硅材切割过程中的温度场分析

硅材切割过程中的温度场分析 （浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310014）[摘要] 目的：温度变化在硅材切割过程中会引起材料的翘曲变形，文中论述了温度控制对半导

硅材切割过程中的温度场分析 310014 （浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江杭州） [] 摘要目的： 温度变化在硅材切割过程中会引起材料的翘曲变形，文中论述了温度控制对 半导体材料硅材在切割过程的重要性，用流体力学的前处理软件建模及网格划分，对硅材与 CFD 流体的流固耦合系统的温度场进行了分析，并且分析了流体进口速度和进口温度对硅 材温度分布的影响。结果表明，流体和硅材的温度在线走丝方向上逐渐升高，到出口附近最 高，增大流体的进口速度或减小流体的进口温度,有利于降低硅材温度。 关键词： 硅材切割流固耦合温度场 FiniteElementSimulationoftheSiliconWiresawTemperatureField [Abstract]Objectives: Temperaturevariationduringslicingcancausebowandwarponsilicon ingot,Inthispaper,theimportanceofthetemperaturecontrolduringsiliconslicingisintroduced, CFDisappliedtosimulatethetemperaturefiledoffluidandsiliconingotinthefluid-solid couplingsystem.Thetemperaturedistributionandprofilethroughverticalsectionofsiliconwafer isobtainedindifferentfluidinletspeedandtemperaturerespectively.Theresultshowthatthe temperatureofthesiliconandfluidincreasesalongthewiredirectionandreachmaximumnear theoutlet,higherspeedandlowertemperatureoftheinletfluidbothhelpstoreducethesilicon temperatureduringslicing. Keywords: siliconslicing;Fluid-solidcoupling;temperaturefield; 大，导致硅材的翘曲变形，影响硅材的表面 引言 1． 性能以及机械性能，同时由于流体的粘度随 IC 集成电路()是现代信息产业和信息社 着温度的升高而减小,温度的升高会降低磨 会的基础，是推动国民经济和社会化发展的 削液的粘度，减小流体携带磨粒的能力，从 [5] 最新技术,也是改造传统产业的核心技术。 而影响硅材切割效率。因此，控制硅材切 IC90% 所用的材料全球以上都采用半导体 割过程中的温度，对于提高硅材表面的质量 [1] 硅材。硅材切割作为硅材加工工艺流程的 以及提高硅材的切割效率都有很重要的作 关键工序，其加工效率和加工质量直接关系 用。由于实验室测温仪器的限制，无法测量 到整个硅材生产的全局,线锯可分为自由磨 硅材切割时候硅材与流体切割位置的温度， 粒线锯（或称游离磨料线锯）和固结磨料线 CFD 本文利用流体力学软件分析了硅材与 锯，固结磨料线锯切割的特点是成本高、效 流体在线走丝方向上的温度场，并且分析了 [2] 率高，游离磨料线锯切割则刚好相反.目前 流体进口速度和进口温度对硅材温度分布 工业上硅材的切片加工普遍使用游离磨料 的影响。 的线线锯切割，在游离磨粒线据中，用于切 2.有限元分析 割的大多数能量都转化为热能，其中有 2.1 物理建模 [3] 1/2-2/3 的热量被硅材吸收，剩下的被磨液 本文采用单线切割的模型，利用流体动 带走。即使切割过程中的材料去除率和热生 CFD 力学分析软件为分析工具，前处理软 200m 产率都很低,但对于m直径的硅材，温 1 件建立单线切割模型以及网格划分如图 [4] 20°C 度可以升高。根据硅材的属性，硅材 2 及图所示，模型采用对称形式，即模型包 10.04um 在切割温度峰值处，会有的热膨胀， 括线，流体以及硅材的一半，硅材尺寸 随着硅材向大直径方向发展，这一值将会更 40×20×120mm 为:，并且为了避免模型的过