KR20160145550A - 부유 영역 실리콘 웨이퍼 생산 시스템 - Google Patents

Abstract

실리콘 웨이퍼를 생산하기 위한 방법은 박리를 위해 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하고 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키는 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키며 에너지화된 빔으로 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 박리시키고 100 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼로서 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리된 외부 표면층을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

부유 영역 실리콘 웨이퍼 생산 시스템{FLOAT ZONE SILICON WAFER MANUFACTURING SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 웨이퍼를 생산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 태양 등급 광전지 웨이퍼와 그로부터 그와 유사한 것을 보다 효율적으로 생산하기 위해 잉곳의 외부 표면을 박리하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 단결정 실리콘과 같은 웨이퍼 물질은 실리콘의 단일 결정의 원통형 잉곳을 처음으로 형성시킴으로써 태양 등급 광전지("PV") 안으로 처리된다. 잉곳은 수정으로 만들어진 것과 같이 불활성 챔버에서 고순도 반도체 등급 웨이퍼 물질을 용해시킴으로써 형성된다. 붕소, 인, 비소 또는 안티몬과 같은 도펀트 불순도 원자는 부피 n 유형(네가티브) 또는 p 유형(포지티브) 반도체로서 물질을 규정하기 위해 정확한 양으로(예를 들어, cm³ 당 10¹³ 또는 10¹⁶ 원자의 순서로) 녹은 웨이퍼 물질로 첨가될 수 있으며, 웨이퍼 물질에게 원하는 전기 성질을 제공한다. 그 뒤, 바람직하게 단일 결정 원통형 잉곳을 동시에 추출하기 위해 녹은 웨이퍼 물질 안으로 담겨지며 위로 천천히 당겨지고 회전된다. 온도 기울기, 추출 비율 및 회전 속도를 조절하는 것은 원치 않는 불안정성의 미량만으로 단일 잉곳의 생산을 촉진시킨다. 방법은 아르곤과 같은 불활성 대기에서 일반적으로 실행된다.

각각의 웨이퍼는 이러한 더 큰 잉곳으로부터 반도체 물질의 얇은 층을 슬라이스함으로써 기본적으로 형성된다. 웨이퍼는 정사각형, 직사각형 또는 원형일 수 있고 통합 회로 및 태양 패널과 같은 다른 마이크로 또는 전자 장치의 제조에서 빈번하게 사용된다. 일 예시에서, 원형 웨이퍼는 직경이 대략 20 마이크로미터인 다이아몬드 코트된 와이어에 의해 원통형 잉곳의 단부에서 슬라이스된다. 이러한 생산 방법의 문제점은 다이아몬드 와이어가 다이아몬드 코트된 와이어의 직경과 동일한 구께로 잉곳의 일부를 더스트로 깍는다는 점이다. 따라서, 형성된 각각의 원형 웨이퍼의 경우, 웨이퍼 물질의 적어도 20 마이크로미터가 더스트 찌거기로 낭비된다.

하지만, 이러한 원형 웨이퍼는 정사각형 또는 직사각형 웨이퍼가 햇빛 에너지에 대한 표면 구역 노출을 더 최대화하기 때문에 태양 패널과 함께 사용하기에는 바람직하지 않다. 정사각형 또는 직사각형 웨이퍼를 만들기 위해서, 스톡 원통형 잉곳은 대신 대략 1.5 미터 길이의 장방형 직사각형 박스 형상 안으로 우선 정방형화된다. 이러한 정방형화 방법은 유사한 일반적인 20 마이크로미터 직경 다이아몬드 코트된 와이어를 사용한다. 상기와 유사하게, 잉곳의 외부의 일부는 다이아몬드 와이어가 잉곳의 일부를 통해 절단하여 직사각형 블록을 형성시키기 때문에 더스트로 상실된다. 또한, 이러한 정방형화 방법은 귀하고 비싼 웨이퍼 물질의 상대적으로 큰 덩어리가 원통형 잉곳을 정방형으로 하도록 잘리고 버려지는 것을 요구한다. 여기에서, 각각의 정사각형 또는 다소 직사각형인 웨이퍼는 원형 웨이퍼를 참조하여 상기 기재된 바와 같이 직사각형 반도체 블록의 단부에서 슬라이스된다. 두께가 160에서 200 마이크로미터에 이르는 상당한 상대적으로 정사각형 또는 직사각형 우에퍼가 이러한 직사각형 반도체 블록에서 슬라이스될 수 있는 반면, 각각의 웨이퍼 절단은 반도체 블록을 절단하는 다이아몬드의 폭과 동일한 웨이퍼 물질의 양을 낭비한다. 다이아몬드 코트된 와이어로 웨이퍼를 절단하는 다른 단점은 톱이 수리를 요구하는 웨이퍼에 표면 손상을 야기할 수 있다는 것이다.

최근, 상기 기재된 바와 같이 실리콘 잉곳 또는 직사각형 실리콘 블록으로부터 절단된 존재하는 웨이퍼로부터 추가적이고 더 얇은 웨이퍼를 형성시키기 위해 더 새로운 기술이 발전되어 왔다. 예를 들면, 미국 특허 번호 7,939,812호 글라비쉬 외, 7,982,197호 스믹 외, 7,989,784호 글라비시 외 및 8,044,374호 라이딩 외 참조의 내용은 각각 전체가 참조로서 본원에서 포함되며 원통형 반도체 물질의 더 얇은 층을 생산하기 위해 실리콘 웨이퍼를 박리하는 데 사용된 수소 이온 주입기를 개시한다. 이러한 점에서, 이온 주입기는 실리콘 웨이퍼의 표면을 특정 깊이로 관통시킨다. 실리콘의 이러한 관통된 층은 실리콘 웨이퍼로부터 떨어져 그 뒤 벗겨질 수 있고(즉, 박리) 워크 피스으로 원래의 실리콘 웨이퍼를 사용하는 더 얇은 실리콘 웨이퍼를 효율적으로 형성시킨다. 이러한 박리 방법을 사용하여, 160-200 마이크로미터의 순서의 실리콘 웨이퍼 워크 피스는 방법 도중에 낭비되는 실리콘 물질이 거의 없이, 대략 20 마이크로미터의 두께를 갖는 8-10개의 새로운 실리콘 웨이퍼를 형성시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 내용 외에, 미국 특허 번호 8,058,626호와 8,089,050호 퍼서 외는 참조로서 본원에서 포함되며 기판의 표면 위로 이온을 주입시키기 위한 이전에 언급된 방법에서 사용되는 빔 방향에 직교하는 장방형 단면을 갖는 변경된 리본 형상의 이온 빔을 형성시키기 위한 실시형태를 개시한다.

상기 기재된 것과 같은 현재 박리 방법은 박리된 웨이퍼 물질의 시트를 형성시키기 위해 두 단계를 요구한다. 보다 구체적으로, 각각의 웨이퍼는 한 개의 방법 단계에서 잉곳으로부터 박리되며 그 뒤 박리된 층 또는 우에퍼는 제 2 방법 단계에서 잉곳으로부터 제거된다. 이러한 두 단계 일반적인 방법은 그것의 복수의 단계 성질로 인하여 비용이 비싸며 시간일 많이 걸린다. 또한, 이러한 일반적인 방법은 다루고 각각의 웨이퍼로 스탬프하는 것이 상대적이 비싼 웨이퍼 물질의 각각의 상당히 많은 박리된 시트를 생산한다.

일반적으로, 일반 태양 전지는 초크랄스키 방법을 통해 생산된 실리콘으로부터 생산되며 도가니를 사용한 결과 바람직하지 않은 고 산소 함량(예를 들어, 입방 센티미터 당 10¹⁸ 산소 원자)을 야기할 수 있다. 산소와 같은 실리콘 웨이퍼 내의 불순물은 태양 전지의 전압과 전류 용량을 감소시킨다. 그와 같이, 부유 영역 실리콘("FZ 실리콘")과 같은 더 낮은 산소 함량 실리콘은 FZ 실리콘이 보다 효율적인 태양 전지를 생산하기 때문에 보다 바람직하다. FZ 실리콘은 수직 영역 용해로 불리는 방법에서 만들어지며 초순도 전자 등급 실리콘의 다결정 라드는 RF 가열 코일을 통해 통과되어 지역 녹은 영역을 형성한다. 모결정은 결정 잉곳 성장을 시작시키기 위해 라드의 일 단부에서 사용된다. 수직 영역 용해 방법은 진공 챔버 또는 불활성 가스 퍼지에서 수행된다. 초크랄스키 방법과 다르게, 녹은 영역은 성장 도중에 실리콘 잉곳으로부터 떨어져 산소와 같은 불순물을 지니며(예를 들면, 대부분의 불순물은 결정보다 더 잘 용해되기 때문에), 실리콘 잉곳 안의 불순물 농도를 감소시킨다. 그와 같이, FZ 실리콘은 초크랄스키 방법으로부터 만들어진 실리콘보다 상대적으로 더 순수하다. 하지만, FZ 실리콘의 문제점은 강물질 성질이 알려진 방법(예를 들어, 다이아몬드 와이어)이 물질을 더 얇게 하지 못하게 하기 때문에 그것이 원하는 웨이퍼 크기(예를 들면, 두께에서 300-500 마이크론의 순서로)보다 더 얇아져야 한다는 것이다. 따라서, FZ 실리콘 또는 그와 유사한 것으로부터 만들어진 실리콘 웨이퍼는 물질 비용과 웨이퍼의 현재 사용 가능한 최소 생산 두께에 대한 제한으로 인하여 현재 비용이 비싸다.

FZ 실리콘 스톡 잉곳으로부터 보다 효율적으로 정사각형 및 직사각형 웨이퍼를 생산하기 위한 방법 및 관련 장치에 대한 상당한 필요성이 업계에 존재한다. 그러한 방법과 관련된 장치는 정사각형 또는 직사각형 FZ 실리콘 잉곳을 실장하고 잉곳의 외부 표면의 선택된 층을 관통하며 직사각형 또는 정사각형 FZ 실리콘 잉곳의 한 개 이상의 측면을 따라서 웨이퍼 물질의 이러한 봄바드된 층을 박리시키고 물질의 그러한 스트립을 프레스로 전송시켜 다이아몬드 톱으로 잉곳을 각각의 웨이퍼로 절단하거나 슬라이스시키는 것과 연관된 폐기물 없이 각각의 웨이퍼로 슬라이스시키기 위한 단계를 포함할 수 있다. 그러한 방법과 장치는 잉곳으로부터 웨이퍼 물질의 단일 연속적인 시트를 동시에 박리하고 제거할 수도 있다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시키며 추가적인 관련된 이점을 제공한다.

여기서 개시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼를 생산하기 위한 한 가지 방법은 박리를 위해 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하는 단계, 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키는 단계, 100 마이크로미터 미만 또는 보다 바람직하게 2-70 마이크론 또는 4-20 마이크론의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼로서 에너지화된 빔으로 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 박리하고 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리된 외부 표면층을 제거하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 부유 영역 실리콘 워크 피스는 160-600 마이크론의 두께와 입방 센티미터 당 10¹⁶ 산소 원자보다 작은 산소 함량을 갖는 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스일 수 있다.

본 방법은 실리콘 웨이퍼를 복수의 실리콘 웨이퍼 안으로 절단하고 컨베이어를 따라서 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 떨어져 각각의 그러한 복수의 실리콘 웨이퍼를 이동 또는 전송하기 위한 단계를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 실리콘 웨이퍼는 정사각형일 수 있다. 다른 실시형태에서, 실리콘 웨이퍼는 직사각형일 수 있고 직사각형 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리될 수 있다. 또한, 마이크로웨이브 장치는 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함하는 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 클라이스트론을 포함하고 부유 영역 실리콘 워크 피스의 폭만큼 대략 달할 수 있다. 일 실시형태에서, 에너지화된 빔은 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동하며 대략 5x10¹⁴~5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 포함할 수 있다.

대안의 실시형태에서, 실리콘 웨이퍼를 생산하기 위한 방법은 입방 센티미터 당 10¹⁶ 산소 원자보다 작은 산소 함량을 갖는 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하는 단계, 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기 위한 대략 5x10¹⁴~5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 갖는 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키는 단계, 에너지화된 빔으로 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 박리시키는 단계 및 실리콘 웨이퍼로서 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리된 외부 표면층을 제거하는 단게를 포함한다. 바람직하게, 실리콘 웨이퍼는 100 마이크로미터 미만의 두께 보다 구체적으로 4-20 마이크론의 두께를 가진다. 또한, 실리콘 웨이퍼는 복수의 실리콘 웨이퍼 안으로 절단되고 컨베이어를 따라서 워크 피스로부터 떨어져 이동될 수 있다.

또한, 부유 영역 실리콘 워크 피스는 160-600 마이크론의 두께를 가진 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스를 포함할 수 있고 2-70 마이크론의 두께를 갖는 정사각형 실리콘 웨이퍼를 형성할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 마이크로웨이브 장치는 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함할 수 있는 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 클라이스트론을 포함할 수 있다. 에너지화된 빔은 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동할 수도 있거나 직사각형 부유 영역 실리콘 워크 피스과 대략 동일한 폭일 수 있다.

다른 대안의 방법에서, 복수의 실리콘 웨이퍼를 생산시키는 것은 입방 센티미터 당 10¹⁶ 산소 원자보다 작은 산소 함량을 갖고 160-600 마이크론의 두께를 갖는 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장시키고, 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키며 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동하는 에너지화된 빔으로 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 박리시키고 2-70 마이크론의 두께를 포함하는 실리콘 웨이퍼로서 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리된 외부 표면층을 제거하며 실리콘 웨이퍼를 절단하여 복수의 실리콘 웨이퍼로 절단시키고 컨베이어를 따라서 각각의 복수의 실리콘 웨이퍼를 이동시키기 위한 단계를 포함할 수 있다.

부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 복수의 실리콘 웨이퍼를 생산하기 위해 여기서 개시된 장치는 박리 표면을 갖는 부유 영역 실리콘 워크 피스를 선택적으로 수신하고 함유하기 위한 마운트를 포함할 수 있다. 마이크로웨이브는 대략 5x10¹⁴~5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 갖는 에너지화된 빔을 생산할 수 있다. 마이크로웨이브는 박리 표면의 방향에서 에너지화된 빔을 방출하기 위해 마운트에 상대적으로 바람직하게 위치되며, 마이크로웨이브와 부유 영역 실리콘 워크 피스의 상대적인 이동은 100 마이크론 미만의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼를 박리시킨다. 컨베이어는 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 떨어져 박리 표면으로부터 박리된 복수의 실리콘 웨이퍼의 각 웨이퍼를 그 뒤 종방향으로 전송한다.

바람직한 실시형태에서, 마이크로웨이브는 클라이스트론 또는 DC 가속기를 포함하며 에너지화된 빔은 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함하고 에너지화된 빔은 대략 박리 표면의 폭일 수 있다. 또한, 부유 영역 실리콘 워크 피스는 직사각형 형상을 포함하고 입방 센티미터 당 10¹⁶ 산소 원자보다 작은 산소 함량을 가질 수 있다. 바람직하게, 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 박리된 실리콘 웨이퍼는 2-70 마이크론의 두께를 가진다.

추가적인 대안의 실시형태에서, 여기서 개시된 바와 같이 웨이퍼를 생산하기 위한 방법은 회전의 종방향 축으로 회전을 허용하는 방식으로 잉곳을 워크 피스으로 실장하고 잉곳을 회전의 종방향 축으로 회전하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 잉곳은 원통 형상이며 원통형 잉곳의 회전을 그 회전의 종방향 축으로 촉진하는 회전자에 실장 가능한 회전 가능한 샤프트에 의해 지녀진다. 잉곳은 단결정 또는 다결정 실리콘으로 만들어질 수 있다. 회전하는 잉곳의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 마이크로웨이브 장치는 그 뒤 에너자이징된다. 따라서, 회전하는 잉곳의 외부 표면층은 에너지화된 빔으로 박리된다. 잉곳이 계속 회전하면, 박리된 외부 표면층은 그 뒤 잉곳 워크 피스로부터 웨이퍼 안으로 절단될 수 있는 연속적인 평면 스트립으로서 제거될 수 있다. 이때, 연속적인 평면 스트립은 회전하는 잉곳과 대략 동일한 속도로 바람직하게 회전하는 잉곳의 각진 속도와 실질적으로 동시로 이동하는 컨베이어를 따라서 이동될 수 있다. 잉곳이 점진적으로 회전되면, 컨베이어는 또한 동일한 점진적 이동 방식으로 연속적인 평면 스트립을 전진시킬 것이다. 물론, 연속적인 스트립은 절단되거나 프레스에 의해 복수의 웨이퍼로 스탬프될 수 있다.

또한, 웨이퍼 생산 방법은 또한 관통 포인트에서 잉곳을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있으며 에너지화된 빔은 잉곳의 화학적 성질이 증가된 지역 온도의 결과로 변하지 않도록 하기 위하여 잉곳의 외부 표면층을 봄바드한다. 그러한 냉각 단계는 에너지화된 빔이 0.15-1.7 백만전자 볼트 사이의 에너지 레벨에서 작동할 때 특히 바람직할 수 있다. 마이크로웨이브 장치는 양성자 빔 또는 이온 빔을 포함하는 에너지화된 빔을 발생시키는 클라이스트론일 수 있다. 바람직하게, 마이크로웨이브 장치는 Q값을 최대화하기 위해 조절된다. 또한, 잉곳 워크 피스로부터 벗겨질 수 있거나 제거될 수 있는 복수의 각각의 박리된 외부 표면층을 동시에 형성시키기 위해 회전하는 잉곳의 각각의 외부 표면층을 박리하는 복수의 에너지화된 빔을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 에너지화된 빔(들)은 대략 최종 웨이퍼 제품의 폭이다. 예를 들면, 웨이퍼는 정사각형이고 3-30 마이크로미터 사이의 외부 표면층 두께를 갖고 160-200mm의 폭을 가질 수 있다.

여기서 개시된 바와 같이 웨이퍼를 생산하기 위한 다른 단계에서, 원통의 형상으로 형성되고 회전 가능한 샤프트에 의해 지녀진 잉곳은 그것의 회전의 종방향 축으로 원통형 잉곳을 회전할 수 있는 회전자에 실장된다. 다음에, 회전자는 원통형 잉곳을 작동시키고 회전시켜 마이크로웨이브 장치에 의해 발생한 에너지화된 빔은 회전하는 잉곳의 이미 결정된 외부 표면층을 관통할 수 있다. 이것은 생산 방법이 원통형 잉곳 워크 피스로부터 떨어져 외부 표면층을 회전하는 잉곳과 동시화된 컨베이어를 따라서 연속적인 평면 스트립으로서 박리할 수 있게 한다. 원통형 잉곳 워크 피스는 관통 포인트에서 냉각될 수 있으며 에너지화된 빔은 증가된 지역 온도의 결과로 잉곳 물질의 화학적 성질이 변하지 않도록 하도록 외부 표면층을 봄바드한다. 물질의 연속적인 스트립은 그 뒤 예를 들면 태양 패널 또는 그와 유사한 것에서 사용 가능한 복수의 웨이퍼 안으로 스탬프된다.

마이크로웨이브 장치는 Q값을 최대화하기 위해 조절될 수 있어서 0.15-1.7 백만전자 볼트 사이의 에너지 레벨을 갖는 에너지화된 빔은 효율적으로 회전하는 원통형 잉곳의 외부 표면을 관통한다. 일 실시형태에서, 마이크로웨이브 장치는 양성자 또는 이온 에너지화된 빔을 발생시키는 클라이스트론이다. 다른 실시형태에서, 마이크로웨이브 장치는 고 전류 이온을 생산하기 위해 전자 사이클로트론 공명을 사용한다. 또한, 방법은 그 전체 수직 높이를 따라서 잉곳의 외부 표면을 보다 효율적으로 박리하기 위하여 회전하는 잉곳의 각각의 외부 표면 섹션을 동시에 박리하는 복수의 에너지화된 빔의 사용을 포함할 수 있다. 에너지화된 빔은 160-200mm 사이와 같이 대략 웨이퍼 제품의 폭이 바람직하다. 원통형 잉곳은 단결정 또는 다결정 실리콘으로 만들어질 수 있고 점진적으로 회전될 수 있어 대략 3-30m 마이크로미터 사이의 외부 표면층 두께가 박리된다.

웨이퍼를 생산하기 위한 장치는 회전의 종방향 축으로 잉곳 워크 피스를 선택적으로 실장 가능하게 수신하고 회전하도록 구성된 회전자를 포함한다. 잉곳은 바람직하게 원통형이며 단결정 또는 다결정 실리콘으로 만들어질 수 있다. 에너지화된 빔을 생산하기 위한 마이크로웨이브는 회전자에 상대적으로 위치되어 방출된 에너지화된 빔은 회전하는 잉곳의 회전의 종방향 축으로 정렬한다. 에너지화된 빔은 바람직하게 회전하는 잉곳의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지 레벨이다. 에너지화된 빔이 잉곳의 외부 표면층을 봄바드하는 관통 포인트에 인접하여 위치하는 수분 냉각제 또는 공기 냉각제는 생산 도중에 그 안에서 표면 온도를 조절할 수 있다. 장치는 또한 연속적인 평면 스트립으로서 회전하는 잉곳으로부터 떨어져 박리된 외부 표면층을 횡단 가능하게 지니는 회전하는 잉곳과 동시화된 컨베이어를 포함한다. 이러한 연속적인 평면 스트립은 그 뒤 절단 메커니즘에 의해 한 개 이상의 웨이퍼로 절단된다. 이러한 점에서, 그러한 절단 메커니즘은 각각의 스트로크로 연속적인 스트립을 복수의 웨이퍼로 절단하는 스탬핑 다이를 포함할 수 있다. 최종 웨이퍼 제품은 바람직하게 대략 160-200mm의 폭과 3-30 마이크로미터 사이의 두께이다. 특히 바람직한 실시형태에서, 마이크로웨이브는 에너지 가속기를 포함하는 클라이스트론이다. 이러한 목적을 위하여, 에너지화된 빔은 이온 빔이거나 양성자 빔일 수 있고 바람직하게 대략 웨이퍼의 폭인 장방형 빔이다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 본 발명의 원리를 예시로서 도시하는 첨부 도면과 함께 아래의 보다 자세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부 도면은 본 발명을 도시한다. 이러한 도면에서:
도 1은 웨이퍼를 생산하기 위한 방법과 방법과 연관되어 사용된 단계를 도시하는 플로우차트이다.
도 2a는 불활성 챔버 안에 도펀트를 갖는 고순도 반도체 등급 웨이퍼를 도시하는 도해도이다.
도 2b는 녹은 혼합물 안으로 회전 가능한 샤프트의 일 단부에 실장된 모결정을 낮추는 것을 도시하는 도해도이다.
도 2c는 모결정으로 녹은 혼합물의 촉매 결정화를 도시하는 도해도이다.
도 2d는 혼합물로부터 모결정의 제어된 제거를 통해 잉곳의 형성을 도시하는 도해도이다.
도 2e는 녹은 혼합물로부터 잉곳의 완전한 형성을 도시하는 도해도이다.
도 3은 회전자로 일 단부에서 잉곳의 실장을 도시하는 도해 개략도이다.
도 4는 대안으로 두 개의 회전자에 결합될 때 그 종방향 축으로 잉곳의 회전을 도시하는 도해 개략도이다.
도 5a는 한 개 이상의 빔을 갖는 잉곳의 외부 표면의 봄바드먼트를 도시하는 부분적인 절단 도해 개략도이다.
도 5b는 한 개 이상의 장방형 빔으로 잉곳의 외부 표면의 봄바드먼트를 도시하는 대안의 절단 도해 개략도이다.
도 6은 잉곳의 외부 표면을 이미 결정된 깊이로 관통하는 양성자를 도시하는 잉곳의 도해 측면도이다.
도 7은 잉곳의 박리를 도시하는 잉곳의 도해 측면도이다.
도 8a는 단일 층 박리를 도시하는 봄바드된 잉곳의 도해 상부도이다.
도 8b는 복수의 층 박리를 도시하는 봄바드된 잉곳의 대안의 도해 상부도이다.
도 9는 잉곳으로부터 떨어져 박리된 층을 전송하는 것을 도시하는 도해 측면도이다.
도 10은 박리된 층을 각각의 웨이퍼로 절단시키는 것을 도시하는 도해 측면도이다.
도 11은 다이아몬드 와이어로 원통형 잉곳을 정사각형 또는 직사각형 잉곳으로 절단하는 것을 도시하는 도해도이다.
도 12a는 장방형 빔으로 도 11의 절삭된 잉곳의 외부 전방 작업 표면의 봄바드먼트를 도시하는 도해 개략도이다.
도 12b는 장방형 빔으로 도 11의 절삭된 잉곳의 외부 측면 워크 피스의 봄바드먼트를 도시하는 도해 개략도이다.
도 13a는 도 12a에서 박리된 전방 작업 표면으로부터 떨어져 벗겨진 박리된 층을 도시하는 도해 개략도이다.
도 13b는 도 12b에서 박리된 측면 작업 표면으로부터 떨어져 벗겨진 박리된 층을 도시하는 도해 개략도이다.
도 14는 컨베이어에 의해 워크 피스로부터 떨어져 지녀지는 박리된 층을 도시하는 도해 측면도이다.

도시의 목적을 위하여 도면에 나타난 바와 같이, 웨이퍼를 생산하기 위한 향상된 방법을 위한 본 발명은 도 1에서 플로우차트에 상대적으로 일반적으로 나타나며 생산 방법의 작동은 도 2 내지 도 10에서 보다 구체적으로 나타난다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이 제 1 단계는 잉곳(100)을 형성하는 것이다. 바람직한 실시형태에서, 잉곳(100)은 단결정 원통형 실리콘 잉곳이다. 잉곳(100)이 다결정 실리콘을 포함하여 박리를 위해 적절한 임의의 물질일 수 있고 다각형 단면 형상과 같은 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서 개시된 방법과 장치의 한 개의 세트는 태양 패널과 그와 유사한 것과 사용되기 위한 정사각형 또는 직사각형 실리콘 웨이퍼를 형성하기 위해 워크 피스으로 사용되는 원통형 잉곳을 절삭하는 것과 연관된 폐기물을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 또한, 여기서 개시된 방법과 장치는 이전에 언급된 다이아몬드 코트된 와이어를 사용하여 각각의 웨이퍼를 슬라이스할 필요를 제거하는 관점에서 형성된 각각의 웨이퍼를 위해 적어도 크기의 일 순서에 의해 폐기된 웨이퍼 물질을 더 감소시킬 수 있다. 또한, 태양 등급 단결정 광전지 물질을 생산하는 데 이러한 낭비적인 단계 모두를 제거하는 것은 동일한 크기의 비용 절약에 상응한다. 따라서, 아래에서 더 자세히 기재되는 바와 같이, 생산된 태양 PV 물질의 양은 전통적이거나 일반적인 생산 방법에 의해 사용된 동일한 잉곳에 대해 적어도 20의 팩터로 증가한다. 이것은 분명하게 원물질에서 상당한 비용 절약에 상응한다. 또한, 아래에서 자세히 기재되는 바와 같이 잉곳으로부터 웨이퍼 물질의 연속적인 시트를 동시에 박리하고 제거하는 것은 주지된 바와 같이 상대적으로 더 비용 집중적인 두 단계 박리 방법을 위한 필요를 제거하고 박리된 웨이퍼 물질의 많은 각각의 시트를 다루는 것과 연관된 비용을 줄이는 것이다.

도 2a에 나타난 바와 같이, 고 불순물 반도체 등급 웨이퍼 물질(10)은 수정으로 만들어진 챔버와 같은 불활성 챔버(12)에서 녹는다. 웨이퍼 물질(10)은 박리를 위해 적절한 임의의 물질일 수 있지만, 단결정 실리콘은 바람직한 웨이퍼 물질이다. 불순물(14)(예를 들면, 붕소, 인, 비소 또는 안티몬)은 n 유형(네가티브) 또는 p 유형(포지티브) 반도체와 같이 조성물을 양극화시키기 위하여 바람직하게 cm³ 당 10¹³ 또는 10¹⁶ 원자의 순서로 불순물을 첨가하기 위해 녹은 웨이퍼 물질(10)로 첨가된다. 회전 가능한 샤프트(18)의 일 단부에 실장된 모결정(16)은 도 2b에 나타난 바와 같이 결정화 방법을 시작시키기 위해 녹은 웨이퍼 물질(10)과 불순물(14)의 이러한 다소 불순한 혼합물(20) 안으로 그 뒤 낮춰진다. 도 2c에 나타난 바와 같이 이러한 혼합물(20) 안으로 담가지면 모결정(16)은 샤프트(18)에 대하여 녹은 웨이퍼 물질 혼합물(20)의 결정화를 시작시키는 촉매제로 작동한다. 샤프트(18)는 녹은 것으로부터 큰 잉곳(22)을 추출하기 위해 그 뒤에 느리게 위로 당겨지며 동시에 회전된다. 잉곳(22)은 다결정 또는 주지된 다른 조성물일 수 있지만 잉곳(22)은 바람직하게 단일 결정 원통형 잉곳이다. 혼합물(20)로부터 형성된 잉곳(22)의 결정화는 비활성 챔버(12)에서 혼합물(20)의 감소된 양에 의해 나타나며 도2c에서 도2e로 이어진다. 이러한 점에서, 도 2e는 여기서 개시된 방법과 함께 사용되는 한 개의 잉곳(22)을 도시한다.

당업자는 단계(100)에 따라서 잉곳(22)을 형성하기 위한 상기 기재된 방법은 웨이퍼의 바람직한 적용 및 단부 특징에 따라서 변할 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 예를 들면, 방법은 녹은 웨이퍼 물질(10), 녹은 웨이퍼 물질(10) 안으로 소개되고 혼합된 불순물(14)의 양 및/또는 유형, 불활성 챔버(12)의 온도, 샤프트(18)의 각진 회전 속도 및 모결정(16)을 추출하는 비율의 조합을 바꿀 수 있다. 이러한 점에서, 웨이퍼 물질 형성 방법(100)은 당업자에게 잘 알려지도록 간주되어야 한다. 특히 바람직한 실시형태에서, 잉곳(22)은 그 안의 불순물 특히 산소 불순물의 수를 감소시키기 위해 수직 영역 용해 방법에 의해 만들어진 FZ 실리콘 잉곳이다.

잉곳(22)이 단계(100)에서 형성이 되면, 도 1에 따른 다음 단계(102)는 박리 방법을 위한 준비에서 잉곳(22)을 실장하는 것이다. 바람직한 실시형태에서, 잉곳(22)은 실장이 된 후에 고정 상태로 있다. 다른 실시형태에서, 잉곳(22)은 도 3에 도시된 회전자(24)에 실장될 수 있다. 일 실시형태에서, 회전자(24)는 바람직하게 도 3과 관련하여 나타난 일반적으로 수평 위치에서 잉곳(22)을 고정하고 회전할 수 있다. 대안으로, 도 4에 나타난 바와 같이 한 쌍의 회전 암(26, 26')은 회전자의 일부로부터 연장이 되거나 타협을 하고(일반적으로 참조번호(25)로 지정된) 잉곳(22)의 한 쌍의 평면 단부 표면(28, 28')에 부착될 수 있다. 여기서, 회전 암(26, 26')은 그립, 클램프 또는 그 사이에 잉곳(22)을 함유(예를 들면, 압축 피트에 의해)하기 위해 높은 마찰 표면을 가지는 다른 장치의 형태로 부착 메커니즘(30)을 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 회전자(24)와 연결되어 잉곳(22)을 지지하고 안정적이고 일정한 속도로 회전할 수 있는 주지된 임의의 부착 메커니즘(30)은 충분할 것이다. 또한, 회전자(들)(24), 회전 암(26, 26') 또는 부착 메커니즘(30)은 아래에서 자세히 기재된 바와 같이 이온 주입 방법 과정에서 그 회전(32) 축으로 앞뒤로 실장된 잉곳(22)을 이동시키기 위해 개별적으로 또는 서로 조합되어 사용될 수도 있다.

도 1에 나타난 바와 같이 다음 단계는 잉곳이 축(32)으로 회전하면서 잉곳(22)의 외부 표면 안으로 관통할 수 있는 에너자이징된 양성자 또는 이온의 빔을 생산하는 마이크로웨이브 장치(106)를 에너자이징시키는 것이다. 여기서, 도 5a 및 도 5b는 여기서 개시된 방법과 함께 사용되기 위한 그러한 마이크로웨이브 장치의 두 가지 예시를 도시한다. 예를 들면, 도 5a에서 마이크로웨이브 장치는 잉곳(22)의 외부 표면(40)으로 향하는 가속기(38)로부터 양성자 빔(36)(도 5a) 또는 장방형 양성자 빔(37)(도 5b)을 발생시키는 클라이스트론(34)(즉, 속도 변조에 의해 마이크로웨이브 영역에서 전자기 방사선을 발생 또는 증폭시키는데 사용되는 전자 튜브)을 포함한다. 클라이스트론(34)은 직류 건 또는 펠리트론 가속기(38)를 포함하지만 라디오 주파수("RF") 가속기와 같은 주지된 다른 비교할 만한 가속기 장치도 사용될 수 있다는 것이 바람직하다. 가속기(38)(예를 들어, RF 공진 공동)는 양성자를 원하는 에너지 레벨로 가속시키는 고 경사 전자기장을 생산하기 위해 마이크로웨이브를 클라이스트론 소스(34)로부터 공진 공동으로 가이드한다. 이것은 고 생산 값을 유지하면서 마이크로웨이브 장치의 크기(고 eV/m)를 최소화한다. 이러한 점에서, 한 개의 클라이스트론(34)은 교차 전자기 웨이브가이드의 하이웨이를 사용하여 많은 RF 공진 가속 공동(예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같은 추가적인 가속기(38', 38''))에 부착될 수 있다. 따라서, PV 물질의 년 생산에 따라 기가와트를 양산하는 전체 팩토리는 단일 클라이스트론(34)으로 시작될 수 있다. 공진 공동은 질 팩터를 최대화하도록 설계되어 마이크로웨이브 소스의 필요한 입력 에너지를 최소화한다.

도 1에 나타난 바와 같이 다음 단계는 잉곳(22)의 선택된 층을 관통하는 것이다. 잉곳(22)이 회전하는 실시형태에서, 관통는 잉곳(22)의 회전(108) 축에 대략 평행하여 바람직하게 발생한다. 웨이퍼 물질의 선택 표면 깊이를 관통하고 실질적으로 박리하기 위하여 주지된 예시적인 장치는 예를 들어 이전에 언급된 미국 특허 번호 7,939,812호 글래비쉬 외, 7,982,197호 스믹 외, 7,989,784호 글래비쉬 외, 8,044,374호 라이딩 외에서 나타나고 기재된다. 여기서, 제안된 방법은 잉곳(22)의 외부 표면(40)을 에너지 레벨이 0.2-2.5 백만 전자 볼트("MeV")에 바람직하게 달하는 에너자이징된 양성자를 갖는 양성자 빔(36, 37)으로 이미 결정된 깊이(42)(도 6)로 봄바드한다. 따라서, 양성자는 잉곳(22)을 대략 3-30 마이크로미터의 스킨 깊이(42)로 관통한다. 잉곳(22)이 그 축(32)으로 회전하면, 양성자 빔(36, 37)은 외부 표면(40)의 새로운 층을 연속적으로 에너자이징한다. 물론, 깊이(42)는 마이크로웨이브 장치의 유형, 양성자 가속기(38)에서 발생된 에너지 레벨 등에 따라서 변할 수 있다. 이러한 양성자 봄바드먼트 단계(108)는 봄바드된 표면(40)의 층(44)이 도 7에 일반적으로 나타난 바와 같이 잉곳(22)의 몸체로부터 벗겨지거나 떨어져서 박리되어 연속적인 컨베이어(46) 위에 오게 할 수 있다. 스킨 깊이(42)는 주입된 양성자의 에너지에 따라서 3-30 마이크로미터에 이른다.

단계(108) 도중에, 잉곳(22)의 봄바드된 표면은 양성자 빔(36, 37)의 결과로 온도가 증가한다. 그와 같이, 냉각 메커니즘은 가열로 인한 잉곳(22)의 물질 특성에서 부정적이거나 예측하지 못한 변화를 방지하기 위하여 잉곳(22)의 외부 표면(40)을 냉각시키는데 바람직하게 사용된다. 이러한 점에서, 박리되는 잉곳(22) 내부 및 주위의 구역을 냉각시키는 것은 특히 중요하다. 수분 또는 공기 순환 기반 냉각 장치는 잉곳(22)의 직접 또는 간접 냉각을 제공하기 위하여 여기서 제공된 방법과 함께 사용될 수 있다.

박리된 층(44)의 두께는 도시적인 목적상 도 6 및 도 7에서 과장된다. 이러한 점에서, 당업자는 이러한 박리된 층(44)의 상대적인 두께가 단계(100)에 따라서 만들어진 잉곳(22)의 초기 두께보다 훨씬 더 얇아질 것이라는 것을 쉽게 인지할 것이다. 일 실시형태에서, 잉곳(22) 그 축(32)으로 연속으로 박리되면, 그 직경은 크기가 감소될 것이며 박리된 층(44)의 깊이(42)에 상대적으로 다른 상대적인 크기는 감소될 것이다.

일반적으로, 빔(36) 또는 장방형 빔(37)은 결과적인 웨이퍼의 원하는 폭에 따라서 그 길이를 따라서 잉곳(22)의 일부를 에너자이징해야 한다. 이러한 방법은 빔(36, 37)의 유형과 단계(100)에서 형성된 잉곳(22)의 길이에 따라서 변할 수 있다. 예를 들면, 도 5a는 단일 빔(36)이 일 가속기(38)로부터 방출되는 일 실시형태를 도시한다. 여기서, 빔(36)은 단일 포인트에서 외부 표면(40)의 일부를 접촉한다. 폭(48)을 갖는 층(44)(도 8a, 8b)을 형성하기 위해, 빔(36)은 잉곳(22)의 완전한 폭(48)을 에너자이징시키기 위해 잉곳(22)의 종방향 축(즉, 잉곳(22)의 높이 또는 축(32)에 평행하여)을 따라서 좌우 및 우좌로 이동할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 잉곳(22)은 빔(36)이 연속적으로 폭(47)으로 횡단할 수 있게 하도록 점진적으로 회전할 수 있다. 그것이 그렇게 되면, 잉곳(22)은 전방으로 회전하여 외부 표면(40)의 다음 증가는 잉곳(22)의 몸체로부터 떨어져서 에너자이징되고 박리될 수 있다. 추가적인 빔(36, 36', 36ⁿ)을 생산하는 추가적인 가속기(38', 38'', 38ⁿ)는 클라이스트론(34)과 함께 포함될 수 있어 잉곳(22)의 전체 폭은 예를 들어 도 8b에 나타난 바와 같이 층(44, 44', 44'')을 형성하기 위하여 동시에 처리되고 박리될 수 있다. 대안으로, 빔(36, 36', 36ⁿ)의 임의의 빔을 이동시키는 대신에, 가속기(38', 38'', 38ⁿ) 또는 클라이스트론(34), 잉곳(22)은 앞뒤로 횡단할 수 있다.

대안으로, 도 5b에 나타난 바와 같이 클라이스트론(34)은 원하는 최종 웨이퍼의 폭(48)과 동일한 빔 폭을 갖는 장방형 빔(37)을 생산할 수 있다. 빔(36)과 관련하여 상기 기재된 바와 유사하게, 복수의 장방형 빔(37, 37', 37ⁿ)(도 5b에 나타나지 않은 추가적인 빔(37', 37ⁿ)은 도 8b와 관련하여 상기 기재된 바와 유사한 방식으로 잉곳(22)의 부분 또는 실질적으로 전체 폭을 박리하는 데 사용될 수 있다. 장방형 빔(37)의 한 개 이상의 빔을 사용하는 이점은 그 축(32)으로 잉곳(22)의 회전을 정지 또는 증가시킬 필요가 없을 수 있다는 것이다. 이러한 점에서, (36)이 그러한 것처럼 빔(37)이 잉곳(22)의 길이에 걸친 종방향 이동을 요구하지 않기 때문에 잉곳(22)의 회전과 냉각은 구체적으로 연속적인 박리를 촉진하는데 시간 설정될 수 있다.

도 1에 나타난 다음 단계는 잉곳(110)으로부터 관통된 웨이퍼 물질의 층을 제거하는 것이다. 일 실시형태에 대하여 상기 기재된 바와 같이, 잉곳(22)은 회전(32)의 축으로 각이 져서 회전할 수 있어 빔(36, 37)은 표면(40)의 임의의 이전에 봄바드된 구역과 중첩되지 않는다. 봄바드먼트 방법이 연속되면, 박리된 물질의 층(44)은 컨베이어(46) 상 위로 잉곳(22)으로부터 벗겨진다. 컨베이어(46)는 도 7에 일반적으로 나타난 바와 같이 금속 기판(50) 또는 잉곳(22)으로부터 떨어져 박리된 층(44)을 잡거나 당기기 위해 충분히 높은 마찰 계수를 갖는 다른 비교할 만한 표면을 포함할 수 있다. 이것은 잉곳(22)이 회전되면 박리된 층(44)이 표면(40)에 근접하여 번치하지(bunch) 않도록 한다.

잉곳(22)의 회전은 단일, 연속 시트에서 박리된 물질의 동시 박리 및 제거를 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 잉곳(22)이 박리되는 잉곳(22)의 외부 표면(40)의 일부를 회전시키면 잉곳(22)의 각진 위치가 변하면서 변한다. 동시에, 이러한 회전은 박리된 웨이퍼(44) 물질의 층이 잉곳(22)이 회전하면 잉곳(22)을 벗기도록 한다. 박리된 층(44)이 그것의 각진 위치가 변함에 따라서 잉곳(22)을 연속적으로 벗기기 때문에, 웨이퍼 물질의 단일 연속 시트가 생산된다. 즉, 회전 잉곳(22)은 종이의 롤 또는 금속의 코일과 동일한 방식으로 "풀린다." 박리된 웨이퍼 물질의 연속적인 시트가 생산되기 때문에 이러한 방법은 일반적인 박리 방법 상에서 더 많은 절약을 제공한다.

제거 단계(110)는 봄바딩 양성자 에너지에 따라서 웨이퍼 물질 3-30 마이크로미터 두께의 한 개 이상의 기판 층(44, 44', 44ⁿ)(예를 들면, 도 8b에 나타난 바와 같이)의 리본을 생산할 수 있다. 잉곳(22)은 컨베이어(46)의 금속 기판(50) 위로 박리되기에 정확히 충분한 물질을 생산하는 금속 기판의 폭과 동일한 거리로 전진한다. 금속 기판의 폭은 봄바드된 잉곳 표면의 폭(48)에 상응할 것이며 160-200mm 에 이를 수 있다.

PV 물질을 갖는 금속 기판의 이러한 새로운 리본 또는 층(44)은 각각의 웨이퍼 안으로 이후에 스탬프(114)하기 위한 단계(112) 도중에 잉곳(22)으로부터 떨어져 그 뒤 전송된다. 이러한 점에서, 도 9는 잉곳(22)으로부터 떨어져 특정 간격으로 각각의 웨이퍼(58)(도 10) 안으로 리본 또는 층(44)을 절단하거나 전단(shear)하도록 설계된 한 개 이상의 블레이드(56)를 갖는 다이(54)를 갖는 프레스(52) 쪽으로 박리 웨이퍼 물질(56)의 층 또는 스트립의 이동을 도시한다. 예를 들면, 프레스(52)가 도 10에 나타난 바와 같이 아래로 다이(54)로 연장될 때, 블레이드(56)는 접촉하고 웨이퍼(58) 안으로 웨이퍼 물질(44)의 스트립을 모두 160-200mm와 같은 간격으로 절단하여 160x160mm 웨이퍼 또는 200x200mm 웨이퍼를 생산한다. 이러한 크기는 평균 정사각형 PV 웨이퍼의 현재 치수일 수 있는 반면, 웨이퍼(58)의 크기는 그것에 제한되면 안 된다. 즉, 웨이퍼(58)의 결과적인 크기는 층(44)을 각각의 웨이퍼(58)로 절단하는 데 사용되는 기술에 따라서 더 크거나 더 작을 수 있다. 또한, 웨이퍼 물질의 스트립을 슬라이싱하거나 절단하기 위한 주지된 임의의 장치는 대안의 스탬핑 또는 톱질 메커니즘과 같이 스트립 또는 층(44)으로부터 웨이퍼(58)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게, 그러한 절단 또는 톱질 단계는 가능한 작은 잔여 웨이퍼 물질 폐기물을 형성해야 한다. 이러한 점에서, 최종 제품은 거주, 상업 또는 유용 스케일 태양 에너지 생산에서 사용을 위한 완성된 태양 패널을 생산하기 위해 일반적인 와이어링과 패키징 기계를 통해 실행될 수 있는 정사각형 또는 직사각형 PV 웨이퍼(58)이다.

물론, 상기 기재된 방법과 장치는 단결정 실리콘 잉곳과 함께 사용되는 것에 제한되면 안 된다. 그러한 방법과 장치는 FZ 실리콘을 포함하여 여기서 기재된 바와 같이 추가적인 프로세싱을 위해 적절한 형상으로 캐스트된 임의의 유형의 금속 물질와 같이 복수의 형상, 크기 및 물질의 잉곳에 적용될 수 있다.

예를 들면, 잉곳(22)은 다각형 단면을 가질 수 있다. 그러한 형상을 갖는 잉곳은 원통형 잉곳과 동일한 방식으로 그것의 종방향 축으로 회전될 수 있다. 대부분의 회전하며 처리된 워크 피스(즉, 회전기 또는 선반에서 켜진 워크 피스)은 원통형이어야 하며 도구(즉, 선반 커터)는 그것의 전체 360도 회전을 통하여 워크 피스과 접촉을 한 상태로 남아있는다. 하지만, 박리 방법은 고정 위치 도구가 잉곳과 일정한 접촉을 하며 남아있도록 요구하지 않는다. 대신, 비원형, 회전 사물의 변하는 회전 직경을 수용할 수 있는 에너지화된 빔은 워크 피스 잉곳을 바람직하게 처리한다. 즉, 회전 잉곳의 직경이 각이 변하는 다각형 단면을 가지더라도 에너지화된 빔은 잉곳의 외부 표면을 봄바드하고 웨이퍼 물질의 층을 관통한다. 따라서, 다각형 단면을 가지는 잉곳은 상기 자세히 기재된 바와 같이 원통형 잉곳과 동일한 방식으로 박리될 수 있다.

또한, 웨이퍼 물질은 단결정 실리콘에 제한되지 않는다. 웨이퍼의 생산을 위해 주지된 임의의 적절한 물질은 부유 영역 실리콘("FZ 실리콘"), 다결정 실리콘, 카드뮴 테룰라이드, 사파이어 결정 및 구리 인듐 갈륨 셀렌에 제한되지 않지만 이를 포함하여 사용될 수 있다. 또한, 웨이퍼 물질은 n-유형 또는 p-유형 물질일 수 있다. 확실히, 불순물의 유형과 생산 및 온도와 같은 구체적인 프로세싱 변수는 웨이퍼 물질의 선택에 따라서 변할 수 있다.

여기서 개시된 실시형태의 다른 대안의 특징에서, 웨이퍼를 생산하기 위한 향상된 방법은 부유 영역 실리콘 또는 FZ 실리콘의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 생산 방법은 단계(100)-(114)에 대하여 상기 기재된 장치와 방법과 유사할 수 있다. 대안으로, 도 3 내지 도 10에 나타난 원통형 잉곳(22)을 사용하는 대신에, 잉곳(22)은 도 11에 일반적으로 나타난 바와 같이 일반적으로 직사각형 실리콘 블록(62)을 형성하기 위하여 다이아몬드 와이어(60) 또는 다른 비교할만한 메커니즘에 의해 초기에 절단되거나 절삭될 수 있다. 물론, 실리콘 블록(620은 직사각형 또는 정사각형으로 절단될 수 있고 바람직하게 많은 다른 크기 또는 형상으로 절단될 수 있다. 도 11에 나타난 실시형태에서, 실리콘 블록(62)은 전방 작업 표면(64)(및 유사하게 형상된 후방 작업 표면(64')) 및 삼 피트 길이에 달하는 측면 작업 표면(66)(및 상응하는 다른 측면 작업 표면(66'-66'''))을 가지며, 모두가 여기서 기재된 실시형태에 따라서 박리를 위해 바람직하게 준비된다. 단순한 목적으로, 박리 방법은 전방 작업 표면(64)과 측면 작업 표면(66)에 대해 아래에서 기재되지만 박리 방법은 단독으로 또는 한 개 이상의 작업 표면(64' 및 66'-66'')과 동시에 잘 동등하게 작동할 수 있다.

대안으로, 여기서 개시된 박리 방법은 주지된 방법에 의해 200-600 마이크론의 순서의 두께로 이미 절단된 부유 영역 실리콘 웨이퍼와 함께 사용될 수 있다. 이러한 점에서, 이러한 존재하는 또는 사전 절단 웨이퍼는 박리되어 2-70 마이크로미터의 순서나 보다 바람직하게 4-20 마이크로미터의 순서로 복수의 더 얇은 웨이퍼를 형성할 수 있다. 예를 들면, 300 마이크로미터 사전 절단된 부유 영역 웨이퍼는 25 마이크로미터 두께를 가지는 12 개의 부유 영역 웨이퍼를 생산하도록 여기서 개시된 방법으로 박리될 수 있다. 그러한 사전 절단된 부유 영역 웨이퍼는 더 자세히 아래에서 기재된 실리콘 블록(62)의 위치에서 워크 피스으로 본질적으로 사용된다.

실리콘 블록(62)이 주지된 방법을 사용하여 형성이 되면, 블록(62)은 상기 기재된 실시형태에 따라서 또는 주지된 다른 실시형태에 따라서 박리 방법의 준비를 위해 실장될 수 있다. 작업 표면(64, 66)이 편평한 웨이퍼 물질을 생산하기 위해 그 축으로 회전을 요구하는 원형 또는 원통형 작업 표면에 반대되어 평면 박리 표면을 제공하기 때문에 실리콘 블록(62)이 원통형 실리콘 잉곳(22)에 대해 상기 기재된 바와 같이 회전될 필요가 없는 것이 한 가지 차이점이다.

이러한 점에서, 도 12a 및 도 12b는 상기 기재된 외부 작업 표면(64, 66)을 박리하는 두 가지 방법을 도시한다. 예를 들면, 도 12a에서 클라이스트론(34)은 전방 작업 표면(64)의 대략적인 폭을 접촉하기 위한 장방형 양성자 빔(37)을 생산한다. 빔(37)은 방향 화살표에 의해 나타난 바와 같이 위에서 아래로 바람직하게 이동된다. 도 12b는 유사한 실시형태를 도시하며, 클라이스트론(34)은 바람직하게 측면 작업 표면(66)의 폭에 달하며 방향 화살표에 의해 나타난 바와 같이 위 아래로 이동하는 유사한 장방형 양성자 빔(37)을 생산한다. 이러한 점에서, 도 13a 및 도 13b에 나타난 바와 같이 실리콘 물질(68,68')의 박리된 층은 상기 기재된 실시형태에 따라서 실리콘 블록(62)으로부터 박리되거나 벗겨지기 시작한다. 유사하게, 이러한 박리된 층(68 또는 68')은 컨베이어(46) 또는 그와 유사한 것에 의하여 워크 피스(62)으로부터 떨어져서 전송될 수 있다(도 14). 박리 방법은 예를 들어 결과적인 실리콘 웨이퍼(58)의 바람직한 치수와 일치하는 전방 작업 표면(64)을 박리하거나 더 넓은 구역(예를 들면, 측면 작업 표면(66)에 의해)을 박리하고 그 뒤 박리 실리콘의 스트립을 박리된 층(44)에 관하여 상기 기재된 바와 같이 스트립으로 절단함으로써 각각의 실리콘 웨이퍼(58)를 형성할 수 있다.

여기서 개시된 실시형태의 하나의 특정한 이점은 부유 영역(즉, "FZ" 실리콘) 또는 상대적으로 더 낮은 산소 함량(예를 들면, 입방 센티미터 당 10¹⁵ 산소 원자)을 갖는 다른 실리콘 물질을 갖는 박리 방법의 사용이다. 한편으로는, 태양 패널에서 사용되도록 크기 설정된 실리콘 웨이퍼를 형성하기 위해 사용되는 현재 태양 등급 실리콘 물질은 상대적으로 높은 산소 함량(예를 들면, 입방 센티미터 당 10¹⁸ 산소 원자)를 갖고 초크랄스키 방법에 의해 생산된다. 이러한 실리콘 웨이퍼는 19%에서 20%의 효율성만 가지지만 생산하기에 경제적이다. 다른 한편, 상대적으로 낮은 산소 함량과 그에 따라 더 높은 효율성(예를 들면, 대략 24.7%의 효율성을 갖는 부유 영역 실리콘 웨이퍼)을 갖는 실리콘 물질은 튼튼한 물질 성질이 주지된 방법(예를 들면, 다이아몬드 와이어)이 물질을 더 얇게 절단하지 못하도록 하기 때문에 원하는 크기보다 더 크게 절단되어야만 한다(예를 들어, 두께가 300-500 마이크론의 순서로). 따라서, 부유 영역 실리콘 또는 그와 유사한 것으로 만들어진 실리콘 웨이퍼는 물질 비용과 웨이퍼의 현재 사용 가능한 최소 생산 두께로 인하여 현재는 비용으로 꺼려진다.

따라서, 상기 기재된 박리 방법은 상대적으로 더 낮은 산소 함량과 더 작은 두께(예를 들면, 100+마이크론에 반대되어 2-70 마이크론 및 바람직하게 4-20 마이크론)를 갖는 더 높은 등급 실리콘 물질(예를 들면, 부유 영역 실리콘)로부터 실리콘 웨이퍼를 경제적으로 생산하는데 특히 유용하다. 이것은 예를 들면, DC 가속기 또는 향상된 에너지 레벨을 갖는 다른 빔에 의하여 이온 주입을 위해 상기 언급된 방법으로 부유 영역 실리콘의 표면 구역 구조를 봄바드함으로써 달성된다. 더 높은 순도 실리콘 물질의 표면 장력이 경제적인 두께(예를 들면, 100 마이크론 이하)로 웨이퍼를 물리적으로 절삭하는 것을 방지하기 때문에 구역 표면 구역 봄바드먼트는 특히 주지된 방법과 관련하여 선호된다.

도 13a, 13b 및 14에 나타난 바와 같이, 박리된 층(68 또는 68')은 그 표면을 봄바드하는 이온의 에너지 레벨에 의해 결정된 두께로 실리콘 블록(62)으로부터 벗겨진다. 이러한 점에서, 빔(37)의 에너지 레벨을 감소시키는 것은 더 얕은 표면 레벨 관통와 더 얇은 웨이퍼(58)를 야기하는 반면, 빔(37)의 에너지 레벨을 증가시키는 것은 더 깊은 표면 레벨 관통와 더 두꺼운 웨이퍼(58)를 야기한다. 보다 구체적으로, 대략 5x10¹⁴ ~ 5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 사용하는 것은 2-70 마이크론, 바람직하게 4-20 마이크론의 상대적인 두께를 갖는 웨이퍼(58)를 생산하기에 충분한 깊이로 부유 영역 실리콘의 표면 레벨을 관통할 것이다. 이러한 상대적으로 얇은 웨이퍼(58)는 각각의 웨이퍼(58)가 생산되면서 실리콘 블록(62)으로부터 웨이퍼(58)를 당기기 위해 전도성 표면 또는 백킹(70)을 포함하는 표면을 갖는 컨베이어(46) 상에서 위치될 수 있다.

일부 실시형태가 도시의 목적을 위하여 자세히 기재되지만, 다양한 변경은 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 제한되는 것을 제외하면 제한되지 않는다.

Claims (28)

1. 박리를 위한 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하는 단계,
   상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키는 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키는 단계,
   상기 에너지화된 빔으로 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 상기 외부 표면층을 박리하는 단계, 및
   100 마이크로미터 미만의 두께를 포함하는 상기 실리콘 웨이퍼로서 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 상기 박리된 외부 표면층을 제거하는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 160-600 마이크론의 두께를 갖는 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스를 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 입방 센티미터 당 10¹⁵ 산소 원자 미만을 포함하는 산소 함량을 포함하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼는 2-70 마이크론의 두께를 포함하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼는 4-20 마이크론 두께를 포함하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 에너지화된 빔은 대략 5x10¹⁴ ~ 5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   복수의 실리콘 웨이퍼로 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하는 단계를 포함하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   컨베이어를 따라서 상기 복수의 실리콘 웨이퍼를 각각 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼는 정사각형 웨이퍼를 포함하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 장치는 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함하는 상기 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 클라이스트론을 포함하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지화된 빔은 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 폭과 대략 동일한 폭을 포함하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에너지화된 빔은 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 직사각형 형상을 포함하는 방법.
14. 입방 센티미터 당 10¹⁵ 미만의 산소 원자의 산소 함량을 포함하는 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하는 단계,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기 위한 대략 5x10¹⁴ ~ 5x10¹⁶이온/cm²의 주입 밀도를 포함하는 에너지화된 빔을 발생시키는 마이크로웨이브 장치를 에너자이징시키는 단계,
    상기 에너지화된 빔으로 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 상기 외부 표면층을 박리하는 단계, 및
    100 마이크로미터 미만의 두께를 포함하는 상기 실리콘 웨이퍼로서 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 상기 박리 외부 표면층을 제거하는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 160-600 마이크론의 두께를 갖는 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스를 포함하는 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼는 4-20 마이크론의 두께를 포함하는 방법.
17. 제 14 항에 있어서,
    복수의 실리콘 웨이퍼로 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하고 상기 복수의 실리콘 웨이퍼를 컨베이어를 따라서 각각 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼는 2-70 마이크론의 두께를 갖는 정사각형 실리콘 웨이퍼를 포함하는 방법.
19. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 장치는 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함하는 상기 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 클라이스트론을 포함하고, 상기 에너지화된 빔은 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동하는 방법.
20. 제 14 항에 있어서,
    상기 에너지화된 빔은 직사각형 부유 영역 실리콘 워크 피스의 폭과 대략 동일한 폭을 포함하는 방법.
21. 입방 센티미터 당 10¹⁵ 미만의 산소 원자의 산소 함량을 포함하고 160-600 마이크론의 두께를 갖는 사전 절단된 부유 영역 실리콘 워크 피스를 실장하는 단계,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 외부 표면층을 관통하기에 충분한 에너지화된 빔을 발생시키기 위한 마이크로웨이브 장치를 에너자이징하는 단계,
    상기 에너지화된 빔으로 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 상기 외부 표면층을 박리하는 단계로서, 상기 에너지화된 빔은 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스에 상대적으로 이동하는 단계,
    2-70 마이크론의 두께를 포함하는 상기 실리콘 웨이퍼로서 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 상기 박리된 외부 표면층을 제거하는 단계,
    복수의 실리콘 웨이퍼로 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하는 단계, 및
    상기 복수의 실리콘 웨이퍼를 컨베이어를 따라서 각각 이동시키는 단계를 포함하는 복수의 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
22. 박리 표면을 갖는 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스를 선택적으로 수용하고 보유하기 위한 마운트,
    대략 5x10¹⁴ ~ 5x10¹⁶ 이온/cm²의 주입 밀도를 포함하는 에너지화된 빔을 생성하기 위한 마이크로웨이브로서, 상기 마이크로웨이브는 상기 마운트에 상대적으로 위치되어 상기 박리 표면의 방향으로 상기 에너지화된 빔을 방출하고 상기 마이크로웨이브와 상기 부유 영역 실리콘 워크 피스의 상대적인 이동은 상기 박리 표면으로부터 100 마이크론 미만의 두께를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 박리하는 마이크로웨이브, 및
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 떨어져 상기 박리 표면으로부터 박리된 복수의 실리콘 웨이퍼를 각각 종방향으로 이송시키는 컨베이어를 포함하는 부유 영역 실리콘 워크 피스로부터 복수의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 장치.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브는 클라이스트론 또는 DC 가속기를 포함하는 장치.
24. 제 22 항에 있어서,
    상기 에너지화된 빔은 이온 빔 또는 양성자 빔을 포함하는 장치.
25. 제 22 항에 있어서,
    상기 에너지화된 빔은 대략 상기 박리 표면의 폭인 장척상 빔을 포함하는 장치.
26. 제 22 항에 있어서,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 직사각형 형상을 포함하는 장치.
27. 제 22 항에 있어서,
    상기 부유 영역 실리콘 워크 피스는 입방 센티미터 당 10¹⁵ 미만의 산소 원자의 산소 함량을 포함하는 장치.
28. 제 22 항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼는 2-70 마이크론의 두께를 포함하는 장치.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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