KR101162684B1 - 웨이퍼 분리장치 - Google Patents

Abstract

적층된 복수의 웨이퍼의 분리 효율을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 분리장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 웨이퍼 분리장치는, 적층된 복수의 웨이퍼를 수용하는 용기 및 상기 적층된 복수의 웨이퍼의 최상단에 유체의 흐름을 형성시킴으로써, 상기 적층된 웨이퍼 중 최상단 웨이퍼의 상하부 간 압력 차이에 의해 낱장 분리시켜 이송하는 이송부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 웨이퍼 표면을 물리적으로 간섭하지 않고 압력 강하에 의해 웨이퍼를 분리시킬 수 있어, 분리되는 웨이퍼의 표면 손상을 억제시킬 수 있게 된다.

웨이퍼, 분리, 기류, 압력, 베르누이.

Description

웨이퍼 분리장치{A WAFER SEPARATION APPARATUS}

본 발명은 웨이퍼 분리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적층된 복수의 웨이퍼 최상단에 유체흐름에 의한 압력 강하를 발생시켜 적층된 웨이퍼를 낱장으로 분리시키는 웨이퍼 분리장치에 관한 것이다.

태양광을 이용하여 전력을 발생시키는 태양전지 제조용 재료 또는, 반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼는 단결정 실리콘 박판을 지칭한다. 이러한 웨이퍼 제조 공정은 성장된 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 자르는 절단공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 그리고, 완료된 웨이퍼를 세정하는 세정공정(cleaning)으로 이루어진다.

상기 절단공정은 불필요한 부분은 제거되고 원통 형태로 형성된 잉곳을 순수에 침지된 상태로 피아노 와이어 또는 고장력 와이어와 같은 와이어 소(wire saw)를 이용하여 낱장 웨이퍼로 슬라이싱한다.

한편, 상기 잉곳 상태에서 낱장으로 분리된 복수매의 웨이퍼들은 상호 적층된 상태이다. 이에 따라, 상기 적층된 복수의 웨이퍼들은 낱장으로 분리시켜 다음 공정 진행을 위해 이송시켜야 한다. 이러한 적층된 웨이퍼의 낱장 분리를 위해, 상기 적층된 복수의 웨이퍼들은 진공을 이용한 흡착력 또는, 프레스(Press)와 롤러(Roller)와 같은 가압력에 의해 낱장 분리된다.

그런데, 상기와 같은 흡착력 또는 가압력을 이용한 웨이퍼 분리방식의 경우, 물리적인 힘이 상기 웨이퍼에 가해짐에 따라, 상기 웨이퍼의 표면 손상이 야기된다. 이러한 웨이퍼의 표면 손상은 제조되는 태양전지 또는 반도체 소자의 품질 저하를 유발하므로, 이를 개선하기 위한 방안이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 적층된 복수의 웨이퍼를 손상 없이 낱장 분리시킬 수 있는 웨이퍼 스플리터의 분리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 웨이퍼 분리장치는, 적층된 복수의 웨이퍼를 수용하는 용기 및 상기 적층된 복수의 웨이퍼의 최상단에 유체의 흐름을 형성시킴으로써, 상기 적층된 웨이퍼 중 최상단 웨이퍼의 상하부 간 압력 차이에 의해 낱장 분리시켜 이송하는 이송부를 포함한다.

본 웨이퍼 분리장치는 상기 용기의 내벽에 구비되어, 상기 적층된 복수의 웨이퍼 사이로 기체 혹은 액체를 분사하여 상기 웨이퍼를 낱장으로 분리시키는 분리부를 더 포함하는 것이 좋으며, 상기 분리부는 최상단 중에서 유체 흐름이 가장 늦게 도착하는 쪽에 위치한 최상단 분리부를 포함하며, 상기 최상단 분리부는 분사되는 각도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분사부는 노즐이며, 복수개 구비될 수 있다.

상기 이송부는, 상기 적층된 웨이퍼의 최상단의 일측으로 유체를 분사하는 분사체 및 상기 분사체로 유체를 공급하는 유체 공급원을 포함한다. 상기 분사체에는 상기 웨이퍼의 일측을 따라 형성되는 적어도 하나의 슬릿(Slit) 형상을 가지는 분사구가 마련된 것이 좋으며, 상기 유체는 버블(bubble)을 포함한 유체를 공급 하는 것이 바람직하다.

상기 웨이퍼는 승하강 가능하여, 상기 적층된 웨이퍼의 최상단은 상기 용기의 내부에서 일정한 높이에 위치시킬 수 있다.

본 발명의 변형 실시예로, 상기 최상단 웨이퍼의 일측을 간섭하여 상기 최상단 웨이퍼의 반전을 방지하는 반전 방지판을 더 포함할 수 있다. 상기 반전 방지판은 상기 유체의 흐름 방향에 대해 전방측에 위치한 것이 바람직하며, 상기 반전 방지판은 상기 용기의 일측으로부터 연장되어 수평하게 돌출 형성된 것이 좋다.

본 발명의 또 다른 변형 실시예에 따르면, 상기 최상단 웨이퍼 위에서 상기 유체의 속력이 증가되도록, 상기 유체의 진행 방향을 따라 상기 유체가 통과하는 내부 면적이 감소되는 유속증가 가이드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 절단되어 다층으로 적층된 상태인 웨이퍼의 최상단에 유체의 흐름을 발생시켜 압력 강하에 의해 웨이퍼를 낱장 분리시킴에 따라, 물리적인 가압력이 웨이퍼에 가해지지 않게 된다. 그로 인해, 웨이퍼의 표면 손상 발생을 억제시킬 수 있어, 웨이퍼 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

둘째, 적층된 웨이퍼의 최상단으로 유체를 분사하는 간단한 방식을 통해 웨이퍼의 분리함에 따라, 경제성과 함께 공간 활용도 또한 향상시킬 수 있게 된다.

셋째, 웨이퍼의 최상단에 버블을 포함한 유체를 분사함에 따라, 적은 유체의 양으로도 높은 압력을 구현할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있게 된다.

넷째, 유체를 배출되는 분리부를 구비함에 따라, 압력 강하에 의해 들어 올려지는 최상단의 웨이퍼와 하부 웨이퍼 사이의 분리력을 보조할 수 있게 된다.

다섯째, 이송중 웨이퍼의 반전을 방지할 수 있는 수단이 구비된다.

여섯째, 최상단 웨이퍼 위에 유속을 증가시킬 수 있는 수단이 구비된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 의한 웨이퍼 분리장치(1)는, 분리부(10) 및 이송부(20)를 포함한다.

참고로, 본 실시예에서는, 상기 웨이퍼 분리장치(1)에 의해 분리되는 웨이퍼(W)가 태양전지를 형성하기 위한 실리콘 웨이퍼로 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않으며 반도체 기판을 형성하기 위한 웨이퍼일 수도 있음은 당연하다. 아울러, 상기 웨이퍼(W)는 대략 사각 플레이트일 수 있으나 원형으로 형성되는 변형도 가능하다. 또한, 상기 웨이퍼(W)가 침지되는 유체(F)는 상기 웨이퍼(W)가 건조됨을 방지하기 위한, 순수를 포함한 물(Aqua)인 것으로 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

웨이퍼(W)는 복수매가 용기(C) 안에 적층되어 있으며, 용기(C)는 유체(F)가 차 있을 수 있다. 따라서 웨이퍼(W)는 유체(F) 안에 담겨 있다고 할 수 있다. 용기(C)의 내벽에는 복수개의 분리부(10)가 구비될 수 있는데, 이때 분리부(10)는 노즐일 수 있다. 즉, 유체를 적층되어 있는 웨이퍼(W) 사이에 공기 혹은 유체를 분사하여, 웨이퍼(W)를 낱장으로 분리되도록 할 수 있다.

이때, 최상단 중에서 유체 흐름이 가장 늦게 도착하는 쪽에 위치한 최상단 분리부(11)는 각도를 조정할 수 있도록 형성할 수 있다. 최상단 분리부(11)는 각도를 조절하여, 분리되어 이송되는 웨이퍼의 경사 각도를 조절하고, 유체(F)에 의하여 쉽게 분리되도록 구성하는 것이 좋다. 본 실시예는 높이 방향으로 층층이 배열된 분리부(10)를 예시하였지만, 최상단 분리부(11)를 포함하여 한쌍이 한 층으로 구성될 수도 있음은 물론이다.

미도시하였지만, 적층된 웨이퍼(W)는 그 하부에 구동원을 설치하여 승하강 하도록 구성할 수 있으며, 이러한 구동원으로 인하여 적층된 웨이퍼(W)의 최상단은 상기 용기(C)의 내부에서 일정한 높이에 위치할 수 있게 된다. 이러한 모습을 도 2에 도시하였다. 모터(12)에 의하여 승강부(13)가 올라가면서 웨이퍼(W)를 일정 높이에 위치할 수 있게 된다.

다른 실시예로 웨이퍼(W)를 수용하는 용기(C) 전체가 승하강하도록 구성할 수도 있다. 이때, 용기(C)는 유체(F)의 흐름을 허용하도록 홀이 구비될 수 있다.

상기 이송부(20)는 상기 적층된 복수의 웨이퍼(W)의 최상단에 국부적인 유체(F)의 흐름을 형성시켜 압력 차이를 발생시킴으로써, 상기 적층된 복수의 웨이퍼(W)를 낱장으로 분리시킨다. 구체적으로, 상기 이송부(20)는 베르누이(Bernoulli)의 원리를 이용하여, 상기 적층된 웨이퍼(W)의 최상단 일측과 타측 사이에 압력 강하를 유발함으로써, 압력 차이로 상기 적층된 웨이퍼(W)를 낱장으로 분리시킴과 아울러, 용기(C)의 외부로 배출시킨다. 이러한 이송부(20)는 분사체(21)와 유체 공급원(23)을 포함한다.

즉, 다시 말하면, 본 발명의 이송부는 유체(F)의 흐름을 이용한 최상단 웨이퍼 양측의 압력차에 따른 분리 및 이송을 수행하며, 유체(F)의 흐름을 이용한 마찰력에 의하여 웨이퍼(W)를 끌고 가는 방식이 아니다.

상기 분사체(21)는 상기 적층된 복수의 웨이퍼(W)의 최상단의 일측으로 유체(F)를 분사한다. 여기서, 상기 분사체(21)는 상기 웨이퍼(W) 최상단의 일측으로 진입된 단부에 분사방향에 대해 수직하는 방향으로 소정 길이를 가지고 형성되는 적어도 하나의 분사구(22)를 구비한다. 즉, 상기 분사구(22)는 가늘고 긴 슬릿(Slit)을 포함하는 것이다.

이러한 분사체(21)는 상기 최상단에 위치하는 웨이퍼(W)의 일측 측면을 일정 영역 감싸도록 형성될 수도 있다. 이때, 도 1에서는 상기 분사구(22)가 단일개로 도시되었으나, 일정 간격 이격되어 복수개 형성될 수도 있음은 당연하다.

상기 유체 공급원(23)은 상기 분사체(21)로 유체를 공급한다. 여기서, 상기 유체 공급원(23)은 상기 용기(C)에 수용된 유체(F)와 동일한 유체를 분사체(21)로 공급할 수 있다. 다른 변형예로는, 상기 유체 공급원(23)은 상기 유체(F)와 함께 공기(Air)를 함께 공급함으로써, 버블(Bubble)을 포함한 유체 즉, 이류체를 상기 분사체(21)로 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 버블을 포함한 유체(F)가 상기 웨이퍼(W)의 최상단 일측에 분사됨에 따라, 적은양의 유체(F)가 분사되어도 큰 압력 차이를 형성시킬 수 있다.

이러한 유체 공급원(23)은 자세히 도시되지 않았으나, 상기 유체(F)가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 유체(F)를 펌핑하기 위한 펌프를 포함하여 구성 될 수 있다. 상기 저장탱크(미도시)와 펌프(미도시)의 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

이상과 같은 분사체(21)의 구성에 의해, 상기 적층된 웨이퍼(W)의 최상단 웨이퍼를 기준으로, 상기 분사체(21)가 유체(F)를 분사하는 일측의 압력이 타측의 압력보다 상대적으로 높게 된다. 그로 인해, 상기 웨이퍼(W)는 유체 흐름에 의한 압력 강하에 의해 타측이 들어 올려진다. 이때, 분리부(10)가 웨이퍼(W)를 낱장으로 분리시킴과, 최상단 분리부(11)가 유류에 의하여 쉽게 분리될 수 있도록 각도가 조정될 수 있음은 전술한 바와 같다. 그러면, 상기 타측이 들어 올려진 웨이퍼(W)는 상기 분사체(21)가 유체(F)를 분사하는 방향으로, 유체(W)의 흐름을 따라 낱장으로 분리된다.

보다 자세한 설명을 위하여, 도 3 내지 도 4을 제시한다.

우선, 도 1의 도시와 같이, 상기 분사체(21)가 적층된 복수의 웨이퍼(W)의 최상단으로 유체(F)를 분사한다. 이때, 상기 분사체(21)에 의해 분사된 유체에 의해 상기 웨이퍼(W) 최상단에는 국부적인 유체 흐름이 형성됨으로써, 웨이퍼(W)의 최상단 일측과 타측 사이에 압력 강하가 발생된다. 그로 인해, 도 3의 도시와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 일측에 비해 상대적으로 압력이 낮은 웨이퍼(W)의 타측이 하부에 적층된 웨이퍼(W)로부터 분리되어 상방향으로 들어 올려진다. 그 후, 상기 분사체(21)에서 분사되는 지속적인 유체(W)의 흐름에 의해 상기 들어 올려진 웨이퍼(W)는 유체(F)의 흐름을 따라 이송되게 된다.

한편, 상기와 같은 유체(F)의 흐름에 의해 발생된 압력 강하로 웨이퍼(W)가 낱장 분리될 때, 상기 웨이퍼(W)의 타측에서 발생되는 분리력을 보조하기 위해, 도 3의 도시와 같이, 공기 혹은 액체를 유체(F)를 분사하는 분리부(10) 및 각도가 조절되어 쉽게 분리시킬 수 있는 최상단 분리부(11)가 구비된다. 이러한 모습을 도 4에 도시하였다. 이때, 상기 분리노즐(30) 또한, 상기 용기(C)에 수용된 유체(F)와 동일한 유체를 분사할 수도 있고, 다른 유체일 수도 있으며, 물리적인 성상이 서로 다를 수도 있다(예를 들어, 액체와 기체).

한편, 도 5를 참고하면, 본 발명의 변형 실시예가 도시된다. 도 5의 도시와 같이, 최상단에 위치하는 웨이퍼(W)의 일측을 간섭하는 반전 방지판(32)을 포함한다.

상기 반전 방지판(32)은 상기 웨이퍼(W)가 분리되려는 힘에 의해 상기 웨이퍼(W)가 반전됨 즉, 뒤집어짐을 방지하기 위해, 상기 최상단에 위치하는 웨이퍼(W)의 일측을 간섭한다. 이를 위해, 상기 반전 방지판(32)은 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 최상단 일측과 상기 분사체(21)의 사이에 위치하도록, 용기(C)의 일측으로부터 연장되어 수평하게 돌출된다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 또 다른 변형 실시예가 도시된다. 분사체(21)와 웨이퍼(W)의 상단 사이에, 유체(F)의 유속을 증가시키기 위한 유속증가 가이드(42)가 구비될 수 있다. 유속증가 가이드(42)는 유속의 방향에 따라 유체(F)가 지나가는 내부 면적이 감소되어, 유속이 증가되는 구조로 형성된다. 즉, 본 발명의 작동원리인 베르누이의 원리를 이용한 압력차이를 극대화하기 위하여, 적층된 최상단 웨이퍼(W)의 상단 유속을 유속증가 가이드(42)에 의해 증가시켜 웨 이퍼(W)의 상하측 압력차를 극대화한다. 즉, 이러한 압력 차이로 인하여 최상단 웨이퍼를 적층된 웨이퍼로부터 보다 용이하게 분리시킬 수 있는 것이다. 상기 유속증가 가이드는 판 형상일 수 있다. 또는 깔대기와 같은 구조를 구비하여 상기 유체(F)를 압축시켜 분사함으로써, 분사 압력을 높일 수 있도록 구성되는 변형도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 웨이퍼 분리장치를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 실시예에서 웨이퍼가 승하강할 수 있도록 구성된 사시도,

도 2는 최상단 웨이퍼의 분리 모습을 도시한 단면도,

도 3은 최상단 분리부의 각도가 변화하는 모습을 도시한 확대 단면도,

도 4는 본 발명의 변형실시예로서, 반전방지판을 도시한 단면도, 그리고,

도 5는 본 발명의 또 다른 변형실시예로서, 유속증가 가이드를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 웨이퍼 분리장치 10: 분리부

11: 최상단 분리부 20: 이송부

21: 분사체 23: 유체공급원

Claims (12)

1. 적층된 복수의 웨이퍼를 수용하는 용기;

   상기 적층된 복수의 웨이퍼의 최상단에 유체의 흐름을 형성시킴으로써, 상기 적층된 웨이퍼 중 최상단 웨이퍼의 상하부 간 압력 차이에 의해 상기 적층된 복수의 웨이퍼를 낱장 분리시켜 이송하는 이송부; 및

   상기 최상단 웨이퍼 위에서 상기 유체의 속력이 증가되도록, 상기 유체의 진행 방향을 따라 상기 유체가 통과하는 내부 면적이 감소되는 유속증가 가이드;

   를 포함하는 웨이퍼 분리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용기의 내벽에 구비되어, 상기 적층된 복수의 웨이퍼 사이로 기체 혹은 액체를 분사하여 상기 웨이퍼를 낱장으로 분리시키는 분리부를 더 포함하는 웨이퍼 분리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 분리부는 최상단 중에서 유체 흐름이 가장 늦게 도착하는 쪽에 위치한 최상단 분리부를 포함하며, 상기 최상단 분리부는 분사되는 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 분리부는 노즐이며, 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 이송부는,

   상기 적층된 웨이퍼의 최상단의 일측으로 유체를 분사하는 분사체; 및

   상기 분사체로 유체를 공급하는 유체 공급원;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 분사체에는 상기 웨이퍼의 일측을 따라 형성되는 적어도 하나의 슬릿(Slit) 형상을 가지는 분사구가 마련된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 유체는 버블(bubble)을 포함한 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼는 승하강 가능하여, 상기 적층된 웨이퍼의 최상단은 상기 용기의 내부에서 일정한 높이에 위치시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 최상단 웨이퍼의 일측을 간섭하여 상기 최상단 웨이퍼의 반전을 방지하는 반전 방지판을 더 포함하는 웨이퍼 분리장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 반전 방지판은 상기 유체의 흐름 방향에 대해 전방측에 위치한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 반전 방지판은 상기 용기의 일측으로부터 연장되어 수평하게 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리장치.
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