KR100236325B1

KR100236325B1 - A method for cutting a monocrystal ingot

Info

Publication number: KR100236325B1
Application number: KR1019970047856A
Authority: KR
Inventors: 김한성
Original assignee: 이창세; 주식회사실트론
Priority date: 1997-09-20
Filing date: 1997-09-20
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR19990025969A

Abstract

본 발명은 세라믹재 등의 단결정 형봉을 절단하는 절단방법에 관한 것으로, 단결정 형봉(H) 고정수단으로 단결정을 고정하는 준비단계(1S)와, 소정의 크랙형성수단으로 단결정 외주에 형봉(H)의 종축과 수직되는 방향으로 노치(10)를 형성하는 노치형성단계(2S), 소정의 충격전달수단으로 상기 노치(10)에서 반경 내부방향으로 크랙이 진행되게 하는 크랙형성단계(3S) 및 상기 노치(10)의 상하 형봉(H)을 분리하는 분리단계(4S)로 구성되어, 종래의 톱날이나 강선 등으로 절단할 때의 여러 가지 문제점을 해소할 수 있도록 된 단결정 절단방법이다.The present invention relates to a cutting method for cutting a single crystal rod, such as a ceramic material, comprising a preparatory step (1S) of fixing a single crystal by means of a single crystal rod (H) fixing means, and a mold rod (H) on a single crystal outer periphery by a predetermined crack forming means. Notch forming step (2S) to form the notch 10 in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the crack forming step (3S) and the cracks to proceed in a radially inward direction from the notch 10 by a predetermined impact transfer means and the It is composed of a separation step (4S) for separating the upper and lower mold bars (H) of the notch 10, it is a single crystal cutting method that can solve various problems when cutting with a conventional saw blade, steel wire or the like.

Description

A method for cutting a monocrystal ingot

본 발명은 세라믹재 등의 단결정 형봉을 절단하는 절단방법에 관한 것으로, 특히 형봉 절단부의 외주를 따라 형성된 노치(notch)부에 응력이 집중되게 하여 판상으로 절단되게 하는 단결정 절단방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting method for cutting a single crystal rod such as a ceramic material, and more particularly, to a single crystal cutting method in which stress is concentrated on a notch formed along the outer circumference of the rod cutting portion to cut into a plate shape.

일반적으로 결정을 포함하고 일반적인 물체들은 대부분 그 결정 조직이 방향성이 없이 놓여 있는 상태이나 단결정은 모든 원자가 한 덩어리 내에서 같은 방향으로 놓여져 있다. 자연적으로 볼 때 이와 같은 상태는 흔치 않으나 반도체 집적회로 등을 만들기 위해서는 이와 같은 구조의 단결정을 봉형상으로 제조하여 박판(wafer)형태로 제작하여 사용되는 경우가 많은데, 이 박판형태의 부품은 봉형상의 단결정재료를 절단장치를 사용하여 반경방향으로 절단하여 제조되고 있다.In general, most crystals, including ordinary crystals, are in a state in which their crystal structure is unoriented, but single crystals are all in the same direction in a single mass. Naturally, such a state is rare, but in order to make a semiconductor integrated circuit, a single crystal having such a structure is often used in the form of a wafer, which is often used in the form of a wafer. Single crystal material is produced by cutting radially using a cutting device.

즉, 단결정 형봉을 다이아몬드를 입힌 내경 칼날이나 외경 칼날을 이용하여 절단하거나 또는 금속선을 문지르고 여기에 절삭제를 뿌리면서 절단하는 방법이 대부분이었다.In other words, a single crystal die was cut using a diamond-coated inner diameter blade or an outer diameter blade or by rubbing a metal wire and spraying a cutting agent thereon.

이와 같은 방법 중 내경 칼날을 사용하여 단결정 형봉을 절단하는 장치는 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 내경 선단(101a)에 절삭날이 형성된 링형의 블레이드(101)가 스핀들(102)에 고정설치되는 받침링(103)과 이 받침링(103)에 체결보울트(104)로써 체결되는 상부링(105) 사이에 동심원형태로 고정설치된 구조로 되어, 상기 받침링(103)이 스핀들(102)과 함께 고속으로 회전하면 블레이드(101)도 함께 회전하면서 이 블레이드(101)의 내결과 내접한 상태로 블레이드(101)의 반경방향 외측으로 이송되는 형봉(H)을 절단하도록 되어 있다.In such a method of cutting a single crystal die using an inner diameter blade, as shown in FIGS. 5A to 5D, a ring-shaped blade 101 having a cutting edge formed at the inner diameter tip 101a is fixed to the spindle 102. Between the support ring 103 to be installed and the upper ring 105 fastened to the support ring 103 by the fastening bolt 104 is fixed in a concentric manner, the support ring 103 is the spindle 102 When rotating at a high speed with the blade 101, the blade 101 is also rotated together to cut the mold bar H transferred to the radially outer side of the blade 101 in an inscribed state of the blade 101.

그리고 상기 블레이드(101)의 윗면과 상기 상부링(105) 아래면사이에는 가압링(106)이 동심축상으로 설치되어, 상기 상부링(105)의 원주를 따라 구비된 장력조절보울트(107)를 조임에 따라 그 장력조절보울트(107)에 가압되면서 그 저면에 설치된 상기 블레이드(101)를 원주방향으로 가압하게 된다.And between the upper surface of the blade 101 and the lower surface of the upper ring 105, the pressing ring 106 is installed concentrically, the tension adjusting bolt 107 provided along the circumference of the upper ring 105 As the tension is adjusted to the tension adjusting bolt 107, the blade 101 is installed on its bottom surface in the circumferential direction.

따라서 상기 장력조절보울트(107)로 블레이드(101)의 장력을 조절하여 상기 형봉(H)를 절단하게 되는 것이다.Therefore, by controlling the tension of the blade 101 with the tension adjusting bolt 107 is to cut the mold bar (H).

이러한 종래의 절단방법을 이용한 단결정 절단장치는 단결정의 표면에 수많은 물리적 피해를 입히게 되어 이를 제거하는 연마과정이 필요하며 이로 인해 단결정의 단위 길이당 생산해 낼 수 있는 가공물의 개수가 줄어들게 된다는 문제점이 있었다.Such a single crystal cutting device using a conventional cutting method causes a large number of physical damage to the surface of the single crystal and requires a polishing process to remove it, thereby reducing the number of workpieces that can be produced per unit length of the single crystal.

그리고, 반도체 고밀도 집적회로에서는 가공된 단결정 박판의 표면에 가능하면 적은 금속이온의 분포를 요구하는데 절단 과정에서 종래의 방법대로 금속재질의 칼날 또는 선을 이용하여 절단할 경우 금속 이온의 분포율을 낮추는 것은 한계가 있으며, 가공물이 커질수록 가공물의 절단과정중 칼날 또는 선이 쉽게 휘게 되므로 가공물을 평탄하게 자르기가 힘들게 되므로 반도체 집적회로 제조시 많은 문제를 야기하게 되는 단점이 있었다.In the semiconductor high-density integrated circuit, the distribution of metal ions on the surface of the processed single crystal thin sheet requires as little metal ions as possible. In the cutting process, when cutting using a metal blade or wire according to the conventional method, lowering the distribution rate of metal ions There is a limitation, and the larger the workpiece, the more easily the blade or line is bent during the cutting process of the workpiece, it is difficult to cut the workpiece flat, there was a disadvantage that causes a lot of problems when manufacturing a semiconductor integrated circuit.

또다른 문제점으로 도 5d에 도시된 바와 같이, 절단시 칼날의 직진성을 확보하기 위하여 일정 두께(d) 이상의 칼날을 사용하여야 하므로 재료의 낭비를 줄일 수 없는 바, 예로서 두께 0.8mm, 직경 150mm의 실리콘 박판을 만들기 위해 현재 약 0.3mm 두께의 칼날을 사용하고 있는데 이 경우 두께 0.8mm의 제품을 생산하기 위해 두께 0.3mm의 제품을 무용한 가루로 만들어 버리게 되는 것이다.As another problem, as shown in FIG. 5D, a blade having a predetermined thickness (d) or more must be used in order to secure the straightness of the blade when cutting, and thus, waste of material cannot be reduced, for example, a thickness of 0.8 mm and a diameter of 150 mm. Currently, about 0.3mm thick blade is used to make the silicon sheet. In this case, 0.3mm thick product is made into useless powder to produce 0.8mm thick product.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단결정 박판을 제조하는 방법으로 간단하면서도 봉형상의 단결정 원재료의 낭비를 현저히 줄일 수 있는 단결정 절단방법을 제공함에 그 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a single crystal cutting method which is simple by a method of manufacturing a single crystal thin plate and can significantly reduce waste of rod-shaped single crystal raw materials.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단결정 절단방법은, 단결정 형봉 고정수단으로 단결정을 고정하는 준비단계와; 소정의 크랙형성수단으로 단결정 외주에 형봉의 종축과 수직되는 방향으로 노치를 형성하는 노치형성단계; 소정의 충격전달수단으로 상기 노치에서 반경 내부방향으로 크랙이 진행되게 하는 크랙형성단계 및; 상기 노치의 상하 형봉을 분리하는 분리단계로 이루어지는 것이다.Single crystal cutting method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a single crystal fixed by the single crystal mold fixing means; A notch forming step of forming a notch in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the rod on the outer circumference of the single crystal with a predetermined crack forming means; A crack forming step of causing a crack to travel radially inwardly from the notch with a predetermined shock transmitting means; It consists of a separation step of separating the upper and lower mold bar of the notch.

상기 단결정 절단방법은 V자 형의 노치를 상기 형봉의 외주에 형성하여 상기 충격전달수단으로 상기 노치에 충격을 가하면 크랙이 상기 단결정 형봉의 결정면을 따라 상기 형봉 내로 크랙이 판상으로 형성되게 된다.In the single crystal cutting method, a V-shaped notch is formed on the outer circumference of the rod, and when the impact is transmitted to the notch by the impact transferring means, the crack is formed into the plate along the crystal surface of the single crystal rod.

그 이후 상기 형봉의 일측단부를 고정하고 타단부에 약간의 힘을 가하면 상기 크랙을 중심으로 형봉이 상하로 양분되게 된다.After that, if one side end of the rod is fixed and a little force is applied to the other end, the rod is divided up and down about the crack.

따라서 이러한 단결정 절단방법은 종래의 톱날이나 강선 등으로 절단할 때의 여러 가지 문제점을 해소할 수 있는 간단한 단결정 절단방법인 것이다.Therefore, such a single crystal cutting method is a simple single crystal cutting method that can solve various problems when cutting with a conventional saw blade or steel wire.

도 1은 본 발명의 단결정 절단방법에 따른 단계도,1 is a step diagram according to the single crystal cutting method of the present invention,

도 2는 노치가 형성된 단결정 형봉에 충격이 가해졌을 때의 상태를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing a state when an impact is applied to a single crystal rod having a notch formed therein;

도 3은 본 발명의 충격전달수단으로서 초음파발생장치의 개략적인 평면도,Figure 3 is a schematic plan view of the ultrasonic generator as an impact transmission means of the present invention,

도 4는 본 발명의 충격전달수단으로서 가압장치의 개략적인 평면도,4 is a schematic plan view of a pressurizing device as an impact transmission means of the present invention;

도 5a는 일반적인 형봉 절단기의 종단면도,Figure 5a is a longitudinal cross-sectional view of a typical die cutter,

도 5b는 일반적인 형봉 절단기의 분해사시도,5b is an exploded perspective view of a typical die cutting machine,

도 5c는 절단기에 의한 형봉절단상태를 설명하기 위한 사시도,5c is a perspective view for explaining a mold cutting state by a cutter;

도 5d는 절단기에 의한 형봉절단상태를 설명하기 위한 단면도이다.5D is a cross-sectional view for explaining a mold cutting state by a cutter.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 노치 12 : 선단부10: notch 12: distal end

20a,20b : 발진자 30 : 가압용기20a, 20b: Oscillator 30: Pressurized container

101 : 블레이드 101a : 내경선단101: blade 101a: inner diameter tip

102 : 스핀들 103 : 받침링102: spindle 103: bearing ring

104 : 체결보울트 105 : 상부링104: fastening bolt 105: upper ring

106 : 가압링 107 : 장력조절보울트106: pressure ring 107: tension adjusting bolt

H : 형봉H: Rod

이하 본 발명의 단결정 절단방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the single crystal cutting method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 단결정 절단방법을 도시한 단계도로서, 단결정 형봉 고정수단으로 단결정을 고정하는 준비단계(1S)와; 소정의 크랙형성수단으로 단결정 외주에 형봉의 종축과 수직되는 방향으로 노치를 형성하는 노치형성단계(2S); 소정의 충격전달수단으로 상기 노치에서 반경 내부방향으로 크랙이 진행되게 하는 크랙형성단계(3S) 및; 상기 노치의 상하 형봉을 분리하는 분리단계(4S)로 구성되어 있음을 나타내고 있다.1 is a step view showing a single crystal cutting method of the present invention, a preparation step (1S) for fixing a single crystal with a single crystal mold fixing means; A notch forming step (2S) of forming a notch in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the mold bar on the periphery of the single crystal with a predetermined crack forming means; A crack forming step (3S) for causing cracks to travel radially inward from the notch with a predetermined impact transmission means; It is shown that it consists of a separating step (4S) for separating the upper and lower mold bars of the notch.

반도체 집적회로를 제조하는 데 사용되는 단결정판은 모든 원자가 같은 방향으로 놓여 있는 구조의 봉상으로 단결정을 형성하여 이를 판상으로 절단하여 사용하고 있는데, 예를 들면 기억소자인 RAM(Random Access Memory)은 현재 거의 대부분이 실리콘 단결정판 위에서 만들어지며 이를 위해 직경 100~200mm인 봉상의 실리콘 단결정을 두께 0.5~0.8mm의 판상으로 절단하여 RAM제조과정에 사용한다.The single crystal plate used to manufacture a semiconductor integrated circuit is used to form a single crystal with a rod-shaped structure in which all atoms are placed in the same direction and cut it into a plate shape. For example, a RAM (Random Access Memory) is currently used. Most of them are made on silicon single crystal plate, and for this purpose, the silicon single crystal of 100 ~ 200mm in diameter is cut into plate of 0.5 ~ 0.8mm thickness and used in RAM manufacturing process.

다결정은 외부에 크랙을 갖고 있을 경우 여기에 힘이 가해져 내부로 크랙이 진행되더라도 곧 다른 결정면을 만나기 때문에 그 크랙이 한 방향으로 진행을 하기가 힘든 반면, 상기 봉상의 단결정은 모든 원자가 같은 방향으로 배열되어 있으므로 약간의 충격에도 크랙이 발생할 수 있으며 외부의 미세한 균열로 부터 내부로 크랙이 쉽게 진행되어 곧바로 깨짐으로 이어질 수 있다.If a polycrystal has a crack on the outside, it is difficult to proceed in one direction because a force is applied to the crack and meets another crystal surface, but the rod-shaped single crystal is arranged in the same direction. As a result, cracks may occur even with a slight impact, and cracks may easily proceed from the external fine cracks to the inside, which may immediately lead to cracking.

이와 같은 단결정의 성질을 본 발명은 이용하고 있는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 형봉(H)을 상기 형봉고정수단으로 고정하여 상기 형봉(H)의 절단면 외주를 따라 다이아몬드 등으로 코팅된 칼날로써 미세한 노치(10)를 형성하여, 상기 노치(10)에 물리적 힘을 가하면 노치(10)의 선단부(12)에 응력이 집중되어 상기 형봉(H)의 종축에 수직방향(화살표방향)으로 크랙이 진행되게 된다. 이 크랙의 진행방향은 상기 단결정의 원자배열에 따른 결정면 방향과 일치한다.The present invention utilizes the properties of such a single crystal, and as shown in FIG. 2, a die coated with diamond or the like is fixed along the outer circumference of the die H by fixing the rod H with the rod fixing means. Forming a fine notch 10, when a physical force is applied to the notch 10, the stress is concentrated on the tip portion 12 of the notch 10, the crack is perpendicular to the longitudinal axis of the rod (H) (arrow direction) It is going to proceed. The direction of crack propagation coincides with the direction of the crystal plane along the atomic arrangement of the single crystal.

상기한 노치(10)에 물리적 힘을 가하는 수단으로서의 상기 충격전달수단은 다음과 같이 여러 가지 장치가 사용될 수 있다.As the impact transmission means as a means for applying a physical force to the notch 10, various devices can be used as follows.

첫째의 예로서 초음파를 이용하는 것으로 도 3에 간략하게 도시된 바와 같이, 형봉(H)의 양단부에 각각 제너레이터에 연결된 초음파 신호를 발생시키는 발진자(20a,20b)를 장치한 초음파발생장치인 것으로, 상기 발진자(20a,20b)에서 발생되는 초음파의 파장을 조절하여 형봉(H)에 형성된 노치(10)의 위치에서 다른 파장의 초음파가 공진될 수 있게 하므로 노치(10)에 충격을 가하는 것이다.As a first example, using ultrasonic waves, as shown in FIG. 3 briefly, ultrasonic generators having oscillators 20a and 20b for generating ultrasonic signals connected to generators at both ends of the mold bar H, respectively, By adjusting the wavelength of the ultrasonic waves generated by the oscillators 20a and 20b, the ultrasonic waves of different wavelengths may be resonated at the positions of the notches 10 formed in the rod H, thereby impacting the notches 10.

두 번째로 상기 형봉(H)의 외부에 등압을 가하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 가압용기(30) 중앙부에 형봉고정수단(미도시)을 두어 노치(10)가 형성된 형봉(H)을 여기에 위치시키고 기체 또는 액체를 가압펌프(미도시)로써 압입하여 가압하는 장치이다. 이와 같은 장치로 형봉(H)에 압력을 가하게 되면 형봉(H)의 외측 전면과 노치 각 면에 수직하게 등압이 가해지게 되고, 이때 노치(10)의 선단부(12)에 응력이 집중되어 크랙이 형봉(H) 내부로 진행되게 하는 가압장치이다.Second, by applying an isostatic pressure to the outside of the mold bar (H), as shown in Figure 4, by placing a mold rod fixing means (not shown) in the center of the pressure vessel 30, the notch (10) formed in the notch (H) It is located here and is a device for pressurizing the gas or liquid by pressurized by a pressure pump (not shown). When the pressure is applied to the mold bar H with such a device, isostatic pressure is applied to the outer front surface of the mold bar H and each surface of the notch. At this time, stress is concentrated on the tip 12 of the notch 10 so that cracks are concentrated. It is a pressurizing device that proceeds to the inside of the mold bar (H).

이때 상기 가압매체인 액체를 물로 하면 또 다른 방법을 이용할 수 있는 바, 즉 가압용기(30) 내부를 온냉각시킬 수 있는 수단을 부가한 가압장치로서, 상기 형봉고정수단에 노치(10)가 형성된 형봉(H)을 위치시키고 물을 펌프로 용기내로 넣어 상기 온냉각수단으로 냉각시키면 물은 결빙되어 체적이 팽창하려 하나 가압용기(30)가 이를 막고 있기 때문에 결과적으로 형봉(H)의 노치(10)에 힘을 가하게 되어 크랙이 절단면을 따라 형성되게 된다.At this time, when the liquid as the pressurized medium is water, another method may be used, that is, a pressurizing device having a means for warming the inside of the pressurized container 30, wherein the notch 10 is formed in the mold fixing means. When the rod H is placed and water is pumped into the container and cooled by the warm cooling means, the water freezes and the volume is about to expand, but the pressurized container 30 blocks it, resulting in notch 10 of the rod H. ), Cracks are formed along the cutting plane.

이와 같은 충격전달수단으로 상기 형봉(H)의 절단면에 크랙이 형성되게 되면 약간의 힘이 상기 절단면 부위에 가해져도 쉽게 상기 형봉(H)이 상하로 분리되게 된다.When cracks are formed on the cutting surface of the mold bar H by such an impact transmission means, the mold bar H is easily separated up and down even when a slight force is applied to the cutting surface portion.

이 분리된 절단면은 상당한 편평도를 유지하고 있으므로 별도의 연마공정이 필요없게 된다.This separated cut surface maintains a substantial flatness, thus eliminating the need for a separate polishing process.

이와 같은 단결정 절단방법은 형봉(H)을 동시에 다수개의 판상으로 절단하는 방법으로도 활용될 수 있는 바, 상기 노치형성수단으로 각각의 절단면에 따라 노치(10)를 형봉(H)의 외주에 형성한 뒤 상기 충격전달수단으로 각각의 절단면에 충격을 가하고 이를 절단하면 한 번에 다수개의 단결정판을 얻을 수 있게 된다.Such a single crystal cutting method can also be used as a method for cutting the mold bar (H) into a plurality of plate at the same time, the notch forming means to form a notch 10 on the outer periphery of the mold bar (H) Then, by applying an impact to each cut surface by the impact transmission means and cutting it can be obtained a plurality of single crystal plate at a time.

따라서, 이 방법을 채택하여 단결정을 절단하게 되면 종래의 톱날이나 강선 등으로 절단할 때 발생되는 원재료 낭비가 거의 없게 된다.Therefore, when the single crystal is cut by adopting this method, there is little waste of raw materials generated when cutting with a conventional saw blade or steel wire.

본 발명에 따른 단결정 절단방법은 봉형상의 단결정 외주에 노치(10)를 형성하고 여기에 충격을 가하여 절단면에 따라 크랙을 형성한 다음 상기 크랙 상하부의 형봉(H)을 분리하는 방법으로 단결정을 절단하게 되므로 인하여, 종래의 톱날이나 강선 등으로 절단할 때의 원재료의 낭비가 많은 점 또는 절단면 위의 금속이온분포나 미소균열제거를 위한 연마공정이 필요한 점 등의 여러 가지 문제점을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 단결정 절단방법보다 훨씬 간단한 제조공정으로 구성할 수 있으므로, 간단하면서도 뛰어난 효과를 가진 단결정 절단방법인 것이다.The single crystal cutting method according to the present invention forms a notch 10 on the periphery of the rod-shaped single crystal and forms a crack according to the cutting surface by applying an impact thereto to cut the single crystal by separating the upper and lower mold bars H. Therefore, it is possible not only to solve various problems such as waste of raw materials when cutting with a conventional saw blade or steel wire, or a need for a polishing process for removing microcrack or metal ion distribution on the cutting surface. Since it can be configured in a much simpler manufacturing process than the conventional single crystal cutting method, it is a simple crystal cutting method having a simple and excellent effect.

Claims

A preparation step (1S) of fixing the single crystal with the single crystal mold fixing means;

A notch forming step (2S) of forming a notch in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the mold bar on the periphery of the single crystal with a predetermined crack forming means;

A crack forming step (3S) for causing cracks to travel radially inward from the notch with a predetermined impact transmission means;

Single crystal cutting method consisting of a separation step (4S) for separating the upper and lower mold bar of the notch.

The method of claim 1, wherein the impact transmitting means is an ultrasonic wave generator having oscillators (20a, 20b) connected to the generator to generate an ultrasonic signal, respectively, at the position where both ends of the mold bar (H) is inserted, or the central portion Single pressure cutting method characterized in that the pressure device consisting of a pressure vessel (30) having a means for positioning the mold bar (H) and a pump for pressurizing a predetermined fluid.

The method of claim 2, wherein the pressurizing device. Means for cooling the inside of the container is added to the pressure vessel (30), the single crystal cutting method characterized in that the fluid.