बातम्या

डायमंड वायर कटिंग तंत्रज्ञानाला कन्सॉलिडेशन अ‍ॅब्रेसिव्ह कटिंग तंत्रज्ञान असेही म्हणतात. यामध्ये इलेक्ट्रोप्लेटिंग किंवा रेझिन बॉन्डिंग पद्धतीने स्टील वायरच्या पृष्ठभागावर डायमंड अ‍ॅब्रेसिव्ह एकवटले जाते आणि डायमंड वायर थेट सिलिकॉन रॉड किंवा सिलिकॉन इंगॉटच्या पृष्ठभागावर कार्य करून ग्राइंडिंग घडवून कटिंगचा परिणाम साधते. डायमंड वायर कटिंगची वैशिष्ट्ये म्हणजे जलद कटिंग गती, उच्च कटिंग अचूकता आणि कमी मटेरियल लॉस.

सध्या, डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफरसाठीची सिंगल क्रिस्टल बाजारपेठ पूर्णपणे स्वीकारली गेली आहे, परंतु तिच्या प्रसाराच्या प्रक्रियेत काही अडचणीही आल्या आहेत, ज्यामध्ये 'व्हेल्वेट व्हाइट' ही सर्वात सामान्य समस्या आहे. हे लक्षात घेऊन, या शोधनिबंधात डायमंड वायर कटिंग मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरमधील 'व्हेल्वेट व्हाइट'ची समस्या कशी टाळता येईल यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.

डायमंड वायर कटिंग मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरच्या साफसफाईच्या प्रक्रियेमध्ये, वायर सॉ मशीन टूलने कापलेला सिलिकॉन वेफर रेझिन प्लेटवरून काढून, रबर स्ट्रिप काढून, सिलिकॉन वेफर स्वच्छ केला जातो. साफसफाईच्या उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने एक पूर्व-स्वच्छता मशीन (डिगमिंग मशीन) आणि एक स्वच्छता मशीन यांचा समावेश असतो. पूर्व-स्वच्छता मशीनची मुख्य साफसफाई प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे: फीडिंग-स्प्रे-स्प्रे-अल्ट्रासोनिक स्वच्छता-डिगमिंग-स्वच्छ पाण्याने धुणे-अंडरफीडिंग. स्वच्छता मशीनची मुख्य साफसफाई प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे: फीडिंग-शुद्ध पाण्याने धुणे-शुद्ध पाण्याने धुणे-अल्कली वॉशिंग-अल्कली वॉशिंग-शुद्ध पाण्याने धुणे-शुद्ध पाण्याने धुणे-पूर्व-निर्जलीकरण (स्लो लिफ्टिंग)-वाळवणे-फीडिंग.

एकस्फटिक मखमली बनवण्याचे तत्व

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याचे अनिसोट्रॉपिक क्षरण होय. या प्रतिक्रियेचे तत्त्व खालील रासायनिक अभिक्रिया समीकरणावर आधारित आहे:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

थोडक्यात, स्वेड निर्मिती प्रक्रिया अशी आहे: वेगवेगळ्या क्रिस्टल पृष्ठभागांच्या वेगवेगळ्या क्षरण दरांसाठी NaOH द्रावण वापरले जाते. (100) पृष्ठभागाचा क्षरण वेग (111) पेक्षा जास्त असतो, त्यामुळे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरवर (100) पृष्ठभागाचे विषमदिश क्षरण होते आणि अखेरीस पृष्ठभागावर (111) चार-बाजूंचा शंकू तयार होतो, ज्याला "पिरॅमिड" रचना म्हणतात (आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे). ही रचना तयार झाल्यावर, जेव्हा प्रकाश पिरॅमिडच्या उतारावर एका विशिष्ट कोनातून पडतो, तेव्हा तो दुसऱ्या कोनातून उतारावर परावर्तित होतो, ज्यामुळे दुय्यम किंवा अधिक शोषण होते. यामुळे सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील परावर्तकता कमी होते, म्हणजेच प्रकाश अडकवण्याचा परिणाम (लाइट ट्रॅप इफेक्ट) होतो (आकृती २ पहा). "पिरॅमिड" रचनेचा आकार आणि एकसमानता जितकी चांगली असेल, तितका हा अडकवण्याचा परिणाम अधिक स्पष्ट होतो आणि सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील उत्सर्जन कमी होते.

आकृती १: अल्कली उत्पादनानंतर मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरची सूक्ष्म-आकारिकी

आकृती २: “पिरॅमिड” संरचनेचे प्रकाश अडकवण्याचे तत्त्व

एकल क्रिस्टल पांढरे होण्याचे विश्लेषण

पांढऱ्या सिलिकॉन वेफरवर स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपद्वारे केलेल्या तपासणीत असे आढळून आले की, त्या भागातील पांढऱ्या वेफरची पिरॅमिड सूक्ष्म-संरचना मुळात तयार झालेली नव्हती आणि पृष्ठभागावर "मेणासारख्या" अवशेषांचा थर असल्याचे दिसत होते, तर त्याच सिलिकॉन वेफरच्या पांढऱ्या भागातील मखमलीसारखी पिरॅमिड संरचना अधिक चांगल्या प्रकारे तयार झाली होती (आकृती ३ पहा). जर मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर अवशेष असतील, तर पृष्ठभागावर अवशिष्ट भागातील "पिरॅमिड" संरचनेचा आकार आणि एकसमानता निर्माण होते आणि सामान्य भागाचा प्रभाव अपुरा राहतो, ज्यामुळे अवशिष्ट मखमली पृष्ठभागाची परावर्तकता सामान्य भागापेक्षा जास्त असते, आणि सामान्य भागाच्या तुलनेत जास्त परावर्तकता असलेला भाग दृश्यात पांढरा दिसतो. पांढऱ्या भागाच्या वितरणाच्या आकारावरून असे दिसून येते की, तो मोठ्या क्षेत्रात नियमित किंवा समान आकाराचा नाही, तर केवळ स्थानिक भागांमध्येच तसा आहे. याचा अर्थ असा असावा की सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील स्थानिक प्रदूषके स्वच्छ केली गेली नाहीत, किंवा सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाची ही स्थिती दुय्यम प्रदूषणामुळे निर्माण झाली आहे.

आकृती ३: व्हेल्व्हेट व्हाईट सिलिकॉन वेफर्समधील प्रादेशिक सूक्ष्मसंरचनात्मक फरकांची तुलना

डायमंड वायरने कापलेल्या सिलिकॉन वेफरचा पृष्ठभाग अधिक गुळगुळीत असतो आणि नुकसान कमी होते (आकृती ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे). मोर्टारने कापलेल्या सिलिकॉन वेफरच्या तुलनेत, डायमंड वायरने कापलेल्या सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर अल्कलीची प्रतिक्रिया गती मोर्टारने कापलेल्या मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरपेक्षा कमी असते, त्यामुळे पृष्ठभागावरील अवशेषांचा मखमली प्रभावावर होणारा परिणाम अधिक स्पष्टपणे दिसून येतो.

आकृती ४: (अ) मोर्टारने कापलेल्या सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाचा सूक्ष्मदर्शकीय आलेख (ब) डायमंड वायरने कापलेल्या सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाचा सूक्ष्मदर्शकीय आलेख

डायमंड वायर-कट सिलिकॉन वेफर पृष्ठभागाचा मुख्य अवशिष्ट स्रोत

(१) कूलंट: डायमंड वायर कटिंग कूलंटचे मुख्य घटक म्हणजे सर्फॅक्टंट, डिस्पर्संट, डीफोमिंग एजंट, पाणी आणि इतर घटक. उत्कृष्ट कार्यक्षमता असलेल्या कटिंग लिक्विडमध्ये चांगले सस्पेंशन, डिस्पर्शन आणि सहज साफसफाईची क्षमता असते. सर्फॅक्टंट्समध्ये सामान्यतः चांगले हायड्रोफिलिक गुणधर्म असतात, ज्यामुळे सिलिकॉन वेफर साफ करण्याच्या प्रक्रियेत ते सहजपणे स्वच्छ करता येतात. पाण्यातील या ॲडिटिव्ह्जच्या सततच्या ढवळण्यामुळे आणि प्रवाहामुळे मोठ्या प्रमाणात फेस तयार होतो, ज्यामुळे कूलंटचा प्रवाह कमी होतो, कूलिंगच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होतो आणि गंभीर फेस व फेस ओव्हरफ्लोच्या समस्या निर्माण होतात, ज्यामुळे वापरावर गंभीर परिणाम होतो. म्हणून, कूलंट सामान्यतः डीफोमिंग एजंटसोबत वापरला जातो. डीफोमिंगची कार्यक्षमता सुनिश्चित करण्यासाठी, पारंपरिक सिलिकॉन आणि पॉलीइथर सामान्यतः कमी हायड्रोफिलिक असतात. पाण्यातील द्रावक (सॉल्व्हेंट) नंतरच्या साफसफाईमध्ये सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर सहजपणे शोषले जातात आणि राहतात, ज्यामुळे पांढऱ्या डागांची (व्हाइट स्पॉट) समस्या निर्माण होते. आणि ते कूलंटच्या मुख्य घटकांशी सुसंगत नसते, म्हणून, ते दोन घटकांमध्ये बनवावे लागते, मुख्य घटक आणि फेस-नाशक घटक पाण्यात मिसळले जातात, वापराच्या प्रक्रियेत, फेसच्या स्थितीनुसार, फेस-नाशक घटकांचा वापर आणि प्रमाण संख्यात्मकदृष्ट्या नियंत्रित करता येत नाही, ज्यामुळे फेस-नाशक घटकांचा प्रमाणापेक्षा जास्त वापर सहज होऊ शकतो, ज्यामुळे सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील अवशेषांमध्ये वाढ होते, तसेच ते वापरण्यास अधिक गैरसोयीचे ठरते, तथापि, कच्च्या मालाच्या आणि फेस-नाशक घटकांच्या कमी किमतीमुळे, बहुतेक देशांतर्गत कूलंट याच सूत्र प्रणालीचा वापर करतात; दुसरे कूलंट एक नवीन फेस-नाशक घटक वापरते, जे मुख्य घटकांशी चांगले सुसंगत असू शकते, त्यात कोणतेही अतिरिक्त घटक नसतात, त्याचे प्रमाण प्रभावीपणे आणि संख्यात्मकदृष्ट्या नियंत्रित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे त्याचा अतिवापर प्रभावीपणे टाळता येतो, तसेच त्याचा वापर करणे देखील खूप सोयीचे असते, योग्य स्वच्छता प्रक्रियेने, त्याचे अवशेष खूप कमी पातळीवर नियंत्रित केले जाऊ शकतात, जपान आणि काही देशांतर्गत उत्पादक ही सूत्र प्रणाली अवलंबतात, तथापि, त्याच्या उच्च कच्च्या मालाच्या खर्चामुळे, त्याचा किमतीतील फायदा स्पष्ट नाही.

(२) गोंद आणि रेझिन आवृत्ती: डायमंड वायर कटिंग प्रक्रियेच्या नंतरच्या टप्प्यात, येणाऱ्या टोकाजवळील सिलिकॉन वेफर आधीच कापली गेलेली असते, तर बाहेर जाणाऱ्या टोकाकडील सिलिकॉन वेफर अजून कापलेली नसते. सुरुवातीला कापलेली डायमंड वायर रबरचा थर आणि रेझिन प्लेट कापायला सुरुवात करते. सिलिकॉन रॉडचा गोंद आणि रेझिन बोर्ड दोन्ही इपॉक्सी रेझिन उत्पादने असल्याने, त्यांचा मऊ होण्याचा बिंदू (सॉफ्टनिंग पॉइंट) साधारणपणे ५५ ते ९५℃ च्या दरम्यान असतो. जर रबरच्या थराचा किंवा रेझिन प्लेटचा मऊ होण्याचा बिंदू कमी असेल, तर कटिंग प्रक्रियेदरम्यान ते सहजपणे गरम होऊ शकते आणि त्यामुळे ते मऊ होऊन वितळू शकते. हे कण स्टील वायर आणि सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाला चिकटतात, ज्यामुळे डायमंड वायरची कटिंग क्षमता कमी होते. किंवा, सिलिकॉन वेफर्सवर रेझिनचे डाग लागतात, जे एकदा चिकटले की धुवून काढणे खूप कठीण असते. असे डाग बहुतेकदा सिलिकॉन वेफरच्या कडेच्या जवळ लागतात.

(3) सिलिकॉन पावडर: डायमंड वायर कटिंगच्या प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणात सिलिकॉन पावडर तयार होते. कटिंग जसजसे पुढे जाते, तसतसे मोर्टार कूलंटमधील पावडरचे प्रमाण वाढत जाते. जेव्हा ही पावडर पुरेशी मोठी होते, तेव्हा ती सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाला चिकटते. डायमंड वायर कटिंगमुळे तयार झालेल्या सिलिकॉन पावडरच्या लहान आकारामुळे ती सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावर अधिक सहजपणे चिकटते, ज्यामुळे ती स्वच्छ करणे कठीण होते. म्हणून, कूलंटची अद्ययावतता आणि गुणवत्ता सुनिश्चित करणे आणि कूलंटमधील पावडरचे प्रमाण कमी करणे महत्त्वाचे आहे.

(४) क्लिनिंग एजंट: सध्या डायमंड वायर कटिंग उत्पादक बहुतेकदा मॉर्टर कटिंगसोबतच मॉर्टर कटिंगचाही वापर करतात. यामध्ये प्रामुख्याने मॉर्टर कटिंगसाठी प्रीवॉशिंग, स्वच्छता प्रक्रिया आणि क्लिनिंग एजंट इत्यादींचा वापर केला जातो. सिंगल डायमंड वायर कटिंग तंत्रज्ञानातील कटिंग मेकॅनिझमपासून एक संपूर्ण लाइन तयार होते. कूलंट आणि मॉर्टर कटिंगमध्ये मोठा फरक असतो, त्यामुळे डायमंड वायर कटिंगसाठी संबंधित स्वच्छता प्रक्रिया, क्लिनिंग एजंटचे प्रमाण, फॉर्म्युला इत्यादींमध्ये योग्य ते बदल करणे आवश्यक आहे. क्लिनिंग एजंट हा एक महत्त्वाचा पैलू आहे. मूळ क्लिनिंग एजंट फॉर्म्युलामधील सर्फॅक्टंट आणि अल्कलिनिटी डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफर स्वच्छ करण्यासाठी योग्य नसतात. त्याऐवजी, डायमंड वायर सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील अवशेष आणि रचनेसाठी लक्ष्यित क्लिनिंग एजंट वापरावा आणि तो स्वच्छता प्रक्रियेसोबत घ्यावा. वर नमूद केल्याप्रमाणे, मॉर्टर कटिंगमध्ये डिफॉमिंग एजंटच्या रचनेची आवश्यकता नसते.

(5) पाणी: डायमंड वायर कटिंग, प्री-वॉशिंग आणि क्लीनिंग दरम्यान बाहेर पडणाऱ्या पाण्यात अशुद्धी असतात, त्या सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर शोषल्या जाऊ शकतात.

मखमली केस पांढरे दिसण्याची समस्या कमी करण्यासाठी सूचना

(1) चांगल्या प्रकारे विखुरणारे शीतलक वापरावे, आणि सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर शीतलक घटकांचे अवशेष कमी करण्यासाठी कमी अवशेष असलेल्या फेस-नाशक घटकाचा वापर करणे आवश्यक आहे;

(2) सिलिकॉन वेफरचे प्रदूषण कमी करण्यासाठी योग्य गोंद आणि रेझिन प्लेटचा वापर करा;

(3) वापरलेल्या पाण्यात सहजपणे शिल्लक राहणाऱ्या अशुद्धी राहणार नाहीत याची खात्री करण्यासाठी शीतलक शुद्ध पाण्याने पातळ केले जाते;

(4) डायमंड वायर कट सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागासाठी, अधिक सक्रिय आणि स्वच्छ करणारा प्रभाव असलेले योग्य क्लिनिंग एजंट वापरा;

(5) कटिंग प्रक्रियेतील सिलिकॉन पावडरचे प्रमाण कमी करण्यासाठी डायमंड लाइन कूलंट ऑनलाइन रिकव्हरी सिस्टीमचा वापर करा, जेणेकरून वेफरच्या पृष्ठभागावरील सिलिकॉन पावडरच्या अवशेषांवर प्रभावीपणे नियंत्रण ठेवता येईल. त्याच वेळी, यामुळे प्री-वॉशिंगमधील पाण्याचे तापमान, प्रवाह आणि वेळेत सुधारणा करता येते, जेणेकरून सिलिकॉन पावडर वेळेवर धुतली जाईल याची खात्री करता येते.

(6) एकदा सिलिकॉन वेफर स्वच्छ करण्याच्या टेबलावर ठेवल्यावर, त्यावर त्वरित प्रक्रिया केली पाहिजे आणि संपूर्ण स्वच्छ करण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान सिलिकॉन वेफर ओला ठेवला पाहिजे.

(7) डिगमिंगच्या प्रक्रियेत सिलिकॉन वेफरचा पृष्ठभाग ओला राहतो आणि तो नैसर्गिकरित्या सुकू शकत नाही. (8) सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर फुलांची निर्मिती टाळण्यासाठी, त्याच्या स्वच्छीकरण प्रक्रियेत हवेच्या संपर्कात राहण्याचा वेळ शक्य तितका कमी केला पाहिजे.

(9) स्वच्छता कर्मचाऱ्यांनी संपूर्ण स्वच्छता प्रक्रियेदरम्यान सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाशी थेट संपर्क साधू नये आणि बोटांचे ठसे उमटू नयेत यासाठी रबरचे हातमोजे घालावेत.

(10) संदर्भ [2] मध्ये, बॅटरीच्या टोकावर 1:26 (3% NaOH द्रावण) या घनफळ गुणोत्तरानुसार हायड्रोजन पेरॉक्साइड H2O2 + अल्कली NaOH साफसफाई प्रक्रिया वापरली जाते, ज्यामुळे समस्येचे प्रमाण प्रभावीपणे कमी करता येते. याचे तत्त्व सेमीकंडक्टर सिलिकॉन वेफरच्या SC1 साफसफाई द्रावणासारखेच (सामान्यतः लिक्विड 1 म्हणून ओळखले जाते) आहे. याची मुख्य कार्यप्रणाली: सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील ऑक्सिडेशन थर H2O2 च्या ऑक्सिडेशनमुळे तयार होतो, जो NaOH द्वारे क्षरण पावतो आणि ऑक्सिडेशन व क्षरण वारंवार घडते. त्यामुळे, सिलिकॉन पावडर, रेझिन, धातू इत्यादींना चिकटलेले कण देखील क्षरण झालेल्या थरासोबत साफसफाईच्या द्रवात पडतात; H2O2 च्या ऑक्सिडेशनमुळे, वेफरच्या पृष्ठभागावरील सेंद्रिय पदार्थांचे CO2, H2O मध्ये विघटन होऊन ते काढून टाकले जातात. साफसफाईची ही प्रक्रिया सिलिकॉन वेफर उत्पादकांकडून डायमंड वायर कटिंग मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफरच्या साफसफाईसाठी वापरली जाते, परंतु देशांतर्गत आणि तैवानमधील तसेच इतर बॅटरी उत्पादकांकडून बॅचमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सिलिकॉन वेफरमध्ये 'व्हेल्वेट व्हाईट' समस्येच्या तक्रारी येतात. काही बॅटरी उत्पादकांनीही अशाच प्रकारची व्हेल्व्हेट पूर्व-स्वच्छता प्रक्रिया वापरली आहे, ज्यामुळे व्हेल्व्हेट पांढरेपणाचे स्वरूप प्रभावीपणे नियंत्रित करता येते. यावरून हे दिसून येते की, सिलिकॉन वेफरवरील अवशेष काढून टाकण्यासाठी ही स्वच्छता प्रक्रिया सिलिकॉन वेफर स्वच्छता प्रक्रियेत समाविष्ट केली जाते, जेणेकरून बॅटरीच्या टोकावरील पांढऱ्या केसांची समस्या प्रभावीपणे सोडवता येईल.

निष्कर्ष

सध्या, सिंगल क्रिस्टल कटिंगच्या क्षेत्रात डायमंड वायर कटिंग हे मुख्य प्रक्रिया तंत्रज्ञान बनले आहे, परंतु या प्रक्रियेत सिलिकॉन वेफरवर पांढरे डाग पडण्याची समस्या सिलिकॉन वेफर आणि बॅटरी उत्पादकांना सतावत आहे, ज्यामुळे बॅटरी उत्पादकांना डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफर वापरण्यास काहीसा विरोध होत आहे. पांढऱ्या डागांच्या तुलनात्मक विश्लेषणातून असे दिसून येते की, हे प्रामुख्याने सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील अवशेषांमुळे होते. सेलमध्ये सिलिकॉन वेफरची ही समस्या अधिक चांगल्या प्रकारे टाळण्यासाठी, या शोधनिबंधात सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावरील प्रदूषणाच्या संभाव्य स्रोतांचे विश्लेषण केले आहे, तसेच उत्पादनातील सुधारणांसाठी सूचना आणि उपाययोजना सुचवल्या आहेत. पांढऱ्या डागांची संख्या, क्षेत्रफळ आणि आकारानुसार, कारणांचे विश्लेषण करून सुधारणा करता येतात. विशेषतः हायड्रोजन पेरॉक्साइड + अल्कली क्लीनिंग प्रक्रिया वापरण्याची शिफारस केली आहे. यशस्वी अनुभवाने हे सिद्ध झाले आहे की, डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफरवर पांढरे डाग पडण्याची समस्या प्रभावीपणे टाळता येते, जे सामान्य उद्योग क्षेत्रातील जाणकार आणि उत्पादकांसाठी एक संदर्भ आहे.