单多晶硅片切割线痕难题研究

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断线

断线后的晶棒即使能够挽救回来，但是由于停机，硅片上也会产生线痕。产生断线的原因主要有：张力问题。收放线端排线不均匀，造成“一侧坑一侧包”的状况，钢线运动到两侧时张力急剧跳动，造成断线；张力臂由于长时间未清理，粘附砂浆过多，造成张力臂过重，调节灵敏度降低；张力臂转轴部分被砂浆堵塞，造成摆动不畅，都可以导致断线；钢线生产时产生线头穿错，也称为压线，极易造成断线；张力检测设备故障或由于长时间使用，张力检测值形成偏差，从而形成断线；钢线走线导轮磨损严重，造成钢线剧烈波动，张力不稳，导致断线。

钢线本身质量问题

钢丝强度偏低；钢丝存在表面缺陷，当受力时这些表面缺陷处成为应力薄弱部位，易于断裂。切割工艺问题。张力设定过大，钢线运行速度过高，砂浆粘度过低，砂浆流量过低，新线供给过少，造成带砂浆能力下降，钢线磨损量过大，形成断线；工作台进给速度过快，造成钢线弯曲度过大，形成断线。由此可见，控制断线问题首先要控制好张力，张力臂系统要定时清洗，保证其运行灵敏，导线轮要定期更换，张力检测装置要定期校正，校正完成后用手动张力计进行校对，保证其张力检测无偏差；其次要购买品质好的钢线，否则会大大增加断线率；最后要使用成熟的切割工艺，其中砂浆配置是一个关键环节。碳化硅微粉在包装、运输、存放过程中挤压结团，这就要求工人在配制沙浆倒料过程中要特别注意：倒料时应慢倒，控制在25～3min一袋，避免猛倒造成微粉沉底结块搅拌不均，造成与实际配比不一致，影响切割。碳化硅微粉具有较强吸水性，在空气中极容易受潮结团，应避免微粉裸露在空气中时间过长。砂浆在配制过程出现了许多的人为因素，很多参数因人为而改变。如果改为自动投料，减少人为因素效果会更好。最好把碳化硅微粉在80～90℃烘箱里，烘8h以上，来优化碳化硅微粉的各项指标。一般来说，手动调配的砂浆需要搅拌6h以上，全自动雾状投入磨粉的，只需搅拌1～2h即可使用。

跳线

跳线的线痕一般集中在硅棒某一段，但也有全线网跳线的，造成硅棒各段都有线痕。导致线网跳线的原因主要有：上次切割完的线网没有清理干净，或者硅片碎片、砂浆的杂质没有过滤完全，进入线槽引起跳线；张力设定过小，造成钢线绷紧不够引起跳线；导轮使用时间过长，造成钢线振动过大，引起跳线；主辊线槽磨损严重，钢线在相邻线槽间移动，造成跳线。由此可见，为了避免跳线，每次切割前要严格检查线网和主辊状况，保证其杂质都被清理干净；钢线张力要根据钢线直径和工作台进给速度合理设定；定期检查更换导轮，保证其导线槽磨损量在合适范围内。

粘胶问题

硅棒与玻璃板粘接时，由于抹胶过多或者刮胶不彻底，导致钢线带胶切割，造成钢线携带砂浆能力下降，形成线痕。此类线痕一般在靠近粘胶面的倒角处。因此抹胶量要严格控制，可以用纸胶带粘于倒角处，待硅棒与料板压紧稳定后，再将胶带撕下，这样就可以防止胶水粘附在硅棒上。

收线弓时产生线痕

在切入玻璃的时候，正在拉线弓，这个时候钢线在两种介质中切割，由于硬度和结构的不同（以金刚石硬度10为准，玻璃硬度为6，单晶硅硬度略逊于金刚石），导轮跳动过大，哪怕一瞬间，产生侧移，就会产生线痕。因为玻璃是非晶体，在600℃左右就会变软。钢线切割到玻璃的时候在玻璃表面会产生大量的热，软化，黏附钢线，砂浆就不易被带入，降低了切割能力，这时也容易产生线痕。

进刀口钢线波动。由于刚开始切割，钢线处在不稳定状态，钢线的波动产生进刀口线痕，进线点质硬，比如多晶的切割一般会有此问题，加垫层(导向条，如石墨，玻璃等)可以使钢线容易切入，消除线摆，消除进刀口线痕。

硬质点线痕

单晶没有硬质点，多晶在铸锭过程中会形成硬质点，切割时会产生硬质点线痕。硬质点的成分为SiC和Si3N4，主要聚集在顶部10mm之内，一般情况下，硬质点线痕比其它线痕有较高的线弓。此线痕与硅片切割的工艺和辅料无关，主要取决于多晶铸锭的原料和工艺。多晶铸锭前须先对坩埚进行氮化硅涂层，若涂层黏结不牢则会在铸锭过程中由于热对流作用而进入硅液，产生硬点，而铸锭多晶回用料处理不净也会有此问题。多晶炉石墨热场配件即为碳部件，铸锭时碳进入硅料，如果某区域碳富集在一定温度下反应则生成了碳化硅，当然也不能排除部分是由于硅原料的问题。减少多晶硬质点的解决方法：在装料后执行严格的开炉程序以排除氧和水分，因为他们可以和石墨反应生成CO溶于硅熔体，使得碳含量增加。将石英坩埚和石墨托隔开或选取适当的气流方式使CO不能到达熔硅表面，减少晶体生长过程中的碳污染。尽量缩短硅锭生长周期，以抑制SiC的长大和聚集，他们在较细小、未聚集的情况下不会对硅片切割造成危害。热场采用二氧化钼涂料进行覆盖。

均匀线痕

此类线痕的表现形式为硅片整片或部分区域的密集线痕。造成此类线痕的原因主要有：沙浆黏度不够、钢线圆度不够、线速过高、钢线张力太大，导致钢线带砂浆能力降低。碳化硅微粉切割强度不够或者圆度系数过高，导致砂浆切割能力下降。工艺参数不合理，砂浆流量过低。由此可见，为了避免此类线痕产生，切割前要仔细检查钢线质量、碳化硅微粉硬度和圆度，切割时使用成熟的切割工艺，确保钢线张力、线速、砂浆流量合理配置。此外，目前很多厂家为了节约成本使用回收砂浆，由于回收砂浆的碳化硅微粉硬度、圆度不稳定，导致重新配比后的砂浆中碳化硅微粉之间、微粉与悬浮液之间存在配合性问题。这种使用回收砂造成的均匀线痕可以通过加大砂浆密度，降低工作台速度，减少使用回收砂的比例和加大砂浆更换量在一定程度上得到控制。

多线切割工艺非常复杂，硅片线痕产生的原因也是多种多样，为了减少线痕片的产生，必须严格保证切割线和碳化硅微粉的质量，砂浆的配置和搅拌要严格按照配置工艺进行，保证其黏度、密度、切割力符合要求；粘胶时注意胶水使用量，避免胶水在硅棒倒角处残留；切割前仔细检查线网和主辊，保证没有杂质附着；砂浆要充分过滤，滤净其杂质；检查张力系统和每个导线轮状态，不过度使用导轮；使用成熟的切割工艺，使钢线走线速度、工作台速度、砂浆流量、钢线张力合理配合。只有这样才能避免或减少线痕片的产生，切出质量合格的硅片。

本文作者：江国中，蒋云龙，王学军本文单位：中国电子科技集团公司第四十五研究所