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，有必要去除晶圓表面的潛在污染物，例如有機物、金屬和顆粒。當(dāng)前的工業(yè)晶圓加工過程包括兩個清潔步驟。第一個是預(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剩余顆粒負載進行可重復(fù)的定性或定量檢測。

對于漿料鋸切晶圓，只能通過蝕刻晶圓表面來檢測SiC顆粒負載。對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?？梢愿玫卣掣皆谠摫砻嫔?。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試來檢測，該測試無法提供可重復(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。

實驗

1.簡單擦拭試驗

圖1

(a)簡單擦拭試驗原理；(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載可以通過簡單的擦拭測試來確定，在該測試中，用垂直且平行于鋸切凹槽的軟組織對表面進行拋光，見圖1（a）。所分析晶片的顆粒負載通過使用灰度的組織上的雜質(zhì)等級來指示（圖1(b)，(c)）。缺點是收到的結(jié)果取決于在晶片上施加的壓力以及擦拭表面時組織的接觸面積的大小。因此，該方法具有固有的不準確性。

2.新標(biāo)準化擦拭試驗

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，對擦拭試驗進行了顯著改進。為了達到這個目的，我們使用一個旋轉(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、角速度和拋光時間進行拋光，這將被稱為標(biāo)準化擦拭測試。

圖2：(a)標(biāo)準化擦拭測試的原理； (b) 實驗裝置示意圖

3.顆粒膠帶試驗

標(biāo)準化擦拭測試的結(jié)果得出顆粒污染水平作為總參數(shù)。對于這種所謂的顆粒帶測試，使用膠帶將顆粒從表面去除，然后用顯微鏡進行分析。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粘附在膠帶上的顆粒。分析顯微鏡圖像即可得出檢測到的顆粒數(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于完整研究表面積的百分比（圖3(b)）。

圖3

(a)膠帶測試原理； (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

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

在標(biāo)準化擦拭測試中，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、角速度和拋光時間從晶片表面去除剩余的顆粒負載。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，剩余顆粒負載可以作為總和參數(shù)來檢測，而且還可以識別粒度分布。標(biāo)準化擦拭測試相對于顆粒膠帶測試的優(yōu)點在于，可以去除晶圓幾乎整個表面區(qū)域上的顆粒。

通過膠帶測試，一次只能分析小區(qū)域。然而，通過膠帶測試，首次可以獲得有關(guān)晶片表面上剩余顆粒負載的晶粒尺寸分布的信息。通過標(biāo)準化擦拭測試與定量顆粒膠帶測試相結(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