Rena_前后清洗工艺培训教材.ppt

RENA InTex & InOxSide Training,Confidential,Confidential,太阳能电池的种类及效率,前清洗（制绒）,扩散,PECVD SiNx,后清洗（刻边/去PSG）,丝网印刷 /烧结/测试,制造太阳能电池的基本工艺流程,RENA清洗设备 前、后清洗设备外观相同，内部构造和作用原理稍有不同,一、RENA InTex工艺培训,制绒的目与原理,根据工艺方法不同，制绒可分为碱制绒（仅适用于单晶硅制绒）和酸制绒（可用于单晶和多晶硅表面的制绒）。RENA设备为酸制绒设备，其目的主要有：,1.去除硅片表面的机械损伤层 2.清除表面油污和金属杂质 3.形成起伏不平的绒面，减少光的反射，增加硅片对太阳光的 吸收，增加PN结的面积，提高短路电流（Isc），最终提高电 池的光电转换效率。,酸制绒后表面呈蜂窝状，如下图所示。,单晶硅片酸制绒绒面形状,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。,HNO3+Si=SiO2+NOx+H2O SiO2+ 4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 Si+2KOH+H2O K2SiO3 +2H2 NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 Si + HNO2 = SiO2 + NO +H2O HNO3 + NO + H2O = HNO2,酸制绒工艺涉及的反应方程式:,前清洗工艺步骤： 制绒碱洗 酸洗吹干,Etch bath,Dryer1,Rinse1,Alkaline Rinse,Rinse2,Acidic Rinse,Rinse3,Dryer2,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：刻蚀槽，用于制绒。 所用溶液为HF+HNO3，主要工艺参数： Firstfill volume:480L; Bath processtemperature:7 2 concentrations of chemical:HF(70g/L) 制绒过程中根据腐蚀深度，可对温度作适当修正。越高的温度对应越快的反应速度，故如果腐蚀不够则可适当提高反应温度，反之亦然。一般每0.1 对应约0.1m的腐蚀厚度。当药液寿命（Quality）到后，需更换整槽药液。 刻蚀槽的作用： 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，主要工艺参数： Firstfill concentration of chemical:5%; Bath lifetime:250hours; Bath processtemperature:204 当药液寿命（Bath lifetime）到后，需更换整槽药液。 碱洗槽的作用： 1.洗去硅片表面多孔硅； 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，主要工艺参数： Firstfill concentration of chemical:HCl(10%) Bath processtemperature:20 2 当药液寿命（Bath lifetime）到后，需更换整槽药液。 酸洗槽的作用： 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。,Rinse 13：水洗槽，水洗槽与槽之间相互联通。水洗槽中液面高度Rinse 3Rinse 2 Rinse 1。进水口在Rinse 3处。 Dryer 1和Dryer 2为风刀，通过调节风刀的角度和吹风的压力，使硅片被迅速吹干。,滚轮分三段设定速度，其中converyor1converyor 2converyor 3，否则前快后慢，易在设备中因为叠片而造成碎片。滚轮速度（即制绒时间）根据需要的腐蚀深度来进行设置，生产过程中可根据测试结果来进行滚轮速度修正。一般滚轮速度慢，则反应时间增加，腐蚀深度加深，反之亦然。 (注:前清洗速度最好不要超过1.2m/min，速度过快，一方面硅片清洗或吹不干净，扩散容易出现蓝黑点片；另一方面碎片高，有时碎片会堵住喷淋口，清洗后出现脏片。此外，滚轮速度也不可太慢，否则影响产量。),自动补液：当腐蚀深度控制在4.4 0.4m范围内时，硅片的腐蚀重量约为0.3g/片，通过感应器计数，当跑片达到一定量时，机器自动对刻蚀槽进行补液,其中HF量为0.050.005kg、 HNO3量为0.050.005kg。 手动补液：根据实际硅片的腐蚀情况，有时需要进行手动补液。通常每次补液量如下： Replenishment Etch bath: HF 9.000L HNO3 6.000L Replenishment Alkaline: KOH 2.000L Replenishment Acidic: HCl 4.000L HF 2.000L 也可根据实际情况减少或增加手动补液量。但用量比例按照上述之比例 ，补药过程一般不建议加入DI water。,补液:,当腐蚀深度不够时，只对Etch bath进行手动补液。当硅片表面有大量酸残留，形成大面积黄斑时，需要对KOH 进行手动补液。当硅片经过风刀吹不干，则可能硅片表面氧化层未被洗净，此时可适当补充酸。,前清洗补液原则,设备的日常维护主要是滤芯的更换；视硅片清洗后的质量排查可能的设备原因，调整喷淋和风刀的角度和强度；药液寿命到后换药过程中清洗酸碱槽，以及清理滚轮和各槽中碎片。 需要注意的是碱槽的喷嘴角度和流量需要控制好，否则碱液易喷至Rinse1中，而Rinse1中洗下的酸液和上述碱液易在该槽中生成盐，使该处的滤芯很快被堵住而失效。,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,工艺卫生,二、RENA InOxSide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。,后清洗的目与原理,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,等效电路,湿法刻蚀原理:,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0.81.6m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。,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=H2SiF6 SiO2+ 6HF=H2SiF6+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,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,Alkaline Rinse,Rinse2,HF bath,Rinse3,Dryer2,Etch bath：刻蚀槽，用于边缘刻蚀。 所用溶液为HF+HNO3+H2SO4，主要工艺参数： Firstfill volume:270.0L; Firstfill volume H2SO4 :80.0 L; concentrations of chemical: HF(35g/L) Bath process temperature: 72 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）。 根据刻蚀情况，可对温度作适当的修正。越高的温度对应越快的反应速度，故如果刻蚀不够则可适当提高反应温度，反之亦然。当药液寿命（Quality）到后，需更换整槽药液。 刻蚀槽的作用： 边缘刻蚀，除去边缘PN结，使电流朝同一方向流动。,Alkaline Rinse：碱洗槽 。 所用溶液为KOH，主要工艺参数： Firstfill concentration of chemical:5%; Bath lifetime:250hours; Bath processtemperature:224 当药液寿命（ Bath lifetime ）到后，需更换整槽药液。 碱洗槽的作用： 1.洗去硅片表面多孔硅； 2.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，主要工艺参数： Firstfill concentration of chemical: HF(5%); Bath ifetime:250hours; Bath processtemperature:22 4 当药液寿命（ Bath lifetime ）到后，需更换整槽药液。 HF酸槽的作用： 1.中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液； 2.去PSG,Rinse 13为水洗槽； Dryer 2为风刀； 滚轮分三段设定速度，可根据实际情况对滚轮速度进行修正。 基本的工艺调整原则、设备维护内容，注意事项都同于前清洗设备。,补液: 自动补液：当单面刻蚀深度在0.8 1.6m范围内时，硅片的腐蚀重量约0.05g/片，通过感应器计数，当跑片达到一定量时，机器自动对刻蚀槽进行补液,其中HF量为0.025kg、 HNO3量为0.025kg。 手动补液：根据实际硅片的腐蚀情况，有时需要进行手动补液。每次补液量如下： Replenishment Etch bath: HF 1.000L HNO3 3.000L H2SO4 3.000L Replenishment Alkaline: KOH 2.000L Replenishment Acidic: HF 2.000L,当刻蚀深度不够时，只对Etch bath进行手动补液，补液量根据实际腐蚀情况确定，但一般情况下补液过程不建议加硫酸和去离子水（加硫酸易导致刻蚀槽温度升高，刻蚀后硅片边缘发黑）。当硅片表面有大量酸残留，形成大面积黄斑，或者硅片边缘发黑时，需要对KOH 进行手动补液。当硅片经过风刀吹不干，则可能硅片表面PSG未被洗净，此时可适当补充HF酸。,后清洗补液原则,后清洗工序工艺要求,后清洗出来的片子，不允许用手摸片子的表面。收片员工只允许接触片子的边缘进行装片。并且要勤换手套，避免PECVD后出现脏片！ 每批片子的腐蚀重量和绝缘电阻都要检测。 1.要求每批测量4片。 2.每次放测量片时，把握均衡原则。如第一批把测试片放1.3.5.7道，下一批则放2.4.6.8道，便于监控设备稳定性和溶液的均匀性。 生产没有充足的片子时，工艺要求： 1.如果有1小时以上的停机，要将刻蚀槽的药液排到tank，减少药液的挥发。 2.停机后15分钟用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，防止酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。 3.停机1小时以上，要在开启机器生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝做出来的片子有滚轮印！,后清洗到PECVD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，从 而影响产品的电性能及效率. 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。,三、前后清洗吹不干排查流程,片子表面有水珠吹不干处理步骤流程图：,表面有水吹不干,设备检查各槽喷淋和滤芯 工艺检查药液质量,设备人员检查风刀 察看外围气压,向酸槽中添加少量HF,对切确认是否为来料问题,向GP厂家的工程师 进行求助,片子表面和边缘有严重水珠的片子要求全部进行返工处理，即使晾干后也不能下传，仍然会在扩散造成不良。 边缘有轻微水珠（直径小于1mm）的片子可以在充分晾干后可以进行下传。 表面（包括制绒面和非制绒面）除边缘外有轻微水珠的片子不允许下传，要进行返工处理。,各种吹不干的片子处理方法：,注：吹不干的片子具体返工方法详见作业指导书中的各工序不良片返工处理流程。,四、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10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,五、前后清洗换药规程,前清洗换药规程,1、更换刻蚀槽药液,主界面依次点击stopMode Manual停机并将机器切换成手动操作模式。,主界面,点击Manual进入手动换药界面(程序默认为刻蚀槽换药界面),刻蚀槽换药界面,滚轮控制界面,点击F11回到刻蚀槽换药界面。 点击System draining排去Bath槽和tank槽的药液。排药过程用水枪冲洗刻蚀槽槽盖，滚轮。冲洗好后将槽盖关闭。冲洗过程中穿戴好防护用具，注意安全。 待图标显示Empty(黄色)，点击PT Filling DI加水清洗。 待Prepping cabinet显示Full DI时，点击Fill bath将水打入bath槽。 待bath槽显示Full DI时，循环2min清洗。 点击System draining排水。待图标显示Empty(黄色)，排水完毕，清洗结束。,重复上述清洗步骤。清洗次数依据实际情况调整，一般为2次。 点击PT Filling Chemie向tank槽添加药液。若加药过程外围药液量不够报警，通知外围换药。待外围换药结束，确认无报警信息后点击PT Filling Chemie继续加药。 待Prepping cabinet显示Full Chemie时，点击Fill bath将药液打入bath槽。 待bath槽显示Full Chemie时，依次点击F11Drivers进入滚轮控制界面，依次点击All conveyorsStop关闭滚轮。 按F10返回主界面。 依次点击Mode AutoStart开启机器。,2、更换碱槽药液,主界面依次点击stopMode Manual停机并将机器切换成手动操作模式 点击Manual进入手动换药界面(程序默认为刻蚀槽换药界面) 点击F