硅晶体滚磨与开方课件

第一章第一章 硅晶体的滚磨与开方硅晶体的滚磨与开方n1.0 简介简介n1.1 磨削加工知识磨削加工知识n1.2 滚磨、开方设备及工作原理滚磨、开方设备及工作原理n1.3 滚磨、开方的加工过程滚磨、开方的加工过程n1.4 滚磨、开方后的表面的处理滚磨、开方后的表面的处理第一章 硅晶体的滚磨与开方1.0 简介1.0 简介简介n滚磨和开方的目的，及所用设备滚磨和开方的目的，及所用设备n硅片用途决定的加工工序硅片用途决定的加工工序晶圆单晶硅的工艺晶圆单晶硅的工艺单晶光伏硅片的工艺单晶光伏硅片的工艺铸锭多晶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n滚磨与开方：滚磨与开方：经过直拉法生长出的硅锭子，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，因此在进行出现，头和尾部均有锥形端，因此在进行硅片硅片切割之前切割之前，需要对硅锭进行，需要对硅锭进行整形与分整形与分割割，使其达到硅片，使其达到硅片切割切割（切片）（切片）的尺寸要的尺寸要求。求。n以上以光伏单晶锭为例介绍。以上以光伏单晶锭为例介绍。滚磨和开方的目的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，开方的目的开方的目的切片切片开方开方切片切片开方的目的切片开方切片n滚磨：滚磨：采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。圆柱体的过程。n滚磨设备：滚磨设备：单晶切方滚磨机单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）（金刚石砂轮）n开方：开方：将大块的硅锭，切割成所需要的长方将大块的硅锭，切割成所需要的长方体或者棱柱体。体或者棱柱体。n开方设备：开方设备：单晶切方滚磨机、单晶切方滚磨机、(金刚石金刚石)带锯、带锯、(金刚石金刚石)线锯等线锯等工艺与设备工艺与设备滚磨：采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。工艺与设硅晶体滚磨与开方课件不同用途硅片的工艺要求不同用途硅片的工艺要求n根据用途不同，加工的工艺也不相同：根据用途不同，加工的工艺也不相同：1）电路级硅单晶：电路级硅单晶：滚圆、制作参考面，滚圆、制作参考面，不需要开方（晶圆尽量大）不需要开方（晶圆尽量大）2）太阳能级硅单晶：太阳能级硅单晶：去头尾、滚圆、切方去头尾、滚圆、切方3）太阳能级铸锭多晶太阳能级铸锭多晶：开方分割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：n电路级硅单晶：电路级硅单晶：用来制作大尺寸晶圆，尽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。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，并太阳能级硅单晶：太阳能级硅单晶：去头尾、滚圆、切方去头尾、滚圆、切方n切方目的：获得四个直边。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不同用途的硅片IC级单晶硅片级单晶硅片太阳能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切方滚圆滚圆太阳能硅片太阳能硅片单晶单晶切方滚圆太阳能硅片单晶n铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方开方，得到，得到小体积的硅棒。小体积的硅棒。n开方目的：获得小尺寸可加工的硅棒开方目的：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太阳能硅片多晶多晶太阳能硅片多晶1.1 磨削加工的过程磨削加工的过程n滚磨和开方都属于滚磨和开方都属于机械磨削机械磨削。n定义：定义：通过模具（磨轮或者锯片），与工通过模具（磨轮或者锯片），与工件（硅锭）产生件（硅锭）产生相对运动相对运动，使模具上的金，使模具上的金刚石颗粒对工件进行刚石颗粒对工件进行磨削磨削的过程。的过程。1.1 磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。磨削的分类磨削的分类n机械磨削分为两类：机械磨削分为两类：第一：第一：固定磨粒式磨削固定磨粒式磨削 设备：砂轮、带锯、线锯设备：砂轮、带锯、线锯 比如硅单晶滚磨、倒角等过程比如硅单晶滚磨、倒角等过程 第二：第二：游离磨粒式磨削游离磨粒式磨削 设备：多线切割机设备：多线切割机 比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等磨削的分类机械磨削分为两类：两类典型磨削的部件两类典型磨削的部件固定磨粒式固定磨粒式砂轮砂轮游离磨粒式游离磨粒式本章主要采用本章主要采用固定磨粒固定磨粒式磨削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的构成n砂轮：砂轮：由由磨料颗粒磨料颗粒和和粘结剂粘结剂采用一定成型采用一定成型的工艺，而制成的有一定外形的砂轮。的工艺，而制成的有一定外形的砂轮。n磨粒：切削研磨磨粒：切削研磨n粘结剂：粘合磨粒（金属、陶瓷、有机树粘结剂：粘合磨粒（金属、陶瓷、有机树脂）脂）n成型方式：电镀、树脂、陶瓷成型方式：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，而制成砂轮的性能参数砂轮的性能参数n研磨的效果和研磨的效果和磨粒磨粒关系密切关系密切n磨粒的参数：材料种类，尺寸，硬度，磨粒的参数：材料种类，尺寸，硬度，形状，烧结密度等形状，烧结密度等n常用的磨粒材料：刚玉（常用的磨粒材料：刚玉（Al2O3）、碳）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼化钨、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类 别别名名 称称颜颜 色色性性 能能适适 用用 范范 围围氧化物氧化物刚玉刚玉白色白色硬硬度度高高，韧韧性较好性较好各种金属各种金属碳化物碳化物碳化硅碳化硅碳化硼碳化硼黑色黑色绿色绿色硬硬度度较较高高,导导热热性性好好,韧韧性性差差铸铸铁铁,耐耐火火材材料料及及其它非金属其它非金属研磨硬质合金研磨硬质合金超硬超硬磨料磨料人造金人造金刚石刚石立方氮立方氮化硅化硅白白棕黑色棕黑色硬硬度度最最高高,耐耐热性较热性较硬度非常高硬度非常高硬硬质质合合金金,宝宝石石,陶陶瓷等高硬材料，瓷等高硬材料，及其它难加工材料及其它难加工材料磨粒的种类磨粒的种类类 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磨削过程的三个阶段n1）弹性变形阶段弹性变形阶段 磨粒和工件开始接触，发生摩擦并伴随磨粒和工件开始接触，发生摩擦并伴随发热发热。n2）刻划阶段刻划阶段 磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但 未脱离材料母体。未脱离材料母体。n3）切削阶段切削阶段 材料（粉末）从工件上脱离的过程。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磨削加工的特点1.靠界面上靠界面上大量磨粒大量磨粒进行磨削。进行磨削。2.磨粒硬度大，可以加工各种材料。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，磨粒尺寸小，可以切削的厚度很薄，因此，可以进行高可以进行高精密精密加工，得到较小表面加工，得到较小表面粗糙粗糙度度。4.和传统刃口刀具比，磨削效率高，加工的和传统刃口刀具比，磨削效率高，加工的速度快。速度快。5.磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。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。影响磨削的参数影响磨削的参数n砂轮的种类：磨粒材料，粒度等参数等砂轮的种类：磨粒材料，粒度等参数等n工件的特性：硬度，任性，导热性能等工件的特性：硬度，任性，导热性能等n砂轮转速砂轮转速n工件进给速度工件进给速度n砂轮和工件的压力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：分布，会在表面形成损伤，主要包括：n热裂纹热裂纹n晶格畸变（非单晶）晶格畸变（非单晶）n应力残存应力残存n杂质原子混入杂质原子混入掺杂掺杂n表面粗糙度表面粗糙度n损伤层的厚度：损伤层的厚度：几十几十 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磨削过程的评估n1.对磨削的样品进行直接实验测量对磨削的样品进行直接实验测量n2.对过程进行模拟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金属切削的数值模拟(AdvantEdgetm FEM)nThird Wave Systems公司，主要业务是开公司，主要业务是开发和销售基于发和销售基于有限元分析有限元分析的，切削加工过的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的程仿真软件，可以进行切削过程中的切削切削力、应变、应变率、切屑力、应变、应变率、切屑 等参数的分布分等参数的分布分析。析。金属切削的数值模拟(AdvantEdgetm FEM)T硅晶体滚磨与开方课件滚磨开方设备的磨削方式滚磨开方设备的磨削方式n滚磨：滚磨：开方滚磨机开方滚磨机金刚石砂轮，固定磨粒，金刚石砂轮，固定磨粒，面接触面接触n开方：开方：开方滚磨机、开方滚磨机、金刚石带锯金刚石带锯固定磨粒，线接触固定磨粒，线接触 金刚石线锯金刚石线锯固定磨粒，线接触固定磨粒，线接触滚磨开方设备的磨削方式滚磨：非磨削式切割非磨削式切割n电火花线切割：电火花线切割：利用做电极的金属导线，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。和工件表面之间的电火花放电，进行切割。n原理：原理：电火花电火花放电放电，产生局部，产生局部高温高温，从而，从而将材料，融化将材料，融化n优点：非接触，无污染，无损耗，内部挖优点：非接触，无污染，无损耗，内部挖洞式切割，洞式切割，n应用对象：较硬，而且较脆材料，应用对象：较硬，而且较脆材料，n要求：一定的导电能力要求：一定的导电能力非磨削式切割电火花线切割：利用做电极的金属导线，和工件表面之硅晶体滚磨与开方课件n1）切方滚磨机切方滚磨机（滚磨、切方）（滚磨、切方）n2）金刚石带锯金刚石带锯n3）金刚石线锯金刚石线锯1.2 滚磨、开方的设备滚磨、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、开方设备种类n滚磨设备：滚磨设备：切方滚磨机切方滚磨机n开方设备：开方设备：切方滚磨机（缺口大，表面粗糙，效率低）切方滚磨机（缺口大，表面粗糙，效率低）金刚石带锯（主流）金刚石带锯（主流）Band Saw金刚石线锯（发展趋势）金刚石线锯（发展趋势）Diamond Wire Sawn切割和研磨的区别：切割和研磨的区别：切割切割线接触；研磨线接触；研磨面接触面接触滚磨、开方设备种类滚磨设备：切方滚磨机n1、美国应用材料（瑞士美国应用材料（瑞士HCT公司）：公司）：HCT-E800S型多线开方机（型多线开方机（Applied Materials）n2、瑞士瑞士梅耶博格梅耶博格Meyer Bueger-BS801/805型带锯切方机型带锯切方机n3、日本日本小松小松NTC-MBS1000型型/MBS1000C多多线开方机线开方机n4、上海日进上海日进NWSS-125G多线开方机（建议）多线开方机（建议）n5、大连连城：大连连城：QF1250型多线开方机（建议）型多线开方机（建议）n6、北京京仪世纪北京京仪世纪QFP1000型多线开方机型多线开方机n7、北京京联发数控科技公司、北京京联发数控科技公司XQ500-25线切方机线切方机主流开方设备主流开方设备1、美国应用材料（瑞士HCT公司）：HCT-E800S型多线1）滚磨机结构）滚磨机结构滚磨机主体滚磨机主体基座与框架基座与框架滚磨区滚磨区切方区切方区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的动力结构滚磨机动滚磨机动力部分力部分液压系统液压系统电气系统电气系统冷却系统冷却系统工件移动的动力工件移动的动力面板，数控，各种面板，数控，各种电机电机滚磨区水流降温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控制的流程面板输入指令面板输入指令采集、分析面板指令，转化为采集、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输电机所需信号，信号传输电机发生动作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晶体滚磨与开方课件滚磨机工作原理滚磨机工作原理四大运动四大运动n单晶切方滚磨机包括四大运动：单晶切方滚磨机包括四大运动：1）纵向纵向工作台工作台的的纵向往复纵向往复运动。运动。2）工件工件的的纵向移动纵向移动和和旋转旋转运动。运动。3）滚磨滚磨砂轮砂轮的的前后往复前后往复运动和运动和旋转旋转运动。运动。4）切方切方锯片锯片的上下的上下垂直运动垂直运动和和旋转旋转运动运动。滚磨机工作原理四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动：工作台的运动工作台的运动n工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可工件（硅锭）固定在工作台上，工作台可以带动工件，在导轨上纵向以带动工件，在导轨上纵向前后移动前后移动。n工作台运动的工作台运动的速度速度和和距离距离可以通过电机来可以通过电机来精确控制。精确控制。工作台工作台导轨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，工件（硅锭）的运动工件（硅锭）的运动n工件工件有两种运动：有两种运动：1）由工作台带动，一起进行的纵向运动由工作台带动，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。绕自身轴所作的旋转运动，并且速度可调。工件（硅锭）的运动工件有两种运动：滚磨砂轮的运动滚磨砂轮的运动n滚磨砂轮包括沿纵向的前后滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动移动和绕自身轴和绕自身轴的的旋转旋转。n沿道轨纵向运动，可以实现打磨工件的不同沿道轨纵向运动，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。切方锯片切方锯片的运动的运动n锯片的旋转可以切割工件，而锯片的旋转可以切割工件，而上下移上下移动动，可以保证切割到工件。，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）金刚石带锯n切割原理：切割原理：带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，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，来进行切利用金刚石磨粒和工件相对运动，来进行切割。割。n优点：优点：速度快，刀口损耗小，速度快，刀口损耗小，可进行大工件可进行大工件切割切割（用于大硅锭开方）（用于大硅锭开方）n缺点：缺点：锯口仍有待减小，切割精密度还不够锯口仍有待减小，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，无法进切割，无法同时多方向、多片切割，无法进行切片，效率不够高。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，利用金金刚石带锯金刚石带锯金刚石带锯带锯切割示意图带锯切割示意图带锯移动带锯移动切割方向切割方向锯条运动锯条运动切割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）金刚石线锯（发展方向）n线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切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。割线，利用其与工件相对运动，进行切割。n结构：结构：内层内层是钢线，是钢线，外层外层是电沉积生长的是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。n切割方式：固定磨粒式切割，切割方式：固定磨粒式切割，n典型尺寸：金刚石颗粒：典型尺寸：金刚石颗粒：2040um，金钢线直径：金钢线直径：150200um。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金刚石线锯特点n优点：优点：切口小切口小300 um，表面平整度高，可，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变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。而可以进行精密、高效率加工。n（和多线切割相比）（和多线切割相比）优点二优点二：切割速度更：切割速度更快，不使用切割液，使用水降温，成本低，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。切割出的硅粉可以方便回收。n缺点：缺点：钢线粗糙，不易稳定工作，划痕较钢线粗糙，不易稳定工作，划痕较严重，有金属污染。严重，有金属污染。金刚石线锯特点优点：切口小300 um，表面平整度高，可以金刚石线锯示意图金刚石线锯示意图金刚石线锯示意图金刚石金刚石线锯线锯和和（切片）多线切割（切片）多线切割关系关系n作为作为切片切片首先发展的是多线切割，使用普首先发展的是多线切割，使用普通通光滑钢线光滑钢线，配备，配备研磨浆研磨浆进行切割，属于进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多：切口游离磨粒式切割，此切割优点很多：切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，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（切片部分介一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）绍）n为降低成本，开方的金刚石线锯，是在多为降低成本，开方的金刚石线锯，是在多线切割机基础上，将普通钢线换为线切割机基础上，将普通钢线换为金刚石金刚石线线，并对绕线部件进行改进，目前主流多，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。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多线切割多线切割HCT多线切割硅晶体滚磨与开方课件金刚石线锯和多线切割金刚石线锯和多线切割金刚石线锯金刚石线锯（固定磨粒）（固定磨粒）多线切割多线切割（游离磨粒）（游离磨粒）切割液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切方设备比较锯缝锯缝效率效率工件工件尺寸尺寸表面表面原料原料浪费浪费应用应用范围范围滚磨机滚磨机 较大较大一次加工单一次加工单个锭个锭效率低效率低中等中等(单晶锭单晶锭)粗糙粗糙最大最大淘汰淘汰带锯带锯小小比较高比较高最大最大(铸锭铸锭)平整平整较小较小主流主流金刚线金刚线线锯线锯最小最小两个方向同两个方向同时切割时切割效率最高效率最高最小最小(单晶锭单晶锭)略粗略粗糙糙最小最小发展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切方手段的发展趋势n半导体、光伏以及电子行业对材料切割提半导体、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出了更高要求，目前切割方面的发展趋势是：是：高效率、低成本，高加工精度高效率、低成本，高加工精度，（如窄切，（如窄切缝，低表面损伤，低翘曲度等）。缝，低表面损伤，低翘曲度等）。n设备：设备：切方滚磨机切方滚磨机金刚石带锯金刚石带锯金刚石线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金刚石切割线相关企业n河南恒星科技股份有限公司河南恒星科技股份有限公司巩义巩义 2011年年5月与江西塞维合作生产月与江西塞维合作生产5200吨超精细钢线吨超精细钢线直径直径130um。n河南黄河旋风河南黄河旋风世界产量世界产量最大最大的的人造金刚石基地人造金刚石基地长葛长葛n郑州华晶金刚石郑州华晶金刚石郑州郑州n中南钻石中南钻石南阳方城（世界最大工业级金刚石）南阳方城（世界最大工业级金刚石）n三门峡金渠三门峡金渠n郑州磨粒模具研磨所郑州磨粒模具研磨所三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滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程：不同用途硅片的工艺过程：n1）IC单晶硅锭：单晶硅锭：外径滚磨，制作参考面外径滚磨，制作参考面n2）光伏单晶硅：光伏单晶硅：外径滚磨，开方外径滚磨，开方n3）多晶铸锭：多晶铸锭：开方开方1.3 滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程：1）IC单晶硅锭的加工单晶硅锭的加工na:侧面滚磨侧面滚磨滚磨机打磨滚磨机打磨nb:制作参考面制作参考面滚磨机打磨滚磨机打磨硅锭晶体定向硅锭晶体定向磨轮和硅锭安装磨轮和硅锭安装外侧滚圆外侧滚圆制作参考面制作参考面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滚圆过程n硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，硅锭绕自身轴旋转，并向前运动，磨轮自转，设置一定推进量设置一定推进量d d，固定工件位置和磨轮，固定工件位置和磨轮，逐渐磨削。逐渐磨削。d硅锭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参考面制作n加工流程：加工流程：采用研磨设备（磨头），在柱采用研磨设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即（形硅锭某个晶面即（1-1 0），研磨出一个），研磨出一个平面。平面。n物理过程：物理过程：固定磨粒研磨固定磨粒研磨n参考面要求：参考面要求：正确取向，严格磨削深度正确取向，严格磨削深度n参数设置参数设置：磨削深度磨削深度，硅锭转速、轴向移，硅锭转速、轴向移动速度，磨轮转速等动速度，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参考面滚磨制作参考面滚磨制作参考面滚磨制作LhR打磨深度（打磨深度（h）的计算）的计算不同尺寸硅片的参考面，不同尺寸硅片的参考面，张角张角20一致一致LhR打磨深度（h）的计算不同尺寸硅片的参考面，张角20一2）单晶太阳能硅锭）单晶太阳能硅锭na：滚磨：滚磨滚磨机滚磨机nb:切方切方带锯、线锯带锯、线锯截面上只切出一片方块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太阳能硅单晶切方2RL硅锭硅锭计算切割深度计算切割深度d，然，然后在四个垂直的方向后在四个垂直的方向进行切割进行切割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 3）铸锭多晶硅开方）铸锭多晶硅开方n将大块多晶硅锭，开方成小块的立方体。将大块多晶硅锭，开方成小块的立方体。n特点：特点：铸锭体积比较大，需要更大工作台铸锭体积比较大，需要更大工作台n使用设备：使用设备：带锯、带锯、线锯线锯n加工大尺寸硅锭，要求工作台较大，切割加工大尺寸硅锭，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效率高，有时甚至可以适当牺牲加工精密度。度。（带锯可加工的工件尺寸最大）（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。铸锭多晶硅铸锭多晶硅典型尺寸：典型尺寸：840mm840mm273.7mm带锯可加工尺寸：带锯可加工尺寸：800mm800mm740mm铸锭多晶硅典型尺寸：840mm840mm273.7mm1.4 表面处理表面处理n在滚磨开方的工序过程中，被加工的平面在滚磨开方的工序过程中，被加工的平面上，上，表层表层有不同深度的有不同深度的损伤损伤，为了将损伤，为了将损伤减小，需要对表面进行处理。减小，需要对表面进行处理。n目的：目的：减少损伤层的厚度（不考虑金属污减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。染）。n损伤：损伤：应力分布、晶格畸变、表面粗糙化、应力分布、晶格畸变、表面粗糙化、非晶化、表面污染等非晶化、表面污染等n去除厚度：去除厚度：3050um（大于损伤层）（大于损伤层）n适用条件：适用条件：适合机械研磨以后的初次抛光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，表去除损伤层方法去除损伤层方法n1）化学腐蚀化学腐蚀 a.酸性腐蚀酸性腐蚀;b.碱性腐蚀碱性腐蚀n2）机械抛光机械抛光 处理之后的表面粗糙度：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n化学腐蚀的特点：化学腐蚀的特点：设备简单，易于进行不规则表面的抛光设备简单，易于进行不规则表面的抛光n核心问题：核心问题：控制反应速度，腐蚀深度，减控制反应速度，腐蚀深度，减小腐蚀后的粗糙度小腐蚀后的粗糙度n可调参数：可调参数：腐蚀液的配比（酸性、氧化性腐蚀液的配比（酸性、氧化性相对大小）、反应的温度相对大小）、反应的温度1）化学腐蚀化学腐蚀的特点：a）酸性腐蚀）酸性腐蚀n腐蚀液：腐蚀液：HF:HNO3:HAc=(12):(57):(12)n 反应的优点：反应的优点：反应速度快，过程中放热，不需要加热反应速度快，过程中放热，不需要加热n缺点：缺点：反应生成的氮化物，需要额外处理反应生成的氮化物，需要额外处理a）酸性腐蚀腐蚀液：酸腐蚀的机理酸腐蚀的机理n表层硅的酸腐蚀、清洗机理：表层硅的酸腐蚀、清洗机理：1.硅被硅被HNO3氧化，反应为：氧化，反应为：2.用用HF去除去除SiO2层，反应为：层，反应为：3.总化学反应为：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nb）碱腐蚀）碱腐蚀 腐蚀液腐蚀液：NaOH/KOH+H2O 浓度浓度15%40%n反应的优点：反应的优点：反应需加温度，一般反应需加温度，一般8095，速度比较，速度比较慢，易控制，废液也易处理。慢，易控制，废液也易处理。（无定形的硅，反应很快）（无定形的硅，反应很快）n缺点：缺点：反应是纵向反应，易向反应是纵向反应，易向深层腐蚀深层腐蚀，容易形，容易形成表面粗糙度增加，残余碱不易去除。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碱溶液腐蚀的机理n硅的碱性腐蚀抛光机理：硅的碱性腐蚀抛光机理：v工业上大量采用的仍是工业上大量采用的仍是酸性腐蚀酸性腐蚀。加热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酸腐蚀和碱腐蚀的比较酸腐蚀和碱腐蚀的比较参数参数酸腐蚀酸腐蚀碱腐蚀碱腐蚀反应中的热量反应中的热量放热放热吸热、吸热、80100粗糙度粗糙度较小较小较大较大金属污染金属污染腐蚀液金属污染小、腐蚀液金属污染小、反应温度低，对硅污反应温度低，对硅污染小染小腐蚀液含腐蚀液含金属污染金属污染大，对硅污染大大，对硅污染大腐蚀斑点控制腐蚀斑点控制0.6S内转移到水中内转移到水中2S内转移到水中内转移到水中成本成本较高较高较低较低残液处理残液处理污染环境，不好处理污染环境，不好处理容易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腐蚀的效果腐蚀的效果n腐蚀去除的元素：腐蚀去除的元素：Si、金属、有机物、等等、金属、有机物、等等n随着腐蚀进行，材料从硅棒进入溶液？随着腐蚀进行，材料从硅棒进入溶液？n被腐蚀的杂质是否全部随溶液冲走？被腐蚀的杂质是否全部随溶液冲走？n原因：原因：部分部分金属离子的二次吸附污染金属离子的二次吸附污染（和沉积电位有关）（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假如从金属清洗角度考虑n碱性腐蚀的不足碱性腐蚀的不足二次污染二次污染碱性腐蚀，带来金属污染，如碱性腐蚀，带来金属污染，如Na碱性碱性环境中，环境中，Si带带负电负电，吸引带正电的金，吸引带正电的金属离子，因此易形成金属二次沾污。属离子，因此易形成金属二次沾污。n酸性腐蚀酸性腐蚀表面清洁作用表面清洁作用l金属污染在表层，而表层金属污染在表层，而表层Si被被HNO3氧化，氧化，随后被随后被HF清洗，因此表层可以得到较好清洗，因此表层可以得到较好清洗。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单晶腐蚀的效果n腐蚀速率和晶向有关：腐蚀速率和晶向有关：各向异性各向异性n单晶腐蚀后的表面：有一定形貌单晶腐蚀后的表面：有一定形貌l 碱性碱性腐蚀得到腐蚀得到金字塔形金字塔形表面表面l 酸性酸性腐蚀得到腐蚀得到孔洞型孔洞型的表面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金字塔表面2 2）机械抛光）机械抛光n采用机械磨削的方法，对滚磨开方的晶体表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。面进行精细抛光，从而减少损伤层的厚度。n方法：方法：组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。种。n加工对象：加工对象：滚磨后的平面、圆面滚磨后的平面、圆面n精密度：精密度：粗抛光粗抛光1020um 精细抛光精细抛光1umn原则：原则：采用不同大小的磨粒，进行逐步精细采用不同大小的磨粒，进行逐步精细抛光。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金刚石毛刷第第1章章 内容要求内容要求作业作业n简述硅单晶进行滚磨的目的和所用设备。简述硅单晶进行滚磨的目的和所用设备。n根据磨粒的固定方式，磨削加工分为哪两根据磨粒的固定方式，磨削加工分为哪两类。类。n简述磨削加工的特点。简述磨削加工的特点。n简述滚磨机的四大运动方式。简述滚磨机的四大运动方式。n开方设备的发展方向是什么。开方设备的发展方向是什么。n线锯开方的主要特点。线锯开方的主要特点。n简述滚磨开方以后，晶体表面的处理方法。简述滚磨开方以后，晶体表面的处理方法。第1章 内容要求作业简述硅单晶进行滚磨的目的和所用设备。常用的切割方法常用的切割方法切割切割金刚石圆金刚石圆锯切割锯切割带锯切割带锯切割线锯切割线锯切割钢丝锯钢丝锯金刚石丝锯金刚石丝锯钢带锯钢带锯金刚石带锯金刚石带锯金刚石外圆锯金刚石外圆锯金刚石内圆锯金刚石内圆锯常用的切割方法切割金刚石圆锯切割带锯切割线锯切割钢丝锯金刚石