KR200395785Y1 - 잉곳 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 잉곳 절단장치에 관한 것으로서, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 복수의 잉곳이 마운팅되는 플레이트; 플레이트의 판면방향을 따라 플레이트에 상대이동 가능하게 마련되며, 실리콘 결정 방향(Orientation)에 기초하여 가공된 잉곳들의 시드면에 접촉하여 잉곳들을 플레이트의 마운팅면에 정렬(Align)시키는 정렬부재; 및 마운팅면으로 정렬배치된 잉곳들을 절단하는 와이어톱을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있도록 한 잉곳 절단장치가 제공된다.

Description

잉곳 절단장치{Apparatus for cutting ingot}

본 고안은, 잉곳 절단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있도록 한 잉곳 절단장치에 관한 것이다.

반도체 재료 및 제조 공정에 사용되는 단결정 반도체 재료인 웨이퍼(Sapphire Wafer)는 의 원기둥 형태로 가공된 잉곳(Ingot)을 얇은 판 모양의 디스크 형태로써 절단하여 형성된다. 피아노줄 형태의 와이어로 잉곳을 절단하는 와이어톱(Wire Saw)과 다이아몬드 블레이드(Blade)를 사용하여 절단하는 I.D Saw 및 O.D Saw가 존재한다.

와이어톱은 한 장씩 절단하는 I.D Saw 및 O.D Saw에 비해 한번의 절단작업으로 대량생산이 가능하여 생산성이 높고, 품질이 우수하며 낮은 불량률을 보이는 등 우수하기 때문에 널리 사용되고 있다. 다만, 와이어톱은 장비 가격과 공정 소모품의 가격이 높아서 작업시마다 높은 비용이 소모되는 결점은 있다.

이처럼 와이어톱을 이용하여 잉곳을 절단하는 기술이 대한민국특허청 공개번호 특2003-19409 및 공개번호 10-2005-12938호 등에 개시되어 있다. 개시된 기술들은 그라인딩이 끝난 하나의 잉곳을 플레이트에 올려두고, 잉곳 시드면(Seed)에 형성된 실리콘 결정 방향(Orientation)을 측정한 다음 와이어톱에서 기계적으로 실리콘 결정 방향을 보정하여 잉곳을 절단하는 순서를 밟는다.

그런데, 전술한 기술들과 같이 와이어톱이 장착된 절단장치를 움직이면서 잉곳을 절단하다 보면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 불가능해질 수밖에 없다. 따라서 생산량이 낮을 수밖에 없으며, 하나씩 생산하기 때문에 생산 원가(Cost)가 높아질 수밖에 없다.

뿐만 아니라 종래기술의 경우에는 와이어톱이 장착된 절단장치를 움직이면서 작업을 해야 하기 때문에 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 단점이 있다.

본 고안의 목적은, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있도록 한 잉곳 절단장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은, 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있도록 한 잉곳 절단장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 고안에 따라, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 복수의 잉곳이 마운팅되는 플레이트; 상기 플레이트의 판면방향을 따라 상기 플레이트에 상대이동 가능하게 마련되며, 상기 실리콘 결정 방향(Orientation)에 기초하여 가공된 상기 잉곳들의 시드면에 접촉하여 상기 잉곳들을 상기 플레이트의 마운팅면에 정렬(Align)시키는 정렬부재; 및 상기 마운팅면으로 정렬배치된 상기 잉곳들을 절단하는 와이어톱을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 플레이트의 하부에 위치하여 상기 플레이트를 지지하되, 상기 플레이트가 착탈가능하게 결합되는 베이스프레임을 더 포함하며, 상기 정렬부재는 상기 베이스프레임에 상대이동 가능하게 마련될 수 있다. 이럴 경우, 잉곳의 마운팅 작업을 보다 원활하게 행할 수 있다.

상기 정렬부재와 상기 베이스프레임 사이에는 상기 베이스프레임에 대해 상기 정렬부재를 슬라이딩 이동시키는 레일결합부가 마련되어 있을 수 있다. 따라서 잉곳들에 대한 정렬작업이 보다 수월해진다.

상기 플레이트의 마운팅면에 마운팅되어 상기 복수의 잉곳들을 지지하는 잉곳지지빔을 더 포함할 수 있다.

상기 잉곳지지빔은 잉곳의 길이에 대응하는 빔몸체 및 상기 빔몸체의 일면에 형성되어 상기 잉곳이 임의방향으로 회전하는 것을 저지하는 함몰그루브를 포함한다. 따라서 잉곳이 임의로 회전하는 것이 저지된다.

상기 마운팅면과 상기 잉곳지지빔, 상기 잉곳지지빔과 상기 잉곳 사이는 본드에 의해 접착된다. 따라서 잉곳을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 잉곳에 대한 사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 잉곳(1)은 원기둥 형상으로써 후술할 와이어톱(20, 도 3 참조)에 의해 절단(Slicing)되어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 형성한다.

잉곳(1)을 절단하고자 할 경우, 그 방향성이 요구된다. 이를 위해, 잉곳(1)의 측면에는 잉곳(1)의 길이방향을 따라 그라인딩(Grinding) 된 플랫면(1b, Flat Surface)이 형성되어 있고 플랫면(1b)에는 실리콘 결정 방향(O, Orientation)이 형성되어 있다. 따라서 기준면이 되는 잉곳(1)의 일측 단부를 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 절단한 후, 절단작업이 진행된다. 이하, 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 절단된 잉곳(1)의 단부를 시드면(1a, Seed)이라 하기로 한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 고안에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 평면도 및 측면도이고, 도 4는 잉곳과 잉곳지지빔 간의 배치 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 잉곳 절단장치는 크게, 베이스프레임(10), 플레이트(14), 정렬부재(16), 와이어톱(20) 및 잉곳지지빔(22)을 갖는다.

베이스프레임(10)은 본 절단장치의 지지하는 하부 구조체이다. 베이스프레임(10)의 하부에는 베이스프레임(10)을 지지하는 복수개의 푸트(12)가 마련되어 있다. 푸트(12)는 베이스프레임(10)의 배면에 적어도 사각 구도로 배치되어 베이스프레임(10)을 보다 안정적으로 지지하는 역할을 한다. 잉곳(1~4)의 절단 작업시, 베이스프레임(10)이 움직여서는 아니되기 때문에 푸트(12)의 단부에는 미끌림방지패드 등이 개재되는 것이 효과적일 것이다. 물론, 푸트(12)는 별도의 절단장치에 일체로 결합될 수도 있다.

플레이트(14)는 베이스프레임(10)의 상부에 마련되어 있다. 플레이트(14)는 베이스프레임(10)에 대해 착탈가능하게 결합되어 있다. 착탈의 방법으로는 볼트결합 내지 후크결합 등을 채용할 수 있다.

플레이트(14)의 상면은 잉곳지지빔(22)을 통해서 잉곳(1~4)들이 마운팅(Mounting)되는 마운팅면(14a)을 형성한다. 플레이트(14)의 마운팅면(14a)은 적어도 평평한 판상체로 형성되어야 한다. 따라서 플레이트(14)는 정반으로 제조되는 것이 바람직할 것이다.

정렬부재(16)는 서로 다른 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 갖는 잉곳(1~4)들을 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 정렬(Align)하기 위해 마련된다. 이러한 정렬부재(16)는 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 대해 가로방향을 따라 수직하게 배치되어 잉곳(1~4)들의 기준면을 형성한다. 잉곳(1~4)들은 그 시드면(1a~4a)이 정렬부재(16)의 판면에 접촉함으로써 마운팅면(14a)에서 정렬된다.

보다 많은 수의 잉곳(1~4)들을 마운팅면(14a)에 마운팅시킨 후, 한번의 절단작업(Run)을 하기 위해 정렬부재(16)는 마운팅면(14a)의 판면방향을 따라 이동하게 마련된다. 즉, 정렬부재(16)의 하부영역은 베이스프레임(10) 사이에는 레일결합부(18)가 마련되어 있다. 레일결합부(18)는 소위, 도브테일(Dove Tail) 형식을 보일 수 있다. 따라서 고정되어 있는 베이스프레임(10)에 대해 정렬부재(16)를 일방향으로 밀거나 당기면 레일결합부(18)의 구조에 의해 정렬부재(16)는 마운팅면(14a)의 판면방향을 따라 이동할 수 있게 되는 것이다.

한편, 잉곳(1~4)들은 원기둥 형상을 가지고 있기 때문에 플레이트(14)의 마운팅면(14a)에 그대로 올려놓기가 상대적으로 어렵다. 이에, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉곳(1~4)을 지지하기 위한 별도의 잉곳지지빔(22)을 사용하고 있는 것이다.

잉곳지지빔(22)은 잉곳(1~4)의 길이에 대응하는 빔몸체(22a)와, 빔몸체(22a)의 일면에 형성되어 잉곳(1~4)이 안착되되, 잉곳(1~4)이 임의방향으로 회전하는 것을 저지하는 함몰그루브(22b)를 갖는다. 따라서 잉곳(1~4)을 잉곳지지빔(22)의 함몰그루브(22b)에 배치한 후, 잉곳지지빔(22)을 마운팅면(14a)에 올려놓으면 된다. 이 때, 잉곳지지빔(22)은 석묵이나 흑연(Graphite)으로 형성될 수 있다.

다만, 이렇게 하더라도 외부의 진동이나 혹은 외부의 물리적인 요인에 의해 마운팅면(14a)에서 잉곳지지빔(22)이 흔들릴 수도 있고, 잉곳지지빔(22)에 대해 잉곳(1~4) 역시 흔들릴 수 있다. 따라서 이를 저지하기 위해 마운팅면(14a)과 잉곳지지빔(22) 사이, 그리고 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4) 사이는 본드(B, 도 3 참조)에 의해 일시적으로 접착된다. 이 때, 사용될 수 있는 본드(B)로는 에폭시 등이 될 수 있다.

본드(B)는 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4)을 일시적으로 고정시키는 역할을 한다. 따라서 절단작업이 완료되면 별도의 세척수에 의해 세척된다. 이러한 본드(B)는 소위, 하드너(Hardener)와 레진(Resin)을 본드 사용량 표를 참조하여 1 대 2로 섞은 것을 이용할 수 있으나, 필요시 공지된 다른 것들을 이용할 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 잉곳 절단장치를 이용하여 잉곳(1~4)들을 얇은 판 모양의 디스크 형태로써 절단함으로써 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 제조하는 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 잉곳(1~4)들에 형성된 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 측정하기 위해 잉곳(1~4)들의 측면을 길이방향을 따라 그라인딩(Grinding)하여 플랫면(1b, 도 1 참조, Flat Surface)을 형성한다. 플랫면(1b)에 나타나는 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 확인하고 이에 기초하여 잉곳(1~4)들의 단부를 가공함으로써 실리콘 결정 방향(O, Orientation)과 나란한 시드면(1a~4a)을 가공한다. 가공된 잉곳(1~4)들을 하나씩 잉곳지지빔(22)에 놓아 잉곳지지빔(22)과 잉곳(1~4)들을 본드(B)로 일시 고정한다. 이 때, 플랫면(1b)은 거의 전방을 향하도록 배치된다.

다음, 베이스프레임(10)에 플레이트(14)를 고정한다. 그리고는 정렬부재(16)를 도 2의 점선으로 도시된 "A"위치로 배치한다. "A" 위치에서 잉곳(1,2)들의 시드면(1a,2a)을 정렬부재(16)에 접촉하여 정렬시킨다. "A" 위치에서 잉곳(1,2)들의 위치가 정렬되면, 잉곳(1,2)들이 놓여있는 잉곳지지빔(22)과 플레이트(14)의 마운팅면(14a)을 일시적으로 본딩한다. 그런 다음, 레일결합부(18)를 통해 정렬부재(16)를 "B"위치로 슬라이딩 이동시킨다. 정렬부재(16)가 "B"위치에 도달하면, "B"위치에서 다른 잉곳들(3,4)을 상기의 방법대로 정렬한 후, 해당 위치를 본딩한다.

이처럼 실리콘 결정 방향(O, Orientation)에 기초하여 주어진 스펙에 맞게 잉곳(1~4)의 시드면(1a~4a)을 통일시키고 해당 위치를 부분적으로 본딩하고 나면, 잉곳(1~4)이 마운팅된 플레이트(14)를 와이어톱(20)이 마련된 절단장치에 결합한다. 그런 다음, 와이어톱(20)을 이용하여 다수의 잉곳(1~4)들을 일체로 절단함으로써 한번의 작업으로 많은 양의 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 제조할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 고안에 의하면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(O, Orientation)을 갖는 다수의 잉곳(1~4)들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있게 된다. 또한 와이어톱(20)이 마련된 절단장치를 움직이거나 회전시키는 대신 우선 잉곳(1~4)들을 정렬시킨 후, 절단하기 때문에 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있게 된다.

이상 도면을 참조하여 본 고안에 대해 상세히 설명하였지만, 본 고안은 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 실시예에서는 4개의 잉곳을 개시하고 있다. 그러나 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐, 마운팅면에 원하는 수만큼의 잉곳을 정렬하여 마운팅한 다음, 상기의 작업을 실시할 수도 있는 것이다.

전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하고 있지만, 정렬부재는 베이스프레임에 대해 수동으로 이동할 수도 있고, 혹은 자동으로 이동할 수도 있다. 자동으로 정렬부재를 이동시키고자 한다면, 실린더장치를 사용하거나 혹은 랙, 피니언 구조를 채용하여 모터에 의해 동작할 수 있도록 하면 된다. 이는 보편적인 구조로써 당업자라면 쉽게 설계할 수 있기에 자세한 도면은 생략하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 다수의 잉곳들에 대한 동시 절단작업이 가능하여 생산성을 높이고 생산 원가(Cost)를 낮출 수 있는 잉곳 절단장치가 제공된다.

또한 와이어톱이 마련된 절단장치를 움직이지 않고 잉곳들을 정렬시킨 후, 절단하기 때문에 생산되는 웨이퍼에 톱자국(Saw Mark)이 발생하는 것을 저지할 수 있는 잉곳 절단장치가 제공된다.

도 1은 잉곳에 대한 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 평면도,

도 3은 본 고안에 따른 잉곳 절단장치의 개략적인 측면도,

도 4는 잉곳과 잉곳지지빔 간의 배치 상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1~4 : 잉곳 1a~4a : 시드면

10 : 베이스프레임 14 : 플레이트

14a : 마운팅면 16 : 정렬부재

18 : 레일결합부 20 : 와이어톱

22 : 잉곳지지빔

Claims (6)

1. 서로 다른 실리콘 결정 방향(Orientation)을 갖는 복수의 잉곳이 마운팅되는 플레이트;

   상기 플레이트의 판면방향을 따라 상기 플레이트에 상대이동 가능하게 마련되며, 상기 실리콘 결정 방향(Orientation)에 기초하여 가공된 상기 잉곳들의 시드면에 접촉하여 상기 잉곳들을 상기 플레이트의 마운팅면에 정렬(Align)시키는 정렬부재; 및

   상기 마운팅면으로 정렬배치된 상기 잉곳들을 절단하는 와이어톱을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트의 하부에 위치하여 상기 플레이트를 지지하되, 상기 플레이트가 착탈가능하게 결합되는 베이스프레임을 더 포함하며,

   상기 정렬부재는 상기 베이스프레임에 상대이동 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 정렬부재와 상기 베이스프레임 사이에는 상기 베이스프레임에 대해 상기 정렬부재를 슬라이딩 이동시키는 레일결합부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트의 마운팅면에 마운팅되어 상기 복수의 잉곳들을 지지하는 잉곳지지빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 잉곳지지빔은

   잉곳의 길이에 대응하는 빔몸체; 및

   상기 빔몸체의 일면에 형성되어 상기 잉곳이 임의방향으로 회전하는 것을 저지하는 함몰그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 마운팅면과 상기 잉곳지지빔, 상기 잉곳지지빔과 상기 잉곳 사이는 본드에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단장치.