單多晶硅片切割線痕難題研究
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斷線
斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，但是由于停機(jī)，硅片上也會(huì)產(chǎn)生線痕。產(chǎn)生斷線的原因主要有：張力問題。收放線端排線不均勻，造成“一側(cè)坑一側(cè)包”的狀況，鋼線運(yùn)動(dòng)到兩側(cè)時(shí)張力急劇跳動(dòng)，造成斷線；張力臂由于長(zhǎng)時(shí)間未清理，粘附砂漿過多，造成張力臂過重，調(diào)節(jié)靈敏度降低；張力臂轉(zhuǎn)軸部分被砂漿堵塞，造成擺動(dòng)不暢，都可以導(dǎo)致斷線；鋼線生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生線頭穿錯(cuò)，也稱為壓線，極易造成斷線；張力檢測(cè)設(shè)備故障或由于長(zhǎng)時(shí)間使用，張力檢測(cè)值形成偏差，從而形成斷線；鋼線走線導(dǎo)輪磨損嚴(yán)重，造成鋼線劇烈波動(dòng)，張力不穩(wěn)，導(dǎo)致斷線。
鋼線本身質(zhì)量問題
鋼絲強(qiáng)度偏低；鋼絲存在表面缺陷，當(dāng)受力時(shí)這些表面缺陷處成為應(yīng)力薄弱部位，易于斷裂。切割工藝問題。張力設(shè)定過大，鋼線運(yùn)行速度過高，砂漿粘度過低，砂漿流量過低，新線供給過少，造成帶砂漿能力下降，鋼線磨損量過大，形成斷線；工作臺(tái)進(jìn)給速度過快，造成鋼線彎曲度過大，形成斷線。由此可見，控制斷線問題首先要控制好張力，張力臂系統(tǒng)要定時(shí)清洗，保證其運(yùn)行靈敏，導(dǎo)線輪要定期更換，張力檢測(cè)裝置要定期校正，校正完成后用手動(dòng)張力計(jì)進(jìn)行校對(duì)，保證其張力檢測(cè)無偏差；其次要購(gòu)買品質(zhì)好的鋼線，否則會(huì)大大增加斷線率；最后要使用成熟的切割工藝，其中砂漿配置是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。碳化硅微粉在包裝、運(yùn)輸、存放過程中擠壓結(jié)團(tuán)，這就要求工人在配制沙漿倒料過程中要特別注意：倒料時(shí)應(yīng)慢倒，控制在25～3min一袋，避免猛倒造成微粉沉底結(jié)塊攪拌不均，造成與實(shí)際配比不一致，影響切割。碳化硅微粉具有較強(qiáng)吸水性，在空氣中極容易受潮結(jié)團(tuán)，應(yīng)避免微粉裸露在空氣中時(shí)間過長(zhǎng)。砂漿在配制過程出現(xiàn)了許多的人為因素，很多參數(shù)因人為而改變。如果改為自動(dòng)投料，減少人為因素效果會(huì)更好。最好把碳化硅微粉在80～90℃烘箱里，烘8h以上，來優(yōu)化碳化硅微粉的各項(xiàng)指標(biāo)。一般來說，手動(dòng)調(diào)配的砂漿需要攪拌6h以上，全自動(dòng)霧狀投入磨粉的，只需攪拌1～2h即可使用。
跳線
跳線的線痕一般集中在硅棒某一段，但也有全線網(wǎng)跳線的，造成硅棒各段都有線痕。導(dǎo)致線網(wǎng)跳線的原因主要有：上次切割完的線網(wǎng)沒有清理干凈，或者硅片碎片、砂漿的雜質(zhì)沒有過濾完全，進(jìn)入線槽引起跳線；張力設(shè)定過小，造成鋼線繃緊不夠引起跳線；導(dǎo)輪使用時(shí)間過長(zhǎng)，造成鋼線振動(dòng)過大，引起跳線；主輥線槽磨損嚴(yán)重，鋼線在相鄰線槽間移動(dòng)，造成跳線。由此可見，為了避免跳線，每次切割前要嚴(yán)格檢查線網(wǎng)和主輥狀況，保證其雜質(zhì)都被清理干凈；鋼線張力要根據(jù)鋼線直徑和工作臺(tái)進(jìn)給速度合理設(shè)定；定期檢查更換導(dǎo)輪，保證其導(dǎo)線槽磨損量在合適范圍內(nèi)。
粘膠問題
硅棒與玻璃板粘接時(shí)，由于抹膠過多或者刮膠不徹底，導(dǎo)致鋼線帶膠切割，造成鋼線攜帶砂漿能力下降，形成線痕。此類線痕一般在靠近粘膠面的倒角處。因此抹膠量要嚴(yán)格控制，可以用紙膠帶粘于倒角處，待硅棒與料板壓緊穩(wěn)定后，再將膠帶撕下，這樣就可以防止膠水粘附在硅棒上。
收線弓時(shí)產(chǎn)生線痕
在切入玻璃的時(shí)候，正在拉線弓，這個(gè)時(shí)候鋼線在兩種介質(zhì)中切割，由于硬度和結(jié)構(gòu)的不同（以金剛石硬度10為準(zhǔn)，玻璃硬度為6，單晶硅硬度略遜于金剛石），導(dǎo)輪跳動(dòng)過大，哪怕一瞬間，產(chǎn)生側(cè)移，就會(huì)產(chǎn)生線痕。因?yàn)椴Ａ欠蔷w，在600℃左右就會(huì)變軟。鋼線切割到玻璃的時(shí)候在玻璃表面會(huì)產(chǎn)生大量的熱，軟化，黏附鋼線，砂漿就不易被帶入，降低了切割能力，這時(shí)也容易產(chǎn)生線痕。
進(jìn)刀口鋼線波動(dòng)。由于剛開始切割，鋼線處在不穩(wěn)定狀態(tài)，鋼線的波動(dòng)產(chǎn)生進(jìn)刀口線痕，進(jìn)線點(diǎn)質(zhì)硬，比如多晶的切割一般會(huì)有此問題，加墊層(導(dǎo)向條，如石墨，玻璃等)可以使鋼線容易切入，消除線擺，消除進(jìn)刀口線痕。
硬質(zhì)點(diǎn)線痕
單晶沒有硬質(zhì)點(diǎn)，多晶在鑄錠過程中會(huì)形成硬質(zhì)點(diǎn)，切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)點(diǎn)線痕。硬質(zhì)點(diǎn)的成分為SiC和Si3N4，主要聚集在頂部10mm之內(nèi)，一般情況下，硬質(zhì)點(diǎn)線痕比其它線痕有較高的線弓。此線痕與硅片切割的工藝和輔料無關(guān)，主要取決于多晶鑄錠的原料和工藝。多晶鑄錠前須先對(duì)坩堝進(jìn)行氮化硅涂層，若涂層黏結(jié)不牢則會(huì)在鑄錠過程中由于熱對(duì)流作用而進(jìn)入硅液，產(chǎn)生硬點(diǎn)，而鑄錠多晶回用料處理不凈也會(huì)有此問題。多晶爐石墨熱場(chǎng)配件即為碳部件，鑄錠時(shí)碳進(jìn)入硅料，如果某區(qū)域碳富集在一定溫度下反應(yīng)則生成了碳化硅，當(dāng)然也不能排除部分是由于硅原料的問題。減少多晶硬質(zhì)點(diǎn)的解決方法：在裝料后執(zhí)行嚴(yán)格的開爐程序以排除氧和水分，因?yàn)樗麄兛梢院褪磻?yīng)生成CO溶于硅熔體，使得碳含量增加。將石英坩堝和石墨托隔開或選取適當(dāng)?shù)臍饬鞣绞绞笴O不能到達(dá)熔硅表面，減少晶體生長(zhǎng)過程中的碳污染。盡量縮短硅錠生長(zhǎng)周期，以抑制SiC的長(zhǎng)大和聚集，他們?cè)谳^細(xì)小、未聚集的情況下不會(huì)對(duì)硅片切割造成危害。熱場(chǎng)采用二氧化鉬涂料進(jìn)行覆蓋。
均勻線痕
此類線痕的表現(xiàn)形式為硅片整片或部分區(qū)域的密集線痕。造成此類線痕的原因主要有：沙漿黏度不夠、鋼線圓度不夠、線速過高、鋼線張力太大，導(dǎo)致鋼線帶砂漿能力降低。碳化硅微粉切割強(qiáng)度不夠或者圓度系數(shù)過高，導(dǎo)致砂漿切割能力下降。工藝參數(shù)不合理，砂漿流量過低。由此可見，為了避免此類線痕產(chǎn)生，切割前要仔細(xì)檢查鋼線質(zhì)量、碳化硅微粉硬度和圓度，切割時(shí)使用成熟的切割工藝，確保鋼線張力、線速、砂漿流量合理配置。此外，目前很多廠家為了節(jié)約成本使用回收砂漿，由于回收砂漿的碳化硅微粉硬度、圓度不穩(wěn)定，導(dǎo)致重新配比后的砂漿中碳化硅微粉之間、微粉與懸浮液之間存在配合性問題。這種使用回收砂造成的均勻線痕可以通過加大砂漿密度，降低工作臺(tái)速度，減少使用回收砂的比例和加大砂漿更換量在一定程度上得到控制。
多線切割工藝非常復(fù)雜，硅片線痕產(chǎn)生的原因也是多種多樣，為了減少線痕片的產(chǎn)生，必須嚴(yán)格保證切割線和碳化硅微粉的質(zhì)量，砂漿的配置和攪拌要嚴(yán)格按照配置工藝進(jìn)行，保證其黏度、密度、切割力符合要求；粘膠時(shí)注意膠水使用量，避免膠水在硅棒倒角處殘留；切割前仔細(xì)檢查線網(wǎng)和主輥，保證沒有雜質(zhì)附著；砂漿要充分過濾，濾凈其雜質(zhì)；檢查張力系統(tǒng)和每個(gè)導(dǎo)線輪狀態(tài)，不過度使用導(dǎo)輪；使用成熟的切割工藝，使鋼線走線速度、工作臺(tái)速度、砂漿流量、鋼線張力合理配合。只有這樣才能避免或減少線痕片的產(chǎn)生，切出質(zhì)量合格的硅片。
本文作者：江國(guó)中，蔣云龍，王學(xué)軍本文單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所
