《硅片生产工艺及控制》课件-项目五 多晶硅块截断、磨面及倒角工艺

硅片加工工艺项目五多晶硅块截断、磨面及倒角工艺项目五多晶硅块截断、磨面及倒角工艺项目目标：掌握硅块截断目的及操作工艺。掌握硅块磨面目的及操作工艺。掌握硅块倒角目的及操作工艺。项目描述：多晶硅锭在制备过程中，由于杂质分凝及坩埚的影响，杂质与缺陷在硅锭的头部及尾部密度较大，需要对多晶硅块进行截断处理；开方过程中，由于线痕及硅块尺寸等问题，需要对硅块磨面处理；硅材料是脆性材料，硅块在多线切割过程中易崩边，需要进行倒角处理；本项目主要从三个方面进行讲解。任务一多晶硅块截断工艺任务目标：掌握多晶硅块截断的操作工艺过程。掌握截断工艺过程中的注意事项及影响因素。任务描述：多晶硅锭在制备过程中，由于杂质分凝及坩埚的影响，杂质与缺陷在硅锭的头部及尾部密度较大、少子寿命过低。因此，需要对多晶硅块进行截断处理。1．开机（1）检查电源连接是否完好，各阀门是否处于正常状态，管道连接是否紧密，润滑程度是否良好。检查气体，冷却水流量是否正常。（2）待确定无误后，接通电源控制开关，机器启动，显示操作界面。2．操作步骤（1）领料领取经过少子寿命测试后的晶棒并擦拭干净，如图5-1。

（2）安装工件①检查夹具内侧的抹布是否完好，防止晶块直接与夹具的金属部分接触，如图5-2；②将硅棒放置在工作台上，用夹具夹紧手轮。注意夹紧时一定不要碰到硅棒，不可过于用力，避免造成硅棒的崩边，如图5-3；（3）设定参数①打开计算机电源，按下绿色启动按钮，屏幕显示“锯带控制系统”，如图5-4；②带好塑胶手套，打开冷却水和空气，如图5-5。适当调节冷却水喷头的位置，左右各一根，正前方一根；③夹紧后，在显示屏上点击伺服控制，点击“转速设定”按钮，调整转速700～900rpm，如图5-6，显示锯带转速一般可设定为800；④查看锯带张力是否在250～450kg之间，张力超过此范围调整张力旋钮，如图5-7，锯带张力可根据使用情况延长延长适当增加到400；⑤按动屏幕上的“进料控制”按钮，设定进料速度250～300±50mm/min，如图5-8；⑥等待晶块接近刀面约10mm处，调整进料速度100±50mm/min，如图5-9所示，然后触摸进给键将锯带移动到距离硅棒2mm左右处，然后点击零位设置键，进给位置归零。（4）切割①目测使晶块上划的线的左边缘和刀面在一个平面上，按下等速切割按钮，自动进给，开始自动切割。如图5-10；②点击等速切割，将切割速度调整8～12mm/min，将边缘切割速度调节为2～5mm/min，工件直径根据每次切割硅棒尺寸调整，如图5-11，切割距离设定为180mm；③切割完毕后，将切下的头尾料拿走，按“进料控制”按钮再按“退”键，使晶块完全退出刀，如图5-12；④松开夹紧手轮小心将晶棒移出，更换另一头按以上步骤加工，如图5-13；⑤将头尾料分开称重并分开放入指定周转箱，并完整填写各项记录，如图5-14；⑥测量切割后晶棒的有效长度并称重，完毕后放在指定周转车上，完整填写各项记录，如图5-15。（5）截取杂质从仓库领取要截杂质的头料，称取每块头料重量；重复上述步骤将头部由外向里截10mm；将截下的10mm杂质和剩余头料分别称重记录并放入指定周转箱。（6）记录数据3．关机（1）关闭冷却水阀门；（2）关闭压缩空气阀门；（3）继续运行砂轮主副带轮，3～5分钟，将水甩干净；（4）关闭电源开关。4．带锯的日常工作（1）清洁机器；（2）更换带锯刀片以及日常保养；（3）切割前、后以及切割过程检查；（4）清洁晶块。5．.硅块截断过程中使用的设备及材料（1）带锯锯床、称重秤、周转车；（2）工作服、工作鞋、安全眼镜、手套；（3）清洁纸、酒精、金刚砂带锯锯片。6．主要工艺参数带锯的切割工艺参数将影响切割能力和切割效果，某企业的切割工艺参数如下：（1）带锯锯带张力范围：250～470kg；（2）切割速度：5～18mm/min；（3）转速700～900rpm；（4）进料速度：50～350mm/min。7．注意事项（1）员工进入车间，必须穿劳保鞋，防止砸伤；（2）搬运晶棒和其它较重物品时，注意安全，小心轻放，且注意运输防护，防止物品掉落砸伤自己或他人，或导致物品损坏；使用运输车时，速度勿太快，注意安全，防止碾伤自己或撞击到其它物品、设备和人员等引发安全事故；（3）擦拭用的卫生纸、抹布等易燃物品，防止接触高温高热环境或明火，引发火灾。（4）无水乙醇运输时安全事项：转移时手工搬运或液压车运输中，注意安全，防止过程中摔倒或倾翻致使液体泄漏，挥发；运输时，员工不能边抽烟边运送无水乙醇等化学品，防止泄漏，遇到明火，引发火灾。（5）无水乙醇要用完，才能退换，防止把未用完的无水乙醇瓶进行退换或直接扔进垃圾桶内；用完的无水乙醇瓶要统一存放在规定位置，车间进行统一退换，不能直接扔进垃圾桶内，防止运到垃圾站内的残留液体遇到明火，引发火灾。（6）加工过程中不得戴手套操作，手不得靠过锯带；（7）操作过程中，需带好防护用具，避免刀片伤人；（8）急停按钮：当遇到任何紧急情况时，按下急停按钮开关；（9）及时清洁周围工作区域以防滑倒；（10）进料手动自动不可频繁切换，以免损坏控制；（11）锯带张力在250KG～470KG，在切割过程中切记不能断水。如出现异常需要停止时，必须退回原点，重新切割。禁止锯带刃口线不在切割起始位置就进行自动切割，电脑屏幕要定期清洁；（12）注意不可直接按“进给”按钮切晶棒，以免损坏锯条和晶块；（13）当切割速度降低到14mm/min，锯条切割中退出导向机构5mm处时，需要更换锯条，其他更换视具体情况，由设备人员确认；（14）下棒时，必须等锯带完全停止，才可以用手抱出晶棒。（15）带锯截断设备每月定期做校准，并做保养提高精密度。任务二多晶硅块磨面工艺任务目标：掌握多晶硅块磨面的操作工艺过程。掌握磨面工艺过程中的注意事项及影响因素。任务描述：多晶硅锭在开方过程中，由于多线切割的线痕及开方尺寸上的差异，为了修正硅块四边平面垂直度、减少线痕及切割损伤，需要对开方后的硅块进行磨面处理，本任务主要讲解多晶硅块磨面的操作工艺。1．磨面工艺中常用器件（1）设备与工具设备硅块磨面机防水袖套、工作服、劳保鞋、乳胶手套。（2）原辅材料多晶156硅块、自来水。2．磨面流程（1）领料、检测领取切断后的硅块，磨面前对尺寸进行测量，记录测量数据，如图-5-16。（2）安装工件将硅块放入夹紧工装内，并用橡皮垫进行位置校正，如图5-17，固定工件。（3）磨面点击运转准备按钮，使设备处于待机状态；根据硅块尺寸选择全面模式或单面模式，进行磨面，如图5-18、5-19。3．注意事项（1）磨面之前需对切断后的硅块进行检查，凹凸面、端面是否在合格范围内，崩边有无记录。（2）需检查切断后硅块是否编号，和随工单信息是否一致，如有异常及时反馈至相关人员。（3）磨面前测量硅块尺寸，对于加工156*156mm的硅片，一般而言，如硅块单面尺寸在155.50～155.65之间，此单面不用磨面，直接进行倒角；硅块尺寸在155.65～155.80之间，可以只磨一面后进行倒角；硅块尺寸在155.80以上，全部面都要进行磨面后倒角。（4）对于加工156*156mm的硅片，如果选择全面磨时，要将硅块4个面全部进行尺寸测量，尺寸在155.9mm以上可以进行全面模式。（5）选择单面磨时，磨面前将所要磨的面进行尺寸测量，每次磨面完成都要对硅块尺寸测量后再进行第二次磨面，磨面后如果发现硅块同一面出现严重大小头（开方硅块尺寸正常）现象，要求设备对磨面机夹具工装进行水平校准。（6）游标卡尺要求切勿进水，如游标卡尺进水，边宽将很难测量准确。（7）测量边宽时，游标卡尺要放正，两边要平行测量，测量的过程中禁止用游标卡尺敲击硅块表面，避免硅块表面划伤。（8）需要进行反磨的硅块，调整磨头进刀量时一次不能超过0.1mm。（9）硅块磨面完成后放置到指定区域，流入下道工序。任务三多晶硅块倒角工艺任务目标：掌握多晶硅块倒角的操作工艺过程。掌握倒角工艺过程中的注意事项及影响因素。任务描述：由于硅材料是脆性材料，方形的多晶硅锭在切片过程中易造成崩边等现象，因此需要对多晶硅锭进行过倒角处理，本任务主要讲解多晶硅块倒角的操作工艺。1.认识常见的倒角机2．掌握倒角目的硅块倒角目的主要有：（1）消除硅片边缘表面由于切割后产生的棱角、毛刺、崩边、裂缝或其他的缺陷和各种边缘表面污染，降低硅片边缘表面的粗糙度。（2）减小机械应力与热应力集中，后期硅片在使用时会经历大量的高温过程（如氧化、扩散、薄膜生长等），当这些工艺中产生热应力的大小超过Si晶体强度时，即会产生位错与滑移等材料缺陷，倒角可减弱此类材料缺陷。硅块倒角倒角工艺过程主要分为设备及材料准备、领料及检测、设备运行情况检查、上料、固定、倒角、卸载、检测。（1）设备及材料准备倒角过程中，常用的设备及工具有：硅块倒角机、防水袖套、工作服、劳保鞋、乳胶手套。原辅材料：目前市场中应用较多的是156*156的硅片，在此以常用材料为例，常用硅块为多晶156硅块。（2）开机前设备检查①检查压缩空气是否正常（气压0.15~0.8Mpa为正常）；②检查砂轮磨头磨损状态（砂轮磨头没有缺损和裂纹）；③打开电源开关；④打开水泵开关，确认冷却水是否正常流出（看到工作台下有水流出）。（3）领料及检测领取经过磨面后的硅块，检查确认硅块编号和缺陷，如图5-22。（4）检查设备运行参数是否在正常范围，如图5-23。（5）安装工件：将硅块小心放入V形夹具内，如图5-24，工件安装完毕后，关闭设备安全门进行倒角，如图5-25。（6）参数设置：将X/U轴倒角进给量设为0mm，点击循环启动按钮，进行硅块倒角，如图5-26、5-27。（7）待倒角结束，打开安全门，取出晶棒，并旋转90o，倒第二个角，操作步骤同上，直至四个角都倒角完毕，关闭安全门。（8）待四个角倒角完成，听到设备提示音后，取出晶棒并检查晶棒是否有崩边情况，测量实际倒角大小，看尺寸是否在0.5～2mm之间，并全检硅块的八个边角大小，填写多晶硅片随工单，如图5-28、5-29。4．注意事项（1）安装磨轮前，必须彻底清洗磨轮和法兰的所有接触面，安装时必须非常的小心。（2）倒角前必须对工作台V形槽进行检查以确保工作台的清洁。（3）采取手动倒角还是自动倒角，要视硅块长度而定，当硅块长度在100mm～110mm之间时，必须采用手动倒角模式；当晶棒长度在110mm～240mm之间时，采用自动倒角模式。（4）倒角前，需要对磨面后的硅块进行检查，尺寸有无异常，崩边是否记录，表面有无划伤，如发现异常及时通知相关人员处理。（5）硅块放置桌面要保持干净没有碎硅渣，避免硅块移动时造成硅块表面划伤。（6）倒角前操作员对工艺参数进行核对，有异常时停止倒角并反映至工艺技术人员。（7）硅块放进或取出倒角机工作台时，必须注意倒角机工作台顶端位置，勿将硅块碰到工作台顶端而造成崩边。（8）硅块放入倒角机工作台上时，要求用双手托起硅块放置，勿将硅块在V型槽内来回推动造成划伤。（9）在倒角过程中，输入倒角进给量的数据，要求确定无误后再开始倒角，尤其要注意小数点输入准确性。（如勿将0.35mm错输成3.5mm，造成质量事故）。（10）输入倒角进给量时要求不能一次进给量过大，造成倒角偏大。（11）在倒角过程中，如发现有大/小头硅块，可以用胶