专利名称：硅晶片的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于太阳能电池面板的硅晶片(* U 二 >々- 7、一，硅片)的制造方 法，特别是涉及改善硅晶片的成品率并且提高制造效率的技术。
背景技术：
若简单说明作为太电能电池的面板使用的硅晶片的制造方法，则在多晶硅的情况 下，以下述方式进行制造，所述方式为使用带锯等将被制造成四棱柱状的硅锭(silicon ingot)切制成预定的大小，使用多线锯将切制出的坯材(硅块，silicon blcok)切薄。图 13中简单示出了由多晶硅锭制造出硅晶片的制造工序的每道工序。首先，用成形模具等制 造四棱柱状的锭200，使用带锯等将制造出的锭200 (a)去除外周部，将内部分割成预定的 块(b)，由此，制造硅块202 (C)。通过用多线锯将该制造出的硅块202切断成为薄板状，制 造硅晶片204(d)。另外，即使为单晶硅锭，也仅是最初制造的硅锭为圆形，基本的制造方法 没有特别不同。
在此，用多线锯将硅块切断成薄板状来制造硅晶片时，若以微小的裂纹进入了硅 块的表面的状态被切断，例如像图13(d)所示，则在切断期间在硅晶片表面产生裂缝(裂 纹)206从而降低成品率(生产率)，这已为公众所知。与此相对，在专利文献1的硅晶片的 加工方法中，公开了如下技术通过研磨硅块来除去存在于表面的微小的裂纹、使表面平坦 化，由此来改善成品率。另外，在专利文献2的半导体晶片(硅晶片)的制造方法中，公开 了如下技术通过研磨硅块表面，使表面的粗糙度Rmax为2. 5 μ m以下，并且对块端面进行 倒角，对该倒角了的端面缘部的表面也通过研磨使粗糙度Rmax为2. 5 μ m以下，改善硅晶片 的成品率。
专利文献1 日本特开2002-176014号公报
专利文献2 日本特开2002-237476号公报发明内容
然而，在专利文献1的硅晶片的制造方法中，具体来说，实施用金刚石砂轮 (diamond wheel)实现的对硅块的表面研磨。另外，在专利文献2的半导体晶片的制造方法 中，使用旋转刷(金刚石刷等)研磨硅块表面。
但是，用上述金刚石砂轮或金刚石刷(夕~ > F 7' 7 ν )进行研磨的情况下， 分别发生如下的问题。在用金刚石砂轮实施研磨的情况下，虽然可得到加工精度，但由于金 刚石砂轮为刚性体，还容易进入加工损伤(微小的裂纹)，为了除去该加工损伤，要求进行 用金刚石刷等实现的进一步的精加工。作为结果，在研磨上耗费时间，生产率降低。另一方 面，虽然用金刚石刷实现的精加工为高弹性，因此由研磨所导致的加工损伤难以进入，但由 于用金刚石刷实现的磨削量小，因此在研磨上耗费时间，生产效率降低。另外，金刚石刷柔 软性高且加工时的切入量比较大，因此硅块的角部变得容易塌边。而且，更换工具不容易， 更换时的研磨机停止时间变长，如上述那样，金刚石砂轮、金刚石刷都有研磨时间变长而生产率降低的问题。
本发明是以上述情况为背景做成的，其目的是提供如下硅晶片的制造方法在由 硅锭制造硅晶片时，可以改善成品率，并且，还可以防止生产率的降低。
为了达成上述目的，所要求保护的技术方案1中所涉及的发明的要旨(a)为如下 硅晶片制造方法通过将硅锭分割成预定大小的硅块，对该硅块表面进行研磨之后，切断成 薄板状，由此制造硅晶片；其特征在于，(b)在上述硅块表面的研磨中，使用金刚石研磨布 (金刚石砂布)作为研磨工具。
另外，技术方案2中所涉及的发明的要旨，其特征在于，在技术方案1的硅晶片的 制造方法中，所述金刚石研磨布形成为环形带状；所述硅块表面的研磨使用使该金刚石研 磨布以缠绕在1个轮的外周面或者跨缠在2个以上的轮的状态进行旋转的带研磨机。
另外，技术方案3中所涉及的发明的要旨，其特征在于，在技术方案2的硅晶片的 制造方法中，所述轮的1个为赋予形成为所述环形带状的所述金刚石研磨布预定的弹性的 由橡胶材料形成的触轮。
另外，技术方案4中所涉及的发明的要旨，其特征在于，在技术方案3的硅晶片的 制造方法中，在所述触轮的外周面沿周向交替设置有凸部和凹槽。
根据技术方案1所涉及的发明的硅晶片的制造方法，在硅块表面的研磨中，通过 使用金刚石研磨布作为研磨工具，可以大幅度缩短硅块表面的研磨所花费的时间。另外，用 金刚石研磨布实现的研磨与用金刚石砂轮实现的研磨不同，可实现弹性研磨，因此，可以减 轻在研磨中进入硅块表面的微小的裂纹。
另外，根据技术方案2所涉及的发明的硅晶片的制造方法，在硅块表面的研磨中 使用带研磨机，因此，可实现用相对于研磨面平行方向的旋转轴的加工。由此，向硅块的接 触面积变小，因此可以提高加工效率。因此，即使为比金刚石砂轮低的研磨性能，也可以得 到与金刚石砂轮同等以上的加工效率。另外，在带研磨中可实现弹性研磨，因此，可以减轻 进入硅块表面的微小的裂纹(损伤)。
另外，根据技术方案3所涉及的发明的硅晶片的制造方法，所述轮的1个为赋予所 述金刚石研磨布预定的弹性的由橡胶材料形成的触轮，因此，通过适当改变触轮的橡胶硬 度，可以调整金刚石研磨布的弹性。例如，也可通过调整橡胶硬度将金刚石研磨布的弹性设 定为最优来减轻在研磨中进入硅块表面的微小的裂纹。
另外，根据技术方案4所涉及的发明的硅晶片的制造方法，在上述触轮的外周面， 沿周向交替设置有凸部和凹槽，因此可以通过调整上述凸部和凹槽的比率，调整研磨时的 研磨量和/或研磨面的表面粗糙度。
图1是简单表示适用本发明的硅晶片的制造工序的流程图。
图2是概略表示适用了本发明的带研磨机的结构的图。
图3是放大表示图2的触轮的外周面的一部分的图。
图4是放大了图2的环形(无接头)研磨带的表面的局部放大图。
图5是以图4的金刚石膏为中心切断环形研磨带且进行了放大的剖视图。
图6是表示使用图2的环形研磨带以规定的研磨条件进行了研磨时的粗糙度曲线的图。
图7是表示使用图2的环形研磨带以规定的研磨条件进行了研磨时的另一粗糙度 曲线的另一图。
图8是说明面塌边(面夕‘ > )的定义的图。
图9是说明使用图2的环形研磨带进行了研磨之后测定面塌边时的各测定面的位 置的图。
图10是表示以规定的条件进行了研磨的硅块表面的起伏曲线(波纹线， 曲線)的图。
图11是表示以规定的条件进行了研磨的硅块表面的起伏曲线的另一图。
图12是概略表示用环形研磨带研磨被形成在由单晶硅制造的硅块的四角的曲面 的一例子的图。
图13是用于说明从多晶硅锭到制造成硅晶片的流程的图。
附图标记说明10 带研磨机；12 硅块；26 驱动轮(wheel，轮)；28 触轮 (contact wheel，轮)；30 环形研磨带(金刚石研磨布)；202 小锭(铸块，ingot) ；206 娃晶片。
具体实施方式
在此，优选是，上述金刚石研磨布包括形成在基材(基材层)的单面的研磨层和形 成在该研磨层上的金刚石层，金刚石层以下述方式得到，所述方式为将在聚酰亚胺、环氧 树脂等的液状树脂混合了金刚石磨粒的金刚石膏立体地涂布在研磨层之后，使其热固化。 若这样做，与一般的研磨面相比，可以长时间持续得到稳定的研磨性能(研磨量、表面粗糙 度等)。另外，由于具有适度的弹性，可实现弹性研磨，因此，可以减轻在研磨时进入硅块表 面的微小的裂纹。
另外，优选是，金刚石研磨布为通过由触轮将其压接在硅块表面来进行研磨。若这 样做，则通过调整触轮的硬度等，可以使金刚石研磨布具有适度的弹性，因此，可以减轻在 研磨时进入硅块表面的微小的裂纹。
以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。另外，在以下的实施例中，对附 图作了适当简化或变形，各部的尺寸比和形状等不一定为正确描绘。
[实施例]
图1是以多晶硅为例简单表示适用本发明的硅晶片的制造工序的流程图。另外， 本流程图是表示在硅晶片的制造时主要的工序的流程图，省略了例如冼净等细节的工序。 在第1工序STEPl中，将作为原料的硅(Si)填充到成形模具，通过对该成形模具进行加热 处理，熔融硅，使结晶生长，制造长600mm、宽600mm、高300mm左右的锭。接着，在第2工序 ST2中，使用带锯等将该锭分割成多个小锭，排除该小锭的外周面，分割成多个硅块，在第3 工序ST3中，实施该硅块的尺寸确定(定尺寸，寸法出)。具体来说，例如，用比较粗的金 刚石砂轮等研磨(磨削)硅块的表面使其平滑化。在第4工序ST4中，进一步研磨硅块表 面，实施使硅块表面成为预定的表面粗糙度的表面处理。而且，在第5工序ST5中，用多线 锯将被研磨了的硅块切断成预定的厚度。通过上述的工序制造硅晶片。另外，即使为单晶 硅晶片的情况下，也基本上与上述制造工序大致相同。
在此，在第4工序ST4中，对硅块表面进行研磨，而在以往，用金刚石砂轮实施尺寸 确定之后(与第3工序ST3对应)，用粒度不同的金刚石刷(例如#400号、#800号、#2000 号等)实施多次表面研磨。但在上述研磨方法中，存在耗费时间且生产率降低的问题，与 此相对，在本实施例中，通过使用金刚石研磨布作为研磨工具，可以实现大幅度缩短研磨时 间。以下，对金刚石研磨布的具体的使用方法和由其使用产生的效果(缩短研磨时间的效 果等)进行说明。
图2是概略表示适用本发明的带研磨机10的结构的图。带研磨机10用于对由未 图示的锭切制成了四棱柱状的硅块12的表面进行研磨(相当于图1中第4工序ST4)。
带研磨机10具备在研磨时用于搬运硅块12的搬运机构14和用于研磨硅块表面 的研磨机构16。在搬运机构14中，搬运带(搬运用带)22被跨缠在左右一对的搬运辊18， 通过由未图示的驱动电动机驱动搬运辊18，使搬运带22移动(图中左方)。据此，向与搬 运带22的行进方向相同的方向(图中左方)搬运被搭载在搬运带22的搬运面2 上的硅 块12。
研磨机构16具备可由未图示的驱动电动机旋转驱动的驱动轮沈、触轮28和作为 跨缠在该驱动轮沈和触轮观的环形带起作用环形研磨带30。触轮观具有如下功能在由 伴随驱动轮沈的旋转驱动而被旋转的环形研磨带30研磨硅块表面时，赋予环形研磨带30 适当的推压力和弹性。具体来说，触轮观由橡胶材料等形成，若改变该橡胶材料的硬度，则 使环形研磨带30和硅块表面在研磨时接触时的推压力和/或环形研磨带30的弹性变化。 因此，通过预先基于实验等调整触轮观的橡胶硬度，赋予环形研磨带30最优的弹性。
图3是放大表示触轮28的外周面的一部分的图。如图3所示，在触轮28的外周 面，沿周向交替周期性形成有凸部2 和凹槽^b。另外，上述凸部28a和凹槽28b都与触 轮观的旋转轴心平行并且沿长度方向具有厚度。因此，在环形研磨带30缠绕在触轮观时， 凸部^a的外周端面32与环形研磨带30接触，另一方面，凹槽^b与环形研磨带30为非 接触。在此，将凸部^a的圆周方向的宽度尺寸设为凸部宽度hl，将凹槽^b的圆周方向 的宽度尺寸设为凹槽宽度h2，随着凸部宽度hi变大，触轮观与环形研磨带30的接触面积 变大。通过改变上述凸部^a的凸部宽度hi和凹槽^b的凹槽宽度h2的比率，也可对硅 块12的研磨量和/或研磨后的硅块表面的表面粗糙度等产生影响，因此，基于实验等适当 地调整比率，根据要求的表面粗糙度，可以使用没有凸部、凹部的触轮(平面轮)。另外，驱 动轮26和触轮28与本发明的至少2个轮对应。
图4是放大通过将金刚石研磨布连接成无接头环形带状来构成的环形研磨带 30(相当于本发明的金刚石研磨布)的表面的局部放大图。如图4所示，在环形研磨带30 的与硅块表面接触的一侧(研磨侧)形成有由金刚石膏38形成的金刚石层44。金刚石膏 38通过例如丝网印刷等规则地涂布在后述的研磨层42上。另外，上述金刚石膏38在图4 中以菱形状或条纹形状隔着预定的间隔规则地涂布(涂敷，coating)，但金刚石膏38的涂 布形状(涂敷图案)可配合研磨特性适当变更。
图5是以图4的上述金刚石膏38为中心切断环形研磨带30且进行了放大的放大 剖视图。本实施例的环形研磨带30由基材40 (基材层40)、研磨层42和金刚石层44 (金刚 石膏38)的三层结构构成。基材40(基材层40)例如由具有可挠性(柔性)的聚酯布和棉 的混合物构成，在该基材40的单面形成有研磨层42。研磨层42例如通过下述方式形成，所述方式为在涂布了由聚酰亚胺和/或环氧树脂等的液状树脂形成的粘结剂46之后，涂布 含有磨粒、玻璃粒、矿物等的研磨材料48(骨材)并使其热固化。通过形成上述研磨层42， 可增加环形研磨带30的强度，牢固地保持涂布在其上的金刚石膏38。
构成金刚石层44的金刚石膏38通过丝网印刷等立体涂布在上述研磨层42之上 (图4)。金刚石膏38由混合有金刚石磨粒52的聚酰亚胺和/或环氧树脂等的液状树脂 50(粘结剂)形成，在涂布到研磨层42之后使其热固化，形成金刚石层44。另外，金刚石膏 38的厚度为150 μ m左右，合计了基材40 (基材层40)和研磨层42的厚度t2设为650 μ m 左右ο
在如上述那样构成的带研磨机10中，如图2所示，通过在向箭头所示的方向旋转 驱动驱动辊沈而使环形研磨带30旋转了的状态下，由搬运带使硅块12向箭头所示方向移 动，从而研磨硅块12的表面。另外，在上述带研磨机10中，以相对研磨面平行方向的旋转 轴进行研磨，因此，环形研磨带30的向研磨面的接触面积变小，加工效率变高。另外，在带 研磨机10中，研磨负载由驱动驱动轮沈的未图示的驱动电动机的驱动电流来设定，将触轮 28的硬度和/或凸部28a和凹槽^b的比设定为最优，由此，也可使环形研磨带30具有最 优的弹性。例如，若降低触轮观的硬度，则环形研磨带30的弹性变高，变为接近金刚石刷 的性质。在这样的情况下，可实现弹性研磨，减轻在研磨中进入的微小的裂纹。另一方面， 若提高触轮观的硬度，则刚性变高，成为接近金刚石砂轮的性质。在这样的情况下，还可增 加研磨量。根据上述，通过基于要求的研磨量和/或表面粗糙度等将触轮观设定为最优， 可实现与要求相匹配的最优的研磨。
以下，对用如上述那样构成的带研磨机10将硅块12研磨掉与预先设定的目标磨 削量相应的量时的研磨结果进行说明。
首先，对将目标磨削量设为ΙΟΟμπι的情况进行说明。另外，在本研磨中，使用没有 预先进行以硅块12的尺寸确定为目的的由金刚石砂轮进行的研磨的硅块12。S卩，实施仅 由带研磨机10进行的研磨。在此，带研磨机10的环形研磨带30使用宽度尺寸为170mm、 周长为2100mm的环形研磨带，且以带速为1500m/min使其旋转。另外，将驱动驱动轮沈的 未图示的驱动电动机的驱动电流(研磨负载)设为4A。此外，带研磨机10的触轮观的橡 胶硬度设为70度，将触轮观的凸部宽度hi和凹槽宽度h2的比设为1 1。另一方面，作 为被研磨材料的硅块12使用截面尺寸(长宽尺寸)都为156mm且全长为400mm的硅块，以 2. Om/min的输送速度使该硅块12通过环形研磨带30。另外，由于目标磨削量为100 μ m,比 较大，因此，最初通过使用金刚石磨粒的粒度比较粗的#400号的环形研磨带30进行2次研 磨，确保磨削量，再通过使用粒度细的#800号和#2000号的环形研磨带30各1次，作为精 研磨。
表1中示出了在上述条件下实施了研磨加工时的由各研磨带产生的磨削量 S ( μ m)、表面粗糙度Ra ( μ m)、研磨所需要的研磨时间T (分钟)。在表1中，首先，通过实施 两次在最初由金刚石磨粒的粒度粗的#400号进行的研磨，得到大的磨削量。再用#800号 实施研磨，磨削量变小，作为其反面，硅块的表面粗糙度Ra(表面粗糙度)提高。再用#2000 号实施精研磨，得到表面粗糙度Ra为0. 042 μ m的如同以往方法的表面粗糙度(以往方法 的表面粗糙度Ra 0. 05 μ m)。另外，通过上述4次的研磨得到的磨削量为109. 5 μ m，超过目 标磨削量，该研磨所需要的研磨时间T合计为3. 2分钟(0.8分钟X4)。另一方面，在以往方法中，为了使表面粗糙度Ra大致相等要耗费20分钟左右，因此，本实施例的研磨时间与 以往的方法相比缩短为1/6以下，大幅度缩短研磨时间。另外，以往方法的研磨时间OO分 钟)相当于与实际的研磨同样，实施以尺寸确定为目的的由金刚石砂轮进行的研磨、其后 实施由粒度为#500号和#1000号的金刚石刷进行的研磨得到100 μ m的磨削量(表面粗糙 度0. 05 μ m)所需要的时间。
[表 1]
S^、#400#400#800#2000总计以往方法3标磨 削量 100 μ m磨削量(μιη)41.241.022.54.8109.5100表面粗糙度 Ra( μ m)0.4350.4300.1550.0420.0420.05研磨时间 T (分钟)0.80.80.80.83.220
接着，对将目标磨削量(目标研磨量)设为20 μ m的情况进行说明。另外，在本研 磨加工中，使用预先用金刚石砂轮研磨了硅块12的硅块。在本研磨加工中，目标磨削量为 20 μ m,比上述的目标磨削量(100 μ m)小，且预先用金刚石砂轮对表面进行了研磨，因此， 使用金刚石磨粒的粒度为#600号和#2000号的环形研磨带30实施了 2次研磨加工。另外， 就带尺寸和/或硅块尺寸等的各研磨条件而言，与上述的研磨加工相同，因此省略其说明。
表2中示出了在上述条件下实施了研磨加工时的由各研磨带产生的磨削量 S(Um)、表面粗糙度Ra ( μ m)、研磨时间T (分钟)。如表2所示，使用粒度为#600号的研磨 带30实施研磨，得到磨削量为25. 5 μ m的超过目标磨削量QO μ m)的磨削量。接着，通过使 用金刚石磨粒的粒度为#2000号的研磨带30实施精研磨，得到表面粗糙度Ra为0. 045 μ m 的相对于以往方法(0.05μπι)大致没有变化的表面粗糙度。另外，上述2次的研磨所需要 的研磨时间T为1.6分钟((0.8分钟X2)，缩短为采用以往方法的研磨所需要的时间(15 分钟)的大约1/10左右，大幅度缩短了研磨时间。另外，以往方法的研磨时间(15分钟) 相当于在使用粒度为#500号的金刚石刷和#1000号的金刚石刷进行了研磨的情况下得到 20 μ m的磨削量(表面粗糙度0. 05 μ m)所需要的时间。
[表 2]
--——^#600#2000总计以往方法目标磨削量 20 μ m磨削量(μιη)25.55.130.620表面粗糙度Ra( μ m )0.2910.0450.0450.05研磨时间rT (分钟)0.80.81.615
表3中示出的由研磨加工产生的结果，示出了 用金刚石磨粒的粒度为#600号的环形研磨带30研磨了硅块12时得到的加工余量(取>9代)(μ m)和表面粗糙度(Ra、Rz)、 和其后用金刚石磨粒的粒度为#2000号的环形研磨带30研磨了硅块12时得到的加工余量 (μπι)和表面粗糙度(Ra、Rz)。在本研磨加工中，将环形研磨带30的带尺寸设为宽度尺寸 170mm、周长2100mm，将带速设为1500m/min。另外，将驱动驱动轮沈的未图示的驱动电动 机的驱动电流(研磨负载)设为4A，而且，将带研磨机10的触轮观的橡胶硬度设为40度， 触轮观的凸部宽度hi和凹槽宽度h2的比设为1 1。此外，硅块12设为截面尺寸(长宽 尺寸)分别为156mm且全长(总长)为400mm，将该硅块12的输送速度设为2. Om/min。
[表 3]
权利要求
1.一种硅晶片的制造方法，通过将硅锭分割成预定大小的硅块，并对该硅块表面进行 研磨之后切断成薄板状来制造硅晶片，该制造方法的特征在于，所述硅块表面的研磨使用金刚石研磨布作为研磨工具。
2.根据权利要求1所述的硅晶片的制造方法，其特征在于， 所述金刚石研磨布形成为环形带状；所述硅块表面的研磨使用使该金刚石研磨布以卷绕于1个轮的外周面或者跨绕于至 少2个以上的轮上的状态进行旋转的带研磨机。
3.根据权利要求2所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，所述轮的1个为对形成为所 述环形带状的所述金刚石研磨布赋予预定的弹性的由橡胶材料形成的触轮。
4.根据权利要求3所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，在所述触轮的外周面沿周 向交替地设置有凸部和凹槽。
全文摘要
本发明提供一种硅晶片的制造方法，其在由硅锭制造硅晶片时，可以改善成品率并可以防止生产效率的降低。在硅块表面的研磨中，通过使用环形研磨带(30)(金刚石研磨布)作为研磨工具，可以大幅度缩短硅块表面的研磨所需时间。另外，用环形研磨带(30)(金刚石研磨布)进行的研磨与用金刚石砂轮进行的研磨不同，可实现弹性研磨，因此，可以减轻研磨中进入硅块表面的微小的裂纹。
文档编号H01L31/18GK102034698SQ20101029364
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月26日 优先权日2009年9月30日
发明者冈孝幸, 园田朗, 若山隆史 申请人:株式会社诺利塔克涂覆磨料, 诺利塔克股份有限公司