KR100299943B1 - 액압을이용한단결정인고트절단방법및그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 등 반도체 재료로 사용되는 단결정 인고트를 얇은 디스크형태로 절단하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 인고트(10)에 미리 소정깊이의 노치부(10a)를 원주방향으로 형성시킨 다음 그 노치부(10a)에 유체의 압력이나 진동을 가하여 그 인고트(10)를 얇은 판상으로 절단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 압력용기(20)내에서 인고트(10) 외주면전체가 유체의 압력을 받지만, 이미 결정분리가 발생한 노치부(10a)에 응력이 집중되어 노치부(10a)를 따라 결정방향으로 인고트(10)가 절단되게 되므로, 재료의 손실없이 절단할 수 있고, 절단에 소음이 발생하지 않는다. 또한 본 발명은 결정면을 따라 절단되므로 절단면이 평탄하여 연마와 같은 후공정이 필요하지 않는다.

Description

액압을 이용한 단결정인고트 절단방법 및 그 장치(Method and apparatus for cutting a monocrystal ingot using pressured fluid )

본 발명은 세라믹 등 반도체 재료로 사용되는 단결정 인고트를 얇은 디스크형태로 절단하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 인고트에 유체의 압력이나 진동을 가하여 그 인고트를 얇은 판상으로 절단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 기판으로 사용되는 웨이퍼(wafer)는 현재 원자가 일정하게 한 방향으로 배치된 단결정구조의 인고트를 박판형태로 절단하여 제작하고 있다. 예를 들면 기억소자인 RAM(Random Access Memory)은 현재 거의 대부분 단결정으로 된 직경 100~200mm의 실리콘재 봉상 인고트를 두께 0.5~0.8mm의 판상으로 절단하여 제조된다. 그리고 상기 웨이퍼를 만들기 위해, 단결정 인고트를 절삭공구를 사용하여 기계적으로 절단하여 제작해오고 있었다.

그런데 상기 기계적인 절단방법은 다음과 같은 결점을 가지고 있다.

첫째,절삭하는 데 많은 시간이 소요된다. 둘째,커팅 툴의 마모가 심하여 빈번히 교체하여야 하므로 생산능률이 저하된다. 셋째, 절단에 소음이 발생한다. 넷째, 절삭에 따른 재료손실이 크다.

또한 상기와 같은 종래 절삭공구를 이용한 절단방법은 절삭된 웨이퍼표면이 절삭공구자국 때문에 표면조도가 불량하므로,표면조도를 향상시키기 위한 웨이퍼표면 연마공정이 추가되어야 한다. 이와 같은 공정이 추가되면 비용이 상승하는 단점이 있다.

그리고, 반도체 고밀도 집적회로에서는 단결정 웨이퍼의 표면에 가능한한 금속이온의 분포가 적어야 하는 데, 절단 과정에서 종래 기계적 절단방법으로 절단할 경우 웨이퍼 표면에 금속 이온의 분포율을 낮추는 것은 한계가 있으므로, 고밀도 집적회로를 얻을 수 없다.

또한 인고트의 직경이 클수록 절단과정중 절삭블레이드가 휘게 되므로 평탄한 웨이퍼 표면을 얻기가 어려운 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기 종래 단결정 인고트를 기계적으로 절단하는 방법이 가진 단점을 해결하기 위하여, 재료의 손실없이 웨이퍼를 절단할 수 있고, 절단된 웨이퍼의 표면조도가 양호한 단결정의 반도체 인고트를 절단하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 본 발명에 따른 인고트 절단방법을 수행하는 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인고트 절단방법은 단결정 인고트의 외주표면에 결정방향을 따라 연속하는 노치부를 다수개 형성시키는 노치형성단계:와,상기 인고트를 압력용기안에 삽입하여 인고트의 노치부가 챔버내부에 수용되게 하는 인고트 쉴드단계; 및 상기 압력용기의 챔버내부에 가압유체를 압입시켜 인고트에 측압을 가함으로써 인고트의 노치를 따라 절단하는 가압절단단계를 포함하고 있다.

또한 본 발명에 따른 단결정 인고트 절단장치는 노치부가 형성된 인고트 외주와 소정의 미세한 간극을 유지하면서 인고트 외주의 노치부를 에워싸는 베어링면를 구비하고, 상기 베어링면에는 유체유입구가 관통된 압력용기와,상기 압력용기에 쉴드된 인고트를 길이방향 양쪽 선단에서 가압지지하는 가압지지수단과,상기 유체유입구를 통하여 상기 압력용기 내부로 고압유체를 공급하여 상기 베어링면에 의해 쉴드된 인고트 외주에 측압을 가하는 압유공급수단을 포함하고 있다.

상기 본 발명에 따르면 압력용기내에서 인고트 외주면전체가 유체의 압력을 받지만, 이미 결정분리가 발생한 노치부에 응력이 집중되어 노치부를 따라 인고트가 절단되게 되므로, 재료의 손실없이 절단할 수 있고, 절단에 소음이 발생하지 않는다. 또한 본 발명은 결정면을 따라 절단되므로 절단면이 평탄하여 연마와 같은 후공정이 필요하지 않다.

도 1 은 본 발명에 따른 단결정 인고트 절단방법의 블록선도,

도 2 는 본 발명에 따른 단결정 인고트 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 도 2 의 부분확대도로서, 본 발명에 따라 인고트를 절단하는 원리를 도시한 도면,

도 4는 노치부를 형성한 인고트와 압력용기를 도시한 사시도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 인고트 10a : 노치부

10b : 크랙 11 : 웨이퍼

20 : 압력용기 21 : 베어링면

22 : 챔버 23 : 유체유입구

24 : 연결구 25 : 유체공급관

30 : 펌프 40 : 유체탱크

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 단결정 인고트 절단방법의 단계를 도시한 블록선도이다. 본 발명에 따른 단결정 인고트 절단방법은 , 도 1 에 도시한 바와 같이, 단결정으로 만들어진 인고트(10)의 외주표면에 그 결정방향을 따라 연속하는 노치부(10a)를 다수개 형성시키는 노치형성단계:와,상기 인고트(10)를 압력용기(20)안에 삽입하여 인고트(10)의 노치부(10a)가 챔버(22)내부에 수용되게 하는 인고트 쉴드단계; 및 상기 압력용기(20)의 챔버(22)내부에 가압유체를 압입시켜 인고트(10)에 측압을 가함으로써 인고트(10)의 노치부(10a)를 따라 절단하는 가압절단단계로 이루어진다.

상기 노치형성단계에서는 직경이 대개 원기둥형 단결정 인고트(10)를 공작기계에 척킹한 다음 절삭툴로써 표면에 다수개의 미세한 노치부(10a)를 형성한다. 노치부들 사이의 간격은 절단하고자 하는 웨이퍼의 두께에 맞추면 된다.

상기 본 발명에 따라, 원주면에 노치부가 다수개 형성된 인고트(10)를 압력용기(20)안에 수용한 상태에서 그 압력용기(20)안으로 고압의 압력유체를 공급하면 이 압력유체는 압력용기(20) 안에 수용된 인고트(10)의 노치부(10a)에 힘을 가하게 되므로 인고트(10)는 노치부(10a)를 따라 중심방향으로 크랙(10b)이 진행되어 절단되게 된다.

또한 본 발명에 따른 인고트 절단방법은 가압절단단계전에 인고트(10)를 길이방향 좌우 양쪽 선단에서 지지하는 가압지지단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 인고트(10)를 지지하게 되면 가압절단단계에서 인고트(10)가 절단될 때 절단면에 굽힘력이 작용하지 않게 되므로 절단면이 평탄하게 된다.

또한 본 발명은 가압절단단계전에 인고트(10)를 지지한 상태에서 회전시키는 인고트 회전단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 인고트(10)를 절단하기 전에 회전시키면 인고트(10) 외주면과 압력용기(20)의 베어링면(21)과의 간격이 변하여, 이들 두 부재사이의 간격이 치수공차 때문에 불균일하더라도 이를 보정할 수 있게 되므로 인고트(10) 외주면전체에 가해지는 압력은 균일해진다. 따라서 인고트(10) 절단면은 평탄해지게 된다.

또한 본 발명에 따른 인고트 절단장치는 도 2 에 도시되어 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인고트 절단장치는 노치부(10a)가 형성된 인고트(10) 외주와 소정의 미세한 간극을 유지하면서 인고트(10) 외주의 노치부(10a)에 에워싸는 베어링면(21)이 구비된 압력용기(20)를 포함한다.

상기 압력용기(20)는 ,도 3 에 도시된 바와 같이, 인고트(10)의 노치부(10a)를 에워싸며, 측벽을 관통한 유체유입구(23)를 통하여 펌프(30)로부터 공급되는 압력유체를 수용하여 이 압력유체가 인고트(10)의 노치부(10a)에 압력을 가하도록 된 챔버(22)를 포함하고 있다. 상기 챔버(22)의 양쪽 선단에는 인고트(10)의 외주면과 소정의 미세한 간격(D)을 유지하는 베어링면(21)을 구비하고 있다. 따라서 상기 챔버(22)안으로 압입되는 압력유체는 인고트(10)의 노치부(10a)에 측압을 가하는 도중에 일부가 상기 베어링면(21)과 인고트외주면 사이의 간격(D)을 통하여 미량 누설되게 된다. 이 누설되는 압력유체 때문에 인고트(10)는 일정한 힘으로 지지되게 된다.

또 본 발명에 따른 인고트 절단장치는 인고트(10)의 길이방향 양쪽 선단을 동시에 눌러서 지지하는 가압지지수단을 포함한다. 이 가압지지수단은 도 2 에 도시된 바와 같이 압착패드(30)와 이 압착패드(30)를 전후진 시키는 엑츄에이터(32)로 이루어져 있다. 따라서 이 엑츄에이터(32)를 전진시키면 압착패드(30)가 인고트(10)를 견고하게 지지하게 되므로 챔버(22)내의 압력유체가 노치부(10a)에 압력을 가하여 인고트(10)를 절단하게 될 때 크랙이 진행하는 속도를 제어함으로써 평탄한 절단면을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 인고트 절단장치는 도면에 도시하지 않은 인고트 회전수단을 포함할 수 있다. 이 인고트 회전수단은 압력용기에 대하여 인고트(10)를 상대회전시킴으로써 제작공차로 인하여 인고트(10) 외주면과 압력용기(20)의 베어링면(21)사이에 간격(D)이 불균일한 것을 보정할 수 있다.

앞에서 기술한 본 발명은 인고트에 노치부에 액압을 가하여 노치부를 따라 결정방향으로 인고트를 절단하게 한 것이지만, 인고트(10)의 양단에 진동수단을 통하여 진동을 가하므로써 인고트의 노치부(10a)에 힘을 가하여 인고트(10)를 절단하는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 뿐만아니라 본 발명은 압력유체대신에 챔버에 물과 같은 액체를 유입시킨다음 이 액체를 냉동시켜 그 팽창력으로 노치부(10a)를 절단하는 것도 본 발명의 범위에 속한다.

본 발명의 단결정 절단방법 및 장치에 의하면 압력용기(20)내에서 인고트(10) 외주면전체가 유체의 압력을 받지만, 이미 결정분리가 발생한 노치부(10a)에 응력이 집중되어 노치부(10a)를 따라 결정방향으로 인고트(10)가 절단되게 되므로, 재료의 손실없이 절단할 수 있고, 절단에 소음이 발생하지 않는다. 또한 본 발명은 결정면을 따라 절단되므로 절단면이 평탄하여 연마와 같은 후공정이 필요하지 않는다.

Claims (2)

1. 단결정 인고트(10)의 외주표면에 결정방향을 따라 연속하는 노치부(10a)를 형성시키는 노치형성단계: 상기 인고트(10)를 압력용기(20)안에 삽입하여 인고트(10)의 노치부(10a)가 챔버(22)내부에 수용되게 하는 인고트 쉴드단계: 상기 입력용기(20)의 챔버(22)내부에 가압유체를 압입시켜 인고트(10)에 측압을 가함으로써 인고트(10)의 노치부(10a)를 따라 절단하는 가압절단단계를 포함한 액압을 이용한 단결정 인고트 절단방법에 있어서,

   상기 인고트 쉴드단계에서 인고트(10)의 외주면과 압력용기(20)의 베어링면(21) 사이에 미세한 간격(D)을 유지시켜 상기가압절단단계에서 가압유체가 인고트(10)에 측압을 가하는 도중에 가압유체 일부가 상기 간격(D)을 통하여 미세하게 누설되게 하고, 상기 인고트 쉴드단계에서 압력용기(20)에 쉴드된 인고트(10)의 양단을 가압지지하여, 상기 가압절단단계에서 인고트(10)를 압력용기(20)에 대하여 상대회전운동을 시키는 인고트 회전단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 단결정 인고트 절단방법.
2. 조치부(10a)가 형성된 인고트(10) 외주면의 노치부(10a)를 에워싸는 베어링면(21)을 구비하고, 상기 베어링면(21)에는 유체유입구(23)가 관통된 압력용기(20);와, 상기 유체유입구(23)를 통하여 상기 압력용기(20) 내부로 고압유체를 공급하여 상기 베어링면(21)에 의해 쉴드된 인고트(10) 외주에 측압을 가하는 압유공급수단을 포함한 액압을 이용한 단결정 인고트 절단장치에 있어서,

   상기 압력용기(20)의 베어링면(21)은 상기 인고트(10)의 둘레를 따라 인고트의 외주면과 미세한 간극(D)을 유지하도록 되어 있으며,

   상기 인고트의 길이방향 양쪽선단에 각각 압착패드를 엑츄에이터로 전진시켜 상기 인고트(10)를 가압지지하는 인고트 가압지지수단과,

   상기 인고트 가압지지수단을 회전시켜 인고트(10)를 회전시켜주는 회전구동수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 단결정 인고트 절단장치.