KR20140088714A - 잉곳 절단 장치 - Google Patents

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KR20140088714A
KR20140088714A KR1020130000574A KR20130000574A KR20140088714A KR 20140088714 A KR20140088714 A KR 20140088714A KR 1020130000574 A KR1020130000574 A KR 1020130000574A KR 20130000574 A KR20130000574 A KR 20130000574A KR 20140088714 A KR20140088714 A KR 20140088714A
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안상민
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주식회사 엘지실트론
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    • B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

실시 예는 잉곳을 고정하는 워크 플레이트, 상기 워크 플레이트와 결합하고, 상기 워크 플레이트를 상하 이동시키는 테이블, 상기 테이블 아래에 위치하고, 상기 잉곳을 절단하는 와이어가 감기는 롤러, 상기 롤러를 고정하고, 회전시키는 스핀들, 상기 롤러 상에 위치하고 상기 와이어에 슬러리를 분사하는 슬러리 노즐, 및 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하여 상기 테이블, 상기 워크 플레이트, 상기 스핀들, 및 상기 잉곳 주위의 온도를 조절하는 가스 분사부 및 상기 가스 분사부를 상기 테이블에 고정하는 지지부를 포함하는 온도 조절부를 포함하며, 상기 가스 분사부는 전면, 후면, 상기 전면과 상기 후면 사이에 위치하는 외주면, 및 상기 외주면에 위치하는 분사 노즐들을 포함하고, 상기 분사 노즐들은 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사한다.

Description

잉곳 절단 장치{An apparatus for slicing an ingot}
실시 예는 잉곳을 절단하는 잉곳 절단 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 웨이퍼 제조 공정은 모래에서 규소(Si)를 추출 정제하여 실리콘 원재료를 생성한 후 원하는 불순물을 주입하여 실리콘 잉곳(ingot)을 제조하고, 제조된 실리콘 잉곳을 원하는 두께로 잘라 웨이퍼를 만드는 슬라이싱(slicing) 공정을 포함한다. 이러한 슬라이싱 공정은 웨이퍼 슬라이싱 공정은 잉곳 제조 공정에서 제조된 잉곳을 다수의 박판으로 슬라이싱하는 것을 말하며, 와이어 쏘우 장치가 널리 사용되고 있다.
와이어를 사용하는 잉곳의 절단 공정은 잉곳 자체의 열 팽창, 그리고 슬러리(slurry), 와이어가 감겨서 왕복 운동을 할 수 있게 해주는 스핀들(spindle), 및 잉곳을 고정하는 클램프(clamp)의 열 팽창에 의하여 슬라이싱된 웨이퍼의 품질이 결정될 수 있다.
실시 예는 슬라이싱된 웨이퍼의 워프 및 보우 품질을 개선할 수 있는 단결정 잉곳 절단 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 잉곳 절단 장치는 잉곳을 고정하는 워크 플레이트; 상기 워크 플레이트와 결합하고, 상기 워크 플레이트를 상하 이동시키는 테이블; 상기 테이블 아래에 위치하고, 상기 잉곳을 절단하는 와이어가 감기는 롤러; 상기 롤러를 고정하고, 회전시키는 스핀들; 상기 롤러 상에 위치하고, 상기 와이어에 슬러리를 분사하는 슬러리 노즐; 및 상기 테이블에 고정되고, 상기 테이블, 상기 워크 플레이트, 상기 스핀들, 및 상기 잉곳 주위의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함한다.
상기 온도 조절부는 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하고, 상기 기설정된 온도를 조절할 수 있다.
상기 온도 조절부는 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하는 가스 분사부; 및 상기 가스 분사부를 상기 테이블에 고정하는 지지부를 포함할 수 있다. 상기 가스 분사부는 전면, 후면, 상기 전면과 상기 후면 사이에 위치하는 외주면, 및 상기 외주면에 위치하는 분사 노즐들을 포함하며, 상기 분사 노즐들은 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사할 수 있다.
상기 가스 분사부는 중심선을 기준으로 일 측에 위치하는 제1 영역 및 타 측에 제2 영역으로 구분되고, 상기 중심선은 수평 기준면과 수직이고, 상기 수평 기준면은 상기 스핀들에 장착된 와이어가 이루는 평면과 수평하고, 상기 분사 노즐들은 상기 제1 영역의 외주면에 위치할 수 있다.
상기 복수의 분사 노즐들 각각은 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 상기 수평 기준면을 기준으로 서로 다른 각도로 분사할 수 있다.
상기 복수의 분사 노즐들 각각이 위치하는 상기 외주면의 영역과 상기 수평 기준면이 이루는 각도는 서로 다를 수 있다.
상기 수평 기준면을 기준으로 상부과 하부 각각에 위치하는 분사 노즐의 수는 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 분사 노즐들 중 적어도 하나의 개구 면적은 나머지 분사 노즐들의 개구 면적과 서로 다를 수 있다.
잉곳 절단 가공 전인 워밍 업 구간에서 상기 기설정된 온도는 상기 잉곳 절단 가공 구간에서의 상기 잉곳의 최고 포화 온도와 동일하도록 설정될 수 있다.
상기 잉곳 절단 가공 구간에서 상기 기설정된 온도는 상기 잉곳 절단 가공 중의 상기 잉곳의 온도 프로파일에 따라 조절될 수 있다.
실시 예는 슬라이싱된 웨이퍼의 워프 및 보우 품질을 개선할 수 있다.
도 1을 실시 예에 따른 잉곳 절단 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 온도 조절부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 온도 조절부로부터 분사되는 기설정된 온도를 갖는 가스의 대류 및 복사를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 온도 조절부의 절단 가공 단계에 따른 온도 제어를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 잉곳 절단 장치(100)를 설명한다.
도 1을 실시 예에 따른 잉곳 절단 장치(100)를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 잉곳 절단 장치(100)는 프레임(frame, 10), 스핀들(spindle; 1, 2, 3), 롤러(101,103,105), 와이어(wire, 110), 빔(beam, 112), 워크 플레이트(work plate, 115), 테이블(table, 120), 몸체(122), 슬러리 노즐(slurry nozzle; 130), 슬러리 회수부(140), 및 온도 조절부(160)를 포함한다.
프레임(10)은 나머지 구성 요소들을 수용할 수 있으며, 몸체(122)는 도면의 용이한 이해를 위하여 점선으로 표시한다.
스핀들(1,2,3)은 적어도 2 이상이 서로 이격되어 프레임(10) 내에 배치될 수 있으며, 2 이상의 스핀들 중 적어도 하나는 회전할 수 있다. 예컨대, 3개의 스핀들(1,2,3)이 삼각형 형태로 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 회전할 수 있다. 스핀들(1, 2, 3) 각각은 롤러(roller, 101, 102, 130)를 고정시키며, 롤러(101, 102, 130)를 회전시킨다. 와이어(110)는 일정한 간격(pitch)을 두고 롤러(101,103,105)의 외주면에 감기며 스핀들(1,2,3)이 회전함에 따라 고속으로 왕복 주행할 수 있다.
테이블(120)은 스핀들(1, 2, 3) 상에 위치하고, 상하 운동할 수 있다.
워크 플레이트(115)는 테이블(120) 아래에 위치하고, 워크 플레이트(115)와 결합할 수 있다. 예컨대, 워크 플레이트(115)의 일측은 테이블(120)의 하부면과 결합할 수 있고, 테이블(120)의 하부면에 고정될 수 있다.
빔(112)은 테이블(120) 아래에 위치하고, 테이블(120)의 타 측과 결합할 수 있다. 예컨대, 빔(112)은 테이블(120)의 타 측에 고정될 수 있다. 즉 빔(112)의 일 측은 테이브(120)의 타 측에 부착될 수 있다. 빔(112)의 타 측에는 잉곳(108)이 고정될 수 있다. 빔(412)은 카본(carbon) 또는 세라믹 (ceramics) 재질로 이루어질 수 있다
몸체(122)는 테이블(120)과 연결될 수 있고, 몸체(122)에 연결된 테이블(120)은 상하로 이동할 수 있다. 테이블(120)이 상하로 이동함에 따라 빔(112)에 부착된 잉곳(108)은 와이어(110)를 향하여 이동할 수 있다. 테이블(120)에 의하여 하강하는 잉곳(108)은 와이어(110)에 의해 절단될 수 있고, 와이어(110)가 빔(112)에 접촉되었을 때, 잉곳(108)에 대한 절단이 정지될 수 있다.
슬러리 노즐(130)은 주행하는 와이어(110)와 수직 교차되도록 롤러(101, 103, 105) 상에 위치할 수 있다. 슬러리 노즐(130)은 슬러리를 고속 주행하는 와이어(110) 표면에 공급할 수 있다. 공급되는 슬러리는 와이어(110)에 묻혀지고, 슬러리가 묻혀진 와이어(110)는 잉곳(108)을 절단할 수 있다.
슬러리 회수부(140)는 스핀들(1, 2, 3) 아래에 위치할 수 있고, 와이어(110) 하부로 흘러내리는 슬러리를 회수할 수 있다.
온도 조절부(160)는 테이블(120)에 고정되고, 프레임(10) 내에 위치하는 테이블(120), 워크 플레이트(115), 빔(112), 잉곳(108), 스핀들(1,3,5), 및 와이어(110) 주위의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절부(160)는 기설정된 온도가 되도록 프레임(10) 내의 온도를 조절할 수 있다.
온도 조절부(160)는 1개 이상일 수 있다. 도 1에 도시된 실시 예는 2개의 온도 조절부들(162, 164)을 포함하나, 온도 조절부(160)의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 온도 조절부(162)는 테이블(120)의 일 측에 위치할 수 있고, 제2 온도 조절부(164)는 테이블(120)의 타 측에 위치할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 온도 조절부(160)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 온도 조절부(160)는 테이블(120)의 하면에 고정될 수 있고, 기설정된 온도를 갖는 가스(예컨대, 공기 또는 비활성 가스)를 분사할 수 있다. 온도 조절부(160)를 테이블(120)에 고정하는 이유는 잉곳(108) 절단을 위하여 테이블(120)이 상하로 이동하더라도 분사되는 가스가 잉곳(108)까지 도달하는 거리를 일정하게 유지함으로써 온도 조절의 신뢰성을 확보할 수 있다.
온도 조절부(160)는 분사되는 가스의 온도를 조절함으로써 테이블(120), 워크 플레이트(115), 빔(112), 스핀들(1,3,5), 및 와이어(110) 주위의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절부(160)는 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하고, 분사된 가스가 테이블(120), 워크 플레이트(115), 빔(112), 스핀들(1,3,5), 및 와이어(110) 주위를 대류 현상을 통하여 이동함으로써 온도를 조절할 수 있다.
온도 조절부(160)는 지지부(210), 가스 분사부(220), 및 온도 측정부(230)를 포함할 수 있다. 지지부(210)는 가스 분사부(220)를 테이블(120)에 고정할 수 있다. 예컨대, 지지부(210)는 테이블(120)의 하면에 고정될 수 있다.
가스 분사부(220)는 지지부(210)에 의하여 지지될 수 있고, 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사할 수 있다. 예컨대, 기설정된 온도를 갖는 가스는 복사열 형태의 뜨거운 공기(hot air)일 수 있다.
가스 분사부(220)는 테이블(120)로부터 멀어지는 방향, 즉 테이블(120) 또는 지지부(210)의 반대 방향으로 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사할 수 있다. 또한 가스 분사부(220)는 서로 다른 방향으로 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사할 수 있다.
가스 분사부(220)는 중심선(209)을 기준으로 일 측에 위치하는 제1 영역(S1) 및 타 측에 위치하는 제2 영역(S2)으로 구분될 수 있다. 제2 영역(S2)은 제1 영역(S1)보다 테이블(120)에 더 인접한 영역일 수 있다. 중심선(209)는 수평 기준면(208)과 수직일 수 있다. 수평 기준면(208)은 스핀들(1,3,5)에 장착된 와이어(110)가 이루는 평면과 수평한 면일 수 있다.
가스 분사부(220)는 제1 영역(S1)으로부터 서로 다른 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사할 수 있다.
가스 분사부(220)는 서로 다른 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 노즐들(310 내지 340)을 포함할 수 있다. 복수의 분사 노즐들(310 내지 340) 각각은 기설정된 온도를 갖는 가스를 수평 기준면을 기준으로 서로 다른 각도로 분사할 수 있다. 즉 복수의 가스 분사 노즐들(310 내지 340)이 분사하는 가스의 방향은 수평 기준면(208)과 이루는 각도가 서로 다를 수 있다.
가스 분사부(220)가 분사하는 가스의 방향은 수평 기준면(208)을 기준으로 0°보다 크거나 같고, 90°보다 작을 수 있다. 따라서 실시 예는 가스 분사부(220)로부터 분사되는 가스가 워크 플레이트(115), 잉곳(108), 와이어(110), 스핀들(1,3,5), 및 슬러리 노즐(130)에 직접적으로 전달되지 않고, 간접적인 대류에 의하여 주위의 온도가 유지되도록 할 수 있다.
가스 분사부(220)는 전면(201)과 후면(202), 그 사이에 위치하는 곡면의 외주면(203)으로 이루어진 원통일 수 있으나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(220)는 롤러(101, 103, 105)와 평행하도록 배치될 수 있다. 즉 가스 분사부(220)의 전면(201)으로부터 후면(202)으로 향하는 방향은 와이어(110)가 롤러(101, 103,105)에 감긴 방향과 수직일 수 있다.
복수의 분사 노즐들(310 내지 340)은 가스 분사부(220)의 제1 영역(S1)의 외주면(203)에 형성될 수 있다. 수평 기준면(208)을 기준으로 상측과 하측에 위치하는 분사 노즐의 수는 서로 다를 수 있다. 복수의 분사 노즐들(310 내지 340) 각각이 위치하는 외주면(203)의 일 영역과 수평 기준면(209)이 이루는 각도는 서로 다를 수 있다. 예컨대, 각도는 0°, -30°, -45°, 및 +45°일 수 있다. +는 수평 기준면(209)을 기준으로 상방향의 각도를 나타내고, -는 수평 기준면(209)을 기준으로 하방향의 각도를 의미할 수 있다.
제1 분사 노즐(310)은 수평 기준면(209)과 평행한 동일 평면의 외주면(203)의 일 영역에 위치할 수 있고, 제1 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사할 수 있다. 제1 방향은 수평 기준면(209)가 평행한 방향일 수 있다. 제1 분사 노즐(310)의 수는 복수 개일 수 있으며, 복수의 제1 분사 노즐들(310)은 서로 이격하여 위치할 수 있다.
제2 내지 제4 분사 노즐들(320 내지 340) 각각은 수평 기준면(209)과 기설정된 각도를 이루는 외주면(203)의 일 영역에 배치될 수 있다. 제2 내지 제4 분사 노즐들(320 내지 340)은 제1 분사 노즐(310)을 기준으로 서로 비대칭적으로 배치될 수 있다. 즉 제1 분사 노즐(310)을 기준으로 하방향으로 배치되는 분사 노즐들의 수가 더 많을 수 있다. 이는 주위의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 스핀들(1,3,5), 잉곳(108), 와이어(110) 등과 같이 절단 가공열 등에 의하여 온도가 변하는 요소들이 테이블(120) 아래에 위치하기 때문이다.
제2 분사 노즐(320)은 수평 기준면(209)과 이루는 각도가 하방향으로 30°인 외주면(203)의 일 영역에 위치할 수 있고, 제2 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사할 수 있다. 제2 방향은 수평 기준면(209)을 기준으로 하방향으로 30°기울진 방향일 수 있다. 제2 분사 노즐(320)의 수는 복수 개일 수 있으며, 복수의 제2 분사 노즐들(320)은 서로 이격하여 위치할 수 있다.
제2 분사 노즐(320)은 잉곳(108), 스핀들(1,3,5), 와이어(110), 슬러리 노즐(130) 등과 같이 잉곳 절단 장치(100)의 가장 많은 구성 요소들이 위치하는 곳으로 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하며, 상기 구성 요소들 주위의 온도를 일정하게 유지하도록 할 수 있다.
제3 분사 노즐(330)은 수평 기준면(209)과 이루는 각도가 하방향으로 45°인 외주면(203)의 일 영역에 위치할 수 있고, 제3 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사할 수 있다. 제3 방향은 수평 기준면(209)을 기준으로 하방향으로 45°기울진 방향일 수 있다. 제3 분사 노즐(330)의 수는 복수 개일 수 있으며, 복수의 제3 분사 노즐들(330)은 서로 이격하여 위치할 수 있다.
제4 분사 노즐(340)은 수평 기준면(209)과 이루는 각도가 상방향으로 45°인 외주면(203)의 일 영역에 위치할 수 있고, 제4 방향으로 기설정된 온도의 가스를 분사할 수 있다. 제4 방향은 수평 기준면(209)을 기준으로 상방향으로 45°기울진 방향일 수 있다. 제4 분사 노즐(330)의 수는 복수 개일 수 있으며, 복수의 제4 분사 노즐들(340)은 서로 이격하여 위치할 수 있다.
제4 분사 노즐(340)은 제2 분사 노즐(320)과 마찬가지로 잉곳 절단 장치(100)의 가장 많은 구성 요소들이 위치하는 곳으로 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하며, 상기 구성 요소들 주위의 온도를 일정하게 유지함과 동시에 슬러리 노즐(130)로부터 슬러리가 비산하는 것을 방지할 수 있다.
복수의 분사 노즐들(310 내지 340) 중 적어도 하나(예컨대, 310)의 개구 면적은 나머지 분사 노즐(예컨대, 320 내지 340)의 개구 면적과 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 분사 노즐(310)의 개구 면적은 제2 내지 제4 분사 노즐(310 내지 340) 각각의 개구 면적보다 작을 수 있다. 제1 분사 노즐(310)의 개구 면적과 제2 내지 제4 분사 노즐 각각의 개구 면적의 비율은 1:2~4일 수 있다.
제1 분사 노즐(310)로 분사되는 가스는 잉곳 절단 장치의 외벽의 온도 유지를 위한 것으로, 잉곳 절단 장치의 외벽은 열에 대한 영향을 가장 적게 받는 부분이기 때문에 제1 분사 노즐(310)의 개구 면적은 다른 분사 노즐들(320 내지 340)의 개구 면적보다 작게 할 수 있다.
각 분사 노즐(310 내지 340)로부터 분사되는 기설정된 온도를 갖는 가스의 세기는 0.3 m/s ~ 1.5 m/s일 수 있다, 이는 각 분사 노즐(310 내지 340)로부터 15cm까지만 가스가 직접적으로 분사되고, 그 밖에서는 대류 및 복사에 의하여 열이 전달되록 하기 위함이다. 테이블(120), 잉곳(108), 슬러리 노즐(130) 등에 직접 가열을 하게 되면 슬러리의 침착이 발생할 수 있기 때문이다.
도 3은 도 1에 도시된 온도 조절부(160)로부터 분사되는 기설정된 온도를 갖는 가스의 대류 및 복사를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 온도 조절부(160)로부터 분사되는 기설정된 온도를 갖는 가스는 복사 및 대류에 의하여 프레임(10) 내에서 열을 전달(301)할 수 있다. 이로 인하여 프레임(10) 내에 위치하는 구성 요소들(1,3,5, 108, 110, 112, 115, 120) 주위의 온도를 조절할 수 있다.
온도 측정부(230)는 잉곳 절단 장치(100) 내부의 온도를 측정한다. 즉 온도 측정부(230)는 워크 플레이트(115), 테이블(120), 슬러리 노즐(130), 잉곳(108), 와이어(110) 등의 주위의 온도를 측정할 수 있다. 예컨대, 온도 측정부(230)는 파이로미터(pyrometer)로 구현될 수 있다.
온도 측정부(230)는 슬러리 노즐(130)로부터 비산되는 슬러리로부터의 간섭을 방지하기 위해서 가스 분사부(220)의 전면(201) 및 후면(202) 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
온도 조절부(160)는 온도 측정부(230)에 의하여 측정된 온도에 기초하여 분사되는 가스의 온도를 설정할 수 있다.
일반적으로 잉곳 절단 장치에 의하여 잉곳 절삭을 절삭하는 가공 중에 잉곳의 온도를 측정하면, 절삭열에 의하여 잉곳의 팽창이 발생할 수 있고, 이로 인하여 절삭된 웨이퍼의 품질, 예컨대, 워프(warp) 및 보우(Bow) 품질은 나빠질 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 잉곳의 온도 편차가 절삭 가공의 초반, 중반, 및 후반까지 최소화되어야 한다.
또한 절삭 가공 전 대기 시간이 길어질수록 워프(warp) 및 보우(Bow) 품질은 나빠질 수 있다. 이는 대기하는 시간이 길어질수록 잉곳 절단 장치 내의 온도가 낮아지고, 절삭 가공 시작 후 잉곳, 스핀들, 워크 플레이트 등의 표면 온도와 편차가 크게 발행하기 때문이다. 이를 방지하기 위해서는 절삭 가공 전 대기하는 동안에도 잉곳 절단 장치 내의 온도를 일정하게 유지해야 한다.
도 4는 도 1에 도시된 온도 조절부의 절단 가공 단계에 따른 온도 제어를 나타낸다. (a)는 절단 가공 단계에 따른 온도 조절부(160)의 온도를 나타내고, (b)는 절단 가공 단계에 따른 잉곳의 온도를 나타낸다. (b)의 x축은 잉곳의 절단 위치(mm)로서 절단 가공의 시간 경과를 의미할 수 있고, y축은 잉곳의 온도(℃)를 의미한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 잉곳(108) 절단 이전인 테이블(120)이 움직이기 전까지 구간을 워밍 업(warp up) 구간(A 영역)이라 하고, 잉곳 절단을 위하여 테이블(120)이 움직이는 구간을 가공 구간(B,C,D)이라 한다.
워밍 업 구간(A)에서, 온도 조절부(160)에서 분사되는 가스의 온도는 가공 구간에서 잉곳(108)의 최고 포화(saturation) 온도(T2)와 동일할 수 있다. 잉곳(108)의 최고 포화 온도는 가공 구간에서 잉곳(108)의 최고 온도일 수 있다. 예컨대, 워밍 업 구간(A)에서 온도 조절부(160)에서 분사되는 가스의 온도는 50℃ ~ 60℃일 수 있다. 이는 워밍 업 구간(A)의 온도를 가공 구간(B,C,D) 동안의 잉곳(108)의 최고 포화 온도(T2)로 맞추어 줌으로써, 양 구간 사이의 온도 편차를 줄여 절단된 웨이퍼의 워프(warp) 및 보우(bow) 품질을 향상시키기 위함이다.
가공 구간(B,C,D)은 잉곳(108)의 온도 변화에 따라 제1 구간(B), 제2 구간(C), 및 제3 구간(D)으로 나눌 수 있다. 그리고 가공 구간(B,C,D) 동안에 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도는 잉곳(108) 또는 슬러리의 온도 프로파일에 따라 조절될 수 있다.
실시 예는 가공 구간(B,C,D) 동안에 잉곳(108)의 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 잉곳(108)의 온도 프로파일(profile)에 기초하여 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도를 조절할 수 있다. 또 다른 실시 예에서는 가공 구간(B,C,D) 동안 가공열에 따른 슬러리의 온도 변화를 실시간으로 측정하고, 측정된 슬러리의 온도 프로파일에 기초하여 온도 제어부(160)로부터 분사되는 가스의 온도를 조절할 수 있다.
이것은 잉곳(108)의 절삭 초반, 중반, 종반의 온도 사이의 편차를 줄여 슬라이싱된 웨이퍼의 워프(warp) 및 보우(bow) 품질을 향상시키기 위함이다.
제1 구간(B)은 절삭에 의한 가공열이 발생하여 잉곳 및 슬러리의 온도가 올라가는 구간일 수 있다. 제2 구간(C)은 절삭체의 단면이 작아져서 가공열이 감소하여 잉곳 및 슬러리의 온도가 내려가는 구간일 수 있다. 제3 구간(D)은 절삭체의 단면이 작아 가공열이 거의 존재하지 않기 때문에 절삭체의 과냉각을 방지하기 위하여 잉곳 및 슬러리의 온도를 일정하게 유지하는 구간일 수 있다.
제1 구간(B)에서는 가공열에 의하여 슬러리 및 잉곳의 온도가 점차 올라가기 때문에 온도 조절부(160)는 분사되는 가스의 온도를 점차 낮추어 준다. 예컨대, 온도 조절부(160)는 분사되는 가스의 온도를 선형적으로 낮추어 줄 수 있다.
그리고 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도가 낮아짐에 따라 제1 구간(B)에서 잉곳(108) 주위의 온도가 낮아질 수 있다. 그리고 열평형을 위하여 잉곳(108)은 주위로 열을 빼앗기게 되고, 이로 인하여 가공열로 인하여 잉곳(108)의 온도 상승을 저지하고, 잉곳(108)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
제1 구간(B)에서 시간이 경과할수록 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도는 잉곳(108)의 최고 포화 온도(T2)로부터 잉곳(108)의 최저 포화 온도(T1)까지 하강할 수 있다. 잉곳(108)의 최저 포화 온도(T1)는 20℃ ~ 30℃일 수 있다.
제2 구간(C)에서는 가공열이 감소하여 슬러리 및 잉곳의 온도가 점차 낮아지기 때문에 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도를 점차 높여준다. 예컨대, 온도 조절부(160)는 분사되는 가스의 온도를 선형적으로 높일 수 있다.
온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도가 높아짐에 따라 제2 구간(C)에서 잉곳(108)의 온도는 일정하게 유지될 수 있다.
제2 구간(C)에서 시간이 경과할수록 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도는 잉곳(108)의 최저 포화 온도(T1)부터 잉곳(108)의 최고 포화 온도(T2)까지 상승할 수 있다. 잉곳(108)의 최고 포화 온도는 50℃ ~ 60℃일 수 있다.
제3 구간(D)에서, 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도는 제2 구간(C)에서의 최종 온도(예컨대, 잉곳의 최고 포화 온도)일 수 있다.
실시 예는 가공 구간(B,C,D)에서 가공열의 변화에 따라 잉곳(108)의 온도가 변화할 것을 미리 예측하여, 온도 조절부(160)로부터 분사되는 가스의 온도를 조절하여 잉곳(108) 주위의 온도를 조절함으로써, 가공 구간(B,C,D) 동안에 잉곳(108)의 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이로 인하여 슬라이싱된 웨이퍼의 워프(Warp) 및 보우(Bow) 품질을 개선할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 3, 5: 스핀들 101,103,105: 롤러
110: 와이어 112: 빔
115: 워크 플레이트 120: 테이블
122: 몸체 130: 슬러리 노즐
140: 슬러리 회수부 160: 온도 조절부
210: 지지부 220: 가스 분사부
230: 온도 측정부.

Claims (8)

  1. 잉곳을 고정하는 워크 플레이트;
    상기 워크 플레이트와 결합하고, 상기 워크 플레이트를 상하 이동시키는 테이블;
    상기 테이블 아래에 위치하고, 상기 잉곳을 절단하는 와이어가 감기는 롤러;
    상기 롤러를 고정하고, 회전시키는 스핀들(spindle);
    상기 롤러 상에 위치하고, 상기 와이어에 슬러리를 분사하는 슬러리 노즐; 및
    기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하여 상기 테이블, 상기 워크 플레이트, 상기 스핀들, 및 상기 잉곳 주위의 온도를 조절하는 가스 분사부 및 상기 가스 분사부를 상기 테이블에 고정하는 지지부를 포함하는 온도 조절부를 포함하며,
    상기 가스 분사부는 전면, 후면, 상기 전면과 상기 후면 사이에 위치하는 외주면, 및 상기 외주면에 위치하는 분사 노즐들을 포함하고, 상기 분사 노즐들은 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 분사하는 잉곳 절단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부는 중심선을 기준으로 일 측에 위치하는 제1 영역 및 타 측에 제2 영역으로 구분되고, 상기 중심선은 수평 기준면과 수직이고, 상기 수평 기준면은 상기 스핀들에 장착된 와이어가 이루는 평면과 수평하고,
    상기 분사 노즐들은 상기 제1 영역의 외주면에 위치하는 잉곳 절단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 분사 노즐들 각각은 상기 기설정된 온도를 갖는 가스를 상기 수평 기준면을 기준으로 서로 다른 각도로 분사하는 잉곳 절단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 분사 노즐들 각각이 위치하는 상기 외주면의 영역과 상기 수평 기준면이 이루는 각도는 서로 다른 잉곳 절단 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 수평 기준면을 기준으로 상부과 하부 각각에 위치하는 분사 노즐의 수는 서로 다른 잉곳 절단 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 분사 노즐들 중 적어도 하나의 개구 면적은 나머지 분사 노즐들의 개구 면적과 서로 다른 잉곳 절단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    잉곳 절단 가공 전인 워밍 업 구간에서 상기 기설정된 온도는 상기 잉곳 절단 가공 구간에서의 상기 잉곳의 최고 포화 온도와 동일하도록 설정되는 잉곳 절단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 잉곳 절단 가공 구간에서 상기 기설정된 온도는 상기 잉곳 절단 가공 중의 상기 잉곳의 온도 프로파일에 따라 조절되는 잉곳 절단 장치.
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