旋干机介绍.doc

一、产品简介
SRD旋转冲洗甩干机是根据国际、国内半导体产业的发展和市场需求，研究开发的旋转冲洗甩干设备。该机型具有高洁净度旋转冲洗甩干功能。本系列机型可以适应从φ25mm 到φ200mm 直径（包括方形和其它特殊形状）片式材料的旋转冲洗甩干工艺。可用于半导体晶片、砷化镓材料、掩膜版、太阳能电池基片、蓝宝石、铌酸锂、光学镜片、磁盘、光盘、医用玻璃基片等类似材料的高洁净度冲洗甩干。是半导体湿法清洗工艺中必不可少的主流设备之一。
设备利用旋转离心力的方式进行去离子水冲洗、热氮气烘干，DI水电阻率监控、氮气加温、防静电控制以及系统洁净化处理来达到高洁净度的片子清洗效果。
设备由主机、相互独立的工作腔体、片架载体、去离子水、氮气控制系统，以及PLC控制和操作系统组成。
1、国内外概况
世界第一台旋转冲洗甩干机1979年由美国SEMITOOL公司推出。国外主要生产厂家有SEMITOOL和Verteq公司。SEMITOOL的STI-S系列机型代表了该类设备的最高水平,最大可适应12英寸规格工艺流片。近几年国外该类设备朝着整合清洗功能，采纳新技术，新工艺的方向发展。其第二代、第三代设备国内尚无生产出来。
国内在该技术领域与国外相比差距十分明显。主要是对该设备的研究和重视不够。当然也存在配套能力和加工工艺方面的问题。
双腔旋转冲洗甩干机系统采用双工位层叠、积木式组合结构，每个工位可独立运行互不干扰。能实现包括旋转冲洗、热氮气烘干、电阻率监控、防静电控制、故障显示报警、系统洁净化处理在内的全自动工艺处理过程。整机由以下八个基本功能单元组成

系统结构组成示意图

2、主要达到的技术性能指标
1．电源及电气控制安全性技术要求
1.1 电压：AC220V±AC22V
1.2 频率：50Hz±1Hz
1.3 功率：3kW
1.4 整机绝缘电阻大于2MΩ（用1000V兆欧表测）
1.5 各功能开关、按键、安全互锁功能、紧急开关应使用灵活、动作可靠。
1.6 设备表面平整、光滑、色调一致。设备内、外各种安全、警告标志齐全。
1.7 在设备接地标志处可靠接地。
2．使用氮气的相关安全性技术要求
2.1 使用氮气压力： 0.23～0.28MPa（Max）
2.2 使用氮气耗量： 200～280L/min (单腔)
2.3 氮气接口管径： OD 3/8 英寸(红色标记)
2.4 氮气过滤精度： ≤0.1μm(或按用户要求配置)
2.5 设备用氮气接入处减压阀位置应有明显禁调标志，严禁设备在高于氮气设定压力时操作运行。（提示用户按要求配置）
2.6 未经过洁净化处理的氮气管路严禁直接接入设备使用，避免对设备造成污染
3．去离子水的相关安全性技术要求
3.1 使用去离子水压力： 0.25～0.3MPa（推荐）
3.2 使用去离子水耗量： 8～12L/min (单腔)
3.3 去离子水接口管径： OD 3/8 英寸(蓝色标记)
3.4 设备排水口管径： OD 32mm(UPVC管)
3.5 未安装过滤器或未经过洁净化处理的去离子水管路严禁直接接入设备使用，避免对设备造成污染。

生产厂家
本公司
SEMITOOL
VERTEQ
型号
双腔型
STI-8700S
1800-55M
最大加工直径mm
工作腔数量(个)
旋转速度r/min
氮气过滤精度μm
电阻率监控
防静电控制
氮气密封
氮气烘干
腔体表面处理
驱动电机
管件
控制器
显示及程序

200
2
100-2600
0．003
有
有
有
有
电化学抛光
无刷电机
高纯管件
PLC可编程控制
彩色液晶汉显＋99工艺菜单
200
2
300-2800
0．003
有
有
有
有
电化学抛光
无刷电机
高纯管件
单片微处理器
数码管
手动
200
2
300-2800
0．003
有
有
有
有
电化学抛光
无刷电机
高纯管件
PLC可编程控制

液晶＋99种工艺菜单
表1 双腔旋转冲洗甩干机与国外同类机型对比
3、主要技术特点
1）以国外最具代表性的SEMITOOL公司STI机型为参考机型，融合国外其它主要厂家的控制技术，尽可能采用和参考其已成熟的技术结构、技术途径和技术实施方法。
2）对一些关键技术和外购件，寻求技术突破和解决加工工艺。关键配套与国内有实力的厂家联合研制，技术基础立足国内，设备关键技术和加工制件百分之百国产化。
3）一些关键配套件、外购件引进国外专业厂家产品，保证了设备的技术水平、精度、稳定性和可靠性。
4）设计、加工、装配、调试等工作完全具有可重复性和再现性，又可扩展升级改造，目前已初步形成系列化产品

二、关键技术的解决途径
先进的旋转冲洗甩干设备是集流体、流体控制、精密机械、洁净化处理、新材料、计算机控制、半导体工艺技术为一体的综合系统技术整合。
这些技术和单元所采用的关键技术及解决途径主要体现在以下方面：
1、洁净化处理技术
先进的旋转冲洗甩干机属高洁净度要求下的“微特征”控制设备。因此，设备的洁净化处理是系统内各功能单元、部件、材料、加工工艺等众多环节所要考虑的重要问题。
经分析，影响最终工艺效果的主要因素有：
l 设备的工作环境（包括操作、装配环境）
l 设备本身运行过程中产生的污染
l 清洗工作腔的洁净度保持
l 管道、阀门、接头的洁净度影响
l 去离子水、氮气供给洁净度质量
l 被清洗片子的污染程度
在设计上，在参考国外同类机型处理方法的同时，系统采用了以下消除颗粒和可能产生污染的措施：
l 设备在超净间内进行装调，减少和控制设备本身的污染；
l 工作过程中，清洗工作腔与外界密封隔离；
l 工作腔及片架载体采用惰性不锈钢电化学抛光加工处理；
l 转轴采用氮气密封隔离；
l 采用特制无刷电机驱动；
l 采用高性能精密减震及阻尼材料；
l 管道、阀门、接头采用四氟材料的高纯管件；
l 对清洗后的去离子水采用电阻率监控；
l 工作中采用防静电控制。
这些工艺技术的解决，使高性能要求的清洗工作腔得到了较好的解决，满足了使用要求。
2、大功率无刷电机驱动
大功率无刷电机是设备的核心部件之一，国外SEMITOOL等公司所用电机均为专有技术定点生产，不对外出售。与国内厂家共同合作开发、研制600W专用无刷伺服电机及配套驱动器，转速范围最大3000rpm，解决设备的旋转驱动技术。
3、冲洗工作腔体
采用耐腐蚀不锈钢分体焊接加工而成。重点解决了：
l 腔体成型加工工艺；
l 不锈钢表面防护与焊接技术；
l 惰性处理工艺。
4、转轴氮气密封技术
片子在冲洗甩干腔内工作时，要有一个密闭而洁净的环境空间，转轴处的密封即是隔离与腔体之间联接的通道。经与SEMITOOL STI-8700S对比达到了预期目的和应用效果。
5、去离子水控制
根据相关指标、要求，在给定压力、流量的条件下，必须达到要求的冲洗水流效果。同时可对水的电阻率值进行实时监控测量，以判断和给定相关工艺参数和工艺时序。
6、消除静电控制
片子在工艺过程中，由于流态变化会在片子表面产生静电，一是容易形成颗粒吸附影响冲洗效果；二是产生的静电可能破坏高敏感度器件的性能。结构上冲洗工作腔安装了一个消除静电发生器，形成电离化氮气允斥整个工作腔以消除静电累计。
7、振动及动平衡技术
减少工艺系统振动产生的颗粒污染。在系统中，对转动轴系做了精密的动平衡处理。从使用效果对比来看，综合效果优于SEMITOOL同类机型。
8、电控单元
有两套相互独立的电控单元以分别控制两个冲洗腔体独立工艺运行。整机电控系统主要由主控制器、触摸屏显示器、旋转体转速控制及驱动单元、腔体及N2 加热单元、防静电控制单元、电阻率检测及控制单元组成。如下图1所示。
本机主控制器采用OMRON可编程控制器。显示及操作单元采用 OMRON可编程终端。用户可通过该终端，对设备的运行参数进行调用和修改，用户在更改工艺参数时必须输入密码，否则将无法进入参数修改界面。 本机旋转体转速控制驱动单元采用交流永磁式无刷伺服电机。主控制器根据用户设定的工艺参数和设备的需要控制驱动器的状态及电机的转速，其速度反馈信号则由主控制器进行采集转换以供显示及控制。设备运行过程中的 N2温度和腔体温度开关输入到主控制器，并由主控制器进行控制。氮气加热和腔体加热在烘干 1 可进行开或者关的选择，在烘干 2 可进行加热时间的设定。防静电控制单元在烘干 2 环节由主控制器控制执行；电阻率监测及控制单元根据用户的设定值及现场采集的电阻率值进行比较控制，其余各状态量由状态传感器进行检测并处理。

图 1电控系统原理图
9、工艺处理软件
在软件编程上，为了满足不同工艺、用户的方便使用，每个工作室都单独配置一个操作控制面板。分别设置了99种用户工艺菜单。每个菜单均具编辑、修改、删除、存储等功能。用户可对每个菜单的内容如：方式、时间、速度进行设置。
系统软件还具有故障显示及报警功能，设备出现故障时，系统会停止工作并显示错误信息。报警以提示更改和维修。
10、安全维护处理
该设备的功能是在高速旋转下，由水、气、电各功能模块、单元相互有序协调、作用而完成的。它对设备的可靠性、安全性以及操作者的防护有严格的要求。在设计上主要采取了以下相关措施：
l 水、气过程状态监控
l 门位置状态监控
l 氮气加热温度监控
l 工作腔体温度监控
l 紧急停止开关
上述措施可以保证设备的主要工作环节始终处在监控状态之下。一但出现问题，可以马上采用相应的方法紧急处理，保护设备和人身安全。
11、可靠性保证
（1）做好产品的可靠性设计工作，认真按可靠性措施执行。
（2）设计和加工过程对关键系统单元，所采用的新技术、新结构、新工艺进行认真的实验、分析。
（3）对设备所选用的引进件、外购件、配套件、标准件、外协件等严格选择与监控。
（4）对整机进行认真、仔细的工艺实验与考核，认真解决了系统联调和运行考核中出现的问题。
三、产品市场推广应用情况
1、产品市场应用情况
因为该系列设备在系统结构、技术原理、设备造型等方面比较成功。同时在实施上瞄准了国外先进机型水平。性能指标优良、整体技术水平达到了国外同类设备的先进水平。
2、系列化产品开发
针对不同用户、不同工艺需求、不同使用场合， 为了提高产品的竞争力，针对市场情况，我们现正在抓紧系列旋转冲洗甩干机整合工艺功能，采纳新技术，新工艺机型以及12″机型的进一步开发和完善。未来3年内，腔式系列机型将初步形成一个可分别适应高、中、低端不同市场、不同需求的多规格系列化产品，其中大部分开发工作已经完成。
四、结束语
腔式系列机型的研制开发，必将提高我国行业装备的战略地位，深入贯彻落实科学发展观，适应国内外形势新变化，顺应各族人民过上更好生活新期待，以科学发展为主题，以加快转变经济发展方式为主线，深化改革开放，保障和改善民生，巩固和扩大应对国际金融危机冲击成果，促进经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定，为全面建成小康社会打下具有决定性意义的基础。推动经济发展再上新台阶。对替代进口，节约外汇，产品国产化和满足国内生产的需求及今后的发展均有十分重要的意义。除此，对现有国内仍在使用的进口设备维修及配套件更换，也有一定积极作用。同时，该产品无论从加工产品洁净度和生产效率上都能较好地满足半导体湿法清洗工艺的要求，在实际使用过程效果较佳，并拓宽了市场，在半导体工艺用片架、片盒及异型片类似产品等领域也得到技术提升和实际应用。