上一期給大家講解了關于半導體硅片清洗設備及裝置，接下來我相信大家也很想了解一下關于，半導體晶圓自動清洗設備的主要部件的設計：
晶圓清洗主要去除吸附在晶圓表面的各種雜質粒子，如微粒、有機物、無機金屬離子等，使晶圓的表面潔凈度達到 ULSI 工藝要求。 濕法晶圓清洗的原理是使用各種化學藥液與晶圓表面各種雜質粒子發(fā)生化學反應，生成溶于水的物質，再用高純水沖洗，依次去除晶圓表面各雜質。
一、加熱酸槽設計
在半導體清洗工藝中，有些化學試劑在處理晶圓時，對溫度有要求，通常，需要進行加熱，如SC1、SC2 在 RAC 清洗工藝中就要求溫度在 70~80?℃ 。我們在選擇這些加熱酸槽材質時，一般選用石英材質。
加熱酸槽一般由石英槽體、加熱器、液位保護裝置、溫度檢測裝置、排放裝置及電氣控制裝置等主要部分組成。
由于我們所設計的加熱器是內(nèi)置投放式，故對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線都是用 PFA 包裹起來的， 而且外包的 PFA 材質十分潔凈，不會對酸液有所污染。 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，液位保護裝置優(yōu)為重要。 液位保護裝置主要用于檢測石英槽內(nèi)是否有酸液，防止加熱器在沒有酸液的情況下工作而發(fā)生危險。 溫度檢測裝置主要用于檢測石英槽內(nèi)酸液的溫度， 將檢測的溫度信號反饋給溫度器，由溫控器實現(xiàn)溫度控制。 對于廢酸的排放，基本有兩種不同方式。 可由底部氣動閥門控制，或者由射流器稀釋排放。
二、QDR設計
QDR（Quick Dump Rinser），即快排快沖槽，主要用于去除晶圓表面微粒雜質和殘留化學藥液，使晶圓表面潔凈。QDR 是晶圓濕法清洗中最重要的一個清洗工藝模塊，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程中，需要對沖洗水壓、水量、方向和角度作出調整測試，以達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、雜質及化學藥液殘留含量仍然很高，而達不到良好的清洗效果。
上噴淋同時， 下噴淋管路由底部兩側不斷進水，而后由內(nèi)槽上沿四周溢出，這樣，每個晶圓片縫、各處邊角的去離子水都能連續(xù)得到更新。 同時，純凈氮氣由下噴淋管路進入槽體。 氮氣鼓泡有以下幾個作用：（1）增加了去離子水的沖刷力，對槽體本身有很好的自清洗作用；（2）晶圓在水流中顫動，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。
QDR 噴淋注滿水時間和排水時間，對晶圓清洗質量有很大影響。 因晶圓表面暴露在空氣中會接觸空氣中的氧分子或水汽，在常溫下，即會生長一層很薄的氧化層（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間長短有關， 因此，噴淋注滿水時間越長，晶圓暴露在空氣中的時間就會越長，因而形成的氧化層也越厚，這對晶圓清洗，是很不利的。 QDR 排水的時間越短，排水流速就會越大， 有利于去離子水帶走晶圓表面上的微粒雜質。因此，在 QDR 設計中，要盡可能的縮短噴淋注滿水時間和排水時間，實現(xiàn)快沖快排，整體效率也會得到提高。
三、傳動系統(tǒng)設計
傳動系統(tǒng)是全自動清洗機區(qū)別手動清洗機最核心的部分，由該系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)控制下實現(xiàn)了晶圓工藝清洗的自動化。 傳動系統(tǒng)的性能直接決定了全自動清洗機整體工作效率及工作的穩(wěn)定性、可靠性等方面。
傳動系統(tǒng)由 x 向和 y 向組成，通過 PLC 程序控制，方便靈活地實現(xiàn)了 x 向和 y 向的運動。
x 向是由伺服電機、減速器、LM 直線導軌、齒輪齒條及連接塊等部分組成的。 它由伺服電機驅動，通過減速器，齒輪齒條、連接塊傳動來實現(xiàn)機械臂連同機械手整體 x 向的運動；該方向運動用于將片盒準確地移至各個清洗工位定位處。 在 x 向裝有一個原點近接開關，以檢測確定機械臂在 x 向的起始位置點，左右兩側分別裝有限位近接開關，以防止機械臂與本體相碰，發(fā)生危險。
y 向由機械手、機械臂、伺服驅動系統(tǒng)及連接塊等部分組成。機械手是用于片盒的提取，它通過 x、y兩個方向的聯(lián)合運動來實現(xiàn)的。 機械臂是用于實現(xiàn)機械手的上下運動，它由伺服電機、圓軸絲杠、導向裝置、高剛性框架集成一體而成。 伺服驅動系統(tǒng)與PLC 一起控制 y 向的運動。 在 y 向裝有一個原點近接開關， 以檢測確定機械臂在 y 向的起始位置點，在其上下兩側分別裝有限位近接開關，以防止機械臂與本體相碰，發(fā)生危險。
傳動系統(tǒng)各方面性能對保證整臺設備的穩(wěn)定性和可靠性至關重要。 主要由以下幾個（1）運動的穩(wěn)定性；（2）運動的精確性；（3）傳動結構的剛性；（4）運動速度及運動的平穩(wěn)性。
四、電氣控制系統(tǒng)設計
電氣控制系統(tǒng)是整個設備的重要部分，統(tǒng)籌安排傳動系統(tǒng)在各個清洗槽的運動時序，控制閥門以及清洗工藝模塊的工作狀態(tài)。 它直接關系到設備的正常使用、維護及其生產(chǎn)效率。 整套控制系統(tǒng)以一臺 PLC（可編程序控制器）C2OOHG 為核心，觸摸屏作為人機界面，交流伺服系統(tǒng)作為晶圓移位的執(zhí)行機構。
1、電氣控制系統(tǒng)的構成
包括控制箱及傳感器, 電磁閥等。 控制箱為立式，裝于設備本體左側，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，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，蜂鳴器,指示燈及觸摸屏,溫控器等。
2.、程序控制
本設備通過 PLC、觸摸屏、伺服模塊程序的有效結合實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的傳片工作，手動/自動操作方式可以切換。 觸摸屏上有手動操作面板，可以實現(xiàn)相應手動操作。 各清洗槽工藝時間可以在觸摸屏中設置。 系統(tǒng)可以編譯并存儲多條工藝程序，用戶可以根據(jù)需要進行修改。
3、安全裝置
本設備具有聲光報警功能。 當有故障時，設備報警，觸摸屏上顯示出錯信息，這時按下急停按鈕，所有動作停止。 排除故障后，按下復位按鈕，可恢復初始狀態(tài)； 設備前部裝有透明有機玻璃推拉門，防止酸液濺出。