1、第一章第一章 硅晶體的滾磨與開方硅晶體的滾磨與開方n1.0 簡介簡介n1.1 磨削加工知識磨削加工知識n1.2 滾磨、開方設備及工作原理滾磨、開方設備及工作原理n1.3 滾磨、開方的加工過程滾磨、開方的加工過程n1.4 滾磨、開方后的表面的處理滾磨、開方后的表面的處理1.0 簡介簡介n滾磨和開方的目的，及所用設備滾磨和開方的目的，及所用設備n硅片用途決定的加工工序硅片用途決定的加工工序l晶圓單晶硅的工藝晶圓單晶硅的工藝l單晶光伏硅片的工藝單晶光伏硅片的工藝l鑄錠多晶的工藝鑄錠多晶的工藝n滾磨與開方：滾磨與開方：經過直拉法生長出的硅錠子，經過直拉法生長出的硅錠子，外形是不規則的圓柱體，外側可能有

2、晶棱外形是不規則的圓柱體，外側可能有晶棱出現，頭和尾部均有錐形端，因此在進行出現，頭和尾部均有錐形端，因此在進行硅片硅片切割之前切割之前，需要對硅錠進行，需要對硅錠進行整形與分整形與分割割，使其達到硅片，使其達到硅片切割切割（切片）（切片）的尺寸要的尺寸要求。求。n以上以光伏單晶錠為例介紹。以上以光伏單晶錠為例介紹。滾磨和開方的目的滾磨和開方的目的開方的目的開方的目的切片切片開方開方切片切片n滾磨：滾磨：采用砂輪，將硅錠的外側打磨成規則采用砂輪，將硅錠的外側打磨成規則圓柱體的過程。圓柱體的過程。n滾磨設備：滾磨設備：單晶切方滾磨機單晶切方滾磨機（金剛石砂輪）（金剛石砂輪）n開方：開方：將大塊的

3、硅錠，切割成所需要的長方將大塊的硅錠，切割成所需要的長方體或者棱柱體。體或者棱柱體。n開方設備：開方設備： 單晶切方滾磨機、單晶切方滾磨機、(金剛石金剛石)帶鋸、帶鋸、(金剛石金剛石)線線鋸等鋸等工藝與設備工藝與設備不同用途硅片的工藝要求不同用途硅片的工藝要求n根據用途不同，加工的工藝也不相同：根據用途不同，加工的工藝也不相同：1）電路級硅單晶：電路級硅單晶：滾圓、制作參考面，滾圓、制作參考面， 不需要開方（晶圓盡量大）不需要開方（晶圓盡量大）2）太陽能級硅單晶：太陽能級硅單晶：去頭尾、滾圓、切方去頭尾、滾圓、切方3）太陽能級鑄錠多晶太陽能級鑄錠多晶：開方分割開方分割n電路級硅單晶：電路級硅單

4、晶：用來制作大尺寸晶圓，盡用來制作大尺寸晶圓，盡量大，因此只需要滾圓，并制作參考面。量大，因此只需要滾圓，并制作參考面。太陽能級硅單晶：太陽能級硅單晶：去頭尾、滾圓、切方去頭尾、滾圓、切方n切方目的：獲得四個直邊。切方目的：獲得四個直邊。不同用途的硅片不同用途的硅片IC級單晶硅片級單晶硅片太陽能單晶硅片太陽能單晶硅片切方切方滾圓滾圓太陽能硅片太陽能硅片單晶單晶n鑄錠多晶，成規則的立方體，不過外形較大，也鑄錠多晶，成規則的立方體，不過外形較大，也比較粗糙，無法直接切片，需要進行比較粗糙，無法直接切片，需要進行開方開方，得到，得到小體積的硅棒。小體積的硅棒。n開方目的：獲得小尺寸可加工的硅棒開方目

5、的：獲得小尺寸可加工的硅棒太陽能硅片太陽能硅片多晶多晶1.1 磨削加工的過程磨削加工的過程n滾磨和開方都屬于滾磨和開方都屬于機械磨削機械磨削。n定義：定義：通過模具（磨輪或者鋸片），與工通過模具（磨輪或者鋸片），與工件（硅錠）產生件（硅錠）產生相對運動相對運動，使模具上的金，使模具上的金剛石顆粒對工件進行剛石顆粒對工件進行磨削磨削的過程。的過程。磨削的分類磨削的分類n機械磨削分為兩類：機械磨削分為兩類： 第一：第一：固定磨粒式磨削固定磨粒式磨削 設備：砂輪、帶鋸、線鋸設備：砂輪、帶鋸、線鋸 比如硅單晶滾磨、倒角等過程比如硅單晶滾磨、倒角等過程 第二：第二：游離磨粒式磨削游離磨粒式磨削 設備：多

6、線切割機設備：多線切割機 比如研磨、噴砂、多線切割、拋光等比如研磨、噴砂、多線切割、拋光等兩類典型磨削的部件兩類典型磨削的部件固定磨粒式固定磨粒式砂輪砂輪游離磨粒式游離磨粒式本章主要采用本章主要采用固定磨粒固定磨粒式磨削式磨削砂輪的構成砂輪的構成n砂輪：砂輪：由由磨料顆粒磨料顆粒和和粘結劑粘結劑采用一定成型采用一定成型的工藝，而制成的有一定外形的砂輪。的工藝，而制成的有一定外形的砂輪。n磨粒：切削研磨磨粒：切削研磨n粘結劑：粘合磨粒（金屬、陶瓷、有機樹粘結劑：粘合磨粒（金屬、陶瓷、有機樹脂）脂）n成型方式：電鍍、樹脂、陶瓷成型方式：電鍍、樹脂、陶瓷砂輪的性能參數砂輪的性能參數n研磨的效果和研磨

7、的效果和磨粒磨粒關系密切關系密切n磨粒的參數：材料種類，尺寸，硬度，磨粒的參數：材料種類，尺寸，硬度，形狀，燒結密度等形狀，燒結密度等n常用的磨粒材料：剛玉（常用的磨粒材料：剛玉（Al2O3）、碳）、碳化鎢、金剛石、立方氮化硼化鎢、金剛石、立方氮化硼類類 別別名名 稱稱顏顏 色色性性 能能適適 用用 范范 圍圍氧化物氧化物剛玉剛玉白色白色硬度高，韌硬度高，韌性較好性較好各種金屬各種金屬碳化物碳化物碳化硅碳化硅碳化硼碳化硼黑色黑色綠色綠色硬度較高硬度較高, ,導導熱性好熱性好, ,韌性韌性差差鑄鐵鑄鐵, , 耐火材料及耐火材料及其它非金屬其它非金屬研磨硬質合金研磨硬質合金超硬超硬磨料磨料人造金人

8、造金剛石剛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, ,耐耐熱性較熱性較硬度非常高硬度非常高硬質合金硬質合金, , 寶石寶石, ,陶瓷等高硬材料，陶瓷等高硬材料，及其它難加工材料及其它難加工材料磨粒的種類磨粒的種類磨削過程的三個階段磨削過程的三個階段n1）彈性變形階段彈性變形階段 磨粒和工件開始接觸，發生摩擦并伴隨磨粒和工件開始接觸，發生摩擦并伴隨發熱發熱。n2）刻劃階段刻劃階段 磨粒切入工件材料內部，材料發生形變，但磨粒切入工件材料內部，材料發生形變，但 未脫離材料母體。未脫離材料母體。n3）切削階段切削階段 材料（粉末）從工件上脫離的過程。材料（粉末）從工件上脫離的過程。磨削

9、加工的特點磨削加工的特點1. 靠界面上靠界面上大量磨粒大量磨粒進行磨削。進行磨削。2. 磨粒硬度大，可以加工各種材料。磨粒硬度大，可以加工各種材料。3. 磨粒尺寸小，可以切削的厚度很薄，因此，磨粒尺寸小，可以切削的厚度很薄，因此，可以進行高可以進行高精密精密加工，得到較小表面加工，得到較小表面粗糙粗糙度度。4. 和傳統刃口刀具比，磨削效率高，加工的和傳統刃口刀具比，磨削效率高，加工的速度快。速度快。5. 磨粒具有自銳作用，保證較長的使用壽命。磨粒具有自銳作用，保證較長的使用壽命。影響磨削的參數影響磨削的參數n砂輪的種類：磨粒材料，粒度等參數等砂輪的種類：磨粒材料，粒度等參數等n工件的特性：硬度

10、，任性，導熱性能等工件的特性：硬度，任性，導熱性能等n砂輪轉速砂輪轉速n工件進給速度工件進給速度n砂輪和工件的壓力砂輪和工件的壓力磨削對材料表面的損傷磨削對材料表面的損傷加工過程由于表面溫度、擠壓及其不均勻分加工過程由于表面溫度、擠壓及其不均勻分分布，會在表面形成損傷，主要包括：分布，會在表面形成損傷，主要包括：n熱裂紋熱裂紋n晶格畸變（非單晶）晶格畸變（非單晶）n應力殘存應力殘存n雜質原子混入雜質原子混入摻雜摻雜n表面粗糙度表面粗糙度n損傷層的厚度：損傷層的厚度：幾十幾十 um磨削過程的評估磨削過程的評估n1. 對磨削的樣品進行直接實驗測量對磨削的樣品進行直接實驗測量n2. 對過程進行模擬對

11、過程進行模擬金屬切削的數值模擬金屬切削的數值模擬(AdvantEdgetm FEM )nThird Wave Systems公司，主要業務是開公司，主要業務是開發和銷售基于發和銷售基于有限元分析有限元分析的，切削加工過的，切削加工過程仿真軟件，可以進行切削過程中的程仿真軟件，可以進行切削過程中的切削切削力、應變、應變率、切屑力、應變、應變率、切屑 等參數的分布分等參數的分布分析。析。滾磨開方設備的磨削方式滾磨開方設備的磨削方式n滾磨：滾磨： 開方滾磨機開方滾磨機金剛石砂輪，固定磨粒，金剛石砂輪，固定磨粒，面接觸面接觸n開方：開方： 開方滾磨機、開方滾磨機、 金剛石帶鋸金剛石帶鋸固定磨粒，線接觸

12、固定磨粒，線接觸 金剛石線鋸金剛石線鋸固定磨粒，線接觸固定磨粒，線接觸非磨削式切割非磨削式切割n電火花線切割：電火花線切割：利用做電極的金屬導線，利用做電極的金屬導線，和工件表面之間的電火花放電，進行切割。和工件表面之間的電火花放電，進行切割。n原理：原理：電火花電火花放電放電，產生局部，產生局部高溫高溫，從而，從而將材料，融化將材料，融化n優點：非接觸，無污染，無損耗，內部挖優點：非接觸，無污染，無損耗，內部挖洞式切割，洞式切割，n應用對象：較硬，而且較脆材料，應用對象：較硬，而且較脆材料，n要求：一定的導電能力要求：一定的導電能力n1）切方滾磨機切方滾磨機（滾磨、切方）（滾磨、切方）n2）

13、金剛石帶鋸金剛石帶鋸n3）金剛石線鋸金剛石線鋸1.2 滾磨、開方的設備滾磨、開方的設備滾磨、開方設備種類滾磨、開方設備種類n滾磨設備：滾磨設備：切方滾磨機切方滾磨機n開方設備：開方設備：l切方滾磨機（缺口大，表面粗糙，效率低）切方滾磨機（缺口大，表面粗糙，效率低）l金剛石帶鋸（主流）金剛石帶鋸（主流）Band Sawl金剛石線鋸（發展趨勢）金剛石線鋸（發展趨勢）Diamond Wire Sawn切割和研磨的區別：切割和研磨的區別： 切割切割線接觸；研磨線接觸；研磨面接觸面接觸n1、美國應用材料（瑞士美國應用材料（瑞士HCT公司）：公司）：HCT-E800S型多線開方機（型多線開方機（Appli

14、ed Materials）n2、瑞士瑞士梅耶博格梅耶博格Meyer Bueger-BS801/805型帶鋸切方機型帶鋸切方機n3、日本日本小松小松NTC-MBS1000型型/MBS1000C多線開方機多線開方機n4、上海日進上海日進NWSS-125G多線開方機（建議）多線開方機（建議）n5、大連連城：大連連城：QF1250型多線開方機（建議）型多線開方機（建議）n6、北京京儀世紀北京京儀世紀QFP1000型多線開方機型多線開方機n7、北京京聯發數控科技公司、北京京聯發數控科技公司XQ500-25線切方機線切方機主流開方設備主流開方設備1）滾磨機結構）滾磨機結構滾磨機主體滾磨機主體基座與框架基座

15、與框架滾磨區滾磨區切方區切方區滾磨機的動力結構滾磨機的動力結構滾磨機動滾磨機動力部分力部分液壓系統液壓系統電氣系統電氣系統冷卻系統冷卻系統工件移動的動力工件移動的動力面板，數控，各種面板，數控，各種電機電機滾磨區水流降溫滾磨區水流降溫控制的流程控制的流程面板輸入指令面板輸入指令采集、分析面板指令，轉化為采集、分析面板指令，轉化為電機所需信號，信號傳輸電機所需信號，信號傳輸電機發生動作電機發生動作滾磨機工作原理滾磨機工作原理四大運動四大運動n單晶切方滾磨機包括四大運動：單晶切方滾磨機包括四大運動：1）縱向縱向工作臺工作臺的的縱向往復縱向往復運動。運動。2）工件工件的的縱向移動縱向移動和和旋轉旋轉

16、運動。運動。3）滾磨滾磨砂輪砂輪的的前后往復前后往復運動和運動和旋轉旋轉運動。運動。4）切方切方鋸片鋸片的上下的上下垂直運動垂直運動和和旋轉旋轉運動運動。工作臺的運動工作臺的運動n工件（硅錠）固定在工作臺上，工作臺可工件（硅錠）固定在工作臺上，工作臺可以帶動工件，在導軌上縱向以帶動工件，在導軌上縱向前后移動前后移動。n工作臺運動的工作臺運動的速度速度和和距離距離可以通過電機來可以通過電機來精確控制。精確控制。工作臺工作臺導軌導軌工件（硅錠）的運動工件（硅錠）的運動n工件工件有兩種運動：有兩種運動： 1）由工作臺帶動，一起進行的縱向運動由工作臺帶動，一起進行的縱向運動 。 2）繞自身軸所作的旋轉

17、運動，并且速度可調。繞自身軸所作的旋轉運動，并且速度可調。滾磨砂輪的運動滾磨砂輪的運動n滾磨砂輪包括沿縱向的前后滾磨砂輪包括沿縱向的前后移動移動和繞自身軸和繞自身軸的的旋轉旋轉。n沿道軌縱向運動，可以實現打磨工件的不同沿道軌縱向運動，可以實現打磨工件的不同位置，繞自身旋轉，可以實現均勻打磨位置，繞自身旋轉，可以實現均勻打磨。切方鋸片切方鋸片的運動的運動n鋸片的旋轉可以切割工件，而鋸片的旋轉可以切割工件，而上下移上下移動動，可以保證切割到工件。，可以保證切割到工件。2）金剛石帶鋸）金剛石帶鋸n切割原理：切割原理：帶狀鋸條邊緣上鑲嵌金剛石顆粒，帶狀鋸條邊緣上鑲嵌金剛石顆粒，利用金剛石磨粒和工件相對

18、運動，來進行切利用金剛石磨粒和工件相對運動，來進行切割。割。n優點：優點：速度快，刀口損耗小，速度快，刀口損耗小，可進行大工件可進行大工件切割切割（用于大硅錠開方）（用于大硅錠開方）n缺點：缺點：鋸口仍有待減小，切割精密度還不夠鋸口仍有待減小，切割精密度還不夠高，有一定表面粗糙度，只能沿鋸條平面內高，有一定表面粗糙度，只能沿鋸條平面內切割，無法同時多方向、多片切割，無法進切割，無法同時多方向、多片切割，無法進行切片，效率不夠高。行切片，效率不夠高。金剛石帶鋸金剛石帶鋸帶鋸切割示意圖帶鋸切割示意圖帶鋸移動帶鋸移動切割方向切割方向鋸條運動鋸條運動切割切割3）金剛石線鋸（發展方向）金剛石線鋸（發展方

19、向）n線鋸是以鑲嵌有金剛石顆粒的細線作為切線鋸是以鑲嵌有金剛石顆粒的細線作為切割線，利用其與工件相對運動，進行切割。割線，利用其與工件相對運動，進行切割。n結構：結構：內層內層是鋼線，是鋼線，外層外層是電沉積生長的是電沉積生長的金剛石顆粒和金屬混合層，比如金屬金剛石顆粒和金屬混合層，比如金屬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典型尺寸：金剛石顆粒：典型尺寸：金剛石顆粒：2040um， 金鋼線直徑：金鋼線直徑：150200um。金剛石線鋸特點金剛石線鋸特點n優點：優點：切口小切口小300 um，表面平整度高，可，表面平整度高，可以兩個方向同時切割，切割過程中可改變以兩個

20、方向同時切割，切割過程中可改變切割方向，切割速度最快，效率最高，從切割方向，切割速度最快，效率最高，從而可以進行精密、高效率加工。而可以進行精密、高效率加工。n（和多線切割相比）（和多線切割相比）優點二優點二：切割速度更：切割速度更快，不使用切割液，使用水降溫，成本低，快，不使用切割液，使用水降溫，成本低，切割出的硅粉可以方便回收。切割出的硅粉可以方便回收。n缺點：缺點：鋼線粗糙，不易穩定工作，劃痕較鋼線粗糙，不易穩定工作，劃痕較嚴重，有金屬污染。嚴重，有金屬污染。金剛石線鋸示意圖金剛石線鋸示意圖金剛石金剛石線鋸線鋸和和（切片）多線切割（切片）多線切割關系關系n作為作為切片切片首先發展的是多線

21、切割，使用普首先發展的是多線切割，使用普通通光滑鋼線光滑鋼線，配備，配備研磨漿研磨漿進行切割，屬于進行切割，屬于游離磨粒式切割，此切割優點很多：切口游離磨粒式切割，此切割優點很多：切口小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，小，切割面平整性高，片子崩裂概率低，一次同時切割若干片，等等（切片部分介一次同時切割若干片，等等（切片部分介紹）紹）n為降低成本，開方的金剛石線鋸，是在多為降低成本，開方的金剛石線鋸，是在多線切割機基礎上，將普通鋼線換為線切割機基礎上，將普通鋼線換為金剛石金剛石線線，并對繞線部件進行改進，目前主流多，并對繞線部件進行改進，目前主流多線切割設備，都可以進行此類改進。線切割設備，都

22、可以進行此類改進。HCT多線切割多線切割金剛石線鋸和多線切割金剛石線鋸和多線切割金剛石線鋸金剛石線鋸（固定磨粒）（固定磨粒）多線切割多線切割（游離磨粒）（游離磨粒）切割液切割液切方設備比較切方設備比較鋸縫鋸縫效率效率工件工件尺寸尺寸表面表面原料原料浪費浪費應用應用范圍范圍滾磨機滾磨機 較大較大一次加工單一次加工單個錠個錠效率低效率低中等中等(單晶錠單晶錠)粗糙粗糙最大最大淘汰淘汰帶鋸帶鋸小小比較高比較高最大最大(鑄錠鑄錠)平整平整較小較小主流主流金剛線金剛線線鋸線鋸最小最小兩個方向同兩個方向同時切割時切割效率最高效率最高最小最小(單晶錠單晶錠)略粗略粗糙糙最小最小發展發展切方手段的發展趨勢切方

23、手段的發展趨勢n半導體、光伏以及電子行業對材料切割提半導體、光伏以及電子行業對材料切割提出了更高要求，目前切割方面的發展趨勢出了更高要求，目前切割方面的發展趨勢是：是： 高效率、低成本，高加工精度高效率、低成本，高加工精度，（如窄切，（如窄切縫，低表面損傷，低翹曲度等）。縫，低表面損傷，低翹曲度等）。n設備：設備：切方滾磨機切方滾磨機金剛石帶鋸金剛石帶鋸金剛石線鋸金剛石線鋸金剛石切割線相關企業金剛石切割線相關企業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鞏義鞏義 2011年年5月與江西塞維合作生產月與江西塞維合作生產5200噸超精細鋼線噸超精細鋼線直徑直徑130um。n河南黃河旋風河南

24、黃河旋風世界產量世界產量最大最大的的人造金剛石基人造金剛石基地地長葛長葛n鄭州華晶金剛石鄭州華晶金剛石鄭州鄭州n中南鉆石中南鉆石南陽方城（世界最大工業級金剛石）南陽方城（世界最大工業級金剛石）n三門峽金渠三門峽金渠n鄭州磨粒模具研磨所鄭州磨粒模具研磨所三磨所三磨所1.3 滾磨切方的工藝過程滾磨切方的工藝過程不同用途硅片的工藝過程：不同用途硅片的工藝過程：n1）IC單晶硅錠：單晶硅錠：外徑滾磨，制作參考面外徑滾磨，制作參考面n2）光伏單晶硅：光伏單晶硅：外徑滾磨，開方外徑滾磨，開方n3）多晶鑄錠：多晶鑄錠：開方開方1） IC單晶硅錠的加工單晶硅錠的加工na: 側面滾磨側面滾磨滾磨機打磨滾磨機打磨

25、nb: 制作參考面制作參考面滾磨機打磨滾磨機打磨硅錠晶體定向硅錠晶體定向磨輪和硅錠安裝磨輪和硅錠安裝外側滾圓外側滾圓制作參考面制作參考面滾圓過程滾圓過程n硅錠繞自身軸旋轉，并向前運動，磨輪自轉，硅錠繞自身軸旋轉，并向前運動，磨輪自轉，設置一定推進量設置一定推進量d d，固定工件位置和磨輪，固定工件位置和磨輪，逐漸磨削。逐漸磨削。d硅錠硅錠參考面制作參考面制作n加工流程：加工流程：采用研磨設備（磨頭），在柱采用研磨設備（磨頭），在柱形硅錠某個晶面即（形硅錠某個晶面即（1 -1 0），研磨出一個），研磨出一個平面。平面。n物理過程：物理過程：固定磨粒研磨固定磨粒研磨n參考面要求：參考面要求：正確取

26、向，嚴格磨削深度正確取向，嚴格磨削深度n參數設置參數設置：磨削深度磨削深度，硅錠轉速、軸向移，硅錠轉速、軸向移動速度，磨輪轉速等動速度，磨輪轉速等參考面滾磨制作參考面滾磨制作LhR002222sin()-4LRLhRR打磨深度（打磨深度（h）的計算）的計算不同尺寸硅片的參考面，不同尺寸硅片的參考面，張角張角20一致一致2）單晶太陽能硅錠）單晶太陽能硅錠na：滾磨：滾磨滾磨機滾磨機nb: 切方切方帶鋸、線鋸帶鋸、線鋸截面上只切出一片方塊截面上只切出一片方塊太陽能硅單晶切方太陽能硅單晶切方2RL硅錠硅錠計算切割深度計算切割深度d，然，然后在四個垂直的方向后在四個垂直的方向進行切割進行切割2LdRd

27、3 3）鑄錠多晶硅開方）鑄錠多晶硅開方n將大塊多晶硅錠，開方成小塊的立方體。將大塊多晶硅錠，開方成小塊的立方體。n特點：特點：鑄錠體積比較大，需要更大工作臺鑄錠體積比較大，需要更大工作臺n使用設備：使用設備：帶鋸、帶鋸、線鋸線鋸n加工大尺寸硅錠，要求工作臺較大，切割加工大尺寸硅錠，要求工作臺較大，切割效率高，有時甚至可以適當犧牲加工精密效率高，有時甚至可以適當犧牲加工精密度。度。（帶鋸可加工的工件尺寸最大）（帶鋸可加工的工件尺寸最大）鑄錠多晶硅鑄錠多晶硅典型尺寸：典型尺寸：840mm840mm273.7mm帶鋸可加工尺寸：帶鋸可加工尺寸：800mm800mm740mm1.4 表面處理表面處理n

28、在滾磨開方的工序過程中，被加工的平面在滾磨開方的工序過程中，被加工的平面上，上，表層表層有不同深度的有不同深度的損傷損傷，為了將損傷，為了將損傷減小，需要對表面進行處理。減小，需要對表面進行處理。n目的：目的：減少損傷層的厚度（不考慮金屬污減少損傷層的厚度（不考慮金屬污染）。染）。n損傷：損傷：應力分布、晶格畸變、表面粗糙化、應力分布、晶格畸變、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（大于損傷層）（大于損傷層）n適用條件：適用條件：適合機械研磨以后的初次拋光適合機械研磨以后的初次拋光去除損傷層方法去除損傷層方法n1）化學腐蝕化學腐蝕 a. 酸性腐蝕酸

29、性腐蝕; b. 堿性腐蝕堿性腐蝕n2）機械拋光機械拋光 處理之后的表面粗糙度：處理之后的表面粗糙度：10um1） 化學腐蝕化學腐蝕n化學腐蝕的特點：化學腐蝕的特點： 設備簡單，易于進行不規則表面的拋光設備簡單，易于進行不規則表面的拋光n核心問題：核心問題：控制反應速度，腐蝕深度，減控制反應速度，腐蝕深度，減小腐蝕后的粗糙度小腐蝕后的粗糙度n可調參數：可調參數：腐蝕液的配比（酸性、氧化性腐蝕液的配比（酸性、氧化性相對大?。?、反應的溫度相對大?。?、反應的溫度a）酸性腐蝕）酸性腐蝕n腐蝕液：腐蝕液： HF:HNO3:HAc=(12):(57):(12)l 反應的優點：反應的優點： 反應速度快，過程中

30、放熱，不需要加熱反應速度快，過程中放熱，不需要加熱l缺點：缺點： 反應生成的氮化物，需要額外處理反應生成的氮化物，需要額外處理酸腐蝕的機理酸腐蝕的機理n表層硅的酸腐蝕、清洗機理：表層硅的酸腐蝕、清洗機理：1. 硅被硅被HNO3氧化，反應為：氧化，反應為：2. 用用HF去除去除SiO2層，反應為：層，反應為：3. 總化學反應為：總化學反應為：4NOO2H3SiO4HNO3Si223O2HSiFH6HFSiO26224NOO8HSiF3HHF814HNO3Si2623nb）堿腐蝕）堿腐蝕 腐蝕液腐蝕液： NaOH/KOH+H2O 濃度濃度15%40%l反應的優點：反應的優點： 反應需加溫度，一般反

31、應需加溫度，一般8095，速度比較，速度比較慢，易控制，廢液也易處理。慢，易控制，廢液也易處理。 （無定形的硅，反應很快）（無定形的硅，反應很快）l缺點：缺點： 反應是縱向反應，易向反應是縱向反應，易向深層腐蝕深層腐蝕，容易形，容易形成表面粗糙度增加，殘余堿不易去除。成表面粗糙度增加，殘余堿不易去除。堿溶液腐蝕的機理堿溶液腐蝕的機理n硅的堿性腐蝕拋光機理：硅的堿性腐蝕拋光機理：232223222HSiONaOH2NaOHSi2HSiOKOH2KOHSiv工業上大量采用的仍是工業上大量采用的仍是酸性腐蝕酸性腐蝕。加熱加熱酸腐蝕和堿腐蝕的比較酸腐蝕和堿腐蝕的比較參數參數酸腐蝕酸腐蝕堿腐蝕堿腐蝕反應中的熱量反應中的熱量放熱放熱吸熱、吸熱、80100粗糙度粗糙度較小較小較大較大金屬污染金屬污染腐蝕液金屬污染小、腐蝕液金屬污染小、反應溫度低，對硅污反應溫度低，對硅污染小染小腐蝕液含腐蝕液含金屬污染金屬污染大，對硅污染大大，對硅污染大腐蝕斑點控制腐蝕斑點控制0.6S內轉移到水中內轉移到水中2S內轉移到水中內轉移到水中成本成本較高較高較低較低殘液處理殘液處理污染環境，不好處理污染環境，不好處理容易處理容易處理腐蝕的效果腐蝕的效果n腐蝕去除的元素：腐蝕去除的元素：Si、金屬、有機物、等、金屬、有機物、等等等n隨著腐蝕進行，材料從硅棒進入溶