KR101275923B1 - 단결정 잉곳 절단장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 단결정 잉곳 절단장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치는 잉곳을 절단하는 와이어쏘와, 상기 와이어쏘를 구동하는 롤러와, 상기 와이어쏘에 공급되는 슬러리를 수용하는 슬러리 배쓰(bath)를 포함한다.

Description

단결정 잉곳 절단장치{SAWING APPARATUS OF SINGLE CYSTRAL THE SAME}

실시예는 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, 와이어쏘(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.

또한, 와이어쏘 장치에서 절단 및 윤활작용을 하는 슬러리(Abrasive+Oil)는 절단된 웨이퍼(Sliced Wafer)의 품질에 큰 영향을 준다. 이는 와이어에 묻은 슬러리가 잉곳을 절단하는 역할을 하지만 그 외의 비산되는 슬러리나 고속으로 왕복운동 하는 와이어에 의해 비산되는 슬러리가 잉곳이 절단되어 생성되는 웨이퍼와 웨이퍼의 사이에 침투하면서 체적되어 모양(Shape) 변형을 일으킬 수 있다.

도 1은 종래기술에서 슬러리 공급 불량으로 인한 절단면 형상(Sliced Warp Profile) 예시이며, 도 2는 불균일한 절단면 형상으로 인한 나노 웨이브니스(Waviness) 예시 사진(Nano Map)이다.

또한, 종래기술에 의하면, 와이어쏘 장치 내에서 실리콘 잉곳의 끝단부(절단 후반부) 절단 시 비산되는 슬러리(Slurry)흐름에 의한 웨이퍼의 유동이나 와이어의 직진도에 악영향을 미쳐 웨이퍼 끝단부 모양(Shape)의 변형이 발생할 수 있다. 따라서 절단 후반부의 슬러리 유량을 줄이는 것이 보통이나 유량을 줄일 경우 슬러리 커튼 현상(Slurry가 일정하게 퍼져서 나타남)이 균일하지 않게 나타날 수 있다.

이로 인해 도 1과 같이 잉곳 특정 구간의 슬러리 공급 불량을 발생시키므로 웨이퍼 절단면 형상이 불균일하게 형성이 되며, 이러한 웨이퍼 절단면의 불균일한 형상은 도 2와 같이 폴리싱(Polishing) 공정 후 나노토포그래피(Nanotopography)에 웨이브니스(Waviness) 패턴 등의 불량을 일으킨다.

실시예는 잉곳 절단에 쓰이는 와이어에 묻은 슬러리를 제외하고 비산되거나 잉곳이 절단되어 생기는 웨이퍼와 웨이퍼 사이로 침투하여 체적되는 슬러리를 제어하여 와이어쏘 공정에서 기인되는 절단모양(Sliced Shape) 변형을 제어할 수 있는 단결정 잉곳 절단장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치는 잉곳을 절단하는 와이어쏘와, 상기 와이어쏘를 구동하는 롤러와, 상기 와이어쏘에 공급되는 슬러리를 수용하는 슬러리 배쓰(bath)를 포함한다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 비산 슬러리 및 슬러리 커튼 현상 불량으로 발생할 수 있는 절단 끝단부 웨이퍼의 절단모양(Sliced Shape) 변형을 개선할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 웨이퍼의 워프(Warp) 품질을 개선할 수 있다. 실시예에서, 워프(Warp)는 웨이퍼의 변형 정도를 나타내며, 기준 면에서 중간표면(Mediam Surface)까지의 최대 편차와 최소 편차의 차이를 말한다.

또한, 실시예에 의하면 웨이퍼의 웨이브니스(Waviness) 발생을 제어하여 나노토포그래피(Nanotopography)를 개선할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 슬러리 배쓰 내에 가이드 롤러를 구비함으로써, 슬러리 배쓰 내에 인입되는 와이어쏘의 표면에 안정적으로 슬러리를 공급할 수 있다.

도 1은 종래기술에서 슬러리 공급 불량으로 인한 절단면 형상(Sliced Warp Profile) 예시.
도 2는 불균일한 절단면 형상으로 인한 나노 웨이브니스(Waviness) 예시 사진(Nano Map).
도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)의 예시도.
도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 방지커버의 제1 예시도.
도 5는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 방지커버의 제2 예시도.
도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 예시도.
도 7은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 측면도.
도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 단면도.
도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 적용시 절단면 형상(Sliced Warp Profile) 예시도.

실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 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.

이후, 상기와 같이 제조된 단결정 바디 잉곳을 소정의 절단장치, 예를 들어, 와이어쏘(Wire Saw)를 이용하여 테이블에 장착된 잉곳을 이동하면서 슬러리를 공급하여 웨이퍼(wafer) 형태로 절단할 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)의 예시도이다.

실시예는 잉곳 절단에 쓰이는 와이어쏘에 묻은 슬러리를 제외하고 비산되거나 잉곳이 절단되어 생기는 웨이퍼와 웨이퍼 사이로 침투하여 체적되는 슬러리를 제어하여 와이어쏘 공정에서 기인되는 절단모양(Sliced Shape) 변형을 제어할 수 있는 단결정 잉곳 절단장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 잉곳(IG)을 절단하는 와이어쏘(W)와, 상기 와이어쏘를 구동하는 롤러(R1, R2)와, 상기 와이어쏘에 공급되는 슬러리(S)의 비산을 방지하는 슬러리 방지커버(130)를 포함할 수 있다.

실시예에서 잉곳(IG)은 워크플레이트(110)에 비임(beam)(112) 등을 이용해 마운팅(mounting)된 후 단결정 잉곳 절단장치(100)에 로딩하여 절단될 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 방지커버의 제1 예시도이며, 도 5는 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 방지커버의 제2 예시도이다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 실시예는 와이어쏘에 묻은 슬러리(S)를 제외하고 불필요한 슬러리(S)가 잉곳(IG)에 접근할 수 없도록 슬러리 방지커버(130)를 설치하여 절단된 모양(Sliced Shape) 품질에 악영향을 줄 수 있는 흐름을 제어할 수 있다.

실시예에서, 상기 슬러리 방지커버(130)는 상기 와이어쏘(W)가 통과할 수 있는 그루브(groove)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 그루브는 타원형 형상 그루브(G1) 또는 사각형 형상 그루브(G2)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 그루브는 원형 형상도 될 수 있다.

상기 그루브는 상하간의 폭이 수평방향의 폭보다 더 넓을 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에 의하면 고속으로 왕복 운동하는 와이어쏘 위에 슬러리(S)를 분사시키기 때문에 원하지 않는 방향으로 슬러리가 비산되는 현상을 제어할 수 있다.

또한, 실시예는 슬러리 침투 방지커버(130)는 와이어쏘(W)가 지나갈 수 있는 그루부(Groove)를 구비할 수 있으며, 이 그루브의 간격은 와이어 가이드(Wire Guide)(미도시)의 피치(Pitch)간격과 동일할 수 있다.

또한, 실시예에서 그루브(Groove)는 와이어쏘가 지나는 통로가 되기 때문에 와이어쏘에 간섭하지 않도록 충분히 고려될 수 있으며, 절단 시 잉곳의 무게 및 테이블(워크플레이트)이 내려오는 하중에 따른 와이어쏘의 쳐짐을 충분히 감안하여 설계될 수 있다.

또한, 실시예에서 슬러리 침투 방지커버(130)는 와이어쏘의 왕복운동에 따라 잉곳의 양쪽에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 예시도이며, 도 7은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 측면도이고, 도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 단면도이다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 잉곳을 절단하는 중 슬러리 커튼 현상이 균일하게 나타나지 않는 것을 방지하고, 슬러리 노즐에서 분사되는 슬러리(S)의 비산을 방지하기 위해 슬러리를 수용하는 슬러리 배쓰(140)를 채용할 수 있다.

상기 슬러리 배쓰(140)는 상기 잉곳의 양측에 각각 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 와이어쏘는 상기 슬러리 배쓰(140)를 통과함으로써 상기 와이어쏘에 슬러리가 공급될 수 있다.

실시예에서 슬러리 배쓰(140)는 기존 노즐 방식에서 잉곳 절단 중에 발생할 수 있는 불균일한 슬러리 커튼현상을 제어하여 균일한 슬러리 커튼현상으로 제어할 수 있다.

또한, 와이어쏘가 슬러리 배쓰(140)를 지나며 왕복운동을 하기 때문에 노즐에 의해 슬러리를 와이어에 분사하는 기존 방식대비 불필요한 슬러리의 비산을 제어할 수 있다.

즉 와이어쏘에 묻는 슬러리(S) 외의 슬러리의 흐름을 제어할 수 있다.

실시예에서 상기 슬러리 배쓰(140)의 밑단은 홈(H)으로 되어있어 잉곳 절단 시 발생할 수 있는 Si, Fe 미분들이 슬러리 배쓰(140)에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

이때의 홈(H)의 경우 슬러리 배쓰(140)에 슬러리가 절단에 필요한 양만큼 와이어쏘에 묻지 않고 순환되어 쏘마크(Saw Mark) 등이 발생할 수 있으므로 간격을 적절히 설계할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 메인롤러 상측에 슬러리 노즐(120)을 채용하여 잉곳 절단 시 발생하는 와이어 가이드의 팽창을 제어하기 위한 냉각(Cooling) 효과를 가져올 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 슬러리 배쓰(140)로 부터 슬러리 배관(142)을 통해 슬러리 노즐(120)로 슬러리가 공급될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치(100)는 도 3과 같은 구조에서 하단에 슬러리 모집 배쓰(미도시)를 설치하여 상측으로부터 낙하하는 슬러리를 모집할 수 있고, 모집된 슬러리를 소정의 필터링 후 다시 슬러리 배쓰(140)로 순환시킬 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 슬러리 배쓰(140)의 대향하는 양 측면에는 소정의 제2 그루브(G3)가 형성되어 와이어 쏘(W)가 통과할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 그루브(G3)는 타원형 형상으로 형성될 수 있으며, 이 외에도 사각형 형상 또는 원형 형상일 수 있다. 물론, 제2 그루브(G3)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 슬러리 배쓰(140)의 내부에는 와이어쏘(W)가 슬러리에 침지(Dipping)되도록 가이드 롤러(150)가 더 구비될 수 있다. 이러한 가이드 롤러(150)는 제1 가이드 롤러 내지 제3 가이드 롤러(152, 154, 156)를 포함한다.

제1 가이드 롤러(152) 및 제2 가이드 롤러(154)는 와이어쏘(W)가 인입 및 인출되는 제2 그루브(G3)의 일측에 설치된다. 제1 가이드 롤러(152)와 제2 가이드 롤러(154) 사이에는 제3 가이드 롤러(156)가 구비된다.

제3 가이드 롤러(156)는 슬러리 배쓰(140)에 수용된 슬러리에 담겨지도록 제1 가이드 롤러(152) 및 제2 가이드 롤러(154)와 상하로 이격 배치될 수 있다.

이로부터 슬러리 배쓰(140)에 인입된 와이어쏘(W)는 제1 가이드 롤러(152)를 거쳐 제3 가이드 롤러(156)로 이동되고, 제3 가이드 롤러(156)를 이동하는 동안 와이어쏘(W)의 표면에는 슬러리가 균일하게 공급된다.

상기와 같이, 균일한 슬러리가 공급된 와이어쏘(W)는 제2 가이드 롤러(154)를 거쳐 슬러리 배쓰(140)의 외부로 인출될 수 있다.

상기와 같은 슬러리 배쓰(140) 및 가이드 롤러(150)는 다음과 같이 형성될 수 있다. 도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에서 슬러리 배쓰의 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 슬러리 배쓰(140)의 밑단에는 홈(H)이 형성되며, 슬러리 배쓰(140)의 대향하는 양측면에는 와이어쏘(W)가 인입 및 인출되는 제2 그루브(G3)가 형성된다.

슬러리 배쓰(140)의 내부에는 가이드 롤러(150)가 구비되며, 이러한 가이드 롤러(150)는 슬러리 배쓰(140)에 인입되는 와이어쏘(W)에 균일한 슬러리가 공급되도록 와이어쏘(W)를 이동시킨다.

이를 위해 가이드 롤러(150)는 제1 가이드 롤러 내지 제4 가이드 롤러(152, 154, 156, 158)를 포함한다. 제1 가이드 롤러(152)와 제2 가이드 롤러(154)는 와이어쏘(W)가 인입 및 인출되는 제2 그루브(G3)의 일측에 설치된다.

제3 가이드 롤러(156) 및 제4 가이드 롤러(158)는 제1 가이드 롤러(152) 및 제2 가이드 롤러(154)와 상하로 이격 설치되며, 제3 가이드 롤러(156)와 제4 가이드 롤러(158)는 슬러리 배쓰(140) 내에 수용된 슬러리에 침지된다.

이로부터 슬러리 배쓰(140)에 인입된 와이어쏘(W)는 제3 가이드 롤러(156) 및 제4 가이드 롤러(158)를 지나는 동안 슬러리 배쓰(140) 내에 침지되어 와이어쏘(W)의 표면에 슬러리가 더욱 균일하게 공급될 수 있는 효과가 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 슬러리 배쓰(140)의 밑단에는 홈(H)이 형성되며, 슬러리 배쓰(140)의 상부에는 와이어쏘(W)가 인입 및 인출되도록 제2 그루브(G3)가 형성될 수 있다. 슬러리 배쓰(140)의 내부에는 와이어쏘(W)를 슬러리에 침지시키기 위해 가이드 롤러(150)가 구비된다.

가이드 롤러(150)는 슬러리 배쓰(140)의 내부에 수용된 슬러리에 침지되도록 배치되며, 좌우로 이격 배치되도록 다수개가 형성될 수 있다. 이로부터 슬러리 배쓰(140)에 인입된 와이어쏘(W)는 가이드 롤러(156, 158)를 지나면서 와이어쏘(W) 표면에 균일한 슬러리를 공급할 수 있는 효과가 있다. 여기서, 슬러리 배쓰(140)의 외측에는 와이어쏘(W)를 슬러리 배쓰(140)의 내부로 안내하도록 보조 롤러(162, 164)가 더 구비될 수 있다.

도 11은 실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치 적용시 절단면 형상(Sliced Warp Profile) 예시도이다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 절단장치에 의하면, 비산 슬러리 및 슬러리 커튼 현상 불량으로 발생할 수 있는 절단 끝단부 웨이퍼의 절단모양(Sliced Shape) 변형을 도 11과 같이 개선할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 웨이퍼의 워프(Warp) 품질을 개선할 수 있다. 실시예에서, 워프(Warp)는 웨이퍼의 변형 정도를 나타내며, 기준 면에서 중간표면(Mediam Surface)까지의 최대 편차와 최소 편차의 차이를 말한다. 실시예에 의하며, 종래 워프 평균(Warp Average)이 약 15㎛ 이상이었던 것을, 실시예의 적용에 따라 워프 평균(Warp Average)을 약 15㎛ 미만으로 개선하였다.

또한, 실시예에 의하면 MC(Machine)측 웨이퍼의 웨이브니스(Waviness) 발생을 제어하여 나노토포그래피(Nanotopography)를 개선할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 나노(Nano)는 약 0.5~25mm 폭을 가지는 웨이퍼 표면에서의 약 20~100nm 정도의 단차를 수치로 표시한 것이며, 종래에는 PV(Peak to Valley)가 약 30nm이었으나 실시예 적용에 따라 PV가 약 26nm로 개선되었다.

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.

100: 잉곳 절단장치 110: 워크플레이트
130: 슬러리 방지커버 G2: 제2 그루브
140: 슬러리 배쓰 150: 가이드 롤러

Claims (10)

1. 잉곳을 절단하는 와이어쏘;
   상기 와이어쏘를 구동하는 롤러;
   상기 와이어쏘에 공급되는 슬러리를 수용하는 슬러리 배쓰(bath); 및
   상기 슬러리 배쓰의 내부에서 와이어쏘를 가이드하는 복수개의 가이드 롤러;
   를 포함하고,
   상기 와이어쏘의 일부는 상기 가이드 롤러에 의하여 상기 슬러리 배쓰에 수용된 슬러리에 침지되는 단결정 잉곳 절단장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬러리 배쓰는 상기 잉곳의 양측에 각각 구비되는 단결정 잉곳 절단장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬러리 배쓰에는 와이어쏘가 통과되도록 그루브가 형성된 단결정 잉곳 절단장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 그루브는 슬러리 배쓰의 측면 또는 상부에 형성된 단결정 잉곳 절단장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 가이드 롤러는 와이어쏘의 이동 방향에 따라 다수개가 구비되는 단결정 잉곳 절단장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 잉곳의 일측에는 슬러리 방지커버가 더 구비되는 단결정 잉곳 절단장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 슬러리 방지커버는 상기 와이어쏘가 통과할 수 있는 그루브를 포함하는 단결정 잉곳 절단장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 그루브는 상하간의 폭이 수평방향의 폭보다 더 넓은 단결정 잉곳 절단 장치.

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