KR101690246B1 - 와이어 쏘잉 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 와이어 쏘잉 장치는 잉곳을 절단하는 와이어와, 잉곳을 와이어로 운송하는 잉곳 운송부와, 와이어에 슬러리를 공급하는 노즐 및 와이어에 의해 쏘잉되는 잉곳의 상측부에 배치되어, 와이어에 의해 절단되는 잉곳의 측면으로부터 비산하는 슬러리 중 적어도 일부를 흡수하는 비산 슬러리 차단부를 포함한다.

Description

와이어 쏘잉 장치{Wire sawing apparatus}
실시 예는 와이어 쏘잉 장치에 관한 것이다.
단결정 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 획득하기 위해, 와이어(wire)를 이용하여 잉곳을 쏘잉(sawing)하는 와이어 쏘잉 장치가 있다. 기존의 와이어 쏘잉 장치는 슬러리(slurry)를 와이어에 공급하면서 와이어를 고속으로 주행시켜 잉곳을 쏘잉하여 원하는 형상의 웨이퍼를 획득한다.
그러나, 잉곳이 쏘잉되기 시작하는 초기에 잉곳과 와이어가 접하는 부위로부터 비산되는 슬러리는 자유 낙하하지만, 초기 이후의 중반부터 잉곳과 와이어가 접하는 부위로부터 비산되는 슬러리는 자유 낙하하지 않고 잉곳의 쏘잉에 악영향을 끼쳐 높은 와프(warp)를 유발하는 문제점을 갖는다. 와프는 반도체 웨이퍼의 절단에 있어서, 중요한 품질 중 하나이며, 제품의 품질 요구가 높아짐에 따라 더 저감될 것이 요구되고 있다.
실시 예는 와프가 개선된 와이어 쏘잉 장치를 제공한다.
실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치는, 잉곳을 절단하는 와이어; 상기 잉곳을 상기 와이어로 운송하는 잉곳 운송부; 상기 와이어에 슬러리를 공급하는 노즐; 및 상기 와이어에 의해 쏘잉되는 상기 잉곳의 상측부에 배치되어, 상기 와이어에 의해 절단되는 상기 잉곳의 측면으로부터 비산하는 슬러리 중 적어도 일부를 흡수하는 비산 슬러리 차단부를 포함할 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 비산된 슬러리를 흡수하는 매쉬(mesh) 구조를 가질 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 잉곳 운송부를 지지하는 지지면에 부착된 상부; 상기 비산된 슬러리를 흡수하는 적어도 하나의 메쉬 플레이트를 포함하는 하부; 및 상기 상부와 상기 하부 사이에 측부를 포함할 수 있다.
상기 상부와 상기 측부는 나사 결합하고, 상기 하부와 상기 측부는 일체형일 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 상부, 상기 측부 및 상기 하부에 의해 정의되고 상기 비산된 슬러리를 저장하는 슬러리 수용 공간을 포함하고, 상기 슬러리 수용 공간으로 상기 비산된 슬러리의 유입을 허용하는 개구를 사이에 두고, 상기 비산 슬러리 차단부의 하부는 상기 잉곳과 이격될 수 있다.
상기 하부의 버텀과 상기 잉곳의 탑 간의 이격 거리는 1 ㎝ 내지 2 ㎝일 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 슬러리 수용 공간에 저장된 슬러리를 상기 와이어가 운동하는 방향과 직교하는 방향으로 배출하는 배출구를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 메쉬 플레이트는 서로 적층된 복수의 메쉬 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 메쉬 플레이트의 오프닝의 크기는 상기 와이어로부터 멀어질수록 작아질 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 탈부착 가능할 수 있다. 상기 비산 슬러리 차단부의 상부는 상기 지지면에 고정되고, 상기 비산 슬러리 차단부의 측부 또는 하부 중 적어도 하나는 상기 상부로부터 탈부착 가능한 형상을 가질 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부의 상기 하부는 상기 잉곳을 향하여 내측으로 갈수록 경사질 수 있다. 상기 하부의 경사각은 7° 내지 10°일 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부의 버텀은 상기 와이어보다 높이 위치할 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 와이어가 진입하는 부분과 진출하는 부분의 양쪽에 각각 배치될 수 있다.
상기 비산 슬러리 차단부는 상기 잉곳의 길이 방향으로 상기 잉곳과 나란히 배치될 수 있다.
상기 잉곳 운송부는 상기 잉곳을 상기 와이어를 향해 내리는 피드 테이블; 상기 잉곳을 상기 피드 테이블에 고정시키는 홀더; 및 상기 홀더와 상기 잉곳을 연결하는 빔부를 포함할 수 있다.
상기 와이어 쏘잉 장치는 상기 와이어를 감고 상기 와이어를 안내하는 홈을 갖는 와이어 롤러; 상기 노즐로 공급되는 슬러리를 수용하는 슬러리 탱크; 상기 노즐로부터 출사되어 상기 잉곳의 쏘잉에 사용된 슬러리를 수용하는 슬러리 배스; 상기 곳을 쏘잉할 와이어를 감는 제1 보빈; 상기 잉곳을 쏘잉한 와이어를 감는 제2 보빈; 및 상기 와이어의 진행 경로를 변경하는 적어도 하나의 풀리를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치는 비산되는 슬러리의 재유입에 의한 잉곳 과냉각을 최소화하여 웨이퍼의 와프를 개선시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 잉곳 운송부 및 비산 슬러리 차단부 각각의 일 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 잉곳과 비산 슬러리 차단부의 하부만의 저면도를 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부의 하부의 예시적인 분해 사시도를 나타낸다.
도 5는 슬러리의 점도에 따른 복수의 메쉬 플레이트 각각에서 단위 인치당 포함된 오프닝의 개수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시된 비산 슬러리 차단부의 분해 사시도를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부의 또 다른 실시 예의 사진을 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부의 사시도를 나타낸다.
도 10은 와이어에 의해 쏘잉될 잉곳과 잉곳 운반부의 단면도를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 잉곳이 쏘잉되는 부분이 증가함에 따라 슬러리가 비산되는 모습을 나타낸다.
도 12는 경사각별 슬러리의 포집 능력을 나타내는 그래프이다.
도 13a는 비산 슬러리 차단부를 갖지 않은 제1 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 단면도를 나타내고, 도 13b는 메쉬 구조를 갖지 않은 비산 슬러리 차단부를 갖는 제2 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 단면도를 나타내고, 도 13c는 메쉬 구조를 갖는 비산 슬러리 차단부를 갖는 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치의 단면도를 나타낸다.
도 14 내지 도 17은 제1 및 제2 비교 례 및 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치에서 와프를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 14는 제1 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치에서 와프를 나타내는 그래프이다.
도 15 및 도 16 각각은 제2 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치에서 와프를 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치에서 와프를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 와이어(wire) 쏘잉(sawing) 장치(100)의 사시도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치(100)는 와이어(112, 114)(W)(도 1에서는 112와 114가 W에 해당함), 잉곳 운송부(120), 노즐(132, 134), 배관(136, 172), 비산 슬러리(S:slurry) 차단부(140), 와이어 롤러(roller)(152, 154), 슬러리 탱크(160), 교반기(agitator)(162), 슬러리 배스(bath)(170), 제1 및 제2 보빈(bobbin)(182, 184) 및 풀리(pulley)(191, 192, 193, 194, 195)를 포함할 수 있다.
잉곳(I)은 와이어(W)에 의해 웨이퍼 형태로 절단될 수 있다. 와이어(W, 112, 114)는 탄소강일 수 있다.
잉곳 운송부(120)는 잉곳(I)을 와이어(W)를 향해 운송하는 역할을 한다.
도 2는 도 1에 도시된 잉곳 운송부(120) 및 비산 슬러리 차단부(140) 각각의 일 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 잉곳 운송부(120)는 피드 테이블(feed table)(122), 홀더(holder)(124) 및 빔(beam)부(126)를 포함할 수 있다.
피드 테이블(122)은 잉곳(I)을 와이어(W)를 향해 하강시킬 수 있다. 피드 테이블(122)은 홀더(124)를 가압하여 잉곳(I)을 와이어(W)를 향해 운반하는 역할을 한다. 즉, 피드 테이블(122)은 잉곳(I)의 전체 지름(R)이 모두 쏘잉될 수 있도록 잉곳(I)을 와이어(W)를 향해 내릴 수 있다.
홀더(124)는 잉곳(I)을 피드 테이블(122)에 고정시키는 역할을 한다. 예를 들어 집게 방식에 의하면, 피드 테이블(122)은 집게의 역할을 하고, 홀더(124)는 집게에 의해 잡히는 부분일 수 있다. 예를 들어, 홀더(124)의 재질은 CaCO3일 수 있으나, 실시 예는 홀더(124)의 재질에 국한되지 않는다.
빔부(126)는 홀더(124)와 잉곳(I)을 연결하는 역할을 한다.
다시, 도 1을 참조하면 노즐(132, 134)은 와이어(W)에 슬러리(S)를 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 노즐(132, 134)은 와이어 롤러(152, 154) 및 와이어(W) 근방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 슬러리 탱크(160)에 저장되 슬러리(S)는 배관(136)을 통해 노즐(132, 134)로 각각 공급되고, 노즐(132, 134)은 공급된 슬러리(S)를 와이어(W)를 향해 분사하는 역할을 한다.
와이어 롤러(152, 154)는 와이어(W)를 감고 와이어(W)를 안내하는 홈을 가지며, 와이어(W)를 회전시키는 역할을 한다. 와이어 롤러(152, 154)는 철강제 원통의 주위에 폴리우레탄 수지를 도포하고, 그 표면에 일정한 피치로 홈을 만들어 구현될 수 있다.
슬러리 탱크(160)는 노즐(132, 134)로 공급될 슬러리(S)를 수용하는 역할을 한다. 교반기(162)는 슬러리 탱크(160)에 담긴 슬러리(S)가 고상화되지 않도록 휘젓는 역할을 한다.
슬러리 배스(170)는 노즐(132, 134)로부터 출사되어 잉곳(I)을 쏘잉할 때 사용된 슬러리(S)를 수용하는 역할을 한다. 슬러리 배스(170)에 수용된 슬러리(S)는 배관(172)을 통해 슬러리 탱크(160)에 수용됨으로써 재활용될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제1 보빈(182)은 잉곳(I)을 쏘잉할 새로운 와이어(112)를 감는 역할을 하고, 제2 보빈(184)은 잉곳(I)을 쏘잉한 헌 와이어(114)를 감는 역할을 한다.
풀리(191 내지 195)는 와이어(112, 114)의 진행 경로를 변경하는 역할을 한다.
한편, 비산 슬러리 차단부(140)는 와이어(W)에 의해 쏘잉되는 잉곳(I)의 측부에 배치되어, 와이어(W)에 의해 절단되는 잉곳(I)의 측면으로부터 비산하는 슬러리 중 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 이를 위해, 비산 슬러리 차단부(140)는 비산된 슬러리(S)를 흡수하기 위해 매쉬(mesh) 구조를 가질 수 있다.
이러한 비산 슬러리 차단부(140)는 도 1에 도시된 와이어 쏘잉 장치(100)와 다른 구조를 갖는 와이어 쏘잉 장치에도 적용될 수 있다. 즉, 슬러리(S)를 와이어(W)에 공급하고 와이어(W)에 의해 잉곳(I)이 쏘잉되는 구조를 갖는 어떠한 구성을 갖는 와이어 쏘잉 장치에도, 실시 예에 의한 비산 슬러리 차단부(140)는 적용될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 잉곳(I)과 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)만의 저면도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140, 140A)의 제1 및 제2 하부(146A-1, 146A-2)는 메쉬 형태를 가짐을 알 수 있다. 여기서, 제1 하부(146A-1)는 도 1 및 도 2에 도시된 잉곳(I)의 좌측에 배치된 비산 슬러리 차단부(140, 140A)의 하부에 해당하고, 제2 하부(146A-2)는 도 1 및 도 2에 도시된 잉곳(I)의 우측에 배치된 비산 슬러리 차단부(140, 140A)의 하부에 해당한다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140, 140A)는 잉곳(I)의 길이 방향(예를 들어 y축 방향)으로 배치될 수 있다. 왜냐하면, 와이어(W)가 잉곳(I)을 쏘잉하는 동안, 슬러리(S)는 잉곳(I)의 길이 방향으로 비산되기 때문이다.
다시 도 2를 참조하면, 비산 슬러리 차단부(140A)는 상부(142A), 측부(144A) 및 하부(146A)를 포함할 수 있다.
비산 슬러리 차단부(140A)의 상부(142A)는 잉곳 운송부(120)를 지지하는 지지면(122A)에 부착될 수 있다. 도 2의 경우 상부(142A)가 부착된 지지면은 피드 테이블(122)의 저면(122A)인 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 상부(142A)는 피드 테이블(122)이 아닌 다른 구조물에 부착될 수도 있다.
비산 슬러리 차단부(140A)의 측부(144A)는 상부(142A)와 하부(146A) 사이에 위치한다. 이때, 도 2에 예시된 바와 같이, 상부(142A)와 측부(144A)가 별개로 구분되어 있을 경우, 상부(142A)와 측부(144A)는 나사와 같은 결합 부재(148)에 의해 나사 결합할 수 있다. 또한, 상부(142A)와 측부(144A)와 같이 하부(146A)와 측부(144A)는 별개로 구현될 수도 있고 도 2에 예시된 바와 같이 일체형으로 구현될 수도 있다.
또한, 비산 슬러리 차단부(140A)는 비산된 슬러리(S)를 저장하는 슬러리 수용 공간(143)을 포함할 수 있다. 슬러리 수용 공간(143)은 상부(142A), 측부(144A) 및 하부(146A)에 의해 정의될 수 있다.
또한, 비산된 슬러리(S)가 슬러리 수용 공간(143)으로 유입되도록 허용하는 개구(OP)가 존재하도록, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)는 잉곳(I)과 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 비산된 슬러리가 슬러리 수용 공간(143)으로 유입되기 위해서는 개구(OP)가 확보되어야 한다.
또한, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)는 비산된 슬러리(S)를 흡수하는 적어도 하나의 메쉬(mesh) 플레이트(plate)를 포함할 수 있다. 즉, 비산된 슬러리(S)를 흡수하는 메쉬 구조는 플레이트 형태로 구현될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부의 예시적인 분해 사시도를 나타낸다.
도 2에 도시되지는 않았지만, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)는 도 4에 예시된 바와 같이 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 4의 경우 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)만이 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)는 2개 또는 4개 이상의 메쉬 플레이트를 포함할 수도 있다.
제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)는 수직 방향 즉, 잉곳 운송부(120)가 잉곳(I)을 와이어(W)로 운반하는 “‡향인 z축 방향으로 서로 적층되어 배치될 수 있다.
도 4의 경우 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC) 각각은 메쉬 구조를 갖는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC) 중 일부만이 메쉬 구조를 가질 수도 있다.
또한, 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC) 각각에서 메쉬의 오프닝(opening)의 크기는 와이어(W)로부터 멀어질수록 작아질 수 있다. 예를 들어, 메쉬의 오프닝의 y축 길이가 'a'이고 메쉬의 오프닝의 x축 길이가 'b'일 경우, 메쉬의 오프닝의 크기 ab는 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)가 와이어(W)로부터 멀어질수록 작아질 수 있다.
데카르트 좌표계를 기준으로 도 2와 도 4를 비교하면, 제1 메쉬 플레이트(146AA)가 제2 메쉬 플레이트(146AB)보다 와이어(W)에 더 가깝게 위치하고, 제2 메쉬 플레이트(146AB)는 제3 메쉬 플레이트(146AC)보다 와이어(W)에 더 가깝게 위치한다. 따라서, 와이어(W)로부터 가장 멀리 위치한 제3 메쉬 플레이트(146AC)의 오프닝의 크기가 제1 및 제2 메쉬 플레이트(146AA, 146AB) 각각의 오프닝의 크기보다 작을 수 있다. 또한, 제2 메쉬 플레이트(146AB)의 오프닝의 크기가 제1 메쉬 플레이트(146AA)의 오프닝의 크기보다 작을 수 있다.
도 5는 슬러리의 점도에 따른 복수의 메쉬 플레이트 각각에서 단위 인치당 포함된 오프닝의 개수를 설명하기 위한 그래프로서, 횡축은 슬러리의 점도를 나타내고 종축은 오프닝 개수를 나타낸다.
오프닝의 크기가 작을수록 일정한 면적에 포함된 오프닝의 개수는 증가한다. 즉, 도 5를 참조하면, 슬러리의 점도가 300 CP(Centi Poise)일 경우, 단위 제곱 인치당 포함되는 오프닝의 개수는 제1 메쉬 플레이트(146AA)에서 Y개이고, 제2 메쉬 플레이트(146AB)에서 2Y개이고, 제3 메쉬 플레이트(146AC)에서 4Y개일 수 있다. 여기서, Y는 35일 수 있다.
전술한 바와 같이, 와이어(W)로부터 멀어질수록 메쉬 플레이트의 오프닝의 크기가 작아지는 이유는, 와이어(W)에 가까울수록 슬러리가 비산되는 힘이 강하고 와이어(W)로부터 멀어질수록 슬러리가 비산되는 힘이 약하기 때문에, 제1 내지 제3 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)에서 좀더 효율적으로 슬러리를 흡수하도록 하기 위함이다.
또한, 다시 도 2를 참조하면, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)는 잉곳(I)을 향하여 내측으로 갈수록 경사진 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)가 내측으로 경사져 있다. 즉, +x축으로 진행할수록 하부(146A)는 테이퍼를 갖는다. 이와 같이, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)가 경사진 형상을 가질 경우, 비산되는 슬러리가 비산 슬러리 차단부(140A)에 이해 효율적으로 차단될 수 있다.
또한, 비산 슬러리 차단부(140A)의 버텀 즉, 최하위 부분은 와이어(W)의 위치보다 높이 위치할 수 있다. 왜냐하면, 와이어(W)가 잉곳(I)의 탑(IT)을 쏘잉할 때, 비산 슬러리 차단부(140A)가 와이어(W)에 접촉되어 절단되지 않도록 하기 위함이다.
또한, 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)는 탈부착 가능한 형상을 가질 수 있다. 이로 인해, 비산 슬러리 차단부(140)의 메쉬 구조에 잔류하는 슬러리를 용이하게 제거할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)의 다른 실시 예(140B)를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.
도 6에 도시된 비산 슬러리 차단부(140B)의 상부(142B)는 지지면(122A)에 고정될 수 있다. 이때, 비산 슬러리 차단부(140B)의 측부와 하부는 일체(147)(이하, 일체부)로 형성되며, 상부(142B)로부터 탈부착 가능한 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
다른 실시 예에 의하면, 도 6에 예시된 바와 달리, 비산 슬러리 차단부(140B)의 측부와 하부는 서로 분리되고 도 2에 도시된 바와 같은 모습으로 연결 부재(148)에 의해 연결될 수도 있다.
도 7은 도 6에 도시된 비산 슬러리 차단부(140B)의 분해 사시도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상부(142B)의 탑면(142B-1)은 지지면(122A)에 부착되고, 일체부(147)는 상부(142B)에 탈부착될 수 있다. 이를 위해, 상부(142B)는 일체부(147)가 끼워져서 삽입되거나 빼내기에 적합한 형상의 홈부(H1)를 가질 수 있다. 일체부(147)가 홈부(H)에 삽입되어 상부(142B)에 부착될 수도 있고, 홈부(H)로부터 빠져나와 상부(142B)로부터 탈착될 수도 있다.
이와 같이, 비산 슬러리 차단부(140B)는 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A)와 달리 탈부착 가능한 형상을 가짐을 제외하면, 비산 슬러리 차단부(140A)와 동일한 특성을 갖는다. 즉, 비산 슬러리 차단부(140B)의 하부는 메쉬 구조를 가질 수 있다. 또한, 비산 슬러리 차단부(140B)는 도 4에 예시된 바와 같이 복수의 메쉬 플레이트를 포함할 수도 있고, 내측으로 경사진 형상을 가질 수 있다. 따라서, 비산 슬러리 차단부(140B)에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 비산 슬러리 차단부(140B)의 특징은 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A)의 특징과 동일하다.
도 8은 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)의 또 다른 실시 예(140C)의 사진을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 비산 슬러리 차단부(140C)는 도 2에 도시된 바와 같은 상부(142A)(도 8에서는 보이지 않음), 상부(142A)와 도 2에 도시된 바와 같이 결합될 수 있는 측부(144B) 및 측부(144B)와 일체형으로 구현될 수 있는 하부(146B)를 포함할 수 있다. 이때, 도 4에 예시된 복수의 메쉬 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)가 하부(146B)에 부착되어 있음을 알 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 일체부(147)가 상부(142B)에 탈부착 가능한 형상을 가짐과 마찬가지로, 도 8에 도시된 복수의 플레이트(146AA, 146AB, 146AC)는 하부(146B)로부터 탈부착 가능한 형상을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 탈부착 가능한 부분이 다름을 제외하면, 도 8에 도시된 비산 슬러리 차단부(140C)는 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A)와 동일하다. 그러므로, 도 8에 도시된 비산 슬러리 차단부(140C)의 특징은 도 2에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A)의 특징과 동일하다.
한편, 도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 8을 참조하면, 비산 슬러리 차단부(140, 140A, 140B, 140C)는 와이어(W)가 진입하는 부분과 진출하는 부분의 양쪽에 각각 배치될 수 있다. 만일, 와이어(W)가 +x축 방향으로 진행할 경우 잉곳(I)이 오른쪽이 와이어(W)가 진입하는 부분에 해당하고 잉곳(I)의 왼쪽이 와이어(W)가 진출하는 부분에 해당한다.
이와 반대로 와이어(W)가 -x축 방향으로 진행할 경우 잉곳(I)의 왼쪽이 와이어(W)가 진입하는 부분에 해당하고 잉곳(I)의 오른쪽이 와이어(W)가 진출하는 부분에 해당한다.
와이어(W)는 잉곳(I)을 쏘잉하기 위해서 +x축 방향과 -x축 방향으로 모터(미도시)에 의해 왕복 주행 운동할 수 있다. 이와 같이, 비산 슬러리 차단부(140, 140A, 140B, 140C)는 잉곳(I)의 왼쪽과 오른쪽에 각각 배치될 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 비산 슬러리 차단부(140, 140A, 140B, 140C)는 도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 8에 예시된 바와 달리 잉곳(I)의 왼쪽 또는 오른쪽에만 배치될 수도 있다.
도 9는 도 1에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)의 사시도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 비산 슬러리 차단부(140)는 배출구(OL1, OL2)를 포함할 수도 있다. 여기서, 배출구(OL1, OL2) 각각은 슬러리 수용 공간(143)에 저장된 슬러리(S)를 와이어(W)가 운동하는 방향(예를 들어 x축 방향)과 직교하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 배출할 수 있다. 즉, 비산되어 슬러리 수용 공간(143)으로 유입된 슬러리는 배출구(OL1, OL2)를 통해 슬러리 배스(170)로 낙하할 수 있다.
이하, 전술한 구성을 갖는 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치(100)의 특징을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 10은 와이어(W)에 의해 쏘잉될 잉곳(I)과 잉곳 운반부(120)의 단면도를 나타낸다. 여기서, R은 쏘잉에 의해 절단되는 잉곳(I)의 절단면의 지름을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 잉곳(I)이 쏘잉되는 부분이 증가함에 따라 슬러리(S)가 비산되는 모습을 나타낸다. 즉, 와이어(W)가 잉곳(I)을 +z축 방향으로 쏘잉해감에 따라 슬러리(S)가 분사되는 모습을 나타낸다.
도 10 및 도 11a 내지 도 11c에 도시된 잉곳(I), 홀더(124), 빔부(126), 노즐(132, 134) 및 와이어 롤러(152, 154)는 도 1, 도 2, 도 6에 도시된 잉곳(I), 홀더(124), 빔부(126), 노즐(132, 134) 및 와이어 롤러(152, 154)에 각각 해당하므로 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 10 및 도 11a 내지 도 11c에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)는 도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 8에 도시된 비산 슬러리 차단부(140, 140A, 140B, 140C)에 해당하므로 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
도 10을 참조하면, 와이어(W)에 의해 잉곳(I)이 +z축으로 3R/5보다 적게 쏘잉될 때까지, 도 11a에 예시된 바와 같이 와이어(W)와 잉곳(I) 사이의 슬러리(S)는 자유 낙하하여 비산 슬러리 차단부(140)로 향하지 않고 화살표로 표시한 바와 같이 슬러리 배스(170)로 향한다.
계속해서, 와이어(W)에 의해 잉곳(I)이 +z축으로 3R/5되는 지점부터 4R/5까지 쏘잉될 때까지, 도 11b에 예시된 바와 같이 와이어(W)와 잉곳(I) 사이의 슬러리(S)는 잉곳(I)의 원형 형태로 인해 화살표 방향으로 비산되는 현상이 발생한다. 이때, 실시 예에 의한 비산 슬러리 차단부(140)는 위로 비산되는 슬러리(S)를 메쉬 구조에 의해 흡수할 수 있으며 나머지 슬러리는 자유 낙하하여 슬러리 배스(170)로 향한다.
계속해서, 와이어(W)에 의해 잉곳(I)의 4R/5를 초과하여 잉곳(I)의 탑(IT)까지 쏘잉될 때까지, 도 11c에 예시된 바와 같이 와이어(W)와 잉곳(I) 사이의 슬러리(S)는 화살표 방향으로 비산된다. 이때, 상부로 비산되는 슬러리(S)는 잉곳 운반부(120)에 부딪힌 후 개구(OP)를 통해 슬러리 수용 공간(143)으로 유입되어 저장될 수 있다. 특히, 잉곳(I)의 4R/5를 초과하여 잉곳(I)의 후반부를 쏘잉할 때, 도 11c에 예시된 바와 같이 슬러리(S)의 와류 현상이 가장 심각해진다. 이때, 비산 슬러리 차단부(140, 140A, 140B, 140C)의 하부를 내측으로 경사지게 형성할 경우 개구(OP)를 통해 비산된 슬러리(S)가 유입되어 슬러리 수용 공간(143)에 저장될 수 있다. 이로 인해, 비산된 슬러리가 와이어(W)와 잉곳(I)으로 재유입됨을 방지할 수 있다. 이때, 개구(OP)가 확보되기 위해, 도 2를 참조하면, 하부(146A)의 버텀과 잉곳(I)의 탑(IT) 간의 이격 거리는 1 ㎝ 내지 2 ㎝일 수 있다. 즉, 피드 테이블(122A)의 저면(122A)으로부터 잉곳(I)의 탑(IT)까지의 제1 높이(h1)는 피드 테이블(122A)의 저면(122A)으로부터 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)의 버텀까지의 제2 높이(h2)보다 1 ㎝ 내지 2 ㎝만큼 클 수 있다. 또한, 하부(146A)의 경사각(θ)은 7° 내지 10° 예를 들어, 7° 내지 8°일 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 비산 슬러리 차단부(140B, 140C)의 경우에도 적용됨은 물론이다.
도 12는 경사각(θ)별 슬러리의 포집 능력을 나타내는 그래프로서, 횡축은 경사각(θ)을 나타내고, 종축은 슬러리 포집 능력을 나타낸다.
도 2 및 도 12를 참조하면, 슬러리 수용 공간(143)에서 슬러리 저장 능력(210)은 경사각(θ)이 증가할 수록 감소하는 반면, 비산 슬러리 차단부(140A)의 하부(146A)의 메쉬에서 슬러리 흡수 능력(220)은 경사각(θ)이 증가할수록 증가함을 알 수 있다. 만일, 경사각(θ)이 7°보다 작다면, 비산 슬러리 차단부(140A)의 메쉬 구조에 흡수되는 슬러리의 량이 적을 수 있고, 경사각(θ)이 10°보다 크다면 슬러리 수용 공간(142)에 저장되는 슬러리의 량이 감소할 수 있다.
이를 고려할 때, 슬러리 저장 능력(210)과 슬러리 흡수 능력(220)이 동일해지는 7° 내지 10°이 경사각(θ)으로 결정될 수 있다.
도 13a는 비산 슬러리 차단부(140)를 갖지 않은 제1 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 단면도를 나타내고, 도 13b는 메쉬 구조를 갖지 않은 비산 슬러리 차단부(40)를 갖는 제2 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 단면도를 나타내고, 도 13c는 메쉬 구조를 갖는 비산 슬러리 차단부(140)를 갖는 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치(100)의 단면도를 나타낸다.
도 13a 내지 도 13c에서 홀더(124) 및 빔부(126), 피드 롤러(152, 154)는 도 2에 도시된 바와 같다. 특히, 도 13c에 도시된 비산 슬러리 차단부(140)는 도 2, 도 6 또는 도 8에 도시된 비산 슬러리 차단부(140A, 140B, 140C)일 수 있다.
도 13a에 도시된 h는 와이어(W)로부터 홀더(124)의 탑까지의 높이를 나타내며, 도 13b에 도시된 h'는 와이어(W)로부터 비산 슬러리 차단부(40)의 하부까지의 높이를 나타내고, 도 13c에 도시된 h"는 와이어(W)로부터 비산 슬러리 차단부(140)의 하부까지의 높이를 나타낸다.
도 13a에 도시된 제1 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 경우, 비산된 슬러리가 와이어(W)와 잉곳(I)으로 낙하하여 와이어(W)에 진동이나 장력(tension)에 변형을 일으켜 웨이퍼의 와프(Warp), TTL(Total Thickness Variatio) 품질의 열위를 일으킬 수 있다.
또한, 도 13b에 예시된 제2 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치가 비산 슬러리 차단부(40)를 갖되, 비산 슬러리 차단부(40)가 메쉬 구조를 갖지 않을 경우, 높이(h')의 감소에 의한 비산 슬러리의 충격량 감소 효과를 기대할 수 있지만 그 개선 효과는 미미하다.
그러나, 도 13c에 예시된 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치(100)에서와 같이, 비산 슬러리 차단부(140)가 메쉬 구조를 가질 경우, 메쉬 구조에 의해 비산된 슬러리(S)의 운동량이 상당 부분 감소된다.
이는, 비산된 슬러리(S)가 비산 슬러리 차단부(140)에 접촉하는 면적의 증가에 비례하여 비산 슬러리(S)의 운동량이 감소하기 때문이다. 이는 방파제가 평면이 아닌 블럭 모양의 구조로 설계된 것과 동일한 원리에 기인한다. 또한, 슬러리(S)의 비중은 예를 들어, 1.3 내지 1.8로서 높고 슬러리(S)의 점성은 200 CP 내지 500 CP로서 높기 때문에, 비산 슬러리 차단부(140)의 메쉬 구조로 비산되는 슬러리와의 접촉 면적이 증가될 경우 그 효과는 더욱 우수해질 수 있다. 이와 같이, 비산 슬러리 차단부(140)의 하부가 메쉬 구조를 가짐으로써, 비산된 슬러리가 반사되지 않고 흡수될 수 있어, 비산 슬러리 차단부(140)에 부딪치는 슬러리의 충격량이 효과적으로 감소할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 제1 및 제2 비교 례 및 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치에서 와프를 비교하여 나타내는 그래프이다. 각 그래프에서, 횡축은 z축 방향으로 쏘잉되는 잉곳(I)의 위치를 나타내고 종축은 와프(Warp)를 각각 나타내고, R은 잉곳(I)의 전체 지름을 나타낸다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 잉곳(I)의 직경을 3R/5이상으로 쏘잉하는 후반부(232)에서 도 14에 도시된 제1 비교 례에 의한 와이어 쏘잉 장치의 경우 와프가 가장 큼을 알 수 있다. 또한, 경사각(θ)을 7°내지 10°로 갖지만, 메쉬 구조를 갖지 않는 도 15 또는 도 16에 도시된 제2 비교 례의 경우 후반부(234, 236)에서 와프는 도 14의 경우보다 개선되지만 여전히 변동이 발생함을 알 수 있다.
반면에, 경사각(θ)을 7°내지 10°로 가지며, 메쉬 구조를 갖는 도 17에 도시된 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치의 경우 후반부(238)에서 와프는 매우 안정화되어 있음을 알 수 있다. 결국, 실시 예에 의한 와이어 쏘잉 장치는 비산되는 슬러리의 재유입에 의한 잉곳 과냉각을 최소화하여 웨이퍼의 와프를 개선시킬 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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: 와이어 쏘잉 장치 112, 114, W: 와이어
120: 잉곳 운송부 122: 피드 테이블
124: 홀더 126: 빔부
132, 134:노즐 136, 172: 배관
140, 140A, 140B, 140C: 비산 슬러리 차단부
142A, 142B: 슬러리 차단부의 상부 143: 슬러리 수용 공간
144A, 144B: 슬러리 차단부의 측부 146A, 146B: 슬러리 차단부의 하부
146AA, 146AB, 146AC: 메쉬 플레이트 147: 일체부
148: 결합 부재 152, 154: 와이어 롤러
160: 슬러리 탱크 162: 교반기
170: 슬러리 배스 182, 184: 제1 및 제2 보빈
191, 192, 193, 194, 195: 풀리

Claims (17)

  1. 잉곳을 절단하는 와이어;
    상기 잉곳을 상기 와이어로 운송하는 잉곳 운송부;
    상기 와이어에 슬러리를 공급하는 노즐; 및
    상기 와이어에 의해 쏘잉되는 상기 잉곳의 상측부에 배치되어, 상기 와이어에 의해 절단되는 상기 잉곳의 측면으로부터 비산하는 슬러리 중 적어도 일부를 흡수하는 비산 슬러리 차단부를 포함하고,
    상기 비산 슬러리 차단부는
    상기 비산된 슬러리를 흡수하는 매쉬(mesh) 구조를 갖는 와이어 쏘잉 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는
    상기 잉곳 운송부를 지지하는 지지면에 부착된 상부;
    상기 비산된 슬러리를 흡수하는 적어도 하나의 메쉬 플레이트를 포함하는 하부; 및
    상기 상부와 상기 하부 사이에 측부를 포함하는 와이어 쏘잉 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 상부와 상기 측부는 나사 결합하고, 상기 하부와 상기 측부는 일체형인 와이어 쏘잉 장치.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는 상기 상부, 상기 측부 및 상기 하부에 의해 정의되고 상기 비산된 슬러리를 저장하는 슬러리 수용 공간을 포함하고,
    상기 슬러리 수용 공간으로 상기 비산된 슬러리의 유입을 허용하는 개구를 사이에 두고, 상기 비산 슬러리 차단부의 하부는 상기 잉곳과 이격된 와이어 쏘잉 장치.
  6. 제3 항에 있어서, 상기 하부의 버텀과 상기 잉곳의 탑 간의 이격 거리는 1 ㎝ 내지 2 ㎝인 와이어 쏘잉 장치.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는
    상기 슬러리 수용 공간에 저장된 슬러리를 상기 와이어가 운동하는 방향과 직교하는 방향으로 배출하는 배출구를 더 포함하는 와이어 쏘잉 장치.
  8. 제3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메쉬 플레이트는 서로 적층된 복수의 메쉬 플레이트를 포함하고,
    상기 복수의 메쉬 플레이트의 오프닝의 크기는 상기 와이어로부터 멀어질수록 작아지는 와이어 쏘잉 장치.
  9. 제3 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는 탈부착 가능한 와이어 쏘잉 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부의 상부는 상기 지지면에 고정되고,
    상기 비산 슬러리 차단부의 측부 또는 하부 중 적어도 하나는 상기 상부로부터 탈부착 가능한 형상을 갖는 와이어 쏘잉 장치.
  11. 제3 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부의 상기 하부는 상기 잉곳을 향하여 내측으로 갈수록 경사진 와이어 쏘잉 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 하부의 경사각은 7° 내지 10°인 와이어 쏘잉 장치.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부의 버텀은 상기 와이어보다 높이 위치한 와이어 쏘잉 장치.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는 상기 와이어가 진입하는 부분과 진출하는 부분의 양쪽에 각각 배치된 와이어 쏘잉 장치.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 비산 슬러리 차단부는 상기 잉곳의 길이 방향으로 상기 잉곳과 나란히 배치된 와이어 쏘잉 장치.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 잉곳 운송부는
    상기 잉곳을 상기 와이어를 향해 내리는 피드 테이블;
    상기 잉곳을 상기 피드 테이블에 고정시키는 홀더; 및
    상기 홀더와 상기 잉곳을 연결하는 빔부를 포함하는 와이어 쏘잉 장치.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 와이어 쏘잉 장치는
    상기 와이어를 감고 상기 와이어를 안내하는 홈을 갖는 와이어 롤러;
    상기 노즐로 공급되는 슬러리를 수용하는 슬러리 탱크;
    상기 노즐로부터 출사되어 상기 잉곳의 쏘잉에 사용된 슬러리를 수용하는 슬러리 배스;
    상기 잉곳을 쏘잉할 와이어를 감는 제1 보빈;
    상기 잉곳을 쏘잉한 와이어를 감는 제2 보빈; 및
    상기 와이어의 진행 경로를 변경하는 적어도 하나의 풀리를 더 포함하는 와이어 쏘잉 장치.
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