ข่าว

เทคโนโลยีการตัดด้วยลวดเพชร หรือที่รู้จักกันในชื่อเทคโนโลยีการตัดด้วยสารขัดแบบรวมตัว คือการใช้กรรมวิธีชุบด้วยไฟฟ้าหรือการยึดติดด้วยเรซินในการรวมตัวของสารขัดเพชรบนพื้นผิวของลวดเหล็ก จากนั้นลวดเพชรจะทำการขัดโดยตรงบนพื้นผิวของแท่งซิลิคอนหรือแท่งซิลิคอน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในการตัด การตัดด้วยลวดเพชรมีลักษณะเด่นคือ ความเร็วในการตัดสูง ความแม่นยำในการตัดสูง และการสูญเสียวัสดุน้อย

ในปัจจุบัน ตลาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ใช้ลวดเพชรตัดได้รับการยอมรับอย่างเต็มที่แล้ว แต่ในกระบวนการส่งเสริมการตลาดก็พบปัญหาอยู่บ้าง โดยปัญหาที่พบได้บ่อยที่สุดคือปรากฏการณ์สีขาวเหมือนกำมะหยี่ ดังนั้น บทความนี้จึงมุ่งเน้นไปที่วิธีการป้องกันปัญหาสีขาวเหมือนกำมะหยี่ในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ใช้ลวดเพชรตัด

กระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ตัดด้วยลวดเพชร คือ การนำแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยเครื่องเลื่อยลวดออกจากแผ่นเรซิน การนำแถบยางออก และการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน อุปกรณ์ทำความสะอาดหลักๆ คือ เครื่องทำความสะอาดเบื้องต้น (เครื่องกำจัดกาว) และเครื่องทำความสะอาด กระบวนการทำความสะอาดหลักของเครื่องทำความสะอาดเบื้องต้นคือ: การป้อน-การฉีดพ่น-การฉีดพ่น-การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค-การกำจัดกาว-การล้างด้วยน้ำสะอาด-การป้อนกลับ กระบวนการทำความสะอาดหลักของเครื่องทำความสะอาดคือ: การป้อน-การล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์-การล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์-การล้างด้วยด่าง-การล้างด้วยด่าง-การล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์-การล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์-การลดความชื้นเบื้องต้น (การยกขึ้นอย่างช้าๆ)-การอบแห้ง-การป้อนกลับ

หลักการผลิตผ้ากำมะหยี่ผลึกเดี่ยว

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวมีลักษณะเฉพาะของการกัดกร่อนแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน หลักการเกิดปฏิกิริยาคือสมการปฏิกิริยาเคมีดังต่อไปนี้:

ศรี + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

โดยหลักการแล้ว กระบวนการก่อตัวของหนังกลับคือ: สารละลาย NaOH มีอัตราการกัดกร่อนที่แตกต่างกันสำหรับพื้นผิวผลึกที่แตกต่างกัน (100) ความเร็วในการกัดกร่อนของพื้นผิวจะเร็วกว่า (111) ดังนั้น (100) บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวหลังจากการกัดกร่อนแบบไม่สมมาตร ในที่สุดจะเกิดเป็นรูปทรงกรวยสี่เหลี่ยมบนพื้นผิวสำหรับ (111) ซึ่งก็คือโครงสร้าง "พีระมิด" (ดังแสดงในรูปที่ 1) หลังจากที่โครงสร้างเกิดขึ้นแล้ว เมื่อแสงตกกระทบกับความลาดเอียงของพีระมิดที่มุมหนึ่ง แสงจะสะท้อนไปยังความลาดเอียงที่มุมอื่น ทำให้เกิดการดูดซับรองหรือมากกว่านั้น จึงลดการสะท้อนแสงบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน นั่นคือ ผลกระทบของการดักจับแสง (ดูรูปที่ 2) ยิ่งขนาดและความสม่ำเสมอของโครงสร้าง "พีระมิด" ดีเท่าไร ผลกระทบของการดักจับก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้น และการเปล่งแสงจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

รูปที่ 1: ลักษณะทางจุลภาคของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวหลังการผลิตด้วยด่าง

รูปที่ 2: หลักการดักจับแสงของโครงสร้าง "พีระมิด"

การวิเคราะห์การฟอกสีด้วยผลึกเดี่ยว

จากการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนสีขาว พบว่าโครงสร้างจุลภาคแบบพีระมิดของแผ่นเวเฟอร์สีขาวในบริเวณนั้นโดยพื้นฐานแล้วไม่ได้ก่อตัวขึ้น และพื้นผิวดูเหมือนจะมีชั้นของสารตกค้างคล้าย "ขี้ผึ้ง" ในขณะที่โครงสร้างพีระมิดแบบกำมะหยี่ในบริเวณสีขาวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเดียวกันนั้นก่อตัวขึ้นได้ดีกว่า (ดูรูปที่ 3) หากมีสารตกค้างบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว พื้นผิวจะมีโครงสร้าง "พีระมิด" ที่เหลืออยู่ ขนาดและความสม่ำเสมอของการเกิดและการทำงานของบริเวณที่เหลืออยู่จะไม่เพียงพอ ส่งผลให้พื้นผิวกำมะหยี่ที่เหลืออยู่มีความสะท้อนแสงสูงกว่าบริเวณปกติ บริเวณที่มีความสะท้อนแสงสูงเมื่อเทียบกับบริเวณปกติจะสะท้อนเป็นสีขาว เมื่อมองจากรูปร่างการกระจายตัวของบริเวณสีขาว จะเห็นได้ว่าไม่สม่ำเสมอหรือมีรูปร่างเป็นระเบียบในบริเวณกว้าง แต่เกิดขึ้นเฉพาะในบริเวณเล็กๆ เท่านั้น น่าจะเป็นเพราะสารปนเปื้อนเฉพาะที่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนยังไม่ได้รับการทำความสะอาด หรือสภาพพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเกิดจากมลพิษทุติยภูมิ

รูปที่ 3: การเปรียบเทียบความแตกต่างของโครงสร้างจุลภาคในระดับภูมิภาคของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนสีขาวกำมะหยี่

พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชรนั้นเรียบเนียนกว่าและมีความเสียหายน้อยกว่า (ดังแสดงในรูปที่ 4) เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยปูน ความเร็วในการทำปฏิกิริยาระหว่างด่างกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชรนั้นช้ากว่าแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ตัดด้วยปูน ดังนั้นอิทธิพลของสารตกค้างบนพื้นผิวต่อลักษณะผิวสัมผัสแบบกำมะหยี่จึงชัดเจนยิ่งขึ้น

รูปที่ 4: (A) ภาพจุลทรรศน์พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยปูน (B) ภาพจุลทรรศน์พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชร

แหล่งกำเนิดสารตกค้างหลักของพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชร

(1) น้ำยาหล่อเย็น: ส่วนประกอบหลักของน้ำยาหล่อเย็นสำหรับการตัดด้วยลวดเพชร ได้แก่ สารลดแรงตึงผิว สารกระจายตัว สารขจัดฟอง และน้ำ รวมถึงส่วนประกอบอื่นๆ น้ำยาหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมจะต้องมีคุณสมบัติในการแขวนลอย การกระจายตัว และการทำความสะอาดที่ดี สารลดแรงตึงผิวโดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติชอบน้ำที่ดีกว่า ซึ่งง่ายต่อการทำความสะอาดในกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน การกวนและการหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องของสารเติมแต่งเหล่านี้ในน้ำจะทำให้เกิดฟองจำนวนมาก ส่งผลให้การไหลของน้ำยาหล่อเย็นลดลง ส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อน และปัญหาฟองที่รุนแรงหรือแม้แต่ฟองล้น ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการใช้งาน ดังนั้น น้ำยาหล่อเย็นจึงมักใช้ร่วมกับสารขจัดฟอง เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพในการขจัดฟอง ซิลิโคนและโพลีอีเทอร์แบบดั้งเดิมมักมีคุณสมบัติชอบน้ำต่ำ ตัวทำละลายในน้ำสามารถดูดซับและตกค้างบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนได้ง่ายมากในการทำความสะอาดในภายหลัง ทำให้เกิดปัญหาจุดขาว และไม่เข้ากันได้ดีกับส่วนประกอบหลักของสารหล่อเย็น ดังนั้นจึงต้องผลิตเป็นสองส่วนประกอบ คือ ส่วนประกอบหลักและสารลดฟองที่เติมลงในน้ำ ในกระบวนการใช้งาน ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของฟอง ไม่สามารถควบคุมปริมาณและการใช้สารลดฟองได้อย่างแม่นยำ อาจทำให้ใช้สารลดฟองมากเกินไป ส่งผลให้มีสารตกค้างบนพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนเพิ่มขึ้น และยังใช้งานไม่สะดวกอีกด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากราคาวัตถุดิบและวัตถุดิบสารลดฟองต่ำ ดังนั้นสารหล่อเย็นในประเทศส่วนใหญ่จึงใช้ระบบสูตรนี้ สารหล่อเย็นอีกแบบหนึ่งใช้สารลดฟองแบบใหม่ สามารถเข้ากันได้ดีกับส่วนประกอบหลัก ไม่ต้องเติมสารอื่น สามารถควบคุมปริมาณได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำ สามารถป้องกันการใช้มากเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ การใช้งานก็สะดวกมาก และด้วยกระบวนการทำความสะอาดที่เหมาะสม สามารถควบคุมสารตกค้างให้อยู่ในระดับต่ำมาก ในญี่ปุ่นและผู้ผลิตในประเทศบางรายใช้ระบบสูตรนี้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนวัตถุดิบสูง ข้อได้เปรียบด้านราคาจึงไม่ชัดเจนนัก

(2) รุ่นกาวและเรซิน: ในขั้นตอนต่อมาของการตัดด้วยลวดเพชร แผ่นซิลิคอนที่อยู่ใกล้ปลายด้านขาเข้าถูกตัดขาดไปแล้ว แต่แผ่นซิลิคอนที่ปลายด้านขาออกยังไม่ถูกตัดขาด ลวดเพชรที่ตัดก่อนหน้านี้เริ่มตัดไปถึงชั้นยางและแผ่นเรซิน เนื่องจากกาวของแท่งซิลิคอนและแผ่นเรซินเป็นผลิตภัณฑ์อีพ็อกซี่เรซินทั้งคู่ จุดอ่อนตัวของมันโดยพื้นฐานแล้วอยู่ระหว่าง 55 ถึง 95℃ หากจุดอ่อนตัวของชั้นยางหรือแผ่นเรซินต่ำ มันจะร้อนขึ้นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการตัดและทำให้อ่อนตัวและละลาย ติดอยู่กับลวดเหล็กและพื้นผิวของแผ่นซิลิคอน ทำให้ความสามารถในการตัดของเส้นเพชรลดลง หรือแผ่นซิลิคอนที่ได้รับจะเปื้อนเรซิน เมื่อติดแล้วจะล้างออกได้ยากมาก การปนเปื้อนดังกล่าวส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นใกล้ขอบของแผ่นซิลิคอน

(3) ผงซิลิคอน: ในกระบวนการตัดด้วยลวดเพชรจะเกิดผงซิลิคอนจำนวนมาก และเมื่อทำการตัด ปริมาณผงในสารหล่อเย็นจะสูงขึ้นเรื่อยๆ เมื่อผงมีขนาดใหญ่พอ จะเกาะติดกับพื้นผิวซิลิคอน และขนาดและรูปร่างของผงซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชรจะทำให้ดูดซับบนพื้นผิวซิลิคอนได้ง่ายขึ้น ทำให้ทำความสะอาดได้ยาก ดังนั้นจึงต้องตรวจสอบคุณภาพของสารหล่อเย็นและลดปริมาณผงในสารหล่อเย็น

(4) สารทำความสะอาด: ปัจจุบันผู้ผลิตเครื่องตัดลวดเพชรส่วนใหญ่ใช้การตัดด้วยปูนพร้อมกัน โดยส่วนใหญ่ใช้การล้างก่อนตัดด้วยปูน กระบวนการทำความสะอาด และสารทำความสะอาด ฯลฯ เทคโนโลยีการตัดลวดเพชรแบบเดี่ยวจากกลไกการตัด ก่อให้เกิดชุดสายการผลิตที่สมบูรณ์ สารหล่อเย็น และการตัดด้วยปูนมีความแตกต่างกันมาก ดังนั้นกระบวนการทำความสะอาด ปริมาณสารทำความสะอาด สูตร ฯลฯ จึงควรได้รับการปรับให้เหมาะสมกับการตัดลวดเพชร สารทำความสะอาดเป็นสิ่งสำคัญ สูตรสารทำความสะอาดเดิมที่มีสารลดแรงตึงผิวและความเป็นด่างไม่เหมาะสมสำหรับการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชร ควรใช้สารทำความสะอาดที่เหมาะสมกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชร โดยคำนึงถึงองค์ประกอบและสารตกค้างบนพื้นผิว และนำสารทำความสะอาดนั้นไปใช้ในกระบวนการทำความสะอาด ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ไม่จำเป็นต้องใช้สารลดฟองในกระบวนการตัดด้วยปูน

(5) น้ำ: น้ำที่เหลือจากการตัดลวดเพชร การล้างเบื้องต้น และการทำความสะอาดมีสิ่งเจือปนอยู่ ซึ่งอาจถูกดูดซับที่พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

คำแนะนำในการลดปัญหาผมกำมะหยี่ขาว

(1) เพื่อใช้สารหล่อเย็นที่มีการกระจายตัวที่ดี และสารหล่อเย็นนั้นจำเป็นต้องใช้สารลดฟองที่มีสารตกค้างต่ำเพื่อลดสารตกค้างของส่วนประกอบสารหล่อเย็นบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

(2) ใช้กาวและแผ่นเรซินที่เหมาะสมเพื่อลดมลภาวะของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

(3) สารหล่อเย็นจะถูกเจือจางด้วยน้ำบริสุทธิ์เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสิ่งเจือปนตกค้างในน้ำที่ใช้

(4) สำหรับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดด้วยลวดเพชร ให้ใช้น้ำยาทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพและผลการทำความสะอาดที่เหมาะสมกว่า

(5) ใช้ระบบการกู้คืนสารหล่อเย็นแบบออนไลน์ของสายเพชรเพื่อลดปริมาณผงซิลิคอนในกระบวนการตัด เพื่อควบคุมการตกค้างของผงซิลิคอนบนพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ยังสามารถปรับปรุงอุณหภูมิของน้ำ อัตราการไหล และระยะเวลาในการล้างล่วงหน้า เพื่อให้แน่ใจว่าผงซิลิคอนถูกล้างออกทันเวลา

(6) เมื่อวางแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนลงบนโต๊ะทำความสะอาดแล้ว จะต้องดำเนินการทันที และต้องรักษาแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนให้เปียกตลอดกระบวนการทำความสะอาด

(7) แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจะรักษาพื้นผิวให้เปียกในระหว่างกระบวนการกำจัดกาว และไม่สามารถแห้งเองตามธรรมชาติได้ (8) ในกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ควรลดระยะเวลาที่สัมผัสกับอากาศให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อป้องกันการเกิดดอกบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

(9) พนักงานทำความสะอาดจะต้องไม่สัมผัสพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนโดยตรงตลอดกระบวนการทำความสะอาด และต้องสวมถุงมือยางเพื่อป้องกันการเกิดรอยนิ้วมือ

(10) ในเอกสารอ้างอิง [2] ปลายแบตเตอรี่ใช้กระบวนการทำความสะอาดด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H2O2 + ด่าง NaOH ตามอัตราส่วนปริมาตร 1:26 (สารละลาย NaOH 3%) ซึ่งสามารถลดการเกิดปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลักการคล้ายกับสารละลายทำความสะอาด SC1 (โดยทั่วไปเรียกว่าของเหลว 1) ของเวเฟอร์ซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์ กลไกหลักคือ ฟิล์มออกซิเดชันบนพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนเกิดขึ้นจากการออกซิเดชันของ H2O2 ซึ่งถูกกัดกร่อนโดย NaOH และการออกซิเดชันและการกัดกร่อนเกิดขึ้นซ้ำๆ ดังนั้นอนุภาคที่ติดอยู่กับผงซิลิคอน เรซิน โลหะ ฯลฯ จึงตกลงไปในของเหลวทำความสะอาดพร้อมกับชั้นการกัดกร่อน เนื่องจากการออกซิเดชันของ H2O2 สารอินทรีย์บนพื้นผิวเวเฟอร์จึงสลายตัวเป็น CO2, H2O และถูกกำจัดออกไป กระบวนการทำความสะอาดนี้ถูกนำมาใช้โดยผู้ผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ที่ตัดด้วยลวดเพชร ซึ่งแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเหล่านี้มักเกิดปัญหาคราบขาวคล้ายกำมะหยี่ในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ผลิตเป็นจำนวนมากในประเทศ ไต้หวัน และผู้ผลิตแบตเตอรี่อื่นๆ นอกจากนี้ยังมีผู้ผลิตแบตเตอรี่บางรายที่ใช้กระบวนการทำความสะอาดล่วงหน้าแบบเดียวกัน ซึ่งสามารถควบคุมปัญหาคราบขาวคล้ายกำมะหยี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะเห็นได้ว่า การเพิ่มกระบวนการทำความสะอาดนี้เข้าไปในกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อกำจัดเศษตกค้างจากแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน จะช่วยแก้ปัญหาคราบขาวที่ปลายแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทสรุป

ปัจจุบัน การตัดด้วยลวดเพชรได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการตัดผลึกเดี่ยว แต่ในกระบวนการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ ปัญหาการเกิดคราบขาวคล้ายกำมะหยี่ได้สร้างความกังวลให้กับผู้ผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและแบตเตอรี่ ทำให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่บางส่วนยังคงลังเลที่จะใช้การตัดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนด้วยลวดเพชร จากการวิเคราะห์เปรียบเทียบพื้นที่สีขาว พบว่าสาเหตุหลักมาจากสารตกค้างบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน เพื่อป้องกันปัญหาคราบขาวบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนในแบตเตอรี่ได้ดียิ่งขึ้น บทความนี้จึงวิเคราะห์แหล่งที่มาของมลภาวะบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ตลอดจนข้อเสนอแนะและมาตรการในการปรับปรุงการผลิต โดยพิจารณาจากจำนวน พื้นที่ และรูปร่างของจุดสีขาว สามารถวิเคราะห์สาเหตุและปรับปรุงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนะนำให้ใช้กระบวนการทำความสะอาดด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ + ด่าง จากประสบการณ์ที่ผ่านมาพิสูจน์แล้วว่าสามารถป้องกันปัญหาการเกิดคราบขาวคล้ายกำมะหยี่บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ได้จากการตัดด้วยลวดเพชรได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับผู้เชี่ยวชาญและผู้ผลิตในอุตสาหกรรมทั่วไป