浮区硅晶片制造系统的制作方法

本发明通常涉及用于制造晶片的方法和设备。更具体的，本发明涉及方法和设备，用于剥落锭外表面来更有效的由其生产太阳能级光伏晶片等。

常规上，晶片材料例如单晶硅通过首先生产单个结晶圆柱形的硅锭，来加工成太阳能级光伏(“PV”)晶片。该锭是通过在惰性室,例如由石英制成的,中熔融高纯度的半导体级晶片材料来生产。掺杂剂杂质原子例如硼，磷，砷或者锑可以以精确量加入熔融的晶片材料中(例如10¹³或者10¹⁶原子/cm³的量级)来将所述材料限定为散装n型(负型)或者p型(正型)半导体，其赋予该晶片材料以期望的电性能。然后，将棒装配的晶种浸入该熔融的晶片材料中，并且缓慢上拉和同时旋转来抽出优选的单个晶体圆柱形锭。控制温度梯度、抽出速率和转速来促进产生具有仅仅痕量的不想要的不稳定物的单个锭。该方法通常是在惰性气氛例如氩气中进行的。

单个晶片基本上是通过从这个较大的锭上切片半导体材料的薄层来产生。晶片可以是正方形、矩形或者圆形的，并且经常用于制作集成电路和其他微电子或者电子装置，例如太阳能面板。在一个例子中，圆形晶片是通过金刚石包覆的大约20微米直径的金属丝从该圆柱形锭的端部切片下来的。这种生产方法的问题是该金刚石金属丝将一部分的锭刮成厚度等于金刚石包覆金属丝的直径的粉末。因此，对于所产生的每个圆形晶片，至少20微米的晶片材料是作为粉末残留物而废弃的。

但是，这些圆形晶片对于用于太阳能面板来说不是优选的，因为正方形或者矩形晶片更好的使得曝露于日光能量的表面积最大化。为了制造正方形或者矩形晶片，该原料圆柱形锭代之以首先正方形加工成大约1.5米长的矩形盒形状。这种正方形加工方法使用了类似的常规20微米直径金刚石包覆的金属丝。类似于上述，在该金刚石金属丝切割穿过所述锭的部分来形成矩形块时，所述锭的外部部分作为粉末失去。此外，这种正方形加工方法需要将贵重的和昂贵的晶片材料的相当大的块切掉和将圆柱形锭加工成正方形。从这里，单个正方形或者稍微矩形的晶片是从矩形半导体块上切片，如上面涉及圆形晶片所述。虽然几百个厚度160-200微米的相对正方形或者矩形晶片可以从这个矩形半导体块上切片下来，但是每个晶片切废了一定量的晶片材料，其等于金刚石金属丝切割该半导体块的宽度。用金刚石包覆的金属丝切割晶片的另一缺点是所述锯会引起需要修理的晶片的表面损坏。

最近，已经开发了更新的技术来由现有的硅锭或者矩形硅块的晶片切割件来产生另外的更薄的晶片，如上所述。例如Glavish等人的美国专利No.7939812，Smick等人的7982197，Glavish等人的7989784和Ryding等人的8044374(每个参考文献的内容在此以它们全部引入作为参考)公开了一种氢离子注入机，其用于剥落硅晶片来生产更薄的结晶半导体材料的层合物。在这方面，该离子注入机穿入硅晶片表面到某个深度。这种穿透的硅层然后可以从硅晶片向后剥离掉(即，剥落的)-使用初始硅晶片作为工件来有效产生更薄硅晶片。使用这种剥落方法，160-200微米量级的硅晶片工件可以用于产生厚度大约20微米的8-10个新硅晶片，并且在该方法过程中几乎没有浪费硅材料。进一步的就此而言，美国专利No.8058626和8089050(都属于Purser等人，其内容都在此引入作为参考)公开了实施方案，用于产生改变的肋条形离子束(其具有垂直于前述方法所用的束方向的延长的横截面)，来将离子注入基底表面中。

目前的剥落方法(例如上述那些)需要两个步骤来产生剥落的晶片材料片。更具体的，单个晶片是在一个加工步骤中从锭上剥落的，然后所剥落的层或者晶片是在第二方法步骤中从该锭上除去的。这个两步常规方法由于它的多步属性而是昂贵的和耗时的。此外，这种常规方法生产了非常多的数目的单个剥落的晶片材料片，其在处置和冲压成单个晶片中是相当昂贵的。

典型的，作为使用坩埚的结果，常规太阳能电池是由通过Czochralski方法所生产的硅来制造的，其可以产生不希望的高氧含量(例如10¹⁸氧原子/立方厘米)。硅晶片中的杂质例如氧降低了太阳能电池的电压和电流能力。同样，较低的氧含量硅例如浮区硅(“FZ硅”)是更令人期望的，因为FZ硅生产了更有效的太阳能电池。FZ硅是在所谓的垂直区熔融的方法中制造的，其中将超纯电子级硅的多晶棒送过RF加热线圈来产生局部熔融区。在该棒的一端处使用晶种来开始晶体锭生长。该垂直区熔融方法是在排气室或者在惰性气体净化中进行的。不同于Czochralski方法，该熔融区在生长过程中将杂质例如氧带离硅锭(例如因为大部分杂质在熔体中的溶解度大于晶体)，由此降低硅锭内的杂质浓度。同样，FZ硅与由Czochralski方法所制造的硅相比明显更纯净。但是，使用FZ硅的问题是它必须切割成厚于期望的晶片尺寸(例如处于300-500微米的厚度量级)，因为硬质材料性能阻止了已知的方法(例如金刚石金属丝)将材料切割得更薄。因此，由FZ硅等制成的硅晶片目前是成本制约的，这归因于材料成本和关于目前可利用的晶片最小制造厚度的限制。

所以，本领域存在着对于由FZ硅原料锭来更有效的生产正方形和矩形晶片的方法和相关设备的重要需求。这样的方法和相关设备可以包括步骤：安装正方形或者矩形FZ硅锭，穿透所选择的锭外表面的层，沿着该矩形或者正方形FZ硅锭的一个或多个侧面剥落掉这种轰击的晶片材料层，和将所述材料条传送到压机来切片成单个晶片，全部都不具有与使用金刚石锯将所述硅锭切割或切片成单个晶片相关的浪费。这样的方法和设备可以进一步能够同时从所述锭上剥落和除去单个连续晶片材料片。本发明满足这些需要和提供进一步相关的优点。

技术实现要素：

一种如此处所公开的制造硅晶片的方法，包括安装用于剥落的浮区硅工件；为微波装置供能来产生足以穿透该浮区硅工件外表面层的能量束；用该能量束剥落该浮区硅工件的所述外表面层和从该浮区硅工件除去所述剥落的外表面层，作为厚度小于100微米，或者更优选厚度2-70微米或者4-20微米的硅晶片。在一种实施方案中，该浮区硅工件可以是预切的浮区硅工件，其厚度是160-600微米和氧含量小于10¹⁶氧原子/立方厘米。

该方法还可以包括步骤：将硅晶片切割成多个硅晶片和沿着传送机移动或者传送那些多个硅晶片的每个，并且离开该浮区硅工件。在一个实施方案中，该硅晶片可以是正方形。在另一实施方案中，该硅晶片可以是矩形，并且从该矩形浮区硅工件上剥落。此外，该微波装置优选包括速调管，用于产生包括离子束或者质子束的能量束，并且可以大约跨过该浮区硅工件的宽度。在一种实施方案中，该能量束可以相对于该浮区硅工件移动，并且包括大约5x10¹⁴-5x10¹⁶离子/cm²的注入密度。

在一种可选择的实施方案中，该制造硅晶片的方法包括安装氧含量小于10¹⁶氧原子/立方厘米的浮区硅工件；为微波装置供能来产生注入密度大约5x10¹⁴-5x10¹⁶离子/cm²的能量束，用于穿透该浮区硅工件的外表面层；用所述能量束剥落该浮区硅工件的外表面层，和作为硅晶片从该浮区硅工件中除去剥落的外表面层。优选该硅晶片的厚度小于100微米，和更具体的厚度是4-20微米。此外，该硅晶片可以切割成多个硅晶片和沿着传送机移动离开所述工件。

此外，浮区硅工件可以包括厚度160-600微米的预切的浮区硅工件，其可以形成厚度2-70微米的正方形硅晶片。在这种实施方案中，该微波装置可以包括速调管，用于产生能量束，其可以包括离子束或质子束。该能量束还可以相对于该浮区硅工件移动或者是与矩形浮区硅工件大致相同的宽度。

在另一可选择的方法中，制造多个硅晶片可以包括步骤：安装氧含量小于10¹⁶氧原子/立方厘米和厚度160-600微米的预切的浮区硅工件；为微波装置供能来产生足以穿透该浮区硅工件的外表面层的能量束；用能量束剥落该浮区硅工件的外表面层，其中该能量束相对于该浮区硅工件移动，从该浮区硅工件除去剥落的外表面层，作为包含厚度2-70微米的硅晶片；将该硅晶片切割成多个硅晶片；和沿着传送机移动该多个硅晶片的每个。

一种如此处公开的用于由浮区硅工件制造多个硅晶片的设备，其可以包括装配台，用于选择性接收和保持具有剥落表面的浮区硅工件。微波可以产生能量束，其包含大约5x10¹⁴-5x10¹⁶离子/cm²的注入密度。该微波优选相对于装配台布置以在剥落表面方向上发射能量束，其中该微波和浮区硅工件的相对移动剥落了小于100微米厚度的硅晶片。传送机然后将从剥落表面上剥落的该多个硅晶片的每个纵向带离该浮区硅工件。

在一种优选的实施方案中，该微波包括速调管或者DC加速器，该能量束包括离子束或质子束，并且可以是宽度大约是该剥落表面宽度的延长的束。此外，该浮区硅工件可以包括矩形形状和氧含量小于10¹⁶氧原子/立方厘米。优选从该浮区硅工件剥落的硅晶片的厚度是2-70微米。

在另外可选择的实施方案中，此处公开的制造晶片的方法包括步骤：以允许绕着旋转纵轴旋转的方式将锭作为工件进行安装，并且将该锭绕着旋转纵轴进行旋转。优选该锭为圆柱体形状，并且通过可安装到转子的可旋转轴携带，其促进了该圆柱形锭绕着它的旋转纵轴的旋转。该锭可以由单晶或者多晶硅制成。然后对微波装置供能，其产生了足以穿透旋转锭外表面层的能量束。因此，该旋转锭的外表面层用能量束剥落。当该锭连续旋转时，该剥落的外表面层然后可以作为连续的平面带从锭工件除去，其可以切割成晶片。与此同时，该连续的平面带可以沿着传送机移动，以与旋转锭的角速度大约相同的速度和优选基本上同步来传送。在该事件中，所述锭是渐增旋转的，传送机也将该连续平面带以类似的渐增移动渐增向前移动。当然，该连续条可以通过压机切割或者冲压成多个晶片。

此外，该晶片制造方法还可以包括步骤：在穿透点(在这里该能量束轰击所述锭的外表面层)冷却所述锭来防止锭材料的化学性能由于提高的局部温度的结果而改变。当该能量束在0.15-1.7兆电子伏的能量水平运行时，这样的冷却步骤会是特别优选的。该微波装置可以是速调管，其产生了包括质子束或者离子束的能量束。优选将该微波装置校正来最大化Q值。此外，该能量束可以包括多个能量束，其同时剥落旋转锭的各自外表面层，来同时产生多个各自的剥落的外表面层，其可以从锭工件上剥离或者除去。在一种实施方案中，该能量束是大约最终晶片产品的宽度。例如该晶片可以是正方形，并且宽度是160-200mm和外表面层厚度是3-30微米。

在此处公开的另一制造晶片的方法中，以圆柱形的形状形成并且通过可旋转轴携带的锭被安装到转子上，该转子能够将该圆柱形锭绕着它的旋转纵轴来旋转。接着，该转子启动并旋转该圆柱形锭，以使得微波装置所产生的能量束可以穿透旋转锭的预定的外表面层。这使得在沿着与旋转锭同步的传送机传送时，该制造方法将所述外表面层剥落离开圆柱形锭工件，作为连续的平面带。该圆柱形锭工件可以在穿透点(在这里该能量束轰击所述外表面层)冷却，来防止锭材料的化学性能由于提高的局部温度而改变。该材料的连续带然后冲压成多个晶片，其可用于例如太阳能面板等中。

该微波装置可以校正来最大化Q值，以使得能量水平为0.15-1.7兆电子伏的能量束有效穿透该旋转圆柱形锭的外表面。在一种实施方案中，该微波装置是速调管，其产生了质子或者离子能量束。在另一实施方案中，该微波装置使用了电子回旋共振来产生高电流离子。此外，该方法可以包括使用多个能量束，其同时剥落旋转锭的各自外表面区，来更有效的沿着它的整个垂直高度剥落该锭的外表面。该能量束优选大约是晶片产品的宽度，例如160-200mm。该圆柱形锭可以由单晶或者多晶硅制成，并且增量旋转，来剥落大约3-30微米厚度的外表面层。

该用于制造晶片的设备包括旋转器，其配置来选择性安装来接收并将锭工件绕着旋转的纵轴旋转。该锭优选是圆柱形，并且可以由单晶或者多晶硅制成。用于产生能量束的微波相对于旋转器布置以使得所发射的能量束与旋转锭的旋转纵轴对准。该能量束优选是这样的能量水平，其足以穿透旋转锭的外表面层。紧邻能量束轰击所述锭外表面层之处布置的穿透点的水冷却器或者空气冷却器可以在制造过程中控制其中的表面温度。该设备还包括与旋转锭同步的传送机，将作为连续的平面带横向携带剥落的外表面离开该旋转锭。这个连续的平面带然后通过切割机构切割成一个或多个晶片。在这方面，这样的切割机构可以包括冲压口模，其用每个冲程将连续的条切割成多个晶片。最终的晶片产品优选的宽度是160-200mm和厚度是3-30微米。在一种特别优选的实施方案中，该微波是速调管，其包括能量加速器。为此目的，该能量束可以是离子束或者质子束，和优选约为所述晶片的宽度的宽度的长形的。

当结合附图(其作为例子显示了本发明的原理)时，本发明的其他特征和优点将从下面更详细的说明而变得显而易见。

附图说明

该附图说明了本发明。在这样的附图中：

图1是一个流程图，其说明了与制造晶片的方法相关使用的步骤；

图2A是一个图示，其显示了在惰性室中熔融高纯度半导体级晶片材料和掺杂剂；

图2B是一个图示，其显示了将安装到可旋转轴一端上的晶种降低进入熔融的混合物中；

图2C是一个图示，其显示了将熔融的混合物催化结晶到晶种上；

图2D是一个图示，其显示了通过从混合物中控制除去晶种来形成锭；

图2E是一个图示，其显示了由熔融的混合物来完全形成锭；

图3是一个图示透视图，其显示了锭在旋转器一端处的安装；

图4是一个图示透视图，其显示了当可选择的连接到两个旋转器时，锭绕着它的纵轴的旋转；

图5A是一个部分切掉的图示透视图，其显示了用一种或多种束轰击所述锭的外表面；

图5B是一个可选择的切掉的图示透视图，其显示了用一种或多种延长的束轰击所述锭的外表面；

图6是所述锭的一个图示侧视图，其显示了穿透所述锭外表面到预定深度的质子；

图7是所述锭的一个图示侧视图，其显示了锭的剥落；

图8A是轰击的锭的一个图示顶视图，其显示了单层剥落；

图8B是轰击的锭的一种可选择的图示顶视图，其显示了多层剥落；

图9是一种图示侧视图，其显示了将剥落的层传送离开所述锭；

图10是一种图示侧视图，其显示了将剥落的层切割成单个晶片；

图11是一种图示，其显示了用金刚石金属丝将圆柱形锭切割成正方形或者矩形锭；

图12A是一种图示透视图，其显示了用延长的束轰击图11的正方形加工成的锭的外前工件表面；

图12B是一种图示透视图，其显示了用延长的束轰击图11的正方形加工成的锭的外侧工件表面；

图13A是一种图示透视图，其显示了从图12A剥落的前工件表面剥离掉剥落的层；

图13B是一种图示透视图，其显示了从图12B剥落的侧工件表面剥离掉剥落的层；和

图14是一种图示侧视图，其显示了通过传送机将剥落的层携带离开工件。

具体实施方式

如用于说明目的附图所示，通常参考图1的流程图显示了本发明的制造晶片的改进的方法，并且该制造方法的操作更详细的显示在图2-10中。更具体的，如图1所示，第一步骤是产生锭100。在一种优选的实施方案中，该锭100是单晶圆柱形硅锭。虽然锭100可以是适于剥落的任何材料，包括多晶硅，并且可以具有任何横截面形状，例如多边形横截面形状。此处公开的一组方法和设备目的是降低与圆柱形锭(其用作工件来产生正方形或者矩形硅晶片，用于太阳能面板等)加工成正方形相关的废物。此外，为了消除使用前述金刚石包覆的金属丝切片单个晶片，此处公开的方法和设备对于产生的每个晶片能够将废弃的晶片材料进一步降低至少1个量级。因此，在生产太阳能级单晶光伏材料中消除这些浪费的两个步骤相当于相同量级的成本节约。因此，如下面将更详细描述的，太阳能PV材料的量比传统或者常规制造方法所用的相同的锭增加了至少20倍。这明显对应于原材料的极大的成本节约。此外，如下面更详细所述的，从锭上同时剥落和除去连续的晶片材料片消除了对于相对更成本密集的两步剥落方法的需要和降低了与现有技术处理众多的单片剥落的晶片材料相关的成本。

如图2A所示，高纯度半导体级晶片材料10在惰性室12，例如石英制成的室中被熔融。虽然晶片材料10可以是适于剥落的任何材料，但是单晶硅是优选的晶片材料。将掺杂剂14(例如硼，磷，砷或者锑)加入熔融的晶片材料10中来向其中加入杂质，优选处于10¹³或者10¹⁶原子/cm³的量级，来将所述组合物偏振成n类型(负性)或者p类型(正性)半导体。然后将安装到可旋转轴18一端上的晶种16下降进入熔融的晶片材料10和掺杂剂14的这种稍微不纯混合物20中，来开始图2B所示的结晶方法。一旦浸入图2C所示的这种混合物20晶种16起催化剂作用，来开始熔融的晶片材料混合物20绕着轴18的结晶。轴18然后缓慢向上拉，并且同时旋转来从熔融物中提取大的锭22。锭22优选一种单晶圆柱形锭，虽然锭22可以是多晶或者本领域已知的另一组合物。由混合物20形成的锭22的结晶通过惰性室12中混合物20量的下降来指示，从图2C进展到图2E。在这方面，图2E显示了用于此处公开的方法的一个锭22。

本领域技术人员将容易意识到上述根据步骤100来产生锭22的方法可以根据晶片期望的应用和终端特性而变化。例如可以改变熔融的晶片材料10的组成、引入和与熔融的晶片材料10混合的掺杂剂14的量和/或类型、惰性室12中的温度、轴18的旋转角速度和提取晶种16的速率。在这方面，该晶片材料产生方法100应当被认为是本领域技术人员公知的。在一种特别优选的实施方案中，锭22是FZ硅锭，其是通过垂直区域熔融方法制造来降低其中的杂质的数，特别是氧杂质。

一旦锭22已经在步骤100过程中产生，则在根据图1的接下来的步骤102是在剥落方法的准备过程中安装锭22。在该优选的实施方案中，锭22在安装后保持固定。在另一实施方案中，锭22可以安装到图3所示的旋转器24上。在一种实施方案中，旋转器24可以连接到轴18或者从锭22的主体向外延伸的其他延伸部上。在这种实施方案中，旋转器24优选能够在图3所示的通常水平位置上保持和旋转锭22。可选择的，如图4所示，一对旋转臂26，26’可以从旋转器的一部分(通常用附图标记24表示)向外延伸或者包含其，并且连接到锭22的一对平坦端表面28，28’。这里，旋转臂26，26’可以包括握爪、夹子或者具有高摩擦表面来将锭22保持(例如通过压缩装配)在其之间的其他装置形式的连接机构30。在这方面，本领域已知的能够支撑和旋转所述锭22以稳定的和一致的速度与旋转器24相连的任何连接机构30将是足够的。此外，旋转器24、旋转臂26，26’或者连接机构30也可以单个或者彼此组合使用来在离子注入方法过程中，将所安装的锭22绕着它的旋转轴32前后移动，如下面更详细所述的。

图1所示的接下来的步骤是为微波装置106供能，这产生了能量化的质子或者离子束，其能够在锭22绕着轴32旋转时穿透进入锭22的外表面中。这里，图5A和5B显示了与此处公开的方法一起使用的这样的微波装置的两个例子。例如在图5A中，该微波装置包括速调管34(即，电子管，其用于通过速度调制来产生或者放大微波区中的电磁辐射)，其产生了从加速器38向外朝着锭22的外表面40导向的质子束36(图5A)或者延长的质子束37(图5B)。优选的是速调管34包括直流枪或者Pelletron加速器38，但是也可以使用本领域已知的其他相当的加速器装置，例如无线频率(“RF”)加速器。加速器38(例如RF共振腔)引导微波从速调管源34进入共振腔来产生高梯度电磁场，其将质子加速到期望的能量水平。这使得微波装置的尺寸最小化(高eV/m)，同时保持了高的生产值。在这方面，一个速调管34可以通过使用互连电磁波导管总线连接到许多RF共振加速腔(例如图5A所示的另外的加速器38’，38”)。因此，产生十亿瓦特/生产年的PV材料的整个工厂可以通过仅仅单个速调管34来供能。该共振腔设计使得品质因子或者Q值最大化，因此使得微波源所需的输入能量最小化。

图1所示的接下来的步骤是穿透锭22的所选择的层。在其中锭22旋转的实施方案中，该穿透优选是大约平行于锭22的旋转轴108来进行。本领域已知的用于穿透和基本上剥落晶片材料的选择表面深度的示例性装置显示和描述在例如前述Glavish等人的美国专利No.7939812，Smick等人的7982197，Glavish等人的7989784和Ryding等人的8044374中，所提出的方法用具有优选处于0.2-2.5兆电子伏(“MeV”)的能量水平的能量化质子的质子束36、37轰击锭22的外表面40到预定深度42(图6)。因此，该质子穿透锭22到大约3-30微米的表皮深度42。当锭22绕着它的轴32旋转时，质子束36、37连续的为外表面40的新层供能。当然，深度42可以根据微波装置的类型、质子加速器38内所产生的能量水平等而变化。这个质子轰击步骤108允许从锭22的主体上剥离或剥落轰击表面40的层44并处于连续的传送机46上，通常如图7所示。这种表皮深度42是3-30微米，取决于所注入的质子的能量。

在步骤108过程中，锭22的轰击表面由于质子束36、37的结果而升温。同样，冷却机构优选用于冷却锭22的外表面40来防止锭22的材料性能由于加热引起的不利的或者不期望的变化。在这方面，特别重要的是冷却要剥离的锭22中和周围的面积。水或者空气循环基冷却装置可以用于此处公开的方法来提供直接或者间接的冷却锭22。

剥落的层44的厚度在图6和7中放大来用于说明目的。在这方面，本领域技术人员将容易意识到这个剥落的层44的相对厚度将远薄于根据步骤100所制造的锭22的初始厚度。在一种实施方案中，当锭22绕着它的轴32连续剥落时，它的直径将变小和相对于剥落层44的深度42的相对尺寸差将降低。

通常，束36或者延长的束37需要沿着锭22的长度根据所形成的晶片期望的宽度为锭22的一部分供能。这种方法可以根据束36、37的类型和步骤100所产生的锭22的长度而变化。例如图5A显示了一种实施方案，其中单束36从一个加速器38发射。这里，束36在单个点接触一部分的外表面40。为了产生具有宽度48的层44(图8A，8B)，束36可以沿着锭22的纵轴(即，平行于锭22的高度或者轴32)从左到右和从右到左移动，来为锭22的整个宽度48供能。在这种实施方案中，锭22可以增量旋转来使得束36成功的横过宽度48。一旦它已经这样作了，则锭22向前旋转，以使得外表面40接下来的增量可以供能和从锭22的主体剥离。产生另外的束36’、36”、36ⁿ的另外的加速器38’、38”、38ⁿ可以包括速调管34，以使得锭22的整个宽度可以同时加工和剥落来产生例如层44、44’、44’’，如图8B所示。可选择的，代替束36，36’，36ⁿ任何一个的移动，加速器38、38’、38ⁿ或者速调管34、锭22本身可以前后横过。

可选择的，如图5B所示，速调管34可以产生延长的束37，束宽度等于期望的最终晶片的宽度48。类似于上述束36，多个延长的束37、37’、37ⁿ(另外的束37’、37ⁿ在图5B中未示出)可以以类似于上述图8B所述的方式用于剥落锭22的部分的或者基本上整个宽度。使用一种或多种的延长束37的优点是它可以不必需停止或者增加锭22绕着它的轴32的旋转。在这方面，锭22的旋转和冷却可以定时来具体促进连续的剥落，因为束37将不需要沿着锭22的长度纵向移动，如束36所作的那样。

图1所示的接下来的步骤是从锭110除去穿透的晶片材料的层。如上面涉及一种实施方案所述的，锭22可以以一定角度绕着旋转轴32旋转，以使得束36、37不与表面40的任何在先轰击的区域交叠。随着该轰击方法的继续，剥落的材料的层44从锭22剥离到传送机46上。传送机46可以包括金属基底50或者其他相当的表面，其具有足够高的摩擦系数来抓握或者拖拉剥落的层44，离开锭22，通常如图7所示。这防止了在锭22旋转时剥落的层44堆积到表面40附近。

锭22的旋转允许以单个连续片同时剥落和除去剥落的材料。更具体的，当锭22旋转时，被剥落的锭22的外表面40的部分根据锭22的角位置的改变而改变。同时，这种旋转引起剥落的晶片44材料的层在锭22旋转时从锭22剥离掉。因为剥落的层44在锭22的角位置改变时连续的剥离，产生了晶片材料的单个连续片。即，旋转锭22以与纸卷或者金属卷相同的方式“展开”。这种方法提供了相对于常规剥落方法大的节约，因为生产了剥落的晶片材料的连续片。

除去步骤110可以产生3-30微米厚的晶片材料的一种或多种基底层44、44’、44ⁿ的带(例如图8B所示)，这取决于轰击质子能量。锭22向前移动一定距离，其等于金属基底的宽度，这刚好产生足够的材料来剥落到传送机46的金属基底50上。金属基底的宽度将对应于轰击锭表面的宽度48，并且可以是160-200mm。

具有PV材料的这种金属基底新的带或者层44然后在步骤112过程中传送离开锭22，用于随后冲压114成单个晶片(图1)。在这方面，图9显示了剥落的晶片材料44的层或者条离开锭22和朝着具有口模54和一个或多个刀片56(其设计来将带或层44以特定间隔切割或者剪切成单个晶片58(图10))的压机52移动。例如当压机52延伸口模54向下，如图10所示，刀片56以间隔例如每160-200mm接触和切割晶片材料44的带成晶片58，由此产生160x160mm晶片或者200x200mm晶片。虽然这些尺寸可以是典型正方形PV晶片的目前尺寸，但是晶片58的尺寸不应当限于此。即，晶片58所形成的尺寸可以更大或者更小，这取决于用于将层44切割成单个晶片58的技术。此外，本领域已知的用于切片或者切割晶片材料带的任何装置可以用于由带或者层44产生晶片58，例如可选择的冲压或者锯割机构。优选这样的切割或者锯割步骤应当产生尽可能少的残留晶片材料废物。在这个点，最终产品是正方形或者矩形PV晶片58，其可以运行穿过常规配线和包装机器来产生完全的太阳能面板，用于住宅、商业或者共用规模太阳能生产。

当然，上述方法和设备应当不仅仅限于用于单晶硅锭。这样的方法和设备可以应用于不同形状、尺寸和材料的锭，例如任何类型的金属材料，其流延成适于进一步如此处所公开来加工的形状，包括FZ硅。

例如锭22可以具有多边形横截面。具有这样形状的锭可以绕着它的纵轴以与圆柱形锭相同的方式旋转。大部分可旋转的加工工件(即工件在旋转器或者车床上转动)必须是圆柱形的，以使得所述刀具(即车床切刀)在其整个360度旋转中与工件保持接触。但是，剥落方法不需要固定位置刀具来保持与锭恒定接触。然而，能量束(其可以适应不同旋转直径的非圆形旋转物体)优选加工该工件锭。即，该能量束轰击锭的外表面和穿透晶片材料的层，即使该旋转锭的直径具有多边形横截面，其是随角度变化的。所以，具有多边形横截面的锭可以以与圆柱形锭相同的方式剥落，如上面更详细讨论的。

此外，该晶片材料不限于单晶硅。可以使用本领域已知的用于构建晶片的任何合适的材料，包括但不限于浮区硅(“FZ硅”)、多晶硅、碲化镉、蓝宝石晶体和硒化铜铟镓。此外，该晶片材料可以是n类型或者p类型材料。很显然，掺杂剂的类型和浓度和具体的加工参数例如温度可以根据晶片材料的选择来改变。

在此处公开实施方案的另一可选择的方面，该制造晶片的改进方法可以包括使用浮区硅或者FZ硅。在这方面，该制造方法可以类似于上述涉及步骤(100)-(114)所述的设备和方法。可选择的，代替使用图3-10所示的圆柱形锭22，锭22可以通过金刚石金属丝60或者其他相当的切割机构初试切割或者加工成正方形来形成通常矩形硅块62，通常如图11所示。当然，硅块62可以切割成矩形或正方形，并且可以根据期望切割成许多不同的尺寸或者形状。在图11所示的实施方案中，硅块62具有至多3英尺长的前工件表面64(和类似形状的后工件表面64’)和侧工件表面66(和相应的其他侧工件表面66’-66”’)，其全部优选准备用于根据此处所述的实施方案来脱落。为了简化起见，该剥落方法在下面涉及前工件表面64和侧工件表面66来描述，但是该剥落方法可以同样良好的单独或者同时与一种或多种工件表面64’和66’-66’’来进行。

可选择的，此处公开的剥落方法可以用于浮区硅晶片，其已经通过本领域已知的方法切割成200-600微米量级的厚度。在这方面，这些现有的或者预先裁切的晶片可以剥落来形成2-70微米量级或者更优选4-20微米量级的多个更薄晶片。例如，300微米预切的浮区晶片可以用此处公开的方法剥落来生产25微米厚度的12个浮区晶片。这样的预切的浮区晶片将基本上用作工件来代替硅块62，下面更详细描述的。

一旦硅块62已经使用本领域已知的方法来产生，则块62可以安装来用于根据上述实施方案或者本领域已知的其他实施方案来准备剥落方法。虽然，一个差异是硅块62不需要如上面涉及圆柱形硅锭22所述那样来旋转，因为工件表面64、66提供与圆形或者圆柱形工件表面(其需要绕着它的轴旋转来产生平坦的晶片材料)不同的平坦剥落表面。

在这方面，图12A和12B显示了两种剥落上述外工件表面64、66的方法。例如在图12A中，速调管34产生了延长的质子束37，用于围绕前工件表面64的宽度接触。束37优选如方向箭头所示从上到下移动。图12B显示了一种类似的实施方案，其中速调管34产生了类似的延长的质子束37，其优选跨过侧工件表面66的宽度和如方向箭头所示从上到下移动。在这方面，如图13A和13B所示，硅材料68、68’的剥落的层开始根据上述实施方案从硅块62上剥落或者剥离。类似的，这种剥落的层68或者68’可以通过传送机46等从工件62传送离开(图14)。该剥落方法可以产生单个硅晶片58，例如通过剥落前工件表面64(其匹配所形成的硅晶片58期望的尺寸)，或者通过剥落较大面积(例如作为侧工件表面66)，和然后随后将剥落的硅带切割成上面涉及剥落的层44所述的带。

此处公开的实施方案的一个具体优点是将剥落方法用于浮区(即，“FZ”硅)或者具有相对低的氧含量(例如10¹⁵氧原子/立方厘米)的其他硅材料。一方面，目前的用于生产太阳能面板所用尺寸化硅晶片的太阳能级硅材料具有相对较高的氧含量(例如10¹⁸氧原子/立方厘米)，并且是通过Czochralski方法生产的。这些硅晶片仅仅具有19％-20％的效率，但是对于生产来说是经济的。另一方面，具有相对低氧含量和所以更高效率的硅材料(例如浮区硅晶片具有大约24.7％的效率)必须切割成大于期望的尺寸的尺寸(例如处于300-500微米量级的厚度)，因为该硬质材料性能阻止了已知的方法(例如金刚石金属丝)用于将材料切割得更薄。因此，由浮区硅等制成的硅晶片目前是成本受限的，这归因于材料成本和目前可利用的晶片最小制造厚度。

因此，上述剥落方法特别可用于由更高级硅材料(例如浮区硅)经济生产硅晶片，所述更高级硅材料具有相对较低的氧含量和更小的厚度(例如2-70微米和优选4-20微米，这与100+微米相反)。这是如下来完成的：用前述用于离子注入的方法，例如通过DC加速器或者具有增强的能量水平的其他束来轰击浮区硅的表面区域结构。该表面积轰击特别优于已知的方法，因为更高纯度的硅材料的表面区域张力抑制了将晶片物理锯割掉(例如通过金刚石金属丝)到经济的厚度(例如在100微米下)。

如图13A，13b和14所示，剥落的层68或者68’通过轰击其表面的离子的能量水平所决定的厚度来从硅块62上剥落掉。在这方面，增加束37的能量水平导致了更深的表面水平穿透和更厚晶片58，而降低束37的能量水平导致更浅的表面水平穿透和更薄晶片58。更具体的，使用大约5x10¹⁴-5x10¹⁶离子/cm²的注入密度将穿透浮区硅的表面水平到这样的深度，其足以产生具有相对厚度2-70微米和优选4-20微米的晶片58。这些相对薄的晶片58可以置于具有表面的传送机46，所述表面包括传导表面或者衬背70，来在生产每个晶片58时将晶片58牵引离开硅块62。

虽然为了说明的目的已经详细描述了几个实施方案，但是可以进行不同的改变，而不脱离本发明的范围和主旨。因此，本发明不限于此，除了附加的权利要求。