KR20100094655A - 잉곳 절단용 와이어 소오 및 이에 사용되는 슬러리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단결정 잉곳을 보다 얇게 절단할 수 있도록 하기 위한 와이어 소오 및 이에 사용되는 슬러리에 관한 것이다. 본 발명은 한 쌍의 제 1 메인롤러에 설치된 제 1 와이어에 의해 잉곳을 절단하는 통상의 와이어 소오에 있어서, 한 쌍의 제 2 메인롤러 및 상기 제 2 메인롤러의 구동을 위한 제 2 구동롤러와; 상기 제 2 메인롤러 및 제 2 구동롤러의 외주면에 제 1 메인롤러의 제 1 환형홈와 동일한 피치를 갖고 제 2 와이어가 권선되도록 구비된 제 2 환형홈 등을 구비하며, 상기 제 2 메인롤러 사이에 배치된 제 2 와이어들이 이루는 면은 상기 제 1 메인롤러 사이에 배치된 제 1 와이어들이 이루는 면 아래에 형성되며; 상기 잉곳이 제 1 와이어에 의해 절단된 후의 잔여부를 제 2 와이어가 절단하도록 한 것을 특징으로 한다.
잉곳, 절단, 웨이퍼, 와이어 소오
Description
본 발명은 잉곳 절단용 와이어 소오 및 이에 사용되는 슬러리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단결정 잉곳을 절단하여 보다 얇은 웨이퍼를 제작할 수 있도록 하기위한 와이어 소오 및 이에 사용되는 슬러리에 관한 것이다.
통상 웨이퍼를 제조하기 위하여는 단결정 잉곳을 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 제작한 후, 실리콘 웨이퍼에 대하여 모따기, 래핑, 산 에칭, 폴리싱의 각 공정이 순차적으로 실행되게 된다.
종래 단결정 잉곳을 절단하기 위해서는 도 1과 같은 와이어 소오(1)가 사용된다. 와이어 소는 규정된 간격으로 배치된 두 개의 메인 롤러(11,12)와 구동 롤러 (13)을 구비하고 있으며, 도 2와 같이 메인 롤러(11,12)와 구동 롤러(13)의 외주면에 일정 피치의 환형 홈(20)들이 형성되어 있으며, 와이어(30)는 한 쌍의 릴(40)에 각각 감겨져 있다. 이러한 메인 롤러(11,12) 사이에서 상기 환형 홈(20)을 따라 감겨진 와이어(30)가 배치되어 있다. 배치된 와이어의 상부측에서 잉곳(50)을 하강시키고, 또한 왕복운동을 하는 와이어에 슬러리를 공급하면, 슬러리에 혼합되어 있는 연마입자에 의해 잉곳이 서서히 절단되게 된다.
와이어는 통상 약 140~160 ㎛ 정도의 직경을 가지는 스프링 강 등으로 제조되며, 슬러리는 약 #1000~1500 정도의 입도를 가진 탄화규소를 오일 또는 물에 혼합한 형태로 제조되게 된다.
와이어의 직경 및 연마재 입경 등을 고려하여 약 160 ㎛ 직경의 와이어을 사용하는 경우, 상기 롤러에 가공된 환형 홈의 피치는 약 445~479 ㎛ 정도로 가공되며, 이때 웨이퍼는 약 190 ㎛ 정도의 두께로 절단되게 된다.
현재까지 알려진 바에 의하면 상기와 같은 종래의 와이어 소를 사용하는 경우 환형 홈의 가공 정밀도 및 와이어의 설치 문제 등에 의해 웨이퍼의 두께를 170 ㎛ 이하로 가공하는 것은 거의 불가능한 것으로 알려져 있다.
본 발명은 단결정 잉곳으로부터 두께 150㎛ 이하의 웨이퍼를 제작하기 위한 와이어 소오 및 슬러리를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
제 1 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 1 릴과, 상기 제 1 릴 사이의 제 1 와이어 경로상에 설치되며 그 외주면에 일정 피치의 제 1 환형 홈을 구비한 한 쌍의 제 1 메인롤러 및 제 1 구동롤러를 포함하여 이루어지며, 상측으로부터 잉곳을 공급받아 상기 제 1 메인롤러 사이에 배치된 제 1 와이어에 의해 잉곳이 절단되는 통상의 와이어 소오에 있어서,
한 쌍의 제 2 메인롤러 및 상기 제 2 메인롤러의 구동을 위한 제 2 구동롤러와;
상기 제 2 메인롤러 및 제 2 구동롤러의 외주면에 제 1 메인롤러의 제 1 환형홈와 동일한 피치를 갖고 제 2 와이어가 권선되도록 구비된 제 2 환형홈과;
상기 제 2 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 2 릴과;
상기 제 2 메인롤러 또는 제 2 구동롤러와 제 2 릴 사이에 위치하여 제 2 와이어의 장력을 조절하는 제 2 장력조절부와;
상기 제 2 구동롤러를 구동하는 제 2 구동모터와;
상기 제 2 릴 및 제 2 구동모터의 회전을 조절하는 제어부와;
슬러리를 보관하는 슬러리 탱크와;
제 1, 2 와이어들이 이루는 면에 슬러리를 공급하거나 회수하기 위한 슬러리 공급부를 포함하여 이루어지며;
상기 제 2 메인롤러 사이에 배치된 제 2 와이어들이 이루는 면은 상기 제 1 메인롤러 사이에 배치된 제 1 와이어들이 이루는 면 아래에 형성되며;
상기 잉곳이 제 1 와이어에 의해 절단된 후의 잔여부를 제 2 와이어가 절단하도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 와이어 소오는,
슬러리의 온도를 측정하는 온도측정부와;
슬러리의 온도를 조절하는 온도조절장치와;
상기 제어부에 의해 냉각장치를 구동하여 슬러리의 온도를 일정 범위내에서 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 슬러리의 베이스 용액은 수산화칼륨 또는 수산화 나트륨을 물 또는 글리콜과 섞어 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 슬러리는 상기 슬러리의 베이스 용액에 입도 #2000 이상 의 탄화규소 분말 또는 산화알루미나 분말을 혼합하여 제조하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의하면 단결정 잉곳을 두께 150㎛ 이하의 웨이퍼로 절단하는 것이 가능하며, 또한 웨이퍼 절단면의 파상을 최소화 할 수 있게 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예를 나타내었다.
제 1 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 1 릴(도시하지 않음.)과, 상기 제 1 릴 사이의 제 1 와이어 경로상에 설치되며 그 외주면에 일정 피치의 환형 홈을 구비한 한 쌍의 제 1 메인롤러(110) 및 제 1 구동롤러(120)를 포함하여 이루어지며, 상측으로부터 잉곳을 공급받아 상기 제 1 메인롤러(110) 사이에 배치된 제 1 와이어(130)에 의해 잉곳(50)이 절단되는 구성은 종래의 와이어 소오를 나타낸 도 1과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 도 4와 같이 제 1 와이어(130)에 의해 절단된 후의 잉곳 잔 여부(51)를 제 2 와이어(230)에 의해 다시 절단할 수 있도록 하고 있다. 이를 위하여 한 쌍의 제 2 메인롤러(210) 및 상기 제 2 메인롤러(210)의 구동을 위한 제 2 구동롤러(220)를 구비하고 있다.
도시하지는 않았지만 상기 제 2 메인롤러(210) 및 제 2 구동롤러의 외주면에 제 1 메인롤러의 환형홈와 동일한 피치를 갖고 제 2 와이어가 권선되도록 구비된 제 2 환형홈과; 상기 제 2 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 2 릴과; 상기 제 2 메인롤러 또는 제 2 구동롤러와 제 2 릴 사이에 위치하여 제 2 와이어의 장력을 조절하는 제 2 장력조절부와; 상기 제 2 구동롤러를 구동하는 제 2 구동모터와; 상기 제 2 릴 및 제 2 구동모터의 회전을 조절하는 제어부를 포함하고 있음은 당업자라면 굳이 도면을 통해 설명하지 않더라도 본 발명의 개시를 통하여 그 구성이 필요한 것임은 충분히 이해할 수 있을 것이다.
상기 제 2 메인롤러(210) 사이에 배치된 제 2 와이어(230)들이 이루는 면은 상기 제 1 메인롤러(110) 사이에 배치된 제 1 와이어(130)들이 이루는 면 아래에 형성되어 있으며, 또한 제 1,2 와이어(130,230)들의 간격은 서로 동일한 제 1,2 환형홈의 피치(P1, P2)에 의해 서로 동일하게 배치되어 있으며, 또한 도 4와 같이 제 1 와이어(130)에 의해 절단된 후의 잔여부(51)를 제 2 와이어(230)가 절단할 수 있게 되도록 배치된다.
이에 따라 제 1,2 와이어를 감기 위한 제 1,2 환형홈은 종래 보다 큰 피치를 사용하더라도 제 1 와이어에 의해서만 형성되는 웨이퍼보다 훨씬 작은 두께의 웨이퍼를 가공할 수 있으며, 또한 제작 및 설치가 용이해지게 되는 효과가 있다.
또한, 와이어 소오의 작동시에는 제 1, 2 와이어의 잉곳 절삭 위치에 슬러리(400)를 공급하게 되는데, 이를 위하여 슬러리 탱크(300) 및 슬러리 공급부(310)를 구비하고 있다.
본 실시예에 사용된 슬러리는 수산화칼륨 또는 수산화 나트륨을 물 또는 글리콜과 섞은 용액을 그 베이스 용액으로 하고 있으며, 또한 이러한 베이스 용액에 입도 #2000 이상의 탄화규소 분말을 혼합하여 슬러리가 제조하였다.
상기 슬러리에는 수산화칼륨 또는 수산화 나트륨이 섞여 있으므로, 잉곳을 화학적으로 연마가능하게 되며, 이러한 화학적 연마는 탄화규소나 산화알루미나의 기계적 연마와 함께 작용하여 절단작업이 보다 용이하게 이루어 질 수 있도록 하였다.
본 실시예에서는 솔라셀용 단결정 웨이퍼를 생산하기 위하여 수산화 칼륨과 글리콜을 48:52의 비율로 섞은 용액과 입도 #2000의 탄화규소 분말을 무게비로 50:50으로 섞어서 사용하였으며, 슬러리의 온도를 측정하는 온도측정부(도시하지 않음) 및 슬러리의 온도를 조절하는 온도조절장치(320)에 의해 슬러리 탱크내의 슬러리의 온도를 섭씨 약 30~70도의 범위내로 유지하였다.
온도조절장치(320)로서 팬이나 히터와 같은 냉각장치 또는 가열장치를 사용할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
제 1,2 와이어의 직경은 160 ㎛ 이며, 웨이퍼의 목표 두께를 130 ㎛로 설정하여 길이 25cm, 폭과 높이 각 10cm의 잉곳을 절단하였다. 절단시간은 약 8시간 30분 정도가 소요되었으며, 전체 757장의 웨이퍼를 얻었다. 이중 640장의 웨이퍼는 실제 두께 125~140 ㎛의 범위내로 얻을 수 있었으며, 나머지 웨이퍼는 파손되었다. 파손에 따른 대책으로는 본 발명의 범위내에서 와이어의 이송속도 및 잉곳의 하강속도 등과 같은 설정환경등의 조절을 통하여 가능할 것으로 판단된다.
또한, 절단된 웨이퍼의 표면은 화학적 연마를 기계적 연마에 부가한 본 실시예 슬러리에 의해 통상의 슬러리를 사용하는 것보다 균일하고도 양호하게 가공되었다.
도 1은 종래의 와이어 소오의 형태를 나타낸 도.
도 2는 메인롤러의 환형홈 및 와이어의 배치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 와이어 소오를 나타낸 도.
도 4는 본 발명에 의한 절단과정 중 잉곳과 와이어를 나타낸 도.
Claims (4)
- 제 1 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 1 릴과, 상기 제 1 릴 사이의 제 1 와이어 경로상에 설치되며 그 외주면에 일정 피치의 제 1 환형 홈을 구비한 한 쌍의 제 1 메인롤러 및 제 1 구동롤러를 포함하여 이루어지며, 상측으로부터 잉곳을 공급받아 상기 제 1 메인롤러 사이에 배치된 제 1 와이어에 의해 잉곳이 절단되는 통상의 와이어 소오에 있어서,한 쌍의 제 2 메인롤러 및 상기 제 2 메인롤러의 구동을 위한 제 2 구동롤러와;상기 제 2 메인롤러 및 제 2 구동롤러의 외주면에 제 1 메인롤러의 제 1 환형홈와 동일한 피치를 갖고 제 2 와이어가 권선되도록 구비된 제 2 환형홈과;상기 제 2 와이어를 공급하기 위한 한 쌍의 제 2 릴과;상기 제 2 메인롤러 또는 제 2 구동롤러와 제 2 릴 사이에 위치하여 제 2 와이어의 장력을 조절하는 제 2 장력조절부와;상기 제 2 구동롤러를 구동하는 제 2 구동모터와;상기 제 2 릴 및 제 2 구동모터의 회전을 조절하는 제어부와;슬러리를 보관하는 슬러리 탱크와;제 1, 2 와이어들이 이루는 면에 슬러리를 공급하거나 회수하기 위한 슬러리 공급부를 포함하여 이루어지며;상기 제 2 메인롤러 사이에 배치된 제 2 와이어들이 이루는 면은 상기 제 1 메인롤러 사이에 배치된 제 1 와이어들이 이루는 면 아래에 형성되며;상기 잉곳이 제 1 와이어에 의해 절단된 후의 잔여부를 제 2 와이어가 절단하도록 한 것을 특징으로 하는 잉곳 절단용 와이어 소오.
- 제 1 항에 있어서,슬러리의 온도를 측정하는 온도측정부와;슬러리의 온도를 조절하는 온도조절장치를 더 구비하고;상기 제어부에 의해 냉각장치를 구동하여 슬러리의 온도를 일정 범위내에서 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단용 와이어 소오.
- 웨이퍼 절단용 와이어 소오에 사용되며 연마입자가 혼합된 슬러리에 있어서,상기 슬러리는 수산화칼륨 또는 수산화 나트륨을 물 또는 글리콜과 섞은 용액을 베이스 용액으로 하는 것을 특징으로 하는 잉곳 절단용 와이어 소오에 사용되는 슬러리.
- 제 3 항에 있어서,상기 연마입자는 입도 #2000 이상의 탄화규소 분말 또는 산화알루미나 분말인 것을 특징으로 하는 잉곳 절단용 와이어 소오에 사용되는 슬러리.
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