在半導(dǎo)體行業(yè)和太陽能光伏行業(yè)中，硅棒的切割都是非常重要的一道工序，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。在眾多影響硅片表面質(zhì)量的問題中，線痕是最讓硅片切割企業(yè)頭疼的問題之一。半導(dǎo)體行業(yè)對硅片表面質(zhì)量要求比較高，但是線痕并不是其大問題，因為相對而言，半導(dǎo)體行業(yè)的硅片較厚，切割過后的拋光研磨過程可以去除線痕；而太陽能光伏行業(yè)的硅片非常薄，并且整個行業(yè)原料相對緊缺，不可能把硅料浪費在研磨損失上，再者增加研磨工藝就要增加成本，因此研磨工藝在太陽能行業(yè)是不適用的。所以，了解線切割過程硅片線痕產(chǎn)生的原因，來減少線痕片的產(chǎn)生，是非常有必要的。

　　1、線痕分類
　　線痕按照形狀分為單一線痕、硬質(zhì)點線痕和均勻線痕。單一線痕，有深有淺，若線痕較小還是可以接受為合格片。由于多晶硅鑄錠的原料和工藝原因，多晶錠內(nèi)部多少都會有SIC和SI3N4雜質(zhì)，切割完成后，就會形成形狀類似單一線痕。均勻線痕體現(xiàn)為整個或者部分硅片表面出現(xiàn)多條由深至淺狀似劃傷的線痕。對于多晶硅來說，三種情況都存在；對于單晶來說，線痕只有均勻線痕和單一線痕[1]。

　　2、單一線痕
　　造成單一線痕的原因有很多種因素，主要有：
　?。?）停機。切割機有時在某些警報下會自動停機，比如：砂漿流量過低，冷卻液異常，電氣柜溫度過高；有時也需要人為停機，比如：雷電天氣致供電電壓不穩(wěn)，排線機構(gòu)異常，突發(fā)緊急狀況。機器停止再重新啟動后，由于導(dǎo)論心震，鋼線不能完全按照原位置切割，就產(chǎn)生了線痕。
　?。?）斷線。斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，但是由于停機，硅片上也會產(chǎn)生線痕。產(chǎn)生斷線的原因主要有：①張力問題。a/.收放線端排線不均勻，造成“一側(cè)坑一側(cè)包”的狀況，鋼線運動到兩側(cè)時張力急劇跳動，造成斷線；張力臂由于長時間未清理，粘附砂漿過多，造成張力臂過重，調(diào)節(jié)靈敏度降低；b/.張力臂轉(zhuǎn)軸部分被砂漿堵塞，造成擺動不暢，都可以導(dǎo)致斷線；c/.鋼線生產(chǎn)時產(chǎn)生線頭穿錯，也稱為壓線，極易造成斷線；d/.張力檢測設(shè)備故障或由于長時間使用，張力檢測值形成偏差，從而形成斷線；e/.鋼線走線導(dǎo)輪磨損嚴重，造成鋼線劇烈波動，張力不穩(wěn)，導(dǎo)致斷線。②鋼線本身質(zhì)量問題。a/.鋼絲強度偏低；b/.鋼絲存在表面缺陷，當受力時這些表面缺陷處成為應(yīng)力薄弱部位，易于斷裂。③切割工藝問題。a/.張力設(shè)定過大，鋼線運行速度過高，砂漿粘度過低，砂漿流量過低，新線供給過少，造成帶砂漿能力下降，鋼線磨損量過大，形成斷線；b/.工作臺進給速度過快，造成鋼線彎曲度過大，形成斷線。
　　由此可見，控制斷線問題首先要控制好張力，張力臂系統(tǒng)要定時清洗，保證其運行靈敏，導(dǎo)線輪要定期更換，張力檢測裝置要定期校正，校正完成后用手動張力計進行校對，保證其張力檢測無偏差；其次要購買品質(zhì)好的鋼線，否則會大大增加斷線率；最后要使用成熟的切割工藝，其中砂漿配置是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。碳化硅微粉在包裝、運輸、存放過程中擠壓結(jié)團，這就要求工人在配制沙漿倒料過程中要特別注意：倒料時應(yīng)慢倒，控制在2.5～3min一袋，避免猛倒造成微粉沉底結(jié)塊攪拌不均，造成與實際配比不一致，影響切割。碳化硅微粉具有較強吸水性，在空氣中極容易受潮結(jié)團，應(yīng)避免微粉裸露在空氣中時間過長。砂漿在配制過程出現(xiàn)了許多的人為因素，很多參數(shù)因人為而改變。如果改為自動投料，減少人為因素效果會更好。最好把碳化硅微粉在80～90℃烘箱里，烘8h以上，來優(yōu)化碳化硅微粉的各項指標。一般來說，手動調(diào)配的砂漿需要攪拌6h以上，全自動霧狀投入磨粉的，只需攪拌1～2h即可使用。
　?。?）跳線。跳線的線痕一般集中在硅棒某一段，但也有全線網(wǎng)跳線的，造成硅棒各段都有線痕。導(dǎo)致線網(wǎng)跳線的原因主要有：a/.上次切割完的線網(wǎng)沒有清理干凈，或者硅片碎片、砂漿的雜質(zhì)沒有過濾完全，進入線槽引起跳線；b/.張力設(shè)定過小，造成鋼線繃緊不夠引起跳線；c/.導(dǎo)輪使用時間過長，造成鋼線振動過大，引起跳線；d/.主輥線槽磨損嚴重，鋼線在相鄰線槽間移動，造成跳線。
　　由此可見，為了避免跳線，每次切割前要嚴格檢查線網(wǎng)和主輥狀況，保證其雜質(zhì)都被清理干凈；鋼線張力要根據(jù)鋼線直徑和工作臺進給速度合理設(shè)定；定期檢查更換導(dǎo)輪，保證其導(dǎo)線槽磨損量在合適范圍內(nèi)。
　?。?）粘膠問題。硅棒與玻璃板粘接時，由于抹膠過多或者刮膠不徹底，導(dǎo)致鋼線帶膠切割，造成鋼線攜帶砂漿能力下降，形成線痕。此類線痕一般在靠近粘膠面的倒角處。因此抹膠量要嚴格控制，可以用紙膠帶粘于倒角處，待硅棒與料板壓緊穩(wěn)定后，再將膠帶撕下，這樣就可以防止膠水粘附在硅棒上。
　　（5）收線弓時產(chǎn)生線痕。在切入玻璃的時候，正在拉線弓，這個時候鋼線在兩種介質(zhì)中切割，由于硬度和結(jié)構(gòu)的不同（以金剛石硬度10為準，玻璃硬度為6，單晶硅硬度略遜于金剛石），導(dǎo)輪跳動過大，哪怕一瞬間，產(chǎn)生側(cè)移，就會產(chǎn)生線痕。因為玻璃是非晶體，在600℃左右就會變軟。鋼線切割到玻璃的時候在玻璃表面會產(chǎn)生大量的熱，軟化，黏附鋼線，砂漿就不易被帶入，降低了切割能力，這時也容易產(chǎn)生線痕。
　?。?）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有此問題，加墊層(導(dǎo)向條，如石墨，玻璃等)可以使鋼線容易切入，消除線擺，消除進刀口線痕。

　　3、硬質(zhì)點線痕
　　單晶沒有硬質(zhì)點，多晶在鑄錠過程中會形成硬質(zhì)點，切割時會產(chǎn)生硬質(zhì)點線痕，如圖1所示。 　　硬質(zhì)點的成分為SiC和Si3N4，主要聚集在頂部10mm之內(nèi)，一般情況下，硬質(zhì)點線痕比其它線痕有較高的線弓。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。多晶鑄錠前須先對坩堝進行氮化硅涂層，若涂層黏結(jié)不牢則會在鑄錠過程中由于熱對流作用而進入硅液，產(chǎn)生硬點，而鑄錠多晶回用料處理不凈也會有此問題。多晶爐石墨熱場配件即為碳部件，鑄錠時碳進入硅料，如果某區(qū)域碳富集在一定溫度下反應(yīng)則生成了碳化硅，當然也不能排除部分是由于硅原料的問題[2]。
　　減少多晶硬質(zhì)點的解決方法：
　?。?）在裝料后執(zhí)行嚴格的開爐程序以排除氧和水分，因為他們可以和石墨反應(yīng)生成CO溶于硅熔體，使得碳含量增加。
　?。?）將石英坩堝和石墨托隔開或選取適當?shù)臍饬鞣绞绞笴O不能到達熔硅表面，減少晶體生長過程中的碳污染。
　　（3）盡量縮短硅錠生長周期，以抑制SiC的長大和聚集，他們在較細小、未聚集的情況下不會對硅片切割造成危害。
　?。?）熱場采用二氧化鉬涂料進行覆蓋。

　　4、均勻線痕
　　此類線痕的表現(xiàn)形式為硅片整片或部分區(qū)域的密集線痕（如圖2）。 　　造成此類線痕的原因主要有：
　?。?）沙漿黏度不夠、鋼線圓度不夠、線速過高、鋼線張力太大，導(dǎo)致鋼線帶砂漿能力降低。
　?。?）碳化硅微粉切割強度不夠或者圓度系數(shù)過高，導(dǎo)致砂漿切割能力下降。
　?。?）工藝參數(shù)不合理，砂漿流量過低。
　　由此可見，為了避免此類線痕產(chǎn)生，切割前要仔細檢查鋼線質(zhì)量、碳化硅微粉硬度和圓度，切割時使用成熟的切割工藝，確保鋼線張力、線速、砂漿流量合理配置。此外，目前很多廠家為了節(jié)約成本使用回收砂漿，由于回收砂漿的碳化硅微粉硬度、圓度不穩(wěn)定，導(dǎo)致重新配比后的砂漿中碳化硅微粉之間、微粉與懸浮液之間存在配合性問題[3]。這種使用回收砂造成的均勻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。

　　5、結(jié)論
　　綜上所述，多線切割工藝非常復(fù)雜，硅片線痕產(chǎn)生的原因也是多種多樣，為了減少線痕片的產(chǎn)生，必須嚴格保證切割線和碳化硅微粉的質(zhì)量，砂漿的配置和攪拌要嚴格按照配置工藝進行，保證其黏度、密度、切割力符合要求；粘膠時注意膠水使用量，避免膠水在硅棒倒角處殘留；切割前仔細檢查線網(wǎng)和主輥，保證沒有雜質(zhì)附著；砂漿要充分過濾，濾凈其雜質(zhì)；檢查張力系統(tǒng)和每個導(dǎo)線輪狀態(tài)，不過度使用導(dǎo)輪；使用成熟的切割工藝，使鋼線走線速度、工作臺速度、砂漿流量、鋼線張力合理配合。只有這樣才能避免或減少線痕片的產(chǎn)生，切出質(zhì)量合格的硅片。

　　參考文獻：
　　[1]陳雪，汪釘崇.單多晶太陽能硅片線痕的起因和降低方法[C].第十屆中國太陽能光伏會議論文集.杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：218-222.
　　[2]徐旭光，周國安.多線切割晶體表面質(zhì)量研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備.2008(166)：20-22.
　　[3]李軒.太陽能電池板線切割常見線痕及漿料配置[EB/OL].Http://home.51.com/1464468707/diary/item/10039508.html，2008-11-25/2012-7-15.