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La tecnologia di taglio con filo diamantato è anche nota come tecnologia di taglio abrasivo consolidato. Consiste nell'utilizzo di un metodo di elettrodeposizione o di legame con resina per consolidare l'abrasivo diamantato sulla superficie di un filo d'acciaio. Il filo diamantato agisce direttamente sulla superficie di una barra o di un lingotto di silicio per produrre abrasione e ottenere l'effetto di taglio. Il taglio con filo diamantato è caratterizzato da elevata velocità di taglio, alta precisione di taglio e basso spreco di materiale.

Attualmente, il mercato dei wafer di silicio monocristallino tagliati con filo diamantato è pienamente consolidato, ma durante la sua promozione si sono presentati alcuni problemi, tra cui il più comune è l'effetto sbiancamento vellutato. Pertanto, questo articolo si concentra su come prevenire il problema dell'effetto sbiancamento vellutato nei wafer di silicio monocristallino tagliati con filo diamantato.

Il processo di pulizia dei wafer di silicio monocristallino tagliati con filo diamantato consiste nel rimuovere il wafer di silicio tagliato dalla macchina utensile a filo dalla piastra di resina, rimuovere la striscia di gomma e pulire il wafer di silicio. L'attrezzatura di pulizia è composta principalmente da una macchina di pre-pulizia (macchina per la sgrassatura) e da una macchina di pulizia. Il processo di pulizia principale della macchina di pre-pulizia è: alimentazione-spruzzatura-spruzzatura-pulizia a ultrasuoni-sgrassatura-risciacquo con acqua pulita-alimentazione parziale. Il processo di pulizia principale della macchina di pulizia è: alimentazione-risciacquo con acqua pura-risciacquo con acqua pura-lavaggio alcalino-lavaggio alcalino-risciacquo con acqua pura-risciacquo con acqua pura-pre-disidratazione (sollevamento lento)-asciugatura-alimentazione.

Il principio della produzione del velluto monocristallino

Il wafer di silicio monocristallino è caratterizzato dalla corrosione anisotropa del wafer di silicio monocristallino. Il principio di reazione è la seguente equazione di reazione chimica:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

In sostanza, il processo di formazione del scamosciato è: soluzione di NaOH per diverse velocità di corrosione di diverse superfici cristalline, velocità di corrosione superficiale (100) rispetto a (111), quindi (100) al wafer di silicio monocristallino dopo corrosione anisotropica, infine si forma sulla superficie per (111) un cono a quattro lati, vale a dire una struttura a "piramide" (come mostrato in figura 1). Dopo la formazione della struttura, quando la luce incide sul pendio della piramide con un certo angolo, la luce verrà riflessa sul pendio con un altro angolo, formando un assorbimento secondario o maggiore, riducendo così la riflettività sulla superficie del wafer di silicio, ovvero l'effetto di intrappolamento della luce (vedi Figura 2). Migliore è la dimensione e l'uniformità della struttura a "piramide", più evidente è l'effetto di intrappolamento e minore è l'emissione superficiale del wafer di silicio.

Figura 1: Micromorfologia del wafer di silicio monocristallino dopo la produzione alcalina

Figura 2: Il principio di intrappolamento della luce della struttura a “piramide”.

Analisi dello sbiancamento dei singoli cristalli

Tramite microscopia elettronica a scansione sul wafer di silicio bianco, si è scoperto che la microstruttura piramidale del wafer bianco nell'area non era sostanzialmente formata e la superficie sembrava avere uno strato di residuo "ceroso", mentre la struttura piramidale del camoscio nell'area bianca dello stesso wafer di silicio era meglio formata (vedi Figura 3). Se sono presenti residui sulla superficie del wafer di silicio monocristallino, la superficie avrà una dimensione e uniformità della struttura "piramidale" residua e l'effetto è insufficiente rispetto all'area normale, risultando in una riflettività superficiale vellutata residua maggiore rispetto all'area normale, l'area con alta riflettività rispetto all'area normale viene riflessa visivamente come bianca. Come si può vedere dalla forma di distribuzione dell'area bianca, non è regolare o regolare su un'ampia area, ma solo in aree localizzate. Probabilmente i contaminanti locali sulla superficie del wafer di silicio non sono stati rimossi, oppure la situazione della superficie del wafer di silicio è causata da contaminazione secondaria.

Figura 3: Confronto delle differenze regionali di microstruttura nei wafer di silicio bianco velluto

La superficie del wafer di silicio tagliato con filo diamantato è più liscia e i danni sono minori (come mostrato in Figura 4). Rispetto al wafer di silicio lavorato con mortaio, la velocità di reazione dell'alcali con la superficie del wafer di silicio tagliato con filo diamantato è più lenta rispetto a quella del wafer di silicio monocristallino lavorato con mortaio, quindi l'influenza dei residui superficiali sull'effetto velluto è più evidente.

Figura 4: (A) Micrografia superficiale di un wafer di silicio tagliato con mortaio (B) micrografia superficiale di un wafer di silicio tagliato con filo diamantato

La principale fonte residua della superficie del wafer di silicio tagliato con filo diamantato

(1) Liquido di raffreddamento: i componenti principali del liquido di raffreddamento per il taglio con filo diamantato sono tensioattivi, disperdenti, antischiuma, acqua e altri componenti. Il liquido di taglio con prestazioni eccellenti ha una buona capacità di sospensione, dispersione e facile pulizia. I tensioattivi hanno solitamente migliori proprietà idrofile, che ne facilitano la pulizia durante il processo di pulizia del wafer di silicio. L'agitazione e la circolazione continua di questi additivi nell'acqua produrranno una grande quantità di schiuma, con conseguente diminuzione del flusso del liquido di raffreddamento, influenzando le prestazioni di raffreddamento e causando gravi problemi di schiuma e persino di fuoriuscita di schiuma, che influiranno seriamente sull'utilizzo. Pertanto, il liquido di raffreddamento viene solitamente utilizzato con un agente antischiuma. Per garantire le prestazioni antischiuma, i tradizionali siliconi e polieteri sono solitamente scarsamente idrofili. Il solvente nell'acqua viene molto facilmente assorbito e rimane sulla superficie del wafer di silicio durante la successiva pulizia, causando il problema delle macchie bianche. E non è ben compatibile con i componenti principali del refrigerante, pertanto, deve essere realizzato in due componenti, i componenti principali e gli agenti antischiuma vengono aggiunti all'acqua, durante il processo di utilizzo a seconda della situazione della schiuma, non è possibile controllare quantitativamente l'uso e il dosaggio degli agenti antischiuma, può facilmente portare a un sovradosaggio di agenti antischiuma, portando a un aumento dei residui sulla superficie del wafer di silicio, è anche più scomodo da usare, tuttavia a causa del basso prezzo delle materie prime e delle materie prime degli agenti antischiuma, quindi la maggior parte dei refrigeranti nazionali utilizza questo sistema di formulazione; un altro refrigerante utilizza un nuovo agente antischiuma, può essere ben compatibile con i componenti principali, non è necessario aggiungere, può controllare efficacemente e quantitativamente la sua quantità può può può può può può può è molto comodo da fare anche con le operazioni e con un adeguato processo di pulizia i suoi residui possono essere controllati a livelli molto bassi in Giappone e alcuni produttori nazionali adottano questo sistema di formulazione Tuttavia, a causa del suo elevato costo delle materie prime, il suo vantaggio di prezzo non è evidente.

(2) Versione con colla e resina: nella fase successiva del processo di taglio del filo diamantato, il wafer di silicio vicino all'estremità di ingresso è stato tagliato in anticipo, il wafer di silicio all'estremità di uscita non è ancora stato tagliato, il filo diamantato tagliato in anticipo ha iniziato a tagliare lo strato di gomma e la piastra di resina, poiché la colla della barra di silicio e la piastra di resina sono entrambi prodotti di resina epossidica, il suo punto di rammollimento è sostanzialmente compreso tra 55 e 95℃, se il punto di rammollimento dello strato di gomma o della piastra di resina è basso, può facilmente riscaldarsi durante il processo di taglio e causare l'ammorbidimento e la fusione, attaccandosi al filo d'acciaio e alla superficie del wafer di silicio, causando una diminuzione della capacità di taglio della linea diamantata, oppure i wafer di silicio vengono ricevuti e macchiati di resina, una volta attaccata, è molto difficile da lavare via, tale contaminazione si verifica principalmente vicino al bordo del wafer di silicio.

(3) polvere di silicio: nel processo di taglio con filo diamantato si produce molta polvere di silicio; con il taglio, il contenuto di polvere del refrigerante della malta aumenterà sempre di più. Quando la polvere è abbastanza grande, aderirà alla superficie del silicio, e la dimensione della polvere di silicio tagliata con filo diamantato ne facilita l'adsorbimento sulla superficie del silicio, rendendone difficile la pulizia. Pertanto, è necessario garantire l'aggiornamento e la qualità del refrigerante e ridurre il contenuto di polvere nel refrigerante.

(4) agente pulente: l'uso attuale dei produttori di taglio a filo diamantato utilizza principalmente il taglio a mortaio contemporaneamente, utilizza principalmente il prelavaggio del taglio a mortaio, il processo di pulizia e l'agente pulente, ecc., la tecnologia di taglio a filo diamantato singolo dal meccanismo di taglio, forma un set completo di linee, il refrigerante e il taglio a mortaio hanno una grande differenza, quindi il corrispondente processo di pulizia, dosaggio dell'agente pulente, formula, ecc. devono essere adattati al taglio a filo diamantato. L'agente pulente è un aspetto importante, la formula originale dell'agente pulente tensioattivo, l'alcalinità non è adatta alla pulizia del wafer di silicio tagliato a filo diamantato, deve essere per la superficie del wafer di silicio tagliato a filo diamantato, la composizione e i residui superficiali dell'agente pulente mirato e preso con il processo di pulizia. Come menzionato sopra, la composizione dell'agente antischiuma non è necessaria nel taglio a mortaio.

(5) Acqua: l'acqua di taglio, prelavaggio e pulizia del filo diamantato contiene impurità che possono essere adsorbite sulla superficie del wafer di silicio.

Suggerimenti per ridurre il problema di far apparire i capelli vellutati bianchi

(1) Per utilizzare il refrigerante con buona dispersione, e il refrigerante deve utilizzare un agente antischiuma a basso residuo per ridurre il residuo dei componenti del refrigerante sulla superficie del wafer di silicio;

(2) Utilizzare una colla e una piastra di resina adatte per ridurre l'inquinamento del wafer di silicio;

(3) Il refrigerante viene diluito con acqua pura per garantire che non vi siano impurità residue facilmente rimovibili nell'acqua utilizzata;

(4) Per la superficie del wafer di silicio tagliato con filo diamantato, utilizzare un agente pulente più adatto in termini di attività ed effetto pulente;

(5) Utilizzare il sistema di recupero online del refrigerante della linea diamantata per ridurre il contenuto di polvere di silicio nel processo di taglio, in modo da controllare efficacemente il residuo di polvere di silicio sulla superficie del wafer di silicio. Allo stesso tempo, può anche aumentare il miglioramento della temperatura, del flusso e del tempo dell'acqua nel prelavaggio, per garantire che la polvere di silicio venga lavata in tempo

(6) Una volta posizionato il wafer di silicio sul tavolo di pulizia, deve essere trattato immediatamente e mantenuto umido durante l'intero processo di pulizia.

(7) Il wafer di silicio mantiene la superficie umida durante il processo di sgrassatura e non può asciugarsi naturalmente. (8) Nel processo di pulizia del wafer di silicio, il tempo di esposizione all'aria può essere ridotto il più possibile per prevenire la formazione di fiori sulla superficie del wafer di silicio.

(9) Il personale addetto alle pulizie non deve entrare in contatto diretto con la superficie del wafer di silicio durante l'intero processo di pulizia e deve indossare guanti di gomma, in modo da non produrre impronte digitali.

(10) Nel riferimento [2], l'estremità della batteria utilizza un processo di pulizia con perossido di idrogeno H2O2 + alcali NaOH secondo un rapporto di volume di 1:26 (soluzione NaOH al 3%), che può ridurre efficacemente il verificarsi del problema. Il suo principio è simile alla soluzione di pulizia SC1 (comunemente nota come liquido 1) di un wafer di silicio semiconduttore. Il suo meccanismo principale: il film di ossidazione sulla superficie del wafer di silicio si forma per ossidazione di H2O2, che viene corroso da NaOH, e l'ossidazione e la corrosione si verificano ripetutamente. Pertanto, le particelle attaccate alla polvere di silicio, resina, metallo, ecc.) cadono anche nel liquido di pulizia con lo strato di corrosione; a causa dell'ossidazione di H2O2, la materia organica sulla superficie del wafer viene decomposta in CO2, H2O e rimossa. Questo processo di pulizia è stato utilizzato dai produttori di wafer di silicio per processare la pulizia del wafer di silicio monocristallino tagliato con filo diamantato, wafer di silicio in lotti di produttori di batterie nazionali e taiwanesi e altri produttori di batterie per risolvere i problemi di bianco velluto. Anche altri produttori di batterie hanno utilizzato un processo di pre-pulizia simile, che controlla efficacemente la comparsa di velo bianco. Si può notare che questo processo di pulizia viene aggiunto al processo di pulizia dei wafer di silicio per rimuovere i residui di wafer di silicio, risolvendo così efficacemente il problema della peluria bianca all'estremità della batteria.

conclusione

Attualmente, il taglio con filo diamantato è diventato la principale tecnologia di lavorazione nel campo del taglio di monocristalli, ma nel processo di promozione il problema della formazione di una patina bianca vellutata ha creato problemi ai produttori di wafer di silicio e batterie, portando questi ultimi ad avere una certa resistenza al taglio con filo diamantato dei wafer di silicio. Attraverso un'analisi comparativa delle aree bianche, si è scoperto che la causa principale è rappresentata dai residui sulla superficie del wafer di silicio. Al fine di prevenire al meglio il problema dei wafer di silicio nelle celle, questo articolo analizza le possibili fonti di contaminazione superficiale dei wafer di silicio, nonché suggerimenti e misure di miglioramento nella produzione. In base al numero, alla regione e alla forma delle macchie bianche, è possibile analizzare le cause e apportare miglioramenti. Si raccomanda in particolare l'utilizzo di un processo di pulizia con perossido di idrogeno + alcali. L'esperienza positiva ha dimostrato che questo metodo può prevenire efficacemente il problema della patina bianca vellutata nei wafer di silicio tagliati con filo diamantato, fornendo un utile riferimento per gli addetti ai lavori e i produttori del settore.