KR101055927B1 - 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 잉곳을 절단하는 블레이드; 상기 블레이드를 회전구동하는 복수의 롤러; 상기 블레이드에 세정액을 분사하는 복수의 노즐; 상기 블레이드의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛; 상기 블레이드와 상기 정압유닛과의 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐에서의 세정액 분사량을 제어하는 제어장치;를 포함한다.

Description

단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법{Sawing Apparatus of Single Crystal and Controling method of the same}
실시예는 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
반도체 등의 전자 부품을 생산하기 위한 기판소재로 사용되는 실리콘 등의 웨이퍼(wafer)는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 얇은 두께로 절단(slice)하여 만든다. 단결정 잉곳은 다결정 실리콘을 쵸크랄스키 방법(Czochralski method : 이하, CZ 방법이라 함) 또는 용융대역법(Float Zone; 이하 FZ 방법이라 함) 등으로 봉 형상의 단결정 바디를 형성한 후에 이 단결정 바디를 외부 표면 가공하여 일정한 직경을 갖도록 하고, 일정한 길이로 절단함으로써 제조 완료된다.
이하, CZ 방법으로 단결정을 형성하는 방법을 간략히 설명한다.
CZ 방법은, 먼저, 다결정 실리콘의 용융액에 종자 결정 (seed crystal)을 침지(dipping)한 후에 인상(pull)하여 종자 결정으로부터 가늘고 긴 단결정을 성장시키는 네킹(necking) 단계를 진행한다. 그리고, 단결정을 종자 결정과 수직하는 직경방향으로 성장시키는 숄더링(shouldering) 단계를 진행하여 성장된 단결정이 소정 크기 이상의 직경을 갖도록 하며, 계속해서 바디 성장(body growing) 단계에 의해 성장된 부분은 웨이퍼로 만들어질 부분이 된다. 그리고, 단결정 바디를 소정길이 만큼 성장시킨 후에는 단결정 바디의 직경을 감소시켜 결국 성장된 단결정 바디를 실리콘의 용융액 부분과 분리하는 테일링(tailing) 단계를 거쳐 결정 성장 과정을 완료한다.
다음으로, 상기 결정 성장된 단결정 바디를 절단하여 바디 성장된 부분만 잔류하도록 한 후, 이 봉 형상의 잔류하는 부분이 소정 직경을 갖도록 외부 표면을 가공(grinding) 한다. 그리고, 상기 직경을 갖는 봉 형상의 단결정 바디를 일정한 길이를 갖도록 크라핑(cropping)하여 소정 길이를 갖는 단결정 잉곳의 제조를 완료한다.
종래기술에 의하면 크라핑(cropping) 공정은 밴드 쏘우(Band Saw)장비에 의해서 진행되고, 크라핑공정에 의해 잉곳 블락(Ingot Block) 또는 검사용 샘플(Sample)로 절단하는 공정 내에서의 판단기준은 블레이드(Blade)의 떨림(Deflection)이다.
블레이드(Blade)의 떨림(Deflection) 정도는 잉곳 블락(Ingot Block)의 평평도(Flatness)에 매우 큰 영향을 미치는 주요 인자(Factor)로서 블레이드의 교체 판단 기준 및 리텐션(Re-tension) 기준이 될 수 있다.
종래기술에 의하면 블레이드 떨림 그래프(Blade Deflection Graph)를 주요 관리 인자(Factor)로 보고, 소정의 관리 기준을 넘는 경우 작업자가 블레이드를 기구적으로 잡아주는 정압유닛(Deflection Unit)을 재조정하여 블레이드(Blade)에 들어가는 냉각수(Coolant)의 양과 압을 확인하여 사용하거나, 정압유닛 조정 이후에도 떨림(Deflection)이 좋지 않을 경우 블레이드를 교체한다.
따라서 종래기술에 의하면 블레이드의 떨림(Deflection)에 대해 블레이드의 떨림(Deflection)을 상태를 확인하고, 크라핑 공정이 끝난 후 정압유닛을 조정하여 떨림(Deflection) 정도에 따라 작업자가 정압유닛을 조정하거나 블레이드를 교체하는 방식으로 되어 있다.
그런데, 종래기술에 따라 작업자의 수작업을 통하여 정압유닛을 조정(Re Tension)하는 경우, 정압유닛 앞뒤의 평탄도 및 기울기(Tilting)를 맞추기 위해 장착되는 게이지(Gauge)의 종류가 다양하고, 나아가 게이지를 읽는 방법 또한 차이가 있을 수 있고, 작업자 별 숙련도에 의한 편차가 발생하여 항상 동일한 조건을 잡기가 힘든 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 정압유닛 조정 작업 시 블레이드 사이의 앞뒤 간격과 함께 블레이드를 기준으로 정압유닛의 기울기까지 조정이 필요하므로, 작업 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 크라핑 공정 중에서 정압유닛의 조정작업이 불가하여 크라핑 공정이 끝난 후 정압유닛을 조정하거너 블레이드를 교체함으로써 장비의 비가동시간(Down Time)이 되는 문제가 있다.
실시예는 잉곳 절단 작업시 블레이드 떨림(Deflection)을 절단작업 공정 중에도 자동제어함에 따라 정압유닛 조정(Re-Tension) 발생 횟수를 줄여 장비의 비가동시간(Down Time) 감소를 통해 잉곳 절단작업의 효율성 증대와 아울러 생산성 향상을 도모할 수 있는 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 잉곳 블락(Ingot Block)의 평편도(Flatness)제어 및 절단 부산물 등의 칩(Chip) 발생에 대한 열위를 효율적으로 제어할 수 있는 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 잉곳을 절단하는 블레이드; 상기 블레이드를 회전구동하는 복수의 롤러; 상기 블레이드에 세정액을 분사하는 복수의 노즐; 상기 블레이드의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛; 상기 블레이드와 상기 정압유닛과의 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐에서의 세정액 분사량을 제어하는 제어장치;를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 제어방법에 의하면, 잉곳을 절단하는 블레이드와, 상기 블레이드에 세정액을 분사하는 복수의 노즐과, 상기 블레이드의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치에 있어서, 상기 잉곳을 절단하면서 상기 블레이드에 복수의 노즐을 통해 세정액을 분사하는 단계; 상기 블레이드와 상기 정압유닛 사이의 거리를 측정하는 단계; 상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐에서의 세정액 분사량을 조정하는 단계; 및 상기 조정된 분사량에 따라 노즐에서의 세정액을 조정하여 분사하는 단계;를 포함한다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법에 의하면, 정압유닛 사이로 나오는 세정액 양, 예를 들어 냉각수(Coolant) 양을 이용하여 블레이드의 떨림(Deflection)을 제어하는 방식을 채택함으로써 작업자간의 편차를 줄일 수 있는 장점이 있고, 또한 잉곳 절단 공정 중에 블레이드 떨림의 제어가 가능하므로 장비의 비가동시간(Down Time)이 감소함으로 인하여, 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술과 달리 노즐(Nozzle)을 추가함으로 인하여, 블레이드가 마찰을 받으면서 발생되는 부하를 최적화시킬 수 있어 기계적 장치에 대한 작업자의 조정작업의 횟수와 조정작업 차이에 대한 단점을 제거할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 개괄도.
도 2는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 정면 정압유닛 부에 대한 정면 확대도.
도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 정면 정압유닛 부에 대한 평면 확대도.
도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 제어방법의 순서도.
도 5는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 적용시 떨림 모니터링 상태도.
이하, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 개괄도이며, 도 2는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 정면 정압유닛 부에 대한 정면 확대도이며, 도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 정면 정압유닛 부에 대한 평면 확대도이다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 잉곳(IG)을 절단하는 블레이드(120)와, 상기 블레이드(120)를 회전구동하는 복수의 롤러(110)와, 상기 블레이드(120)에 세정액을 분사하는 복수의 노즐(150)과, 상기 블레이드(120)의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛(130)과, 상기 블레이드(120)와 상기 정압유닛(130)과의 거리를 측정하는 거리측정센서(140)와, 상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐(150)에서의 세정액 분사량을 제어하는 제어장치(미도시)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 복수, 예를 들어 두 개의 롤러(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 두개의 롤러(110)에 밴드(Band) 형태의 블레이드(Blade)(120)를 장착하여, 고속의 정속으로 회전을 하게 되며, 주로 잉곳(Ingot)(IG)의 블락(Block) 또는 검사용 샘플(Sample)을 절단할 수 있다.
이때, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 도 1과 같이 위에서부터 아래로 하강을 하면서 잉곳(IG) 블락 또는 검사용 샘플을 절단할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 정압유닛(130)은 블레이드(120) 회전에 따라 절단되는 잉곳(IG) 보다 앞쪽에 구비되는 제1 정압유닛(131)과, 블레이드(120) 회전에 따라 절단된 잉곳(IG)의 뒤쪽에 구비되는 제2 정압유닛(132)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 정압유닛(130)은 카본 패드(carbon pad)를 구비하여 블레이드(120)와의 마찰에 내성을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 정압유닛(131)에는 제1 세정액 포트(port)(161), 제2 정압유닛(132)에는 제2 세정액 포트(162)가 구비되어 노즐(150)에 세정액을 공급할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법에 의하면, 정압유닛 사이로 나오는 세정액, 예를 들어 냉각수(Coolant)의 양을 이용하여 블레이드의 떨림(Deflection)을 제어하는 방식을 채택함으로써 작업자간의 편차를 줄일 수 있는 장점이 있고, 또한 잉곳 절단 공정 중에 블레이드 떨림의 제어가 가능하므로 장비의 비가동시간(Down Time)이 감소함으로 인하여, 생산성 향상을 도모할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 노즐(150) 내에는 유량조절 밸브(미도시)를 더 포함하여, 상기 제어장치(미도시)의 유량제어 신호값에 따라 노즐(150)에서의 세정액 분사량이 조절할 수 있다. 상기 유량조절 밸브(미도시)는 모터밸브를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 실시예는 정압유닛(130)으로부터 나오는 세정액의 양을 블레이드(120)의 떨림(Deflection) 상태에 따라서 가변을 시킬 수 있다.
따라서 이와 관련하여 추가로 세정액의 배관 부에 유량조절 밸브, 예를 들어 모터밸브(Motor Valve)를 설치를 하여, 거리측정센서(140)에서 읽는 떨림(Deflection) 값을 기준으로 모터(Motor)의 밸브 오픈(Valve Open)량이 가변하여, 지속적으로 제어(Contorol)를 할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 제어방법의 순서도이다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 제어방법은 우선, 잉곳의 절단 가공을 시작(S110) 하면서, 블레이드 회전을 통해 잉곳을 절단하면서 상기 블레이드에 복수의 노즐을 통해 세정액을 분사한다(S120).
이때, 거리측정센서(140)에 의해 상기 블레이드(120)와 상기 정압유닛(130) 사이의 거리를 측정한다(S130).
실시예에 의하면 제어장치(PLC)에 의해 상기 측정된 거리에 따라 상기 노즐(150)에서의 세정액 분사량을 설정하고, 조정할 수 있다(S140).
이에 따라 제어장치에서 조정된 분사량에 따라 노즐(150)에서의 세정액을 자동조정하여 분사할 수 있다(S150).
예를 들어, 세정액 배관부에 유량조절 밸브(미도시), 예를 들어 모터밸브(Motor Valve)를 설치를 하여, 거리측정센서(140)에서 읽는 떨림(Deflection) 값을 기준으로 모터(Motor)의 밸브 오픈(Valve Open)량이 가변하여, 지속적으로 제어(Contorol)를 할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 적용시 떨림 모니터링 상태도이다.
실시예에 의하면, 상기 블레이드(120)와 상기 정압유닛(130) 사이의 거리가 소정의 기준을 벗어나 떨림이 증가할수록 세정액의 분사량을 증가하고, 떨림이 작을수록 세정액의 분사량을 감소시켜 블레이드의 떨림정도를 자동 제어할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 및 그 제어방법에 의하면, 정압유닛 사이로 나오는 냉각수(Coolant) 양을 이용하여 블레이드의 떨림(Deflection)을 제어하는 방식을 채택함으로써 작업자간의 편차를 줄일 수 있는 장점이 있고, 또한 잉곳 절단 공정 중에 블레이드 떨림의 제어가 가능하므로 장비의 비가동시간(Down Time)이 감소함으로 인하여, 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 실시예에서 노즐(150)은 상기 제1 정압유닛(131)과 상기 제2 정압유닛(132) 사이의 공간을 내측이라고 할 때, 상기 제1 정압유닛(131)의 외측에 구비되는 제1 노즐(151)과, 상기 제1 정압유닛(131)의 내측에 구비되는 제2 노즐(152) 및 상기 제2 정압유닛(132) 외측에 구비되는 제3 노즐(153)을 포함할 수 있다.
상기 제1 노즐(151)은 절단작업 전의 블레이드(120)의 다이아몬드부(미도시)를 세정할 수 있고, 상기 제2 노즐(152)은 절단부인 다이아몬브부를 세정할 수 있으며, 상기 제3 노즐(153)은 상기 블레이드(120)의 면 전체를 세정할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 절단작업 전의 블레이드(120)의 절단부를 세정하는 제1 노즐(151)을 포함함으로써 블레이드에 묻어있을 수 있는 잉곳 잔여물 또는 기타 부산물 칩등을 절단작업 전에 미리 세정함으로써 절단작업이 원활히 진행될 수 있다.
즉, 실시예에 의하면 종래기술과 달리 절단작업 전에 블레이드 절단부를 세정하는 노즐(Nozzle)을 추가함으로 인하여, 블레이드가 마찰을 받으면서 발생되는 부하를 최적화시킬 수 있고, 기계적 장치에 대한 작업자의 조정작업의 횟수와 조정작업 차이에 대한 단점을 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
100: 잉곳 절단장치
110: 롤러
120: 블레이드
130: 정압유닛
140: 거리측정센서
150: 노즐

Claims (7)

  1. 잉곳을 절단하는 블레이드;
    상기 블레이드를 회전구동하는 복수의 롤러;
    상기 블레이드에 세정액을 분사하는 복수의 노즐;
    상기 블레이드의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛;
    상기 블레이드와 상기 정압유닛과의 거리를 측정하는 거리측정센서;
    상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐에서의 세정액 분사량을 제어하는 제어장치;를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐 내에는 유량조절 밸브를 더 포함하여,
    상기 제어장치의 유량제어 신호값에 따라 노즐에서의 세정액 분사량이 조절되는 단결정 잉곳 절단장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브는 모터밸브를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 정압유닛은,
    블레이드 회전에 따라 절단되는 잉곳의 앞에 구비되는 제1 정압유닛과,
    블레이드 회전에 따라 절단되는 잉곳의 뒤에 구비되는 제2 정압유닛을 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐은,
    상기 제1 정압유닛과 상기 제2 정압유닛 사이의 공간을 내측이라고 할 때,
    상기 제1 정압유닛의 외측에 구비되는 제1 노즐;
    상기 제1 정압유닛의 내측에 구비되는 제2 노즐; 및
    상기 제2 정압유닛 외측에 구비되는 제3 노즐;를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
  6. 잉곳을 절단하는 블레이드와, 상기 블레이드에 세정액을 분사하는 복수의 노즐과, 상기 블레이드의 양측에 소정의 거리로 이격되어 구비되는 복수의 정압유닛를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 잉곳을 절단하면서 상기 블레이드에 복수의 노즐을 통해 세정액을 분사하는 단계;
    상기 블레이드와 상기 정압유닛 사이의 거리를 측정하는 단계;
    상기 측정된 거리에 따라 상기 각 노즐에서의 세정액 분사량을 조정하는 단계; 및
    상기 조정된 분사량에 따라 노즐에서의 세정액을 조정하여 분사하는 단계;를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치 제어방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 세정액 분사량을 조정하는 단계는,
    상기 블레이드와 상기 정압유닛 사이의 거리가 소정의 기준을 벗어날수록 세정액의 분사량을 증가하는 단결정 잉곳 절단장치 제어방법.
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JP2000127149A (ja) * 1998-10-29 2000-05-09 Hitachi Cable Ltd バンドソー切断方法

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