硅片加工滚磨开方讲课课件

硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方1硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方1.0简介滚磨和开方的目的，及所用设备硅片用途决定的加工工序晶圆单晶硅的工艺单晶光伏硅片的工艺铸锭多晶的工艺1.0简介滚磨和开方的目的，及所用设备滚磨与开方经过直拉法生长出的硅锭子，外形是不规则的圆柱体，外侧可能有晶棱出现，头和尾部均有锥形端，因此在进行硅片切割之前，需要对硅锭进行整形与分割，使其达到硅片切割（切片）的尺寸要求。以上以光伏单晶锭为例介绍。滚磨和开方的目的滚磨与开方经过直拉法生长出的硅锭子，外形是不规则的圆柱体，外开方的目的——切片开方切片开方的目的——切片开方切片滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。滚磨设备单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）开方将大块的硅锭，切割成所需要的长方体或者棱柱体。开方设备单晶切方滚磨机、(金刚石)带锯、(金刚石)线锯等工艺与设备滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。工艺与设备硅片加工滚磨开方讲课课件不同用途硅片的工艺要求根据用途不同，加工的工艺也不相同1）电路级硅单晶滚圆、制作参考面，不需要开方（晶圆尽量大）2）太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方3）太阳能级铸锭多晶开方分割不同用途硅片的工艺要求根据用途不同，加工的工艺也不相同电路级硅单晶用来制作大尺寸晶圆，尽量大，因此只需要滚圆，并制作参考面。电路级硅单晶用来制作大尺寸晶圆，尽量大，因此只需要滚圆，并制太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方切方目的获得四个直边。太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方不同用途的硅片IC级单晶硅片太阳能单晶硅片不同用途的硅片IC级单晶硅片太阳能单晶硅片切方滚圆太阳能硅片——单晶切方滚圆太阳能硅片——单晶铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，得到小体积的硅棒。开方目的获得小尺寸可加工的硅棒铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接太阳能硅片——多晶太阳能硅片——多晶1.1磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。定义通过模具（磨轮或者锯片），与工件（硅锭）产生相对运动，使模具上的金刚石颗粒对工件进行磨削的过程。1.1磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销售基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、应变、应变率、切屑等参数的分布分析。作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）处理之后的表面粗糙度~10um结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。工业上大量采用的仍是酸性腐蚀。滚磨和开方的目的，及所用设备应用对象较硬，而且较脆材料，第二游离磨粒式磨削材料（粉末）从工件上脱离的过程。常用的磨粒材料刚玉（Al2O3）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼假如从金属清洗角度考虑方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）6、北京京仪世纪QFP1000型多线开方机沿道轨纵向运动，可以实现打磨工件的不同位置，绕自身旋转，可以实现均匀打磨。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。磨削的分类机械磨削分为两类第一固定磨粒式磨削设备砂轮、带锯、线锯比如硅单晶滚磨、倒角等过程第二游离磨粒式磨削设备多线切割机比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销两类典型磨削的部件固定磨粒式—砂轮游离磨粒式本章主要采用固定磨粒式磨削两类典型磨削的部件固定磨粒式—砂轮游离磨粒式本章主要采用固定砂轮的构成砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的工艺，而制成的有一定外形的砂轮。磨粒切削研磨粘结剂粘合磨粒（金属、陶瓷、有机树脂）成型方式电镀、树脂、陶瓷砂轮的构成砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的工艺，而制成的砂轮的性能参数研磨的效果和磨粒关系密切磨粒的参数材料种类，尺寸，硬度，形状，烧结密度等常用的磨粒材料刚玉（Al2O3）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼砂轮的性能参数研磨的效果和磨粒关系密切类别名称颜色性能适用范围氧化物刚玉白色硬度高，韧性较好各种金属碳化物碳化硅碳化硼黑色绿色硬度较高,导热性好,韧性差铸铁,耐火材料及其它非金属研磨硬质合金超硬磨料人造金刚石立方氮化硅白棕黑色硬度最高,耐热性较硬度非常高硬质合金,宝石,陶瓷等高硬材料，及其它难加工材料磨粒的种类类别名称颜色性能适用范围氧化物刚玉硬度高，韧磨削过程的三个阶段1）弹性变形阶段磨粒和工件开始接触，发生摩擦并伴随发热。2）刻划阶段磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但未脱离材料母体。3）切削阶段材料（粉末）从工件上脱离的过程。磨削过程的三个阶段1）弹性变形阶段磨削加工的特点1.靠界面上大量磨粒进行磨削。2.磨粒硬度大，可以加工各种材料。3.磨粒尺寸小，可以切削的厚度很薄，因此，可以进行高精密加工，得到较小表面粗糙度。4.和传统刃口刀具比，磨削效率高，加工的速度快。5.磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。磨削加工的特点1.靠界面上大量磨粒进行磨削。影响磨削的参数砂轮的种类磨粒材料，粒度等参数等工件的特性硬度，任性，导热性能等砂轮转速工件进给速度砂轮和工件的压力影响磨削的参数砂轮的种类磨粒材料，粒度等参数等磨削对材料表面的损伤加工过程由于表面温度、挤压及其不均匀分分布，会在表面形成损伤，主要包括热裂纹晶格畸变（非单晶）应力残存杂质原子混入—掺杂表面粗糙度损伤层的厚度~几十um磨削对材料表面的损伤加工过程由于表面温度、挤压及其不均匀分磨削过程的评估1.对磨削的样品进行直接实验测量2.对过程进行模拟磨削过程的评估1.对磨削的样品进行直接实验测量金属切削的数值模拟

(AdvantEdgetmFEM)ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销售基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、应变、应变率、切屑等参数的分布分析。金属切削的数值模拟

(AdvantEdgetmFEM)T硅片加工滚磨开方讲课课件滚磨开方设备的磨削方式滚磨开方滚磨机——金刚石砂轮，固定磨粒，面接触开方开方滚磨机、金刚石带锯——固定磨粒，线接触金刚石线锯——固定磨粒，线接触滚磨开方设备的磨削方式滚磨滚磨和开方的目的，及所用设备铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，得到小体积的硅棒。靠界面上大量磨粒进行磨削。目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。设备简单，易于进行不规则表面的抛光磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。开方滚磨机——金刚石砂轮，固定磨粒，面接触处理之后的表面粗糙度~10um设备砂轮、带锯、线锯设备多线切割机锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。碱性腐蚀得到金字塔形表面滚磨机工作原理—四大运动4、上海日进NWSS125G多线开方机（建议）1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方机（AppliedMaterials）原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。第一固定磨粒式磨削锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但非磨削式切割电火花线切割利用做电极的金属导线，和工件表面之间的电火花放电，进行切割。原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化优点非接触，无污染，无损耗，内部挖洞式切割，应用对象较硬，而且较脆材料，要求一定的导电能力滚磨和开方的目的，及所用设备非磨削式切割电火花线切割利用做电硅片加工滚磨开方讲课课件1）切方滚磨机——（滚磨、切方）2）金刚石带锯3）金刚石线锯1.2滚磨、开方的设备1）切方滚磨机——（滚磨、切方）1.2滚磨、开方的设备滚磨、开方设备种类滚磨设备切方滚磨机开方设备切方滚磨机（缺口大，表面粗糙，效率低）金刚石带锯（主流）—BandSaw金刚石线锯（发展趋势）—DiamondWireSaw切割和研磨的区别切割—线接触；研磨—面接触滚磨、开方设备种类滚磨设备切方滚磨机1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方机（AppliedMaterials）2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方机4、上海日进NWSS125G多线开方机（建议）5、大连连城QF1250型多线开方机（建议）6、北京京仪世纪QFP1000型多线开方机7、北京京联发数控科技公司XQ50025线切方机主流开方设备1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方1）滚磨机结构滚磨机主体基座与框架滚磨区切方区1）滚磨机结构滚磨机主体基座与框架滚磨区切方区滚磨机的动力结构滚磨机动力部分液压系统电气系统冷却系统工件移动的动力面板，数控，各种电机滚磨区水流降温滚磨机的动力结构滚磨机动力部分液压系统电气系统冷却系统工件移控制的流程面板输入指令采集、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输电机发生动作控制的流程面板输入指令采集、分析面板指令，转化为电机所需信号硅片加工滚磨开方讲课课件滚磨机工作原理—四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动1）纵向工作台的纵向往复运动。2）工件的纵向移动和旋转运动。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。滚磨机工作原理—四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动工作台的运动工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可以带动工件，在导轨上纵向前后移动。工作台运动的速度和距离可以通过电机来精确控制。工作台导轨工作台的运动工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可以带动工件，3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方机应用对象较硬，而且较脆材料，设备简单，易于进行不规则表面的抛光碱性腐蚀得到金字塔形表面假如从金属清洗角度考虑3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。b:制作参考面——滚磨机打磨切割方式固定磨粒式切割，优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。加工对象滚磨后的平面、圆面线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切割线，利用其与工件相对运动，进行切割。2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机金刚石带锯——固定磨粒，线接触磨粒硬度大，可以加工各种材料。铸铁,耐火材料及其它非金属采集、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输单晶切方滚磨机、(金刚石)带锯、(金刚石)线锯等工件（硅锭）的运动工件有两种运动1）由工作台带动，一起进行的纵向运动。2）绕自身轴所作的旋转运动，并且速度可调。3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方滚磨砂轮的运动滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动和绕自身轴的旋转。沿道轨纵向运动，可以实现打磨工件的不同位置，绕自身旋转，可以实现均匀打磨。滚磨砂轮的运动滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动和绕自身轴的旋转。切方锯片的运动锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。切方锯片的运动锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切2）金刚石带锯切割原理带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，利用金刚石磨粒和工件相对运动，来进行切割。优点速度快，刀口损耗小，可进行大工件切割（用于大硅锭开方）缺点锯口仍有待减小，切割精密度还不够高，有一定表面粗糙度，只能沿锯条平面内切割，无法同时多方向、多片切割，无法进行切片，效率不够高。2）金刚石带锯切割原理带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，利用金刚金刚石带锯金刚石带锯带锯切割示意图带锯移动—切割方向锯条运动—切割带锯切割示意图带锯移动—切割方向锯条运动—切割3）金刚石线锯（发展方向）线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切割线，利用其与工件相对运动，进行切割。结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。切割方式固定磨粒式切割，典型尺寸金刚石颗粒20～40um，金钢线直径150～200um。3）金刚石线锯（发展方向）线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为金刚石线锯特点优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。（和多线切割相比）优点二切割速度更快，不使用切割液，使用水降温，成本低，切割出的硅粉可以方便回收。缺点钢线粗糙，不易稳定工作，划痕较严重，有金属污染。金刚石线锯特点优点切口小<300um，表面平整度高，可以两金刚石线锯示意图金刚石线锯示意图金刚石线锯和（切片）多线切割关系作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）为降低成本，开方的金刚石线锯，是在多线切割机基础上，将普通钢线换为金刚石线，并对绕线部件进行改进，目前主流多线切割设备，都可以进行此类改进。金刚石线锯和（切片）多线切割关系作为切片首先发展的是多线切割HCT多线切割HCT多线切割硅片加工滚磨开方讲课课件金刚石线锯和多线切割金刚石线锯（固定磨粒）多线切割（游离磨粒）切割液金刚石线锯和多线切割金刚石线锯多线切割切割液切方设备比较锯缝效率工件尺寸表面原料浪费应用范围滚磨机较大一次加工单个锭效率低中等(单晶锭)粗糙最大淘汰带锯小比较高最大(铸锭)平整较小主流金刚线线锯最小两个方向同时切割效率最高最小(单晶锭)略粗糙最小发展切方设备比较锯缝效率工件表面原料浪费应用范围滚磨机较大一次加切方手段的发展趋势半导体、光伏以及电子行业对材料切割提出了更高要求，目前切割方面的发展趋势是高效率、低成本，高加工精度，（如窄切缝，低表面损伤，低翘曲度等）。设备切方滚磨机金刚石带锯金刚石线锯切方手段的发展趋势半导体、光伏以及电子行业对材料切割提出了更金刚石切割线相关企业河南恒星科技股份有限公司——巩义

2011年5月与江西塞维合作生产5200吨超精细钢线直径130um。河南黄河旋风——世界产量最大的人造金刚石基地——长葛郑州华晶金刚石——郑州中南钻石——南阳方城（世界最大工业级金刚石）三门峡金渠郑州磨粒模具研磨所——三磨所金刚石切割线相关企业河南恒星科技股份有限公司——巩义1.3滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程1）IC单晶硅锭外径滚磨，制作参考面2）光伏单晶硅外径滚磨，开方3）多晶铸锭开方1.3滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程1）IC单晶硅锭的加工a:侧面滚磨——滚磨机打磨b:制作参考面——滚磨机打磨硅锭晶体定向磨轮和硅锭安装外侧滚圆制作参考面1）IC单晶硅锭的加工a:侧面滚磨——滚磨机打磨硅锭晶体滚圆过程硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，设置一定推进量d，固定工件位置和磨轮，逐渐磨削。d硅锭滚圆过程硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，设置一定推进参考面制作加工流程采用研磨设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即（110），研磨出一个平面。物理过程固定磨粒研磨参考面要求正确取向，严格磨削深度参数设置磨削深度，硅锭转速、轴向移动速度，磨轮转速等参考面制作加工流程采用研磨设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即参考面滚磨制作参考面滚磨制作LhR打磨深度（h）的计算不同尺寸硅片的参考面，张角2θ0一致LhR打磨深度（h）的计算不同尺寸硅片的参考面，张角2θ0一2）单晶太阳能硅锭a滚磨——滚磨机b:切方——带锯、线锯截面上只切出一片方块2）单晶太阳能硅锭a滚磨——滚磨机截面上只切出一片方块太阳能硅单晶切方2RL硅锭计算切割深度d，然后在四个垂直的方向进行切割d太阳能硅单晶切方2RL硅锭计算切割深度d，然后在四个垂直的方3）铸锭多晶硅开方将大块多晶硅锭，开方成小块的立方体。特点铸锭体积比较大，需要更大工作台使用设备带锯、线锯加工大尺寸硅锭，要求工作台较大，切割效率高，有时甚至可以适当牺牲加工精密度。（带锯可加工的工件尺寸最大）3）铸锭多晶硅开方将大块多晶硅锭，开方成小块的立方体。铸锭多晶硅典型尺寸：840mm×840mm×273.7mm带锯可加工尺寸：800mm×800mm×740mm铸锭多晶硅典型尺寸：840mm×840mm×273.7mm1.4表面处理在滚磨开方的工序过程中，被加工的平面上，表层有不同深度的损伤，为了将损伤减小，需要对表面进行处理。目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。损伤应力分布、晶格畸变、表面粗糙化、非晶化、表面污染等去除厚度30～50um（大于损伤层）适用条件适合机械研磨以后的初次抛光1.4表面处理在滚磨开方的工序过程中，被加工的平面上，表去除损伤层方法1）化学腐蚀a.酸性腐蚀;b.碱性腐蚀2）机械抛光处理之后的表面粗糙度~10um去除损伤层方法1）化学腐蚀1）化学腐蚀化学腐蚀的特点设备简单，易于进行不规则表面的抛光核心问题控制反应速度，腐蚀深度，减小腐蚀后的粗糙度可调参数腐蚀液的配比（酸性、氧化性相对大小）、反应的温度1）化学腐蚀化学腐蚀的特点a）酸性腐蚀腐蚀液[HF]:[HNO3]:[HAc]=(1~2):(5~7):(1~2)反应的优点反应速度快，过程中放热，不需要加热缺点反应生成的氮化物，需要额外处理a）酸性腐蚀腐蚀液酸腐蚀的机理表层硅的酸腐蚀、清洗机理1.硅被HNO3氧化，反应为：2.用HF去除SiO2层，反应为：3.总化学反应为：酸腐蚀的机理表层硅的酸腐蚀、清洗机理1.硅被HNO3氧化，b）碱腐蚀

腐蚀液：

NaOH/KOH+H2O浓度15%～40%反应的优点：反应需加温度，一般80～95℃，速度比较慢，易控制，废液也易处理。（无定形的硅，反应很快）缺点：反应是纵向反应，易向深层腐蚀，容易形成表面粗糙度增加，残余碱不易去除。b）碱腐蚀碱溶液腐蚀的机理硅的碱性腐蚀抛光机理工业上大量采用的仍是酸性腐蚀。加热碱溶液腐蚀的机理硅的碱性腐蚀抛光机理工业上大量采用的仍是酸性酸腐蚀和碱腐蚀的比较参数酸腐蚀碱腐蚀反应中的热量放热吸热、80～100℃粗糙度较小较大金属污染腐蚀液金属污染小、反应温度低，对硅污染小腐蚀液含金属污染大，对硅污染大腐蚀斑点控制0.6S内转移到水中2S内转移到水中成本较高较低残液处理污染环境，不好处理容易处理酸腐蚀和碱腐蚀的比较参数酸腐蚀碱腐蚀反应中的热量放热吸热、8腐蚀的效果腐蚀去除的元素Si、金属、有机物、等等随着腐蚀进行，材料从硅棒进入溶液？√被腐蚀的杂质是否全部随溶液冲走？×原因部分金属离子的二次吸附污染——（和沉积电位有关）腐蚀的效果腐蚀去除的元素Si、金属、有机物、等等假如从金属清洗角度考虑碱性腐蚀的不足——二次污染碱性腐蚀，带来金属污染，如Na碱性环境中，Si带负电，吸引带正电的金属离子，因此易形成金属二次沾污。酸性腐蚀——表面清洁作用金属污染在表层，而表层Si被HNO3氧化，随后被HF清洗，因此表层可以得到较好清洗。假如从金属清洗角度考虑碱性腐蚀的不足——二次污染单晶腐蚀的效果腐蚀速率和晶向有关各向异性单晶腐蚀后的表面有一定形貌碱性腐蚀得到金字塔形表面酸性腐蚀得到孔洞型的表面单晶腐蚀的效果腐蚀速率和晶向有关各向异性金字塔表面金字塔表面2）机械抛光采用机械磨削的方法，对滚磨开方的晶体表面进行精细抛光，从而减少损伤层的厚度。方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。加工对象滚磨后的平面、圆面精密度粗抛光10～20um精细抛光<1um原则采用不同大小的磨粒，进行逐步精细抛光。2）机械抛光采用机械磨削的方法，对滚磨开方的晶体表面进行精细金刚石毛刷金刚石毛刷硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方80硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方1.0简介滚磨和开方的目的，及所用设备硅片用途决定的加工工序晶圆单晶硅的工艺单晶光伏硅片的工艺铸锭多晶的工艺1.0简介滚磨和开方的目的，及所用设备滚磨与开方经过直拉法生长出的硅锭子，外形是不规则的圆柱体，外侧可能有晶棱出现，头和尾部均有锥形端，因此在进行硅片切割之前，需要对硅锭进行整形与分割，使其达到硅片切割（切片）的尺寸要求。以上以光伏单晶锭为例介绍。滚磨和开方的目的滚磨与开方经过直拉法生长出的硅锭子，外形是不规则的圆柱体，外开方的目的——切片开方切片开方的目的——切片开方切片滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。滚磨设备单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）开方将大块的硅锭，切割成所需要的长方体或者棱柱体。开方设备单晶切方滚磨机、(金刚石)带锯、(金刚石)线锯等工艺与设备滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。工艺与设备硅片加工滚磨开方讲课课件不同用途硅片的工艺要求根据用途不同，加工的工艺也不相同1）电路级硅单晶滚圆、制作参考面，不需要开方（晶圆尽量大）2）太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方3）太阳能级铸锭多晶开方分割不同用途硅片的工艺要求根据用途不同，加工的工艺也不相同电路级硅单晶用来制作大尺寸晶圆，尽量大，因此只需要滚圆，并制作参考面。电路级硅单晶用来制作大尺寸晶圆，尽量大，因此只需要滚圆，并制太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方切方目的获得四个直边。太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方不同用途的硅片IC级单晶硅片太阳能单晶硅片不同用途的硅片IC级单晶硅片太阳能单晶硅片切方滚圆太阳能硅片——单晶切方滚圆太阳能硅片——单晶铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，得到小体积的硅棒。开方目的获得小尺寸可加工的硅棒铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接太阳能硅片——多晶太阳能硅片——多晶1.1磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。定义通过模具（磨轮或者锯片），与工件（硅锭）产生相对运动，使模具上的金刚石颗粒对工件进行磨削的过程。1.1磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销售基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、应变、应变率、切屑等参数的分布分析。作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）处理之后的表面粗糙度~10um结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。工业上大量采用的仍是酸性腐蚀。滚磨和开方的目的，及所用设备应用对象较硬，而且较脆材料，第二游离磨粒式磨削材料（粉末）从工件上脱离的过程。常用的磨粒材料刚玉（Al2O3）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼假如从金属清洗角度考虑方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）6、北京京仪世纪QFP1000型多线开方机沿道轨纵向运动，可以实现打磨工件的不同位置，绕自身旋转，可以实现均匀打磨。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。磨削的分类机械磨削分为两类第一固定磨粒式磨削设备砂轮、带锯、线锯比如硅单晶滚磨、倒角等过程第二游离磨粒式磨削设备多线切割机比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销两类典型磨削的部件固定磨粒式—砂轮游离磨粒式本章主要采用固定磨粒式磨削两类典型磨削的部件固定磨粒式—砂轮游离磨粒式本章主要采用固定砂轮的构成砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的工艺，而制成的有一定外形的砂轮。磨粒切削研磨粘结剂粘合磨粒（金属、陶瓷、有机树脂）成型方式电镀、树脂、陶瓷砂轮的构成砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的工艺，而制成的砂轮的性能参数研磨的效果和磨粒关系密切磨粒的参数材料种类，尺寸，硬度，形状，烧结密度等常用的磨粒材料刚玉（Al2O3）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼砂轮的性能参数研磨的效果和磨粒关系密切类别名称颜色性能适用范围氧化物刚玉白色硬度高，韧性较好各种金属碳化物碳化硅碳化硼黑色绿色硬度较高,导热性好,韧性差铸铁,耐火材料及其它非金属研磨硬质合金超硬磨料人造金刚石立方氮化硅白棕黑色硬度最高,耐热性较硬度非常高硬质合金,宝石,陶瓷等高硬材料，及其它难加工材料磨粒的种类类别名称颜色性能适用范围氧化物刚玉硬度高，韧磨削过程的三个阶段1）弹性变形阶段磨粒和工件开始接触，发生摩擦并伴随发热。2）刻划阶段磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但未脱离材料母体。3）切削阶段材料（粉末）从工件上脱离的过程。磨削过程的三个阶段1）弹性变形阶段磨削加工的特点1.靠界面上大量磨粒进行磨削。2.磨粒硬度大，可以加工各种材料。3.磨粒尺寸小，可以切削的厚度很薄，因此，可以进行高精密加工，得到较小表面粗糙度。4.和传统刃口刀具比，磨削效率高，加工的速度快。5.磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。磨削加工的特点1.靠界面上大量磨粒进行磨削。影响磨削的参数砂轮的种类磨粒材料，粒度等参数等工件的特性硬度，任性，导热性能等砂轮转速工件进给速度砂轮和工件的压力影响磨削的参数砂轮的种类磨粒材料，粒度等参数等磨削对材料表面的损伤加工过程由于表面温度、挤压及其不均匀分分布，会在表面形成损伤，主要包括热裂纹晶格畸变（非单晶）应力残存杂质原子混入—掺杂表面粗糙度损伤层的厚度~几十um磨削对材料表面的损伤加工过程由于表面温度、挤压及其不均匀分磨削过程的评估1.对磨削的样品进行直接实验测量2.对过程进行模拟磨削过程的评估1.对磨削的样品进行直接实验测量金属切削的数值模拟

(AdvantEdgetmFEM)ThirdWaveSystems公司，主要业务是开发和销售基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、应变、应变率、切屑等参数的分布分析。金属切削的数值模拟

(AdvantEdgetmFEM)T硅片加工滚磨开方讲课课件滚磨开方设备的磨削方式滚磨开方滚磨机——金刚石砂轮，固定磨粒，面接触开方开方滚磨机、金刚石带锯——固定磨粒，线接触金刚石线锯——固定磨粒，线接触滚磨开方设备的磨削方式滚磨滚磨和开方的目的，及所用设备铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，得到小体积的硅棒。靠界面上大量磨粒进行磨削。目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。设备简单，易于进行不规则表面的抛光磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。开方滚磨机——金刚石砂轮，固定磨粒，面接触处理之后的表面粗糙度~10um设备砂轮、带锯、线锯设备多线切割机锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。碱性腐蚀得到金字塔形表面滚磨机工作原理—四大运动4、上海日进NWSS125G多线开方机（建议）1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方机（AppliedMaterials）原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。第一固定磨粒式磨削锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但非磨削式切割电火花线切割利用做电极的金属导线，和工件表面之间的电火花放电，进行切割。原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化优点非接触，无污染，无损耗，内部挖洞式切割，应用对象较硬，而且较脆材料，要求一定的导电能力滚磨和开方的目的，及所用设备非磨削式切割电火花线切割利用做电硅片加工滚磨开方讲课课件1）切方滚磨机——（滚磨、切方）2）金刚石带锯3）金刚石线锯1.2滚磨、开方的设备1）切方滚磨机——（滚磨、切方）1.2滚磨、开方的设备滚磨、开方设备种类滚磨设备切方滚磨机开方设备切方滚磨机（缺口大，表面粗糙，效率低）金刚石带锯（主流）—BandSaw金刚石线锯（发展趋势）—DiamondWireSaw切割和研磨的区别切割—线接触；研磨—面接触滚磨、开方设备种类滚磨设备切方滚磨机1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方机（AppliedMaterials）2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方机4、上海日进NWSS125G多线开方机（建议）5、大连连城QF1250型多线开方机（建议）6、北京京仪世纪QFP1000型多线开方机7、北京京联发数控科技公司XQ50025线切方机主流开方设备1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方1）滚磨机结构滚磨机主体基座与框架滚磨区切方区1）滚磨机结构滚磨机主体基座与框架滚磨区切方区滚磨机的动力结构滚磨机动力部分液压系统电气系统冷却系统工件移动的动力面板，数控，各种电机滚磨区水流降温滚磨机的动力结构滚磨机动力部分液压系统电气系统冷却系统工件移控制的流程面板输入指令采集、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输电机发生动作控制的流程面板输入指令采集、分析面板指令，转化为电机所需信号硅片加工滚磨开方讲课课件滚磨机工作原理—四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动1）纵向工作台的纵向往复运动。2）工件的纵向移动和旋转运动。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。滚磨机工作原理—四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动工作台的运动工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可以带动工件，在导轨上纵向前后移动。工作台运动的速度和距离可以通过电机来精确控制。工作台导轨工作台的运动工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可以带动工件，3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方机应用对象较硬，而且较脆材料，设备简单，易于进行不规则表面的抛光碱性腐蚀得到金字塔形表面假如从金属清洗角度考虑3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。b:制作参考面——滚磨机打磨切割方式固定磨粒式切割，优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。加工对象滚磨后的平面、圆面线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切割线，利用其与工件相对运动，进行切割。2、瑞士梅耶博格MeyerBuegerBS801/805型带锯切方机金刚石带锯——固定磨粒，线接触磨粒硬度大，可以加工各种材料。铸铁,耐火材料及其它非金属采集、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输单晶切方滚磨机、(金刚石)带锯、(金刚石)线锯等工件（硅锭）的运动工件有两种运动1）由工作台带动，一起进行的纵向运动。2）绕自身轴所作的旋转运动，并且速度可调。3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方滚磨砂轮的运动滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动和绕自身轴的旋转。沿道轨纵向运动，可以实现打磨工件的不同位置，绕自身旋转，可以实现均匀打磨。滚磨砂轮的运动滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动和绕自身轴的旋转。切方锯片的运动锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。切方锯片的运动锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切2）金刚石带锯切割原理带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，利用金刚石磨粒和工件相对运动，来进行切割。优点速度快，刀口损耗小，可进行大工件切割（用于大硅锭开方）缺点锯口仍有待减小，切割精密度还不够高，有一定表面粗糙度，只能沿锯条平面内切割，无法同时多方向、多片切割，无法进行切片，效率不够高。2）金刚石带锯切割原理带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，利用金刚金刚石带锯金刚石带锯带锯切割示意图带锯移动—切割方向锯条运动—切割带锯切割示意图带锯移动—切割方向锯条运动—切割3）金刚石线锯（发展方向）线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切割线，利用其与工件相对运动，进行切割。结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。切割方式固定磨粒式切割，典型尺寸金刚石颗粒20～40um，金钢线直径150～200um。3）金刚石线锯（发展方向）线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为金刚石线锯特点优点切口小<300um，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。（和多线切割相比）优点二切割速度更快，不使用切割液，使用水降温，成本低，切割出的硅粉可以方便回收。缺点钢线粗糙，不易稳定工作，划痕较严重，有金属污染。金刚石线锯特点优点切口小<300um，表面平整度高，可以两金刚石线锯示意图金刚石线锯示意图金刚石线锯和（切片）多线切割关系作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）为降低成本，开方的金刚石线锯，是在多线切割机基础上，将普通钢线换为金刚石线，并对绕线部件进行改进，目前主流多线切割设备，都可以进行此类改进。金刚石线锯和（切片）多线切割关系作为切片首先发展的是多线切割HCT多线切割HCT多线切割硅片加工滚磨开方讲课课件金刚石线锯和多线切割金刚石线锯（固定磨粒）多线切割（游离磨粒）切割液金刚石线锯和多线切割金刚石线锯多线切割切割液切方设备比较锯缝效率工件尺寸表面原料浪费应用范围滚磨机较大一次加工单个锭效率低中等(单晶锭)粗糙最大淘汰带锯小比较高最大(铸锭)平整较小主流金刚线线锯最小两个方向同时切割效率最高最小(单晶锭)略粗糙最小发展切方设备比较锯缝效率工件表面原料浪费应用范围滚磨机较大一次加切方手段的发展趋势半导体、光伏以及电子行业对材料切割提出了更高要求，目前切割方面的发展趋势是高效率、低成本，高加工精度，（如窄切缝，低表面损伤，低翘曲度等）。设备切方滚磨机金刚石带锯金刚石线锯切方手段的发展趋势半导体、光伏以及电子行业对材料切割提出了更金刚石切割线相关企业河南恒星科技股份有限公司——巩义

2011年5月与江西塞维合作生产5200吨超精细钢线直径130um。河南黄河旋风——世界产量最大的人造金刚石基地——长葛郑州华晶金刚石——郑州中南钻石——南阳方城（世界最大工业级金刚石）三门峡金渠郑州磨粒模具研磨所——三磨所金刚石切割线相关企业河南恒星科技股份有限公司——巩义1.3滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程1）IC单晶硅锭外径滚磨，制作参考面2）光伏单晶硅外径滚磨，开方3）多晶铸锭开方1.3滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程1）IC单晶硅锭的加工a:侧面滚磨——滚磨机打磨b:制作参考面——滚磨机打磨硅锭晶体定向磨轮和硅锭安装外侧滚圆制作参考面1）IC单晶硅锭的加工a:侧面滚磨——滚磨机打磨硅锭晶体滚圆过程硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，设置一定推进量d，固定工件位置和磨轮，逐渐磨削。d硅锭滚圆过程硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，设置一定推进参考面制作加工流程采用研磨设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即（110），研磨出一个平面。物理过程固定磨粒研磨参考面要求正确取向，严格磨削深度参数设置磨削深度，硅锭转速、轴向移动速度，磨轮转速等参考面制作加工流程采用研磨设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即参考面滚磨制作参考面滚磨制作LhR打磨深度（h）的计算不同尺寸硅片的参考面，张角2θ0一致LhR打磨深度（h）的计算不同尺寸硅片的参考面，张角2θ0一2）单晶太阳能硅锭a滚磨——滚磨机b:切方——带锯、线锯截面上只切出一片方块2）单晶太阳能硅锭a滚磨——滚磨机截面上只切出