KR20100113126A - 웨이퍼 다량 세정 - Google Patents

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KR20100113126A
KR20100113126A KR1020107018169A KR20107018169A KR20100113126A KR 20100113126 A KR20100113126 A KR 20100113126A KR 1020107018169 A KR1020107018169 A KR 1020107018169A KR 20107018169 A KR20107018169 A KR 20107018169A KR 20100113126 A KR20100113126 A KR 20100113126A
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아르네 람스란트
올레 크리스티안 트론루트
에릭 헤르타스
벤트 함멜
안드레 스케이
올라 트론루트
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알이씨 스캔웨이퍼 에이에스
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Abstract

본 발명은 적층 방향을 따라 더미로 배열되는 개개의 웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 장치 및 방법을 포함하며, 유체 제트가 상기 적층 방향에 수직한 방향으로 더미 쪽으로 이송되며 상기 웨이퍼 더미와 노즐 사이의 상대 운동이 적층 방향으로 제공된다.

Description

웨이퍼 다량 세정 {WAFER STACK CLEANING}
본 발명은 태양전지 제조 공정, 더 구체적으로는 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 절단되는 웨이퍼의 제조에 관한 것이다.
태양 전지 산업에 있어서 얇은 웨이퍼를 제조 및 처리하는 것이 목표인데, 이는 재료의 소모를 감소시켜 제조 비용의 절감을 초래하기 때문이다. 따라서, 태양 전지 웨이퍼는 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 범위의 두께를 가진다.
웨이퍼는 보통, 실리콘 잉곳을 슬라이스(slice)로 절단함으로써 제조된다. 절단 이전에, 웨이퍼를 절단 중 정 위치에 유지할 목적으로 접착제 층이 잉곳의 한 표면 상에 도포된다. 절단/슬라이싱 이후에, 다량의 웨이퍼가 제공되는데, 이때 개개의 웨이퍼는 표면 상에 다량의 절단액을 가진다. 이러한 절단액은 웨이퍼들 간의 들러붙음을 초래한다. 절단된 웨이퍼들은 세척(슬러리 제거, 예비 세정)되어야 하며 접착제 층과 관련 화학 약품들이 제거됨으로써, 필요한 태양 전지 품질을 갖는 웨이퍼를 제공해야 한다(접착제 층의 제거 이후에, 다량의 웨이퍼가 제공된다). 이를 달성하기 위해, 종종 웨이퍼를 하나씩 분리하여 최종 웨이퍼 공정에서 웨이퍼를 개별적으로 세정(미세 세정)해야 한다.
현재, 태양 전지 웨이퍼는 예를 들어, 소위 수평 라인에서 다량으로 또는 개별적으로 세정된다. 다량 세정에 있어서, 세척액은 보통, 다량의 웨이퍼를 관통하지 못하며 웨이퍼 표면은 보통, 세척액과 필요한 화학 약품에 노출되지 못할 것이다. 수평 세정에 있어서, 웨이퍼 간의 모세관 힘으로 인한 높은 파손율의 원인이 되는 습식 환경에서 웨이퍼를 분리해내야 한다.
WO 97/02905호에는 입자 물질들을 제거하기 위해 물로 실리콘 잉곳을 세척하는 방법 및 장치가 설명되어 있다. 이러한 장치는 임의의 두께, 예를 들어 800 ㎛의 두께를 갖는 웨이퍼용이다. 이러한 장치는 미립자 물질을 잉곳으로부터 플러싱(flushing)시키기 위해 잉곳에 대해 워터 제트를 분배하기 위한 노즐을 포함한다. 이송 장치는 잉곳의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 길이방향으로 전후로의 운동을 위한 노즐을 장착하고 있다. 플러싱 공정 중에, 잉곳은 홀더 아암에 의해 유지된다. 상기 공보는 전자 산업용 웨이퍼의 처리에 관한 것이다. 전자 산업용 웨이퍼는 태양 전지 웨이퍼보다 더욱 양호한 기계적 특성을 가지며, 전자 산업용 웨이퍼는 두껍기(300 내지 900 ㎛) 때문에 다른 것들 중에서도 상당히 높은 기계적 응력에 견딜 수 있다. 반대로 태양 전지 웨이퍼는 파손되기 매우 쉬우며 매우 신중하게 처리되어야 한다.
얇은 웨이퍼의 세척 중에 파손을 초래할 수 있는 기계적 응력은 피해야 한다.
본 발명은 단일 웨이퍼들이 물, 슬러리 및 화학 약품들과 함께 유지되어 있는, 다량의 웨이퍼 또는 기판을 세정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 웨이퍼들이 분리되기 이전에 웨이퍼의 실질적으로 완전한 세정을 수행할 수 있게 한다. (웨이퍼들이 아직 서로 가깝게 배열되어 있는 상태의 건조 공정인)블록(block) 건조 방법이 이용될 수 있다면, 본 발명은 또한 (개개의 웨이퍼에 대한 세정을 확보하는데 필요한 공정이며 보통, 노동 집약적이고 재료에 상당한 응력을 가해 파손을 초래하는 공정인)습식 싱귤레이션 공정(wet singulation process)을 피하기 위한 방법도 제공한다.
본 발명에 따른 장치는 적층 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼 더미 쪽으로 유체 제트를 이송하도록 배열되는 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 상기 장치는 또한, 적층 방향으로 웨이퍼 더미와 노즐 사이의 상대적인 운동을 제공하도록 배열된다. 상기 장치는 또한, 웨이퍼 더미가 세척 중에 유체 내에 침지되도록 유체 컨테이너를 포함한다.
웨이퍼 더미가 유체 내에 침지될 때, 웨이퍼 간에 작용하는 모세관 힘이 방지된다. 동시에, 유체와 유체 흐름은 웨이퍼를 기계적으로 안정화하는데 기여한다. 상기 용어 안정화는 웨이퍼가 여전히 유체 흐름 중에 있는, 즉 웨이퍼의 진동 운동이 방지되는 상태를 지칭한다. 이는 유체 제트에 의해 지지 기능이 수행되기 때문에 지지 부재에 대한 필요성 없이 수행된다. 이러한 방식으로 원하지 않는 기계적 및 동력학적 응력이 상당히 감소된다. 유체가 물의 양면에 존재하기 때문에 유체는 점성 감쇄 작용 및 압력 안정화에 기여할 것이다. 최적 노즐 압력에서 웨이퍼는 실제적으로 진동 또는 다른 운동 없이 유체 흐름 내에서 수직으로 견디는 동시에, 웨이퍼 간의 거리도 세정에 충분할 정도로 유지하고 있음을 테스트에 의해 밝혀졌다.
본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 더미 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼 더미 쪽으로 유체 제트를 이송하는 단계, 및 웨이퍼 더미 방향으로 서로 상대적으로 웨이퍼 더미와 노즐을 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 문맥에 있어서 "웨이퍼 더미 적층 방향(stacking direction)"이란 표현은 웨이퍼가 더미 형태로 함께 쌓이는 방향을 지칭한다. 이러한 방향은 단일 웨이퍼의 평면에 실질적으로 수직하다.
용어 "웨이퍼 더미"는 접착제에 의해 함께 유지되거나 그렇지 않은 웨이퍼들과 무관한 다량의 웨이퍼를 나타내는데 사용된다.
상대적인 운동은 전체 웨이퍼 더미가 세정될 때까지 정렬된(차곡차곡) 분리와 세정을 제공한다.
본 발명은 (분리를 제공하는)더미 방향으로의 한 성분과 (세정을 제공하는)웨이퍼의 평면 내에 한 성분을 가지는 작용(action)을 제공한다. 전술한 바와 같이, 물 환경과 함께 워터 제트는 웨이퍼의 안정화를 제공한다. 이후에 설명하는 바와 같이, 웨이퍼 더미를 개방하는 것에 의해 웨이퍼 표면의 세정을 가능하게 한다. 워터 제트는 웨이퍼들의 분리를 제공한다. 즉, 웨이퍼 간의 거리를 약 100 ㎛(보통은 그 미만)로부터 400 내지 2000 ㎛ 범위로 증가시킨다. 이는 웨이퍼 사이의 유체 흐름을 초래하여 웨이퍼 더미의 개방에 따른 세척액에 노출된 웨이퍼 표면들의 세정을 초래한다. 100 ㎛(또는 그 미만)의 웨이퍼 사이의 거리는 웨이퍼들 사이의 세척액의 흐름을 허용하지 않을 것이다. 본 발명에 따른 공정은 물 또는 다른 액체 하에서 발생되며 웨이퍼들 사이를 400 내지 2000 ㎛(가장 바람직한 값은 대략 800 ㎛)로 안정한 개방을 초래한다. 워터 제트와 상대적인 운동은 이러한 목적을 달성하게 한다. 이러한 공정은 웨이퍼가 웨이퍼 더미로부터 이송되지 않으나 더미 내에 배열되어 있는 동안에 세척되기 때문에 웨이퍼 싱귤레이션과 혼동되어서는 안 된다.
본 발명은 웨이퍼의 예비 세정 및 최후 세정에 사용될 수 있다. 예비 세정 중에, 웨이퍼 더미 내의 웨이퍼는 접착제에 의해 함께 유지되는 반면에, 최종 세정 공정 중에는 접착제가 제거된다. 세정/웨이퍼 더미 개방 방법은 1) 예비 세정 단계, 2) 접착제 제거 단계, 3) (본 발명에 따른)웨이퍼 더미 세정/개방 단계, 4) 건조 단계, 및 5) 건조 싱귤레이션 단계를 포함한다. 4) 및 5) 단계는 싱귤레이션(예를 들어, 유체 욕 내에서의 싱귤레이션) 단계 및 건조 단계를 제공하는 다른 절차에 의해 대체될 수 있다. 다른 대안으로서 최후 세정 및 예비 세정 공정을 모두 본 발명에 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 대안은 다른 단계들 중에서도, 1) (본 발명에 따른)웨이퍼 더미의 예비 세정/개방 단계, 2) 접착제 층 제거 단계, 3) (본 발명에 따른)웨이퍼 더미의 최종 세정/개방 단계, 4) 건조 단계, 및 5) 건조 싱귤레이션 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 예비 세정 중에 웨이퍼들은 접착제 층에 의해 함께 유지된다(접착제 층은 웨이퍼가 접착제 층으로부터 매달려 있도록 보통 웨이퍼의 상부 에지에 체결된다). 접착 층은 웨이퍼의 접착 에지들 사이의 거리(100 내지 300 ㎛)를 확보할 수 있게 한다. 그 결과로써, 하나의 웨이퍼 에지 상에서 분리가 촉진되며, 단일 웨이퍼의 진동이 (대향 에지의 고정에 의해)상당히 제한된다. 이는 본 발명이 이러한 공정에 사용되는 경우에 웨이퍼 더미의 제어된 개방을 가능하게 한다. 세정(최종 세정) 중에 에지에 접착제가 없기 때문에 그와 같은 제어된 개방을 달성하기 위해서는 (수평 웨이퍼 더미의 경우)웨이퍼 하부 에지에 대한 제어된 마찰을 제공할 필요가 있을 수 있다. 후자의 경우에, 웨이퍼 더미와 개개의 웨이퍼들을 정 위치에 유지하기 위해, 웨이퍼 더미의 단부에 몇몇 기계식 지지대를 사용할 필요가 있을 수도 있다.
일 실시예에서 세정 공정은 유체 욕 내에 침지된 노즐에 의해 수행된다. 또한, 침지되지는 않았지만 물 표면 근처에 개구를 가지는 노즐에 의해 유체 내에 유체 제트를 제공하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서 여러 개의 노즐이 웨이퍼 표면에 평행한 표면에 유체 제트를 제공하도록 배열된다.
본 발명의 일 실시예에서 웨이퍼 더미의 적층 방향은 수평이며 유체 제트는 웨이퍼를 함께 가압하는 중력을 극복하지 않아도 된다.
본 발명은 두 개의 작용, 즉 웨이퍼 더미 쪽으로 유체 제트를 이송시키는 작용 및 웨이퍼 더미 방향을 따라 유체 제트 또는 웨이퍼 더미를 이동시키는 작용을 포함하는 것으로서 이제까지 설명했다. 상기 작용들은 동시에 그리고 연속적으로 또는 잠시 멈춘 후에 수행될 수 있다(비-동시적 작용과 연속 작용의 조합도 제한된 시간 주기 내에서 가능하다). 이에 따라, 웨이퍼 더미의 개방 및 웨이퍼의 세정이 수행된 후에 다음 위치로의 이동이 확보되도록 웨이퍼 더미의 쌓임 방향을 따라 운동을 잠시 멈추는 것도 가능하다. 또한, 예를 들어 잠시 멈춤 운동으로 시작해서 연속적인 운동으로 끝내는 시퀀스로 이들 두 가지 운동을 조합하는 것도 가능하다. 본 발명은 웨이퍼 더미의 한 단부로부터 시작하는 웨이퍼 더미의 개방과 개별적으로 세정되도록 이웃한 웨이퍼들 사이의 개방을 연속적으로 개방하는 것도 제공한다.
본 발명은 이제 도면에 도시된 예시적인 예들에 의해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하며,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하며,
도 3는 본 발명의 제 3 실시예를 도시하며,
도 4는 본 발명의 제 4 실시예를 도시하며,
도 5는 본 발명의 제 5 실시예를 도시하며,
도 6은 지지체가 웨이퍼 더미의 각각의 단부에 배열되는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 장치(1)는 웨이퍼 더미의 적층 방향(4)을 따라 더미(3) 내에 배열되는 웨이퍼(2)의 분리와 세정을 위해 배열된다. 장치(1)는 적층 방향(4)에 수직한 방향(7)으로 웨이퍼 더미(3) 쪽으로 유체 제트(6)를 이송하도록 배열되는 하나 이상의 노즐(5)을 포함한다. 장치(1)는 또한, 웨이퍼 더미(3)와 노즐(5) 사이의 상대 운동을 적층 방향(4)으로 제공하도록 배열된다. 이러한 상대 운동은 웨이퍼 더미와 노즐 모두의 운동에 의해, 또는 이들 부재들 중의 단지 하나의 운동에 의해 수행될 수 있다. 상기 운동 속도는 서로로부터 웨이퍼의 분리에 의해 웨이퍼 더미를 개방하며 웨이퍼 표면을 세정하도록 신중히 선택되어야 한다. 상기 공정은 하나의 웨이퍼 더미에 대해 예를 들어, 1 내지 10 분 범위 동안에 수행될 것이며 웨이퍼 더미를 따라 유체 제트를 전후로 여러 번 통과시키는 것도 가능하다. 또한, 전술한 바와 같이 운동을 잠시 멈추는 것도 가능하다.
적층 방향(4)은 수평 또는 수직일 수 있다. 웨이퍼를 분리하는데 필요한 힘은 수직 더미의 경우에 더 클 수 있다.
장치(1)는 유체(9)를 갖는 컨테이너(8)를 포함하여, 본 발명에 따른 방법이 유체 내에서 수행된다. 노즐(5)에 의해 이송된 유체는 (조절된 또는 그렇지 않은)물, 초 세정수, (물질을 세정하는)첨가물이 포함된 물일 수 있다. 예를 들어, 상이한 농도의 세정 유체를 갖는 유체 제트와 컨테이너용 상이한 유체를 사용하는 것도 가능하다.
도 2는 노즐(5)이 적층 방향(4)에 수직한 실질적으로 공통인 평면 내에 위치되는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 이러한 평면은 웨이퍼(2)의 표면과 일치한다.
도 3은 단일 노즐(5)이 적층 방향에 수직한 방향(11) 및 상대 운동 방향(4)을 따라 상하로 이동하는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다. 이러한 방식으로 웨이퍼는 대부분의 표면이 단일 유체 제트에 의해 플러싱된다.
도 2 및 도 3에는 도 1에 도시한 바와 같은 컨테이너와 유체가 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 이들 실시예들이 유체가 채워진 컨테이너를 포함한다고 가정할 수 있다.
도 4는 여러 개의 노즐(5)이 적층 방향(4)을 따라 상이한 위치에 배열되어 있는 본 발명의 실시예를 도시한다. 도 4는 위로부터 본 도면이며, 여러 개의 노즐이 도면 부호 5로 표기되거나 도 2에 도시된 실시예에 표기된 각각의 위치에 놓이도록 도 4의 실시예를 도 3에 도시된 실시예에 결합할 수 있다.
전술한 바와 같이, 예비 세정을 위해 도 1 내지 도 5에 도시된 웨이퍼 더미는 더미의 상부면에 위치된 접착제 층(도시 않음)을 포함할 것이다.
도 5는 판(12) 형태의 지지대가 웨이퍼 하부 에지에 대한 마찰을 제공하고 웨이퍼 더미의 제어된 개방을 달성하도록 더미(3) 아래에 위치되어 있는 본 발명의 실시예를 도시한다. 접착제 층을 대체하는 지지대(12)는 전술한 본 발명의 모든 실시예에 사용될 수 있다. 지지대(12)는 하나 또는 여러 개의 로드, 비임, 와이어, 와이어 메시 등으로서 실시될 수 있다.
도 6은 더미(3)의 각각의 단부에 배열되는 지지체(13)를 도시한다. 이들 지지체의 목적은 분리 중에 더미의 제어된 운동을 제공하는데 도움을 주고자 하는 것이다. 지지체(13)는 또한, 접착제에 의해 웨이퍼가 함께 유지되는 예비 세정 단계에도 사용될 수 있다.
본 발명이 태양 전지 웨이퍼의 세정을 위한 용도로 설명되었지만, 예를 들어 전자 산업에서와 같은 다른 형태의 웨이퍼를 세정하는데도 사용될 수 있다고 생각할 수 있다.

Claims (11)

  1. 적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치로서, 적층 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼 더미 쪽으로 유체 제트를 이송하도록 배열된 하나 이상의 노즐을 포함하며, 상기 웨이퍼 더미와 상기 노즐 사이의 상대 운동을 적층 방향으로 제공하도록 배열되는, 적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치에 있어서,
    유체 컨테이너를 포함하며, 상기 웨이퍼 더미가 상기 유체 컨테이너 내의 유체 내에 침지되는 것을 특징으로 하는,
    적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 노즐은 상기 유체 컨테이너 내의 유체 내에 침지되는 것을 특징으로 하는,
    적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층 방향에 수직한 실질적으로 공통인 평면 내에 위치되는 두 개 또는 그보다 많은 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적층 방향에 수직한 여러 평면 내에 위치되는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 더미는 접착제 층에 의해 하나의 에지를 따라 함께 유지되는 것을 특징으로 하는,
    적층 방향을 따라 적층되는 태양 전지 웨이퍼의 표면을 세정하도록 배열된 장치.
  6. 웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법으로서, 상기 웨이퍼 또는 기판이 적층 방향을 따라 적층되며, 하나 이상의 노즐에 의해 상기 적층 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼 더미 쪽으로 유체 제트를 이송하는 단계 및 상기 웨이퍼 더미와 상기 노즐 사이의 상대 운동을 상기 적층 방향으로 제공하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 더미가 유체 내에 침지되는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 노즐이 유체 내에 침지되는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 더미 쪽으로 두 개 또는 그보다 많은 유체 제트를 이송하는 단계를 포함하며, 상기 유체 제트가 상기 적층 방향에 수직한 실질적으로 공통인 평면 내에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적층 방향에 수직한 실질적으로 여러 개의 평면 내에 위치되는 유체 제트를 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 더미의 하나의 에지를 따라 접착제 층이 제공된 웨이퍼 더미 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 접착제 층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 또는 기판의 표면을 세정하는 방법.
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