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由共價鍵結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，如果硅片在工藝過程中積累了過多的解理裂痕，則裂痕會產生擴展并脆斷，所以就有很多沿解理面或非解理面的穿晶斷裂出現。經觀察與粗略統(tǒng)計，大多數硅片的斷裂部位位于對角線約1/8處（如圖1.圖2.），所以不妨以1/8處碎片作為研究對象，而對那些潛在于工藝環(huán)節(jié)中的，可造成隱裂痕的，設備操作或人工操作方法進行分析。以下從公司現有設備角度和生產工具的使用角度著手，統(tǒng)計了整個電池片生產過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，便會以極快的速度擴展，而厚度只有200微米左右的單晶硅片，其解理胚形成后，稍有應力集中裂痕便會擴展為裂紋從而發(fā)生斷裂，所以在這次分析過程中，凡是遇到與硅片接觸或對硅片產生力的作用的環(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接觸，但是由于放硅片時，過早的松開鑷子或松手會導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大方法之一，同時也可能造成崩邊現象。如圖1.1、圖1.2.，（紅色圓圈處，硅片邊角已經斷裂；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：鑷子本身結構無可厚非，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或一條線，所以視為隱患。如圖1.3圖1.3 擴散上片時，鑷子的使用方法3. 吸筆：造成隱裂痕的道理與鑷子類似，也是習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似，但是石英舟的硬度更高，如果，插片時過早的松手，硅片墜落后會與石英舟產生互殘式的磕碰，不但能產生碎片或隱裂痕，而且會出現崩邊；菱形石英舟，其結構決

4、定了硅片只能以相鄰兩邊的四個點作為支撐，所以個人感覺當硅片在菱形舟上時，假如舟的凹槽不是跟硅片外邊緣平行，則硅片肯定會受到一個不垂直外邊緣的力，如果硅片跟石英舟之間有較大的震動或碰撞，而力的方向又是沿111方向，則硅片很容易缺角。見圖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. 從設備角度分析1. 板式PECVD的石墨板：每個小框里有八根金屬條，其中4個是鉤狀，作用是承載硅片，另外4個，是直條狀的，如圖2.1。硅片在上下板的過程中，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個角（沿1/8 對角線位置）。圖2.1 板式PECVD石墨板2. 印刷

5、機：整個印刷過程是動態(tài)的，所以硅片處在不斷運動的狀態(tài)中，而推進硅片進行運動的是印刷機上的黑色小塑料塊，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。以下分別對三道印刷中，設備與硅片的接觸進行羅列.圖2.2 印刷線中行走臂上的黑色小推進塊第一道印刷：隱患包括四爪吸盤（圖2.3）、黑色推進塊、白色的軌道修正爪手（圖2.4）、印刷臺上的吸盤、烘干箱里的白色爪手（圖2.5）圖2.3 四爪吸盤 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 印刷機至燒結爐的白色爪手從開始印刷至硅片從烘干箱出來，每個硅片要與四爪吸盤接觸1次、黑色推進塊接觸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，印刷臺上的吸盤接觸1次。第二道印刷，從開始印刷至硅片從烘干箱出來，每個硅片要與黑色推進塊接觸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，印刷臺上的吸盤接觸1次。第三道印刷，每個硅片要與黑色推進塊接觸7次，印刷臺上的吸盤接觸1次、將硅片傳送到燒結爐的爪手接觸1次圖2.6。除去硅片在第1、2道烘箱里的托盤上待的時間，印刷幾分鐘內，每個硅片在印刷線上要與四爪吸盤接觸1次，與黑色推進塊接觸50次，與軌道爪手接觸4次，與白色爪手接觸5次，共計約為60次，而接觸部位均處在硅片的四個角周圍。但是，印刷金屬，尤其是第二道鋁漿的印刷會在硅片表面增加合金層，同

7、時也在起到加固硅片的作用，這樣，即使硅片上有隱蔽的裂痕，除非外界有很強烈的應力集中，否則隱裂痕也不會輕易擴展。在SE線，紅漿料印刷機與金屬印刷機類似，但是多了兩步推桿推硅片的運動，推桿與硅片接觸的點位于兩個邊角見圖2.7 。紅漿料印刷機與硅片接觸處包括兩次推桿、11次黑色小推塊和1次印刷臺吸盤。圖2.7 紅漿料印刷機推桿與i硅片接觸處3. 測試臺硅片從燒結爐里出來，首先會被四爪吸盤抓至測試臺，然后在分選之前，每個硅片會走過24個黑色推塊和測試時的探針+4個壓緊塑料塊，見圖2.8圖2.8 測試臺的測試部分三. 總結統(tǒng)計時只針對硅片邊/角有受力的情況，由以上可以粗略看出，從生產第一道工序起至分檔測試至，（只針對一次