莫氏硬度等级
莫氏等级是在1800年代晚期，由Friedrich Mohs发展起来的。他的等级图是根据一种材料切割其它材料而得出的。在这等级图上，任何硬度高的材料都能切割硬度比它低的材料。这一等级图范围从扑面粉—最软的材料之一，到钻石—最硬的材料都包括在内了。图2.5列出了十种元素/化合物按硬度顺序排列的莫氏原始等级图。硅与石英有相近的硬度。从图上可看出，钻石能切割硅。 图2.5
当钻石涂覆在内圆刀片上切割晶棒时，它是在研磨硅材料。含钻石的研磨层在硅体内不断地研磨，造成硅的微观断裂而产生细微碎片。当刀片通过材料时，一些碎片也被带出来了。这个不断摩擦的过程，产生热和许多颗粒。一种润滑/冷却溶液，通常如水或水容性润滑剂，用来清除相切位置的颗粒。这种液体能控制硅沫并使温度下降。
内圆切片尺寸
切割硅片需要的内圆刀片尺寸是很大的，如对于200mm硅片，刀片的外圆直径约在32英寸左右。这么大的尺寸是为了使内径足够大，从而能将粘有碳板的晶棒都能通过。另外，刀片本身也必须能够切割晶棒的任何位置而不会使晶棒碰到刀片外侧的张紧圈。内径也相对较大，因为有了大的洞，刀片才能变得更硬。
对于相同尺寸的晶棒，有一个办法能减小刀片的尺寸，就是在切割前将晶棒滚圆。这个安排
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有利之处在于内圆切片时，只要通过晶棒一半的路程，因此，不需要如此大的直径。问题是，这种方法在切片时，要不引起硅片中心的？很困难。另一问题是它会导致碎裂并使硅片中心产生缺陷。随着晶棒直径的增大，内圆切片变得越来越不实用。 切片损伤
当切片机在切割晶棒时，会引起很多损伤。这些损伤来自于切片过程切磨的形式。这一过程会造成硅片产生许多细微破裂和裂纹，这种损伤层的平均厚度约为25-30μm。这样的损伤存在于刀片与晶棒接触的任何地方。因为切片接触的是硅片的表面，所以硅片表面存在着许多这样的损伤，这就意味着在接下来的过程中必须清除掉这些损伤，硅片才会有用。
如果刀片有任何振动，损伤层就会更深，有时候甚至是平均厚度的2-3倍。为了防止损伤层的延伸扩展，必须小心仔细地操作，尽可能消除刀片振动。有些损伤如果很深的话，在磨片之后仍能在硅片上看到。 刀片偏转
硅片弯曲和厚度偏差的主要根源在切片过程。影响硅片形状的最主要因素是切片过程中的刀片偏转。如果刀片在切片时发生振动，那么很有可能在刀片所在一侧的损伤层会比另一侧更深。不同的是，因刀片振动引起的损伤称为切片微分损伤。
在切片过程中，刀片偏转监测器能提供刀片偏转的实时监测。刀片偏转监测器的安装尽可能接近于切片区域。这个位置一般接近刀片的内圆处，并接近刀片切入晶棒的入口或刀片退出时的出口（如图2.6所示）。监测器是通过刀片处产生的旋涡来测试的。刀片偏转监测器的输出与反馈回路有关，当监测器探测到偏离时，这个回路能自动纠正路径偏离。在这个系统中，有一力量能纠正刀片偏差。这个系统使硅片切片时，有更少的翘曲度。 图2.6
在内圆切片时，刀片偏离的主要原因是对于刀片的切片速率而言，刀片的进给太快了。一般内圆刀片的进给速度是5cm/min。另一原因可能是钻石变脏了或者脱离了镍的涂层。当刀片因为脏而开始出现偏差时，就应进行修刀了。
修刀过程是使刀片的涂层暴露出新的、锐利的钻石。修刀通常是将碳化硅或氧化铝的研磨棒切片来完成。研磨棒能将镍钻涂层的外层磨去从而显露出新的尖锐的钻石。要检查修刀是否
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成功，唯一的方法就是再进行硅棒的切割。尽管修刀能生产新的尖利的表面，但除非必须，否则不大进行，因为每一次修刀都会减少刀片的寿命并增加机器待工时间。 问题
在切片过程中，经常会发生一些问题：硅片晶向错误，过分的切片损伤，刀片偏离，刀片失灵和碎片。
刀片失灵有几种：刀片变形、镍-钻涂层崩溃、刀片断裂。经常发生的问题是刀片变形。内圆刀片的变形可能因在张紧时的错误方式或在试图快速通过晶棒时的刀片进给速度太快。其它刀片变形的发生可能因不锈钢刀片承受的力太大造成刀片延展。刀片如果过度变形后，就不能保持笔直通过晶棒。这是因为刀片在切片时会发生抖动。刀片失灵造成的最主要的问题是引起硅片断裂和大量的表面损伤。 碎片（刀片退出时）
无论任何方式，当刀片切割某种材料即将完成时，刀片在材料底部时，可能会引起材料碎裂，这种现象称为exit chip。碎片的发生是由于在切割的最后阶段，在材料的小区域中存在高的局部应力。当持续施加相同大小的压力在越来越薄的材料上，材料就无法再承受这样的压力。这片材料就开始断裂，材料的碎片就会松散。这些碎片尺寸相对较大，使硅片缺损，这样的硅片就不能使用了。图2.7列举了碎片的发生。 图2.7
最小限度（碎片）
有两种方法防止碎片的发生，一种方法是在最后阶段，减小刀片施加在硅片上的压力。在最后，可以通过降低刀片进给速率来减小压力。另一个方法是在晶棒外侧位置贴上几片材料，使切割完成。外表面额外材料的增加提供载体有利于切片的完成。这样就减少了硅片较薄边缘的压力，硅片也不会碎裂了。
有一防止碎片的系统可供选择，可以消除任何碎片的发生。就是使晶棒直径生长的稍大一点，那么在切片时，即使发生碎片，滚磨去碎裂处，仍有足够的材料。这种方法的应用使晶棒直径大1.3mm左右。切片之后，多余的材料就会被磨去。有了足够的材料，那么所有碎片的发生几乎都能包含在内了。
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应指出的是，碎片大多发生在(100)晶向的硅片上，原因是（100）的硅片，切割垂直于（110）和其它（100）晶面。沿着（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向的硅片时，硅片有沿（110）晶面发生碎裂的趋向。
在（111）向的硅片上，（111）面是与硅片的面相平行的。单晶硅的裂纹大多沿着（111）面。因此，任何裂纹的发生平行于切片方向而不会引起碎片。
除了内圆切割外，还有线切割。尽管线切割已使用了几个世纪，但被应用到半导体厂家仅仅在最近20年内。它们最初需要昂贵的投资，但因在切片损失上的减少能使其很快收回成本。 线切割使用研磨砂浆来切割晶棒，砂浆贴附在接触并进入晶棒的钢线上，钢线会产生压力压迫研磨剂与晶棒接触，这样在砂浆和晶棒间的压力接触使材料被磨去。
线切割的基本结构很简单，一根小直径的钢线绕在几个导轮上使钢线形成梯形的形状。导轮上有凹槽能确保钢线以一定距离分隔开。一根连续的钢线集中绕导轮的一个个凹槽上，形成许多相同间隔的切割表面。线之间的空间决定了想要的硅片厚度。钢线的移动由线轴控制，因为整个系统只有一根钢线。线的两端分别绕在线轴上，晶棒慢慢向上（或向下）移动，穿过钢线，钢线能从晶棒上同时切割下许多硅片。图2.8是线切割的简单示意图。如150mm硅片，整根晶棒的切割完成只需约5-8小时。 图2.8
典型的线切割机使用的钢线直径约在0.006英寸。这么小的尺寸所造成的切片损失只有0.008英寸。单根线通常有100km长，绕在两个线轴上。如此长的钢线的应用使线的单个区域每次都不会与砂浆及晶棒接触很长时间。这种与砂浆接触时间的减少有利于延长钢线的寿命。而且，长的钢线意味着在一个方向上的进给能维持相当长的时间而不需要转换方向通过反向的绕线回来。
在一些系统中，钢线的进给在这次是一个方向，然后方向可翻转，然后再翻转。？举例来说，钢线向前走了约30秒，然后反向走25秒，然后再向前，如此反复。这样就使钢线通过系统的时间延长，或者刚在一个方向经过系统，反过来又要经过了。
典型的钢线进给速度在10m/s（22mph），即一根100km长的钢线经过一个方向需10，000秒或约2.75小时。其中一个线导轮由马达驱动，控制整个钢线系统。
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钢线必须保持一定的张力能压迫砂浆中的磨砂研磨晶棒，并防止导轮上的钢线进给错误。这都由一个线张紧装置来自己控制并调整系统。这个系统保持钢线在一定张力下，并控制钢线的进给速度。
线切割机的钢线与晶棒接触，而砂浆沉积在钢线上。砂浆由碳化硅与油混合而成，或其他一些类似的坚硬材料与液体的混合物。通过钢线的带动，砂浆会对晶棒缓慢研磨，带走晶棒表面少许材料，形成凹槽。钢线的不断移动将凹槽中的材料不断带走，在钢线完全通过晶棒后，砂浆仍随钢线移动。
随着硅片直径的增加，线切割机在硅片切割中将扮演更主要的角色。当硅片达到300mm或更大时，内圆刀片的直径也必须增大，而且刀片的厚度必须增加才能充分维持其刚直性，这样就会造成更多的刀片损失。另一方面，线切割机对于更大直径的硅片，不需要改变线的粗细。因此，线切割的切片损失仍保持不变，同一根晶棒就能得到比内圆切片更多的硅片。
线切割的问题
对于线切割，有两种主要的失效模式：钢线张力的错误改变和钢线断裂。如果钢线的张力错误，线切割机就不能有效进行切割了。钢线有任何一点的松动，都会使其在对晶棒进行切割时发生摇摆，引起切割损失，并对硅片造成损伤。低的张力还会发生另一问题，会使钢线导轮发生错误进给。这一错误可能造成对晶棒的错误切割或者使钢线断裂。在切割过程中，钢线可能会从一个凹槽跳到另一个凹槽中，使硅片切割进行到一半。钢线也可能因张力太大，达到它所能承受的极限，导致钢线断裂。如果钢线断裂，可能对硅片造成损伤，并使切割过程停止。断裂的钢线还可能造成众多硅片的断裂。
其它切割方式
近几年来，还有许多切割工艺被建议用在硅片切割上。如线性电气加工EDM，配置研磨线，电气化学，和电气-光化学。比起现在的切割工艺，所有的这些方法都有其潜在的优势，然而，比起已解决的问题，它们仍存在更多的问题而不能被商业上应用。最可能的方法是EDM，又称火花腐蚀加工，它有非常低的切片损失。 晶向
当进行切片时，必须按客户要求沿一个方向切割。所有的客户都希望硅片有一特定的晶向，无论是在一单晶平面还是如果特定的，与平面有特定数值的方向。在这样的情况下，就要尽
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