多线切割砂浆密度变化规律及其主要影响因素研究

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1、多线切割砂浆密度变化规律及其主要影响因素研究在多线切割中，砂浆密度关系到砂浆能力。将槽距，装载量，片厚，新碳化硅和新悬浮液密度等设定为恒量，通过模拟计算发现砂浆密度的变化趋势和砂浆缸里面硅粉含量的变化趋势一致，在基础设置数据的基础上，发现在切割至第五刀时砂浆密度以很小的幅度增加。通过对数据的的回归分析，得出砂浆密度计算公式。影响砂浆密度的主要因素有：槽距，单位面积更换系数，新砂浆配置密度。控制砂浆密度在合理的范围内，可保证切割过程的稳定性及硅片质量。 　　多线切割是一种通过钢线在高速运转下将磨料带入硅锭加工区进行研磨，最终将硅锭切割成所设定厚度的薄片。随着

2、我国信息产业特别是微电子产业的迅猛发展，对硅片的需求量也越来越大，精度要求也越来越高。多线切割以其高精度、高效率、低损耗的特点逐渐取代了传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。 　　多线切割中，在设备和人员操作稳定的情况下，切割质量和成品率主要取决于砂浆能力。现在国内多数切片企业，在切片时所用砂浆上，主要控制密度和粘度两个指标指标。下面就影响砂浆密度的主要因素进行分析。 　　一、砂浆密度变化规律　　影响密度的主要因素有,配制密度,更换系数,槽距.影响砂浆密度变化的是切片过程中掉进砂浆里面的硅粉的微粉.随着切割刀数的增加,砂浆密度也会变化，其中必定存在某种

3、函数关系。不同的配制密度,更换系数,槽距会对砂浆的密度变化有多大影响.接下来,我会对这些问题进行阐述. 　　1、初始设定　　为进行模拟计算，对一些主要参数进行初始设定，包括碳化硅的密度，PEG的密度，硅密度，8寸晶片的面积，经验更换系数，片厚和槽距等，所设置的初始值如表1-1所示意。　　                                             表1-1砂浆密度计算初始设定值 　　2、砂浆密度随切割刀数变化趋势　　假定第一刀为全新砂浆，其密度为配置新砂浆的密度，在切割过程中不断地有硅粉掉入砂浆，引起其密度的增加。通过切割的装载

4、量计算每刀损失掉的硅粉，计算砂浆的结束密度。假定切片用砂浆每刀都进行更换，更换量取决于经验更换系数和切割装载量，更换方式是对切割结束的砂浆按更换量更换一部分。 　　如图1-1所示，砂浆密度随着切割刀数的增加，在起伏中逐渐爬升，最后开切密度稳定在1.624kg/l附近，结束密度稳定在1.640kg/l附近。　　如图1-2所示，在1-5刀内，开切密度随切割刀数的增加而逐步上升，从第一刀的1.61kg/l上升到第五刀的1.623kg/l，五刀以后沙浆密度基本保持1.623不变。可见以每刀更换固定比例沙浆的方式进行切割，沙浆密度不会随切割刀数的增加而快速变大。　　

5、如图1-3所示，在1-5刀内，结束密度随切割刀数的增加而增加，从第一刀的1.627kg/l上升到第五刀的1.640kg/l，五刀以后结束沙浆密度基本保持在1.640kg/l。结束沙浆密度趋势和开切密度趋势具有一致的趋势。 　　3、沙浆中硅粉含量的变化规律　　多线切割过程中，硅粉不断进入沙浆，引起沙浆密度的升高。整个切割过程中，引起密度变化的主要因素只有硅粉浓度的增加。 　　如图1-4所示，硅粉浓度第一刀的3.5%快速增加到第五刀的6.18%，从第五刀开始硅粉浓度基本保持在6.30%附近。硅粉浓度的变化趋势与开切密度，结束密度基本一致，成正比关系，如图1-5

6、所示。 　二、沙浆密度的主要影响因素 　　根据计算过程中的逻辑关系，新沙浆的配置密度，更换系数，槽距对硅粉浓度有决定性影响，而硅粉浓度决定沙浆的开切和结束密度。　　根据回归分析，如果用ρ-沙浆配置密度，δ-槽距，α-更换系数，C-硅粉浓度　　可的出以下公式：C=0.6545-0.6619ρ-1.403α+0.0016δ+0.1982ρ2+0.9334α2+0.625ρα　　可见硅粉浓度与配置密度、槽距、更换系数、配置密度的二次方，更换系数的二次方和配置密度和更换系数的乘积存在显著关系。　　据此，如果想得到较低的开切密度和结束密度，必须加大更换量，降低配置密

7、度，减小槽距，但是这些参数有被加工条件和工艺窗口限制，不能变化太大，如果在质量和成品率有保证的情况下，尽可能提高硅粉浓度，有利于成本的降低，如何寻找最佳的窗口，需要进行DOE实验。 　三、结论　　在新沙浆的配置密度、更换系数和槽距不变的情况下，沙浆的开切和结束密度不会随切割刀数的增加而快速增加，切割至五刀后沙浆的开切和结束密度基本保持不变。　　切割结束时沙浆里面的硅粉浓度与开切密度、结束密度成正比，在其他条件不变的情况下，沙浆密度完全决定于沙浆里面的硅粉含量。　　硅粉浓度与配置密度、槽距、更换系数、配置密度的二次方，更换系数的二次方和配置密度和更换系数的乘

8、积存在显著关系，关系式为：C=0.6545-0.6619ρ-1.4