线锯浅析硅单晶线锯开方的工艺控制

　　摘要：线锯开方是一种新型的硅棒剖方加工技术,具有加工效率高、精度高、硅料损耗小和方便后续加工等特点。本文通过提高进给速度、减少新线进给量等工艺条件达到减少加工时间和降低切割钢线的消耗量。
　　关键词：线锯开方；进给速度；进给量
　　中图分类号：TG71 文献标识码：A
　　
　　1.引言
　　随着全球各国绿色能源的推广和近年来光伏产业的超常规发展[1], 硅片市场的供需已极度不平衡,加工能力落后的金刚石刀具剖方技术已构成了硅片加工的瓶颈。线锯剖方技术具有加工效率高、精度高、硅料损耗小逐渐成为硅片加工企业的新宠。
　　线锯剖方技术起源于多线切割技术[2]，是一种不影响工件特性的物理加工方法，通过交错的金属丝网（线锯）的高速往复运动,把磨粒带入工件加工区域进行研磨，最终把单晶硅圆棒切割成准方棒。在整个切割过程中, 主要涉及高速运动的金属丝、切割砂（绿碳化硅）、切割液和切割工件, 切割过程是金属丝、切割液中的切割砂与工件相互接触的复杂过程。切割砂在此起着刀具的作用，金属丝并不进行磨削加工而是主要起着将切割液高速带入切割区并对切割砂起载荷的作用[3]。切割液主要起分散切割砂和冷却的作用[4]。
　　2. 工艺方案
　　工艺方案明细表见表1且每次工艺方案运行次数大于16刀。方案0指现场成熟工艺，工艺参数为：进给速度为0.50mm/min、新线进给量为40m/min、砂浆流量为130kg/L、砂浆密度为1.725kg/L。在此工艺条件下生产出的硅方棒几何尺寸满足公差要求，相邻面垂直度小于10。,后续平磨滚磨加工无质量异常反馈。方案1.进给速度提高到0.55mm/min，新线进给量从40m/min减少至37m/min。方案2.在方案1成功后提高进给速度0.60mm/min、新线进给量37m/min。方案3.进给速度0.65mm/min、新线进给量37/min。
　　表1 工艺方案表
　　注：0―指现场成熟工艺
　　工艺和检测设备：日本NTC-MBS1000线锯开方机，游标卡尺，多功能角度尺，密度计
　　结果与分析
　　表2是三次工艺方案运行后的结果，从表中可得：当进给速度提高到0.55mm/min时加工时间减少60分钟，加工效率提高8%；当进给速度提高到0.6mm/min时，加工时间减少，当进给速度提高到0.65mm/min时加工时间减少160分钟，加工效率提高21%。每刀耗线量从31km减少到22km，耗线减少率为29%。
　　表2 工艺方案运行结果表
　　图1是方案2产生的准方棒的边长-均值极差图，该图的源数据共25个。数据采集的规范是：每刀25支单晶棒中任意抽取5支，用精度为0.02mm的邮标卡尺测量开方后准方棒相对面的边长，抽取最小值作为作图数据。从图1可得，在进给速度为0.60，砂浆流量为130kg/min，新线供给量为37m/min时，开方后准方棒的边长都处于受控状态，且从开方后平磨、滚磨工序的情况反馈，直径在167mm以上无扭曲的圆棒在此工艺下无线痕、无未磨到情况。同理，在进给速度为0.55，砂浆流量为130kg/min，新线供给量为37m/min时，开方后准方棒的边长都处于受控状态。
　　图1 开方后方棒边长的均值-极差图（进给速度0.60mm/min）
　　图2开方后方棒边长的均值-极差图（进给速度0.65mm/min）
　　图2是在进给速度为0.65，砂浆流量为130kg/min，新线供给量为37m/min时，开方后准方棒的边长都处于非受控状态，左图数据点125.18已超出控制下线LCL，经质检核查，该组准方棒开方开偏，且从开方后平磨、滚磨工序的情况反馈，对于直径在167mm以上非扭曲棒，在砂浆使用次数达十刀以上在出刀口出现分散深线痕和密集线痕情况，其具体原因还在进一步确定中。
　　4．结论
　　日本NTC MBS-1000开方机从进给速度550um/min、新线进给量40km/min、砂浆流量130kg/L调整为进给速度到600um/min,新线进给量为37m/min，砂浆流量为130kg/min,砂浆密度为1.725-1.75kg/L时，作业时间减少至646分钟，与原工艺相比加工效率提高15%；钢线消耗量减少到24km/刀，与原工艺相比钢线消耗量减少了23%；且开方后准方棒质量处于受控状态。
　　参考文献
　　[1] 程志华，黄伟，裴仁清.多丝切割技术及其关键[J].工具技术,2010，44(6)：51-53。
　　[2]王琮.半导体材料加工设备的新秀―多线切割机［J］.电子工业专用设备，2004，（4）：63-65。
　　[3]舒继千,魏昕,袁艳蕊.单晶硅游离磨粒线切割技术研究[J].工具技术，2009，43（1）：31-35。
　　[4]陈志军,张华，刘振淮，丁国建。多线切割用砂浆悬浮机理研究[Z].