[发明专利]硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用磨削/电解复合加工技术对硅片进行切割的方法， 具体地说是一种磨削电解复合多线切割硅片的方法。此方法同样适合于对 半导体材料进行磨削电解复合多线切割加工。

背景技术

硅片是半导体和光伏产业链中的主要生产原料。多线切割(MWS： Multi-Wire-Slicing)是进行脆硬材料(如硅锭等)切割的一种工艺方法，它 不同于传统的内圆和外圆等切割方式，其原理是通过一根高速运动的金属 切割线(通常为钢丝)带动附着在其上的游离磨料(或固结磨料，生产效 率更高，但成本也高)对硅锭进行磨削，从而达到切割目的。在整个切割 过程中，钢丝通过导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，通过工作台 的运动实现待加工工件的进给，可以同时切割出几百个切片。与现有其他 切割方法相比，具有高效、高精度等显著优点。

尽管目前已能采用多线切割方法生产出面积较大(30cm×30cm)而又较 薄的硅片，但由于仍属于非刚性切割，在切割过程中金属切割线必然产生 变形从而不断对切割硅片产生瞬间的冲击作用，同时，还要兼顾切缝内钢 丝的冷却问题，要使目前的大尺寸硅片厚度进一步降低，并提高硅片切割 厚度和控制切割损耗，实现低成本高效切割，技术难度相当大。

近年来，国内外针对硅片切割技术的应用需求，除了进行多线切割研 究之外，也在寻找新的加工途径，如电火花线切割方法，电极丝通常为铜 丝或钼丝。比利时鲁文大学采用低速走丝电火花线切割技术进行了硅片切 割研究，日本岡山大学采用电火花线切割技术(WEDM)，以去离子水作为 工作液，进行了单晶硅棒切割加工研究，并研制了多线放电切割原理样机 (由多个独立的运丝系统组成)。该方法的依据是取向生长法形成的单晶硅 锭具有很低的电阻率(0.01Ω·cm)，使得用线切割放电加工技术切割硅锭成为 可能。用线切割放电加工法所获得的硅片总厚度变化(TTV)和弯曲程度 (Warp)与多线切割结果几乎一样。切缝造成的硅材料损失大约为250μm， 与多线切割法得到的数值相当。但是，在上述相关研究中，由于采用去离 子水作为工作介质，放电能量较大，硅片表面有明显的热影响区，加工效 率不高(目前最高切割效率＜100mm²/min)，并且没有考虑硅片表面金属元 素残留问题，所以，目前尚不能与太阳能硅片电池制造工艺兼容。

南京航空航天大学采用电火花/电解复合加工的方法，对太阳能硅片进 行了切割制绒一体化研究(发明专利授权号：ZL200710025572.5)，热影响 区和金属元素残留均得到了有效控制，单片切割效率大为提高。但是，当 进行硅片的多线切割时，放电电流过大容易断丝，使该方法在多线切割技 术中无法得到应用。

美国应用材料有限公司研究了以电化学机械研磨法进行衬底平坦化 (发明专利授权号：ZL02803505.4)，实现了用较低的衬底与研磨设备之间 的接触压力来平坦化衬底表面的方法。

发明内容

本发明目的是针对现有硅片多线切割方法，由于主要以磨削作用为主， 较大的机械切削力限制了钢丝线径的进一步减小，导致硅片厚度和切缝宽 度很难进一步降低，切割效率也很难提高，无法满足硅片(特别是太阳能 硅片)目益增长需求等存在的瓶颈问题，发明一种通过外加低压连续(或 脉冲)直流电源，在金属切割线对硅锭进行机械磨削的同时，复合阳极(硅 棒或硅锭)钝化(或腐蚀)，进而降低宏观切削力，实现大尺寸超薄硅片磨 削/电解复合的多线切割加工方法。

具体地说，就是在金属切割线与硅锭之间保持一定的磨削压力，磨料 (游离磨料通常为碳化硅，固结磨料通常为金刚石微粉)使金属切割线(通 常为钢丝)表面与硅锭之间形成一定的电解间隙(＜0.02mm)，同时向间隙 中供给切削液，在直流电场的作用下，硅锭表面由于电解作用生成钝化膜； 这些电解产物和硅材料不断地被快速移动的金属切割线所夹带的磨料刮 除；新鲜硅表面露出后，将继续产生电解作用，材料去除过程得以不断重 复下去，从而达到切割目的。

上述复合切割方法将促进切割效率和表面完整性的提高，降低断丝几 率。由于硅片的半导体特性，且切削液电导率很低，实际电解电流小于金 属切割线所能承受的极限，可以满足同时切割数百片以上的生产需求。

本发明的技术方案是：

一种硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法，其特征是：