KR101408552B1 - 박형 실리콘 로드의 제조를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a) 실리콘의 로드를 제공하는 단계; b) 소잉 장치를 사용하여 상기 로드로부터 특정 두께의 슬랩을 순차적으로 절삭하는 단계로서, 이때 로드는 개별적으로 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여 4회의 연속되는 절삭 중에서, 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면에서 쌍으로 일어나거나 또는 슬랩의 절삭이 로드의 방사상 대향면에서 함께 동시에 일어나는 것인 단계; c) 절삭된 슬랩을 횡단면이 직사각형인 박형 로드로 소잉하는 단계를 포함하는 박형 실리콘 로드의 제조 방법, 및 다수개의 절삭 공구 및 절삭 공구 냉각용 냉각액을 포함하는 제1 유닛, 처리되는 워크피스의 절삭되는 면으로 추가 냉각액을 유입하기 위한 노즐을 포함하는 제2 유닛, 및 밴드 쏘 또는 와이어 쏘 또는 1 이상의 샤프트를 포함하는 절삭 공구를 포함하는 제3 유닛을 포함하는, 소잉에 의해 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

박형 실리콘 로드의 제조를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING THIN SILICON RODS}
본 발명은 박형 실리콘 로드를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
박형 실리콘 로드는 다결정 실리콘의 침착에 사용된다.
다결정 실리콘(약어: 폴리실리콘)은 도가니 인상법(Czochralski 또는 CZ 방법) 또는 대상 용융법(플로트 존 또는 FZ 방법)에 의해 단결정 실리콘을 제조하기 위한 출발 물질로서 사용된다. 이러한 단결정 실리콘은 웨이퍼로 절삭되고, 다수의 기계적, 화학적 및 화학-기계적 처리 작업 후에, 전자 부품(칩) 제작을 위해 반도체 산업에서 사용된다.
하지만, 구체적으로, 다결정 실리콘은 인상법이나 주조법을 사용하여 단결정 또는 다결정 실리콘을 제조하는데서 높은 정도로 요구되고 있으며, 이러한 단결정 또는 다결정 실리콘은 광전변환소자용 태양전지를 제조하는데 사용된다.
흔히 줄여서 폴리실리콘이라고도 하는, 다결정 실리콘은 통상적으로 지멘스 공정에 의해 제조된다. 이 경우, 박형 실리콘 로드는 벨형 반응기("지멘스 반응기")에서 전류의 직접 통과에 의해 가열되고 실리콘과 수소를 함유하는 성분을 포함하는 반응가스가 도입된다.
실리콘 함유 성분으로서, 예를 들어, 실리콘-할로겐 화합물 예컨대 실리콘-염소 화합물, 구체적으로 클로로실란이 적합하다. 이러한 실리콘 함유 성분은 수소와 함께 반응기로 도입된다. 1000℃가 넘는 온도에서, 실리콘이 박형 로드 상에 침착된다. 그 결과 최종적으로 다결정 실리콘으로 이루어진 로드가 생성된다. DE 1 105 396은 지멘스 방법의 기본 원리를 기술하고 있다.
박형 로드의 제조에 있어서, DE 1 177 119에는 실리콘으로 제조된 지지체 상에 실리콘을 침착시킨 후, 이의 일부분을 분리해내고 이렇게 분리된 일부분을 이어서 실리콘 침착용 지지체로서 사용하는 것에 대해 공지되어있다. 이러한 분리는 기계적으로, 예를 들어 소잉(sawing)에 의해, 또는 액체 제트를 통해 전해적으로 수행될 수 있다. 기계적 분리는 세로 방향으로 수행된다. 단면부들은 실리콘 로드의 기하학적 축을 통하여 서로에 대해 각을 이뤄 위치할 수 있다. 또한 그 축에 평행한 실리콘 로드를 통해서 연장되는 평행-가이딩되는(parallel-guided) 절삭에 의해, 새로운 침착 공정용 지지체로서 사용되는, 밴드 또는 스트립을 절삭하는 것이 제안되었다. 이러한 평행 절삭은 단일 작업 단계로 동시에 수행될 수 있다.
US 2010/0077897 A1은 박형 로드 제조용 장치를 개시하고 있는데, 여기서는 실리콘 로드가 우선 그 축을 따라 다수개의 플레이트 또는 슬랩으로 분리되고, 이후 이들 플레이트 또는 슬랩은 그 두께를 줄이기 위해 축 방향으로 다시 절삭된다. 이 장치는 또한 복수개의 수평 배치된 톱날이 제공되어 있어, 단일 작업 단계로 다수개의 이들 플레이트 또는 슬랩을 분리하는 것이 가능하다. 이의 필수 측면은 소잉 동안 플레이트를 테이블 상에 단단히 묶고 단부에서 지지함으로써, 플레이트 소잉 동안 휨 및 손상을 피하는 것이다.
따라서, 지멘스 공정을 사용하여 미리 제조된 실리콘 로드로부터 다양한 소잉법 또는 절삭법을 통해 박형 로드를 제조하는 것은 공지이다.
지멘스 공정에서 폴리실리콘의 침착을 위한 공정 조건은 통상 가능한 높은 침착율이 얻어지도록 경제적 이유에 맞게 조정된다.
이러한 경우, 직경이 큰, 예를 들어 직경이 100 mm가 넘는 폴리실리콘 로드가 제조된다. 그러나, 이러한 로드는 열응력이 높아 추가의 기계적 처리공정 동안 문제를 야기할 수 있다.
통상의 소잉법 및 절삭법에서의 적합치 않은 공정 관리로 인해, 로드가 부서질 수 있다. 제조된 박형 로드가 뒤틀릴 수 있고, 그러한 경우의 로드들은 지멘스 공정에서 후속 사용하는데 적합하지 않다.
열응력이 상당한, 큰 직경의 폴리실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 당분야에 공지된 방법들은 절삭되는 폴리실리콘 로드 또는 절삭된 워크피스에 균열 발생을 초래할 수 있다. 덜 극적인 경우에서, 유사하게 바람직하지 않은 전위가 흔히 발생하고 따라서 제거되어야 한다.
WO 2010/039570 A2는 지멘스 공정에서 폴리실리콘 로드의 제조 동안 발생된, 응력을 열처리(어닐링)를 통해 다시 제거할 수 있다고 기술하고 있다. 침착 동안 발생되는 응력이 이 방식에 따라 성공적으로 제거되어 로드가 종래 공지된 통상의 소잉법 및 절삭법에 의한 박형 로드의 제조를 위해 용이하게 후속 처리될 수 있다.
그러나, 이 방법의 단점은 박형 로드 절삭용 로드를 제조하기 위해, 추가적인 장치와 에너지 면에서 상당한 경비가 소비되어야 한다는 점이다.
또한, 로드를 어닐링시, 표면 불순물이 대부분의 재료로 확산되어 최종 생성물을 오염시킬 위험성이 있다. 이러한 위험성을 방지하기 위해, 추가의 세정 단계(예컨대 엣칭 단계)가 어닐링 단계 직전에 필요하지만, 이러한 단계는 추가의 상당한 부가 경비를 의미하는 것이다.
DE 100 19 601 B4는 열응력이 있는 폴리실리콘 로드를 전위 또는 균열이 일어나지 않는 방식으로 세로축에 대해 가로질러 절삭하는 방법을 기술하고 있다. 이 경우 로드는 절삭 동안 그들 자체의 세로축에 대해 회전되는 한편, 절삭 공구는 로드를 바깥쪽으로부터 길이로 절삭한다. 그러나, 이 경우, 박형 로드보다는 FZ용 출발 로드 또는 CZ용 재충전 로드가 생성된다.
따라서, 본 발명의 목적은 정교한 열처리에 의존할 필요없이, 실리콘 로드에서의 열응력에 기인하는 박형 로드 제조에서의 상기 기술된 단점들을 제거하는 것이다.
상기 목적은 a) 실리콘의 로드를 제공하는 단계; b) 소잉 장치를 사용하여 상기 로드로부터 특정 두께의 슬랩을 순차적으로 절삭하는 단계로서, 이때 상기 로드는 개별적으로 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여 4회의 연속되는 절삭 중, 4회 절삭의 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면 상에서 쌍으로 일어나거나 또는 슬랩의 절삭이 로드의 방사상 대향면에서 동시에 함께 일어나는 것인 단계; c) 절삭된 슬랩을 횡단면이 직사각형인 박형 로드로 소잉하는 단계를 포함하는 박형 실리콘 로드의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 또한 하기 단계들을 포함하는 박형 실리콘 로드의 제조 방법에 의해 달성된다: a) 실리콘의 로드를 제공하는 단계; b) 제1 소잉 장치를 사용해 로드의 전체 길이에 걸쳐 다수개의 수직 절삭물을 생성하는 단계로서, 이때 개별 절삭물은 상호간에 분리되며, 절삭물의 간격 및 절삭 깊이는 생성되는 직사각형 횡단면의 박형 로드의 목적하는 모서리 길이에 따라 형성되는 것인 단계; c) 로드로부터 횡단면이 직사각형인 박형 로드를 분리하기 위해, 제2 소잉 장치를 사용하여 로드의 세로 방향으로 수평 절삭물을 생성시키는 단계를 포함하고, 여기서 단계 b) 및 단계 c)는 순차적으로 연속하여 수회 수행되고 로드는 개별적으로 단계 c)에 따른 2회의 연속되는 절삭 사이에 90° 또는 180°축으로 회전하여 단계 c)에 따른 4회의 연속되는 절삭 중에서 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면 상에서 쌍으로 일어난다.
본 발명에 따른 2가지 방법은 특히 직경이 100 mm가 넘는 단결정 또는 다결정 실리콘 로드에 적합하다.
이러한 경우, 로드가 상당한 열응력을 가질 수 있지만 그럼에도 상기 2가지 방법을 사용함으로써 박형 로드를 형성하도록 추가 처리될 수 있다. 바람직하게, 이러한 로드는 본 발명에 따른 방법에서 사용되고 절삭 공정으로 보내진다.
상기 2가지 방법들은, 본 발명에 따른 제1 방법의 경우, 슬랩이 로드로부터 교대로 절삭되고 이후 소잉되어 박형 로드가 형성되는 것인 반면, 본 발명에 따른 제2 방법의 경우, 상호간에 분리되어 떨어진 절삭자국(indentations)이 처음에 로드에 형성되어서, 그에 따라 최종 박형 로드는 본 발명에 따른 제1 방법에서의 슬랩의 절삭에 상응하는 수평 절삭에 의해 이미 생성된다는 점에서 다르다.
정교한 열처리에 의존할 필요없이, 실리콘 로드에서의 열응력에 기인하는 박형 로드 제조에서의 종래 단점들을 제거하여, 경제적으로 박형 실리콘 로드를 제조하는 방법과 장치를 제공한다.
도 1은 로드 및 로드 홀더 및 톱날을 구비한 샤프트를 도시한 도면이다.
도 2는 로드와 톱날 및 냉각관을 도시한 도면이다.
도 3은 로드 및 로드 홀더 및 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 4는 로드, 톱날, 냉각관, 그리고 고압 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 5는 로드 및 로드 홀더 및 밴드 쏘(band saw) 또는 와이어 쏘(wire saw), 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 6은 로드 및 2개 톱날, 및 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 제1 방법의 설명
먼저 실리콘 로드가 제공된다. 예를 들어 지멘스 공정으로 침착에 의해 제조될 수 있는, 다결정 실리콘의 로드가 바람직하다.
이러한 로드로부터 특정 두께의 슬랩이 순차적으로 절삭된다. 이들 로드의 두께는 횡단면이 직사각형, 바람직하게는 정사각형인 생성되는 박형 로드의 모서리 길이에 상응하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 필수적인 것은 로드가 개별적으로 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여 4회 연속되는 절삭 중에서 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면 상에서 쌍으로 일어나거나, 또는 슬랩의 절삭이 로드의 방사상 대향면에서 함께 동시에 일어나는 것이다.
최종적으로 박형 로드를 생성하기 위해, 절삭 슬랩은 상응하게 소잉된다. 박형 로드로 슬랩의 소잉은 바람직하게 1 단계로 함께 동시에 수행된다.
바람직하게, 슬랩은 로드의 한쪽 면 상에서 먼저 절삭된다. 로드가 이후 그 세로축에 대해 180°회전된다. 추가 슬랩이 이어서 방사상 대향면 상에서 절삭된다. 마지막으로, 로드가 다시 180°회전하고 그 다음 슬랩이 다시 대향 방사상 위치에서 절삭된다.
이러한 과정은, 지각되는 불리한 열응력 효과없이, 마지막 슬랩까지 문제없이, 계속될 수 있다. 이러한 경우 로드는 단부에서 중앙집중식(centered fashiong)으로 클램핑될 수 있다.
대안적으로, 로드는 또한 응력-유도 효과를 겪지않으면서, 표 1에 따라 회전될 수 있다. 세로축에 대한 회전각 및 절삭 번호를 각각 나타내었다.
절삭 각도
1 0°
2 180°
3 90°
4 270°
5 0°
여기서, 첫번째 절삭 후, 로드는 먼저 180°회전하고 절삭된다. 후속하여 90°에 걸친 회전이 로드의 세로축에 대해 반대 방향으로 수행되고, 이어서 절삭 3이 실시된다. 마지막으로, 180°에 걸친 회전이 수행되어, 출발 위치에 대해 270°의 각도에 도달한다. 따라서, 절삭 4는 로드 상에서 절삭 3에 대해 반대 위치에서 수행된다. 이는 절삭 1 및 2에도 적용된다.
이러한 과정은 바람직하게 로드의 중간까지 또는 정사각형 횡단면에 도달할때 까지 계속된다. 이후, 0° 및 180°의 각도가 그 사이에서 교대된다.
따라서, 로드의 측면 상의 대향 위치에서, 2회의 연속되는 절삭, 예를 들어 절삭 1 및 2, 절삭 3 및 4, 절삭 5 및 6 등을 개별적으로 실시하는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 구체예를 하기 표 2에 나타내었다.
여기서, 절삭 1 및 3, 그리고 절삭 2 및 4는 로드의 대향 위치에서 실시된다.
절삭 각도
1 0°
2 90°
3 180°
4 270°
5 0°
이러한 과정은 바람직하게 로드의 중간까지 또는 정사각형 횡단면에 도달할때까지 계속된다. 이후, 각도 0° 및 180°가 그 사이에서 교대된다.
보다 더욱 바람직한 다른 구체예는 2회의 평행 절삭을 이용하여 응력없이 로드를 분리하는 것으로 구성된다. 이 경우, 추가 슬랩은 대향면에서 동시에 절삭된다. 이는 하기 표 3에 나타낸다.
절삭 각도
1 및 2 0° 및 180°
3 및 4 90° 및 270°
여기서, 2회의 절삭 1 및 2는 대향면 상에서 평행하게 실시된다. 후속하여 로드는 90°회전한다. 이어서 절삭 3 및 4가 대향면상에서 유사하게, 실시된다.
이러한 과정은 바람직하게 로드의 중간까지 또는 정사각형 횡단면에 도달할 때까지 계속된다. 이후, 각도 0°및 180°가 그 사이에서 더이상 임의의 재료가 존재하지 않을 때까지 교대된다.
다른 구체예는 하기 표 4에 나타내었다.
여기서, 평행 절삭은 항상 동일 위치에서 실시된다.
절삭 각도
1 및 2 0° 및 180°
바람직하게, 평행 절삭은 더 이상 임의의 재료가 존재하지 않을 때까지 각도 0°및 180°에서 실시된다.
본 발명에 따른 제2 방법 및 본 발명에 따른 장치의 설명
먼저 실리콘 로드가 제공된다. 예를 들어, 지멘스 공정으로 침착시켜 제조된 다결정 실리콘의 로드가 바람직하다.
제1 단계에서, 다수개의 수직 절삭물이 제1 소잉 장치를 이용해 로드의 전체 길이에 걸쳐 생성된다.
이 경우, 개별 절삭물은 상호간에 분리되어 진다.
절삭물의 간격은 생성되는 박형 로드의 목적하는 모서리 길이(대략 5-10 mm)에 상응하도록 선택된다. 물론, 절삭 공구의 절삭 너비가 이 경우에 고려되어야 한다.
제1 단계에서 생성되는 절삭물의 절삭 깊이도 역시 생성되는 박형 로드의 목적하는 모서리 길이에 따라 선택된다.
생성되는 박형 로드는 횡단면이 직사각형, 바람직하게는 정사각형이다.
따라서, 효과적으로, 생성되는 박형 로드의 횡단면이 제1 단계에서 소잉된다.
다음 단계에서, 수평 절삭이 제2 소잉 장치를 이용해 로드의 세로 방향으로 실시된다.
이러한 방식으로, 직사각형 횡단면의 박형 로드가 최종적으로 로드로부터 분리되어 떨어진다.
본 발명에 따라 필수적인 것은 로드가 개별적으로 2회의 연속되는 수평 절삭 사이에 90° 및 180°축방향으로 회전하여, 4회의 연속되는 수평 절삭 중, 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면에서 쌍으로 일어난다는 것이다.
상기 방법을 수행하기 위한 장치에 대해 본 발명에서 필수적인 것은 절삭 슬랩의 동시 분리를 가능하게 하는 수단이 제공된다는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 다수개의 절삭 공구 및 절삭 공구 냉각용 냉각액을 포함하는 제1 유닛, 처리되는 워크피스의 절삭되는 면(cutting kerf)에 추가의 냉각액을 유입시키기 위한 노즐을 포함하는 제2 유닛, 및 1 이상의 샤프트를 포함하는 절삭 공구 또는 와이어 쏘 또는 밴드 쏘를 포함하는 제3 유닛을 포함하는, 소잉에 의해 다결정 실리콘으로부터 박형 로드를 제조하기 위한 장치에 의해 달성된다.
이 장치는 다음의 3개 유닛을 포함한다: 로드의 세로 방향으로 연장되고 그 절삭 깊이가 절삭 슬랩의 두께보다 다소 큰, 복수개의 수직 절삭자국(indentation)을 평행으로 절삭하기 위한 제1 유닛; 상기 절삭자국으로 적절한 냉각액을 전달하기 위한 제2 유닛; 및 로드의 수평한 세로 절삭을 수행하기 위한 제3 유닛;
제1 유닛은 바람직하게 톱날이 구비된 샤프트이다.
유사하게 액체-가이딩되는(liquid-guided) 레이저를 절삭 공구로 사용하는 것이 바람직하다.
제3 유닛은 톱날을 포함하는 단일-샤프트 또는 이중-샤프트 톱일 수 있다.
이러한 장치를 이용하여, 본 발명은 편평하게 누운 로드 및 수직으로 세워진 로드 둘 모두를 사용해 수행될 수 있다.
편평하게 누운 로드에서 상기 장치의 이용을 이하에서 기술한다. 본 발명은 도 1 내지 6을 참조하여 설명한다.
사용된 부호의 설명
1 로드/워크피드
2 로드 홀더
3 샤프트
4 톱날
5 냉각관
6 냉각액
7 노즐 구비 관
8 고압 노즐
9 띠/와이어 쏘
도 1은 로드 및 로드 홀더 및 톱날을 구비한 샤프트를 도시한 도면이다.
도 2는 로드와 톱날 및 냉각관을 도시한 도면이다.
도 3은 로드 및 로드 홀더 및 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 4는 로드, 톱날, 냉각관, 그리고 고압 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 5는 로드 및 로드 홀더 및 밴드 쏘 또는 와이어 쏘, 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 6은 로드 및 2개 톱날, 및 노즐을 포함하는 관을 도시한 도면이다.
도 1은 특히, 위에 톱날이 위치한 샤프트를 도시한 도면이다.
제1 유닛은 축 방향으로 갈라져나온(offset) 톱날(41)을 구비한 샤프트(31)를 포함하는데, 그 절삭 너비가 바람직하게 0.1 내지 5 mm( 특히 바람직하게는 0.2 내지 0.8 mm)이도록 위치된다. 액체-가이딩되는 레이저가 사용되는 경우, 절삭 너비는 0.1 mm 보다 작고, 예를 들어, 40-80 ㎛이다.
톱날(41)을 구비하는 이 샤프트(31)의 목적하는 절삭 깊이는 바람직하게 최종 박형 로드의 모서리 길이보다 다소 크다(바람직한 모서리 길이 5-10 mm).
소잉 깊이는 목적하는 최대 슬랩 두께보다 다소 커야한다.
절삭은 로드의 세로축 방향으로 실시된다.
절삭 공정은 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 수행될 수 있다. 양호한 냉각 및 응력 특성 덕분에, 동일 방향이 특히 바람직하다.
절삭 너비를 뺀 톱날(41)의 간격이 이후 박형 로드의 너비를 결정한다.
소잉 동안, 실리콘 로드(11)는, 예를 들어 2개의 단부면 상에 고정된다(로드 홀더(21)).
도 2는 톱날(42)에 냉각액(62)이 공급되는 배치를 도시한 도면이다.
사용된 톱날(42)은 개별적으로 절삭 동안 냉각액(62)이 공급되어서, 로드(12)를 냉각시키고 그와 동시에 형성된 소잉 슬러리를 멀리 운반하기 위해 냉각액(62)은 톱날(42)이 움직이는 방향으로 소잉되는 면(sawing kerf)에 진입할 수 있다.
냉각액(62)은 이 경우 각 톱날을 겨냥하는 노즐관을 이용하여, 또는 대안적으로는 와이드-제트 노즐을 이용해 공급될 수 있다.
냉각액 공급을 위한 다른 가능성은 냉각액이 적용되고, 톱날이 그로 돌출되는 관(52)을 포함한다.
놀랍게도, 홈(슬롯)으로 톱날(42)이 진입하는, 그러한 슬롯관(52)은 최고의 냉각 효과를 제공하였다. 이 경우, 슬롯 냉각 홈은 사용되는 절삭날보다 다소 넓은 것이 바람직하다. 절삭날은 두께가 약 8 mm인 경우, 예를 들어, 냉각홈은 약 8.5 mm의 너비여야 한다.
도 3은 축 방향으로 고압 노즐을 이용해 냉각액을 제공하는 것을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된, 제2 유닛은 부가의 냉각액이 형성된 절삭 홈으로 유입되는 것을 보장한다.
이러한 부가적 냉각액 공급 장치의 목적은, 한편으로는, 절삭 홈에서 형성된 소잉 슬러리를 추가로 세정하고, 다른 한편으로는, 제3 유닛에 의해 실시되는 수평 절삭을 위해 로드를 냉각시키는 것이다.
가장 간단한 경우에서, 제2 유닛은 관(73)으로서 구성되는 것인데, 여기서 홀들이 일정 간격(d)으로 한 면상에 만들어져서 물이 관(73)으로부터 절삭 홈으로 감압 전달되게 한다.
간격(d)은 바람직하게 제1 유닛의 톱날(43) 간격에 상응하는 것이 바람직하다.
관(73)의 기능으로 인한 압력 손실을 피하기 위해, 관(73)은 복수의 위치에서 냉각액을 제공하는 것이 바람직하다.
이러한 경우에 홈으로의 냉각액의 흐름은 로드(13)의 축에 대해 수직으로 연장되는 것이 바람직하다. 그러면, 세척 효과는 약간 낮다.
도 4는 거의 90°의 각도에서 소잉 홈으로 냉각액을 분사하여 최적 세척을 보장하는, 관(74) 상의 고압 노즐(84)을 도시한 도면이다.
관(74)의 각 개방구에 고압 노즐(84)의 사용이 특히 유리한 것으로 확인되었다.
이들 고압 노즐(84)은 최대 90°휘어질 수 있어서 냉각액 흐름은 로드(14)의 세로축에 평행하게 유입될 수 있다. 그러면, 소잉 슬러리의 세척이 그에 따라 냉각 효과 손상없이 최적화된다.
관(74)은 복수개의 공급선을 통해 위로부터(도시하지 않음) 액체가 공급된다.
도 5는 워크피스를 따라 수평으로 절삭하는 밴드 쏘(또는 와이어 쏘)의 가이딩(guiding)을 도시한 도면이다.
제3 유닛은 로드(15)의 축 방향을 따라 수평 절삭을 수행한다.
절삭 너비는 이 경우 제1 유닛의 절삭 깊이 보다 다소 적도록 조정되는 것이 바람직하다.
제3 유닛은 이 경우에, 예를 들어 통상의 밴드 쏘(95)로서 구성된다.
밴드 쏘(95)의 절삭 너비는 제1 유닛의 절삭 깊이보다 적도록 조정되는 것이 바람직하므로, 소잉 동안 톱날(45)에 채널이 형성된다. 제2 유닛에 의해 분무된, 냉각액이 이 채널을 통과해 흐를 수 있다. 이러한 흐름은 최적 냉각을 보장하고, 무엇보다도, 형성된 소잉 슬러리를 멀리 운반한다.
로드(15) 중간의 방향으로 톱날(45) 사이에, 냉각액이 흐를 수 있어서 형성된 소잉 슬러리를 운반해 갈 수 있는 채널이 형성된다.
로드(15)가 상기 기술된 장치에 의해 길이를 따라 일단 절삭된 후, 박형 로드들이 자유로워지고 이제 오직 응집력에 의해 상호간에 지탱된다.
이들은 진공 흡입 장치를 통해 들어 올려져서 로드(15)로부터 함께 제거될 수 있다.
그러나, 응집력은 또한 박형 로드와 나머지 워크피스 간에도 작용된다. 그럼에도 불구하고, 이들은 채널을 통한 액체 교환이 존재하므로 대폭적으로 감소된다. 따라서, 그렇지 않으면 사용할 필요가 있는, 분리 웨지가 반드시 필요하지 않다.
소잉 공정 동안 한면에만 고정시킨, 박형 로드의 진동을 방지하기 위해, 유닛들간 거리는 작게하고, 공명이 허용되지 않게 주의해야 한다.
유일한 단일 샤프트(31) 대신, 복수개의 샤프트가 또한 제1 유닛에서 사용될 수 있다.
제1 유닛의 경우, 샤프트(31) 상의 복수개 톱날(41)의 대안으로서, 적절한 액체에 의해 개별적으로 가이딩되는 복수개의 레이저를 사용하는 것도 가능하다. 레이저를 가이딩하기 위한 액체로서 물이 바람직하다. 반도체 산업에서 통용되는 순도의 초순수를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
그에 따라, 절삭 너비를 40-80 ㎛, 예를 들어 60 ㎛로 추가 감소시키는 것이 가능하고, 그것이 유리하다.
대안으로서, 제1 및 제3 유닛의 절삭 순서도 뒤바꿀 수 있는데, 액체-가이딩되는 레이저 절삭의 경우, 레이저에 요구되는 액체의 흐름이 절삭 특성을 개선시키기 때문이다.
또한, 제2 유닛내 냉각액의 제공은 이후 톱날을 통해 수행되는 것이 필요한데, 그렇지 않으면 이에 필수적인 채널이 없기 때문이다.
냉각액의 사용은 워크피스의 습윤을 보장하기 위해 그 표면 장력이 매우 낮은 액체를 요구한다.
표면 장력을 최소화하는 가능한 한 방법은 공지된 바와 같이, 적절한 세제를 부가하는 것으로 이루어진다.
그러나, 적절한 물질의 선택은, 특히 워크피스에 그러한 물질들이 부착되어 오염을 야기할 가능성이 있을 수 있다면, 실리콘 처리공정의 경우에서는 매우 제한적이 된다. 구체적으로, 반도체 산업에서 예를 들어 연마제에서 부가제로서 사용되므로, 표면 활성 첨가제 예컨대 습윤제 및 계면활성제가 적절하다.
대안적으로, 표면 장력은 고온으로 감소시킬 수 있으므로, 로드는 고온, 예를 들어 약 80℃로 세정수와 접촉시킨다. 그러나, 이는 경비가 증가되므로 덜 바람직하다.
제3 유닛은 밴드 쏘(95)와 구성되는 것이 바람직하다.
그러나, 연삭 입자를 함유하는 소잉 액체(슬러리)가 공급되는 와이어 쏘를 사용하는 것도 가능하다.
연삭 작용 입자가 와이어 쏘에 결합된 와이어 쏘를 사용하는 것도 유사하게 가능하다. 다이아몬드 와이어의 사용이 특히 바람직하다.
와이어 쏘의 사용은 액체 가이딩되는 레이저 절삭이 제1 유닛에서 적용될 때 특히 유리하다.
로프 쏘(rope saw)가 또한 이론상 고려될 수 있지만, 낮은 소잉력때문에 덜 바람직하다.
또한, 유사하게 제3 유닛의 절삭은 톱날(45)을 사용하거나 또는 대향 샤프트 상의 복수개 톱날을 사용해 수행될 수 있다.
도 6은 로드(16)를 따라 수평 절삭을 수행하는, 2개 톱날(461 및 462)의 배치를 도시한 도면이다.
각 톱날들(461 또는 462) 사이에서, 로드(16) 중간의 방향으로, 관(76)으로부터 유출되는 냉각액이 흘러서 형성되는 소잉 슬러리를 멀리 운반하게 되는 채널이 형성되어 있다.
1 로드/워크피드
2 로드 홀더
3 샤프트
4 톱날
5 냉각관
6 냉각액
7 노즐 구비 관
8 고압 노즐
9 띠/와이어 쏘

Claims (10)

  1. a) 100 mm 보다 큰 직경을 갖는 다결정 실리콘의 로드를 제공하는 단계;
    b) 소잉(sawing) 장치를 사용하여 상기 로드로부터 특정 두께의 슬랩을 순차적으로 절삭하는 단계로서, 이때 로드는 개별적으로 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여, 4회의 연속되는 절삭 중에서, 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면에서 쌍으로 일어나거나 또는 슬랩의 절삭이 로드의 방사상 대향면에서 함께 동시에 일어나는 것인, 절삭 단계; 및
    c) 절삭된 슬랩을 횡단면이 직사각형인 박형 로드로 소잉하는 단계
    를 포함하는 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 소잉 장치는 밴드 쏘(band saw) 또는 와이어 쏘(wire saw) 또는 1 이상의 샤프트를 포함하는 절삭 공구인 것인 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  3. a) 100 mm 보다 큰 직경을 갖는 다결정 실리콘의 로드를 제공하는 단계;
    b) 제1 소잉 장치를 사용하여 로드의 전체 길이에 걸쳐 복수개의 수직 절삭물을 생성시키는 단계로서, 이때 개별 절삭물은 상호간에 분리되고, 절삭물의 간격 및 절삭 깊이는 생성되는 직사각형 횡단면의 박형 로드의 목적하는 모서리 길이에 따라 형성되는 것인, 생성 단계; 및
    c) 로드로부터 횡단면이 직사각형인 박형 로드를 분리시키기 위해, 제2 소잉 장치를 사용하여 로드의 세로 방향으로 수평 절삭물을 생성시키는 단계
    를 포함하고, 상기 단계 b) 및 단계 c)는 순차적으로 연속하여 수회 수행되고, 로드는 개별적으로 단계 c)에 따른 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여, 단계 c)에 따른 4회의 연속되는 절삭 중에서, 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면에서 쌍으로 일어나는 것인 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제1 소잉 장치는 톱날을 구비한 1 이상의 샤프트를 포함하는 것인 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 제1 소잉 장치는 액체에서 가이딩되는(guided) 복수개의 레이저를 포함하는 것인 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 소잉 장치는 밴드 쏘 또는 와이어 쏘 또는 1 이상의 샤프트를 포함하는 절삭 공구를 포함하는 것인 박형 실리콘 로드의 제조 방법.
  7. 소잉에 의해 100 mm 보다 큰 직경을 갖는 다결정 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 장치로서,
    다수개의 절삭 공구 및 상기 절삭 공구를 냉각시키는 냉각액을 포함하는 제1 유닛;
    처리되는 워크피스의 절삭되는 면(cutting kerf)으로 추가 냉각액을 유입시키는 노즐을 포함하는 제2 유닛; 및
    밴드 쏘 또는 와이어 쏘 또는 1 이상의 샤프트를 포함하는 절삭 공구를 포함하고, 로드가 개별적으로 2회의 연속되는 절삭 사이에 90°또는 180°축방향으로 회전하여, 4회의 연속되는 절삭 중에서, 4회 절삭 중 2회가 개별적으로 로드의 방사상 대향면에서 쌍으로 일어나는 방식으로 로드를 절단하도록 구성되는 제3 유닛
    을 포함하는 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제1 유닛의 냉각 시스템은 슬롯관을 포함하고, 상기 슬롯관의 슬롯으로 절삭 공구가 진입하는 것인 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 제1 유닛의 절삭 공구는 1 이상의 샤프트 상에 설치된 톱날을 포함하는 것인 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 제1 유닛의 절삭 공구는 액체에서 가이딩되는 복수개의 레이저를 포함하는 것인 실리콘 로드로부터 박형 로드를 제조하는 장치.
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