RENA_inoxide_培训

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10H2O+3H2
RENA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
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。
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。
RENA刻蚀的机理
第一步、硅的氧化
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
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。
RENA刻蚀的机理——溶液变绿
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。
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
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。
RENA inoxide 培 训
2011-02-28
RENA Inoxide 大致构造
上 片
刻蚀槽 水
H2SO4/

HNO3/


碱洗槽

NaOH

水吹
去PSG槽 喷 干
HF
淋风
下 片
HF

“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)
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+2H2O 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF=3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+
其它
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/min 2. 刻蚀槽带速≥1.2m/min 3. 相邻两区的带速差≤0.3m/min 4. 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
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。
碎片
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。
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,
以至于即使带速达到极限,刻蚀深度依然达到1.21.4um(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
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。
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。
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)。
PPV材料的疲劳
构成RENA Inoxide 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)。
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
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。
调节——来自百度文库比
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。
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。
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.
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),
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。
碱洗槽和去PSG氢氟酸槽
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
刻蚀线
刻蚀线
一个微过刻的片子
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
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刻蚀工艺的关键 ——刻蚀槽补液
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)
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