KR101087001B1 - 와이어 쏘잉 장치 및 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔 - Google Patents

와이어 쏘잉 장치 및 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면 상하 승강 가능하게 설치되고, 마운팅용 빔이 부착된 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록을 공급받아 고정하는 워크 플레이트; 상기 실리콘 잉곳블록에 있어서 상기 마운팅 빔의 반대편에 위치하는 외주면에 부착되는 바텀 빔; 및 상기 워크 플레이트의 하방에 설치되고, 상기 워크 플레이트의 하강에 따라 서서히 접근하는 상기 실리콘 잉곳블록에 대하여 상기 바텀 빔으로부터 상기 마운팅용 빔 쪽으로 가면서 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로의 절단기능을 제공하는 와이어 쏘잉기구;를 포함하는 와이어 쏘잉 장치가 개시된다.
실리콘 잉곳블록, 와이어 쏘우, 마운팅 빔, 가변 장력, 나노토포그라피

Description

와이어 쏘잉 장치 및 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔{WIRE SAWING APPARATUS AND WIRE SAWING BOTTOM BEAM FOR THE SAME}
본 발명은 와이어 쏘잉(Wire Sawing) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 잉곳블록에 대한 슬라이싱(Slicing) 가공 시 절단 초기부와 후반부에 쉐이프(Shape)의 변형이 발생하는 것을 방지하는 구조를 가진 와이어 쏘잉 장치와 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 제조를 위한 와이어 쏘잉 공정에서는 와이어 쏘우(Saw)를 이용해 실리콘 잉곳블록을 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로 절단하는 가공을 반복하여 다수의 슬라이싱 된 웨이퍼(Sliced Wafer)를 얻는다.
도 1에는 종래기술에 따른 와이어 쏘잉 장치의 주요 구성이 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 와이어 쏘잉 장치는 실리콘 잉곳블록(1)을 고정하는 워크 플레이트(Work plate)(10)와, 워크 플레이트(10)의 하방에 설치된 와이어 쏘잉기구(30)를 포함한다.
와이어 쏘잉 공정을 위해 실리콘 잉곳블록(1)은 한 쪽에 마운팅용 빔(Mounting Beam)(20)이 부착된 형태로 제공된다. 에폭시(Epoxy)에 의해 마운팅용 빔(20)이 워크 플레이트(10)의 하부에 접착됨으로써 실리콘 잉곳블록(1)은 워크 플레이트(10)에 견고히 고정된다.
와이어 쏘잉기구(30)는 메인 롤러(Main Roller)(31)와 서브 롤러(Sub Roller)(32)로 이루어진 구동부와, 메인 롤러(31)와 서브 롤러(32)에 감겨서 상기 메인 롤러(31)의 회전에 의해 고속으로 수평주행하는 와이어 쏘우(33)로 구성된다.
통상적으로 와이어 쏘우(33)는 직경 0.16mm 정도의 미세 와이어 형태로 구성되고, 12m/s 정도의 사이클로 고속 주행하도록 구동된다. 또한, 와이어 쏘우(33)에는 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부로부터 후반부까지 30N 정도의 장력이 지속적으로 가해진다.
와이어 쏘우(33)의 상부에는 와이어 쏘우(33) 방향으로 슬러리를 분사하기 위한 슬러리 공급기구(40)가 구비된다.
상기와 같은 구성을 가진 와이어 쏘잉 장치는 슬러리의 분사와 더불어 와이어 쏘우(33)를 고속으로 주행시킨 상태에서 워크 플레이트(10)를 이동시켜 실리콘 잉곳블록(1)을 서서히 하강시키도록 동작된다. 실리콘 잉곳블록(1)은 서서히 하강하여 와이어 쏘우(33)를 통과함으로써 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로 얇게 절단된다.
그런데, 종래의 와이어 쏘잉 장치에 의해 절단된 웨이퍼는 쉐이프 변형과 관련된 품질 특성인 Warpage 특성이 절단 초기부(I)와 절단 후반부(F)에 열악한 취약점이 있어 이에 대한 대책이 요구되고 있다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 절단 초기부(I)와 절단 후반 부(F)는 다른 구간에 비해 굴곡 등과 같은 쉐이프 변형이 심하게 발생하여 품질 열위를 초래하게 된다. 도 2에서 화살표는 와이어 쏘우(33)에 의해 절단이 진행된 방향을 나타낸다.
실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부(I)에 발생하는 쉐이프 변형의 원인으로는 와이어 쏘우(33)와 실리콘 잉곳블록(1)이 최초로 접촉하는 지점에서 발생하는 진동에 의한 급격한 쉐이프 변화와 와이어 쏘우(33)의 직진 동작 불안정성, 와이어 쏘우(33)의 처짐 현상 등을 들 수 있다.
또한, 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 후반부(F)에 발생하는 쉐이프 변형은, 웨이퍼 센터(Center) 부분에 비해 절단 후반부(F)의 절단 면적이 감소하여 체적 변화가 발생하고 이로 인해 와이어 쏘우(33)의 진동 폭이 급격히 커짐에 따른 것으로 분석된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 와이어 쏘우의 주행에 기인한 진동 및 기계적 스트레스(Stress)가 완화된 이후에 실리콘 잉곳블록과 와이어 쏘우 간의 접촉이 이루어지는 구조를 가진 와이어 쏘잉 장치 및 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 잉곳블록의 절단 후반부에 발생하는 쉐이프 변형의 방지를 위해 와이어 쏘우에 가해지는 장력을 제어하는 구조를 가진 와이어 쏘잉 장치 및 이를 위한 와이어 쏘잉용 바텀 빔을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 실리콘 잉곳블록의 절단 초기부에 바텀 빔을 부착하여 와이어 쏘우의 진동을 억제하고, 기계적 스트레스가 완화된 상태에서 와이어 쏘우에 의한 실리콘 잉곳블록의 실질적인 절단이 진행되는 와이어 쏘잉 장치를 개시한다.
즉, 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치는 상하 승강 가능하게 설치되고, 마운팅용 빔이 부착된 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록을 공급받아 고정하는 워크 플레이트; 상기 실리콘 잉곳블록에 있어서 상기 마운팅 빔의 반대편에 위치하는 외주면에 부착되는 바텀 빔; 및 상기 워크 플레이트의 하방에 설치되고, 상기 워크 플레이트의 하강에 따라 서서히 접근하는 상기 실리콘 잉곳블록에 대하여 상기 바텀 빔으로부터 상기 마운팅용 빔 쪽으로 가면서 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로 의 절단기능을 제공하는 와이어 쏘잉기구;를 포함한다.
상기 바텀 빔은 실리콘 분말과 에폭시 수지의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 바텀 빔은 상기 실리콘 잉곳블록에 대응하는 길이를 갖는 것이 바람직하다.
상기 와이어 쏘잉 장치는 상기 와이어 쏘잉기구에 구비된 와이어 쏘우에 대하여 가변장력을 제공하는 장력제공기구;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록의 절단 초기부에 부착되는 빔으로서, 실리콘 분말과 수지의 혼합물로 이루어진 빔 몸체를 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치의 바텀 빔이 제공된다.
상기 수지는 에폭시 수지인 것이 바람직하다.
상기 빔 몸체는, 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록에 대응하는 길이를 갖고, 잉곳 부착면이 상기 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록의 외주면에 대응하도록 라운드 가공될 수 있다.
본 발명에 의하면 와이어 쏘잉 공정에서 바텀 빔에 의해 진동이나 기계적 스트레스가 완화된 이후에 실리콘 잉곳블록의 절단을 진행함으로써 쉐이프의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 가변 장력을 적용하여 와이어 쏘우의 처짐을 방지함으로써 절단 초기부로부터 후반부까지 쉐이프가 균일하게 유지되는 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 쏘잉 장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 쏘잉 장치는 실리콘 잉곳블록(1)이 로딩되는 워크 플레이트(100)와, 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부 쪽의 외주면에 부착된 바텀 빔(Bottom Beam)(102)과, 워크 플레이트(100)의 하방에 설치되어 실리콘 잉곳블록(1)에 대하여 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로의 절단기능을 제공하는 와이어 쏘잉기구(103)를 포함한다.
실리콘 잉곳블록(1)은 그 한 쪽 외주면에 마운팅용 빔(101)이 부착되고, 워크 플레이트(100)의 하부에 대하여 가로로 놓인 상태로 로딩된다. 마운팅용 빔(101)으로는 탄산칼슘(CaCO3)과 UPE(UHMW-Polyethylene)를 주성분으로 하여 절단 후 칩 배출이 용이하고 와이어 쏘우(103c)와의 용착이 적은 것으로 알려져 있는 MD 빔이 채용되는 것이 바람직하다.
워크 플레이트(100)는 상하 승강운동이 가능하도록 소정의 구동장치에 연결된다. 워크 플레이트(100)의 하부에는 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록(1)의 마운팅 빔(101)이 에폭시에 의해 접착된다. 따라서, 실리콘 잉곳블록(1)이 로딩된 상태에서 마운팅 빔(101)은 실리콘 잉곳블록(1)의 상부에 위치하게 된다.
바텀 빔(102)은 마운팅용 빔(101)의 반대편, 즉 실리콘 잉곳블록(1)의 하부 외주면에 실리콘 잉곳블록(1)의 길이방향과 나란하게 부착된다. 바텀 빔(102)은 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부 쪽의 외주면에 위치하므로 실리콘 잉곳블록(1)의 하강 시 가장 먼저 와이어 쏘우(103c)에 접촉되어 절단된다.
바텀 빔(102)은 실리콘 잉곳블록(1)과 경도차가 없는 실리콘(Si) 분말과 에폭시 수지의 혼합물로 이루어진 빔 몸체를 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면 와이어 쏘우(103c)와의 접촉에 따른 진동이 억제될 뿐만 아니라, 바텀 빔(102)의 절단이 완료되어 실리콘 잉곳블록(1)의 절단이 시작되는 시점까지 와이어 쏘우(103c)의 직진 동작의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 바텀 빔(102)은 실리콘 잉곳블록(1)과 열팽창계수가 실질적으로 동일하므로 실리콘 잉곳블록(1)의 절단이 시작될 때 급격한 열팽창을 억제할 수 있다.
도 5에서 횡단면도 (a)에 도시된 바와 같이 바텀 빔(102)의 한쪽면은 실리콘 잉곳블록(1)의 외주면에 대응하는 곡률반경(R)을 갖도록 라운드(Round) 가공되어 잉곳 접촉면으로 사용된다. 도 5에서 종단면도 (b)에 도시된 바와 같이 바텀 빔(102)의 빔 몸체 길이(L)는 실리콘 잉곳블록(1)의 길이에 대응하도록 설계된다. 예컨대, 빔 몸체의 길이(L)는 실리콘 잉곳블록(1)의 길이에 따라 300~400㎜로 설계될 수 있다.
와이어 쏘잉기구(103)는 회전력을 제공하는 메인 롤러(103a) 및 서브 롤러(103b)와, 메인 롤러(103a)와 서브 롤러(103b)에 감겨서 메인 롤러(103a)의 회전에 의해 고속으로 수평주행하는 와이어 쏘우(103c)를 구비한다.
실리콘 잉곳블록(1)을 디스크 형태로 얇게 절단하기 위해 와이어 쏘우(103c)는 실리콘 잉곳블록(1)의 중심축에 대하여 수직을 이루도록 배치된다.
와이어 쏘우(103c)는 워크 플레이트(100)의 하방에서 고속으로 수평주행하므 로 워크 플레이트(100)의 하강에 따라 서서히 접근하는 실리콘 잉곳블록(1)은 바텀 빔(102)으로부터 마운팅용 빔(101) 쪽으로 가면서 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로 절단된다.
와이어 쏘잉기구(103)에는 와이어 쏘우(103c)에 걸리는 장력을 조절하기 위한 장력 제어부(105)가 포함된다. 장력 제어부(105)는 메인 롤러(103a)와 서브 롤러(103b) 사이에서 와이어 쏘우(103c)에 대하여 백텐션(back tension)을 인가하는 브레이킹 장치 형태로 제공될 수 있다. 대안으로, 장력 제어부(105)는 메인 롤러(103a)에 연결되어 회전속도를 제어하는 장치의 형태로 제공될 수도 있다.
장력 제어부(105)는 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부로부터 센터까지의 구간에 대해서는 와이어 쏘우(103c)에 예컨대, 30N의 장력을 가하고, 센터 이후부터 절단이 완료되는 지점까지는 32N의 장력을 가하는 장력 조절 기능을 수행한다. 이와 같이 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 후반부에 대하여 상대적으로 더 강한 장력을 가하도록 가변 장력을 제공하게 되면 절단 후반부에서 잉곳의 체적 변화에 따라 발생하는 와이어의 처짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
와이어 쏘우(103c)의 상부에는 와이어 쏘우(103c)의 주행중에 와이어 쏘우(103c)의 표면에 슬러리를 분사하는 슬러리 공급기구(104)가 구비된다.
상기와 같은 구성을 가진 와이어 쏘잉 장치는 슬러리의 분사와 더불어 와이어 쏘우(103c)를 고속으로 주행시킨 상태에서 워크 플레이트(100)를 이동시켜 실리콘 잉곳블록(1)을 서서히 하강시키도록 동작된다. 따라서, 실리콘 잉곳블록(1)의 하단에 구비된 바텀 빔(102)이 가장 먼저 와이어 쏘우(103c)에 의해 절단되고, 이 후에 실리콘 잉곳블록(1)의 절단 초기부로부터 후반부까지 와이어 쏘우(103c)가 통과함으로써 실리콘 잉곳블록(1)은 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로 얇게 절단된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 쏘잉 장치를 이용하여 실리콘 잉곳블록(1)을 슬라이싱 한 후 웨이퍼의 품질을 측정한 결과가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 절단 초기부(I)와 절단 후반부(F)에 웨이비니스 패턴(Waviness Pattern)이 발생하지 않아 웨이퍼 품질이 개선된 나노토포그라피 맵(Nanotopography Map)이 얻어짐을 확인할 수 있다. 도 6에서 화살표는 와이어 쏘우(103c)에 의해 절단이 진행된 방향을 나타낸다.
웨이비니스 특성은 웨이퍼 표면 상의 0.5~25mm 폭에 대하여 20~100nm 정도의 단차를 측정함으로써 정의된다. 본 발명의 적용 시 웨이비니스 특성은 종래의 26nm 수준에 비해 개선된 23nm 수준을 유지하게 된다.
한편, 도 7을 참조하면, 절단 초기부(I)에서 쉐이프의 상승 트렌드(Trend)가 약 5㎛ 수준으로 종래기술(도 3 참조)에 비해 쉐이프의 변형이 현저히 감소하여 Warpage 특성이 개선됨을 확인할 수 있다. 이는 바텀 빔(102)이 먼저 절단된 이후에 실리콘 잉곳블록(1)이 절단됨으로 인해 실리콘 잉곳블록(1)의 열팽창이 완만하게 진행되고, 와이어 쏘우(103c)의 직진 동작의 안정성이 확보된 상태에서 실리콘 잉곳블록(1)이 절단됨으로써 굴곡 특성이 개선됨에 따른 것으로 분석된다.
웨이퍼의 Warpage 특성은 웨이퍼의 변형 정도를 나타내는 품질 특성으로서, 기준면에서 중심면(Median Surface)까지의 최대 편차와 최소 편차의 차이로 정의된다. 본 발명의 적용 시 Warpage 특성은 종래의 10㎛ 미만 수준에 비해 개선된 6㎛ 미만 수준을 유지하게 된다.
실리콘 잉곳블록(1)의 절단 후반부(F)는 가변 장력을 이용한 쉐이프의 미세 제어에 의해 와이어 쏘우(103c)의 처짐 현상이 방지되어 쉐이프의 변형이 현저히 감소하게 됨을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 쏘잉 장치는 바텀 빔(102)의 절단 이후에 실리콘 잉곳블록(1)의 절단이 이루어지고, 와이어 쏘우(103c)에 대하여 절단 초기부(I)에 비해 절단 후반부(F)에서 보다 큰 장력을 부여하는 장력 제어를 실시함으로써 웨이퍼의 쉐이프가 균일하게 유지될 수 있는 슬라이싱 가공을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 와이어 쏘잉 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 와이어 쏘잉 장치에 의해 슬라이싱 된 웨이퍼에 대한 나노토포그라피 맵,
도 3은 도 2의 웨이퍼에 대한 품질 측정 프로파일도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 쏘잉 장치의 구성도,
도 5는 도 4에서 바텀 빔의 구성을 도시한 단면도,
도 6은 도 4의 와이어 쏘잉 장치에 의해 슬라이싱 된 웨이퍼에 대한 나노토포그라피 맵,
도 7은 도 6의 웨이퍼에 대한 품질 측정 프로파일도이다.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
1: 실리콘 잉곳블록 100: 워크 플레이트
101: 마운팅용 빔 102: 바텀 빔
103: 와이어 쏘잉기구 104: 슬러리 공급기구
105: 장력 제어부

Claims (7)

  1. 상하 승강 가능하게 설치되고, 마운팅용 빔이 부착된 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록을 공급받아 고정하는 워크 플레이트;
    상기 실리콘 잉곳블록에 있어서 상기 마운팅 빔의 반대편에 위치하는 외주면에 부착되는 바텀 빔; 및
    상기 워크 플레이트의 하방에 설치되고, 상기 워크 플레이트의 하강에 따라 접근하는 상기 실리콘 잉곳블록에 대하여 상기 바텀 빔으로부터 상기 마운팅용 빔 쪽으로 가면서 잉곳블록 길이방향과 수직한 방향으로의 절단기능을 제공하는 와이어 쏘잉기구;를 포함하고,
    상기 바텀 빔은 실리콘 분말과 에폭시 수지의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바텀 빔은 상기 실리콘 잉곳블록에 대응하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 쏘잉기구에 구비된 와이어 쏘우에 대하여 가변장력을 제공하는 장력제공기구;를 더 포함하고,
    상기 장력제공기구는 상기 실리콘 잉곳블록의 절단 초기부로부터 센터까지의 구간에 비해 상기 실리콘 잉곳블록의 절단 후반부에 대하여 상대적으로 강한 장력을 가하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치.
  5. 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록의 절단 초기부 쪽 외주면에 부착되는 빔으로서,
    실리콘 분말과 에폭시 수지의 혼합물로 이루어진 빔 몸체를 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치의 바텀 빔.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 빔 몸체는,
    와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록에 대응하는 길이를 갖고, 잉곳 부착면이 상기 와이어 쏘잉 대상 실리콘 잉곳블록의 외주면에 대응하도록 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 와이어 쏘잉 장치의 바텀 빔.
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