CN103817811A - 一种硅棒的多线切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅棒的多线切割方法，属于硅棒多线切割成硅片的方法的技术领域，在导轮上安装切割线形成切割面，硅棒安装于工作台上，通过控制切割线的运转和硅棒与切割面的间距实现硅棒的切割；其切割区喷射有砂浆液。采用小直径金属线作为刀具，参与面积小，提高了硅片的出片率，降低了成本；通过改进切削液中乙二醇的纯度，提高绿碳化硅金刚砂的烧结硬度，球化颗粒均匀粒度，从而达到在切割时减少了硅片表面的切割缺陷；对辅料的改进，不仅减少了后续加工，还缩短了硅片的出片时间。克服了硅片塌边、乱线痕且切割线弯曲度较大的问题。
Description
技术领域
一种硅棒的多线切割方法，用于将硅棒切割成硅片，涉及硅棒多线切割成硅片的方法的技术领域。
背景技术
多线切割是通过金属丝的高速往复运动，把磨料（砂浆液）带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。多线切割的原理是融合在切割液中的碳化硅在高速运行的钢线带动下完成切割的作用。
砂浆的作用是切割，它是切割的主体，并且在切割的过程中还起到了一定的冷却、散热、润滑的作用。新料浆只能有砂和液组成，不能有其他任何杂物。在使用后的料浆里还有玻璃碎粉、钢屑、硅粉、胶条等。更换砂浆主要是控制这些在料浆里比例小于7-8%，只有这样才能保证料浆的切割能力，如果砂浆的配置不正确，或者含有大量的杂质，教会导致跳线、短线、等，由此产出的硅片会出现线痕、色差、厚薄不均甚至报废。
数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割，内圆切割利用内圆刀片为切割刀具以其内圆作为刀口，其镶上金刚石颗粒，一片一片进行磨销切割。内圆切割品种变换简单、方便、灵活、风险低，但是效率低，原料损耗大，硅片体形变大，加工参数一致性差。多线切割则成为硅片切割加工的主要方式。
多线切割机在对硅棒进行切割时，受到多种辅料的影响，会存在以下问题：
（1）刀具直径过大，导致磨削量加大，增大了硅棒切割的厚度，造成硅片的出片率低。
（2）切削液的混合比浓度不够，金钢砂的硬度低，颗粒粒度不均匀均可导致硅片表面产生多种缺陷，如塌边、乱线痕，以及切割线弯曲度过大的问题。
（3）受多种辅料的影响，导致表面粗糙度较大，需再次加工，延长了硅片切割时间。
发明内容
本发明针对现有技术的不足之处提供了一种硅棒的多线切割方法，该方法采用金属线为载体，利用金属线高速运行带动砂浆液运动，对硅棒进行分段磨削切割，解决了不同直径高纯硅晶体表面加工的技术难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：在导轮上安装切割线形成切割面，硅棒安装于工作台上，通过控制切割线的运转和硅棒与切割面的间距实现硅棒的切割；其切割区喷射有砂浆液。
作为优选，所述硅棒的切割方式为21段切割。
作为优选，所述切割线为金属线，金属线的运行速度不小于500m/min，所述硅棒与切割面的相对移动速度不大于50mm/h，所述金属线进给距离为170-310m，金属线的返回距离为80-115m。
作为优选，所述金属线为电镀金属线，所述金属线的直径为0.1mm。
作为优选，所述砂浆液由金刚砂与乙二醇配比，其混合比浓度为1.6-1.66g/ml。
作为优选，所述金刚砂的粒度直径为0.005mm,莫氏硬度为9度，粒型面大于6面体。
作为优选，所述乙二醇的粘度为45-55克/厘米·秒 。
作为优选，所述砂浆液温度为22℃-25℃，砂浆液的喷射流量为40-70L/min。
作为优选，所述硅棒的直径为50mm-200mm。
本发明还提供一种用于硅棒切割的砂浆液，其特征在于：砂浆液由金刚砂与乙二醇配比，其混合比浓度为1.6-1.66g/ml，所述乙二醇的粘度为45-55克/厘米·秒。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
一、沿进刀方向采用多段切割，改善了硅片入刀口处塌边问题；改善硅片厚度TTV的误差值；改善了硅片切割方向的左右两侧TTV过大的问题；改善了硅片表面线纹的不规则性；改善了出刀口处常有深线痕现象；提高出片数。
二、金属线高速运行速度和工作台的运行速度相垂直，保证切割时有足够的砂浆被带入；
三、钢线进给距离和钢线返回距离，保证了金属线的磨损在合理值内；
四、采用小直径金属线作为载体，参与面积小，提高了硅片的出片率，降低了生产成本；
五、通过改进砂浆液中乙二醇的纯度、金刚砂的均匀粒度，减少了硅片表面的缺陷，乙二醇还可对金属线进行润滑、降温，均匀携带金钢砂；
六、在使用砂浆液时，对温度进行控制，确保了金刚砂在砂浆液内的均匀分布；
七、对辅料的改进，减少了后续加工，缩短了硅片的生产时间。
附图说明
图1为本发明切割示意图；
图2为本发明砂浆液附着在金属线上的示意图；
图3为本发明采用4英寸双颗NTC切割机对硅棒进行切割的工艺数据表；
图4为本发明采用3英寸双颗NTC切割机对硅棒进行切割的工艺数据表；
图5为本发明与改进前的硅棒切割产品质量比较数据表；
图中：1-硅棒、2-金属线、3-导轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参阅附图，一种硅棒的多线切割方法，是将一根直径为0.1mm的金属线2绕在两个或两个以上的导轮3上的凹槽内，导轮3上的凹槽确保了金属线2以一定距离分隔开，金属线2绕在导轮3上的凹槽内，形成许多相同间隔的切割面，金属线2之间的空间决定了硅片的厚度；将硅棒1安装于金属线2上方的工作台底部；通过线轴控制金属线2进行高速运行，并带动喷射在切割区内的砂浆液对50mm-200mm的硅棒1进行切割。
硅棒1切割方式为21段切割，在切割前首先将工作台以50mm/h的速度向下移动，金属线2采用进给距离为125m，返给距离为115m对硅棒1进行定位；在进行暖机时，金属线的速度为500m/min，砂浆液的温度为25℃，砂浆的喷射流量为60L/min。根据硅棒的不同规格，可选用4英寸双颗NTC切割机和3英寸双颗NTC切割机进行切割。在切割时，金属线在17N的卷张力和送张力下作500m/min的高速运行，其中第一段为切割前的定位位置移至硅棒1的表面，进刀速度即工作台向下移动的速度，第二段的进刀速度与第一段的进刀速度相同，从第二段开始，每段可根据硅棒1的直径分为10-20分段进刀，使工作台向下移动的速度逐渐变小，通过对每段进行分段来降低速度，改善了硅片入刀口处1mm塌边问题；改善硅片厚度TTV（5点检测法，边沿4点检查，4点位置距边沿1mm内测定）的误差值；改善了硅片切割方向的左右两侧TTV大于0.012mm 的问题；改善了硅片表面线纹的不规则性；改善了出刀口处常有深线痕现象；提高出片数。
在金属线2接触硅棒1（即从第二段开始）进行切割时，工作台向下移动的速度小于50mm/h，进给距离为170-310m，金属线的返回距离为80-115m，进给距离和返给距离是要把硅棒1的直径、辅料和金属线2与硅棒1切割表面的接触所确定，保证了金属线的磨损在合理值内，砂浆液的流量则在40-70L/min之间的范围内。
砂浆液由金刚砂与乙二醇配比，混合浓度比按1.6-1.66g/ml控制，所述金刚砂的粒度为0.005mm，莫氏硬度为9度，粒型为不规则6面体或6面体以上，棱边应坚锐，保证了颗粒度的均匀性、硬度、形状以及杂质粒度的大小，降低辅料对切割硅片的影响；所述乙二醇的粘度为45-55克/厘米·秒，乙二醇在切割过程中起到润滑、降温、清洗、均匀携带金钢砂的作用；在切割过程中，砂浆液的温度控制在22℃，确保了金刚砂在砂浆液内的均匀分布；在21段式切割中，砂浆液在前3段与后3段的喷射流量相同，解决了入口塌边与出刀口线痕，降低了单片硅成本，降低成本为0.02元/片；当砂浆液（切削液）中的硅粉含量大于9%时需要更换部分砂浆液，切削液中的硅粉量大于10%时需要更换全部砂浆液。
用此方法对单晶硅棒1的切割，提高了硅片表面质量，降低了硅片的磨量，使其磨削量在原有基础上降低0.015-0.02㎜；因降低磨削量0.015-0.02㎜后，直接导致硅片单位产品的产出数量，使每公斤的产出数量多增加3-5片；降低磨削量0.015-0.02㎜后，使每公斤的产出数量多增加3-5片，使其每单位产出硅片增加，直接将单位产出硅片的单片成本价格直接降低；因降低磨削量0.015-0.02㎜后，在后工序磨削加工时，降低磨削加工时间，为提升磨削加工的单位时间产出量奠定基础。
硅棒1不仅可固定安装在工作台固定架的底部，还可安装在工作台的左部、右部和顶部等，通过工作台的来回移动与金属线2的高速运行相垂直，对硅棒1进行切割；硅棒1还可固定在工作台上，在切割时工作台不移动，通过线轴控制金属线的高速运转，金属线并沿工作台上的硅棒1作垂直移动。
本发明实施例为较佳实施方式，但其具体实施工艺并不限于此，本领域的普通技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，只要不脱离本发明，都属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：在导轮上安装切割线形成切割面，硅棒安装于工作台上，通过控制切割线的运转和硅棒与切割面的间距实现硅棒的切割；其切割区喷射有砂浆液。
2.根据权利要求1所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述硅棒的切割方式为21段切割。
3.根据权利要求1所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述切割线为金属线，金属线的运行速度不小于500m/min，所述硅棒与切割面的相对移动速度不大于50mm/h，所述金属线进给距离为170-310m，金属线的返回距离为80-115m。
4.根据权利要求3所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述金属线为电镀金属线，所述金属线的直径为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述砂浆液由金刚砂与乙二醇配比，其混合比浓度为1.6-1.66g/ml。
6.根据权利要求5所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述金刚砂的粒度直径为0.005mm,莫氏硬度为9度，粒型面大于6面体。
7.根据权利要求5所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述乙二醇的粘度为45-55克/厘米·秒 。
8.根据权利要求1所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述砂浆液温度为22℃-25℃，砂浆液的喷射流量为40-70L/min。
9.根据权利要求1所述的一种硅棒的多线切割方法，其特征在于：所述硅棒的直径为50mm-200mm。
10.一种用于硅棒切割的砂浆液，其特征在于：砂浆液由金刚砂与乙二醇配比，其混合比浓度为1.6-1.66g/ml，所述乙二醇的粘度为45-55克/厘米·秒。
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