硅片切割技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

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1、硅片切割技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢摘要：隨著全球各國綠色能源的推廣和近年來半導體產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展，硅片市場的供需已極度不平衡，切割加工能力的落后和產(chǎn)能的嚴重不足已構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸。作為硅片(晶圓)上游生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，近年來崛起的新型硅片多絲切割技術(shù)具有切割表面質(zhì)量高、切割效率高和可切割大尺寸材料、方便后續(xù)加工等特點。由于驅(qū)動研磨液的切割絲在加工中起重要作用，與刀損和硅片產(chǎn)出率密切關(guān)聯(lián)，故對細絲多絲切割的研究具有迫切與深遠的意義。關(guān)鍵詞：晶圓，多絲切割，細絲，產(chǎn)出率，切削量0引言：????硅片切割是電子工業(yè)主要原材料一硅片(

2、晶圓)生產(chǎn)的上游關(guān)鍵技術(shù)，切割的質(zhì)量與規(guī)模直接影響到整個產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)。在電子工業(yè)中，對硅片的需求主要表現(xiàn)在太陽能光伏發(fā)電和集成電路等半導體產(chǎn)業(yè)上。????光伏發(fā)電是利用半導體材料光生伏打效應(yīng)原理直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。資料顯示，太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達5.6×1012千瓦小時，相當于目前世界上能耗的40倍。隨著全球礦物資源的迅速消耗，人們環(huán)保意識的不斷增強，充分利用太陽的綠色能源被高度重視（圖1.1為近年來全球太陽能電池產(chǎn)

3、量），發(fā)展勢頭及其迅猛。?????晶體硅片是制作光伏太陽能電池的主要材料，每生產(chǎn)1MW的太陽能電池組件需要17噸左右的原料。CleanEdge預(yù)計，全球太陽能發(fā)電市場的規(guī)模將從2005年的110億美元猛進增到2015年的510億美元，以芯片著名的“硅谷”將被“太陽谷”所取代。顯然太陽能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展需要更多的硅原料及切割設(shè)備來支撐。?????除太陽能電池外，硅片的巨大需求同樣表現(xiàn)在集成電路等半導體產(chǎn)業(yè)上。硅占整個半導體材料的95%以上，單晶硅片是半導體器件生產(chǎn)的關(guān)鍵性基材，是當之無愧的電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐材料。2005年

4、我國集成電路產(chǎn)業(yè)消耗的電子級多晶硅約1000噸，太陽能電池多晶硅約1400噸；2006年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)消耗的電子級多晶硅約1200噸，太陽能電池多晶硅約3640噸。預(yù)計到2010年，電子級多晶硅年需求量將達到約2000噸，光伏級多晶硅年需求量將達到約4200噸。隨著全球各國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，綠色能源的推廣和近年來半導體產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展，硅片市場的供需已極度不平衡。硅原料的供不應(yīng)求，切割加工能力的落后和嚴重不足構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸，嚴重阻礙了我國太陽能和半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，未來的3至5年間，將是中國晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的

5、黃金時期。1硅片切割的常用方法：?????硅片加工工藝流程一般經(jīng)過晶體生長、切斷、外徑滾磨、平邊、切片、倒角、研磨、腐蝕、拋光、清洗、包裝等階段。近年來光伏發(fā)電和半導體行業(yè)的迅速發(fā)展對硅片的加工提出了更高的要求(圖1.2)：一方面為了降低制造成本，硅片趨向大直徑化。另一方面要求硅片有極高的平面度精度和極小的表面粗糙度。所有這些要求極大的提高了硅片的加工難度，由于硅材料具有脆、硬等特點，直徑增大造成加工中的翹曲變形，加工精度不易保證。厚度增大、芯片厚度減薄造成了材料磨削量大、效率下降等。?????硅片切片作為硅片加工工藝

6、流程的關(guān)鍵工序，其加工效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到整個硅片生產(chǎn)的全局。對于切片工藝技術(shù)的原則要求是：①切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。②斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。③提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。④提高切割速度，實現(xiàn)自動化切割。?????目前，硅片切片較多采用內(nèi)圓切割和自由磨粒的多絲切割(固定磨粒線鋸實質(zhì)上是一種用線性刀具替代環(huán)型刀具的內(nèi)圓切割)。內(nèi)圓切割是傳統(tǒng)的加工方法（圖1.3a），材料的利用率僅為40％～50％左右；同時，由于結(jié)構(gòu)限制，內(nèi)圓切割無法加工200mm以上的大中直徑

7、硅片。??????????????????????????（a）為內(nèi)圓切割????????????????????（b）為多絲切割????????????????????????????????圖1.3多絲切割與內(nèi)圓切割原理示意圖?????多絲切割技術(shù)是近年來崛起的一項新型硅片切割技術(shù)，它通過金屬絲帶動碳化硅研磨料進行研磨加工來切割硅片（圖1.3b）。和傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割相比，多絲切割具有切割效率高、材料損耗小、成本降低(日進NWS6X2型6”多絲切割加工07年較內(nèi)圓切割每片省15元)、硅片表面質(zhì)量高、可切割大尺寸材料、方

8、便后續(xù)加工等特點(見表1.1)。特點多絲切割內(nèi)圓切割切割方法研磨磨削硅片表面特征絲痕斷裂&碎片破壞深度(um)5--1520--30生產(chǎn)效率（cm2/hr）110--20010--30每次加工硅片數(shù)200--4001刀損(um)180--210300--500硅片最小厚度(um)200350可加工硅碇直徑(mm)>300Max20