金刚石线锯切单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析

　摘要：采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验，使用扫描电子

显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究，分析了走丝速度和工

件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。分析发现：线锯锯切的硅片表面缺

陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别

较大较深的凹坑。走丝速度增大，工件进给速度降低，锯切材料的表面缺陷逐渐由

以脆性破碎凹坑为主转，变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。锯丝

的主要失效形式为金刚石磨粒的脱落，脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表

面造成较大尺寸较深的凹坑，对材料表面和亚表面质量的损害更为严重。

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        　　关键词：金刚石线锯；单晶硅；表面缺陷；磨损

        
        　　单晶硅材料广泛地应用于各种微电子领域，如计算机系统、通讯设备

、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等。集成电路制造中普遍采用的芯片，

其制造工艺流程为：单晶生长→磨外圆→硅晶体切片→平坦化→

腐蚀→抛光→清洗→图案制造→背磨→划片→封装。切

片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序，切片表面质量，直接影响着后续工

序的工作量和成本。如切片的表面质量好，亚表面损伤层厚度就小，可减小后续工

序的去除量，从而降低成本、提高效率。固结磨料线锯切片技术，以其锯口损耗小

、面形精度好和切割环境清洁等优点，有望成为单晶硅等硬脆材料切片的未来发展

方向。本文选择电镀金刚石锯丝作为锯切工具，对单晶硅进行了锯切实验，利用扫

描电子显微镜对切割的硅片表面进行了观察，系统研究了锯切硅片表面产生的缺陷

与锯切工艺参数之间的关系，其结果为获得高质量的锯切工艺，进一步优化工艺参

数，提供了实验参考依据。本文观察分析了电镀金刚石锯丝的磨损形式，揭示了锯

丝失效机理，并分析了锯丝失效与锯切表面缺陷之间的联系。

        
        　　1电镀金刚石线锯锯切实验

        
        　　1.1 实验方法

        

        　　锯切试验选用WXD170型往复式金刚石线切割机，此切割装置的外观。

试验装置采用气动装置来调节锯丝的张紧力。冷却液的供液方式采用微型潜水循环

泵，通过喷嘴浇注，向锯丝切割区供给冷却液。