硅片切割技术.doc

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1、硅片切割技术的现状和发展趋势中国新能源网

2、2008-7-309:31:00

3、新能源论坛

4、我要供稿特别推荐：《2010中国新能源与可再生能源年鉴》摘要：随着全球各国绿色能源的推广和近年來半导体产业的超常规发展，硅片山场的供需12极度不平衡，切割加工能力的落后和产能的严重不足已构成了产业链的瓶颈。作为硅片（晶圆）上游生产的关键技术，近年來崛起的新型硅片多丝切割技术具有切割表血质量高、切割效率高和可切割人尺寸材料、方便片续加工等特点。由于驱动研磨液的切割丝在加工屮起重要作用，与刀损和硅片产出率密切关联，故对细丝

5、多丝切割的研究具有迫切与深远的意义。关键词：晶圆，多丝切割，细丝，产出率，切削量0引言：硅片切割是电子工业主要原材料一硅片（晶圆）生产的上游关键技术，切割的质量与规模直接影响到整个产业链的厉续生产。在电子工业屮，对硅片的需求主要表现在太阳能光伏发电和集成电路等半导体产业上。光伏发电是利用半导体材料光生伏打效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术。资料显示，太阳能每秒钟到达地而的能量高达80万千瓦，假如把地球表而0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6x1012千瓦小时,相当于目前世界上能

6、耗的40倍。随着全球矿物资源的迅速消耗，人们环保意识的不断增强，充分利用太阳的绿色能源被高度重视（图1.1为近年來全球太阳能电池产量），发展势头及其迅猛。MWB1.1全味太用盅电池产星3500-3000-2500-2000-1000品体硅片是制作光伏太阳能电池的主要材料，每生产1MW的太阳能电池组件需要17吨左右的原料。CleanEdge预计，全球太阳能发电市场的规模将从2005年的110亿美元猛进增到2015年的510亿美元，以芯片著名的“硅谷”将被“太阳谷"所収代。显然太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅

7、原料及切割设备来支撑。除太阳能电池外，硅片的巨大需求同样表现在集成电路等半导体产业上。硅占蔡个半导体材料的95%以上，单晶硅片是半导体器件生产的关键性基材，是当之无愧的电子产业的基础支撑材料。2005年我国集成电路产业消耗的电子级多晶硅约1000吨，太阳能电池多晶硅约1400吨；2006年，我国集成电路产业消耗的电子级多晶硅约1200吨，太阳能电池多晶硅约3640ll'l*。预计到2010年，电子级多晶硅年需求量将达到约2000吨，光伏级多晶硅年需求量将达到约4200吨。随着全球各国能源结构的调整，绿色能

8、源的推广和近年来半导体产业的超常规发展，硅片市场的供需已极度不平衡。硅原料的供不应求，切割加工能力的落后和严重不足构成了产业链的瓶颈，严重阻碍了我国太阳能和半导体产业的发展。因此,未來的3至5年间，将是中国晶硅产业快速发展的黄金时期。1硅片切割的常用方法：硅片加工T艺流程一般经过晶体生长、切断、外径滚磨、平边、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、包装等阶段°近年來光伏发电和半导体行-业的迅速发展对硅片的加工提出了更高的要求（图1.2）：一方面为了降低制造成本,硅片趋向大直径化。另一方面要求硅片有极高的平而

9、度精度和极小的表而粗糙度。所有这些要求极人的提髙了硅片的加丁难度，由于硅材料具有脆、换等特点，直径增人造成加工屮的翘1111变形，加丁•精度不易保证。厚度增人、芯片厚度减薄造成了材料磨削量人、效率下降等。199219951998200120042007品片尺寸mm200200200300300300400300400容■:16N164Nf156i!G4G18G加工成本C$cm:）4.0393.83.73.63.5缺陷S?度CNcm:)0.10.050.030.016004O・002硅片切片作为硅片加T工

10、艺流程的关键丁•序，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。对于切片工艺技术的原则要求是：①切割精度髙、表而平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提髙切割速度，实现自动化切割。目前，硅片切片较多采用内圆切割和白由磨粒的多丝切割(周定磨粒线锯实质上是--种用线性刀具替代环型刀具的内圆切割)。内圆切割是传统的加I〔方法(图1.3a),材料的利用率仅为40%〜50%左右；同时，由于结构限制，内圆切割无法加工200mm以

11、上的大屮直径硅片。(a)为内圆切割(b)为多丝切割图1.3多丝切割与内圆切割原理示意图多丝切割技术是近年來崛起的一项新型硅片切割技术，它通过金属丝带动碳化硅硏磨料进行研磨加工来切割硅片(图1.3b)o和传统的内圆切割相比，多丝切割具有切割效率高、材料损耗小、成本降低(日进NWS6X2型鬧多丝切割加工07年较内圆切割每片省15元)、硅片表面质量高、可切割大尺寸材料、方便厉续加工等特点(见表1.1)。特点多丝切割内圆切割切割方法研