KR101697940B1 - 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무 계열의 가요성 재질로 외주면이 형성된 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착홈 가공 장치에 관한 것으로, 가공하고자 하는 가이드 롤러를 정해진 제1위치에 회전 가능하게 위치시키는 롤러 공급부와; 상기 롤러 공급부로부터 공급된 상기 가이드 롤러를 상기 제1위치에서 정해진 각속도로 회전 구동시키는 롤러 회전구동부와; 상기 롤러 회전구동부에 의하여 상기 제1위치에서 자전하는 상기 가이드 롤러의 외주면에 레이저 빔을 조사하여 안착 홈을 성형하는 레이저빔 조사기와; 상기 가이드 롤러의 외주면에 상기 안착 홈이 성형되면, 상기 가이드 롤러를 바깥으로 배출시키는 롤러 배출부를; 포함하여 구성되어, 레이저 빔에 의한 열에 의하여 고무 계열 재질로 이루어진 외층이 열화되지 않으면서 정확한 형상으로 안착홈을 성형할 수 있는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치 {APPARUTUS OF FORMING GROOVES USED IN ROLLER FOR WAFER SLICING PROCESS}

본 발명은 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이퍼 잉곳을 슬라이싱하는 와이어 쏘를 안내하는 가이드 롤러에 안착 홈을 성형하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼들은 잉곳을 얇은 두께로 절삭하는 것에 의해 반도체 제조용 웨이퍼 또는 태양광 소자 제작용 웨이퍼로 제작된다.

이를 위하여, 도1에 도시된 바와 같이, 서로 이격된 다수의 가이드 롤러(10)에 지지되게 와이어 쏘(20)를 설치한 웨이퍼 슬라이싱 장치(1)에서, 잉곳(88)을 파지하는 파지부(30)가 하향 이동하면서, 잉곳(88)이 다수의 열로 배열된 와이어 쏘(20)를 통과하면서 절단됨으로써, 하나의 잉곳(88)이 다수의 웨이퍼로 슬라이싱 절단되는 공정이 이루어진다.

이 때, 와이어 쏘(20)의 간격은 가이드 롤러(10)에 형성된 안착 홈의 간격에 의해 정해지므로, 가이드 롤러(10)에 형성된 안착 홈의 간격 및 깊이가 정확하게 형성되어야 한다. 그런데, 가이드 롤러(10)는 금속 재질로 몸체가 형성되지만 그 외주면에 고무 계열 등의 가요성 재질이 입혀지고, 와이어 쏘(20)가 안착되는 안착 홈은 고무 계열의 가요성 재질에 형성되므로, 가요성 재질에 높은 정밀도로 안착 홈을 가공해야 하는 필요성이 높게 대두된다.

그러나, 고무 계열의 재질은 열에 취약하므로 기계적인 쏘잉(sawing)에 의해 가공하는 방식으로 가이드 롤러(10)의 외주면에 안착 홈을 가공하였다. 그러나, 기계적 쏘잉 방식에 의하여 가이드 롤러(10)의 외주면에 안착 홈을 가공하면, 가이드 롤러의 외주면에 웨이퍼 두께에 해당하는 1mm 이내의 작은 간격을 두고 쏘를 위치시키는 공정이 매우 까다로울 뿐만 아니라, 와이어 쏘(20)를 위치시키는 안착 홈의 위치를 정확하게 형성하는 것이 곤란한 문제가 있었다. 부수적으로 기계적 쏘잉 가공 중에 발생되는 많은 절삭 입자에 의하여 주변을 오염시키는 문제도 있었다.

이로 인하여, 상기와 같이 구성된 웨이퍼 슬라이싱 장치(1)는, 가이드 롤러(10)의 안착 홈의 깊이와 간격이 일정하지 않아 와이어 쏘(20)의 간격이나 높이 차이가 발생되어, 파지부(30)에 의하여 잉곳(88)을 하방 이동하여 와이어 쏘(20)를 통과시킬 때에 생성되는 판 형상의 웨이퍼의 두께가 일정하지 않은 문제가 야기되며, 이와 같은 문제를 야기하지 않기 위해서는 가이드 롤러(10)의 수율이 현저히 낮아지는 가공상의 문제점을 감수할 수 밖에 없었다.

따라서, 웨이퍼 슬라이싱 장치(1)에 사용되는 가이드 롤러(10)의 외주면에 입혀진 고무 계열의 재질로 이루어진 외층에 주변에 절삭 입자로 오염시키지 않으면서 안착 홈의 위치와 깊이를 정확하게 가공할 수 있는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

이 뿐만 아니라, 종래의 와이어 쏘(20)에 의하여 웨이퍼 슬라이싱 장치(1)용 가이드 롤러(10)에 안착홈을 형성할 때에, 다수의 안착홈을 하나씩 가공할 수 밖에 없으므로, 가이드 롤러(10)의 안착홈을 성형하는 데 오랜 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 문제도 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼 잉곳을 슬라이싱절단하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러에 입혀진 가요성 재질의 외층에 안착 홈을 일정한 간격으로 성형하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다시 말하면, 본 발명은, 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 가요성 외층에 안착 홈을 성형함에 있어서, 기계적인 쏘잉 방식을 배제하고 레이저 빔에 의해 안착 홈을 가공함으로써, 보다 쾌적한 가공 환경을 유지하면서 안착 홈의 성형 위치를 정확하게 조절할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 고무 계열이나 폴리우레탄 계열의 재질로 이루어진 외층에 레이저로 가공하면서도, 레이저 빔에 의하여 외층이 타지 않도록 하여 높은 수율로 정확한 위치와 깊이로 안착 홈을 가공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 다수의 레이저 빔을 이용하여 가이드 롤러의 안착홈을 동시에 성형하여 성형 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은 가이드 롤러의 외주면에 레이저 빔이 항상 수직한 자세를 유지함으로써, 안착 홈을 성형하는 레이저 빔의 방향에 영향을 미치지 않고 정확한 형상과 깊이로 안착홈을 성형하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바의 목적을 달성하기 위하여, 고무 계열의 가요성 재질로 외주면이 형성된 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착홈 가공 장치로서, 가공하고자 하는 가이드 롤러를 정해진 제1위치에 회전 가능하게 위치시키는 롤러 공급부와; 상기 롤러 공급부로부터 공급된 상기 가이드 롤러를 상기 제1위치에서 정해진 각속도로 회전 구동시키는 롤러 회전구동부와; 상기 롤러 회전구동부에 의하여 상기 제1위치에서 자전하는 상기 가이드 롤러의 외주면에 레이저 빔을 조사하여 안착 홈을 성형하는 레이저빔 조사기와; 상기 가이드 롤러의 외주면에 상기 안착 홈이 성형되면, 상기 가이드 롤러를 바깥으로 배출시키는 롤러 배출부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치를 제공한다.

이는, 웨이퍼 슬라이싱 절단 공정에 사용되는 와이어 쏘를 가이드 롤러에 안착시키기 위한 안착 홈의 가공을 종래에 기계적인 쏘를 이용하는 대신에 레이저 빔을 이용하여 가이드 롤러의 안착홈을 외주면에 성형함으로써, 안착 홈의 가공 중에 분진이 발생되는 것을 방지하여 쾌적한 환경에서의 가공을 가능하게 할 뿐만 아니라, 레이저 빔을 이용하여 정해진 위치에 정확하고 용이하게 제어할 수 있도록 하기 위함이다.

이 때, 상기 레이저빔 조사기는 2개 이상으로 배치되어, 하나의 가이드 롤러의 외주면에 안착홈을 성형하는 공정을 단축할 수 있게 된다.

특히, 2개 이상의 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저빔은 하나의 안착홈을 성형하는 데 사용될 수도 있지만, 2개 이상의 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저빔은 각각 서로 다른 위치의 안착홈을 성형할 수 있다. 즉, 2개 이상의 레이저빔 조사기에서 조사되는 스폿 위치를 정해진 위치로 셋팅해둠으로써, 하나의 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저 빔에 의하여 가이드 롤러의 안착홈을 성형하였을 경우에 레이저 빔의 스폿 위치에 따른 누적 위치 공차에 의하여 정확한 위치에 안착 홈을 성형하지 못하게 되는 문제점을 해소하면서, 하나의 가이드 롤러에 안착홈을 정확한 간격마다 성형할 수 있게 된다.

그리고, 상기 레이저빔 조사기는 상기 가이드 롤러를 기준으로 제1측과 제2측에 각각 서로 다른 방향을 향하여 레이저 빔을 조사하도록 배치된다. 예를 들어, 제1측과 제2측은 가이드 롤러를 기준으로 180도 이격되게 배치될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 제1측과 제2측의 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저빔이 서로 간섭되지 않아 위치 이동하는 작동 등을 보다 편리하게 할 수 있다.

한편, 상기 제1측에 2개 이상의 제1레이저빔 조사기가 배치되어 상기 제1레이저빔 조사기로부터 상기 가이드 롤러의 표면에 조사되는 제1지점들은, 상기 제2측에 배치된 제2레이저빔 조사기로부터 상기 가이드 롤러의 표면에 조사되는 제2지점과 서로 축선 방향으로 서로 다른 위치로 정해질 수 있다. 이에 따라, 서로 간섭받지 않는 제1측과 제2측 중 어느 하나 이상을 자유 자재로 이동시키면서, 가이드 롤러의 보다 많은 위치에 레이저 빔이 조사되게 하여, 가이드 롤러에 안착홈을 성형하는 공정을 보다 짧은 시간에 정확한 위치에 성형할 수 있다.

이 때, 상기 제2측에 배치된 제2레이지빔 조사부도 2개 이상으로 형성될 수도 있다.

무엇보다도, 상기 제1측과 제2측에 배치된 제1레이지빔 조사부 중 어느 하나 이상은 상기 가이드 롤러의 축선 방향에 평행하게 배열된 경로를 따라 이동 가능하게 설치된다. 이를 통해, 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저 빔의 위치를 변동하고자 할 경우에, 레이저빔 조사기가 가이드 롤러의 축선과 평행하게 배열된 경로를 따라 이동하여 레이저빔 조사 위치를 조절하므로, 안착홈의 성형 위치가 변동되더라도 레이저빔 조사기로부터 가이드 롤러까지의 거리가 항상 일정하게 유지되어, 성형 위치가 변동되더라도 레이저 빔의 초점 위치를 제어하는 별도의 수단이 없더라도 가이드 롤러 외주면의 정해진 위치에 정확하게 레이저 빔의 초점을 위치시켜, 안착홈을 정확하게 성형할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 가이드 롤러가 상기 제1위치에 정확하게 안착된 것을 촬영하여 확인하는 비젼을; 더 포함하여 구성되어, 가이드 롤러가 정확한 위치와 자세로 위치한 상태에서 레이저 빔을 조사하여 안착홈을 성형함으로써, 가이드 롤러에 안착홈을 정확한 간격으로 예정된 깊이로 성형할 수 있게 된다.

그리고, 상기 가이드 롤러는 축선 방향으로 돌출된 중심축이 장착된 상태로 상기 롤러 공급부에서 공급되어 상기 제1위치에 위치할 수 있다. 이렇듯, 가이드 롤러에 미리 중심축이 장착된 상태로 장치에 공급되어 성형됨으로써, 중심축을 붙잡거나 회전시키는 등의 조작이 용이해져 가이드 롤러의 위치 이동 (회전을 포함함) 및 자세 조절을 보다 정확하게 할 수 있다.

따라서, 상기 롤러 공급부는 상기 중심축을 지지하는 지지대와 함께 상기 가이드 롤러를 운반할 수 있게 된다. 즉, 롤러 공급부는 가이드 롤러의 중심축을 지지하는 지지대를 이동시키는 것에 의하여 가이드 롤러를 성형 위치인 제1위치로 위치시키는 것이 보다 용이한 조작에 의해 이루어진다.

그리고, 상기 롤러 공급부는 상기 가이드 롤러를 상기 제1위치를 향하여 수평 위치 이동 시킨 이후에, 상기 중심축을 인상하여 상기 제1위치로 수직 위치 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해, 가이드 롤러의 수평 이동 경로에 대하여 다른 높이에서 레이저 빔에 의한 안착홈을 가공함으로써, 가이드 롤러를 공급하거나 배출하는 것과 독립적으로 가이드 롤러를 일정 속도로 회전 구동하면서 안착 홈을 성형할 수 있다.

그리고, 상기 가이드 롤러가 상기 제1위치에 도달하면 상기 가이드 롤러의 위치를 록킹하는 록킹 기구가 구비될 수 있다. 이에 의하여, 가이드 롤러의 외주면에 안착 홈이 성형되는 제1위치에서 가이드 롤러의 요동없이 한 자리에서 회전만 하면서 레이저 빔에 의하여 안착 홈이 성형된다.

여기서, 웨이퍼 슬라이싱 장치의 가이드 롤러에 형성되는 안착 홈은 고무 계열의 가요성 재질에 형성되어, 와이어 쏘를 제자리에 안착시킨다. 여기서, 가요성 재질은 고무, 폴리우레탄, 폴리머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 지칭한다.

그러나, 일반적으로 고무 계열은 재질은 열에 취약하므로, 레이저 빔을 이용하여 고무 계열의 재질에 홈을 정교하게 형성하기 위해서는 레이저 빔을 정교하게 제어해야 한다.

이를 위하여, 본 발명은, 100ns 이하의 펄스폭으로 정해지고, 출력이 3W 내지 25W로 정해진다. 즉, 동일한 출력으로 레이저 빔이 조사되는 데 있어서도, 레이저 빔의 펄스 폭을 100ns 이하로 작게 유지함으로써, ON으로 인가되는 레이저 펄스의 피크 출력이 높아지면서 OFF로 인가되는 시간이 늘어남에 따라 가공 시에 열에 의한 영향을 줄이면서 고무 계열의 외층에 안착 홈을 정해진 위치와 깊이로 정확하게 성형할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 가이드 롤러의 고무 계열의 외층을 태우지 않으면서 홈 성형을 위한 재료를 제거하여 정해진 깊이와 폭으로 정확하게 성형할 수 있게 된다.

이 때, 레이저 빔은 5kH 내지 150kH의 주파수의 범위로 정해질 수 있다.

한편, 상기 하나의 안착 홈을 형성하기 위하여 1회만 레이저 빔이 홈 성형 위치를 지나는 것에 의할 수도 있지만, 고무 계열의 외층에 열에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여, 레이저빔이 3회 내지 20회를 지나는 것에 의하여 안착 홈을 형성하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 레이저빔이 1회 지나는 데 속도는 70mm/sec 내지 800mm/sec의 빠른 속도를 유지하여, 고무 계열의 외층에 열이 오랫동안 지속되지 않고 안착홈이 정확한 형상으로 성형될 수 있다. 이와 같이, 레이저 빔의 스폿을 고무 계열 재질의 외층에 반복하여 지나게 하는 것을 도합하면, 상기 레이저빔이 1개의 상기 안착 홈을 형성하는 데 소요되는 평균 속도는 10mm/sec 내지 60mm/sec으로 정해진다.

그리고, 상기 레이저빔이 상기 홈을 형성하기 위한 스폿 크기는 20㎛ 내지 30㎛으로 형성되어, 상기 안착홈의 폭을 0.25mm 내지 0.7mm로 작게 성형할 수 있다.

무엇보다도, 상기 레이저빔은 파장이 250nm 내지 550nm 로 정해진다. 예를 들어, 자외선 파장 대역의 레이저빔인 것이 좋다. 레이저빔의 파장이 1000nm 이상인 적외선이나 CO2 레이저빔에 의하여 고무 계열의 외층에 정확한 형상의 홈을 성형하기 위해서는 높은 출력이 필요한 데, 높은 출력에 의할 경우에는 국부적으로 열화 현상이 심해지면서 1mm 내외의 피치로 반복 배열되는 안착홈을 정확하게 성형할 수 없기 때문이다.

이와 같이 성형함으로써, 본 발명은, 사다리꼴 단면, 삼각 단면, 하방으로 볼록한 곡면 (예를 들어, 반원) 형태의 안착 홈을 정확하게 성형할 수 있음이 확인되었다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '고무 계열의 재질' 및 이와 유사한 용어는 고무와 폴리우레탄과 폴리머 중 어느 하나 이상을 포함하는 재질로 형성된 재질을 지칭하는 것으로 정의하기로 한다. 따라서, '고무 계열의 재질'은 상온에서 고무상 탄성을 나타내는 사슬 모양의 고분자 물질이나 그 원료가 되는 고분자 물질로서 천연 고무와 합성 고무를 모두 포함하며, 카밤산 에스터와 카밤산 에틸과 카밤산에스테르를 포함하는 재질을 모두 포함하는 것으로 정의한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '이동 속도'는 레이저 빔의 스폿이 가공 대상물인 가이드 롤러의 외층 표면을 따라 1회 이동하는 속도로 정의한다. 그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '평균 속도' 또는 '평균 이동 속도'는 레이저 빔의 스폿이 가공 대상물인 가이드 롤러의 외층 표면을 따라 1개의 안착 홈이 완성되는 데까지 이동한 횟수를 반영한 이동 속도로 정의한다. 예를 들어, 레이저 빔이 100mm/sec로 10회 이동하여 1개의 안착 홈의 성형을 완성한 경우에는, 안착홈의 성형을 위해 레이저 빔의 이동 속도는 100mm/sec이고, 레이저 빔의 평균 속도는 10mm/sec가 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼 슬라이싱 절단에 사용되는 와이어 쏘를 안착하기 위한 가이드 롤러의 고무 계열의 외층에 형성되는 안착 홈을 성형하는 데 있어서, 가공 대상물인 가이드 롤러를 정해진 제1위치에 위치 고정시킨 상태에서, 가이드 롤러를 제자리에서 회전하면서 레이저 빔을 이용하여 가이드 롤러의 고무 계열의 외주면에 조사하여 성형하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치를 제공한다.

이와 같이, 본 발명은, 기계적인 쏘(saw)를 이용하는 대신에 레이저 빔을 이용하여 가이드 롤러의 고무 계열의 외층에 안착 홈을 성형함으로써, 안착 홈의 가공 중에 분진이 발생되는 것을 방지하므로 쾌적한 환경에서의 성형 공정을 가능하게 하는 잇점이 얻어진다.

또한, 본 발명은, 가이드 롤러를 정해진 제1위치에 위치시킨 상태에서 제자리에서 회전하면서 레이저 빔의 스폿을 정해진 위치에 조사하므로, 성형 홈의 깊이와 폭 등을 자유자재로 변경하면서 정해진 형상대로 안착 홈을 정확하게 성형할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 하나의 가이드 롤러에 다수의 안착 홈을 정해진 간격으로 성형함에 있어서, 2개 이상의 레이저빔 조사기로부터 조사되는 각각의 레이저빔이 서로 다른 위치에 조사되어, 한꺼번에 2개 이상의 안착 홈을 성형함으로써 가이드 롤러에 성형되는 수십개의 안착홈의 성형 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 레이저빔 조사기로부터 가이드 롤러에 조사되는 위치를 정해진 위치로 셋팅해둠으로써, 레이저 빔의 스폿 이동에 따른 누적 공차가 증폭되지 않고 레이저빔 조사기로부터의 셋팅 위치 범위 내에서의 공차 범위 내로 유지하여, 안착 홈의 정해진 위치에 정확하게 성형할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 2개 이상의 레이저빔 조사기를 가이드 롤러의 제1측과 제2측에 배치하고, 제1측의 레이저빔 조사기와 제2측의 레이저빔 조사기를 가이드 롤러의 축선 방향에 평행한 경로를 따라 이동 가능하게 설치됨에 따라, 레이저빔 조사기로부터 2개 이상의 안착 홈을 성형하더라도, 레이저빔 조사기가 안착홈의 피치만큼 이동하여 레이저빔 조사기와 안착홈의 성형 위치까지의 거리가 항상 일정하게 유지되므로, 레이저빔 조사기로부터 조사되는 레이저 빔의 스폿 위치가 항상 가공 위치에 도달한 상태로 되어 안착 홈을 정해진 단면 형상으로 깊이와 폭을 정확하게 조절할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 천연 고무, 합성 고무, 폴리머, 폴리우레탄 등의 고무 계열의 재질로 이루어진 가이드 롤러의 외층에 열에 의해 태우지 않고 작은 간격으로 미세한 안착홈을 형성할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 종래에 기계적인 쏘로 가공하는 것에 비하여 보다 높은 수율을 얻을 수 있다.

도1은 웨이퍼 슬라이싱 설비의 구성을 도시한 개략 사시도,
도2는 도1의 가이드 롤러의 일부 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착홈의 성형 장치의 구성을 도시한 사시도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 도3의 정면도,
도6은 도3의 'B'부분에 위치한 안착홈 성형 유닛의 확대 사시도,
도7은 도3의 'C'부분에 위치한 비젼을 도시한 사시도,
도8은 도6의 평면도,
도9는 도3의 가이드 롤러의 안착홈의 성형 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면,
도10a 내지 도10e는 도3의 장치를 이용하여 가이드 롤러의 외주면에 안착홈을 성형하는 구성을 순차적으로 도시한 도면,
도11은 도9의 가이드 롤러의 'Y'부분의 안착홈의 단면 형상을 도시한 도면,
도12는 펄스 형태의 레이저 빔의 파라미터를 설명하기 위한 레이저 파형을 도시한 개략도,
도13a 및 도13b는 본 발명에 따른 성형 방법에 따라 고무 외층에 삼각 단면 형태의 안착홈(15)이 성형된 상태를 촬영한 평면도 및 50배율 단면도,
도14a 및 도14b는 본 발명에 따른 성형 방법에 따라 고무 외층에 하방으로 볼록한 단면 형태의 안착홈(15")이 성형된 상태를 촬영한 평면도 및 50배율 단면도,
도15a 및 도15b는 본 발명에 따른 성형 방법에 따라 고무 외층에 사다리꼴 단면 형태의 안착홈(15')이 성형된 상태를 촬영한 평면도 및 50배율 단면도,
도16a 및 도16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 방법에 따라 폴리우레탄 외층에 안착홈이 성형된 상태를 촬영한 평면도 및 50배율 단면도,
도17 및 도18은 적외선 레이저 빔을 이용한 다른 성형 방법에 따라 폴리우레탄 외층에 안착홈을 가공한 비교 성형 상태를 촬영한 평면도,
도19a 및 도19b은 이산화탄소 레이저 빔을 이용한 성형 방법에 따라 폴리우레탄 외층에 안착홈을 가공한 비교 성형 상태를 촬영한 평면도,

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치(100)는, 안착 홈(15)을 외주면에 성형하고자 하는 가이드 롤러(10)를 제1위치(X1)를 향하여 공급하는 롤러 공급부(110)와, 롤러 공급부(110)로부터 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 공급되면 제1위치(X1)에 위치한 가이드 롤러(10)를 제자리에서 회전시키는 롤러 회전 구동부(120)와, 정해진 속도로 회전하는 가이드 롤러(10)의 외주면에 레이저 빔(130a)을 조사하여 가이드 롤러(10)의 외층(13)에 안착 홈(15)을 성형하는 레이저빔 조사부(130)와, 롤러 공급부(110)에 의하여 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 정확하게 도달하였는지를 검사하는 비젼(140)과, 제1위치(X1)에서 레이저 빔(130a)에 의하여 안착 홈(15)이 정해진 형상과 간격으로 성형되면 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되기 위하여 배출시키는 롤러 배출부(150)를 포함하여 구성된다.

도면에 예시된 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치(100)는 롤러 공급 유닛(Us)과, 롤러 성형 유닛(Ua) 및 롤러 배출 유닛(Ue)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 롤러 공급부(110)는 롤러 성형 유닛(Ua)의 일부와 롤러 공급 유닛(Us)으로 이루어지며, 롤러 배출부(150)는 롤러 성형 유닛(Ua)의 다른 일부와 롤러 배출 유닛(Ue)으로 이루어진다.

이와 같이, 서로 분리된 3개의 유닛(Us, Ua, Ue)으로 이루어짐에 따라, 모듈 별로 각각의 고정 프레임(90)에 제작하여 현장에 설치하면 되므로, 제작 및 설치 공정이 보다 용이해지는 잇점을 얻을 수 있다. 이 때, 가이드 롤러(10)를 수평 방향으로 이동시키는 벨트(111, 151)는 전체가 하나로 형성될 수도 있고, 제1위치(X1)를 중심으로 2개로 분할될 수도 있으며, 각각의 유닛(Us, Ua, Ue)마다 분할되게 형성될 수도 있다.

다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 롤러 공급 유닛(Us)과, 롤러 성형 유닛(Ua) 및 롤러 배출 유닛(Ue)은 각각의 고정 프레임(90)에 모듈 별로 설치되지 않고 하나의 고정 프레임(90)에 일체로 제작되어 설치될 수도 있다.

상기 롤러 공급부(110)는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용될 가이드 롤러(10)를 제1위치(X1)에 공급한다. 롤러 공급부(110)는, 도4에 도시된 바와 같이 V자 단면의 홈(112a)이 형성된 이동 블록(112)이 벨트(111)에 고정되어, 모터 등의 구동 수단에 의하여 이동 블록(112)을 이동시키는 것에 의하여, 가이드 롤러(10)를 제1위치(X1)를 향하여 수평 이동시킨다.

이와 같이, 이동 블록(112)의 U자 또는 V자형 홈(112a)에 가이드 롤러(10)의 중심축(19)을 위치시킨 상태로, 벨트(111)를 이동시키는 것에 의하여 가이드 롤러(10)를 제1위치(X1)로 이동시키므로, 가이드 롤러를 집어 이동시키지 않더라도, 가이드 롤러(10)의 위치가 틀어지지 않으면서 원하는 위치로 정확하게 이송할 수 있다.

롤러 공급부(110)에 의하여 가이드 롤러(10)가 롤러 공급 유닛(Us)을 거쳐 롤러 성형 유닛(Ua)으로 진입한다. 롤러 성형 유닛(Ua)의 중앙부의 그립 영역(188)에서 이동 블록(112)에 거치된 가이드 롤러(10)의 양단 중심축(19)을 체움구(49)로 회전 가능하게 고정시킨 후, 체움구(49)를 인상 수단(199)에 의해 제1위치(X1)로 상방 이동시킨다. 이를 위하여, 체움구(49)를 제1위치(X1)와 그립 위치(188)의 사이에서 상하 왕복 이동시키는 인상 수단(199)이 롤러 공급부(110)의 일부로서 구비된다. 이에 의하여, 롤러 공급부(110)에 의해 가이드 롤러(10)는 제1위치(X1)에 위치하게 된다.

여기서, 인상 수단(199)은 유압에 의하여 가이드 롤러(10)를 상하(52, 53)로 이동시키게 구성될 수도 있고, 리니어 모터나 리드 스크류의 원리로 가이드 롤러(10)를 상하(52, 53) 방향으로 이동시키게 구성될 수도 있다.

상기 롤러 회전 구동부(120)는, 인상 수단(199)에 의하여 채움구(49)가 상측으로 이동하여 제1위치(X1)에 도달하면, 안착 홈(15)을 성형하고자 하는 가이드 롤러(10)의 외층(13)의 재질과 형상에 따라 정해진 회전 속도로 가이드 롤러(10)를 회전 구동한다. 예를 들어, 레이저 빔(130a)이 가이드 롤러(10)의 외주면(13)에 대하여 이동하는 속도(가이드 롤러의 선속도)가 30mm/sec 내지 1500mm/sec의 범위가 되도록, 롤러 회전 구동부(120)는 가이드 롤러(10)를 회전 구동한다.

이를 위하여, 한 쌍의 채움구(49)가 가이드 롤러(10)의 양단부에 돌출된 중심축(19)을 파지한 상태로 인상 수단(199)에 의하여 상측으로 이동하면, 롤러 회전 구동부(120)는 채움구(49)에 파지된 중심축(19)을 회전 구동하거나, 채움구(49)와 함께 중심축(19)을 회전 구동시킨다. 예를 들어, 롤러 회전 구동부(120)는 채움구(49)와 함께 상하로 이동하면서 채움구(49)와 가이드 롤러(10)를 함께 회전 구동시키게 구성될 수도 있고, 인상 수단(199)에 의하여 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)로 이동하면 채움구(49)의 위치를 기준으로 중심축(19)과 커플링된 후 가이드 롤러(10)를 회전 구동시키게 구성될 수도 있다.

상기 레이저빔 조사부(130)는 가이드 롤러(10)를 기준으로 제1측에 배치된 제1레이저빔 조사기(131)와, 제1측과 180도만큼 가이드 롤러(10)의 원주 방향으로 이격된 제2측에 배치된 제2레이저빔 조사기(132)와, 제1레이저빔 조사기(131)를 가이드 롤러(10)의 중심축(19)과 평행한 방향(131d)으로의 이동을 안내하는 제1가이드 레일(133)과, 제2레이저빔 조사기(132)를 가이드 롤러(10)의 중심축(19)과 평행한 방향(132d)으로의 이동을 안내하는 제2가이드 레일(134)로 이루어진다.

도면에는 가이드 롤러(10)를 기준으로 제1레이저빔 조사기(131)와 제2레이저빔 조사기(132)가 180도만큼 이격 배치된 구성을 예로 들었지만, 180도 이외의 각도만큼 이격 배치될 수 있다.

각각의 레이저빔 조사기(131, 132)에는 레이저 빔(130a)을 공급하는 레이저빔 발진기(139)가 광케이블(139a)로 연결되어 있고, 레이저빔 조사기(131, 132)를 가이드 레일(133, 134)을 따라 이동시키는 이동 구동부(M1, M2)가 구비된다.

이에 따라, 각각의 레이저빔 조사기(131, 132)는 제1위치(X1)에서 회전 구동되는 가이드 롤러(10)의 외층(13) 표면에 정해진 강도의 레이저빔을 조사하여, 가이드 롤러(10)에 정해진 깊이와 폭과 단면 형상을 갖는 안착 홈(15)을 성형한다.

이와 같이, 본 발명은, 가이드 롤러(10)의 외주면에 레이저 빔(130a)을 이용하여 안착 홈(15)을 성형함에 따라, 종래에 기계적인 쏘(saw)에 의하여 안착 홈(15)을 성형하는 것에 비하여, 성형 공정 중에 분진의 발생이 근본적으로 억제되고 위치 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

대체로, 웨이퍼 슬라이싱 장치(1)에 사용되는 가이드 롤러(10)는, 도2에 도시된 바와 같이, 중심축(11)과 일체로 알루미늄 등 금속으로 형성된 원통형 몸체(12)와, 원통형 몸체(12)의 외주면을 감싸는 고무 계열 재질의 외층(13)으로 이루어진다.

그리고, 안착홈(15)이 형성되는 고무 계열 재질의 외층(13)은 폴리우레탄, 폴리머, 천연 고무, 합성 고무로 이루어질 수도 있으며 이들이 일부 이상 혼합된 형태의 가요성 재질로 형성된다. 예를 들어, 표 1에 나타난 물성을 갖는 폴리우레탄이나 표2에 기재된 물성의 고무 재질로 이루어질 수 있다.

파라미터	측정값
경도(Hardness)	95A
인장 강도(Tensile Strength)	37 MPA
신장율(Elongation)	320%
인열 강도(Tear Strength)	41KN/m
탄력성(Resilience)100% Modulus	%11.5
시험방법 : KSM 6518-81 (속도 500/min)

파라미터	측정값
경도(Hardness)	55±5
인장 강도(Tensile Strength)	120±20 MPA
신장율(Elongation)	500±50 %
인열 강도(Tear Strength)	45±10KN/m
탄력성(Resilience)	38%
시험방법 : KSM 6518-81 (속도 500/min)

본 발명에 의해 성형되는 가공 대상물인 가이드 롤러(10)의 외층(13)은, 상기에 예시된 물성을 포함하여, 와이어 쏘(20)를 위치시킬 수 있는 고무 계열의 재질을 모두 포함하며, 이하에서는 이를 '고무 계열' 또는 '고무 계열 재질'이라고 부르기로 정의한다.

그리고, 가이드 롤러(10)의 외층(13)에는, 도11a에 도시된 바와 같이 삼각 단면의 안착 홈(15)으로 형성될 수도 있고, 도11b에 도시된 바와 같이 톱니 바퀴 형태의 사다리꼴 단면의 안착 홈(15')으로 형성될 수도 있으며, 도11c에 도시된 하방으로 볼록한 반원 형태의 안착 홈(15")으로 형성될 수 있다.

여기서, 각 안착홈(15, 15', 15")의 피치(Xp)는 0.5mm 내지 1.2mm로 정해지고, 각 안착홈(15, 15', 15")의 깊이(Xd)는 0.08mm 내지 0.4mm로 정해진다. 이와 같이, 웨이퍼 잉곳(88)으로부터 절단되어 생성되는 웨이퍼의 두께가 1mm 이하로 얇게 정해지므로, 각 안착홈(15, 15', 15")의 피치(Xp)와 깊이(Xd)는 가이드 롤러(10)의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 성형되는 것이 반드시 필요하다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 레이저빔 조사기(131, 132)로부터 조사되는 레이저 빔(130a)은 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)을 성형하기 위하여 250nm 내지 550nm의 파장 범위를 갖는 레이저 빔(130a)을 사용한다. 예를 들어, 시중에서 상용화되어 있는 355nm 파장의 자외선(UV) 레이저 빔을 사용할 수 있다.

이는, 레이저 빔 소스(110)로서, 자외선 레이저 빔에 비하여 긴 파장 대역을 갖는 적외선 레이저빔이나 이산화탄소 레이저빔을 적용하는 경우에는, 100W 이하의 출력으로는 고무 계열의 외층(13)에 홈을 성형하기가 어려운 데, 100W 이상의 출력으로는 고무 계열의 외층(13)에 기포를 유발시키거나 열화 현상이 급작스럽게 나타나기 때문에 1mm 내외의 작은 피치(Xp)의 안착 홈(15)을 가공 오류 없이 신뢰성있게 성형할 수 없는 문제가 있었다.

그리고, 자외선 레이저 빔에 비하여 짧은 파장 대역을 갖는 레이저 빔을 이용하는 경우에는, 약간의 출력 변동에 의해서도 고무 계열 재질에 열화 현상에 의해 태우는 효과가 유발되므로, 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)을 성형하는 데 적합하지 않다.

따라서, 본 발명에 따른 레이저빔은 파장이 250nm 내지 550nm 중 하나로 정해지며, 쉽게 구할 수 있는 자외선 파장 대역의 레이저빔(예를 들어, 355nm)이 적용되어, 고무 계열의 외층(13)에 1mm 내외의 미세한 피치로 다수의 열로 안착홈(15)을 정확하게 성형할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 안착홈 형성 방법은 250nm 내지 550nm의 파장 범위를 갖는 레이저 빔(130a)을 제어함에 있어서, 출력을 3W 내지 25W로 조절하여 레이저 빔(130a)을 가공 대상물인 가이드 롤러(12)의 외층(13)에 조사한다.

출력이 3W보다 낮으면, 고무 계열인 외층의 제거율이 낮아 공정에 오랜 시간이 소요되어 경제성을 확보하기 어렵고, 출력이 25W보다 높으면 고무 계열의 외층에 열화 현상이 발생될 수 있다.

무엇보다도, 레이저 빔의 출력을 3W 내지 25W로 유지하면서 레이저 빔의 펄스 폭을 1ns 내지 100ns 이하로 작게 유지함으로써, ON으로 인가되는 레이저 펄스(w)의 피크 출력이 높아지면서 OFF로 인가되는 시간(펄스 주기(T)에서 펄스 폭(w)을 뺀 시간)이 늘어남에 따라 가공 시에 열에 의한 영향을 줄이면서 고무 계열의 외층에 안착 홈을 정확하게 성형할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 도12에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(130a)이 펄스 형태로 출사되는 데, 레이저 빔의 출력을 낮게 유지하면서 레이저 펄스 폭(w)이 작아지면, 펄스 주기(T)마다의 펄스 폭(w)이 더 줄어들면서 레이저 펄스의 피크 출력(P)이 커지게 된다. 이를 통해, 가이드 롤러의 고무 계열의 외층이 타지 않으면서 정확한 형상으로 고무 계열의 외층 단면을 분리시켜, 원하는 깊이(Xd)와 피치(Xp)로 안착 홈(15)을 형성할 수 있다. 여기서, 레이저 빔은 5kH 내지 150kH의 주파수의 범위로 정해질 수 있다. 이 주파수의 범위를 유지함으로써, 레이저 빔의 펄스 폭을 상기 범위로 유지하는 데 유리하다.

한편, 하나의 안착 홈을 형성하기 위하여 레이저 빔(130a)이 정해진 경로를 따라 1회만 지나가는 것에 의하여 안착 홈(15)을 형성하는 것도 가능하다. 그러나, 1회만 지나는 것에 의해 안착 홈(15)을 형성하기 위해서는 출력을 크게 높여야 하고, 출력을 높이면 정해진 단면 형태로 안착 홈(15)을 정확하게 성형하는 것이 어렵다.

따라서, 상기와 같이 낮은 전력을 유지하면서 레이저 빔(130a)을 3회 내지 20회를 지나도록 하는 것에 의하여, 고무 계열의 외층(13)이 열손상에 의하여 뒤틀리거나 기포가 생기지 않으면서, 정확한 단면 형상으로 성형하는 것이 가능해진다. 즉, 하나의 안착홈(15)을 성형하기 위해서는 레이저 빔(130a)이 어느 하나의 위치에 조사된 상태에서, 가이드 롤러(10)가 3회 내지 20회전하여 안착홈(15)을 정해진 단면과 치수로 성형하고, 그 다음에 다른 안착 홈을 성형한다.

이와 같이, 3회 내지 20회 레이저 빔(130a)의 스폿(S)을 안착 홈(15)이 형성되는 위치를 따라 지나게 하는 데 있어서, 레이저빔이 1회 지나는 데 속도는 70mm/sec 내지 800mm/sec의 빠른 속도를 유지하여, 고무 계열의 외층에 열이 오랫동안 지속되지 않고 안착홈이 정확한 형상으로 성형되도록 한다. 이 때, 하나의 안착 홈(15)을 성형하기 위하여 레이저 빔이 다수회에 걸쳐 이동하는 속도는 하나로 정해지지 않으며, 변동될 수 있다.

그리고, 레이저 빔의 스폿을 고무 계열 재질의 외층에 반복하여 지나게 하는 것을 합치면, 레이저빔이 1개의 상기 안착 홈을 형성하는 데 소요되는 평균 속도는 10mm/sec 내지 60mm/sec으로 정해진다.

한편, 레이저빔(130a)이 상기 안착 홈(15)을 형성하기 위한 스폿 크기(d)는 20㎛ 내지 30㎛으로 형성됨에 따라, 가이드 롤러(10)의 외층(13)에 0.25mm 내지 0.7mm로 작은 폭(사다리꼴 단면의 바닥면)의 안착 홈(15)을 성형하는 것이 가능해진다.

무엇보다도, 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러(10)의 외주면에는 도1에 도시된 바와 같이 다수의 안착 홈(15)이 정해진 간격(15p)으로 다수 성형해야 하므로, 하나의 레이저빔 조사기(131, 132)에 의하여 다수의 안착 홈(15)을 성형하는 것이 불가피하다.

그런데, 일반적으로 레이저빔 조사기로부터 레이저 빔(130a)을 다수의 위치에 조사할 때에는, 레이저 빔의 반사 미러의 각도를 조절한다. 그러나, 반사 미러의 각도를 조절하여 레이저 빔(130a)의 조사 위치를 조절할 경우에는, 레이저빔 조사기(131, 132)의 출사구(131a, 132a)로부터 안착 홈(13)의 성형 위치까지의 거리가 변동되므로, 레이저 빔(130a)의 출력 강도의 분포가 원하는 형태로 분포되는 초점 영역이 가이드 롤러(10)의 외주 표면 상에 정확히 위치시킬 수 없게 되어, 정해진 단면의 형상과 치수로 안착홈(13)을 성형할 수 없는 한계가 있다.

그러나, 본 발명은 제1측에 위치한 제1레이저빔 조사기(131)와 제2측에 위치한 제2레이저빔 조사기(132)가 가이드 롤러(10)의 중심에 정렬된 중심축(19)의 축선 방향을 따라 연장된 가이드 레일(133, 134)를 따라 이동(131d, 132d)하도록 구성되어, 하나의 레이저빔 조사기로부터 가이드 롤러(10)의 외주면의 여러 위치에서 안착 홈(15)을 성형하더라도, 레이저빔 조사기(131, 132)의 출사구(131a, 132a)로부터 가이드 롤러(10)의 성형 위치인 외주면까지의 거리(130L)를 일정하게 유지시킨다. 따라서, 가이드 롤러(10)의 외주면에 도달하는 레이저 빔(130a)의 스폿(S)은 레이저빔(130a)의 초점 영역에 유지되므로, 가이드 롤러(10)의 외주면(13)에 도달하는 레이저빔(130a)은 예정된 빔 출력 분포를 갖게 유지되어, 가이드 롤러(10)의 외주면에 안착홈(15)을 정해진 형태로 균일하게 성형할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 가이드 롤러의 안착홈 성형 장치(100)는, 제1측과 제2측에 각각 2개 이상의 레이저빔 조사기(131, 132)가 배치된다. 각 측의 복수의 레이저빔 조사기(131, 132)로부터 조사되는 레이저빔(130a)은 스폿(S)을 하나의 위치로 유도하여 하나의 안착홈(15)을 함께 성형할 수도 있지만, 각 측의 복수의 레이저빔 조사기(131, 132)로부터 조사되는 레이저빔(130a)은 스폿(S)을 서로 다른 위치에 조사하여 한꺼번에 다수의 안착홈(15)을 성형하는 것이 바람직하다.

이를 통해, 안착홈(15)을 성형하기 위하여 가이드 롤러(10)의 외주면에 조사되는 스폿(S)에 과도한 에너지가 집중되지 않아, 고무 재질로 형성된 외층(13)에 대해서도 타지 않고 레이저 빔(130a)에 의하여 의도한 형상과 단면 치수로 성형할 수 있다.

상기와 같이, 금속 재질의 바깥을 둘러싸고 있는 고무 계열 재질의 외층(13)에 250nm 내지 550nm의 파장 대역을 갖는 레이저 빔을 3W 내지 25W의 낮은 출력을 유지하면서 반복하여 지나는 형태로 레이저 빔을 지나게 하는 성형 장치(100)에 의하여, 천연 고무, 합성 고무, 폴리머, 폴리우레탄 등의 고무 계열의 재질로 이루어진 가이드 롤러(10)의 외층(13)에 열에 의해 타거나 기포가 생기지 않고, 0.5mm 내지 1.2mm의 조밀한 피치마다 안착홈을 정확한 단면 형상으로 성형할 수 있었다.

또한, 제1측의 복수의 제1레이저빔 조사기(131)로부터 최초에 조사되는 제1지점(P1)들과 제2측의 복수의 제2레이저빔 조사기(132)로부터 최초에 조사되는 제2지점(P2)들의 사잇 거리는 균일하게 유지된다. 이에 따라, 제1측의 제1레이저빔 조사기(131)와 제2측의 제2레이저빔 조사기(132)의 각각은 제1지점(P1)과 제2지점(P2)의 사이로 한정된 영역에서만 정해진 수의 안착홈(15)을 성형하므로, 하나의 가이드 롤러(10)에 수십개의 안착홈(15)을 성형하는 데 소요되는 공정 시간을 단축할 수 있다.

즉, 각 측의 복수의 레이저빔 조사기(131, 132) 중 각각은 정해진 영역만을 이동해가면서 안착 홈(15)을 성형한다. 특히, 안착홈(15)을 성형하고자 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 도달하면, 각각의 레이저빔 조사기(131, 132)의 레이저빔 최초 조사 위치는 각각 하나의 위치(제1지점 및 제2지점)로 셋팅되어 있다. 따라서, 가이드 롤러(10)의 외주면(13)에 형성되는 안착 홈(15)의 성형 위치의 오차는 각각의 레이저빔 조사기(131, 132) 마다 정해진 이동 영역 내에서의 이동 누적 공차 범위로 제한되므로, 가이드 롤러(10)의 외주면(13)에 성형되는 안착 홈(15)의 위치를 누적 위치 공차를 최소화하면서 보다 정확한 위치에 성형할 수 있다. 따라서, 이와 같이 가공된 가이드 롤러(10)를 이용하여 웨이퍼 슬라이싱 공정을 행할 경우에는 웨이퍼의 두께 편차를 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

상기 비젼(140)은 도7에 도시된 바와 같이, 롤러 공급부(110)에 의하여 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 도달하면, 비젼 구동부(145)는 가이드 롤러(10)의 축선 방향으로 이동 경로가 형성된 비젼 레일(141)을 따라 촬영기(142)가 고정된 이동 플레이트(143)를 이동(140d)시킨다. 그러면, 촬영기(142)는 비젼 레일(141)을 따라 이동(140d)하면서, 가이드 롤러(10)의 를 촬영하여 촬영 데이터를 제어부로 전송한다. 이에 따라, 제어부는 가이드 롤러(10)가 정확하게 제1위치(X1)에 안착하였는지를 검사하고, 가이드 롤러(10)의 위치가 정확한 제1위치(X1)에 도달한 경우에만, 레이저빔 조사부(130)로부터 레이저 빔(130a)이 조사되게 하여, 가이드 롤러(10)의 외주면에 안착 홈(15)을 성형하게 한다.

상기 롤러 배출부(150)는, 제1위치(X1)에서 외주면에 정해진 개수의 안착 홈(15)이 모두 성형된 가이드 롤러(10')를 인상 수단(199)에 의하여 하측으로 이동(53)시킨 후, 롤러 공급부(110)에서와 유사하게, U자 또는 V자 단면의 홈(152a)이 형성된 이동 블록(152)에 가이드 롤러(10')의 중심축(19)을 위치시키고, 이동 벨트(151)에 고정된 이동 블록(152)을 모터 등의 구동 수단에 의하여 이동시키는 것에 의하여, 가공 완성된 가이드 롤러(10)를 수평 이동시킨 후 배출시킨다.

이하, 도10a 내지 도10e를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치(100)의 작동 방법을 상술한다.

단계 1: 먼저, 도10a에 도시된 바와 같이, 롤러 공급부(110)의 이동 블록(112)의 홈(111a)에 가이드 롤러(10)의 중심축(19)을 위치시키고, 벨트(111)의 이동에 의해 가이드 롤러(10)를 제1위치(X1)의 하측에 위치한 그립 위치(188)까지 이동(51)시킨다.

단계 2: 그리고 나서, 그립 위치(188)에 가이드 롤러(10)가 도달하면, 도10b에 도시된 바와 같이, 그립 위치(188)에서 채움구(49)로 가이드 롤러(10)의 중심축(19)을 파지하고, 인상 수단(199)에 의하여 가이드 롤러(10)가 정해진 제1위치(X1)에 도달하도록 상측으로 인상(52)시킨다.

그리고, 가이드 롤러(10)가 인상수단(199)에 의하여 제1위치(X1)에 도달하면, 비젼(140)의 촬영기(142)가 가이드 롤러(10)의 축선 방향을 따라 이동하면서 촬영하여, 촬영 데이터를 전송받은 제어부는 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 정확히 위치하였는지를 확인한다.

단계 3: 그 다음, 제어부에 수신된 촬영 데이터에 기초하여, 가이드 롤러(10)가 제1위치(X1)에 정확히 위치한 것이 확인되면, 제1측의 제1레이저 조사기(131)와 제2측의 제2레이저 조사기(132)를 정해진 위치로 이동시킨다. 여기서 정해진 위치는, 제1레이저 조사기(131)가 최초 레이저빔(130a)이 가이드 롤러(10)의 제1지점(P1)에 도달하게 셋팅된 위치와, 제2레이저 조사기(132)가 최초 레이저빔(130a)이 가이드 롤러(10)의 제2지점(P2)에 도달하게 셋팅된 위치를 의미한다.

그 다음, 롤러 회전 구동부(120)에 의하여 가이드 롤러(10)를 정해진 속도로 회전시킨다. 여기서, 가이드 롤러(10)의 회전 속도는 레이저 빔(130a)이 가이드 롤러(10)의 표면에 대하여 이동하는 속도인 70mm/sec 내지 800mm/sec의 범위에서 정해진다. 그리고, 제1레이저빔 조사기(131)들과 제2레이저빔 조사기(132)들로부터 각각 출력이 3W 내지 25W의 범위의 250nm 내지 550nm 파장 대역의 레이저 빔을 조사한다. 이 때, 레이저 빔(130a)의 펄스폭은 1ns 이상 100ns 이하이고, 5kH 내지 150kH의 주파수인 것이 바람직하다.

이와 같은 조건 하에서 레이저 빔(130a)의 초점 영역이 가이드 롤러(10)의 외주면에 위치하게 한 상태로, 가이드 롤러(10)를 3바퀴 내지 20바퀴를 회전(10r)시켜, 레이저 빔(130a)이 3회 내지 20회를 지나는 것에 의해 가이드 롤러(10)의 고무 재질의 외층(13)에 하나의 안착 홈(15)을 성형한다. 하나의 안착 홈(15)이 성형되면, 레이저빔 조사기(131, 132)로부터 레이저빔(130a)이 조사되던 것이 중지된다.

단계 4: 그리고 나서, 도10d에 도시된 바와 같이 제1측의 제1레이저빔 조사기(131)와 제2측의 제2레이저빔 조사기(132)를 구동부(M1, M2)에 의해 가이드 롤러(10)의 축선 방향을 따라 안착 홈(15)의 피치(xp)만큼 이동시킨다. 이와 같이, 레이저빔 조사기(131, 132)는 또 다른 안착 홈(15)을 성형하기 위하여 가이드 롤러(10)의 축선 방향으로 이동(131d, 132d)하므로, 레이저빔 조사기(131, 132)의 출사구(131a, 132a)로부터 가이드 롤러(10)의 가공면까지의 거리(130L)는 일정하게 유지된다. 따라서, 가이드 롤러(10)에 도달하는 레이저빔(130a)의 스폿(S)은 항상 균일한 상태를 유지하여, 안착 홈(15)마다 성형되는 단면 형상과 치수를 정확하게 형성할 수 있다.

이와 같은 과정을 반복하여, 가이드 롤러(10)의 외주면에는 성형홈(15)이 정해진 간격(15x)으로 균일한 단면과 정해진 치수로 성형된다.

단계 5: 그리고 나서, 도10e에 도시된 바와 같이, 가공이 완료된 가이드 롤러(10)는 인상 수단(199)에 의하여 제1위치(X1)로부터 그립 위치(188)로 하측 이동하고, 가이드 롤러(10)의 중심축(19)이 이동 블록(152)에 의해 지지된 상태로, 벨트(151)의 이동(151d)에 의해 이동 블록(152)을 바깥으로 배출시킨다.

상기와 같이 구성된 가이드 롤러의 안착홈 성형 장치(100)를 이용하여 가이드 롤러(10)에 안착홈(15)을 성형한 실시 결과는 다음과 같다.

실시예 1

파장이 355nm인 펄스 형태의 자외선(UV) 대역의 레이저 빔을 5.83W의 출력으로 1차 400mm/sec, 2차 250mm/sec, 3차 400mm/sec, 4차 250mm/sec, 5차 250mm/sec, 6차 250mm/sec, 7차 220mm/sec, 8차 220mm/sec, 9차 350mm/sec의 이동 속도로 레이저 빔이 통과하면서 10kH의 주파수로 표2의 고무재질의 외층(13)에 도11a에 도시된 삼각 단면의 안착 홈(15)을 성형하였다.

여기서, 안착홈(15)의 피치(Xp)는 0.61mm이고 깊이(Xd)는 0.22mm이다.

이와 같은 성형 방법에 의하여, 도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 태우거나 열화되어 변형되거나 기포가 생기지 않은 정확한 단면 형상으로 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)이 성형된다는 것을 확인하였고, 레이저 빔의 열에 의한 불량이 발생되지 않았다.

실시예 2

그리고, 파장이 355nm인 펄스 형태의 자외선(UV) 대역의 레이저 빔을 3.95W의 출력으로 1차, 2차, 3차, 4차의 이동속도는 300mm/sec, 6차, 8차의 이동속도는 280mm/sec, 5차, 7차, 9차, 10차의 이동속도는 260mm/sec, 11차 내지 22차의 이동속도는 240mm/sec의 이동 속도로 레이저 빔이 통과하면서 10kH의 주파수로 표2의 고무재질의 외층(13)에 도11c에 도시된 하방으로 볼록한 안착 홈(15")을 성형하였다.

여기서, 안착홈(15")의 피치(Xp)는 1.01mm이고 깊이(Xd)는 0.089mm이다. 실시예 2에서 레이저 빔의 이동 회수가 증가한 것은 상대적으로 안착 홈(15')의 폭이 넓게 분포되어 있기 때문이다.

이와 같은 성형 방법에 의하여, 도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 태우거나 열화되어 변형되거나 기포가 생기지 않은 정확한 단면 형상으로 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)이 성형된다는 것을 확인하였고, 레이저 빔의 열에 의한 불량이 발생되지 않았다.

실시예 3

그리고, 파장이 355nm인 펄스 형태의 자외선(UV) 대역의 레이저 빔을 7.21W의 출력으로 1차, 6차의 이동속도는 320mm/sec, 2차, 3차, 4차, 5차, 7차의 이동속도는 150mm/sec, 8차 내지 11차의 이동속도는 80mm/sec, 3차, 5차, 7차, 9차, 11차, 13차, 15차, 17차의 이동속도는 290mm/sec로 레이저 빔이 통과하면서 12kH의 주파수로 표2의 고무재질의 외층(13)에 도11b에 도시된 하방으로 사다리꼴 단면의 안착 홈(15')을 성형하였다.

여기서, 안착홈(15')의 피치(Xp)는 0.91mm이고, 바닥면의 폭은 0.71mm이고 깊이(Xd)는 0.4mm이다.

이와 같은 성형 방법에 의하여, 도15a 및 도15b에 도시된 바와 같이, 태우거나 열화되어 변형되거나 기포가 생기지 않은 정확한 단면 형상으로 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)이 성형된다는 것을 확인하였고, 레이저 빔의 열에 의한 불량이 발생되지 않았다.

실시예 4

그리고, 파장이 355nm인 펄스 형태의 자외선(UV) 대역의 레이저 빔을 6.88W의 출력으로 평균 이동 속도 25mm/sec로 9회 레이저 빔이 통과하면서 8kH의 주파수로 표1의 폴리우레탄 재질의 외층(13)에 도11b에 도시된 하방으로 사다리꼴 단면의 안착 홈(15')을 성형하였다.

여기서, 안착홈(15')의 피치(Xp)는 0.82mm이고, 바닥면의 폭은 0.25mm이고 깊이(Xd)는 0.34mm이다.

이와 같은 성형 방법에 의하여, 도16a 및 도16b에 도시된 바와 같이, 태우거나 열화되어 변형되거나 기포가 생기지 않은 정확한 단면 형상으로 고무 계열의 외층(13)에 안착 홈(15)이 성형된다는 것을 확인하였고, 레이저 빔의 열에 의한 불량이 발생되지 않았다.

비교예 1

파장이 1070nm인 펄스 형태의 적외선 레이저 빔을 100W의 출력으로 100mm/sec의 속도로 25㎛의 스폿 크기를 유지하면서 표 1의 폴리우레탄 재질의 외층(13)에 안착홈(15)을 성형하고, 성형한 안착홈(15)의 촬영 사진이 도10에 나타난 바와 같다. 여기서, 레이저빔의 출력이 실시예에 비하여 높은 100W로 설정한 것은 파장 대역이 낮아 출력을 높여야 안착 홈(15)의 가공이 이루어지기 때문이다.

그러나, 도17에 도시된 바와 같이, 상대적으로 빠른 속도로 레이저 빔의 스폿을 이동시켰음에도 폴리우레탄으로 형성된 외층(13)에 형성된 안착홈에 기포 등이 형성되어, 안착홈(15)의 성형에 부적합하다는 것을 확인하였다.

비교예 2

파장이 1070nm인 연속 형태의 적외선 레이저 빔을 100W의 출력으로 100mm/sec의 속도로 25㎛의 스폿 크기를 유지하면서 표 1의 폴리우레탄 재질의 외층(13)에 안착홈(15)을 성형하고, 성형한 안착홈(15)의 촬영 사진이 도18에 나타난 바와 같다.

그러나, 상대적으로 빠른 속도로 레이저 빔의 스폿을 이동시켰음에도 폴리우레탄으로 형성된 외층(13)에 형성된 안착홈의 형상이 불일정하게 형성되어, 안착홈(15)의 성형에 부적합하다는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 3

파장이 9360nm인 펄스 형태의 이산화탄소 레이저 빔을 200W의 출력으로 100mm/sec의 속도로 25㎛의 스폿 크기를 유지하면서 표 2의 고무 재질의 외층(13)에 안착홈(15)을 성형하고, 성형한 안착홈(15)의 촬영 사진이 도19a 및 도19b에 나타난 바와 같다.

그러나, 상대적으로 빠른 속도로 레이저 빔의 스폿을 이동시켰음에도 폴리우레탄으로 형성된 외층(13)에 형성된 안착홈의 형상이 불일정하게 형성되어, 안착홈(15)의 성형에 부적합하다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러(10)의 고무 계열 재질의 외층(13)을 따라 레이저 빔(130a)의 스폿(S)이 이동하면서, 100ns 이하의 펄스폭(w)을 유지하면서 3W 내지 25W의 출력의 UV 레이저빔으로 고무계열 재질로 형성된 가이드 롤러의 외층에 반복 조사함으로써, 레이저 빔에 의한 열에 의하여 고무 계열 재질로 이루어진 외층이 열화되지 않고, 동시에 정확한 형상으로 안착홈을 성형할 수 있으며, 불량이 거의 발생하지 않아 종래의 기계적 쏘에 의해 성형되던 것에 비하여 수율을 크게 높일 수 있었다.

무엇보다도, 본 발명은, 서로 다른 영역에 안착홈을 성형하는 2개 이상의 레이저빔 조사기(131, 132)로부터 가이드 롤러(10)에 최초 조사되는 제1지점(P1)과 제2지점(P2)에서의 위치를 정해진 위치로 셋팅하여 다수의 제1지점(P1)들과 다수의 제2지점(P2)들에서 항상 레이저 가공이 시작되게 함으로써, 레이저 빔의 스폿 이동에 따른 누적 공차가 증폭되지 않고 레이저빔 조사기로부터의 셋팅 위치 범위 내에서의 공차 범위 내로 유지하여, 안착 홈의 정해진 위치에 정확하게 성형할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

1: 웨이퍼 슬라이싱 장치 10: 가이드 롤러
13: 외층 15: 안착 홈
100: 안착홈 성형 장치 110: 롤러 공급부
120: 롤러 회전 구동부 130: 레이저빔 조사부
130a: 레이저빔 130L: 레이저빔 조사거리
131: 제1레이저빔 조사기 132: 제2레이저빔 조사기
140: 비젼 150: 롤러 배출부
Xd: 안착홈 피치 Xd: 안착홈 깊이
S: 스폿 w: 펄스 폭
T: 펄스 주기

Claims (25)

1. 고무 계열의 가요성 재질로 외주면이 형성된 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착홈 가공 장치로서,
   가공하고자 하는 가이드 롤러를 정해진 제1위치에 회전 가능하게 위치시키는 롤러 공급부와;
   상기 롤러 공급부로부터 공급된 상기 가이드 롤러를 상기 제1위치에서 정해진 각속도로 회전 구동시키는 롤러 회전구동부와;
   상기 롤러 회전구동부에 의하여 상기 제1위치에서 자전하는 상기 가이드 롤러의 외주면에 레이저 빔을 조사하여 안착 홈을 성형하는 레이저빔 조사기와;
   상기 가이드 롤러의 외주면에 상기 안착 홈이 성형되면, 상기 가이드 롤러를 바깥으로 배출시키는 롤러 배출부를;
   포함하고, 상기 레이저빔 조사기는 2개 이상으로 배치되어 동시에 상기 가이드 롤러에 상기 안착 홈을 성형하되, 서로 다른 위치의 안착 홈을 성형하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저빔 조사기는 상기 가이드 롤러를 기준으로 제1측과 제2측에 각각 서로 다른 방향을 향하여 레이저 빔을 조사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1측에 2개 이상의 제1레이저빔 조사기가 배치되어 상기 제1레이저빔 조사기로부터 상기 가이드 롤러의 표면에 조사되는 제1지점들은, 상기 제2측에 배치된 제2레이저빔 조사기로부터 상기 가이드 롤러의 표면에 조사되는 제2지점과 서로 축선 방향으로 서로 다른 위치인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1지점들 사이의 중앙에 상기 제2지점이 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 가이드 롤러가 상기 제1위치에 도달하여, 상기 제1레이저빔 조사기들로부터 처음 조사되는 조사 위치들은 각각 정해진 위치로 셋팅되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제2측에 배치된 제2레이지빔 조사부는 2개 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 제1측에 배치된 제1레이지빔 조사부는 상기 가이드 롤러의 축선 방향에 평행하게 배열된 경로로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제2측에 배치된 상기 제2레이지빔 조사부는 상기 가이드 롤러의 축선 방향에 평행하게 배열된 경로로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드 롤러가 상기 제1위치에 정확하게 안착된 것을 촬영하여 확인하는 비젼을;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는 축선 방향으로 돌출된 중심축이 장착된 상태로 상기 롤러 공급부에서 공급되어 상기 제1위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 롤러 공급부는 상기 중심축을 지지하는 지지대와 함께 상기 가이드 롤러를 운반하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
    
12. 제 10항에 있어서,
    상기 롤러 공급부는 상기 가이드 롤러를 상기 제1위치를 향하여 수평 위치 이동 시킨 이후에, 상기 중심축을 인상하여 상기 제1위치로 수직 위치 이동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치
    
13. 제 10항에 있어서,
    상기 가이드 롤러가 상기 제1위치에 도달하면 상기 가이드 롤러의 위치를 록킹하는 록킹 기구가 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
14. 제 1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착 홈은 고무 계열의 가요성 재질에 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 가요성 재질은 고무, 폴리우레탄, 폴리머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
16. 제 15항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 출력이 3W 내지 25W인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
17. 제 16항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 1ns 이상 100ns 이하의 펄스폭으로 정해지고, 동시에 5kH 내지 150kH의 주파수로 정해지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
18. 제 16항에 있어서,
    상기 안착 홈은 하나를 형성하는 데 있어서 상기 레이저빔이 3회 내지 20회를 지나는 것에 의하여 성형되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
19. 제 18항에 있어서,
    상기 레이저빔이 1회 지나는 데 속도는 100mm/sec 내지 800mm/sec중 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
20. 제 18항에 있어서,
    상기 레이저빔이 1개의 상기 안착 홈을 형성하는 데 소요되는 평균 속도는 10mm/sec 내지 60mm/sec인 것을 특징으로 하는웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
21. 제 16항에 있어서,
    상기 레이저빔이 상기 홈을 형성하기 위한 스폿 크기는 20㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
22. 제 14항에 있어서,
    상기 레이저빔은 250nm 내지 550nm의 파장 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
23. 제 22항에 있어서,
    상기 안착 홈은 사다리꼴 단면, 삼각 단면, 하방으로 볼록한 곡면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 공정에 사용되는 가이드 롤러의 안착 홈 성형 장치.
    
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