CN107457921A - 一种硅片制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅片制备工艺，工艺步骤包括：单晶粘接，多线切割，脱胶，清洗，其中多线切割采用钻石线进行切割，并保持钻石线切割过程中保持冷却液持续喷淋。本发明的有益效果是：通过上述工艺加工产品品质高、崩边、ttv、warp、花片等不良以及加工成本明显低于行业水平，提高了硅片的品质，并提高了良品率，降低了生产成本的同时也提高了生产效率；切割硅棒时采用头尾空槽线网的多线切割方式，不仅能够提高切割效率，更能够均匀消耗钻石线，避免局部过度使用，提高钻石线的使用时长，也避免切割所得硅片品质差异过大。

Description

一种硅片制备工艺

技术领域

本发明属于硅片加工领域，尤其是涉及一种硅片制备工艺。

背景技术

金刚石线切割机对于太阳能硅材料切割行业而言，是革命性的进步。硅片作为太阳能发电的主要原料，是太阳能电池最主要的原料；既然将金刚石线切割称之为革命性进步，显而易见的是该工艺一定有其独到的技术优势。原有钻石线切割工艺中粘棒过程采用人工粘棒，容易出现个体差异化。利用多线切割硅片是近年来发展成熟的新型硅片切割技术，其机理为机器槽轮在高速运转中带动缠绕在槽轮上的钢线，从而由钢线将切割液和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的工件通过连续摩擦完成切割的过程，但是在切割的过程中由于产生的粉尘和热量会对硅片表面造成影响，切割硅片的表面比较粗糙，硅材料损失大，TTV均值一般在20um左右，并不能满足高性能太阳能电池片的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片制备工艺。

本发明采用的技术方案是：一种硅片制备工艺，工艺步骤包括：

S1单晶粘接，将硅棒粘接到料板上，便于切割；

S2多线切割，用钻石线将硅棒切割成硅片；

S3脱胶，将切割好的硅片从料板上分离；

S4清洗，将硅片表面清洗干净。

优选地，S2步骤中多线切割具体步骤为：

S2-1上料，将粘接了硅棒的料板固定在切割设别中；

S2-2匀线网，调整钻石线，设置切割参数；

S2-3模拟切割，确认线网状态无跳线；

S2-4钻石线切割，通过钻石线将硅棒切割成硅片。

优选地，钻石线切割采用多线切割方式；

优选地，多线切割方式走线方式为正反切。

优选地，多线切割方式采用空槽线网。

优选地，钻石线切割过程中保持冷却液持续喷淋。

优选地，S4步骤中清洗具体步骤为：

S4-1硅片插片，将脱胶后的硅片插入花篮；

S4-2预清洗，将硅片上的污染物软化、分离、溶解；

S4-3药液清洗，将硅片表面的油污清洗干净；

S4-4化学液清洗，除去硅片表面原子、离子不可见的污染，将有机物分解去除；

S4-5漂洗，去除清洗过程中使用的清洗用药剂；

S4-6慢提拉，甩干烘干硅片表面；

优选地，药液清洗后进行中间漂洗，药液清洗进行两次，中间漂洗进行两次。

优选地，第二次药液漂洗采用溢流漂洗槽，增加槽体溢流进水管路。

优选地，S1步骤中单晶粘接具体步骤为：

S1-1粘树脂板，在料座上粘接树脂版；

S1-2粘单晶硅棒，在树脂版上方粘接硅棒；

S1-3固化，充分固定料座、树脂版和硅棒；

优选地，步骤S3步骤中脱胶具体步骤为：

S3-1鼓泡预清洗，去除硅片表面硅粉；

S3-2喷淋，使用温水对硅片进行喷淋；

S3-3超声预清洗，去除硅片缝隙的硅粉；

S3-4浸泡脱胶，将单晶硅片与粘接条之间脱离。

本发明具有的优点和积极效果是：

1通过上述工艺加工产品品质高、崩边、ttv、warp、花片等不良以及加工成本明显低于行业水平，提高了硅片的品质，并提高了良品率，降低了生产成本的同时也提高了生产效率；

2工艺步骤中使用自动化机械粘棒机替代了传统手工粘棒过程，使得粘棒效果更为统一，避免人工粘棒产生的差异，并且明显提高粘棒速度，节省了人工成本；

3通过变更硅片清洗过程中清洗槽内溶液品类和数量，提高了清洗效率，并且通过改变清洗槽的构造，使新的清洗过程能够在更为高效的同时保持或超过原有的清洗清洁程度；

4切割硅棒时采用空槽线网的多线切割方式，不仅能够提高切割效率，更能够均匀消耗钻石线，避免局部过度使用，提高钻石线的使用时长，也避免切割所得硅片品质差异过大。

具体实施方式

下面对本发明的一个实施例做出说明。

本发明涉及1一种硅片制备工艺，其特征在于：工艺步骤包括：1单晶粘 接；2多线切割；3脱胶；4清洗四个步骤。

1单晶粘接

将待切割硅片的方棒状单晶硅硅棒粘到料座上，采用树脂版两面刷胶分别粘接方柱状的单晶硅硅棒和料座，为后续切割硅棒做准备。

1.1水煮胶的制备

依据《粘棒胶性能及工艺(210)》、《粘棒用胶量明细(210)》，按照A胶：B 胶质量比为1:1称规定重量的水煮胶，搅拌两种胶，直到胶的颜色均匀无杂色为止，要求取胶到拌胶20分钟内完成。

1.2粘树脂板

方柱状硅棒底面与料座大小一致，并且树脂版形状与料座一致，把搅拌好的水煮胶快速均匀涂在树脂板的粘接面上，胶涂好后，将树脂板粘在纸胶带定位处，用纸胶带固定树脂板，防止树脂板偏移，压上2个砝码，出胶后取下砝码。固化 40分钟以上，去除树脂板倒角处和料板上的纸胶带，测量树脂板与底座相对位置，要求树脂板与底座位置偏差小于1.5mm。

在整个粘接过程中，必须保持粘接物品的干净，避免杂质与胶混合导致胶的粘接强度降低。

1.3粘单晶硅棒

将树脂版粘胶面擦拭干净，将粘胶以刮胶的形式均匀涂布在树脂板粘胶面，再将硅棒粘接到树脂板上，本方案可采用自动粘棒机进行粘棒工作，单晶在粘接前要核对编号，长度，崩边等，将粘胶面擦拭干净。

将单晶上料至单晶升降机，设备开始自动作业，将料座上料至料座升降机，上料时要求料座与升降机的限位重合，上料后设备开始自动作业。

刮胶时，首先确认单晶是否有粘飘、歪斜、不出胶等问题，出现以上问题时，须及时联络设备人员进行设备状态确认。保证单晶表面干净，无胶印。粘接后单晶头尾粘接树脂条，粘接面的棱边没有超出树脂板的粘接面。

1.4固化

单晶在粘接后固化一小时后，运送至待切区域固化。在待切区域静置8小时以上方可领取切割。搬运单晶过程中，单晶接触身体部分，在放好单晶后，要重新进行擦拭。

2多线切割

当前线切割工艺使用持续放线工艺与常规线网相结合的方法，钢线磨损不均匀，且对TTV等参数控制能力较差；正反切工艺弥补了钢线磨损不均的问题，且空槽网增加线网对参数的控制能力，改善TTV均值偏大的现象，提高了合格率以及A片率。

2.1上料

先做好切割前的准备工作，确认硅棒长度、表面异常情况，确认固化时间≥ 8h并记录，保证晶棒表面无残胶，晶棒两侧端面的胶用树脂条去除，圆弧面严禁使用刀片去胶。将粘好硅棒的料座上料到多线切割机上进行切割；上料时保证晶棒安装稳定，单晶下降至距离线网10mm后调整单晶位置，头尾各甩0.1-10mm 后，锁紧单晶，切割过程保持冷却液持续喷淋，喷管安装后，确认导流板下边缘距离线网≥1mm。

2.2匀线网

切割前需要匀线网，匀线长度为500米，线网剩余量不足500时，按照最长剩余量进行匀线网；如有必要，在预热前需补线1500m。

2.3模拟切割

点检确认后进行模拟切割，确认线网状态无跳线。对切割机和线网进行状态确认，确保参数正确，避免出现切坏的情况。

并且在正式切割开始前确认冷却液循环泵状态正常，确认喷管流量正常均匀、无断流。

2.4钻石线切割

切割采用放收线切割工艺(正反切工艺)+空槽线网的组合切割方式。其中正反切工艺是在上一刀切割完成后进行初始化，初始化完成后开始向下线侧储线区走线1400或1500m线，然后进行匀线网、补线、预热、传工艺切割；

切割参数如下：

切割走线时，从上线轴向下线轴若走线1500m，再从下线轴向上线轴走1400m，为一个周期，前者为放线，后者收线。整体看，此周期总共向下线轴放线100m。反之，放线1400m，再收线1500m，则此周期总共向上收线100m。若整个工艺每个周期都为放线，则称为正切工艺，即持续放线工艺。若整个工艺有正切工艺，也有反切工艺，则称为正反切工艺，即放收线工艺。

正反切工艺能够使得一段时间内始终使用相同的切割线进行切割，从而保证切割线的磨损均匀，切割能力较强。优选的正反切工艺为：在正切工艺的基础上，将工艺的切割深度某一特定值设为节点，在此节点前为正切工艺，此节点后为反切工艺。采用正反切工艺代替正切工艺，改善了钢线磨损不均的问题，使得钢线被充分利用，切割能力也更强。

2.5下料

切割完毕后，使用上下料小车，用钢丝挂住工件拉出，拉料时要注意工件的稳定性，下料时间严格控制在10min以内。

3脱胶

多线切割机切割完的太阳能硅片厚度和直径不统一，脱胶时间和脱胶水温变化随直径和厚度不同变化较大。传统的脱胶工艺一般为人工操作，工艺过程为将硅片浸泡在40℃以上的热水槽中，浸泡50-130min，时间太长。而且厚片表面冲洗不干净会导致脱胶后表面花片，浸泡不充分脱胶会导致崩边裂片等，同时员工操作很难规范，随意性强，对硅片表面和完整性会造成不同程度的破坏，经常造成之后工序的裂片、崩边、沾污等。

3.1转运

将切割完毕的单晶硅棒倒置在装有特定夹具的中转车内。

3.2鼓泡预清洗

将单晶硅片放置在装满自来水的槽中利用鼓泡管进行预清洗，以去除硅片表面硅粉等，水温常温，鼓泡用气管直径0.6-1.0cm，气压0.3-0.5kp，时间40s。

3.3喷淋

使用温水对硅片进行喷淋，喷淋使用2-4个喷淋管，往复喷淋时间200-600s，往复周期30-60s，水温常温，水压0.1-0.4MPa。

3.4超声预清洗

对硅片进行超声预清洗，即在将经过喷淋的单晶硅片放置在超声温水中进行浸泡，以去除硅片缝隙的硅粉，浸泡水温65±10℃，时间300-600s，超声频率 25-40KHZ,水中混合体积比1-2％的表面活性剂。

3.5浸泡脱胶

使用温水浸泡脱胶，再用温水鼓泡，将硅片浸泡在65-75℃的热水中，浸泡水中添加1-2％酸,该酸可选自乳酸、草酸、柠檬酸中的一种,浸泡时间300-600s，将单晶硅片与粘接条之间脱离，将硅片放置在温水35-50℃，浸泡300-500s；将脱离的硅片放置在温水中，擦拭硅片立面残留胶，水温35-50℃。

4清洗

清洗过程共包括12个清洗槽，其中1-2槽用于预清洗，3-4槽用于药业清洗，5-6槽用于第一次漂洗，7槽用于化学液漂洗，8-11槽用于第二次漂洗，12 槽为慢提拉，硅片均匀整齐的插入花篮中，在机械手的带动下依次经过这12个清洗槽，从而实现清洗的过程。

4.1硅片插片

采用自动插片的上片机将硅片均匀插入花篮中。

4.2预清洗

将硅片上的污染物软化、分离、溶解，预清洗重复两次分别在清洗槽1和清洗槽2中进行。

4.3药液清洗

促进硅片表面油污的润湿、渗透、乳化和分散，将硅片表面的油污清洗干净，药液清洗步骤重复两次，分别在清洗槽3和清洗槽4中进行；

4.4第一次漂洗

清除硅片上的药液，第一次漂洗重复两次，分别在清洗槽5和清洗槽6中进行。

4.5化学液清洗

除去原子、离子不可见的污染，将有机物分解去除，在清洗槽7中进行。化学液清洗步骤中，化学液包括氢氧化钾和过氧化氢，化学液的配液顺序为，首先将各个清洗槽内注入纯水，然后将氢氧化钾缓慢注入清洗槽，等待30s后再将过氧化氢(30％，H₂O₂)缓慢注入，注意在配液的过程中禁止将两种液体直接混合在一起注入。

4.6第二次漂洗

去除硅片表面清洗剂和泡沫，第二次漂洗重复四次，分别在清洗槽8、清洗槽9、清洗槽10和清洗槽11中进行。采用溢流漂洗槽，增加槽体溢流进水管路。

溢流漂洗槽包括内槽体和外槽体，内槽体上设置溢流口，内槽体与外槽体通过溢流口连通，内槽体底部设置进液口，进液口连接进液管，外槽体底部设置排放口，排放口连接排放管，内槽体的底部均匀排布加热管，加热管通过PLC控制系统控制，通过PLC控制达到智能加热的目的，保持槽内的水恒温。内槽体内部设置液位阀，液位阀位于溢流口的下方，液位阀实时监控内槽体内的水位，同时防止水满溢出的风险，避免水资源的浪费。

第一次漂洗和第二次漂洗均采用纯水漂洗，漂洗的作用是利用流动的纯水将硅片表面的污物冲洗干净，第一次漂洗，清除硅片上的药液，第二次漂洗去除硅片表面清洗剂和泡沫，漂洗的温度为50-60℃，优选地，漂洗的温度为58℃，第二次漂洗重复四次，在清洗槽8-11中进行，因为经过清洗剂清洗后产生大量泡沫，多次的漂洗后才能完全去除，保证清洗质量，减少硅片脏花。

4..7慢提拉

甩干烘干，采用机械手慢提拉，然后进入烘箱除去太阳能硅片表面残留的液体。

清洗过程中化学液清洗重复两次，硅片表面的污物清洗干净，清洗效果显著，清洗脏片率降低0.3％，清洗剂单耗降低26.7％，提高了产品的质量，节约能源；在药液清洗与化学液清洗之间设置第一次漂洗，且第一次漂洗重复两次，可以有效的去除药液，避免残留的药液带入到化学液清洗步骤中，与化学液反应，污染化学液；在化学液清洗与慢提拉之间第二次漂洗重复四次，漂洗干净清洗剂残留，提高了漂洗效果，清洗脏片率降低，提高了产品质量。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种硅片制备工艺，其特征在于：工艺步骤包括：

S1单晶粘接，将硅棒粘接到料板上，便于切割；

S2多线切割，用钻石线将硅棒切割成硅片；

S3脱胶，将切割好的硅片从料板上分离；

S4清洗，将硅片表面清洗干净。

2.根据权利要求1所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述S2步骤中多线切割具体步骤为：

S2-1上料，将粘接了硅棒的料板固定在切割设别中；

S2-2匀线网，调整钻石线，设置切割参数；

S2-3模拟切割，确认线网状态无跳线；

S2-4钻石线切割，通过钻石线将硅棒切割成硅片。

3.根据权利要求2所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述钻石线切割采用多线切割方式；

优选地，所述多线切割方式走线方式为正反切。

4.根据权利要求3所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述多线切割方式采用空槽线网。

5.根据权利要求2所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述钻石线切割过程中保持冷却液持续喷淋。

6.根据权利要求1所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述S4步骤中清洗具体步骤为：

S4-1硅片插片，将脱胶后的硅片插入花篮；

S4-2预清洗，将硅片上的污染物软化、分离、溶解；

S4-3药液清洗，将硅片表面的油污清洗干净；

S4-4化学液清洗，除去硅片表面原子、离子不可见的污染，将有机物分解去除；

S4-5漂洗，去除清洗过程中使用的清洗用药剂；

S4-6慢提拉，甩干烘干硅片表面；

优选地，所述药液清洗后进行中间漂洗，药液清洗进行两次，中间漂洗进行两次。

7.根据权利要求6所述的硅片制备工艺，其特征在于：第二次所述药液漂洗采用溢流漂洗槽，增加槽体溢流进水管路。

8.根据权利要求1所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述S1步骤中单晶粘接具体步骤为：

S1-1粘树脂板，在料座上粘接树脂版；

S1-2粘单晶硅棒，在树脂版上方粘接硅棒；

S1-3固化，充分固定料座、树脂版和硅棒。

9.根据权利要求1所述的硅片制备工艺，其特征在于：所述步骤S3步骤中脱胶具体步骤为：

S3-1鼓泡预清洗，去除硅片表面硅粉；

S3-2喷淋，使用温水对硅片进行喷淋；

S3-3超声预清洗，去除硅片缝隙的硅粉；

S3-4浸泡脱胶，将单晶硅片与粘接条之间脱离。