硅片切割工艺

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内圆切割技术
内圆切割技术的优越性，具体表现在： （1）切片精度高。 （2）切片成本低，同规格级的内圆切片机价格为线切割机价格 1/3～1/4，线切割机 还需配置专用粘料机。 （3） 每片都可调整。 （4）小批量多规格加工时灵活的加工可调性 （5）自动、单片方式切换操作方便性。 （6）低成本的辅料（线切割机磨料及磨料液要定时更换）。 （7）不同片厚所需较小的调整时间。 （8）不同棒径所需较小的调整时间。 （9）修刀、装刀方便。 但是，随着硅圆片直径的增大，内圆切割技术的缺点使硅片表面的损伤层加 大（约为 30～40 微米）
示意图
WEDM加工原理是利用工件和电极丝之间的 脉冲性电火花放电。产生瞬间高温使工件材料局部熔 化或气化，从而达到加工目的。太阳能级硅晶体由于 其掺杂浓度比较高，电阻率在0．1 Q· cm一10Q· cm范 围内，利用WEDM切割是比较适合的。比利时鲁文大 学采用低速走丝电火花线切割(wEDM-LS)技术进行了 硅片切割研究，日本罔山大学采用WEDM进行了单晶 硅棒切割加工研究，并研制了电火花线切割原理样机 (图3)。试验表明：用电火花线切割加工法所获得的硅 片总厚度变化和弯曲程度与多线切割结果几乎一样； 切割的钼丝直径为9250肛m，切缝造成的硅材料损失 大约为280pm，与多线切割法得到的数值相当。
示意图片
内圆切割相对于外圆切割由于其刀片韧性较大，可以用来切割较大直径的硅片；与多线切 割比较优点是不需要供给砂浆、废弃物处理小、切片成本是它的1／3—1／4、每片可以进 行晶向调整和厚度调整、小批量多规格加工，缺点是表面损伤较大、切缝损失大、生产效 率低，是中小尺寸硅片小批量生产的主要方法。从目前wEDM的切割试验来看，所获得的 硅片总厚度变化和弯曲程度与多线切割结果几乎一样，而且其成本比多线切割低许多，将 成为一种非常有竞争力的加工手段。表l是这几种切割方法的比较旧。
外圆切割机主要有卧式和立式两种，由主轴系 统、冷却循环系统、工业机控制系统、电磁旋转工作 台等组成，其中主轴系统是它的核心系统，刀片安装 在主轴上面。一般是在钢质圆片基体外圆部分电镀 一层金刚石磨粒，可以单刀切割或者多刀切割。切 割时由于刀片太薄容易产生变形和侧向摆动，导致 硅片的切缝较大(1 mm左右)，晶面不平整，且切割 硅片的直径也不能太大(100 mm以内) 。
多线切割也称为线锯，通常是利用一根表面镀铜的不锈钢丝(直径8ຫໍສະໝຸດ Baidu肛m 一200 pm，长600km一800km)来回绕过导轮(有两轴、三轴或四轴几种)， 保持20 N一30 N的张紧力，形成一排成百的锯带，在导轮带动下以5 ln／8 一15 zn／s的速度高速运转(图1)。将含有粒度约10pm一25 pm的SiC或者金 刚石磨料的粘性浆料带入硅棒切割区域，磨料滚压嵌入硅晶体形成三体 磨料磨损从而产生切割作用(图2)。它加工出硅片弯曲度(BOW)、翘曲度 (WARP)、总厚度公差(1I’I'V)、切缝损失都很小，而且平行度(TA-PER)好、 表面损伤层浅。研究主要集中在切割机理、振动切割、切割方向、线张 力，温度控制等方面，并已取得很好的成果，已成为直径大于200mm硅 片切割的主流技术，切缝损失在150 pm一210 pm，硅片厚度可以达到100 肛m一200弘m，损伤层深度15 pm一25弘m，但在表面会留下明显的线痕。
内圆切割技术
80年代中期前主流切割方法
90年中后期成熟——多线切割
日渐成熟的电火花线切割
几种切割方式的比较
硅片切割新工艺
硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。该工艺用于处理 单晶硅或者多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很 薄的硅片。这些硅片就是制造光伏电池的基板 现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割 线。最多可达1000条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的 切割线“网“。马达驱动导线轮使整个切割线网以每秒5到25米的速度移 动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在整个切割过程中根据硅 锭的形状进行调整。在切割线运动过程中，喷嘴会持续向切割线喷射含 有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。 硅块被固定于切割台上，通常一次4块。切割台垂通过运动的切割线切 割网，使硅块被切割成硅片。 切割原理看似非常简单，但是实际操作过 程中有很多挑战。线锯必须精确平衡和控制切割线直径、切割速度和总 的切割面积，从而在硅片不破碎的情况下，取得一致的硅片厚度，并缩 短切割时间。