KR101092203B1 - 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어에 관한 것으로서, 와이어의 표면에 UV 경화제를 도포하고, UV 경화제가 도포된 와이어의 표면에 다이아몬드 입자를 부착한 다음, UV 경화제를 경화시키는 방식으로 다이아몬드 와이어를 제작함으로써, 종래 슬러리로 인한 피절단재와 기자재 오염을 최소화 할 수 있고, 폐슬러리의 처리 문제도 해소할 수 있으며, 특히 다이아몬드 입자가 이탈되지 않도록 하여 부착 강도를 높일 수 있고, 이에 따라 전체 다이아몬드 와이어의 성능 향상에 기여할 수 있음은 물론 사용 수명도 보다 길게 할 수 있는 효과를 갖는다.

반도체, 절단, 가공, 와이어, 다이아몬드, 경화제, UV, IR

Description

반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어{Method manufacturing diamond wire for processing semiconductor materials and diamond wire manufactured by the method}

본 발명은 실리콘 잉곳 또는 사파이어 잉곳 등의 반도체 재료의 절단, 슬라이싱(slicing) 가공에 사용되는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어에 관한 것이다.

반도체 재료 절단 기술에는 환상톱(Annular Saw) 절단 기술과 다중 철사톱(Multi Wire Saw, MWS) 절단 기술이 있다.

환상톱 절단 가공 기술에서 톱날의 두께로 인해 절단 과정에서 에너지 소모가 증가되고 고속 절단으로 실리콘 표면 손상이 증가되었다. 이러한 원인으로 환상톱 절단 기술이 고효율, 원가 절감 생산에서 제약을 받았다. 이런 상황에서 새로운 다중 철사톱 절단 기술이 발전하였다.

다중 철사톱 절단 기술은 금속 사의 고속 왕복 운동을 통하여 연마 슬러리를 반도체 재료의 가공 부위에 연마 슬러리를 공급하여 피절단재와 슬러리에 포함된 연마제가 마찰을 일으킴으로써 연마가 이루어지도록 하는 기술이다. 그리하여 반도체 재료를 일차적으로 동시에 몇 백 개 얇은 편으로 슬라이싱 하는 하나의 새로운 절단 가공 방법이다. 또한 실리콘 반도체 재료 규모화 생산에서 다중 철사톱 절단 기술은 주류 가공 방식이 되었고 점차적으로 일반적인 환상톱 절단 기술 방식을 대체하였다.

하지만 연마 슬러리를 이용한 다중 철사톱 절단 방식은 연마 슬러리를 반도체 가공 부위에 연마 슬러리를 공급할 때, 연마제의 일부는 와이어와 피절단재 사이에 끼어 피절단재에 연마작용을 하고, 어느 정도의 시간이 지나면 이탈하게 된다. 이 과정에서 탈착된 연마입자가 섞인 슬러리에 의한 절단부의 막힘 현상으로 인해 피절단재의 절단면에 절단흔적을 남기는 문제가 발생되었다.

또한, 슬러리가 균일하게 공급되지 않거나 연마제의 분산이 좋지 않을 경우에 와이어가 단선되는 문제점도 발생되었다.

이와 같은, 다중 철사톱 절단 방식은 공급되는 슬러리에 비해 연마되는 양이 작아서 소구경의 잉곳을 절단하는 데는 적당하지만, 대구경으로 갈수록 절단시간이 많이 길어지게 되고, 또한 절단량에 비해 와이어 소모량도 늘어나게 되는 문제점도 있다. 또한 피절삭재가 오염되고, 기계자체도 오염이 되며 관리의 어려움이 따르며, 폐슬러리의 처리 문제점도 있다.

그리고 슬러리에는 포함되어 있으나 연마에 사용되지 않고 버려지는 양이 있어, 다이아몬드 사용량이 많은 문제점도 있다.

이에 따라 대구경의 잉곳을 절단하더라도 절단량의 증가와 절단시간의 감소, 와이어의 소모량의 감소, 절단면의 절단흔적의 감소가 해결되어야할 문제로 제기되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 요구를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, UV 경화 처리 방식으로 다이아몬드 와이어를 생산함으로써 연마 입자의 견고한 부착 상태를 유지함과 아울러, 생산성 향상에 기여할 수 있고, 반도체 재료 등의 잉곳 절단면의 절단 흔적, 절단 시간 등 잉곳 절단시 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 다이아몬드 연마입자들을 와이어에 고착하여 구성함으로써, 다이아몬드 와이어의 내구성 향상으로 사용 수명을 길게 할 수 있으며, 실제 사용시에는 와이어가 피절단재 표면에서 상대운동을 일으킬 때에 다이아몬드 연마 입자가 더욱 효율적으로 연마 운동하여 연마 효율을 높일 수 있는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법은, 와이어를 공급하는 와이어 공급공정과; 상기 공정에서 공급된 와이어의 표면에 UV 경화제를 도포하는 경화제 도포공정과; 상기 UV 경화제가 도포된 와이어의 표면에 다이아몬드 입자를 부착하는 입자 부착공정과; 상기 입자 부착공정 후에, UV 경화제를 경화시켜 배출하는 UV 경화공정을 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 와이어 공급공정은, 상기 와이어 표면의 유기물이나 기타 이물을 제거하는 세정공정을 포함할 수 있다.

또한, 상기 와이어 공급공정은, 상기 세정 공정 후에, 상기 와이어를 5% ~ 20% 묽힌 산용액이 담긴 산세조에 통과시키는 표면 활성화공정을 포함할 수 있다.

또한, 상기 와이어 공급공정은, 상기 세정 공정과 표면 활성화공정 사이에, 와이어의 표면활성을 위해 100℃ ~ 130℃로 열처리하는 열처리공정을 더 포함할 수도 있다.

상기 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법은, 상기 와이어를 와이어 공급공정, 경화제 도포공정, 입자 부착공정, UV 경화공정을 연속적으로 통과시키면서 진행하고, UV 경화공정 후에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어를 보빈에 감는 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

상기 경화제 도포공정에서 사용되는 UV 경화제는, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 입자 부착공정과 UV 경화공정 사이에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어를 예비 건조시키는 IR 예비건조공정을 더 포함할 수 있다.

상기 입자 부착공정과 UV 경화공정 사이에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이 어에 UV 경화제를 추가로 도포하는 추가 경화제 도포공정을 더 포함할 수 있다.

상기 입자 부착공정은 초음파 압착기를 이용하여 다이아몬드 입자를 UV 경화제에 압착하여 부착하는 것이 바람직하다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어는, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조방법으로 제작된 것을 특징으로 한다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어는, 금속 와이어와, 이 금속 와이어의 표면에 도포되어 경화된 UV 경화제층과, 상기 UV 경화제층에 고착된 다이아몬드 입자들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법 및 이를 통해 제작된 다이아몬드 와이어는 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명에 따라 제작된 다이아몬드 와이어는 다중 철사톱(Multi Wire Saw, MWS) 절단 방식에서 사용되는 다이아몬드 연마입자를 슬러리가 아닌 와이어에 고착시켜 구성하기 때문에 슬러리로 인한 피절단재와 기자재 오염을 최소화 할 수 있고, 폐슬러리의 처리 문제도 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 다이아몬드, 와이어 같은 소모품의 사용량의 최소화할 수 있고, 절삭 도중에 발생하는 피절단재 표면의 거칠기와 단선의 문제점도 최소화 할 수 있으며, 절단시간의 축소 등으로 반도체 재료 가공의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, UV 경화 방식을 다이아몬드 입자 고착 방식으로 이용하기 때문에 반도체 재료 등을 절삭 가공할 때, 경화제층이 쉽게 마모되지 않으면서도 다이아몬드 입자가 이탈되지 않도록 하여 부착 강도를 높일 수 있으며, 이에 따라 전체 다이아몬드 와이어의 성능 향상에 기여할 수 있고, 또 수명도 보다 길게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 UV 경화제를 이용하여 다이아몬드 입자를 부착하여 고정하기 때문에 다이아몬드 와이어 제조 과정에서 일반 접착제보다 건조 시간을 단축할 수 있으므로 공정의 단순화와 생산성 향상에 기여할 수 있는 효과도 갖게 된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법을 보여주는 공정 구성도이다. 그리고, 도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 다이아몬드 와이어의 개략적인 외관 사시도 및 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법은, 기본적으로 와이어 공급공정(S1), 와이어(W)의 표면에 UV 경화제를 도포하는 경화제 도포공정(S2), UV경화제가 도포된 와이어(W)의 표면에 다이아몬드 입자를 부착하는 입자 부착공정(S3), 입자 부착공정(S3) 후에, UV 경화제를 경화시키는 UV 경화공정(S5)으로 이루어진다.

이러한 본 발명에 따른 다이아몬드 와이어 제조 방법에 대해 상기 각각의 공정을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 와이어 공급공정(S1)은, 세정조(10)에서 공급 와이어(W) 표면의 유기물이나 기타 이물을 제거하는 세정 공정(S11), 이 세정 공정(S11) 후에 히팅 기구를 이용하여 와이어의 표면활성을 위해 100℃ ~ 130℃로 열처리하는 열처리공정(미도시), 이 열처리 공정 후에 와이어(W)를 5% ~ 20% 묽힌 산용액이 담긴 산세조(20)에 통과시키는 표면 활성화공정(S12) 순으로 진행하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 와이어 공급공정(S1)에서, 위 세가지 공정이 모두 포함되지 않고, 어느 하나 또는 그 이상의 공정이 조합되어 진행될 수 있다. 예를 들면, 도면에 예시된 바와 같이 세정 공정(S11)과 표면 활성화공정(S12)만 진행하고 열처리 공정을 진행하지 않을 수 있다. 바람직하게는 상기 세정 공정(S11), 열처리 공정, 표면 활성화공정(S12)을 모두 진행하는 것이 좋다.

다음, 상기 경화제 도포공정(S2)은, 자외선 조사로 단시간에 경화되는 도료를 와이어(W)에 코팅하여, 다이아몬드 입자들을 부착 고정하기 위해 진행되는 공정으로서, UV 경화제를 이용하여 다이아몬드를 부착하게 되면, 일반적인 에폭시 수지계열의 접착제보다 경도, 내화학성, 내부식성 등에서 보다 우수한 특성을 우수한 특성을 갖기 때문에 UV 경화제를 이용하는 것이다.

이와 같은 경화제 도포공정(S2)에서 사용되는 UV 경화제로는, 에폭시 아크릴 레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이외에도 위 경화제들과 동일 또는 유사한 부착 성능을 갖는 다른 UV 경화제를 사용하는 것도 가능하다.

도 1에서 참조 번호 30은 UV 경화제 공급통이고, 참조 번호 35는 와이어에 UV 경화제를 도포하는 도포기이다.

다음, 상기 입자 부착공정(S3)은, 상기 경화제 도포공정(S2)에서 와이어에 도포된 경화제 층에 소정 크기의 다이아몬드 입자들을 부착하는 공정이다.

이때, 다이아몬드 입자를 부착하는 공정은, 초음파 압착기(45)를 이용하여 다이아몬드 공급통(40)에서 공급된 다이아몬드 입자를 UV 경화제에 압착하여 부착하는 것이 바람직하다. 이는 다이아몬드 입자들이 경화제 층에 고르게 침투하면서 이후 견고하게 부착되도록 하기 위해서이다.

상기 입자 부착공정(S3)에서, 와이어(W)의 표면에 부착되는 다이아몬드 입자는 20㎛ ~ 50㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30㎛ ~ 40㎛ 크기인 입자를 사용하는 것이 좋다. 이는 다이아몬드 입자가 너무 크면, 반도체 재료 등 피절삭물의 소재 소모량이 많아지고 또 절삭면의 거칠기도 좋지 않아 추가 표면 가공 작업을 진행하여야 한다. 반대로 다이아몬드 입자의 크기가 너무 작으면 피절삭물의 절삭 속도가 느려져서 가공 시간이 길어지는 등의 문제가 발생하기 때문이다.

그리고 다이아몬드 입자가 경화제층 표면에 부착되는 양은 경화제 층 둘레의 전체 면적의 80 ~ 90% 정도 부착되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 입자 부착공정(S3)후에, 바로 상기 UV 경화공정(S5)을 진행할 수 있으나, 실시 조건에 따라서는 UV 경화공정(S5) 전에 다이아몬드 입자가 부착된 와이어를 IR 건조기(50)에서 예비 건조시키는 IR(적외선) 예비건조공정(S4)을 진행할 수 있다.

이러한 IR 예비건조공정(S5)을 통해 이후 진행될 UV 경화공정(S5)에서 UV경화제 경화 속도를 보다 신속하게 진행하기 위해 추가할 수 있는 공정이다.

다음, UV 경화공정(S5)은, 상기 공정들을 통해 다이아몬드 입자들이 압착되어 있는 UV 경화제를 UV 경화장치(60)를 완전 경화시키기 위한 공정으로서, 다이아몬드 입자들이 압착된 액상의 UV 경화제를 경화용 자외선(파장 260 ~ 420nm)을 이용하여 자외선을 흡수하여 건조시키는 공정이다.

이러한 UV 경화공정(S5) 후에는 다이아몬드 입자들이 부착된 와이어(W')를 보빈(70)에 감는 와인딩 공정(S6)을 실시함으로써, 본 발명의 다이아몬드 와이어 제조 공정이 완료된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 다이아몬드 와이어 제조 방법은, 도면에 예시된 바와 같이 와이어(W)를 상기 세정 공정(S11), 표면 활성화공정(S12), 경화제 도포공정(S2), 입자 부착공정(S3), UV 경화공정(S5), 와인딩 공정(S6) 순으로 연속적으로 통과시키면서 진행하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 와이어의 연속 공급을 위해, 상기 각각의 공정에 이용되는 장치 및 그 장치들 사이에는 와이어 연속 공급을 위한 피드 롤러(80)들이 구비된다. 물론, 실시 조건에 따라서는 연속 통과 방식이 아닌 일정 길이로 절단된 와이어를 각각의 공정으로 공급하는 방법으로 각 공정을 실시하여 다이아몬드 와이어를 제조하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 다이아몬드 와이어 제조 방법을 통해 제작된 다이아몬드 와이어(W')는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 고강도 금속 와이어(W)와, 이 금속 와이어(W)의 표면에 도포되어 경화된 UV 경화제층(3)과, 이 UV 경화제층(3)에 압착되어 고정된 20㎛ ~ 50㎛ 크기로 이루어진 다이아몬드 입자(5)들로 구성된다.

상기한 바와 같은, UV 경화 방식을 다이아몬드 입자 고착 방식은 반도체 재료 등을 절삭 가공할 때, 경화제층(3)이 쉽게 마모되지 않으면서도 다이아몬드 입자(5)가 이탈되지 않도록 하여 부착 강도를 높일 수 있으며, 이에 따라 전체 다이아몬드 와이어(W')의 성능 향상에 기여할 수 있고, 또 수명도 보다 길게 할 수 있는 장점을 갖게 된다.

또한, UV 경화제를 이용하게 되면, 다이아몬드 와이어(W') 제조 과정에서 일반 접착제보다 건조 시간을 단축할 수 있으므로 공정의 단순화와 생산성 향상에 기여할 수 있는 장점도 갖게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 와이어 제조 방법을 보여주는 공정 구성도이다.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 전술한 본 발명의 일 실시예와 전체적으로는 유사하나, 상기 입자 부착공정(S3)과 UV 경화공정(S5) 사이에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어(W)에 UV 경화제를 추가로 도포하는 추가 경화제 도포공정(S2')을 더 포함하여 진행된다.

추가 경화제 도포공정(S2')은, 상기 입자 부착공정(S3) 후에, 추가로 경화제를 도포함으로써 다이아몬드 입자들이 부착력을 더욱 향상시키기 위해서이다. 이후 전술한 바와 같은 IR 예비건조공정(S4)을 실시할 수 있으며, 이 건조공정(S4) 후에 전술한 일 실시예에서와 같은 UV 경화공정(S5)을 실시한다.

도 4에서 참조 번호 30'는 UV 경화제 공급통이고, 참조 번호 35'는 와이어에 UV 경화제를 도포하는 도포기이다.

이외의 공정은 전술한 일 실시예의 공정과 동일 유사하게 구성될 수 있으므로, 동일한 참조 번호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 각 실시예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법을 보여주는 공정 순서도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 다이아몬드 와이어의 개략적인 외관 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 다이아몬드 와이어의 개략적인 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법을 보여주는 공정 순서도이다.

Claims (11)

1. 와이어를 공급하는 공정으로서, 와이어 표면의 유기물이나 기타 이물을 제거하는 세정공정과, 이 세정 공정 후에, 상기 와이어를 5% ~ 20% 묽힌 산용액이 담긴 산세조에 통과시키는 표면 활성화공정을 포함한 와이어 공급공정과;

   상기 공정에서 공급된 와이어의 표면에 UV 경화제를 도포하는 경화제 도포공정과;

   상기 UV 경화제가 도포된 와이어의 표면에 다이아몬드 입자를 부착하는 입자 부착공정과;

   상기 입자 부착공정 후에, UV 경화제를 경화시켜 배출하는 UV 경화공정을 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 와이어 공급공정은,

   상기 세정 공정과 표면 활성화공정 사이에, 와이어의 표면활성을 위해 100℃ ~ 130℃로 열처리하는 열처리공정을 더 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법은, 상기 와이어를 와이어 공급공정, 경화제 도포공정, 입자 부착공정, UV 경화공정을 연속적으로 통과시키면서 진행하고, UV 경화공정 후에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어를 보빈에 감는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 경화제 도포공정에서 사용되는 UV 경화제는, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 입자 부착공정과 UV 경화공정 사이에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어를 예비 건조시키는 IR 예비건조공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 입자 부착공정과 UV 경화공정 사이에, 다이아몬드 입자가 부착된 와이어에 UV 경화제를 추가로 도포하는 추가 경화제 도포공정을 더 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 입자 부착공정은 초음파 압착기를 이용하여 다이아몬드 입자를 UV 경화 제에 압착하여 부착하는 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어 제조 방법.
10. 청구항 1 또는 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 하나의 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 반도체 재료 가공용 다이아몬드 와이어.
11. 삭제

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