KR101133911B1 - 레이저 빔을 이용하여 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 방법 및 이에 사용되는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 빔을 이용하여 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로, 절단하고자 하는 솔라셀 웨이퍼에 미리 정해진 절단선을 따라 레이저 빔이 상대 이동하여 레이저 빔에 의해서만 상기 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 웨이퍼 절단 단계와; 상기 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 미리 정해진 거리(d)만큼 이격된 가상선을 따라 상기 레이저 빔을 이동시켜 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면에 부착된 절삭 입자를 제거하는 절단면 다듬질 단계를; 포함하여, 실리콘 재질의 웨이퍼를 블레이드나 레이저로 절단하는 과정에서 절삭 입자가 열에 의해 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면에 달라붙어 절단면이 매끈하지 못하게 되는 결함이 발생되는 데, 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 1㎛ 내지 999㎛ 사이의 미리 정해진 거리만큼 이격된 가상선을 따라 레이저 빔을 이동시키는 공정을 거치는 것에 의하여, PVA코팅을 거치지 않더라도 이와 같이 절단면에 들러붙는 입자를 제거하여 보다 매끈한 표면 상태로 절단할 수 있도록 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법 및 이에 사용되는 레이저 절단 장치를 제공한다.

레이저 빔, 솔라셀 웨이퍼, 규격, 절삭 입자, 절단면, 가상선

Description

레이저 빔을 이용하여 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 방법 및 이에 사용되는 장치 {METHOD OF DICING SOLAR CELL WAFER USING LASER BEAM AND APPARATUS USING THEREFOR}

본 발명은 레이저 빔을 이용하여 태양 전지의 소재가 되는 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저 빔으로 솔라셀 웨이퍼를 절단함에 있어서 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면이 보다 매끈한 면으로 절단되도록 하면서 폴리비닐 아세테이트(PVA) 코팅을 배제할 수 있도록 하는 레이저 빔을 이용한 솔라셀 웨이퍼의 절단 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.

최근 화석 연료의 고갈과 유가 급등에 따라 보다 친환경적이면서 영구적인 대체 에너지의 개발의 필요성이 점차 높아지고 있다. 이에 따라, 태양광으로부터의 에너지를 활용할 수 있도록 하는 태양 전지의 개발이 가속화되고 있으며, 이에 대한 연구가 수십년간 진행되고 있다.

태양 전지는 P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용하여 전기를 일으키는 것으로서, 태양전지에 태양광이 조사되면 내부에서 전자와 정공이 발생하고, 발생된 전하들이 P, N극으로 이동하는 현상에 의하여 P극과 N극 사이에 전위차를 발생시켜 부하를 연결한 상태에서 전류를 흐르게 하는 광전 효과를 이용한 것이다.

이와 같은 태양전지의 소재로는 발생된 전하의 이동에 용이한 단결정, 다결정 구조를 갖는 실리콘을 주성분으로 하는 솔라셀 웨이퍼가 사용되는 데, 반도체 소자용으로 사용되는 실리콘 웨이퍼에 비하여 실리콘(Si)의 성분비가 상대적으로 매우 높아 약한 취성으로 인해 균열이나 파손이 쉽게 발생되는 성질을 갖는다. 이에 따라, 솔라셀 웨이퍼를 제작하는 데에는 수율이 낮아, 단위 솔라셀 웨이퍼를 제작하는 데에는 고가의 비용이 소요되고 있다.

이 때, 솔라셀 웨이퍼는 미리 정해진 치수로 제작되어 태양 전지의 제작에 사용되는 데, 일부분이 파손되어 떨어져나가거나 균열이 발생되면 전체를 모두 사용하지 않고 폐기, 재성형시켜야 하므로, 고가의 솔라셀 웨이퍼의 활용도가 낮아지는 문제점도 있었다.

한편, 종래의 반도체용 웨이퍼의 절단 공정에는 폴리비닐 아세테트(Polyvinyl Acetate, 이하 "PVA") 코팅을 하여, 절단 공정에서 배출되는 입자(debris)가 발생되더라도 웨이퍼에 고착되는 것을 최소화하였다. 그러나, PVA코팅은 유기물에 쉽게 오염이 되기 때문에, 사용자의 손이 닿는 것에 의해서도 쉽게 오염되며, 일단 웨이퍼가 유기물에 오염되면 영구적으로 지워지지 않으므로 오염된 웨이퍼는 폐기시켜야 하는 문제점도 있었다. 따라서, 웨이퍼의 표면에 PVA코팅을 하지 않더라도 매끈한 면으로 솔라셀 웨이퍼를 절단할 수 있도록 할 필요성도 크게 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 유기물에 의한 오염이 취약한 폴리비닐 아세테이트(PVA) 코팅을 배제하면서도, 절단 시 발생되는 절삭 입자(burr, debris)나 분진 등(이하, 이들을 간단히 "절삭 입자"라고 함)이 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면이 보다 매끈한 면으로 절단되도록 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 웨이퍼를 이동시켜가며 레이저 절단을 해야 하는 반도체용 웨이퍼와 달리, 솔라셀 웨이퍼를 고정시킨 상태에서 미리 정해진 경로를 따라 레이저 빔을 이동하여 절단 경로를 따라 고속으로 솔라셀 웨이퍼를 절단할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 레이저 빔을 고속으로 반복 이동시키는 것에 의하여 솔라셀 웨이퍼의 절단면에 절삭 입자가 달라붙는 것을 최소화하여 매끈하고 깨끗한 절단면이 되도록 절단하는 것이다.

또한, 본 발명은 취성이 약한 고가의 솔라셀 웨이퍼를 취급하는 과정에서 솔라셀 웨이퍼에 균열(crack)이나 파손이 발생되는 경우에, 이를 곧바로 폐기하지 않 고 원래의 크기보다 작은 소형의 크기로 재사용할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 레이저 빔을 이용한 솔라셀(solar cell) 웨이퍼의 레이저 절단 방법으로서, 절단하고자 하는 솔라셀 웨이퍼에 미리 정해진 절단선을 따라 레이저 빔이 상대 이동하여 레이저 빔에 의해서만 상기 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 웨이퍼 절단 단계와; 상기 절단선을 따라 절단되어 사용하고자 하는 측의 상기 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 미리 정해진 거리(d)만큼 이격된 가상선을 따라 상기 레이저 빔을 이동시켜 절단면에 고착된 절삭 입자(burr, debris)를 제거하는 절단면 다듬질 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법을 제공한다.

이는, 실리콘 재질의 웨이퍼를 블레이드나 레이저로 절단하는 과정에서 절삭 입자가 열에 의해 절단면에 달라붙어 절단면이 매끈하지 못하게 되는 결함이 발생되는 데, 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 1㎛ 내지 999㎛ 사이로 미리 정해진 거리만큼 이격된 가상선을 따라 레이저 빔을 이동시키는 공정을 거치는 것에 의하여, 이와 같이 절단면에 들러붙는 입자를 제거하여 보다 매끈한 절단면을 구현할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 통해, 절삭 입자가 들러붙는 것을 방지하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 행하는 PVA(Polyvinyl acetate) 코팅 공정을 제거할 수 있게 되어 공정이 보다 단순해질 뿐만 아니라, 종래 PVA 코팅에 의하여 유기물에 의한 오염에 취약했던 문제점도 함께 제거할 수 있게 된다.

여기서, 상기 절단면 다듬질 단계에서 '사용하고자 하는 측의 솔라셀 웨이퍼'란, 절단선에 따라 절단하면 그 양쪽에 모두 절삭 입자(burr등)가 달라붙는 현상이 발생되지만, 폐기하고자 하는 측의 솔라셀 웨이퍼에 대해서는 절단면을 다듬질할 필요가 없으므로, 궁극적으로 폐기되지 않고 태양전지의 제작 등에 사용하고자 하는 측(예를 들어, 도5를 기준으로 좌측)의 솔라셀 웨이퍼를 말한다. 이처럼, 사용하고자 하는 측의 솔라셀 웨이퍼의 절단선의 바깥쪽으로 이격된 가상선을 따라 2차 레이저 빔 가공을 행하는 것에 의하여 절단면이나 그 주변의 솔라셀 웨이퍼의 표면을 보다 매끈하게 가공할 수 있게 된다.

이 때, 솔라셀 웨이퍼의 절단면이 보다 매끈한 면이 되도록 하면서 절단하기 위해서는 레이저 빔을 고속으로 이동하여 레이저 빔에 의하여 열화되는 현상을 최소화하는 것이 바람직하다. 한편, 반도체용 웨이퍼와 달리, 솔라셀 웨이퍼에 패턴이 미리 형성된 상태에서 절단되는 것이 아니므로, 소재의 특정 위치에 무관하게 절단되는 솔라셀 웨이퍼의 최종 크기를 맞추기만 하면 되므로, 솔라셀 웨이퍼의 절단 시에는 레이저 빔을 고속으로 이동시키는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 웨이퍼 절단 단계는 상기 레이저 빔이 상기 절단선을 따라 50mm/sec 내지 2000mm/sec 사이의 고속으로 이동하며, 동시에 복수회 이동하는 것에 의하여 솔라셀 웨이퍼를 블레이드 없이 레이저 빔만에 의하여 매끈한 절단면으로 절단할 수 있게 된다. 즉, 레이저 빔이 고속으로 이동하는 것에 의하여 열화 영향이 최소화되어 절단면과 그 주변의 표면이 매끄러운 표면으로 가공된다. 이 때, 레이저 빔의 출력은 반도체용 웨이퍼를 절단하는 경우에 사용되는 2W(Watt) 내지 3W보다 높은 20W정도의 출력으로 유지된다.

이를 위하여, 웨이퍼 절단 단계는, 솔라셀 웨이퍼가 고정된 스테이지는 무거워 정밀도를 갖고 고속으로 이동하는 것이 곤란하므로, 솔라셀 웨이퍼를 스테이지에 고정한 상태에서, 레이저빔 소스로부터 발사된 레이저 빔이 회전 가능하게 설치된 2개의 반사 미러에 반사되는 것에 의하여 조향되어, 상기 절단선을 따라 상기 레이저가 고속 이동하는 것에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은, 레이저빔을 이용한 솔라셀(solar cell) 웨이퍼의 레이저 절단 방법으로서, 제1규격의 치수로 형성된 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생하였는지 검사하는 검사 단계와; 상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생된 것으로 상기 검사 단계에서 검사된 경우에, 상기 제1규격보다 작은 치수의 제2규격의 치수로 절단할 수 있는지를 검사하여 상기 제2규격의 치수로 절단하는 절단선을 결정하는 절단 영역 결정 단계와; 상기 솔라셀 웨이퍼에 대하여 레이저빔을 상기 절단선을 따라 이동시켜 상기 솔라셀 웨이퍼가 상기 제2규격이 되도록 절단하는 웨이퍼 절단 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 방법을 제공한다.

이는, 취성에 약하고 얇게 제작되는 솔라셀 웨이퍼는 제조 또는 취급 중에 균열이나 모서리 부분이 파손되기가 쉬운데, 이와 같이 균열이나 파손이 발생된 불 량부를 제외한 다른 부분에 의하여 원래의 제1규격보다 작은 일정 규격을 충족한다면, 제1규격보다 작은 크기의 규격의 용도로 재사용할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 "제1규격" 및 "제2규격"이라는 용어는 필요에 의하여 미리 정해진 치수를 의미하는 것이지, 반드시 ANSI 등과 같은 공인된 규격집에서 규격으로 규정된 치수로 한정되는 용어로 제한되지 않는다.

이 때, 마찬가지로, 상기 웨이퍼 절단 단계는, 상기 솔라셀 웨이퍼가 스테이지에 고정된 상태로, 레이저 소스로부터 발사된 레이저빔이 회전 가능하게 설치된 2개의 반사 미러에 반사되는 것에 의하여 조향되어, 상기 절단선을 따라 50mm/sec 내지 2000mm/sec의 속도로 상기 레이저빔이 복수회 이동하여 레이저 빔에 의해서만 상기 솔라셀 웨이퍼가 절단된다. 여기서, 레이저 빔의 이동 속도가 50mm/sec보다 느리면 웨이퍼의 절단면이 열화되어 절단면 용융현상에 의해 매끄럽지 않게 되어 바람직하지 않으며, 레이저 빔의 이동 속도가 2000mm/sec보다 빠르면 미리 정해진 절단용 레이저 빔의 일정한 주파수에 대하여 레이저 빔이 빠른 속도로 이동함에 따라 절단선을 따르는 레이저 빔의 스팟 사이의 간격이 증가하므로 레이저 빔의 분리 효과(Laser spot seperation effect)가 발생되어 가공 라인이 완전한 직선으로 되지 않고 미세하게 울퉁불퉁해지는 현상이 발생되므로 바람직하지 않다.

그리고, 상기 웨이퍼 절단 단계 이후에는, 솔라셀 웨이퍼를 취급하는 과정에서 제1규격보다 작은 제2규격의 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생되지 않도록 상기 솔라셀 웨이퍼의 면에 수직한 방향으로 기계적인 분리 장치 또는 에어를 불어주어 절단된 조각을 상기 제2규격의 솔라셀 웨이퍼로부터 분리시키는 에어 분사 단 계를 거친다. 그리고 나서, 최종적인 절단면을 세척하기 위하여 전기가 통하지 않는 이온을 제거한 세척수로 절단된 상기 제2규격의 솔라셀 웨이퍼를 세척하는 세척 단계를 거친다.

이를 위하여, 본 발명은, 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 장치로서, 상기 솔라셀 웨이퍼를 고정하는 스테이지와; 상기 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 레이저를 발사하는 레이저빔 소스와; 상기 스테이지에 고정된 상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생되었는지를 검사하고, 상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생된 경우에 상기 솔라셀 웨이퍼의 크기보다 작은 제2규격으로 절단이 가능한지 여부를 검사하는 검사 유닛과; 상기 검사 유닛에 의하여 상기 제2규격으로 절단하는 것이 가능하다고 검사되면, 상기 제2규격으로 절단하는 절단선을 결정하는 절단 영역 결정 유닛과; 레이저빔 소스로부터 발사된 레이저 빔이 제1모터에 의해 회전 가능한 제1반사미러와, 제2모터에 의해 회전 가능한 제2반사 미러에 순차적으로 반사되어 상기 절단선을 따라 조향하며 50mm/sec 내지 2000mm/sec의 속도로 반복 이동시키는 스캐너를; 포함하여, 구성된 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 장치를 제공한다.

한편, 스캐너를 사용하는 대신에, 솔라셀 웨이퍼가 이동하는 경우에 사용되는 포커싱 헤드(focusing head)에 의하여 레이저 빔을 조사하면서 정해진 절단선을 따라 솔라셀 웨이퍼를 절단하도록 구성될 수도 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은, 레이저 빔을 이용한 솔라셀(solar cell) 웨이퍼의 레이저 절단 방법으로서, 절단하고자 하는 솔라셀 웨이퍼에 미리 정해진 절단선을 따라 레이저 빔이 상대 이동하여 레이저 빔에 의해서만 상기 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 웨이퍼 절단 단계와; 상기 절단선을 따라 절단되어 사용하고자 하는 측의 상기 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 미리 정해진 거리(d)만큼 이격된 가상선을 따라 상기 레이저 빔을 이동시켜 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면에 부착된 절삭 입자를 제거하는 절단면 다듬질 단계를; 포함하여, 실리콘 재질의 웨이퍼를 블레이드나 레이저로 절단하는 과정에서 절삭 입자가 열에 의해 절단면과 절단면 주위의 웨이퍼 표면에 달라붙어 절단면이 매끈하지 못하게 되는 결함이 발생되는 데, 절단선을 따라 절단하여 사용하고자 하는 측의 솔라셀 웨이퍼의 바깥쪽으로 1㎛ 내지 999㎛ 사이의 미리 정해진 거리만큼 이격된 가상선을 따라 레이저 빔을 이동시키는 공정을 거치는 것에 의하여, PVA코팅을 거치지 않더라도 이와 같이 절단면에 들러붙는 입자를 제거하여 보다 매끈한 표면 상태로 절단할 수 있도록 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법 및 이에 사용되는 레이저 절단 장치를 제공한다.

즉, 본 발명은, 절삭 입자가 들러붙는 것을 방지하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 행하는 PVA(Polyvinyl acetate) 코팅 공정을 제거할 수 있게 되어 공정의 효율을 도모하고 절단 공정의 소요 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 종래 PVA 코팅에 의하여 솔라셀 웨이퍼가 유기물에 의한 오염에 취약했던 문제점도 함께 해 결할 수 있는 유리한 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은, 웨이퍼를 이동시켜가며 레이저 절단을 느린 속도로 해야 하는 반도체용 웨이퍼와 달리, 절단하고자 하는 솔라셀 웨이퍼에는 패턴이 형성되지 않은 상태라는 차이점을 이용하여, 솔라셀 웨이퍼를 고정시킨 상태에서 미리 정해진 경로를 따라 레이저 빔을 2개의 반사 미러를 회전시켜 레이저 빔의 최종 경로를 조향하면서 고속으로 이동할 수 있도록 하여 솔라셀 웨이퍼의 절단면에 절삭 입자가 달라붙는 것을 최소화하여 매끈하고 깨끗한 절단면이 되도록 절단할 수 있도록 한다.

이 때, 본 발명은 솔라셀 웨이퍼의 절단면을 따라 레이저 빔이 고속으로 복수회만큼 반복 이동하여 블레이드나 기타 기계적인 힘을 가하지 않고서 레이저만에 의하여 절단을 완성할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 취성이 약한 고가의 솔라셀 웨이퍼를 취급하는 과정에서 솔라셀 웨이퍼에 균열(crack)이나 파손이 발생되더라도, 불량이 있는 솔라셀 웨이퍼를 곧바로 폐기하지 않고 이보다 작은 규격으로 재사용할 수 있도록 하여, 고가의 솔라셀 웨이퍼의 활용도를 높이는 유리한 효과를 얻는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상술한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법의 구성을 도시한 순서도, 도2는 하자없는 솔라셀 웨이퍼의 구성을 도시한 평면도, 도3은 균열이나 파손이 발생된 솔라셀 웨이퍼의 구성을 도시한 평면도, 도4는 도3의 솔라셀 웨이퍼에 대하여 도1의 절단영역결정단계에서 제2규격으로 절단하기 위해 결정된 절단선을 도시한 평면도, 도5는 도4의 'A'부분의 확대도, 도6은 도4의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하기 위한 스캐너의 구성을 도시한 사시도, 도7은 도1의 웨이퍼 절단 단계 이후에 에어를 수직한 방향으로 불어주는 구성을 도시한 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼(1)의 레이저 절단 방법은, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)에 균열(88)이나 파손(99) 등의 불량부분이 있는지 여부를 검사하는 제1검사 단계(S110)와, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)에 균열(88)이나 파손(99) 등의 불량 부분이 있는 것으로 제1검사 단계(S110)에서 검사된 경우에 제1규격보다 작은 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)로 절단할 수 있는지 여부를 검사하는 제2검사 단계(S120)와, 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)로 절단되도록 절단 영역의 둘레를 감싸는 절단선(50)을 결정하는 절단 영역 결정 단계(S130)와, 솔라셀 웨이퍼(1)를 스테이지(미도시)에 고정시킨 상태로 스캐너(70)를 이용하여 레이저 빔(77)을 절단선(50)의 전체 경로를 반복하여 고속 이동하여 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)로 절단하는 단계(S140)와, 레이저 빔에 의하여 절단이 완료된 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)의 수직 방향(66)으로 에어를 불어주어 절단된 파편 조각(111)을 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)로부터 바깥 방향(44)으로 분리시키는 에어 분사 단계(S150)와, 이온화되지 않은 세척수(deionized cleaning water)를 분사하여 주변의 절삭 입자를 제거하고 세척하는 세척 단계(S160)으로 구성된다.

상기 제1검사 단계(S110)는 단결정 또는 다결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이싱 공정에 의해 제작된 솔라셀 웨이퍼(1)를 그 크기, 균열(88), 구멍, 파손(99) 여부를 비젼 시스템(Vision system, 미도시)을 이용하여 행한다. 일반적으로, 제1규격은 도2에 도시된 바와 같이 각 변(a)의 길이가 각각 약 6인치(또는 156cm)로 되고, 모서리부(1a)에 곡률이 형성된 형상이 사용된다. 이 때, 비젼 시스템은 반도체 설비에서 사용되는 구성과 동일 또는 유사한 구성이 적용될 수 있다.

상기 제2검사 단계(S120)는 제1검사 단계(S110)에서 불량 영역(88, 99)이 있는 경우에 한하여 행하며, 불량 영역(88, 99)이 없는 경우에는 도1에 도시된 바와 같이 정상적인 솔라셀 웨이퍼로서 곧바로 태양 전지의 제작에 사용된다. 그러나, 도3에 도시된 바와 같이, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)에 균열(88)이 발생되었거나 모서리 부분이 파손(99)되었거나 구멍(미도시)이 뚫려 있는 경우에는 이대로 태양 전지의 제작에 사용할 수 없게 된다. 따라서, 현재의 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)로부터 작게 잘라내었을 경우에 제1규격보다 작은 제2규격의 솔라셀 웨이퍼를 만들 수 있는지를 제2검사 단계(S120)에서 검사한다. 이 때, 제2규격은 일반적으로 각 변(b)의 길이가 5인치(또는 125cm)로 사용되지만, 이와 달리 다른 크기를 갖는 것이어도 무방하다.

상기 절단 영역 결정 단계(S130)는 제2검사 단계(S120)에서 제1규격보다 작은 제2규격으로 만들 수 있다고 검사된 경우에 한하여 행하며, 제1규격보다 작은 어떠한 규격으로 만들지 못하는 것으로 검사된 경우에는, 도3에 도시된 불량 영역(88, 99)을 갖는 솔라셀 웨이퍼는 곧바로 폐기된다. 상기 절단 영역 결정 단계(S130)는, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)의 표면에 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)의 절단 영역을 결정하는 데에 있어서, 4개의 변(b)이 절단선(50)에 의하여 절단되어도 되지만, 도4에 도시된 바와 같이 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)의 하나 변(a) 또는 2개의 변(b)을 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)의 변(b)으로 사용하여, 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 만들기 위한 절단 영역의 경계인 절단선(50)을 정할 수 있다.

상기 웨이퍼 절단 단계(S140)는 반도체용 웨이퍼를 절단할 때 사용되는 레이저빔보다 강한 강도를 갖는 약 20W로 출력되는 레이저 빔(77)이 절단선(50)을 따라 약 600mm/sec의 고속으로 다수회 반복하여 이동시키는 것에 의하여 이루어지며, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)로부터 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 분리할 수 있도록 완전히 절단될때까지 계속된다. 이 때, 반도체용 웨이퍼와 달리, 솔라셀 웨이퍼(1)는 스테이지(미도시)에 고정된 상태로, 도6에 도시된 스캐너(70)에 의하여 레이저 빔(77)의 경로가 조향되어 절단선(50)을 따라 고속으로 이동하는 것이 가능해진다.

여기서, 스캐너(70)는, 레이저 빔 소스(71)로부터의 레이저 빔(77)이 서로 수직으로 배열되어 제1모터(72)에 의해 회전(72d)하는 제1반사 미러(72a)와 제2모터(73)에 의해 회전(73d)하는 제2반사 미러(73a)에 순차적으로 반사되면서, 최종적 인 레이저 빔(77)의 조사 위치가 조절된다. 이 때, 제1반사 미러(72a)과 제2반사 미러(73a)의 회전각은 절단 영역 결정 단계(S130)에서 결정된 절단선(50)의 정보가 입력되어 자동적으로 제어된다.

이와 같이, 스캐너(70)에 의하여 레이저 빔(77)의 조사 위치가 조절됨에 따라, 웨이퍼(1)가 이동하는 것에 비하여 레이저 빔(77)이 신속하게 절단선(50)을 따라 이동할 수 있게 된다. 이와 같이, 짧은 구간에서 강한 강도의 레이저 빔(77)을 가하지 않고 반복하여 절단선(50)을 따라 레이저 빔(77)이 이동함에 따라, 블레이드로 절단하거나 레이저 빔을 저속으로 이동시킨 경우에 비하여, 솔라셀 웨이퍼(1)의 절단면에는 절삭 입자가 절단면에 달라붙는 열화 현상이 최소화되어 강도가 깔끔하고 매끈한 면으로 절단될 뿐만 아니라, 빠른 레이저 빔의 반복 이동에 따른 레이저 빔의 열적 효과(thermal effect)에 의해 절단면의 강도가 상승하는 효과를 얻을 수 있다.

이 때, 솔라셀 웨이퍼(1)는 일정한 두께를 가지므로, 레이저 빔의 조사 위치가 일정한 속도로 이동하는 것이 레이저 빔을 이용한 절단 공정의 효율을 극대화할 수 있다. 그리고, 레이저 빔의 원래 형상을 가우시안 모드(Gaussian Mode)이나 레이저 광학기구(Laser Optics)를 사용하여 끝단이 평탄한 형상(flat top)으로 변경하여 절단 공정을 수행하는 것이 가공면의 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 절삭면에 절삭 입자(burr, debris)가 발생되어 부착되는 것을 줄이기 위하여, 레이저 빔으로 절단하기 이전에 PVA코팅을 할 수도 있다. 그러나, 이와 같이 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)의 절단선(50)을 따라 레이저 빔(50)이 다수회 왕복 이동하여 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 완전히 절단한 상태에서, 도5에 도시된 바와 같이, 절단선(50)으로부터 약 80마이크로미터의 거리(d)만큼 떨어지고 절단선(50)과 평행한 가상선(55)을 따라 레이저 빔(77)이 2차로 이동하는 공정을 부가하는 것에 의하여 PVA코팅 공정을 제거할 수도 있다. 이를 통해, 새롭게 절단된 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)의 절단면에 고착된 절삭 입자(burr, debris)를 절단면으로부터 제거하여 보다 매끈한 절단면으로 만들 수 있게 된다.

상기 에어 분사 단계(S150)는 절단선(50)을 따라 절단하였지만 레이저 절삭 폭이 좁은 경우에는, 레이저 빔에 의하여 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)로부터 제2규격의 솔라셀 웨이퍼로 절단을 완료하였더라도 그 틈새가 수십마이크로 내지 수백마이크로미터 정도의 간극에 불과하여, 절단한 조각 파편들(111)로부터 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 분리하기가 어려운 경우가 발생된다. 이 경우에는, 도7에 도시된 바와 같이, 솔라셀 웨이퍼(100)에 수직한 방향(66)으로 에어를 분사하여, 절단된 파편 조각(111)을 도면부호 44로 표시한 바깥 방향으로 이동시켜, 절단하여 제작한 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 균열이나 스크래치, 칩핑 등의 불량이 발생되는 것을 방지하면서 분리할 수 있게 된다.

한편, 솔라셀 웨이퍼(100)에 수직한 방향(66)으로 에어를 분사하는 대신에, 별도의 기계 장치로 조각 파편들(111)을 물리적으로 이동시킬 수도 있다.

상기 세척 단계(S160)는 레이저 빔에 의하여 절단하는 과정에서 발생되는 입자(particle, hume)를 빨아들이는 설비가 구비되더라도, 이에 의하여 절단 공정에 서 발생되는 절삭 입자를 완전히 제거하지 못하므로 후속적으로 이온을 제거한 세척수나 화학처리된 용액을 사용하여 상,하에서 세척을 한다. 그리고 나서, 건조한 공기를 불어주어 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 건조시킨다.

이를 통해, 제1규격으로 제작되었지만 균열(88)이나 파손(99)이 발생되어 제1규격으로 사용할 수 없는 솔라셀 웨이퍼(1)를 이보다 작은 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)로 활용할 수 있으며, 이 때, 절단면은 보다 매끄러울 뿐만 아니라 강도가 강화된다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 절단 방법을 사용하기 위한 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 장치, 미리 만들어진 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)를 고정하는 스테이지(미도시)와; 솔라셀 웨이퍼(1)를 절단하는 레이저 빔을 발사하는 레이저빔 소스(71)와; 상기 스테이지에 고정된 솔라셀 웨이퍼(1)에 균열(88)이나 파손(99)이 발생되었는지를 검사하고, 상기 솔라셀 웨이퍼(1)에 균열(88)이나 파손(99)이 발생된 경우에 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)의 크기보다 작은 제2규격으로 절단이 가능한지 여부를 검사하는 비젼 시스템으로 이루어진 검사 유닛과; 상기 검사 유닛에 의하여 상기 제2규격으로 절단하는 것이 가능하다고 검사되면 제2규격으로 절단하는 절단선(50)을 결정하는 절단 영역 결정 유닛과; 레이저빔 소스(71)로부터 발사된 레이저 빔(77)이 제1모터(72)에 의해 회전 가능한 제1반사 미러(72a)와, 제1모터(72)에 수직으로 배열된 제2모터(73)에 의해 회전 가능한 제2반사 미러(73a)에 순차적으로 반사되어 솔라셀 웨이퍼(1)의 절단선(50)을 따 라 조향하며 50mm/sec 내지 2000mm/sec의 속도로 반복 이동시키도록 제어되는 스캐너로 구성된 솔라셀 웨이퍼 절단 장치가 사용된다.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 절단 방법을 상술한다.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법의 구성을 도시한 순서도, 도9는 솔라셀 웨이퍼를 제작하기 위한 단결정 웨이퍼 잉곳 형상을 도시한 사시도, 도10은 도9의 웨이퍼 잉곳을 슬라이싱한 웨이퍼 슬라이스를 이용하여 소정의 규격을 갖는 솔라셀 웨이퍼로 절단하기 위한 절단선이 표시된 웨이퍼 슬라이스의 사시도, 도11은 도10의 'B'부분의 확대도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼(20)의 레이저 절단 방법은, 실리콘을 녹여 회전시키면서 제작된 도9에 도시된 봉 타입의 단결정 실리콘 잉곳(20')을 길이 방향에 수직하게 절단하여 미리 정해진 두께로 슬라이싱 하는 실리콘 잉곳 슬라이싱 단계(S210)와, 슬라이싱된 실리콘 판을 미리 정해진 치수가 되도록 정해진 절단선(150)을 따라 레이저 빔(77)을 고속으로 반복 이동시켜 정해진 규격의 웨이퍼(200)로 절단하는 웨이퍼 절단 단계(S220)와; 웨이퍼 절단 단계(S220)의 절단선(150)으로부터 1㎛ 내지 999㎛만큼 이격되고 절단선(150)과 평행한 가상선(155)을 따라 레이저 빔(77)을 이동시켜 솔라셀 웨이퍼(200)의 절단면에 부착된 절삭 입자(burr, debris)를 제거하는 절단면 다듬질 단계(S230)를 포함하여 구성된다.

상기 슬라이싱 잉곳 슬라이싱 단계(S210)는 시드 잉곳을 돌리면서 성장시켜 만들어진 봉 타입의 단결정 실리콘 잉곳(20')을 미리 정해진 얇은 두께로 슬라이싱하는 것에 이루어진다. 이 때, 실리콘 잉곳(20')의 단면은 솔라셀 웨이퍼의 평면과 동일하게 제작되도록 의도된다. 따라서, 실리콘 잉곳(20')의 단면이 솔라셀 웨이퍼(200)의 평면과 동일하게 제작되면, 상기 S220, S230단계에 의한 레이저 빔에 의한 솔라셀 웨이퍼의 절단 공정은 필요하지 않게 된다.

한편, 단결정 실리콘의 경우에는 봉타입의 잉곳(20')으로 제작되지만, 다결정 실리콘의 경우에는 미리 정해진 틀에 액체 상태의 실리콘을 부어 제작되며, 이 경우에도 S220, S230단계가 그대로 적용될 수 있다.

상기 웨이퍼 절삭 단계(S220)는 실리콘 슬라이스(20) 상에 미리 정해진 절단선(150)을 따라 약한 강도의 레이저 빔(77)이 약 450mm/sec의 고속으로 다수회 반복하여 이동시키는 것에 의하여 이루어지며, 제1규격의 솔라셀 웨이퍼(1)로부터 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)를 분리할 수 있도록 완전히 절단될 때까지 계속된다. 이 때, 반도체용 웨이퍼와 달리, 솔라셀 웨이퍼(1)는 스테이지(미도시)에 고정된 상태이며, 도6에 도시된 스캐너(70)에 의하여 레이저 빔(77)의 경로가 조향되어 절단선(50)을 따라 고속으로 이동하는 것이 가능해진다.

그리고 나서 행해지는 상기 절단면 다듬질 단계(S230)는 절단선(150)으로부터 약 50마이크로미터 내지 70마이크로미터의 거리(d)만큼 떨어지고 절단선(150)과 평행한 가상선(155)을 따라 레이저 빔(77)이 2차로 이동하는 것에 의하여 이루어진다. 이 때, 필요에 따라, 레이저 빔(77)은 가상선(155)을 따라 다수회 반복이동할 수도 있으며, 가상선(155)과 절단선(150)의 중간 영역을 따라 이동할 수도 있다. 이를 통해, 새롭게 절단된 제2규격의 솔라셀 웨이퍼(100)의 절단면에 고착된 절삭 입자(burr, debris)를 절단면으로부터 제거하여 보다 매끈한 절단면으로 만들 수 있게 된다.

한편, 상기 절단면 다듬질 단계(S230)는 절삭 입자가 부착되는 것을 방지하기 위하여 행해지는 종래의 PVA코팅 공정을 제거할 수도 있다. 이를 통해, 절삭 공정이 보다 단순해지므로 공정의 효율이 높아질 뿐만 아니라, PVA코팅에 의하여 유기물에 쉽게 오염되는 문제점도 해결할 수 있고, 절단면이 보다 매끄럽게 가공되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

상기 S220, S230단계에 추가하여 전술한 일 실시예의 S150, S160단계 등을 절단 환경에 따라 부가할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것을 포함하는 것이고, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에는 실리콘 잉곳으로부터 솔라셀 웨이퍼를 레이저를 이용하여 절단하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 어떠한 상태의 웨이퍼를 어떠한 필요에 의하여 절단하는 데에도 적용할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법의 구성을 도시한 순서도

도2는 하자없는 솔라셀 웨이퍼의 구성을 도시한 평면도

도3은 균열이나 파손이 발생된 솔라셀 웨이퍼의 구성을 도시한 평면도

도4는 도3의 솔라셀 웨이퍼에 대하여 도1의 절단영역결정단계에서 제2규격으로 절단하기 위해 결정된 절단선을 도시한 평면도

도5는 도4의 'A'부분의 확대도

도6은 도4의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하기 위한 스캐너의 구성을 도시한 사시도

도7은 도1의 웨이퍼 절단 단계 이후에 에어를 수직한 방향으로 불어주는 구성을 도시한 평면도

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법의 구성을 도시한 순서도

도9는 솔라셀 웨이퍼를 제작하기 위한 단결정 웨이퍼 잉곳 형상을 도시한 사시도

도10은 도9의 웨이퍼 잉곳을 슬라이싱한 웨이퍼 슬라이스를 이용하여 소정의 규격을 갖는 솔라셀 웨이퍼로 절단하기 위한 절단선이 표시된 웨이퍼 슬라이스의 사시도

도11은 도10의 'B'부분의 확대도

*** 도면의 주요 부호에 대한 설명 ***

1: 제1규격의 솔라셀 웨이퍼 100: 제2규격의 솔라셀 웨이퍼

50, 150: 절단선 55, 155: 가상선

70: 스캐너 71: 레이저 소스

72a: 제1반사 미러 73a: 제2반사 미러

88: 균열 99: 파손

111: 절단 조각 파편

Claims (15)

1. 삭제
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3. 삭제
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5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 레이저빔을 이용한 솔라셀(solar cell) 웨이퍼의 레이저 절단 방법으로서,

   제1규격의 치수로 형성된 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생하였는지 검사하는 검사 단계와;

   상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생된 것으로 상기 검사 단계에서 검사된 경우에, 상기 제1규격보다 작은 치수의 제2규격의 치수로 절단할 수 있는지를 검사하여 상기 제2규격의 치수로 절단하는 절단선을 결정하는 절단 영역 결정 단계와;

   상기 솔라셀 웨이퍼에 대하여 레이저빔을 상기 절단선을 따라 이동시켜 상기 솔라셀 웨이퍼가 상기 제2규격이 되도록 절단하는 웨이퍼 절단 단계를;

   포함하여 구성되어, 상기 검사 단계에서 검사를 행한 상기 솔라셀 웨이퍼에 비하여 보다 작은 치수의 소형 솔라셀 웨이퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 웨이퍼 절단 단계는, 상기 솔라셀 웨이퍼가 스테이지에 고정된 상태로, 레이저 소스로부터 발사된 레이저빔이 회전 가능하게 설치된 2개의 반사 미러에 반사되는 것에 의하여 조향되어, 상기 절단선을 따라 50mm/sec 내지 2000mm/sec의 속도로 상기 레이저빔이 복수회 이동하여 레이저 빔에 의해서만 상기 솔라셀 웨이퍼가 절단되는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 웨이퍼 절단 단계 이후에,

    상기 솔라셀 웨이퍼의 면에 수직한 방향으로 에어를 불어주어 절단된 조각을 상기 제2규격의 솔라셀 웨이퍼로부터 분리시키는 에어 분사 단계를;

    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 에어 분사 단계 이후에,

    이온을 제거한 세척수로 절단된 상기 제2규격의 솔라셀 웨이퍼를 세척하는 세척 단계를;

    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법.
12. 제 8항에 있어서,

    웨이퍼 절단 단계에서의 상기 레이저 빔은 끝단면이 평탄한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 방법.
13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 절단 단계 이후에,

    상기 절단선을 따라 절단되어 사용하고자 하는 측의 상기 솔라셀 웨이퍼의 상기 절단선으로부터 바깥쪽으로 미리 정해진 거리(d)만큼 이격된 가상선을 따라 레이저 빔을 이동시켜, 상기 제2규격의 솔라셀 웨이퍼의 절단면에 고착된 절삭 입자를 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 미리 정해진 거리(d)는 1㎛ 내지 999㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼의 절단 방법.
15. 솔라셀 웨이퍼의 레이저 절단 장치로서,

    상기 솔라셀 웨이퍼를 고정하는 스테이지와;

    상기 솔라셀 웨이퍼를 절단하는 레이저를 발사하는 레이저빔 소스와;

    상기 스테이지에 고정된 상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생되었는지를 검사하고, 상기 솔라셀 웨이퍼에 균열이나 파손이 발생된 경우에 상기 솔라셀 웨이퍼의 크기보다 작은 제2규격으로 절단이 가능한지 여부를 검사하는 검사 유닛과;

    상기 검사 유닛에 의하여 상기 제2규격으로 절단하는 것이 가능하다고 검사되면, 상기 제2규격으로 절단하는 절단선을 결정하는 절단 영역 결정 유닛과;

    레이저빔 소스로부터 발사된 레이저 빔이 제1모터에 의해 회전 가능한 제1반사 미러와, 제2모터에 의해 회전 가능한 제2반사 미러에 순차적으로 반사되어 상기 절단선을 따라 조향하며 50mm/sec 내지 2000mm/sec의 속도로 반복 이동시키는 스캐너를;

    포함하여 구성되어, 상기 검사 유닛에서 검사를 행한 상기 솔라셀 웨이퍼에 비하여 보다 작은 치수의 소형 솔라셀 웨이퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 웨이퍼 절단 장치.

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