KR20140090906A - 와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법 - Google Patents

와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼의 휨 및 두께 편차의 품질을 개선할 수 있는 와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법이 개시된다.
실시예에 따른 와이어 쏘 장치는 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛; 상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러; 및 이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어;를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 롤러는 제1 단부 및 상기 제1 단부의 반대쪽에 위치하는 제2 단부를 각각 포함하고, 상기 연마입자-전착 와이어는 상기 제1 단부의 방향에서 공급되어 상기 제2 단부의 방향으로 회수되며, 공급되는 연마입자-전착 와이어와 처음 접하는 부분으로서, 상기 제1 단부와 인접한 상기 잉곳의 일면에, 드레싱 부재가 배치된다.
실시예에 따른 잉곳 슬라이싱 방법은 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛, 상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러, 및 이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어를 포함하는 와이어 쏘 장치에 있어서, 상기 롤러를 향해 연마입자-전착 와이어를 공급하는 단계; 연마입자-전착 와이어가 잉곳과 접촉하기 전에 드레싱 부재를 이용하여 연마입자-전착 와이어를 드레싱하는 단계; 및 드레싱된 연마입자-전착 와이어를 사용하여 상기 잉곳을 절단하는 단계;를 포함한다.

Description

와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법{WIRE SAW AND METHOD FOR SLICING INGOT USING THE SAME}
본 발명은 와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법에 관한 것으로, 특히 새로운 와이어가 공급되는 부분에서 절단된 웨이퍼의 휨 및 두께 편차의 품질을 개선할 수 있는 와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법에 관한 것이다.
사파이어는 경도가 매우 높고 화학적으로 안정성이 우수한 소재로서, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)용 웨이퍼 등으로 널리 사용된다.
사파이어 웨이퍼를 제작하기 위한 단결정 사파이어 불(Sapphire Boule)은 초크랄스키법(Czochralski Method), 키로풀러스법(Kyropoulos Method), EFG법(Edge-defined Film-fed Growth Method), 수직수평온도구배법(VHGF) 등의 다양한 방법으로 성장될 수 있다. 이렇게 성장된 사파이어 불은 코어링(Coring) 공정을 통해 단결정 사파이어 잉곳으로 제조되고, 단결정 사파이어 잉곳은 슬라이싱(Slicing), 래핑(Lapping), 에칭(Etching), 폴리싱(Polishing) 등의 공정을 거쳐 사파이어 웨이퍼로 제작된다.
슬라이싱 공정에서 사파이어 잉곳은 다이아몬드와 같은 연마입자가 전착된 와이어를 사용하여 절단된다. 다이아몬드-전착 와이어는 와이어 소선에 다이아몬드 입자를 전착시키기 위하여 니켈층을 도포하는데, 이러한 니켈층에 의하여 다이아몬드-전착 와이어의 표면이 거칠어지면서 웨이퍼의 면이 예리하게 절단되지 못하고 웨이퍼의 휨(bow)이나 두께에서 편차가 크게 발생된다.
도 1은 다이아몬드-전착 와이어가 적용된 종래의 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼의 휨을 나타낸 그래프이고, 도 2는 다이아몬드-전착 와이어가 적용된 종래의 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼 두께의 편차를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 특히 다이아몬드-전착 와이어가 처음 공급되는 사파이어 잉곳의 후방에서 웨이퍼의 휨과 두께 편차가 현저히 발생하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 사파이어 잉곳 내에서 웨이퍼의 휨 현상과 두께의 편차를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 새로운 와이어가 공급되는 부분에서 절단된 웨이퍼의 휨 및 두께 편차의 품질을 개선할 수 있는 와이어 쏘 장치 및 이를 이용한 잉곳 슬라이싱 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 와이어 쏘 장치는 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛; 상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러; 및 이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어;를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 롤러는 제1 단부 및 상기 제1 단부의 반대쪽에 위치하는 제2 단부를 각각 포함하고, 상기 연마입자-전착 와이어는 상기 제1 단부의 방향에서 공급되어 상기 제2 단부의 방향으로 회수되며, 공급되는 연마입자-전착 와이어와 처음 접하는 부분으로서, 상기 제1 단부와 인접한 상기 잉곳의 일면에, 드레싱 부재가 배치된다.
상기 드레싱 부재는 모스 경도를 기준으로 4 초과 내지 10 미만의 경도(hardness)를 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 드레싱 부재는 상기 적어도 두 개의 롤러 사이에 배치되는 연마입자-전착 와이어의 길이 방향과 나란한 x-축에 대하여, 상기 x-축과 수직인 z-축에 나란한 길이 방향을 가질 수 있다.
실시예에 따른 잉곳 슬라이싱 방법은 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛, 상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러, 및 이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어를 포함하는 와이어 쏘 장치에 있어서, 상기 롤러를 향해 연마입자-전착 와이어를 공급하는 단계; 연마입자-전착 와이어가 잉곳과 접촉하기 전에 드레싱 부재를 이용하여 연마입자-전착 와이어를 드레싱하는 단계; 및 드레싱된 연마입자-전착 와이어를 사용하여 상기 잉곳을 절단하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 새로운 와이어가 공급되는 부분에서 절단된 웨이퍼의 휨 및 두께 편차의 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 다이아몬드-전착 와이어가 적용된 종래의 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼의 휨을 나타낸 그래프.
도 2는 다이아몬드-전착 와이어가 적용된 종래의 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼 두께의 편차를 나타낸 그래프.
도 3은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 간략히 나타낸 사시도.
도 4a는 드레싱 부재가 배치된 잉곳의 단면도.
도 4b는 드레싱 부재가 배치된 잉곳의 사시도.
도 5는 드레싱 부재의 역할을 설명하기 위한 도면.
도 6은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼의 휨을 나타낸 그래프.
도 7은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼 두께의 편차를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위 아래에서 상술한 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 3은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 간략히 나타낸 사시도이다. 와이어 쏘 장치는 슬라이싱 공정에서 잉곳을 절단하는데 사용되는 장치이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 와이어 쏘 장치(100)는 잉곳 마운팅 유닛(110), 롤러(120), 연마입자-전착 와이어(122)를 포함한다.
잉곳 마운팅 유닛(110)은 슬라이싱 공정에서 잉곳(I)을 부착하여 지지한다. 잉곳 마운팅 유닛(110)은 유압에 의해 작동되는 클램핑 유닛(미도시)에 잉곳(I)을 안정되게 장착하고, 절단된 웨이퍼들이 하방으로 추락하는 것을 방지할 수 있다.
에폭시와 같은 유기물 본드를 이용하여 빔(114)의 일면을 잉곳 마운팅 유닛(110)에 부착하고, 또 다른 유기물 본드를 이용하여 잉곳(I)을 상기 빔(114)의 다른 일면에 부착한다. 위의 유기물 본드를 경화시키면 잉곳 마운팅 유닛(110), 빔(114) 및 잉곳(I)이 서로 부착된다.
이렇게 잉곳(I)이 고정된 잉곳 마운팅 유닛(110)을 와이어 쏘 장치(100)에 로딩하여 잉곳(I)을 절단함으로써 슬라이싱 공정이 진행된다.
잉곳(I)의 하부에 적어도 두 개의 롤러(120)가 소정 간격 이격되어 배치된다. 상기 롤러(120) 사이를 연결하면서 롤러(120)의 외주면에 연마입자-전착 와이어(122)가 권취된다. 연마입자-전착 와이어(122)는 롤러(120)의 길이 방향과 나란한 y-축에 수직한 x-축을 따라 권취되어 있다. 즉, x-축과 나란하도록 연마입자-전착 와이어(122)의 길이 방향이 배치되고, 인접한 연마입자-전착 와이어(122) 간에는 y-축을 따라 이격되어 배열된다.
연마입자-전착 와이어(122)는 와이어 소선에 다이아몬드 등의 연마입자가 전착되어 있는 와이어로서, 연마입자가 부도체이기 때문에 연마 입자 상에 니켈층을 도포한 후 와이어 소선에 전기 도금함으로써 만들어질 수 있다.
롤러(120)가 회전하면 롤러(120)에 권취된 연마입자-전착 와이어(122)가 함께 회전하고, 잉곳(I)이 연마입자-전착 와이어(122)를 향해 하강하면서 잉곳(I)의 절단이 이루어진다. 연마입자-전착 와이어(122)가 롤러(120)에 권취된 간격에 의해 슬라이싱되는 웨이퍼의 개수 및 두께가 정해질 수 있다.
롤러(120)는 제1 단부(120a) 및 상기 제1 단부(120a)의 반대쪽에 위치하는 제2 단부(120b)를 각각 포함한다. 연마입자-전착 와이어(122)는 롤러(120)의 제1 단부(120a)의 방향에서 공급되어 롤러(120)의 제2 단부(120b)의 방향으로 회수된다. 예를 들어, 두 개의 롤러(120) 중 어느 하나의 롤러(120)의 제1 단부(120a)의 방향에서 연마입자-전착 와이어(122)가 공급되어 잉곳(I)을 절단한 후 다른 하나의 롤러(120)의 제2 단부(120b)의 방향에서 회수될 수 있다. 공급되는 연마입자-전착 와이어(122)를 새로운 와이어(New Wire), 잉곳(I)의 절단 후 회수되는 연마입자-전착 와이어(122)를 사용된 와이어(Used Wire)라 칭할 수도 있다.
롤러(120)의 제1 단부(120a)와 인접한 잉곳(I)의 일면에 드레싱 부재(130)가 배치된다. 드레싱 부재(130)가 배치된 상기 잉곳(I)의 일면은, 잉곳(I) 중에서, 공급되는 연마입자-전착 와이어(122)와 처음 접하는 부분이다.
도 4a는 드레싱 부재가 배치된 잉곳의 단면도이고 도 4b는 드레싱 부재가 배치된 잉곳의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 다시 설명하면, 공급되는 연마입자-전착 와이어(122)와 처음 접하는 부분인 잉곳(I)의 제1면(Ia)에 드레싱 부재(130)가 배치된다. 잉곳(I)의 제1면(Ia)은 롤러(120)의 제1 단부(120a)와 인접한 부분이며, 상기 제1면(Ia)의 반대쪽인 제2면(Ib)은 롤러(120)의 제2 단부(120b)와 인접한 부분이다.
실시예에 따르면, 새로운 와이어(New Wire)가 잉곳(I)의 절단을 개시하기 전에 드레싱 부재(130)를 먼저 거치게 함으로써 절단된 웨이퍼의 품질을 개선할 수 있다. 즉, 연마입자-전착 와이어(122)는 와이어 소선에 연마입자를 전착하기 위하여 사용된 니켈층을 포함하고 있는데 이러한 니켈층에 의하여 연마입자-전착 와이어의 표면이 거칠어지면서, 특히 절단 개시 시점인 잉곳(I)의 제1면(Ia) 부근에서 웨이퍼의 휨(bow)이나 두께의 편차가 크게 발생하는 문제점이 존재한다. 실시예에 따르면, 새로운 와이어(New Wire)가 드레싱 부재(130)를 먼저 거치면서 니켈층을 제거(드레싱)한 후 잉곳(I)의 절단이 이루어지도록 함으로써 절단된 웨이퍼의 휨이나 두께 편차를 줄일 수 있다.
드레싱 부재(130)는 니켈층을 효과적으로 드레싱할 수 있도록 니켈보다는 경도가 크고 연마입자보다는 경도가 작은 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 일 예로서, 드레싱 부재(130)는 모스 경도(Mohs Hardness)를 기준으로 4 초과 내지 10 미만의 경도를 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 드레싱 부재(130)의 경도가 4 이하이면 니켈층을 효과적으로 제거할 수 없고, 10 이상이면 드레싱에 의해 연마입자까지 제거되어 잉곳(I)의 절단이 잘 이루어지지 않을 수 있다. 드레싱 부재(130)는 니켈의 경도보다는 연마입자의 경도에 가까운 재질로 이루어질 수 있다.
드레싱 부재(130)는 연마입자-전착 와이어(122)의 길이 방향과 나란한 x-축, 및 롤러(120) 또는 잉곳(I)의 길이 방향과 나란한 y-축 각각에 대하여 수직인 z-축에 나란한 길이 방향을 가질 수 있다. 즉, 잉곳(I)이 와이어 쏘 장치(100)에 고정되었을 때, 드레싱 부재(130)는 상하 방향의 길이 방향을 가질 수 있다.
도 5는 드레싱 부재의 역할을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 5를 참조하여 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 사용한 잉곳 슬라이싱 방법을 설명한다.
먼저, 잉곳 마운팅 장치(110)에 잉곳(I)을 부착한 후 와이어 쏘 장치(100)에 로딩한다. 잉곳(I)의 하부에는 소정 간격 이격된 적어도 두 개의 롤러(120)가 배치된다.
롤러(120)의 제1 단부(120a)의 방향으로 연마입자-전착 와이어(122)가 공급된다. 잉곳(I)을 절단하기 전이므로 상기 연마입자-전착 와이어(122)는 새로운 와이어(New Wire)이다.
잉곳(I)이 하강하고, 상기 새로운 와이어는 잉곳(I)의 제1면(Ia)에 배치된 드레싱 부재(130)를 먼저 거치면서 드레싱이 이루어진다. 드레싱된 연마입자-전착 와이어(122)는 롤러(120)가 회전함에 따라 잉곳(I)의 제2면(Ib)의 방향을 향해 이동하면서 잉곳(I)을 절단한다. 드레싱 부재(130)에 의해 니켈층의 드레싱이 이루어지면서 잉곳(I)의 절단 개시 부분에서도 휨이나 두께 편차가 크지 않은 웨이퍼들을 제작할 수 있다.
잉곳(I)의 슬라이싱 공정 동안 롤러(120)의 제1 단부(120a)의 방향에서는 계속 새로운 와이어가 공급되고 롤러(120)의 제2 단부(120b)의 방향에서는 잉곳(I)의 절단에 사용된 와이어의 회수가 이루어진다. 새로운 와이어는 잉곳(I)의 절단 전 반드시 드레싱 부재(130)를 거치게 되므로, 드레싱되지 않은 상태에서 잉곳(I)과 접촉하지 않는다.
일단 롤러(120) 상으로 공급된 연마입자-전착 와이어(122)는 드레싱 부재(130)를 거친 후 잉곳(I)과 접하며, 드레싱 후 일단 잉곳(I)과 접한 연마입자-전착 와이어(122)는 롤러(120) 상에서 드레싱 부재(130)와 다시 접하지 않는다.
도 6은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼의 휨을 나타낸 그래프이고, 도 7은 실시예에 따른 와이어 쏘 장치를 사용하여 사파이어 잉곳을 절단하였을 때 웨이퍼 두께의 편차를 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상술한 도 1 및 도 2와 비교하여 연마입자-전착 와이어가 처음 공급되는 사파이어 잉곳의 후방에서 웨이퍼 휨과 두께 편차가 약 10~20% 정도 감소한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 와이어 쏘 장치 110: 잉곳 마운팅 유닛
120: 롤러 130: 드레싱 부재

Claims (6)

  1. 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛;
    상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러; 및
    이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어;를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 롤러는 제1 단부 및 상기 제1 단부의 반대쪽에 위치하는 제2 단부를 각각 포함하고, 상기 연마입자-전착 와이어는 상기 제1 단부의 방향에서 공급되어 상기 제2 단부의 방향으로 회수되며,
    공급되는 연마입자-전착 와이어와 처음 접하는 부분으로서, 상기 제1 단부와 인접한 상기 잉곳의 일면에, 드레싱 부재가 배치되는 와이어 쏘 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레싱 부재는 모스 경도를 기준으로 4 초과 내지 10 미만의 경도(hardness)를 갖는 재질로 이루어진 와이어 쏘 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레싱 부재는 상기 적어도 두 개의 롤러 사이에 배치되는 연마입자-전착 와이어의 길이 방향과 나란한 x-축에 대하여, 상기 x-축과 수직인 z-축에 나란한 길이 방향을 갖는 와이어 쏘 장치.
  4. 잉곳을 부착하여 지지하는 잉곳 마운팅 유닛, 상기 잉곳의 하부에 소정 간격 이격되어 배치되는 적어도 두 개의 롤러, 및 이격된 상기 롤러에 권취되는 연마입자-전착 와이어를 포함하는 와이어 쏘 장치에 있어서,
    상기 롤러를 향해 연마입자-전착 와이어를 공급하는 단계;
    연마입자-전착 와이어가 잉곳과 접촉하기 전에 드레싱 부재를 이용하여 연마입자-전착 와이어를 드레싱하는 단계; 및
    드레싱된 연마입자-전착 와이어를 사용하여 상기 잉곳을 절단하는 단계;를 포함하는 잉곳 슬라이싱 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 드레싱 부재는 모스 경도를 기준으로 4 초과 내지 10 미만의 경도(hardness)를 갖는 재질로 이루어진 잉곳 슬라이싱 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 연마입자-전착 와이어는 상기 잉곳과 접촉한 후에는 상기 드레싱 부재와 접하지 않는 잉곳 슬라이싱 방법.
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