硅片加工定向切割
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射光束。
衍射原理—布拉格方程
衍射加强条件：
2 d s in () mm 1 ,2 ,3 ,...
三维情况下的衍射
2 d sin ( ) m m 1, 2 , 3,...
uur uur ur
( K K ') R 2 m
uur uur ur
K K ' G
u ur
ur 2 uur ur G 2K G 0
K
uur
ur G
ur 2 G
ur G
K
22
u ur 衍射加强条件：波矢 K 位于布里渊区边界
u ur K'
u ur K
uur K '
ur
G
(h k l)
u r u r u u r u r G h b 1 kb 2 lb 3
只要K落在布里渊区边界上， 对特定晶面，K大小和方向受到限制
Si的几何结构因子
主要特点： a）波动性，典型的干涉衍射图样； b）粒子性，具有较强的穿透能力。
晶体结构测量原理：波长和固体晶格常数接近， 因此，晶体相当于一个三维的衍射光栅，根据衍 射图样分析晶体的结构。
Ehh hc
X射线的产生
产生方式： 1）高速运动的电子撞击靶机——小型XRD机。 2）同步辐射光源——大型项目。
F
S
uur uur
f eiG rj
i
f Si [(1
e i
(hk )
e i
(hl)
e i
(lk )
)]
[1
i
e2
(hkl)
]
F1 F2
j 1
1). h k l: 有奇数、偶数混和，消光 2). (h+k+l)/2为奇数，消光
基元、晶格结构因子
金刚石结构：可以看做面心立方的复式晶格，这 样基元中含有两个Si原子，可以分别考虑面向立方 和基元的消光系数。
定义：在机器导线轮带动下，光滑的钢线做 高速运动，并对线网喷涂研磨砂浆，高速运 动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上， 从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成 对材料的切割过程。
切割方式：游离磨粒式研磨。
多线切割示意图
放线
收线
研磨浆
各种工艺的应用范围
外圆切割：基本被淘汰。 內圆切割：小批量硅片生产中经常采用。 多线切割（钢线）：光伏行业主流切片工艺。 原因：多线切割的优点：
谱线结构： 1）特征谱+连续谱。 2）宽范围，连续谱。
常规实验测量全部使用小型XRD机。
问，如何获得单色X射线光源呢？
连续谱：电子加速过程辐射产生。
特征谱：靶材料内层电子跃迁产生，是材料的 特征谱。
实验XRD仪：Cu靶，
o
o
K 1.542A aSi 5.43A
X射线衍射原理
X射线在晶体内发生弹性散射。 晶体相当于三维的衍射光栅。 晶体结构，具有其特征化的衍射图样。 衍射图样：三维空间，沿不同方向加强的衍
多线切割 切痕 25-35
110-220 200 300 轻微
切口损耗(μm)
1000
300-500 150-210
切片的主要流程
主要环节： 晶体定向 粘结定向 上机切割 清洗
2. 晶体的X射线定向
1）X射线简介 2）X射线衍射原理 3）X射线定向
X射线简介
X射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁 波（0.01nm~10nm），满足量子化的能量关系， （可见光350～770nm）。
内容回顾
上一章内容安排的主要思路：
要加工什么工件 采用什么设备 如何进行加工 加工出什么产品 加工之后有何缺陷 如何处理加工缺陷 加工过程的评估
单晶圆锭(晶圆) 光伏圆锭(单晶)
铸锭多晶
滚磨 参考面
滚磨 开方
开方
滚磨开方机
金刚石带锯 金刚石线锯
金刚石带锯
表面处理与过程评估
形成的表面损伤层： 粗糙度， 晶格畸变、 污染等
S
uur uur
F =
f e iG rj
i
j 1
ur ur uur ur
G h b1 k b2 l b3 ,
ur ur uur uur rj n1 a1 n2 a2 n3 a3
(0 0 0), (1 1 0), (1 0 1 ), (0 1 1 ), 22 2 2 22
(1 1 1 ), (3 3 1 ), (3 1 3 ), (1 3 3 ), 444 444 444 444
1. 硅片切割概述
切片切割：是指利用外圆、内圆或者多线切 割机，按照确定的晶向，将经过滚磨开方， 外形规则的硅棒，切成薄片的过程。
地位：是主要的光伏硅片的成本，约70% 。 发展趋势：高效率、低成本、优良的表面参
数。
目前切片的主要工艺
外圆切割
切片手段
Fra Baidu bibliotek
内圆切割 多线切割
光滑钢线切割
（主流）
金刚石线切割
]
X射线衍射仪
探测
盖革计数器
入射
价格高低：光强，和可获得的最短波长，
min
hc 1.24 (nm) eV V(kV)
晶体单色X射线衍射图样
高效率。 小切口，低损耗。 可切硅片很薄。 表面质量优良（翘曲小，损伤层薄等）
切片手段的主要性能参数
表面结构 损伤层厚度(μm) 切割效率(cm2/h) 硅片最小厚度(μm) 适合硅片尺寸(mm)
硅片翘曲
外圆切割 剥落、破碎
100以下 严重
内圆切割 剥落、破碎
35-40 20-40 300 150-200 严重
处理方案：去除损伤层 过程评估：
加工效率， 切口大小， 加工面的质量参数大小（如粗糙度）
下一步工艺——切片
第二章 硅晶体的定向切割
2.1 硅片切割的概况 2.2 晶体的定向工艺 2.3 內圆切割设备与工艺 2.4 多线切割设备与工艺 2.5 切割片的清洗 2.6 硅片的主要参数
內（外）圆切割
定义：利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进 行切片的过程。
内（外）圆切割：刀片呈圆环状，刀口位于内 （外）环的边缘，刀口上有电镀的金刚石颗粒，
工作时刀片做高速旋转，从而利用锋利的金刚石 颗粒，对材料进行切割。
切割方式：固定磨粒式切割
内圆切割示意图
固定螺孔
金刚石刀口
多线切割切片原理
F = F1 F2
F1 :
(0
0
0), ( 1 2
1 2
0), ( 1 2
0
1 ), (0 2
1 2
1 ), 2
F1 f S i [ (1 e i ( h k ) e i ( h l ) e i ( l k ) ) ]
111
F2
: (0 0
0), ( 4
4
4
)
i (hkl)
F2 [1 e 2
衍射原理—布拉格方程
衍射加强条件：
2 d s in () mm 1 ,2 ,3 ,...
三维情况下的衍射
2 d sin ( ) m m 1, 2 , 3,...
uur uur ur
( K K ') R 2 m
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K K ' G
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ur 2 uur ur G 2K G 0
K
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ur 2 G
ur G
K
22
u ur 衍射加强条件：波矢 K 位于布里渊区边界
u ur K'
u ur K
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G
(h k l)
u r u r u u r u r G h b 1 kb 2 lb 3
只要K落在布里渊区边界上， 对特定晶面，K大小和方向受到限制
Si的几何结构因子
主要特点： a）波动性，典型的干涉衍射图样； b）粒子性，具有较强的穿透能力。
晶体结构测量原理：波长和固体晶格常数接近， 因此，晶体相当于一个三维的衍射光栅，根据衍 射图样分析晶体的结构。
Ehh hc
X射线的产生
产生方式： 1）高速运动的电子撞击靶机——小型XRD机。 2）同步辐射光源——大型项目。
F
S
uur uur
f eiG rj
i
f Si [(1
e i
(hk )
e i
(hl)
e i
(lk )
)]
[1
i
e2
(hkl)
]
F1 F2
j 1
1). h k l: 有奇数、偶数混和，消光 2). (h+k+l)/2为奇数，消光
基元、晶格结构因子
金刚石结构：可以看做面心立方的复式晶格，这 样基元中含有两个Si原子，可以分别考虑面向立方 和基元的消光系数。
定义：在机器导线轮带动下，光滑的钢线做 高速运动，并对线网喷涂研磨砂浆，高速运 动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上， 从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成 对材料的切割过程。
切割方式：游离磨粒式研磨。
多线切割示意图
放线
收线
研磨浆
各种工艺的应用范围
外圆切割：基本被淘汰。 內圆切割：小批量硅片生产中经常采用。 多线切割（钢线）：光伏行业主流切片工艺。 原因：多线切割的优点：
谱线结构： 1）特征谱+连续谱。 2）宽范围，连续谱。
常规实验测量全部使用小型XRD机。
问，如何获得单色X射线光源呢？
连续谱：电子加速过程辐射产生。
特征谱：靶材料内层电子跃迁产生，是材料的 特征谱。
实验XRD仪：Cu靶，
o
o
K 1.542A aSi 5.43A
X射线衍射原理
X射线在晶体内发生弹性散射。 晶体相当于三维的衍射光栅。 晶体结构，具有其特征化的衍射图样。 衍射图样：三维空间，沿不同方向加强的衍
多线切割 切痕 25-35
110-220 200 300 轻微
切口损耗(μm)
1000
300-500 150-210
切片的主要流程
主要环节： 晶体定向 粘结定向 上机切割 清洗
2. 晶体的X射线定向
1）X射线简介 2）X射线衍射原理 3）X射线定向
X射线简介
X射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁 波（0.01nm~10nm），满足量子化的能量关系， （可见光350～770nm）。
内容回顾
上一章内容安排的主要思路：
要加工什么工件 采用什么设备 如何进行加工 加工出什么产品 加工之后有何缺陷 如何处理加工缺陷 加工过程的评估
单晶圆锭(晶圆) 光伏圆锭(单晶)
铸锭多晶
滚磨 参考面
滚磨 开方
开方
滚磨开方机
金刚石带锯 金刚石线锯
金刚石带锯
表面处理与过程评估
形成的表面损伤层： 粗糙度， 晶格畸变、 污染等
S
uur uur
F =
f e iG rj
i
j 1
ur ur uur ur
G h b1 k b2 l b3 ,
ur ur uur uur rj n1 a1 n2 a2 n3 a3
(0 0 0), (1 1 0), (1 0 1 ), (0 1 1 ), 22 2 2 22
(1 1 1 ), (3 3 1 ), (3 1 3 ), (1 3 3 ), 444 444 444 444
1. 硅片切割概述
切片切割：是指利用外圆、内圆或者多线切 割机，按照确定的晶向，将经过滚磨开方， 外形规则的硅棒，切成薄片的过程。
地位：是主要的光伏硅片的成本，约70% 。 发展趋势：高效率、低成本、优良的表面参
数。
目前切片的主要工艺
外圆切割
切片手段
Fra Baidu bibliotek
内圆切割 多线切割
光滑钢线切割
（主流）
金刚石线切割
]
X射线衍射仪
探测
盖革计数器
入射
价格高低：光强，和可获得的最短波长，
min
hc 1.24 (nm) eV V(kV)
晶体单色X射线衍射图样
高效率。 小切口，低损耗。 可切硅片很薄。 表面质量优良（翘曲小，损伤层薄等）
切片手段的主要性能参数
表面结构 损伤层厚度(μm) 切割效率(cm2/h) 硅片最小厚度(μm) 适合硅片尺寸(mm)
硅片翘曲
外圆切割 剥落、破碎
100以下 严重
内圆切割 剥落、破碎
35-40 20-40 300 150-200 严重
处理方案：去除损伤层 过程评估：
加工效率， 切口大小， 加工面的质量参数大小（如粗糙度）
下一步工艺——切片
第二章 硅晶体的定向切割
2.1 硅片切割的概况 2.2 晶体的定向工艺 2.3 內圆切割设备与工艺 2.4 多线切割设备与工艺 2.5 切割片的清洗 2.6 硅片的主要参数
內（外）圆切割
定义：利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进 行切片的过程。
内（外）圆切割：刀片呈圆环状，刀口位于内 （外）环的边缘，刀口上有电镀的金刚石颗粒，
工作时刀片做高速旋转，从而利用锋利的金刚石 颗粒，对材料进行切割。
切割方式：固定磨粒式切割
内圆切割示意图
固定螺孔
金刚石刀口
多线切割切片原理
F = F1 F2
F1 :
(0
0
0), ( 1 2
1 2
0), ( 1 2
0
1 ), (0 2
1 2
1 ), 2
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111
F2
: (0 0
0), ( 4
4
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