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1、硅片加工发展调研科技发展对硅片的新的要求1）从成本造价上考虑，目前在太阳电池成本中硅片几乎占了的成本,为提高光电转换效率,降低生产成本提高原材料利用率,太阳能级硅片必然向超薄方向,大直径方向发展,而且急需准方形硅片。2）从加工精准度考虑，90%以上的半导体器件和电路,尤其是大规模集成电路、超大规模集成电路和甚大规模集成电路都是制作在高纯优质的硅单晶抛光片和外延片上的。而硅片的加工是作为此技术中最基本的工序,它对以后的工序(外延、氧化、扩散、腐蚀、钝化、光刻等)有至关重要的作用。在硅片加工的过程中,必须达到以后工
2、序所要求的平坦度、平行度、弯曲度、翘曲度等要求,必须最大限度地减少杂质微粒,为以后工序的进行打下基础。人们越来越多认识到硅衬底加工过程中消除损伤和应力,去除微粒、边沿和表面的完美性及表面状态等已成为微电子进一步发展的十分重要的因素。为了提高生产线的生产效率,降低生产成本,生产线所需硅圆片直径不断增大。为了满足硅圆片加工的需要,硅片切割设备一方面向大片径化方向发展,另一方面向高精度、高自动化及高智能化方向发展。1、硅片加工工艺总论1）传统型工艺：切片（内圆金刚石锯片切割）——倒角——研磨——腐蚀——清洗——抛光切
3、片参数：TTV:<1μmWarp:40μmTV:<1μmTIR:<1μm损伤层厚度：4~8μm传统型工艺缺陷：传统加工工艺过程是通过研磨、腐蚀、抛光完成硅片的平整化加工,由于游离磨料研磨的加工效率较低且会产生较大的表面损伤层,腐蚀去除损伤层的过程中腐蚀率难以稳定控制,会影响研磨后硅片的面型精度,这势必增加最终超精密抛光的加工时间,因此应用传统工艺进行硅片的批量生产时,存在难以保证高精度面型、加工效率低、控制难度很大,不易实现自动化等公认的缺点,此外腐蚀和清洗还存在污染环境问题。随着硅片尺寸的加大,传统加工工艺在
4、面型精度和生产效率方面的缺点更加突出1）目前硅片加工工艺区分传统型加工工艺的核心部分就是硅片切割工序，切割质量不仅影响到后续的研磨、抛光、刻蚀等工序,而且还会影响到半导体器件制成品的最终质量和太阳电池的转换效率。因此,研究硅片切割工艺,对提高硅片的成品率、质量、提高加工效率、降低加工成本有着重要的指导意义。3）硅片切割技术晶片切割常用的方法有:外圆切割、内圆切割和线切割。外圆切割因为其加工精度差，损伤程度大，加工成本高等缺点已经逐渐被取代，现在主流的为内圆切割和线切割一、内圆切割技术内圆切割主要由个运动组成主轴
5、带动刀环高速旋转;同时做径向进给运动;工件固定在溜板箱上,由步进电机带动做前后进给运动。依照主轴方向不同,内圆锯切机可分为立式和卧式两种。卧式切片机便于取片,但是大质量的主轴为悬臂结构,在高速旋转的情况下,由于偏心容易产生振动,而立式机床则避免了这个缺点。内圆锯片是圆环结构,锯片基体通常为不锈钢,目前最佳的基体材料是强度大于的不锈钢,具有精确的厚度,良好的张力和延伸率。锯片厚度为100μm～150μm,随着加工硅片直径的增大,锯片基体厚度也增加锯切Ф300的硅晶片,基体厚度为240μm。锯片外圆周的螺栓孔用来将
6、锯片与主轴连接,如图所示。内径用复合电镀法镀金刚石微粒,形成了250μ厚、200μ宽水滴状的金刚石刃口,(加工Ф300硅晶片的锯片刃口厚度为380μ。缺点：加工效率低、材料损耗大，仅适用于中小型硅片的加工成型。二、线切割技术线切割技术是新兴的硅晶片的加工工艺,它适用于加工大直径、超薄片、大批量硅晶片的生产。根据磨料的状态可分为固着磨料和游离磨料两种,固着磨料是将金刚石电镀或者滚压在钢丝上;游离磨料是将磨料混在切削液中,由喷洒系统喷洒在切割区域。游离磨料锯切相对于固着磨料更具有优势,游离磨料直径为μ左右,在高速运
7、转的钢丝带动下,以滚动、嵌入和刮擦的形式作用在硅晶棒上,完成切割。多线切割机为单线往复式切割,包括独创的垂直平衡滑动系统、弧形摇摆切割系统,砂浆喷嘴半浸入系统和线轮半同步递减可变速系统。线切割系统的切割原理是使用自由磨料而非固定磨料,因此往复式切削系统比传统的单向切削系统具有一定的优势。虽然对于同种材料来说,传统的单向系统可以有更大的行程和线的移动速度,只有通过线的往复运动,才可达到理想的研磨效果。连续的供线系统和旧线回收系统,可以避免线的破损,还可促使线的张紧以保证钢线的刚性和张力,这有利于保持切片精度。同时
8、,最大限度的利用钢线可以有效降低消耗。线切割的优点:适合加工大直径的晶体;线切割损失小(200μm);硅晶片损伤层小(<10μm);生产效率高(一次可最多切割4800片);硅片表面质量好。缺点:容易产生片厚不均匀,随着多线切割机技术的不断改进,这种现象已经大大避免;成本高,需要大量的切削液;片厚由导轮槽距决定,因此加工不灵活;成功率要求高,一旦断线,损失巨大,是不能实现单片质量控制,一
