硅片加工定向切割.ppt

内容回顾内容回顾 上一章内容安排的主要思路：上一章内容安排的主要思路： 要加工什么工件要加工什么工件 采用什么设备采用什么设备 如何进行加工如何进行加工 加工出什么产品加工出什么产品 加工之后有何缺陷加工之后有何缺陷 如何处理加工缺陷如何处理加工缺陷 加工过程的评估加工过程的评估 铸锭多晶铸锭多晶 单晶圆锭单晶圆锭(晶圆晶圆) 光伏圆锭光伏圆锭(单晶单晶) 参考面参考面 滚磨滚磨 滚磨滚磨 开方开方 开方开方 滚磨开方机滚磨开方机 金刚石带锯金刚石带锯 金刚石线锯金刚石线锯 金刚石带锯金刚石带锯 表面处理与过程评估表面处理与过程评估 形成的表面损伤层：形成的表面损伤层： 粗糙度，粗糙度， 晶格畸变、晶格畸变、 污染等污染等 处理方案：处理方案：去除损伤层去除损伤层 过程评估：过程评估： 加工效率，加工效率， 切口大小，切口大小， 加工面的质量参数大小（如粗糙度）加工面的质量参数大小（如粗糙度） 下一步工艺下一步工艺——切片切片 第二章第二章 硅晶体的定向切割硅晶体的定向切割 2.1 硅片切割的概况硅片切割的概况 2.2 晶体的定向工艺晶体的定向工艺 2.3 內圆切割设备与工艺內圆切割设备与工艺 2.4 多线切割设备与工艺多线切割设备与工艺 2.5 切割片的清洗切割片的清洗 2.6 硅片的主要参数硅片的主要参数 1. 硅片切割概述硅片切割概述 切片切割：切片切割：是指利用外圆、内圆或者多线是指利用外圆、内圆或者多线切切 割机割机，按照确定的，按照确定的晶向晶向，将经过滚磨开方，，将经过滚磨开方， 外形规则的外形规则的硅棒硅棒，切成，切成薄片薄片的过程。

的过程 地位：是主要的光伏硅片的成本，约地位：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目前切片的主要工艺 切片手段切片手段 外圆切割外圆切割 内圆切割内圆切割 多线切割多线切割 光滑钢线切割光滑钢线切割 （主流）（主流） 金刚石线切割金刚石线切割 內（外）圆切割內（外）圆切割 定义：定义：利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进 行切片的过程行切片的过程 内（外）圆切割：内（外）圆切割：刀片呈圆环状，刀口位于刀片呈圆环状，刀口位于内内 （外）（外）环环的边缘，刀口上有电镀的金刚石颗粒，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，对材料进行切割颗粒，对材料进行切割 切割方式：切割方式：固定磨粒式切割固定磨粒式切割 内圆切割示意图内圆切割示意图 金刚石刀口金刚石刀口 固定螺孔固定螺孔 多线切割切片原理多线切割切片原理 定义：定义：在机器导线轮带动下，光滑的在机器导线轮带动下，光滑的钢线钢线做做 高速运动高速运动，并对线网喷涂研磨，并对线网喷涂研磨砂浆砂浆，高速运，高速运 动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上，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。

对材料的切割过程 切割方式：游离磨粒式研磨切割方式：游离磨粒式研磨 多线切割示意图多线切割示意图 研磨浆研磨浆 放线放线 收线收线 各种工艺的应用范围各种工艺的应用范围 外圆切割：外圆切割：基本被淘汰基本被淘汰 內圆切割：內圆切割：小批量硅片生产中经常采用小批量硅片生产中经常采用 多线切割（钢线）：多线切割（钢线）：光伏行业主流切片工艺光伏行业主流切片工艺 原因：原因：多线切割的优点：多线切割的优点： 高效率 小切口，低损耗小切口，低损耗 可切硅片很薄可切硅片很薄 表面质量优良（翘曲小，损伤层薄等）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切片手段的主要性能参数 外圆切割外圆切割 内圆切割内圆切割 多线切割多线切割 表面结构表面结构 剥落、破碎剥落、破碎 剥落、破碎剥落、破碎 切痕切痕 损伤层厚度损伤层厚度(μm) - 35-40 25-35 切割效率切割效率(cm2/h) - 20-40 110-220 硅片最小厚度硅片最小厚度(μm) - 300 200 适合硅片尺寸适合硅片尺寸(mm) 100以下以下 150-200 300 硅片翘曲硅片翘曲 严重严重 严重严重 轻微轻微 切口损耗切口损耗(μm) 1000 300-500 150-210 切片的主要流程切片的主要流程 主要环节：主要环节： 晶体定向晶体定向 粘结定向粘结定向 上机切割上机切割 清洗清洗 2. 晶体的晶体的X射线定向射线定向 1））X射线简介射线简介 2））X射线衍射原理射线衍射原理 3））X射线定向射线定向 X射线简介射线简介 X射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁 波（波（0.01nm~10nm），满足量子化的能量关系，），满足量子化的能量关系， （可见光（可见光350～～770nm）。

主要特点：主要特点： a）波动性）波动性，典型的干涉衍射图样；，典型的干涉衍射图样； b）粒子性）粒子性，具有较强的穿透能力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，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衍射图样分析晶体的结构 hcEhhX射线的产生射线的产生 产生方式：产生方式： 1））高速运动的电子撞击靶机高速运动的电子撞击靶机——小型小型XRD机 2））同步辐射光源同步辐射光源——大型项目大型项目 谱线结构：谱线结构： 1））特征谱特征谱+连续谱 2））宽范围，连续谱宽范围，连续谱 常规实验测量全部使用小型常规实验测量全部使用小型XRD机 问，如何获得单色问，如何获得单色X射线光源呢？射线光源呢？ 连续谱：电子加速过程辐射产生连续谱：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：靶材料内层电子跃迁产生，是材料的 特征谱 实验实验XRD仪：仪：Cu靶，靶， 1.5425.43KSiAaAooX射线衍射原理射线衍射原理 X射线在晶体内发生弹性散射。

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衍射图样：三维空间，沿不同方向加强的衍 射光束 衍射原理衍射原理—布拉格方程布拉格方程 2sin( )1,2,3,...dmm 衍射加强条件：衍射加强条件： 三维情况下的衍射三维情况下的衍射 222sin( )1,2,3,...(')2'2022dmmKKRmKKGGK GGGK u u ruu ru ru u ruu ru ru ru u r u ru ru ru u rGu rKu u r衍射加强条件：波矢衍射加强条件：波矢 位于布里渊区边界位于布里渊区边界 Ku u rGu rKu u r'Kuu r'Kuu r123Gh bk bl b   u ru ru u ru r()h k l只要只要K落在布里渊区边界上，落在布里渊区边界上， 对特定晶面，对特定晶面，K大小大小和和方向方向受到限制受到限制 Si的几何结构因子的几何结构因子 1123112233()()()1,1 1111 1(000),(0),(0),(0),2 2222 2 1 1 13 3 13 1 31 3 3(),(),(),(),4 4 44 4 44 4 44 4 4[(1)]jjSiG r i jjSiG rih kih lil k iSi jF=f eGh bk bl brn anan aFf efeee  u u r u u ru u r u u ru ru ru u ruru ruruu ruu r()2 12[1]ih k leF F 1). h k l: 有奇数、偶数混和，消光有奇数、偶数混和，消光 2). (h+k+l)/2为奇数，消光为奇数，消光 基元、晶格结构因子基元、晶格结构因子 121()()() 12()2 21 1111 1: (0 0 0), (0), (0), (0),2 2222 2 [(1)] 1 1 1:(0 0 0), ()4 4 4[1]ih kih lil k Siih k lF=F FFFfeeeFFe  金刚石结构：金刚石结构：可以看做面心立方的复式晶格，这可以看做面心立方的复式晶格，这 样基元中含有两个样基元中含有两个Si原子，可以分别考虑面向立方原子，可以分别考虑面向立方 和基元的消光系数。

和基元的消光系数 X射线衍射仪射线衍射仪 入射入射 探测探测 盖革计数器盖革计数器 min1.24()()hcnmeVV kV价格高低：价格高低：光强，和可获得的最短波长，光强，和可获得的最短波长， 晶体单色晶体单色X射线衍射图样射线衍射图样 X射线晶体定向的方法射线晶体定向的方法 1. 选用单色选用单色X射线进行照射射线进行照射 2. 固定固定X射线入射方向射线入射方向 3. 依据待切割的晶向，固定出射束测量方向，即固依据待切割的晶向，固定出射束测量方向，即固 定待确定的晶面的入射角定待确定的晶面的入射角θ 4. 沿衍射方向，缓慢旋转晶体，并记录出射线强度沿衍射方向，缓慢旋转晶体，并记录出射线强度 变化，出射强度最强时，即需要确定的方向变化，出射强度最强时，即需要确定的方向 光线入射是光线入射是 方向，探测是方向，探测是 ，二者夹角是，二者夹角是2θ 也可以固定入射方向和晶体，调整测量方向，寻也可以固定入射方向和晶体，调整测量方向，寻 找衍射极大方向找衍射极大方向 Ku u r'Kuu rX射线结构分析射线结构分析 专业软件专业软件—包含材料的结构数据库包含材料的结构数据库 3. 內圆切割设备与工艺內圆切割设备与工艺 1））內圆切割设备与地位內圆切割设备与地位 2））内圆切割工艺流程内圆切割工艺流程 内圆切割内圆切割 内圆切割的地位：内圆切割的地位：内圆切割是传统的切割工艺，内圆切割是传统的切割工艺， 2000年之前，内圆切割是主流硅片切割技术，而目年之前，内圆切割是主流硅片切割技术，而目 前逐渐被多线切割取代，不过由于操作方便、设备前逐渐被多线切割取代，不过由于操作方便、设备 成本等因素，在小批量硅片生产中依然经常使用。

成本等因素，在小批量硅片生产中依然经常使用 设备分类：设备分类：立式、卧式内圆切割机立式、卧式内圆切割机 立式内圆切割原理立式内圆切割原理 内圆切割刀片：内圆切割刀片：绕自身轴（主轴）高速旋转运动绕自身轴（主轴）高速旋转运动 工件（硅锭）：工件（硅锭）： 进刀：进刀：硅锭从刀片圆心向外径方向逐渐水平移动，硅锭从刀片圆心向外径方向逐渐水平移动， 实现切割实现切割 退刀：退刀：切割完一片，硅锭水平退回到圆心切割完一片，硅锭水平退回到圆心 分度进给：分度进给：硅锭在硅锭在垂直方向垂直方向移动，距离为：移动，距离为： 硅片厚度硅片厚度+切口厚度切口厚度/2 ω V1 d 转动速度：高达转动速度：高达2000 r/mim(圈圈/分分) 内圆切割的特点内圆切割的特点 优点：优点： 成本低成本低 可切的硅棒尺寸可。