1、硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方硅片加工滚磨开方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l晶圆单晶硅的工艺晶圆单晶硅的工艺l单晶光伏硅片的工艺单晶光伏硅片的工艺l铸锭多晶的工艺铸锭多晶的工艺n滚磨与开方经过直拉法生长出的硅锭子，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，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，因此在进行硅片切割之前，需要对硅锭进行整形与分硅片切割之前，需要对硅锭进行整形与分割，使其达到硅片切割（切片）的尺寸要割，
2、使其达到硅片切割（切片）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开方的目的开方的目的切片切片开方开方切片切片n滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆滚磨采用砂轮，将硅锭的外侧打磨成规则圆柱体的过程。柱体的过程。n滚磨设备单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）滚磨设备单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）n开方将大块的硅锭，切割成所需要的长方体开方将大块的硅锭，切割成所需要的长方体或者棱柱体。或者棱柱体。n开方设备开方设备n 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不同用途硅片的工艺要求
3、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n1）电路级硅单晶滚圆、制作参考面，）电路级硅单晶滚圆、制作参考面，n 不需要开方（晶圆尽量大）不需要开方（晶圆尽量大）n2）太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方）太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方n3）太阳能级铸锭多晶开方分割）太阳能级铸锭多晶开方分割n电路级硅单晶用来制作大尺寸晶圆，尽量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，并制作参考面。大，因此只需要滚圆，并制作参考面。太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方太阳能级硅单晶去头尾、滚圆、切方切方目的获得四个直边。切方目的获得四个直边。不同用途的硅片
4、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切方切方滚圆滚圆太阳能硅片太阳能硅片单晶单晶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，需要进行开方，得到比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，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太阳能硅片太阳能硅片多晶多晶1.1 磨削加工的过程磨削加工的过程n滚磨和开方都属于机械磨削。滚磨和开方都属于机械磨削。n定义通过模具（磨轮或者锯片），与工件定义通过模具（磨轮或者锯片），与工件（硅锭）产生相对运动，使模具上的金刚（
5、硅锭）产生相对运动，使模具上的金刚石颗粒对工件进行磨削的过程。石颗粒对工件进行磨削的过程。Third Wave Systems公司，主要业务是开发和销售基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、应变、应变率、切屑 等参数的分布分析。作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）处理之后的表面粗糙度10um结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属Ni。锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。磨粒
6、具有自锐作用，保证较长的使用寿命。工业上大量采用的仍是酸性腐蚀。滚磨和开方的目的，及所用设备应用对象较硬，而且较脆材料，第二游离磨粒式磨削材料（粉末）从工件上脱离的过程。常用的磨粒材料刚玉（Al2O3）、碳化钨、金刚石、立方氮化硼假如从金属清洗角度考虑方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。优点切口小300 um，表面平整度高，可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，从而可以进行精密、高效率加工。2、瑞士梅耶博格Meyer BuegerBS801/805型带锯切方机作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点
7、很多切口小，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（切片部分介绍）6、北京京仪世纪QFP1000型多线开方机沿道轨纵向运动，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。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。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n 第一固定磨粒式磨削第一固定磨粒式磨削n 设备砂轮、带锯、线锯设备砂轮、带锯、线锯n 比如硅单晶滚磨、倒角等过程比如硅单晶滚磨、倒角等过程n 第二游离磨粒式磨削第二游离磨粒式磨削n 设备多线切割机设备多线切割机n 比如研磨、喷砂、多线切割、抛光比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等等两类典型磨削的部件两类典型磨
8、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固定磨粒式磨削本章主要采用固定磨粒式磨削砂轮的构成砂轮的构成n砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的砂轮由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型的工艺，而制成的有一定外形的砂轮。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、有机树脂）粘结剂粘合磨粒（金属、陶瓷、有机树脂）n成型方式电镀、树脂、陶瓷成型方式电镀、树脂、陶瓷砂轮的性能参数砂轮的性能参数n研磨的效果和磨粒关系密切研磨的效果和磨粒关系密切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
9、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度高，韧硬度高，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度较高硬度较高,导导热性好热性好,韧性韧性差差铸铁铸铁,耐火材料及耐火材料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度最高硬度最高,耐耐热性较热性较硬度非常高硬度非常高硬质合金硬质合金,宝石宝石,陶瓷等高硬材料，陶瓷等高硬
10、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，发生摩擦并伴随发热。磨粒和工件开始接触，发生摩擦并伴随发热。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。磨削加工的特点磨削加工的特点1.靠界面上大量磨粒进行磨削。靠界面上大量磨粒进行磨削。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
11、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，可以进行高精密加工，得到较小表面粗糙可以进行高精密加工，得到较小表面粗糙度。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。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磨削对材料表面的损伤磨削对材料表面的损伤加工过程
12、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，主要包括热裂纹热裂纹晶格畸变（非单晶）晶格畸变（非单晶）应力残存应力残存杂质原子混入杂质原子混入掺杂掺杂表面粗糙度表面粗糙度损伤层的厚度损伤层的厚度几十几十 um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有限元分析的，切削加工过发和销售
13、基于有限元分析的，切削加工过程仿真软件，可以进行切削过程中的切削程仿真软件，可以进行切削过程中的切削力、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。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n 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n 开方滚磨机、开方滚磨机、n 金刚石带锯金刚石带锯固定磨粒，线接触固定磨粒，线接触n 金刚石线锯金刚石线锯固定磨粒，线接触固定磨粒，线接触滚磨和开方的目的，及所用设备铸锭多晶，成规则的立方体，不过外形较大，也比较粗糙，无法直接切片，需要进行开方，得到小体积的硅棒。靠界面上
14、大量磨粒进行磨削。目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。设备简单，易于进行不规则表面的抛光磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。开方滚磨机金刚石砂轮，固定磨粒，面接触处理之后的表面粗糙度10um设备砂轮、带锯、线锯设备多线切割机锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。碱性腐蚀得到金字塔形表面滚磨机工作原理四大运动4、上海日进NWSS125G多线开方机（建议）1、美国应用材料（瑞士HCT公司）HCTE800S型多线开方机（Applied Materials）原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。第一固定磨粒式磨削锯片的旋转可以切割工
15、件，而上下移动，可以保证切割到工件。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。磨粒切入工件材料内部，材料发生形变，但非磨削式切割非磨削式切割n电火花线切割利用做电极的金属导线，和电火花线切割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。工件表面之间的电火花放电，进行切割。n原理电火花放电，产生局部高温，从而将原理电火花放电，产生局部高温，从而将材料，融化材料，融化n优点非接触，无污染，无损耗，内部挖洞优点非接触，无污染，无损耗，内部挖洞式切割，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n1）切方滚磨机）切方滚磨机（滚磨、切
16、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、开方的设备滚磨、开方设备种类滚磨、开方设备种类n滚磨设备切方滚磨机滚磨设备切方滚磨机n开方设备开方设备n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）n金刚石带锯（主流）金刚石带锯（主流）Band SawBand Sawn金刚石线锯（发展趋势）金刚石线锯（发展趋势）Diamond Wire Diamond Wire SawSawn切割和研磨的区别切割和研磨的区别n 切割切割线接触；研磨线接触；研磨面接触面接触n1、美国应用材料（瑞士、美国应用材料（瑞士HCT公司
17、）公司）HCTE800S型多线开方机（型多线开方机（Applied Materials）n2、瑞士梅耶博格、瑞士梅耶博格Meyer BuegerBS801/805型带锯切方机型带锯切方机n3、日本小松、日本小松NTCMBS1000型型/MBS1000C多线开方机多线开方机n4、上海日进、上海日进NWSS125G多线开方机（建多线开方机（建议）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XQ50025线切线切方机方机主流开方设备主流开方设备
18、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n1）纵向工作台的纵向往复运动。）纵向工作台
19、的纵向往复运动。n2）工件的纵向移动和旋转运动。）工件的纵向移动和旋转运动。n3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。动。n4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。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，在导轨上纵向前后移动。以带动工件，在导轨上纵向前后移动。n工作台运动的速度和距离可以通过电机来工作台运动的速度和距离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3、日本小松NTCMBS1000型/MBS1000C多线开方机应用对象较硬，而且较脆材料，设
20、备简单，易于进行不规则表面的抛光碱性腐蚀得到金字塔形表面假如从金属清洗角度考虑3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。b:制作参考面滚磨机打磨切割方式固定磨粒式切割，优点切口小300 um，表面平整度高，可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，从而可以进行精密、高效率加工。磨粒具有自锐作用，保证较长的使用寿命。加工对象滚磨后的平面、圆面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。2、瑞士梅耶博格Meyer BuegerBS801/805型带锯切方机金刚石带锯固定磨粒，线接触磨粒硬度大，可以加工各种材料。铸铁,耐火材料及其它非金属采集、
21、分析面板指令，转化为电机所需信号，信号传输单晶切方滚磨机、(金刚石)带锯、(金刚石)线锯等工件（硅锭）的运动工件（硅锭）的运动n工件有两种运动工件有两种运动n 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。n 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。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移动和绕自身轴滚磨砂轮包括沿纵向的前后移动和绕自身轴的旋转。的旋转。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。切方锯片的运
22、动切方锯片的运动n锯片的旋转可以切割工件，而上下移锯片的旋转可以切割工件，而上下移动，可以保证切割到工件。动，可以保证切割到工件。2）金刚石带锯）金刚石带锯n切割原理带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒，切割原理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优点速度快，刀口损耗小，可进行大工件切优点速度快，刀口损耗小，可进行大工件切割（用于大硅锭开方）割（用于大硅锭开方）n缺点锯口仍有待减小，切割精密度还不够高，缺点锯口仍有待减小，切割精密度还不够高，有一定表面粗糙度，只能沿锯条平面内切割，有一定表面粗糙度，只能沿锯条平面内切割，无
23、法同时多方向、多片切割，无法进行切片，无法同时多方向、多片切割，无法进行切片，效率不够高。效率不够高。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结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金结构内层是钢线，外层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层，比如金属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
24、尺寸金刚石颗粒典型尺寸金刚石颗粒2040um，n 金钢线直径金钢线直径150200um。金刚石线锯特点金刚石线锯特点n优点切口小优点切口小300 um，表面平整度高，可以，表面平整度高，可以两个方向同时切割，切割过程中可改变切两个方向同时切割，切割过程中可改变切割方向，切割速度最快，效率最高，从而割方向，切割速度最快，效率最高，从而可以进行精密、高效率加工。可以进行精密、高效率加工。n（和多线切割相比）优点二切割速度更快，（和多线切割相比）优点二切割速度更快，不使用切割液，使用水降温，成本低，切不使用切割液，使用水降温，成本低，切割出的硅粉可以方便回收。割出的硅粉可以方便回收。n缺点钢线粗糙，
25、不易稳定工作，划痕较严缺点钢线粗糙，不易稳定工作，划痕较严重，有金属污染。重，有金属污染。金刚石线锯示意图金刚石线锯示意图金刚石线锯和（切片）多线切割关系金刚石线锯和（切片）多线切割关系n作为切片首先发展的是多线切割，使用普作为切片首先发展的是多线切割，使用普通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于通光滑钢线，配备研磨浆进行切割，属于游离磨粒式切割，此切割优点很多切口小，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，一次切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同时切割若干片，等等（切片部分介绍）同时切割若干片，等等（切片部分介绍）n为降低成本，开方的金刚石线锯，是在多为降低成本
26、，开方的金刚石线锯，是在多线切割机基础上，将普通钢线换为金刚石线切割机基础上，将普通钢线换为金刚石线，并对绕线部件进行改进，目前主流多线，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。HCT多线切割多线切割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效率低个锭效率低中等中等(单晶锭单晶锭)粗糙粗糙最大最大淘汰淘汰带
27、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n 高效率、低成本，高加工精度，（如窄切高效率、低成本，高加工精度，（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金刚石切割线相
28、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最大的人造金刚石基世界产量最大的人造金刚石基地地长葛长葛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1）IC单晶硅锭外径滚磨，制作参考面单
29、晶硅锭外径滚磨，制作参考面2）光伏单晶硅外径滚磨，开方）光伏单晶硅外径滚磨，开方3）多晶铸锭开方）多晶铸锭开方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硅锭硅锭参考面制作参考面制作n加工流程采用研磨设备（磨头），在柱形加工流程采用研磨
30、设备（磨头），在柱形硅锭某个晶面即（硅锭某个晶面即（1 1 0），研磨出一个平），研磨出一个平面。面。n物理过程固定磨粒研磨物理过程固定磨粒研磨n参考面要求正确取向，严格磨削深度参考面要求正确取向，严格磨削深度n参数设置磨削深度，硅锭转速、轴向移动参数设置磨削深度，硅锭转速、轴向移动速度，磨轮转速等速度，磨轮转速等参考面滚磨制作参考面滚磨制作LhR002222sin()-4LRLhRR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，张角不同尺寸硅片的参考面，张角20一致一致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
31、块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2LdRd3 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特点铸锭体积比较大，需要更大工作台特点铸锭体积比较大，需要更大工作台n使用设备带锯、线锯使用设备带锯、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。（带锯可加工的工件尺寸最大）度。（带锯可加工的工件尺寸最大）铸锭多
32、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：800mm800mm740mm1.4 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，表层有不同深度的损伤，为了将损伤上，表层有不同深度的损伤，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目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污目的减少损伤层的厚度（不考虑金属污染）。染）。n损伤应力分布、晶格畸变、表面粗糙化、损伤应力分布、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
33、）n适用条件适合机械研磨以后的初次抛光适用条件适合机械研磨以后的初次抛光去除损伤层方法去除损伤层方法n1）化学腐蚀）化学腐蚀n 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n 处理之后的表面粗糙度处理之后的表面粗糙度10um1）化学腐蚀化学腐蚀n化学腐蚀的特点化学腐蚀的特点n 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核心问题控制反应速度，腐蚀深度，减小核心问题控制反应速度，腐蚀深度，减小腐蚀后的粗糙度腐蚀后的粗糙度n可调参数腐蚀液的配比（酸性、氧化性相可调参数腐蚀液的配比（酸性、氧化性相对大小）、反应的温度对大小）、反应的温度a）酸性腐蚀）酸
34、性腐蚀n腐蚀液腐蚀液n HF:HNO3:HAc=(12):(57):(12)n 反应的优点反应的优点n 反应速度快，过程中放热，不需要反应速度快，过程中放热，不需要加热加热n缺点缺点n 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：4NOO2H3SiO4HNO3Si223O2HSiFH6HFSiO26224NOO8HSiF3HHF814HNO3Si2623nb）碱腐蚀）碱腐蚀
35、腐蚀液腐蚀液：NaOH/KOH+H2O 浓度浓度15%40%l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）l缺点：缺点：反应是纵向反应，易向深层腐蚀，容易形反应是纵向反应，易向深层腐蚀，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。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232223222HSiONaOH2NaOHSi2HSiOKOH2KOHSiv工业上大量采用的仍是酸性腐蚀。工业上大量采用
36、的仍是酸性腐蚀。加热加热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金属污染腐蚀液含金属污染大，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、
37、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原因部分金属离子的二次吸附污染原因部分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）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l碱性腐蚀，带来金属污染，如碱性腐蚀，带来金属污染，如Nal碱性环境中，碱性环境中，Si带负电，吸引带正电的带负电，吸引带正电的金属离子，因此易形成金属二次沾污。金属离子，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
38、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。单晶腐蚀的效果单晶腐蚀的效果n腐蚀速率和晶向有关各向异性腐蚀速率和晶向有关各向异性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n 碱性腐蚀得到金字塔形表面碱性腐蚀得到金字塔形表面n 酸性腐蚀得到孔洞型的表面酸性腐蚀得到孔洞型的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方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。方法组合（金刚石）毛刷式和精细磨石两种。n加工对象滚磨后的平面、圆面加工对象滚磨后的平面、圆面n精密度粗抛光精密度粗抛光1020um 精细抛光精细抛光1umn原则采用不同大小的磨粒，进行逐步精细抛原则采用不同大小的磨粒，进行逐步精细抛光。光。金刚石毛刷金刚石毛刷
