반도체 및 태양광 산업에서는 반도체 소자 및 솔라셀을 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적인 측면과 효율성에 관한 측면에서 실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 실리콘 슬러지의 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1982년~2011년까지의 미국, EU, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였고, 기술의 정의에 의해 필터링하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술에 따라 분석하여 나타내었다.
반도체 및 태양광 산업에서는 반도체 소자 및 솔라셀을 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적인 측면과 효율성에 관한 측면에서 실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 실리콘 슬러지의 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1982년~2011년까지의 미국, EU, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였고, 기술의 정의에 의해 필터링하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술에 따라 분석하여 나타내었다.
Silicon wafer for making semiconductor devices and solar cell is used in the semiconductor and solar industry, respectively. Silicon wafer is produced by cutting with silicon ingot and sludge contains silicon occurs from cutting process. Generation of silicon sludge is increasing on developing all i...
Silicon wafer for making semiconductor devices and solar cell is used in the semiconductor and solar industry, respectively. Silicon wafer is produced by cutting with silicon ingot and sludge contains silicon occurs from cutting process. Generation of silicon sludge is increasing on developing all industry sectors which have need of semiconductor device. These days it has been widely studied for the recycling technologies of the silicon sludge from view points of economy and efficiency. In this paper, patents and paper on the recycling technologies of the silicon sludge were analyzed. The range of search was limited in the open patents of USA (US), European Union (EU), Japan (JP), Korea (KR) and SCI journals from 1982 to 2011. Patents and journals were collected using key-words searching and filtered by filtering criteria. The trends of the patents and journals was analyzed by the years, countries, companies, and technologies.
Silicon wafer for making semiconductor devices and solar cell is used in the semiconductor and solar industry, respectively. Silicon wafer is produced by cutting with silicon ingot and sludge contains silicon occurs from cutting process. Generation of silicon sludge is increasing on developing all industry sectors which have need of semiconductor device. These days it has been widely studied for the recycling technologies of the silicon sludge from view points of economy and efficiency. In this paper, patents and paper on the recycling technologies of the silicon sludge were analyzed. The range of search was limited in the open patents of USA (US), European Union (EU), Japan (JP), Korea (KR) and SCI journals from 1982 to 2011. Patents and journals were collected using key-words searching and filtered by filtering criteria. The trends of the patents and journals was analyzed by the years, countries, companies, and technologies.
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문제 정의
연구에 앞서, 국내 실리콘 슬러지 재활용에 대한 기술 연구의 중요함을 인식하여 실리콘 웨이퍼 생산 공정에서 발생하는 실리콘 슬러지의 재활용 기술과 관련한 일본, 미국, 유럽 그리고 한국의 특허와 논문 정보를 분석함으로써 기술동향을 파악하고자 하였다. 특허와 논문 분석에 의한 기술 동향 파악은 기존에 수행되었던 관련기술의 연구내용뿐만 아니라, 향후 연구의 방향을 설정하는데 중요한 자료로 활용되고 있으며, 연구내용이 중복되는 것을 사전에 막아주는 역할을 한다.
이에 본 연구에서는 2007년까지의 실리콘 슬러지 재활용 기술에 대하여 일본, 미국, EU 그리고 한국의 특허 및 논문정보에 대하여 본 연구팀에서 기존에 발표하였던 연구결과2)를 토대로 하여 1982년부터 2011년도까지의 특허 및 논문을 보다 더 구체적으로 분석함으로써 최신기술의 동향을 파악하고자 하였다.
제안 방법
DB구축은 실리콘 슬러지 재활용 기술과 관련된 키워드의 조합으로 조사되었으며, Table 2와 같이 분리회수, 제조 기술에 관한 2개의 기술 분야로 나누어 분석하였다.
5%이상 순도의 실리콘을 분리해 내는 특허를 출원하였다. SIC Processing AG는 하이드로싸이클론을 이용하여 연마슬러리를 재생하는 특허를 출원하였고, IHI Compressor And Machinery, M. Setek은 여과를 이용하여 단결정 실리콘을 회수하는 특허를 출원하였으며, (주)이피웍스는 용기 내에 실리콘 폐기물, pH가 5~6인 용매 및 계면활성제를 담아 이를 혼합하고 용기 내에 공기를 주입하여 부유물과 침전물로 분리하여 실리콘을 회수하는 특허를 출원하였다. Sumco Corp.
대상 데이터
본 논문에서는 2011년 10월까지의 기간에 등록 또는 공개된 특허와 발표된 논문을 수집 대상으로 하였 으며 Table 1과 같은 검색 DB를 사용하여 진행하였다. 논문은 Scopus DB를 사용하였으며 특허는 Wips DB를 사용하여 한국, 미국, 일본, 유럽연합, PCT특허로 제한하였다. 본 연구에서는 검색된 특허와 논문의 초록 및 요약문을 검토하여 선정된 특허 310건과 논문 26건을 대상으로 분석하였다.
실리콘 슬러지 재활용 기술 관련 특허와 논문을 분석하기 위하여 관련된 모든 특허와 논문을 검색하여 분석하는 것이 이상적이지만 모든 것을 수집하는 데는 한계가 있으므로 우선 자료의 검색 범위를 설정할 필요가 있다. 본 논문에서는 2011년 10월까지의 기간에 등록 또는 공개된 특허와 발표된 논문을 수집 대상으로 하였 으며 Table 1과 같은 검색 DB를 사용하여 진행하였다. 논문은 Scopus DB를 사용하였으며 특허는 Wips DB를 사용하여 한국, 미국, 일본, 유럽연합, PCT특허로 제한하였다.
논문은 Scopus DB를 사용하였으며 특허는 Wips DB를 사용하여 한국, 미국, 일본, 유럽연합, PCT특허로 제한하였다. 본 연구에서는 검색된 특허와 논문의 초록 및 요약문을 검토하여 선정된 특허 310건과 논문 26건을 대상으로 분석하였다.
성능/효과
기술별 건수를 살펴보면 분리회수 기술이 276건으로 89.0%의 점유율을 보이고 제조 기술은 34건으로 11.0%의 점유율을 보이며 대부분의 특허가 분리회수 기술에 대한 것임을 알 수 있다. 출원인 국적별 특허건수를 비교해 보면 일본이 분리회수와 제조 기술에서 높은 점유율을 나타낸다.
기술별 건수를 살펴보면 실리콘화합물 제조 기술이 21건으로 61.8%의 점유율을 보이며 전자소자 제조 기술이 9건으로 26.9%, 기타가 4건으로 나타났다. 기타는 실리콘 슬러지를 이용하여 도자기나 내화물 분말을 제조하는 기술로 나타났다.
기술별 건수를 살펴보면 연마슬러리재생 기술이 150건으로 52.4%의 점유율을 보이며 실리콘성분 분리회수 기술이 136건으로 47.6%의 점유율을 보인다.
논문의 기술별 건수를 살펴보면 분리회수 기술이 22건으로 가장 많았으며 제조 기술은 4건으로 나타났다.
분리회수 기술 중 실리콘성분 분리회수 기술이 55.6%(15건), 연마슬러리재생 기술이 44.4%(12건) 순으로 나타났으며 제조 기술은 실리콘화합물 제조 기술과 기타가 각각 50.0%(2건)의 점유율을 차지하고 있다.
후속연구
실리콘, 연마재, 절삭재 등을 높은 수율로 회수하는 기술이 최근에 증가하고 있으며 핵심특허와 논문을 살펴보면 원심분리나 필터를 이용하여 실리콘과 연마재를 회수하는 특허와 논문이 주를 이루고 있다. 분리회수한 실리콘과 실리콘카바이드는 고순도 물질이며 이를 원료로 사용하는 고부가가치 소재의 개발이 크게 기대되며 향후 상용화기술 개발이 완료되면 자원재활용산업 분야의 활성화가 기대된다.
실리콘 슬러지를 재활용하는 기술은 1990년대 중반 이후 본격적으로 특허출원이 이루어졌으며 1990년대 후반 이후 급격한 성장을 보이고 있다. 전체 특허 중 75% 이상의 특허가 2000년 이후 출원된 특허로 반도체 산업이 발달됨에 따라 생산 공정에서 나오는 폐기물을 재활용하는 기술은 앞으로도 많은 연구가 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실리콘 슬러지는 어떻게 사용되는가?
이러한 절단공정에서 많은 양의 실리콘 카바이드와 실리콘 입자, 그리고 절삭유 등이 함유되어 있는 실리콘 슬러지가 발생되고 있다. 이 슬러지 중에 함유되어 있는 평균 입경 20 정도의 실리콘카바이드와 절삭유는 분리, 회수하여 실리콘 웨이퍼 제조업체에 제공하여 웨이퍼의 절단공정에 재이용하고 있다. 이러한 절단 공정에서 많은 양의 슬러지가 발생되고 있으며, 이 슬러지는 몇 년 전까지만 해도 매립 처리되어 왔다.
실리콘 웨이퍼는 어떻게 제조되는가?
이러한 실리콘 웨이퍼는 고순도의 괴상 실리콘 다결정으로부터 단결정의 실리콘 잉고트를 만들고, 이를 절단하는 절단공정과 절단된 웨이퍼를 연마하는 연마공정을 거쳐 제조된다. 실리콘 잉고트를 절단하는 공정에서는 직경 약 0.
실리콘 웨이퍼는 무엇인가?
실리콘 웨이퍼는 반도체 및 태양광 산업에서 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 다양한 형태의 반도체 소자와 태양전지를 만드는데 없어서는 안 될 중요한 소재이다. 따라서 산업이 발전됨에 따라 실리콘 웨이퍼의 수요는 앞으로 더욱 증가될 전망이다.
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