CN110142886A - 金刚线切割硅片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚线切割硅片的方法，包括以下步骤：将粘附有硅块的晶托安装于金刚线线网上方的工作台上；下压工作台，同时导轮带动金刚线运动，对硅块进行切割。技术效果：将往复运动过程中的金刚线的线速度和加速度进行了优化调整，能够减少金刚线的加减速次数，减少金刚线停滞带来的负荷增加，同时，为了保证加减速过程更加平缓，保证稳定性，适当地降低了加速度。通过优化金刚线的线速度和加速度，减少了金刚线的加工时间，从而减少了金刚线停留于硅块和导轮的时间，减少了金刚线在此过程中产生的磨损和形变。
Description
技术领域
本发明涉及硅片切割技术领域，特别是涉及一种金刚线切割硅片的方法。
背景技术
金刚线切割出片率和片厚主要以金刚线直径和导轮槽距的匹配所决定，切割过程中被金刚线磨成硅粉的部分就是硅料的损耗，越细的金刚线切割产生的硅料损耗越少。硅料损耗越少就意味着对于硅料的浪费越少，切片环节的硅料成本就越低，而切片环节中硅料成本占据70％以上的成本比例。
在硅片生产的过程中，采用相对较细的金刚线进行切片的方式，可以得到较薄的硅片，大大降低了硅料的损耗，提升了单位质量内硅片的出片数，降低了生产成本。然而，当金刚线的直径减小时，由于硅料和导轮对金刚线的作用力，会加剧金刚线的磨损和形变，影响硅片的切割质量，导致片厚不均匀。
发明内容
基于此，有必要针对金刚线磨损和形变严重而影响硅片切割质量的问题，提供一种金刚线切割硅片的方法。
一种金刚线切割硅片的方法，包括以下步骤：将粘附有硅块的晶托安装于金刚线线网上方的工作台上；下压工作台，同时导轮带动金刚线运动，对硅块进行切割；其中，所述金刚线的运动过程包括往复段，在所述金刚线处于所述往复段的运动过程中，所述金刚线的线速度为1680m/min-1799m/min、1801m/min-1999m/min或2001m/min-2500m/min，所述金刚线的加速度为2m/s2-3.99m/s2或4.01m/s2-6m/s2。
上述技术方案至少具有以下技术效果：本技术方案所提供的金刚线切割硅片的方法，将往复运动过程中的金刚线的线速度和加速度进行了优化调整，在一定程度上提高了线速度，能够减少金刚线的加减速次数，减少金刚线停滞带来的负荷增加，同时，为了保证加减速过程更加平缓，保证稳定性，适当地降低了加速度。通过优化金刚线的线速度和加速度，减少了金刚线的加工时间，从而减少了金刚线停留于硅块和导轮的时间，减少了金刚线在此过程中产生的磨损和形变，改善了硅片的切割质量，得到片厚更加均匀的硅片。
在其中一个实施例中，所述硅块的靠近所述工作台的一侧形成有倒角，当所述金刚线切割至所述倒角处时，所述金刚线的线速度下降至1200m/min-1500m/min。
在其中一个实施例中，所述金刚线的线速度为2001m/min-2100m/min。
在其中一个实施例中，所述金刚线上金刚石粉的颗粒密度为251粒/mm-349粒/mm。
在其中一个实施例中，所述金刚线的直径为48μm-52μm。
在其中一个实施例中，所述金刚线的切割张力为4N-6N。
在其中一个实施例中，在切割过程中，利用切割液对所述金刚线进行润滑和冷却，其中，所述切割液的浓度为0.5％-0.599％、0.601％-0.999％、1.001％-1.299％、或1.301％-1.5％。
在其中一个实施例中，利用引流板对所述切割液进行引流，其中，所述引流板与所述金刚线线网之间的距离为4mm-5.99mm或6.01-10mm。
在其中一个实施例中，所述工作台的下压速度为0mm/min-4mm/min。
在其中一个实施例中，所述导轮的槽距为220μm-280μm。
附图说明
图1为本发明一实施例金刚线切割硅片的方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例中金刚线切割硅片的示意图。
其中：
100、导轮 200、金刚线 300、硅块
400、引流板 500、切割液
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种金刚线200切割硅片的方法，包括以下步骤：
S100：将粘附有硅块的晶托安装于金刚线线网上方的工作台上。
具体地，硅块300可通过树脂粘结在晶托上，然后安装金刚线200线网的上方的硅块300切割机的工作台上。金刚线200线网由设置于导轮100的多条金刚线200形成。
S200：下压工作台，同时导轮带动金刚线运动，对硅块进行切割。
具体地，导轮100带动附于其上的金刚线200运动至金刚线200的线速度达到预定值，下压工作台，同时金刚线200作往复运动，金刚线200对硅块300进行磨削切割。
其中，金刚线200的运动过程包括往复段，在金刚线200处于往复段的运动过程中，金刚线200的线速度为1680m/min-1799m/min、1801m/min-1999m/min或2001m/min-2500m/min，金刚线200的加速度为2m/s2-3.99m/s2或4.01m/s2-6m/s2。
金刚线200的运动过程包括进刀段(切割初期)、往复段(切割中期)和出刀段(切割后期)。在往复段中，金刚线200经过同向加速、匀速和减速，以及反向加速、匀速和减速的往复过程，对硅块300进行切割。即往复段中，通过导轮100的反转，使已切割过的金刚线200反向走线，以再次切割，如此反复，实现节约金刚线200的目的。具体地，在切割过程中，切割机的导轮100带动金刚线200作往复运动，在往复运动过程中，金刚线200对硅块300进行磨削切割。以金刚线200上某一点为参考，往复运动一次该点回到起始位置为一个往复运动的运动周期，也就是说，经过一次往复运动，金刚线200的正向走线与反向走线经过的位置相互重合。在切割过程中，金刚线200的速度变化为：导轮100正向转动，金刚线200先加速，待速度稳定后匀速切割硅块300，再将速度降为零，再反向加速，待速度稳定后匀速切割硅块300，降速至零，再不断地循环上述过程，对硅块300进行磨削切割。
为了减少金刚线200的加工时间，优化了金刚线200的线速度和加速度，在一定程度上提高了金刚线200的线速度，如此设置，可以减少金刚线200停留于硅块300和导轮100的时间，从而减少金刚线200的负荷，减少金刚线200在此过程中产生的磨损和形变，改善硅片的切割质量，得到片厚更加均匀的硅片。具体地，金刚线200的线速度可以是1680m/min-1799m/min，例如1680m/min、1700m/min、1720m/min、1739.5m/min、1740m/min、1760m/min、1780m/min、1799m/min。金刚线200的线速度可以是1801m/min-1999m/min，例如1801m/min、1821m/min、1841m/min、1861m/min、1881m/min、1900m/min、1901m/min、1921m/min、1941m/min、1961m/min、1981m/min、1999m/min。金刚线200的线速度还可以是2001m/min-2500m/min，例如2101m/min、2201m/min、2250.5m/min、2301m/min、2401m/min、2500m/min。
同时，为了保证加减速过程更加平缓，保证稳定性，适当地降低了金刚线200的加速度，具体地，金刚线200的加速度可以是2m/s2-3.99m/s2，例如2m/s2、2.3m/s2、2.6m/s2、2.9m/s2、2.995m/s2、3.2m/s2、3.5m/s2、3.8m/s2、3.99m/s2等。金刚线200的加速度可以是4.01m/s2-6m/s2，例如4.01m/s2、4.31m/s2、4.61m/s2、4.91m/s2、5.005m/s2、5.21m/s2、5.51m/s2、5.81m/s2、6m/s2等。
此外，金刚线200切割硅片的方法还包括用40℃-55℃的温水对磨削切割后的硅片浸泡5min-6min，然后进行脱胶和清洗。将切割后的硅片浸泡在热水中进行脱胶；将硅片经过不同的酸碱工艺槽进行清洗，清除附着的杂质、金属离子、硅粉等，保持硅片表面的洁净。
上述技术方案至少具有以下技术效果：本技术方案所提供的金刚线200切割硅片的方法，将往复运动过程中的金刚线200的线速度和加速度进行了优化调整，在一定程度上提高了线速度，能够减少金刚线200的加减速次数，减少金刚线200停滞带来的负荷增加，同时，为了保证加减速过程更加平缓，保证稳定性，适当地降低了加速度。通过优化金刚线200的线速度和加速度，减少了金刚线200的加工时间，从而减少了金刚线200停留于硅块300和导轮100的时间，减少了金刚线200在此过程中产生的磨损和形变，改善了硅片的切割质量，得到片厚更加均匀的硅片。
在一些实施例中，硅块300的靠近工作台的一侧形成有倒角，当金刚线200切割至倒角处时，金刚线200的线速度下降至1200m/min-1500m/min。在金刚线200切割至倒角处时，为了避免冷却不足引起板材粉末融化附着，也由于在后期所需的切割力相对较小，适当地降低金刚线200的线速度，具体地，可以是1200m/min、1250m/min、1300m/min、1350m/min、1400m/min、1450m/min、1500m/min。
在一些实施例中，金刚线200的线速度为2001m/min-2100m/min。在该范围内的线速度的数值相对较大，能够减少金刚线200的切割时间，减少加减速的次数，减少金刚线200的停滞所带来的负荷增加。具体地，金刚线200的线速度可以是2001m/min、2010m/min、2020m/min、2030m/min、2040m/min、2050m/min、2050.5m/min、2060m/min、2070m/min、2080m/min、2090m/min、2100m/min。
在一些实施例中，金刚线200上金刚石粉的颗粒密度为251粒/mm-349粒/mm。本实施例中，金刚石粉的颗粒密度相对较大，能够保证细密的切割效果，得到表面更加光滑的硅片，保证硅片的切割效果。具体地，颗粒密度可以是251粒/mm、261粒/mm、271粒/mm、281粒/mm、291粒/mm、300粒/mm、301粒/mm、311粒/mm、321粒/mm、331粒/mm、341粒/mm、349粒/mm。
在一些实施例中，金刚线200的直径为48μm-52μm。本实施例中，采用较细的金刚线200进行切割，能够减少硅块300的损耗，降低硅块300的成本，提升单位质量内硅片的出片数，得到片厚均匀的硅片，提高硅片的切割质量。具体地，金刚线200的直径可以是48μm、48.5μm、49μm、49.5μm、50μm、50.5μm、51μm、51.5μm、52μm。
在一些实施例中，金刚线200的切割张力为4N-6N。通过调整金刚线200的张力大小，适当降低金刚线200的切割张力，可以保证金刚线200的稳定性，减少金刚线200的断线，减少金刚线200的抖动，保证金刚线200切割硅块300的效率。具体地，切割张力可以是4N、4.5N、5N、5.5N、6N。
当金刚线200的直径变细之后，金刚线200切割出来的切缝对应变细，传统的切割液不能很好地渗入切缝中，导致切割时金刚线200不能及时地得到润滑和冷却，金刚线200磨损量过大，容易引起断线异常。
为此，在一些实施例中，在切割过程中，利用切割液500对金刚线200进行润滑和冷却，其中，切割液500的浓度为0.5％-0.599％、0.601％-0.999％、1.001％-1.299％、或1.301％-1.5％。在切割过程中，由于金刚线200和硅块300摩擦容易发热和产生碎粉，需要利用切割液500进行润滑、冷却和冲洗，为金刚线200和硅块300散热、润滑和冲去杂物。本实施例中，调整了切割液500的浓度，适量地增加了切割液500的浓度，以确保切割液500可以更好地渗入金刚线200和硅块300的切缝中，同时，在切割液500较少的渗入量下能够正常地发挥冷却、润滑和冲洗的作用，从而降低金刚线200的磨损量，减少断线。具体地，切割液500的浓度可以是0.5％-0.599％，例如0.5％、0.5495％、0.599％。切割液500的浓度可以是0.601％-0.999％，例如0.601％、0.8％、0.999％。切割液500的浓度可以是1.001％-1.299％，例如1.001％、1.15％、1.2％、1.299％。切割液500的浓度还可以是1.301％-1.5％，例如1.301％、1.4005％、1.5％。在一个具体的实施例中，切割液500的浓度为1.2％。
在一些实施例中，利用引流板400对切割液500进行引流，其中，引流板400与金刚线200线网之间的距离为4mm-5.99mm或6.01-10mm。引流板400用于引导切割液500的流向并且使切割液500能够均匀地流出，使切割液500从引流板400冲刷到切割点，并略高于金刚线200与硅块300的接触点，防止引流板400干扰切割过程。具体地，引流板400与金刚线200线网的距离可以是4mm-5.99mm，例如4mm、4.5mm、4.995mm、5mm、5.5mm、5.99mm等。还可以是6.01-10mm，例如6.01mm、7mm、8mm、8.005mm、9mm、10mm。
为了匹配金刚线200的线速度，可以适应性地调整工作台的下压速度，具体地，将工作台的下压速度设为0mm/min-4mm/min。如此设置，可以防止工作台下压速度过快或过慢，减少对金刚线200的冲击。通常，在硅块300开始切断的阶段和切割中期的下压速度要大于硅块300即将切断的阶段的下压速度。通过调整下压速度，实现初期和中期的快速切割、减少后期的切割力，减少金刚线200形成较大的弓弯。
在一些具体的实施例中，工作台的下压速度可以是0mm/min-0.49mm/min，例如0mm/min、0.2mm/min、0.245mm/min、0.49mm/min等。工作台的下压速度可以是0.51mm/min-0.99mm/min，例如0.51mm/min、0.75mm/min、0.99mm/min等。工作台的下压速度可以是1mm/min-1.09mm/min，例如1mm/min、1.045mm/min、1.09mm/min等。工作台的下压速度可以是1.11mm/min-1.49mm/min，例如1.11mm/min、1.30mm/min、1.49mm/min等。工作台的下压速度可以是1.51mm/min-2.29mm/min，例如1.51mm/min、1.90mm/min、2.29mm/min等。工作台的下压速度可以是2.31mm/min-2.59mm/min，例如2.31mm/min、2.45mm/min、2.59mm/min等。工作台的下压速度可以是2.61mm/min-2.99mm/min，例如2.61mm/min、2.80mm/min、2.99mm/min等。工作台的下压速度可以是3.01mm/min-3.49mm/min，例如3.01mm/min、3.25mm/min、3.49mm/min。工作台的下压速度还可以是3.51mm/min-4mm/min，例如3.51mm/min、3.755mm/min、4mm/min。
此外，通过调整导轮100的槽距也可以辅助性地减少金刚线200与导轮100的磨削，具体地，将导轮100的槽距设为220μm-280μm。可以理解的是，导轮100的轴向表面具有多个间隔排列的槽，金刚线200设置于槽内，槽距为相邻两个槽的中心距。经过研究发现，该范围的导轮100参数能够较大程度地减少金刚线200与导轮100的磨削，使金刚线200位于槽内的合适位置，保证金刚线200的稳定性，减少金刚线200的抖动，进而提高金刚线200的切割质量，得到片厚均匀的硅片。
在一些具体的实施例中，导轮100的槽距可以是220μm-244μm，例如220μm、224μm、228μm、232μm、236μm、240μm、244μm等。导轮100的槽距可以是251μm-269μm，例如251μm、255μm、259μm、260μm、263μm、267μm、269μm等。导轮100的槽距还可以是271μm-280μm，例如271μm、273μm、275μm、275.5μm、277μm、279μm、280μm等。
以下提供具体的对比实施例和本发明的实施例。
对比实施例：金刚线的直径为48μm-52μm，采用往复式走线，金刚线的线速度为1200mm/min-1600mm/min，金刚线的加速度为5m/s2-8m/s2，切割张力为4N-7N，切割液的浓度为0.2％-0.6％，引流板的高度4mm-10mm，工作台的下压速度为0mm/min-3mm/min，导轮的槽距为242μm-252μm。最终，切割时间为90min-105min，金刚线的磨损量为8％-13％，硅片表面的线痕深度为8μm-12μm，片厚差异为10μm-14μm。
本发明实施例：金刚线的直径为48μm-52μm，采用往复式走线，金刚线的线速度为1680mm/min-2100mm/min，金刚线的加速度为2m/s2-6m/s2，切割张力为4N-6N，切割液的浓度为0.5％-1.5％，引流板的高度4mm-10mm，工作台的下压速度为0mm/min-3mm/min，导轮的槽距为242μm-252μm。最终，切割时间为80min-95min，金刚线的磨损量为7％-12％，硅片表面的线痕深度为4μm-8μm，片厚差异为7μm-11μm。
对比可知，本发明的实施例所采用的金刚线硅片的切割方法，切割时间相对较低，金刚线的磨损量也较低，硅片的表面质量更好，片厚差异性小。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种金刚线切割硅片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粘附有硅块的晶托安装于金刚线线网上方的工作台上；
下压工作台，同时导轮带动金刚线运动，对硅块进行切割；
其中，所述金刚线的运动过程包括往复段，在所述金刚线处于所述往复段的运动过程中，所述金刚线的线速度为1680m/min-1799m/min、1801m/min-1999m/min或2001m/min-2500m/min，所述金刚线的加速度为2m/s2-3.99m/s2或4.01m/s2-6m/s2。
2.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述硅块的靠近所述工作台的一侧形成有倒角，当所述金刚线切割至所述倒角处时，所述金刚线的线速度下降至1200m/min-1500m/min。
3.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述金刚线的线速度为2001m/min-2100m/min。
4.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述金刚线上金刚石粉的颗粒密度为251粒/mm-349粒/mm。
5.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述金刚线的直径为48μm-52μm。
6.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述金刚线的切割张力为4N-6N。
7.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，在切割过程中，利用切割液对所述金刚线进行润滑和冷却，其中，所述切割液的浓度为0.5％-0.599％、0.601％-0.999％、1.001％-1.299％、或1.301％-1.5％。
8.根据权利要求7所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，利用引流板对所述切割液进行引流，其中，所述引流板与所述金刚线线网之间的距离为4mm-5.99mm或6.01-10mm。
9.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述工作台的下压速度为0mm/min-4mm/min。
10.根据权利要求1所述的金刚线切割硅片的方法，其特征在于，所述导轮的槽距为220μm-280μm。
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