KR20100137728A - 유기오염물 세정액 및 이를 이용한 태양전지용 웨이퍼의 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지용 웨이퍼 표면에 잔존하는 각종 유기 오염물을 효과적으로 제거하는 세정액 및 이를 이용한 세정 방법이 개시 되어 있다

글리콜 에테르 화합물 15 내지 40중량%, 극성 유기용매 화합물 50 내지 80중량%와 에스테르 화합물 1 내지 10중량%를 포함하는 세정액은 기존에 사용 되어 오던 NH4OH와 H2O2 그리고 탈이온수로 이루어진 세정액 조성 물에 비해 높은 세정 효과뿐만 아니라 세정된 표면으로의 역 오염 방지 효과 및 기존에 사용되어 오던 세정액의 일반적인 사용온도인 70도에 비해 낮은 온도에서도 월등히 높은 세정력을 발휘하는 것을 특징으로 한다

Description

유기오염물 세정액 및 이를 이용한 태양전지용 웨이퍼의 세정방법{ORGANIC POLLUTANT CLEANING SOLUTION AND METHOD OF CLEANING SOLAR CELL WAFER USING THE SAME}

본 발명은 태양전지용 웨이퍼 표면에 잔존하는 절삭유, 지문 등 각종 유기 오염물 을 효과적으로 제거하기 위한 세정액 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것이다.

단결정 실리콘 태양전지는 초크랄스키(Czochralski)법으로 성장된 붕소주입 p-형 실리콘 봉 (boule)을 웨이퍼 형태로 절단/가공한 것을 이용하여 제조한다.

이때 성장된 잉곳(Ingot)으로부터 Diamond Wire를 이용하여 Wire Sawing과 간단한 초기 세정 공정 후 태양전지 제조업체로 공급되는데, 이때 웨이퍼 표면에는 절삭유 자체 또는 열적으로 경화되어 변질된 절삭유, 작업자의 부주의에 따른 지문, 등 각종 유기 오염물이 잔존하게 된다.

오염된 웨이퍼를 이용하여 태양전지를 제조하였을 때 웨이퍼 세정 공정의 후속

공정인 텍스처링 공정을 진행한 후에 웨이퍼의 표면에 얼룩, 색변화, 식각 불량,

등의 결함을 나타내게 되어 제품의 불량, 효율 및 상품가치를 저하시키게 된다.

따라서, 태양전지 제조 공정이 본격적인 단계에 접어들기 이전에 반드시 웨이퍼

표면에 잔류하고 있는 각종 유기 오염물을 충분히 제거하여 한다

상기의 웨이퍼 표면 유기물세정을 위해 기존에는 NH4OH와 H2O2 그리고 탈이온수로 이루어진 세정액 조성물을 사용하였다. 그러나, 이 세정액 조성물은 웨이퍼 표면에 잔류하는 절삭유, 지문 등 각종 유기 오염물에 대해 70도 이상의 높은 온도에서도 효과적으로 제거하지 못할 뿐만 아니라 세정액의 공정수명이 짧아 경제적이지 못하다는 문제점을 가지고 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양전지용 웨이퍼

표면에 잔존하는 절삭유, 지문 등의 각종 유기 오염물을 효과적으로 제거하기

위한 세정액을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 사용 공정 온도인 70도 이상의 높은 온도 대비 50

도 이하의 낮은 공정온도 및 5분 이내의 짧은 공정 시간 내에 태양전지용

웨이퍼 표면상에 존재하는 각종 유기 오염물을 세정할 수 있는 태양전지용

웨이퍼의 세정 방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 실시예에 따른 본 발명의 세정액은 글리콜 에테르 화합물 15 내지 40중량%, 극성 유기용매 화합물 50 내지 80중량%와 에스테르 화합물 1 내지 10중량%을 포함한다.

또한, 상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 웨이퍼의 세정 방법에 있어서, 먼저 글리콜 에테르 화합물 15 내지 40중량%, 극성 유기용매 화합물 50 내지 80중량%와 에스테르 화합물 1 내지 10중량%를 포함하는 세정액을 제조한다. 이어서, 제조된 세정액을 이용하여 50도 이하의 온도로 가열한 후 태양전지 웨이퍼의 표면에 잔류하는 유기 오염물을 세정한 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 세정액을 순수를 이용하여 린스한다. 이후 상기 웨이퍼을 후속 공정인 텍스처링을 하기 위한 공정으로 이송한다.

이때 상기 글리콜 에테르 화합물은 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Ethylene Glycol Monometyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Diethylene Glycol Monomethyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene Glycol Monobutyl Ether), 디에틸렌 모노부틸 에테르(Diethylene Glycol Monobutyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Ethylene Glycol Monoethyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Diethylene Glycol Monoethyl Ether), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Propylene Glycol Monomethyl Ether), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene Glycol Monomethyl Ether)를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 극성 유기용매 화합물은 수용성 유기용매를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 에스테르 화합물은 탄소수 4 내지 12를 갖는 에스테르계 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 세정액은 태양전지를 형성하기 위한 공정시, 웨이퍼 표면의 유기물에 대한 제거 성능이 우수할 뿐만 아니라 기타 불순물의 웨이퍼 표면의 역흡착에 대한 방지 기능이 뛰어나다. 즉, 본 발명의 세정액을 적용하여 태양전지를 제조할 경우 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에 웨이퍼의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

웨이퍼 절단 시 사용되는 절삭유는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)류, 폴리알킬렌글리콜(PAG)류가 포함된 절삭유를 사용하는데 이는 지방족 탄화수소의 긴 알킬 사슬을 포함하는 화합물로 일반적인 절삭유는 물에 잘 용해가 이루어지지만 열적 변형을 통해 경화되어 물에 쉽게 용해가 되지 않는다.

또한, 작업자의 부주의에 의한 지문이 웨이퍼 표면에 묻어 일반적인 세정 공정을 지난 후속 공정인 텍스처링 공정을 진행하였을 때 웨이퍼의 표면이 일정하게 식각되지 않아 웨이퍼의 얼룩, 색변화, 식각 불량을 유발하기 때문에 세정력이 우수한 세정액을 이용하여 세정공정을 수행해야 한다.

1. 유기 오염물 세정액

본 발명의 실시예에 따른 세정액은 글리콜 에테르 화합물과 극성 유기용매 화합물 및 에스테르 화합물을 포함한다.

상기 글리콜 에테르 화합물은 에테르와 알콜기를 갖는 글리콜 에테르계 화합물로서 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Ethylene Glycol Monometyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Diethylene Glycol Monomethyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene Glycol Monobutyl Ether), 디에틸렌 모노부틸 에테르(Diethylene Glycol Monobutyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Ethylene Glycol Monoethyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Diethylene Glycol Monoethyl Ether), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Propylene Glycol Monomethyl Ether), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene Glycol Monomethyl Ether) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 세정액에 포함되는 글리콜 에테르 화합물의 함량이 15중량% 미만이면 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물의 세정력은 저하된다. 또한 그 함량이 40중량%를 초 과하면, 유기 오염물의 세정력이 저하되고 세정액의 린스성도 저하된다. 따라서, 상기 글리콜 에테르 화합물은 세정액 전체 중량%에 대하여 15 내지 40중량%를 사용하고, 바람직하게는 30 내지 40중량%를 사용한다.

상기 극성 유기용매 화합물은 N-메틸 피로리돈(N-Methyl Pyrollidone), N,N-디메틸 아세트아마이드(N,N-Dimethyl Acetamide), 디메틸 폼아마이드(Dimethyl Formamide), N-메틸 폼아마이드(N-Methyl Formamide)를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 세정액에 포함되는 극성 유기용매 화합물의 함량이 50중량% 미만이면 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물의 세정력은 저하된다. 또한 그 함량이 80중량%를 초과하면, 유기 오염물의 세정력이 저하된다. 따라서, 상기 극성 유기용매 화합물은 세정액 전체 중량%에 대하여 50 내지 80중량%를 사용하고, 바람직하게는 55 내지 70중량%를 사용한다.

상기 에스테르 화합물은 탄소수 4 내지 12를 갖는 에스테르계 화합물로서 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(Ethylene glycol monethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(Diethylene Glycol Monobutyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(Diethylene Glycol Monoethyl ether acetate)를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 세정액에 포함되는 에스테르 화합물의 함량이 1중량% 미만이면 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물의 세정력 저하된다. 또한 그 함량이 10중량%를 초과하면, 액정의 세정력은 우수하나 세정액의 린스성은 저하된다. 따라서, 상기 에스테르 화합물은 세정액 전체 중량%에 대하여 1 내지 10중량%를 사용하고, 바람직하게는 3 내지 8중량%를 사용한다.

상술한 글리콜 에테르 화합물과 극성 유기용매 화합물 및 에스테르를 포함하는 세정액은 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물에 대해 현저한 세정효과를 유지하면서 웨이퍼의 표면에 오염의 역흡착을 방지하여 웨이퍼를 이용하여 제조되는 태양전지의 신뢰성을 확보할 수 있다.

2. 태양전지 웨이퍼의 세정방법

먼저 웨이퍼의 표면에 잔류하는 유기 오염물을 세정하기 위한 세정액을 제조한다.

상기 세정액은 글리콜 에테르 화합물 15 내지 40중량%, 극성 유기용매 화합물 50 내지 80중량%와 에스테르 화합물 1 내지 10중량%를 혼합하여 제조할 수 있다.

상술한 방법으로 제조된 세정액을 이용하여 태양전지를 제조시 웨이퍼 표면에 잔류하는 유기 오염물을 세정한다. 상기 웨이퍼의 세정은 침지 세정을 적용할 수 있다.

이하 침지 세정을 이용한 태양전지 웨이퍼의 세정방법을 구체적으로 나타내면, 먼저 세정액이 수용된 세정조를 마련한다. 상기 세정조에 수용된 세정액의 온도를 25 내지 45로 유지한다. 이어서, 상기 세정조에 웨이퍼을 침지시킨 후 세정액을 순환 시켜 상기 웨이퍼의 표면에 잔류하는 유기 오염물을 약 5분간 세정한다. 이후, 상기 웨이퍼에 잔류하는 세정액을 제거하기 위해 이온교환수(순수)를 이용하여 약 3분간 린스한다. 이어서, 상기 린스공정 후 텍스처링 공정을 진행한다.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

세정액 제조

실시예 1

세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 글리콜에테르 화합물로써 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene Glycol Monobutyl Ether:BC) 35중량%, 극성 유기용매 화합물로써 N-메틸 피로리돈(N-Methyl Pyrollidone:NMP) 60중량%, 에스테르 화합물로써 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(Diethylene Glycol Monoethyl ether acetate :DG) 5중량%를 혼합하여 태양전지용 웨이퍼 유기 오염물 세정액 조성물을 제조하였다.

실시예 2 내지 10

실시예 2 내지 10에 있어서, 상기 실시예 1 과 실질적으로 동일한 방법으로 태양전지용 웨이퍼 유기 오염물 세정액 조성물을 제조하되, 그 조성비는 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변경하였다.

다음 표 1의 조성에 따라 세정제 조성물을 균일하게 되도록 혼합시켰다.

	글리콜 에테르 화합물		극성 유기용매 화합물		에스테르 화합물
실시예1	BC	35	NMP	60	DG	5
실시예2	BC	25	NMP	70	DG	5
실시예3	BC	20	NMP	75	DG	5
실시예4	BC	18	NMP	77	DG	5
실시예5	BC	27	NMP	65	DG	8
실시예6	BC	40	NMP	57	DG	3
실시예7	BC	23	NMP	72	DG	5
실시예8	BC	21	NMP	74	DG	5
실시예9	BC	15	NMP	80	DG	5
실시예10	BC	15	NMP	77	DG	8

비교예 1

기존 세정액으로 사용되어지고 있던 총 중량을 기준으로, 암모니아수(Ammonium Hydroxide:AH) 4.5중량%, 과산화수소(Hydrogen Peroxide:HP) 4.5중량%, 순수(DIW) 91중량%를 혼합하여 태양전지용 웨이퍼 유기 오염물 세정액 조성물을 제조하였다.

비교예 2 내지 5

각 성분의 유무, 종류 및 함량을 제외하고는 실시예 1에서와 실질적으로 동일한 방법으로 태양전지용 웨이퍼 유기 오염물 세정액 조성물을 제조하였다.

	글리콜 에테르 화합물		극성 유기용매 화합물		에스테르 화합물		AH	HP	DIW
비교예1		-		-		-	4.5	4.5	91
비교예2	BC	70	NMP	5	DG	20	-	-	-
비교예3	BC	60	NMP	5	DG	30	-	-	-
비교예4	BC	5	NMP	90	DG	5	-	-	-
비교예5	BC	89.5	NMP	5	DG	0.5	-	-	-

BC: 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르

NMP: N-메틸 피로리돈

DG: 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트

AH: 암모니아수

HP: 과산화수소

세정액의 세정력 평가

본 실시예 1~10 및 비교예 2~5에서 각각 제조된 세정액을 이용하여 세정력을 평가 하였다.

상기 세정액을 평가하기 위하여, 유기 오염물이 오염된 태양전지용 웨이퍼를 이용하여 35℃에서 5분 동안 침지 하였다. 5분 침지 후 탈이온수를 이용하여 3분 동안 세척하였다.

세척 후 수산화칼륨(KOH), 이소프로필알콜(IPA) 및 탈이온수가 일정 비율로 혼합되어 있는 용액에 80℃에서 20분 침지 후 불산(HF)과 염산(HCl)이 일정 비율로 혼합되어 있는 용액에 25℃에서 5분 침지 후 탈이온수를 이용하여 3분동안 세척 후 질소가스를 이용하여 건조하여 웨이퍼 표면을 육안 관찰 하여 유기 오염물 제거여부를 확인하였다.

본 비교예 1에서 제조된 세정액을 이용하여 세정력을 평가 하였다.

상기 세정액을 평가하기 위하여, 유기 오염물이 오염된 태양전지용 웨이퍼를 이용하여 70℃에서 5분 동안 침지 하였다. 5분 침지 후 탈이온수를 이용하여 3분 동안 세척하였다.

세척 후 이후 공정은 실시예 1~10 및 비교예2~5와 동일한 방법으로 진행하여 결과를 확인 하였다.

이에 따라, 각각의 세정액의 유기 오염물 제거 능력을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

실시예	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
결과	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
비교예	1	2	3	4	5
결과	△	△	△	△	△

○: 100%제거, 오염물이 전혀 잔류하지 않음.

△: 1/4 이상의 오염물이 잔류함. (초기 상태와 비교하여 표면의 오염물 잔류 면적으로 평가)

표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 10의 본 발명의 유기 오염물 세정액은 태양전지용 웨이퍼 표면의 유기 오염물 제거력을 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.

도1은 비교예1에 따른 세정액 적용 후의 웨이퍼 표면 사진으로 웨이퍼 표면의 유기 오염물이 제거 되지 않아 하얀 얼룩이 남아 있는 것을 확인 할 수 있었다.

도2는 본 발명의 실시예 1에 따른 태양전지용 웨이퍼 표면의 유기 오염물 세정액을 적용한 웨이퍼의 표면 사진을 나타낸 것으로, 유기 오염물이 모두 제거되었음을 확인할 수 있었다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명에 따른 태양전지용 웨이퍼 표면의 유기 오염물 세정액을 이용함으로써, 태양 전지 제조 공정 시 초기 웨이퍼를 효과적으로 세정하여 후속 공정을 진행하였을 시 오염된 웨이퍼를 이용하여 공정을 진행하였을 시에 발생되는 얼룩, 색 변화, 불량 식각의 불량 발생 요인을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 기존 사용되었던 세정액에 비해 낮은 온도에서 사용하며 구성 되어지는 화합물의 비등점이 높으므로 휘발되는 양이 적으므로 공정상의 세정액의 수명이 길어질 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 기존 세정액을 이용한 세정공정이 수행된 후의 태양전지용 웨이퍼의 표면 사진이다.

도 2는 본 발명의 유기 오염물 세정액을 이용한 세정공정이 수행된 후의 태양 전지용 웨이퍼의 표면 사진이다.

Claims (5)

1. 조성물 총 중량에 대하여 15~40중량%의 글리콜 에테르 화합물, 50~80중량%의 극성 유기용매, 1~10중량%의 글리콜 에테르 아세테이트 화합물을 포함하는 태양전지용 웨이퍼 표면 세정액 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 글리콜에테르 화합물은 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Ethylene Glycol Monometyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Diethylene Glycol Monomethyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene Glycol Monobutyl Ether), 디에틸렌 모노부틸 에테르(Diethylene Glycol Monobutyl Ether), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Ethylene Glycol Monoethyl Ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(Diethylene Glycol Monoethyl Ether), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Propylene Glycol Monomethyl Ether), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene Glycol Monomethyl Ether)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 웨이퍼 표면 세정액 조성물.
3. 제 1항에 있어서 극성 유기용매는 N-메틸 피로리돈(N-Methyl Pyrollidone), N,N-디메틸 아세트아마이드(N,N-Dimethyl Acetamide), 디메틸 폼아마이드(Dimethyl Formamide), N-메틸 폼아마이드(N-Methyl Formamide) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 웨이퍼 표면 세정액 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 에스테르 화합물은 탄소수 4 내지 12를 갖는 에스테르계 유기용매로서 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(Ethylene glycol monethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(Diethylene Glycol Monobutyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(Diethylene Glycol Monoethyl ether acetate)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 웨이퍼 표면 세정액 조성물.
5. (a) 15~40중량%의 글리콜 에테르 화합물, 50~80중량%의 극성 유기용매, 1~10중량%의 글리콜 에테르 아세테이트 화합물을 포함하는 태양전지용 웨이퍼 표면 유기 오염물 세정액을 제조하는 단계;

   (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 세정액을 이용하여 웨이퍼의 표면의 유기 오염물을 세정하는 단계;

   (c) 상기 단계 (b)의 세정공정에서 웨이퍼에 잔류하는 세정액을 순수를 이용하여 린스하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 세정 방법.

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