[发明专利]硅锭切割用浆料及用该浆料的硅锭切割方法

说明书

技术领域

本发明涉及在切割硅锭时使用的浆料及使用该浆料的硅锭切割方法，用以制造例如太阳能电池用晶片。

背景技术

目前，在硅锭切割中，使用能够以较小的切割允许量一次切割多片晶片的多丝切割机。图1表示涉及太阳能电池用晶片制造的硅锭切割的基本的多丝切割机的装置构成。图中所示的金属丝切割机10中，1为硅锭，与工作台2粘接固定，通常较多地使用口径150mm见方、长度400mm左右的硅锭。

3为自金属丝输送机构4送出的金属丝，以0.3～0.4mm左右的间隙卷绕在两根金属丝导辊5之间，利用金属丝卷取机构6卷取。金属丝3通常用直径0.16mm的钢琴线。利用同步控制的电动机(未图示)驱动送出机构4和两根金属丝导辊5和卷取机构6，并且控制张力辊7的位置，将规定的张力持续施加于金属丝3且以600m/min左右的速度输送。另外，将浆料自浆料搅拌、供给罐8通过浆料涂敷头9涂敷于金属丝3。在该状态下，将与工作台2粘接固定的锭2向下方输送。

使用该金属丝切割机10的硅锭1的切割通过如下方式进行，将含有磨粒的切削用浆料导入行进中的金属丝3和锭1之间，通过金属丝3将磨粒向锭1挤压，并且使其滚动，在锭1表层产生微小裂纹并作为硅的细粉末切去。在这种硅锭1的切割中，为了提高晶片成品率、降低晶片的材料成本，要求缩小切割允许量及切薄晶片。

图2是使用上述多丝切割机10的硅锭2的切割部放大图，又是表示硅锭1切割中的各参数之间关系的图。图3是表示施加在硅锭1的切割槽中的金属丝上的力的示意图。在图2、图3中，作为表示硅锭1 的输送速度V、金属丝3的输送速度U、切割阻力P、与切割方向成直角的方向上的金属丝3的位移δ_X、切割方向上的金属丝3的位移δ_Y、金属丝3的张力T的关系的试验式，通常公知有下面的试验式。

P∝V/U    (1)

δ_X∝P/T    (2)

δ_Y∝P/T    (3)

通过金属丝3将含有磨粒11的浆料导入被切割的界面后，金属丝3挠曲而产生位移δ_Y且产生切割阻力P。切割阻力P慢慢增加，但当达到规定值后，将会稳定。在上述切割界面上，磨粒11的分散不均匀，与切割阻力P成比例的力作用于与切割方向成直角的方向而产生金属线3的位移δ_X。

当δ_X的值变大时，切割硅锭1而获得的晶片的挠度、厚度不均、微小的凹凸产生，导致晶片的质量下降。由式(2)可知，为了减小δ _X，可以考虑降低切割阻力P。

由式(1)可知，只要减小硅锭1的输送速度V或增大金属丝3的输送速度U即可，但是，当使锭1的输送速度V降低时，切割时间变长，生产效率下降。当使金属丝的行进速度U增加时，昂贵的金属丝的使用量增加，切割中的运转成本增加。另一方面，要减小切割允许量，就需要减小金属丝3的直径，但是，那样的话，由于金属丝3的抗断强度降低，需要减小施加于金属丝3的张力T。当减小张力T时，由式(2)可知，金属丝3的位移δ_X变大，如上所述，晶片的质量下降。

另外，在切割后的晶片表层部残存有微小裂纹。在对晶片实施加工而制造太阳能电池元件时，需要事先通过蚀刻除去该损伤层，对锭切割后，晶片厚度进一步减小。晶片厚度越薄，晶片的运输、加工工序中晶片损坏率越增加。在现有技术中，该损伤层的深度有10μm左右，妨碍晶片切薄。

作为解决这种问题的装置，正在进行利用包含碱水溶液和磨粒的浆料的金属丝切割机的基础性研究。报告有在硅锭切割时，当加工液 具有化学性的熔蚀作用时，使金属丝移动时的阻力(以下称拉拔阻力)减小，锭表层的裂纹深度也减小。(例如，参照技术文献1)

图4表示对上述浆料具有化学作用时的效果进行说明的概念图。图中，A1为使用中性浆料时的状态，A2为表示此时的时间和金属丝3的拉拔阻力F之间关系的图。B1为使用碱性浆料时的状态，B2为表示此时的时间和金属丝3的拉拔阻力F之间关系的图。浆料中的磨粒11通过金属丝3向锭1挤压，并且使其滚动，锭1的表面连续不断产生的裂纹12连接且在达到锭1表面的部分产生硅细粉末，通过滚动的磨粒或流动的浆料液体自切割槽排出。所谓细粉末产生就是裂纹消失的意思。研究表明：将浆料碱性化后，如将A2和B2进行比较所示，从裂纹产生到消失的周期变短，在切割界面不需要大的去除力(拉拔阻力F)时，就能在锭1的表面上生成细粉末并排出。