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(zhì)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(zhì)粒子發(fā)生化學反應，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)。
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(zhì)時，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(zhì)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(zhì)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(diào)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(zhì)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(zhì)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(zhì)。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(qū)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(qū)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(qū)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。