KR20030056673A - 잉곳의 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉곳의 절단 공정에서 잉곳과 와이어 사이의 마찰열을 제거하여 웨이퍼가 변형되거나 절단된 웨이퍼의 두께편차를 줄이는 잉곳의 절단장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 잉곳의 절단장치는 연마용 슬러리가 저장된 슬러리 저장부와, 슬러리에 다수의 와이어가 담겨진 상태에서 잉곳이 와이어에 의해 일정 간격으로 절단되도록 와이어를 이동시키는 와이어 구동부와, 슬러리 저장부에 슬러리가 공급 및 배출되도록 슬러리를 순환시키는 슬러리 순환부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

잉곳의 절단장치{A ingot's slicing device}

본 발명은 잉곳의 절단장치에 관한 것으로서, 특히 잉곳의 절단공정 중에서 잉곳과 와이어 사이에 발생되는 마찰열을 제거하여 웨이퍼의 변형을 방지하고 웨이퍼의 두께편차를 줄이는 잉곳의 절단장치에 관한 것이다.

일반적으로 잉곳의 성장(growth)공정이 완료된 후 웨이퍼로 제조하기 위해 잉곳(ingot)을 낱장 단위로 절단하는 슬라이싱 공정(slicing process)이 진행된다.

이러한 슬라이싱 공정은 여러 가지 방식이 있는데, 그 대표적인 것은 박판 외주 부분에 다이아몬드 입자를 고착시켜 잉곳을 절단하는 O.D.S(Out Diameter Saw)방식,도넛(doughnut)형의 박판 내주에 다이아몬드 입자를 고착시켜 잉곳을 절단하는 I.D.S(Inner Diameter Saw)방식, 그 외 피아노 와이어 또는 고장력 와이어를 빠른 속도로 왕복 주행시키면서 그 위에 슬러리(slurry)용액을 분사시켜 와이어에 묻은 슬러리와 잉곳의 마찰에 의해 절단하는 W.S(Wire Saw)방식 등이 있다.

이중 피아노 와이어 또는 고장력 와이어를 이용한 와이어 쏘잉(W.S)은 잉곳을 동시에 여러 개의 웨이퍼로 절단할 수 있어 단위 시간당 생산수율을 향상시킬 수 있기 때문에 현재 널리 쓰이고 있는 절단 방법이다.

이러한 와이어 절단 공정을 진행하기 전 준비공정으로 잉곳 마운팅 공정이 진행된다.

잉곳 마운팅 공정은 와이어 절단 공정 후 절단된 웨이퍼가 추락하는 것을 방지하기 위해 사용되는 지지대인 부착대를 잉곳에 부착하는 공정으로, 잉곳의 외주연에 카본 그라파이트(carbon graphite)재질 또는 합성 수지재질로 된 잉곳의 부착대를 에폭시(epoxy)접착제를 이용하여 부착한 다음, 잉곳 부착대가 부착된 잉곳을 와이어 절단장치 내에서 고정 이송시키는 이송장치에 고정되는 마운팅 블록을 에폭시 등의 접착제를 이용하여 부착하는 것이다.

도1에 도시된 바와 같이, 부착대(22)에 의해 고정된 잉곳(20)은 부착대(22)에 부착되지 않은 외주연부터 내측으로 와이어(10)를 빠른 속도로 이동시킴과 동시에 그 위에 연마제(abrasive)와 부유제로 이루어진 슬러리 용액이 분사되면서 와이어(10)에 묻은 연마제와 잉곳(20)간의 마찰에 의해 순차적으로 절단된다.

즉, 수가닥의 와이어(10)는 롤러(30a,30b,30c)에 형성된 원주 안내홈(도시하지 않음)안에 각각 배열되고 롤러(30a,30b,30c)간에 뻗어있는 와이어 각각의 길이는 인접한 와이어의 길이와 평행하다.

와이어(10)가 감긴 세 개의 롤러(30a,30b,30c)는 모터(32)에 의해 고속으로 회전을 하게 된다.

세 개의 롤러(30a,30b,30c) 중 두 개의 롤러(30a,30b) 상방에는 분사노즐(42a,42b)이 설치되어 와이어(10)에 슬러리를 분사한다.

슬러리는 와이어(10)에 잉곳(20)이 접촉될 때 윤활제 역할을 한다.

롤러(30a,30b)에 감긴 와이어(10)에 분사된 슬러리는 슬러리 받이대(34)에 모인 후 저장탱크(45)로 보내진다.

저장탱크(45)에 저장된 슬러리는 펌프(22)의 펌핑으로 분사노즐(42a,42b)로 순환하게 된다.

도 1에서 화살표(->)는 순환되는 슬러리 용액을 도식화한 것이다.

그러나, 슬러리가 묻은 와이어가 이동하며 잉곳에 접촉하기 전에 슬러리는 와이어의 유동으로 떨어지기 때문에 잉곳의 절단과정에서 생기는 와이어와 잉곳 사이의 마찰열로 웨이퍼에는 휨(warpage)이 발생하고 와이어와 잉곳 사이의 마찰로 두께편차(TTV: total thickness variation)가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 슬러리가 와이어에 적게 묻어 있기 때문에 와이어와 잉곳 사이에 생기는 마찰열로 인해 와이어가 끊어질 수도 있어 와이어를 굵은 것으로 사용해야 하는 문제점도 있다.

그리고, 와이어가 굵은 것이 사용되기 때문에 웨이퍼는 규정치수보다 훨씬 두껍게잘려지는 문제점도 야기된다.

이에 본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 잉곳의 절단장치에서 잉곳과 와이어 사이의 마찰열을 제거하기 위해 와이어를 슬러리에 담근 채 잉곳을 절단하는 잉곳의 절단장치를 제공하는데 첫 번째 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 첫 번째 목적을 만족시키면서 와이어의 굵기도 가는 것을 사용할 수 있기 때문에 웨이퍼의 두께는 규정두께에 가깝도록 얇게 절단될 수 있는 것에 그 두 번째 목적이 있다.

따라서, 본 발명에서 상술한 목적을 이루기 위한 잉곳의 절단장치는 연마용 슬러리가 저장된 슬러리 저장부와, 슬러리에 다수의 와이어가 담겨진 상태에서 잉곳이 와이어에 의해 일정 간격으로 절단되도록 와이어를 이동시키는 와이어 구동부와, 슬러리 저장부에 슬러리가 공급 및 배출되도록 상기 슬러리를 순환시키는 슬러리 순환부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도1은 종래 잉곳의 절단장치를 나타낸 개략도.

도2는 본 발명의 잉곳의 절단장치를 나타낸 개략도.

도3은 본 발명인 슬러리 탱크의 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 슬러리 탱크 102 : 요철

110a,110b : 슬러리 공급관

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉곳의 절단장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 잉곳의 절단장치의 개략도이고, 도3은 슬러리 탱크의 측면도이다.

도2 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명인 잉곳의 절단장치는 연마용 슬러리가 담긴 슬러리 저장부와, 슬러리 내부에서 다수의 와이어(50)가 길이방향으로 이동하며 잉곳(60)을 일정두께로 절단하도록 하는 와이어 구동부와, 슬러리 저장부의 슬러리를 순환시키는 슬러리 순환부로 크게 구성된다.

슬러리 저장부는 상단의 마주보는 가장자리에 요철(102)이 형성된 슬러리 탱크(100)를 지칭한다.

요철(102)은 와이어(50)를 평행하게 이동시킬 수 있도록 형성되어 있고, 하부에는 슬러리 순환부의 슬러리를 공급하도록 구성되어 있다.

즉, 슬러리 탱크(100)는 내부로 슬러리를 공급하기 위해 하부에 하나이상의 슬러리 공급관(110a,110b)이 연결되어 있다.

슬러리 공급관(110a,110b)의 일단은 슬러리 탱크(100)의 하부와 연결되어 있고, 타단은 슬러리 순환부와 연결되어 있다.

슬러리 탱크(100)의 슬러리는 후술되는 펌프(92)의 펌핑으로 슬러리 순환부에서 공급되게 된다.

요철(102)은 와이어(50)가 이동하는 통로로, 슬러리는 요철(102)의 낮은 부분으로 넘쳐 흐르기 때문에 와이어(50)는 항상 슬러리 내에서 이동하게 된다.

와이어(50)는 슬러리 내에서 고속으로 이동하며 잉곳(60)을 절단하도록 설치된다.

실리콘으로 성장된 잉곳(60)은 부착대(62)에 부착되어 절단을 위해 고속으로 이동하는 와이어(50)에 접촉되게 된다.

와이어 구동부는 주면에 원주 안내홈(도시하지 않음)이 형성된 둘 이상이 롤러(70a,70b,70c)와 롤러(70a,70b,70c)를 구동하는 모터(72)로 구성된다.

롤러(70a,70b,70c)의 개수는 둘 이상이면 되지만 본 발명의 실시예에서는 세 개를구비하였다.

롤러(70a,70b,70c)에 형성된 원주 안내홈은 와이어의 수만큼 형성되어 하나의 원주 안내홈에 하나의 와이어가 감겨 있다.

모터(72)는 세 개의 롤러(70a,70b,70c) 중 어느 하나의 롤러와 전기적으로 연결되어 있으며, 모터(72)의 작동으로 롤러(70a,70b,70c)는 와이어(50)와 함께 회전을 한다.

슬러리 순환부는 슬러리 탱크(100)와 와이어(50)에서 흘러내린 슬러리를 저장하는 저장탱크(90)와, 저장탱크(90)에 저장된 슬러리를 슬러리 탱크(100)와 와이어(50)로 펌핑하는 펌프(92)로 구성된다.

여기에서 슬러리 탱크(100)와 와이어(50)에서 흘러내린 슬러리를 모두 모으기 위해 저장탱크(90)와 연결된 슬러리 받이대(74)가 설치된다.

저장탱크(90)에는 사용된 슬러리가 재순환을 위해 담겨져 있다.

저장탱크(90)의 슬러리는 펌프(92)에 의해 펌핑되며 와이어(50)와 슬러리 탱크(100)로 공급된다.

펌프(92)에 의해 펌핑되는 슬러리의 일부는 잉곳(60)이 사이에 위치한 두 개의 롤러(70a,70b)의 상방에 설치된 분사노즐(82a,82b)을 통해 분출된다.

분사노즐(82a,82b)을 통해 와이어(50)로 분출된 슬러리는 와이어(50)의 유동으로 떨어지게 되는데, 떨어지는 슬러리를 모으기 위해 슬러리 받이대(74)가 구비된다고 상술하였다.

펌프(92)에 의해 펌핑되는 슬러리의 나머지는 슬러리 탱크(100)의 측면 하부를 통해 슬러리 탱크(100)에 공급된다.

슬러리를 슬러리 탱크(100)의 측면 하부에 공급하는 이유는 슬러리 탱크(100) 내부의 슬러리 순환을 위해서 이다.

슬러리는 슬러리 탱크(100)의 하부로 공급되어 상단으로 오버플로(overflow)되는 것이 일반적이다.

슬러리 탱크(100)에서 오버플로되는 슬러리도 슬러리 받이대(74)에 떨어지도록 슬러리 받이대(74)는 적절한 위치에 설치되도록 한다.

슬러리 받이대(74)내의 슬러리는 저장탱크(90)로 보내져 펌프(92) 펌핑으로 와이어(50)와 슬러리 탱크(100)로 다시 공급된다.

슬러리의 원활한 공급을 위해 펌프(92)는 적당한 용량의 것을 사용해야 한다.

도2에 도시된 바와 같이, 주면에 다수의 원주 안내홈(도시하지 않음)을 갖는 세 개의 롤러(70a,70b,70c)가 삼각형을 형성하도록 배치되고, 세 개의 롤러(70a,70b,70c) 각각에 형성된 다수의 원주 안내홈 중 하나의 원주 안내홈에는 하나의 와이어가 일정한 장력을 발생하며 회전한다.

이 때, 와이어(50)는 슬러리 속에 잠긴 채 회전을 하게 되는데 이는 요철(102)의 요부를 통해 슬러리가 계속적으로 슬러리 받이대(74)로 흘러내리기 때문이다.

요철(102)의 요부는 와이어(50)의 개수와 동일하게 형성되고, 요철(102)의 피치와 원주 안내홈의 피치는 동일하게 하는 것이 바람직하다.

슬러리 탱크(100) 상단에 형성된 요철(102)의 형상은 여러 가지가 있을 수 있으나, 도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 삼각형 모양으로 하였다.

이런 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.

부착대(62)에 부착된 잉곳(60)은 절단을 위해 하강(도면에서 볼 때) 이동하게 된다.

하강한 잉곳(60)은 슬러리 속에서 평행 이동하는 와이어(50)에 닿으면서 절단되는데, 절단의 원할함을 위해 슬러리 탱크(100)를 사이에 두고 마주한 두 개의 롤러(70a,70b)의 위에는 각각 분사노즐(82a,82b)이 설치되어 슬러리를 분사하게 된다.

분사노즐(82a,82b)을 통해서 와이어(50)에 묻은 슬러리의 일부는 슬러리 탱크(100)에 담기게 되고, 나머지 일부는 와이어(50)가 슬러리 탱크(100)로 이동 중에 슬러리 받이대(74)로 떨어진다.

슬러리 탱크(100)에 담긴 슬러리와 슬러리 순환부의 저장탱크(90)에서 공급되는 슬러리는 합해져 슬러리 탱크(100)의 요철(102) 중 요부로 넘치게 된다.

요철(102)의 요부로 항상 슬러리가 넘쳐흐르기 때문에 와이어(50)도 항상 슬러리 속에서 이동하게 된다.

와이어(50)가 슬러리 속에서 잉곳(60)을 절단하기 때문에 잉곳(60)과 와이어(50) 사이에 발생하는 마찰열은 제거되게 된다.

와이어(50)가 이동 중에 떨어진 슬러리와 슬러리 탱크(100)에서 넘쳐흐른 슬러리가 슬러리 받이대(74)를 통해 저장탱크(90)에 저장되게 된다.

이렇게 모인 슬러리는 다시 순환을 하게된다.

즉, 펌프(92)의 펌핑으로 저장 탱크(90)의 슬러리는 분사노즐(82a,82b)과 슬러리 탱크(100)로 순환하게 된다.

펌프(92)는 롤러(70a,70b)와 와이어(50)에 분사되는 슬러리의 양을 조절할 수 있다.

펌프(92)의 펌핑으로 슬러리 탱크(100)에 슬러리가 공급되는 만큼 슬러리는 슬러리 탱크(100)에서 흘러내리게 된다.

이와 같이 슬러리는 계속 순환을 하게 된다.

도 2에서 화살표(->)는 순환되는 슬러리를 도식화한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉곳의 절단장치는 와이어를 항상 슬러리에 담그고서 슬러리 내에서 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 만들기 때문에 잉곳과 와이어 사이에 마찰열이 발생하지 않는 효과가 있다.

이러한 효과로 절단된 웨이퍼의 휨(warpage)을 방지할 수 있고, 웨이퍼의 두께편차(TTV: total thickness variation)를 줄일 수 있는 잇점이 있다

또한, 마찰열이 발생하지 않기 때문에 와이어는 종래 보다 가는 것을 사용할 수 있고, 가는 와이어로 잉곳을 절단하기 때문에 웨이퍼의 절단 두께를 규정치에 가깝도록 줄일 수 있는 효과가 있어 실리콘의 손실을 절감할 수 있다.

Claims (3)

1. 연마용 슬러리가 저장된 슬러리 저장부와;

   상기 슬러리에 다수의 와이어가 담겨진 상태에서 잉곳이 상기 와이어에 의해 일정 간격으로 절단되도록 상기 와이어를 이동시키는 와이어 구동부와;

   상기 슬러리 저장부에 상기 슬러리가 공급 및 배출되도록 상기 슬러리를 순환시키는 슬러리 순환부로 구성된 것을 특징으로 하는 잉곳의 절단장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 슬러리 저장부는 상단의 마주보는 가장자리에 상기 와이어가 이동되는 요철이 형성되고 상기 슬러리 순환부에서 상기 슬러리가 공급되는 슬러리 탱크인 것을 특징으로 하는 잉곳의 절단장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 슬러리 탱크의 하부에는 상기 슬러리 순환부와 연결된 슬러리 공급관이 하나 이상 결합된 것을 특징으로 하는 잉곳의 절단장치.