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量的比照試驗，驗證參加電解后，FAEMS可以更好的改善切割工藝，提高加工質量和效率。【關鍵詞】游離磨料；多線切割；電解；總厚度差；翹曲度；外表質量1實驗簡介硅片游離磨料電解磨削多線切割Freeabrasiveelectrochemicalmulti-wiresawing，FAEMS是在機械磨削的根底上復合了電化學作用，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、尺寸精度和外表質量等方面所取得的一些研究進展。2實驗原理FAEMS是在現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或脈沖電源，利用切削液的弱導電性產生微區鈍化或腐蝕，在機械磨削的同時復合電化學腐蝕，FAEMS屬于復合加工方法，該方法以機械磨削為主，電化學作用為輔。其中，電化學作用有利于機械切削力的減小，切割產物兼具磨料作用，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鈍化或腐蝕的持續進行，硅片機械損傷層更薄，外表完整性好，減少了后續減薄量，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，構成電化學反應的陽極和陰極，產生微弱的電化學反應，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，繼續發生電化學作用，材料去除過程不斷重復。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生陽極氧化反應形成的，主要成分是硅的氧化物。其結構疏松多孔，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，負極通過碳刷或專用進電工具連接到切割線。在開展比照試驗時，FAEMS的各項工藝參數與FAMS保持一致。3實驗設備與材料MWM442DM多線切割機，5英寸N硅錠假設干，MS103測試儀一臺，導電碳/銀漿，導線假設干，貴金屬電鍍脈沖電

4、源，導電塊，4實驗數據與結果硅片的外表完整性評價指標主要包括幾何加工參數TTV、WARP、硅片外表質量以及亞外表質量等方面。采用單一變量法進行實驗。4.1幾何加工參數4.1.1硅片厚度與TTV統計的FAMSFAMS的有效片數572-584um，TTV20m，WARP40m是704片，平均厚度為581.62m，平均TTV為4.26m；統計的FAEMSFAEMS的有效片數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分布區間也有差異。從統計結果可以得出，FAMS的TTV值集中區間在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復合了電化學作用，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統計與分析翹曲度WARP是反映硅片變形和剩余應力的一個重要指標，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統計發現，FAMS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，其均值和分布區間均優于

6、FAMS。FAEMS對硅片Warp的改善與其加工機理密切相關。硅片的剩余應力影響翹曲度，FAMS完全依靠機械磨削，在加工過程中極易發生加工硬化產生剩余應力；而FAEMS的加工機理不同，在機械磨削的同時復合電化學加工，能有效的降低切割負載，減少加工硬化的出現，減少剩余應力，所以FAEMS的硅片Warp有明顯改善。4.2外表質量檢測與分析切片后的硅片的外表質量與缺陷主要包括：線痕、孔洞、裂紋、暗裂、顆粒剝落、崩邊，雜質分布等等【2】。4.2.1對其進行外表剩余雜質分析硅材料在制造過程中需嚴格控制雜質含量，否那么雜質原子會與結晶學缺陷相互作用，形成少數載流子的復合中心，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域反應活性高，缺陷周圍存在的局部應力場使腐蝕速度加快，出現速率差，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、微溝槽等缺陷顯現出來。將FAMS的硅片和FAEMS的硅片置于80恒溫質量分

8、數為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構。FAMS的硅片經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換效率，又容易引起碎片，影響使用壽命。FAEMS的硅片經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，在后續工序中也不易引起碎片。5結論FAEMS方法加工的硅片的TTV和WARP均優于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生變形從而不斷產生瞬間的沖擊作用；而FAEMS屬于復合加工，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合了電化學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。在后續的工作中將結合游離磨料和固結磨料兩種切割方法，進一步研究電解磨削多線切割對位錯、剩余應力的