线锯设备HCT B/5切片工艺新知
阅读次数:1004 / 发布时间:2011-07-07
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随着全球市场对高品质多晶硅硅片产品的需求日渐攀升,拥有先进技术和更具成本效益的制造设备应运而生,在此背景下,切片工艺也随之出现各种差异化演变。本文中,笔者谨结合所在公司采用的线锯设备HCT B/5的实际运用,试对切片工艺进行较为详尽的解析。
线锯设备的主要架构及操作界面
如图1所示,线锯设备HCT B/5的主要架构由6部分组成:主框架(1);绕线室;切割室;浆料供应系统;冷却系统和电气控制系统(含操作系统)。操作系统的主界面如图2所示。
图2 操作系统的主界面
图中所示:
1、张力
2、已用切割线。就是一卷新线有了多少KM(换新线后要清零)
3、本刀切割还需要用多少切割线。
4、本刀切割完后还剩余的切割线
5、已切割的距离占所设置距离的百分比
6、已切割距离
7、工作台离所设的零点的距离(向下为正值,向上为负值)
8、工作台速度
9、线速度
10、线网的功率
11/12、上/下砂路砂浆的流量
13/14、上/下砂路砂浆泵的
不可忽视的切前准备
以下是笔者针对B/5设备归纳出来的切前准备工作。
1.上次切割结束取片后,将线网清洁干净。
2.检查线网是否有跳线。
如有跳线,先用强力胶带将线网校正--不宜用手按,若用手按跳线,要检查上下两个线网在跳线的地方是否有钢线交叉。
3.将收线轮上的线放掉,并将中间的伸缩轴用洁净纸擦净,检查收线轮是否有漏油现象,清洁干净废钢线,之后再将收线轮装好,并将绕线室门上激光器的玻璃窗口擦干净,否则,切割过程中会出现收线轮未完全打开等关于收线轮的报警。
4.更换放线轮。
将新的放线轮装上后,要用扭力扳手调到180Nm的力矩将放线轮拧紧,自校验工字轮的动平衡,拆掉放线轮外包装线,将外面的几圈线拆出来,到里面的胶带剩20-30cm的地方将线剪掉,打好线结后再将最后面的那圈胶带拆掉,这样做的目的是避免人为造成的压线。放线轮换好之后需设置高限位。
5.更换收放线轮的同时,可以将上下工作台的碎片清理干净,下工作台的过滤及砂浆喷嘴网需拿出来清洗,且清洗干净后一定要用压缩空气吹干。
6.编织新线网
注意走线时用了几块胶布粘线网就要拿出来几块,中间胶布脱落了一定要找到并拿出来。走完线网后还需检查是否有跳线。
7.将设备切割室及绕线室清理干净,并将过滤网、砂浆喷嘴装好。装过滤网时,要确保装好,保证四周围没有空隙;装砂浆喷嘴时,喷嘴要保持与线网平行,不能一边高一边低,并调整喷嘴与线网的高度在2-3mm。
8.将砂浆缸处的过滤筒拿出来清洗并吹干,装好。
9.检查滚筒、滑轮、滑轮轴承及滑轮支架是否完好可用,有问题的要及时更换;检查进线口及出线口的第一根线是否与导轮垂直,切割线挂在滑轮上时是否都在滑轮的中间。
10.确认砂浆是否需要更换。
11.将工作台复位。
12.打开砂浆检查砂帘是否完好、断流,线网两端要有砂浆流到,砂帘分布均匀。
13.检查准备要切割的硅块,硅锭号硅块号是否与随工单上一致,是否有崩边,粘胶室是否脱胶已经脱干净,硅块有无粘斜,硅块端面是否平,托板有没有问题,硅块是否是否满足规格。如已确认将硅块装进设备。
14.检查切割工艺参数是否与所要求的一致。
15.热机,在热机的同时检查砂浆密度是否偏高或偏低,检查有没有跳线,若有跳线,查明原因,重新热机一遍,直至没有跳线为止。
切割过程监控及切割结束后的操作
在精心的准备之后,切割过程亦不能放松,须注意在切割过程中检查线网,有跳线、切不动、严重掉片等现象。
切割结束,要检查硅块是否已经切透。如确认已经切透之后,将硅块升起,工作台速度不要超过15mm/min,而且在硅块抬升的过程中,如果有线被硅片夹住升不起则要停下,把线拨好后再继续提升。需注意的是,取片时动作要轻,不能用力过大引起硅片剧烈晃动,取片时托板要始终保持平衡,以免掉片。取片车从切片运到预洗区时,不能产生过大振动。
此外,设备要定期进行清洗,并定期进行系统的保养。
切片所产生的不良项及改善途径
切片中所产生的主要不良项包含以下几方面:TTV值的控制;线痕;台阶;超厚或超薄;单晶裂片;单晶翘曲,等等。分别探查并了解缺陷的成因,能帮助我们找到对症的改善方案。
1.TTV
所谓TTV,一般一片硅片中取五点测量硅片厚度,而其中厚度最大与最小之间的差值便是TTV。这个值为何控制不好,其原因及改善方案详见表1。
表1 TTV改善方案列表
No. |
原因分析 |
改善方案 |
1 |
设备脏,影响砂浆的切割能力。 |
定期用水或悬浮液清洗设备 |
2 |
浆料中或设备里有水分,或是浆料的密度达不到要求,影响砂浆的切割能力。 |
避免水分进入到浆料里面,用水清洗设备后一定要用悬浮洗过,用悬浮液洗后要把设备里残留的悬浮液排干净。 |
3 |
切割线速度和工作台速度设置配合不合理,工作台太快。 |
调整切割工艺 |
4 |
树脂条未粘好 |
按要求粘好树脂条 |
5 |
浆料中大颗粒太多 |
保证SiC品质,并确保砂浆充分搅拌。 |
2.线痕
线痕体现为不同的形式和程度,包括杂质线痕;密布线痕;划伤线痕;粘胶面的倒角面线痕等多种缺陷形式。表现形式不同的各种线痕,也各自起源于不同的成因,相应地,其改善途径也会大相径庭。
表2 线痕的不同表现形式、成因及其改善途径
线痕种类 |
表现 |
成因及改善途径 |
杂质线痕 |
硅块中有杂质、硬点。特征:线痕处有黑点。 |
晶体生长缺陷所致 |
密布线痕 |
1 |
砂浆切割能力不足 |
提高砂浆切割能力:增加砂浆的密度;若刚清洗过设备,将悬浮液排干净;增加砂浆更换量;加大砂浆流量;加快线速度。 |
2 |
砂浆喷嘴堵塞 |
保持设备清洁:切前检查砂帘,经常把砂浆喷嘴拆下清洗;清理切割室杂物。 |
划伤线痕 |
砂浆中有颗粒沉积物或外来污染物 |
维持设备干净,定期清洗;切割前将碎片和沉积的SIC等清干净;抽取砂浆时每台气泵只抽一种砂浆,新旧砂浆的气泵分开。 |
粘胶面的倒角面线痕 |
粘胶室刮胶时,倒角面的胶未刮干净。 |
脱胶时将倒角面的胶清除干净 |
其他线痕 |
1 |
工作台急剧下降、粘胶托盘松动等。 |
每次切割设定零点前将工作台复位一次 |
2 |
砂浆喷嘴离线网距离太高,切割时导致钢线上所带SIC被冲下线网。 |
将砂浆喷嘴到线网的距离设定为2mm,且保证喷嘴下面的橡胶皮呈平整状态。 |
3 |
停机时间太长 |
若切割中途停机,要尽快重新切割。 |
4 |
导轮安装精度差(跳动、窜动超标) |
装导轮时,严格按照导轮安装要求,提高导轮安装精度。 |
3.台阶
台阶片也是切片过程中产生的一种不良现象,有时其产生是非常难于避免的,比如硅块端面的一两片台阶片是正常现象,这是因为硅块两端的两三根切割线的晃动所引起,目前还没有有效的改善途径。表3中列出几点造成台阶片的原因,也提出了针对性的解决方案。
表3 台阶片的成因及改善途径
No. |
成因 |
改善途径 |
1 |
硅块两端的两三根切割线晃动造成 |
对于硅块端面的一两片台阶片是正常现象,目前无法改善。 |
2 |
杂质进入导轮引起跳线 |
保持设备干净,切割前清理干净碎片等杂质;热机后若有跳线,处理好后再热机,直到热机后没有跳线为止。 |
3 |
杂质引起的切不动跳线 |
铸锭造成的硅块质量问题,目前无法解决。 |
4 |
硅块端面不平整 |
去头尾处将端面去平整 |
4.其他缺陷
切片过程所产生的不良还包括切片超厚或者超薄、单晶裂片、单晶跷曲等。其中,切片超厚或者超薄,如果主要是由跳线引起的不良,便需注意在切割前认真检查,防止跳线,并按规定更换过滤袋;而如果是因为放线轮未安装好,导致进入导轮的钢线出现晃动,则需按要求更换好放线轮。
至于单晶裂片的产生,则主要有两方面原因:1、由单晶长晶过程中位错引起;2、开方经线位置未对好,切斜;单晶跷曲的成因主要也是两条:1、由单晶长晶过程中位错引起;2、单晶长晶过程头尾未做好冷却,产生应力。
断线原因分析
在本文最后,特辟出篇幅对断线原因进行归纳总结。
断线一直是困扰生产制造环节的一个重要问题,其起因更涉及到多项影响因素,包括设备中关键零部件的品质和维护;软件故障;参数设置不妥;操作员工的不当操作;硅块和玻璃原材料品质不良;乃至厂房供电和天气原因。无论是引发不良的主体还是直接导致故障的原因,都可谓五花八门,"防不胜防",鉴于此,笔者特将生产实践中引发断线的不同主体(或"载体")、直接原因及其解决措施归纳如下,以飨读者。
表4 断线的起因与发生,以及相应解决措施一览表