InP 잉곳은 결정이 흡수할 수 있는 측면 힘을 초과하는 순간 {110} 절단면을 따라 균열이 발생합니다. 와이어 절단 중에 그런 일이 발생하면 품질이 서서히 저하되는 것이 아니라 스크랩 웨이퍼가 됩니다. 래핑 후에만 나타나는 숨겨진 표면 균열, 가장자리 칩핑 또는 절단이 완료되기 전에 잉곳 부분을 분할하는 완전한 파손. 광학 등급 인듐 포스파이드 잉곳에서 이러한 각 결과는 일반적으로 사람들이 교체해야 할 때까지 깨닫지 못하는 높은 비용의 재료를 폐기하게 됩니다.
이 적용 사례 노트는 무한 전기 도금 다이아몬드 와이어를 사용하여 인듐 포스파이드를 절단하는 방법에 대해 설명합니다. 즉, 파라미터 범위, 절단면 가장자리 칩핑 제어 및 모든 것이 조정된 후에도 적용되는 제한 사항입니다. 소형 잉곳 부분 및 실험실 규모 웨이퍼 준비의 경우 SG20 플랫폼이 초기 기계 참조이며, 더 큰 InP 잉곳은 생산 절단 전에 더 큰 프레임의 Vimfun 시스템에서 검증해야 합니다. 대상 응용 분야는 광통신 모듈 제조입니다. 즉, 포토디텍터 및 트랜시버 팹에 공급되는 InP 웨이퍼로, 스크랩된 기판의 비용이 다운스트림 전체에 파급됩니다.
인듐 포스파이드 웨이퍼가 절단 단계에서 실패하는 이유
InP는 경도 사다리의 어색한 중간에 있습니다. 실리콘보다 부드럽고 SiC보다 훨씬 부드러워서 절단이 더 쉬울 것이라고 생각할 수 있습니다. 실제로 절단을 더 어렵게 만듭니다. 왜냐하면 재료가 와이어에 충분히 저항하지 않아 안정적인 절단면을 생성하지 못하기 때문입니다. 와이어가 결정 속으로 밀려 들어가고, 결정은 더 단단한 취성 재료가 미세 조각으로 부서지는 방식이 아니라 절단되는 대신 쪼개짐으로써 반응합니다.
주요 실패 모드는 {110} 평면 계열을 따라 발생하는 절단입니다. 아연 블렌드 구조로 GaAs와 동일하며 절단 거동도 동일합니다. 절단 중에 와이어가 장력 드리프트, 가이드 휠 런아웃 또는 불일치 공급력으로 인해 측면으로 편향되면 균열이 절단 경로를 따르는 대신 {110}을 따라 전파됩니다. 완성된 웨이퍼에서 보이는 결과는 가장자리 칩핑입니다. 보이지 않는 결과는 랩/폴리싱 단계에서 상단 층을 제거하고 아래의 균열을 노출시킬 때만 나타나는 표면 손상입니다.
두 번째 실패 모드는 절단 종료 칩핑입니다. 와이어가 출구 면에서 돌파구에 접근할 때 남아 있는 지지되지 않은 결정은 얇고 캔틸레버식이며 절단으로 인한 잔류 응력 하에 있습니다. 그 순간의 모든 진동은 웨이퍼의 모서리를 쪼갤 수 있습니다. 광통신 팹에 사용될 InP 웨이퍼 또는 웨이퍼 조각에서 보이는 가장자리 칩은 종종 슬라이스를 재활용 처리로 보내는 원인이 됩니다.
두 실패 모드 모두 제어 가능하지만 제어는 절단 단계에서 이루어져야 합니다. 다운스트림 연삭 및 폴리싱으로 절단면을 깨끗하게 할 수 있습니다. 이미 절단면을 가로질러 전파된 균열을 복구할 수는 없습니다.
인듐 포스파이드 절단을 위한 무한 다이아몬드 와이어
이 경우 절단 도구는 무한 전기 도금 다이아몬드 와이어 폐쇄 루프로 작동합니다. 와이어는 강철 코어에 다이아몬드 입자를 고정하는 니켈 전기 도금 본드입니다. 루프는 구동 휠과 일련의 가이드 휠 주위를 순환하며 단방향으로 일정한 속도로 이동합니다. 즉, 왕복 운동이나 각 스트로크 끝에서의 가속/감속 사이클이 없습니다.
이 기하학적 구조가 인듐 포스파이드 절단에 중요한 이유는 주로 절단 속도가 아닙니다. 힘의 안정성입니다. 왕복 와이어는 지속적으로 방향을 바꾸며, 모든 방향 변경은 장력이 급증하고 측면 힘이 변하는 순간입니다. 실리콘과 같은 재료에서는 웨이퍼가 이를 견딥니다. 절단 감도가 있는 InP에서는 이러한 장력 급증이 {110} 균열을 시작하는 정확한 교란입니다.
폐쇄 루프 와이어는 멈추지 않기 때문에 절단 중에 일정한 장력을 유지합니다. 구동 휠은 한 방향으로만 당기고, 가이드 휠은 루프 형상을 유지하며, 와이어는 절단면에 일정한 선속도를 전달합니다. 결정의 관점에서 볼 때 절단력 프로파일은 지속적인 진동이 아니라 천천히 상승하는 경사입니다.
전기 도금 본드는 노출된 입자 높이 때문에 수지 본드 와이어보다 이 경우에 더 적합합니다. 니켈 도금된 입자는 본드에서 돌출되어 와이어가 문지르는 것이 아니라 기계적으로 절단한다는 것을 의미합니다. 부드러운 취성 재료에서 문지르는 것은 열과 표면 손상을 발생시킵니다. 적절한 속도로 노출된 입자로 절단하면 칩이 생성되고 표면은 비교적 방해받지 않은 상태로 남습니다.
공정 파라미터: 와이어, 장력, 공급, 냉각수
아래의 파라미터 창은 단결정 InP 잉곳 부분에 대해 시작하는 값입니다. SG20. 이는 보편적인 레시피가 아니라 시작 참조입니다. 결정 방향, 도펀트 유형, 잉곳 직경 및 고정 장치 강성이 모두 최적값을 변경하며, 생산 절단이 시작되기 전에 재료에 대해 최종 수치를 검증해야 합니다.
- 와이어 직경: 35–0.45mm. 낮은 쪽은 비싼 재료의 절단 손실을 최소화하고, 높은 쪽은 와이어 편향이 문제가 되는 더 큰 직경의 잉곳에서 강성 여유를 확보합니다.
- 와이어 속도: 30–45m/s. 30m/s 미만에서는 와이어가 절단하기보다는 걸리기 시작하여 결정에 대한 측면 힘이 증가합니다. 45m/s 이상에서는 절단면에서의 열 부하가 냉각수가 이를 운반할 수 있는 속도보다 빠르게 증가합니다.
- 와이어 장력: 100–130N. 와이어 조인트와 가이드 휠 베어링에 불필요한 응력을 가하지 않을 만큼 낮고, 절단 균열을 유발하는 측면 편향에 저항할 만큼 높습니다. 절단 중 장력 안정성은 정확한 설정점보다 더 중요합니다.
- 공급 속도: 절단의 주요 부분에 대해 0.5–1.5mm/min이며, 입구와 출구에서 감소합니다(다음 섹션 참조). 이는 동일한 기계에서 실리콘을 실행하는 것보다 느립니다. InP는 공격적인 공급을 견딜 수 없습니다.
- 냉각수: 백색 광유 또는 후속 습식 화학 공정에서 오일 오염이 우려되는 경우 중성 수성 냉각수를 사용합니다. 절단면의 와이어 진입 및 진출 양쪽에 공급하며, InP 칩이 케르프에서 배출될 만큼 충분한 유량을 확보합니다. 재순환되는 칩은 완성된 웨이퍼 표면의 스크래치 원인이 됩니다.
와이어 속도와 장력 상호 작용의 근거는 기술 참조 자료에서 더 자세히 다룹니다. 와이어 속도, 장력 및 공급 속도 특히 InP의 경우, 세 가지 매개변수를 하나의 결합된 세트로 취급합니다. 하나를 변경하면 다른 두 가지를 다시 확인해야 합니다.
출구 끝 칩핑 제어: 희생 백킹 및 이중 속도 공급
InP 절단에 적용하는 가장 효과적인 개입은 절단 출구 끝에 희생 백킹 플레이트를 사용하고 진입 및 출구 구간 모두에서 공급 속도를 줄이는 것입니다.
희생 백킹은 신터링된 세라믹 또는 조밀한 흑연으로 만든 플레이트로, 와이어가 열린 공간이 아닌 백킹 재료로 뚫고 들어가도록 장착됩니다. 기능은 순전히 기계적입니다. 백킹은 돌파 순간에 얇고 캔틸레버식인 웨이퍼 가장자리를 지지하여 남은 결정이 휘거나 분할되지 않도록 합니다. 백킹이 웨이퍼 대신 칩핑을 흡수합니다.
진입 및 출구에서의 공급 속도 감소는 이에 추가됩니다. 절단의 처음 2~3mm와 마지막 2~3mm 동안 공급은 메인 본체 속도의 약 절반으로 줄어듭니다. 진입 시에는 웨이퍼 상단 가장자리를 칩핑하는 초기 접촉 충격을 방지합니다. 출구 시에는 백킹이 있어도 돌파 시의 힘 프로파일을 줄입니다.
두 가지 조치가 모두 필요합니다. 공급 감소가 없는 백킹은 돌파력이 백킹이 분산시킬 수 있는 속도보다 빠르게 증가하기 때문에 여전히 출구 칩핑을 유발합니다. 백킹 없이 공급만 줄이면 위험은 줄어들지만 완전히 제거되지는 않습니다. 이 두 가지를 함께 사용하면 출구 끝 칩핑 실패 모드를 더 이상 주요 수율 손실이 되지 않을 정도로 줄일 수 있습니다.
작업자 관행에 대한 참고 사항: 백킹과 이중 속도 공급이 적용된 경우에도 출구 구간은 여전히 주의가 필요합니다. 공급 프로파일은 기계 컨트롤러에 설정되지만, 볼의 끝면 형상에 따라 돌파가 발생하는 정확한 시점이 달라질 수 있습니다. 각 절단 전에 수동으로 백킹 접촉을 확인하는 작업자는 컨트롤러만 신뢰하는 작업자보다 출구 칩핑 문제를 더 많이 잡아냅니다.
절단 결과 및 후속 공정 준비 상태
건강한 볼에 대한 이 매개변수 범위의 결과는 케르프가 좁고 가장자리 칩핑이 적으며 표면 아래 손상이 낮은 웨이퍼로, 추가적인 가장자리 트리밍 없이 랩 및 연마 공정에 들어갈 준비가 된 것입니다.
정성적으로: 케르프 표면은 복합 반도체에 대한 제어된 다이아몬드 와이어 절단의 특징인 무광택 회색 외관을 가지며, 눈에 보이는 균열선, 가장자리의 칩 아웃, 웨이퍼 본체로의 쪼개짐 전파 증거가 없습니다. 표면 아래 손상층은 얕아서 표준 랩 여유분이 웨이퍼를 너무 얇게 만들지 않고 제거할 수 있습니다.
요점은 톱에서 나오는 웨이퍼가 재작업 없이 후속 공정에 준비된다는 것입니다. 대량으로 InP 기판을 소비하는 광통신 모듈 팹의 경우, 이는 개별적인 절단 치수가 아니라 랩 공정에 추가 검사 및 재작업 루프 없이 들어가는 절단 웨이퍼의 비율이라는 중요한 지표입니다.
생산 인증을 위해 일반적으로 케르프 폭, 가장자리 칩 크기, Ra, 절단당 사이클 시간 및 고객의 실제 볼 재료에 대한 절단 후 결함율을 레시피를 확정하기 전에 기록합니다. 이러한 수치는 InP 동작이 결정 방향, 도펀트 시스템 및 들어오는 볼 형상에 따라 달라지기 때문에 일반적인 데이터시트 값보다 중요합니다.
알려진 제한 사항 및 레시피 인증
이 프로세스에는 직접 언급할 가치가 있는 세 가지 제한 사항이 적용됩니다.
케르프 폭은 슬러리 기반 왕복 와이어 톱보다 넓습니다. 직경 0.35–0.45mm의 무한 다이아몬드 와이어는 0.14mm 슬러리 와이어 멀티 와이어 절단보다 더 넓은 케르프를 생성합니다. 웨이퍼당 케르프 손실이 지배적인 비용 동인인 경우(매우 작고 고부가가치인 InP 볼의 경우 그럴 수 있음) 슬러리 와이어가 경쟁력을 유지합니다. 무한 다이아몬드 와이어로 얻는 이점은 절단 속도, 청결도(슬러리 취급 없음) 및 주어진 공급 속도에서의 낮은 표면 아래 손상입니다.
출구 끝 칩핑 위험은 제거되지 않고 줄어듭니다. 희생 백킹과 듀얼 스피드 피드는 대부분의 칩핑 불량 모드를 방지하지만, 오프축 절단에서 떨어져 나온 얇은 웨이퍼는 비대칭적으로 파손될 수 있습니다. 절단 구간에서의 작업자 주의는 여전히 공정의 일부입니다.
파라미터 창은 시작 참조점입니다. 위의 범위는 일반적인 광통신 기판 구성에서 단결정 InP 볼 조각에 사용하는 것입니다. 다른 결정 방향(반절연 Fe 도핑 InP, S 도핑 n형, Zn 도핑 p형)은 동일한 와이어 속도 및 피드 조합에 다르게 반응합니다. 모든 생산 프로그램은 생산 볼을 투입하기 전에 대표적인 재료에 대해 특정 결정 등급 및 방향에 대한 레시피를 검증해야 합니다.
이 공정에 인접 재료에서 접근하는 팀의 경우 — 실리콘 잉곳 절단 또는 게르마늄 절단 — 기본 무한 와이어 공정은 직접 적용되지만 파라미터 세트는 그렇지 않습니다. InP는 실리콘보다 부드럽고 게르마늄보다 쪼개지기 쉬우며, 두 가지 차이점 모두 레시피를 자매 재료에서 사용하는 것보다 낮은 피드, 더 엄격한 장력 제어 및 더 적극적인 절단 보호 쪽으로 밀어냅니다.
자주 묻는 질문
Q: 아무것도 변경하지 않고 동일한 와이어로 InP와 GaAs를 실행할 수 있습니까?
두 재료 모두 동일한 섬아연 광석 쪼개짐 거동을 가지며 기계 구성은 휴대 가능합니다. 그러나 파라미터 세트는 동일하지 않습니다. GaAs는 동일한 칩핑 결과에 대해 약간 더 높은 피드 속도를 허용하며, 다른 경도로 인해 와이어 마모 프로파일이 다릅니다. 재료를 변경하고 레시피를 재검증하지 않으면 수율이 감소합니다.
Q: 절단 손실을 줄이기 위해 더 얇은 와이어를 사용하지 않는 이유는 무엇입니까?
30mm 미만에서는 와이어가 더 큰 직경의 InP 볼 조각에서 편향에 저항하는 데 필요한 강성을 잃게 되며, 이 재료에서 쪼개짐 파손을 시작하는 것은 편향입니다. 작은 조각(50mm 미만)의 경우 더 얇은 와이어가 작동할 수 있습니다. 더 큰 조각의 경우 0.35–0.45mm가 더 실용적인 범위입니다.
Q: SG20-R 변형은 InP에 대해 특별한 것을 제공합니까?
SG20-R은 SG20의 핵심 아키텍처를 공유합니다. 이와 같은 직선 볼 절단 응용 프로그램의 경우 SG20이 기본 플랫폼입니다. SG20-R은 평행 절단 범위를 벗어나는 경우 관련이 있습니다. 사양을 지정하기 전에 특정 작업에 대해 당사에 문의하십시오.
Q: 레시피 검증 후 이 공정은 얼마나 안정적입니까?
레시피가 특정 결정 등급에 대해 검증되면 공정은 위의 파라미터 창 내에서 안정적입니다. 수율 제한 이벤트는 일반적으로 기계 측보다는 재료 측(볼 간 쪼개짐 거동의 변동, 입고 볼 형상)입니다. 절단 단계에서의 공정 모니터링(각 잉곳 조각에 대한 첫 번째 샘플 검사)은 재료 측의 편차를 조기에 감지하여 조정할 수 있습니다.
InP 웨이퍼 또는 복합 반도체 샘플을 준비하고 생산 재료를 투입하기 전에 절단 창을 검증하려는 경우, 볼 직경, 결정 방향, 도펀트 유형, 목표 웨이퍼 두께 및 다운스트림 연마 여유를 Vimfun에 보내주십시오. 샘플 테스트를 위한 첫 번째 패스 와이어, 장력, 피드, 냉각수 및 백킹 설정을 권장해 드릴 수 있습니다.
