Ulf Willén馬爾文儀器全球銷售經(jīng)理 (激光衍射和成像)

　　太陽能發(fā)電網(wǎng)訊：在光伏、半導(dǎo)體和微電子行業(yè)的太陽能電池生產(chǎn)中，用于將硅塊切割成晶片的主要技術(shù)就是多線鋸切割技術(shù)。這種工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)量高，并且能夠獲得極佳的表面質(zhì)量。近年來，為了進(jìn)一步提高效率，減少浪費(fèi)，該行業(yè)已經(jīng)逐漸開始向循環(huán)利用磨料漿的方向發(fā)展。這也意味著對于加工過程中漿料質(zhì)量監(jiān)控提出了更高的要求。

　　硅晶片切割

　　硅塊被單根線構(gòu)成的鋼絲鋸切割成晶片，線的直徑一般為80-200μm，通過一個(gè)鋼絲張力系統(tǒng)從卷線筒中拉出，然后卷繞在導(dǎo)輥上，以形成線網(wǎng)(如圖1所示)，最后線被收線筒收起。當(dāng)線從一側(cè)被卷繞到另一側(cè)時(shí)，鋼絲線穿過鋸槽，此時(shí)在鋸槽中供給的磨料漿附著在線上，以進(jìn)行切磨過程，最終硅工件被推向鋼絲網(wǎng)，一次即可被切割成數(shù)千塊晶片。

　　磨料漿是碳化硅等硬質(zhì)研磨顆粒的乙二醇或油懸浮液。磨料通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制程序制造而成，具有符合加工需求的精度水平。在傳統(tǒng)工藝中，切割完成后，當(dāng)出現(xiàn)很高比例的細(xì)硅粉顆粒和破碎的磨料顆粒時(shí)，磨料漿成為廢漿并被丟棄。同時(shí)切割過程中產(chǎn)生的熱和化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚。這兩個(gè)因素都會降低生產(chǎn)工藝的效率和晶片的質(zhì)量。

　　為了能夠降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減少工業(yè)廢物的排放，該行業(yè)最近開始推廣磨料漿的回收技術(shù)。該技術(shù)是通過離心機(jī)從液體中分離出固體材料，然后將可重復(fù)使用的磨料從細(xì)粒物料中分離，再重新導(dǎo)入液體中制成磨料漿。

　　監(jiān)測回收過程

　　通過使用流動顆粒圖像分析技術(shù)(使用馬爾文儀器的Sysmex FPIA-3000系統(tǒng))監(jiān)測在切割過程中磨料漿中固體顆粒的變化過程，包括顆粒大小、形態(tài)以及分布等信息，以決定何時(shí)進(jìn)行回收工藝。懸浮樣品經(jīng)過樣品池，系統(tǒng)會自動選取顆粒并對焦，通過高分辨率的CCD相機(jī)進(jìn)行自動拍攝存儲，可拍攝高達(dá) 360,000個(gè)顆粒的圖像。采用標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序(SOP)更可講分析時(shí)間縮短到大約兩分鐘的時(shí)間。同時(shí)該儀器還能夠提供粒度、形狀以及顆粒數(shù)量方面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這樣就能夠?qū)δチ蠞{中不需要的微細(xì)成分進(jìn)行定量監(jiān)測，例如磨損的磨粒和廢硅粉顆粒。此外，通過標(biāo)示有顆粒粒度與形狀的散點(diǎn)圖，客戶能夠輕易區(qū)分顆粒和團(tuán)聚物。

　　鋼絲鋸加工前后的分析

　　圖2顯示了對磨料漿用于鋼絲鋸工藝之前和之后的分析結(jié)果。通過當(dāng)量圓直徑大小的數(shù)量分布我們可以看出，與實(shí)施鋼絲鋸工藝之前相比，鋼絲鋸工藝后磨料漿樣品中細(xì)顆粒物料的比例有較大的增加(以綠色圈出顯示)。而通過當(dāng)量圓直徑與圓度的散點(diǎn)圖則可以發(fā)現(xiàn)鋼絲鋸工藝后存在團(tuán)聚物顆粒(以藍(lán)色圈出顯示)，而這些團(tuán)聚物在鋼絲鋸工藝之前則并不存在。同時(shí)散點(diǎn)圖上的區(qū)域可根據(jù)需要在SOP中自由定義，從而能夠?qū)Σ恍枰�的顆粒和可用磨粒(以紅色圈出顯示)的比例進(jìn)行量化和比較。此外，分析系統(tǒng)還能夠保留所分析的每個(gè)顆粒的圖像。

　　結(jié)論

　　本文中的分析表明，Sysmex FPIA-3000系統(tǒng)可用于監(jiān)測在硅塊切割成晶片的加工過程中磨料漿的整個(gè)變化過程。通過定量分析，可對磨料漿中的固體顆粒進(jìn)行監(jiān)測，從而可以決定何時(shí)進(jìn)行回收循環(huán)工藝。同時(shí)圖像分析系統(tǒng)可用于監(jiān)測回收過程，以確保成功去除不需要的顆粒。

圖1：鋼絲鋸示意圖

　　圖2：鋼絲鋸工藝中磨料漿使用前后的分析結(jié)果以及顆粒圖像示例