前清洗培训资料

前清洗培训资料第1页/共54页Side-2制绒和清洗的意义形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收去除硅片表面的机械损伤层清除表面油污和金属杂质硅片表面处理的目的：第2页/共54页Side-3机械损伤层硅片机械损伤层去除硅片表面的机械损伤层若损伤层去除不足会出现三种情况切割过程中引入的杂质不能去除干净残余缺陷残余缺陷在后续高温处理向材料深处延伸损伤层去除不足在电性能表现为电流电压较正常片低很多最新的金刚石镀层线切割工艺损伤层平均为1-2um，最大﹤4um第3页/共54页Side-4反应式为：

Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑陷光原理图示单晶制绒原理单晶硅片表面的金字塔状绒面利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，就称为表面织构化。角锥体四面全是由〈111〉面包围形成。第4页/共54页Side-51、水分子的屏蔽效应（screeningeffect）阻挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏蔽效应又以原子排列密度越高越明显。2、在{111}晶面族上，每个硅原子具有三个共价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格外面的悬挂健，{100}晶面族每一个硅原子具有两个共价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液中的OH－会跟悬挂健健结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表面的化学反应自然增快。{111}{100}Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2

图3悬挂健对反应的影响各向异性的原因第5页/共54页单晶制绒方法的归纳表面预处理+制绒（主流）高温高浓度NAOH粗抛+制绒（现已淘汰）低温细抛加制绒（部分优势已被添加剂取代）有机溶剂腐蚀：TMAH等第6页/共54页Side-7腐蚀速率快慢由下列三个反应速度来决定。1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率；2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率；3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。腐蚀的反应物和生成物是利用腐蚀液之浓度梯度然产生的扩散现象来达到传质的目的。所以，1、3又可称为扩散限制溶解过程（diffusion－limiteddissolution），通过搅拌可以提高。2的速率取决于腐蚀温度、材料、腐蚀液种类及浓度，和搅拌方式无关，被成为反应限制溶解过程（reaction－ratelimiteddissolution）。各向异性就是由化学反应的各向速率不同造成的。单晶制绒影响要素第7页/共54页影响因素分析NaOH浓度无水乙醇或异丙醇浓度制绒槽内硅酸钠的累计量制绒腐蚀的温度制绒腐蚀时间的长短槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度硅的刻蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、腐蚀液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关腐蚀速率的影响要素第8页/共54页NaOH溶液浓度反应温度制绒的根本IPA浓度NaSiO3浓度提高溶液浓稠度，控制反应速度硅片表面原始状态氢气泡密度及大小以及在硅片表面停留的时间决定金字塔形貌

搅拌提高反应物疏运速度，提高氢气泡脱附作用图4氢气泡作用第9页/共54页腐蚀速度的差别造成金字塔的形状较快的腐蚀速度较慢的腐蚀速度怎么样得到好的金字塔第10页/共54页关键因素的分析

——NaOH的影响0.5%1.5%5.5%第11页/共54页关键因素的分析

——温度的影响80℃85℃90℃第12页/共54页关键因素的分析

——IPA浓度的影响0％5％10％第13页/共54页怎样得到好的反射率反射率和金字塔尺寸和均匀性没有密切关系，取决于金字塔有没有布满这就要求我们在保证腐蚀量的前提下，做出小而均匀的金字塔并且布满整个硅片。

由此延伸出细抛处理技术和制绒添加剂的研究第14页/共54页NaOHonlyNaOH＋IPANaOH＋SisolvedNaOH＋IPA＋Sisolved表面处理对绒面的影响第15页/共54页反应15分钟时反射率反应45分钟时表面处理对反射率的影响第16页/共54页增加反应速度减缓反应速度不影响反应速度添加剂的作用1、提高硅片表面的浸润能力，2、减少溶液的张力。添加剂有很多极性或非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。3、制绒添加剂对OH-从腐蚀液到硅片表面有一定的缓冲作用，使NAOH有较宽的工艺范围。4、节省IPA的使用量以及延长药液的使用寿命（最新添加剂才有）第17页/共54页工艺控制方法增加IPA雨点状斑点斑点白斑绒面没有制满减少NaSiO3或加大NaOH水印硅酸钠过量喷林效果不理想黑斑硅酸钠附着没有及时清洗(碱腐蚀后暴露空气时间过长)云雾状白斑硅片沾污手指印脂肪酸沾污预清洗制绒常见问题及对策第18页/共54页Side-19常见问题第19页/共54页Side-20常见问题第20页/共54页Side-21常见问题第21页/共54页当前生产中常见问题绒面均匀性不好：1、原始硅片表面均匀性。确认是整个批次出现还是个别情况2、反应溶液均匀性。校准温度以及开启循环并延长时间表面油污以及部分地方发白：准确判断是NAOH浓度，温度还有时间不对引起的制绒不良，还是由于来料问题产生的原因。第22页/共54页硅片表面沾污的来源硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见；硅片切割后清洗工艺中的有机物沾污；

硅片表面的碳沾污；硅片切割时润滑剂的粘污。如果润滑剂过粘，会出现无法有效进入刀口的现象，如润滑剂过稀则冷却效果不好。这些润滑剂在高温下有可能碳化粘附在硅片表面。硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气中的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露12秒以上。第23页/共54页表面油脂货摊沾污的结果减缓去损伤层的量无法形成织构化的成核表面织构化无法形成存在的沾污第24页/共54页制绒注意事项有机溶剂+超声——有机溶剂溶解有机物质酸性液体去除法——如RCA工艺：热硫酸煮硅片表面活性剂（部分添加剂已有这功能）NaOCl热处理——利用O自由基的强腐蚀性表面油脂去除方案第25页/共54页单晶碱制绒设备介绍Side-26单晶制绒设备（碱制绒125单晶）捷佳创制绒清洗机第26页/共54页制绒清洗机结构Side-27结构：制绒清洗机是由电控、机械、液位槽体、气体系统等组成由PLC进行中控。

制绒清洗机主要组成部分机械系统液位槽体系统气体系统PLC系统电控系统交流电源直流电源补液系统纯水系统CDAN2机械手臂第27页/共54页电控系统Side-28交流电源（左图）：

捷佳创设备所需供电电源为220V,三相五线，其最大功率为5kw

直流电源（右图）：

捷佳创设备的直流电源为24V，主要给各直流用电器提供电源

第28页/共54页机械系统Side-29机械手臂：

此机械手臂有两种控制模式，分别是点动模式和步进模式两种。

机械手臂的横移和升降系统是马达驱动，其速度由伺服器进行控制，我们现在设置的横移和升降速度分别是300mm/s、500mm/s。

机械手臂的退勾和进勾是由气缸驱动。

机械手臂有备用手柄在手动状态下点动模式也可进行机械手臂的上下料、横移、升降控制。

机械手臂有自己的安全互锁，当打开机械手臂门箱时，机械手臂不会有任何动作，以此来确保安全。

第29页/共54页气体系统Side-30CDA：

其主要作用是驱动各气动阀的开、关。N2：

其主要作用为槽体在工艺制程时鼓泡，另外提供N2给N2枪。

第30页/共54页PLC系统Side-31定义：可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicalController）

工作原理：与其它计算机系统一样，PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务，程序要按指令逐条执行，PLC的输入、输出就有时差，PLC是采用循环扫描方式工作的（图2-6）。组成：PLC由输入部分、逻辑处理部分、输出部分三个基本部分组成（图2-1）。第31页/共54页Side-32各个槽体的作用

名称用途辅助1槽超声清洗利用超声波对硅片进行清洗超声波，鼓泡，无盖，加热丝2-3槽纯水槽溢流清洗鼓泡4槽去损伤层对硅片进行表面处理，方便制绒鼓泡，有盖，加热丝5槽纯水槽溢流清洗鼓泡，加热丝6槽制绒槽制绒鼓泡，有盖，加热丝7槽制绒槽制绒鼓泡，有盖，加热丝8槽纯水槽溢流清洗鼓泡，加热丝9槽制绒槽制绒鼓泡，有盖，加热丝10槽制绒槽制绒鼓泡，有盖，加热丝11-12槽纯水槽溢流清洗鼓泡，加热丝13槽纯水锁隔断酸碱，清洗硅片

14槽HCL槽中和硅片表面的碱液，去除金属离子鼓泡，有盖，加热丝15槽QDR清洗硅片表面的HCL喷淋，快排16槽HF槽清除硅片表面的氧化层鼓泡，有盖，加热丝17-19槽纯水槽3级溢流清洗硅片表面残留的酸液鼓泡第32页/共54页设备保养维护安全事项Side-33机械部分：

拆装气缸

拆装机械臂电气部分：主电源柜测量各电器元件液体部分：无尘室内遇到不明液体一定不要触碰！Ⅰ.先用PH试纸确认其PH值，如果显示中性，可用抹布进行擦拭处理Ⅱ.如果PH试纸显示其为酸性或碱性，需佩戴防酸碱手套和防护服进行处理。安全连锁：不要Bypass安全互锁设备维护和检修时必须戴防护用具！第33页/共54页甩干机原理Side-34原理:是物理学的离心原理,当离心力大于水在硅片上的附着力力时,就可以甩干。技术特点：高性能可编程控制器控制界面采用彩色汉显监控与管理可存储多种用户工艺菜单结构采用洁净化处理技术可对去离子水电阻率监控氮气温度控制故障显示报警采用无刷伺服电机驱动

工作腔密封隔离锁盖防护

甩干机转子图第34页/共54页甩干机结构Side-35结构：甩干机是由电控、机械、气体、纯水、加热系统等组成由PLC进行中控。

电控系统甩干机硬件主要结构机械系统气体系统纯水系统加热系统交直流电伺服器转子气缸氮气腔地毯式第35页/共54页

甩干机电控系统Side-36电机驱动及控制主控制单元电阻率监测单元液晶显示器腔体加热膜氮气加热管电磁阀报警器状态传感器电控系统原理框图Side-36第36页/共54页甩干机工艺流程工艺制程程式表甩干机工艺流程图装载甩干烘干冲洗卸载工艺步骤工艺时间工艺转速冲洗60～120s100～300r/min甩干90～180s300～700r/min烘干180～480s200～600r/minSide-37第37页/共54页甩干机故障举例Side-38甩干机常见故障：Ⅰ.异常现象：在工艺制程时机体特别晃动。

分析原因：可能是由于小花篮未对称放到片框中或者机台水平因素。解决办法：及时停止后查看是否对称放，并检查机台水平。Ⅱ.异常现象：工艺制程后发现部分硅片有水珠并未烘干。

分析原因：可能是加热系统没有完全加热或者喷嘴堵塞。

解决办法：检查喷嘴，若有堵塞及时清理；查看加热系统是否完全加热。Ⅲ.异常现象：转速丢转或转速不可控或不转

分析原因：可能伺服器有问题，可能马达有问题。

解决办法：对应现象检查原因，若部件坏掉及时更换第38页/共54页Side-39甩干机安全事项机械部分：

拆装气缸

开、关门电气部分：主电源柜测量各电器元件加热部分：

氮气管路

氮气加热腔连接头部分水路连接气路连接安全连锁：不要Bypass安全互锁第39页/共54页多晶酸制绒介绍Side-40RENA制绒设备（酸制绒156多晶）第40页/共54页多晶硅腐蚀技术机械刻槽技术机械刻槽技术虽然具有刻槽速度快、工艺简单和图形均匀等优点，其生产量也能满足工业生产需要，但是槽的深度一般为50mm，所以要求硅片的厚度至少超过200mm，不适合薄衬底，并且表面较深的沟槽影响太阳电池电极的制作。反应离子腐蚀技术此技术的优点是条件容易控制，腐蚀出的多晶硅绒面比较均匀，缺点是降低表面反射的同时也增加表面载流子的复合，工序时间较长，需要相对复杂和昂贵的设备，生产成本较高，不太适合工业化生产。湿法腐蚀此方法的优点是工艺简单，成本低，适于工业生产，缺点是这种腐蚀方法是纯化学反应，反应的稳定性不易控制。Side-41第41页/共54页酸腐蚀原理Side-42湿法腐蚀中的酸腐蚀技术是用酸腐蚀液对多晶硅片进行各向同性腐蚀。酸腐蚀液主要由HN03和HF组成，其中HN03是强氧化剂，在酸性腐蚀液中容易得到电子而被还原为NO气体，而硅作为还原剂参加反应，被氧化为致密的不溶于硝酸的Si02，使得HN03和硅隔离，反应停止；但是Si02可以与溶液中的HF发生发应，生成可溶解于水的络合物H2(SiF6)，导致Si02层的破坏，从而硝酸对硅的腐蚀再次进行，最终使得硅表面不断被腐蚀，其具体的反应式如下。3Si+4HN03——3S102+2H20+4NOSi02+6HF——H2(SiF6)d-2H20总的反应式为：Si+6HF+HN03———H2SiF6+HN02+H20+H2第42页/共54页酸腐蚀过程探讨Side-43经过线切割的多晶硅片表面的微裂纹有高的深宽比，但是因为微裂纹的所占的面积相对于整片硅片来说太小，所以反射率很高。a--反应首先在硅片表面的缺陷处以及其他一些发生反应所需激活能少的地方发生，生成微裂纹，这些微裂纹宽约1um，长可达8umb--随着反应进行，反应产生的HN02向周围扩散，当裂纹附近硅表面的HN02达到一定浓度后，自催化过程促使反应开始，微裂纹宽度慢慢增大而腐蚀深度增大较快，此时有较高的深宽比。c--由于表面损伤程度在酸腐蚀中不断减少，裂纹横向扩展比纵向扩展容易，于是微裂纹越来越宽，腐蚀坑的深宽比不断上升，反射率呈上升趋势。d--由于受空间的限制，微裂纹相互并吞，形成内球冠凹坑形状，表面形貌变得平坦，失去陷光效果。第43页/共54页配比对表面形貌的影响Side-44在高HF区，粗糙的腐蚀表面与自催化机制有关，HN03是限制腐蚀速率的因素。当HN03浓度较低时，开始时，化学反应仅能在较低激活的位置(如晶体缺陷处)进行，随着催化剂的扩散，化学反应从这些位置向近邻的区域扩散，如果HN03浓度很低，表面就会呈现分离的凹坑或者弧坑，因此这范围配比的溶液可以用于显示材料的缺陷。随着HN03的增加，凹坑和弧坑的密度增加，直到这些坑互相连接形成粗糙的“桔皮”形貌。当HN03浓度增到足够大时整个表面变得难以侵蚀，因为这时HF是限制腐蚀速率的因素，此时表面则呈光滑抛光形状。第44页/共54页结果分析Side-45实验中发现，在HN03较HF多的一端，硅片经腐蚀后，硅片表面平整光滑，腐蚀起到了化学抛光的效果；在HF较HN03多的一端，硅片经腐蚀后，硅片颜色变暗变深，在SEM下观察，表面变得粗糙，腐蚀深度在4~5um时绒面具有最低的反射率，但此时硅片的损伤层没有完全除去，而且硅片腐蚀质量的可重复性难以控制，这无疑会影响电池效率并给大规模生产带来困难。由上述分析可知，如果只考虑降低硅片的反射率，微裂纹布满硅片表面是最好的选择，这种表面织构可能可以应用在有良好表面钝化的背电极太阳电池。但考虑目前后续的常规太阳电池工艺，介于微裂纹与气泡状的表面形貌更可取。第45页/共54页多晶硅酸腐蚀工艺设计方法Side-46

多晶硅表面织构是多晶硅太阳电池生产的第一步，绒面的好坏对后续工艺有很大的影响，多晶硅腐蚀的化学反应十分复杂，而且难以控制。如何在兼顾光学和电学性能，如何在工业化生产中控制绒面的稳定性，是我们工艺设计需要面临的重要问题。原则一：设计工艺应在充分去除损伤层的前提下获得较平整的表面形貌。原则二：为了控制反应的稳定性，反应温度一般要在10℃左右，酸的浓度不宜

过高。原则三：浓度不要太高，过高的浓度会导致腐蚀坑纵向深度太大，在镀减反膜

时会出现花片。过高的浓度会导致反应剧烈到不可控。第46页/共54页RENA设备：各槽作用47

Acidicsawdamageetchingandtexturing

DryingAcidic

cleaningRinsingRinsingKOHcleaningRinsingRemovesawdamageandcreateroughwafersurfaceremoveresidualacidandassisttocreateroughwafersurface1:removeresidualalkaline2:removemetalion3:makewaferhydrophobicRemoveresidualchemicalandcleanwaferMakewaferdryChemistryHF/HNO3

Di-H2O KOH Di-H2O HCl,HF Di-H2O AirChannelDryerTemperature

6-9°C20°C 20°C 20°C 20°C 20°C ambientProcesstime

2min0.5min. 0.5min. 0.5min. 1min. 0.5min. 0.5min.第47页/共54页RENA设备：常见问题48第48页/共54页RENA工艺：报警分析及解决49功能单元功能信息文本错误原因采取措施1氢氟酸_硝酸槽泵缸228超出最高温度刚配制绒槽酸液后开始等降温至工艺范围氢氟酸_硝酸槽蚀刻槽273超出溶槽最高温度冷却系统低温保持器545超过最高温度冷却系统低温保持器546预警温度过高2氢氟酸_硝酸槽容量记数器硝酸304外部溶剂供给尚未准备就绪外围硝酸桶空了换硝酸介质存储器硝酸缸433门未关好硝酸供给1剂量瓶1746外部供给尚未准备就绪3氢氟酸供给1剂量瓶1858外部供给尚未准备好外围氢氟酸桶空了换氢氟酸氢氟酸供给2剂量瓶1970外部供给尚未准备好氢氟酸_硝酸槽容量记数器氢氟酸336外部溶剂供给尚未准备就绪介质存储器氢氟酸缸416容器空了4盐酸供给1盐酸缸2082外部供给尚未准备好外围盐酸桶空了换盐酸介质存储器剂量瓶448容器空了5碱性溶液供给1碱液缸2194外部供给尚未准备好外围KOH碱桶空了换KOH碱液介质存储器剂量瓶464容器空了6普通普通11负载排气装置的检测外围排风不稳定调节排风氢氟酸_硝酸槽泵缸224过满7冷却系统低温保持器546预警温度过高刚从冷封槽打入上面制绒槽消除警报等待氢氟酸_硝酸槽循环的控制240低于最小流量8碱性清洗槽1普通838超过最大温度碱槽刚配制或碱槽冷切水故障如刚配则消除警报后等待,若冷却水故障报告动力9碱性清洗槽1普通833溢出碱冲洗槽过满更改加液系数,同时放掉部分液体

普通834无法注入DI水

普通835无法注入化学溶剂10酸性清洗槽1普通609溢出酸冲洗槽过满更改加液系数,同比例放液11碱性清洗槽1普通干燥机的运行保护(意味泵空转,液体过少)碱冲洗槽液体过少更改加液系数,同时按比例部分液体

普通838循环中的最小流量12普通普通80通道1输出晶片堵塞通道内堵片,碎片或粘片如果堵片,通知设备维护,碎片及时保证移除多余碎片,粘片则注意前后片间距,粘片收集后集中返工

81通道2输出晶片堵塞

82通道3输出晶片堵塞

83通道4输出晶片堵塞

84通道5输出晶片堵塞

85通道6输出晶片堵塞

86通道7输出晶片堵塞

87通道8输出晶片堵塞13普通普通20加工区域前门未关上门未关上把门关上

21冲洗区域前门1未关上

22冲洗区域前门2未关上