晶硅光伏 - 金刚线锯切割后的硅片检测

金刚线切割（DWS）是半导体晶锭切片的成熟工艺，相比砂浆切割等其他技术具备多项显著优势：包括切割速度更快、切割效率更高，可制备更薄的硅片且厚度均匀性更优，硅屑过滤流程更简便便于浆料回收（如需），且切割钢线可支持多刀重复使用。

金刚线切割以长度可达数百公里、固结金刚石磨料（金刚砂）的钢线作为切割介质。切割钢线以直径 80~120 μm 的不锈钢为母线，表面附着粒径 8~25 μm 的金刚石磨粒，通过电镀镍层或树脂层将磨粒固结在钢线表面。

金刚线切割后的原生硅片肉眼观察可能完好无损，但金刚线本身、以及钢线切割晶锭的走丝工艺（走丝速度、往复运动模式）会对切割后硅片的质量，以及后续研磨、磨削、刻蚀等工序产生显著影响。尤其对于光伏硅片，整片方形原生硅片的亚表面损伤程度可能存在极大差异，该差异需要在金刚线切割后的损伤刻蚀、制绒刻蚀工序中进行针对性调整。

采用 HR-SPS 系列设备开展的表面光电压（SPV）光谱测试，可直接获取切割后硅片的质量信息：可识别断线、走丝往复对应的质量异常区域，还可生成亚表面损伤深度的面扫描分布图。该测试为非接触式、检测速度快，可集成至产线用于切割后硅片的质控环节。以下为 156 × 156 mm² 准方形金刚线切割光伏硅片（N 型单晶，电阻率 1~3 Ω・cm）的测试示例。

图 1 为 N 型光伏硅片分别在三种不同光子能量激发下的 SPV 信号幅值面扫描图 —— 三种光子在硅片中的穿透深度分别约为 0.1、10、100 μm。同时给出了整片硅片的弛豫时间常数分布图，弛豫时间常数定义为关闭激发光后，SPV 瞬态信号的对数衰减时间。从 SPV 面扫描图（左侧）可清晰观察到，整片硅片的亚表面损伤程度存在明显差异：硅片上部的亚表面损伤重于下部，边缘区域的损伤程度也高于中心，该规律符合切割过程中晶锭边缘区域钢线受力更大的工艺特性。从弛豫时间分布图（右侧）可观察到，硅片中心偏下区域存在明显的异常带，该区域弛豫时间低于预期值约 10%，大概率对应走丝往复工艺的起始位置。SPV 面扫描图与弛豫时间分布图可互为补充，共同构成切割后光伏硅片质量状态的完整指纹特征。