KR101022172B1 - 브로큰실리콘웨이퍼의 엔,피형 분류장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 N,P형으로 혼합된 브로큰실리콘웨이퍼(약칭:메탈실리콘)를 효과적으로 N, P형(저항치)으로 분류하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 주요 방법상 구성은, 메탈실리콘을 사이즈별로 선별하는 단계; 선별된 메탈실리콘을 콘베이어벨트(11)에 투입하는 단계; 투입된 메탈실리콘(12)을 정렬기(4)에서 정렬하는 단계; 정렬기(4)를 거친 메탈실리콘을 여기장치(5)를 통과시켜 메탈실리콘을 여기시키는 단계; 여기된 메탈실리콘을 전자석장치(6)에 통과시켜 전자석의 특성을 이용하여 메탈실리콘을 분류하는 단계; 분류된 메탈실리콘을 분리통(9)에 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 콘베이어밸트(11)는 원형으로 이루어져 순환하며, 상기한 여기장치(5)는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나이며, 상기한 메탈실리콘 분류단계에서 분류되지 않은 메탈실리콘은 콘베이어벨트를 따라 계속 순환되게 한 것을 특징으로 하며, 그 장치의 구성은, 원형상으로 순환하는 콘베이어벨트(11)와, 상기한 콘베이어벨트(11)에, 선별된 메탈실리콘을 투입하는 선별기(3)와, 선별기(3) 후방에 설치되어 선별기에서 투입된 메탈실리콘을 정렬하는 정렬기(4)와, 정렬기(4) 후방에 설치되어 메탈실리콘에 적외선 또는 자외선을 조사하여 메탈실리콘을 여기시키는 여기장치(5)와, 여기장치에서 여기된 메탈실리콘을 N,P형극성에 따라 좌우로 당겨 분류하는 전자석장치(6)와, N형과P형으로 분류된 메탈실리콘을 수거하는 분리통(9)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 전자석 장치(6)와 분리통(9) 사이에는 분리체(8)를 설치하여, 극성에 따라N형과 P형이 좌 우로 구분된 메탈실리콘이 콘베이어벨트(11)의 이동에 따라 분리통(9)으로 가이드되어 투입되게 구성한 것을 특징으로 한다.

폐잉크다이반도체 웨이퍼, 분리, 브로큰실리콘웨이퍼,메탈실리콘,

Description

브로큰실리콘웨이퍼의 엔,피형 분류장치 및 방법{N,P type sorting appatatus of broken-wafer and its method}

본 발명은 반도체 제조 공정에서 프린팅, 소잉(sawing), 패킹 공정 전후에 불량으로 처리된 폐잉크다이 반도체 웨이퍼로부터 분리 추출된 메탈 실리콘 혹은 조각난 브로큰 실리콘 웨이퍼(입자크기 5cm이하)를 패턴 제거 전후에 N형,P형 저항치별로 실리콘을 분리 추출하는 장치이다

국내의 반도체 수출을 통한 금액은 2007년도의 경우 392억9,000만 달러에 달해 반도체가 국가 총 수출액 중 차지하는 비중은 11.3% 이상으로 반도체 생산을 통한 국가의 경제적 경쟁력 제고는 필수 불가분의 관계를 갖고 있다.

특히나 장기적인 반도체 웨이퍼(메탈실리콘) 부족현상을 초래하고 있는 현 상황에서 반도체 웨이퍼 증설을 위한 신규 투자가 대기업을 중심으로 대규모로 이러어지고 있는 실정이다. 그러나 반도체 제품 생산과정 중에서 특히 재활용 불가능한 폐잉크 다이 반도체 웨이퍼의 기존 처리방식(분쇄->소각->매립)은 여타 반도체 처리공정에서 발생하는 오염 유발도에 비하여 월등히 높은 대기 및 수질, 토양오염 의 원인이 되고 있다.

따라서, 국내외적으로 불량 반도체 웨이퍼 재생 기술에 관한 연구 개발은 매우 활발히 진행되고 있다. IBM의 경우 불량 웨이퍼 단면을 연마 처리하여 웨이퍼를 태양전지용 웨이퍼로 재사용하는 기술을 개발하여 환경오염 방지 및 부수적인 수익을 올리고 있다.

국내의 경우에도 유사한 기술을 이용하여 웨이퍼 상태에서의 불량 실리콘 웨이퍼를 재생하여 재활용하는 기술이 사용되고 있다. 그러나 소잉(Sawing) 작업 후의 불량 폐잉크다이반도체 웨이퍼의 경우에는 소각 및 매립을 통한 폐기물로 처리되고 있어서 소잉 작업 후의 불량 폐잉크 다이 반도체 웨이퍼 재활용을 위한 기술은 세계적으로 전무한 실정이다. 일부 재활용 전문업체 중에서는 독성이 강한 화학적인 처리 과정과 각각의 폐잉크 다이 반도체 웨이퍼 조각을 수작업 과정을 거쳐 구분 후 재처리하여 태양광 발전용 반도체용 웨이퍼 잉곳 생산에 일부분 사용되고 있는 정도이다.

종래의 기술 수준으로는 일정 크기 이상의 소잉 공정이전 불량 웨이퍼이어야만 적절한 웨이퍼 고정 메커니즘을 이용하여 웨이퍼를 고정 후 연마기를 이용하여 일정두께가 될 때까지 웨이퍼 표면을 연마하여 반도체 웨이퍼 상에 구성된 회로 패턴을 제거하는 방법으로 소잉 공정이전의 불량웨이퍼를 재생하여 재활용하는 방법을 이용하여 왔다.

그러나 이 방법으로는 단면적이 일정크기 이하의 조각난 불량 웨이퍼는 적절 한 고정 메커니즘 적용이 어려운 관계로 작은 크기의 불량 웨이퍼에는 이 기술을 이용할 수가 없는 단점이 있어서 반도체 웨이퍼는 폐기 처리를 할 수밖에 없었다.

미국 반도체 산업협회(Semiconductor Industry Association)자료에 의하면 2007년 현재 전세계에서 생산되는 반도체 웨이퍼는 매일 약 25만 장에 달하며 이는 현재 전 세계적인 웨이퍼 공급요구량을 크게 밑돌고 있으며 이러한 이유로 국내왜적으로 웨이퍼 생산 시설을 위한 공장설비 증설 및 신규투자가 활발히 이루어지고 있다. 이렇게 생산된 반도체 웨이퍼는 그 중 약 3.3%가 불량으로 처리되고 있으며 2007년 현재 연간으로 약 300만 장이 넘는다.

이는 웨이퍼 단위에서의 불량으로 처리되는 것을 의미하며 이렇게 웨이퍼 단계에서의 불량 웨이퍼는 재사용을 위한 처리기술이 다양하게 개발되고 있으며 이렇게 재처리된 재생 웨이퍼는 태양전지용 웨이퍼로 주로 사용되고 있다.

그러나 웨이퍼 단계에서의 불량이 아닌 추가적인 소잉 공정 처리 후에 불량으로 처리된 폐잉크 다이 반도체 웨이퍼는 정상적인 경우 소각 및 매립의 과정을 거처 처리되고 재사용이 되지 않고 있다. 이는 매우 심각한 대기, 토지 환경공해를 유발하므로 인하여 향후 반도체 산업의 발전에 심각한 장해 요인이 될 것이며, 아울러 향후 태양광 발전 산업이 매우 빠른 속도로 보급될 경우 추가적인 반도체 웨이퍼(메탈실리콘) 생산 시설 증설을 통하여도 효과적으로 해당용도의 반도체 웨이퍼(메탈실리콘) 공급이 이루어지지 않을 가능성이 매우 높다.

본 발명은 이렇게 폐기 처리되는 불용 폐잉크 다이 반도체 웨이퍼들을 효과적으로 재처리하여 혼합된 N형, P형(저항치) 브로큰실리콘웨이퍼를 분리 추출하여 태양전지판 용 원재료 및 경합금속 촉매제(용매제)등을 위한 소재로 재활용할 수 있도록 하는 장치와 방법을 개발하였다.

참고로 본 출원인은 폐잉크다이 반도체웨이퍼의 메탈과 PVC추출장치는 특허 출원 제 2008-2509 호로 출원하였는 바, 이 특허출원은 P,N형 메탈실리콘과 PVC원료를 분리하는 장치이다. 그리고 본 출원인은 그 후속 공정으로, 특허출원 2008-2519 호를 출원하였는데, 이 출원에서는 P 및 N형 메탈실리콘의 (패턴)박막을 제거하는 기술을 공개하였다.

이제 본 발명에서 실시하고자 하는 것은, 혼합된 N 및 P형 브로큰실리콘웨이퍼를 N형, P형(저항치)으로 분류하는 분리 기술을 공개하고자 한다. 메탈실리콘의 P-타입과 N-타입은 사용용도 및 금속 종류가 다르므로 분류할 필요가 있다.

본 발명의 주요 구성은, 실리콘 벌크박스(1), 원형 콘베이어벨트(11), 웨이퍼 선별기(3), 웨이퍼 정열기(4), 적외선(자외선) 투사기인 여기장치(5), 전자석 혹은 정전기 유도장치인 전자석장치(6), 그리고 타입별 실리콘 회수장치(9)로 이루어진다
본 발명은 브로큰실리콘웨이퍼의 N형 P형 분류 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 주요 방법상 구성은, 메탈실리콘을 선별하는 단계; 선별된 메탈실리콘을 콘베이어벨트(11)에 투입하는 단계; 투입된 메탈실리콘(12)을 정렬기(4)에서 정렬하는 단계; 정렬기(4)를 거친 메탈실리콘을 여기장치(5)를 통과시켜 메탈실리콘을 여기시키는 단계; 여기된 메탈실리콘을 전자석장치(6)에 통과시켜 전자석의 특성을 이용하여 메탈실리콘을 N형 P형으로 분류하는 단계; 분류된 메탈실리콘을 분리통(9)에 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 콘베이어밸트(11)는 원형으로 이루어져 순환하며, 상기한 여기장치(5)는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나이며, 상기한 메탈실리콘 분류단계에서 분류되지 않은 메탈실리콘은 콘베이어벨트를 따라 계속 순환되게 한 것을 특징으로 하며, 그 장치의 구성은, 원형상으로 순환하는 콘베이어벨트(11)와, 상기한 콘베이어벨트(11)에, 선별된 메탈실리콘을 투입하는 선별기(3)와, 선별기(3) 후방에 설치되어 선별기에서 투입된 메탈실리콘을 정렬하는 정렬기(4)와, 정렬기(4) 후방에 설치되어 메탈실리콘에 적외선 또는 자외선을 조사하여 메탈실리콘을 여기시키는 여기장치(5)와, 여기장치에서 여기된 메탈실리콘을 N형 P형 극성에 따라 좌우로 당겨 분류하는 전자석장치(6)와, 분류된 메탈실리콘을 수거하는 분리통(9)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 전자석 장치(6)와 분리통(9) 사이에는 분리체(8)를 설치하여, N형 P형극성에 따라 좌우로 구분된 메탈실리콘이 콘베이어벨트(11)의 이동에 따라 분리통(9)으로 가이드되어 투입되게 구성한 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 의해 분리되는 P-타입과 N-타입의 메탈실리콘은, 태양광전지관련 사업분야에 필요한 고순도의 실리콘을 보다 저렴하고 효과적으로 제공하여 관련 산업의 활성화를 유발하고 특히 대기오염 및 수질,토양오염의 최소화를 통하여 쾌적한 환경유지에 이바지한다.

또한 본 발명에서 부스러기로 걸러지는 메탈실리콘 파우더는 경금속 합금업체에 보내어져 금속용매제 혹은 촉매제로 재활용처리되므로 폐잉크다이반도체 웨이퍼를 하나도 버리지 않고 재활용할 수 있어 물자 절약 및 폐기물 발생으로 인한 환경오염 문제까지 해결 가능한 매우 우수한 발명이다

또한 국내에서 월간 30톤, 국제적으로 월간 총 100톤에 달하는 불용 폐기물 반도체를 효과적으로 재처리하고 자원화함으로써 국제적인 반도체 웨이퍼(메탈실리콘) 부족현상을 보완하고 태양전지판 제조용 고순도 반도체 원자재 생산을 통한 부가가치 창출을 이룰 수 있게 될 것이며 아울러 폐기물 반도체 폐 처리 비용의 최소화를 통한 반도체 제조회사의 경쟁력 향상에도 이바지하게 될 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 상술한다

본 발명의 개요는 실리콘 벌크박스(1)로 부터 투입된 메탈실리콘을 원형 콘베이어벨트에 흘려 사이즈 선별기(3)와 정렬기(4)를 통과시켜 적외선(자외선)을 투사하여 n-타입 및 p-타입이 갖고 있는 고유의 전극을 활성화시켜 충분히 여기된 반도체 웨이퍼를 강전계 혹은 자계장 속으로 통과하게 하여 웨이퍼 외부에 정전 유도된 전하의 극성에 의하여 서로 다른 방향으로 끌리거나 반발하는 원리를 이용한다

도 1 은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다

본 발명의 설명에 앞선 처리 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다

회수된 폐잉크다이반도체웨이퍼를 PVC 와 메탈실리콘으로 분류하고 분류된 메탈실리콘을 샌딩처리기를 통하여 회로패턴을 제거한다. 잔류회로패턴은 화학처리를 하여 완전히 제거한다. 그리고 웨이퍼 사이즈별로 분류기를 통과시켜 웨이퍼 크기별로 분류 후, 큰 웨이퍼들은 별도의 처리 공정을 통하여 분리하며, 매우 작은 잔류 웨이퍼들은 본 발명으로 도시한 바와 같이, 선별기(3)를 거쳐 콘베이어벨트(11)로 투입된다. 콘베이어벨트(11)는 원형으로 순환하며 돈다

즉, 실리콘 벌크박스(1)로 부터 투입된 메탈실리콘은 사이즈를 선별하는 선별기(3)를 거쳐 콘베이어벨트(11)에 흘려 보낸다. 그러면 메탈실리콘(12)은 정렬기(4)를 통과하면서 평편하게 정열되어 콘베이어벨트(11)를 따라 계속 진행된다

그리고, 여기장치(5)에서 적외선이나 자외선을 투사 하여, 메탈실리콘의 n-타입 및 p-타입이 갖고 있는 고유의 전극을 활성화시켜 충분히 여기시킨다.

예를 들어, 도 2 에서 보듯이, 적외선램프(15)를 사용하여, 적외선을 투사하면 p형 메탈실리콘 내부의 정공과 n형 메탈실리콘 내부의 전자로 인하여 p형 메탈실리콘 외부에는 +전하가 n형 메탈실리콘 외부에는 - 전하를 유도 한다. 이렇게 충 분히 여기된 메탈실리콘은 전자석장치(6)로 들어가 강전계 혹은 자계장 속으로 통과하게 하여, 메탈실리콘 외부에 정전 유도된 전하의 극성에 의하여, 서로 다른 방향으로 끌리거나 반발하게 한다.

즉, 전자석장치(6)는 콘베이어벨트(11)에 대하여 직각으로 설치되어 그 양쪽이 각기 다른 전극인 N,S 극성을 갖게 한다. 그러면 N 과 S 극으로 여기된 메탈실리콘(12)은 전자석장치(6)의 좌우로 극성에 따라 구분되어 정렬된다. 그러면 그 전방에서 분리통(9)으로 투입되게 설치한 분리체(8)를 지나면서 좌우의 분리통(9)으로 N,P 타입의 메탈실리콘이 구분되어 수거된다.

분리체(8)는, 콘베이서벨트(11) 상에 위치시켜, 콘베이어 벨트(11)의 폭 양쪽으로 몰려 위치하는 메탈실리콘(12)들이 분리통(9)으로 유입되게 가이드한다

한편, 여기가 충분히 되지 않아, 콘베이어벨트(11)의 양측으로 충분히 당겨지지 못한 메탈실리콘(12)은 콘베이어벨트(11)를 타고 계속 회전을 반복한다. 다시 순환되는 메탈실리콘(12)은 여기 장치에서 재차 충분히 여기되어 전자석장치(6)에서 분리된다

상기 구성에 의하면, 콘베이어벨트(11)에 의한 연속적인 분류작업으로 전체적인 분류 시스템을 자동화할 수 있어 작업 효율도 높다.

도 1 은 본 발명에 따른 장치를 개략 설명하기 위한 도면

도 2 는 본 발명에 따라 메탈실리콘이 여기장치와 전자석 장치를 통과하여 분리되는 것을 보여 주는 도면

Claims (4)

1. 회수된 폐잉크다이반도체웨이퍼를 PVC 와 메탈실리콘으로 분류하고 분류된 메탈실리콘을 샌딩처리기를 통하여 회로패턴을 제거하고, 잔류회로패턴은 화학처리를 하여 완전히 제거한 후, 웨이퍼 사이즈별로 분류기를 통과시켜 웨이퍼 크기별로 분류하고, 상기 분류기를 통과시켜도 분류되지 못한 잔류 웨이퍼는 선별기(3)를 통과시켜 메탈실리콘을 선별하는 단계;

   선별된 메탈실리콘을 콘베이어벨트(11)에 투입하는 단계;

   투입된 메탈실리콘(12)을 정렬기(4)에서 정열하는 단계;

   정렬기(4)를 거친 메탈실리콘을 여기장치(5)를 통과시켜 메탈실리콘을 여기시키는 단계;

   여기된 메탈실리콘을 전자석장치(6)에 통과시켜 전자석의 특성을 이용하여 메탈실리콘을 분류하는 단계;

   분류된 메탈실리콘을 분리통(9)에 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브로큰실리콘웨이퍼의 N,P형 분류방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 콘베이어밸트(11)는 원형으로 이루어져 순환하며,

   상기한 여기장치(5)는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나이며, 상기한 메탈실리콘 분류단계에서 분류되지 않은 메탈실리콘은 콘베이어벨트를 따라 계속 순환되게 한 것을 특징으로 하는 브로큰실리콘웨이퍼의 N, P형 분류방법
3. 원형상으로 순환하는 콘베이어벨트(11)와,

   상기한 콘베이어벨트(11)에, 선별된 메탈실리콘을 투입하는 선별기(3)와,

   선별기(3) 후방에 설치되어 선별기에서 투입된 메탈실리콘을 정렬하는 정렬기(4)와,

   정렬기(4) 후방에 설치되어 메탈실리콘에 적외선 또는 자외선을 조사하여 메탈실리콘을 여기시키는 여기장치(5)와,

   여기장치에서 여기된 메탈실리콘을 N형 P형 극성에 따라 좌우로 당겨 분류하는 전자석장치(6)와,

   분류된 메탈실리콘을 수거하는 분리통(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브로큰실리콘웨이퍼의 N, P형 분류장치
4. 제 3 항에 있어서,

   상기한 전자석 장치(6)와 분리통(9) 사이에는 분리체(8)를 설치하여, 극성에 따라 좌우로 구분된 메탈실리콘이 콘베이어벨트(11)의 이동에 따라 분리통(9)으로 가이드되어 투입되게 구성한 것을 특징으로 하는 브로큰실리콘웨이퍼의 N, P형 분류장치

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