一种硅片表面磨蚀架及表面磨蚀装置的制作方法

本实用新型属于硅片表面处理设备领域，具体涉及一种硅片表面磨蚀架及表面磨蚀装置。

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，晶体硅片的生产加工主要采用切割工艺得到线切割硅片或者是直接从硅熔体中生长得到多晶带硅片。其中切割工艺又包括砂浆线切割技术和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。

不管是线切割硅片还是多晶带硅片，为了提高硅片表面的粗糙度、降低表面反射率，都需要对硅片进行表面处理，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。

技术实现要素：

为了解决现有的线切割硅片或者多晶带硅片表面粗糙率低、反射率高的技术问题，本实用新型提供一种硅片表面磨蚀架及表面磨蚀装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种硅片表面磨蚀架，其特殊之处在于：包括固定架、驱动装置、吸附盘和磨蚀盘；

所述磨蚀盘的正面为磨蚀面，磨蚀盘的背面与吸附盘扣合形成吸附空腔，所述磨蚀盘上还设置有多个与吸附空腔连通的吸附孔；

所述吸附盘通过驱动装置安装于固定架上，所述吸附盘上还设置有多个与固定架相配合的限位装置；

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。

上述磨蚀面为平面结构或者外凸的弧面结构。

上述的硅片表面磨蚀架还包括由柔性材料制作而成的密封保护套，所述密封保护套一端安装于磨蚀盘上，密封保护套的另一端安装于固定架上。

上述限位装置是在吸附盘上对称分布的至少两个限位块或限位柱或弹性限位片或弹性限位板，所述固定架上设置有与限位装置相适配的限位槽。

上述驱动装置为电力驱动装置、电磁驱动装置、液压驱动装置或者波频振荡驱动装置。

上述电力驱动装置采用皮带传动驱动吸附盘或采用减速机驱动吸附盘或采用直驱的方式驱动吸附盘。

上述电力驱动装置为直流电动机、交流电动机、调频电动机、步进电动机、伺服电动机或者直线电动机。

上述电磁驱动装置为磁力驱动器或者磁致伸缩装置。

上述波频振荡驱动装置为声波振荡器或次声波振荡器或超声波振荡器。

本实用新型还提供一种硅片表面磨蚀装置，其特殊之处在于：包括磨蚀槽和通过悬臂安装在磨蚀槽内两个相对设置的硅片表面磨蚀架；所述磨蚀槽内填充有磨蚀颗粒悬浮液。

上述磨蚀颗粒悬浮液是将硬度大于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。

优选的，本实用新型还提供了一种硅片表面磨蚀装置的优选方式，其特殊之处在于：包括磨蚀槽和通过悬臂安装在磨蚀槽内两个相对设置的硅片表面磨蚀架以及悬浮液加注装置；所述悬浮液加注装置包括悬浮液储罐以及加注管道；加注管道入口与悬浮液储罐连通，加注管道出口垂直设置在两个硅片表面磨蚀架的磨蚀面之间空隙的上方。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过将待处理硅片吸附固定于磨蚀架上，利用磨蚀槽内的磨蚀颗粒悬浮液对硅片进行表现处理，完全采用机械磨蚀工艺替代了传统的酸碱腐蚀工艺，安全环保，处理效率高。而且采用吸附固定的方式可以高效稳定地控制硅片，在完成表面磨蚀处理后，再通过去吸附的方式取下硅片，操作简单便捷，适合大规模的智能化工业流水线应用。

(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，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，可以同时完成两片硅片的表面处理，使表面处理效率提高一倍。

(4)本实用新型将待处理硅片吸附固定于磨蚀架的磨蚀面上，其中磨蚀面可以采用平面结构或者曲率半径极大的外凸弧面结构。当采用弧面结构时可以提高两个相互磨蚀的硅片之间的磨蚀颗粒分散度，有效提高磨蚀效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一硅片表面磨蚀架的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二硅片表面磨蚀架的结构示意图。

图3为本实用新型实施例三硅片表面磨蚀架的结构示意图。

图4为本实用新型实施例四硅片表面磨蚀装置的结构示意图。

图5为本实用新型实施例五硅片表面磨蚀装置的结构示意图。

附图标记如下：

1-固定架、2-驱动装置、3-吸附盘、4-磨蚀盘、5-吸附空腔、6-吸附孔、7-限位装置、8-限位槽、9-吸附管道、10-磨蚀面、11-密封保护套、12-磨蚀槽、13-硅片表面磨蚀架、14-悬臂、15-加注装置、16-悬浮液储罐、17-加注管道。

具体实施方式

采用本实用新型提供的硅片表面磨蚀架及表面磨蚀装置对硅片表面进行磨蚀处理可以有效提高线切割硅片或者多晶带硅片的表面粗糙率、降低表面反射率，提高其光电转换效率。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，本实施例是一种硅片表面磨蚀架，其结构包括固定架1、驱动装置2、吸附盘3和磨蚀盘4。

磨蚀盘4的正面为磨蚀面10，磨蚀盘4的背面与吸附盘3扣合形成吸附空腔5，磨蚀盘4上还设置有多个与吸附空腔5相连通的吸附孔6。吸附空腔5通过吸附盘3上设置的吸附管道9与负压产生装置连通。本实施例中磨蚀盘4的磨蚀面为平面结构，将待处理的硅片贴在磨蚀面上，然后利用负压产生装置使吸附空腔5内形成低压进而将硅片紧紧地吸附固定在磨蚀面上。

吸附盘3通过驱动装置2安装于固定架1上。驱动装置2可以选用各种振动产生装置，例如电力驱动装置、电磁驱动装置、液压驱动装置或者高频振荡驱动装置。其中，电力驱动装置采用皮带传动驱动吸附盘或采用减速机驱动吸附盘或采用直驱的方式驱动吸附盘。电力驱动装置可以选用直流电动机、交流电动机、调频电动机、步进电动机、伺服电动机或者直线电动机。电磁驱动装置可以选用磁力驱动器或者磁致伸缩装置。高频振荡驱动装置可以选用高频振荡器或次声波振荡器或超声波振荡器。吸附盘3在驱动装置2的带动下可以在硅片所在平面内产生多个方向的往复振动。在具体的磨蚀处理过程中，将两个吸附固定有硅片的磨蚀架相互贴近，在两个硅片之间形成磨蚀颗粒层，再启动驱动装置后，使两个硅片之间产生高频相对运动，从而利用磨蚀颗粒的滚动磨蚀提高硅片的表面粗糙度，降低其反射率，完成对硅片的表面处理。

为了防止振动幅度过大，造成硅片或设备的损坏，吸附盘3上还设置有多个与固定架1相配合的限位装置7。本实施例中的限位装置7是在吸附盘3上对称分布的至少两个限位块或限位柱或弹性限位片或弹性限位板，对应的在固定架1上还设置有与限位装置7相适配的限位槽8。

实施例二

参见附图2，实施例二为另一种硅片表面磨蚀架，其结构与实施例一的区别在于，磨蚀盘4的磨蚀面是曲率半径极大的外凸的弧面结构，采用弧面结构的好处是两个硅片在相互贴合后会在硅片边缘处形成大于中心距离的缝隙，这样在磨蚀过程中可以保证磨蚀颗粒源源不断地由边缘进入中心，进而提高两个硅片之间的磨蚀颗粒分散度，有效提高磨蚀效果。

实施例三

参见附图3，实施例三提供另一种硅片表面磨蚀架，其结构与实施例二的区别在于，还包括由柔性材料制作而成的密封保护套11，密封保护套11一端安装于磨蚀盘4上，密封保护套11的另一端安装于固定架1上。密封保护套的安装既可以保护固定架内的驱动装置不受磨蚀颗粒悬浮液的干扰，同时又不会影响磨蚀盘的有效振动，提高了磨蚀架的运行稳定性。

实施例四

参见图4，本实施例是一种硅片表面磨蚀装置，主要包括磨蚀槽12和通过悬臂14安装在磨蚀槽12内两个相对设置的硅片表面磨蚀架13。其中，磨蚀槽12内填充有磨蚀颗粒悬浮液。磨蚀颗粒悬浮液是将硬度大于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。硅片表面磨蚀架13可以选用实施例一至实施例三中的任意一种，即：可以是两个平面结构磨蚀面的组合，可以是两个弧面结构磨蚀面的组合，也可以是一个平面结构磨蚀面与一个弧面结构磨蚀面的组合。

实施例五

参见图5，本实施例是一种硅片表面磨蚀装置的优选方案，主要包括磨蚀槽12和通过悬臂14安装在磨蚀槽12内的两个相对设置的硅片表面磨蚀架13，以及悬浮液加注装置15；悬浮液加注装置15包括悬浮液储罐16以及加注管道17；加注管道17的入口与悬浮液储罐16连通，加注管道17的出口垂直设置在两个硅片表面磨蚀架13的磨蚀面之间空隙的上方。悬浮液通过加注管道喷淋至两个硅片表面磨蚀架13的磨蚀面之间。其中，磨蚀槽12内填充有磨蚀颗粒悬浮液。磨蚀颗粒悬浮液是将硬度大于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。硅片表面磨蚀架13可以选用实施例一至实施例三中的任意一种，即：可以是两个平面结构磨蚀面的组合，可以是两个弧面结构磨蚀面的组合，也可以是一个平面结构磨蚀面与一个弧面结构磨蚀面的组合。