半導體技術(shù)應用于太陽能

1、第三代半導體清洗技術(shù)及在太陽能電池領(lǐng)域的應用北京中聯(lián)科利行銷部2008年4月12日半導體清洗技術(shù)的發(fā)展半導體清洗技術(shù)發(fā)展史19701980199020002005201021k456 64k(3m)84M (0.8m)12 184k(10m)256k (2m)16M (0.6m)256M (0.25m)4G(90nm)64G(40nm)16k( 6m)1M (1.3m)64M (0.4m)1G(0.18m)16G(65nm)(35nm)RCA清洗工藝研發(fā)出來RCA(SC1+SC2)改良RCA(SC1+SC2DHF+SC3)機能水(DIW+O3/NH3)硅片的尺寸發(fā)展CPU芯片發(fā)展存儲器芯片發(fā)展

2、半導體清洗技術(shù)發(fā)展CUC2 半導體清洗設備的發(fā)展趨勢半導體清洗設備的發(fā)展是依據(jù)硅片尺寸變大及工藝技術(shù)的進步而不斷提高的:從手動設備發(fā)展到自動有花籃設備是為適應工廠大批量生產(chǎn)；從自動有花籃設備發(fā)展到自動無花籃設備是為提高清洗效果；從自動無花籃設備發(fā)展到單晶圓清洗設備是為適應12寸IC芯片清洗；CUC半導體清洗技術(shù)的發(fā)展3半導體清洗設備的發(fā)展70 80年代，以舊工藝為代表、手動操作式的清洗機為第一代清洗設備，無藥液自動補償控制。80 90年代，以RCA工藝技術(shù)為基礎、采用PLC控制的自動硅片清洗機為第二代清洗設備。90 00年代，無花籃式自動處理設備及改良型RCA工藝使用，針對大尺寸硅片，達到高清

3、洗效果的清洗機為第三代清洗設備。21世紀 ，基于第三代清洗技術(shù)、采用機能水工藝以滿足低于0.1m線寬、低K值、多層配線等生產(chǎn)工藝要求的自動硅片清洗機，挑戰(zhàn)濕法清洗工藝的極限。CUC4半導體濕法工藝面臨的挑戰(zhàn)濕法工藝的發(fā)展焦點主要集中在： 降低缺陷率：主要指particle去除數(shù)目和效率； 選擇比：根據(jù)化學藥液對不同材料的刻蝕速度不同來達到既刻蝕目標又不損傷圖形、襯 底、或襯底上的薄膜（由藥液的種類改良而定）的目的； 表面處理的均一性；濕法工藝面臨的挑戰(zhàn)： 在半導體芯片集成度約來越高，線寬越來越小的情況下，如何無損傷去除顆粒是要面臨的關(guān)鍵問題； 傳統(tǒng)化學清洗藥液導致介電常數(shù)顯著變化和對薄膜結(jié)構(gòu)的

4、構(gòu)成損傷 ，很難維持低k材料的電介常數(shù)； 單片噴淋清洗設備在12寸IC芯片的制造過程中被廣泛使用，清洗效果好，無交叉污染問題及節(jié)省藥液。CUC5第三代半導體清洗設備的優(yōu)勢對比環(huán)境凈化表面處理部件選用干燥技術(shù)濃度控制溫度控制時間控制兆聲波技術(shù)第一代清洗設備(手動清洗設備)差差便宜 不實用差不均差超時差第二代清洗設備(自動有花籃)好差不實用好均勻好好好第三代清洗設備(自動無花籃,帶有CIM通信功能)好好長期耐用好均勻好好好對比應用優(yōu)勢說明應用層流凈化系統(tǒng)，控制氣流流向采用改良的RCA清洗工藝,表面清洗效果好使用進口的穩(wěn)定耐用的設備部件, 設備穩(wěn)定性高利用IPA蒸氣的干燥方法來消除硅片表面水痕在線濃

5、度監(jiān)測及自動補液系統(tǒng)采用電子冷熱器控制，藥液溫度控制精度達到0.5采用PLC全自動控制利用兆聲波的機械能來去除雜質(zhì)顆粒CUC6第三代半導體清洗設備的優(yōu)勢總結(jié)降低缺陷率表面均一性自動化程度適用產(chǎn)品第一代清洗設備(手動清洗設備)有水痕殘留，有花籃印 表面灰暗等問題刻蝕后，厚度不均。溫度不易控制低 適用小尺寸 批量生產(chǎn)小尺寸硅片加工(制做電路前)25寸芯片第二代清洗設備(自動有花籃)無水痕殘留，硅片邊緣清洗不凈刻蝕后，厚度均一性好。高 適用批量生產(chǎn)68寸芯片第三代清洗設備(自動無花籃 帶有CIM通信功能)無水痕殘留，使用改良RCA工藝清洗效果顯著刻蝕后，厚度均一性好。高 適用批量生產(chǎn)812寸芯片第1

6、3代硅材料（砷化鎵、氮化鎵） 結(jié)論：第3代半導體清洗設備的潔凈程度高，自動化程度高，設備的穩(wěn)定性好，可靠性高，半導體器件清洗質(zhì)量的一致性好。CUC7CUC第三代清洗技術(shù)方案特點中聯(lián)科利的設備解決方案：1、環(huán)境改良 氣流控制技術(shù)的應用（層流凈化系統(tǒng)和風簾技術(shù)）； 排風口（負壓）溢流 設備頂部設置潔凈單元，利用氣流的導向作用實現(xiàn)揮發(fā)的腐蝕性氣體及反應生成氣體快速排放。采用先進的層流凈化技術(shù)，消除了酸堿蒸氣的影響。潔凈單元兩面風簾隔離溢流 兩面風簾隔離，頂部外加潔凈單元，利用三面氣流的導向作用，迅速排放反應產(chǎn)生的腐蝕性氣體，避免了氣體的串槽現(xiàn)象。CUC8中聯(lián)科利的設備解決方案： 2、表面處理 物理方

7、面：兆聲波改良技術(shù)和二流體的應用； 化學方面：機能水的應用； 兆聲/超聲 漂洗 CUCCUC第三代清洗技術(shù)方案特點兆聲波 二流體 9中聯(lián)科利的設備解決方案：3、優(yōu)質(zhì)部品的選用： 接頭、管路、閥、過濾器、泵； 槽體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)：PFA、QZ、PVDF、PTFE、SUS316、 SUS304等CUCCUC第三代清洗技術(shù)方案特點10中聯(lián)科利的設備解決方案：4、干燥裝置的選用： 甩干機 IPA蒸氣干燥 Maragoni干燥 TFT-LCD清洗設備使用 風刀、IR干燥方式 CUCCUC第三代清洗技術(shù)方案特點甩干機 IPA V/D 11 表面處理的均一性：1、藥液濃度的控制： 槽體結(jié)構(gòu)和功能上采用四面溢流循

8、環(huán)槽體設計保證槽內(nèi)各位置藥液濃度一致； 利用時間控制和批次控制管理自動補液系統(tǒng)，保證多批次藥液濃度一致； 普通的槽體設計中聯(lián)科利的槽體設計溢流補液系統(tǒng)溢流槽CUCCUC第三代清洗技術(shù)方案特點12CUC第三代清洗技術(shù)方案特點CUC 表面處理的均一性：2、藥液溫度控制： 采用電子冷熱器控制，藥液溫度控制精度達到0.5，電子冷熱器內(nèi)部溫度控制精度達到0.1，保證多批次清洗、刻蝕效果一致；13表面處理的均一性：3、時間控制： 采用PLC全自動控制，工藝配方功能；CUC第三代清洗技術(shù)方案特點CUC14設備加工環(huán)境： 由日本清洗行業(yè)資深專家進行設計指導，并監(jiān)督加工質(zhì)量；在1000級無塵室進行設備加工；制造

9、車間實施5S管理。CUC第三代清洗技術(shù)方案特點風淋室無塵車間CUC15中聯(lián)科利全系列半導體清洗設備清洗設備濕法清洗機部件清洗機藥液系統(tǒng)硅片清洗濕法刻蝕RCA清洗EKC清洗SiN刻蝕SiO2刻蝕去膠石英管清洗花籃和金屬部件清洗藥液供應系統(tǒng)廢液回收系統(tǒng)輔助設備 (N2柜 甩干機 藥液槽 存儲柜等)CUC16半導體&太陽能清洗技術(shù)對比半導體傳統(tǒng)RCA清洗技術(shù)： 硅片經(jīng)過不同工序加工后，其表面已受到嚴重沾污，一般講硅片表面沾污大致可分在三類： A. 有機雜質(zhì)沾污 B. 顆粒沾污 C. 金屬離子沾污 用RCA法清洗可以有效去除粒子，并且能去除AL Mg Ca Na等金屬離子雜質(zhì)。改良的RCA用SPM溶液

10、去有機雜質(zhì)沾污，稀的HF腐蝕表面生成的自然氧化膜。 CUC17半導體&太陽能清洗技術(shù)對比單晶硅太陽能電池清洗制絨技術(shù)： 利用堿性溶液對單晶硅不同晶面的腐蝕速率的差異，在硅片表面腐蝕出“金字塔”的絨面結(jié)構(gòu)。制絨后硅片表面無白斑、絨面均勻、氣泡印小。CUC18半導體&太陽能清洗技術(shù)對比多晶硅太陽能電池清洗制絨技術(shù)： 利用HNO3作為強氧化劑，與Si反應生成SiO2并產(chǎn)生空穴，HF與生成的SiO2反應生成溶于水的絡合物H2SiF6 ，從而在硅片表面形成微溝。反應過程放出巨大的熱量，控制好濃度、時間和溫度能達到良好的絨面效果。適量添加CH3COOH可緩和反應。CUC19半導體&太陽能清洗技術(shù)對比 晶體

11、硅太陽能電池制絨優(yōu)點： 通過化學濕法制絨的方式來降低硅片表面對可見光的反射率 制絨前制絨后CUC20半導體&太陽能清洗設備要求對比產(chǎn)能清洗要求藥液系統(tǒng)自動化程度干燥方式全自動RCA清洗設備200片/小時顯著去除雜質(zhì)顆粒 有機殘余物自動補液 (以時間和批次控制)高IPA干燥太陽能電池清洗制絨16002000片/小時形成均勻金字塔結(jié)構(gòu)的絨面自動補液(依據(jù)經(jīng)驗)高旋轉(zhuǎn)甩干/熱N2烘干太陽能電池清洗設備要求高產(chǎn)能, 清洗后形成金字塔結(jié)構(gòu)的均勻絨面半導體清洗設備要求潔凈度高，硅片表面殘余顆粒數(shù)少CUC21應用到太陽能清洗設備的關(guān)鍵技術(shù)半導體清洗技術(shù)在太陽能電池上的應用設計理念源于半導體設備要求應用第三代

12、半導體清洗技術(shù)單晶多晶綜合型制絨設備成熟的濃度溫度控制工藝，保證處理均一性機械手定位精確、運行平穩(wěn)，有效降低碎片率運用氣流控制技術(shù)，極大地減少污染CUC22浙江紹興向日葵太陽能清洗案例全自動制絨清洗設備設備參數(shù)設備尺寸：L18m x W2.1m x H2.3m硅片尺寸：125x125x0.2(mm) 156x156x0.2(mm)生產(chǎn)能力： 1600片/小時單晶制絨： 30min 80-85多晶制絨： 5-10min 20-25自動補液： NaOH、IPA、Na2SiO3、 HF、HNO3、HCL、DIW、 HOT DIW等傳送速率： 200-500mm/secCUC23臥式石英爐管清洗機浙江

13、紹興向日葵太陽能清洗案例CUC設備參數(shù)設備尺寸：L4.5m x W1.1m x H2.0m爐管尺寸：300 x max 3500(mm) （根據(jù)客戶需求定制）清洗步驟：放置爐管-注酸-浸泡- 酸回收-DIW噴淋-排水- 氣槍吹干-取出爐管主要特點：進口耐酸材質(zhì) 外型美觀 爐管正反轉(zhuǎn)清洗 自/手動換液清洗 循環(huán)過濾系統(tǒng)24太陽能電池工藝電池片生產(chǎn)流程：擴散制結(jié)Diffusion Furnace等離子刻蝕PlasmaEtching去磷硅玻璃After Diffusion Cleaning減反射膜制備Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition絲網(wǎng)印刷Scree

14、n Printing檢測分級Testing and Selecting燒結(jié)Dryer/Firing Furnaces硅片腐蝕 制絨Wafer EtchingCUC25中聯(lián)科利太陽能制絨設備制絨設備工序流程（單/多晶兼容）CUC自動上料單晶粗拋QDR單晶制絨1單晶制絨2QDR單晶制絨3單晶制絨4QDR多晶制絨OverflowQDRHCl酸洗QDRHF酸洗QDROverflow慢提拉/OF熱N2烘干自動下料甩干機26中聯(lián)科利太陽能制絨設備特點工藝的穩(wěn)定性補液點良品區(qū)最佳工藝點制絨量上限下限制絨的影響因素：濃度 溫度 時間通過對各影響因素的分析確定最佳的工藝窗口區(qū)間，對各工藝點進行有效控制。CUC2

15、7中聯(lián)科利太陽能制絨設備特點CUC工藝的針對性 一、嚴格的科學檢測方法 對硅片原料進行初始狀態(tài)檢測，確定清洗制絨工藝方案。 包括： 1、外觀的檢測 2、電阻率的分布值 3、中心厚度與邊緣（5mm內(nèi)）的厚度值分布28中聯(lián)科利太陽能制絨設備特點CUC工藝的針對性二、仿工業(yè)化的實驗室試驗 根據(jù)檢測結(jié)果，在最短的時間內(nèi)確定清洗制絨的藥液組成、配 比以及工藝參數(shù)，保證生產(chǎn)的迅速順利進行。三、在線的工藝確定 實驗室試驗通過后，在線調(diào)整工藝參數(shù)，最終確定清洗制絨藥液以及控制工藝。四、快速的工藝調(diào)整 依靠中聯(lián)科利強大的技術(shù)力量支持，以及在濕制程方面積累的豐富經(jīng)驗，可迅速對不同廠商不同批次的硅片的作出工藝調(diào)整。

16、29中聯(lián)科利太陽能制絨設備特點CUC低腐蝕量 穩(wěn)定的制絨工藝，全自動的操作系統(tǒng)，工藝的針對性，嚴格的工藝操作監(jiān)控手段等。 降低絨面制作對去損傷的要求，使得以更小的刻蝕量以獲得良好的絨面結(jié)構(gòu)?？涛g量：10m30中聯(lián)科利太陽能制絨設備特點CUC兼容性 采用不同的耐腐蝕及兼容性材料，提高材料對單多晶工藝的可兼容性。兩面風淋隔離，頂部外加潔凈單元，利用三面氣流的導向作用，迅速排放單多晶制絨所產(chǎn)生的腐蝕性氣體，避免了氣體的竄槽現(xiàn)象，解決了槽間的相互影響，從而實現(xiàn)單多晶工藝兼容。國內(nèi)設備大多沒有考慮到酸堿腐蝕隔離問題。潔凈單元兩面風淋隔離溢流腐蝕性氣體31中聯(lián)科利半導體技術(shù)優(yōu)勢在太陽能設備中的具體應用32

17、關(guān)鍵技術(shù)CUC先進的氣路控制系統(tǒng)：在設備的頂部增加潔凈單元，利用氣流體的導向作用實現(xiàn)揮發(fā)的腐蝕性氣體以及生成氣體快速排放潔凈單元排風口（負壓）溢流傳統(tǒng)的制絨槽：排風口在頂部，堿性蒸氣易在壁上形成結(jié)晶，酸氣易形成粘稠中聯(lián)科利先進的氣流控制系統(tǒng)，消除了酸堿蒸氣的影響延長設備壽命改善操作環(huán)境增加潔凈度避免二次污染保證質(zhì)量33關(guān)鍵技術(shù)CUC傳統(tǒng)的制絨設備采用簡單的自然溢流我們的設備采用四周圓齒狀的結(jié)構(gòu)，消除了表面張力的影響，實現(xiàn)均勻溢流，循環(huán)無死角普通的槽體設計中聯(lián)科利的槽體設計溢流全溢流的循環(huán)槽體設計34關(guān)鍵技術(shù)CUC自動補液系統(tǒng)的應用預熱、恒溫、預混合的全自動補液系統(tǒng)配合循環(huán)槽體可實現(xiàn)去除反應產(chǎn)物的功能保持藥液的最佳狀態(tài)35關(guān)鍵技術(shù)CUC自動補液系統(tǒng)的應用多點檢測 ，冷熱恒溫，管路加熱全自動的補液循環(huán)系統(tǒng)最優(yōu)的補液點控制36關(guān)鍵技術(shù) 日本資深專家嚴格的生產(chǎn)流程控制，潔凈的生產(chǎn)環(huán)境，使太陽能的設備具有半導體設備的品質(zhì)。選用滿足半導體要求的管件、材料。CUC半導體優(yōu)良加工工藝的應用37關(guān)鍵技術(shù)CUC高速伺服馬達 快速平穩(wěn)傳送、沖擊小高效的生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)量降低碎片率38關(guān)鍵技術(shù) 機械臂提升部整體包覆PP板