CN111267246A - 一种晶棒切片装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶棒切片装置和方法，所述装置包括：电源，所述电源输出直流电和交流电；电解池，用于存放电解质；阳极，所述阳极包括晶棒，所述晶棒与所述电源输出的所述直流电的正极电性连接；阴极，包括至少一线状电极，所述线状电极容置于所述电解池内并与所述电源输出的所述直流电的负极电性连接，所述线状电极的长度方向与所述晶棒的轴向交叉设置，并且所述线状电极与所述晶棒不接触；支撑装置，用以控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置；根据本发明的晶棒切片装置和方法，通过支撑装置控制线状电极和晶棒之间的相对位置配合电源直流电和交流电的加载，能够使线状电极上的氢气及时脱除，保证了晶棒切片的质量。

Description

一种晶棒切片装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种晶棒切片装置和方法。

背景技术

目前，晶棒的切割以钢线带动浆料进行的机械线切割为主。其原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢线上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果。由于线切割过程中采用钢线，其容易引入如Cu、Fe等污染物。同时，采用线切割工艺对晶棒进行切割，无法避免产生截口损失。

一种改进的晶棒切割方法是采用电解法对晶棒进行电化学切割。通过将晶棒和线状电极同时设置在容纳有电解质的电解装置的阳极和阴极，在阴极和阳极之间施加直流电源的情况下，线状电极与晶棒上与线状电极相对应的部分发生电解反应，使晶棒被切割。这一过程中在设置为线状电极的阴极上往往发生析氢的电化学反应，然而析出的氢气往往吸附在线状电极上，导致线状电极表面反应活性下降，使后续晶棒切割的电化学反应效率下降甚至无法进行，影响晶棒切割效果。

为此，有必要提出一种新的晶棒切片装置和方法，用以解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供了一种晶棒切片装置，所述装置包括：

电源，所述电源输出直流电和交流电；

电解池，用于存放电解质；

阳极，所述阳极包括晶棒，所述晶棒与所述电源输出的所述直流电的正极电性连接；

阴极，包括至少一线状电极，所述线状电极容置于所述电解池内并与所述电源输出的所述直流电的负极电性连接，所述线状电极的长度方向与所述晶棒的轴向交叉设置，并且所述线状电极与所述晶棒不接触；

支撑装置，用以控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置；其中，

当所述电源输出所述直流电时所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体，

当所述电源输出所述交流电时，所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述线状电极上的所述气体脱附。

示例性地，所述电源输出电压的范围为0-50V，输出电流的范围为0-10A。

示例性地，所述交流电源的频率范围为0-1000Hz。

示例性地，所述电源还包括调整所述交流电的波形的装置。

示例性地，当所述电源输出所述交流电时，所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置实现彼此远离的相对运动或者相对静止，通过所述彼此远离的相对运动或者所述相对静止停止所述晶棒切片过程。

示例性地，所述支撑装置包括在阴极上设置的线状电极支撑装置，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极沿着所述晶棒的径向移动实现所述彼此靠近的相对运动或者所述彼此远离的相对运动，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极停止移动实现所述相对静止。

示例性地，所述线状电极支撑装置包括至少两个导辊，所述导辊转动带动所述线状电极沿着所述线状电极的长度方向移动。

示例性地，所述支撑装置包括在所述阳极上设置的晶棒支撑装置，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒沿着径向移动实现所述彼此靠近的相对运动或者彼此远离的相对运动，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒停止移动实现所述相对静止。

示例性地，所述晶棒支撑装置包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述电源电性连接，所述第二部分为梳齿结构。

本发明还提供了一种晶棒切片方法，包括：

步骤S1：将晶棒至少部分浸没于包含电解质的电解池中，所述电解池中设置有包含一线状电极的阴极；

步骤S2：调整所述晶棒与所述阴极之间的相对位置，以使所述晶棒的轴向与所述线状电极的长度方向交叉设置，并且所述晶棒与所述线状电极不接触；

步骤S3：在所述晶棒和所述阴极之间接通电源的同时控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现对所述晶棒的切片，其中，

所述步骤S3包括：

步骤S31：在第一时间段内，所述电源输出直流电，所述晶棒接通所述直流电源的正极，所述阴极接通所述直流电源的负极，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体；

步骤S32：在第二时间段内，所述电源输出交流电，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述线状电极上的所述气体脱附；

循环执行所述步骤S31、和步骤S32，直至对所述晶棒完成切片。

根据本发明的晶棒切片装置和方法，电源可以同时输出交流电和直流电，在阴极和阳极之间接通直流电时，通过支撑装置控制线状电极与晶棒之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，当在阳极和阴极之间接通所述交流电时，通过支撑装置控制线状电极与晶棒之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，此时线状电极上不发生电化学反应使H₂从线状电极上脱除，并且由于线状电极上加载的交流电使阴极上发生电性改变，这一过程使线状电极上吸附的H₂快速脱除，有效解决了氢气吸附在线状电极上而影响阴极电化学反应的效率的问题，保证了晶棒切割的效率和质量。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的一个实施例的一种晶棒切片装置的结构示意图；

图2为图1中晶棒相对于线状电极设置的正面示意图；

图3A和3B为图1中的晶棒支撑装置分别沿着A-A方向和B-B方向获得的截面结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述的晶棒切片装置。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种晶棒切片装置，所述装置包括：

电源，所述电源输出直流电和交流电；

电解池，用于存放电解质；

阳极，所述阳极包括晶棒，所述晶棒与所述电源输出的所述直流电的正极电性连接；

阴极，包括至少一线状电极，所述线状电极容置于所述电解池内并与所述电源输出的所述直流电的负极电性连接，所述线状电极的长度方向与所述晶棒的轴向交叉设置，并且所述线状电极与所述晶棒不接触；

支撑装置，用以控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置；其中，

当所述电源输出所述直流电时所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体，

当所述电源输出所述交流电时，所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述线状电极上的所述气体脱附。

实施例一

下面参看图1和图2对本发明所提出的一种晶棒切片装置进行示例性说明，图1为根据本发明的一个实施例的一种晶棒切片装置的结构示意图；图2为图1中晶棒相对于线状电极设置的正面示意图。

首先，参看图1，根据本发明的一个实施例的晶棒切片装置包括电源100、电解池200、以及分别与电源100的电性相连的阳极和阴极。

所述电源100输出直流电和交流电。所述电源可以是任何可以同时提供直流功率和交流功率的装置。在一个示例中，所述电源包括交流电源和与所述交流电源相连的交流转直流装置，通过交流转直流装置的开启和关闭分别提供直流电和交流电。在一个示例中，所述电源包括直流电源和交流电源以及两者之间设置的开关元件，通过开关元件控制阴极和阳极之间连接交流电源还是直流电源从而控制电源输出直流电还是交流电。参看图1，本实施例中，电源100包括直流电源101、交流电源102以及连接在直流电源101和交流电源102之间的开关元件103。当开关元件103接通直流电源101端时，电源100输出直流电，当开关元件103接通交流电源102端时，电源100输出交流电。

需要理解的是，本实施例中电源设置为直流电源、交流电源和开关元件以使电源输出直流电和交流电仅仅是示例性地，本领域技术人员应当理解，任何可以输出直流电和交流电的电源均适用于本发明。

电解池200中包括电解质201，所述电解质201用以在直流电源的作用下与硅晶棒发生电化学反应。

所述阳极包括晶棒300，其中晶棒300与电源100输出的直流电的正极电性连接。在本实施例中，晶棒300与电源100中的直流电源101的正极电性连接。

所述阴极容置于电解池200内并且包括至少一线状电极400。线状电极400的长度方向与晶棒300的轴向交叉设置，并且线状电极400与晶棒300不接触。线状电极400与电源100输出的直流电的负极电性连接，在本实施例中，线状电极400与电源100中的直流电源101的负极电性连接。

参看图2，示出了线状电极相对晶棒设置的正面示意图，其中线状电极400容置于电解池200的电解质201内，线状电极400的长度方向相对晶棒300的轴向垂直设置，并且线状电极400与晶棒300不接触。在上述电源、电解池、阴极和阳极的设置形式下，通过线状电极400与晶棒300间的彼此靠近的相对运动实现晶棒300的切片。

示例性地，所述线状电极400的材料可以是任何非金属导电材料。具体的，线状电极400的材料可以设置为碳纤维、碳包覆的金属线等。示例性地，所述线状电极的直径的范围为50-150μm。

示例性地，所述电解质201包括包含氢氟酸的溶液。将线状电极400的长度方向与晶棒300的轴向交叉设置，并且线状电极400与晶棒300不接触，在电源100在阴极和阳极之间施加电压或电流时，线状电极400与晶棒300上相对线状电极400设置的部分发生电化学反应。其中，位于阳极上的晶棒发生如下电化学反应：

Si→Si⁴⁺+4e

Si⁴⁺+4OH^-→Si(OH)₄

Si(OH)₄+HF→H₂SiF₆+H₂O

在阴极线状电极上发生如下电化学反应：

2H⁺+2e→H₂

采用电化学的方法进行切割，相较于采用切割线的机械切割方法，有效减少了晶棒切割过程中的截口损失，同时，采用电化学切割晶棒的方法实现非接触切割，有效避免了机械损伤、晶圆翘曲以及接触切割产生的污染。同时，采用电化学切割后的晶圆，不需要进一步进行化学刻蚀等处理，大大简化了切割后的晶圆的处理流程。

由于在上述电化学反应中，阴极上析出H₂，H₂往往吸附在线状电极400上，使得线状电极400表面反应活性降低，影响后续电化学反应效率，进而影响晶棒切片速率和切片质量。本发明将电源设置为可以输出直流电和交流电，控制线状电极与晶棒之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，使电源输出直流电以使晶棒和线状电极之间发生电化学反应并伴随着彼此靠近的相对运动而实现晶棒的切割；随着晶棒切割的进行，阴极的线状电极上析出H₂并累积吸附在线状电极上，使电源输出交流电时控制线状电极和晶棒之间的相对位置实现彼此远离的相对运动或者相对静止，此时线状电极上不发生电化学反应而使H₂从线状电极上脱除，并且由于线状电极上加载的交流电使阴极上发生电性改变，这一过程使线状电极上吸附的H₂快速脱除，有效解决了氢气吸附在线状电极上而影响阴极电化学反应的效率的问题，保证了晶棒切割的效率和质量。

示例性地，所述电源输出电压的范围为0-50V，输出电流的范围为0-10A。通过调整电源的输出电压和电流配合晶棒切片的数量可以调整晶棒的切片速率。示例性地，所述交流电源的频率范围为0-1000Hz。进一步，所述电源还包括调整所述交流电的波形的装置，从而使所述电源输出的交流电具有不同的波形，如矩形、正弦、三角波等。通过输出的不同的频率或波形的交流电可以在不同切片速率下匹配不同H₂的脱除速率，从而使晶棒切片速率提升。

示例性地，本发明通过设置支撑晶棒或者支撑线状电极的支撑装置控制晶棒与线状电极之间的相对运动，实现所述彼此靠近的相对运动、所述彼此远离的相对运动或者所述相对静止。

示例性地，所述支撑装置包括在阴极上设置的线状电极支撑装置，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极沿着所述晶棒的径向移动实现所述彼此靠近的相对运动或者彼此远离的相对运动，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极停止运动实现所述相对静止。在这一情况中，晶棒始终处于静止状态。如图1所示，支撑装置包括在阴极上设置的线状电极支撑装置401。线状电极支撑装置401支撑线状电极400并控制线状电极400沿着晶棒300的径向移动实现线状电极400与晶棒300之间的彼此靠近的相对运动或者彼此远离的相对运动，线状电极支撑装置401支撑线状电极400停止移动时实现线状电极400与晶棒300之间的相对静止。

需要理解的是，本实施例将支撑装置设置为线状电极支撑装置仅仅是示例性地，本领域技术人员应当理解，任何可以控制线状电极和晶棒之间相对位置的装置均能够实现本发明。

示例性地，所述线状电极支撑装置401还控制所述线状电极400沿着其长度方向移动。为此采用线状电极支撑装置401支撑线状电极400在长度方向上移动，使得吸附在线状电极400表面的H₂随着线状电极的移动而脱除，进一步加快了H₂的脱除效率，进一步改善了H₂吸附在线状电极表面对电化学切割带来的影响。

示例性地，所述线状电极支撑装置包括至少两个导辊。如图1所示，线状电极支撑装置401设置为两个导辊，通过导辊的转动，导辊带动线状电极400在长度方向上移动。将线状电极支撑装置401设置为导辊一方面对线状电极400起到支撑作用，使线状电极400呈拉紧状态，另一方面通过导辊的转动带动线状电极400沿长度方向上移动，在这种设置形式下线状电极在移动通过导辊的时候通过与导辊的接触使吸附在线状电极上的H₂完全脱附，使得H₂的脱附效率高。

参看图3，示出了图2中晶棒相对于线状电极以及线状电极支撑装置设置的正面示意图，其中，线状电极400容置于电解池200的电解质201内，线状电极400的延伸方向相对晶棒300的轴向垂直设置，并且线状电极400与晶棒300不接触。设置成导辊的线状电极支撑装置401沿着箭头C-C所示的方向转动，带动线状电极400沿着其长度延伸方向运动，从而使电化学反应中吸附在其表面的H₂脱附。示例性地，所述导辊的材料包括石墨、碳包覆的金属材料和导电陶瓷。在本实施例中，所述导辊的材料设置为石墨。示例性地，导辊带动所述线状电极转动的线速度范围为0-10mm/s。

在将线状电极支撑装置设置为导辊的情况下，导辊上设置有导线槽，从而固定线状电极的位置。示例性地，通过设置导辊上导线槽的距离设置线状电极之间的距离。示例性地，相邻导线槽之间的距离的范围为100μm-1500μm。由于现有半导体制造工艺中晶圆片的厚度往往设置为100μm-1500μm，将导线槽之间的距离设置在100μm-1500μm，从而相邻线状电极之间的距离为100μm-1500μm，通过相邻线状电极对晶棒的切割，形成一个切割好的晶圆片。

在根据本发明的一个实施例中，采用包含氢氟酸、醋酸的溶液作为电解质，其中氢氟酸的体积分数为1-10％，醋酸的体积分数为0-30％。

示例性地，晶棒300的长度方向与线状电极400的长度方向之间的角度范围为89.5°-90.5°。在这一角度范围下，晶棒300的轴向与线状电极400延伸方向垂直，使切片沿着晶棒300的径向方向进行，切出来的晶圆符合半导体制造工艺中对晶圆的要求。

根据本发明的一个实施例中，所述晶棒切片装置还包括PH控制装置，用以控制所述电解池内的PH。示例性地，所述电解质设置为包含氢氟酸和醋酸的混合物。其中醋酸作为缓冲剂，一方面调整整个电解质的PH值，另一方面还可以增加电解质的导电性。示例性地，所述PH控制装置包括PH检测仪和醋酸供给装置。

根据本发明的一个实施例中，所述晶棒切片装置还包括温度控制装置，用以控制所述阴极、所述阳极和所述电介质的温度。示例性地，所述温度控制装置包括温度计和水冷装置。示例性地，所述温度控制装置控制阴极、阳极和电介质的温度在22-24℃之间。采用温度控制装置控制阴极、阳极和电介质的温度可以控制电化学反应环境的稳定，有效避免了因为温度对电化学反应速率的影响从而导致切片质量不稳定的问题。

根据本发明的一个实施例中，所述晶棒切片装置还包括氢气收集装置，用以收集所述阴极上电化学反应生成的氢气。为避免阴极产生的氢气造成危险，将整个晶棒切片装置设置为密闭系统，同时辅助以泵等对密闭系统内的气体进行收集，以收集氢气。

根据本发明的一个实施例中，所述晶棒切片装置还包括电解液循环系统，用以向所述电解池中补充所述电解质。示例性地，所述电解质循环系统包括耐酸泵以及过滤器，通过耐酸泵将电解质抽出，过滤器过滤出其中的金属和颗粒，再将过滤后的电解质循环通入电解池有效提高了电解质的使用效率，减少了生产成本。

下面参看图1、图3A和图3B对本发明所提出的一种晶棒切片装置进行示例性说明，图1为根据本发明的一个实施例的一种晶棒切片装置的结构示意图；图3A和3B为图1中的晶棒支撑装置分别沿着A-A方向和B-B方向获得的截面结构示意图。

在本实施例中，晶棒切片装置中的电源、阴极、阳极可以采用与实施例一中一样的设置形式，区别仅在于本实施例中支撑装置设置为在阳极上设置的晶棒支撑装置，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒沿着径向移动实现所述彼此靠近的相对运动和所述彼此远离的相对运动，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒停止移动实现所述相对静止。

如图1所示，支撑装置设置为在阳极上支撑晶棒300的晶棒支撑装置301，晶棒支撑装置301控制晶棒300沿着其径向运动，从而实现晶棒300和线状电极400之间的彼此靠近的相对运动或者彼此远离的相对运动；晶棒支撑装置301控制晶棒300停止运动时实现晶棒300和线状电极400之间的相对静止。

示例性地，所述晶棒支撑装置包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述电源电性连接，所述第二部分为梳齿结构。

参看图3A和图3B，其示出了图1中的晶棒支撑装置沿着A-A方向和B-B方向的截面结构示意图。晶棒支撑装置301用以支撑晶棒300，包括第一部分3011和第二部分3012，第一部分3011与所述电源100电性连接，第二部分3012与晶棒300接触。其中，第一部分3011设置为条状，第二部分3012设置为梳齿结构。进一步，如图1所示，设置为梳齿结构的第二部分3012包括设置为梳齿的凸部30121和位于梳齿之间的凹部30122。其中，线状电极400与梳齿结构的凹部30122对应设置，在电解反应过程中，凹部30122对应的晶棒300上的部分形成与阴极上线状电极400相对应电解反应中的阳极，凹部30122对应的晶棒300上的部分进行电化学反应而消耗，而凸部30121对应的晶棒300上的部分未参与反应而留下，最终形成沿着梳齿结构上的凹部对晶棒切割的效果。示例性地，参看图3A，所述第二部分3012上的梳齿结构的凸部30121的宽度D设置为所述晶棒经过切片后形成的晶圆的厚度。示例性地，硅片的厚度的范围为100μm-1500μm，其梳齿结构上凸部的宽度的范围为100μm-1500μm。在一个示例中，硅片的厚度为750μm，梳齿结构的凸部的宽度为750μm。示例性地，所述凹部的尺寸范围为80-200μm。

示例性地，所述晶棒支撑装置301的材料可以是任何非金属导电材料。具体的，晶棒支撑装置301可以设置为石墨。碳包覆的金属材料或导电陶瓷等。

进一步，示例性地，所述晶棒支撑装置301与所述晶棒300之间通过导电胶连接，从而实现晶棒支撑装置301与晶棒300之间的电性连接。

需要理解的是，本实施例将本实施例将支撑装置设置为晶棒支撑装置仅仅是示例性地，本领域技术人员应当理解，任何可以控制线状电极和晶棒之间相对位置的装置均能够实现本发明。

同时，也应当理解，实施例一中将支撑装置设置为线状电极支撑装置，实施例二中将支撑装置设置为晶棒支撑装置均为示例性地。支撑装置还可以同时包括线状电极支撑装置和晶棒支撑装置，通过控制两者分别带动线状电极和晶棒的运动速率来实对线状电极和晶棒之间相对位置的控制，从而实现彼此靠近的相对运动、彼此远离的相对运动或者相对静止。总之，本领域技术人员应当理解，任何可以控制线状电极和晶棒之间相对位置的装置均能够实现本发明

本发明还提供了一种晶片切割方法，包括：

步骤S1：将晶棒至少部分浸没于包含电解质的电解池中，所述电解池中设置有包含一线状电极的阴极；

步骤S2：调整所述晶棒与所述阴极之间的相对位置，以使所述晶棒的轴向与所述线状电极的长度方向交叉设置，并且所述晶棒与所述线状电极不接触；

步骤S3：在所述晶棒和所述阴极之间接通电源的同时控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现对所述晶棒的切片，其中，

所述步骤S3包括：

步骤S31：在第一时间段内，所述电源输出直流电，所述晶棒接通所述直流电源的正极，所述阴极接通所述直流电源的负极，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体；

步骤S32：在第二时间段内，所述电源输出交流电，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述线状电极上的所述气体脱附；

循环执行所述步骤S31、和步骤S32，直至对所述晶棒完成切片。

参看图1示出的晶棒切割装置对本发明的晶棒切割方法进行进一步的说明。

首先，执行步骤1：将晶棒至少部分浸没于包含电解质的电解池中，所述电解池中设置有包含一线状电极的阴极。

将晶棒300至少部分浸没于电解质201中，晶棒300与阴极上的线状电极400间隔设置。设置晶棒支撑装置301以支撑所述晶棒300，所述晶棒支撑装置301与所述晶棒300之间电性连接，晶棒300通过晶棒支撑装置301与电源100电性连接。电源100可以输出直流电和交流电。示例性的，电源100包括直流电源101、交流电源102以及连接在直流电源101和交流电源102之间的开关元件103。当开关元件103接通直流电源101端时，电源100输出直流电，当开关元件103接通交流电源102端时，电源100输出交流电。

接着，执行步骤S2：调整所述晶棒与所述阴极之间的相对位置，以使所述晶棒的轴向与所述线状电极的长度方向交叉设置，并且所述晶棒与所述线状电极不接触。

调整晶棒300与线状电极400之间的相对位置，以使所述晶棒300的轴向与所述线状电极400的长度方向交叉设置，并且所述晶棒300与所述线状电极400不接触。示例性的，线状电极400容置于电解池200的电解质201内，线状电极400的长度方向相对晶棒300的轴向垂直设置，并且线状电极400与晶棒300不接触。

接着，执行步骤S3：在所述晶棒和所述阴极之间接通电源的同时控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现对所述晶棒的切片，其中，

所述步骤S3包括：

步骤S31：在第一时间段内，所述电源输出直流电，所述晶棒接通所述直流电源的正极，所述阴极接通所述直流电源的负极，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体；

步骤S32：在第二时间段内，所述电源输出交流电，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述线状电极上的所述气体脱附；

循环执行所述步骤S31、和步骤S32，直至对所述晶棒完成切片。

如图1所示，在步骤S31中，在第一时间段内，开关元件103接通直流电源101端时，电源100输出直流电。此时，晶棒支撑装置301控制晶棒300沿着径向运动实现晶棒300与线状电极400之间彼此靠近的相对运动，通过彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程。在上述晶棒切片过程中，位于阳极上的晶棒发生如下电化学反应：

Si→Si⁴⁺+4e

Si⁴⁺+4OH^-→Si(OH)₄

Si(OH)₄+HF→H₂SiF₆+H₂O

在阴极线状电极上发生如下电化学反应：

2H⁺+2e→H₂

阴极上析出的H₂往往吸附在线状电极400上，使得线状电极400表面反应活性降低，影响后续电化学反应效率，进而影响晶棒切片速率和切片质量。

在步骤S32中，在第二时间段内，当开关元件103接通交流电源102端时，电源100输出交流电。此时，晶棒支撑装置301控制晶棒300停止运动实现晶棒300与线状电极400之间彼此相对静止，此时晶棒切片过程停止，此时线状电极上不发生电化学反应而使H₂从线状电极上脱除，并且由于线状电极上加载的交流电使阴极上发生电性改变，这一过程使线状电极上吸附的H₂快速脱除，循环执行所述步骤S31、和步骤S32，直至对所述晶棒完成切片，这样有效解决了氢气吸附在线状电极上而影响阴极电化学反应的效率的问题，保证了晶棒切割的效率和质量。

综上所述，根据本发明的晶棒切片装置和方法，电源可以同时输出交流电和直流电，在阴极和阳极之间接通直流电时，通过控制线状电极与晶棒相对位置实现彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，当在阳极和阴极之间接通所述交流电时，控制线状电极与晶棒之间的相对位置停止晶棒切片过程，此时线状电极上不发生电化学反应使H₂从线状电极上脱除，并且由于线状电极上加载的交流电使阴极上发生电性改变，这一过程使线状电极上吸附的H₂快速脱除，有效解决了氢气吸附在线状电极上而影响阴极电化学反应的效率的问题，保证了晶棒切割的效率和质量。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种晶棒切片装置，其特征在于，包括：

电源，所述电源输出直流电和交流电；

电解池，用于存放电解质；

阳极，所述阳极包括晶棒，所述晶棒与所述电源输出的所述直流电的正极电性连接；

阴极，包括至少一线状电极，所述线状电极容置于所述电解池内并与所述电源输出的所述直流电的负极电性连接，所述线状电极的长度方向与所述晶棒的轴向交叉设置，并且所述线状电极与所述晶棒不接触；

支撑装置，用以控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置；其中，

当所述电源输出所述直流电时所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体，

当所述电源输出所述交流电时，所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述气体从所述线状电极上脱附。

2.根据权利要求1所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述电源输出电压的范围为0-50V，输出电流的范围为0-10A。

3.根据权利要求1所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述交流电源的频率范围为0-1000Hz。

4.根据权利要求1所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述电源还包括调整所述交流电的波形的装置。

5.根据权利要求1所述的晶棒切片装置，其特征在于，当所述电源输出所述交流电时，所述支撑装置控制所述线状电极与所述晶棒之间的相对位置实现彼此远离的相对运动或者相对静止，通过所述彼此远离的相对运动或者所述相对静止停止所述晶棒切片过程。

6.根据权利要求5所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述支撑装置包括在阴极上设置的线状电极支撑装置，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极沿着所述晶棒的径向移动实现所述彼此靠近的相对运动或者所述彼此远离的相对运动，所述线状电极支撑装置控制所述线状电极停止移动实现所述相对静止。

7.根据权利要求6所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述线状电极支撑装置包括至少两个导辊，所述导辊转动带动所述线状电极沿着所述线状电极的长度方向移动。

8.根据权利要求5所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述支撑装置包括在所述阳极上设置的晶棒支撑装置，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒沿着径向移动实现所述彼此靠近的相对运动或者彼此远离的相对运动，所述晶棒支撑装置控制所述晶棒停止移动实现所述相对静止。

9.根据权利要求8所述的晶棒切片装置，其特征在于，所述晶棒支撑装置包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述电源电性连接，所述第二部分为梳齿结构。

10.一种晶棒切片方法，其特征在于，包括：

步骤S1：将晶棒至少部分浸没于包含电解质的电解池中，所述电解池中设置有包含一线状电极的阴极；

步骤S2：调整所述晶棒与所述阴极之间的相对位置，以使所述晶棒的轴向与所述线状电极的长度方向交叉设置，并且所述晶棒与所述线状电极不接触；

步骤S3：在所述晶棒和所述阴极之间接通电源的同时控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现对所述晶棒的切片，其中，

所述步骤S3包括：

步骤S31：在第一时间段内，所述电源输出直流电，所述晶棒接通所述直流电源的正极，所述阴极接通所述直流电源的负极，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置实现彼此靠近的相对运动，通过所述彼此靠近的相对运动实现晶棒切片过程，在所述晶棒切片过程中所述线状电极上发生电化学反应析出气体；

步骤S32：在第二时间段内，所述电源输出交流电，控制所述晶棒和所述线状电极之间的相对位置停止所述晶棒切片过程，所述气体从所述线状电极上脱附；

循环执行所述步骤S31、和步骤S32，直至对所述晶棒完成切片。

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