｜太陽能矽晶圓放電切割加工研究

摘要：高油價時代來臨使太陽能電池成為最火紅的商品，太陽能電池市場八成的產品均使用矽晶圓再加上半導體製程製造。目前太陽能電池矽晶圓大多數是使用刀鋸或鋼線配合磨粒的方式進行切割，本文先介紹這類切割設備，再提出創新之製程方法－利用放電原理進行多晶矽晶圓材料之切削。在多晶矽放電切割研究中，首先分析多晶矽材料特性，區分P型與Ｎ型的不同，必須應用不同放電極性，才能正常進行放電加工，接著進行實驗探討不同放電條件對加工速度與加工溝槽寬的影響，最後，建構多道次多晶矽放電切割設備，進行同時六線多晶矽晶棒之放電切割。結果，在單線切割時之材料移除率可達324mm²/min以上；六線同時切割時之切割材料移除率可達243mm²/min×6線以上，整體移除率為1458mm²/min，該切割效率為單線切割的4.5倍。期許本研究能開啟國內產、學、研界之矽晶圓半導體材料放電切割的研究開發風氣，未來能建立全新的矽晶圓放電加工控制技術與設備。

關鍵詞：線切割放電加工、太陽能電池、多晶矽

Keywords：WEDM, Solar Cell, Polycrystalline Silicon

前言
高油價與環保議題使太陽能電池成為最熱門的研究題目與商品，加上京都議定書促使全世界一些主要國家以法規及補貼政策推廣太陽能電源。在現階段太陽能電池發展中，以包含結晶矽與非晶矽的矽半導體佔據了絕大多數的市場，其中80%～90%為結晶矽太陽能電池。太陽能矽晶圓材料因晶體結構差異分為單晶矽與多晶矽兩種。太陽能電池之上游製程如圖一所示，矽原料熔融後再以半導體拉晶方式（CZ-Polling）製作出的為單晶矽晶錠（Ingot），而矽原料熔融後以較低溫凝固成形的則為多晶矽晶錠（Ingot），單晶矽晶棒先經過去頭去尾程序後，多晶矽與單晶矽兩者都再經過切塊（Bricking）開方製程切割成類四方形棒狀之晶棒（Brick），再經多線切割製程切成片狀，此為矽晶片（Wafer），最後再經過清洗與矽晶圓片之表面檢測流程後，就完成太陽能電池上游製程之矽晶片製作。