单晶硅的磨削方法

238 编辑：中冶有色技术网来源：江苏矽腾半导体材料有限公司

2025-01-06 16:36:31

权利要求

1.一种单晶硅的磨削方法，其特征在于：包括，

将硅棒切割分为多个硅片样本;

硅片样本的磨削区域为圆形，切割的厚度以制造行业的标准来定，若在集成电路制造中，硅片的厚度在75100微米之间;

若在光伏行业的制造中，硅片的厚度在150微米到200微米(0.15毫米到0.2毫米)之间;

设定硅片样本的磨削阶段，分为磨削准备阶段、磨削加工阶段与磨削后处理阶段;

获取n个硅片样本，进行编号，生成硅片样本集合E，表示为E={，，...，}，其中表示为第i个硅片样本，n为硅片样本个数;

将硅片样本的切割面标记为磨削面，磨削面表面为圆形;

设定投射时间间隔，记为Q;

设置投射光源对磨削面进行投射的角度范围区间，为[0°，180°];

在磨削面上设置两条相互垂直的基准线，分别记为基准线P与基准线I;

基准线的交点设置在磨削面的圆心处;

将基准线P标记为纵向线，基准线I标记为横向线;

在磨削面上，作垂直于纵向线的半圆形截面，标记为截面Z，作垂直于横向线的半圆截面，标记为截面X;

通过投射光源沿着半圆形截面进行投射，投射方式分为第一投射方式与第二投射方式;

所述第一投射方式为，投射光源沿着截面Z上的边缘对磨削面进行投射;

所述第二投射方式为，投射光源沿着截面X上的边缘对磨削面进行投射;

根据两种投射方式，通过投射光源对磨削面进行投射，获取第一投射方式与第二投射方式生成的光照分析图集合，分别记为光照分析图集合U与光照分析图集合Y;

所述光照分析图为，投射光源在某一角度向磨削面进行投射形成的光照区域，该光照区域用于获取磨削面的凸起区域以及凹陷区域;

凹陷区域由于低于周围表面，投射光源进行照射时，凹陷的底部无法被直接照亮，导致阴影区域加深，凹陷区域的边缘较陡，投射光源会在边缘处聚焦，使得凹陷边缘出现明亮的高光区域。

2.根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域;

在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略。

3.根据权利要求1所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于，所述根据两种投射方式，通过投射光源对磨削面进行投射，获取第一投射方式与第二投射方式生成的光照分析图集合，分别记为光照分析图集合U与光照分析图集合Y，包括：

根据投射时间间隔与角度范围区域，设定投射角度变化值，记为W°;

设定投射光源角度变化规律;

所述投射光源角度变化规律分，每经过一次投射时间间隔，根据投射角度变化值对投射光源的角度进行增加;

在磨削准备阶段开始时，将投射光源角度设置为0°，并且通过投射光源以第一投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第一投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合U;

投射光源执行第一投射方式结束后，将投射光源角度设置为0°，并且以第二投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第二投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合Y。

4.根据权利要求1所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于，所述根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

根据投射光源的角度范围区间进行划分，分为[0°，90°]，[90°，180°]两个区间;

对划分的区间进行标记，分别记为第一角度范围区间与第二角度范围区间;

根据光照分析图集合U与集合Y，获取在第一角度范围区间中，投射光源根据投射光源角度变化规律对磨削面形成的光照分析图，并且组成集合，分别记为集合A与集合B;

并且获取在第二角度范围区间中，投射光源根据投射光源角度变化规律对磨削面形成的光照分析图，并且组成集合，分别记为集合C与集合D;

根据集合A、集合B、集合C和集合D中的元素，执行阴影区域获取策略。

5.根据权利要求3所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于，所述根据集合A、集合B、集合C，集合D中的元素，执行阴影区域获取策略，包括：

针对某一集合，获取随机一组的相邻元素，进行标记，记为第一元素与第二元素;

所述随机一组，表示为在集合中任意选取两张相邻的光照分析图;

获取第一元素与第二元素中所有的阴影区域，组成第一集合与第二集合;

根据第一集合与第二集合，执行阴影区域匹配策略，分别获取集合A、集合B、集合C，集合D中相同边的位置信息。

6.根据权利要求4所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于，所述阴影区域匹配策略，包括：

S1：在光照分析图中，建立平面直角坐标系，用于获取阴影区域边缘的位置信息;

S2：获取相邻元素的两个阴影区域，将这两个阴影区域中阴影图案分别组成集合，分别记为集合V与集合B;

S3：对集合V与集合B进行阴影区域筛选;

所述图案筛选为，对两个集合内的图案，筛选出存在相同边的阴影区域，且获取其相同边的位置信息，组成集合;

筛选步骤为：

根据集合V与集合B中的阴影区域，获取存在相同边两个阴影区域，且这两个阴影区域不属于同一个集合，则将这两个阴影区域归为一组，标记为边缘相似组;

若在边缘相似组中，阴影区域面积大的区域覆盖住阴影区域面积小的区域，则获取其相同边的位置信息;

根据集合A、集合B、集合C，集合D，分别获取每个集合中的所有相同边的位置信息，组成集合，记为集合F。

7.根据权利要求1所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于，所述根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

对集合F中的相同边位置信息，进行匹配;

匹配规则为，若有四条相同边能够组成闭合区域，则将该四条边从集合F中剔除，并且归为一组，标记为闭合区域组;

将闭合区域组中四条相同边形成的闭合区域标记为凸起区域;

通过光敏传感设备获取集合A、集合B、集合C，集合D中元素的亮度，并且获取亮度值最高的边缘，记为高亮度边缘;

获取高亮度边缘所包围的区域标记为凹陷区域，并且获取该边缘附近亮度值最低的点位，记为磨削点位。

8.根据权利要求6所述的单晶硅的磨削方法，其特征在于：所述在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略，包括：

若磨削面上存在凹陷区域与凸起区域，则获取磨削点位;

以磨削点位为底面，对整个磨削面进行磨削;

若磨削面上存在凸起区域，并且不存在凹陷区域，则获取所有的凸起区域，对凸起区域进行磨削。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及半导体硅材料加工技术领域，具体为一种单晶硅的磨削方法。

背景技术

[0002]随着半导体技术的不断进步，单晶硅作为关键的电子材料，在集成电路和光伏电池制造中扮演着至关重要的角色。单晶硅硅片的磨削加工质量直接关系到电子器件的性能和生产成本。然而，传统的单晶硅磨削方法存在效率低下、表面质量不均一等问题，难以满足高精度和高效率的加工需求。

[0003]在现有技术中，单晶硅硅片的磨削加工多依赖于经验参数和定性判断，缺乏精确的量化分析手段。此外，磨削过程中对硅片表面的凸起和凹陷区域识别不够精确，导致硅片表面处理不均匀，影响器件的性能和寿命。

[0004]为了提升单晶硅硅片的加工质量，需要一种更为先进和精确的磨削方法。这种方法应能够实现对硅片表面识别并处理表面缺陷，以满足高精度电子器件制造的需求。

发明内容

[0005]本发明提供了一种单晶硅的磨削方法，用于促进解决上述背景技术中所提到的问题。

[0006]本发明提供如下技术方案：一种单晶硅的磨削方法，可选的，将硅棒切割分为多个硅片样本;

设定硅片样本的磨削阶段，分为磨削准备阶段、磨削加工阶段与磨削后处理阶段;

获取n个硅片样本，进行编号，生成硅片样本集合E，表示为E={，，...，}，其中表示为第i个硅片样本，n为硅片样本个数;

将硅片样本的切割面标记为磨削面，磨削面表面为圆形;

设定投射时间间隔，记为Q;

设置投射光源对磨削面进行投射的角度范围区间，为[0°，180°];

在磨削面上设置两条相互垂直的基准线，分别记为基准线P与基准线I;

基准线的交点设置在磨削面的圆心处;

将基准线P标记为纵向线，基准线I标记为横向线;

在磨削面上，作垂直于纵向线的半圆形截面，标记为截面Z，作垂直于横向线的半圆截面，标记为截面X;

通过投射光源沿着半圆形截面进行投射，投射方式分为第一投射方式与第二投射方式;

所述第一投射方式为，投射光源沿着截面Z上的边缘对磨削面进行投射;

所述第二投射方式为，投射光源沿着截面X上的边缘对磨削面进行投射;

所述光照分析图为，投射光源在某一角度向磨削面进行投射形成的光照区域，该光照区域用于获取磨削面的凸起区域以及凹陷区域;

根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域;

在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略。

[0007]进一步的，根据两种投射方式，通过投射光源对磨削面进行投射，获取第一投射方式与第二投射方式生成的光照分析图集合，分别记为光照分析图集合U与光照分析图集合Y，包括：

根据投射时间间隔与角度范围区域，设定投射角度变化值，记为W°;

设定投射光源角度变化规律;

所述投射光源角度变化规律分，每经过一次投射时间间隔，根据投射角度变化值对投射光源的角度进行增加;

在磨削准备阶段开始时，将投射光源角度设置为0°，并且通过投射光源以第一投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第一投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合U;

投射光源执行第一投射方式结束后，将投射光源角度设置为0°，并且以第二投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第二投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合Y。

[0008]可选的，根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

根据投射光源的角度范围区间进行划分，分为[0°，90°]，[90°，180°]两个区间;

对划分的区间进行标记，分别记为第一角度范围区间与第二角度范围区间;

并且获取在第二角度范围区间中，投射光源根据投射光源角度变化规律对磨削面形成的光照分析图，并且组成集合，分别记为集合C与集合D;

根据集合A、集合B、集合C和集合D中的元素，执行阴影区域获取策略。

[0009]进一步的，根据集合A、集合B、集合C，集合D中的元素，执行阴影区域获取策略，包括：

针对某一集合，获取随机一组的相邻元素，进行标记，记为第一元素与第二元素;

所述随机一组，表示为在集合中任意选取两张相邻的光照分析图;

获取第一元素与第二元素中所有的阴影区域，组成第一集合与第二集合;

根据第一集合与第二集合，执行阴影区域匹配策略，分别获取集合A、集合B、集合C，集合D中相同边的位置信息。

[0010]可选地，阴影区域匹配策略，包括：

S1：在光照分析图中，建立平面直角坐标系，用于获取阴影区域边缘的位置信息;

S2：获取相邻元素的两个阴影区域，将这两个阴影区域中阴影图案分别组成集合，分别记为集合V与集合B;

S3：对集合V与集合B进行阴影区域筛选;

所述图案筛选为，对两个集合内的图案，筛选出存在相同边的阴影区域，且获取其相同边的位置信息，组成集合;

筛选步骤为：

若在边缘相似组中，阴影区域面积大的区域覆盖住阴影区域面积小的区域，则获取其相同边的位置信息;

根据集合A、集合B、集合C，集合D，分别获取每个集合中的所有相同边的位置信息，组成集合，记为集合F。

[0011]进一步的，根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

对集合F中的相同边位置信息，进行匹配;

匹配规则为，若有四条相同边能够组成闭合区域，则将该四条边从集合F中剔除，并且归为一组，标记为闭合区域组;

将闭合区域组中四条相同边形成的闭合区域标记为凸起区域;

通过光敏传感设备获取集合A、集合B、集合C，集合D中元素的亮度，并且获取亮度值最高的边缘，记为高亮度边缘;

获取高亮度边缘所包围的区域标记为凹陷区域，并且获取该边缘附近亮度值最低的点位，记为磨削点位。

[0012]可选地，在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略，包括：

若磨削面上存在凹陷区域与凸起区域，则获取磨削点位;

以磨削点位为底面，对整个磨削面进行磨削;

若磨削面上存在凸起区域，并且不存在凹陷区域，则获取所有的凸起区域，对凸起区域进行磨削。

[0013]本发明具备以下有益效果：

1、该单晶硅的磨削方法，通过将硅棒切割成多个硅片样本，生成硅片样本集合E，为每个硅片样本提供了唯一标识，便于在磨削过程中进行跟踪，确保了加工的可追溯性，设定投射时间间隔Q和角度范围区间[0°，180°]，对磨削面的全面光照分析，可以进行不同角度的光源投射，在磨削面上设置相互垂直的基准线P和I，并进行半圆形截面Z与X的投射，从两个正交方向对磨削面进行投射，提高了凸起和凹陷区域检测的准确性，通过第一投射方式和第二投射方式获取的光照分析图集合U与Y，从不同方向捕捉磨削面的光照变化，为磨削面的缺陷分析提供了数据基础，根据光照分析图集合U与Y获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，识别硅片表面的不平整度，为后续磨削加工提供了目标，在磨削加工阶段，针对凸起区域与凹陷区域执行磨削策略，执行磨削操作，消除了硅片表面的不均匀性，提升了硅片的表面质量。

[0014]2、该单晶硅的磨削方法，通过设定投射角度变化值W°和投射光源角度变化规律，利用第一投射方式和第二投射方式从不同方向对磨削面进行光照分析，捕捉磨削面的几何特征，增强了对硅片表面状况的识别，在磨削准备阶段开始时，通过将投射光源角度初始化为0°，并按照设定的投射时间间隔和角度变化值进行光源角度的调整，实现了对磨削面连续、有序的光照分析，通过获取光照分析图集合U和Y，后续的阴影区域获取策略提供了基础。

[0015]3、该单晶硅的磨削方法，通过对投射光源的角度范围进行划分为两个区间，即[0°，90°]和[90°，180°]，实现了对磨削面不同方向光照效应的分析，增强了对磨削面特征的识别能力，在不同角度范围区间内获取光照分析图，并分别组成集合A、B、C和D，为磨削面上凸起和凹陷区域的准确识别提供了全面的光照数据，执行阴影区域获取策略，根据集合A、B、C和D中的元素，识别磨削面上因光照角度变化而形成的阴影区域，这些阴影区域对于确定磨削面的是否平整，通过分析不同角度光照下的阴影变化，区分磨削面上的微小凸起和凹陷，为后续磨削加工提供了数据基础。

[0016]4、该单晶硅的磨削方法，通过执行阴影区域获取策略，对集合A、B、C和D中的光照分析图进行分析，识别了相邻光照分析图中的阴影区域，为磨削面上凸起和凹陷区域的定位提供了依据，通过随机选取集合中的相邻元素并标记为第一元素与第二元素，从不同角度捕捉磨削面上的阴影变化，将同一集合中的阴影区域进行归类，为后续的阴影区域匹配策略提供了基础数据集合，提高了阴影区域识别的效率，执行阴影区域匹配策略，获取各集合中阴影区域相同边的位置信息。为后面确定凸起区域奠定了基础。

[0017]5、该单晶硅的磨削方法，通过在光照分析图中建立平面直角坐标系，确定了阴影区域边缘位置信息，获取相邻元素的两个阴影区域并组成集合V与B，比较和筛选出具有相同边缘的阴影区域，提高了凸起区域的识别。执行阴影区域筛选，识别出不同光照分析图中的相似阴影图案，并将它们归类为边缘相似组，对边缘相似组中的阴影区域进行相似区域的面积比较。

[0018]6、该单晶硅的磨削方法，通过集合F中的相同边位置信息的匹配，识别出磨削面上的闭合区域，这些区域被标记为凸起区域，为磨削加工提供了目标，并且剔除能组成闭合区域的四条相同边，对集合中剩余的相同边进行筛选，利用光敏传感设备获取光照分析图中元素的亮度，识别出亮度值最高的边缘，即高亮度边缘，这有助于确定磨削面上的凹陷区域，识别高亮度边缘所包围的区域作为凹陷区域，针对这些区域执行特定的磨削策略，以消除表面的不平整，确定磨削点位，即高亮度边缘附近亮度值最低的点位，用于对凹陷区域进行磨削。

附图说明

[0019]图1为本发明步骤流程图。

具体实施方式

[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021]实施例一，将硅棒切割分为多个硅片样本;

硅片样本的磨削区域为圆形，切割的厚度以制造行业的标准来定，若在集成电路制造中，硅片的厚度在75100微米之间;

若在光伏行业的制造中，硅片的厚度在150微米到200微米(0.15毫米到0.2毫米)之间;

设定硅片样本的磨削阶段，分为磨削准备阶段、磨削加工阶段与磨削后处理阶段;

获取n个硅片样本，进行编号，生成硅片样本集合E，表示为E={，，...，}，其中表示为第i个硅片样本，n为硅片样本个数;

将硅片样本的切割面标记为磨削面，磨削面表面为圆形;

设定投射时间间隔，记为Q;

设置投射光源对磨削面进行投射的角度范围区间，为[0°，180°];

在磨削面上设置两条相互垂直的基准线，分别记为基准线P与基准线I;

基准线的交点设置在磨削面的圆心处;

将基准线P标记为纵向线，基准线I标记为横向线;

在磨削面上，作垂直于纵向线的半圆形截面，标记为截面Z，作垂直于横向线的半圆截面，标记为截面X;

通过投射光源沿着半圆形截面进行投射，投射方式分为第一投射方式与第二投射方式;

所述第一投射方式为，投射光源沿着截面Z上的边缘对磨削面进行投射;

所述第二投射方式为，投射光源沿着截面X上的边缘对磨削面进行投射;

所述光照分析图为，投射光源在某一角度向磨削面进行投射形成的光照区域，该光照区域用于获取磨削面的凸起区域以及凹陷区域;

[0022]根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域;

在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略。

[0023]进一步的，根据两种投射方式，通过投射光源对磨削面进行投射，获取第一投射方式与第二投射方式生成的光照分析图集合，分别记为光照分析图集合U与光照分析图集合Y，包括：

根据投射时间间隔与角度范围区域，设定投射角度变化值，记为W°;

设定投射光源角度变化规律;

所述投射光源角度变化规律分，每经过一次投射时间间隔，根据投射角度变化值对投射光源的角度进行增加;

在磨削准备阶段开始时，将投射光源角度设置为0°，并且通过投射光源以第一投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第一投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合U;

投射光源执行第一投射方式结束后，将投射光源角度设置为0°，并且以第二投射方式对磨削面进行投射;

获取通过第二投射方式生成的光照分析图集合，组成为集合Y。

[0024]进一步的，根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

根据投射光源的角度范围区间进行划分，分为[0°，90°]，[90°，180°]两个区间;

对划分的区间进行标记，分别记为第一角度范围区间与第二角度范围区间;

并且获取在第二角度范围区间中，投射光源根据投射光源角度变化规律对磨削面形成的光照分析图，并且组成集合，分别记为集合C与集合D;

根据集合A、集合B、集合C和集合D中的元素，执行阴影区域获取策略。

[0025]可选的，根据集合A、集合B、集合C，集合D中的元素，执行阴影区域获取策略，包括：

针对某一集合，获取随机一组的相邻元素，进行标记，记为第一元素与第二元素;

所述随机一组，表示为在集合中任意选取两张相邻的光照分析图;

获取第一元素与第二元素中所有的阴影区域，组成第一集合与第二集合;

根据第一集合与第二集合，执行阴影区域匹配策略，分别获取集合A、集合B、集合C，集合D中相同边的位置信息。

[0026]进一步的，阴影区域匹配策略，包括：

S1：在光照分析图中，建立平面直角坐标系，用于获取阴影区域边缘的位置信息;

S2：获取相邻元素的两个阴影区域，将这两个阴影区域中阴影图案分别组成集合，分别记为集合V与集合B;

S3：对集合V与集合B进行阴影区域筛选;

所述图案筛选为，对两个集合内的图案，筛选出存在相同边的阴影区域，且获取其相同边的位置信息，组成集合;

筛选步骤为：

若在边缘相似组中，阴影区域面积大的区域覆盖住阴影区域面积小的区域，则获取其相同边的位置信息;

根据集合A、集合B、集合C，集合D，分别获取每个集合中的所有相同边的位置信息，组成集合，记为集合F。

[0027]可选地，根据光照分析图集合U与集合Y，获取磨削面上的凸起区域与凹陷区域，包括：

对集合F中的相同边位置信息，进行匹配;

匹配规则为，若有四条相同边能够组成闭合区域，则将该四条边从集合F中剔除，并且归为一组，标记为闭合区域组;

将闭合区域组中四条相同边形成的闭合区域标记为凸起区域;

通过光敏传感设备获取集合A、集合B、集合C，集合D中元素的亮度，并且获取亮度值最高的边缘，记为高亮度边缘;

获取高亮度边缘所包围的区域标记为凹陷区域，并且获取该边缘附近亮度值最低的点位，记为磨削点位。

[0028]进一步的，在磨削加工阶段开始时，针对凸起区域与凹陷区域，执行磨削策略，包括：

若磨削面上存在凹陷区域与凸起区域，则获取磨削点位;

以磨削点位为底面，对整个磨削面进行磨削;

若磨削面上存在凸起区域，并且不存在凹陷区域，则获取所有的凸起区域，对凸起区域进行磨削。

[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0030]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

说明书附图(1)