RENA前后清洗工艺培训教程（PPT80页)

ConfidentialRENA前后清洗工艺培训Highlight1.太阳电池基本知识2.清洗制绒的目的3.前清洗RENA机台及工艺介绍4.后清洗工艺介绍5.RENA机台常见报警信息6.碎片改善7.十项影响因素8.异常图片及简单分析9.异常处理流程一、什么是太阳能电池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。1.太阳能电池的原理前清洗（制绒）扩散PECVDSiNx后清洗（刻边/去PSG）丝网印刷/烧结/测试2.制造太阳能电池的基本工艺流程二、前清洗（制绒）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。1.制绒工艺的分类：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±0.4µm时，制绒后的硅片表面反射率要一般在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、RENAIntex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。前清洗工艺步骤：制绒→碱洗→酸洗→吹干EtchbathDryer1Rinse1AlkalineRinseRinse2AcidicRinseRinse3Dryer2RENAIntex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。2.设备构造Etchbath：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。AlkalineRinse：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。AcidicRinse：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。HNO3+Si=SiO2+NOx↑+H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2NO2+H2O=HNO3+HNO2Si+HNO2=SiO2+NO+H2OHNO3+NO+H2O=HNO23.酸制绒工艺涉及的反应方程式:主操作界面Manual界面23A1.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.DIWater流动方向D.Coolwater流动方向E.Exhaust(acidicgas)V/VandSensorsa-c:liquidlevelsensor,a:underthelevel,notenoughb:liquidisfullc:liquidoverfilld:liquidwilloverfallf:V/Vopenwhileliquidcirculationg/G:MFC1h:thermometeri:conductivitymeterj:MFC2(EtchBathairknife)k:MFC3l:pumpabcdfghijkhhG刻蚀槽管路图lRinse3A.DIwater流入方向B.循环水流向C.溢流向Rinse2，Rinse1V/VandSensorsa.压力泵-将液体送入Rinse槽b.流量计c.滤芯bCacA.换药时碱液流动方向B.循环时液体流动方向C.DIWater流动方向D.Coolwater流动方向E.Drain的方向碱槽管路图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、RENAInOxSide后清洗工艺培训扩散过程中，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。1.后清洗的目与原理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+8H2O3.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+2H2OSiF4+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。后清洗工艺步骤：边缘刻蚀→碱洗→酸洗→吹干RENAInOxSide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。EtchbathRinse1AlkalineRinseRinse2HFbathRinse3Dryer25.后清洗设备构造Etchbath：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）。AlkalineRinse：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。HFBath：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tankempty（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valveblocked（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60正确位置错误的位置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。61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62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63调整喷淋管的位置，至