반도체 절삭용 그린 실리콘 카바이드
1. 그린 실리콘 카바이드의 기본 특성
그린 실리콘 카바이드(화학식 SiC)는 고순도(일반적으로 ≥99%) 실리콘 카바이드입니다. 블랙 실리콘 카바이드에 비해 더 단단하고, 더 잘 부러지며, 더 높은 순도를 갖습니다.
• 매우 높은 경도: 모스 경도가 약 9.5로 다이아몬드와 입방정 질화붕소(CBN)에 이어 두 번째로 높습니다. 따라서 단단하고 취성이 강한 재료의 절삭 및 연삭에 효과적입니다.
•높은 취성: 미세하게 볼 때, 입자는 날카로운 모서리를 가지고 있어 응력을 받으면 쉽게 파손됩니다. 이로 인해 절삭 과정에서 새로운 날카로운 절삭날이 지속적으로 생성되어(“자체 연마”) 높은 절삭 효율을 유지합니다.
• 높은 열전도도: 이는 절단 과정에서 열을 발산하는 데 도움이 되어 실리콘 웨이퍼에 가해지는 열 응력의 영향을 줄입니다.
•화학적 안정성: 실온에서 산이나 알칼리와 반응하지 않아 순수한 절단 공정을 보장하고 실리콘 소재의 오염을 방지합니다.
2. 반도체 절단에 친환경 실리콘 카바이드를 선택하는 이유는 무엇입니까?
반도체 절단, 특히 실리콘 잉곳 절단에는 매우 엄격한 재료 요건이 적용됩니다.
1. 매우 단단한 절삭 소재: 단결정 실리콘 잉곳은 부서지기 쉽지만 매우 단단합니다(모스 경도계로 약 6.5). 효과적인 절삭을 위해서는 더 단단한 연마재가 필요합니다.
2. 매우 높은 정밀도 및 표면 품질 요구 사항: 슬라이스된 실리콘 웨이퍼는 매우 얇아야 하며(예: 100~200μm), 휘어짐과 휨이 최소화되어야 하며, 표면 손상층이 제어되어야 합니다. 녹색 실리콘 카바이드의 날카로운 절삭날은 비교적 정밀한 절단을 가능하게 합니다.
3. 비용 효율성: 다이아몬드는 더 단단한 소재이지만, 그린 실리콘 카바이드보다 비용이 훨씬 높습니다. 실리콘 소재를 절단하는 경우, 그린 실리콘 카바이드는 경도, 효율성, 그리고 비용 측면에서 최적의 균형을 이룹니다.
따라서 녹색 실리콘 카바이드는 기존 슬러리 절단 기술에서 대체 불가능한 연마재가 되었습니다.
3. 특정 용도: 자유 연마재 슬러리 절단
반도체 절단에서 녹색 실리콘 카바이드의 가장 고전적이고 한때 주류였던 용도는 와이어 절단 공정에서 자유 연마재로 사용하는 것입니다. 이 기술을 “슬러리 와이어 절단”이라고 합니다.
작동 원리:
1. 매우 가늘고 고속으로 움직이는 금속선(보통 피아노선)을 가이드 휠에 감아 촘촘한 와이어 웹을 형성합니다.
2. 녹색 실리콘 카바이드 미세분말(입자 크기는 일반적으로 5~20μm)을 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 같은 절삭유와 혼합하여 점성 슬러리를 만듭니다.
3. 슬러리는 움직이는 와이어 웹에 지속적으로 펌핑됩니다.
4. 와이어 웹은 슬러리를 공급 실리콘 잉곳으로 운반합니다.
5. 엄청난 압력 하에서 강철 와이어에 부착된 녹색 실리콘 카바이드 분말 입자가 굴러가며 실리콘 잉곳을 긁어내고 자르는데, 마치 무수한 작은 “이빨”처럼 작용하여 점차적으로 실리콘 재료를 쪼개어 결국 전체 잉곳을 동시에 수백 개의 얇은 조각으로 자릅니다.
4. 현재 기술 발전: 다이아몬드 와이어 절단의 등장과 친환경 실리콘 카바이드의 과제
최근 몇 년 동안 반도체 및 태양광 산업은 상당한 기술적 변화를 겪었습니다. 다이아몬드 와이어 절단(DWS)이 기존 슬러리 절단을 빠르게 대체하고 있습니다.
•장점:
• 매우 빠른 절삭 속도: 슬러리 절삭보다 3~5배 빠르며, 생산 효율을 크게 향상시킵니다.
• 더욱 친환경적: 다량의 PEG 절삭액과 SiC 분말을 사용할 필요가 없어 폐기물 발생이 줄어듭니다.
