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摘要：在现代化半导体的生产阶段，半导体的产品合格率主要是取决于产品的表面颗粒、金属杂质、化学物质吸附。在IC制造中的关键尺寸不断缩小，半导体的产品在实际生产阶段的各工序都需要经过严格多次的清洗步骤，湿法清洗技术是半导体IC行业的主要清洗技术，湿法清洗设备通常有槽式清洗和单晶圆的清洗方法。下面就对其全自动的半导体清洗设备上下料技术方案进行探讨，希望对有关从业人员带来帮助。
关键词：全自动化；半导体；清洗设备
前言：随着IC制造行业对晶圆表面的高洁净度的要求，半导体的清洗设备逐渐的向着自高自动化和多功能的方向发展，对设备的上下料技术提出新的要求及其挑战。本文主要分析IC制造行业的全自动化半导体清洗设备发展的现状，分析上下料的技术方案，希望为日后高端清洗设备的上下料技术方案提供出一定的参考。
1 半导体的清洗设备发展现状分析
在开展生产半导体的时候，半导体的产品合格率主要是依据产品表面颗粒、金属杂质和化学杂质的吸附性。随着IC制造行业的关键尺寸缩小，半导体的产品生产阶段，各工序都需经过多次清洗，在当前来讲，湿法清洗技术是半导体IC行业的关键清洗技术，湿法清洗设备主要有槽式清洗方法、单晶圆的清洗方法。本文就分析槽式清洗设备上下料的技术方案。按照半导体的生产工艺需求、设备自动化的程度，槽式清洗设备还分成手动清洗机、半自动的清洗机、全自动的清洗机。手动设备在实际应用阶段，还存在着工艺一致性较差、效率的低下，不能适应大批量生产的缺点。在当前，性能可靠、功能的完善、自动化程度高的全自动化清洗机在半导体的制造行业所占据的市场份额也是越来越高。
2全自动半导体清洗设备的工艺过程分析
2.1 全自动半导体清洗设备工艺流程图
上料位 一号工艺槽 二号工艺槽 N号工艺槽 下料位
机械手
水枪
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气枪
2.2 全自动半导体清洗设备的工艺过程及其原理分析
在设备左右两侧通常分别为该设备的生产工艺起始位置、结束位置，位于工艺起始位置的工位是上料位，处在工艺结束位置的工位则是下料位，处在上料位与下位之间的是工艺槽体的工位，所有槽体的工作在洁净和全封闭的结构中，设备正面则是有透明PVC观察窗口。人工把清洗的片盒放置在上料位，系统检测到上料位的片盒之后，由机械手依据预先所设定的工艺路径，在工艺槽体之间传输片盒，在完成工艺流程之后，机械手就清洗好片盒放置在下料的位置，并且设备发出报警的指令，工作人员在接收到报警指令信号之后，在下料的位置人工手动的取走清洗好的片盒。设备的工作台左右两侧分别设置PTFE材质的水汽枪，用于对设备台面和工件的清洗。
3 全自动半导体清洗设备的上下料技术
3.1 单工位固定上下料位
这个技术方案有效的实现自动化设备上下料功能需求，该工位功能主要是料盒检测及其存放，实现人工操作和设备自动化的结合。在上下料过程中，操作人员的手动操作是必不可少的，要求我们有关工作人员在上料的时候，把片盒准确放置在机械手能够抓取的位置，否之设备就会因为机械手不能准确的抓取片盒而停止工作，并且发出警报的信号。因为人工操作工位、机械手工作的工位处在同一个位置，设备不能做到和外部环境有效的隔离，而外部环境可能会造成设备和环境的污染，工作人员在操作阶段，可能会遇到和机械手的相遇问题，使得安全隐患问题的存在。在正式施工阶段，对于这个技术的方法应用通常是在终端自动清洗机中。
3.2 单工位“回”字形上下料位
这个技术方案在正式的使用阶段，采取晶圆抬升部件X、Z向的运动实现晶圆从料盒中抬升，利用料盒传输部件x、Y、z向的运动，实现料盒在A、B、C、 D不同位置的运动。晶圆在抬升部件X向运动采用电机、导轨丝杆结构，实现晶圆抬升的准确定位，料盒在抬升部件x、Y、z方向分别安装了三个气缸，进而实现料盒在不同工位有效的传输。上下料的台面部件分别安装有晶圆抬升部件的x向运行采用电机、导轨丝杆结构，实现晶圆抬升阶段精准的定位。在料盒的抬升部件在x、Y、Z方向分别安装三个气缸，实现料盒在不同工位的传送。而上下料台面的部件分别安装有晶圆检测传感器、料盒检测传感器，以上料为例，操作人员在把载满晶圆的料盒在A工位上料，在这个阶段，料盒检测传感器就会检测到工位A的料盒启动上料的程序，而料盒传送部件把料盒传送到C工位，C工位晶圆检测传感器就会检测到料盒中的晶圆，启动晶圆抬升程序，把料盒内部的晶圆抬升到机械手抓取的部位，机械手在工位C便可完成取料操作，在这个过程中，晶圆检测传感检测到的料盒是空的，并且料盒检测传感器所检测到的C工位有空料盒，启动料盒传送部位，将其空料盒传送到D工位，完成上料操作。
单工位的“回”字形上下料的技术方案，实现操作人员和机械手的工作区域隔离，实现连续的上下料，进而全面的提升运行效率和人员的安全性，现已应用在复杂地全自动清洗设备中。
3.3 多工位的上下料位
在应用多工位的上下料位的时候，上下料传输部件的十字滑台能够实现料盒由人工上料A传输到机械手上料位C，经过上下料传输部件抬升机构在机械手上料位的C处，抬升料盒，这个时候的机械手运行至对应的工位把料盒承载盘取出传输到设备制定工位，在人工上料位和机械手的上料位B，人工把料盒放在托盘上，经过上下料传输部件抬升机构，将其料盒实现抬升，这个时候的机械手运动到对应的工位将料盒中的承载盘取出传输到设备制定工位。在下料阶段和上料过程所对应，料盒传输则是由料盒托盘激光传感器实现检测控制。
多工位的上下料技术方案中，设置两组上下料的工位，使得同一台设备的运行不同工艺路线变成了现实，进而解决设备运行单条工艺路线时的工艺槽体限制问题。特别是价格高昂的高端设备，多工位的技术方案应用价值较高，该方案现已应用在有部分需求的客户中。
结束语：
综上所述，随着IC制造行业不断发展，对晶圆表面的高洁净要求也是更高，半导体的清洗设备向多功能和高自动化的方向发展，对设备上下料的技术方案则是提出新的挑战。本文所提到的上下料技术方案现已在实际生产阶段得到良好的应用，并且有着显著的效果。在未来的IC行业制造将要求在更加清洁的环境中生产，设备还需实现全面自动化和无人化的生产，智能化制造就成为IC行业发展的必然趋势，自动上下料的技术是设备智能化进程中的关键技术。
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