全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備上下料技術(shù)方案研究

全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備上下料技術(shù)方案研究摘要：在現(xiàn)代化半導(dǎo)體的生產(chǎn)階段，半導(dǎo)體的產(chǎn)品合格率主要是取決于產(chǎn)品的表面顆粒、金屬雜質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)吸附。在IC制造中的關(guān)鍵尺寸不斷縮小，半導(dǎo)體的產(chǎn)品在實際生產(chǎn)階段的各工序都需要經(jīng)過嚴(yán)格多次的清洗步驟，濕法清洗技術(shù)是半導(dǎo)體IC行業(yè)的主要清洗技術(shù)，濕法清洗設(shè)備通常有槽式清洗和單晶圓的清洗方法。下面就對其全自動的半導(dǎo)體清洗設(shè)備上下料技術(shù)方案進行探討，希望對有關(guān)從業(yè)人員帶來幫助。

關(guān)鍵詞：全自動化；半導(dǎo)體；清洗設(shè)備

前言：隨著IC制造行業(yè)對晶圓表面的高潔凈度的要求，半導(dǎo)體的清洗設(shè)備逐漸的向著自高自動化和多功能的方向發(fā)展，對設(shè)備的上下料技術(shù)提出新的要求及其挑戰(zhàn)。本文主要分析IC制造行業(yè)的全自動化半導(dǎo)體清洗設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀，分析上下料的技術(shù)方案，希望為日后高端清洗設(shè)備的上下料技術(shù)方案提供出一定的參考。

1半導(dǎo)體的清洗設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀分析

在開展生產(chǎn)半導(dǎo)體的時候，半導(dǎo)體的產(chǎn)品合格率主要是依據(jù)產(chǎn)品表面顆粒、金屬雜質(zhì)和化學(xué)雜質(zhì)的吸附性。隨著IC制造行業(yè)的關(guān)鍵尺寸縮小，半導(dǎo)體的產(chǎn)品生產(chǎn)階段，各工序都需經(jīng)過多次清洗，在當(dāng)前來講，濕法清洗技術(shù)是半導(dǎo)體IC行業(yè)的關(guān)鍵清洗技術(shù)，濕法清洗設(shè)備主要有槽式清洗方法、單晶圓的清洗方法。本文就分析槽式清洗設(shè)備上下料的技術(shù)方案。按照半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝需求、設(shè)備自動化的程度，槽式清洗設(shè)備還分成手動清洗機、半自動的清洗機、全自動的清洗機。手動設(shè)備在實際應(yīng)用階段，還存在著工藝一致性較差、效率的低下，不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的缺點。在當(dāng)前，性能可靠、功能的完善、自動化程度高的全自動化清洗機在半導(dǎo)體的制造行業(yè)所占據(jù)的市場份額也是越來越高。

2全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備的工藝過程分析

2.1全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備工藝流程圖

上料位

一號工藝槽

二號工藝槽

N號工藝槽

下料位

機械手

水槍氣槍

2.2全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備的工藝過程及其原理分析

在設(shè)備左右兩側(cè)通常分別為該設(shè)備的生產(chǎn)工藝起始位置、結(jié)束位置，位于工藝起始位置的工位是上料位，處在工藝結(jié)束位置的工位則是下料位，處在上料位與下位之間的是工藝槽體的工位，所有槽體的工作在潔凈和全封閉的結(jié)構(gòu)中，設(shè)備正面則是有透明PVC觀察窗口。人工把清洗的片盒放置在上料位，系統(tǒng)檢測到上料位的片盒之后，由機械手依據(jù)預(yù)先所設(shè)定的工藝路徑，在工藝槽體之間傳輸片盒，在完成工藝流程之后，機械手就清洗好片盒放置在下料的位置，并且設(shè)備發(fā)出報警的指令，工作人員在接收到報警指令信號之后，在下料的位置人工手動的取走清洗好的片盒。設(shè)備的工作臺左右兩側(cè)分別設(shè)置PTFE材質(zhì)的水汽槍，用于對設(shè)備臺面和工件的清洗。

3全自動半導(dǎo)體清洗設(shè)備的上下料技術(shù)

3.1單工位固定上下料位

這個技術(shù)方案有效的實現(xiàn)自動化設(shè)備上下料功能需求，該工位功能主要是料盒檢測及其存放，實現(xiàn)人工操作和設(shè)備自動化的結(jié)合。在上下料過程中，操作人員的手動操作是必不可少的，要求我們有關(guān)工作人員在上料的時候，把片盒準(zhǔn)確放置在機械手能夠抓取的位置，否之設(shè)備就會因為機械手不能準(zhǔn)確的抓取片盒而停止工作，并且發(fā)出警報的信號。因為人工操作工位、機械手工作的工位處在同一個位置，設(shè)備不能做到和外部環(huán)境有效的隔離，而外部環(huán)境可能會造成設(shè)備和環(huán)境的污染，工作人員在操作階段，可能會遇到和機械手的相遇問題，使得安全隱患問題的存在。在正式施工階段，對于這個技術(shù)的方法應(yīng)用通常是在終端自動清洗機中。

3.2單工位“回”字形上下料位

這個技術(shù)方案在正式的使用階段，采取晶圓抬升部件X、Z向的運動實現(xiàn)晶圓從料盒中抬升，利用料盒傳輸部件x、Y、z向的運動，實現(xiàn)料盒在A、B、C、D不同位置的運動。晶圓在抬升部件X向運動采用電機、導(dǎo)軌絲桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)晶圓抬升的準(zhǔn)確定位，料盒在抬升部件x、Y、z方向分別安裝了三個氣缸，進而實現(xiàn)料盒在不同工位有效的傳輸。上下料的臺面部件分別安裝有晶圓抬升部件的x向運行采用電機、導(dǎo)軌絲桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)晶圓抬升階段精準(zhǔn)的定位。在料盒的抬升部件在x、Y、Z方向分別安裝三個氣缸，實現(xiàn)料盒在不同工位的傳送。而上下料臺面的部件分別安裝有晶圓檢測傳感器、料盒檢測傳感器，以上料為例，操作人員在把載滿晶圓的料盒在A工位上料，在這個階段，料盒檢測傳感器就會檢測到工位A的料盒啟動上料的程序，而料盒傳送部件把料盒傳送到C工位，C工位晶圓檢測傳感器就會檢測到料盒中的晶圓，啟動晶圓抬升程序，把料盒內(nèi)部的晶圓抬升到機械手抓取的部位，機械手在工位C便可完成取料操作，在這個過程中，晶圓檢測傳感檢測到的料盒是空的，并且料盒檢測傳感器所檢測到的C工位有空料盒，啟動料盒傳送部位，將其空料盒傳送到D工位，完成上料操作。

單工位的“回”字形上下料的技術(shù)方案，實現(xiàn)操作人員和機械手的工作區(qū)域隔離，實現(xiàn)連續(xù)的上下料，進而全面的提升運行效率和人員的安全性，現(xiàn)已應(yīng)用在復(fù)雜地全自動清洗設(shè)備中。

3.3多工位的上下料位

在應(yīng)用多工位的上下料位的時候，上下料傳輸部件的十字滑臺能夠?qū)崿F(xiàn)料盒由人工上料A傳輸?shù)綑C械手上料位C，經(jīng)過上下料傳輸部件抬升機構(gòu)在機械手上料位的C處，抬升料盒，這個時候的機械手運行至對應(yīng)的工位把料盒承載盤取出傳輸?shù)皆O(shè)備制定工位，在人工上料位和機械手的上料位B，人工把料盒放在托盤上，經(jīng)過上下料傳輸部件抬升機構(gòu)，將其料盒實現(xiàn)抬升，這個時候的機械手運動到對應(yīng)的工位將料盒中的承載盤取出傳輸?shù)皆O(shè)備制定工位。在下料階段和上料過程所對應(yīng)，料盒傳輸則是由料盒托盤激光傳感器實現(xiàn)檢測控制。

多工位的上下料技術(shù)方案中，設(shè)置兩組上下料的工位，使得同一臺設(shè)備的運行不同工藝路線變成了現(xiàn)實，進而解決設(shè)備運行單條工藝路線時的工藝槽體限制問題。特別是價格高昂的高端設(shè)備，多工位的技術(shù)方案應(yīng)用價值較高，該方案現(xiàn)已應(yīng)用在有部分需求的客戶中。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著IC制造行業(yè)不斷發(fā)展，對晶圓表面的高潔凈要求也是更高，半導(dǎo)體的清洗設(shè)備向多功能和高自動化的方向發(fā)展，對設(shè)備上下料的技術(shù)方案則是提出新的挑戰(zhàn)。本文所提到的上下料技術(shù)方案現(xiàn)已在實際生產(chǎn)階段得到良好的應(yīng)用，并且有著顯著的效果。在未來的IC行業(yè)制造將要求在更加清潔的環(huán)境中生產(chǎn)，設(shè)備還需實現(xiàn)全面自動化和無人化的生產(chǎn)，智能化制造就成為IC行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，自動上下料的技術(shù)是設(shè)備智能化進程中的關(guān)鍵技術(shù)。

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