KR20130079709A

KR20130079709A - 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급장치

Info

Publication number: KR20130079709A
Application number: KR1020120000356A
Authority: KR
Inventors: 김양섭
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-07-11

Abstract

본 발명은 태양광 단결정 실리콘 잉곳을 고정용 입자 와이어로 소정 두께로 절단하는 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐에 관한 것이다.
본 발명에 따른 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐은 조절판 또는 분배판과 같은 압력조절수단이 구비되기 때문에 절삭유가 유동되면서 공급되더라도 절삭유를 적절하게 분배하는 동시에 토출 압력을 조절함으로써, 잉곳 블록의 절단 부위 전체에 걸쳐 절삭유를 균일한 압력으로 공급하고, 잉곳 블록의 절단 시 절삭유에 의한 냉각 및 윤활 작용을 균일하게 제공할 수 있어 균일한 두께의 웨이퍼를 생산할 수 있으며, 나아가 웨이퍼의 품질을 개신시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐 {WIRE SAW APPARATUS AND COOLANT FEEDING NOZZLE FOR IT}

본 발명은 태양광 단결정 실리콘 잉곳을 고정용 입자 와이어로 소정 두께로 절단하는 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 단결정 실리콘 잉곳(Silicon ngot)은 블록 형태로 구성되며, 슬라이싱된 웨이퍼(Sliced wafer)를 만들기 위하여 잉곳 블록을 와이어(Wire)에 의해 소정 두께로 절단하는 와이어 쏘잉(Wire sawing) 공정이 진행된다.

이러한 와이어 쏘잉 공정은 잉곳 블록을 길이방향과 수직한 방향으로 절단하게 되는데, 잉곳 블록을 절단하는 와이어의 종류에 따라 슬러리 와이어 쏘우 장치(Slurry wire saw machine)와, 고정용 입자 와이어 쏘우 장치(Diamond wire saw machine)로 나뉠 수 있다.

슬러리 와이어 쏘우 장치는 일반 와이어가 일방향으로 수평 이동하도록 작동되며, 와이어 자체에 절삭 기능이 떨어지는 것을 보완하기 위하여 연마제와 오일을 혼합하여 절삭유로 공급하는 반면, 고정용 입자 와이어 쏘우 장치는 절삭용 입자가 표면에 박힌 와이어가 양방향으로 수평 이동하도록 작동되며, 와이어 자체에 절삭 기능이 우수함에 따라 순수한 오일을 절삭유로 공급한다.

따라서, 슬러리 와이어 쏘우 장치에 사용되는 절삭유는 연마제가 첨가된 형태로써, 비교적 절삭유의 점도가 약 70 ~ 200mPa·s 로 높기 때문에 절삭유가 와이어에 묻어 절삭될 수 있도록 절삭유를 와이어로 공급한다. 반면, 고정용 입자 와이어 쏘우 장치에 사용되는 절삭유는 순수한 오일 형태로써, 비교적 점도가 약 20mPa·s 로 낮기 때문에 절삭유가 와이어에 의해 절삭되는 잉곳 양측면으로 직접 공급되도록 하며, 이러한 절삭유는 윤활 및 냉각 역할을 한다.

이와 같이, 고정용 입자 와이어 쏘우 장치는 점도가 낮은 절삭유가 공급됨에 따라 직접 잉곳의 절단 부분으로 공급할 수 있는 공급노즐이 구비된다.

그러나, 종래 기술에 따른 절삭유 공급노즐은 절삭유가 유동되면서 공급되기 때문에 잉곳 블록의 길이 방향에 대해 수직한 방향 즉, 와이어 쏘우에 의해 절단되는 방향을 따라 절삭유가 균일하게 공급되지 못하며, 불균일한 절삭유 공급으로 인하여 잉곳 블록의 절단 시 냉각 또는 윤활에 영향을 미쳐 균일한 두께의 웨이퍼를 생산하기 어려울 뿐 아니라 웨이퍼의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 잉곳 블록의 절단 부위 전체에 걸쳐 절삭유를 균일한 압력으로 공급할 수 있는 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 잉곳 블록의 상단을 고정시키고, 상하 방향으로 이동하는 작업판; 상기 작업판의 하부 양측에 위치한 한 쌍의 와이어 가이드; 상기 와이어 가이드들을 따라 회전하며, 상기 작업판의 이동에 따라 잉곳 블록의 하단을 잘라주는 와이어; 상기 와이어에 의해 절단되는 잉곳 블록의 양측 절단 부위로 절삭유를 공급하는 절삭유 공급노즐; 및 상기 절삭유 공급노즐에 구비되고, 잉곳 블록의 양측 절단 부위에 균일하게 절삭유를 분배하는 압력조절수단;을 포함하는 와이어 쏘우 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서, 상기 와이어는 절삭용 고정입자가 와이어에 고정되고, 상기 절삭유 공급노즐은 오일만 공급한다.

또한, 본 발명에서, 상기 절삭유 공급노즐은, 절삭유가 유입되는 적어도 하나 이상의 공급로와, 상기 공급로의 출구로부터 잉곳 블록의 양측 절단 부위로 절삭유를 안내하는 가이드판을 포함하고, 상기 압력조절수단은, 상기 공급로의 출구 크기를 조절하는 조절판을 포함한다.

바람직하게는, 상기 압력조절수단은, 상기 공급로 내부를 가로지르도록 구비되고 절삭유가 관통되는 복수개의 구멍이 구비된 분배판을 더 포함한다.

한편, 본 발명은 절삭유가 공급되는 적어도 하나 이상의 공급로; 상기 공급로로부터 분사되는 절삭유를 잉곳 블록의 절단 부위로 안내하는 가이드판; 및 상기 공급로 또는 가이드판에 구비되고, 절삭유를 균일한 압력으로 토출시키는 압력분배수단;을 포함하는 절삭유 공급노즐을 제공한다.

또한, 본 발명에서, 상기 압력분배수단은, 상기 공급로의 출구 크기를 조절하는 조절판을 포함한다.

또한, 본 발명에서, 상기 압력분배수단은, 상기 공급로 내부를 가로지르도록 구비되고 절삭유가 관통되는 복수개의 구멍이 구비된 분배판을 더 포함한다.

본 발명에 따른 와이어 쏘우 장치 및 이에 적용된 절삭유 공급노즐은 절삭유가 유동되면서 공급되더라도 절삭유를 적절하게 분배하는 동시에 토출 압력을 조절함으로써, 잉곳 블록의 절단 부위 전체에 걸쳐 절삭유를 균일한 압력으로 공급하기 때문에 잉곳 블록의 절단 시 절삭유에 의한 냉각 및 윤활 작용을 균일하게 제공할 수 있어 균일한 두께의 웨이퍼를 생산할 수 있으며, 나아가 웨이퍼의 품질을 개신시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 와이어 쏘우 장치의 일예가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 절삭유 공급노즐의 일예가 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 절삭유 공급노즐에 적용된 분배판의 일예가 도시된 도면.
도 4는 종래 기술의 절삭유 공급노즐에 의한 절삭유 공급 상태가 도시된 도면.
도 5는 본 발명의 절삭유 공급노즐에 의한 절삭유 공급 상태가 도시된 도면.
도 6은 종래 및 본 발명의 와이어 쏘우 장치에 의해 절단된 웨이퍼 품질이 도시된 그래프.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 와이어 쏘우 장치의 일예가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 절삭유 공급노즐의 일예가 도시된 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 절삭유 공급노즐에 적용된 분배판의 일예가 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 와이어 쏘우 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 작업판(110)과, 한 쌍의 와이어 가이드(120)와, 와이어(130)와, 한 쌍의 절삭유 공급노즐(140)과, 압력조절수단(150)을 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 작업판(110)은 잉곳 블록(110)을 고정시키는 기구로써, 잉곳 블록(100)을 마운팅용 빔(Mounting beam)이 부착된 형태로 제공되면, 에폭시에 의해 마운팅용 빔을 상기 작업판(110)의 하부에 접착하여 고정시킨다. 이때, 상기 작업판(110)은 잉곳 블록(100)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 작동된다.

상기 와이어 가이드들(120)은 상기 작업판(110) 하부 양측에 일정 간격을 두고 한 쌍이 구비되고, 상기 와이어(130)가 상기 와이어 가이드들(120)에 감기도록 설치된다. 따라서, 상기 와이어 가이드들(120)이 동일한 방향으로 회전됨에 따라 상기 와이어(130)가 수평 방향으로 고속 주행하게 되며, 이러한 와이어(130)에 의해 잉곳 블록(100)이 잉곳 블록(100)의 길이 방향에 수직한 방향으로 절단됨에 따라 웨이퍼들이 생산된다. 이때, 상기 와이어 가이드들(120)은 정/역방향으로 회전됨에 따라 상기 와이어(130)가 양방향으로 수평 이동되도록 한다. 따라서, 상기 와이어(130)가 양방향 이동됨에 따라 웨이퍼를 생산하는 것은 상기 와이어(130)가 일방향 이동됨에 따라 웨이퍼를 생산하는 것보다 웨이퍼의 두께 편차를 줄일 수 있으며, 웨이퍼의 품질을 보장할 수 있다.

상기 와이어(130)는 절삭용 입자로 표면에 고정된 타입으로써, 일예로 다이아몬드 입자들이 일정한 크기로 니켈 전착 고정을 거쳐 표면에 고정된 형태로 제작될 수 있다. 따라서, 절삭용 입자가 고정된 타입의 와이어(130)는 절삭성을 높여 짧은 시간에 많은 웨이퍼를 절단할 수 있도록 한다.

상기 절삭유 공급노즐(140)은 상기 와이어(130) 상부 양측에 소정 간격을 두고 한 쌍이 구비되며, 잉곳 블록(100)의 절단 부위 중 그 양측면으로 절삭유를 공급할 수 있도록 설치된다. 이때, 상기 절삭유 공급노즐(140)은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 공급로(141,142)와, 가이드판(143)으로 이루어지며, 압력조절수단(150)을 포함하도록 구성될 수도 있다.

상기 공급로(141,142)는 절삭유가 공급되는 통로로써, 잉곳 블록의 양측면 방향을 향하여 절삭유가 공급되도록 연속하여 제1,2공급로(141,142)가 경사지도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1,2공급로(141,142)는 동일한 직경을 가지도록 제작될 수 있으며, 상기 제1공급로의 출구(141a)와 상기 제2공급로의 입구(142a)가 상기 제1,2공급로(141,142)보다 작은 직경을 가진 유로를 통하여 연통되도록 설치된다. 물론, 순수한 오일 형태의 절삭유는 상기 제1공급로(141)로 공급되는데, 상기 제1공급로(141) 내부에서 잉곳 블록(100)의 양측면 방향을 따라 유동되도록 공급될 수 있다.

상기 가이드판(143)은 상기 제2공급로의 출구(142b) 하부에 경사지도록 위치되며, 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위로 절삭유를 안내하도록 설치될 수 있다. 이때, 상기 가이드판(143)은 순수한 오일 형태의 절삭유를 안내함에 따라 잉곳 블록(100)의 양측면까지 연장될 수 있다. 다만, 하기에서 설명된 압력조절수단(150)에 의해 절삭유의 토출 압력을 높게 조절하는 경우, 상기 가이드판(143)이 잉곳 블록(100)을 향하여 연장된 길이를 짧게 구성할 수도 있지만, 상기 가이드판(143)은 잉곳 블록(100)의 양측면과 근접한 위치까지 연장되도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 압력조절수단(150)은 절삭유의 토출 압력을 균일하게 조절하기 위하여 구비되는데, 상기 제2공급로의 출구(142b)에 구비된 조절판(151)과, 상기 제2공급로(142) 내부를 가로지르도록 구비된 분배판(152)을 포함할 수 있다.

상기 조절판(151)은 상기 제2공급로의 출구(142b)에 바로 구비되기 어렵기 때문에 상기 가이드판(143)과 수평을 이루도록 상기 제2공급로의 출구(142b) 상부에 구비된 보조 가이드판(144)에 구비되는데, 상기 보조 가이드판(144)은 상기 조절판(151)을 장착하기 위하여 구비됨에 따라 잉곳 블록(100)을 향하여 연장된 그 길이가 짧더라도 무방하며, 생략되더라도 무방하다. 이때, 상기 조절판(151)은 상기 보조 가이드판(144)에 볼트(B) 고정되며, 상기 조절판(151)의 높낮이를 조절하여 상기 볼트(B)로 고정시킬 수 있기 때문에 상기 제2공급로의 출구(142b)와 그 크기가 동일하도록 연통된 상기 가이드판(143)과 보조 가이드판(144) 사이의 출구 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 조절판(151)은 상기 제2공급로의 출구(142b)를 기존에 비해 작도록 조절하는데, 이는 절삭유의 토출 압력을 높임으로써, 상기 가이드판(143)과 보조 가이드판(144) 사이의 공간에서 절삭유들이 소정 압력 이하까지 모아진 다음, 토출되도록 하기 때문에 절삭유가 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위를 따라 전체적으로 균일한 유압 또는 유속으로 공급될 수 있도록 한다.

상기 분배판(152)은 상기 제2공급로(142) 내부를 가로지르되, 잉곳 블록(100)의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 따라 가로지르도록 설치되며, 절삭유가 관통되는 복수개의 홀(152h)이 일정 간격을 두고 구비된다. 따라서, 상기 분배판(152)은 상기 제1공급로(141)로부터 상기 제2공급로(142)로 공급되는 절삭유가 부딪힌 다음, 상기 홀들(152h)을 통과하면서 분배됨에 따라 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위를 따라 전체적으로 균일한 유압 또는 유속으로 공급될 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 와이어 쏘우 장치에 의해 잉곳 블록이 절단되는 과정을 살펴보면, 다음과 같다.

잉곳 블록(100)을 상기 작업판(110)에 고정시킨 다음, 잉곳 블록(100)을 일정 간격 하강시키고, 상기 와이어 가이드들(120)이 양방향으로 회전함에 따라 상기 와이어(130)가 양방향 수평 이동하고, 상기 와이어(130)와 맞닿는 잉곳 블록(100)의 하단이 잉곳 블록(100)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 절단된다.

이때, 상기 와이어(130)가 절삭용 입자가 표면에 부착된 타입이 사용됨에 따라 절삭 기능이 우수하며, 상기 절삭유 공급 노즐들(140)을 통하여 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위 및 상기 와이어(130)로 순수한 오일 형태의 절삭유가 공급된다.

상기 절삭유 공급 노즐(140)을 통하여 절삭유가 공급되는 과정을 살펴보면, 상기 제1공급로(141) 내부에 절삭유가 잉곳 블록(100)의 양측면 방향을 따라 유동되면서 공급된다. 이와 같이, 상기 제1공급로(141)로부터 상기 제2공급로(142)로 절삭유가 공급되면, 상기 분배판(152)에 부딪히면서 유동 압력이 높아진 다음, 상기 홀들(152h)을 통과하면서 잉곳 블록(100)의 양측면을 따라 분배된다. 이후, 상기 제2공급로의 출구(142b)로부터 토출되는 절삭유는 상기 조절판(151)에 의해 좁아진 출구를 통하여 보다 토출 압력이 높아진 상태로 토출된다.

즉, 절삭유는 상기 제1공급로(141)를 통하여 유동하면서 공급되더라도 상기 분배판(152)을 통과하면서 압력이 높아지는 동시에 잉곳 블록(100)의 양측면 방향을 따라 균일하게 분배된 다음, 상기 조절판(151)을 통과하면서 소정 압력까지 높아진 상태로 균일한 유압 및 유속을 유지하면서 토출된다.

이와 같이, 상기 절삭유 공급 노즐(140)을 통하여 균일한 유압 및 유속으로 절삭유가 토출되면, 절삭유는 상기 가이드판(143)에 의해 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위로 균일하게 유입되고, 잉곳 블록(100)의 양측면 절단 부위 전체에서 균일한 냉각 및 윤활 작용을 하게 되며, 나아가 잉곳 블록(100)을 절단하여 생산되는 웨이퍼들의 두께 편차를 균일하게 유지할 수 있어 웨이퍼들의 품질을 높일 수 있다.

도 4 및 도 5는 종래 기술 및 본 발명의 절삭유 공급노즐에 의한 절삭유 공급 상태가 각각 도시된 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 절삭유 공급 노즐(40)은 압력조절수단이 구비되지 않기 때문에 절삭유가 잉곳 블록(100)의 양측면 방향 전체에 걸쳐 불균일한 압력으로 토출됨에 따라 잉곳 블록(100)의 양측면으로 균일하지 않은 유속으로 공급되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 종래의 절삭유 공급 노즐(40)이 적용된 와이어 쏘우 장치에서 잉곳 블록(100)을 절단할 때, 잉곳 블록(100)의 절단 부위에 균일한 윤활 및 냉각 작용을 제공하기 어렵다.

반면, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 절삭유 공급 노즐(140)은 조절판(151) 및 분배판을 포함하는 압력조절수단이 구비되기 때문에 절삭유가 잉곳 블록(100)의 양측면 방향 전체에 걸쳐 균일한 압력으로 토출됨에 따라 잉곳 블록(100)의 양측면으로 균일한 유속으로 공급되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 절삭유 공급 노즐(140)이 적용된 와이어 쏘우 장치에서 잉곳 블록(100)을 절단할 때, 잉곳 블록(100)의 절단 부위에 균일한 윤활 및 냉각 작용을 제공할 수 있다.

도 6은 종래 및 본 발명의 와이어 쏘우 장치에 의해 절단된 웨이퍼 품질이 도시된 그래프이다.

도 6은 웨이퍼의 생산 수량에 따라 평균 최대두께편차(TTV : Total thickness variation)를 통하여 웨이퍼 품질을 표시한 것으로써, 최대두께편차(TTV)는 한 장의 웨이퍼에서 가장 두꺼운 부분과 가장 얇은 부분의 두께 편차를 나타낸 것이다.

종래 기술에 따른 절삭유 공급노즐이 적용된 와이어 쏘우 장치에 의해 웨이퍼들을 생산하는 경우, 잉곳 블록의 절단 부위 전체에 걸쳐 균일하게 절삭유가 공급되기 어렵기 때문에 한 장의 웨이퍼에서 평균 최대두께편차(TTV)가 20㎛를 초과함으로써, 웨이퍼 품질을 보증하기 어렵다.

반면, 본 발명에 따른 절삭유 공급노즐이 적용된 와이어 쏘우 장치에 의해 웨이퍼들을 생산하는 경우, 잉곳 블록의 절단 부위 전체에 걸쳐 균일하게 절삭유가 공급되기 때문에 한 장의 웨이퍼에서 평균 최대두께편차(TTV)가 20㎛를 미만으로써, 웨이퍼 품질을 보증할 수 있다.

보통, 최대두께편차(TTV)가 30㎛ 이상인 경우, 불량 제품으로 판별된다. 그런데, 종래 기술에 따라 생산된 웨이퍼들의 최대두께편차(TTV)가 30㎛ 미만인 경우, 전체 웨이퍼들 중 68%에 불과한 반면, 본 발명에 따라 생산된 웨이퍼들의 최대두께편차(TTV)가 30㎛ 미만인 경우, 전체 웨이퍼들 중 99% 이상으로 나타나며, 웨이퍼 품질이 30% 이상 개선된 것을 알 수 있다.

본 발명은 잉곳 블록 양측면 절단 부위가 길거나, 절삭유가 유동되면서 공급되더라도 조절판 및 분배판을 추가함으로써, 잉곳 블록 양측면의 절단 부위 전체에 걸쳐 절삭유를 균일하게 공급되도록 하여 균일한 냉각 및 윤활 작용을 제공하며, 이를 통하여 균일한 두께의 웨이퍼를 생산할 수 있으며, 나아가 웨이퍼의 품질을 개신시킬 수 있다.

Claims

잉곳 블록의 상단을 고정시키고, 상하 방향으로 이동하는 작업판;
상기 작업판의 하부 양측에 위치한 한 쌍의 와이어 가이드;
상기 와이어 가이드들을 따라 회전하며, 상기 작업판의 이동에 따라 잉곳 블록의 하단을 잘라주는 와이어;
상기 와이어에 의해 절단되는 잉곳 블록의 양측 절단 부위로 절삭유를 공급하는 절삭유 공급노즐; 및
상기 절삭유 공급노즐에 구비되고, 잉곳 블록의 양측 절단 부위에 균일하게 절삭유를 분배하는 압력조절수단;을 포함하는 와이어 쏘우 장치.
제1항에 있어서,
상기 와이어는 절삭용 고정입자가 와이어에 고정되고,
상기 절삭유 공급노즐은 오일만 공급하는 와이어 쏘우 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 절삭유 공급노즐은,
절삭유가 유입되는 적어도 하나 이상의 공급로와,
상기 공급로의 출구로부터 잉곳 블록의 양측 절단 부위로 절삭유를 안내하는 가이드판을 포함하고,
상기 압력조절수단은,
상기 공급로의 출구 크기를 조절하는 조절판을 포함하는 와이어 쏘우 장치.
제3항에 있어서,
상기 압력조절수단은,
상기 공급로 내부를 가로지르도록 구비되고 절삭유가 관통되는 복수개의 구멍이 구비된 분배판을 더 포함하는 와이어 쏘우 장치.
절삭유가 공급되는 적어도 하나 이상의 공급로;
상기 공급로로부터 분사되는 절삭유를 잉곳 블록의 절단 부위로 안내하는 가이드판; 및
상기 공급로 또는 가이드판에 구비되고, 절삭유를 균일한 압력으로 토출시키는 압력분배수단;을 포함하는 절삭유 공급노즐.
제5항에 있어서,
상기 압력분배수단은,
상기 공급로의 출구 크기를 조절하는 조절판을 포함하는 절삭유 공급노즐.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 압력분배수단은,
상기 공급로 내부를 가로지르도록 구비되고 절삭유가 관통되는 복수개의 구멍이 구비된 분배판을 더 포함하는 절삭유 공급노즐.