KR100445192B1 - 실리콘 잉곳의 절단 장치 - Google Patents

실리콘 잉곳의 절단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 잉곳을 절단하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 와이어 소(saw)를 이용하여 실리콘 잉곳을 절단하는 실리콘 잉곳 절단 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 잉곳의 절단 장치는 실리콘 잉곳의 절단을 위한 와이어(wire)와, 상기 와이어(wire)를 감아서 구동시키는 와이어 롤러(wire roller)를 포함하여 이루어진 와이어 소(wire saw)를 장착한 실리콘 잉곳의 절단 장치에 있어서, 상기 와이어 롤러에 형성된 와이어 홈의 간격이 상기 실리콘 잉곳의 절단에 따른 상기 와이어의 마모량에 따라 상기 와이어가 공급되어 배출되는 방향으로 차등을 두어 좁게 형성된 것이 특징이며, 특히, 상기 와이어 홈의 간격은 잉곳(Ingot)의 길이, 잉곳(Ingot)의 직경, 와이어의 평균 이동 속도, 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도, 새로운 와이어의 공급되는 속도 등을 고려하여 결정되는 상기 와이어의 마모량에 따라서, 롤러의 와이어 공급 부분의 와이어 홈의 간격을 기준으로 롤러의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분으로 갈수록 1피치(pitch) 당 0.1㎛ 내지 10㎛씩 좁아지도록 형성된 것이 바람직하다.

Description

실리콘 잉곳의 절단 장치{A slicing device of a silicon ingot}
본 발명은 실리콘 잉곳을 절단하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 와이어 소(saw)를 이용하여 실리콘 잉곳을 절단하는 실리콘 잉곳 절단 장치에 관한 것이다.
실리콘 잉곳의 성장(growth) 공정이 완료된 후에는 실리콘 잉곳을 웨이퍼로 제조하기 위하여 실리콘 잉곳(ingot)을 낱장 단위로 절단하는 슬라이싱 공정(slicing process)이 진행된다.
이러한 슬라이싱 공정에는 여러 가지 방식이 있는데, 그 대표적인 것은 박판 외주 부분에 다이아몬드 입자를 고착시켜 잉곳을 절단하는 O.D.S(Outer Diameter Saw)방식, 도넛(doughnut)형의 박판 내주에 다이아몬드 입자를 고착시켜 잉곳을 절단하는 I.D.S(Inner Diameter Saw)방식, 그 외 피아노 와이어 또는 고장력 와이어를 빠른 속도로 왕복 주행시키면서 그 위에 슬러리(slurry)용액을 분사시켜 와이어에 묻은 슬러리와 잉곳의 마찰에 의해 절단하는 와이어 소(W.S : Wire Saw)방식 등이 있다.
이중 피아노 와이어 또는 고장력 와이어를 이용한 와이어 소(W.S) 방식은 잉곳을 동시에 여러 개의 웨이퍼로 절단할 수 있어 단위 시간당 생산 수율을 향상시킬 수 있기 때문에 현재 널리 쓰이고 있는 절단 방법이다.
종래의 와이어 소(saw) 방식의 실리콘 잉곳 절단 장치는, 도1a에 도시된 바와 같이, 와이어(130)가 연쇄적으로 감겨져 있는 세 개의 롤러(100a, 100b, 100c)가 설치되어 있고, 세 개의 롤러(100a, 100b, 100c)가 고속으로 회전을 하면서 와이어(130)가 고속으로 왕복 또는 한쪽 방향으로 슬러리를 묻혀 이동되며, 이 때, 부착대(220)에 의해 고정된 실리콘 잉곳(210)이 프로그램된 속도로 롤러(100a, 100b) 사이의 와이어(130) 부분으로 내려와 부착대(220)에 부착되지 않은 외주연부터 내측으로 절단된다.
세 개의 롤러(100a, 100b, 100c)에는 와이어(130)를 감기 위한 와이어 홈(120)이형성되어 있으며, 와이어 홈(120)은 제조하고자 하는 웨이퍼의 두께에 따라서 일정한 간격(D1, D2, D3, D4,..., Dn)을 유지하며 형성되어 있다. 그리고, 와이어(130)는 롤러의 와이어 공급 부분(A)부터 롤러의 중간 부분을 거쳐 와이어 배출 부분(B)까지 와이어(130)가 연쇄적으로 감겨져 있다. 이 상태에서 롤러(100a, 100b, 100c)의 회전에 의해서 와이어(130)가 와이어 배출 부분(B)으로 이동하면서 감겨져 배출되며, 이 때, 와이어 공급 부분(A)에서는 새로운 와이어가 공급되며, 이러한 과정을 통하여 와이어(130)와 실리콘 잉곳(210)의 마찰에 의하여 실리콘 잉곳(210)이 절단되는 것이다.
이와 같이, 와이어 소(saw) 방식의 실리콘 잉곳의 절단 장치는 와이어(130)가 와이어 공급 부분(A)에서부터 롤러(100a, 100b, 100c)로 도입되어 롤러의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분으로 감겨지면서 실리콘 잉곳(210)을 절단하기 때문에, 실리콘 잉곳(210)의 절단에 따라 와이어(130)와 실리콘 잉곳(210)의 마찰에 의하여 와이어(130)가 마모되고, 이러한 와이어(130)의 마모량은 롤러(100a, 100b, 100c)의 중간 부분을 거쳐서, 와이어 배출 부분에 가까워질수록 증가하게 된다. 그리고, 롤러에 형성되어 있는 와이어 홈(120)은 제조하고자 하는 웨이퍼의 두께만큼 일정한 간격(D1, D2, D3, D4,..., Dn)으로 균일하게 형성이 되어 있으므로, 슬라이싱(slicing)되어진 웨이퍼의 두께는 와이어(130)의 마모량에 따라서 롤러의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분(B)로 갈수록 더욱 두꺼워지는 것이다. 즉, 롤러의 와이어 홈(120)의 간격은 일정한데 반하여, 와이어(130) 마모량이 적은 곳은 웨이퍼의 두께가 얇게 되고, 와이어(130) 마모량이 많은 곳은 상대적으로 웨이퍼의 두께가 두껍게 나타나게 되는 것이다.
따라서, 슬라이싱 공정 이후에 행하는 래핑(lapping) 공정에서는 웨이퍼 절단시 웨이퍼의 양면에 발생한 Damage의 제거와 평탄도를 개선시키기 위해 양면을 연마하게 되는데, 절단시 한 LOT 내에서 웨이퍼 두께의 편차가 많이 날수록 래핑 공정에서는 연마량의 편차가 심하게 되어, 가공 시간의 증가와 이에 따른 생산성의 감소, 래핑 슬러리(lapping slurry) 사용량의 증가 등의 문제점이 발생하게 되며, 또한, 웨이퍼의 두께 편차가 클 경우에는 래핑시 웨이퍼 파손의 원인이 되고, 평탄도 악화의 불안을 초래하게 되는 것이다.
본 발명은 실리콘 잉곳의 절단시 와이어의 마모량에 의한 웨이퍼의 두께 편차를 줄여 일정한 두께의 웨이퍼를 제조하여 후속 공정인 래핑 공정 시, 가공 시간을 줄여 웨이퍼 생산성을 증대시키고, 래핑 슬러리의 사용량을 감소시키며, 고품질의 웨이퍼를 제공할 수 있는 와이오 소(saw) 방식의 실리콘 잉곳의 절단 장치를 제공하려는 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 잉곳의 절단 장치는 실리콘 잉곳의 절단을 위한 와이어(wire)와, 상기 와이어(wire)를 감아서 구동시키는 와이어 롤러(wire roller)를 포함하여 이루어진 와이어 소(wire saw)를 장착한 실리콘 잉곳의 절단 장치에 있어서, 상기 와이어 롤러에 형성된 와이어 홈의 간격이 상기 실리콘 잉곳의 절단에 따른 상기 와이어의 마모량에 따라 상기 와이어가 공급되어 배출되는 방향으로 차등을 두어 좁게 형성된 것이 특징이며, 특히, 상기 와이어 홈의 간격은 잉곳(Ingot)의 길이, 잉곳(Ingot)의 직경, 와이어의 평균 이동 속도, 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도, 새로운 와이어의 공급되는 속도 등을 고려하여 결정되는 상기 와이어의 마모량에 따라서, 롤러의 와이어 공급 부분의 와이어 홈의 간격을 기준으로 롤러의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분으로 갈수록 1피치(pitch) 당 0.1㎛ 내지 10㎛씩 좁아지도록 형성된 것이 바람직하다.
도 1a는 종래의 실리콘 잉곳 절단 장치에 장착된 와이어 소(wire saw)의 개략적인 사시도.
도 1b는 종래의 와이어 소(saw)의 롤러의 개략적인 단면도.
도 2a는 본 발명인 실리콘 잉곳 절단 장치에 장착된 와이어 소(wire saw)의 개략적인 사시도.
도 2b는 본 발명인 실리콘 잉곳 절단 장치의 와이어 소(saw)에 설치된 롤러의 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
100, 300 : 롤러 110, 310 : 롤러 축
120, 220 : 와이어 홈 130, 330 : 와이어
210 : 실리콘 잉곳 220 : 잉곳 부착대
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예인 실리콘 잉곳의 절단 장치에 설치된 와이어 소(wire saw)의 개략적인 사시도를 나타낸 것이며, 도 2b는 본 발명인 실리콘 잉곳 절단 장치의 와이어 소(wire saw)에 설치된 롤러의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예인 실리콘 잉곳의 절단 장치는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 잉곳의 절단을 위한 와이어(wire)(330)와, 와이어(wire)(330)를 감아서 구동시키는 와이어 롤러(wire roller)(300a, 300b, 300c)를 포함하여 이루어진 와이어 소(wire saw)를 장착한 실리콘 잉곳의 절단 장치에 있어서, 와이어 롤러(300a, 300b, 300c)에 형성된 와이어 홈(320)의 간격(D´)이, 도 2b에 도시된 바와 같이, 실리콘 잉곳의 절단에 따른 와이어(330)의 마모량에 따라 와이어(330)가 공급되어 배출되는 방향(A→B)으로 차등을 두어 좁게 형성되어 있는 것이 특징이다.
즉, 와이어(130)는 롤러(300a, 300b, 300c)의 와이어 공급 부분(A)을 통하여 새로운 와이어가 공급되면서 롤러(300a, 300b, 300c)의 와이어 배출 부분(B) 쪽으로 롤러에 고속으로 감겨지면서 배출되며, 이 때, 부착대(220)에 의해 고정된 실리콘 잉곳(210)이 프로그램된 속도로 롤러(300a, 300b) 사이의 와이어(330) 부분으로 내려와 부착대(220)에 부착되지 않은 외주연부터 내측으로 절단된다. 이 때, 롤러(300a, 300b, 300c)의 와이어 공급 부분(A)으로 새로 공급된 와이어(330)는 실리콘 잉곳(210)과의 마찰에 의하여 롤러(300a, 300b, 300c)의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분(B)으로 감겨 질수록 와이어 마모량이 증가하게 되며. 와이어(330)가 공급되는 부분의 와이어 홈(320)의 간격(D′1)을 기준으로 롤러(300a, 300b, 300c)의 중간 부분을 거쳐서 와이어(330)가 배출되는 부분(B)으로 갈수록 와이어 마모량을 고려하여 점차적으로 차등을 두어 좁게 형성하여 와이어(330)를 장착하였으므로, 절단되어진 웨이퍼는 전체적으로 와이어(330)의 마모량에 영향을 받지 않고 균일한 두께로 절단이 되는 것이다.
여기에서, 롤러(300a, 300b, 300c)에 형성하는 와이어 홈(320)의 간격(D′)은 실리콘 잉곳(210)의 절단 시에 있어서의 와이어(330) 마모량에 의하여 결정되며, 와이어의 마모량은 실리콘 잉곳의 직경과 길이, 와이어의 내마모성, 와이어의 직경, 와이어의 평균 감김 속도, 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도, 새로운 와이어의 공급 속도 등에 의하여 결정된다.
그리고, 롤러(300a, 300b, 300c)에 형성하는 와이어 홈(320)의 간격(D′)을 결정하는 와이어 마모량을 결정하기 위한 개략적인 수학식은 다음과 같다.
상기 수학식에서 Δd는 와이어의 마모량(㎛)을 의미하며, L은 실리콘 잉곳의 길이 (mm), V 는 와이어의 평균 이동 속도(m/min), F는 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도(㎛/min), NWF는 새로운 와이어가 공급되는 속도(m/min)를 의미한다.
즉, 와이어 마모량은 실리콘 잉곳의 길이(L)와, 와이어의 평균 이동 속도(V), 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도(F), 새로운 와이어의 공급 속도(NWF), 실리콘 잉곳의 직경(Ingot Dia)에 따라 계산하여 예측할 수 있는 것이다.
상기 수학식에 따라, 각 파라미터의 변화량에 따른 와이어의 마모량을 계산하여 보면 다음 표 1과 같다.
구분 잉곳의길이(㎜) 와이어평균속도(m/min) 평균절단속도(㎛/min) 새와이어 공급속도(m/min) 잉곳 직경(Inch) 와이어마모량(㎛)
잉곳의 길이차이에 따른와이어마모량 280 600 490 150 8 7.6
260 ″ ″ ″ ″ 7.1
240 ″ ″ ″ ″ 6.5
220 ″ ″ ″ ″ 6.0
200 ″ ″ ″ ″ 5.4
와이어 평균 속도의 차이에 따른 와이어 마모량 280 650 ″ ″ ″ 7.0
″ 600 ″ ″ ″ 7.6
″ 550 ″ ″ ″ 8.3
″ 500 ″ ″ ″ 9.1
″ 450 ″ ″ ″ 10.2
새 와이어 공급 속도에 따른 와이어 마모량 ″ 600 ″ 140 ″ 8.2
″ ″ ″ 130 ″ 8.8
″ ″ ″ 120 ″ 9.5
″ ″ ″ 110 ″ 10.4
″ ″ ″ 100 ″ 11.4
새 와이어 공급 속도와 잉곳의 직경에 따른 와이어 마모량 ″ ″ ″ 140 6 6.1
″ ″ ″ 130 6 6.6
″ ″ ″ 120 6 7.1
″ ″ ″ 110 6 7.8
″ ″ ″ 100 6 8.6
즉, 상기 계산 결과에 따라, 잉곳의 길이가 짧을수록 와이어의 마모량이 감소하고, 와이어의 평균 속도를 천천히 할수록 와이어 마모량이 증가하며, 새로운 와이어의 공급 속도를 느리게 할수록 와이어 마모량이 증가하고, 실리콘 잉곳의 직경이 작을수록 와이어 마모량이 줄어든 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 수학식에 따라서 실리콘 잉곳의 절단에 따른 각 변수를 결정하여 와이어 마모량을 예측함으로서 롤러(300a, 300b, 300c)에 형성하는 와이어 홈(320)의 간격(D′)을 결정할 수 있으며, 이 때, 와이어 홈의 간격(D′)은 잉곳(Ingot)의 길이(L), 잉곳(Ingot)의 직경(Ingot Dia), 와이어의 평균 이동 속도(V), 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도(F), 새로운 와이어의 공급되는 속도(NWF) 등을 고려하여 결정되는 와이어의 마모량(Δd)에 따라서, 롤러의 와이어 공급 부분(A)의 와이어 홈(D′1)의 간격을 기준으로 롤러의 중간부분을 거쳐 롤러의 와이어 배출 부분(B)으로 갈수록 1피치(pitch) 당 0.1㎛ 내지 10㎛씩 좁아지도록 형성된 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
본 발명은 상술한 구성을 가지는 실리콘 잉곳의 절단 장치를 제공함으로서, 실리콘 잉곳의 절단시 와이어의 마모량에 의한 웨이퍼의 두께 편차를 줄여 균일한 두께의 웨이퍼를 제조할 수 있고, 또한, 후속 공정인 래핑 공정 시, 가공 시간을 줄여 웨이퍼 생산성을 증대시키고, 래핑 슬러리의 사용량을 감소시키며, 고품질의 웨이퍼를 생산할 수 있게 되었다.

Claims (2)

  1. 실리콘 잉곳의 절단을 위한 와이어(wire)와, 상기 와이어(wire)를 감아서 구동시키는 와이어 롤러(wire roller)를 포함하여 이루어진 와이어 소(wire saw)를 장착한 실리콘 잉곳의 절단 장치에 있어서,
    상기 와이어 롤러에 형성된 와이어 홈의 간격이 상기 실리콘 잉곳의 절단에 따른 상기 와이어의 마모량에 따라 상기 와이어가 공급되어 배출되는 방향으로 차등을 두어 좁게 형성된 것이 특징인 실리콘 잉곳의 절단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어 홈의 간격은 잉곳(Ingot)의 길이, 잉곳(Ingot)의 직경, 와이어의 평균 이동 속도, 실리콘 잉곳의 평균 절단 속도, 새로운 와이어의 공급되는 속도 등을 고려하여 결정되는 상기 와이어의 마모량에 따라서, 롤러의 와이어 공급 부분의 와이어 홈의 간격을 기준으로 롤러의 중간 부분을 거쳐서 와이어 배출 부분으로 갈수록 1피치(pitch) 당 약 0.1㎛ 내지 10㎛씩 좁아지도록 형성된 것이 특징인 실리콘 잉곳의 절단 장치.
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