金刚线切割单晶硅片制绒白斑的成因分析及改善建议.doc

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1、金刚线切割单晶硅片制绒白斑的成因分析及改善建议杨长剑、陈益冬（光伏新闻）1.引言金刚线切割技术也被称为固结磨料切割技术。它是利用电镀或树脂粘结的方法将金刚石磨料固结在钢线表面，将金刚线直接作用于硅棒或硅锭表面产生磨削，达到切割的效果。金刚线切割具有切割速度快，切割精度高，材料损耗低等特点。目前单晶市场上对金刚线切割硅片已经完全接受，但在推进过程中也遇到过，其中制绒发白是最常见的问题。针对此，本文重点分析了如何预防金刚线切割单晶硅片制绒发白的问题。金刚线切割单晶硅片清洗工序是将线锯机床切割完毕的硅片从树脂板上脱离下来，将胶条去除后，将硅

2、片清洗干净。清洗设备主要是预清洗机（脱胶机）和清洗机。预清洗机的主要清洗流程为：上料-喷淋-喷淋-超声清洗-脱胶-清水漂洗-下料。清洗机的主要清洗流程为：上料-纯水漂洗-纯水漂洗-碱洗-碱洗-纯水漂洗-纯水漂洗-预脱水（慢提拉）-烘干-下料[1]。2.单晶制绒的原理单晶硅片制绒是利用碱液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。反应原理如下化学反应方程式Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑从本质上讲,绒面形成过程是:NaOH溶液对不同晶面的腐蚀速率不同，(100)面的腐蚀速度比(111)面大十倍以上,所以(100)晶向

3、的单晶硅片经各向异性腐蚀后，最终在表面形成许许多多表面为(111)的四面方锥体,即“金字塔”结构（如图1）。此结构形成后，当光入射到一定角度的金字塔斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或更多次吸收，从而减少硅片表面的反射率，即陷光效应（如图2）。“金字塔”结构的大小与均匀性越好，陷光效应越明显，硅片表面发射率越低。图1：单晶硅片碱制绒后的显微形貌图2：“金字塔”结构的陷光原理3.单晶制绒发白的原因分析对制绒发白的硅片进行了扫描电镜的检测，发现制绒发白的区域其制绒后的金字塔微结构基本没有形成，表面似乎有一层“蜡状”的残留物，而同一张

4、硅片未出现发白区域的绒面的金字塔结构形成较好（如图3）。如果单晶硅片表面局部区域有残留物，会造硅片表面有残留区域“金字塔”结构大小和均匀性生成与效果较正常区域有不足，从而造成有残留区域制绒表面反射率较正常区域高，反射率高的区域对比正常区域在视觉上体现为发白。从发白的区域分布形状可以看出，其并不是有规律或者规则的形状大面积出现的，而只是局部区域出现的，应该是硅片表面局部的污染物没有被清洗干净，或者硅片表面局面被二次污染导致的。图3：制绒发白硅片区域显微结构差异对比金刚线切割硅片表面更光洁、损伤更小（如图4），相对与砂浆硅片来说，相对于来

5、说碱液跟金刚线切割硅片表面的反应速度较砂浆切割单晶硅片要慢，所以表面残留物对制绒效果的影响更加明显。图4：（A）砂浆切割硅片表面显微图（B）金刚线切割硅片表面显微图4.金刚线切割硅片表面主要残留来源（1）冷却液：金刚线切割冷却液的主要成分是表面活性剂、分散剂、消泡剂和水等成分。性能优良的切割液具有良好的悬浮性、分散性和易清洗性。表面活性剂通常都能够有较好的亲水性，在硅片清洗过程中比较容易清洗掉。这些助剂在水中不断搅拌和循环会产生大量的泡沫，导致冷却液流量下降，冷却性能受到影响，泡沫严重甚至会出现泡沫溢出等问题，严重影响使用。故通常冷却

6、液都会配合消泡剂使用。传统的有机硅、聚醚类的消泡剂为保证消泡性能，消泡剂通常亲水性差，在水中溶剂破乳析出，容易在在后续清洗中非常容易吸附并残留在硅片表面，从而产生制绒白斑问题。且不能与冷却液的主体成分很好的配伍，故必须制成双组份，使用稀释时主体成分和消泡剂分别加入水中稀释，使用过程中要根据泡沫情况需要进行补加，无法定量控制消泡剂的使用和补加量，很容易使得消泡剂过量使用，导致硅片表面残留物增加，操作起来也较不方便，但由于其主体成分原料和消泡剂原料价格比较低廉，故国内大多数冷却液均采用此种配方体系；另一种冷却液采用新型的消泡剂，可以与主体

7、成分很好的配伍，不需要补加，能够有效的定量控制其用量，可有效防止过量使用，操做起来也非常方便，配合适当的清洗工艺，其残留物可以控制到很低水平，日本和国内少数厂家采用此种配方体系，但由于其原料成本较高，其价格优势并不明显。(2)胶水及树脂版：金刚线切割过程的后期，靠近进线端硅片已经提前切透，出线端硅片还未切透，提前切透的金刚线已经开始切割到胶层和树脂版，由于硅棒胶水和树脂板都是环氧树脂类的产品，其软化点基本在55-95℃之间，如果胶层或者树脂板的软化点偏低很容易在切割过程中发热导致其变软熔化，附着在钢线和硅片表面，造成金刚线的切割能力下

8、降，或者硅片收到树脂沾污，一旦附着后就很难清洗掉，此类污染多发生在硅片的出刀面边缘附近。（3）硅粉：在金刚线切割过程中会产生大量硅粉，随着切割的进行，砂浆冷却液中的微粉含量会越来越高，当微粉量足够大时，便会粘附在硅片表面