CN112776195A - 硅片加工方法、刻槽主辊和切片设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅片加工方法、刻槽主辊和切割设备，其中，硅片加工方法包括：获取多晶硅棒的红外图像；根据所述红外图像确定所述多晶硅棒中杂质点的位置和尺寸；根据所述杂质点的位置将所述多晶硅棒中尺寸大于预设尺寸的杂质点去除；将所述多晶硅棒进行粘结以形成待切割硅棒；对所述待切割硅棒进行金刚线切割，以获得硅片。根据本发明的方法和设备，可以降低多晶硅棒加工成薄硅片的难度，提高加工效率，更利于硅片的薄片化。

Description

硅片加工方法、刻槽主辊和切片设备

技术领域

本发明涉及硅片加工技术领域，尤其是涉及一种硅片加工方法，以及用于该硅片加工方法的切片设备和刻槽主辊。

背景技术

目前，对于多晶硅片的加工厚度一般为180-200μm，并且，普遍采用母线直径为65μm及以上的电镀金刚线线切割，每公斤多晶硅棒的出片数为59.3-63.8片。而对于单晶硅片的片厚已经降低至160μm，并且母线线径60μm的电镀金刚线已经在量产使用，每公斤单晶硅棒的出片数达到了71.6片。因此，与单晶硅棒相比，多晶硅棒在加工为硅片的过程中，每公斤硅棒料少产出硅片数量约为7.8-12.3片，硅料的损耗率升高11-17％。

与单晶硅棒相比，多晶硅棒的碳含量升高一个数量级以上，例如，多晶棒碳含量为a*1017atoms/cm3，单晶棒为b*1016atoms/cm3，硅棒硬度大，硅棒内的杂质比例高，容易形成孔洞，这将导致多晶硅棒采用直径更细的电镀金刚线切割的难度增加，加工时间增加，切割效率下降，不利于薄片化处理。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种硅片加工方法，该方法，可以降低多晶硅棒加工成薄硅片的难度，提高加工效率，更利于硅片的薄片化。

本发明的第二个目的在于提出一种刻槽主辊。

本发明的第三个目的在于提出一种切片设备。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的硅片加工方法，包括：获取多晶硅棒的红外图像；根据所述红外图像确定所述多晶硅棒中杂质点的位置和尺寸；根据所述杂质点的位置，将所述多晶硅棒中尺寸大于预设尺寸的杂质点切除；将所述多晶硅棒进行粘结以形成待切割硅棒；对所述待切割硅棒进行金刚线切割，以获得硅片。

根据本发明实施例的硅片加工方法，在硅棒检测时记录杂质的位置和尺寸，并将尺寸大于预设尺寸的杂质点截除，从而可以减少硅棒中的杂质，减少空洞的产生，更加利于采用直径更细的金刚线切割，利于薄片化和良品率，提高切割效率。

在一些实施例中，将所述多晶硅棒进行粘结以形成待切割棒，包括：根据多晶硅棒的杂质点进行分类，以获得包含小于预设尺寸的杂质点的第一类多晶硅棒和无杂质点的第二类多晶硅棒；将所述第一类多晶硅棒进行粘接，以及，将所述第二类多晶硅棒进行粘接。

通过将多晶硅棒根据其含有杂质点的情况进行分类粘结，相较于混合粘结，无杂质点的硅棒更加利于采用更细金刚线进行切割，避免薄片化后孔洞增加，利于提高硅棒薄片化的良品率。

在一些实施例中，所述第一类多晶硅棒粘接成的待切割棒中的杂质点靠近切割线网平面侧。从而，可以优先切割杂质点，而后续切片更加适配并且含有杂质少，从而可以提高后续硅棒薄片化处理的良品率。

在一些实施例中，所述方法还包括：将所述硅片放入花篮；对所述花篮中的硅片进行清洗，其中，根据所述硅片的厚度调整清洗水压。可以避免水压过大造成碎片，降低薄片化的硅片的碎片率。

在一些实施例中，所述方法还包括：对所述硅片进行分选，其中，采用皮带式传输所述硅片，可以避免对硅片施以压力，降低碎片率。

为了达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种刻槽主辊，用于权利要求1中的金刚线切割，所述刻槽主辊包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽，沿所述主辊本体的轴向，所述主辊本体上刻槽的槽距逐渐减小。

根据本发明实施例的刻槽主辊，通过设置沿主辊主体的轴向刻槽的槽距逐渐减小，可以保证硅片厚度维持在较小范围内波动，硅片厚度集中性得到提高，硅片厚度均匀性提高。

在一些实施例中，所述刻槽的槽底呈圆弧形，且所述槽底的半径值等于金刚线的直径值减去3-5μm。将刻槽的槽底改进为圆弧形，金刚线切割硅片下落到刻槽的槽底后，即可与槽底的内壁形成面接触，进而充分与刻槽的槽底相接触，并且为了使得不同规格的金刚线能够与圆弧形的槽底充分接触，所以，槽底的半径大小也可以根据金刚线的直径值来设置，如此可以使得金刚线与刻槽的槽底形成良好的适配，进而提高金刚线切割的稳定性。所以，在切割过程中，刻槽的槽底会对金刚线形成充分的支撑，防止金刚线形成大幅度的晃动，切割硅片时更加稳定，因此可以避免硅片会出现线痕和翘曲的问题，大大提高切割的良率。

在一些实施例中，所述刻槽的槽深取值在230-280μm之间。对刻槽的槽深进行针对性的设置，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

在一些实施例中，所述刻槽呈V型，所述刻槽的夹角取值设置在25°-35°。将刻槽的夹角设置在25°-35°，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

为了达到上述目的，本发明第三方面实施例提出一种切片设备，包括放线轮、收线轮和两个所述的刻槽主辊，所述放线轮用于补给金刚线至两个所述刻槽主辊上，所述收线轮用于收取所述刻槽主辊的输出线，所述刻槽主辊的新线补给侧刻槽的槽距大于输出线侧刻槽的槽距。

根据本发明实施例的切割设备，因为补给的新金刚线未经切割和磨损，因此线径比切割用过即主辊输出线会更大一些，新线补给侧的槽距设置的大一些，且槽距的变化从一端到另一端呈连续变化，这有利于硅片厚度更均匀，片厚分布集中性更高，而且进一步提升了多晶硅棒的公斤出片数，提高产量。

在一些实施例中，所述金刚线的母线直径设置在45-65μm，所述金刚线的金刚石颗粒粒径范围为5-10μm。当母线直径值较大且金刚石颗粒较大时，容易造成硅片表面粗糙度不良，硅片机械强度低，切割效率低，对于金刚线的母线直径和金刚石颗粒进行针对性设置，可以提高硅片质量，提高加工效率。

在一些实施例中，所述金刚线的出刃率取值范围在150-350颗/mm之间，所述金刚线的出刃高度取值范围4.5-6.5μm之间。对于金刚线的出刃率和出刃高度取值范围进行限定，可以提高硅片的质量，提示良品率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的硅片加工方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的切割硅棒的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的刻槽主辊的刻槽的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的硅片加工方法、刻槽主辊以及切片设备。

针对多晶硅棒在细线化和薄片化切割过程中存在的问题，本发明实施例提出了制备多晶硅片的片厚≤160μm的电镀金刚线切片方法，该方法可以实现采用直径较细的电镀金刚线例如母线直径≤60μm切割多晶硅棒良品率低的问题，以及，也改善了多晶硅片厚度变薄以后碎片率升高的问题。

多晶硅棒加工为硅片例如加工为片厚≤160μm的主要工艺流程包括：硅棒检验-硅棒粘接-金刚线切片-硅片脱胶-硅片插片-硅片清洗-硅片分选。

图1是根据本发明的一个实施例的硅片加工方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的硅片加工方法至少包括步骤S1-S5，每个步骤具体如下。

步骤S1,获取多晶硅棒的红外图像。

具体地，可以通过红外成像设备对多晶硅棒进行拍照，例如，将每个多晶硅棒经过红外探伤仪检测拍照，获得每个多晶硅棒的红外图像。其中，红外探伤仪可以检测多晶硅棒的裂缝、杂质、黑点、阴影、微晶等缺陷。

S2,根据红外图像确定多晶硅棒中杂质点的位置和尺寸。

具体地，对多晶硅棒的红外图像进行分析，在多晶硅棒中存在杂质时，其红外图像会存在异常，例如由于杂质点吸收红外光线使得红外图像中存现异常斑点等，根据红外图像中异常点确定杂质点的位置和大小，并进行记录。

S3，根据杂质点的位置将多晶硅棒中尺寸大于预设尺寸的杂质点切除。

具体地，将杂质点的尺寸与预设寸尺进行比较，并将尺寸大于预设尺寸的杂质点截除掉，例如将尺寸大于2mm的杂质点从多晶硅棒上截除，不参与切片。

S4，将多晶硅棒进行粘结以形成待切割硅棒。

S5，对待切割硅棒进行金刚线切割，以获得硅片。

其中，由于多晶硅棒的碳含量较高，硅棒硬度大，硅棒内的杂质比例高，容易造成空洞，因而，使得多晶硅棒采用直径更细的金刚线切割的难度增加，切割效率低，不利于薄片化。

然而，本发明实施例的硅片加工方法，在硅棒检测时记录杂质的位置和尺寸，并将尺寸大于预设尺寸的杂质点截除，从而可以减少硅棒中的杂质，减少空洞的产生，更加利于采用直径更细的金刚线切割，利于薄片化，提高切割效率。

进一步地，在截除多晶硅棒中尺寸大于预设尺寸的杂质点后，将多晶硅棒进行粘结，在实施例中，在进行粘结工序时，根据多晶硅棒的杂质点进行分类，以获得包含小于预设尺寸的杂质点的第一类多晶硅棒和无杂质点的第二类多晶硅棒，将第一类多晶硅棒进行粘接，以及，将第二类多晶硅棒进行粘接。例如，如果硅棒内含有尺寸≤2mm的杂质点，则将此类硅棒集中单独粘接，不与无杂质点的硅棒混合粘接。

通过将多晶硅棒根据其含有杂质点的情况进行分类粘结，相较于混合粘结，无杂质点的硅棒更加利于采用更细金刚线进行切割，避免薄片化后孔洞增加，利于提高硅棒薄片化的良品率。

进一步地，在实施例中，第一类多晶硅棒粘接成的待切割棒中杂质点靠近切割线网平面侧，可以优先切割杂质点，而后续切片更加适配并且含有杂质少，从而可以提高后续硅棒薄片化处理的良品率。

在将多晶硅棒进行粘结形成待切割硅棒后，通过切割设备对待切割硅棒进行金刚线切片处理。

在一些实施例中，如图2所示，切片设备包括放线轮1、收线轮2和两个刻槽主辊，放线轮1用于补给金刚线至两个刻槽主辊上，金刚线铺设在相距预设距离的两个主辊的刻槽中，形成切割线网，收线轮2用于收取刻槽主辊的输出线，放线轮1和收线轮2以预设速度收放线，且主辊上铺设的金刚线具有一定张力，待切割硅棒3安装在工作台4上，并按照预设速度缓慢下降至切割线网，主辊通过预设速度的走线，从而实现对待切割硅棒3的切割。当然，切割设备还包括其他机构，例如导向轮5和导向轮6用于调整金刚线的走向，便于设备空间的设置。

为了获得更加均匀厚度的硅片，在本发明的实施例中，对主辊的刻槽结构进行了改进。具体地，刻槽主辊包括主辊本体，主辊主体上设置有刻槽，沿主辊主体的轴向，主辊本体上刻槽的槽距逐渐减小，在切割设备中，刻槽主辊的新线补给侧刻槽的槽距大于输出线侧刻槽的槽距，如此可以提高切割获得硅片的厚度更加均匀。

具体地，如图3所示，刻槽主辊的槽距b＝电镀金刚线直径+加工硅片的目标片厚+(2-3)μm，主辊补给新线侧槽距比旧线侧即输出线侧的槽距大xμm，其中，x值为切割钢线的磨损量，切割前后的电镀线直径差值，一般为2-4μm，因为补给的新金刚线未经切割和磨损，因此线径比切割用过即主辊输出线会更大一些，新线补给侧的槽距设置的大一些，且槽距的变化从一端到另一端呈连续变化，这有利于硅片厚度更均匀，片厚分布集中性更高，而且进一步提升了多晶硅棒的公斤出片数，提高产量。

需要说明的是，同一根主辊上，大槽距和小槽距，并不是差异很大，只有大约2-3μm，这个数值跟切割过程中金刚线磨损的线径差异有关。由于切割过程中金刚线直径会变小，为了保证片厚均匀，所以槽距设置为逐渐减小。

进一步说明，硅片厚度跟槽距和线径有关，硅片厚度＝主辊槽距-金刚线直径-(2-3)μm。金刚线在切割硅棒过程中，由于金刚线直径在逐步变细，根据以上的硅片厚度公式，槽距也需要逐步减小，这样可以保证计算的差值即硅片厚度维持在较小范围内波动，硅片厚度集中性得到提高。因此，以上对刻槽主辊的槽距b值的设置，利于获得厚度更加均匀的硅片。

进一步地，由于主辊的刻槽一般呈V型结构，因而在切割硅片时，当金刚线下落以后会部分地与刻槽的内壁接触，V型结构使得金刚线与刻槽的内壁之间呈线接触，在此状态时，金刚线与卡槽的内壁之间的接触面积很小，也就是刻槽的内壁对于金刚线的支撑也相对较小，容易使得金刚线在切割过程中发生晃动，并不时地处于悬空状态，造成硅片出现线痕和翘曲的问题。

为了解决上述问题，在一些实施例中，如图3所示，刻槽10的槽底7呈圆弧形，且槽底7的半径值等于金刚线8的直径值减去3-5μm。具体地，将刻槽10的槽底7改进为圆弧形，金刚线切割硅片下落到刻槽10的槽底7后，即可与槽底7的内壁形成面接触，进而充分与刻槽10的槽底7相接触，并且为了使得不同规格的金刚线8能够与圆弧形的槽底7充分接触，所以，槽底7的半径大小也可以根据金刚线8的直径值来设置，如此可以使得金刚线8与刻槽的槽底7形成良好的适配，进而提高金刚线切割的稳定性。所以，在切割过程中，刻槽的槽底7会对金刚线8形成充分的支撑，防止金刚线8形成大幅度的晃动，切割硅片时更加稳定，因此可以避免硅片会出现线痕和翘曲的问题，大大提高切割的良率。

进一步地，在实施例中，刻槽的槽深取值在230-280μm之间，如图3中槽深通过a值表示。对刻槽的槽深进行针对性的设置，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

在实施例中，刻槽呈V型，刻槽的夹角取值设置在25°-35°，如图3中刻槽的夹角通过c来表示。将刻槽的夹角设置在25°-35°，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

为了提高硅片的机械强度以及提高加工效率，在本发明的实施例中，对切割采用的金刚线进行了设计改进。其中，金刚线的母线直径设置在45-65μm，金刚线的金刚石颗粒粒径范围为5-10μm。当母线直径值较大且金刚石颗粒较大时，容易造成硅片表面粗糙度不良，硅片机械强度低，切割效率低，对于金刚线的母线直径和金刚石颗粒进行针对性设置，可以提高硅片质量，提高加工效率。

进一步地，在实施例中，金刚线的出刃率取值范围在150-350颗/mm之间，金刚线的出刃高度取值范围4.5-6.5μm之间。对于金刚线的出刃率和出刃高度取值范围进行限定，可以提高硅片的质量，提示良品率。

下面参照图2对切割工艺进行说明，开始切割前把新的未切割过硅棒的金刚线铺设在已经刻槽的主辊上，把切割所用的钢线全部设置在放线轮1上，切割走线方向为左→右；放线轮1可以设置金刚线长度例如7-9km；设置工作台速度为0.3-3.0mm/min，线速为15-40m/s，张力设定值为金刚线破断拉力测试值的60-70％；并用高浸润性单组份冷却液，与切割所用纯水的体积比1:(250-350)。工作台以上面的速度逐渐下降，同时金刚线以一定的张力通过主辊走线，从而实现对待切割硅棒的切割，获得硅片。

进一步地，在获得硅片后，硅片表面会存在一些污渍，需要对其进行插片和清洗，具体地，将硅片放入花篮，进而可以将花篮放入超声清洗池，对花篮中的硅片进行清洗，其中，由于采用上面切割设备切割出的硅片比较薄，在清洗时如果超声水压比较大，很容易造成碎片，所以，在本发明实施例中，在对硅片清洗时，根据硅片的厚度调整清洗水压，例如，硅片分片时的主喷水压值和侧喷水压值根据片厚的降低按照比例下降，避免水压过大造成碎片，降低薄片化的硅片的碎片率。

优选地，在对硅片分选时，采用皮带式传输硅片。由于采用上述方法和设备加工的硅片比较薄，采用吸盘式传输硅片，容易造成碎片，因而优选采用皮带式传输硅片，可以降低碎片率。

表1

通过上面数据说明，根据本发明实施例的加工方法和主辊规格以及切割设备，采用不同直径母线的金刚线来切割边长尺寸为157mm的多晶硅棒，制备出不同片厚规格的多晶硅片，其中，同一卷金刚线母线直径是相同的，可以采用不同线径的金刚线切割薄片，比如60线、57线、55线等。详细切割情况如表1所示。

通过表1中数据可以看出，基于本发明实施例的设备和方法，可以实现金刚线切割获得切片厚度≤160μm的多晶硅片，每公斤多晶方棒的出片数提升至70pcs/kg以上，提升18％以上；以及，母线直径≤60μm金刚线切割多晶硅棒TTV比例降低、断线比例降低，硅片合格率达到95％以上以及A级率达到92％以上，切割良率得到提高；以及，超薄多晶硅片(厚度≤160μm)碎片率得到提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种硅片加工方法，其特征在于，包括：

获取多晶硅棒的红外图像；

根据所述红外图像确定所述多晶硅棒中杂质点的位置和尺寸；

根据所述杂质点的位置，将所述多晶硅棒中尺寸大于预设尺寸的杂质点切除；

将所述多晶硅棒进行粘结以形成待切割硅棒；

对所述待切割硅棒进行金刚线切割，以获得硅片。

2.根据权利要求1所述的硅片加工方法，其特征在于，将所述多晶硅棒进行粘结以形成待切割棒，包括：

根据多晶硅棒的杂质点进行分类，以获得包含小于预设尺寸的杂质点的第一类多晶硅棒和无杂质点的第二类多晶硅棒；

将所述第一类多晶硅棒进行粘接，以及，将所述第二类多晶硅棒进行粘接。

3.根据权利要求2所述的硅片加工方法，其特征在于，所述第一类多晶硅棒粘接成的待切割棒中的杂质点靠近切割线网平面侧。

4.根据权利要求1-3任一项所述的硅片加工方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述硅片放入花篮；

对所述花篮中的硅片进行清洗，其中，根据所述硅片的厚度调整清洗水压。

5.根据权利要求4所述的硅片加工方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述硅片进行分选，其中，采用皮带式传输所述硅片。

6.一种刻槽主辊，其特征在于，用于权利要求1中的金刚线切割，所述刻槽主辊包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽，沿所述主辊本体的轴向，所述主辊本体上刻槽的槽距逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽的槽底呈圆弧形，且所述槽底的半径值等于金刚线的直径值减去3-5μm。

8.根据权利要求6或7所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽的槽深取值在230-280μm之间。

9.根据权利要求6所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽呈V型，所述刻槽的夹角取值设置在25°-35°。

10.一种切片设备，其特征在于，包括放线轮、收线轮和两个权利要求6-9任一项所述的刻槽主辊，所述放线轮用于补给金刚线至两个所述刻槽主辊上，所述收线轮用于收取所述刻槽主辊的输出线，所述刻槽主辊的新线补给侧刻槽的槽距大于输出线侧刻槽的槽距。

11.根据权利要求10所述的切片设备，其特征在于，所述金刚线的母线直径设置在45-65μm，所述金刚线的金刚石颗粒粒径范围为5-10μm。

12.根据权利要求10所述的切片设备，其特征在于，所述金刚线的出刃率取值范围在150-350颗/mm之间，所述金刚线的出刃高度取值范围4.5-6.5μm之间。

Images