在半導體行業和太陽能光伏行業中，硅棒的切割都是非常重要的一道工序，硅片質量的好壞直接關系到后續工序的制造和加工。在眾多影響硅片表面質量的問題中，線痕是最讓硅片切割企業頭疼的問題之一。半導體行業對硅片表面質量要求比較高，但是線痕并不是其大問題，因為相對而言，半導體行業的硅片較厚，切割過后的拋光研磨過程可以去除線痕；而太陽能光伏行業的硅片非常薄，并且整個行業原料相對緊缺，不可能把硅料浪費在研磨損失上，再者增加研磨工藝就要增加成本，因此研磨工藝在太陽能行業是不適用的。所以，了解線切割過程硅片線痕產生的原因，來減少線痕片的產生，是非常有必要的。

　　1、線痕分類
　　線痕按照形狀分為單一線痕、硬質點線痕和均勻線痕。單一線痕，有深有淺，若線痕較小還是可以接受為合格片。由于多晶硅鑄錠的原料和工藝原因，多晶錠內部多少都會有SIC和SI3N4雜質，切割完成后，就會形成形狀類似單一線痕。均勻線痕體現為整個或者部分硅片表面出現多條由深至淺狀似劃傷的線痕。對于多晶硅來說，三種情況都存在；對于單晶來說，線痕只有均勻線痕和單一線痕[1]。

　　2、單一線痕
　　造成單一線痕的原因有很多種因素，主要有：
　　（1）停機。切割機有時在某些警報下會自動停機，比如：砂漿流量過低，冷卻液異常，電氣柜溫度過高；有時也需要人為停機，比如：雷電天氣致供電電壓不穩，排線機構異常，突發緊急狀況。機器停止再重新啟動后，由于導論心震，鋼線不能完全按照原位置切割，就產生了線痕。
　　（2）斷線。斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，但是由于停機，硅片上也會產生線痕。產生斷線的原因主要有：①張力問題。a/.收放線端排線不均勻，造成“一側坑一側包”的狀況，鋼線運動到兩側時張力急劇跳動，造成斷線；張力臂由于長時間未清理，粘附砂漿過多，造成張力臂過重，調節靈敏度降低；b/.張力臂轉軸部分被砂漿堵塞，造成擺動不暢，都可以導致斷線；c/.鋼線生產時產生線頭穿錯，也稱為壓線，極易造成斷線；d/.張力檢測設備故障或由于長時間使用，張力檢測值形成偏差，從而形成斷線；e/.鋼線走線導輪磨損嚴重，造成鋼線劇烈波動，張力不穩，導致斷線。②鋼線本身質量問題。a/.鋼絲強度偏低；b/.鋼絲存在表面缺陷，當受力時這些表面缺陷處成為應力薄弱部位，易于斷裂。③切割工藝問題。a/.張力設定過大，鋼線運行速度過高，砂漿粘度過低，砂漿流量過低，新線供給過少，造成帶砂漿能力下降，鋼線磨損量過大，形成斷線；b/.工作臺進給速度過快，造成鋼線彎曲度過大，形成斷線。
　　由此可見，控制斷線問題首先要控制好張力，張力臂系統要定時清洗，保證其運行靈敏，導線輪要定期更換，張力檢測裝置要定期校正，校正完成后用手動張力計進行校對，保證其張力檢測無偏差；其次要購買品質好的鋼線，否則會大大增加斷線率；最后要使用成熟的切割工藝，其中砂漿配置是一個關鍵環節。碳化硅微粉在包裝、運輸、存放過程中擠壓結團，這就要求工人在配制沙漿倒料過程中要特別注意：倒料時應慢倒，控制在2.5～3min一袋，避免猛倒造成微粉沉底結塊攪拌不均，造成與實際配比不一致，影響切割。碳化硅微粉具有較強吸水性，在空氣中極容易受潮結團，應避免微粉裸露在空氣中時間過長。砂漿在配制過程出現了許多的人為因素，很多參數因人為而改變。如果改為自動投料，減少人為因素效果會更好。最好把碳化硅微粉在80～90℃烘箱里，烘8h以上，來優化碳化硅微粉的各項指標。一般來說，手動調配的砂漿需要攪拌6h以上，全自動霧狀投入磨粉的，只需攪拌1～2h即可使用。
　　（3）跳線。跳線的線痕一般集中在硅棒某一段，但也有全線網跳線的，造成硅棒各段都有線痕。導致線網跳線的原因主要有：a/.上次切割完的線網沒有清理干凈，或者硅片碎片、砂漿的雜質沒有過濾完全，進入線槽引起跳線；b/.張力設定過小，造成鋼線繃緊不夠引起跳線；c/.導輪使用時間過長，造成鋼線振動過大，引起跳線；d/.主輥線槽磨損嚴重，鋼線在相鄰線槽間移動，造成跳線。
　　由此可見，為了避免跳線，每次切割前要嚴格檢查線網和主輥狀況，保證其雜質都被清理干凈；鋼線張力要根據鋼線直徑和工作臺進給速度合理設定；定期檢查更換導輪，保證其導線槽磨損量在合適范圍內。
　　（4）粘膠問題。硅棒與玻璃板粘接時，由于抹膠過多或者刮膠不徹底，導致鋼線帶膠切割，造成鋼線攜帶砂漿能力下降，形成線痕。此類線痕一般在靠近粘膠面的倒角處。因此抹膠量要嚴格控制，可以用紙膠帶粘于倒角處，待硅棒與料板壓緊穩定后，再將膠帶撕下，這樣就可以防止膠水粘附在硅棒上。
　　（5）收線弓時產生線痕。在切入玻璃的時候，正在拉線弓，這個時候鋼線在兩種介質中切割，由于硬度和結構的不同（以金剛石硬度10為準，玻璃硬度為6，單晶硅硬度略遜于金剛石），導輪跳動過大，哪怕一瞬間，產生側移，就會產生線痕。因為玻璃是非晶體，在600℃左右就會變軟。鋼線切割到玻璃的時候在玻璃表面會產生大量的熱，軟化，黏附鋼線，砂漿就不易被帶入，降低了切割能力，這時也容易產生線痕。
　　（6）進刀口鋼線波動。由于剛開始切割，鋼線處在不穩定狀態，鋼線的波動產生進刀口線痕，進線點質硬，比如多晶的切割一般會有此問題，加墊層(導向條，如石墨，玻璃等)可以使鋼線容易切入，消除線擺，消除進刀口線痕。

　　3、硬質點線痕
　　單晶沒有硬質點，多晶在鑄錠過程中會形成硬質點，切割時會產生硬質點線痕，如圖1所示。 　　硬質點的成分為SiC和Si3N4，主要聚集在頂部10mm之內，一般情況下，硬質點線痕比其它線痕有較高的線弓。此線痕與硅片切割的工藝和輔料無關，主要取決于多晶鑄錠的原料和工藝。多晶鑄錠前須先對坩堝進行氮化硅涂層，若涂層黏結不牢則會在鑄錠過程中由于熱對流作用而進入硅液，產生硬點，而鑄錠多晶回用料處理不凈也會有此問題。多晶爐石墨熱場配件即為碳部件，鑄錠時碳進入硅料，如果某區域碳富集在一定溫度下反應則生成了碳化硅，當然也不能排除部分是由于硅原料的問題[2]。
　　減少多晶硬質點的解決方法：
　　（1）在裝料后執行嚴格的開爐程序以排除氧和水分，因為他們可以和石墨反應生成CO溶于硅熔體，使得碳含量增加。
　　（2）將石英坩堝和石墨托隔開或選取適當的氣流方式使CO不能到達熔硅表面，減少晶體生長過程中的碳污染。
　　（3）盡量縮短硅錠生長周期，以抑制SiC的長大和聚集，他們在較細小、未聚集的情況下不會對硅片切割造成危害。
　　（4）熱場采用二氧化鉬涂料進行覆蓋。

　　4、均勻線痕
　　此類線痕的表現形式為硅片整片或部分區域的密集線痕（如圖2）。 　　造成此類線痕的原因主要有：
　　（1）沙漿黏度不夠、鋼線圓度不夠、線速過高、鋼線張力太大，導致鋼線帶砂漿能力降低。
　　（2）碳化硅微粉切割強度不夠或者圓度系數過高，導致砂漿切割能力下降。
　　（3）工藝參數不合理，砂漿流量過低。
　　由此可見，為了避免此類線痕產生，切割前要仔細檢查鋼線質量、碳化硅微粉硬度和圓度，切割時使用成熟的切割工藝，確保鋼線張力、線速、砂漿流量合理配置。此外，目前很多廠家為了節約成本使用回收砂漿，由于回收砂漿的碳化硅微粉硬度、圓度不穩定，導致重新配比后的砂漿中碳化硅微粉之間、微粉與懸浮液之間存在配合性問題[3]。這種使用回收砂造成的均勻線痕可以通過加大砂漿密度，降低工作臺速度，減少使用回收砂的比例和加大砂漿更換量在一定程度上得到控制。

　　5、結論
　　綜上所述，多線切割工藝非常復雜，硅片線痕產生的原因也是多種多樣，為了減少線痕片的產生，必須嚴格保證切割線和碳化硅微粉的質量，砂漿的配置和攪拌要嚴格按照配置工藝進行，保證其黏度、密度、切割力符合要求；粘膠時注意膠水使用量，避免膠水在硅棒倒角處殘留；切割前仔細檢查線網和主輥，保證沒有雜質附著；砂漿要充分過濾，濾凈其雜質；檢查張力系統和每個導線輪狀態，不過度使用導輪；使用成熟的切割工藝，使鋼線走線速度、工作臺速度、砂漿流量、鋼線張力合理配合。只有這樣才能避免或減少線痕片的產生，切出質量合格的硅片。

　　參考文獻：
　　[1]陳雪，汪釘崇.單多晶太陽能硅片線痕的起因和降低方法[C].第十屆中國太陽能光伏會議論文集.杭州：浙江大學出版社，2008：218-222.
　　[2]徐旭光，周國安.多線切割晶體表面質量研究[J].電子工業專用設備.2008(166)：20-22.
　　[3]李軒.太陽能電池板線切割常見線痕及漿料配置[EB/OL].Http://home.51.com/1464468707/diary/item/10039508.html，2008-11-25/2012-7-15.