KR101434000B1 - 와이어 톱질 공정 - Google Patents

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캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 절단 슬러리 중 연마 입자와 절단 와이어 사이의 결합을 증가시킴으로써 기판을 절단함에 있어서 와이어 톱의 절단 성능을 증가시키는 방법을 제공하며, 이러한 향상은 절단 슬러리 중 증점제의 사용에 의해서 또는 연마 입자의 절단 와이어에 대한 끌림을 증가시킴으로써 야기된다.

Description

와이어 톱질 공정 {WIRE SAW PROCESS}
본 발명은 웨이퍼링 기술 분야에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 방법은 와이어 톱 또는 다른 장치 상의 절단 와이어의 연마 범위를 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.
와이어 톱질은 그의 일반적으로 매우 적당한 깊이를 인식하여 "웨이퍼"라 불리는 반도체 재료의 얇은 기판을 제조하기 위한 주된 방법이다. 웨이퍼는 집적 회로 및 광-전지 산업에서 필수적이다. 이러한 산업에서 "웨이퍼링"되는 통상적인 기판 재료는 다른 물질들 중에서도 규소, 사파이어, 탄화 규소, 질화 알루미늄, 텔루륨, 실리카, 비화 갈륨, 인화 인듐, 황화 카드뮴, 게르마늄, 황화 아연, 회색 주석, 셀레늄, 붕소, 요오드화 은 및 안티몬화 인듐을 포함한다.
전형적인 와이어 톱질 공정은 기판 재료의 괴를 가로질러 와이어를 당기는 것을 수반하는데, 이는 웨이퍼로 되지 않은 상태에서 통상적으로 불 (boule) 또는 잉곳(ingot)이라 불린다. 와이어는 전형적으로, 몇가지 예를 들면, 스틸, 철, 금속 합금, 복합재, 자성 물질, 다이아몬드, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 황동, 니켈, 티탄, 및 구리 중 1종 이상을 포함한다. 절단은 와이어와 기판 재료의 계면에 연마 입자를 적용함으로써 그 효율이 증가된다. 이를 위해, 폴리에틸렌 글리콜과 50 중량%의 탄화 규소 연마제와 같은 표준의 절단 슬러리를 톱질 도중 계면 위에 펌핑한다. 표준 절단 슬러리 조성물에 사용되는 다른 연마성 입자는 다른 것들 중에서도 탄화 규소, 다이아몬드, 산화 철, 산화 주석, 산화 세륨, 실리카, 산화 알루미늄, 탄화 텅스텐 및 탄화 티탄 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 절단 슬러리 중 연마제의 일부는 그것이 불(boule)의 표면을 가로질러 당겨질 때 와이어를 따른다. 그렇게 할 때, 연마 입자는 불에서 기판 재료의 일부를 제거하도록 작용하고, 그럼으로써 절단을 더 넓히고 깊게 하며, 절단이 표면에 가까이 평행으로 위치할 경우, 웨이퍼를 수득하게 한다.
한편으로 생각하면, 더욱 효율적인 절단 와이어는 와이어에 고정되거나 그 안에 파묻힌 연마 입자를 포함한다. 예를 들면, 당 분야에 공지된 하나의 절단 와이어는 함침된 다이아몬드 입자를 포함한다.
본 명세서의 이하에 기재된 본 발명은 웨이퍼 기술 분야에 유용한 것이다.
본 발명의 목적은 증점제 기술 또는 전기력 또는 자기력의 조정이 절단 슬러리 중 연마 입자와 절단 와이어의, 그것이 기판의 절단 표면과 접촉할 때의 결합력을 증가시키도록 작용하는 와이어 톱 절단 방법을 제공하기 위한 것이다. 기판은 임의의 재료일 수 있다. 상기 재료는 실리콘 등과 같이, 집적 회로 및 광전지를 위한 웨이퍼-같은 시트에 사용하기 적합한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 기판은 일반적으로 블럭이며, 특히 집적 회로 및 광전지 산업에 있어서, 기판 괴(substrate mass)라 불린다. 상기 기판 괴는 또한 불(boule) 또는 잉곳(ingot)이라 불리며, 단일 물질로 이루어진 것을 포함하여, 아래에 더 설명하는 바와 같이 복합재 또는 또 다른 다양한 재료를 이룬다.
본 발명의 추가의 목적은 슬러리 조성물에 연마 입자, 및 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함하는 절단 슬러리 조성물을 이용하여 와이어 톱으로 기판을 절단하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 연마 입자는 절단 슬러리 전체에 현탁되고, 따라서 향상된 보관-수명을 갖는 콜로이드 안정성 조성물을 제공한다. 상기 콜로이드 안정성은 캐리어 유체에 증점제를 가하는 것에 의해 수득된다. 증점제는 몇가지 예를 들면, 크산탄 검(XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 구아 검, 메틸셀룰로오스 및 다당류를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 절단 슬러리 조성물 내 연마 입자가 정전기적으로 또는 자기력에 의해 끌려 기판의 절단 이전 또는 도중에 절단 와이어 위에 집중되는, 와이어 톱으로 기판을 절단하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 기재된 기판은 임의의 재료일 수 있다. 하나의 구현예에서, 연마 입자는 절단 슬러리 pH를 연마 입자, 와이어 피복, 연마 피복, 또는 와이어 자체의 등전점(IEP)과 같지 않은 값으로 조정 및 조절함으로써 전하를 띤다. 전하를 띤 연마 입자는 절단 와이어의 반대-전하를 띤 표면으로 끌려온다. 이러한 정전기적 표면 인력이 그 자리에서 고정된 연마 와이어의 형성을 초래한다. 본 발명의 본 구현예에서, 웨이퍼링 도중 점성의 절단 슬러리에 대한 필요성은 감소되거나 제거된다. 더욱이, 보다 낮은 점도를 갖는 절단 슬러리는 본 발명에 사용되는 연마 입자와 와이어 사이의 인력이 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 생성할 수 있는 속도를 증가시킨다. "그 자리에서 고정된 연마 와이어"라는 용어는, 본 명세서에서 후술하는 힘의 적용과 동시에 연마 입자가 거기에 부착되는, 본 발명의 맥락에서 유용하게 사용되는 와이어를 의미하도록 사용된다. 보다 낮은 점도는 또한 절단 슬러리 조성물을 더욱 쉽게 펌프질할 수 있게 하고, 물과 같은 더욱 저가의 유체가 절단 슬러리 조성물 중 캐리어 유체로 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 와이어를 구비하는 단계; 및 (b) 상기 와이어에, 연마 입자, 및 절단 슬러리 조성물에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함하는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계를 포함하는, 절단 와이어 상의 마모를 감소시키는 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 상기 연마 입자는 100을 초과하는 절대 경도를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 그 마모 속도는 증점제를 포함하지 않는 제2 절단 슬러리 조성물에 비하여 더 낮다.
본 발명의 구현예에 다수의 장점이 존재한다. 먼저, 연마 입자가 절단 와이어의 작업 표면에 끌리기 때문에, 절단 슬러리 조성물에 보다 적은 연마제가 필요할 수 있다. 뿐만 아니라, 와이어 마모 속도의 감소로 인하여, 본 발명의 방법에 보다 작은 직경의 절단 와이어가 사용될 수 있다. 보다 작은 직경의 절단 와이어를 사용하는 것은 절단 작업에서 절단 손실((kerf loss)을 감소시키며, 따라서 불로부터 더 많은 웨이퍼가 제조되도록 할 것이다.
본 발명의 추가의 목적 및 응용, 및 본 발명의 더욱 완전한 이해는 이하의 도면 및 상세한 설명에 나타낸다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따르는 절단 와이어(62) 및 연마 입자(60)를 도식적으로 보여준다.
도 2는 에틸렌 글리콜 (EG), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 크산탄 검(XG)을 포함하는 본 발명의 절단 슬러리 조성물의 비교 콜로이드 안정성을 보여주기 위해, 수 일 동안 측정된 침강 높이 (임의 단위) 대 시간의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 방법과 물질을 이용할 때, 사용된 연마 입자의 경도와 절단 속도 사이의 정비례 관계를 보여주는 절단 속도 (mm2/분) 대 절대 경도의 그래프이다.
본 발명은 기판의 와이어 톱 절단의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 연마 입자와 절단 와이어의 결합을 증가시키도록 최적화된 절단 와이어 - 절단 슬러리 조합을 이용하여, 연마 입자가 절단 와이어와 톱질되는 기판 사이에 머무르며 그 양자와 접촉을 유지하게 하는 가능성을 증가시킨다.
본 발명의 절단 방법이 적용되는 기판은 임의의 재료일 수 있다. 바람직하게는, 상기 기판은 다른 물질들 중에서도 규소, 사파이어, 탄화 규소, 질화 알루미늄, 텔루륨, 실리카, 비화 갈륨, 인화 인듐, 황화 카드뮴, 게르마늄, 황화 아연, 회색 주석, 셀레늄, 붕소, 요오드화 은 및 안티몬화 인듐 중 1종 이상이다. 더욱 바람직하게는, 상기 기판은 규소 또는 사파이어이다. 가장 바람직하게는, 기판은 규소이다.
하나의 구현예에서, 본 발명은 증점제 기술 및/또는 절단 슬러리 및 절단 와이어에 적용되는 전기력 또는 자기력의 조정을 수반한다. 본 발명의 효과적인 사용은 절단 와이어를, 와이어가 적용될 절단 표면에 접촉하기 전 또는 접촉할 때, 그렇지 않으면 푸슬푸슬하였을 연마 입자로, 피복되거나 결합되게 하는 결과를 가져온다. 연마 입자에 의한 와이어의 이러한 피복을 여기에서는 그 자리에서 고정된 연마 와이어라 한다.
본 발명에 사용하기 적합한 연마 입자는 기판을 절단하기 충분한 경도를 갖는 물질을 포함한다. 충분한 경도는 일반적으로, 바람직하게 절단되는 기판의 경도와 관련하여 결정되며, 여기에서 적합한 연마 입자는 기판의 것보다 큰 경도 값을 갖는다. 경도는 광물학 분야에 공지되어 있는 모스 (Mohs) 척도를 기준으로 인식된 재료를 긁을 수 있는 물질의 능력에 측정될 수 있다. 모스 척도는 증가하는 경도를 갖는 10 개의 무기물을 기준으로 한다. 시험된 물질의 경도는, 시험된 물질이 긁을 수 있는 모스 척도의 가장 단단한 재료 및/또는 시험된 물질을 긁을 수 있는 가장 연한 재료의 서수 번호로 정의된다. 본 논의를 위해 모스 척도의 관련되는 부분에서, 모스 경도 7 내지 10을 정의하도록 사용된 물질은 각각 석영 (SiO2), 토파즈 (Al2SiO4(OH-, F-)2), 강옥 (Al2O3) 및 다이아몬드(C)이다. 따라서, 석영을 긁을 수는 있지만 토파즈를 긁지는 못하는 재료는 7.5의 모스 척도 상의 경도를 갖는다고 한다.
모스 경도의 이러한 상대적 척도는 광물학 연구를 위해 일반적으로 사용가능한 기기인 경도계를 이용하여 절대 경도를 측정함으로써 개선될 수 있다. 이는 시험되는 재료 위에 압력을 가하여 그것이 긁힘이 생길 때까지 움직이는 다이아몬드 점에 대하여 누르도록 함으로써 경도를 측정하는 데 사용된다. 압력의 크기는 시험되는 재료의 경도의 직접적인 지침으로 기록된다. 경도계를 이용하여, 모스 척도 7 내지 10을 정의하는 무기물의 경우 절대적인 경도 값은 각각 100, 200, 400 및 1600이다.
본 발명의 맥락에서 유용하게 사용되는 연마 입자를 정의함에 있어서, 연마 입자는 7을 초과하는 모스 경도 또는 100보다 큰 절대 경도를 갖는다. 모스 척도에서 7보다 큰 경도를 갖는 본 발명에 사용되는 연마 입자의 요건은, 하기 실시예 8에 나타내듯이, 실리카 입자가 통상의 방법 및 본 발명의 방법에 근거한 슬러리 매질을 이용하여 규소 불을 효과적으로 절단할 수 없음이 관찰되는 것에 기인한다. 더욱 바람직하게는, 연마 입자의 모스 경도는 적어도 8이며, 이러한 입자는 200 이상의 절대 경도를 갖는다. 더 더욱 바람직하게는, 상기 모스 경도는 7.5 내지 10 사이이다. 또 하나의 바람직한 구현예에서, 연마 입자는 8 이상의 모스 경도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 사용되는 연마 입자의 모스 경도는 8 내지 10 사이 또는 8.5 내지 9.5 사이이다.
절대 경도 측정에 있어서, 본 발명의 맥락에서 사용되는 바람직한 연마 입자는 100을 초과하는 경도계 눈금을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 연마 입자의 절대 경도는 1600 이하, 더 더욱 바람직하게는 1250 이하이며; 이들 경우 중 어느 하나에서, 명기된 절대 경도 값은 그 최소값이 실리카의 절대 경도보다는 적어도 큰 범위의 최대값을 정의한다. 바람직하게는, 연마 입자의 최소 절대 경도는 150, 200, 250, 300, 350 또는 400이다. 더 더욱 바람직하게는, 연마 입자는 150 내지 1600 사이, 150 내지 1250 사이, 200 내지 1250 사이, 300 내지 1250 사이, 400 내지 1250 사이, 500 내지 1250 사이, 750 내지 1250 사이, 또는 1000 내지 1250 사이의 절대 경도를 갖는다. 더 더욱 바람직하게는, 연마 입자는 대략적인 최소값으로 400 내지 750 사이에서 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000 또는 900의 최대값에 이르는 절대 경도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 최소 경도는 600 내지 750 사이이다. 바람직한 구현예에서, 연마 입자는 석영, 토파즈 또는 강옥의 것을 초과하는 경도 성질을 갖는다. 또 하나의 바람직한 구현예에서, 연마 입자는 석영의 것의 대략 120%인 경도 성질을 가지며, 더욱 바람직하게는, 연마 입자는 토파즈 또는 강옥의 것의 80% 내지 120% 사이인 경도 성질을 갖는다. 또 다른 구현예에서, 연마 입자는 다이아몬드의 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%에 근접하는 경도 성질을 갖는다.
본 발명에 사용되는 연마 입자의 경도는, 절단 방법에 적용되는 기판의 경도와 적어도 같아야 한다. 유사한 크기 및 형태의 연마 입자를 고려할 때, 절단 속도는 사용되는 연마 입자의 경도에 직접적으로 의존한다. 즉, 연마 입자가 더 단단할 수록, 절단 속도는 더 빠르다. 따라서, 규소 불을 절단하기 위해서, 예를 들면, α-알루미나로 이루어진 연마 입자를 사용하여 35 내지 50 mm2/분의 절단 속도를 실현할 수 있다. 더 단단한 연마 입자, 말하자면, 탄화 규소 또는 탄화 붕소로 된 것을 사용하면, 75 내지 125 mm2/분의 절단 속도를 실현할 수 있다. 도 3에 도시되고 실시예 8에 논의된 바와 같이, 절대 경도와 절단 속도 사이에는 원하는 절단 속도를 선택할 수 있도록 정비례의 관계가 존재하며, 그에 의해 본 발명의 맥락에서 바람직하게 사용되는 연마 입자의 적절한 경도를 결정할 수 있다.
바람직하게는, 적합한 재료는 조정될 수 있는 자기 또는 전기적 성질을 갖는다. 연마 입자를 형성하는 데 유용하게 사용되는 물질은 탄화 규소, 다이아몬드, 산화 철, 산화 주석, 탄화 텅스텐, 탄화 붕소, 질화 붕소 및 탄화 티탄을 비제한적으로 포함한다. 바람직한 물질은 탄화 규소이다. 연마 입자의 입자 크기는 바람직하게는 1 nm 내지 500 μm, 더욱 바람직하게는 500 nm 내지 250 μm, 더 더욱 바람직하게는 1 μm 내지 100 μm, 가장 바람직하게는 5 μm 내지 50 μm의 직경 범위이다.
본 발명의 또 하나의 구현예에서는, 적어도 연마 입자, 캐리어 유체, 및 증점제를 포함하는 절단 슬러리 조성물이 사용된다. 상기 캐리어 유체는 수성 또는 비수성일 수 있으며; 바람직하게는, 캐리어 유체는 수성이다. 적합한 수성 캐리어 유체는 물과 알킬렌 글리콜을 포함한다. 본 발명의 맥락에서 사용되는 바람직한 알킬렌 글리콜은 에틸렌 글리콜 (EG), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 및 폴리프로필렌 글리콜 (PPG)을 포함한다. 더욱 바람직한 캐리어 유체는 물, EG 및 PPG이고; 더 더욱 바람직한 것은 물이다.
증점제는 바람직하게는 전단 없이 또는 낮은 전단에서 높은 점도의 특징을 가지며, 와이어 톱질 작업의 맥락에서 경험하는 것과 같은 보통 내지 높은 전단 조건에서는 감소되었지만 안정한 점도를 갖는다. 본 발명의 맥락에서, 이러한 특징을 "전단 점도 감소"라 정의하는데, 이는 전단력의 증가에 따라 슬러리 점도가 감소하는 현상이다. 반대의 유체 성질을 "전단 점도 증가"라 하는데, 이 경우 점도는 전단력이 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 증점제는 그것이 첨가될 유체의 점도를 증가시킴으로써, 예를 들면 입자 현탁 및 캐리어 유체의 와이어 피복 성질을 향상시킨다. 더욱이, 이러한 특징은 절단 슬러리 제품에 콜로이드 안정성을 부여한다. 뿐만 아니라, 바람직한 증점제는 절단 슬러리에 전단 점도 감소의 성질을 부여한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 증점제는 절단 공정 도중 절단 슬러리에 전단 점도 감소를 부여하고, 절단 와이어 및 기판 계면으로 이송되는 연마 입자의 양을 증가시킨다. 이러한 성질을 갖는 임의의 적합한 증점제가 본 발명에 바람직하게 사용된다. 바람직한 증점제는 또한 이온 강도 또는 절단 슬러리의 온도 변화에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 즉, 바람직한 증점제는 긴 보관-수명 및 보관 및 절단 조건 하의 안정성에 기여하는 특징을 갖는다. 본 발명에 사용되는 바람직한 증점제는, 몇가지 예를 들면, 크산탄 검 (XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 구아 검, 전분, 셀룰로오스, 메톡시에틸 셀룰로오스, 및 메틸셀룰로오스를 비제한적으로 포함한다. 다른 다당류도 증점제로 유용하게 사용된다. 더욱 바람직한 증점제는 XG 및 HEC를 포함하며; 가장 바람직한 것은 XG이다.
증점제는 바람직하게는 0.1% 내지 1%, 더욱 바람직하게는 0.2% 내지 0.75%; 더 더욱 바람직하게는 0.25% 내지 0.6%의 중량 백분율 범위에서 상기 캐리어 유체에 첨가된다. XG가 증점제로 선택될 경우, 바람직한 중량 백분율은 적어도 0.1%, 더욱 바람직하게는 상기 중량 백분율은 0.1% 내지 0.7% 범위, 더 더욱 바람직하게는 상기 중량 백분율은 0.2% 내지 0.4% 사이의 범위이다. HEC가 증점제로 선택될 경우, 바람직한 중량 백분율은 0.1% 내지 1% 사이의 범위; 더욱 바람직하게는 상기 중량 백분율은 0.1% 내지 0.7% 사이의 범위; 더 더욱 바람직한 중량 백분율은 적어도 0.25%이다.
본 발명에 사용되는 바, 절단 슬러리 조성물에 존재하는 연마 입자는 바람직하게는 조성물의 10% 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 20% 내지 70%; 더 더욱 바람직하게는 30% 내지 60%, 가장 바람직하게는 45% 내지 55%를 구성한다. 하나의 구현예에서, 절단 슬러리 조성물은 45% 내지 55 중량%의 탄화 규소(SiC)를 포함하는데, 이는 0.3% 내지 0.4 중량%의 XG의 존재 하에 캐리어 유체로 바람직하게 이루어진 슬러리 매질에서 안정화될 수 있다. 슬러리 매질에 사용되는 바람직한 캐리어 유체는 물, 및 EG, PEG, PPG 등과 같은 폴리알킬렌 글리콜, 및 이들의 조합을 포함한다.
절단 와이어는 기판을 절단하는 도중 마모되며, 이는 절단 와이어와 절단되는 기판 사이의 마찰력에 의한 것으로 보인다. 절단 슬러리를 위해 선택된 증점제가 와이어 상의 마모 속도에 영향을 준다. 바람직하게는, 연마 입자를 안정하게 유지시키는 능력을 갖는 절단 슬러리 조성물 중 증점제를 사용함으로써, 그것이 절단 표면에 놓이는 양을 증가시킨다. 본 발명의 증점제는 절단 슬러리에 전단 점도 감소 특성을 부여한다. 바람직한 증점제의 효과는 절단 와이어의 감소된 마모 속도를 초래하거나 그와 관련된다. 마모의 속도는 절단 슬러리 조성물에 포함된 증점제의 선택 외에는 본 발명의 맥락에서 사용된 것과 동일한 재료 및 방법을 사용할 경우 절단 와이어의 파괴의 속도를 비교함으로써 바람직하게 평가된다. 그렇지 않으면, 절단 슬러리 조성물에 포함된 바람직한 증점제의 존재 또는 부재 하에 사용 시간의 경과에 따른 절단 와이어의 직경을 측정함으로써 마모 속도를 평가할 수 있다. 따라서, 절단 와이어의 마모 속도를 감소시키는 방법에 있어서, 절단 시간에 걸쳐 절단 슬러리 조성물 중에 전단 점도 감소 특성을 부여하는 증점제가 바람직하게 포함된다.
하나의 구현예에서, 절단 와이어에 대한 연마 입자의 목표화는 예를 들면 정전기력과 같은 인력과 반발력의 적용과 함께 수행된다. 절단 슬러리에서 존재하는 정전기력은 연마 입자 상의 표면 전하로 파악될 수 있다. 절단 슬러리 중 연마 미립자에 의해 나타난 총 전하는 슬러리 매질의 pH를 조절함으로써 조절될 수 있다. 연마 입자 상의 총 전하를 조절하는 또 하나의 방법은 전하를 띤 분자를 상기 연마 입자와 결합시키는 것이며; 바람직하게는, 상기 전하를 띤 분자는 중합체이다. 예를 들면, 양이온성 또는 음이온성 중합체가 상기 연마 입자에 피복되거나 흡착될 수 있다. 그러한 중합체의 예는 폴리아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (폴리DADMAC) 및 폴리[(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드(폴리MADQUAT)를 비제한적으로 포함한다.
그 연마 입자가 정전기력에 의해 절단 와이어로 끌리도록 의도된 절단 슬러리의 경우, pH 척도 상에서 연마 입자의 등전점(IEP)의 위치를 확인하는 것이 바람직하다. IEP에서, 개개의 연마 입자들 사이의 반발력은 최소화되며, 이는 연마 입자들로 하여금 전형적인 입자의 근원적인 판 데르 발스 (van der Waals) 인력으로 인하여 응집되게 할 수 있다. 판 데르 발스 힘은 특정의 연마 재료에 대하여 고유하며, 조정될 수 없다. 일반적으로, 절단 슬러리 pH가 IEP로부터 멀수록, 연마 입자의 표면 전하는 더 크며, 이들 모두는 동일하며 따라서 그들끼리 반발성일 것이다. 이러한 반발력은 연마 입자의 응집을 최소화한다. 결과적으로, 상기 반발력은 또한 절단 슬러리 조성물의 안정성에 기여한다. 조성물의 안정화를 이해하기 위한 또 하나의 기술적 접근은 당 분야에 이해되는 바와 같이 제타 전위를 측정함으로써 이루어진다. 어느 한 방향에서 IEP로부터 2 내지 3 pH 단위값에서, 입자 당 총 전하의 쿨롱 반발이 동일 입자들 사이의 판 데르 발스 힘을 극복하도록 각각의 연마 입자와 결합된 충분한 총 전하가 존재한다. 결과적으로, 절단 슬러리 조성물의 안정화와 일치하는 제타 전위 값이 그러한 콜로이드에서 계산될 수 있다. 연마 입자에서 예를 들면 ±20 mV의 제타 전위가 안정화를 위해 일반적으로 충분하다. 그의 연장된 보관-수명 특성을 위해서 뿐만 아니라, 톱질 도중 연마 입자와 절단 와이어 사이의 조절된 상호작용 또한 촉진 시키기 위해 안정화된 절단 슬러리 조성물을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 국면에 따르면, 연마 입자를 포함하는 수성 절단 슬러리가, 와이어 톱을 사용하는 폴리결정성 규소 불의 웨이퍼링을 위해 사용된다. 연마 입자는 웨이퍼 공정에 사용되는 스틸 절단 와이어 상에 바람직하게 집중된다. 연마 입자의 농도는 도 1에 나타낸 바와 같이 정전기적 인력으로 인해 일어나는 것으로 생각된다. 거기에 나타나듯이, 음의 전하를 띤 연마 입자(60)는 스틸 절단 와이어(62)의 양의 전하를 띤 표면에 정전기적으로 끌려온다. 정전기적 표면 인력이 그 자리에서 고정된 연마 와이어(64)의 형성을 바람직하게 초래한다.
연마 입자(60)은 위에 기재된 것들 중 임의의 것일 수 있다. 절단 슬러리 매질의 pH는 와이어와 연마 입자(60)의 각각의 IEP와 떨어져 있도록 선택된다. 바람직하게는, 절단 슬러리 매질 pH는 와이어 및 연마 입자 상의 총 전하가 반대가 되도록 선택된다.
절단 와이어로 사용되는 재료는 임의의 금속 또는 복합재일 수 있다. 바람직하게는, 상기 재료는 스틸, 스테인레스 스틸, 피복된 스틸, 또는 금속 클래딩을 갖는 스테인레스 스틸; 더욱 바람직하게는, 상기 재료는 스테인레스 스틸 또는 피복된 스틸이다. 하나의 구현예에서, 절단 와이어 재료는 총 표면 전하를 강화하는 제2 물질로 분무-피복된다. 예를 들면, 와이어 상에 양의 총 표면 전하를 향상시키는 폴리에틸렌이민(PEI)이 절단 와이어 위에 분무될 수 있다. 통상적으로 사용되는 다른 와이어-피복 재료는 다른 것들 중에서도, 왁스, 중합체, 입체-부착된 연마 입자, 자성 물질, 자기력으로-부착된 연마 입자, 및 정전기적으로-부착된 연마 입자를 비제한적으로 포함한다. 특히, 본 발명에서 와이어 피복으로 사용되기 적합한 중합체성 물질은 폴리(디알릴디메틸아크릴아미드), 폴리아크릴산, 및 폴리메타크릴산을 비제한적으로 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 와이어-피복 물질은 폴리아크릴산 또는 폴리(디알릴디메틸아크릴아미드)이다.
본 발명의 또 하나의 구현예에서, 연마 입자는 입자-주입된 와이어 피복을 사용함으로써 절단 와이어와 접촉하게 된다. 상기 구현예에서, 연마 입자는 바람직하게는 점성의 왁스-상 유체에 현탁되어, 입자-주입된 유체를 형성한다. 상기 입자-주입된 유체가 와이어를 피복하도록 하는 속도로, 스틸 절단 와이어를 상기 입자-주입된 유체를 통해 잡아당겨, 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 수득한다. 상기 구현예에서, 입자-주입된 유체와 더불어, 와이어를 피복하는 입자-주입된 유체의 수명과 효과를 극대화하기 위해 톱질 도중 냉각 유체가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 국면에서, 전기적으로-편향된 스틸 절단 와이어는 그 와이어를 연마제로 효과적으로 피복하기 위해, 도 1에 나타낸 바와 같이 정전기를 띤 SiC 연마 입자의 용기를 통해 잡아당기는 것이 바람직하다. 이것이 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 수득하게 한다. 상기 구현예에서, 절단 시스템의 온도 조절을 위해 톱질 도중 별도의 냉각 유체가 바람직하게 사용된다.
본 발명의 또 하나의 구현예에서, 자성화된 또는 자성의 연마 입자가 수성의 절단 슬러리에 포함된다. 자성화된 또는 자성의 연마 입자는 상기 절단 슬러리가 사용될 때 자성에 의해 끌려 스틸 절단 와이어 상에 집중된다. 자성화된 연마 입자를 위해 사용되는 적합한 재료는 페라이트, 스틸 및 카르보닐 철을 비제한적으로 포함한다. 바람직하게는, 페라이트가 사용된다. 기판의 톱질 도중, 자성화된 또는 자성의 연마 입자는 스틸 절단 와이어에 자성에 의해 끌린다. 두 표면 사이의 자성에 의한 끌림이 그 자리에서 고정된 연마 와이어의 형성을 초래한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 수성 슬러리 중 연마 입자의 대부분은 톱질 도중 스틸 절단 와이어 상에 전기적으로 끌릴 수 있다. 상기 구현예에서, 스틸 절단 와이어는 DC 전압으로 전기적으로 편향된다. 전압은 스틸 와이어가 연마 입자와 반대의 전하를 띠도록 바람직하게 조정되고, 이는 각각 전술한 바와 같은 총 전하를 갖는다. 그 결과, 연마 입자가 와이어로 끌리고 와이어에 또는 와이어 위에 집중되고, 그럼으로써 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 형성한다. 연마 입자 상의 전하는 절단 슬러리의 pH를 조정함으로써 조절된다. 또 다른 국면에서, 상기 연마 입자는 그 총 표면 전하를 증가시키도록 피복되고, 그럼으로써 반대 전하를 가진 와이어에 대한 끌림을 향상시킨다. 미립자 피복 재료는 상기 언급된 피복 재료 중 임의의 것에서 비제한적으로 선택될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 (a) 와이어를 구비하는 단계; 및 (b) 상기 와이어에, 캐리어 유체와 연마 입자를 포함하는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계를 포함하고, 여기에서 (i) 전기력 또는 자기력이 상기 와이어 또는 연마 입자 위에 작용하고; (ii) 상기 연마 입자는 100을 초과하는 절대 경도를 갖는, 와이어의 연마 범위를 향상시키는 방법에 관한 것이다. 상기 구현예에 따르는 방법은 와이어가 전기적으로 편향되거나 와이어가 피복을 포함함으로써 수행될 수 있다. 상기 구현예의 하나의 바람직한 대체 방법에서, 절단 슬러리 조성물은 절단 슬러리에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함한다. 더욱 특별하게는, 상기 방법은 캐리어 유체가 물과 폴리에틸렌 글리콜(PEG)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함함으로써 수행될 수 있다. 본 발명의 또 하나의 변형된 구현예에서, 상기 방법은 연마 미립자 또는 피복의 등전점(IEP)과 동일하지 않은 pH를 가짐으로써 수행된다.
또 하나의 구현예에서, 본 발명은 (a) 절단 와이어를 포함하는 와이어 톱을 구비하는 단계; (b) 절단 슬러리 조성물을 절단 와이어에 적용하는 단계; (c) 기판의 표면을 절단 와이어와 접촉시키는 단계; 및 (d) 절단 와이어와 상기 표면의 상대적 위치를 절단 작용에 부합되게 조정하는 단계를 포함하고, (i) 상기 절단 슬러리 조성물이 연마 입자를 포함하며; (ii) 상기 연마 입자가 상기 절단 와이어에 전기적으로 또는 자기적으로 끌리는, 기판의 절단 방법에 관한 것이다. 상기 구현예에 따르는 방법은 절단 와이어가 전기적으로 편향되었거나 자성이거나 피복을 가짐으로써 수행될 수 있다. 더욱 특별하게는, 상기 방법은, 피복이 왁스, 중합체, 입체-부착된 연마 입자, 자성 물질, 자기력으로-부착된 연마 입자 또는 정전기적으로-부착된 연마 입자로 이루어짐으로써 수행될 수 있다. 상기 구현예의 또 하나의 국면에서, 상기 방법은 절단 슬러리 조성물이 연마 미립자, 피복 또는 와이어의 등전점(IEP)과 같지 않은 pH를 가짐으로써 수행된다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 (a) 와이어를 구비하는 단계; 및 (b) 상기 와이어에 연마 입자, 캐리어 유체, 및 절단 슬러리 조성물에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함하는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 연마 입자가 100을 초과하는 절대 경도를 갖는, 와이어 톱으로 기판을 절단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 상기 구현예의 절단 슬러리를 사용할 때 기판의 절단 속도는 증점제를 포함하지 않는 제2 절단 슬러리 조성물에 비하여 더 크다. 상기 구현예에 따르는 방법은 크산탄 검 (XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 전분, 셀룰로오스 및 메톡시에틸 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함함으로써 수행될 수 있다. 상기 방법은 또한, 연마 입자가 10 중량% 내지 80 중량%의 양으로 존재하여 절단 슬러리가 향상된 콜로이드 안정성을 나타내는 경우에 이루어질 수 있다. 상기 구현예의 바람직한 변법에서, 상기 방법은 절단 슬러리 조성물이 수성인 경우; 더욱 바람직하게는 절단 슬러리 조성물이 0.2% 내지 0.4 중량%의 크산탄 검(XG)을 포함함으로써 수행될 수 있고; 상기 구현예의 또 다른 바람직한 변법에서, 상기 방법은 절단 슬러리 조성물이 수성이고 0.4% 내지 0.6 중량%의 히드록시에틸셀룰로오스(HEC)를 포함함으로써 수행된다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 (a) 와이어를 구비하는 단계; 및 (b) 상기 와이어에 연마 입자 및 절단 슬러리 조성물에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함하는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계를 포함하고, (i) 상기 연마 입자가 100을 초과하는 절대 경도를 가지며; (ii) 마모 속도가 증점제를 포함하지 않는 제2 절단 슬러리 조성물에 비하여 더 낮은, 절단 와이어 상의 마모를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 상기 구현예의 맥락에서 사용되는 증점제는 크산탄 검 (XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 전분, 셀룰로오스 및 메톡시에틸 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함한다. 여기에서 사용되는 증점제는 바람직하게는 XG 또는 HEC이고; 가장 바람직하게는, 사용되는 증점제는 XG이다.
본 발명은 종래 기술의 것에 비하여 여러 면에서 더욱 효율적인 와이어 톱질 방법을 제공한다. 여기에 개시된 방법 및 물질을 이용하여, 더 많은 연마 입자가 와이어를 따라 기판 불 위의 절단 표면에 이르는데, 그 이유는 여기에 개시된 방법이 절단 슬러리 중 연마 입자의 와이어에 대한 결합을 실질적으로 증가시키기 때문이다. 상기 결합은, 그에 의해 두 재료가 기계적 수단 없이 이탈가능하게 서로 결합하는 부착 현상 또는 다른 상호작용일 수 있다. 증가된 결합은 전술한 바와 같이 연마 입자 및 와이어의 정전기적 특성의 조정과 함께 일어난다. 그에 더하여, 또는 대신하여, 증가된 결합은 역시 전술한 바와 같이 본 발명의 증점제를 슬러리 매질에 가하는 것과 함께 일어난다.
웨이퍼링된 기판의 평탄한 단위 표면적 당, 연마 입자의 와이어에 대한 증가된 결합은 다음의 잇점을 제공한다: 더욱 빠른 절단 시간; 절단 슬러리의 감소된 양; 사용되는 연마 입자의 보다 적은 양; 보다 저품질의 연마 입자를 사용할 선택; 보다 가는 직경의 와이어를 사용할 (따라서 절단 손실을 감소) 선택; 증가된 콜로이드 안정성, 그에 의한 절단 슬러리의 증가된 보관-수명; 보다 적은 절단 슬러리의 필요량으로 인하여 감소된 환경 및 폐기/매립 비용.
보다 가는 직경의 와이어를 사용할 수 있게 함으로써, 본 발명의 절단 슬러리는 절단 손실을 감소시킬 수 있으며, 따라서 불로부터 더 많은 웨이퍼가 절단될 수 있다. 이러한 능력은 이하의 실시예 8에 예시된다. 이러한 능력의 경제적 영향은 보다 작은 직경의 와이어가 사용되는 것에 의해 초래되는 보다 높은 효율로 인하여 공정 규모에서 웨이퍼 당 비용을 과감히 감소시킨다. 예시를 위해, 200 mm 및 150 mm 두께의 웨이퍼를 생산하기 위한 공정 스케일의 절단 작업에서 120 μm 대 160 μm 직경의 절단 와이어를 사용함으로써, 12 인치 길이의 규소 잉곳으로부터 각각 11% 및 13% 증가된 수의 웨이퍼가 절단될 것임이 계산될 수 있다. 상기 계산에서, 절단 손실은 와이어 직경과, 연마 입자 크기 및/또는 다른 공정 변수에 의존하는 어떤 값의 합인 것으로 생각되었다. 상기 예시적 실시예에서, 45 μm의 절단 손실이 상기 값으로 선택되었고, 따라서 160 μm 및 120 μm 와이어의 경우, 총 절단 손실은 각각 205 mm 및 165 mm일 것이다.
일단 본 발명의 와이어 절단 공정에서 웨이퍼가 생성되면, 웨이퍼에 선택적으로 광택 공정을 실시한다. 광택 공정은 웨이퍼가 집적 회로 제작을 위해 사용될 경우에 통상적으로 사용되며, 웨이퍼의 평탄한 표면을 손상할 수 있을 임의의 긁힘 또는 홈을 제거하기 위해 제공된다. 당 분야에 공지된 것과 같은 표준 광택 물질 및 방법이 적절하다.
본 발명의 절단 슬러리 조성물은 살생물제를 포함할 수 있다. 살생물제는 임의의 적합한 살생물제를 포함하거나, 그것으로 주로 이루어지거나, 이루어질 수 있다. 예를 들면, 적합한 살생물제는 염소산 나트륨, 차아염소산 나트륨, 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라에틸암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 히드록시드, 및 이소티아졸린온을 포함한다. 이러한 맥락에서 사용되는 바람직한 살생물제는 이소티아졸린온이다. 당업자는 상기 광택 조성물 중 살생물제의 양은 사용되는 특정 살생물제 화합물에 의존함을 인식할 것이다. 예시 목적으로, 이소티아졸린온은 1 ppm 내지 500 ppm, 예를 들면 10 ppm 내지 100 ppm, 예를 들면 20 ppm 내지 50 ppm의 농도로 사용될 수 있다.
위에 제공된 설명뿐만 아니라 이하의 실시예들도 오직 예시적 목적으로 제공되며, 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 여기에 포함된 실시예 및 기재된 구현예에 수정이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 여기에 나열된 모든 화학약품은 달리 기재되지 않는 한 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)로부터 입수가능하다.
[실시예]
실시예 1. 본 실시예는 각종 절단 슬러리 조성물의 실리콘 불 위에서 와이어 톱의 절단 성능에 대한 효과를 보여준다.
다양한 절단 슬러리 매질을 다음과 같이 제조하였다:
1. 에틸렌 글리콜 (EG) - 대조군 매질
2. 0.2% (wt/wt) 폴리아크릴산, Mv~1250K (PAA1250K)
3. 0.35% (wt/wt) 크산탄 검 (XG)
4. 0.5% (wt/wt) 히드록시에틸셀룰로오스, Mv~1300K (HEC)
5. 5% (wt/wt) 폴리비닐 피롤리딘 90K (PVP 90K)
수성 슬러리 매질(즉, 바로 위에 기재된 매질 2-5)을 탈이온수(비전도성 ≤ 0.4x10-7 S/m)를 이용하여 제조하였다. 7.0의 pH, 400 sec-1의 전단 속도, 및 25℃에서 슬러리 매질은 각각의 증점제의 경우 다음과 같은 점도 값을 각각 갖는다: (A) EG, 14.0 cP; (B) PAA125K, 24.0 cP; (C) XG, 17.2 cP; (D) HEC, 14.3 cP; 및 (E) PVP 90K, 14.3 cP. 상기 측정은 아레스 (Ares) 유체 레오미터 (Rheometric Scientific Inc., Piscataway, NJ) 및 오리온 3 스타 (Orion 3 STAR) pH 측정기(Thermo Electron Corporation)로 수행되었다.
각각의 슬러리 매질에 1:1 중량비의 α-탄화 규소(SiC)를 가하여 혼합물을 형성하였는데, 즉 각 혼합물은 50 중량% SiC였다. 절단 슬러리에 사용되는 α-탄화 규소는 티안진 펭 잔 케미칼 임포트-익스포트 사(Tianjin Peng Zhan Chemical Import-Export Co., Ltd., Tianjin, China)로부터 구입하였다. 호리바 (Horiba) LA-910 입자 크기 분포 분석기(Horiba, Ltd.)로 측정할 때, 절단 슬러리에 사용되는 α-탄화 규소 입자의 평균 입자 크기(Dv(50%))는 10.6 μm이었다.
그 위에 0.2 mm 스테인레스 스틸 절단 와이어가 탑재된 단일 와이어 톱과 함께 각각의 절단 슬러리를 사용하였다 (MTI Corporation Richmond, CA의 제품인 모델 SXJ-2). 다음, 490 mm2의 대략의 절단 면적 크기를 갖는 결정성 규소 불로부터 웨이퍼를 절단하기 위해 상기 절단 장치를 사용하였다. 절단 속도(mm2/분)는 다음과 같이 기록되었다.
Figure 112010012664240-pct00001
상기 결과는, SiC/수성 절단 슬러리 조성물에 0.35% XG 또는 0.5% HEC가 포함된 경우 절단 속도가, 증점제를 함유하지 않는 SiC/에틸렌 글리콜 절단 슬러리 조성물인 대조군에 비하여 13% 내지 16% 증가하였음을 나타낸다. 뿐만 아니라, 절단 슬러리 매질이 전단 점도 증가의 첨가제(PVP 90K)를 함유할 경우, 절단 속도는 대조군에 비하여 감소되었다. 다가의 분산제인 PAA 1250K 또한 향상된 절단 속도를 제공하지 못하였다. 분산제는 응집물에 전하를 가함으로써, 따라서 입체 장벽을 가함으로써, 연마 입자를 흡착시키고 슬러리를 안정화하기 위해 전형적으로 첨가된다. 그러나 상기 응용에서, 더 무거운 SiC 입자 또는 그의 응집물이 여전히 침강되고, 절단 속도는 EG 대조군보다 낮았다. 상기 결과는 전단 점도 감소를 부여하는 증점제가 향상된 절단 성능을 제공함을 보여준다.
실시예 2. 본 실시예는 본 발명의 절단 슬러리 조성물의 하나의 구현예의 경우 상대적 콜로이드 안정성을 예시한다.
각각이 50% (wt/wt) SiC를 함유하는 3 가지 상이한 절단 슬러리 조성물을 다음과 같이 제조하였다:
1. 실시예 1에 기재된 것과 같은 에틸렌 글리콜 (EG).
2. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) (MW~300)
3. 실시예 1에 기재된 것과 같은 0.35% 크산탄 검 (XG).
상기 3 가지 절단 슬러리 조성물을 각각 100 mL 들이 눈금 실린더에 넣고 함유된 연마 입자, 즉 SiC 연마 임자의 침강 정도에 관하여 10일 동안 관찰하였다. 관찰된 침강의 속도가 느릴수록 더 높은 정도의 콜로이드 안정성을 나타낸다. 침강의 정도를 눈금 실린더 내 SiC-함유 슬러리 매질의 수준에 대하여 나타냈다. 눈금 실린더 위의 표시는 밀리리터 부피를 나타내지만, 침강 높이는 임의 단위(a.u.)로 나타냈다.
SiC 입자의 침강을 0, 1, 3.5, 7 및 10일에 기록하였고, 그 데이터를 도 2의 그래프에 나타낸다. 거기서 보는 바와 같이, 증점제를 갖지 않는 대조군 EG 절단 슬러리의 콜로이드 안정성은 단지 -15 a.u.의 침강 높이 수준에 부합하여, 제1일 이내에 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 3.5일째의 관찰에 의해, 대조군 EG 절단 슬러리는 -40 내지 -45 a.u. 사이의 침강 높이의 바닥을 가지며, 나머지 관찰 지점의 경우 그 깊이에서 유지되었다. 상기 PEG-300 절단 슬러리는 대조군에 비하여 지연된 침강 속도를 나타냈고, 여기에서 SiC는 제1일에는 단지 -3 a.u., 제3.5일까지는 -13 a.u., 제7일까지는 -25 a.u., 및 제10일까지는 -40 a.u.만큼 침강하였다. 0.35 중량% XG를 함유하는 SiC/수성 절단 슬러리는 관찰된 총 10일 동안 그 충분한 높이를 유지하였으며, 즉 10일의 실험에 걸쳐 SiC의 침강 높이가 줄어드는 것이 감지되지 않았다.
0.35% XG를 포함하는 수성 슬러리 매질에서 SiC 연마 미립자의 침강이 없음이 관찰된 것은 높은 정도의 안정성에 부합하며, 즉 상기 시약의 보관 수명을 연마제의 겉보기 침강 없이 적어도 30일까지 연장한다.
실시예 3. 본 실시예는 절단 와이어와 연마 미립자 사이의 정전기적 인력을 예시한다.
pH 7.0까지 완충된 50 중량%의 SiC의 절단 슬러리 조성물을 본 실험에 사용하였다. pH는 SiC 연마 미립자 및 스틸 절단 와이어의 등전점(IEP) 사이에 해당하도록 선택되었으며, 따라서 상기 연마제와 와이어 위에 반대의 전하를 생성하였다. 따라서, SiC의 IEP보다 대략 4-5 pH 단위만큼 높은 pH 7에서, SiC 연마 입자는 음의 전하를 띤다. 뿐만 아니라, pH 7에서, 스틸 절단 와이어의 표면은 양의 전하를 띤다. 즉, 상기 음의 전하를 띤 SiC 입자는 스틸 절단 와이어의 양의 전하를 띤 표면으로 끌린다.
위에 나타낸 정전기적 표면 특성은 SiC 연마입자와 스틸 와이어 사이의 끌림을 초래하여, 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 형성하는 결과를 가져온다.
실시예 4. 본 실시예는 피복을 적용함으로써 표면에서의 총 전하를 변화시키는 방법을 예시한다.
스틸 절단 와이어를 폴리에틸렌이민(PEI)으로 분무-피복하였다. PEI는 그에 의해 쉽게 건조되고 표면 위에 고정되는 특성을 가짐으로써 pH 7에서 양의 총-표면 전하를 제공한다. 같은 pH에서, SiC 연마 입자의 표면은 음의 전하를 띤다. 따라서, 실시예 1에 기재된 것과 같이 스틸 와이어를 SiC/XG 절단 슬러리와 접촉시키는 것은 대부분의 SiC 입자가 절단 와이어로 끌려와, 그 자리에서 고정된 연마 와이어를 형성하는 결과를 가져온다.
실시예 5. 본 실시예는, 와이어 톱을 이용하여 규소 불을 웨이퍼링하는 도중 절단 슬러리로부터 연마 입자가 절단 와이어 위에 정전기적으로 끌리게 하는 하나의 방법을 예시한다.
엠티아이 코포레이션(MTI Corporation, Richmond, CA)의 제품인 모델 SXJ-2와 같은 규소 불 절단 공정에서, 표준 와이어 톱을 사용하였다. SXJ-2 와이어 톱은 0-5 mm/초의 와이어 이동 속도 능력 및 0-1295 rpm의 회전 속도 능력을 갖는다. 엠티아이 코포레이션에서 구입한 스테인레스 스틸 와이어와 같은 표준 와이어를 SXJ-2 와이어 톱과 함께 절단 와이어로 사용하였다. 상기 스테인레스 스틸 와이어는 직경 200 μm 및 길이 840 mm의 것이다. 또한, 와이어 톱의 작동 도중 양의 전하를 띤 절단 와이어 표면을 수득하기 위해 상기 스테인레스 스틸 와이어를 폴리에틸렌이민(PEI)으로 분무-피복하였다.
탈이온수와 10 중량% α-탄화 규소를 조합하고, pH를 7.0으로 조절하여 절단 슬러리를 제조하였다. 절단 슬러리에 사용되는 α-탄화 규소는 티안진 펭 잔 케미칼 임포트-익스포트 사로부터 구입하였다. 절단 슬러리에 사용되는 α-탄화 규소 입자의 평균 입자 크기(Dv(50%))는 호리바 LA-910 입자 크기 분포 분석기(Horiba, Ltd.)로 측정할 때 10.6 μm이었다. 상기 수성 슬러리는 탈이온수를 이용하여 제조되었다. 모든 pH 측정은 표준 완충 수용액에 대하여 보정된 표준 pH 측정기로 수행되었다.
SXJ-2 와이어 톱의 작동 도중, 절단 와이어 속도는 4 m/초로 조정되었다. 또한, 절단 와이어 인장을 모니터링하고 절단 공정에 걸쳐 조절하였다. 절단 슬러리를 규소 불 및 절단 와이어에, 표준 연동 펌프를 이용하여 30 mL/분의 속도로 투입하였다. 그 투입 도중 절단 슬러리의 pH에 대한 조절이 α-탄화 규소 입자의 표면 전하에 영향을 끼친다. pH 7에서, α-탄화 규소 입자는 음의 전하를 띠고, 스테인레스 스틸 와이어 상의 PEI 피복은 양의 총 전하를 갖는다. 반대 전하를 띤 표면은 α-탄화 규소 입자로 하여금 절단 와이어로 끌려오게 한다. 이러한 정전기적 표면 인력이 그 자리에서 고정된 연마 와이어의 형성을 초래하였다.
현재의 표준 와이어 절단 방법에 비하여, 절단 와이어와 절단 슬러리 조성물에 포함된 연마 입자 사이의 정전기적 인력의 조정이 웨이퍼링 도중 연마 입자의 보다 적은 필요량, 보다 짧은 절단 시간, 및 마무리된 제품을 수득하기 위해 연마 및 광택을 보다 적게 필요로 하는 더 평탄한 웨이퍼 표면을 초래하였다.
실시예 6. 본 실시예는 와이어 톱을 이용하여 규소 불을 웨이퍼링하는 도중 절단 슬러리로부터 절단 와이어 상으로 연마 입자를 자성에 의해 끄는 하나의 방법을 예시한다.
실시예 5에 기재된 바와 같이, 표준 스테인레스 스틸 와이어와 함께 표준 와이어 톱을 사용하였다.
탈이온수와 10 중량%의 자성 페라이트 분말을 조합하여 절단 슬러리를 제조하였다. 수성 슬러리를 탈이온수를 이용하여 제조하였다 (비전도성 ≤ 0.4x10-7 S/m). SXJ-2 와이어 톱의 작동 도중, 절단 와이어 속도는 4 m/초로 조정되었다. 또한, 절단 와이어 인장을 모니터링하고 절단 공정에 걸쳐 조절하였다.
실시예 5에 기재된 것과 같이, 절단 슬러리를 규소 불 및 절단 와이어에, 표준 연동 펌프를 이용하여 30 mL/분의 속도로 투입하였다. 규소 불의 절단 도중, 자성의 페라이트 입자가 스틸 절단 와이어로 끌려온다. 이러한 자성의 끌림이 그 자리에서 고정된 연마 와이어의 형성을 초래한다.
현재의 표준 와이어 절단 방법에 비하여, 절단 와이어와 연마 입자 사이의 자기력은 웨이퍼링 도중 연마 입자의 보다 적은 필요량, 더 짧은 절단 시간, 및 마무리된 제품을 수득하기 위해 보다 적은 연마 및 광택을 필요로 하는 더 평탄한 웨이퍼 표면의 결과를 가져온다.
실시예 7. 본 실시예는 와이어 톱을 이용하는 규소 불의 웨이퍼링 도중 절단 슬러리로부터 편향된-절단 와이어 위로 연마 입자를 전기적으로 끄는 하나의 방법을 예시한다.
실시예 5에 기재된 것과 같이, 표준 스테인레스 스틸 와이어와 조합된 표준 와이어 톱을 사용하였다.
탈이온수와 10 중량%의 α-탄화 규소를 조합하여 절단 슬러리를 제조하였다. 수성 슬러리를 탈이온수를 이용하여 제조하였다 (비전도성 ≤ 0.4x10-7 S/m). 절단 슬러리에 사용된 α-탄화 규소는 티안진 펭 잔 케미칼 임포트-익스포트 사로부터 구입하였다. 절단 슬러리에 사용되는 α-탄화 규소 입자의 평균 입자 크기(Dv(50%))는 호리바 LA-910 입자 크기 분포 분석기로 측정할 때 10.6 μm이었다.
SXJ-2 와이어 톱의 작동 도중, 절단 와이어 속도는 4 m/초로 조정되었다. 또한, 절단 와이어 인장을 모니터링하고 절단 공정에 걸쳐 조절하였다. 절단 슬러리를 규소 불 및 절단 와이어에, 실시예 5에 기재된 것과 같이 연동 펌프를 이용하여 30 mL/분의 속도로 투입하였다. 그 실리콘 불의 절단 도중, α-탄화 규소 입자의 것과 반대되는 전위가 DC 회로를 이용하여 스테인레스 스틸 절단 와이어에 인가되었다. 예를 들면 1 볼트 내지 20 볼트의 전형적으로 낮은 전압이 인가되었다. 그러나, 상기 전압은 필요한 절단 성능을 적정화하도록 조절될 수 있다.
α-탄화 규소 입자는 편향된-스테인레스 스틸 절단 와이어로 끌리고, 이것이 그 자리에서 고정된 연마 와이어의 형성을 초래하였다.
현재의 표준 와이어 절단 방법과 비교할 때, 편향된-절단 와이어와 절단 미립자 사이의 인력은 웨이퍼링 도중 연마 입자의 보다 적은 필요량, 보다 짧은 절단 시간, 및 마무리된 제품을 수득하기 위해 연마 및 광택을 보다 적게 필요로 하는 더 평탄한 웨이퍼 표면을 초래하였다.
실시예 8. 본 실시예는 크산탄 검(XG)을 증점제로 사용하는 경우 절단 슬러리 중 다양한 연마제의 효과를 예시한다.
0.3%의 XG의 수용액을 제조하고 pH 8.0으로 조절하였다. 이 용액에 3 가지 상이한 연마제를 중량 기준 50%의 최종 농도까지 가하였다. 연마제는 α-탄화 규소(SiC, Tianjin Peng Zhan Chemical Import-Export Co., Ltd), 탄화 붕소 (B4C, UK Abrasives, Northbrook, IL) 및 α-알루미나(AA, Saint-Gobain)였다. 상기 연마 입자의 평균 입자 크기(Dv(50%))는 호리바 LA-910 입자 크기 분포 분석기(Horiba, Ltd.)로 측정할 때 10 내지 11 μm 사이였다.
단일 와이어 톱과 그 위에 탑재된 0.2 mm 스테인레스 스틸 절단 와이어(MTI Corporation Richmond, CA의 제품인 모델 SXJ-2)와 함께 각각의 절단 슬러리 매질을 사용하였다. 다음, 절단 장치를 사용하여 결정성 규소 불로부터 대략 490 mm2의 절단 면적 크기를 갖는 웨이퍼를 절단하였다. 절단 속도(mm2/분)는 다음과 같이 기록되었다:
Figure 112010012664240-pct00002
상기 데이터는 또한 다양한 절단 슬러리를 이용한 절단 속도 대 각각의 절단 슬러리에 포함된 연마 입자의 절대 경도의 그래프를 생성하는 데 사용되었다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 그래프는 사용된 연마 입자의 경도와 본 발명의 방법 및 물질을 이용한 절단 속도 사이에 정비례 관계가 있는 것과 일치한다.
상기 결과는 절단 속도가 B4C를 사용함으로써 30% 증가되었으나 AA를 사용함으로써 57%만큼 감소하였음을 나타냈다. B4C는, AA보다 높은 모스 경도 값을 갖는 SiC보다 높은 모스 경도 값을 갖는다.
AA보다 낮은 경도를 갖는 연마 입자의 성능을 더 확인하기 위해, 실리카 (SiO2) 입자를 사용하였다. 증점제의 존재 및 부재 하에 SiO2 연마 입자를 포함하는 절단 슬러리를 본 실시예에 기재된 조건 하에 (데이터는 나타내지 않음) 시험하였다. 규소 불의 눈에 뜨일 만한 절단은 없었다. 그러나, 절단 속도와 사용된 연마 입자의 경도 사이에 도 3에 그래프로 나타낸 것과 같은 정비례 관계에서 볼 때, 여기에 개시된 방법은 SiO2보다는 더 단단하고 AA보다는 연한 연마 입자를 사용하여 규소 불을 절단할 수 있다.
본 실험은 SiO2의 경도 또는 그 보다 낮은 경도를 갖는 연마 입자가 규소 불을 효과적으로 절단하지 않을 것임을 보여준다. 도 3에 나타난 경도와 절단 속도 사이의 정비례 관계에서 볼 때, SiO2 보다 큰 경도를 갖는 연마 입자가 규소 불의 절단을 제공하는 것으로 나타났으며, 절단 속도는 사용된 연마 입자의 경도가 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. 분명하게, AA와 대략 같거나 그 이상의 경도를 갖는 연마 입자가 규소 불을 손쉽게 절단할 것이다. AA의 경도로 시작하여 감소하는 경도를 갖는 연마 입자를 사용하면, 절단 속도는, 실리카의 경도 및 그보다 낮은 경도를 갖는 연마 입자를 사용하여 상기 절단이 그만 관찰될 때까지 감소한다.
실시예 9. 본 실시예는 다양한 절단 슬러리의 경우 절단 작업 도중 와이어 마모에 대한 효과를 보여준다.
2 가지 상이한 절단 슬러리를 제조하였다. 먼저 것은 탈이온수 중 0.3%의 크산탄 검(XG)을 함유하였고 pH는 8.0으로 조절되었다. 두 번째 슬러리는 분자량 300의 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 함유하였다. 탄화 규소 연마 입자를 각각의 슬러리에 1:1 (중량) 비로 가하였다. 다음, 상기 슬러리들을 전술한 SXJ-2 단일 와이어 톱과 함께 사용하여 490 mm2의 대략적인 절단 면적 크기를 갖는 결정성 규소 불을 절단하였다.
각각의 시도에서, 197 μm의 초기 직경을 갖는 신규의 와이어(85 cm 길이)를 설치하였다. 절단 공정은 연속적으로 진행되었으며, 와이어가 파괴 또는 파열될 때까지 규소 불에서 연속적인 조각들을 제조하였다. 각각의 절단 단계가 완료된 후 와이어 직경을 측정하였다. 결과를 하기 표에 나타낸다:
Figure 112010012664240-pct00003
상기 결과는 XG 기재 절단 슬러리의 사용이, 와이어가 파괴되기 전 적어도 3 회의 완전한 절단을 수행하는 것과 관련됨을 보여준다. 비교하면, PEG 기재 슬러리를 이용할 경우, 절단 와이어는 두 번째 불을 절단하는 도중에 일반적으로 파괴된다.
본 발명을 위한 유리한 응용은 톱질 도중 필요한 연마 미립자의 양을 감소시키고, 절단 시간을 단축시키고, 마무리된 제품을 수득하기 위하여 보다 적은 연마 및 광택을 필요로 하는 보다 평탄한 웨이퍼 표면을 수득함으로써, 와이어 톱 절단 효율을 향상시키고 절단 슬러리 비용을 감소시키는 데 있다.

Claims (20)

  1. (a) 피복을 포함하는 절단 와이어를 구비하는 단계;
    (b) 상기 절단 와이어에, 캐리어 유체 및 100을 초과하는 절대 경도를 갖는 연마 입자를 포함하고, 연마 입자 또는 피복의 등전점(IEP)과 같지 않은 pH를 갖는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계; 및
    (c) (i) 상기 절단 슬러리 조성물에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 가하거나, (ii) 와이어와 연마 입자 사이에 전기 또는 자기 인력을 형성하거나, 그의 조합에 의해, 절단 와이어에 대한 연마 입자의 결합을 증가시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 캐리어 유체가 수성이고, 상기 연마 입자의 입자 크기는 1 μm 내지 100 μm인 것인, 와이어 톱으로 기판을 절단하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 와이어가 전기적으로 편향된 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 증점제가 크산탄 검 (XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 구아 검, 전분, 셀룰로오스 및 메톡시에틸 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 방법.
  6. 삭제
  7. (a) 피복을 포함하는 절단 와이어를 포함하는 와이어 톱을 구비하는 단계;
    (b) 절단 슬러리 조성물을 절단 와이어에 적용하는 단계;
    (c) 기판의 표면을 절단 와이어와 접촉시키는 단계; 및
    (d) 절단 와이어와 상기 표면의 상대적 위치를 절단 작용에 부합되게 조정하는 단계
    를 포함하고, (i) 상기 절단 슬러리 조성물이 연마 입자를 포함하고 연마 입자 또는 피복의 등전점(IEP)과 같지 않은 pH를 가지며; (ii) 상기 연마 입자가 상기 절단 와이어에 전기적으로 또는 자기적으로 끌리고,
    상기 절단 슬러리 조성물이 수성 캐리어 유체를 포함하고, 상기 연마 입자의 입자 크기는 1 μm 내지 100 μm인 것인, 기판의 절단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 절단 와이어가 전기적으로 편향된 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 절단 와이어가 자성을 갖는 방법.
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 피복이 왁스, 중합체, 입체적으로-부착된 연마 입자, 자성 물질, 자기력으로-부착된 연마 입자, 또는 정전기적으로-부착된 연마 입자로 이루어진 방법.
  12. 삭제
  13. (a) 피복을 포함하는 절단 와이어를 구비하는 단계; 및
    (b) 상기 절단 와이어에, 캐리어 유체, 연마 입자, 및 절단 슬러리 조성물에 전단 점도 감소를 부여하는 증점제를 포함하고 연마 입자 또는 피복의 등전점(IEP)과 같지 않은 pH를 갖는 절단 슬러리 조성물을 적용하는 단계
    를 포함하고, 상기 연마 입자가 100을 초과하는 절대 경도를 가지며,
    상기 캐리어 유체가 수성이고, 상기 연마 입자의 입자 크기는 1 μm 내지 100 μm인 것인, 와이어 톱으로 기판을 절단하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 증점제가 크산탄 검 (XG), 히드록시에틸셀룰로오스 (HEC), 구아 검, 전분, 셀룰로오스 및 메톡시에틸 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 연마 입자가 10 중량% 내지 80 중량%의 양으로 존재하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 기판이 규소인 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 절단 슬러리 조성물이 0.1 중량% 내지 0.7 중량%의 크산탄 검(XG)을 포함하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 절단 슬러리 조성물이 0.2 중량% 내지 0.4 중량%의 크산탄 검(XG)을 포함하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 절단 슬러리 조성물이 0.1 중량% 내지 0.7 중량%의 히드록시에틸셀룰로오스(HEC)를 포함하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 연마 입자가 탄화 규소인 방법.
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