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RENA前后清洗工艺培训教程


RENA前后清洗工艺培训
何伟

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一、什么是太阳能电池

1.太阳能电池的原理
太阳电池是利用光生伏特效应, 把光能直接转换成电能的一种器件。 它的工作原理可以概括成下面 几个主要过程:第一,必须有光的 照射,可以是单色光,太阳光或我 们测试用的模拟太阳光源。第二, 光

子注入到半导体后,激发出电 子—空穴对。这些电子空穴对必须 有足够的寿命保证不会在分离前被 附和。第三,必须有个静电场(PN 结),起分离电子空穴的作用。第 四,被分离的电子空穴,经电极收 集输出到电池体外,形成电流。

2.制造太阳能电池的基本工艺流程
前清洗(制绒)

扩散

后清洗(刻边/去PSG)

PECVD SiNx

丝网印刷 /烧结/测试

二、前清洗(制绒)

1.制绒工艺的分类: 制绒按工艺不同可分为碱制绒和酸制绒: 利用碱溶液对单晶硅不同晶面有不同的腐蚀速率(各向异性腐蚀), 对(100)面腐蚀快,对(111)面腐蚀慢。如果将(100)作为电池的表面, 经过腐蚀、在表面会出现以 (111)面形成的锥体密布表面(金字塔状), 称为表面织构化。 但是对于多晶硅,由于晶体排列方式杂乱,如果利用碱液,无法进行 腐蚀得到良好的金字塔织构化表面,此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀, 获得表面存在许多凹坑的表面结构,也能起到良好的陷光作用。

单晶硅片碱制绒绒面形状

多晶硅片酸制绒绒面形状

2. 陷光原理:

光在光滑半导体薄片表面上的 反射、折射和透射

陷光原理图

当入射光入射到一定角度的斜面,光会反射到另 一角度的斜面形成二次吸收或者多次吸收,从而增加 吸收率。

腐蚀深度在4.4± 0.4? 时,制绒后的硅片表面反射率要一般 m 在20%~25%之间,此时得到的电性能较好。

腐蚀深度与电性能间的关系

在绒面硅片上制成PN结太阳电池,它有以下特点:

(l)绒面电池比光面电池的反射损失小,如果再加减反射膜,其反射率可进
一步降低。 (2)入射光在光锥表面多次折射,改变了入射光在硅中的前进方向,不仅延 长了光程,增加了对红外光子的吸收,而且有较多的光子在靠近PN结附近 产生光生载流子,从而增加了光生载流子的收集几率。 (3)在同样尺寸的基片上,绒面电池的PN结面积比光面大得多,因而可以提 高短路电流,转换效率也有相应提高。 (4)绒面也带来了一些缺点:一是工艺要求提高了;二是由于它减反射的无 选择性,不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池,使 电池发热;三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触,使接触电阻损 耗增加。

三、RENA Intex前清洗(酸制绒)工艺

RENA清洗设备 注:前、后清洗设备外观相同,内部构造和作用原理稍有不同

1.RENA前清洗工序的目的:
?去除硅片表面的机械损伤层(来自硅棒切割的物理损伤) ?清除表面油污(利用HF)和金属杂质(利用HCl) ?形成起伏不平的绒面,增加对太阳光的吸收,增加PN结 面积,提高短路电流(Isc),最终提高电池光电转换效率。

2.设备构造
前清洗工艺步骤: 制绒→碱洗 →酸洗→吹干 RENA Intex前清洗设备的主体分为以下八个槽,此外还有滚轮、排 风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。
Etch bath Dryer1 Rinse1 Alkaline Rinse

Rinse2

Acidic Rinse

Rinse3

Dryer2

Etch bath:刻蚀槽,用于制绒。 所用溶液为HF+HNO3 ,作用: 1.去除硅片表面的机械损伤层; 2.形成无规则绒面。
Alkaline Rinse:碱洗槽 。 所用溶液为KOH,作用: 1. 对形成的多孔硅表面进行清洗; 2.中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。 Acidic Rinse:酸洗槽 。 所用溶液为HCl+HF,作用: 1.中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液; 2.HF可去除硅片表面氧化层(SiO2),形成疏水表面,便于吹干; 3.HCl中的Cl-有携带金属离子的能力,可以用于去除硅片表面金属离子。

3. 酸制绒工艺涉及的反应方程式:
HNO3+Si=SiO2+NOx↑+H2O SiO2+ 4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2[SiF6] Si+2KOH+H2O →K2SiO3 +2H2 NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 Si + HNO2 = SiO2 + NO +H2O HNO3 + NO + H2O = HNO2

主操作界面

Manual界面

刻蚀槽管路图
A1. 换药时酸液流动方向 A2.补药时酸液流动方向 B. 循环时液体流动方向 C. DI Water 流动方向 D. Cool water 流动方向 E. Exhaust(acidic gas) V/V and Sensors a-c: liquid level sensor, a:under the level, not enough b: liquid is full c: liquid overfill d: liquid will overfall f: V/V open while liquid circulation g/G:MFC1 h: thermometer i: conductivity meter j: MFC2(Etch Bath airknife) k: MFC3 l:pump

c b a

k

d

h

j

g

i G h

h

l

f

22

Rinse3

C

A. DI water流入方向 B. 循环水流向 C. 溢流向Rinse2, Rinse1
b

c
a

V/V and Sensors a.压力泵-将液体送入Rinse 槽 b. 流量计 c.滤芯

碱槽管路图

A. B. C. D. E.

换药时碱液流动方向 循环时液体流动方向 DI Water 流动方向 Cool water 流动方向 Drain的方向

Recipe界面

Replenish界面

Trend界面

4.前清洗换药规程

5. 前清洗工序工艺要求
? 片子表面5S控制 不容许用手摸片子的表片,要勤换手套,避免扩散后出现脏片。

? 称重
1.每批片子的腐蚀深度都要检测,不允许编造数据,搞混批次等。 2.要求每批测量4片。

3.放测量片时,把握均衡原则。如第一批放在1.3.5.7道,下一批则 放在2.4.6.8道,便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。
? 刻蚀槽液面的注意事项: 正常情况下液面均处于绿色,如果一旦在流片过程中颜色改变,立 即通知工艺人员。

? 产线上没有充足的片源时,工艺要求: 1.停机1小时以上,要将刻蚀槽的药液排到tank,减少药液的挥发。 2.停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀,以防酸碱形成的 结晶盐堵塞喷淋口及风刀。 3.停机1h以上,要跑假片,至少一批(400片)且要在生产前半小时 用水枪冲洗风刀处的滚轮,杜绝制绒后的片子有滚轮印。

? 前清洗到扩散的产品时间:
最长不能超过4小时,时间过长硅片会污染氧化,到扩散污染炉管,从 而影响后面的电性能及效率

四、RENA InOxSide后清洗工艺培训

1.后清洗的目与原理
扩散过程中,虽然采用背靠背扩散,硅片的边缘将不可避免地扩 散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域 流到PN结的背面,而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。 同时,由于在扩散过程中氧的通入,在硅片表面形成一层二氧化 硅,在高温下POCl3与O2形成的P2O5,部分P原子进入Si取代部分晶 格上的Si原子形成n型半导体,部分则留在了SiO2中形成PSG。

后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除PSG。

2.湿法刻蚀原理:

利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去
除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。

边缘刻蚀原理反应方程式: 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O

3.刻蚀中容易产生的问题及检测方法: 1.刻蚀不足:边缘漏电,Rsh下降,严重可导致失效 检测方法:测绝缘电阻 2.过刻:正面金属栅线与P型硅接触,造成短路 检测方法:称重及目测 SPC控制:当硅片从设备中流转出来时,工艺需检查硅片表面状 态,绒面无明显斑迹,无药液残留。125单晶该工序产品单要求面腐 蚀深度控制在0.8~1.6μm范围之内,且硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 同时需要保证刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。

4.去除磷硅玻璃的目的: 1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮,导致电流的降 低和功率的衰减。 2) 死层的存在大大增加了发射区电子的复合,会导致少子寿命的降 低,进而降低了Voc和Isc。 3) 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差。

去PSG原理方程式: SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2[SiF6] SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

去PSG工序检验方法: 当硅片从HF槽出来时,观察其表面是否脱水,如果脱水,则表 明磷硅玻璃已去除干净;如果表面还沾有水珠,则表明磷硅玻璃 未被去除干净,可在HF槽中适当补些HF。

5.后清洗设备构造
后清洗工艺步骤: 边缘刻蚀→碱洗 →酸洗→吹干 RENA InOxSide后清洗设备的主体分为以下七个槽,此外还有滚轮、 排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。

Etch bath

Rinse1 Rinse2

Alkaline Rinse

HF bath

Rinse3

Dryer2

Etch bath:刻蚀槽,用于边缘刻蚀。 所用溶液为HF+HNO3+H2SO4, 作用:边缘刻蚀,除去边缘PN结,使电流朝同一方向流动。 注意扩散面须向上放置, H2SO4的作用主要是增大液体浮力,使硅片 很好的浮于反应液上(仅上边缘2mm左右和下表面与液体接触)。 Alkaline Rinse:碱洗槽 。 所用溶液为KOH, 作用:中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。

HF Bath:HF酸槽 。 所用溶液为HF, 作用:中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液;去PSG

后清洗机台的操作界面,基本的工艺要求,换药 规程等、基本都都同于前清洗设备,在此不再累述。 需要注意的是:后清洗刻蚀槽处的排风很重要

五、RENA设备常见报警信息

1 关于waferjam(叠片)报警 出现此类报警时,工艺人请设备人员调整滚轮并取出碎片。如果是滚轮原因 造成上述报警,同时上级决定暂时不能停机,可选择不在报警道投片,待工艺换 药或设备PM时要求设备人员进行相应调整。此外可要求生产人员可适当增大放 员需检查各段滚轮是否正常工作,设备中是否出现卡片、碎片。如果出现上述异 常,需及时片间距,减少叠片的发生。 2 关于temperature(温度)报警 出现此类报警时,工艺人员需确认coolingunit在工作,确认有循环流量,然后 等待并观察温度是否降低。如果温度没有下降趋势,通知设备人员进行检查。 3 关于pump(泵)报警 出现此类报警时,工艺人员需确认报警槽的溶液量是否达到液位要求,循 环是否正常。如有异常,补加药液并手动打开槽体循环。同时要求设备人员检查 该槽喷淋滤芯是否正常。 4 关于dry(风刀)报警 出现此类报警时,工艺人员需检查外围供气压力是否正常,风刀有无被堵 。并及时通知外围人员或设备人员作出相应调整。

5 关于刻蚀槽flow(流量)报警 出现此类报警时,工艺人员需检查是否有碎片堵住药液入口。如有碎片 需取出后,将药液打入tank混匀溶液后重新将药液打入bath中。如果流量不 稳定报警,需要求设备人员检查相应传感器 6 关于overfilled(溶液过满)报警 出现此类报警时,工艺人员需要求设备检查液位传感器是否正常工作。 如果确实过满,则需要手动排掉部分药液,直到达到生产液位要求。 7 关于 tank empty(储药罐空)报警 出现此类报警时,说明外围相应储药罐中的药品已空,需及时通知外围 人员添加药液。 8 关于 valve blocked(阀门被堵)报警 出现此类报警时,则有阀门被堵,必须立即通知设备人员处理。 9 颜色突出指示的意义 出现报警信息时,各种颜色突出所指示的相关意义如下图所示

六、如何减小RENA设备的碎片率

放片方法应严格按照作业指导书,轻拿轻放在正确位 置。多晶156的硅片由于面积较大,如果放置的位置不正确, 很容易造成叠片卡片等,致使硅片在机器中碎裂。
错误的位置

正确位置

59

提高挡板的高度使得片子能够顺利的通过. 滚轮能够碰到挡板的地方,可以选择将挡板切掉一部分.

盖子容易 碰到滚轮

60

减少CDA的压力,调节上下风刀的压力,使得上下压力到达均衡.
调整风管的方向,确保O-ring没有碰到风管.

调节挡板 和滚轮之 间的距离

61

调整喷淋管的位置,至滚轮能够光滑的运行. 调整风管和水管的位置,使得片子在通过的时候,不会影响片子的运行.

62

检查所有滚轮和O-ring的位置是正确的,确保上下滚轮在同一条线上. 调节滚轮的高度和水洗管的位置保证片子在传送过程中无偏移.如果发生 偏移会产生碎片.

63

调节滚轮1的速度小于滚轮2的速度,如果生产不赶产量,则尽量 让生产人员放片子不要太急,拉大片间距,这样片子进出设备较均匀, 不易产生叠片等现象.

片子之 间距离 2cm

64

工艺人员在日常正常生产过程中,如果发现机器碎片, 一方面应该提醒产线员工注意放片规范,减少叠片和歪片; 另一方面,应巡查上述主要地方,及时找到并清理在设备 中残留的碎片,杜绝更多碎片的产生。

65

七、前后清洗十项影响效率、 良率(或特定电参数)的原因

A.片源不同 这里提到的片源差异包括多晶硅料的不同(锅底料、 边皮料、金属硅、复拉料、重掺杂等等)以及晶体大小不 同(微晶片等),对于前清洗,片源不同,腐蚀量、腐蚀 速率和形成的绒面结构都会不同,短路电流将受到重大影 响,其他电性能也会受到一定程度的影响。后清洗双向切 割片的线痕过大会造成过刻等。

预防措施: 1集中投片配合工艺对药液的调节 2每批产品测量刻蚀重量是有超规范

B.药液浓度的稳定性 包括药液补加量的准确程度,药液的挥发,工艺参 数的设置等。
预防措施: 1.设备带料不生产时把药液排到TANK槽中 2.控制稳定的温度 3.测量硅片反射率是否超规范 4.每批产品测量刻蚀重量是有超规范 5.希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器

C.温度的波动 温度直接影响片子与药液反应的程度,其波动的大 小和波动的周期直接影响批内和批次间腐蚀量和刻蚀 量的不同,进而导致电性能的波动。

预防措施: 1.设备定期检查cool是否正常 2.设备端进行温度SPC监控 3.工艺每天检查温度趋势 4.测量硅片反射率是否超规范 5.每批产品测量刻蚀重量是有超规范

D.设备喷淋的异常 喷淋的异常会导致药液残留和一些反应不能正常进行, 进而出现脏片。 预防措施: 1.设备每次做完PM时调整好喷淋角度,并用假片检查硅 片是否有脏片。 2.生产每两小时检查设备是否有碎片卡在滚轮中,堵住喷 淋口 3.盖挡板时须轻放,避面挡板打偏喷淋口 4.对于碱槽,当设备待料超过15分钟时必须冲洗喷淋及风刀

E.过刻的异常 后清洗造成过刻,镀膜后黑边,且造成短路,从 而影响效率及良率 预防措施: 1.调节排风或降低流量或提高速度 2.设备端安装排风监控表,并每天检查 3.滚轮或槽体挡板变形,需调整滚轮或挡板 4.药液浓度异常,需调节浓度 5.希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器

F.设备滚轮的变形异常 导致碎片、腐蚀不均、过刻、硅片沾不到液等, 最终影响效率 预防措施: 1.设备PM时定期检查 2.工艺及时反馈刻蚀状况

G.设备PM彻底性和细化 PM进行的彻底到位可以保证生产的正常进行,如滤芯 的清洗,清洗不好,可能导致水不干净,造成水痕脏片等; 碎片清理不彻底可能导致碎片流入药液管道造成药液流量降 低,滴定阀堵塞漏酸,造成脏片等。 预防措施: 1.要求设备PM之前必须冲洗各个槽滚轮,且在PM后工艺端 检查是否做到位,看碎片是否清洗干净,滚轮是否安装好等

H.测量仪器的短缺 测量仪器的短缺会造成测量不能及时进行,产品质量不能 保证,甚至导致生产大量不良片后才发现。至少保证每两台 机器有一台测量仪器(电子天平和绝缘电阻测试仪)。

预防措施: 1.设备定期检查测量仪器是否完好,准确 2.校正部门应定期校正测量仪器 3.应给每台设备配备测量仪器

I.工艺规定和要求执行的不彻底 1.主要包括新换药液后和待机一段时间后跑假片,假片跑不够,就会出 现滚轮影或刻蚀量不够; 2.片源不足时集中投放,不然前清洗容易出现刻蚀量不均匀,后清洗容 易出现过刻; 3.清洗后的片子放置时间控制,硅片表面氧化,影响后面效率良率; 4.待料时滚轮不及时冲洗,容易出现碱槽喷淋风刀盐结晶堵塞,导致出 现脏片和 水洗1槽滤芯盐结晶堵塞,出现流量低,从而出现脏片等。 预防措施: 1.培训员工了解工艺规范 2.建立考核制度 3.工艺设备加强检查生产的执行情况

J.员工的操作不当、质量意识欠缺以及作业区5S执行状况 主要表现为片子放反,出现不良时不能及时发现隔离 并通知工艺和设备,减少不良产生等。手套,片盒,桌面, 机台等卫生状况都会影响产品质量。

预防措施: 1.培训员工了解工艺规范及5S规范 2.建立考核制度 3.5S、工艺、设备加强检查生产的执行情况

八、前后清洗常见异常图片分析

九、前后清洗常见异常处理流程

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