RENA_inoxide_培训（PPT36页)

RENAinoxide培训2011-02-28RENAInoxide大致构造“一化一水”，硅片每经过一次化学品，都会经过一次水喷淋清洗。除刻蚀槽和第一道水喷淋之间,其它的槽和槽之间都有吹液风刀。（风刀主要是将液体吹回槽体，防止液位降低造成报警）除刻蚀槽外，其它化学槽和水槽都是喷淋结构，去PSG氢氟酸槽是喷淋结构，而且片子进入到溶液内部。最后一道水喷淋（第三道水喷淋）由于要将所有化学品全部洗掉，所以水压最大。相应的，最后的吹干风刀气压最大。（只是相对而言）上片刻蚀槽H2SO4/HNO3/HF水喷淋碱洗槽NaOH水喷淋去PSG槽HF水喷淋下片吹干风刀RENA刻蚀的机理RENA是通过化学反应来进行硅的刻蚀的，其反应体系很复杂。以下是其中的几个反应方程式：Si+2HNO3+6HF=H2SiF6+2HNO2+2H2O3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O3Si+2HNO3+18HF=3H2SiF6+2NO+4H2O+3H25Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2RENA刻蚀的机理尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步：1.硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）。（此反应也可理解为自催化反应）2.二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。3.硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度（增大溶液与PSG薄层间的界面张力）和溶液密度。溶液黏度低，片子会翘片，导致黑圈出现。链的触发硝酸将硅氧化成二氧化硅，生成二氧化氮或一氧化氮Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O(慢反应)Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O(慢反应)链的扩展二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅2NO2+H2O=HNO2+HNO3(快反应)Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O(快反应)（第一步的主反应）4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应)只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应。造成硅的快速氧化，硝酸则最终被还原成氮氧化物。最终硅片背面（与刻蚀溶液接触）被氧化RENA刻蚀的机理第一步、硅的氧化RENA刻蚀的机理第二步、二氧化硅的溶解二氧化硅生成以后，很快与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O;(四氟化硅是气体)SiF4+2HF=H2SiF6。总反应SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O最终刻蚀掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。亚硝酸本身并不是特别稳定，它会慢慢分解，在时刻时停的小批量生产时，溶液中的亚硝酸浓度的平衡点不会超过一定的限度，刻蚀溶液会一直保持无色。大批量生产时，亚硝酸浓度平衡点会有所上升，亚硝酸浓度的略微增加，会导致有一个有趣的现象——溶液颜色变成淡绿色和绿色。只要刻蚀正常，溶液颜色变绿不会对片子效率产生任何影响。刻蚀不合格片时可能会将一些杂质引入刻蚀溶液，污染刻蚀溶液，但这与变绿无关。RENA刻蚀的机理——溶液变绿根据刻蚀机理可以看出，随着刻蚀的进行，硝酸和氢氟酸被消耗，必须要补充这两种酸，否则刻蚀速率会急剧下降，乃至最后不反应，那么就牵涉到一个问题：该怎么补？该补多少？（现在一般是300-400pcs补加一次，补充量也很小，HON3大约为0.25L左右，HF量稍微小些，0.2L左右，具体可根据减薄量来优化）RENA刻蚀工艺的关键——刻蚀槽补液硫酸能否对刻蚀速率产生影响？能！硫酸提高了氢离子浓度，能加快刻蚀反应的反应速率。硫酸能调整铺展过宽导致的过刻吗？只有在某些情况下可以。此时刻蚀速率较低，加硫酸以后，必须加大刻蚀槽带速，（当然前提是保证刻蚀深度），才有可能有所改善，否则很有可能铺展变小，但过刻反倒变得更严重了，加硫酸也是很冒险的，硫酸加的多，可能导致溶液密度大，硅片发飘，造成碎片；黏度大，片子不沾液，TRASH率飙升。调节——配比调节——温度和反应物浓度一样，温度对化学反应速率的影响也很大，刻蚀反应也不例外。在工艺未凋整期间，刻蚀溶液温度一般定为8摄氏度（刻蚀槽内的刻蚀溶液，不是储备槽）。在稳定刻蚀的时候，偏差一般在正负0.5度以内。偏差一般不允许超过正负1度。温度可以作为刻蚀速率的调节手段，但是这是最后的手段。由于温度较高的情况下，刻蚀溶液在刻蚀槽时会不稳定，所以一般不宜长时间超过10度，当前我们的补液能保证刻蚀速率不下降，所以我们无需调高刻蚀溶液的温度。制备新的刻蚀溶液：先加水，再加硝酸和氢氟酸，最后加入硫酸，硫酸加入会放出大量的热，所以硫酸一般是一次加入几升，加入几升硫酸后溶液温度会很高，所以必须等制冷系统将溶液温度降到一定温度以后才能再加入几升，加入硫酸-制冷降温-加入硫酸-制冷降温循环往复，直到硫酸量达到设定值（80L）。这一过程由RENA机硬件系统自行完成。硫酸的加入很费时间，这也是刻蚀溶液换液至少需要4-5个小时的主要原因。最后的一点硫酸加入后，并且刻蚀溶液温度冷却至8度即告换液完成，可开始刻蚀。初配液配比：一般体积为300L（原料是浓度为68%硝酸；浓度为49%氢氟酸；去离子水和浓度为98.3%硫酸）调节——初配液1.RENA机设备上的带速极限是1.5M/min（长时间运转）2.初配液可能会刻蚀速率极高（达0.9um/min以上），以至于即使带速达到极限，刻蚀深度依然达到1.2-1.4um（不论是SE还是HP）3.去了PSG的片子，由于不存在正面铺展，刻蚀深度就是达到2um也不会对效率有什么影响（试验结果），所以此时可以投HP的片子，同时带速依然保持最大，减少硅的溶解，以延长后期溶液的寿命。生产一段时间后，很快溶液变绿，刻蚀速率经过一段时间后降至正常。4.万一出现极端情况，生产了很长一段时间。腐蚀深度依旧降不下来，可以将补液关掉，不补液，待刻蚀速率降至正常后，再恢复补液，并正常的投片。5.当然初配液最主要的可能性是一切正常。调节——初配液碱洗槽的作用——碱洗槽在刻蚀槽、第一道水喷淋之后。作用在于利用喷淋，中和并冲掉硅片背面（和刻蚀溶液接触的那一面）和边缘沾附的酸。由于NaOH吸收空气中的二氧化碳，生成碳酸钠析出，造成结晶堵碱。温度低或长时间不用时，结晶堵碱会很严重。需要设备人员定期保养清理管道，否则经常发生液位低的报警，如果在生产过程中出现，可以手动添加药液，比例为KOH/NAOH：DI-Water=1:10碱洗槽和去PSG氢氟酸槽也需要补液，但工艺容差极大，补液周期为1小时，分12次补加，也就是大约5分钟补加一次碱洗槽和去PSG氢氟酸槽中的溶液均是240小时寿命，到寿命必须更换。每次更换时，注意冲洗碱槽内的结晶体，也可以清洗槽体后再添加药液碱洗槽和去PSG氢氟酸槽刻蚀线一个微过刻的片子正常情况下刻蚀线到边缘的距离控制在3mm以下，最宽不得超过3mm。刻蚀线对于直接RENA的片子，刻蚀后有时会有刻蚀线——一条靠近边缘的淡淡的一条黑线刻蚀线一般是淡淡的一条黑线，而有时在边缘会有很显眼的很黑很黑的线或黑区，这些东西就不是刻蚀线了，而是没有洗干净的酸，此时需要在碱槽手动补碱来解决。如果多次出现这种情况，必须检查碱洗槽是否堵碱。另外，对于没有去PSG的SE片子在极端情况下的初配液可能会出现焦黑痕。除了初配液的极高刻蚀速率大刻蚀深度情况可能导致焦黑痕以外，其它情况下刻蚀后SE硅片边缘的任何黑线都不是焦黑痕。刻蚀线PPV材料的疲劳构成RENAInoxide机器的主要材料是PPV聚四氟乙烯材料。没有十全十美的材料：PPV材料抗化学腐蚀能力极强；但力学性能一般。长期使用下的材料疲劳、磨损、形变会导致一些设备故障。1.刻蚀槽：RENA机需要保持极精密的刻蚀槽尺寸和各部件的相对位置位置。PPV材料的磨损和形变会导致正确的尺寸、位置被破坏。导致刻蚀槽硅片不沾液和沉入溶液（过刻）。2.轴承座：PPV材料的磨损会导致轴承座夹不住轴，出现滚轴爬起，导致碎片、刻蚀槽硅片不沾液和沉入溶液（过刻）3.滚轴断裂：PPV材料疲劳引起，导致歪片、划痕。4.胶圈老化：导致划痕。1.带速太高、某些材料疲劳导致的滚轴、轴承、挡板变形，第三道水喷淋水压大、吹干风刀气压大，碎片残留在道上没及时掉下去等等。2.对于某些差片子，可能还要下掉一些上滚轴。3.从吹干硅片角度讲，吹干风刀气压越大越好；从降低碎片的角度讲，吹干风刀气压越小越好，所以要恰到好处。但对于力学性能极差的片子，将没有任何气压调节窗口，即：不是吹不干就是碎片。4.对于力学性能差的片子，不得不牺牲产能（降低上片区/第三区带速）来降低碎片。碎片制冷机跳闸与故障碱喷淋后的吹液风刀堵孔：导致碱液被带出，频繁出现碱槽液位过低的报警。带速规范：1.刻蚀槽带速≥第三区带速≥上片区带速+0.1m/min2.刻蚀槽带速≥1.2m/min3.相邻两区的带速差≤0.3m/min4.在没有工艺调整的正常刻蚀的情况下，刻蚀槽带速保持不变产能受上片区、刻蚀槽、第三区这三个区域中最慢的带速——上片区带速制约。其它异常情况及排查过程腐蚀量异常处理及排查可能是由于测量错误或刻蚀液浓度异常造成的。1.多次测量，确保测量数值的准确性；2.查看自动补液、温度、带速的设定是否正常；3.若腐蚀量偏小，建议首先考虑降低刻蚀槽带速，其次是手动往刻蚀槽加些硝酸和氢氟酸（体积比为2：1），最后考虑提升刻蚀槽温度（效果不明显，一般不建议改动）；4.若腐蚀量偏大，建议首先考虑提高刻蚀槽带速，其次是暂时将自动补液量降低或者停止，待腐蚀深度正常后再将参数改回，最后考虑降低刻蚀槽温度（建议不低于6度）。异常情况及排查过程RENA刻蚀后硅片表面色斑色差的分析、处理可确定造成这一异常的原因是碱槽故障，主要有以下原因1.碱槽喷淋压力不够，致使碱液不能喷到硅片上，碱洗不充分；2.碱槽液位过低，碱循环停止，硅片没有得到碱洗；3.碱槽溶液浓度过低。这些原因的解决方案:首先查看碱槽喷淋压力,若压力小找设备人员调整碱槽流量,增大碱槽喷淋压力;其次检查碱槽液位,确保碱槽液位正常(第二个液位感应器灯亮);用PH试纸测试碱槽PH值,此项只能粗略检测,但对溶液浓度的判断有很大意义.异常情况及排查过程刻蚀线异常的处理刻蚀线可能会出现过宽或波纹状的异常,常见原因有以下几点1.刻蚀槽循环流量异常;2.刻蚀槽溶液浓度异常;3.整个设备内的排风情况常见解决方案:调节刻蚀槽流量,一般为降低,观察刻蚀槽后半段溶液铺展的情况;若循环流量调节不能好转,可以调节溶液配比,具体调节方法根据当时情况判断；用纸条测试设备内排风的稳定性，若纸条波动较大，需调节排风。异常情况及排查过程刻蚀槽沾液情况不好的处理沾液不好一般是由于刻蚀槽循环流量低引起，有时也和溶液浓度配比有关系。遇到这样的情况首先调节循环流量，若调节无效可以适当调节溶液浓度，若还是没有效果则需要对设备的滚轮和侧档板进行调节。异常情况及排查过程下料口硅片不干燥的处理硅片不够干燥是由于下料区分刀吹干异常,可调节下料区分刀的压力,调节时需注意对碎片率的影响,不能调节的太大。各道刻蚀不均的处理一般是由于测试误差引起，重复测量消除各道次间的差异。紧急情况的处理情况一：刻蚀槽发生堵片此时片子正面一般都会沾上刻蚀液，从而破坏正面的PN结。为防止刻蚀液被稀释，取片时不宜用大量水冲洗。这种片子取出后，需在手动状态下用RENA清洗这些片子（碱洗、水洗、酸洗、吹干），将片子上残留的酸液洗净，然后进行方块电阻的测量，电阻无异常的可按正常程序继续生产下去（从RENA开始往下做）；电阻异常的，扩散能返工好的在扩散返工，扩散无法返工的从制绒开始重新做。紧急情况的处理情况二：碱槽发生堵片片子在碱液中浸泡时间过长，硅片会于碱液发生反应，正面的PN结很快就会受到破坏，而后会腐蚀表面，甚至达到抛光的效果。碱槽发生堵片需立即用大量清水冲洗硅片，待片子取出后，手动状态下用RENA清洗这些片