KR101083481B1 - 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 비산차단 시스템은 슬러리를 공급하면서 와이어로 잉곳을 절단하는 단결정 잉곳 절단장치에 있어서, 상기 잉곳으로 상기 슬러리의 비산을 선택적으로 차단하는 비산차단막을 포함한다.

Description

비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치{Drift Block System and Sawing Apparatus of Single Crystal including the same}

실시예는 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치에 관한 것이다.

실리콘 등의 웨이퍼(wafer)는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 얇은 두께로 절단(slice)하여 만든다.

예를 들어, 단결정 잉곳을 소정의 절단장치, 예를 들어, 와이어 쏘우(Wire Saw)를 이용하여 테이블에 장착된 잉곳을 이동하면서 슬러리를 공급하여 웨이퍼(wafer) 형태로 절단한다.

그런데, 잉곳 절단 후반부로 갈수록 와이어와 테이블 사이의 간격이 좁아지며 이로 인해서 잉곳 절단에 이용되지 못한 슬러리가 잉곳 절단부에 공급되어 과도한 슬러리 공급이 이루어진다. 이러한 슬러리의 과도공급으로 인해 잉곳의 과냉각이 발생하여 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상이 발생하여 품질이 저하되는 문제가 있다.

실시예는 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상을 개선할 수 있는 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 비산차단 시스템은 슬러리를 공급하면서 와이어로 잉곳을 절단하는 단결정 잉곳 절단장치에 있어서, 상기 잉곳으로 상기 슬러리의 비산을 선택적으로 차단하는 비산차단막을 포함한다.

또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치는 잉곳을 장착하여 이동하는 테이블; 상기 잉곳을 절단하는 와이어; 상기 와이어를 감아 회전구동하는 와이어 롤러; 상기 와이어에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 및 상기 슬러리의 상기 잉곳으로의 비산을 선택적으로 차단하는 비산차단막;을 포함한다.

실시예에 따른 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 실리콘 잉곳, 화합물 반도체 잉곳 등으로부터 다수의 웨이퍼를 자르는 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 공급 및 차단 구간을 설정하여 구간별 안정된 슬러리 공급을 통해서 웨이퍼 품질을 안정화시킬 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 단결정 잉곳 구간별로 슬러리 차단 및 공급을 제어하여 절단된 웨이퍼 평탄도 향상 및 나노토포그래피(Nanotopography) 품질 향상에 기여할 수 있다.

도 1 내지 도 5는 단결정 잉곳 절단장치에 비산차단막 설치 전 및 설치 후의 결과.
도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 사시도.
도 7은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 평면도.
도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 부분 확대도.
도 9 및 도 10은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 적용시 결과.

이하, 실시예에 따른 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

(실시예)

실시예에서 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.

예를 들어, CZ 방법은, 다결정 실리콘의 용융액에 시드(seed)를 침지(dipping)한 후에 인상(pull)하여 종자 결정으로부터 가늘고 긴 단결정을 성장시키는 네킹(necking) 단계를 진행한다. 그리고, 단결정을 종자 결정과 수직 하는 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 소정길이만큼 성장시킨 후에는 단결정 바디의 직경을 감소시켜 결국 성장된 단결정 바디를 실리콘의 용융액 부분과 분리하는 테일링(tailing) 단계를 거쳐 결정 성장 과정을 완료한다.

이후, 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.

이후, 상기 단결정 바디 잉곳을 소정의 절단장치, 예를 들어, 와이어 쏘우(Wire Saw)를 이용하여 테이블에 장착된 잉곳을 이동하면서 슬러리를 공급하여 웨이퍼(wafer) 형태로 절단할 수 있다.

실시예는 슬러리의 과도공급으로 인해 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상을 방지하고자, 슬러리 비산 차단막을 설치하여 잉곳의 과냉각을 방지하고자 한다.

도 1 내지 도 5는 단결정 잉곳 절단장치에 비산차단막 설치 전 및 설치 후의 결과이다.

도 1 및 도 2는 비산차단막 설치전에 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)로서, 구체적으로, 도 1은 잉곳의 시드(seed) 영역에 대한 비산차단막 설치전에 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이고, 도 2는 잉곳의 테일(tail) 영역에 대한 비산차단막 설치 전에 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이다.

일반적으로 과도한 슬러리의 공급, 잉곳 절단에 따른 잉곳의 열팽창, 잉곳 절단장치의 와이어 가니드(wire guide) 축의 신장 등에 의해 도 1 및 도 2와 같이 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이 균일하지 못한 문제가 있다.

도 3 및 도 4는 비산차단막 설치 후의 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)로서, 구체적으로, 도 3은 잉곳의 시드(seed) 영역에 대한 비산차단막 설치 후의 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이고, 도 4는 잉곳의 테일(tail) 영역에 대한 비산차단막 설치 후의 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이다.

실시예는 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이 균일하지 못한 문제를 해결하고자 슬러리 비산 차단막을 설치하여 잉곳의 과냉각을 방지하고자 한다.

그런데, 비산차단막 설치에도 불구하고, 도 4와 같이, 잉곳 절단 후반부의 잉곳의 과냉각 방지를 위해 슬러리 비산 차단막 적용 시 잉곳 테일(Tail)쪽의 웨이퍼 절단면의 형상은 균일하게 제어되나, 도 3 및 도 5와 같이 시드(Seed) 쪽의 웨이퍼 절단면 형상은 불균일하게 형성이 되며, 이러한 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상(점선 참조)은 나노토포그래피(Nanotopography)에 웨이브니스(Waviness) 패턴 등의 불량을 일으킨다.

이에 실시예는 잉곳의 길이방향으로 슬러리의 비산을 선택적으로 차단할 수 있는 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치를 제공하고자 한다.

도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 사시도이며, 도 7은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 평면도이다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치는 잉곳(IG)을 장착하여 이동하는 테이블(310)과, 상기 잉곳(IG)을 절단하는 와이어(250)와, 상기 와이어(250)를 감아 회전구동하는 와이어 롤러(200)와, 상기 와이어(250)에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급부(미도시) 및 상기 슬러리의 상기 잉곳(IG)으로의 비산을 선택적으로 차단하는 비산차단막(320)을 포함할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치는 잉곳(IG) 상태의 실리콘 또는 화합물을 웨이퍼(Wafer) 형태로 만들 수 있다. 와이어(Wire)(250)는 회전구동하는 와이어 롤러(200)에 의해 구동되며, 홈이 일정하게 형성되어 있는 2~4개의 와이어 가이드(Wire guide)(미도시)에 와이어 네트(Net)를 형성하게 된다. 도 6에서 와이어 롤러(200)는 본체(100)에 구비되며, 와이어 롤러(200)는 제1 와이어 롤러(210), 제2 와이어 롤러(220), 제3 와이어 롤러(230) 등 3개로 도시되었으나 이에 한정되는 것이 아니며, 2 개 이상의 복수로 형성될 수 있다.

실리콘 또는 화합물 잉곳(IG)이 장착되어 있는 테이블(Table)(310)이 수직 하강하면서 일정한 장력이 걸려있는 상태에서 움직이고 있는 와이어(250)와, 와이어(250) 위에 도포되어지는 슬러리(slurry)에 의해 잉곳(IG)은 수십 내지 수백 장의 웨이퍼로 동시에 절단되게 된다.

실시예에 따른 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치는 슬러리 비산 차단막 설치로 개선이 되는 부분인 잉곳 테일 쪽은 슬러리 비산을 차단시키고, 문제가 발생하는 잉곳 시드 쪽은 슬러리 비산을 허용하여 불균일한 절단면 형상을 제어할 수 있다.

또한, 실시예는 와이어에 의해 절단되는 각 잉곳의 길이 차이로 인해 잉곳의 팽창, 수축율이 차이가 나게 되어 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상이 발생하는 구간이 다르게 나타나게 되는데, 절단면이 균일한 구간과 불균일한 구간에 대해 슬러리 비산을 선택적으로 차단할 수 있는 슬라이딩 방식의 비산차단막을 적용하여 균일한 절단면을 가지도록 할 수 있다.

도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 부분 확대도로서, 실시예에 따른 비산차단 시스템의 개략도이기도 하다.

실시예에 따른 비산차단 시스템은 슬러리를 공급하면서 와이어(250)로 잉곳을 절단하는 단결정 잉곳 절단장치에 있어서, 상기 잉곳(IG)으로 상기 슬러리(slurry)의 비산을 선택적으로 차단하는 비산차단막(320)을 포함할 수 있다.

상기 비산차단 시스템은 상기 잉곳(IG)을 이동하는 테이블(310)에 구비될 수 있고, 상기 잉곳(IG)의 길이 방향으로 슬라이딩할 수 있는 비산차단막(320)을 포함할 수 있다.

즉, 실시예에 따른 비산차단 시스템은 와이어에 의해 절단되는 각 잉곳의 길이 차이로 인해 잉곳의 팽창, 수축율이 차이가 나게 되어 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상이 발생하는 구간이 다르게 나타나는 문제를 해결하기 위해, 절단면이 균일한 구간과 불균일한 구간에 대해 슬러리 비산을 선택적으로 차단 또는공급할 수 있는 슬라이딩 방식의 비산차단막을 적용하여 균일한 절단면을 가지도록 할 수 있다.

예를 들어, 상기 비산차단막(320)은 상기 잉곳(IG)의 길이방향의 일단부(A)에서 구비되는 제1 비산차단막(321)과, 상기 제1 비산차단막(321) 상에 상기 잉곳의 타단부(B) 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합된 제2 비산차단막(322)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 비산차단막(321)은 상기 잉곳의 길이방향으로 라인 형태의 홈(미도시)을 구비할 수 있고, 상기 제2 비산차단막(322)은 상기 제1 비산차단막(321)의 홈에 체결될 수 있는 라인 형태의 돌기(미도시)를 구비하여 상기 제1 비산차단막(321) 상에 상기 잉곳의 타단부(B) 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 비산차단막(320)은 상기 제1 비산차단막(321)과 상기 제2 비산차단막(322) 외에 추가의 비산차단막을 더 구비하여 잉곳의 길이방향의 영역에 대해 선택적으로 슬러리의 비산을 차단할 수 있다.

상기 제1 비산차단막(321)은 상기 잉곳(IG)의 일단부(A)에 슬러리의 잉곳으로의 비산을 차단하며, 상기 제2 비산차단막(322)은 상기 잉곳의 타단부(B)에 슬러리의 잉곳으로의 비산을 허용할 수 있다.

예를 들어, 상기 잉곳의 일단부(A)는 상기 잉곳의 테일부이며, 상기 잉곳의 타단부(B)는 상기 잉곳의 시드부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 잉곳의 테일부의 의미는 잉곳의 테일영역을 의미하는 것은 아니며, 바디 잉곳 중 제거된 테일영역에 상대적으로 근접한 바디 영역을 의미하는 것이고, 상기 잉곳의 시드부 역시 바디 잉곳 중 제거된 시드부에 상대적으로 근접한 바디 영역을 의미하는 것이다.

실시예에 따른 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치는 슬러리 비산 차단막 설치로 개선이 되는 부분인 잉곳 테일 쪽은 슬러리 비산을 차단시키고, 문제가 발생하는 잉곳 시드 쪽은 슬러리 비산을 허용하여 불균일한 절단면 형상을 제어할 수 있다.

실시예에서 상기 비산차단막(320)은 잉곳 절단 공정 시작 전에 슬러리 비산의 선택적 차단을 위해 그 위치가 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 잉곳 절단공정 중에도 비산차단막의 이동이 가능할 수 있다.

예를 들어, 잉곳에 대한 절단 공정 중 와이어의 흔들림, 와이어 가이드의 팽창 등이 소정의 센서(미도시)에 의해 감지되는 경우, 소정의 제어부(미도시)는 잉곳의 절단면이 불귤일할 가능성이 있는 영역에 대해 비산차단막을 열어 슬러리 비산을 허용함으로써 균일한 절단면을 가지는 웨이퍼를 제조할 수 있다.

도 9 및 도 10은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 적용시 결과이다.

구체적으로, 도 9는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치의 적용시 웨이퍼 절단면 형상의 프로파일(profile)이고, 도 10은 잉곳의 시드(tail) 영역에 대한 비산차단막 설치 후의 웨이퍼 절단면이다. 실시예를 적용시 절단된 웨이퍼 평탄도가 현저히 향상됨을 알 수 있다.

실시예에 따른 비산차단 시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 실리콘 잉곳, 화합물 반도체 잉곳 등으로부터 다수의 웨이퍼를 자르는 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 공급 및 차단 구간을 제어하여 구간별 안정된 슬러리 공급을 통해서 웨이퍼 품질을 안정화시킬 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 단결정 잉곳 구간별 슬러리 차단 및 공급을 제어하여 절단된 웨이퍼 평탄도 향상 및 나노토포그래피(Nanotopography) 품질 향상에 기여할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 슬러리를 공급하면서 와이어로 잉곳을 절단하는 단결정 잉곳 절단장치에 있어서,
   상기 슬러리가 잉곳으로 비산되는 것을 선택적으로 차단하는 비산차단막을 포함하고, 상기 비산차단막은 잉곳을 장착하여 이동시키는 테이블에 설치되는 비산차단 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 비산차단 차단막은 잉곳의 길이 방향으로 슬라이딩되도록 설치되는 비산차단 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 비산차단막은,
   상기 잉곳의 길이방향의 일단부에서 구비되는 제1 비산차단막과;
   상기 제1 비산차단막 상에 상기 잉곳의 타단부 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합된 제2 비산차단막;을 포함하는 비산차단 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 비산차단막은 상기 잉곳의 일단부에 슬러리의 비산을 차단하며,
   상기 제2 비산차단막은 상기 잉곳의 타반부에 슬러리의 잉곳의 비산을 허용하는 비산차단 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 잉곳의 일단부는 상기 잉곳의 테일부이며,
   상기 잉곳의 타단부는 상기 잉곳의 시드부인 비산차단 시스템.
6. 잉곳을 장착하여 이동하는 테이블;
   상기 잉곳을 절단하는 와이어;
   상기 와이어를 감아 회전구동하는 와이어 롤러;
   상기 와이어에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 및
   상기 슬러리가 잉곳으로 비산되는 것을 선택적으로 차단하는 비산차단막;을 포함하고,
   상기 비산차단막은 잉곳을 장착하여 이동시키는 테이블에 설치되는 단결정 잉곳 절단장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 비산차단막은 잉곳의 길이 방향으로 슬라이딩되도록 설치되는 단결정 잉곳 절단장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 비산차단막은,
   상기 잉곳의 길이방향의 일단부에서 구비되는 제1 비산차단막과;
   상기 제1 비산차단막 상에 상기 잉곳의 타단부 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합된 제2 비산차단막;을 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 제1 비산차단막은 상기 잉곳의 일단부에 슬러리의 비산을 차단하며,
   상기 제2 비산차단막은 상기 잉곳의 타반부에 슬러리의 비산을 허용하는 단결정 잉곳 절단장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 잉곳의 일단부는 상기 잉곳의 테일부이며,
    상기 잉곳의 타단부는 상기 잉곳의 시드부인 단결정 잉곳 절단장치.
11. 제6 항에 있어서,
    상기 비산차단막은,
    상기 잉곳의 절단면이 불균일한 구간에 슬러리 비산을 허용하여 상기 잉곳에 슬러리를 공급하는 단결정 잉곳 절단장치.
12. 제6 항에 있어서,
    상기 비산차단막은 상기 잉곳 절단 공정 시작 전에 그 위치가 설정되거나, 상기 잉곳 절단공정 중에 상기 비산차단막이 이동할 수 있는 단결정 잉곳 절단장치.

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