線痕的存在會影響電池片的生產(chǎn)工藝。是太陽能硅片生產(chǎn)中比較重要的一個問題。本文分析了多晶太陽能級硅片產(chǎn)生線痕的原因.并針對各不同成因。對降低和避免硅片線痕的措施進行了探討。
前 言
硅棒的切割不管是在半導體行業(yè)還是太陽能光伏行業(yè)都是必不可少的一道工序，硅片質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工序的制造和加工。線痕是影響硅片表面質(zhì)量的一個比較重要因索。半導體行業(yè)對硅片表面質(zhì)量要求較高，但其線痕并不是一個大問題，因為相對而言其硅片較厚，切割過后有一拋光研磨過程可以去除線痕；而光伏行業(yè)的硅片非常薄（160-220um），因此研磨工藝在太陽能行業(yè)是不適用的。線痕的存在還會影響電池片的生產(chǎn)工藝，易造成破片。
1. 線痕的分類
線痕按照形狀分有單一線痕，密集性線痕和硬點線痕。硅片表面的單一線痕，有深有淺，一般線痕較小還是可以接受為合格片；密集性線痕體現(xiàn)為整個或者部分硅片表面出現(xiàn)多條由深至淺狀的線痕；而硬點線痕出現(xiàn)的毫無規(guī)律，但是其形狀似單一線痕。但是線痕上可以明顯看到有硬點的存在。對于單晶來說，線痕主要有密集性線痕和單一線痕；對于多晶來說，三種都存在，即比單晶增加一種由于硬點造成的線痕。
2. 單一線痕
單一線痕主要產(chǎn)生的原因和處理措施為：
1）跳線。跳線造成的線痕一般會集中在晶棒的某一段，但有時也會整根棒跳線，從而導致切割后整根棒幾乎都有線痕片。造成跳線的主要原因為：
a，雜質(zhì)(碎硅片，砂漿中的雜質(zhì))進入線槽或者粘附于線網(wǎng)，若上一次切割完畢后線網(wǎng)未清理干凈或者砂漿過濾袋質(zhì)量出現(xiàn)問題，則很容易發(fā)生這種情況；
b， 導輪磨損過大，導輪使用壽命有限制，超過一定時間則需要更換導輪；
c，鋼線張力太小，線弓過大產(chǎn)生滑移，一般在工藝穩(wěn)定的情況下，這種情況不易發(fā)生，如為此種情況，須適當調(diào)整工藝；
d，硅棒對接位置不好也易引起跳線。
為了盡量避免跳線，每次切割完畢后清理工作要做到位，確保線網(wǎng)上的雜質(zhì)都被氣槍吹盡，切割前砂漿循環(huán)足夠時間，使砂漿中攜帶的雜質(zhì)都被有效過濾，每次切割前確認導輪使用時間是否超出限制，如果超出及時更換。
2) 斷線。斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，或多或少會產(chǎn)生線痕片。影響斷線的主要因素為：
a，鋼絲本身缺陷，如①鋼絲強度偏底；②鋼絲內(nèi)含夾雜物，鋼絲的斷面照片可以明顯看到成不相容相的顆粒；③鋼絲存在表面缺陷，當切割受力時這些雜質(zhì)和缺陷成為應(yīng)力承受的薄弱部位，易于斷裂。
b，收(放)線端異常受力，如①工字輪變形；②放線端線頭穿錯也稱壓線；③收(放)線端工字輪毛刺，收、放線時鋼絲被刮在其上引起斷線；④收(放)線端走線部件即滑輪、滾套的表面質(zhì)量和工作狀態(tài)，放線輪的跟隨性不佳，滑輪滾套異常磨損，張力檢測設(shè)備故障等引起收(放)線側(cè)張力的波動或鋼絲異常受力斷線；⑤收線端排線質(zhì)量不平整引起收線張力急劇跳動從而斷線；⑥收(放)線側(cè)張力瞬時波動超過了鋼絲的承載極限，或承受異常應(yīng)力(如剪切應(yīng)力)作用引起斷線；
c，切割工藝出現(xiàn)異常，①張力設(shè)定合理性；②砂漿配置參數(shù)，砂漿配比或質(zhì)量影響到鋼絲攜帶砂漿量及切削能力，直接對鋼線的磨損量造成影響，隨著磨損量的增大，一方面鋼線表面缺陷增多，另一方面載荷橫斷面積減少，一旦鋼線的磨損量超過所能承受的范圍，鋼線斷裂；③雜質(zhì)，砂漿中混入硬質(zhì)異物(如碎片)，或在過線輪、導輪上有硬質(zhì)顆?？ㄗ︿摻z造成刮傷，同上面也提到的雜質(zhì)異物，輕則跳線，重則斷線；④粘膠不當或硅棒粘接位置不好等原因的跳線，導致某些線槽內(nèi)有多根鋼絲相互壓線引起斷線。由此可見，控制斷線首先要求有比較良好鋼線的質(zhì)量，其次是要控制好切割的工藝，其中砂漿的配置是一個比較重要的環(huán)節(jié)。砂漿由SiC和懸浮液PEG混合配置而成，SiC顆粒較為細小，根據(jù)粒徑范圍分為不同規(guī)格，一般粒子越細，切出的硅片表面越光滑，但對應(yīng)的切割能力也下降。微粉由于顆粒細，易在包裝、運輸、存放過程中擠壓團結(jié)，因此配置配制沙漿是時倒料應(yīng)慢，避免猛倒造成微粉沉底結(jié)塊攪拌不開，造成砂漿密度與預期的不一致或者不均勻而影響切割。碳化硅微粉在空氣中極容易受潮團結(jié)，分散性降低，在料漿中形成假性顆粒物和團積物，砂漿過攪拌也會吸收水分造成此問題，因此應(yīng)避免微粉裸漏在空氣中時間過長和過攪拌，烘砂的目的也在于此，一般把碳化硅微粉在80-90度烘箱里，烘8小時以上，來優(yōu)化碳化硅微粉的各項指標。當然砂漿配置如果采用集中供應(yīng)系統(tǒng)，會減少諸多人工配置的不穩(wěn)定因素，更利于砂漿質(zhì)量的穩(wěn)定。
斷線后的補救措施是比較繁瑣和耗時的，根據(jù)斷線的部位和切割的比例有不同的處理方法：
一、斷線情況發(fā)生在進線端，我們可以采用倒走線的方式，把張力臂的力更換一下，然后進行反向切割，切割速度一定要慢，確保在反向切割的途中不會出現(xiàn)意外；
二、斷線情況發(fā)生在出線端，繼續(xù)接上后把接的線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；
三、斷線情況發(fā)生在線網(wǎng)中間，將線網(wǎng)出線端到斷線的那段線網(wǎng)剪斷，調(diào)整好切割室的滑輪，接好鋼線，然后把線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；
四、兩頭斷線：①切割30%以內(nèi)，直接把工作臺抬起，用乙二醇對晶棒進行浸泡，洗去硅片上砂漿，使片子完全張開，重新編制線網(wǎng)，慢走線，把晶棒壓人線網(wǎng)內(nèi)，繼續(xù)切割；②切割30%以上，將晶棒工作臺抬起，用水將硅片沖洗干凈后使用吹風機吹干到硅片全部自動分離時重新將晶棒壓入線網(wǎng)。也有采用鋼線焊接儀，可以在斷線的時候把鋼線焊接起來，然后采取慢走線的方式把焊接的地方走出來繞到收線輪上。但是到目前為止如果鋼線纏繞到導輪上，這種情況現(xiàn)在還沒有有效的解決方法。
3)停機。切片機在有些報警下會自動停機，等報警消除后重新開始切割，基體的停機報警項可從機器的維護說明上查得，因為機器的停頓，重新啟動后，由于導輪心震，剛線不能完全按原位置切割，線痕于是產(chǎn)生了，這種情況相對于前兩種較少。
4)粘膠過多。粘膠過多引起的線痕一般在靠進粘膠面附近切割快結(jié)束的倒角處，由于膠水涂抹過多溢出，刮膠不徹底或者有的膠水固化時間較快來不及刮膠，導致切割時鋼線帶膠切割，而攜帶砂漿的能力下降，引起切削線痕。因此膠量要嚴格控制，從成本控制的角度，這也是有益的。如果使用自動粘膠系統(tǒng)可以大大的排除這些人為的不利因素，也會減少因粘膠問題而造成的掉棒損失。
5)進刀口鋼線波動。由于剛開始切割，鋼線處在不穩(wěn)定狀態(tài)，鋼線的波動產(chǎn)生進刀口線痕，進線點質(zhì)硬，比如多晶的切割一般會由此問題，加墊層(導向條)可消除線擺。
6)鋼線磨損過度(但未造成斷線)。此線痕一般出現(xiàn)于硅棒的后面，鋼線磨損、帶沙量低、切削能力下降、線膨脹系數(shù)增大引起的線痕。
7)硅片切割第一刀出現(xiàn)線痕?？赡転樘蓟栉⒎塾写箢w粒物，鋼線的張力太小產(chǎn)生的位移劃錯，鋼線的張力太大、線弓太小料漿帶不過去，線速過高、帶沙漿能力降低等等。對于鋼線張力問題，略作調(diào)整即可，而碳化硅微粉有大顆粒物，經(jīng)過一刀切割后微量的大顆粒變細或者變鈍.也就不影響正常切割。
3. 密集性線痕
此線痕是由于砂漿的切割能力不足引起的。切割能力的不足，主要為砂漿粘度不夠、碳化硅微粉粘浮鋼線少、砂漿不能很好的混合于懸浮液中，配合性不好。但最常遇到的根本原因為，sic的切割強度偏低或者sic圓度系數(shù)過高即sic顆粒形狀較圓，鋒利的棱角較少。sic的強度在其原料生產(chǎn)時便決定了，sic的微粉化并不會改變其強度。如果sic本身材料的強度過低，切割時與硅棒作用，棱角被磨平鈍化，切割能力不足，導致硅片表面出現(xiàn)大面積的均勻線痕；但如果在sic的微粉化過程中由于工藝不當，顆粒在切割前已經(jīng)被磨平，那同樣也會造成切割能力不足導致密集性線痕。對于后者，只要在高倍顯微鏡下進行來料檢驗即可觀測到，就可避免生產(chǎn)中造成的損失，而對于前者則需要分析sic的成分和晶型強度再做判斷。
目前很多廠家為了節(jié)約成本使用回收砂進行切割，但由于回收砂的質(zhì)量不穩(wěn)定，因此常有可能會面臨由于切割能力不足導致的密集性線痕問題。主要原因是回收時如果不同廠家砂漿混合，回收后的sic微粉之間、sic微粉與懸浮液之間存在配合性的問題，同時也可能存在sic顆粒已經(jīng)過度磨損的問題。這種使用回收砂造成的密集性線痕可以通過加大砂漿密度，降低工作臺速度，減少使用回收砂的比例和加大砂漿更換量在一定程度上得到控制。
4. 硬點線痕
對于多晶，比單晶多一種造成線痕的原因，那就是硬點。此線痕與硅片切割的工藝和輔料無關(guān)，主要取決于多晶鑄錠的原料和工藝。
5. 結(jié)論
由上文所述，鋼絲的明顯質(zhì)量缺陷會引起線痕的發(fā)生，但在鋼絲無明顯缺陷時，切割工藝的適當優(yōu)化可以降低線痕的出現(xiàn)機率，砂漿的過濾、線網(wǎng)的清理和膠量的控制能很大程度的減少線痕的產(chǎn)生。SiC的質(zhì)量對硅片的切割有著重大的影響，一旦SiC的質(zhì)量產(chǎn)生問題則會產(chǎn)生大量的密集性線痕片而造成巨大損失。因此對輔料的監(jiān)控和檢驗有著猶為重要的意義。同樣對于多晶的硬點線痕，控制硅原料質(zhì)量和坩堝氮化硅涂層工藝比較重要。
前 言
硅棒的切割不管是在半導體行業(yè)還是太陽能光伏行業(yè)都是必不可少的一道工序，硅片質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工序的制造和加工。線痕是影響硅片表面質(zhì)量的一個比較重要因索。半導體行業(yè)對硅片表面質(zhì)量要求較高，但其線痕并不是一個大問題，因為相對而言其硅片較厚，切割過后有一拋光研磨過程可以去除線痕；而光伏行業(yè)的硅片非常薄（160-220um），因此研磨工藝在太陽能行業(yè)是不適用的。線痕的存在還會影響電池片的生產(chǎn)工藝，易造成破片。
1. 線痕的分類
線痕按照形狀分有單一線痕，密集性線痕和硬點線痕。硅片表面的單一線痕，有深有淺，一般線痕較小還是可以接受為合格片；密集性線痕體現(xiàn)為整個或者部分硅片表面出現(xiàn)多條由深至淺狀的線痕；而硬點線痕出現(xiàn)的毫無規(guī)律，但是其形狀似單一線痕。但是線痕上可以明顯看到有硬點的存在。對于單晶來說，線痕主要有密集性線痕和單一線痕；對于多晶來說，三種都存在，即比單晶增加一種由于硬點造成的線痕。
2. 單一線痕
單一線痕主要產(chǎn)生的原因和處理措施為：
1）跳線。跳線造成的線痕一般會集中在晶棒的某一段，但有時也會整根棒跳線，從而導致切割后整根棒幾乎都有線痕片。造成跳線的主要原因為：
a，雜質(zhì)(碎硅片，砂漿中的雜質(zhì))進入線槽或者粘附于線網(wǎng)，若上一次切割完畢后線網(wǎng)未清理干凈或者砂漿過濾袋質(zhì)量出現(xiàn)問題，則很容易發(fā)生這種情況；
b， 導輪磨損過大，導輪使用壽命有限制，超過一定時間則需要更換導輪；
c，鋼線張力太小，線弓過大產(chǎn)生滑移，一般在工藝穩(wěn)定的情況下，這種情況不易發(fā)生，如為此種情況，須適當調(diào)整工藝；
d，硅棒對接位置不好也易引起跳線。
為了盡量避免跳線，每次切割完畢后清理工作要做到位，確保線網(wǎng)上的雜質(zhì)都被氣槍吹盡，切割前砂漿循環(huán)足夠時間，使砂漿中攜帶的雜質(zhì)都被有效過濾，每次切割前確認導輪使用時間是否超出限制，如果超出及時更換。
2) 斷線。斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，或多或少會產(chǎn)生線痕片。影響斷線的主要因素為：
a，鋼絲本身缺陷，如①鋼絲強度偏底；②鋼絲內(nèi)含夾雜物，鋼絲的斷面照片可以明顯看到成不相容相的顆粒；③鋼絲存在表面缺陷，當切割受力時這些雜質(zhì)和缺陷成為應(yīng)力承受的薄弱部位，易于斷裂。
b，收(放)線端異常受力，如①工字輪變形；②放線端線頭穿錯也稱壓線；③收(放)線端工字輪毛刺，收、放線時鋼絲被刮在其上引起斷線；④收(放)線端走線部件即滑輪、滾套的表面質(zhì)量和工作狀態(tài)，放線輪的跟隨性不佳，滑輪滾套異常磨損，張力檢測設(shè)備故障等引起收(放)線側(cè)張力的波動或鋼絲異常受力斷線；⑤收線端排線質(zhì)量不平整引起收線張力急劇跳動從而斷線；⑥收(放)線側(cè)張力瞬時波動超過了鋼絲的承載極限，或承受異常應(yīng)力(如剪切應(yīng)力)作用引起斷線；
c，切割工藝出現(xiàn)異常，①張力設(shè)定合理性；②砂漿配置參數(shù)，砂漿配比或質(zhì)量影響到鋼絲攜帶砂漿量及切削能力，直接對鋼線的磨損量造成影響，隨著磨損量的增大，一方面鋼線表面缺陷增多，另一方面載荷橫斷面積減少，一旦鋼線的磨損量超過所能承受的范圍，鋼線斷裂；③雜質(zhì)，砂漿中混入硬質(zhì)異物(如碎片)，或在過線輪、導輪上有硬質(zhì)顆?？ㄗ︿摻z造成刮傷，同上面也提到的雜質(zhì)異物，輕則跳線，重則斷線；④粘膠不當或硅棒粘接位置不好等原因的跳線，導致某些線槽內(nèi)有多根鋼絲相互壓線引起斷線。由此可見，控制斷線首先要求有比較良好鋼線的質(zhì)量，其次是要控制好切割的工藝，其中砂漿的配置是一個比較重要的環(huán)節(jié)。砂漿由SiC和懸浮液PEG混合配置而成，SiC顆粒較為細小，根據(jù)粒徑范圍分為不同規(guī)格，一般粒子越細，切出的硅片表面越光滑，但對應(yīng)的切割能力也下降。微粉由于顆粒細，易在包裝、運輸、存放過程中擠壓團結(jié)，因此配置配制沙漿是時倒料應(yīng)慢，避免猛倒造成微粉沉底結(jié)塊攪拌不開，造成砂漿密度與預期的不一致或者不均勻而影響切割。碳化硅微粉在空氣中極容易受潮團結(jié)，分散性降低，在料漿中形成假性顆粒物和團積物，砂漿過攪拌也會吸收水分造成此問題，因此應(yīng)避免微粉裸漏在空氣中時間過長和過攪拌，烘砂的目的也在于此，一般把碳化硅微粉在80-90度烘箱里，烘8小時以上，來優(yōu)化碳化硅微粉的各項指標。當然砂漿配置如果采用集中供應(yīng)系統(tǒng)，會減少諸多人工配置的不穩(wěn)定因素，更利于砂漿質(zhì)量的穩(wěn)定。
斷線后的補救措施是比較繁瑣和耗時的，根據(jù)斷線的部位和切割的比例有不同的處理方法：
一、斷線情況發(fā)生在進線端，我們可以采用倒走線的方式，把張力臂的力更換一下，然后進行反向切割，切割速度一定要慢，確保在反向切割的途中不會出現(xiàn)意外；
二、斷線情況發(fā)生在出線端，繼續(xù)接上后把接的線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；
三、斷線情況發(fā)生在線網(wǎng)中間，將線網(wǎng)出線端到斷線的那段線網(wǎng)剪斷，調(diào)整好切割室的滑輪，接好鋼線，然后把線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；
四、兩頭斷線：①切割30%以內(nèi)，直接把工作臺抬起，用乙二醇對晶棒進行浸泡，洗去硅片上砂漿，使片子完全張開，重新編制線網(wǎng)，慢走線，把晶棒壓人線網(wǎng)內(nèi)，繼續(xù)切割；②切割30%以上，將晶棒工作臺抬起，用水將硅片沖洗干凈后使用吹風機吹干到硅片全部自動分離時重新將晶棒壓入線網(wǎng)。也有采用鋼線焊接儀，可以在斷線的時候把鋼線焊接起來，然后采取慢走線的方式把焊接的地方走出來繞到收線輪上。但是到目前為止如果鋼線纏繞到導輪上，這種情況現(xiàn)在還沒有有效的解決方法。
3)停機。切片機在有些報警下會自動停機，等報警消除后重新開始切割，基體的停機報警項可從機器的維護說明上查得，因為機器的停頓，重新啟動后，由于導輪心震，剛線不能完全按原位置切割，線痕于是產(chǎn)生了，這種情況相對于前兩種較少。
4)粘膠過多。粘膠過多引起的線痕一般在靠進粘膠面附近切割快結(jié)束的倒角處，由于膠水涂抹過多溢出，刮膠不徹底或者有的膠水固化時間較快來不及刮膠，導致切割時鋼線帶膠切割，而攜帶砂漿的能力下降，引起切削線痕。因此膠量要嚴格控制，從成本控制的角度，這也是有益的。如果使用自動粘膠系統(tǒng)可以大大的排除這些人為的不利因素，也會減少因粘膠問題而造成的掉棒損失。
5)進刀口鋼線波動。由于剛開始切割，鋼線處在不穩(wěn)定狀態(tài)，鋼線的波動產(chǎn)生進刀口線痕，進線點質(zhì)硬，比如多晶的切割一般會由此問題，加墊層(導向條)可消除線擺。
6)鋼線磨損過度(但未造成斷線)。此線痕一般出現(xiàn)于硅棒的后面，鋼線磨損、帶沙量低、切削能力下降、線膨脹系數(shù)增大引起的線痕。
7)硅片切割第一刀出現(xiàn)線痕?？赡転樘蓟栉⒎塾写箢w粒物，鋼線的張力太小產(chǎn)生的位移劃錯，鋼線的張力太大、線弓太小料漿帶不過去，線速過高、帶沙漿能力降低等等。對于鋼線張力問題，略作調(diào)整即可，而碳化硅微粉有大顆粒物，經(jīng)過一刀切割后微量的大顆粒變細或者變鈍.也就不影響正常切割。
3. 密集性線痕
此線痕是由于砂漿的切割能力不足引起的。切割能力的不足，主要為砂漿粘度不夠、碳化硅微粉粘浮鋼線少、砂漿不能很好的混合于懸浮液中，配合性不好。但最常遇到的根本原因為，sic的切割強度偏低或者sic圓度系數(shù)過高即sic顆粒形狀較圓，鋒利的棱角較少。sic的強度在其原料生產(chǎn)時便決定了，sic的微粉化并不會改變其強度。如果sic本身材料的強度過低，切割時與硅棒作用，棱角被磨平鈍化，切割能力不足，導致硅片表面出現(xiàn)大面積的均勻線痕；但如果在sic的微粉化過程中由于工藝不當，顆粒在切割前已經(jīng)被磨平，那同樣也會造成切割能力不足導致密集性線痕。對于后者，只要在高倍顯微鏡下進行來料檢驗即可觀測到，就可避免生產(chǎn)中造成的損失，而對于前者則需要分析sic的成分和晶型強度再做判斷。
目前很多廠家為了節(jié)約成本使用回收砂進行切割，但由于回收砂的質(zhì)量不穩(wěn)定，因此常有可能會面臨由于切割能力不足導致的密集性線痕問題。主要原因是回收時如果不同廠家砂漿混合，回收后的sic微粉之間、sic微粉與懸浮液之間存在配合性的問題，同時也可能存在sic顆粒已經(jīng)過度磨損的問題。這種使用回收砂造成的密集性線痕可以通過加大砂漿密度，降低工作臺速度，減少使用回收砂的比例和加大砂漿更換量在一定程度上得到控制。
4. 硬點線痕
對于多晶，比單晶多一種造成線痕的原因，那就是硬點。此線痕與硅片切割的工藝和輔料無關(guān)，主要取決于多晶鑄錠的原料和工藝。
5. 結(jié)論
由上文所述，鋼絲的明顯質(zhì)量缺陷會引起線痕的發(fā)生，但在鋼絲無明顯缺陷時，切割工藝的適當優(yōu)化可以降低線痕的出現(xiàn)機率，砂漿的過濾、線網(wǎng)的清理和膠量的控制能很大程度的減少線痕的產(chǎn)生。SiC的質(zhì)量對硅片的切割有著重大的影響，一旦SiC的質(zhì)量產(chǎn)生問題則會產(chǎn)生大量的密集性線痕片而造成巨大損失。因此對輔料的監(jiān)控和檢驗有著猶為重要的意義。同樣對于多晶的硬點線痕，控制硅原料質(zhì)量和坩堝氮化硅涂層工藝比較重要。
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