KR20100036809A - 웨이퍼 슬라이싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉곳을 낱장으로 잘라내기 위한 웨이퍼 슬라이싱 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치는 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 지지프레임, 일방향으로 길게 형성되어 양단이 한 쌍의 지지프레임에 회전가능하게 결합되는 복수의 롤러샤프트, 중공형으로 지지프레임에 결합되는 스핀들바디와, 롤러샤프트와 결합되며 스핀들바디의 중공부에 회전가능하게 끼워지는 스핀들샤프트와, 스핀들바디와 스핀들샤프트 사이에 개재되어 스핀들샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 이루어지는 복수의 스핀들, 복수의 롤러샤프트에 감기어 이송되는 와이어를 구비하며, 롤러샤프트와 스핀들샤프트 사이에 개재되는 오링을 더 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

웨이퍼 슬라이싱 장치{Apparatus for slicing wafer}

본 발명은 반도체의 원재료가 되는 잉곳을 얇게 슬라이싱하여 낱장의 웨이퍼로 만들기 위한 웨이퍼 슬라이싱 장치에 관한 것으로서, 특히 와이어를 이용하여 웨이퍼를 슬라이싱하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼 제조 공정은 잉곳(ingot) 성장공정, 슬라이싱(slicing) 공정, 에지 그라인딩(edge grinding) 공정, 랩핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정, 백 사이드 폴리싱(back side polishing) 공정, 프리 어닐 크린(pre anneal clean) 공정, 에지 폴리싱 공정, 및 프론트 폴리싱(front polishing) 공정을 포함한다.

잉곳 성장 공정은 모래에서 규소(Si)를 추출 정제하여 실리콘 원재료를 생성한 후 원하는 불순물을 주입하여 N형 또는 P형 실리콘 덩어리 즉, 잉곳을 생성한다. 슬라이싱 공정에서는 잉곳성장 공정에서 만들어진 잉곳을 다수의 박판(薄板)으로 슬라이싱 하여 낱장의 웨이퍼를 제조하는 공정으로서, 피아노 와이어를 일정 피치(pitch)로 연속 배치하고, 와이어에 슬러리를 공급하면서 와이어를 고속으로 왕복 또는 일 방향으로 이동시키는 가운데, 잉곳을 와이어에 소정의 속도로 하강시 켜 잉곳이 슬라이싱 되게 한다.

도 1 및 도 2에는 웨이퍼 슬라이싱 장치가 도시되어 있다. 일반적으로 웨이퍼 슬라이싱 장치는 도 1에서 도시한 것처럼, 잉곳(I, ingot)을 일정한 두께로 절단하는 절삭기계로서 그 구성을 살펴보면, 지지 기능을 하는 한 쌍의 지지프레임(11,12)을 구비한다. 한 쌍의 지지프레임(11,12)에는 3개의 롤러샤프트(21,22,23)가 설치되다. 지지프레임(12)의 상부에 2개의 롤러샤프트(21,22)가 설치되고, 하부 중앙에 1개의 롤러샤프트(23)가 설치되는데 이를 3축 구성이라 한다.

이 롤러샤프트(21~23)들은 각각 회전가능하게 지지프레임(11,12)에 설치되는데, 롤러샤프트를 회전가능하게 지지하기 위하여 스핀들(30)이 마련된다. 스핀들(30)은 지지프레임(11,12)의 관통공(13)에 끼워져 결합되는 스핀들바디(31)를 구비한다. 스핀들바디(31)에는 스핀들샤프트(32)가 회전가능하게 끼워져 결합되며, 스핀들샤프트(32)의 회전을 용이하게 하기 위하여 스핀들바디(31)와 스핀들샤프트(32) 사이에는 베어링(33)이 개재된다.

롤러샤프트(21,22,23)는 스핀들샤프트(32)와 핀(미도시)에 의하여 상호 결합되어 함께 회전된다. 롤러샤프트(21,22,23)의 외주면에는 홈이 형성되어 있으며, 잉곳을 자르기 위한 와이어(w)가 이 홈에 감겨서 이송된다. 롤러샤프트(21,22,23)의 외주면은 와이어의 손상을 방지하도록 우레탄이나 합성수지로 구성된 외피로 이루어진다.

롤러샤프트들을 구동시키기 위한 모터(40)는 지지프레임(12)에 결합되며, 모 터(40)의 회전력은 벨트(b) 등 동력전달 수단에 의하여 롤러샤프트(21~23)에 전달된다.

한편, 지지프레임(11,12)의 상방에는 승강가능한 이송부(M)가 설치되며, 이 이송부(M)는 그 하부에 잉곳(I)을 고정시킨 상태로 와이어(w) 측으로 잉곳(I)을 하강시켜 슬라이싱이 이루어진다.

상기 구성에 의한 웨이퍼 슬라이싱 장치의 작동례를 살펴보면, 모터(40)의 작동에 의해 스핀들샤프트(32)가 회전하게 되고, 이에 따라 지지프레임(11,12)의 상부에 배치된 롤러샤프트(21,22)가 동일한 방향으로 회전하게 된다. 롤러샤프트(21,22)에 감긴 와이어(w)는 롤러샤프트의 회전에 따라 홈에 감겨서 순환되며, 이 과정에서 절삭유가 와이어(w)에 공급된다. 상기한 상태에서 이송부(M)가 작동하여 잉곳(I)을 하강시키게 되면 잉곳(I)은 와이어(w)에 의하여 낱장으로 절단된다.

이상에서 설명한 바와 같은, 종래의 웨이퍼 슬라이싱 장치에서는 와이어(w)에 의하여 잉곳(I)을 절단하는 과정에서 발생된 슬러지 등 이물질이 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32) 사이에 형성된 간극(d)으로 유입될 수 있다. 간극(d)으로 이물질이 유입되면, 이 이물질은 스핀들샤프트(32)와 롤러샤프트(21~23)의 각 테이퍼부(t) 사이로 끼워져 들어감에 따라, 롤러샤프트(21~23)와 스핀들샤프트(32)가 회전될 때 테이퍼부(t)가 마모되는 문제가 발생한다. 이렇게 테이퍼부(t)가 마모되면 슬라이싱의 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 장비의 내구성이 감소하여 비경제적이라는 문제점이 있었다.

또한, 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32)는 핀에 의하여 결합되므로, 핀이 결합된 부분을 제외하고는 롤러샤프트와 스핀들샤프트가 약간 이격되어 있다. 이에 따라 스핀들샤프트와 롤러샤프트가 회전될 때 미세한 진동이 발생하여 슬라이싱의 정밀도와 내구성을 저하시키는 문제점이 되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 롤러샤프트와 스핀들 사이의 간극을 제거하고 긴밀도를 향상시킴과 동시에 롤러샤프트와 스핀들 사이의 진동에 대한 완충작용을 행할 수 있어 슬라이싱의 정밀도와 장비의 내구성을 증진시킬 수 있는 웨이퍼 슬라이싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치는, 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 지지프레임, 일방향으로 길게 형성되어 양단이 상기 한 쌍의 지지프레임에 회전가능하게 결합되는 복수의 롤러샤프트, 중공형으로 상기 지지프레임에 결합되는 스핀들바디와, 상기 롤러샤프트와 결합되며 상기 스핀들바디의 중공부에 회전가능하게 끼워지는 스핀들샤프트와, 상기 스핀들바디와 스핀들샤프트 사이에 개재되어 상기 스핀들샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 이루어지는 복수의 스핀들, 상기 복수의 롤러샤프트에 감기어 이송되는 와이어를 구비하며, 상기 롤러샤프트와 상기 스핀들샤프트 사이에 개재되는 오링을 더 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 롤러샤프트와 마주하는 상기 스핀들샤프트의 단면(端面)에는 환형의 홈부가 형성되며, 상기 오링은 상기 홈부에 끼워져 결합되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 스핀들샤프트와 마주하는 상기 롤러샤프트의 단면(端面)에는 환형의 홈부가 형성되며, 상기 오링은 상기 홈부에 끼워져 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 홈부의 깊이는 상기 오링의 직경의 4/7 이상인 것이 바람직하며, 상기 오링은 압축 및 신장가능한 연성 재료인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치에서는 스핀들샤프트와 롤러샤프트 사이의 간극을 오링에 의하여 밀폐시켜 이 간극을 통해 이물질이 유입되는 것을 방지함에 따라 장비의 내구성과 슬라이싱의 정밀도가 향상된다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 롤러샤프트와 스핀들샤프트 사이에 개재된 연성 재질의 오링에 의하여 롤러샤프트와 스핀들샤프트 사이에서 발생되는 진동이 완충될 수 있어 장비의 내구성과 슬라이싱의 정밀도가 향상된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치를 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치의 개략적 단면도로서, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 해당하는 부분의 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치(100)는 한 쌍의 지지프레임(11,12), 복수의 롤러샤프트(21,22,23), 복수의 스핀들(30)을 구비하는 점에서는 도 1에서 설명한 웨이퍼 슬라이싱 장치와 완전히 동일하다.

즉, 한 쌍의 지지프레임(11,12)은 판 형상으로 형성되어 상호 일정 거리 이격되어 대면하게 배치된다. 각 지지프레임(11,12)에는 상부의 양측 및 하부의 주앙에 각각 관통공(13)이 형성된다.

각 관통공(13)에는 스핀들바디(31)가 끼워지며, 스핀들바디(31)는 너트(n)에 의하여 지지프레임(11,12)에 고정된다. 스핀들바디(31)는 중공형으로 형성되며, 그 내측에 스핀들샤프트(32)가 회전가능하게 끼워져 결합된다. 스핀들바디(31)와 스핀들샤프트(32) 사이에는 베어링(33)이 개재되어, 스핀들샤프트(32)를 회전가능하게 지지한다. 스핀들샤프트(32)를 회전시키기 위한 모터(40)는 지지프레임(12)의 일측에 설치되며, 벨트(b) 등에 의하여 회전력을 스핀들샤프트(32)에 전달한다.

롤러샤프트(21,22,23)는 스핀들샤프트(32)에 미도시된 핀에 의하여 결합되어, 스핀들샤프트(32)가 회전함에 따라 함께 회전된다. 본 실시예에서 롤러샤프트는 상부의 양측에 2개 하부 중앙에 하나 설치되어 삼축구조를 형성하는데, 다른 실시예에서는 상부와 하부에 각각 2개씩 롤러샤프트가 설치되는 4축 구조 등 다양한 형태로 롤러샤프트가 설치될 수 있다.

롤러샤프트(21,22,23)에는 홈이 형성되어 있으며, 이 홈에 와이어(w)가 감기어 롤러샤프트의 회전시에 이송 및 순환된다. 와이어(w)가 상호 이격된 거리, 즉 피치에 따라 잉곳에서 슬라이싱 된 웨이퍼 낱장의 두께가 결정된다.

스핀들샤프트(32)의 끝단은 돌출되어 있으며, 그 돌출된 부분에는 일정하게 경사진 테이퍼부(t)가 형성된다. 롤러샤프트(21,22,23)의 끝단에는 스핀들샤프트(32)의 돌출된 부분에 대응되도록 오목한 부분이 형성되며, 스핀들샤프트(32)의 테이퍼부(t)에 대응되는 경사부(s)가 형성된다.

롤러샤프트(21~23)와 스핀들샤프트(32)가 상호 결합되면, 롤러샤프트(32)와 스핀들샤프트(32) 사이에 일정간 간극(d)이 형성되며, 이 간극(d)을 통해 슬라이싱의 부산물 또는 기타의 이물질이 유입되어 테이퍼부(t,s)를 마모시킬 수 있다.

이에 본 발명에서는 롤러샤프트(21~23)와 스핀들샤프트(32) 사이에 오링(90)을 개재하여 위 간극(d)을 통해 이물질이 유입되지 못하도록 한다.

오링(90)을 삽입하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 롤러샤프트(21,22,23)의 끝단면에 환형의 홈부를 형성하여 오링(90)을 끼우거나, 도 4에 도시된 다른 실시예에 나타난 바와 같이 스핀들샤프트(32)의 끝단면에 환형의 홈부를 형성하여 오링(90)을 끼울 수 있다. 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32)가 회전될 때 오링(90)이 홈부로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 홈부의 깊이는 오링의 직경의 4/7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 하지만, 홈부의 깊이를 너무 깊게 하는 경우 오링(90)이 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32)에 함께 접촉되지 못하는 바 바람직하지 못하다.

오링(90)은 롤러샤프트의 직경방향을 따라 스핀들샤프트(32)와 롤러샤프트(21,22,23)를 상호 결합시키기 위한 핀이 설치된 부분과, 테이퍼부(t, 또는 경사부 s)의 사이에 배치된다. 오링(90)은 예컨대 고무와 같이 압축 및 신장가능한 연성 재질로 이루어짐으로써, 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32) 사이의 진동 을 완충시킬 수 있다.

또한, 이 오링(90)은 상호 이격되어 있던 롤러샤프트(21,22,23)와 스핀들샤프트(32)를 상호 밀착시켜 긴밀도를 향상시킴으로써 슬라이싱의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 웨이퍼 슬라이싱 장치의 개략적 사시도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 개략적 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치의 개략적 단면도로서, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 해당하는 부분의 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 슬라이싱 장치의 개략적 단면도로서, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 해당하는 부분의 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 웨이퍼 슬라이싱 장치 11,12 ... 지지프레임

21,22,23 ... 롤러샤프트 30 ... 스핀들

31 ... 스핀들바디 32 ... 스핀들샤프트

33 ... 베어링 40 ... 모터

90 ... 오링 t,s ... 테이퍼부, 경사부

w ... 와이어 d ... 간극

Claims (5)

1. 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 지지프레임;

   일방향으로 길게 형성되어 양단이 상기 한 쌍의 지지프레임에 회전가능하게 결합되는 복수의 롤러샤프트;

   중공형으로 상기 지지프레임에 결합되는 스핀들바디와, 상기 롤러샤프트와 결합되며 상기 스핀들바디의 중공부에 회전가능하게 끼워지는 스핀들샤프트와, 상기 스핀들바디와 스핀들샤프트 사이에 개재되어 상기 스핀들샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하여 이루어지는 복수의 스핀들;

   상기 복수의 롤러샤프트에 감기어 이송되는 와이어;를 구비하며,

   상기 롤러샤프트와 상기 스핀들샤프트 사이에 개재되는 오링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 롤러샤프트와 마주하는 상기 스핀들샤프트의 단면(端面)에는 환형의 홈부가 형성되며,

   상기 오링은 상기 홈부에 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스핀들샤프트와 마주하는 상기 롤러샤프트의 단면(端面)에는 환형의 홈부가 형성되며,

   상기 오링은 상기 홈부에 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 홈부의 깊이는 상기 오링의 직경의 4/7 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 오링은 압축 및 신장가능한 연성 재료인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 슬라이싱 장치.

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