ダイヤモンドワイヤー切断技術は、圧密研磨切断技術としても知られています。鋼線の表面にダイヤモンド砥粒を固結させた電気めっきまたは樹脂結合法を使用し、ダイヤモンド線をシリコンロッドまたはシリコンインゴットの表面に直接作用させて研削を行い、切断効果を達成します。ダイヤモンドワイヤ切断は、切断速度が速く、切断精度が高く、材料ロスが少ないという特徴があります。
現在、ダイヤモンドワイヤーカットシリコンウェーハの単結晶市場は完全に受け入れられていますが、促進の過程でも遭遇しており、その中でベルベットホワイトが最も一般的な問題です。これを考慮して、この論文は、ダイヤモンドワイヤ切断単結晶シリコンウェーハのベルベットホワイトの問題を防ぐ方法に焦点を当てます。
ダイヤモンドワイヤーカット単結晶シリコンウェーハの洗浄工程は、ワイヤーソー工作機械で切断されたシリコンウェーハを樹脂プレートから取り外し、ゴムストリップを取り外し、シリコンウェーハを洗浄します。洗浄設備は主に前洗浄機（脱ガム機）と洗浄機です。プレ洗浄機の主な洗浄プロセスは、供給-スプレー-スプレー-超音波洗浄-脱ガム-上水すすぎ-下供給です。洗浄機の主な洗浄工程は、供給→純水すすぎ→純水すすぎ→アルカリ洗浄→アルカリ洗浄→純水すすぎ→純水すすぎ→予備脱水（ゆっくり引き上げ）→乾燥→供給となります。
単結晶ベルベットの製造原理
単結晶シリコンウェーハの異方性腐食の特徴は、単結晶シリコンウェーハの異方性腐食です。反応原理は次の化学反応式です。
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑
本質的に、スエードの形成プロセスは次のとおりです。NaOH 溶液は異なる結晶表面の異なる腐食速度に対応し、(100) の表面腐食速度は (111) よりも速いため、(100) は異方性腐食後に単結晶シリコンウェーハに形成され、最終的に表面に形成されます。 (111) 四角錐、つまり「ピラミッド」構造 (図 1 を参照)。構造形成後、ピラミッド斜面にある角度で光が入射すると、光は別の角度で斜面に反射され、二次以上の吸収が形成され、シリコンウェーハ表面の反射率が低下します。 、つまりライトトラップ効果です (図 2 を参照)。「ピラミッド」構造のサイズと均一性が優れているほど、トラップ効果がより明白になり、シリコンウェーハの表面放出率が低くなります。
図 1: アルカリ生成後の単結晶シリコンウェーハの微細形態
図2：「ピラミッド」構造のライトトラップ原理
単結晶白化の解析
白いシリコンウェーハの走査型電子顕微鏡により、その領域の白いウェーハのピラミッド微細構造は基本的に形成されておらず、表面には「ワックス状」残留物の層があるように見えますが、スエードのピラミッド構造は残っていることがわかりました。同じシリコンウェーハの白い領域では、より良好に形成されていました (図 3 を参照)。単結晶シリコンウェーハの表面に残留物がある場合、表面には「ピラミッド」構造サイズの残留領域があり、均一性の生成と通常領域の効果が不十分となり、残留ベルベット表面の反射率が通常領域よりも高くなります。視覚的には通常の領域に比べて反射率が高い領域が白く映ります。白い部分の分布形状を見てもわかるように、広い範囲で規則正しい形状ではなく、局所的にのみ分布しています。シリコンウェーハ表面の局所的な汚染物質が除去されていない、あるいは二次汚染によるシリコンウェーハの表面状態が生じているはずである。
図 3: ベルベット状の白色シリコン ウェーハの局所的な微細構造の違いの比較
ダイヤモンドワイヤーでシリコンウェーハを切断すると、表面がより滑らかになり、損傷が少なくなります（図4に示すように）。乳鉢シリコンウェーハと比較して、アルカリとダイヤモンドワイヤー切断シリコンウェーハ表面の反応速度は、乳鉢切断単結晶シリコンウェーハの反応速度よりも遅いため、ベルベット効果に対する表面残留物の影響はより明白です。
図4: (A) モルタルカットシリコンウェーハの表面顕微鏡写真 (B) ダイヤモンドワイヤーカットシリコンウェーハの表面顕微鏡写真
ダイヤモンドワイヤーカットシリコンウェーハ表面の主な残留源
(1) クーラント: ダイヤモンド ワイヤー切断クーラントの主成分は、界面活性剤、分散剤、消炎剤、水およびその他の成分です。懸濁性、分散性に優れ、洗浄性も良好な優れた性能の切削液です。通常、界面活性剤は親水性が優れているため、シリコンウェーハの洗浄プロセスで簡単に除去できます。これらの添加剤を水中で継続的に撹拌および循環させると、大量の泡が生成され、その結果、冷却剤の流れが減少し、冷却性能に影響を及ぼし、深刻な泡やさらには泡のオーバーフローの問題が発生し、使用に深刻な影響を及ぼします。そのため、クーラントには消泡剤を併用するのが一般的です。従来のシリコーンやポリエーテルは、消泡性能を確保するために親水性が低いのが一般的です。水中の溶剤は非常に吸着しやすく、その後の洗浄時にシリコンウェーハ表面に残留し、白点の問題が発生します。また、クーラントの主成分との相溶性が良くないため、二液化する必要があり、主成分と消泡剤を水に添加し、使用過程で泡の状況に応じて定量的に制御することができない。消泡剤の使用量と投与量が多い、アノアミング剤の過剰摂取が容易に発生する、シリコンウェーハ表面残留物の増加につながる、操作もより不便である、ただし、原材料と生の消泡剤の価格が低いため、したがって、家庭用冷却剤のほとんどはすべてこの配合システムを使用しています。別のクーラントは新しい消泡剤を使用しています。主成分との適合性が高く、無添加です。量を効果的かつ定量的に制御できます。過剰な使用を効果的に防止できます。適切な洗浄プロセスにより、演習も非常に便利です。残留物を非常に低いレベルに抑えることができます。日本および一部の国内メーカーではこの配合方式を採用していますが、原材料費が高いため、価格面での優位性は明らかではありません。
(2) 接着剤と樹脂のバージョン: ダイヤモンド ワイヤ切断プロセスの後期段階で、入口端近くのシリコン ウェハは事前に切断されています。出口端のシリコン ウェハはまだ切断されていません。初期に切断されたダイヤモンドワイヤーがゴム層と樹脂板に切れ込み始めています。 シリコン棒接着剤も樹脂板もエポキシ樹脂製品ですので、その軟化点は基本的に55～95℃です。プレートの高さが低いと、切断中に加熱されやすくなり、柔らかくなり、溶けてしまう可能性があります。 スチールワイヤーやシリコンウェーハ表面に付着し、ダイヤモンドラインの切断能力が低下する原因になります。 または、シリコンウェーハが受け入れられ、樹脂による汚れは、一度付着すると洗い流すのが非常に困難であり、このような汚れは主にシリコンウェーハのエッジ付近に発生します。
（3）シリコン粉末：ダイヤモンドワイヤー切断の過程で多量のシリコン粉末が生成され、切断に伴いモルタル冷却剤粉末の含有量がますます高くなり、粉末が十分に大きい場合、シリコン表面に付着します。シリコンパウダーのサイズやサイズをダイヤモンドワイヤーでカットすると、シリコン表面に吸着しやすくなり、洗浄が困難になります。したがって、クーラントの更新と品質を確保し、クーラント中の粉末含有量を減らしてください。
（4）洗浄剤：ダイヤモンドワイヤー切断メーカーの現在の使用は、主にモルタル切断を同時に使用しており、主にモルタル切断の予備洗浄、洗浄プロセスおよび洗浄剤などを使用し、切断機構からの単一ダイヤモンドワイヤー切断技術を形成します。ライン、クーラント、モルタル切断の完全なセットには大きな違いがあるため、ダイヤモンドワイヤ切断の場合は、対応する洗浄プロセス、洗浄剤の投与量、配合などを調整する必要があります。洗浄剤は重要な側面であり、元の洗浄剤の配合界面活性剤は、アルカリ性がダイヤモンドワイヤー切断シリコンウェーハの洗浄には適していないため、ダイヤモンドワイヤーシリコンウェーハの表面、対象となる洗浄剤の組成と表面残留物を考慮する必要があります。洗浄プロセス。前述の通り、モルタル切断では消泡剤の配合は必要ありません。
(5) 水：ダイヤモンドワイヤーの切断、前洗浄、洗浄時にオーバーフローした水には不純物が含まれており、シリコンウェーハ表面に吸着する場合があります。
ベルベットの髪が白く見える問題を軽減するための提案
（１）分散性の良いクーラントを使用し、シリコンウェーハ表面へのクーラント成分の残留を低減するため、クーラントには低残留消泡剤を使用する必要がある。
(2) シリコンウェーハの汚染を減らすために適切な接着剤と樹脂プレートを使用します。
(3) クーラントは純水で希釈されており、使用水中に不純物が容易に残留しないようにします。
(4) ダイヤモンドワイヤーカットシリコンウェーハの表面には、活性と洗浄効果に適した洗浄剤を使用します。
（5）ダイヤモンドラインクーラントオンライン回収システムを使用して、切断プロセスでのシリコン粉末の含有量を削減し、ウェーハのシリコンウェーハ表面上のシリコン粉末の残留を効果的に制御します。同時に、前洗浄の水温、流量、時間を改善し、シリコンパウダーが時間通りに洗浄されるようにすることもできます。
(6) シリコンウェーハを洗浄テーブルに置いたら、すぐに処理し、洗浄プロセス全体を通じてシリコンウェーハを濡れた状態にしておかなければなりません。
(7) シリコンウェーハは、脱ガム工程において表面が濡れた状態を保ち、自然乾燥することができません。（８）シリコンウェーハの洗浄工程においては、シリコンウェーハ表面のフラワー発生を防止するために、大気暴露時間を極力減らすことができる。
(9) 洗浄スタッフは洗浄プロセス全体を通じてシリコンウェーハの表面に直接触れてはならず、指紋がつかないようにゴム手袋を着用しなければなりません。
(10) 参考文献 [2] では、バッテリー端は 1:26 (3% NaOH 溶液) の体積比に従って過酸化水素 H2O2 + アルカリ NaOH 洗浄プロセスを使用しており、問題の発生を効果的に軽減できます。原理は半導体シリコンウェーハのSC1洗浄液（通称1液）と同様です。その主なメカニズムは、H2O2の酸化によりシリコンウェーハ表面の酸化膜が形成され、これがNaOHにより腐食され、酸化と腐食が繰り返されるというものです。したがって、シリコン粉末、樹脂、金属などに付着したパーティクルも腐食層とともに洗浄液中に落ちます。H2O2の酸化により、ウェーハ表面の有機物がCO2、H2Oに分解されて除去されます。この洗浄プロセスは、シリコンウェーハメーカーがこのプロセスを使用してダイヤモンドワイヤー切断単結晶シリコンウェーハの洗浄処理を行っており、国内および台湾のシリコンウェーハやその他の電池メーカーが一括使用してベルベットホワイトの問題を訴えています。同様のベルベット前洗浄プロセスを使用して、ベルベットの白の外観を効果的に制御している電池メーカーもあります。この洗浄プロセスは、シリコンウェーハの洗浄プロセスに追加され、シリコンウェーハの残留物を除去し、バッテリー端の白髪の問題を効果的に解決することがわかります。
結論
現在、単結晶切断分野ではダイヤモンドワイヤーカットが主流の加工技術となっているが、その過程でビロードの白化問題がシリコンウェーハメーカーや電池メーカーを悩ませており、電池メーカーはシリコンをダイヤモンドワイヤーカットするようになった。ウェーハにはある程度の抵抗があります。白い部分を比較分析したところ、主にシリコンウェーハ表面の残留物が原因であることが分かりました。セル内でのシリコンウェーハの問題をより良く防止するために、本論文は、シリコンウェーハの表面汚染の考えられる原因と、生産における改善提案と対策を分析します。白斑の個数、領域、形状から原因を分析し、改善することができます。特に過酸化水素＋アルカリ洗浄処理を推奨します。一般の業界関係者やメーカーの参考として、この成功体験により、ダイヤモンド ワイヤー切断シリコン ウェーハ製造ベルベット白化の問題を効果的に防止できることが証明されました。
投稿日時: 2024 年 5 月 30 日