초기 디스크 두께의 5/1000보다 더 작은 두께가, 제거되는 재료로서 디스크들 각각으로부터 제거됨 - ; 및 (c) 환형 그라인딩 디스크를 도구로서 사용하여 동시 양면 그라인딩 프로세스에 의해 디스크들을 그라인딩하는 단계를 갖는다.

Description

반도체 재료로 제조된 원통형 로드로부터 디스크들을 생산하기 위한 방법
발명은 반도체 재료의 원통형 잉곳(ingot)으로부터 웨이퍼들을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로서, 와이어 슬라이싱에 의해 잉곳으로부터 웨이퍼들을 제거하는 것과, 웨이퍼들을 양면 그라인딩하는 것을 포함한다.
다양한 애플리케이션들은, 적은 수의 결정 및 구조적 결함들을 갖는, 앞면과 뒷면의 양호한 평면 평행성(plane-parallelism)을 갖는 균일한 웨이퍼들을 필요로 한다. 일 예시는 마이크로 전자 컴포넌트들의 패터닝을 위한 단결정 반도체 재료의 웨이퍼들이다. 반도체 재료의 일 예시는 실리콘이다. 이러한 웨이퍼들은, 단결정 실리콘의 원통형 워크피스(잉곳)로부터의 제거에 의해 획득되며 기계적 작업의 대상이 된다. 제거는, 동시 이중 디스크 그라인딩(double-disk grinding; DDG)에 의한 기계적 작업 및 다중 와이어 슬라이싱(multi-wire slicing; MWS)에 의해, 흔하게 이루어진다.
다중 와이어 슬라이싱을 위한 방법 및 장치는, 예를 들어, DE 10 2016 211 883 A1 또는 DE 10 2013 219 468 A1에 알려져 있다. 다중 와이어 슬라이싱에서, 와이어는 두 개의 와이어 가이딩 롤러들이 서로 평행하게 연장되는 와이어 섹션들의, 워크피스를　향하는　인장 웹(tensioned web)을 수용하는 방식으로, 적어도 두 개의 와이어 가이딩 롤러들 주위에 나선형으로 가이드된다. 와이어 가이딩 롤러들은, 축들을 갖는 직선형 원형 원통들의 형상을 가질 수 있고, 축들은 서로 평행하게 배향되고 이들을 중심으로 회전될 수 있다. 와이어 가이딩 롤러들의 측면(lateral surface)들은 축들에 수직인 평면들에서 연장되는 다수의 원형으로 닫힌 홈(groove)들을 가지며, 이러한 홈들은 와이어를 가이드한다. 와이어 가이딩 롤러들의 동방향(codirectional) 회전은 와이어 섹션들과 워크피스 사이의 상대적인 이동을 발생시킨다. 와이어 쏘(wire saw)는, 쏘잉 바(bar)를 통해 워크피스가 그 위에 고정되고 워크피스를 와이어 웹에 수직으로 공급하는 공급(feeding) 장치를 추가적으로 갖는다. 상대적인 이동과 연마 절단제(cutting agent)의 존재는, 워크피스와 와이어 웹이 접촉할 때 워크피스로부터의 재료의 제거를　발생시킨다． 공급이 계속됨에 따라, 와이어 섹션들이 워크피스에 절단 커프(kerf)들을 형성하고, 와이어 웹이 완전히 쏘잉 바 내에 놓이게 될 때까지 와이어 웹은 전체 워크피스에 걸쳐 천천히 작동하고, 이것에 워크피스가 본드라인(bondline)을 통해 연결된다. 워크피스는, 그 다음, 웨이퍼들로 완전히 절단되고, 이는 본드라인에 의해서만 지탱되는, 빗살(teeth of comb)과 같은 쏘잉 바에 매달려 있다.
다중 와이어 슬라이싱은 슬러리 와이어 슬라이싱 또는 다이아몬드 와이어 슬라이싱으로 구분될 수 있다. 슬러리 와이어 슬라이싱을 사용하면, 와이어에는 처음에 연마재가 없으며, 절단제는, 캐리어 유체에서 자유롭게 움직일 수 있는 그릿(grit)과 같이, 슬러리 형태로 공급된다. 슬러리 와이어 슬라이싱은, 따라서, 와이어, 슬러리 내의 절단제 및 워크피스 간의 삼체(three-body) 상호 작용을 특징으로 한다. 다이아몬드 와이어 슬라이싱을 사용하면, 연마 절단제가 와이어의 표면 내에 고정(anchor)되고 냉각 윤활제 역할을 하는 절단 유체가 공급된다. 다이아몬드 와이어 슬라이싱은, 와이어 표면 내의 절단제와 워크피스 간의 이체(two-body) 상호 작용을 특징으로 한다.
와이어는 일반적으로 과공정(hypereutectic) 펄라이트계 스틸(피아노 와이어)로 구성되며 일반적으로 얇은 황동 또는 아연 층으로 코팅되고, 이것의 연성(ductility)은, 다이들을 통한 인발(drawing)에 의해 와이어 제조 동안 고체 상태의 윤활을 보장하고, 다중 와이어 슬라이싱 동안 부식을 방지하는 역할을 한다. 슬러리 와이어 슬라이싱의 경우, 절단제는 일반적으로 탄화규소(SiC)로 구성되며 캐리어 유체는 일반적으로 오일 또는 글리콜로 구성된다. 다이아몬드 와이어 슬라이싱의 경우, 절단제는 일반적으로, 예를 들어, 합성 수지에 의해, 또는 니켈의 베드 내에서 전기 도금하는 것에 의해, 또는 표면에 형태 맞춤식으로 압착하여, 와이어의 표면에 고정된 다이아몬드들로 구성된다. 냉각 윤활제는 일반적으로 물이며, 선택적으로 첨가제들(습윤제들, 부식 방지제들, 소포제들)이 공급될 수 있다. 와이어는 전형적으로 새로운 와이어 코일로부터 풀려 와이어 가이딩 롤러들로 공급되며, 다중 와이어 슬라이싱 후 나가는(outgoing) 와이어 코일에 감긴다.
다이아몬드 와이어 슬라이싱은 매끄러운 와이어를 이용하는 반면, 슬러리 와이어 슬라이싱은 매끄러운 와이어 또는 구조화된 와이어를 이용한다. 매끄러운 와이어는 매우 높은 높이에 있는 원형 원통 형태를 가지며, 이 높이가 와이어의 길이이고, 와이어 직경은 원통의 직경에 대응한다. 구조화된 와이어는, 길이(longitudinal) 와이어 방향에 수직인 방향들로, 그것의 전체 길이를 따라 다수의 돌출부들과 오목부(indentation)들이 제공된 매끄러운 와이어를 포함한다. 구조화된 와이어의 표면은, 와이어가 움직일 때 슬라이싱 커프에 의해 벗겨지지 않거나, 와이어가 슬라이싱 커프로 들어갈 때 벗겨지지 않고, 슬러리가 와이어 상에 누적될 수 있는 포켓들처럼 행동하는, 리세스들과 상승부들을 갖는다. 구조화된 와이어는 특히 빠르고 적은 힘으로 다중 와이어 슬라이싱을 가능하게 한다. 구조화된 와이어의 예시는 WO 2006/067062 A1에서 설명된다.
다중 와이어 슬라이싱은 단방향 또는 상호 와이어 이동을 이용하여 일어날 수 있다. 단방향 다중 와이어 슬라이싱의 경우, 쏘잉 와이어는, 슬라이싱 프로세스의 전체 기간에 걸쳐 새로운 와이어 코일로부터 나가는 와이어 코일로 길이 와이어 방향으로 이동된다. 상반된(양방향) 와이어 이동을 이용한 다중 와이어 슬라이싱의 경우, 쏘잉 와이어는, 제거 프로세스 중에 적어도 한 쌍의 방향 반전들에 의해 이동되며, 한 쌍의 방향 반전들은 제1 길이만큼 제1 길이 와이어 방향으로의 와이어의 제1 이동, 및 제2 길이만큼 제1 방향과 정확히 반대인 제2 방향으로의 와이어의 제2 이동을 포함한다. 보다 구체적으로, 상반된(reciprocal) 와이어 이동을 갖는 다중 와이어 슬라이싱은, 다수의 이러한 방향 와이어 반전들의 쌍들을 포함할 수 있으며, 제1 길이는 제2 길이보다 크도록 선택되고, 전체 결과는 슬라이싱 프로세스 동안 와이어 스톡(stock)이 새로운 와이어 코일로부터 나가는 와이어 코일로 대체되는 것이다. 후자의 방법은, 필그림(pilgrim) 모드에서의 다중 와이어 슬라이싱(와이어 왕복 슬라이싱)이라고 지칭된다.
다중 와이어 슬라이싱을 통해 생성된 웨이퍼는, 높이가 낮은 원통 형상을 가지며, 이것이 웨이퍼의 두께이다. 원통의 베이스 영역은 웨이퍼의 뒷면을, 상부 영역은 웨이퍼의 앞면을 형성한다. 앞면과 뒷면 사이에 위치된 것은 웨이퍼의 에지이며, 이차적인 표면이다. 웨이퍼의 주변부는 일반적으로 웨이퍼의 중심을 가리키는 노치 형태의 기계적 배향 디바이스를 가진다. 이 노치를 생성하기 위해, 다중 와이어 슬라이싱 전에 원통형 잉곳의 측면에 잉곳 축과 평행하게 배향된 인덱싱 노치가 제공된다.
다중 와이어 슬라이싱은 전형적으로, 웨이퍼들로부터, 다중 와이어 슬라이싱의 결과로서 결정 손상을 겪은 표면층들을 제거하는 것; 재료를 제거함으로써, 웨이퍼들의 원하는 극도로 평면-평행한 형태로부터의 편차들을 더욱 줄이는 것; 그리고 낮은 거칠기와 상대적으로 적은 정도의 잔류 결정 손상을 갖는 웨이퍼 표면을 발생시키는 것을 목적으로 하는 기계적 작업 단계가 이어진다. 고려되는 특정 작업 단계는 동시 이중 디스크 그라인딩(DDG)이다.
DE 101 42 400 B4는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼들의 가공을 위한 동작 시퀀스를 설명하며, 이는 워크피스를 웨이퍼들로 분리하고(단계 1), 웨이퍼들의 에지를 둥글게 하고(단계 2), 동시에 이중 디스크 그라인딩하고(단계 3), 웨이퍼를 폴리싱하고(단계 4), 그리고 선택적으로, 더하여, 단계 3과 단계 4 사이에, 웨이퍼들의 두 주요 표면들 중 적어도 하나의 에칭을 포함한다.
이중 디스크 그라인딩 및 이에 적합한 장치는 예를 들어 EP 1 193 029 B1에 설명된다. DDG에서, 두 개의 컵 그라인딩 휠들이, 웨이퍼의 축에 평행하고 서로 공선적(collinear)인 축들을 갖고 배치된다. 그들의 단부면들 상에서, 컵 그라인딩 휠들은 다이아몬드 연마재를 통합하는 그라인딩 톱니(grinding teeth)의 링을 가진다. 하나의 컵 그라인딩 휠은 웨이퍼의 앞면을 향하고 다른 하나는 웨이퍼의 뒷면을 향한다. 컵 그라인딩 휠들은 서로 반대 방향들로 회전한다. 각각의 경우 그들의 직경은 웨이퍼의 반경보다 약간 더 크다. 그라인딩 휠들의 축들은 환형 그라인딩 휠 커버(annular grinding-wheel covering)의 반경만큼 웨이퍼 축에 대해 평행하게 이동되어, 그라인딩 휠들의 톱니의 외측 주변부가 각 경우에서 웨이퍼의 중앙을 커버하도록 한다. 웨이퍼는 웨이퍼 축을 중심으로 회전하는 가이드 링(캐리어 링)에 의해 방사형으로 가이드된다. 가이드 링은 웨이퍼의 인덱싱 노치에 맞물려 가이드 링의 회전을 웨이퍼에 전달하는 노치 핑거를 포함한다.
축 방향에서 웨이퍼는 두 개의 하이드로 패드들 사이에서 유체 정역학적으로(hydrostatically) 가이드된다. 두 개의 하이드로 패드들의 축 방향 힘들은 두 개읜 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면에서 정확하게 서로를 보상한다. 앞면과 뒷면이 두 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면 밖으로 실질적으로 돌출되지 않은 평면 웨이퍼는 축 방향으로 힘없이 가이드되며, 말하자면 "자유 플로팅(free floating)"이 된다. 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면의, 그것의 일부 영역의 부분 위로 돌출된, 고르지 않거나, 골이 지거나(corrugated), 만곡된 웨이퍼는, DDG 가공 동안 웨이퍼의 탄성 변형을 야기하는 축 방향 힘들을 국부적으로 받는다.
컵 그라인딩 휠들을 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면에 대칭적으로 공급함으로써, 컵 그라인딩 휠들은 웨이퍼와 접촉하게 된다(그라인딩 휠 터치 다운). 계속되는 대칭 공급에 의해, 그리고 상대적인 이동에 의해, 컵 그라인딩 휠들의 그라인딩 톱니의 연마재는, 그 다음, 웨이퍼의 앞면과 뒷면으로부터 재료의 대략적으로 대칭적인 동시 제거를 수행한다. 임의의 시점에서 그라인딩 휠들은 웨이퍼 표면의 일부만을 커버하고 웨이퍼의 전체 주요 표면들은 웨이퍼의 회전에 의해서 점진적으로만 캡처되기 때문에, 그라인딩 휠들의　연속적　공급은 초기에는 웨이퍼 두께에　있어서 나선형으로 대략적으로 대칭적인　감소를　생성한다． 하이드로 패드들 사이의 웨이퍼 중심과, 달성된 웨이퍼 두께는, 거리 측정 센서들을 사용하여, 그라인딩 마모 동안 연속적으로 확인된다. 사전 선택된 목표 웨이퍼 두께에 도달했을 때, 컵 그라인딩 디스크들의 추가 공급이 종료되고, 웨이퍼는 계속 회전하는 컵 그라인딩 디스크들 아래에서 다수의 추가 회전들을 통해 회전되며; 이 절차 동안, 컵 그라인딩 디스크들의 공급력이 소멸되고 컵 그라인딩 디스크들은 재료-제거하는 개입(engagement)으로부터 제거된다(스파크 아웃). 웨이퍼들에 그들의 평면-평행 형태를 부여하는 유일한 이 스파크 아웃이다.
DDG에 의해 가공된 웨이퍼들은 특징적인 교차-그라인딩이다. 그라인딩 휠들의 축들의 공선성(collinearity) 및 또한 웨이퍼의 평면 평행성의 정도는, 이러한 교차-그라인딩의 균일성에 기초하여 평가될 수 있으며, 몇몇 각초(angular seconds) 영역에서 축 경사를 서로 적응시킴으로써 조정될 수 있다.
웨이퍼의 기하학적 구조, 다시 말해, 공간에서의 그것의 모양은, 항상 그것의 두께와 형상에 의해 완전히 설명될 수 있다. 웨이퍼의 뒷면과 앞면 사이의 지점들에서 거리가 측정되는 경우, 거리들은 두께를 설명하는 영역의 높이를 형성한다. 두께로부터, 두께 관련 특성 변수들, 예를 들어 TTV(total thickness variation) 또는 GBIR(global back-referenced indicator reading)이 도출 가능하다. 웨이퍼의 형상은 중간 표면(median surface)에 의해 설명된다. 중간 표면은 힘이 없는(force-free) 웨이퍼의 모든 중성 섬유(neutral fiber)들을 포함하는 영역이다. 중성 섬유는 바가 구부러지거나 비틀어질 때 길이가 변하지 않는 바 단면의 층 또는 섬유이다. 보다　구체적으로, 중성 섬유는 구부리거나 비틀었을 때 인장 응력과 압축 응력이 서로 정확히 균형을 이루는 위치이다. 형상으로부터, 형상 관련 특성 변수들을, 예를 들어, 회귀 평면(regression plane)으로부터 중간 표면의 가장 큰 편차와 가장 작은 편차 사이의 차이로서, 휨(warp), 또는 회귀 평면으로부터 중간 표면의 보상 회전 포물선의 정점의 편차(부호를 가짐)로서, 보우(bow), 또는 중간 표면의 공간적으로 높은 통과 필터링된 재현으로서의 파상도를 도출하는 것이 가능하다. 명확한 파상도 프로파일은, 따라서, 공간 로우 패스 필터링이 수행되는 공간 제한 주파수, 품질 및 필터 차수(filter order)에 대한 진술을 항상 필요로 한다. 회귀 평면은 최소 제곱 방법에 따라 형성된다.
슬러리 와이어 슬라이싱과 다이아몬드 와이어 슬라이싱 모두에서, 각자의 재료의 제거는, 제거 속도, 생성된 거칠기, 및 표면 손상에 따라 국부적인 통계적 분포에 영향을 받는다. 슬라이싱 프로세스에 의해 형성된 웨이퍼들의 주요 표면들은, 따라서, 웨이퍼들의 앞면과 뒷면에 서로 대응하는 위치들에서 빈도, 깊이 및 성질에 의해 통계적으로 상이하게 분포된 표면 결함들을 갖는다. 각 결함은 스트레인(strain)의 원인이 된다. 이 주제는, 예를 들어, JP 08 274 050 A에서도 다뤄지고 있다. 웨이퍼들의 앞면과 뒷면의 대응하는 영역들의 상이한 응력들은, 웨이퍼 표면 내에 결과적인 잔류 측방향 전단 응력들을 초래하며, 이는 웨이퍼의 탄성 곡률을 야기한다. 이러한 웨이퍼의 탄성 변형은, 스트레인-유도된 뒤틀림(warpage)이라고도 지칭된다.
가공 종료 시에, DDG 가공 시작 시 탄성적으로 만곡된 웨이퍼의 앞면과 뒷면은 가공 종료 시에 실제로 서로 평면-평행하지만, 웨이퍼는 탄성적으로 응력을 받으며 남아 있다. 웨이퍼는 하이드로 패드들로부터 제거된 후 이완되며, 이 시점에서, 이는 균질한 두께를 가질 뿐만 아니라 비평면 형상을 갖는다. 이러한 웨이퍼들은 요구가 많은 애플리케이션들에는 적합하지 않다.
웨이퍼의 평탄도는 또한, 앞면과 뒷면 사이의 구조적 성질(거칠기) 및/또는 결정 성질(균열들, 모자이크들, 전위들)의 차이들의 결과로서 고통받는다. 차이들은, DDG 가공 동안 재료 제거에 있어서의 차이들을 초래하며, 그 결과, 그라인딩 동안, 웨이퍼가 한쪽의 하이드로 패드들 사이의 중간 표면으로부터 축 방향으로 밀려나므로, 더 이상 축 방향으로 제약력이 없는 방식으로 가공되지 않는다.
극도로 평평한 형태를 갖는 웨이퍼들을 제공하는 것을 목표로 하는, 다양한 동작 시퀀스들이 알려져 있다. US 2002/0016072 A1 및 US 6,376,395 B2는 동시 양면 래핑(lapping) 또한 포함하는 시퀀스들을 설명한다. 추가 래핑은 이러한 시퀀스들을 비경제적으로 만든다.
US 6,491,836 B1, US 6,376,335 B1 및 US 6,066,565는 유사하게 비경제적인 시퀀스들을 설명한다.
US 2006/0252272 A1은 (a) 쏘잉, (b) 에지 라운딩 및 (c) 래핑을 포함하는 동작 시퀀스를 설명하며, 에지 라운딩 후 웨이퍼는 알칼리로 세정된다.
세정과 에칭 사이에서 만들어질 일반적인 구분이 있다: 세정은, 그 자체를 손상시키거나 워크피스 표면을 수정하지 않고, 워크피스 표면으로부터 이물질들을 제거한다. 세정의 경우, 따라서, 워크피스 자체로부터의 재료의 제거가 없으며, 특히, 워크피스의 두께와 형상은 변경되지 않는다. 에칭의 경우, 반대로, 워크피스로부터의 재료의 제거가 있다.
US 2009/0203212 A1은 쏘잉과 그라인딩으로 구성된 동작 시퀀스를 설명하며, 쏘잉된 웨이퍼의 표면으로부터 중금속들을 제거할 의도로, 그라인딩 전에 세정이 수행된다. 또한, 이 목적을 위해, 상승된 온도(60℃ 내지 90℃)에서 암모니아(NH4OH) 및 과산화수소(H2O2)를 이용한 RCA SC1 세정이 제안된다.
목적
본 발명의 목적은, 그들의 앞면과 뒷면의 특히 높은 정도의 평면 평행성, 및 그들의 표면들에서 낮은 수준의 결정 및 구조적 결함들을 갖는 웨이퍼들을 산출하는 경제적인 방법을 제공하는 것이다.
달성
목적은, 반도체 재료의 원통형 잉곳 - 잉곳은, 축 및 축에 평행하고 잉곳의 측면 내에 있는 인덱싱 노치를 가짐 - 으로부터 웨이퍼들을 생산하는 방법에 의해 달성되며, 방법은, 지정된 순서로,
(a) 절단제의 존재 하에서 다중 와이어 슬라이싱에 의한 원통형 잉곳으로부터의 다수의 웨이퍼들의 동시 제거;
(b) 20℃ 내지 50℃의 온도에서 그리고 체류 시간 동안 에칭조 내에서 알칼리성 에칭제를 이용한 웨이퍼들의 에칭 - 웨이퍼들 각각으로부터 제거된 재료는 초기 웨이퍼 두께의 5/1000보다 더 작음 - ; 및
(c) 환형 연마재 커버를 도구로서 이용한 동시 이중 디스크 그라인딩에 의한 웨이퍼들의 그라인딩을 포함한다.
DDG에 의한 웨이퍼들의 그라인딩은, 원통형 잉곳으로부터 웨이퍼들을 동시에 제거한 후, 웨이퍼들의 앞면과 뒷면의 첫 번째 기계적 작업이다.
다중 와이어 슬라이싱에서, 인접한 두 개의 와이어 가이딩 롤러들 사이에서, 서로 평행하게 그리고 와이어 가이딩 롤러들의 축들에 수직하게 연장되는 와이어 섹션들의 평면 웹이 형성되는 그러한 방식으로, 와이어는 서로 평행하게 배치된 축들을 갖는 적어도 두 개의 원통형 와이어 가이딩 롤러들 주위에서 나선형으로 가이드되며, 이 와이어들의 웹은 잉곳을 향한다. 공급 장치에 의해, 잉곳은, 와이어 웹과 접촉하게 되는 방식으로 와이어 웹에 수직하게 공급되고, 공급이 계속되면, 와이어 섹션들은, 그들의 축들을 중심으로 한 와이어 가이딩 롤러들의 동방향 회전에 의해, 그리고 연마 절단제의 존재 하에, 잉곳에 대한 상대적인 이동으로 잉곳을 통해 작업되고, 이렇게 함에 따라 재료를 제거한다.
동시 이중 디스크 그라인딩의 경우, 웨이퍼는 웨이퍼의 인덱싱 노치에 맞물리는 노치 핑거가 있는 회전 유지 링에서 방사상으로 가이드되고, 회전되며, 또한 두 개의 하이드로 패드들 사이에서 축 방향으로 가이드된다. 동시에, 서로 동일 선상에 배치되고 웨이퍼의 축에 평행한 축들을 가지며 각각 환형 연마재 커버를 갖는 반대로 회전하는(contrarotating) 컵 그라인딩 디스크들은, 두 개의 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면으로 공급되어, 웨이퍼의 앞면과 뒷면으로부터 재료의 동시 제거를 초래한다.
에칭은, 다음 화합물 중 하나 이상이 용해된 에칭조에서 수행될 수 있다: 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및/또는 수산화테트라메틸암모늄(TMAH, N(CH3)4OH). 과산화수소와 같은 산화제는 웨이퍼 표면으로부터 재료를 제거하는 데 방해가 되므로 알칼리성 에칭제의 구성 성분이 아니다. 알칼리성 에칭제의 농도는 0.5 내지 10wt%, 바람직하게는 1 내지 5wt%일 수 있다. 온도는 20℃ 내지 50℃, 바람직하게는 25 내지 40℃일 수 있다. 에칭조에서 웨이퍼들의 체류 시간은 0.5분 내지 15분, 바람직하게는 1분 내지 6분일 수 있다.
다중 와이어 슬라이싱은 슬러리 와이어 슬라이싱일 수 있으며, 이 경우 와이어는 0.8wt% 내지 1wt%의 탄소 함량을 갖는 과공정 스틸(피아노 와이어)로 구성될 수 있으며, 50㎛ 내지 175㎛의 직경을 가질 수 있다. 연마 절단제는 바람직하게는 글리콜 내 7㎛ 내지 13㎛의 입자 크기를 갖는 탄화규소(SiC)의 슬러리이다. 와이어는 매끄러운 와이어 또는 구조화된 와이어일 수 있다. 다중 와이어 슬라이싱은, 대안적으로, 다이아몬드 와이어 슬라이싱으로서 수행될 수 있고, 이 경우 사용되는 와이어는 0.8wt% 내지 1wt%의 탄소 함량을 갖고 50㎛ 내지 120㎛의 직경을 갖는 과공석(hypereutectoid) 스틸 와이어이다. 절단제는 바람직하게는 4㎛ 내지 20㎛의 입자 크기를 갖는 다이아몬드들을 포함하고, 이들은, 예를 들어, 합성 수지 바인딩에 의해 또는 기계적으로, 니켈과의 전기도금 바인딩에 의해, 예를 들어, 와이어의 표면에 형태 맞춤식으로 압착/롤링하여, 와이어의 표면 내에 고정된다.
다중 와이어 슬라이싱은, 단방향 와이어 이동 또는 와이어 이동 방향의 반전과 함께 일어날 수 있다. 필그림 모드 슬라이싱 방법(와이어 왕복 슬라이싱)에 의한 다중 와이어 슬리이싱에 대한 선호가 주어지며, 여기서 와이어는 와이어 가이딩 롤러들 주위에서 다수의 방향 반전 쌍들(pairs of directional reversals)로 이동되고, 여기서 방향 반전 쌍은, 각각의 경우에 제1 길이만큼 제1 길이 와이어 방향으로 이동하는 것, 및 제1 길이 와이어 방향과 정확히 반대되는 제2 방향으로 제2 길이만큼 후속 이동하는 것을 포함하고, 제1 길이는 제2 길이보다 크도록 선택된다.
동시 이중 디스크 그라인딩(DDG)의 경우 컵 그라인딩 디스크들의 연마재들은 세라믹적으로, 합성 수지로 또는 금속적으로 본딩될 수 있다. 세라믹 본딩이 선호된다. DDG의 경우 연마재들의 평균(mean) 입자 크기는 0.5㎛ 내지 12㎛, 바람직하게는 1.5㎛ 내지 6㎛일 수 있다.
발명의 방법에 의해, 위치에 따른 형상의 변화(파상도)와 관련하여 그리고 공간 내의 그들의 형상의 측면에서 특히 도전적인(challenging) 요구사항들을 만족하는 반도체 재료의 웨이퍼들을 생산하는 것 또한 특히 가능하다. 이러한 웨이퍼들은, 예를 들어, 사실상 중립적인 형상을 갖는 웨이퍼들을 포함한다.
발명에 대한 포괄적인 설명
발명은, 도면들, 발명 예시들 및 비교 예시들을 참조하여 이하에서 포괄적으로 설명된다.
도 1 와이어 쏘의 요소들
도 2 동시 이중 디스크 그라인딩을 위한 장치의 요소들
도 3 웨이퍼의 파상도 프로파일 및 형상 및 두께를 갖는 다이어그램
(A) 비교 예시: 다중 와이어 슬라이싱 후(에칭 없이)
(B) 발명 예시: 다중 와이어 슬라이싱 및 후속 에칭 후
도 4 웨이퍼들의 DDG 작업 동안 최대 스핀들 전류의 다이어그램
도 1은 발명의 방법을 이해하는 데 중요한 와이어 쏘의 요소들을 나타낸다. 와이어(1)는, 두 개의 와이어 가이딩 롤러들(3 및 4) 사이에서, 서로 평행하게 연장되는, 와이어의 섹션들(2)로부터 당겨진 웹(11)으로, 이동 방향(9)으로 스톡(새로운 와이어 코일, 미도시)으로부터 공급된다. 와이어 웹(11)은, 내마모성 코팅(27)의 홈들(18)에서, 와이어 가이딩 롤러들 주위로 나선형으로 가이드되는 와이어에 의해 형성된다. 홈들(18)은, 와이어 가이딩 롤러들(3 및 4)의 축들(5 및 6)에 수직인 평면들에서, 서로 실질적으로 일정한 거리들에서 쌍으로 평행하게 연장되고 각각 닫혀있다. 와이어 웹(11)을 통과한 후, 와이어는 이동 방향(10)으로 와이어 웹을 떠나 스톡(사용된 와이어 코일, 미도시)으로 공급된다.
와이어 가이딩 롤러들(3 및 4)의 그들의 축들(5 및 6)을 중심으로 한 동방향 회전(7 및 8)은 와이어 웹(11)의 와이어 섹션들(2)을 이동시키며, 이는 워크피스(12)에 대해 방향(13)으로 서로 평행하게 연장된다. 축(14)을 갖는 반도체 재료의 원통형 잉곳인 워크피스(12)는, 본드라인(16)에 의해 쏘잉 바(15)에 연결되고, 공급 장치(미도시)를 이용하여 와이어 웹에 방향(17)으로 공급된다. 축(14)과, 좌측 와이어 가이딩 롤러(3) 및 우측 와이어 가이딩 롤러(4)의 축들(5 및 6)은 서로 평행하게 배향된다. 소위 잘못 배향된 웨이퍼들이 요구되는 경우, 축(14)은 와이어 가이딩 롤러들의 축들에 대해 기울어질 수도 있다. 워크피스(12)에는, 축(14)을 방사상으로 가리키고 축(14)과 평행하게 연장되는 인덱싱 노치(26)가, 그것의 측면에 제공된다.
와이어 웹(11)은, 웹이 워크피스 상으로 방향(13)으로 그 위에서 이동하는 워크피스(12)의 측부 상에, 노즐(19)에 의해, 배출 개구들(21)을 통해서 절단제의 분출(22)의 대상이 된다. 슬러리 와이어 슬라이싱 방법에 의한 다중 와이어 슬라이싱의 경우, 와이어(1)는 매끄럽거나 구조화된 피아노 와이어로서 그것의 표면 자체에 초기에 연마재들을 포함하지 않으며, 절단제는 연마재가 없는 슬러리이다. 다이아몬드 와이어 슬라이싱 방법에 의한 다중 와이어 슬라이싱의 경우, 와이어(1)는 그것의 표면이 절단제들로서 고정 연마재(fixed abrasive)들을 포함하는 매끄러운 피아노 와이어이고, 분출(22)은 그 자체가 어떤 연마재도 포함하지 않는 절단 유체로 구성된다. 양방향 와이어 이동을 갖는 다중 와이어 슬라이싱의 경우, 예를 들어, 필그림 모드 슬라이싱 방법에서와 같이, 와이어는 워크피스 상으로 방향(13)에서 상반되게(reciprocally) 이동한다. 이 경우, 노즐(19)뿐만 아니라, 노즐(19)의 반대편에 놓이는 노즐(20)도 있으며, 노즐(20)은 와이어 웹을 절단제/절단 유체의 분출(23)의 대상으로 한다. 필그림 모드 슬라이싱 방법의 경우, 와이어 웹(11)의 이동 방향(13)에 따라 노즐들(19 및 20)이 교대로 또는 연속적으로 동작될 수 있다. 연속 동작이 선호된다.
워크피스(12)가 와이어 웹(11)에 수직인 방향(17)으로 공급됨으로써 워크피스가 처음 와이어 웹과 접촉하게 된다. 워크피스의 계속된 공급과 함께, 절단제가 있는 상태에서 와이어 웹의 와이어 섹션(2)의 워크피스에 대한 상대적으로 이동으로, 와이어 섹션들이 워크피스(12)로부터 재료를 제거한다. 구체적으로, 공급은 먼저 공급 방향(도 1에 미도시)으로 와이어 섹션들의 약간의 새깅(sagging)을 생성하고, 따라서 와이어의 탄성으로 인한 탄성력들이 초기(primary) 절단 영역(24)에 공급 방향과 반대되는 와이어 섹션들의 힘을 가한다. 이 힘은, 와이어와 워크피스 사이에 위치된 연마 고형물들이 워크피스 재료에 침투하게 하고, 와이어와 워크피스 사이의 상대적인 이동은,　그　다음, 워크피스　재료로부터 절단 재료를　분리하여, 이에 따라 재료를 제거한다. 이러한 방식으로, 각 와이어 섹션은 슬라이싱 커프(25)를 형성한다. 와이어 웹(11)이 워크피스(12)를 완전히 통과하여 작동하고 쏘잉 바(15) 내에 완전히 놓이게 될 때, 슬라이싱 절차가 종료된다. 와이어 웹이 워크피스와 처음 접촉하는 지점(컷인)과 주요 절단 영역(24) 사이의 거리가 절단 깊이라고 지칭된다.
다중 와이어 슬라이싱 후, 결과 웨이퍼들은 본드라인(16) 및 쏘잉 바(15)의 잔여물들로부터 분리된다.
도 2는 동시 이중 디스크 그라인딩(DDG)을 위한 장치의 요소들의 분해된 표현을 도시하며, 이러한 요소들은 발명의 방법을 이해하는 데 중요하다. 작업을 위한 웨이퍼(43)는 수신기로서 캐리어 링(38)에 놓인다. 캐리어 링(38)에, 가이드 링(39)이 클램핑되며, 가이드 링(39)의 두께는 DDG 작업 후의 웨이퍼의 목표 두께보다 작다. 가이드 링은 노치 핑거(42)를 가지며, 이는 웨이퍼(43)의 인덱싱 노치에 맞물린다. 캐리어 링(38)은, 방향(40)으로 회전하는 롤러들(59)에 의해 방사상으로 가이드되어, 캐리어 링(38)을 그것의 중심 축을 중심으로 회전(41)하도록 배치한다. 노치 핑거(42)는 인덱싱 노치를 통해 이 회전(41)을 웨이퍼로 전달한다. 웨이퍼(43)는, 반경 방향 유극(radial play)을 갖고, 캐리어 링(38)의 가이드 링(39)에 느슨하게 삽입되어, 웨이퍼의 탄성 변형을 야기할 수 있는 반경 방향 강제력이 웨이퍼에 가해지지 않도록 한다. 좌측 스핀들(28) 및 우측 스핀들(29)은, 이들의 축들(44 및 45)이 서로 동일 선상에 있고 웨이퍼의 중심 축에 평행하게 배향되며, 각각 그라인딩 톱니(34)의 링이 있는 좌측 컵 그라인딩 디스크(32) 및 우측 컵 그라인딩 디스크(33)를 가지며, 이 중 하나는 웨이퍼(43)의 앞면을 향하고 다른 하나는 웨이퍼(43)의 뒷면을 향한다. 스핀들들의 축들(44 및 45)은 웨이퍼(43)의 중심 축에 대해 그라인딩 톱니(43)의 링들의 외측 반경만큼 옮겨져, 그라인딩 톱니 링의 외측 에지가 웨이퍼의 중심 축을 통과하도록 한다.
축 방향으로, 웨이퍼(43)는 두 개의 하이드로 패드들(35 및 36) 사이에 유체 정역학적으로 장착되며, 하나는 웨이퍼의 앞면을 향하고 다른 하나는 웨이퍼의 뒷면을 향한다. 웨이퍼의 중간 표면이 그 회귀 평면과 대략적으로 동일하게 제공되면, 즉 웨이퍼가 심한 곡률이나 파상도를 갖지 않도록 제공되면, 중간 표면은, 이에 따라, 하이드로 패드들 사이의 중앙 평면에 대해 동일 평면적으로 연장된다. 그 경우, 하이드로 패드들은, 웨이퍼에 임의의 축 방향 강제력을 가하지 않으며, 웨이퍼는 축 방향으로 탄성적으로 변형되지 않는다. DDG 작업의 경우, 회전 그라인딩 스핀들들(28 및 29)은 구동된 캐리어 링(39)에 의한 웨이퍼의 연속된 회전과 함께, 하이드로 패드들(35 및 36) 사이의 중앙 평면으로 대칭적으로, 이에 따라, 웨이퍼(43)의 중간 표면에 대칭적으로 공급되며, 컵 그라인딩 휠들이 웨이퍼와 접촉할 때, 그라인딩 톱니(34)가 양쪽에서 동시에 웨이퍼(43)로부터 재료를 제거한다. 하이드로 패드들의 각자의 뒷면(37)으로부터 하이드로 패드들에 물이 공급된다.
컵 그라인딩 휠들이 웨이퍼와 처음 접촉할 때, 컵 그라인딩 휠들은 먼저 웨이퍼로부터 재료의 환형 제거를 발생시키며, 이 환형 제거는 웨이퍼 중심으로부터 웨이퍼 에지까지 연장된다. 컵 그라인딩 휠들의 직경은 웨이퍼의 반경보다 다소 크기 때문에, 컵 그라인딩 휠들은 웨이퍼 에지를 약간 넘어 연장되고, 이는 제거된 재료가 재료 제거 구역으로부터 분리(take off)되는 것을 허용한다. 그라인딩 스핀들들은 중공 스핀들들로 구성된다. 두 개의 회전 액체 통로들(미도시)에 의해, 컵 그라인딩 휠들에 중공 스핀들들의 보어들(60)을 통해 물이 공급되며, 이 물은, 냉각 윤활제로서, 재료 제거 그라인딩 톱니(34)를 냉각시키고 웨이퍼로부터 제거된 재료를 이송한다. 각 시점에서 도구가 웨이퍼 표면의 일부만을 커버하기 때문에, DDG는 서브애퍼처(subaperture) 방법이라고 불린다. 캐리어 링에 의해, 컵 그라인딩 디스크들 사이에서 웨이퍼를 회전시키는 것에 의해서만, 전체 웨이퍼 표면이 연속적으로 커버되고 작업될 수 있다. 작업 동안 웨이퍼 표면에 접근 가능하기 때문에, 웨이퍼(43)의 순간적인 두께는, 예를 들어, 웨이퍼의 외측 주변부에 맞물리는 양면 게이지(캘리퍼 게이지, 미도시)에 의해, 원위치에서(in situ) 연속적으로 측정될 수 있다.
목표 두께에 도달했을 때, 양면 게이지가 멀리 회전되고, 그라인딩 스핀들들의 추가 공급이 종료되며, 컵 그라인딩 디스크들이 계속 회전하면서 웨이퍼가 회전된다. 이것은, 웨이퍼 주위에서 나선형으로 작동하며 축 방향으로 웨이퍼 안으로 확장되는 재료의 제거를, 웨이퍼의 전체 표면에 대한 평면적인 재료의 제거로 전환한다. 워크피스로의 재료 제거 맞물림에 필요한, 스핀들 공급으로부터 발생하는 전단력은, 천천히 소멸되고, 다이아몬드들로 구성된 컵 그라인딩 디스크들의 연마 입자들은 워크피스로부터 분리된다. 이 절차는 스파크 아웃이라고 지칭된다. 양면 게이지에 남아있는 임의의 트랙들 또한 이 절차에서 제거된다. 스파크 아웃의 종료 시에, 컵 그라인딩 휠들이, 그 다음, 그들의 그라인딩 톱니 링들의 전체 둘레로, 웨이퍼의 평면 표면 상에 평평하게 놓이기 때문에, 교차-그라인딩 패턴이 웨이퍼의 양쪽에 형성된다.
발명의 기초는 아래에 제시된 일련의 관찰들과 실험들에 있다:
첫 번째, 원소 분석에 의해, 단결정 실리콘으로 만들어진 웨이퍼들의 표면은, 슬러리 와이어 슬라이싱 후, 쏘잉 와이어 상의 황동 코팅의 마모로 인한 구리의 농도를 나타내며, 이 농도는 상온에서 단결정 실리콘 내에서의 구리의 최대 부피 용해도를 상당히 초과하는 것으로 관찰되었다. 깊이 프로파일 분석은, 구리가 수 마이크로미터 두께의 층에만 존재한다는 것을 보여줬다. 다중 와이어 슬라이싱 후, 웨이퍼의 손상된 표면 아래에 있는 부피에서 임의의 증가된 구리 농도를 검출할 수 없었다는 사실로부터, 발명자들은 와이어 쏘잉된 웨이퍼의 손상된 표면이, 구리의 이동성을 감소시키고 손상되지 않은 결정성을 가진 웨이퍼 부피로의 침투를 방지하는 게터(getter)의 역할을 한다고 결론지었다.
두 번째, 다중 와이어 슬라이싱 직후의 휨(warp)은, 이 재료 제거 작업의 결과로서, 경험적으로 알려진, 휨 감소 정도, 및 추가 재료 제거 작업 후의 휨 전체를 합한 것보다 실질적으로 더 크다는 것이 관찰되었다. 이것으로부터, 다중 와이어 슬라이싱 직후에, 웨이퍼는, 고르지 않은 절단 프로파일들로 인한 그것의 소성 변형에 더해, 비대칭적인 앞면/뒷면 거칠기 또는 결정 손상에 의해 야기되는 탄성 변형이 큰 비중을 차지한다고 결론지었다. 모든 표면 근처의 결정 붕괴들의 전체가 표면 아래 손상이라고 지칭된다. 표면 아래 손상으로 인한 탄성 스트레인-유도된 휨은, 스트레인-유도된 뒤틀림이라고도 불린다.
추가 재료 제거 작업을 위해, 40℃에서 4wt% 수산화칼륨 용액에서의 2분 에칭이 선택되었다. 재료의 제거는, 정밀 저울로, 에칭 제거 전과 후의 웨이퍼 무게 차이로부터 결정되었으며, 에칭 처리의 결과로서 두께에 있어서 이치에 맞는 감소가 초래되었다.
세 번째, 구리의 부피 내로의 침투를 방지하고 게터 역할을 하는 손상된 표면층이 대부분 제거되었을 때, 에칭된 웨이퍼들의 부피 내에서 증가된 구리 농도가 관찰되었다.
네 번째, 매우 낮은 수준들의 에칭 제거에서도, 탄성 스트레인-유도된 뒤틀림이 실질적으로 감소될 수 있음이 관찰되었다. 반도체 웨이퍼의 부피 내로 구리가 침투하는 것을 방지하는, 남아있는 여전히 손상된 층을 완전히 제거하지 않고, 다중 와이어 슬라이싱으로 인한 탄성 스트레인-유도된 뒤틀림이 효과적으로 제거되는 것을 허용한, 재료의 제거를 위한 조건들이 결정되었다.
다섯 번째, 이러한 조건들 하에서 에칭에 의해 뒤틀림이 줄어든 웨이퍼는, 에칭되지 않은 웨이퍼보다, 후속 DDG 작업 후, 실질적으로 더 낮은 휨을 갖는다는 것이 관찰되었다. 이러한 목적을 위해, 슬라이스된 것과 실질적으로 동일한 수준들의 휨을 갖는, 동일한 다중 와이어 슬라이싱 동작으로부터의 웨이퍼들은, 에칭되거나 처리되지 않고 남아 있고, DDG 그라인딩이 이어지며, 휨의 측정이 재개되었다.
도 3은, (동일한 웨이퍼를) (A) 에칭하기 전 및 (B) 에칭한 후, 절단 깊이에 걸친 슬러리 와이어 슬라이싱 후의 300mm 웨이퍼의 두께 프로파일(46 및 49)(상단 다이어그램들, THK = 두께) 및 형상 프로파일(47 및 50)(하단 다이어그램들, SHP = 형상)을 보여준다. 에칭 전에, 웨이퍼는 절단 방향에서 선형 스캔을 따라 상당히 휘어진 형상 프로파일(47)을 갖는다. 선형 형상 범위(LSR, 변형의 최소에서 최대)는 약 22㎛이다. 에칭 후, 형상 프로파일(50)에 따라 LSR은 약 4㎛로 떨어졌다. 두께 프로파일들(46과 49)의 차이는 1 내지 2㎛의 재료의 제거에 대응한다. 웨이퍼의 총 두께는 평균 895㎛이다. 두께의 상대적 감소는, 따라서, 오직 1.5/895
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1.7‰였다. 에칭은 웨이퍼를 40℃에서 4wt% 수산화칼륨 용액에 4분간 담그는 방식으로 일어났다. 초기에는 비교적 낮은 에칭 속도로 자연 산화물이 제거되기 때문에, 처음 30초 동안은 재료의 유의미한 제거가 관찰되지 않았다(H2 기포들이 형성되지 않음). 원하는 재료의 제거는, 에칭제의 농도, 에칭조의 온도, 및 에칭조 내 웨이퍼의 체류 시간에 의해, 정밀하게 설정될 수 있다.
도 3은 또한, 슬러리 와이어 슬라이싱 직후(A) 및 추가 에칭 처리 후(B) 웨이퍼의 파상도 프로파일(48 및 51)(하단 다이어그램들, WAV = 파상도)을 보여준다. 파상도(WAV)는, 각 절단 깊이(DOC)에 대해, 절단 깊이를 따라 10mm 길이의 측정 윈도우 내에서 각자의 형상 프로파일의 최대와 최소 간의 차이를 결정하고, 결과들을 절단 깊이 축의 측정 윈도우의 시작점에 대해 파상도(WAV) = |f(SHP)|로 플롯함으로써, 확인되었다. 최대와 최소 간의 차이가 결정되는, (10mm 대신) 0으로 가는 영역의 폭에 대해, 파상도(WAV)는 위치에 따른 형상 프로파일의 첫 번째 도출(derivation)에 대응할 것이다. 파상도(WAV)에 대한 지정된 측정 프로토콜은, 공간 코너 주파수 f0 = 1/10mm로 형상 프로파일의 공간 고역 통과 필터링에 대응한다. 위치 공간에서의 WAV는 "박스카 평균(boxcar averaging)"(외부 값들의 하드 컷오프)을 사용하여 확인되므로, (위치) 주파수 공간에서 매우 높은 품질과 차수의 빗형 필터(comb filter)에 대응한다. (추가적으로, 박스카 한계들을 벗어난 값들이 가중치 감소와 함께 고려되는 경우, 필터 차수와 필터 품질은, 대역 외 값들의 이러한 감소하는 가중치가 실행되는 함수에 따라 감소된다.)
발명에 따른 웨이퍼의 에칭에 관계없이, DDG에 의해 작업되기 전에, 다중 와이어 슬라이싱 후 결정 손상이 있는 표면층은, 여전히 존재하는 게터 효과가 웨이퍼의 부피에 구리가 확산되는 것을 효과적으로 방지하는 한 유지되어야 한다. 이것은, 4.5㎛의 재료 제거에 대응하는, 895㎛의 두께에 대하여, 원래 두께의 5/1000을 초과하지 않는 제거의 경우에 적용되는 것으로 고려될 수 있다. 에칭 제거는, 다른 한편으로는, 결정 손상의 정도 및 깊이와, 거칠기의 국부적인 앞면/뒷면 비대칭의 결과로서의 웨이퍼의 탄성 휨을 보상할 수 있을 정도로 또한 충분히 높아야 한다.
자연 산화물의 두께와 성질(화학량론적, 밀도), 이에 따른 초기 에칭 단계의 정밀한 지속 기간은, 슬라이싱, 즉 웨이퍼의 표면의 생성과, 에칭 사이의 정말한 대기 시간, 이러한 동작들에서 우세한 주변 조건들(온도, 대기 습도), 손상 정도(실리콘 결정 격자의 뒤틀림), 및 도핑(실리콘 본드들의 전하 분포의 차폐)과 최대 약 2 nm의 양들에 의존적이다. 웨이퍼들은 바람직하게는 그들의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 에칭되어야 한다 - 다시 말해, 에칭에 담그기 위한 그리고 에칭으로부터의 제거를 위한 시간은, 에칭 내 전체 체류 시간에 비해 극도로 짧아야 한다. 알칼리성 에칭제를 이용한 웨이퍼들의 에칭에 의해 달성되는 재료의 제거는, 바람직하게는 웨이퍼당 적어도 0.3㎛, 바람직하게는 웨이퍼당 적어도 0.5㎛이다. 탄성 뒤틀림-유도된 변형을 갖는 특정 웨이퍼의 경우, 단지 0.5㎛ 재료 제거만으로도 상당한 탄성 이완을 달성하기에 충분했다.
고체 실리콘 바디에서 온도에 따라 증가하는 불순물들, 특히 구리의 확산 속도를 고려하면, 에칭조의 온도는 50℃를 넘지 않아야 한다.
여섯 번째, 알칼리성 에칭제, 예를 들어 수산화칼륨으로 에칭하는 것이 산성 에칭제, 예를 들어 질산으로 에칭하는 것보다 더 적합하다는 것이 관찰되었다. 알칼리성 에칭제를 이용한 에칭은 이방성이고; 산성 에칭제을 이용한 에칭은 등방성이다. 알칼리성 에칭제를 이용한 에칭은 (100) 배향을 갖는 실리콘 표면들 상에 작은 4면 피라미드들을 생성하며, 이러한 피라미드들은 웨이퍼의 표면을 거칠게 하여 이를 DDG 그라인딩 휠에 맞물림을 위한 재현 가능한 표면으로서 제공한다.
일곱 번째, DDG를 이용한 웨이퍼의 그라인딩 동안, 알칼리성 에칭제로 에칭이 미리 수행되지 않은 경우, 컵 그라인딩 휠들은 일반적으로 웨이퍼의 앞면과 뒷면으로부터 재료의 비대칭적 제거를 초래하는 것으로 관찰되었다. 비대칭이 너무 뚜렷하여, 한쪽 그라인딩 휠이 제거를 초래하는 반면, 반대쪽 그라인딩 휠들은 사실상 제거 없이 웨이퍼의 표면 위로 미끄러질 수 있다. 재료의 제거에서의 비대칭 정도는, 예를 들어, 레이저 마킹이 있는 웨이퍼들을 앞면에서 한 번, 뒷면에서 한 번 그라인딩함으로써, 그 사이에 웨이퍼를 뒤집음으로서, DDG를 사용하여, 관찰될 수 있다. 레이저 마킹이 딥 마크로 이루어진 경우, 레이저 마킹에서 지점들의 깊이는 약 100㎛이므로, 따라서, DDG 그라인딩 동안 양면에서 일어나는 총, 예를 들어 70㎛의 재료 제거보다 더 깊다. 이것은, 레이저 마킹 지점들의 깊이 측정이, 재료의 제거의 측면 분해 측정에 매우 적합하게 한다. 선택된 그라인딩 디스크들과 DDG 그라인딩의 운동학적(kinematic) 파라미터들의 경우, 알칼리성 에칭제를 이용한 사전 에칭 없이, 재료의 총 제거 비율과 관련하여, 재료의 뒷면에 대해 앞면에서, 20% 내지 100%의 비대칭이 발견되었다(한쪽만이 제거 대상임).
재료의 비대칭 제거의 일부는, DDG와 연관된 운동학에 할당될 수도 있다. 그라인딩 절차 동안 연속적인 마모의 결과로서 그라인딩 휠들의 샤프닝(sharpening)은 운동학적 이유들로 약간 비대칭이다. 컵 그라인딩 디스크들은 반대 방향들로 회전하고(도 2의 회전 방향들(30 및 31)), 웨이퍼의 에지를 통해 안쪽을 향해 중앙으로 그라인딩하는 그라인딩 휠(회전 방향(30)을 갖는 도 2의 좌측 그라인딩 휠(32))은, 더 높은 마모로 인해, 안쪽으로 더 큰 샤프닝을 겪고, 이는, 그라인딩 휠 바인딩에서 나오는 연마 그릿으로, 날카로운 웨이퍼 에지에 대해 작동하며, 웨이퍼의 에지를 향해 바깥쪽으로 그라인딩하는 그라인딩 휠(회전 방향(31)을 갖는 도 2의 우측 그라인딩 휠(33))보다 웨이퍼로부터의 더 높은 재료 제거를 발생시키기 때문이다. 이 현상은, 그러나, 스핀들들을 하이드로 패드들의 중앙 평면에 완전히 대칭적으로 공급하지 않지만, 대신에, 이들을, 바깥쪽으로 그라인딩하는 그라인딩 휠의 방향으로 축 방향으로 두 개의 컵 그라인딩 디스크들의 마모에서 사전 결정된 차이의 양만큼 중앙 평면에 평행하게 이동된 평면에 공급함으로써 보상될 수 있다.
재료의 비대칭적 제거는 또한, 그라인딩 디스크들의 사전 선택된 회전 속도를 유지하기 위해 필요한 인버터들의 전력 소비로부터 판독될 수 있다. 여기서, 더 낮은 전력 소비(더 낮은 스핀들 전류)는, 더 자발적으로 그라인딩하는 그라인딩 휠에 대응하고, 더 높은 전력 소비(더 높은 스핀들 전류)는, 덜 쉽게 그라인딩하는, 무딘 그라인딩 휠에 대응한다.
도 4는 일련의 웨이퍼들의 DDG 그라인딩 동안의 최대 전류 소비의 곡선들(52와 53)(암페어 단위)을 보여준다. 곡선(52)(LMC, 좌측 최대 전류)는 바깥쪽으로 그라인딩하는 그라인딩 휠이 있는 좌측 스핀들에 할당되고, 곡선(53)(RMC, 우측 최대 전류)은 안쪽으로 그라인딩하는 그라인딩 휠이 있는 우측 스핀들에 할당된다. 가로 좌표는 그라운드 웨이퍼들의 일련 번호를 보여준다. 영역(54)에서, 제1 비교 예시에서, 슬러리 와이어 슬라이싱 후 에칭되지 않은 웨이퍼들이 먼저 그라인딩되었고; 그 다음, 영역(55) 내의 제1 예시에서, 슬러리 와이어 슬라이싱 후에 발명에 따라 에칭된 웨이퍼들이 그라인딩되었고; 마지막으로, 영역(56)에서, 다시, 제2 비교 예시에서 에칭되지 않은 웨이퍼들이 그라인딩되었다. 영역들(54 및 56)에서는 ,스핀들 전류들이 크게 상이하고, 그라인딩 디스크들은 상이한 절단을 위한 준비도(readinesses) 및 날카로움(sharpnesses)을 가지며, 앞면과 뒷면에서 웨이퍼들로부터의 재료 제거의 결과적인 속도들은 크게 상이하고, DDC 작업 후 웨이퍼들의 고르지 않은 형상의 결과를 갖는다.
발명에 따른 절차를 나타내는 영역(55)에서, 스핀들 전류들은 거의 보상되고; 그라인딩 휠들 둘 다는 대략적으로 동일한 절단을 위한 준비도 및 날카로움을 가지며; 웨이퍼들의 양면들에서의 결과적인 재료의 제거는 대체로 대칭적이다. 스핀들 전류들에서 남아있는 약간의 차이(61)는 DDG 그라인딩의 운동학에 근거하여 예상되는 양에 대응한다. 회전 스핀들 속도는 6000/분이었고, 회전 웨이퍼 속도는 35/분이었다. 이 약간의 차이는 다른 스핀들의 회전 속도에 비해 바깥쪽으로 그라인딩하는 그라인딩 휠이 있는 스핀들의 회전 속도에 있어서의 약간의 증가에 의해 여전히 보상될 수 있다.
에칭되지 않은 웨이퍼들로부터 에칭된 웨이퍼들로, 다시 에칭된 웨이퍼들로부터 에칭되지 않은 웨이퍼들로 전환될 때 스핀들 전류들의 지점들(57 및 58)은 그라인딩 디스크들이 웨이퍼 표면에 처음 맞물리는 초기 샤프닝의 효과를 보여준다. 각 "터치다운"(컵 그라인딩 디스크와 웨이퍼 표면 사이의 첫 접촉)에서 컵 그라인딩 디스크들의 초기 샤프닝은, 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 성질들이 상이할 때 컵 그라인딩 디스크들에 대해 상이하며, 초기 샤프닝이 적은 컵 그라인딩 디스크는 더 빨리 움직임이 둔해지고(clogged) 더 빨리 무뎌진다. 다중 와이어 슬라이싱 후 웨이퍼 표면의 에칭은, 이전에 비대칭적으로 손상된 웨이퍼들의 앞면과 뒷면을 균질화하고, 이들에, 컵 그라인딩 디스크들 둘 다에 의한 대칭적이고 균형 잡힌 그라인딩을 허용하는 균일한 모폴로지를 제공한다. 전환은 여기서 각각의 경우에 오직 하나의 웨이퍼에 대해서만 DDG 그라인딩 내에서 일어난다.
1 와이어
2 와이어 섹션
3 좌측 와이어 가이딩 롤러
4 우측 와이어 가이딩 롤러
5 좌측 와이어 가이딩 롤러의 축
6 우측 와이어 가이딩 롤러의 축
7 좌측 와이어 가이딩 롤러의 회전 방향
8 우측 와이어 가이딩 롤러의 회전 방향
9 와이어 공급
10 와이어 분리
11 와이어 웹
12 워크피스
13 와이어 웹의 이동
14 워크피스 축
15 쏘잉 바
16 본드라인
17 와이어 웹에 워크피스를 공급하는 방향
18 홈
19 좌측 절단 유체 노즐
20 우측 절단 유체 노즐
21 절단 유체를 위한 배출 개구들
22 좌측 분출
23 우측 분출
24 주된 절단 영역
25 슬라이싱 커프
26 인덱싱 노치
27 내마모성 코팅
28 좌측 그라인딩 스핀들
29 우측 그라인딩 스핀들
30 좌측 스핀들의 회전 방향
31 우측 스핀들의 회전 방향
32 좌측 컵 그라인딩 휠
33 우측 컵 그라인딩 휠
34 그라인딩 톱니
35 좌측 하이드로 패드
36 우측 하이드로 패드
37 뒷면
38 캐리어 링
39 가이드 링
40 캐리어 링 드라이브의 회전 방향
41 캐리어 링의 회전 방향
42 노치 핑거
43 웨이퍼
44 좌측 스핀들 축
45 우측 스핀들 축
46 두께 프로파일
47 형상 프로파일
48 다중 와이어 슬라이싱 후의 절단 깊이에 걸친 웨이퍼의 파상도(waviness)의 프로파일
49 두께 프로파일
50 형상 프로파일
51 파상도 프로파일
52 곡선
53 곡선
54 영역
55 영역
56 영역
57 지점
58 지점
59 캐리어 링을 위한 드라이브 롤러들
60 중공 스핀들 내의 보어
61 차이
DDGS 동시 이중 디스크 그라인딩(Simultaneous double-disk grinding)
DMWS 다이아몬드 와이어 MWS(Diamond wire MWS)
DOC 절단 깊이(Depth of cut)
ETCH 에칭 (알칼리성 또는 산성)
LMC 좌측 그라인딩 스핀들의 최대 전류 소비(좌측 최대 전류; left max current)
MWS 다중 와이어 슬라이싱(Multi-wire slicing)
RMC 우측 그라인딩 스핀들의 최대 전류 소비(우측 최대 전류; right max current)
SHP 웨이퍼의 형태(SHaPe)
SMWS 슬러리 MWS
THK 웨이퍼의 두께(THicKness)
WAV 웨이퍼의 파상도(WAViness)

Claims (12)

  1. 반도체 재료의 원통형 잉곳(ingot) - 상기 반도체 재료의 원통형 잉곳은, 축 및 상기 축에 평행하고 상기 잉곳의 외측 표면 내에 있는 인덱싱 노치(indexing notch)를 가짐 - 으로부터 웨이퍼들을 생산하는 방법에 있어서, 지정된 순서로,
    (a) 절단제(cutting agent)의 존재 하에서 다중 와이어 슬라이싱에 의한 상기 원통형 잉곳으로부터의 다수의 웨이퍼들의 동시 제거;
    (b) 20℃ 내지 50℃의 온도에서 그리고 체류 시간 동안 에칭조 내에서 알칼리성 에칭제를 이용한 상기 웨이퍼들의 에칭 - 상기 웨이퍼들 각각으로부터 제거된 재료는 초기 웨이퍼 두께의 5/1000보다 더 작음 - ; 및
    (c) 환형 연마재 커버(annular abrasive covering)를 도구로서 이용한 동시 이중 디스크 그라인딩에 의한 상기 웨이퍼들의 그라인딩
    을 포함하는, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리성 에칭제는 상기 에칭조 내에서 용해되는 비금속 양이온 또는 알칼리 금속의 수산화물인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알칼리성 에칭제는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화테트라메틸암모늄(TMAH, N(CH3)4OH), 및 이들 혼합물들 중, 적어도 두 개의 화합물을 포함하는 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼들의 체류 시간은 0.5분 내지 15분인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭조 내의 상기 알칼리성 에칭제의 농도는 0.5 내지 10wt%이고 웨이퍼당 제거되는 재료는 4.5㎛ 이하인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  6. 제4항 및 제5항에 있어서,
    상기 온도는 25℃ 내지 40℃이고, 상기 체류 시간은 1분 내지 6분이며, 상기 에칭조 내의 상기 알칼리성 에칭제의 농도는 2wt% 내지 6wt%인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어 슬라이싱은 슬러리 와이어 슬라이싱으로서 수행되고, 상기 와이어는 0.8wt% 내지 1wt%의 탄소 함량을 갖고 50㎛ 내지 175㎛의 직경을 갖는 과공석(hypereutectoid) 스틸 와이어이고, 상기 절단제는 글리콜 내 7㎛ 내지 13㎛의 입자 크기를 갖는 탄화규소(SiC)의 슬러리인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와이어는 구조화되고, 와이어 축에 수직인 방향들로 다수의 오목부들 및 돌출부들을 갖는 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어 슬라이싱은 다이아몬드 와이어 슬라이싱으로서 수행되고, 상기 와이어는 0.8wt% 내지 1wt%의 탄소 함량을 갖고 50㎛ 내지 120㎛의 직경을 갖는 과공석 스틸 와이어이며, 상기 절단제는 4㎛ 및 20㎛의 입자 크기를 갖는 다이아몬드들을 포함하고, 상기 다이아몬드들은, 합성 수지 바인딩에 의해 또는 기계적으로, 니켈과의 전기도금 바인딩에 의해 상기 와이어의 표면 내에 고정되는 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어는 와이어 가이딩 롤러들 주위에서 다수의 방향 반전 쌍들(pairs of directional reversals)로 이동되고, 방향 반전 쌍은, 각각의 경우에 제1 길이만큼 제1 길이(longitudinal) 와이어 방향으로 이동하는 것, 및 상기 제1 길이 와이어 방향과 정확히 반대되는 제2 방향으로 제2 길이만큼 후속 이동하는 것을 포함하고, 상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 크도록 선택되는 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환형 연마재 커버는, 세라믹적으로 본딩되고 0.5㎛ 내지 12㎛의 입자 크기를 갖는 다이아몬드를 포함하는 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 입자 크기는 1.5㎛ 내지 6㎛인 것인, 웨이퍼들을 생산하는 방법.
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