一种大尺寸硅片的切割方法与流程

1.本发明属于太阳能技术领域，涉及一种大尺寸硅片的切割方法。


背景技术：

2.目前行业内组件不断往功率更高的方向发展，除了本身电池效率提升、组件封装技术提升，另一方面硅片尺寸也不断升级，来支撑更高功率更低成本的组件产品。硅片尺寸从最开始的125mm升级到从156mm、158mm,2018年开始升级到163mm、166mm，2019年开始甚至开始开发到182mm、210mm
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230mm，整个产业链不断升级，随之带来的问题是，旧的设备产能在不断的淘汰。为了拉制更大的晶棒获得更大的硅片，单晶炉从80炉型不断升级到90、100、105、110、120、140、160炉型，105以下的炉型只能制备166mm以下的硅片晶棒，120以下炉型无法制备182mm硅片晶棒，140以下炉型无法制备210mm以及的硅片晶棒，而市场上各种设备都有巨大的产能。即便是140炉型生产210mm的晶棒，也需要花费几十万进行设备改造，费用高昂。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述问题，提供一种大尺寸硅片的切割方法。
4.为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
5.一种大尺寸硅片的切割方法，将单晶圆棒去除头尾后，沿着单晶圆棒的轴心线方向将单晶圆棒切割成若干个立方体晶棒，每个立方体晶棒至少有两条边的边长与其他的立方体晶棒相同，之后将立方体晶棒沿那条与其他立方体晶棒的边长不同的边进行切片，切割成矩形硅片。
6.进一步的，所述的立方体至少有3个。
7.进一步的，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的一倍而小于等于目标硅片宽度d的三倍时，将单晶圆棒沿其轴心线方向切割成三个立方体晶棒，其中较大的立方体晶棒一边长为d，一边长为h1,沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，另外两个较小的立方体晶棒，一边长为d，一边长为h2，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，将较大的立方体晶棒沿着边长为h1的边切割硅片，将较大的立方体晶棒沿着边长为h2的边切割硅片，得到长宽分别为l和d的矩形硅片。
8.进一步的，其中，d＝60
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125mm，l＝156
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250mm，矩形硅片厚度为50
‑
250μm。
9.进一步的，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的二倍而小于目标硅片宽度d的三倍时，将圆棒切割成6个立方体方棒，其中2个较大的立方体晶棒其中一边长为d，一边长为h1,沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l；另外两个相对小的立方体，一边长为d，一边长为h2,沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l；另外还有两个相对小的立方体，一边长为d，一边长为h3，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，分别将6个立方体晶棒沿着边长为h1、h2和h3的边切割硅片，得到长宽分别为l和d的矩形硅片。
10.进一步的，其中，d＝60
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125mm，l＝156
‑
250mm，矩形硅片厚度为50
‑
250μm。
11.进一步的，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍时，将圆棒切割成5个立方体晶棒，其中一个立方体晶棒一边长为d，一边长为h1,沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l；其中二个立方体晶棒一边长为d，一边长为h2，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，剩余二个立方体晶棒一边长为d，一边长为h3,沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，分别将5个立方体晶棒沿着边长为h1、h2和h3的边切割硅片，得到长宽分别为l和d的矩形硅片。
12.进一步的，其中，d＝60
‑
125mm，l＝156
‑
250mm，矩形硅片厚度为50
‑
250μm。
13.进一步的，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍时，将圆棒切割成11个立方体晶棒，其中三个立方体晶棒一边长为d，一边长为h1，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，其中四个立方体晶棒一边长为d，一边长为h2，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，剩余四个立方体晶棒一边长为d，一边长为h3，沿着单晶圆棒轴心线方向的深度为l，分别将11个立方体晶棒沿着边长为h1、h2和h3的边切割硅片，得到长宽分别为l和d的矩形硅片。
14.进一步的，其中，d＝60
‑
125mm，l＝156
‑
250mm，矩形硅片厚度为50
‑
250μm。
15.与现有的技术相比，本发明的优点在于：
16.本发明提供一种利用小炉型生产大尺寸硅片的方法，使得各种炉型都可以生产大硅片，尺寸灵活可调，并且提高了硅棒的硅料利用率。
17.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
18.图1为本发明的单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的一倍而小于等于目标硅片宽度d的三倍时的切割方法示意图。
19.图2为本发明的单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的二倍而小于目标硅片宽度d的三倍时的切割方法示意图。
20.图3为本发明的单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍的切割方法示意图。
21.图4为本发明的单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍的另一种切割方法示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
23.实施例1
24.通过直拉法获得单晶圆棒，单晶圆棒去除头尾，如图1所示，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的一倍而小于等于目标硅片宽度d的三倍时，将圆棒切割成3个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d，一边长为h1,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l，另外两个相对小的立方体，一边长为d，一边长为h2,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成3个长度为l的立方体晶棒。立方体晶棒制备完成后，沿边长h1和h2切割成矩形硅片，其中切割后硅片的短边宽度为d，范围60mm
‑
125mm，切割后硅片的长边宽度为l，范围156
‑
250mm，硅片厚度为50μm～250μm。立方体的边
长h1和h2由圆棒的直径和硅片的尺寸决定，最大程度的利用圆棒的所能达到的长度。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割而成。
25.实施例2
26.当当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的二倍而小于目标硅片宽度d的三倍时，通过直拉法获得单晶圆棒，单晶圆棒去除头尾，如图2所示，将单晶圆棒沿轴心线方向纵向切割，将圆棒切割成6个立方体晶棒，其中2个较大的立方体晶棒其中一边长为d，一边长为h1,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l；另外两个相对小的立方体，一边长为d，一边长为h2，立方体沿着单晶圆棒纵轴方向的深度为l；另外还有两个相对小的立方体，一边长为d，一边长为h3，立方体沿着单晶圆棒纵轴方向的深度为l，整个单硅圆棒在纵向长度方向上则切割成6个长度为l的立方体。立方体制备完成后，切割成矩形硅片，其中切割后硅片的短边宽度为d，范围60mm
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125mm，切割后硅片的长边宽度为l，范围156
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250mm,硅片厚度为50μm～250μm。立方体的边长h1、h2和h3由圆棒的直径和硅片的尺寸决定，最大程度的利用单晶圆棒的所能达到的长度。立方体晶棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割而成。
27.实施例3
28.通过直拉法获得单晶圆棒，单晶圆棒去除头尾，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍时，如图3所示，将圆棒切割成5个立方体晶棒，其中一个立方体晶棒尺寸为一边长为d，一边长为h1,立方体沿着单晶圆棒纵轴方向的深度为l；其中二个一边长为d，一边长为h2，立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l；剩余二个一边长为d，一边长为h3,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l；整单晶硅圆棒在纵向长度方向上则切割成5个长度为l的立方体。立方体晶棒制备完成后，分别沿长度为h1、h2和h3的边切割成矩形硅片，其中切割后硅片的短边宽度为d，范围60mm
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125mm，切割后硅片的长边宽度为l，范围156
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250mm，硅片厚度为50μm～250μm。立方体的边长h1、h2、h3由圆棒的直径和硅片的尺寸决定，最大程度的利用圆棒的所能达到的长度。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割而成。
29.实施例4
30.通过直拉法获得单晶圆棒，单晶圆棒去除头尾，当单晶圆棒的有效直径大于目标硅片宽度d的三倍时，如图4所示，将圆棒切割成11个立方体晶棒，其中三个立方体晶棒尺寸为一边长为d，一边长为h1,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l；其中四个一边长为d，一边长为h2，立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l，剩余四个一边长为d，一边长为h3，立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l；整个单晶圆棒在纵向长度方向上则切割成11个长度为l的立方体。立方体晶棒制备完成后，分别沿长度为h1、h2和h3的边切割成矩形硅片，切割成矩形硅片，其中切割后硅片的短边宽度为d，范围60mm
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125mm，切割后硅片的长边宽度为l，范围156
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250mm,硅片厚度为50μm～250μm。立方体的边长h1、h2、h3由圆棒的直径和硅片的尺寸决定，最大程度的利用圆棒的所能达到的长度。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割而成。
31.实施例5
32.正常用于制备158.75mm硅片的圆晶棒有效直径为224.5mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在224.5mm
‑
228mm，常规方法开方倒角磨面后
获得带小倒角158.75mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得158.7mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在60.7％左右，实施例1方法制备105*210尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到74.1％，硅料利用率提高了13.4％。首先将有效直径达224.5的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝210mm的立方体,圆形剖面看，将圆棒切割成3个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝105mm，一边长为h1＝199mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，另外两个相对小的立方体，一边长为d＝105mm，一边长为h2＝47mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为105*210mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
33.实施例6
34.正常用于制备210mm硅片的圆晶棒有效直径为297mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在297mm
‑
300mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒210mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得210mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62.4％左右，采用实施例1方法制备105mm*210mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到66.7％左右，硅料利用率提高了4.3％。首先将有效直径达297的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝210mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成3个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝105mm，一边长为h1＝277mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，另外两个相对小的立方体，一边长为d＝105mm，一边长为h2＝86mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为105mm*210mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
35.实施例7
36.正常用于制备210mm硅片的圆晶棒有效直径为297mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在297mm
‑
300mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒210mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得210mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62.4％左右，采用实施例2方法制备105mm*210mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到82％左右，硅料利用率提高了19.6％。首先将有效直径达297的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝210mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成6个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝105mm，一边长为h1＝210mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，另外4个相对小的立方体，一边长为d＝105mm，一边长为h2＝h3＝33mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝210mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为105mm*210mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
37.实施例8
38.正常用于制备210mm硅片的圆晶棒有效直径为297mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在297mm
‑
300mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小
倒210mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得210mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62.4％左右，采用实施例2方法制备可以制备大于210尺寸的硅片，将硅棒制成105mm*217mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到82％左右，硅料利用率提高了4.3％。首先将有效直径达297的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝217mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成6个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝105mm，一边长为h1＝210mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝217mm，另外4个相对小的立方体，一边长为d＝105mm，一边长为h2＝h3＝33mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝217mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为105mm*217mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
39.实施例9
40.正常用于制备166mm硅片的圆晶棒有效直径为235mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在235mm
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238mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒166mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得166mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62％左右，采用实施例1方法制备105mm*218mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到74％左右，硅料利用率提高了12％。首先将有效直径达235mm的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝218mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成3个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝105mm，一边长为h1＝210mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝218mm，另外2个相对小的立方体，一边长为d＝105mm，一边长为h2＝52mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝218mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为105mm*218mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
41.实施例10
42.正常用于制备166mm硅片的圆晶棒有效直径为235mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在235mm
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238mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒166mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得166mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62％左右，采用实施例1方法制备91mm*182mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到70％左右，硅料利用率提高了8％。首先将有效直径达235mm的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝182mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成3个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝91mm，一边长为h1＝216mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝182mm，另外2个相对小的立方体，一边长为d＝91mm，一边长为h2＝63mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝182mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为91mm*182mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
43.实施例11
44.正常用于制备210mm硅片的圆晶棒有效直径为297mm,实际晶棒在拉直过程中直径
并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在297mm
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300mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒210mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得210mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62.4％左右，采用实施例3方法制备可以制备大于210尺寸的硅片，将硅棒制成70mm*217mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到77.9％左右，硅料利用率提高了15.5％。首先将有效直径达297的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝217mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成6个立方体方棒，其中较大的立方体晶棒其中一边长为d＝70mm，一边长为h1＝288mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝217mm，另外2个相对小的立方体，一边长为d＝70mm，一边长为h2＝210mm,,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝217mm，剩余2个相最小的立方体，一边长为d＝70mm，一边长为h3＝39mm,,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝217mm立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为70mm*217mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
45.实施例12
46.正常用于制备210mm硅片的圆晶棒有效直径为297mm,实际晶棒在拉直过程中直径并不能控制完全一致，因此圆棒直径会在297mm
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300mm，常规方法开方倒角磨面后获得带小倒210mm的方形晶棒，晶棒沿着方形剖面进行切片获得210mm的方形硅片，用于可切片晶棒硅料的利用率在62.4％左右，采用实施例4方法制备可以制备大于210尺寸的硅片，将硅棒制成70mm*218mm尺寸硅片后，可切片硅料的利用率提高到82.2％左右，硅料利用率提高了19.8％。首先将有效直径达297的硅圆棒，去除头尾，整个硅圆棒在纵向长度方向上则切割成数个长度为l＝218mm的立方体,从圆形剖面看，将圆棒切割成11个立方体方棒，其中较大的三个立方体晶棒其中一边长为d＝70mm，一边长为h1＝210mm,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝218mm，另外八个个相对小的立方体，一边长为d＝70mm，一边长为h2＝h3＝25mm,,立方体沿着晶棒纵轴方向的深度为l＝218mm，立方体制备完成后，根据需要可以在垂直于硅片面的棱线上进行倒角，以避免硅片加工过程中碎片率过高，将硅棒切割成矩形硅片，其中切割后硅片的尺寸为70mm*218mm,硅片厚度为180
±
20μm。立方体方棒可以是由带锯或者金刚线切割而成，硅片由金刚线切割完成。
47.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神。