다이아몬드 와이어 절단(DWS)은 슬러리 절단 등 다른 기술에 비해 많은 장점을 가지고 있어, 반도체 잉곳을 웨이퍼로 가공하는 데 널리 사용되는 기술입니다. 이러한 장점으로는 더 빠른 절단 속도와 높은 절단 효율, 두께 균일성이 개선된 더 얇은 웨이퍼 생산, 슬러리 재활용을 위한 실리콘 잔해물 여과가 용이하다는 점(필요한 경우), 그리고 절단 와이어를 한 번 이상 사용할 수 있다는 점 등이 있습니다.
다이아몬드 와이어 톱질은 다이아몬드 플레이크(그릿)가 함침된 긴(수백 킬로미터) 와이어를 절단 매체로 사용합니다. 절단 와이어는 직경 80~120µm의 스테인리스 스틸 코어로 구성되며, 이 코어에는 8~25µm 크기의 다이아몬드 플레이크가 코팅되어 있고, 이 플레이크는 전기 도금된 Ni 층이나 수지 재료 층을 통해 와이어에 접착되어 있습니다.
절단된 DWS 웨이퍼는 육안으로는 완벽해 보일 수 있지만, 다이아몬드 와이어와 잉곳을 통과하는 다이아몬드 와이어의 이동 방식(속도 및 왕복 운동)은 절단된 웨이퍼의 품질은 물론 래핑, 연마 또는 에칭과 같은 후속 공정에도 큰 영향을 미칩니다. 특히 PV 웨이퍼의 경우, 절단 직후의 정사각형 웨이퍼에 따라 표면 하부 손상의 정도에 큰 차이가 있을 수 있으며, 이는 DWS 공정 이전에 진행되는 손상 에칭 및 텍스처링 에칭 공정 단계에서 고려되어야 합니다.
HR-SPS 장비를 사용한 SPV 분광 분석은 절단 직후 웨이퍼의 품질에 대한 직접적인 정보를 제공합니다. 이 분석은 와이어 절단 부위 및 왕복 운동 영역을 찾아내고, 표면 하부 손상 깊이와 관련된 맵을 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 이 기술은 비접촉식이며 속도가 빨라, 툴을 공정 라인의 절단 직후 웨이퍼 품질 관리(QC) 시스템에 통합할 수 있습니다. 아래는 156 x 156 mm² 크기의 의사 정사각형 DWS PV 웨이퍼(n형 단결정, 1-3 Ohm-cm)에 대한 예시입니다.
그림 1은 세 가지 다른 광자 에너지로 조명을 비추었을 때 n형 PV 웨이퍼 전체에 걸친 SPV 높이 맵을 보여줍니다. 광자가 웨이퍼로 침투하는 깊이는 각각 약 0.1, 10 및 100mm입니다. 또한 웨이퍼 전체에 걸친 이완 시간 상수(빛을 끈 후 SPV 신호의 로그 값이 감쇠하는 시간)도 표시되어 있습니다. SPV 맵(왼쪽)을 보면 웨이퍼 전체에 걸쳐 표면 아래 손상의 정도가 다양하다는 것을 알 수 있습니다. 상단 부분은 하단 부분보다 표면 아래 손상이 더 심하며, 주변부도 손상이 더 많습니다. 이는 절단할 잉곳의 주변부에서 와이어의 힘이 더 크기 때문에 예상되는 현상입니다. 이완 맵(오른쪽)에서는 웨이퍼 중심 아래쪽에서 하단 방향으로 뚜렷한 구역이 나타납니다. 이 뚜렷한 중심부는 예상보다 낮은 이완 시간(-10%)을 보이며, 이는 아마도 왕복 공정의 시작을 나타내는 것으로 보입니다. SPV 맵과 이완 맵은 서로 보완적이며, 절단 직후 PV 웨이퍼의 상태에 대한 지문을 제공합니다.
Fig. 1. SPV maps (right) and relaxation time maps (left) for the same DWS wafer and illuminated with three different energies (wavelengths)
관련 솔루션 및 산업: 에피택셜 레이어 및 박막
