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डायमंड वायर कटिंग तकनीक को कंसोलिडेशन एब्रेसिव कटिंग तकनीक के नाम से भी जाना जाता है। इसमें इलेक्ट्रोप्लेटिंग या रेजिन बॉन्डिंग विधि का उपयोग करके स्टील वायर की सतह पर डायमंड एब्रेसिव को कंसोलिडेट किया जाता है, और डायमंड वायर सीधे सिलिकॉन रॉड या सिलिकॉन पिंड की सतह पर घर्षण करके कटिंग का प्रभाव प्राप्त किया जाता है। डायमंड वायर कटिंग में तेज कटिंग गति, उच्च कटिंग सटीकता और कम सामग्री हानि जैसी विशेषताएं होती हैं।

वर्तमान में, डायमंड वायर कटिंग द्वारा सिलिकॉन वेफर की एकल क्रिस्टल कटिंग का बाजार पूरी तरह से स्थापित हो चुका है, लेकिन इसके प्रचार-प्रसार में कुछ समस्याएं भी सामने आई हैं, जिनमें से मखमली सफेदी सबसे आम समस्या है। इसी को ध्यान में रखते हुए, यह शोधपत्र डायमंड वायर कटिंग द्वारा एकल क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर की मखमली सफेदी की समस्या को रोकने के उपायों पर केंद्रित है।

डायमंड वायर कटिंग द्वारा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर की सफाई प्रक्रिया में वायर सॉ मशीन टूल द्वारा काटे गए सिलिकॉन वेफर को रेज़िन प्लेट से अलग करना, रबर स्ट्रिप हटाना और सिलिकॉन वेफर को साफ करना शामिल है। सफाई उपकरण मुख्य रूप से एक प्री-क्लीनिंग मशीन (डीगमिंग मशीन) और एक क्लीनिंग मशीन हैं। प्री-क्लीनिंग मशीन की मुख्य सफाई प्रक्रिया इस प्रकार है: फीडिंग-स्प्रे-अल्ट्रासोनिक क्लीनिंग-डीगमिंग-साफ पानी से धोना-अंडरफीडिंग। क्लीनिंग मशीन की मुख्य सफाई प्रक्रिया इस प्रकार है: फीडिंग-शुद्ध पानी से धोना-शुद्ध पानी से धोना-क्षार से धोना-क्षार से धोना-शुद्ध पानी से धोना-शुद्ध पानी से धोना-प्री-डीहाइड्रेशन (धीमी लिफ्टिंग)-सुखाना-फीडिंग।

एकल-क्रिस्टल मखमल बनाने का सिद्धांत

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर में विषमदैशिक संक्षारण की विशेषता पाई जाती है। इस अभिक्रिया का सिद्धांत निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रिया समीकरण द्वारा निर्धारित होता है:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

संक्षेप में, साबर निर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है: विभिन्न क्रिस्टल सतहों की अलग-अलग संक्षारण दर के लिए NaOH विलयन का उपयोग किया जाता है, (100) सतह संक्षारण गति (111) की तुलना में कम होती है, इसलिए (100) विषम संक्षारण के बाद मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर पर अंततः (111) चार-पक्षीय शंकु, अर्थात् "पिरामिड" संरचना (चित्र 1 में दर्शाई गई) का निर्माण होता है। संरचना बनने के बाद, जब प्रकाश एक निश्चित कोण पर पिरामिड की ढलान पर आपतित होता है, तो प्रकाश दूसरे कोण पर ढलान से परावर्तित हो जाता है, जिससे द्वितीयक या अधिक अवशोषण होता है, इस प्रकार सिलिकॉन वेफर की सतह पर परावर्तनशीलता कम हो जाती है, अर्थात् प्रकाश फँसाने का प्रभाव (चित्र 2 देखें)। "पिरामिड" संरचना का आकार और एकरूपता जितनी बेहतर होगी, फँसाने का प्रभाव उतना ही अधिक स्पष्ट होगा, और सिलिकॉन वेफर की सतह से प्रकाश का उत्सर्जन उतना ही कम होगा।

चित्र 1: क्षार उत्पादन के बाद मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर की सूक्ष्म संरचना

चित्र 2: "पिरामिड" संरचना का प्रकाश जाल सिद्धांत

एकल क्रिस्टल श्वेतन का विश्लेषण

सफेद सिलिकॉन वेफर पर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा किए गए अध्ययन में पाया गया कि सफेद वेफर के पिरामिडनुमा सूक्ष्म संरचना का निर्माण ठीक से नहीं हुआ था और सतह पर मोम जैसी परत दिखाई दे रही थी। वहीं, उसी सिलिकॉन वेफर के सफेद क्षेत्र में मखमली सतह की पिरामिडनुमा संरचना बेहतर ढंग से बनी हुई थी (चित्र 3 देखें)। यदि मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर की सतह पर अवशेष मौजूद हैं, तो सतह पर अवशिष्ट क्षेत्र की पिरामिडनुमा संरचना का आकार और एकरूपता अपर्याप्त होगी, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य क्षेत्र की तुलना में अवशिष्ट मखमली सतह की परावर्तनशीलता अधिक होगी। सामान्य क्षेत्र की तुलना में अधिक परावर्तनशीलता वाला क्षेत्र दृश्य रूप से सफेद दिखाई देता है। सफेद क्षेत्र के वितरण के आकार से पता चलता है कि यह बड़े क्षेत्र में नियमित या एकसमान नहीं है, बल्कि केवल स्थानीय क्षेत्रों में ही है। इसका कारण यह हो सकता है कि सिलिकॉन वेफर की सतह पर मौजूद स्थानीय प्रदूषकों की सफाई नहीं हुई है, या सिलिकॉन वेफर की सतह की स्थिति द्वितीयक प्रदूषण के कारण है।

चित्र 3: मखमली सफेद सिलिकॉन वेफर्स में क्षेत्रीय सूक्ष्मसंरचनात्मक अंतरों की तुलना

डायमंड वायर कटिंग से तैयार सिलिकॉन वेफर की सतह अधिक चिकनी होती है और उस पर क्षति कम होती है (जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है)। मोर्टार से तैयार सिलिकॉन वेफर की तुलना में, क्षार और डायमंड वायर कटिंग से तैयार सिलिकॉन वेफर की सतह की प्रतिक्रिया गति मोर्टार से तैयार मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर की सतह की तुलना में धीमी होती है, इसलिए सतह पर मौजूद अवशेषों का मखमली प्रभाव पर असर अधिक स्पष्ट होता है।

चित्र 4: (A) मोर्टार से कटे सिलिकॉन वेफर का सतही सूक्ष्मदर्शी चित्र (B) डायमंड वायर से कटे सिलिकॉन वेफर का सतही सूक्ष्मदर्शी चित्र

डायमंड वायर-कट सिलिकॉन वेफर सतह का मुख्य अवशिष्ट स्रोत

(1) शीतलक: डायमंड वायर कटिंग शीतलक के मुख्य घटक सर्फेक्टेंट, डिस्पर्सेन्ट, डिफेमेन्ट, पानी और अन्य घटक हैं। उत्कृष्ट प्रदर्शन वाले कटिंग द्रव में अच्छा निलंबन, फैलाव और आसानी से साफ होने की क्षमता होती है। सर्फेक्टेंट में आमतौर पर बेहतर जल-रक्तस्रावी गुण होते हैं, जिससे सिलिकॉन वेफर की सफाई प्रक्रिया में इसे आसानी से साफ किया जा सकता है। पानी में इन योजकों के निरंतर हिलाने और परिसंचरण से बड़ी मात्रा में झाग उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप शीतलक प्रवाह कम हो जाता है, शीतलन प्रदर्शन प्रभावित होता है, और गंभीर झाग और यहां तक ​​कि झाग के अतिप्रवाह की समस्या भी उत्पन्न होती है, जो उपयोग को गंभीर रूप से प्रभावित करती है। इसलिए, शीतलक में आमतौर पर डिफेमेन्ट एजेंट का उपयोग किया जाता है। डिफेमेन्ट प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए, पारंपरिक सिलिकॉन और पॉलीथर आमतौर पर कम जल-रक्तस्रावी होते हैं। पानी में विलायक बहुत आसानी से अवशोषित हो जाता है और बाद की सफाई में सिलिकॉन वेफर की सतह पर बना रहता है, जिसके परिणामस्वरूप सफेद धब्बे की समस्या उत्पन्न होती है। और यह शीतलक के मुख्य घटकों के साथ अच्छी तरह से संगत नहीं है, इसलिए इसे दो घटकों में बनाना आवश्यक है: मुख्य घटक और झाग रोधी एजेंट पानी में मिलाए जाते हैं। उपयोग की प्रक्रिया में, झाग की स्थिति के अनुसार, झाग रोधी एजेंटों के उपयोग और मात्रा को नियंत्रित करना संभव नहीं होता है, जिससे झाग रोधी एजेंटों की अधिक मात्रा आसानी से हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप सिलिकॉन वेफर की सतह पर अवशेषों की मात्रा बढ़ जाती है और संचालन भी असुविधाजनक हो जाता है। हालांकि, कच्चे माल और झाग रोधी एजेंटों के कच्चे माल की कम कीमत के कारण, अधिकांश घरेलू शीतलक इसी फार्मूले का उपयोग करते हैं। एक अन्य शीतलक एक नए झाग रोधी एजेंट का उपयोग करता है, जो मुख्य घटकों के साथ अच्छी तरह से संगत होता है, इसमें कोई अतिरिक्त पदार्थ नहीं मिलाया जाता है, इसकी मात्रा को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है, अत्यधिक उपयोग को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है और इसका उपयोग करना भी बहुत सुविधाजनक है। उचित सफाई प्रक्रिया के साथ, इसके अवशेषों को बहुत कम स्तर तक नियंत्रित किया जा सकता है। जापान और कुछ घरेलू निर्माता इस फार्मूले को अपनाते हैं, हालांकि, कच्चे माल की उच्च लागत के कारण, इसका मूल्य लाभ स्पष्ट नहीं है।

(2) गोंद और राल संस्करण: डायमंड वायर कटिंग प्रक्रिया के बाद के चरण में, प्रवेश सिरे के पास सिलिकॉन वेफर को पहले ही काट दिया गया है, जबकि निकास सिरे पर सिलिकॉन वेफर को अभी तक नहीं काटा गया है। पहले से काटे गए डायमंड वायर ने रबर परत और राल प्लेट को काटना शुरू कर दिया है। चूंकि सिलिकॉन रॉड गोंद और राल बोर्ड दोनों एपॉक्सी राल उत्पाद हैं, इसलिए इनका गलनांक आमतौर पर 55 से 95℃ के बीच होता है। यदि रबर परत या राल प्लेट का गलनांक कम है, तो कटिंग प्रक्रिया के दौरान यह आसानी से गर्म हो सकता है और नरम होकर पिघल सकता है, जिससे यह स्टील वायर और सिलिकॉन वेफर की सतह से चिपक जाता है। इससे डायमंड लाइन की कटिंग क्षमता कम हो जाती है, या सिलिकॉन वेफर राल से सने हुए प्राप्त होते हैं। एक बार चिपक जाने पर, इसे धोना बहुत मुश्किल होता है। इस तरह का संदूषण ज्यादातर सिलिकॉन वेफर के किनारे के पास होता है।

(3) सिलिकॉन पाउडर: डायमंड वायर कटिंग की प्रक्रिया में बहुत सारा सिलिकॉन पाउडर बनता है। कटिंग के साथ-साथ, मोर्टार कूलेंट में पाउडर की मात्रा बढ़ती जाती है। जब पाउडर का आकार बड़ा हो जाता है, तो वह सिलिकॉन की सतह पर चिपक जाता है। डायमंड वायर कटिंग से सिलिकॉन पाउडर का आकार और आकृति सिलिकॉन की सतह पर उसके चिपकने की गति को बढ़ा देती है, जिससे उसे साफ करना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, कूलेंट की गुणवत्ता और ताजगी सुनिश्चित करना और उसमें पाउडर की मात्रा को कम करना आवश्यक है।

(4) सफाई एजेंट: वर्तमान में डायमंड वायर कटिंग निर्माताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली अधिकांश मशीनें मोर्टार कटिंग के साथ-साथ मोर्टार कटिंग का भी उपयोग करती हैं। मोर्टार कटिंग में प्रीवॉशिंग, सफाई प्रक्रिया और सफाई एजेंट आदि का प्रयोग किया जाता है। कटिंग मैकेनिज्म से लेकर लाइन के पूर्ण सेट तक, सिंगल डायमंड वायर कटिंग तकनीक में शीतलक और मोर्टार कटिंग में काफी अंतर होता है, इसलिए डायमंड वायर कटिंग के लिए उपयुक्त सफाई प्रक्रिया, सफाई एजेंट की मात्रा और फार्मूला आदि में उचित समायोजन किया जाना चाहिए। सफाई एजेंट एक महत्वपूर्ण पहलू है। मूल सफाई एजेंट फार्मूला में सर्फेक्टेंट और क्षारीयता होती है, जो डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफर की सफाई के लिए उपयुक्त नहीं है। डायमंड वायर सिलिकॉन वेफर की सतह, संरचना और सतह पर मौजूद अवशेषों के अनुरूप लक्षित सफाई एजेंट का चयन किया जाना चाहिए और सफाई प्रक्रिया के साथ इसका उपयोग किया जाना चाहिए। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, मोर्टार कटिंग में डीफोमिंग एजेंट की आवश्यकता नहीं होती है।

(5) पानी: डायमंड वायर कटिंग, प्री-वॉशिंग और सफाई ओवरफ्लो पानी में अशुद्धियाँ होती हैं, यह सिलिकॉन वेफर की सतह पर अवशोषित हो सकता है।

मखमली बालों को सफेद दिखने की समस्या को कम करने के सुझाव

(1) अच्छे फैलाव वाले शीतलक का उपयोग करना, और शीतलक के लिए सिलिकॉन वेफर की सतह पर शीतलक घटकों के अवशेष को कम करने के लिए कम अवशेष वाले डीफोमिंग एजेंट का उपयोग करना आवश्यक है;

(2) सिलिकॉन वेफर के प्रदूषण को कम करने के लिए उपयुक्त गोंद और राल प्लेट का उपयोग करें;

(3) शीतलक को शुद्ध पानी से पतला किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि प्रयुक्त जल में कोई आसानी से अवशिष्ट अशुद्धियाँ न हों;

(4) डायमंड वायर कट सिलिकॉन वेफर की सतह के लिए, गतिविधि और सफाई प्रभाव अधिक उपयुक्त सफाई एजेंट का उपयोग करें;

(5) कटिंग प्रक्रिया में सिलिकॉन पाउडर की मात्रा को कम करने के लिए डायमंड लाइन कूलेंट ऑनलाइन रिकवरी सिस्टम का उपयोग करें, ताकि सिलिकॉन वेफर की सतह पर सिलिकॉन पाउडर के अवशेष को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सके। साथ ही, प्री-वॉशिंग में पानी के तापमान, प्रवाह और समय में सुधार करके यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि सिलिकॉन पाउडर समय पर धुल जाए।

(6) सिलिकॉन वेफर को सफाई टेबल पर रखने के बाद, इसका तुरंत उपचार किया जाना चाहिए, और पूरी सफाई प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन वेफर को गीला रखना चाहिए।

(7) सिलिकॉन वेफर डीगमिंग की प्रक्रिया में सतह को नम रखता है, और स्वाभाविक रूप से सूख नहीं सकता। (8) सिलिकॉन वेफर की सफाई प्रक्रिया में, सिलिकॉन वेफर की सतह पर फूल बनने से रोकने के लिए हवा में रहने का समय यथासंभव कम किया जा सकता है।

(9) सफाई कर्मचारी पूरी सफाई प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन वेफर की सतह के सीधे संपर्क में नहीं आएंगे, और उंगलियों के निशान न बनने के लिए रबर के दस्ताने पहनेंगे।

(10) संदर्भ [2] में, बैटरी के सिरे पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड H2O2 + क्षार NaOH सफाई प्रक्रिया का उपयोग 1:26 (3% NaOH घोल) के आयतन अनुपात के अनुसार किया जाता है, जो समस्या की पुनरावृत्ति को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। इसका सिद्धांत अर्धचालक सिलिकॉन वेफर के SC1 सफाई घोल (जिसे आमतौर पर तरल 1 के रूप में जाना जाता है) के समान है। इसकी मुख्य क्रियाविधि: सिलिकॉन वेफर की सतह पर ऑक्सीकरण परत H2O2 के ऑक्सीकरण से बनती है, जो NaOH द्वारा संक्षारित होती है, और ऑक्सीकरण और संक्षारण बार-बार होता है। इसलिए, सिलिकॉन पाउडर, राल, धातु आदि से जुड़े कण भी संक्षारण परत के साथ सफाई तरल में गिर जाते हैं; H2O2 के ऑक्सीकरण के कारण, वेफर की सतह पर कार्बनिक पदार्थ CO2, H2O में विघटित हो जाते हैं और हट जाते हैं। सफाई की इस प्रक्रिया का उपयोग सिलिकॉन वेफर निर्माता डायमंड वायर कटिंग मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर की सफाई के लिए करते हैं, और घरेलू और ताइवान तथा अन्य बैटरी निर्माताओं द्वारा मखमली सफेद समस्या की शिकायतों के लिए सिलिकॉन वेफर में इसका उपयोग किया जाता है। कुछ बैटरी निर्माता भी इसी तरह की मखमली परत की पूर्व-सफाई प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, जिससे मखमली सफेद परत की समस्या को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। यह देखा जा सकता है कि सिलिकॉन वेफर की सफाई प्रक्रिया में इस सफाई प्रक्रिया को शामिल किया जाता है ताकि सिलिकॉन वेफर के अवशेषों को हटाया जा सके और बैटरी के सिरे पर सफेद परत की समस्या का प्रभावी ढंग से समाधान किया जा सके।

निष्कर्ष

वर्तमान में, एकल क्रिस्टल काटने के क्षेत्र में डायमंड वायर कटिंग मुख्य प्रसंस्करण तकनीक बन गई है, लेकिन इस प्रक्रिया में सिलिकॉन वेफर और बैटरी निर्माताओं को मखमली सफेदी की समस्या का सामना करना पड़ रहा है, जिसके कारण बैटरी निर्माता डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफर का उपयोग करने में कुछ हिचकिचाहट दिखा रहे हैं। सफेद धब्बों के तुलनात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि यह मुख्य रूप से सिलिकॉन वेफर की सतह पर जमा अवशेषों के कारण होता है। सेल में सिलिकॉन वेफर की इस समस्या को बेहतर ढंग से रोकने के लिए, यह लेख सिलिकॉन वेफर की सतह पर प्रदूषण के संभावित स्रोतों के साथ-साथ उत्पादन में सुधार के सुझावों और उपायों का विश्लेषण करता है। सफेद धब्बों की संख्या, क्षेत्र और आकार के आधार पर, कारणों का विश्लेषण और सुधार किया जा सकता है। हाइड्रोजन पेरोक्साइड + क्षार सफाई प्रक्रिया का उपयोग करने की विशेष रूप से अनुशंसा की जाती है। सफल अनुभव से यह सिद्ध हुआ है कि यह डायमंड वायर कटिंग सिलिकॉन वेफर में आने वाली मखमली सफेदी की समस्या को प्रभावी ढंग से रोक सकता है, जो उद्योग के विशेषज्ञों और निर्माताओं के लिए उपयोगी है।