摘 要：本文簡要介紹了單片旋轉腐蝕/清洗設備的結構及控制技術，著重從控制及軟件編制方面闡述。經用戶使用證明：該系統運行可靠，工藝靈活，人機界面友好。適用4″～ 8″晶圓片的單片旋轉腐蝕、清洗、顯影等工藝。 1.引言 　　隨著圓片大直徑和器件尺寸進一步縮小，傳統的槽式批處理清洗技術在諸多工藝因素的驅動下已難以適應濕法清洗，制備工藝過程中需要引入新型的清洗工藝，以確保IC規格、性能指標及可靠性不因污染影響而下降。這就對新一代清洗設備提出了無損傷和抑制腐蝕損傷清洗的要求。 圓片大直徑和器件尺寸進一步縮小使得晶圓的成本持續攀升，工藝過程中成品率及產品周期的縮短均加快了IC制備工藝對單圓片濕法清洗技術的應用，使得該技術逐漸成為主流趨勢。 2.設備結構及組成 　　該設備主要用于芯片制造工藝過程中晶圓片單片腐蝕清洗工藝。整機采用模塊化的結構設計，主要由機架、清洗腐蝕腔、折臂式機械手自動送片收片機構、清洗工作臺晶圓片定位機構、清洗噴頭擺動機構、腐蝕液和DI水在線加熱系統、電控系統、管路系統及排風系統等組成。 3、主要工作原理 　　開機后，將裝有硅片的片盒架放到上片位置，并輸出有片盒信號，一切準備就緒后，啟動自動運行程序，折臂式機械手進行復合智能運動，從上片位置機械手爪吸附上硅片，傳輸到硅片定位機構，硅片中心定位后，機械手取出，傳輸到腐蝕清洗腔旋轉卡盤，機械手退出，進行自動腐蝕清洗工藝。 4、控制系統組成 　　控制采用集中管理、分散控制，并具有工藝參數管理、設備運行狀態動態監控、故障診斷等功能。控制系統硬件主要由研華工業PC控制機、機械手控制模塊、清洗腔控制模塊、安全檢測模塊、腐蝕液及DI水在線加熱系統、直流電機控制器、傳感器等經過專用通訊模塊組成。設備具有自動和手動運行功能，自動運行根據用戶編制的工藝程序設備自動完成硅片的傳輸、酸液腐蝕及DI水沖洗，各個動作實現互鎖，確保設備的安全及人身安全。手動功能完成所有的單步動作，以便用戶維修及特殊需要。整機的電控系統安裝在機體的前部，操作部分、控制開關、溫控器急停等安裝在設備的前面板。 5.控制系統軟件 　　5.1 軟件系統組成： 　　本控制軟件由上位機控制模塊及下位機各控制模塊組成。下位機各控制模塊根據自身的硬件結構，有相應的驅動控制模塊及驅動程序，上位機軟件由VC++ 編制，負責整個設備各功能單元的協調運行，與各下位模塊數據通訊采用RS232通訊方式，主要由以下功能模塊組成。 　　（1）運行模塊：運行模塊包括對設備上電后的初始化，檢查設備自動運行的初始化條件。運行模塊確認當前運行工藝程序并自動執行一個工藝程序。本模塊還有監控功能，并采用二維圖形動態顯示各個工位的狀態，以及當前工藝步驟的相關參數和進度，見下圖 　　（2）工藝設置模塊：工藝設置模塊用來輸入工藝數據及查看以輸入的工藝程序及各工藝參數，包括對輸入數據進行合理性檢查、刪除、修改、存儲等功能。工藝程序包括清洗的工步順序以及每個工步的清晰時間、電機的轉速。由于控制器采用工業控制計算機，工藝程序的數量以及每個工藝程序的工步數量不再受到限制，可以隨意添加。 　　（3）調試模塊：調試模塊實現對設備獨立單元的操作，包括對所有I/O口狀態的讀取;對任意一個電磁閥的開關;對電機的各種啟停和轉動測試;對循環制冷加熱器的各種操作以及溫度采樣、圖形顯示;對機械手各種動作的測試，如晶片掃描、取片、放片等。 　　（4）報警記錄模塊：報警記錄模塊記錄設備在運行過程中發生的各種警報，幫助操作工程師分析設備的故障。 　　（5）系統設置模塊：系統設置模塊包括各個級別操作用戶的密碼管理，以及一些系統參數的設置，如主軸電機的啟動加速度等。 　　5.2 軟件結構 　　5.2.1 　　（1）數據結構：本系統在軟件設計過程中，定義了工藝步驟結構體、警報結構體、采樣溫度結構體。工藝結構體定義為 　　typedef struct _ProcessStepData 　　｛ 　　CHAR m_strName[30]; 　　int m_nRotateSp; 　　int m_nTime; 　　int m_nFunction; 　　｝PROCESSSTEPDATA_ST; 　　其中包括工步名稱、工步功能、工步的工藝時間、電機的轉速。 　　警報結構體定義為 　　typedef struct _WarningData 　　｛ 　　int m_nName; 　　int m_nDescription; 　　char m_strTime[21]; 　　char m_strTimeClr[21]; 　　int m_nLevel; 　　bool m_bOccur; 　　｝WARNINGDATA_ST; 　　其中包括警報發生的時間、警報消除的時間、警報的級別和警報的說明。 　　采樣溫度結構體定義為 　　typedef struct _TemperatureData 　　｛ 　　float m_fTemp; 　　char m_strTime[20]; 　　｝TEMPERATUREDATA_ST; 　　其中包括采樣的溫度值和采樣時間。 　　同時給每個結構體定義了動態數組，其數組的容量可以根據需要任意增加。 　　工藝結構體動態數組定義如下： 　　CArray m_arrProc; 　　添加工藝步驟，執行如下操作： 　　PROCESSSTEPDATA_ST stProc; 　　對stProc各成員變量賦值，m_arrProc.Add（stProc）; 　　修改工藝步驟，執行如下操作： 　　對stProc各成員變量賦值，m_arrProc.SetAt（nIndex, stProc）; 　　插入工藝步驟，執行如下操作： 　　對stProc各成員變量賦值，m_arrProc.InsertAt（nIndex, stProc）; 　　刪除工藝步驟，執行如下操作： 　　對stProc各成員變量賦值，m_arrProc.RemoveAt（nIndex）; 　　警報結構體動態數組定義如下： 　　CArray m_arrWarning; 　　溫度結構體動態數組定義如下： 　　CArraym_arrTemp; 　　對報警記錄和溫度采樣記錄的操作與工藝步驟的操作類似。 　　5.2.2 軟件流程：本流程圖主要描述設備的操作流程。首先對設備進行初始化操作，當設備狀態正常，則啟動自動腐蝕清洗流程。首先機械手對送片盒進行掃描確定送片盒存在晶片的位置，然后取片，并放到定位機構進行晶片位置較準，接下來機械手將校準完的晶片置于腐蝕清洗腔中。控制系統根據預先設定好的工藝文件對晶片進行腐蝕、清洗、甩干。工藝處理結束后，機械手從腐蝕清洗腔中取片，然后放到收片盒中，單個晶片的工藝流程執行結束，機械手開始執行下一個晶片的工藝流程。 6.結束語 　　本系統自2007年在北京宇翔電子有限責任公司投入運行以來，由于工藝的靈活性，可適合多種規格及工藝要求的晶圓腐蝕清洗，實時性強，運行可靠，特別適用批量生產的產品。 作者簡介：曹秀芳，1965年12，女，高級工程師，主要從事半導體專用設備的研究開發，主要方向為晶圓片的濕法腐蝕清洗、旋轉清洗甩干等工藝設備研制，應用領域為IC生產線、硅材料生產線、砷化鎵器件生產線、太陽能電池生產線、分離器件生產線等。