1.引言
随着圆片大直径和器件尺寸进一步缩小，传统的槽式批处理清洗技术在诸多工艺因素的驱动下已难以适应湿法清洗，制备工艺过程中需要引入新型的清洗工艺，以确保IC规格、性能指标及可靠性不因污染影响而下降。这就对新一代清洗设备提出了无损伤和抑制腐蚀损伤清洗的要求。 圆片大直径和器件尺寸进一步缩小使得晶圆的成本持续攀升，工艺过程中成品率及产品周期的缩短均加快了IC制备工艺对单圆片湿法清洗技术的应用，使得该技术逐渐成为主流趋势。
2.设备结构及组成
该设备主要用于芯片制造工艺过程中晶圆片单片腐蚀清洗工艺。整机采用模块化的结构设计，主要由机架、清洗腐蚀腔、折臂式机械手自动送片收片机构、清洗工作台晶圆片定位机构、清洗喷头摆动机构、腐蚀液和DI水在线加热系统、电控系统、管路系统及排风系统等组成。
3、主要工作原理
开机后，将装有硅片的片盒架放到上片位置，并输出有片盒信号，一切准备就绪后，启动自动运行程序，折臂式机械手进行复合智能运动，从上片位置机械手爪吸附上硅片，传输到硅片定位机构，硅片中心定位后，机械手取出，传输到腐蚀清洗腔旋转卡盘，机械手退出，进行自动腐蚀清洗工艺。
4、控制系统组成
控制采用集中管理、分散控制，并具有工艺参数管理、设备运行状态动态监控、故障诊断等功能。控制系统硬件主要由研华工业PC控制机、机械手控制模块、清洗腔控制模块、安全检测模块、腐蚀液及DI水在线加热系统、直流电机控制器、传感器等经过专用通讯模块组成。设备具有自动和手动运行功能，自动运行根据用户编制的工艺程序设备自动完成硅片的传输、酸液腐蚀及DI水冲洗，各个动作实现互锁，确保设备的安全及人身安全。手动功能完成所有的单步动作，以便用户维修及特殊需要。整机的电控系统安装在机体的前部，操作部分、控制开关、温控器急停等安装在设备的前面板。
5.控制系统软件
5.1 软件系统组成：
本控制软件由上位机控制模块及下位机各控制模块组成。下位机各控制模块根据自身的硬件结构，有相应的驱动控制模块及驱动程序，上位机软件由VC++ 编制，负责整个设备各功能单元的协调运行，与各下位模块数据通讯采用RS232通讯方式，主要由以下功能模块组成。
（1）运行模块：运行模块包括对设备上电后的初始化，检查设备自动运行的初始化条件。运行模块确认当前运行工艺程序并自动执行一个工艺程序。本模块还有监控功能，并采用二维图形动态显示各个工位的状态，以及当前工艺步骤的相关参数和进度，见下图
（2）工艺设置模块：工艺设置模块用来输入工艺数据及查看以输入的工艺程序及各工艺参数，包括对输入数据进行合理性检查、删除、修改、存储等功能。工艺程序包括清洗的工步顺序以及每个工步的清晰时间、电机的转速。由于控制器采用工业控制计算机，工艺程序的数量以及每个工艺程序的工步数量不再受到限制，可以随意添加。
（3）调试模块：调试模块实现对设备独立单元的操作，包括对所有I/O口状态的读取;对任意一个电磁阀的开关;对电机的各种启停和转动测试;对循环制冷加热器的各种操作以及温度采样、图形显示;对机械手各种动作的测试，如晶片扫描、取片、放片等。
（4）报警记录模块：报警记录模块记录设备在运行过程中发生的各种警报，帮助操作工程师分析设备的故障。
（5）系统设置模块：系统设置模块包括各个级别操作用户的密码管理，以及一些系统参数的设置，如主轴电机的启动加速度等。
5.2 软件结构
5.2.1
（1）数据结构：本系统在软件设计过程中，定义了工艺步骤结构体、警报结构体、采样温度结构体。工艺结构体定义为
typedef struct _ProcessStepData
｛
CHAR m_strName[30];
int m_nRotateSp;
int m_nTime;
int m_nFunction;
｝PROCESSSTEPDATA_ST;
其中包括工步名称、工步功能、工步的工艺时间、电机的转速。
警报结构体定义为
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;
其中包括警报发生的时间、警报消除的时间、警报的级别和警报的说明。
采样温度结构体定义为
typedef struct _TemperatureData
｛
float m_fTemp;
char m_strTime[20];
｝TEMPERATUREDATA_ST;
其中包括采样的温度值和采样时间。
同时给每个结构体定义了动态数组，其数组的容量可以根据需要任意增加。
工艺结构体动态数组定义如下：
CArray m_arrProc;
添加工艺步骤，执行如下操作：
PROCESSSTEPDATA_ST stProc;
对stProc各成员变量赋值，m_arrProc.Add（stProc）;
修改工艺步骤，执行如下操作：
对stProc各成员变量赋值，m_arrProc.SetAt（nIndex, stProc）;
插入工艺步骤，执行如下操作：
对stProc各成员变量赋值，m_arrProc.InsertAt（nIndex, stProc）;
删除工艺步骤，执行如下操作：
对stProc各成员变量赋值，m_arrProc.RemoveAt（nIndex）;
警报结构体动态数组定义如下：
CArray m_arrWarning;
温度结构体动态数组定义如下：
CArraym_arrTemp;
对报警记录和温度采样记录的操作与工艺步骤的操作类似。
5.2.2 软件流程：本流程图主要描述设备的操作流程。首先对设备进行初始化操作，当设备状态正常，则启动自动腐蚀清洗流程。首先机械手对送片盒进行扫描确定送片盒存在晶片的位置，然后取片，并放到定位机构进行晶片位置较准，接下来机械手将校准完的晶片置于腐蚀清洗腔中。控制系统根据预先设定好的工艺文件对晶片进行腐蚀、清洗、甩干。工艺处理结束后，机械手从腐蚀清洗腔中取片，然后放到收片盒中，单个晶片的工艺流程执行结束，机械手开始执行下一个晶片的工艺流程。
6.结束语
本系统自2007年在北京宇翔电子有限责任公司投入运行以来，由于工艺的灵活性，可适合多种规格及工艺要求的晶圆腐蚀清洗，实时性强，运行可靠，特别适用批量生产的产品。
作者简介：曹秀芳，1965年12，女，高级工程师，主要从事半导体专用设备的研究开发，主要方向为晶圆片的湿法腐蚀清洗、旋转清洗甩干等工艺设备研制，应用领域为IC生产线、硅材料生产线、砷化镓器件生产线、太阳能电池生产线、分离器件生产线等。
