KR100649883B1 - Apparatus for cutting ingot - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 잉곳에 대한 사시도,1 is a perspective view of an ingot,
도 2는 본 발명에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 평면도,2 is a schematic plan view of an ingot cutting device according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 측면도,3 is a schematic side view of an ingot cutting device according to the present invention;
도 4는 잉곳과 잉곳지지빔 간의 배치 상태도이다.4 is an arrangement state diagram between an ingot and an ingot support beam.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1~4 : 잉곳 1a~4a : 시드면1 ~ 4:
10 : 베이스프레임 14 : 플레이트10: base frame 14: plate
14a : 마운팅면 16 : 정렬부재14a: mounting surface 16: alignment member
18 : 레일결합부 20 : 와이어톱18: rail coupling portion 20: wire saw
22 : 잉곳지지빔22: ingot support beam
본 발명은, 잉곳 절단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있도록 한 잉곳 절단장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for cutting ingots, and more particularly, to simultaneously cut a plurality of ingots having different silicon crystal orientations so as to increase productivity and lower production costs. An ingot cutting device.
반도체 재료 및 제조 공정에 사용되는 단결정 반도체 재료인 웨이퍼(Sapphire Wafer)는 의 원기둥 형태로 가공된 잉곳(Ingot)을 얇은 판 모양의 디스크 형태로써 절단하여 형성된다. 피아노줄 형태의 와이어로 잉곳을 절단하는 와이어톱(Wire Saw)과 다이아몬드 블레이드(Blade)를 사용하여 절단하는 I.D Saw 및 O.D Saw가 존재한다.The wafer (Sapphire Wafer), which is a single crystal semiconductor material used in the semiconductor material and the manufacturing process, is formed by cutting an ingot processed into a cylindrical shape into a thin plate-like disk. There are wire saws for cutting ingots with wires in the form of piano strings and I.D saws and O.D saws for cutting using diamond blades.
와이어톱은 한 장씩 절단하는 I.D Saw 및 O.D Saw에 비해 한번의 절단작업으로 대량생산이 가능하여 생산성이 높고, 품질이 우수하며 낮은 불량률을 보이는 등 우수하기 때문에 널리 사용되고 있다. 다만, 와이어톱은 장비 가격과 공정 소모품의 가격이 높아서 작업시마다 높은 비용이 소모되는 결점은 있다.Compared to I.D Saw and O.D Saw which cuts one by one, wire saws are widely used because they can be mass-produced in one cutting operation and have high productivity, high quality and low defect rate. However, wire saws have the drawback of high equipment cost and process consumables.
이처럼 와이어톱을 이용하여 잉곳을 절단하는 기술이 대한민국특허청 공개번호 특2003-19409 및 공개번호 10-2005-12938호 등에 개시되어 있다. 개시된 기술들은 그라인딩이 끝난 하나의 잉곳을 플레이트에 올려두고, 잉곳 시드면(Seed)에 형성된 실리콘 결정 방향(Orientation)을 측정한 다음 와이어톱에서 기계적으로 실리콘 결정 방향을 보정하여 잉곳을 절단하는 순서를 밟는다.As such, a technique for cutting an ingot using a wire saw is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2003-19409 and Publication No. 10-2005-12938. The disclosed techniques place a grinding ingot on a plate, measure the orientation of silicon crystals formed on the ingot seed surface, and then mechanically correct the silicon crystal orientation on the wire saw to cut the ingot. Step on.
그런데, 전술한 기술들과 같이 와이어톱이 장착된 절단장치를 움직이면서 잉곳을 절단하다 보면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 불가능해질 수밖에 없다. 따라서 생산량이 낮을 수밖에 없으며, 하나씩 생산하기 때문에 생산 원가(Cost)가 높아질 수밖에 없다.However, when cutting the ingot while moving the cutting device equipped with a wire saw as described above, it is impossible to simultaneously cut a plurality of ingots having different silicon crystal orientations. Therefore, production is inevitably low, and production costs are high because they are produced one by one.
뿐만 아니라 종래기술의 경우에는 와이어톱이 장착된 절단장치를 움직이면서 작업을 해야 하기 때문에 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 단점이 있다.In addition, the prior art has a disadvantage in that a saw mark occurs on the wafer because the work must be performed while moving the cutting device equipped with a wire saw.
본 발명의 목적은, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있도록 한 잉곳 절단장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ingot cutting device capable of simultaneously cutting a plurality of ingots having different silicon crystal orientations, thereby increasing productivity and lowering production cost.
본 발명의 다른 목적은, 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있도록 한 잉곳 절단장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an ingot cutting device which can prevent generation of saw marks on a wafer to be produced.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 복수의 잉곳이 마운팅되는 플레이트; 상기 플레이트의 판면방향을 따라 상기 플레이트에 상대이동 가능하게 마련되며, 상기 실리콘 결정 방향(Orientation)에 기초하여 가공된 상기 잉곳들의 시드면에 접촉하여 상기 잉곳들을 상기 플레이트의 마운팅면에 정렬(Align)시키는 정렬부재; 및 상기 마운팅면으로 정렬배치된 상기 잉곳들을 절단하는 와이어톱을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a plate on which a plurality of ingots having different silicon crystal orientations are mounted; Aligning the ingots to the mounting surface of the plate by contacting the seed surface of the ingots are provided to be relatively movable in the plate along the plate surface direction of the plate, and processed based on the silicon crystal orientation (Orientation) Aligning member to make; And a wire saw for cutting the ingots arranged and aligned with the mounting surface.
여기서, 상기 플레이트의 하부에 위치하여 상기 플레이트를 지지하되, 상기 플레이트가 착탈가능하게 결합되는 베이스프레임을 더 포함하며, 상기 정렬부재는 상기 베이스프레임에 상대이동 가능하게 마련될 수 있다. 이럴 경우, 잉곳의 마운팅 작업을 보다 원활하게 행할 수 있다.Here, the plate is positioned below the plate to support the plate, and further includes a base frame to which the plate is detachably coupled. The alignment member may be provided to be movable relative to the base frame. In this case, the ingot mounting work can be performed more smoothly.
상기 정렬부재와 상기 베이스프레임 사이에는 상기 베이스프레임에 대해 상 기 정렬부재를 슬라이딩 이동시키는 레일결합부가 마련되어 있을 수 있다. 따라서 잉곳들에 대한 정렬작업이 보다 수월해진다.A rail coupling part may be provided between the alignment member and the base frame to slide the alignment member with respect to the base frame. This makes it easier to align the ingots.
상기 플레이트의 마운팅면에 마운팅되어 상기 복수의 잉곳들을 지지하는 잉곳지지빔을 더 포함할 수 있다.The plate may further include an ingot support beam mounted on a mounting surface of the plate to support the plurality of ingots.
상기 잉곳지지빔은 잉곳의 길이에 대응하는 빔몸체 및 상기 빔몸체의 일면에 형성되어 상기 잉곳이 임의방향으로 회전하는 것을 저지하는 함몰그루브를 포함한다. 따라서 잉곳이 임의로 회전하는 것이 저지된다.The ingot support beam includes a beam body corresponding to the length of the ingot and a recess groove formed on one surface of the beam body to prevent the ingot from rotating in an arbitrary direction. Therefore, the ingot is arbitrarily rotated.
상기 마운팅면과 상기 잉곳지지빔, 상기 잉곳지지빔과 상기 잉곳 사이는 본드에 의해 접착된다. 따라서 잉곳을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.Bonding is performed between the mounting surface and the ingot support beam, the ingot support beam and the ingot by a bond. Therefore, the ingot can be supported more stably.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 잉곳에 대한 사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 잉곳(1)은 원기둥 형상으로써 후술할 와이어톱(20, 도 3 참조)에 의해 절단(Slicing)되어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 형성한다.1 is a perspective view of an ingot. As shown in this figure, the
잉곳(1)을 절단하고자 할 경우, 그 방향성이 요구된다. 이를 위해, 잉곳(1)의 측면에는 잉곳(1)의 길이방향을 따라 그라인딩(Grinding) 된 플랫면(1b, Flat Surface)이 형성되어 있고 플랫면(1b)에는 실리콘 결정 방향(O, Orientation)이 형성되어 있다. 따라서 기준면이 되는 잉곳(1)의 일측 단부를 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 절단한 후, 절단작업이 진행된다. 이하, 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 절단된 잉곳(1)의 단부를 시드면(1a, Seed)이라 하기로 한다.If the
도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 평면도 및 측면도이고, 도 4는 잉곳과 잉곳지지빔 간의 배치 상태도이다.2 and 3 are respectively a schematic plan view and a side view of an ingot cutting device according to the present invention, Figure 4 is a layout diagram between the ingot and the ingot support beam.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잉곳 절단장치는 크게, 베이스프레임(10), 플레이트(14), 정렬부재(16), 와이어톱(20) 및 잉곳지지빔(22)을 갖는다.As shown in these figures, the ingot cutting device according to the present invention largely has a
베이스프레임(10)은 본 절단장치의 지지하는 하부 구조체이다. 베이스프레임(10)의 하부에는 베이스프레임(10)을 지지하는 복수개의 푸트(12)가 마련되어 있다. 푸트(12)는 베이스프레임(10)의 배면에 적어도 사각 구도로 배치되어 베이스프레임(10)을 보다 안정적으로 지지하는 역할을 한다. 잉곳(1~4)의 절단 작업시, 베이스프레임(10)이 움직여서는 아니되기 때문에 푸트(12)의 단부에는 미끌림방지패드 등이 개재되는 것이 효과적일 것이다. 물론, 푸트(12)는 별도의 절단장치에 일체로 결합될 수도 있다.
플레이트(14)는 베이스프레임(10)의 상부에 마련되어 있다. 플레이트(14)는 베이스프레임(10)에 대해 착탈가능하게 결합되어 있다. 착탈의 방법으로는 볼트결합 내지 후크결합 등을 채용할 수 있다.The
플레이트(14)의 상면은 잉곳지지빔(22)을 통해서 잉곳(1~4)들이 마운팅(Mounting)되는 마운팅면(14a)을 형성한다. 플레이트(14)의 마운팅면(14a)은 적어도 평평한 판상체로 형성되어야 한다. 따라서 플레이트(14)는 정반으로 제조되는 것이 바람직할 것이다.The upper surface of the
정렬부재(16)는 서로 다른 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 갖는 잉곳 (1~4)들을 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 정렬(Align)하기 위해 마련된다. 이러한 정렬부재(16)는 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 대해 가로방향을 따라 수직하게 배치되어 잉곳(1~4)들의 기준면을 형성한다. 잉곳(1~4)들은 그 시드면(1a~4a)이 정렬부재(16)의 판면에 접촉함으로써 마운팅면(14a)에서 정렬된다.The
보다 많은 수의 잉곳(1~4)들을 마운팅면(14a)에 마운팅시킨 후, 한번의 절단작업(Run)을 하기 위해 정렬부재(16)는 마운팅면(14a)의 판면방향을 따라 이동하게 마련된다. 즉, 정렬부재(16)의 하부영역은 베이스프레임(10) 사이에는 레일결합부(18)가 마련되어 있다. 레일결합부(18)는 소위, 도브테일(Dove Tail) 형식을 보일 수 있다. 따라서 고정되어 있는 베이스프레임(10)에 대해 정렬부재(16)를 일방향으로 밀거나 당기면 레일결합부(18)의 구조에 의해 정렬부재(16)는 마운팅면(14a)의 판면방향을 따라 이동할 수 있게 되는 것이다.After mounting a larger number of
한편, 잉곳(1~4)들은 원기둥 형상을 가지고 있기 때문에 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 그대로 올려놓기가 상대적으로 어렵다. 이에, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉곳(1~4)을 지지하기 위한 별도의 잉곳지지빔(22)을 사용하고 있는 것이다.On the other hand, since the
잉곳지지빔(22)은 잉곳(1~4)의 길이에 대응하는 빔몸체(22a)와, 빔몸체(22a)의 일면에 형성되어 잉곳(1~4)이 안착되되, 잉곳(1~4)이 임의방향으로 회전하는 것을 저지하는 함몰그루브(22b)를 갖는다. 따라서 잉곳(1~4)을 잉곳지지빔(22)의 함몰그루브(22b)에 배치한 후, 잉곳지지빔(22)을 마운팅면(14a)에 올려놓으면 된다. 이 때, 잉곳지지빔(22)은 석묵이나 흑연(Graphite)으로 형성될 수 있다.The
다만, 이렇게 하더라도 외부의 진동이나 혹은 외부의 물리적인 요인에 의해 마운팅면(14a)에서 잉곳지지빔(22)이 흔들릴 수도 있고, 잉곳지지빔(22)에 대해 잉곳(1~4) 역시 흔들릴 수 있다. 따라서 이를 저지하기 위해 마운팅면(14a)과 잉곳지지빔(22) 사이, 그리고 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4) 사이는 본드(B, 도 3 참조)에 의해 일시적으로 접착된다. 이 때, 사용될 수 있는 본드(B)로는 에폭시 등이 될 수 있다.However, even in this case, the
본드(B)는 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4)을 일시적으로 고정시키는 역할을 한다. 따라서 절단작업이 완료되면 별도의 세척수에 의해 세척된다. 이러한 본드(B)는 소위, 하드너(Hardener)와 레진(Resin)을 본드 사용량 표를 참조하여 1 대 2로 섞은 것을 이용할 수 있으나, 필요시 공지된 다른 것들을 이용할 수도 있다.The bond B serves to temporarily fix the
이러한 구성을 갖는 잉곳 절단장치를 이용하여 잉곳(1~4)들을 얇은 판 모양의 디스크 형태로써 절단함으로써 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 제조하는 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to a series of processes for manufacturing a wafer (Sapphire Wafer) by cutting the ingots (1-4) in the form of a thin plate shape using an ingot cutting device having such a configuration as follows.
우선, 잉곳(1~4)들에 형성된 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 측정하기 위해 잉곳(1~4)들의 측면을 길이방향을 따라 그라인딩(Grinding)하여 플랫면(1b, 도 1 참조, Flat Surface)을 형성한다. 플랫면(1b)에 나타나는 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 확인하고 이에 기초하여 잉곳(1~4)들의 단부를 가공함으로써 실리콘 결정 방향(O, Orientation)과 나란한 시드면(1a~4a)을 가공한다. 가공된 잉곳(1~4)들을 하나씩 잉곳지지빔(22)에 놓아 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4)들을 본드(B)로 일시 고정한다. 이 때, 플랫면(1b)은 거의 전방을 향하도록 배치된다.First, in order to measure the silicon crystal orientation (O) formed in the
다음, 베이스프레임(10)에 플레이트(14)를 고정한다. 그리고는 정렬부재(16) 를 도 2의 점선으로 도시된 "A"위치로 배치한다. "A" 위치에서 잉곳(1,2)들의 시드면(1a,2a)을 정렬부재(16)에 접촉하여 정렬시킨다. "A" 위치에서 잉곳(1,2)들의 위치가 정렬되면, 잉곳(1,2)들이 놓여있는 잉곳지지빔(22)과 플레이트(14)의 마운팅면(14a)을 일시적으로 본딩한다. 그런 다음, 레일결합부(18)를 통해 정렬부재(16)를 "B"위치로 슬라이딩 이동시킨다. 정렬부재(16)가 "B"위치에 도달하면, "B"위치에서 다른 잉곳들(3,4)을 상기의 방법대로 정렬한 후, 해당 위치를 본딩한다.Next, the
이처럼 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 주어진 스펙에 맞게 잉곳(1~4)의 시드면(1a~4a)을 통일시키고 해당 위치를 부분적으로 본딩하고 나면, 잉곳(1~4)이 마운팅된 플레이트(14)를 와이어톱(20)이 마련된 절단장치에 결합한다. 그런 다음, 와이어톱(20)을 이용하여 다수의 잉곳(1~4)들을 일체로 절단함으로써 한번의 작업으로 많은 양의 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 제조할 수 있게 된다.Thus, after integrating the seed surfaces 1a to 4a of the
이와 같이, 본 발명에 의하면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 갖는 다수의 잉곳(1~4)들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있게 된다. 또한 와이어톱(20)이 마련된 절단장치를 움직이거나 회전시키는 대신 우선 잉곳(1~4)들을 정렬시킨 후, 절단하기 때문에 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있게 된다.As such, according to the present invention, simultaneous cutting of a plurality of
이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.Although the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited thereto.
전술한 실시예에서는 4개의 잉곳을 개시하고 있다. 그러나 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐, 마운팅면에 원하는 수만큼의 잉곳을 정렬하여 마운팅한 다음, 상 기의 작업을 실시할 수도 있는 것이다.In the above-described embodiment, four ingots are disclosed. However, this is only one example, and the desired number of ingots may be aligned and mounted on the mounting surface, and then the above operation may be performed.
전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하고 있지만, 정렬부재는 베이스프레임에 대해 수동으로 이동할 수도 있고, 혹은 자동으로 이동할 수도 있다. 자동으로 정렬부재를 이동시키고자 한다면, 실린더장치를 사용하거나 혹은 랙, 피니언 구조를 채용하여 모터에 의해 동작할 수 있도록 하면 된다. 이는 보편적인 구조로써 당업자라면 쉽게 설계할 수 있기에 자세한 도면은 생략하도록 한다.Although the description is omitted in the above-described embodiment, the alignment member may be moved manually or automatically with respect to the base frame. In order to move the alignment member automatically, a cylinder device or a rack or pinion structure may be employed to operate the motor. This is a universal structure and can be easily designed by those skilled in the art, so detailed drawings will be omitted.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있는 잉곳 절단장치가 제공된다.As described above, according to the present invention, an ingot cutting device capable of simultaneously cutting a plurality of ingots having different silicon crystal orientations to increase productivity and lower production costs is provided. .
또한 와이어톱이 마련된 절단장치를 움직이지 않고 잉곳들을 정렬시킨 후, 절단하기 때문에 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있는 잉곳 절단장치가 제공된다.In addition, there is provided an ingot cutting device that can prevent the occurrence of saw marks on the wafer to be produced because the ingots are aligned after the ingots are moved without moving the cutting device provided with the wire saw.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120118 Year of fee payment: 6 |
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FPAY | Annual fee payment |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |