[發明專利]硅片的磨削/電解復合多線切割加工方法

有效

• 申請號: 201010141727.3
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101797713A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 汪煒;劉正塤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24B27/06
• 分類號: B24B27/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及一種利用磨削/電解復合加工技術對硅片進行切割的方法， 具體地說是一種磨削電解復合多線切割硅片的方法。此方法同樣適合于對 半導體材料進行磨削電解復合多線切割加工。

背景技術

硅片是半導體和光伏產業鏈中的主要生產原料。多線切割(MWS： Multi-Wire-Slicing)是進行脆硬材料(如硅錠等)切割的一種工藝方法，它 不同于傳統的內圓和外圓等切割方式，其原理是通過一根高速運動的金屬 切割線(通常為鋼絲)帶動附著在其上的游離磨料(或固結磨料，生產效 率更高，但成本也高)對硅錠進行磨削，從而達到切割目的。在整個切割 過程中，鋼絲通過導線輪的引導，在主線輥上形成一張線網，通過工作臺 的運動實現待加工工件的進給，可以同時切割出幾百個切片。與現有其他 切割方法相比，具有高效、高精度等顯著優點。

盡管目前已能采用多線切割方法生產出面積較大(30cm×30cm)而又較 薄的硅片，但由于仍屬于非剛性切割，在切割過程中金屬切割線必然產生 變形從而不斷對切割硅片產生瞬間的沖擊作用，同時，還要兼顧切縫內鋼 絲的冷卻問題，要使目前的大尺寸硅片厚度進一步降低，并提高硅片切割 厚度和控制切割損耗，實現低成本高效切割，技術難度相當大。

近年來，國內外針對硅片切割技術的應用需求，除了進行多線切割研 究之外，也在尋找新的加工途徑，如電火花線切割方法，電極絲通常為銅 絲或鉬絲。比利時魯文大學采用低速走絲電火花線切割技術進行了硅片切 割研究，日本岡山大學采用電火花線切割技術(WEDM)，以去離子水作為 工作液，進行了單晶硅棒切割加工研究，并研制了多線放電切割原理樣機 (由多個獨立的運絲系統組成)。該方法的依據是取向生長法形成的單晶硅 錠具有很低的電阻率(0.01Ω·cm)，使得用線切割放電加工技術切割硅錠成為 可能。用線切割放電加工法所獲得的硅片總厚度變化(TTV)和彎曲程度 (Warp)與多線切割結果幾乎一樣。切縫造成的硅材料損失大約為250μm， 與多線切割法得到的數值相當。但是，在上述相關研究中，由于采用去離 子水作為工作介質，放電能量較大，硅片表面有明顯的熱影響區，加工效 率不高(目前最高切割效率＜100mm²/min)，并且沒有考慮硅片表面金屬元 素殘留問題，所以，目前尚不能與太陽能硅片電池制造工藝兼容。

南京航空航天大學采用電火花/電解復合加工的方法，對太陽能硅片進 行了切割制絨一體化研究(發明專利授權號：ZL200710025572.5)，熱影響 區和金屬元素殘留均得到了有效控制，單片切割效率大為提高。但是，當 進行硅片的多線切割時，放電電流過大容易斷絲，使該方法在多線切割技 術中無法得到應用。

美國應用材料有限公司研究了以電化學機械研磨法進行襯底平坦化 (發明專利授權號：ZL02803505.4)，實現了用較低的襯底與研磨設備之間 的接觸壓力來平坦化襯底表面的方法。

發明內容

本發明目的是針對現有硅片多線切割方法，由于主要以磨削作用為主， 較大的機械切削力限制了鋼絲線徑的進一步減小，導致硅片厚度和切縫寬 度很難進一步降低，切割效率也很難提高，無法滿足硅片(特別是太陽能 硅片)目益增長需求等存在的瓶頸問題，發明一種通過外加低壓連續(或 脈沖)直流電源，在金屬切割線對硅錠進行機械磨削的同時，復合陽極(硅 棒或硅錠)鈍化(或腐蝕)，進而降低宏觀切削力，實現大尺寸超薄硅片磨 削/電解復合的多線切割加工方法。

具體地說，就是在金屬切割線與硅錠之間保持一定的磨削壓力，磨料 (游離磨料通常為碳化硅，固結磨料通常為金剛石微粉)使金屬切割線(通 常為鋼絲)表面與硅錠之間形成一定的電解間隙(＜0.02mm)，同時向間隙 中供給切削液，在直流電場的作用下，硅錠表面由于電解作用生成鈍化膜； 這些電解產物和硅材料不斷地被快速移動的金屬切割線所夾帶的磨料刮 除；新鮮硅表面露出后，將繼續產生電解作用，材料去除過程得以不斷重 復下去，從而達到切割目的。

上述復合切割方法將促進切割效率和表面完整性的提高，降低斷絲幾 率。由于硅片的半導體特性，且切削液電導率很低，實際電解電流小于金 屬切割線所能承受的極限，可以滿足同時切割數百片以上的生產需求。

本發明的技術方案是：

一種硅片的磨削/電解復合多線切割加工方法，其特征是：