硅晶体滚磨与开方.pptVIP

第一章 硅晶体的滚磨与开方 1.0 简介 1.1 磨削加工知识 1.2 滚磨、开方设备及工作原理 1.3 滚磨、开方的加工过程 1.4 滚磨、开方后的表面的处理 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 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。 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。 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 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 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。 太阳能级硅单晶：去头尾、滚圆、切方 切方目的：获得四个直边。 不同用途的硅片 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 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。 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 两类典型磨削的部件 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 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。 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 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 金属切削的数值模拟(AdvantEdgetm FEM ) Third Wave Systems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。 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 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 1）切方滚磨机——（滚磨、切方） 2）金刚石带锯 3）金刚石线锯 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）—Band Saw 金刚石线锯（发展趋势）—Diamond Wire Saw 切割和研磨的区别： 切割—线接触；研磨—面接触 1、美国应用材料（瑞士HCT公司）：HCT-E800