引言

高效硅太陽能電池的加工在很大程度上取決于高幾何質(zhì)量和較低污染的硅晶片的可用性。在晶圓加工結(jié)束時(shí)，有必要去除晶圓表面的潛在污染物，例如有機(jī)物、金屬和顆粒。當(dāng)前的工業(yè)晶圓加工過程包括兩個(gè)清潔步驟。第一個(gè)是預(yù)清潔步驟，去除粗泥。第一次預(yù)清潔是在鋸切之后、將晶圓從橫梁上脫膠之前直接進(jìn)行的。第二步是晶圓脫膠和分離后的清潔。這種清潔順序提供了許多影響晶片表面清潔度的可能性，例如通過改變所使用的化學(xué)品或超聲波頻率。

即使清潔后的晶圓表面看起來光學(xué)上是干凈的，但它仍然可能被污染。為了進(jìn)一步改善清潔效果，必須采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)分析已清潔表面的污染程度。到目前為止，還沒有已知的方法可以對(duì)剩余顆粒負(fù)載進(jìn)行可重復(fù)的定性或定量檢測(cè)。

對(duì)于漿料鋸切晶圓，只能通過蝕刻晶圓表面來檢測(cè)SiC顆粒負(fù)載。對(duì)于金剛石線鋸切晶圓，鋸切過程中不使用SiC。表面上的顆粒可以是硅切口、金剛石切口或金屬砂粒的顆粒。由于金剛線鋸切晶圓在鋸切方向上具有特征性的粗糙表面結(jié)構(gòu)，表面積較大，顆粒可以更好地粘附在該表面上。因此，與漿料鋸切的晶片表面相比，金剛石線鋸切的晶片表面上可能存在更多的顆粒。

到目前為止，顆粒污染水平只能通過簡單的擦拭測(cè)試來檢測(cè)，該測(cè)試無法提供可重復(fù)的結(jié)果。為了比較集中關(guān)于顆粒負(fù)載的晶圓清潔程序，已經(jīng)開發(fā)了新的方法來定量和定性地確定污染水平。

實(shí)驗(yàn)

1.簡單擦拭試驗(yàn)

圖1

(a)簡單擦拭試驗(yàn)原理；(b)含有雜質(zhì)的使用過的組織的圖片；(c)灰度，其中數(shù)字為飽和度為零的hsv-色彩空間的值[%]

清潔后的晶圓表面上的剩余顆粒負(fù)載可以通過簡單的擦拭測(cè)試來確定，在該測(cè)試中，用垂直且平行于鋸切凹槽的軟組織對(duì)表面進(jìn)行拋光，見圖1（a）。所分析晶片的顆粒負(fù)載通過使用灰度的組織上的雜質(zhì)等級(jí)來指示（圖1(b)，(c)）。缺點(diǎn)是收到的結(jié)果取決于在晶片上施加的壓力以及擦拭表面時(shí)組織的接觸面積的大小。因此，該方法具有固有的不準(zhǔn)確性。

2.新標(biāo)準(zhǔn)化擦拭試驗(yàn)

為了獲得鋸切和清洗硅片上顆粒污染的可重復(fù)性結(jié)果，對(duì)擦拭試驗(yàn)進(jìn)行了顯著改進(jìn)。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的拋光輪，并將水溶性羊毛固定在拋光輪上，而不是擦拭組織(圖2)。因此，晶圓片可以用規(guī)定的壓力、角速度和拋光時(shí)間進(jìn)行拋光，這將被稱為標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試。

圖2：(a)標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試的原理； (b) 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

3.顆粒膠帶試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試的結(jié)果得出顆粒污染水平作為總參數(shù)。對(duì)于這種所謂的顆粒帶測(cè)試，使用膠帶將顆粒從表面去除，然后用顯微鏡進(jìn)行分析。較適合這種需求的膠帶是帶有聚丙烯背襯材料的丙烯酸酯粘合劑。

在規(guī)定的溫度下，將膠帶平行于鋸痕粘貼在晶圓表面上，然后快速撕下（圖3(a)）。通過激光共焦顯微鏡檢測(cè)粘附在膠帶上的顆粒。分析顯微鏡圖像即可得出檢測(cè)到的顆粒數(shù)量及其尺寸分布。因此，可以確定剩余顆粒的粒度分布，并顯示顆粒面積相對(duì)于完整研究表面積的百分比（圖3(b)）。

圖3

(a)膠帶測(cè)試原理； (b) 分析顯微鏡圖像（左），得出晶粒尺寸分布（中）和顆粒面積百分比（右）。

結(jié)論

在這項(xiàng)工作中，引入了兩種新方法，使得檢測(cè)晶圓表面上剩余的顆粒負(fù)載成為可能。新開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試和顆粒膠帶測(cè)試是互補(bǔ)的方法，可產(chǎn)生有關(guān)清潔晶圓表面上剩余顆粒負(fù)載的所有基本信息。這些是作為總參數(shù)的顆粒負(fù)載和顆粒粒度分布。

在標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試中，旋轉(zhuǎn)拋光輪與固定在輪上的水溶性絨布結(jié)合使用，以規(guī)定的壓力、角速度和拋光時(shí)間從晶片表面去除剩余的顆粒負(fù)載。通過分析溶解的羊毛的濁度，可以將污染確定為總參數(shù)。

在顆粒膠帶測(cè)試中，使用膠帶將顆粒從晶圓表面去除。隨后可以通過激光共聚焦顯微鏡分析膠帶上的顆粒。因此，剩余顆粒負(fù)載可以作為總和參數(shù)來檢測(cè)，而且還可以識(shí)別粒度分布。標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試相對(duì)于顆粒膠帶測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)在于，可以去除晶圓幾乎整個(gè)表面區(qū)域上的顆粒。

通過膠帶測(cè)試，一次只能分析小區(qū)域。然而，通過膠帶測(cè)試，首次可以獲得有關(guān)晶片表面上剩余顆粒負(fù)載的晶粒尺寸分布的信息。通過標(biāo)準(zhǔn)化擦拭測(cè)試與定量顆粒膠帶測(cè)試相結(jié)合的兩種方法，現(xiàn)在可以選擇更優(yōu)化的晶圓清潔方法，以獲得用于高效硅太陽能電池工藝的更好的原材料。

審核編輯 黃宇