多线切割阿.doc

多线切割机在切割半导体材料时，锯丝由于高压和强烈的摩擦，以及可能的高温作用，碳化硅微粒的运动切割以及大的拉力和循环往复运动使锯丝产生拉断和疲劳断裂，降低了锯丝的使用寿命，碳化硅微粒的磨损和刃口便钝决定了锯切效果，因此，研究多线切割机磨损机理具有很现实的意义。线锯切割的失效形式:线锯锯丝的失效形式可归结为两类，宏观失效和微观失效，宏观的失效主要表现为：锯丝的拉断和疲劳断裂：微观的失效形式主要有砂浆磨料的磨损、破碎、变钝等失去切削功能。多线切割机在工作时，只要控制工作台压力即工作台进给速度，锯丝就不会直接被打断，但由于导轮的往复运动，锯丝在长期的交变应力作用下，很容易产生疲劳断裂，转速越高，应力交变频率越大，疲劳断裂增加，锯丝寿命越短，在保持工作台进给速度不变的情况下，尽可能增大导轮直径，或降低锯切速度，从而提高疲劳寿命，当然导轮直径会受到所切晶体直径，最低切割速度及整体尺寸多线切割机切割失效形式有（1）锯丝的拉断和锯丝的疲劳断裂，（2）碳化硅颗粒的磨损和破碎，刃口变钝，失去锯切能力在切片过程中硅片因机械作用造成的刀痕、损伤、破损会导致产生，包括机械应力和热应力在内的应力，进而产生滑移位错，当机械应力和热应力在高温处理过程中的作用超过晶体滑移临界应力时，会产生硅片的破碎1。对于翘曲度、弯曲度、总厚度误差、中心厚度误差等方面的质量控制，可以通过调整线张力进给速度，冷却剂流量等一系列工艺操作来达到目的及要求，它大大降低了生产成本，提高了生产效率，实验证明，线切割机切出的硅片的厚度和质量都很好的满足了下一道工艺的要求2。在硅片加工的过程中，人们越来越多认识到ULSI硅衬底加工过程中消除损伤和应力，去除微粒、边沿和表面的完美性及表面状态等已成为微电子进一步发展的十分重要的因素3。随着改革开放和经济建设的发展，以及竞争激烈的国际市场的需求状况，对硅片加工实现科学控制、确保硅片质量，提高成品率，降低生产成本，增强竞争能力，提高经济效益。加速产品更新技术换代，促进我国工业的技术改造和国民经济向质量效益型转变有着重要的现实意义4。1 线切割机的加工原理实验设备是MWS610型线切割机，线切割系统的磨削原理是使用自由研磨剂而非固定的研磨剂，因此往复式切削系统比传统的单向切削系统具有一定的优势。对于同种材料来说，系统可以有更大的行程和线的移动速度，只有通过线的往复运动，才能达到理想的研磨效果。连续的供线系统和旧线回收系统，可以避免线的破损，还可促使线的张紧以保证切削线的刚性，这有利于保持切片精度，同时，最大限度的利用切削线可以有效降低消耗。加工原理如图1和图2所示。金属线和工件间近似点接触状态，成圆弧状进行切割，由于拉力都集中加在接触部，可以进行高精度、高速度切割。金属线从供线轮通过伺服马达控制张力，经过多个导向轮转到摇动头。在槽轮上卷上设定好圈数后，经过多个导向轮，再通过伺服马达控制回收侧张力，由回收拉杆将金属线整齐排在回收轮上。实际转动时，供线轮、槽轮、回收轮一起高速运转。在金属线运行的同时，摇动头带动槽轮作周期性重复摇摆，进行切割。另外加摇摆作用可使旧的砂浆也顺切割线滑出，同时有新的砂浆进入以及也起到了不断研磨硅表面的效果。2 工艺操作步骤把粘接好的工件固定到机器的工作台上；打开砂浆泵，察看砂浆流量；按照工作台上的回原点键。使工作台、主轴头等回原点；转换到自动切割模式，按自动键开始切割，机器会自动完成整根单晶的切片工作；最后按停止键停机。图3显示现今线切割的典型翘曲度水平，晶片的切割翘曲度参数是受切割设备控制能力所应该，晶片其他参数则和耗材的质量（砂浆和钢线）以及工具等（例如导论开槽精度）有密切关系。对于太阳能晶片，有两个重要参数：中心厚度误差（TV）和总厚度误差（TTV）；其他重要参数是反映晶片表面质量的表面粗糙度和损伤层。TV是指一批晶片的厚度分布情况（测量每片晶片厚度），而TTV是一片晶片最厚和最薄的误差（标准测量是取晶片的边缘上下左右和中心点这5个点。）TV变化通常是因为导轮槽口磨损或机械进给误差造成，TTV变化则可能是导轮磨损或切割效率局部变化引起。图4，5及6说明改进工艺和优化设备对切割薄片有令人鼓舞的可行性，但是太薄的晶片，在切割时或切割后容易破裂，只有晶片碎片率不增加，或碎片损失不超过切割薄片所节省的材料价值时，才值得推广。 3 实验结果（1）线切割硅片表面的损伤层包括镶嵌层和应力层两部分，晶片表面是镶嵌层，下层为具有较严重损伤的损伤层和应力层。它们的厚度为1525m，这是对于整棵单晶切片平均值而言。（2）线切割的硅片表面损伤层的厚度小于常规内圆切割的硅片表面的损伤层的厚度。（3）切割各种厚度晶片其对应的TTV变化，全部TTV低于20m，切割100200m薄片和切割大于300m厚片，TTV并没有显著增加，但是切割薄片时片厚分散度有轻微增加。（4）半导体晶片关键质量指标：总厚度误差（TTV），翘曲度，弯曲度，以及中心厚度误差（TV）都可以在高成品率下达到生产稳定性和重复性。（1）改进温度控制技术（不仅是砂浆或导轮冷却），以降低机床和晶棒因切割产生热量造成微量膨胀的影响。（2）加强设备刚性和切割区的整体对称性，使微量膨胀能够均匀分布，使切出的晶片无论是翘曲度、平整度以及弯曲度这几种常见标准要求在规定范围内。（3）使用精度更高的轴承系统，增强晶棒锁紧系统，设备振动控制更加有效，以及改进砂浆嘴设计和砂浆供应