上一期給大家講解了關(guān)于半導(dǎo)體硅片清洗設(shè)備及裝置，接下來(lái)我相信大家也很想了解一下關(guān)于，半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)：
晶圓清洗主要去除吸附在晶圓表面的各種雜質(zhì)粒子，如微粒、有機(jī)物、無(wú)機(jī)金屬離子等，使晶圓的表面潔凈度達(dá)到 ULSI 工藝要求。 濕法晶圓清洗的原理是使用各種化學(xué)藥液與晶圓表面各種雜質(zhì)粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶于水的物質(zhì)，再用高純水沖洗，依次去除晶圓表面各雜質(zhì)。
![第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)]( "第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)")
一、加熱酸槽設(shè)計(jì)
在半導(dǎo)體清洗工藝中，有些化學(xué)試劑在處理晶圓時(shí)，對(duì)溫度有要求，通常，需要進(jìn)行加熱，如SC1、SC2 在 RAC 清洗工藝中就要求溫度在 70~80?℃ 。我們?cè)谶x擇這些加熱酸槽材質(zhì)時(shí)，一般選用石英材質(zhì)。
加熱酸槽一般由石英槽體、加熱器、液位保護(hù)裝置、溫度檢測(cè)裝置、排放裝置及電氣控制裝置等主要部分組成。
![第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)]( "第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)")
由于我們所設(shè)計(jì)的加熱器是內(nèi)置投放式，故對(duì)所選加熱器的要求比較高，不僅能耐酸，而且還要求能耐高溫。 我們所選加熱器所有的加熱絲及其導(dǎo)線都是用 PFA 包裹起來(lái)的， 而且外包的 PFA 材質(zhì)十分潔凈，不會(huì)對(duì)酸液有所污染。 加熱器的加熱功率根據(jù)槽體的容積選取。
由于加熱器是置于槽體底部，所以，液位保護(hù)裝置優(yōu)為重要。 液位保護(hù)裝置主要用于檢測(cè)石英槽內(nèi)是否有酸液，防止加熱器在沒(méi)有酸液的情況下工作而發(fā)生危險(xiǎn)。 溫度檢測(cè)裝置主要用于檢測(cè)石英槽內(nèi)酸液的溫度， 將檢測(cè)的溫度信號(hào)反饋給溫度器，由溫控器實(shí)現(xiàn)溫度控制。 對(duì)于廢酸的排放，基本有兩種不同方式。 可由底部氣動(dòng)閥門控制，或者由射流器稀釋排放。
二、QDR設(shè)計(jì)
QDR（Quick Dump Rinser），即快排快沖槽，主要用于去除晶圓表面微粒雜質(zhì)和殘留化學(xué)藥液，使晶圓表面潔凈。QDR 是晶圓濕法清洗中最重要的一個(gè)清洗工藝模塊，是清洗工藝中不可缺少的一道工藝，直接影響到晶圓的最終清洗效果。
QDR 由內(nèi)外槽、上噴淋管路、下噴淋管路、快速排放閥及控制部分組成。
上噴淋管路共有兩路， 形成相互交叉噴淋，但去離子水不宜直接噴淋沖洗晶圓表面，因晶圓在水蝕作用下直接噴淋晶圓表面，易產(chǎn)生微粒污泥而污染晶圓表面，因此，在去離子水的噴淋過(guò)程中，需要對(duì)沖洗水壓、水量、方向和角度作出調(diào)整測(cè)試，以達(dá)到微粒污染少的最佳效果。 良好的噴嘴所噴淋范圍涵蓋全部晶圓及片盒； 而不良的噴淋沖洗形狀，沒(méi)有涵蓋全部晶圓及片盒， 未被噴淋沖洗的死角地帶，微粒、雜質(zhì)及化學(xué)藥液殘留含量仍然很高，而達(dá)不到良好的清洗效果。
上噴淋同時(shí)， 下噴淋管路由底部?jī)蓚?cè)不斷進(jìn)水，而后由內(nèi)槽上沿四周溢出，這樣，每個(gè)晶圓片縫、各處邊角的去離子水都能連續(xù)得到更新。 同時(shí)，純凈氮?dú)庥上聡娏芄苈愤M(jìn)入槽體。 氮?dú)夤呐萦幸韵聨讉€(gè)作用：（1）增加了去離子水的沖刷力，對(duì)槽體本身有很好的自清洗作用；（2）晶圓在水流中顫動(dòng)，氣泡不能沾附其上，提高了沖洗效果；（3）減少去離子水中的含氧量，避免在晶圓表面生成氧化物。
![第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)]( "第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)")
QDR 噴淋注滿水時(shí)間和排水時(shí)間，對(duì)晶圓清洗質(zhì)量有很大影響。 因晶圓表面暴露在空氣中會(huì)接觸空氣中的氧分子或水汽，在常溫下，即會(huì)生長(zhǎng)一層很薄的氧化層（約為 0.5~1 nm），這層自然氧化物的厚度與暴露在空氣中的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)， 因此，噴淋注滿水時(shí)間越長(zhǎng)，晶圓暴露在空氣中的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，因而形成的氧化層也越厚，這對(duì)晶圓清洗，是很不利的。 QDR 排水的時(shí)間越短，排水流速就會(huì)越大， 有利于去離子水帶走晶圓表面上的微粒雜質(zhì)。因此，在 QDR 設(shè)計(jì)中，要盡可能的縮短噴淋注滿水時(shí)間和排水時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快沖快排，整體效率也會(huì)得到提高。
三、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)是全自動(dòng)清洗機(jī)區(qū)別手動(dòng)清洗機(jī)最核心的部分，由該系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)了晶圓工藝清洗的自動(dòng)化。 傳動(dòng)系統(tǒng)的性能直接決定了全自動(dòng)清洗機(jī)整體工作效率及工作的穩(wěn)定性、可靠性等方面。
傳動(dòng)系統(tǒng)由 x 向和 y 向組成，通過(guò) PLC 程序控制，方便靈活地實(shí)現(xiàn)了 x 向和 y 向的運(yùn)動(dòng)。
![第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)]( "第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)")
x 向是由伺服電機(jī)、減速器、LM 直線導(dǎo)軌、齒輪齒條及連接塊等部分組成的。 它由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器，齒輪齒條、連接塊傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂連同機(jī)械手整體 x 向的運(yùn)動(dòng)；該方向運(yùn)動(dòng)用于將片盒準(zhǔn)確地移至各個(gè)清洗工位定位處。 在 x 向裝有一個(gè)原點(diǎn)近接開關(guān)，以檢測(cè)確定機(jī)械臂在 x 向的起始位置點(diǎn)，左右兩側(cè)分別裝有限位近接開關(guān)，以防止機(jī)械臂與本體相碰，發(fā)生危險(xiǎn)。
y 向由機(jī)械手、機(jī)械臂、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及連接塊等部分組成。機(jī)械手是用于片盒的提取，它通過(guò) x、y兩個(gè)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 機(jī)械臂是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，它由伺服電機(jī)、圓軸絲杠、導(dǎo)向裝置、高剛性框架集成一體而成。 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與PLC 一起控制 y 向的運(yùn)動(dòng)。 在 y 向裝有一個(gè)原點(diǎn)近接開關(guān)， 以檢測(cè)確定機(jī)械臂在 y 向的起始位置點(diǎn)，在其上下兩側(cè)分別裝有限位近接開關(guān)，以防止機(jī)械臂與本體相碰，發(fā)生危險(xiǎn)。
傳動(dòng)系統(tǒng)各方面性能對(duì)保證整臺(tái)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。 主要由以下幾個(gè)（1）運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；（2）運(yùn)動(dòng)的精確性；（3）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的剛性；（4）運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。
四、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電氣控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的重要部分，統(tǒng)籌安排傳動(dòng)系統(tǒng)在各個(gè)清洗槽的運(yùn)動(dòng)時(shí)序，控制閥門以及清洗工藝模塊的工作狀態(tài)。 它直接關(guān)系到設(shè)備的正常使用、維護(hù)及其生產(chǎn)效率。 整套控制系統(tǒng)以一臺(tái) PLC（可編程序控制器）C2OOHG 為核心，觸摸屏作為人機(jī)界面，交流伺服系統(tǒng)作為晶圓移位的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
![第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)]( "第三課：半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)清洗設(shè)備的主要部件的設(shè)計(jì)")
1、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成
包括控制箱及傳感器, 電磁閥等。 控制箱為立式，裝于設(shè)備本體左側(cè)，為密閉式，防止酸霧腐蝕電器元件。 控制箱箱內(nèi)裝有電源開關(guān)，伺服控制系統(tǒng),PLC 及接線端子等。 在控制箱的正面裝有控制面板；控制面板上面裝有操作開關(guān)，蜂鳴器,指示燈及觸摸屏,溫控器等。
2.、程序控制
本設(shè)備通過(guò) PLC、觸摸屏、伺服模塊程序的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳片工作，手動(dòng)/自動(dòng)操作方式可以切換。 觸摸屏上有手動(dòng)操作面板，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)手動(dòng)操作。 各清洗槽工藝時(shí)間可以在觸摸屏中設(shè)置。 系統(tǒng)可以編譯并存儲(chǔ)多條工藝程序，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。
3、安全裝置
本設(shè)備具有聲光報(bào)警功能。 當(dāng)有故障時(shí)，設(shè)備報(bào)警，觸摸屏上顯示出錯(cuò)信息，這時(shí)按下急停按鈕，所有動(dòng)作停止。 排除故障后，按下復(fù)位按鈕，可恢復(fù)初始狀態(tài)； 設(shè)備前部裝有透明有機(jī)玻璃推拉門，防止酸液濺出。