用于分离硅晶片的方法和设备

摘要

本发明涉及一种用于从硅晶片(12)的竖直堆(10)中分离硅晶片(12a)的方法。该方法的特征在于它包括将可移动传输设备(2)附接到堆(10)中的硅晶片(12a)的表面，以及硅晶片(12a)平行(A)于该硅晶片(12a)表面的水平移动，直到硅晶片(12a)从堆(10)分离。本发明还包括一种用于实施该方法的设备。

权利要求

1.一种用于从硅晶片的水平堆分离硅晶片的方法，其中所述硅晶片的堆叠方向是水平的，并且所述硅晶片的表面位于基本竖直的平面中，其特征在于所述方法包括如下步骤：

a)将可移动传输设备(2)附接到所述堆(10)中的最外硅晶片(12a)的表面，b)在基本竖直的平面中移动所述硅晶片(12a)，直到所述硅晶片(12a)从所述堆(10)分离。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于所述方法包括沿基本竖直的路径、基本水平的路径、倾斜路径或弯曲路径向上的移动。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于所述方法包括将液体或流体喷射到所述硅晶片(12a)上以便将所述硅晶片(12a)分离，从而抵消在附接到所述传输设备的所述硅晶片(12a)与相邻硅晶片之间的结合力。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于所述方法包括通过阻挡设备(4)来防止所述堆中的一个或多个相邻硅晶片的同时移动。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于所述方法具有在步骤b)之后的如下步骤：c1)将所述晶片从所述传输设备移除。

6.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于所述方法包括在步骤b)之后的如下步骤：c2)将所述堆(10)朝着所述传输设备(2)移动与所述硅晶片(12a)的厚度相对应的距离；d)步骤a)-b)的重复，用于从所述堆分离下一硅晶片。

7.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于完全或部分地浸没在液体填充容器(5)中来实施所述方法。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于所述液体是水或具有用于降低粘度和/或表面张力的添加剂的水，从而便于将所述硅晶片从所述堆分离。

9.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于所述液体具有在10-70℃之间的温度。

10.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于所述液体具有在30-60℃之间的温度。

11.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于所述液体具有50℃的温度。

12.一种用于从硅晶片(12)的水平堆(10)分离硅晶片(12a)的设备(1)，其中所述硅晶片的堆叠方向是水平的，并且所述硅晶片的表面位于基本竖直的平面中，其特征在于所述设备(1)包括用于附接到所述堆(10)中的最外硅晶片(12a)的表面的可移动传输设备(2)，其中所述可移动传输设备(2)布置为用于在基本竖直的平面中移动所述硅晶片(12a)，直到所述硅晶片(12a)从所述堆(10)分离。

13.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括用于基本沿竖直、水平、倾斜或弯曲路径在所述竖直平面中移动所述最外晶片的器械。

14.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括一个或多个喷嘴(3)，所述一个或多个喷嘴(3)用于将液体或流体喷射到所述硅晶片(12a)上，以便将所述硅晶片(12a)分离，从而抵消在附接到所述传输设备的所述硅晶片(12a)与相邻硅晶片之间的结合力。

15.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括阻挡设备(4)，所述阻挡设备(4)用于防止所述堆(10)中的一个或多个下层硅晶片的同时移动。

16.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括用于将所述晶片从所述传输设备移除的设备。

17.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括用于将所述堆(10)朝着所述传输设备(2)移动与所述硅晶片(12a)的厚度相对应的距离的装置，从而允许通过所述传输设备(2)将下一硅晶片从所述堆分离。

18.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于所述设备包括液体填充容器(5)，所述堆(10)完全或部分地浸没在所述液体填充容器(5)中。

19.根据权利要求18所述的设备，

其特征在于所述液体是水或具有用于降低粘度和/或表面张力的添加剂的水，从而便于将所述硅晶片从所述堆分离。

20.根据权利要求18-19中的任一项所述的设备，其特征在于所述液体具有在10-70℃之间的温度。

21.根据权利要求18-19中的任一项所述的设备，其特征在于所述液体具有在30-60℃之间的温度。

22.根据权利要求18-19中的任一项所述的设备，其特征在于所述液体具有50℃的温度。

说明书

用于分离硅晶片的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于从硅晶片的水平堆分离硅晶片的方法和设备。在本申请中，术语水平堆指这样的堆，即在该堆中，晶片的堆叠方向是水平的，即晶片的表面位于基本竖直的平面中。

背景技术

[0002] 在用于太阳能电池中的硅晶片的生产中，将硅锭切成薄晶片。通常，将这些锭以平行的方式并在液体冷却的锯切过程中锯成晶片，作为此过程和后续过程的结果，产品由一堆潮湿的、薄硅晶片组成。在随后的过程中，将对每个单个晶片进行单独处理。

[0003] 目前每个单个晶片从堆的分离作为手动操作来执行，操作员从堆中提起/拉起最外面的晶片并将它们放在盒中或依次放在装配线上，以用于传输到下一加工阶段。

[0004] 此过程不是无问题的过程。晶片通过力保持在一起，该力由晶片之间的介质中的粘附、粘合和粘性性质以及晶片表面中的粗糙度决定。此外，分离是劳动密集型操作，同时对分离操作所能执行的速度有限制。手动操作导致在该操作期间大比例的晶片被损坏。在太阳能电池工业中，需要减小晶片的厚度，100μm-200μm，由此对于非常精细处理的需求变得更加重要。

[0005] 在公布WO 2004/051735中，公开了一种用于从竖直堆中分离硅晶片的设备。晶片摆放在水平面中并在此平面中移动。此处采用传输设备，该传输设备将竖直堆中的顶部硅晶片离开该堆提起，同时将流体吹入该顶部硅晶片与第二顶部硅晶片之间以便帮助它们彼此分离。此技术的缺点在于在硅晶片的分离操作期间，仍具有大的损坏风险。该传输设备包括用于附接到晶片的装置，所述装置在晶片中的单点上施加压力。此压力与从侧面吹动的流体一起用于克服晶片之间的毛细力。因此，该压力可导致晶片的变形，在最坏的情况下导致它被破坏。该公布显示了如何通过传输设备解决此问题，该传输设备还包括阻止晶片并避免其折叠的部件。

[0006] DE 102005016518公开了一种用于将晶片从承载系统分开并用于水平堆的单一化的器械。如此处所述的，该承载系统是(通常由玻璃制成的)板，其用于在锯切过程期间(用胶)固定硅。此玻璃板和胶必须在以后移除以便执行单一化。该公布描述了一种凿子，该凿子用于打入最外晶片之下的玻璃板中，导致它与胶和玻璃残余物一起松动。然而，所发生的将是它立即粘到相邻晶片，导致实现单一化的失败。

[0007] 上述公布涉及用于电子工业的晶片处理。特别是由于这些晶片相对厚(300-400μm)的事实，它们具有更好的机械特性并且能够承受相对大的机械载荷。另一方面，太阳能电池晶片非常脆和弱并需要精细的处理。特别地，本发明预期能够执行这些晶片的单一化。然而，对于具有与太阳能电池晶片的厚度不同的厚度(例如，200-400μm)的晶片的单一化，也能采用本发明。

[0008] 本发明的目的是提供一种用于改进硅晶片的分离，即用于更有效地分离硅晶片的方法和设备，并且在该方法和设备中，损坏硅晶片的比例得以降低或等于零。

发明内容

[0009] 本发明包括一种用于从硅晶片的水平堆分离硅晶片的方法。该方法的特征在于它包括如下步骤：a)将可移动传输设备附接到该堆中最外硅晶片的表面，以及b)在基本竖直的平面中移动硅晶片，直到该硅晶片从堆中分离。

[0010] 通过根据本发明的方法和设备分离的硅晶片是例如用于生产太阳能电池的晶片。此晶片薄(100μm-200μm)，并且其处理特别关键。

[0011] 术语“堆”指在锯切和溶解粘合层之后或在以另一方式移除粘合层之后获得的产品。将堆中的晶片保持在一起的力是粘附力、粘合力、粘性力和机械力的组合(粘附力和粘合力构成了所谓的毛细力)。

[0012] 在本发明的图示实施例中，晶片在竖直平面中的移动将基本向上，即沿与重力相反的方向发生，从而实现晶片的可控移动。

[0013] 在竖直平面中能限定若干个方向，从而能限定本发明的若干个变体，例如晶片沿水平、竖直或弯曲路径在竖直平面中移动。

[0014] 语句“在基本竖直的平面中”指不包括倾斜移动的移动(诸如当将一端处仍附接到锭的晶片从该锭中分离时所发生的移动)。倾斜移动将引起晶片中的内部机械应力，所述机械应力可导致晶片的破坏。本发明提供晶片的竖直移动，直到将晶片从堆分离为止，即直到晶片的表面不再彼此相对地定位为止。

[0015] 因而作为步骤b)的一部分，根据本发明的方法例如可包括基本沿竖直(此实施例将在附图中示出)、水平、倾斜或弯曲路径的向上移动。上述实施例将在附图中示出。在该方法的变体中，通过轮来提供弯曲路径，晶片附接到该轮，由此沿圆形路径的弯曲部执行该移动。在大轮的情况下，移动路径将接近水平。

[0016] 在一实施例中，根据本发明的方法实施为完全或部分地浸没在液体填充容器中。

[0017] 在一实施例中，该方法包括将液体或流体喷射到硅晶片上。此步骤具有若干个具有不同功能的变体。在一个变体中，以竖直向下定向的射流来喷射液体。这样做的目的是在前面的晶片从堆中移离的同时，阻止从前面起的第二个晶片。在另一变体中，液体喷射用于分离前面的晶片，使得它们仍以在200与2000微米之间的间距位于稳定的位置中。此后一变体有助于使分离较少地受到晶片的厚度变化的影响。而且，在前面的晶片之间提供间距允许水流到整个晶片表面上，并且通过水和/或适于该目的的化学制品来清洗晶片的表面。液体喷射的另一功能是除去水中的任何气泡，从而减小晶片之间的毛细力。在此情形中，晶片之间的间距将如此之大，以至于可以忽略粘性反力。

[0018] 在另一实施例中，该方法包括通过阻挡设备防止堆中的一个或多个剩余晶片的同时移动。

[0019] 在一实施例中，该方法在步骤b)之后包括如下步骤：c1)将晶片从传输设备移除。这可通过晶片或传输设备沿与晶片(和传输设备)的平面垂直的方向的移动，例如通过从传输设备吹到晶片上的空气或通过从传输设备流到晶片的流体来执行。该移除也可通过传输设备与晶片之间沿晶片平面的相对移动或通过其组合来实现。

[0020] 在另一实施例中，该方法在步骤b)之后包括如下步骤：c2)将堆朝着传输设备移动与硅晶片的厚度相对应的距离，以及d)步骤a)-b)的重复，用于将下一硅晶片从堆分离。

[0021] 步骤c1)和c2)可同时或连续进行，这里从c1)或从c2)开始都是可能的。

[0022] 液体可以例如是水、去离子水或具有用于降低粘度和/或表面张力的添加剂的水，从而便于将硅晶片从堆分离。液体可以被调节，即它可具有在10-70℃之间、优选在30-60℃之间并且更优选50℃的温度。市场上具有很多用于减小水中的毛细力和粘度的物质。热水既减小表面张力又降低粘度。

[0023] 本发明还包括一种用于从硅晶片的水平堆分离硅晶片的设备。该设备的特征在于它包括用于附接到该堆中最外硅晶片的表面的可移动传输设备，其中该可移动传输设备布置为在基本竖直的平面中移动硅晶片，直到该硅晶片从堆分离。

[0024] 在一实施例中，该设备包括用于基本沿竖直、水平、倾斜或弯曲路径在竖直平面中移动最外晶片的器械。上述可选方案的示例包括轮，最外晶片附接到该轮。

[0025] 在另一实施例中，该设备包括液体填充容器，该堆完全或部分地浸没在该液体填充容器中。

[0026] 在一实施例中，该设备包括一个或多个喷嘴，该一个或多个喷嘴用于将液体或流体喷射到硅晶片上，以便抵消附接到传输设备的硅晶片与相邻硅晶片之间的结合力。

[0027] 在另一实施例中，该设备包括阻挡设备，该阻挡设备用于防止堆中的一个或多个下层硅晶片的同时移动。

[0028] 在另一实施例中，该设备包括用于从传输设备移除晶片的装置。

[0029] 在另一实施例中，该设备包括用于将堆朝着传输设备移动与硅晶片的厚度相对应的距离的装置，从而允许通过传输设备从该堆中分离下一硅晶片。

[0030] 尽管已结合不同的实施例及其变体对本发明的单个特征进行了描述，但是对本领域中的技术人员将明显的是这些单个特征的组合也落在权利要求的范围内。

附图说明

[0031] 现在将参照附图对本发明进行详细描述，这些附图示意性示出了本发明的实施例。

[0032] 图1是本发明第一实施例的视图。

[0033] 图2是从前方观看的本发明第二实施例的视图。

[0034] 图3是本发明第二实施例中的轮的细节。

[0035] 图4是从上方观看的本发明第二实施例的视图。

[0036] 图5是从下方观看的第二实施例的一部分的视图。

具体实施方式

[0037] 图1示出了根据本发明的用于从水平堆10中分离硅晶片的设备1，在水平堆10处，多个硅晶片12以竖直位置布置在液体填充容器5中。竖直位置的意思是堆中的每个晶片竖直地摆放，而实际的堆是水平的。

[0038] 设备1包括传输设备2，在本发明的此实施例中，该传输设备2具有一个或多个吸引设备110，所述吸引设备110能够与用于朝着最外晶片水平和竖直移动传输设备2的装置(未示出)一起附着到最外硅晶片12的表面，随后在基本竖直的平面中并沿竖直方向(箭头A)将硅晶片12从堆10推向传送带14，然后在传送带14处，将硅晶片12放下并从吸引设备释放。所述用于移动传输设备2的装置(未示出)包括水平和竖直伺服控制的拾取和输送单元。在本发明的一实施例中，传输设备2包括置于晶片的角和中间的五个吸引设备110。水平移动包括朝着最外晶片12的移动。竖直移动包括将吸引设备110与晶片相对地放置，然后平行于晶片的表面移动。可替代地，堆可逐步地水平移动，而吸引设备能返回到固定点。

[0039] 吸引设备110布置为在整个的晶片表面上施加推力，此推力对于晶片的所有部分近似相等。这能通过选择恰当的吸引设备的数量和位置来控制，由于整个的晶片表面都能用来放置吸引设备，所以这易于执行。在借助吸引设备的整个分离操作期间，晶片的位置从而在控制之下。在本发明的实施例中，堆浸没在水中，采用液力(基于水的)吸引设备。在此情形中，几乎没有毛细力产生，从而避免了阻挡设备的使用。

[0040] 设备1可进一步包括用于将液体或流体喷射到堆10上的一个或多个喷嘴3。液体优选是水，或可替代地是具有添加剂的水，用于降低粘度和/或表面张力并从而降低上述的将硅晶片12结合在一起的力。水喷嘴3设计为发出平直的射流。在其它实施例中，喷嘴3集成到阻挡设备4中。在本发明的一实施例中，喷嘴的数量是两个，而其它实施例可具有多达六个喷嘴。

[0041] 在另一实施例中，设备1包括阻挡设备4，阻挡设备4的功能是防止堆中的一个或多个相邻硅晶片的同时移动。阻挡设备4通常是直板，其宽度可为2-10mm。

[0042] 喷嘴3和阻挡设备4都可以沿堆10移动。喷嘴3还可旋转，因而在分离过程期间允许改变喷射到堆10上的液体的喷射角。

[0043] 现在将对设备1的功能进行更详细地描述。将标记12a用于在堆10一端处的最外硅晶片。因此硅晶片12a是必须从堆10中分离的硅晶片。

[0044] 堆10水平放在设备1中。该堆优选浸没在水中。在传输设备2已置于晶片12a前面的恰当位置之后，吸引设备110附接到硅晶片12a的表面。

[0045] 附接到硅晶片12a的传输设备2通过本发明的设备竖直离开堆10地移动并例如经由传送带14移动到下一操作。

[0046] 例如通过增加吸引设备中的气压或液压将晶片输送到传送带。

[0047] 如已提及的，竖直移动导致硅晶片12a的处理是非常精细和可控的。硅晶片12a在此操作期间破坏的风险由此明显减小。

[0048] 在本发明的一实施例(未示出)中，将喷嘴3省去。在此情形中，晶片的分离基本通过推进运动来完成。

[0049] 如较早提及的，在本发明的一些实施例中，在上面的移动操作期间，将阻挡设备4紧邻堆10设置，这里该阻挡设备防止堆中的一个或多个相邻硅晶片的同时移动，从而确保在移动操作期间，仅移动一个硅晶片12a。

[0050] 为了允许堆10中的下一硅晶片分离，或者通过上述的传输设备使堆10朝着传输设备2、喷嘴3和阻挡设备4移动，或者可替代地使传输设备2、喷嘴3和阻挡设备4朝着下一硅晶片移动。由此重复上述的分离过程。

[0051] 图2是从前面观看的本发明第二实施例的视图。在本发明的这个方案中，传输设备布置为沿弯曲路径移动堆10中的前晶片12a。该设备包括例如由铝制成并具有用于晶片12的暂时附接的轮20。轮20还包括用于接收杆51和52(见图5)的凹槽21。轮20部分地浸没在液体填充容器5中的水中。

[0052] 图3示出了轮20中的附接区22以及所述杆定位在其处的凹槽的细节。所述区域包括开口31和凹槽30，凹槽30的目的是将吸引力分布在开口30上。开口31在从堆中拾取晶片期间施加吸引力，而在从轮处移除晶片期间施加推力。在本发明的此实施例中，轮20的表面基本是平坦和光滑的，由此即使吸引力停止，毛细力也足以将晶片保持在轮上。

[0053] 图4示出了从上方观看的本发明的第二实施例。在此实施例中，能看到轮20具有基本竖直的位置。该设备包括机构40，该机构40用于朝着轮20移动堆10，从而确保前晶片12a与轮20之间的最小距离。该机构包括容器，该容器容纳用于支承堆10的两个杆51和52(在图5中示出)。所述杆布置为在不与轮物理接触的情况下插入凹槽中。从而即使当晶片与轮20形成接触时，也从下方保持晶片处于适当的位置。

[0054] 该设备进一步包括吸引机构41和送风机构42，该吸引机构41具有靠近轮20的后部定位的吸入歧管，从而在水相中产生负压。在本发明的此实施例中，吸引机构和送风机构(分别为41和42)具有固定的位置，并且所述设备包括联接设备，用于将轮中的区域22连接到处于特定位置处的吸引机构和送风机构。这些位置处于堆前面的用于吸引机构的区域中和传送带14前面的用于送风机构的区域中。

[0055] 在使用期间，轮20将在基本竖直的平面中旋转。当附接区22位于堆中的前晶片12a前面时，所述附接区将连接到吸引机构41并将施加吸引力。在本发明的本实施例中，该方法的这部分将在水下发生。因此晶片之间的毛细力低，而挑战是要在整个分离过程期间保持对晶片位置的控制。晶片位于容纳杆51和52的容器中，堆通过未示出的机构向前移动，而第二前晶片通过阻挡设备限制，在此实施例中，该阻挡设备包括具有向下定向(竖直或倾斜)射流的喷嘴。

[0056] 如较早提及的，将能够用水冲刷前晶片，以便保持晶片之间的距离，同时保持晶片的竖直位置。

[0057] 然后将堆中的最外晶片12a拉向轮20。轮将继续其旋转运动，同时被从容器并离开吸引机构41向上输送，而附接区将停止施加吸引力。晶片12a将不再通过吸引力而是通过毛细力抵靠轮20固定。由于接触面的尺寸，所以对于此任务而言毛细力足够强。当附接有晶片12a的附接区22到达带14的区域时，送风机构将促使空气(或液体)从开口31中吹出，从而平衡毛细力并将晶片从轮20移除。该吹落可通过水、空气或其组合来执行。随后(或同时)晶片将能够倾斜到带14上的水平位置中或通过适于该目的的拾取单元例如吸盘提起，并放在带上以用于进一步的处理。

[0058] 这确保在晶片的接收(送风力稍大于毛细力，并且晶片自动落下)或拉起(毛细力稍大于送风力)时利用一个或多个吸引设备将晶片柔和地处理。在吹落阶段中，下一晶片的新的拉起(吸引)在水下执行。计数器(其例如通过光电池控制)发出用于将堆自动向前移动的定时信号。将堆10向前推动与晶片厚度相对应的长度，或可替代地向前推动自上次拉起以来的周期数。该过程继续，直到堆变空为止。

[0059] 在送风歧管前面的接收/拉起之后，晶片沿传送轨/带进一步输送，以用于进一步的处理。

[0060] 即使附图显示了半浸没在水中的轮20，但是在轮完全浸没的情况下，执行该过程也是可能的。在此情形中，应将设备修改为使得通过吸引来保持晶片抵靠轮，直到它们被从轮拉起。

[0061] 图5是从下方观看的第二实施例的一部分的视图。该图显示了轮20、吸引机构41和送风机构42。该图还显示了从下方保持堆10的杆51和52。杆51和52可连接到传送带(未示出)，该传送带朝着轮40传输晶片。

[0062] 因此本发明实现了晶片的简单、快速和精细的单一化。即使已结合单个实施例对本发明的特征进行了说明，但是在不偏离本发明的范围的情况下能提供其它组合。例如在图1中示出的实施例中采用吸入歧管和送风设备是可能的，并且当如图2中示出的传输设备不在水下时，在该传输设备中采用吸盘也是可能的。