1、IC級晶錠游離磨料電解磨削多線切割工藝FAEMS研究康洪亮【摘要】本文簡單的介紹IC級晶錠FAEMS的原理，及與FAMS【1】在硅片總厚度差翹曲度外表質(zhì)量的比照試驗，驗證參加電解后，F(xiàn)AEMS可以更好的改善切割工藝，提高加工質(zhì)量和效率。【關(guān)鍵詞】游離磨料；多線切割；電解；總厚度差；翹曲度；外表質(zhì)量1實驗簡介硅片游離磨料電解磨削多線切割Freeabrasiveelectrochemicalmulti-wiresawing，F(xiàn)AEMS是在機械磨削的根底上復(fù)合了電化學(xué)作用，能夠顯著降低宏觀切削力，減少硅片外表損傷層，有利于實現(xiàn)大尺寸超薄硅片加工。本文將從材料去除機理和實驗驗證上，介紹FAEMS在加工

2、尺寸精度和外表質(zhì)量等方面所取得的一些研究進展。2實驗原理FAEMS是在現(xiàn)有游離磨料多線切割的根底上，在硅錠與切割線間加上連續(xù)或脈沖電源，利用切削液的弱導(dǎo)電性產(chǎn)生微區(qū)鈍化或腐蝕，在機械磨削的同時復(fù)合電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)AEMS屬于復(fù)合加工方法，該方法以機械磨削為主，電化學(xué)作用為輔。其中，電化學(xué)作用有利于機械切削力的減小，切割產(chǎn)物兼具磨料作用，可以降低斷絲幾率，提高硅片切割效率；機械磨削作用有利于電化學(xué)鈍化或腐蝕的持續(xù)進行，硅片機械損傷層更薄，外表完整性好，減少了后續(xù)減薄量，提高了材料利用率。切割過程中，硅錠和切割線分別連接到電源的正極和負極，構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的陽極和陰極，產(chǎn)生微弱的電化學(xué)反應(yīng)，在硅錠的外

3、表形成鈍化膜。鈍化膜不斷被快速移動的切割線夾帶的磨料刮除；露出新鮮外表后，繼續(xù)發(fā)生電化學(xué)作用，材料去除過程不斷重復(fù)。鈍化膜是在陽極電場的作用下，硅基體材料和切削液中存在的氧元素發(fā)生陽極氧化反應(yīng)形成的，主要成分是硅的氧化物。其結(jié)構(gòu)疏松多孔，相比于新裸露的硅基體硬度較低，易于切割，降低了宏觀切削力，磨削加工更易進行，剩余應(yīng)力更小。試驗時電源正極采用專用進電方法連接到硅錠，負極通過碳刷或?qū)Ｓ眠M電工具連接到切割線。在開展比照試驗時，F(xiàn)AEMS的各項工藝參數(shù)與FAMS保持一致。3實驗設(shè)備與材料MWM442DM多線切割機，5英寸N硅錠假設(shè)干，MS103測試儀一臺，導(dǎo)電碳/銀漿，導(dǎo)線假設(shè)干，貴金屬電鍍脈沖電

4、源，導(dǎo)電塊，4實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果硅片的外表完整性評價指標主要包括幾何加工參數(shù)TTV、WARP、硅片外表質(zhì)量以及亞外表質(zhì)量等方面。采用單一變量法進行實驗。4.1幾何加工參數(shù)4.1.1硅片厚度與TTV統(tǒng)計的FAMSFAMS的有效片數(shù)572-584um，TTV20m，WARP40m是704片，平均厚度為581.62m，平均TTV為4.26m；統(tǒng)計的FAEMSFAEMS的有效片數(shù)572-584um，TTV20m，WARP40m是683片，平均厚度為580.62m，平均TTV為3.54m。FAEMS的TTV相比于FAMS略有減小，且TTV分布區(qū)間也有差異。從統(tǒng)計結(jié)果可以得出，F(xiàn)AMS的TTV值集中區(qū)間在4-

5、5m，而FAEMS的TTV值集中于3-4m之間，比FAMS的厚度誤差范圍小。這是因為FAEMS復(fù)合了電化學(xué)作用，生成易于切割的鈍化層，降低了宏觀切削力和切割負載，減小了因切割阻力大引起的切割線的震顫，進而降低了TTV。4.1.2WARP統(tǒng)計與分析翹曲度WARP是反映硅片變形和剩余應(yīng)力的一個重要指標，尤其是隨著硅片尺寸的不斷變大，硅片彎曲和翹曲更加嚴重，所以對翹曲度的要求也越來越高。對FAEMS和FAMS硅片的WARP統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AMS硅片的平均Warp為18.12m，Warp主要分布在1524m之間，而FAEMS硅片的平均Warp為14.38m，主要分布在1019m之間，其均值和分布區(qū)間均優(yōu)于

6、FAMS。FAEMS對硅片Warp的改善與其加工機理密切相關(guān)。硅片的剩余應(yīng)力影響翹曲度，F(xiàn)AMS完全依靠機械磨削，在加工過程中極易發(fā)生加工硬化產(chǎn)生剩余應(yīng)力；而FAEMS的加工機理不同，在機械磨削的同時復(fù)合電化學(xué)加工，能有效的降低切割負載，減少加工硬化的出現(xiàn)，減少剩余應(yīng)力，所以FAEMS的硅片Warp有明顯改善。4.2外表質(zhì)量檢測與分析切片后的硅片的外表質(zhì)量與缺陷主要包括：線痕、孔洞、裂紋、暗裂、顆粒剝落、崩邊，雜質(zhì)分布等等【2】。4.2.1對其進行外表剩余雜質(zhì)分析硅材料在制造過程中需嚴格控制雜質(zhì)含量，否那么雜質(zhì)原子會與結(jié)晶學(xué)缺陷相互作用，形成少數(shù)載流子的復(fù)合中心，大大減小擴散長度。取清洗潔凈后

7、的FAEMS硅片，對其外表進行EDS檢測，從能譜圖中可以看出FAEMS硅片外表只含有Si一種元素，并未引入其他元素。4.2.2亞外表損傷檢測與分析多線切割時切割線帶動磨粒切削，引起硅片亞表層產(chǎn)生橫向裂紋和中位裂紋，形成損傷層。由于損傷層的存在，在硅片的亞外表會出現(xiàn)隱裂、凹坑、孔洞、劃痕等缺陷，而這些缺陷會對硅片后道工序產(chǎn)生不利影響。硅片在堿溶液中各向異性腐蝕，但是由于硅片外表存在的損傷區(qū)域反應(yīng)活性高，缺陷周圍存在的局部應(yīng)力場使腐蝕速度加快，出現(xiàn)速率差，缺陷處與完美處形成明暗比照，硅片外表局部損傷層被去除后，暗裂、微裂紋、微溝槽等缺陷顯現(xiàn)出來。將FAMS的硅片和FAEMS的硅片置于80恒溫質(zhì)量分

8、數(shù)為20%的NaOH溶液中腐蝕20min，去除局部損傷層后在顯微鏡下觀察兩種樣片的微觀結(jié)構(gòu)。FAMS的硅片經(jīng)腐蝕處理后亞外表形貌，可以看到其外表存在微裂紋和較深的溝槽，這些缺陷既影響電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，又容易引起碎片，影響使用壽命。FAEMS的硅片經(jīng)腐蝕處理后亞外表形貌，其外表損傷根本平坦均勻勻，無明顯的溝槽和裂紋，在后續(xù)工序中也不易引起碎片。5結(jié)論FAEMS方法加工的硅片的TTV和WARP均優(yōu)于FAMS的硅片。因為FAMS是依靠機械磨削“冷加工來制造硅片，屬于非剛性切割，在切割過程中切割線必然產(chǎn)生變形從而不斷產(chǎn)生瞬間的沖擊作用；而FAEMS屬于復(fù)合加工，能有效降低宏觀切削力，減少切割負載。FAEMS方法由于在機械磨削的同時復(fù)合了電化學(xué)作用生成了易于切割的鈍化層，對硅片外表的線痕、剝落以及損傷層都有一定的改善作用。此外FAEMS法硅片的外表損傷層更薄。在后續(xù)的工作中將結(jié)合游離磨料和固結(jié)磨料兩種切割方法，進一步研究電解磨削多線切割對位錯、剩余應(yīng)力的