KR101249860B1 - 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스 및 이를 포함한 와이어 쏘잉 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스는, 상부가 개방된 중공부를 구비하고, 전면(front side)의 상부 단의 높이가 양 측벽의 상부 단의 높이보다 낮다.
본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치는 빔을 이용해 잉곳을 부착하여 지지하는 마운팅 블록; 상기 잉곳의 양 측방에 위치하는 메인 롤러; 상기 메인 롤러에 일정 간격으로 권취된 와이어; 상기 와이어 상으로 슬러리를 공급하는 노즐; 및 상기 잉곳의 하방에 그리고 상기 메인 롤러 사이에 위치하는 슬러리 배스를 포함한다.

Description

와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스 및 이를 포함한 와이어 쏘잉 장치{Slurry Bath and Wire Sawing Device including the same}

본 발명은 단결정 잉곳을 웨이퍼 단위로 절단하는 슬라이싱 공정에서 단결정 잉곳이 슬러리가 가득 담긴 슬러리 배스에 담겨진 상태로 절단되도록 하여 절단면이 균일한 웨이퍼를 제조하기 위한 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스 및 이를 포함한 와이어 쏘잉 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 재료로서 실리콘 웨이퍼가 널리 사용되고 있다.

실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 단위로 절단하는 슬라이싱 공정에 의해 생산되며, 이러한 슬라이싱 공정에는 여러 형태가 있는데, 피아노 선 또는 고장력 와이어를 빠른 속도로 주행시키면서 그 와이어에 슬러리 용액을 분사하면서 와이어에 묻은 슬러리와 단결정 잉곳의 마찰에 의해 잉곳을 절단하는 와이어 쏘잉(Wire Sawing) 방식이 여러 개의 단결정 웨이퍼를 동시에 제조할 수 있으므로 널리 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 와이어 쏘잉 장치를 도시한 도면이다.

와이어 쏘잉 장치는 잉곳(10)을 지지하는 마운팅 블록(20), 와이어(11)가 권취된 메인 롤러(30), 상기 와이어(11) 상으로 슬러리(15)를 공급하는 노즐(40)을 포함한다.

마운팅 블록(20)은 슬라이싱 공정에서 와이어(11) 상단에 위치되어, 유압에 의해 작동되는 클램핑 유닛(미도시)에 잉곳(10)을 안정되게 장착시키고, 절단된 웨이퍼들이 하방으로 추락하는 것을 방지하기 위한 것이다.

에폭시와 같은 유기물 본드를 이용하여 빔(22)의 일면을 마운팅 블록(20)에 부착시키고, 또 다른 유기물 본드를 이용하여 잉곳(10)을 상기 빔(22)의 다른 일면에 부착시킨다. 위의 유기물 본드를 경화시키면 마운팅 블록(20), 빔(22) 및 잉곳(10)이 서로 부착된다.

이렇게 잉곳(10)이 고정된 마운팅 블록(20)을 와이어 쏘잉 장치에 로딩한 후 잉곳(10)을 절단함으로써 슬라이싱 공정이 진행된다.

상기 메인 롤러(30)는 잉곳(10) 하부에 위치하며, 일정 간격으로 복수 개의 와이어(11)가 권취되어 있다. 와이어(11)가 권취된 간격에 의해 슬라이싱되는 웨이퍼의 개수 및 두께가 정해진다.

상기 와이어(11) 상부에는 슬러리(15)를 공급하는 노즐(40)이 위치하는데, 상기 슬러리(15)에는 연마 그레인(grain)이 포함되어 있어, 마운팅 블록(20)에 장착된 잉곳(10)이 와이어(11)를 향해 이동하여 가압될 때 와이어(11)에 묻어 있던 연마 그레인에 의해 잉곳(10)이 절단된다.

상기 잉곳(10) 하방에는 슬러리 배스(50)가 위치하는데, 상기 슬러리 배스(50)의 전면(front side)이 그물망으로 되어 있어, 슬라이싱 공정 동안 노즐(40)을 통해 공급된 슬러리(15)가 상기 그물망을 통해 플로우(flow)되고, 절단 도중 손상되어 깨진 웨이퍼나 이물질이 필터링된다.

그러나 이러한 종래의 와이어 쏘잉 장치를 이용한 와이어 쏘잉 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

잉곳(10)을 절단하는 과정에서 와이어(11)와 잉곳(10)의 마찰력에 의해 잉곳(10)이 팽창하는데, 이로 인해 잉곳(10)의 절단면에 휨(warp)과 같은 불량이 발생하게 되어 절단면이 균일한 양질의 웨이퍼를 얻기 어려웠다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단결정 잉곳이 슬러리가 가득 담긴 슬러리 배스에 담겨진 상태로 절단되도록 하여 절단면이 균일한 웨이퍼를 제조하기 위한 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스 및 이를 포함한 와이어 쏘잉 장치를 제공하고자 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스는, 상부가 개방된 중공부를 구비하고, 전면(front side)의 상부 단의 높이가 양 측벽의 상부 단의 높이보다 낮다.

상기 전면의 상부 단의 높이와 양 측벽의 상부 단의 높이의 차가 1~3 mm일 수 있다.

상기 전면에 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 개방 또는 차폐하는 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 개폐 부재는 상기 전면 상에서 상하로 이동 가능한 슬라이드형 개폐 부재일 수 있다.

상기 양 측벽의 상부 단 바깥쪽에, 한 쌍의 슬러리 침투방지 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러리 침투방지 가이드는, 하부 경계면이 상기 양 측벽에 접하면서 양 측벽에 대하여 기설정된 각도의 경사를 이룰 수 있다.

본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치는, 빔을 이용해 잉곳을 부착하여 지지하는 마운팅 블록; 상기 잉곳의 양 측방에 위치하는 메인 롤러; 상기 메인 롤러에 일정 간격으로 권취된 와이어; 상기 와이어 상으로 슬러리를 공급하는 노즐; 및 상기 잉곳의 하방에 그리고 상기 메인 롤러 사이에 위치하는 슬러리 배스를 포함한다.

본 발명에 따르면, 단결정 잉곳의 슬라이싱 공정에서 슬러리가 가득 담긴 슬러리 배스에 잉곳이 담겨진 상태로 절단됨으로써 슬러리에 의해 잉곳의 외형이 냉각되므로, 급격한 온도 상승으로 잉곳이 팽창함에 따른 절단면의 휨 현상을 최소화하여 절단면이 균일한 웨이퍼를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 와이어 쏘잉 장치를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 정면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 단면도이고,
도 5는 종래의 와이어 쏘잉 장치를 이용하여 절단된 웨이퍼의 절단면 프로파일을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스를 적용한 와이어 쏘잉 장치를 사용하여 절단된 웨이퍼의 절단면 프로파일을 나타낸 도면이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 정면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스(100)는 상부가 개방된 중공부(110)를 구비하고, 전면(front side, 120)이 그물망으로 이루어져 있지 않고 차폐되어 있어, 상기 중공부(110)에 슬러리가 담길 수 있다.

상기 전면(120)에는 개구부(122)가 형성되고, 상기 개구부(122)를 개방 또는 차폐하는 개폐 부재(124)를 더 포함할 수 있다.

일 예시로서, 상기 개폐 부재(124)는, 상기 전면(120)에서 상하 방향으로 이동 가능한 슬라이드형 개폐 부재일 수 있다.

슬러리 배스(100)의 상기 전면(120)의 상부 단(127)의 높이가 양 측벽(130)의 상부 단(137)의 높이보다 낮아서 상기 중공부(110)에 담긴 슬러리가 양 측벽(130)을 넘어 플로우되지 않고 전방으로 오버 플로우(overflow)될 수 있다.

일 예시로서, 상기 전면(120)의 상부 단(127)의 높이와 양 측벽(130)의 상부 단(137)의 높이의 차(d)는 1~3 mm일 수 있다. 단의 높이 차(d)가 너무 크면 슬러리가 중공부(110)에 담겨 있지 못하고 지나치게 빨리 오버 플로우될 수 있고, 단의 높이 차(d)가 너무 작으면 중공부(110)에 담긴 슬러리가 전방뿐만 아니라 양 측벽을 넘어서도 오버 플로우될 수 있기 때문이다.

도 4는 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스(100)의 양 측벽(130)의 상부 단(137) 바깥쪽에 한 쌍의 슬러리 침투방지 가이드(140)가 형성되어 있다.

슬러리가 와이어(11)에 묻은 채로 약 14m/s의 속도로 이동하는데, 이 경우 와이어(11) 하부에 불필요한 슬러리의 흐름(슬러리 비산)이 발생하게 된다.

이로 인해 잉곳(10) 절단시에 웨이퍼에 미세한 손상(Damage)이 발생할 수 있으므로 이를 방지하고, 불필요한 슬러리의 흐름에 의해 웨이퍼 사이에 슬러리가 침투하여 슬러리의 체적 등의 이유로 발생할 수 있는 웨이퍼의 벌어짐 또는 흔들림을 방지하기 위해서이다.

상기 슬러리 침투방지 가이드(140)는 하부 경계면(140a)이 슬러리 배스(100)의 양 측벽(130)에 접하면서 양 측벽에 대하여 기설정된 각도(θ)의 경사를 이룰 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스를 적용한 와이어 쏘잉 장치를 사용하여 잉곳을 절단하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

빔(22)을 이용하여 잉곳(10)을 마운팅 블록(20)에 장착한 후 와이어 쏘잉 장치에 로딩한다. 잉곳(10)의 양 측방향으로 두 개의 메인 롤러(30)가 위치하고, 상기 메인 롤러(30)에는 절단용 와이어(11)가 권취되어 있다.

상기 와이어(11) 위쪽으로는 슬러리를 공급하는 노즐(40)이 위치하며, 잉곳(10)의 양 측방향으로 노즐(40)이 각각 두 개씩 위치하고 있다(도 1 참조).

상기 노즐(40)로부터 공급된 슬러리가 와이어(11)에 묻고, 상기 와이어(11)는 미리 정해진 장력을 갖고 대략 14m/s의 속도로 움직이게 된다.

마운팅 블록(20)에 장착된 잉곳(10)이 상기 와이어(11)를 향해 하방으로 이동하여 가압되면서 와이어(11)에 묻은 슬러리에 의해 잉곳의 슬라이싱 공정이 진행된다.

이 때, 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스(100)가 잉곳(10) 하방에, 그리고 두 개의 메인 롤러(30) 사이에 위치한다.

전술한 바와 같이, 상기 슬러리 배스(100)는 중공부(110)를 구비하고 전면이 차폐되어 있다.

슬러리 탱크(미도시)에서 160L/min으로 슬러리가 플로우되어 노즐을 통해 공급되며, 공급된 슬러리가 와이어(11)에 묻어서 이동한다.

잉곳의 슬라이싱 공정 동안, 와이어(11)에 묻은 채로 이동하던 슬러리가 슬러리 배스(100)에 모아지며, 슬러리가 중공부(110)를 가득 채운 후 슬러리 배스(100)의 전면(120)의 단(127)을 통해 오버 플로우되어 다시 슬리러 탱크로 이동하는 방식으로 순환된다.

마운팅 블록(20)에 장착된 잉곳(10)이 와이어(11)를 향해 하방으로 이동하면서 슬러리 배스(100)의 중공부(110)에 가득 담긴 슬러리에 담겨진 상태로 잉곳(10)의 절단 과정이 진행된다.

전술한 바와 같이, 잉곳의 절단 과정에서, 와이어(11)와 잉곳(10)의 마찰력에 의해 잉곳(10)이 팽창하기 때문에 웨이퍼의 절단면이 균일하지 못한 문제점이 발생할 수 있는데, 본 발명에 의하면 잉곳(10)이 슬러리가 가득 담긴 슬러리 배스(100)에 담겨진 상태로 절단되면서 슬러리 온도에 의해 잉곳(10)이 냉각되면서 잉곳(10)의 급격한 열팽창을 방지할 수 있다.

종래의 방식으로 잉곳(10)을 절단할 경우 약 55℃까지 잉곳의 온도가 상승하였으나, 본 발명에 따른 방법을 사용한 결과 약 47℃까지만 잉곳의 온도가 상승하여 온도 상승이 8℃ 가량 감소하였다.

잉곳의 슬라이싱 공정이 완료된 후, 상기 슬러리 배스(100)의 전면(120)에 구비된 개구부(122)를 통해 절단 도중 손상되어 깨진 웨이퍼나 이물질을 제거할 수 있다. 상기 개구부(122)는 개폐 부재(124)를 통해 개방 또는 차폐될 수 있다.

도 5는 종래의 와이어 쏘잉 장치를 이용하여 절단된 웨이퍼의 절단면 프로파일을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스를 적용한 와이어 쏘잉 장치를 사용하여 절단된 웨이퍼의 절단면 프로파일을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 종래의 와이어 쏘잉 장치를 이용하여 잉곳을 절단한 경우 잉곳의 급격한 열팽창에 의해 절단된 웨이퍼에 휨(warp)과 같은 불량이 발생하여 절단면이 균일하지 못한 것을 확인할 수 있다. 도 5의 그래프에 나타난 바와 같이 휨 불량의 평균값(warp average)이 10um 이내임을 알 수 있다.

이에 반해 도 6을 참조하면, 도 5와 비교할 때, 웨이퍼에 휨(warp)과 같은 불량이 거의 발생하지 않고 절단면이 균일함을 확인할 수 있다. 휨 불량의 평균값도 7um 이내로 작아졌다.

또한, 나노토포그라피(nanotopography)도 개선되어, 종래의 와이어 쏘잉 장치를 사용하여 잉곳을 절단한 경우 웨이퍼 표면에서 단차가 가장 큰 것과 가장 작은 것의 차이를 수치로 비교한 PV(Peak Vally) 값이 24nm였으나, 본 발명에 의할 경우 PV 값이 21nm로 작아졌다. 즉, 웨이퍼의 나노 품질도 향상되었음을 확인할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 잉곳 11: 와이어
15: 슬러리 20: 마운팅 블록
22: 빔 30: 메인 롤러
40: 노즐 100: 슬러리 배스
122: 개구부 124: 개폐 부재
140: 슬러리 침투방지 가이드

Claims (7)

1. 상부가 개방된 중공부를 구비하고, 전면(front side)의 상부 단의 높이가 양 측벽의 상부 단의 높이보다 낮으며, 상기 양 측벽의 상부 단 바깥쪽에 한 쌍의 슬러리 침투방지 가이드를 포함하는 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전면의 상부 단의 높이와 양 측벽의 상부 단의 높이의 차가 1~3 mm인 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전면에 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 개방 또는 차폐하는 개폐 부재를 더 포함하는 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 개폐 부재는 상기 전면 상에서 상하로 이동 가능한 슬라이드형 개폐 부재인 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬러리 침투방지 가이드는, 하부 경계면이 상기 양 측벽에 접하면서 양 측벽에 대하여 기설정된 각도의 경사를 이루는 와이어 쏘잉 장치용 슬러리 배스.
7. 빔을 이용해 잉곳을 부착하여 지지하는 마운팅 블록;
   상기 잉곳의 양 측방에 위치하는 메인 롤러;
   상기 메인 롤러에 일정 간격으로 권취된 와이어;
   상기 와이어 상으로 슬러리를 공급하는 노즐; 및
   상기 잉곳의 하방에 그리고 상기 메인 롤러 사이에 위치하는 제 1 항 내지 제4항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 의한 슬러리 배스를 포함하는 와이어 쏘잉 장치.

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