CN206509856U - 一种金刚石线切割硅片的表面处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于硅片表面处理技术领域，具体涉及一种金刚石线切割硅片的表面处理装置。该表面处理装置包括一个顶部开口的磨蚀槽和两个相对设置的第一磨蚀架、第二磨蚀架，磨蚀槽内填充有磨蚀颗粒悬浮液；第一磨蚀架上安装有吸附装置，第二磨蚀架上安装有磨蚀装置或者吸附装置；吸附装置用于吸附固定待处理的金刚石线切割硅片，磨蚀装置上设置有平板状或者圆辊状的磨蚀面。本实用新型通过配制磨蚀颗粒悬浮液，利用磨蚀颗粒的不规则棱角对金刚石线切割硅片表面进行磨蚀处理，本实用新型完全采用机械磨蚀进行处理，而不需要使用强腐蚀性的酸、碱等化学物质，安全环保，处理效率高。

Description

一种金刚石线切割硅片的表面处理装置

技术领域

本实用新型属于硅片表面处理技术领域，具体涉及一种金刚石线切割硅片的表面处理装置。

背景技术

晶体硅片以其优异的电学性能而在半导体、液晶显示和太阳能电池等技术领域得到了广泛的应用。伴随着光伏产业的飞速发展，晶体硅片的需求量也在逐年增加。目前，晶体硅片的切割加工主要采用砂浆线切割技术或者金刚石线切割技术两种工艺。

砂浆线切割技术是通过高速运动的钢线带动砂浆中的碳化硅颗粒滚动磨削从而切割硅片，这种切割方式普遍存在切割速度慢、成片效率低的缺陷，在此基础上，新型的金刚石线切割技术便应运而生。金刚石线切割技术是将细小的金刚石颗粒通过胶粘、电镀或者钎焊等工艺固定在钢线上，在钢线的高速运动过程中通过附着在钢线上的金刚石颗粒对硅片进行磨削切割。相比于砂浆线切割，金刚石线切割技术的切割速度可以提高两倍以上，因此更加适合大规模的批量生产。

金刚石线切割技术利用的是金刚石线的往复运动，因此加工出来的硅片表面通常会出现周期性的切割划痕，而且表面光亮，粗糙度较低，由此带来的是硅片表面的反射率升高，进而影响电池效率。为了提高硅片表面的粗糙度，现有的处理方法是采用不同组分和浓度的具有强腐蚀能力的酸性溶液或者酸性气体对硅片表面进行蚀刻。酸性溶液或者酸性气体的使用不仅会影响操作人员健康、容易产生环境污染，而且腐蚀操作需要借助特殊容器和特殊的加工工艺，将产生额外的生产加工成本。除此之外，硅片的表面腐蚀程度也较难把握，虽然可以在一定程度上改变硅片的表面形貌，但是难以获得均匀稳定的处理效果。

发明内容

为了解决现有的金刚石线切割硅片表面存在周期性切割划痕的技术问题，本实用新型提供一种金刚石线切割硅片的表面处理装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特殊之处在于：包括一个顶部开口的磨蚀槽和两个相对设置的第一磨蚀架、第二磨蚀架，所述磨蚀槽内填充有磨蚀颗粒悬浮液；所述第一磨蚀架上安装有吸附装置，所述第二磨蚀架上安装有磨蚀装置或者吸附装置；所述吸附装置用于吸附固定待处理的金刚石线切割硅片，所述磨蚀装置上设置有平板状或者圆辊状的磨蚀面。

上述吸附装置包括连接为一体的吸附盘和磨蚀盘，吸附盘与磨蚀盘之间形成吸附空腔；所述吸附盘与磨蚀架的运动控制臂一端固定连接；所述磨蚀盘的表面设置有多个与吸附空腔连通的吸附孔；所述吸附空腔通过吸附盘上设置的吸附管道与负压产生装置连通。

上述磨蚀颗粒悬浮液是将硬度大于金刚石线切割硅片的磨蚀颗粒分散于溶剂中得到的，磨蚀颗粒的质量分数为10-80％。

上述磨蚀颗粒是粒径大小为2-50μm的碳化硅、金刚石、刚玉、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化锆中的一种或者几种的混合。

上述磨蚀颗粒是粒径大小为5-15μm的碳化硅颗粒。

上述磨蚀颗粒的质量分数为30-60％。

本实用新型还提供一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)配制磨蚀颗粒悬浮液并填充至磨蚀槽内；

2)将两片金刚石线切割硅片分别固定于两个相对设置的磨蚀架上；

3)将磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片浸没在磨蚀颗粒悬浮液中；

4)两个磨蚀架在垂直于金刚石线切割硅片表面的方向上相向运动，使两片金刚石线切割硅片相互贴近；

5)两个磨蚀架在平行于金刚石线切割硅片表面的方向上相对运动，对两片金刚石线切割硅片的表面同时进行磨蚀处理；

6)将磨蚀架移出磨蚀颗粒悬浮液后取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

上述的金刚石线切割硅片的表面处理方法还包括以下步骤：

7)将两片金刚石线切割硅片翻转表面后再次固定于两个磨蚀架上，执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

较佳的，在步骤4)中两片金刚石线切割硅片相互贴近的过程中，同时控制磨蚀架使两片金刚石线切割硅片在沿金刚石线切割硅片表面的方向上产生相对运动。

本实用新型还提供另一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)配制磨蚀颗粒悬浮液并填充至磨蚀槽内；

2)将一片金刚石线切割硅片固定于第一磨蚀架上，将磨蚀装置固定于第二磨蚀架上；所述磨蚀装置上设置有平板状或者圆辊状的磨蚀面；

3)将第一磨蚀架和第二磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片和磨蚀装置浸没在磨蚀颗粒悬浮液中；

4)第一磨蚀架和第二磨蚀架在垂直于金刚石线切割硅片表面的方向上相向运动，使金刚石线切割硅片与磨蚀装置的磨蚀面相互贴近；

5)第一磨蚀架和第二磨蚀架在平行于金刚石线切割硅片表面的方向上相对运动，磨蚀装置对金刚石线切割硅片表面进行磨蚀处理；

6)将第一磨蚀架移出磨蚀颗粒悬浮液后取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

上述的金刚石线切割硅片的表面处理方法还包括以下步骤：

7)将所述金刚石线切割硅片翻转表面后再次固定于第一磨蚀架上，执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

较佳的，在步骤4)中金刚石线切割硅片与磨蚀装置的磨蚀面相互贴近的过程中，同时控制第一磨蚀架和/或第二磨蚀架使金刚石线切割硅片与磨蚀装置的磨蚀面在沿金刚石线切割硅片表面的方向上产生相对运动。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过配制磨蚀颗粒悬浮液，控制金刚石线切割硅片与带有平板状或者圆辊状磨蚀面的磨蚀装置(或者两片金刚石线切割硅片)相互贴近，使具有不规则形状的磨蚀颗粒均匀嵌附在金刚石线切割硅片表面形成磨蚀颗粒层，控制磨蚀架进行相对运动，利用磨蚀颗粒的不规则棱角对金刚石线切割硅片表面进行磨蚀处理，消除金刚石线切割硅片表面的周期性切割划痕，并提高其表面粗糙均匀度。该方法完全采用机械磨蚀进行处理，而不需要使用强腐蚀性的酸、碱等化学物质，安全环保，处理效率高。

(2)本实用新型采用机械磨蚀的方式对金刚石线切割硅片进行表面处理，与传统的酸腐蚀工艺相比，可以对产生的磨蚀废料(硅粉或者硅颗粒)进行回收利用，同时磨蚀颗粒悬浮液也可以循环反复使用，极大地节约了处理加工成本。

(3)本实用新型通过将两片金刚石线切割硅片在磨蚀颗粒悬浮液中进行相互磨蚀，可以同时完成两片金刚石线切割硅片的表面处理，使表面处理效率提高一倍。

(4)本实用新型中采用的磨蚀架利用吸附装置对金刚石线切割硅片进行吸附固定，可以高效稳定地固定待处理金刚石线切割硅片，在完成表面处理后再通过去吸附的方式取下金刚石线切割硅片，操作简单高效，适合大规模的智能化工业流水线应用。

(5)本实用新型中的吸附装置包括吸附盘和磨蚀盘，吸附盘用于产生负压吸附力，将金刚石线切割硅片牢固吸附在表面光滑的吸附装置上，保证磨蚀稳定性的同时，降低硅片碎裂损坏的风险。

(6)本实用新型可以根据磨蚀颗粒的粒径大小调整两片金刚石线切割硅片之间的相对距离，进而严格控制磨蚀力度，适应不同的表面处理需求，产生不同的表面处理效果。

(7)本实用新型在控制两片金刚石线切割硅片相互贴近的过程中，可以同时控制二者之间产生沿硅片表面方向的相对运动，保证形成稳定的磨蚀颗粒层，避免磨蚀面上产生气泡，提高磨蚀效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中表面处理装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一中吸附装置的结构示意图。

图3为图2的A向视图。

图4为本实用新型实施例二中表面处理装置的结构示意图。

图5为本实用新型实施例二中磨蚀装置的结构示意图。

图6为本实用新型实施例三中磨蚀装置的结构示意图。

具体实施方式

采用本实用新型提供的金刚石线切割硅片的表面处理装置及表面处理方法可以有效去除金刚石线切割硅片表面的规则性切割划痕，提高表面粗糙度。下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

实施例一

参见图1，本实施例是一种金刚石线切割硅片的表面处理装置，其结构包括两个相对设置的磨蚀架1和一个顶部开口的磨蚀槽2，磨蚀槽2内填充有磨蚀颗粒悬浮液3。磨蚀架1包括运动控制臂4和固定于运动控制臂4一端的吸附装置5，吸附装置5用于吸附固定待处理的金刚石线切割硅片6。

参见图2，本实施例中吸附装置5的较为优选的结构包括连接为一体的吸附盘51和磨蚀盘52，吸附盘51与磨蚀盘52之间形成吸附空腔53，吸附盘51与运动控制臂4一端固定连接。如图3所示，磨蚀盘52的表面设置有多个与吸附空腔53相连通的吸附孔54，吸附空腔53又通过吸附盘51上设置的吸附管道55与负压产生装置相连通。在具体工作中，负压产生装置使吸附空腔53内产生远低于大气压(或者接近于真空)的负压，再通过吸附孔54使待处理的金刚石线切割硅片6牢固吸附在磨蚀盘52的表面。磨蚀盘52的表面光滑平整，保证磨蚀稳定性的同时，降低硅片碎裂损坏的风险。磨蚀颗粒悬浮液3是将硬度大于金刚石线切割硅片的磨蚀颗粒分散于溶剂中得到的，磨蚀颗粒的质量分数为10-80％。磨蚀颗粒可以选用粒径大小为2-50μm的碳化硅颗粒、金刚石颗粒或者刚玉颗粒等。较为优选的磨蚀颗粒是粒径大小为5-15μm的碳化硅颗粒。将磨蚀颗粒的质量分数控制在40-50％之间处理效果更好。溶剂可以选用去离子水，同时溶剂中也可以根据需要添加适量的分散剂或者悬浮剂。

实施例二

参见图4，本实施例是另一种金刚石线切割硅片的表面处理装置，其结构包括两个相对设置的第一磨蚀架11、第二磨蚀架12和一个顶部开口的磨蚀槽2，磨蚀槽2内填充有磨蚀颗粒悬浮液3。第一磨蚀架11包括运动控制臂4和固定于运动控制臂4一端的吸附装置5，吸附装置5用于吸附固定待处理的金刚石线切割硅片6。第二磨蚀架12上安装有磨蚀装置7。如图5所示，本实施例中的磨蚀装置7上设置有平板状的磨蚀面71(图5为图4中磨蚀装置的B向视图)。在实际使用中，磨蚀装置7可以固定在磨蚀槽2内，将待处理的金刚石线切割硅片6紧贴在磨蚀面71上，中间形成磨蚀颗粒层。控制金刚石线切割硅片6在竖直面内持续振动，从而使磨蚀颗粒层对硅片表面进行磨蚀。另外，磨蚀装置7也可以与金刚石线切割硅片6一起做同步异向运动，提高磨蚀效率。

实施例三

参见图6(图6为图4中磨蚀装置的B向视图)，本实施例与实施例二的区别在于，磨蚀装置7上带有圆辊状的磨蚀面72。在磨蚀处理过程中，磨蚀面72可以在金刚石线切割硅片6的待磨蚀表面上绕其轴线转动。

实施例四

本实施例为一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其具体步骤如下：

1)选取粒径分布为2-30μm的金刚石颗粒均匀分散于去离子水中，再添加适量分散剂和悬浮剂后形成磨蚀颗粒悬浮液，其中金刚石颗粒的质量分数为80％。

2)将两片金刚石线切割硅片分别吸附固定于两个相对设置的磨蚀架上：将金刚石线切割硅片贴附在磨蚀板上后，启动负压产生装置，使金刚石线切割硅片牢固吸附固定。

3)将磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片浸没在磨蚀颗粒悬浮液中，保持金刚石线切割硅片为竖直状态(有利于磨蚀废料向磨蚀槽底部沉积)。

4)两个运动控制臂分别带动两个磨蚀架沿水平方向产生相向运动，使两片金刚石线切割硅片相互贴近。贴近至固定距离后，金刚石颗粒嵌附在金刚石线切割硅片的表面，形成磨蚀颗粒层。

5)两个运动控制臂分别带动两个磨蚀架在竖直面内以10Hz的频率进行振动，两个磨蚀架的振动方向相反。对两片金刚石线切割硅片的表面同时进行磨蚀处理。

6)30秒后，将磨蚀架移出磨蚀槽，关闭负压产生装置，取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

7)金刚石线切割硅片翻转表面后再次吸附固定在磨蚀架上，再次执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

实施例五

本实施例为一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其具体步骤如下：

1)选取粒径分布为5-15μm的碳化硅颗粒均匀分散于去离子水中，再添加适量分散剂和悬浮剂后形成磨蚀颗粒悬浮液，其中碳化硅颗粒的质量分数为60％。

2)将两片金刚石线切割硅片分别吸附固定于两个相对设置的磨蚀架上：将金刚石线切割硅片贴附在磨蚀板上后，启动负压产生装置，使金刚石线切割硅片牢固吸附固定。

3)将磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片浸没在磨蚀颗粒悬浮液中，保持金刚石线切割硅片为竖直状态。

4)两个运动控制臂分别带动两个磨蚀架沿水平方向产生相向运动，使两片金刚石线切割硅片缓慢地相互贴近。在这一过程中，同时控制磨蚀架使两片金刚石线切割硅片在竖直面内产生相对运动，两个磨蚀架的运动频率均为5Hz。当两片金刚石线切割硅片贴近至固定距离后，碳化硅颗粒嵌附在金刚石线切割硅片的表面，形成磨蚀颗粒层。

5)保持距离不变，两个运动控制臂带动两个磨蚀架在竖直面内以继续5Hz的频率进行振动，两个磨蚀架的振动方向相反。对两片金刚石线切割硅片的表面同时进行磨蚀处理。

6)1分钟后，将磨蚀架移出磨蚀槽，关闭负压产生装置，取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

7)金刚石线切割硅片翻转表面后再次吸附固定在磨蚀架上，再次执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

实施例六

本实施例为一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其具体步骤如下：

1)选取粒径分布为15-30μm的碳化硅颗粒均匀分散于去离子水中，再添加适量分散剂和悬浮剂后形成磨蚀颗粒悬浮液，其中碳化硅颗粒的质量分数为30％。

2)将两片金刚石线切割硅片分别吸附固定于两个相对设置的磨蚀架上：将金刚石线切割硅片贴附在磨蚀板上后，启动负压产生装置，使金刚石线切割硅片牢固吸附固定。

3)将磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片浸没在磨蚀颗粒悬浮液中，保持金刚石线切割硅片为竖直状态。

4)两个运动控制臂分别带动两个磨蚀架沿水平方向产生相向运动，使两片金刚石线切割硅片缓慢地相互贴近。在这一过程中，同时控制磨蚀架使两片金刚石线切割硅片在竖直面内产生相对运动，两个磨蚀架的运动频率均为8Hz。当两片金刚石线切割硅片贴近至固定距离后，碳化硅颗粒嵌附在金刚石线切割硅片的表面，形成磨蚀颗粒层。

5)保持距离不变，两个运动控制臂带动两个磨蚀架在竖直面内以继续8Hz的频率进行振动，两个磨蚀架的振动方向相反。对两片金刚石线切割硅片的表面同时进行磨蚀处理。

6)1.5分钟后，将磨蚀架移出磨蚀槽，关闭负压产生装置，取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

7)金刚石线切割硅片翻转表面后再次吸附固定在磨蚀架上，再次执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

实施例七

本实施例为一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其具体步骤如下：

1)选取粒径分布为30-50μm的刚玉颗粒均匀分散于去离子水中，再添加适量分散剂和悬浮剂后形成磨蚀颗粒悬浮液，其中刚玉颗粒的质量分数为10％。

2)将两片金刚石线切割硅片分别吸附固定于两个相对设置的磨蚀架上：将金刚石线切割硅片贴附在磨蚀板上后，启动负压产生装置，使金刚石线切割硅片牢固吸附固定。

3)将磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片浸没在磨蚀颗粒悬浮液中，保持金刚石线切割硅片为竖直状态。

4)两个运动控制臂分别带动两个磨蚀架沿水平方向产生相向运动，使两片金刚石线切割硅片缓慢地相互贴近。在这一过程中，同时控制磨蚀架使两片金刚石线切割硅片在竖直面内产生相对运动，两个磨蚀架的运动频率均为3Hz。当两片金刚石线切割硅片贴近至固定距离后，刚玉颗粒嵌附在金刚石线切割硅片的表面，形成磨蚀颗粒层。

5)保持距离不变，两个运动控制臂带动两个磨蚀架在竖直面内以继续3Hz的频率进行振动，两个磨蚀架的振动方向相反。对两片金刚石线切割硅片的表面同时进行磨蚀处理。

6)2分钟后，将磨蚀架移出磨蚀槽，关闭负压产生装置，取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

7)金刚石线切割硅片翻转表面后再次吸附固定在磨蚀架上，再次执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

实施例八

本实施例为一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，其具体步骤如下：

1)选取粒径分布为5-15μm的碳化硅颗粒均匀分散于去离子水中，再添加适量分散剂和悬浮剂后形成磨蚀颗粒悬浮液，其中碳化硅颗粒的质量分数为50％。

2)将一片金刚石线切割硅片固定于第一磨蚀架上，将磨蚀装置固定于第二磨蚀架上；磨蚀装置上设置有平板状或者圆辊状的磨蚀面。

3)将第一磨蚀架和第二磨蚀架伸入磨蚀槽内，使金刚石线切割硅片和磨蚀装置浸没在磨蚀颗粒悬浮液中。

4)第一磨蚀架和第二磨蚀架沿水平方向产生相向运动，使金刚石线切割硅片与磨蚀装置的磨蚀面相互贴近。当两片金刚石线切割硅片贴近至固定距离后，碳化硅颗粒嵌附在金刚石线切割硅片的表面，形成磨蚀颗粒层。

5)保持第一磨蚀架和第二磨蚀架之间的距离不变，固定第二磨蚀架，使第一磨蚀架在竖直面内以5Hz的频率进行振动，对金刚石线切割硅片的表面进行磨蚀处理。

6)1分钟后，将第一磨蚀架移出磨蚀槽，取下金刚石线切割硅片，完成金刚石线切割硅片单面的表面处理。

7)将金刚石线切割硅片翻转表面后再次固定在第一磨蚀架上，再次执行步骤3)至步骤6)，完成金刚石线切割硅片双面的表面处理。

Claims (6)

1.一种金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：包括一个顶部开口的磨蚀槽和两个相对设置的第一磨蚀架、第二磨蚀架，所述磨蚀槽内填充有磨蚀颗粒悬浮液；所述第一磨蚀架上安装有吸附装置，所述第二磨蚀架上安装有磨蚀装置或者吸附装置；所述吸附装置用于吸附固定待处理的金刚石线切割硅片，所述磨蚀装置上设置有平板状或者圆辊状的磨蚀面。

2.根据权利要求1所述的金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：所述吸附装置包括连接为一体的吸附盘和磨蚀盘，吸附盘与磨蚀盘之间形成吸附空腔；所述吸附盘与磨蚀架的运动控制臂一端固定连接；所述磨蚀盘的表面设置有多个与吸附空腔连通的吸附孔；所述吸附空腔通过吸附盘上设置的吸附管道与负压产生装置连通。

3.根据权利要求1或2所述的金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：所述磨蚀颗粒悬浮液是将硬度大于金刚石线切割硅片的磨蚀颗粒分散于溶剂中得到的，磨蚀颗粒的质量分数为10-80％。

4.根据权利要求3所述的金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：所述磨蚀颗粒是粒径大小为2-50μm的碳化硅、金刚石、刚玉、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化锆中的一种或者几种的混合。

5.根据权利要求4所述的金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：所述磨蚀颗粒是粒径大小为5-15μm的碳化硅颗粒。

6.根据权利要求5所述的金刚石线切割硅片的表面处理装置，其特征在于：所述磨蚀颗粒的质量分数为30-60％。