FPIA-3000 application note-Wiresaw 연마슬러리의 재사용

소개

 

  태양전지제품(광전지, 반도체 및 극소전자공학산업)에 사용하는 주요기술은 실리콘블록을 얇게 잘라서 웨이퍼를 만드는 다중 와이어쏘우 기술이다. 이 공정은 높은 재료 처리 능력과 과 우수한 표면 품질을 얻을 수 있다. 효율성을 높이고 낭비를 줄이기 위해서 와이어쏘우 커팅공정에서 사용하는 연마 슬러리의 재사용해야 한다. Sysmex Flow Particle mage Analyzer FPIA-3000 은 이러한 슬러리 공정의 품질을 모니터링 하는데 이상적인 장비이다. 

 

 

실리콘 웨이퍼 슬라이스

 

  실리콘 블록을 얇게 잘라서 웨이퍼를 만드는 와이어쏘우는 공급 스풀에서 텐션시스템을 통과하여 가이드롤러에 감겨 와이어웹을 형성한다. 이때 공급되는 단일와이어는 80 에서 200 마이크로의 지름을 가지고 있고 최종적으로 테이크업 스풀로 감는다. 와이어는 한쪽방향에서 다른쪽 방향으로 감겨서 통과하여 연마 슬러리가 공급되는 쏘잉 채널을 통과하여 자르고 연마하는 공정을 하게 된다. 실리콘은 와이어웹에 눌려서 한번에 수천 개의 와이퍼로 잘라진다.

 

 Figure 1: Schematic of a wire saw

 

 

 

  연마슬러리는 글라이콜이나 오일에 들어있는 실리콘카바이드 같은 강력한 연마입자의 서스펜전이다. 연마물질은 엄격한 품질 콘트롤로 생산되며 높은 수준의 정밀도를 요구하는 공정이다. 전통적으로 커팅공정 후에 사용한 슬러리는 버리게 된다. 사용한 슬러리에는 많은 양의 미세한 실리콘 파우더가 함유되어 있고 파괴된 연마입자가 들어있다. 게다가 공정도중 발열과 화학적 반응이 일어나기 때문에 뭉쳐지는 입자들도 생겨난다. 이 두 가지 경우 모두 공정 효율을 감소시키고 웨이퍼 제품의 품질을 떨어뜨린다.

 

  그러나 최근의 공정에서는 연마제의 재활용으로 제품생산 비용과 산업폐기물을 줄일 수 있다. 재활용 방법 중 하나는 원심분리를 사용하여 액체 내의 고체물질을 제거하는 것이다. 이렇게 분리한 재활용이 가능한 물질은 다시 공정에 쓰인다. Fig 2 는 전통적인 공정과 재활용 공정의 와이어 쏘우 차트를 나타낸다.

 

Figure 2: Flow chart of the wire saw process before and after the introduction of a recycling system.

 

 

 

재생 절차 모니터

 

  Sysmex Flow Particle Image Analyzer FPIA-3000 은 공정중에 재활용을 하기 위해 추출하여 연마 슬러리의 물성저하를 개선하는데 사용한다. 추출한 샘플은 실시간으로 측정하고 CCD 카메라를 사용하여 360,000 개의 입자까지 촬영한다. SOP(standard operation procedure)을 이용하여 한번의 클릭으로 2 분내의 분석이 가능하다. 이 시스템은 입자사이즈의 통계적 결과와 입자 색수에 따른 입자모양의 분포를 나타낸다. 이는 슬러리 내에 존재하는 불필요한 미세입자(연마조각, 실리콘웨이퍼 찌꺼기등)들의 양을 모니터 할 수 있다. 추가적으로 입자사이즈와 입자모양의 2 차원적 스캐터그램을 제공하여 입자의 사이즈와 모양을 근거로 하는 초기의 입자와 뭉쳐진 입자들을 구분이 가능하다.

 

Wire saw 절차 전 후 슬러리 분석

  이러한 응용에 FPIA-3000 을 사용하기 위해서 와이어쏘우 공정 전후에 사용한 슬러리를 분석하였다. Fig 4이러한 분석을 나타낸다. 초기의 Circular Equivalent Diameter(CE Diameter)사이즈 분포는 와이어쏘우 공정 전보다 후에 연마슬러리 내의 미세물질이 증가한다. 또한 와이어쏘우 공정 전에는 없었던 미세물질의 양(초록색 영역)과 Circular Equivalent Diameter Verses Circularity 에 뭉친 입자가 존재(파란색 영역)하는 것을 나타난다. 샘플 내의 부가적인 입자와 사용 가능한 연마입자(빨간색 영역)의 비율을 나타내어 쉽게 비교할 수 있다. 또한 모든 입자의 분석 이미지가 시스템에 저장된다. 각기 다른 타입의 이미지들은 와이어쏘우 커팅공정후의 연마 슬러리 내에 존재하는 입자이다. (Fig. 4)

 

Figure 4: Results of the analyses of the abrasive slurry before and after being used in the wire saw process along with example particle images.

 

 

결론

FPIA-3000 은 실리콘블럭을 절단해서 웨이퍼로 만드는 와이어쏘우 커팅공정에서 연마슬러리의 물성 저하를 모니터링 할 수 있다. 또한 양에 대한 분석으로 부산물의 존재를 모니터링 할 수 있다. 그러므로 생산단계와 재활용단계에서 언제 슬러리를 제거해야 하는지 결정할 수 있다. 추가적으로 FPIA-3000 시스템은 재활용단계에서 부산물이 성공적으로 제거 되었는지 모니터링 할 수 있다. 

 

 

 

참조


Swiss Wafer Slicing technology for the Global PV Market from Meyer + Berger AG-Novel trends for the Future in Photovoltaic Wafer Manufacture. Peter Pauli et. al. 6th Symposium Photovotaique Nation SIG, Geneve November 2005  

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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