硅片隱裂痕的粗淺分析Choo20080507

1、硅片隱裂痕的粗淺分析-Choo 2008-05-07由共價(jià)鍵結(jié)合而成的硅是典型的脆性材料，其主解理面為111面，而S125和S156硅片大多為100晶面族，如果硅片在工藝過(guò)程中積累了過(guò)多的解理裂痕，則裂痕會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)展并脆斷，所以就有很多沿解理面或非解理面的穿晶斷裂出現(xiàn)。經(jīng)觀察與粗略統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)硅片的斷裂部位位于對(duì)角線約1/8處（如圖1.圖2.），所以不妨以1/8處碎片作為研究對(duì)象，而對(duì)那些潛在于工藝環(huán)節(jié)中的，可造成隱裂痕的，設(shè)備操作或人工操作方法進(jìn)行分析。以下從公司現(xiàn)有設(shè)備角度和生產(chǎn)工具的使用角度著手，統(tǒng)計(jì)了整個(gè)電池片生產(chǎn)過(guò)程中幾乎所有可造成隱裂痕的工藝環(huán)節(jié)。圖1. 皇明碎片1 圖2.皇明碎片2

2、一. 從生產(chǎn)工具角度分析作為典型的脆性材料，常溫下，單晶硅的裂紋一旦形成，便會(huì)以極快的速度擴(kuò)展，而厚度只有200微米左右的單晶硅片，其解理胚形成后，稍有應(yīng)力集中裂痕便會(huì)擴(kuò)展為裂紋從而發(fā)生斷裂，所以在這次分析過(guò)程中，凡是遇到與硅片接觸或?qū)杵a(chǎn)生力的作用的環(huán)節(jié)都將被視為隱患。，可能造成隱裂痕的工具為：1. 晶片盒：晶片盒是與硅片接觸最為頻繁的工具，其與硅片下方的接觸處雖然為點(diǎn)接觸，但是由于放硅片時(shí)，過(guò)早的松開(kāi)鑷子或松手會(huì)導(dǎo)致的硅片自由落體式的墜落，這是使位于硅片外邊緣隱裂痕的擴(kuò)大方法之一，同時(shí)也可能造成崩邊現(xiàn)象。如圖1.1、圖1.2.，（紅色圓圈處，硅片邊角已經(jīng)斷裂；黃色圓圈處，硅片與晶片盒正常

3、接觸）圖1.1 硅片與晶片盒接觸圖 圖1.2 硅片與晶片盒接觸圖局部放大2. 鑷子：鑷子本身結(jié)構(gòu)無(wú)可厚非，但是線上使用鑷子夾硅片的方法大多是：用鑷子夾住硅片的一角，這樣硅片的重量力矩完全集中在鑷子與硅片相接觸的一點(diǎn)或一條線，所以視為隱患。如圖1.3圖1.3 擴(kuò)散上片時(shí)，鑷子的使用方法3. 吸筆：造成隱裂痕的道理與鑷子類(lèi)似，也是習(xí)慣性的用吸筆吸住硅片的一角，圖1.4圖1.4 去PSG段吸筆的使用方法4. 石英舟：方形石英舟，造成隱裂痕的道理與晶片盒類(lèi)似，但是石英舟的硬度更高，如果，插片時(shí)過(guò)早的松手，硅片墜落后會(huì)與石英舟產(chǎn)生互殘式的磕碰，不但能產(chǎn)生碎片或隱裂痕，而且會(huì)出現(xiàn)崩邊；菱形石英舟，其結(jié)構(gòu)決

4、定了硅片只能以相鄰兩邊的四個(gè)點(diǎn)作為支撐，所以個(gè)人感覺(jué)當(dāng)硅片在菱形舟上時(shí)，假如舟的凹槽不是跟硅片外邊緣平行，則硅片肯定會(huì)受到一個(gè)不垂直外邊緣的力，如果硅片跟石英舟之間有較大的震動(dòng)或碰撞，而力的方向又是沿111方向，則硅片很容易缺角。見(jiàn)圖1.5 、1.6圖1.5 菱形石英舟與硅片 圖1.6 方形石英舟與硅片二. 從設(shè)備角度分析1. 板式PECVD的石墨板：每個(gè)小框里有八根金屬條，其中4個(gè)是鉤狀，作用是承載硅片，另外4個(gè)，是直條狀的，如圖2.1。硅片在上下板的過(guò)程中，存在與金屬條有刮擦和碰撞的可能性，可能的碰撞位置涵蓋硅片所有的4個(gè)角（沿1/8 對(duì)角線位置）。圖2.1 板式PECVD石墨板2. 印刷

5、機(jī)：整個(gè)印刷過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，所以硅片處在不斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)中，而推進(jìn)硅片進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的是印刷機(jī)上的黑色小塑料塊，如圖2.2，其與硅片的接觸為局部小范圍面接觸，而接觸位置也在硅片易斷裂處。以下分別對(duì)三道印刷中，設(shè)備與硅片的接觸進(jìn)行羅列.圖2.2 印刷線中行走臂上的黑色小推進(jìn)塊第一道印刷：隱患包括四爪吸盤(pán)（圖2.3）、黑色推進(jìn)塊、白色的軌道修正爪手（圖2.4）、印刷臺(tái)上的吸盤(pán)、烘干箱里的白色爪手（圖2.5）圖2.3 四爪吸盤(pán) 圖2.4 白色的軌道修正爪手圖2.5烘干箱里的白色爪手圖2.6 印刷機(jī)至燒結(jié)爐的白色爪手從開(kāi)始印刷至硅片從烘干箱出來(lái)，每個(gè)硅片要與四爪吸盤(pán)接觸1次、黑色推進(jìn)塊接觸23次、白色軌道修正爪

6、手接觸2次、烘干箱里的白色爪手接觸2次，印刷臺(tái)上的吸盤(pán)接觸1次。第二道印刷，從開(kāi)始印刷至硅片從烘干箱出來(lái)，每個(gè)硅片要與黑色推進(jìn)塊接觸20次、白色軌道爪手接觸2次、烘干箱里的白色爪手接觸2次，印刷臺(tái)上的吸盤(pán)接觸1次。第三道印刷，每個(gè)硅片要與黑色推進(jìn)塊接觸7次，印刷臺(tái)上的吸盤(pán)接觸1次、將硅片傳送到燒結(jié)爐的爪手接觸1次圖2.6。除去硅片在第1、2道烘箱里的托盤(pán)上待的時(shí)間，印刷幾分鐘內(nèi)，每個(gè)硅片在印刷線上要與四爪吸盤(pán)接觸1次，與黑色推進(jìn)塊接觸50次，與軌道爪手接觸4次，與白色爪手接觸5次，共計(jì)約為60次，而接觸部位均處在硅片的四個(gè)角周?chē)?。但是，印刷金屬，尤其是第二道鋁漿的印刷會(huì)在硅片表面增加合金層，同

7、時(shí)也在起到加固硅片的作用，這樣，即使硅片上有隱蔽的裂痕，除非外界有很強(qiáng)烈的應(yīng)力集中，否則隱裂痕也不會(huì)輕易擴(kuò)展。在SE線，紅漿料印刷機(jī)與金屬印刷機(jī)類(lèi)似，但是多了兩步推桿推硅片的運(yùn)動(dòng)，推桿與硅片接觸的點(diǎn)位于兩個(gè)邊角見(jiàn)圖2.7 。紅漿料印刷機(jī)與硅片接觸處包括兩次推桿、11次黑色小推塊和1次印刷臺(tái)吸盤(pán)。圖2.7 紅漿料印刷機(jī)推桿與i硅片接觸處3. 測(cè)試臺(tái)硅片從燒結(jié)爐里出來(lái)，首先會(huì)被四爪吸盤(pán)抓至測(cè)試臺(tái)，然后在分選之前，每個(gè)硅片會(huì)走過(guò)24個(gè)黑色推塊和測(cè)試時(shí)的探針+4個(gè)壓緊塑料塊，見(jiàn)圖2.8圖2.8 測(cè)試臺(tái)的測(cè)試部分三. 總結(jié)統(tǒng)計(jì)時(shí)只針對(duì)硅片邊/角有受力的情況，由以上可以粗略看出，從生產(chǎn)第一道工序起至分檔測(cè)試至，（只針對(duì)一次