IC级晶锭游离磨料电解磨削多线切割工艺（FAEMS）研究

1、IC级晶锭游离磨料电解磨削多线切割工艺FAEMS研究康洪亮【摘要】本文简单的介绍IC级晶锭FAEMS的原理，及与FAMS【1】在硅片总厚度差翘曲度外表质量的比照试验，验证参加电解后，FAEMS可以更好的改善切割工艺，提高加工质量和效率。【关键词】游离磨料；多线切割；电解；总厚度差；翘曲度；外表质量1实验简介硅片游离磨料电解磨削多线切割Freeabrasiveelectrochemicalmulti-wiresawing，FAEMS是在机械磨削的根底上复合了电化学作用，能够显著降低宏观切削力，减少硅片外表损伤层，有利于实现大尺寸超薄硅片加工。本文将从材料去除机理和实验验证上，介绍FAEMS在加工

2、尺寸精度和外表质量等方面所取得的一些研究进展。2实验原理FAEMS是在现有游离磨料多线切割的根底上，在硅锭与切割线间加上连续或脉冲电源，利用切削液的弱导电性产生微区钝化或腐蚀，在机械磨削的同时复合电化学腐蚀，FAEMS属于复合加工方法，该方法以机械磨削为主，电化学作用为辅。其中，电化学作用有利于机械切削力的减小，切割产物兼具磨料作用，可以降低断丝几率，提高硅片切割效率；机械磨削作用有利于电化学钝化或腐蚀的持续进行，硅片机械损伤层更薄，外表完整性好，减少了后续减薄量，提高了材料利用率。切割过程中，硅锭和切割线分别连接到电源的正极和负极，构成电化学反应的阳极和阴极，产生微弱的电化学反应，在硅锭的外

3、表形成钝化膜。钝化膜不断被快速移动的切割线夹带的磨料刮除；露出新鲜外表后，继续发生电化学作用，材料去除过程不断重复。钝化膜是在阳极电场的作用下，硅基体材料和切削液中存在的氧元素发生阳极氧化反应形成的，主要成分是硅的氧化物。其结构疏松多孔，相比于新裸露的硅基体硬度较低，易于切割，降低了宏观切削力，磨削加工更易进行，剩余应力更小。试验时电源正极采用专用进电方法连接到硅锭，负极通过碳刷或专用进电工具连接到切割线。在开展比照试验时，FAEMS的各项工艺参数与FAMS保持一致。3实验设备与材料MWM442DM多线切割机，5英寸N硅锭假设干，MS103测试仪一台，导电碳/银浆，导线假设干，贵金属电镀脉冲电

4、源，导电块，4实验数据与结果硅片的外表完整性评价指标主要包括几何加工参数TTV、WARP、硅片外表质量以及亚外表质量等方面。采用单一变量法进行实验。4.1几何加工参数4.1.1硅片厚度与TTV统计的FAMSFAMS的有效片数572-584um，TTV20m，WARP40m是704片，平均厚度为581.62m，平均TTV为4.26m；统计的FAEMSFAEMS的有效片数572-584um，TTV20m，WARP40m是683片，平均厚度为580.62m，平均TTV为3.54m。FAEMS的TTV相比于FAMS略有减小，且TTV分布区间也有差异。从统计结果可以得出，FAMS的TTV值集中区间在4-

5、5m，而FAEMS的TTV值集中于3-4m之间，比FAMS的厚度误差范围小。这是因为FAEMS复合了电化学作用，生成易于切割的钝化层，降低了宏观切削力和切割负载，减小了因切割阻力大引起的切割线的震颤，进而降低了TTV。4.1.2WARP统计与分析翘曲度WARP是反映硅片变形和剩余应力的一个重要指标，尤其是随着硅片尺寸的不断变大，硅片弯曲和翘曲更加严重，所以对翘曲度的要求也越来越高。对FAEMS和FAMS硅片的WARP统计发现，FAMS硅片的平均Warp为18.12m，Warp主要分布在1524m之间，而FAEMS硅片的平均Warp为14.38m，主要分布在1019m之间，其均值和分布区间均优于

6、FAMS。FAEMS对硅片Warp的改善与其加工机理密切相关。硅片的剩余应力影响翘曲度，FAMS完全依靠机械磨削，在加工过程中极易发生加工硬化产生剩余应力；而FAEMS的加工机理不同，在机械磨削的同时复合电化学加工，能有效的降低切割负载，减少加工硬化的出现，减少剩余应力，所以FAEMS的硅片Warp有明显改善。4.2外表质量检测与分析切片后的硅片的外表质量与缺陷主要包括：线痕、孔洞、裂纹、暗裂、颗粒剥落、崩边，杂质分布等等【2】。4.2.1对其进行外表剩余杂质分析硅材料在制造过程中需严格控制杂质含量，否那么杂质原子会与结晶学缺陷相互作用，形成少数载流子的复合中心，大大减小扩散长度。取清洗洁净后

7、的FAEMS硅片，对其外表进行EDS检测，从能谱图中可以看出FAEMS硅片外表只含有Si一种元素，并未引入其他元素。4.2.2亚外表损伤检测与分析多线切割时切割线带动磨粒切削，引起硅片亚表层产生横向裂纹和中位裂纹，形成损伤层。由于损伤层的存在，在硅片的亚外表会出现隐裂、凹坑、孔洞、划痕等缺陷，而这些缺陷会对硅片后道工序产生不利影响。硅片在碱溶液中各向异性腐蚀，但是由于硅片外表存在的损伤区域反应活性高，缺陷周围存在的局部应力场使腐蚀速度加快，出现速率差，缺陷处与完美处形成明暗比照，硅片外表局部损伤层被去除后，暗裂、微裂纹、微沟槽等缺陷显现出来。将FAMS的硅片和FAEMS的硅片置于80恒温质量分

8、数为20%的NaOH溶液中腐蚀20min，去除局部损伤层后在显微镜下观察两种样片的微观结构。FAMS的硅片经腐蚀处理后亚外表形貌，可以看到其外表存在微裂纹和较深的沟槽，这些缺陷既影响电池片的光电转换效率，又容易引起碎片，影响使用寿命。FAEMS的硅片经腐蚀处理后亚外表形貌，其外表损伤根本平坦均匀匀，无明显的沟槽和裂纹，在后續工序中也不易引起碎片。5结论FAEMS方法加工的硅片的TTV和WARP均优于FAMS的硅片。因为FAMS是依靠机械磨削“冷加工来制造硅片，属于非刚性切割，在切割过程中切割线必然产生变形从而不断产生瞬间的冲击作用；而FAEMS属于复合加工，能有效降低宏观切削力，减少切割负载。FAEMS方法由于在机械磨削的同时复合了电化学作用生成了易于切割的钝化层，对硅片外表的线痕、剥落以及损伤层都有一定的改善作用。此外FAEMS法硅片的外表损伤层更薄。在后续的工作中将结合游离磨料和固结磨料两种切割方法，进一步研究电解磨削多线切割对位错、剩余应力的