摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了單片旋轉(zhuǎn)腐蝕/清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)，著重從控制及軟件編制方面闡述。經(jīng)用戶使用證明：該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，工藝靈活，人機(jī)界面友好。適用4″～ 8″晶圓片的單片旋轉(zhuǎn)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(jìn)一步縮小，傳統(tǒng)的槽式批處理清洗技術(shù)在諸多工藝因素的驅(qū)動(dòng)下已難以適應(yīng)濕法清洗，制備工藝過(guò)程中需要引入新型的清洗工藝，以確保IC規(guī)格、性能指標(biāo)及可靠性不因污染影響而下降。這就對(duì)新一代清洗設(shè)備提出了無(wú)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(jìn)一步縮小使得晶圓的成本持續(xù)攀升，工藝過(guò)程中成品率及產(chǎn)品周期的縮短均加快了IC制備工藝對(duì)單圓片濕法清洗技術(shù)的應(yīng)用，使得該技術(shù)逐漸成為主流趨勢(shì)。 2.設(shè)備結(jié)構(gòu)及組成 　　該設(shè)備主要用于芯片制造工藝過(guò)程中晶圓片單片腐蝕清洗工藝。整機(jī)采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由機(jī)架、清洗腐蝕腔、折臂式機(jī)械手自動(dòng)送片收片機(jī)構(gòu)、清洗工作臺(tái)晶圓片定位機(jī)構(gòu)、清洗噴頭擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、腐蝕液和DI水在線加熱系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、管路系統(tǒng)及排風(fēng)系統(tǒng)等組成。 3、主要工作原理 　　開(kāi)機(jī)后，將裝有硅片的片盒架放到上片位置，并輸出有片盒信號(hào)，一切準(zhǔn)備就緒后，啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行程序，折臂式機(jī)械手進(jìn)行復(fù)合智能運(yùn)動(dòng)，從上片位置機(jī)械手爪吸附上硅片，傳輸?shù)焦杵ㄎ粰C(jī)構(gòu)，硅片中心定位后，機(jī)械手取出，傳輸?shù)礁g清洗腔旋轉(zhuǎn)卡盤，機(jī)械手退出，進(jìn)行自動(dòng)腐蝕清洗工藝。 4、控制系統(tǒng)組成 　　控制采用集中管理、分散控制，并具有工藝參數(shù)管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、故障診斷等功能?？刂葡到y(tǒng)硬件主要由研華工業(yè)PC控制機(jī)、機(jī)械手控制模塊、清洗腔控制模塊、安全檢測(cè)模塊、腐蝕液及DI水在線加熱系統(tǒng)、直流電機(jī)控制器、傳感器等經(jīng)過(guò)專用通訊模塊組成。設(shè)備具有自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行功能，自動(dòng)運(yùn)行根據(jù)用戶編制的工藝程序設(shè)備自動(dòng)完成硅片的傳輸、酸液腐蝕及DI水沖洗，各個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)互鎖，確保設(shè)備的安全及人身安全。手動(dòng)功能完成所有的單步動(dòng)作，以便用戶維修及特殊需要。整機(jī)的電控系統(tǒng)安裝在機(jī)體的前部，操作部分、控制開(kāi)關(guān)、溫控器急停等安裝在設(shè)備的前面板。 5.控制系統(tǒng)軟件 　　5.1 軟件系統(tǒng)組成： 　　本控制軟件由上位機(jī)控制模塊及下位機(jī)各控制模塊組成。下位機(jī)各控制模塊根據(jù)自身的硬件結(jié)構(gòu)，有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制模塊及驅(qū)動(dòng)程序，上位機(jī)軟件由VC++ 編制，負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備各功能單元的協(xié)調(diào)運(yùn)行，與各下位模塊數(shù)據(jù)通訊采用RS232通訊方式，主要由以下功能模塊組成。 　?。?）運(yùn)行模塊：運(yùn)行模塊包括對(duì)設(shè)備上電后的初始化，檢查設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的初始化條件。運(yùn)行模塊確認(rèn)當(dāng)前運(yùn)行工藝程序并自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)工藝程序。本模塊還有監(jiān)控功能，并采用二維圖形動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)工位的狀態(tài)，以及當(dāng)前工藝步驟的相關(guān)參數(shù)和進(jìn)度，見(jiàn)下圖 　?。?）工藝設(shè)置模塊：工藝設(shè)置模塊用來(lái)輸入工藝數(shù)據(jù)及查看以輸入的工藝程序及各工藝參數(shù)，包括對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查、刪除、修改、存儲(chǔ)等功能。工藝程序包括清洗的工步順序以及每個(gè)工步的清晰時(shí)間、電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于控制器采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工藝程序的數(shù)量以及每個(gè)工藝程序的工步數(shù)量不再受到限制，可以隨意添加。 　?。?）調(diào)試模塊：調(diào)試模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備獨(dú)立單元的操作，包括對(duì)所有I/O口狀態(tài)的讀取;對(duì)任意一個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān);對(duì)電機(jī)的各種啟停和轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試;對(duì)循環(huán)制冷加熱器的各種操作以及溫度采樣、圖形顯示;對(duì)機(jī)械手各種動(dòng)作的測(cè)試，如晶片掃描、取片、放片等。 　　（4）報(bào)警記錄模塊：報(bào)警記錄模塊記錄設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種警報(bào)，幫助操作工程師分析設(shè)備的故障。 　?。?）系統(tǒng)設(shè)置模塊：系統(tǒng)設(shè)置模塊包括各個(gè)級(jí)別操作用戶的密碼管理，以及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，如主軸電機(jī)的啟動(dòng)加速度等。 　　5.2 軟件結(jié)構(gòu) 　　5.2.1 　?。?）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，定義了工藝步驟結(jié)構(gòu)體、警報(bào)結(jié)構(gòu)體、采樣溫度結(jié)構(gòu)體。工藝結(jié)構(gòu)體定義為 　　typedef struct _ProcessStepData 　　｛ 　　CHAR m_strName[30]; 　　int m_nRotateSp; 　　int m_nTime; 　　int m_nFunction; 　?。齈ROCESSSTEPDATA_ST; 　　其中包括工步名稱、工步功能、工步的工藝時(shí)間、電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 　　警報(bào)結(jié)構(gòu)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; 　?。齏ARNINGDATA_ST; 　　其中包括警報(bào)發(fā)生的時(shí)間、警報(bào)消除的時(shí)間、警報(bào)的級(jí)別和警報(bào)的說(shuō)明。 　　采樣溫度結(jié)構(gòu)體定義為 　　typedef struct _TemperatureData 　?。? 　　float m_fTemp; 　　char m_strTime[20]; 　?。齌EMPERATUREDATA_ST; 　　其中包括采樣的溫度值和采樣時(shí)間。 　　同時(shí)給每個(gè)結(jié)構(gòu)體定義了動(dòng)態(tài)數(shù)組，其數(shù)組的容量可以根據(jù)需要任意增加。 　　工藝結(jié)構(gòu)體動(dòng)態(tài)數(shù)組定義如下： 　　CArray m_arrProc; 　　添加工藝步驟，執(zhí)行如下操作： 　　PROCESSSTEPDATA_ST stProc; 　　對(duì)stProc各成員變量賦值，m_arrProc.Add（stProc）; 　　修改工藝步驟，執(zhí)行如下操作： 　　對(duì)stProc各成員變量賦值，m_arrProc.SetAt（nIndex, stProc）; 　　插入工藝步驟，執(zhí)行如下操作： 　　對(duì)stProc各成員變量賦值，m_arrProc.InsertAt（nIndex, stProc）; 　　刪除工藝步驟，執(zhí)行如下操作： 　　對(duì)stProc各成員變量賦值，m_arrProc.RemoveAt（nIndex）; 　　警報(bào)結(jié)構(gòu)體動(dòng)態(tài)數(shù)組定義如下： 　　CArray m_arrWarning; 　　溫度結(jié)構(gòu)體動(dòng)態(tài)數(shù)組定義如下： 　　CArraym_arrTemp; 　　對(duì)報(bào)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(shè)備的操作流程。首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化操作，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)正常，則啟動(dòng)自動(dòng)腐蝕清洗流程。首先機(jī)械手對(duì)送片盒進(jìn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行晶片位置較準(zhǔn)，接下來(lái)機(jī)械手將校準(zhǔn)完的晶片置于腐蝕清洗腔中?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的工藝文件對(duì)晶片進(jìn)行腐蝕、清洗、甩干。工藝處理結(jié)束后，機(jī)械手從腐蝕清洗腔中取片，然后放到收片盒中，單個(gè)晶片的工藝流程執(zhí)行結(jié)束，機(jī)械手開(kāi)始執(zhí)行下一個(gè)晶片的工藝流程。 6.結(jié)束語(yǔ) 　　本系統(tǒng)自2007年在北京宇翔電子有限責(zé)任公司投入運(yùn)行以來(lái)，由于工藝的靈活性，可適合多種規(guī)格及工藝要求的晶圓腐蝕清洗，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，運(yùn)行可靠，特別適用批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。 作者簡(jiǎn)介：曹秀芳，1965年12，女，高級(jí)工程師，主要從事半導(dǎo)體專用設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，主要方向?yàn)榫A片的濕法腐蝕清洗、旋轉(zhuǎn)清洗甩干等工藝設(shè)備研制，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)镮C生產(chǎn)線、硅材料生產(chǎn)線、砷化鎵器件生產(chǎn)線、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線、分離器件生產(chǎn)線等。