通过检测金刚石线锯硅片表面颗粒负荷来评价清洗工艺的新方法

引言

高效硅太阳能电池的加工在很大程度上取决于高几何质量和较低污染的硅晶片的可用性。在晶圆加工结束时，有必要去除晶圆表面的潜在污染物，例如有机物、金属和颗粒。当前的工业晶圆加工过程包括两个清洁步骤。第一个是预清洁步骤，去除粗泥。第一次预清洁是在锯切之后、将晶圆从横梁上脱胶之前直接进行的。第二步是晶圆脱胶和分离后的清洁。这种清洁顺序提供了许多影响晶片表面清洁度的可能性，例如通过改变所使用的化学品或超声波频率。

即使清洁后的晶圆表面看起来光学上是干净的，但它仍然可能被污染。为了进一步改善清洁效果，必须采用适当的技术分析已清洁表面的污染程度。到目前为止，还没有已知的方法可以对剩余颗粒负载进行可重复的定性或定量检测。

对于浆料锯切晶圆，只能通过蚀刻晶圆表面来检测SiC颗粒负载。对于金刚石线锯切晶圆，锯切过程中不使用SiC。表面上的颗粒可以是硅切口、金刚石切口或金属砂粒的颗粒。由于金刚线锯切晶圆在锯切方向上具有特征性的粗糙表面结构，表面积较大，颗粒可以更好地粘附在该表面上。因此，与浆料锯切的晶片表面相比，金刚石线锯切的晶片表面上可能存在更多的颗粒。

到目前为止，颗粒污染水平只能通过简单的擦拭测试来检测，该测试无法提供可重复的结果。为了比较集中关于颗粒负载的晶圆清洁程序，已经开发了新的方法来定量和定性地确定污染水平。

实验

1.简单擦拭试验

图1

(a)简单擦拭试验原理；(b)含有杂质的使用过的组织的图片；(c)灰度，其中数字为饱和度为零的hsv-色彩空间的值[%]

清洁后的晶圆表面上的剩余颗粒负载可以通过简单的擦拭测试来确定，在该测试中，用垂直且平行于锯切凹槽的软组织对表面进行抛光，见图1（a）。所分析晶片的颗粒负载通过使用灰度的组织上的杂质等级来指示（图1(b)，(c)）。缺点是收到的结果取决于在晶片上施加的压力以及擦拭表面时组织的接触面积的大小。因此，该方法具有固有的不准确性。

2.新标准化擦拭试验

为了获得锯切和清洗硅片上颗粒污染的可重复性结果，对擦拭试验进行了显著改进。为了达到这个目的，我们使用一个旋转的抛光轮，并将水溶性羊毛固定在抛光轮上，而不是擦拭组织(图2)。因此，晶圆片可以用规定的压力、角速度和抛光时间进行抛光，这将被称为标准化擦拭测试。

图2：(a)标准化擦拭测试的原理； (b) 实验装置示意图

3.颗粒胶带试验

标准化擦拭测试的结果得出颗粒污染水平作为总参数。对于这种所谓的颗粒带测试，使用胶带将颗粒从表面去除，然后用显微镜进行分析。较适合这种需求的胶带是带有聚丙烯背衬材料的丙烯酸酯粘合剂。

在规定的温度下，将胶带平行于锯痕粘贴在晶圆表面上，然后快速撕下（图3(a)）。通过激光共焦显微镜检测粘附在胶带上的颗粒。分析显微镜图像即可得出检测到的颗粒数量及其尺寸分布。因此，可以确定剩余颗粒的粒度分布，并显示颗粒面积相对于完整研究表面积的百分比（图3(b)）。

图3

(a)胶带测试原理； (b) 分析显微镜图像（左），得出晶粒尺寸分布（中）和颗粒面积百分比（右）。

结论

在这项工作中，引入了两种新方法，使得检测晶圆表面上剩余的颗粒负载成为可能。新开发的标准化擦拭测试和颗粒胶带测试是互补的方法，可产生有关清洁晶圆表面上剩余颗粒负载的所有基本信息。这些是作为总参数的颗粒负载和颗粒粒度分布。

在标准化擦拭测试中，旋转抛光轮与固定在轮上的水溶性绒布结合使用，以规定的压力、角速度和抛光时间从晶片表面去除剩余的颗粒负载。通过分析溶解的羊毛的浊度，可以将污染确定为总参数。

在颗粒胶带测试中，使用胶带将颗粒从晶圆表面去除。随后可以通过激光共聚焦显微镜分析胶带上的颗粒。因此，剩余颗粒负载可以作为总和参数来检测，而且还可以识别粒度分布。标准化擦拭测试相对于颗粒胶带测试的优点在于，可以去除晶圆几乎整个表面区域上的颗粒。

通过胶带测试，一次只能分析小区域。然而，通过胶带测试，首次可以获得有关晶片表面上剩余颗粒负载的晶粒尺寸分布的信息。通过标准化擦拭测试与定量颗粒胶带测试相结合的两种方法，现在可以选择更优化的晶圆清洁方法，以获得用于高效硅太阳能电池工艺的更好的原材料。

审核编辑 黄宇