張雅麗

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 101601)

硅片清洗是指在氧化、光刻、外延、擴(kuò)散和引線蒸發(fā)等工藝前，采用物理或化學(xué)的方法去除硅片表面的污染物顆粒、有機(jī)物、金屬和自然氧化層，以得到符合清潔度要求的硅片表面的過(guò)程。在硅片的整個(gè)加工工藝過(guò)程中，每一工藝步驟都是硅片表面潛在沾污源，這就要求在每一工藝步驟后或下一工藝步驟前須對(duì)硅片表面進(jìn)行徹底清洗，因此在整個(gè)硅片加工工藝過(guò)程中，有多達(dá)20%工藝步驟為清洗。在清洗過(guò)程中，由于有許多可能情形的沾污及不同的工藝技術(shù)所要求的硅片最終表面態(tài)不同，其所需要的清洗方法不相同，對(duì)應(yīng)的清洗設(shè)備也就不同，因此，清洗設(shè)備種類(lèi)、型號(hào)繁多且大多為根據(jù)用戶生產(chǎn)線要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的定制機(jī)，這就形成了半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備需要針對(duì)不同用戶獨(dú)立設(shè)計(jì)且無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的特點(diǎn)。當(dāng)前，清洗設(shè)備用戶要求的設(shè)備供貨周期一般為3～4個(gè)月，可是隨著電子信息產(chǎn)業(yè)及太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備需求迅猛增長(zhǎng)，清洗設(shè)備制造商接收的訂單成倍增加，面對(duì)繁重的研發(fā)任務(wù)，國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備制造商約有50%不能按時(shí)兌現(xiàn)合同，如何提高研發(fā)效率，保證按期交貨成為各設(shè)備制造商目前面臨的主要矛盾。在半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備研發(fā)過(guò)程中，設(shè)備的設(shè)計(jì)周期約占設(shè)備供貨周期的1/2甚至更長(zhǎng)，是設(shè)備研發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，縮短設(shè)計(jì)周期、減小設(shè)計(jì)周期占設(shè)備供貨周期的比重，是保證能夠按時(shí)兌現(xiàn)合同的關(guān)鍵。我所作為國(guó)內(nèi)最大的半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備制造商，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及清洗工藝方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)清洗類(lèi)設(shè)備同一種類(lèi)、不同系列間功能模塊的替代性較強(qiáng)的特點(diǎn)，采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，解決了上述矛盾。

1 模塊化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

（1）按照半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備功能及結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，首先將設(shè)備分為清洗類(lèi)、甩干類(lèi)及輔助清洗類(lèi)，再將每類(lèi)產(chǎn)品中各系列及型號(hào)的設(shè)備分解成機(jī)架、水槍、氣槍、QDR槽、石英加熱槽、NPP循環(huán)加熱槽、排風(fēng)口等獨(dú)立機(jī)構(gòu)；這些獨(dú)立結(jié)構(gòu)能單獨(dú)完成某種特定功能且不能再分解成更小的結(jié)構(gòu)單元。

（2）將分解后的各獨(dú)立結(jié)構(gòu)按照其設(shè)計(jì)方式分成標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用結(jié)構(gòu)。對(duì)于半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備而言專(zhuān)用結(jié)構(gòu)主要是指機(jī)架、門(mén)板及根據(jù)用戶使用要求添加的某些特殊結(jié)構(gòu)，機(jī)架、門(mén)板等需要根據(jù)其上放置槽體的大小、位置不同及用戶生產(chǎn)線對(duì)設(shè)備外形尺寸限制等不斷調(diào)整尺寸；特殊結(jié)構(gòu)需要根據(jù)用戶要求重新設(shè)計(jì)；其它獨(dú)立結(jié)構(gòu)均屬于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，既可以進(jìn)行系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，如各種槽體、水槍、氣槍、排風(fēng)口等。對(duì)槽體等獨(dú)立結(jié)構(gòu)結(jié)合我所十幾年半導(dǎo)體濕法設(shè)備開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)過(guò)程中積累起來(lái)的大量資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)、分析、篩選等方法，找出已有的全部規(guī)格并結(jié)合設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)，將這些獨(dú)立機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化統(tǒng)一成系列化標(biāo)準(zhǔn)模塊，例如，對(duì)于輔助清洗設(shè)備爐管清洗機(jī)中的槽體結(jié)構(gòu)，其尺寸是根據(jù)所清洗物品爐管的尺寸來(lái)制定的，對(duì)應(yīng)各種規(guī)格爐管尺寸，槽體尺寸也各不相同，近十年來(lái)在用戶生產(chǎn)線上使用的各種規(guī)格爐管及設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)線中使用的各種規(guī)格爐管及設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)

從上表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，φ100 mm×2450mm、φ250mm×2330mm、φ350mm×2660 mm三種規(guī)格的爐管生產(chǎn)線上應(yīng)用較多，結(jié)合其他爐管規(guī)格，將槽體尺寸規(guī)格簡(jiǎn)化成400 mm×2700 mm、430 mm×2480 mm、500 mm×2900 mm系列標(biāo)準(zhǔn)模塊，即滿足主流生產(chǎn)線需求，也可兼容大部分其它規(guī)格爐管的清洗。其它槽體結(jié)構(gòu)均可按照此方式簡(jiǎn)化統(tǒng)一成系列化標(biāo)準(zhǔn)模塊。對(duì)于不同要求的清洗設(shè)備，接到用戶的訂單以后，只需采用現(xiàn)成模塊及添加少量專(zhuān)用模塊來(lái)集合成用戶所要求的設(shè)備。

（3）設(shè)備上使用的各種標(biāo)準(zhǔn)件如標(biāo)牌、銘牌、按鈕、管路、接頭等，按照具體使用條件優(yōu)化設(shè)計(jì)成盡量少的規(guī)格系列，例如標(biāo)牌從以前使用的5種規(guī)格優(yōu)化設(shè)計(jì)成現(xiàn)在的2種規(guī)格。

（4）系列化標(biāo)準(zhǔn)模塊統(tǒng)一存放在服務(wù)器上，供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。由于技術(shù)不斷向前發(fā)展，新工藝、新設(shè)備不斷出現(xiàn)，因此需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行及時(shí)更新、維護(hù)，使設(shè)備不斷向多樣化、先進(jìn)化、集成化方向發(fā)展。

2 模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)注意事項(xiàng)

（1）不同種類(lèi)設(shè)備的模塊有不同的劃分順序，在半導(dǎo)體濕法清洗設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)中，按照先整體后局部，先功能后結(jié)構(gòu)的順序來(lái)進(jìn)行各個(gè)模塊的劃分，對(duì)于其他類(lèi)設(shè)備，應(yīng)根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)具體分析確定。

（2）模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)劃分到能實(shí)現(xiàn)某種特定功能的最小結(jié)構(gòu)，這樣才能保證統(tǒng)一簡(jiǎn)化后的系列化標(biāo)準(zhǔn)模塊具有廣泛的通用性、互換性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化模塊應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及發(fā)展方向，數(shù)量盡量少，而壽命比較長(zhǎng)，便于采用大批量加工及采用先進(jìn)的加工設(shè)備、加工工藝提高生產(chǎn)效率。

（4）作為標(biāo)準(zhǔn)的模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、實(shí)際使用驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、通用性強(qiáng)的典型性結(jié)構(gòu)。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化模塊應(yīng)建立在以往設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累上，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和經(jīng)驗(yàn)分析的方法并結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及發(fā)展方向，能夠代表產(chǎn)品的發(fā)展方向。標(biāo)準(zhǔn)化模塊應(yīng)設(shè)專(zhuān)人統(tǒng)一存放及更新、改進(jìn)。

3 結(jié) 論

通過(guò)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，避免了設(shè)計(jì)工程師們的重復(fù)設(shè)計(jì)，使他們將主要精力放在了技術(shù)創(chuàng)新、不斷提高設(shè)備性能及質(zhì)量上。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化模塊，單件小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成了大批量生產(chǎn)，不僅縮短了設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且縮短了制造時(shí)間，提高了制造質(zhì)量，為設(shè)備制造商按時(shí)兌現(xiàn)合同作出了貢獻(xiàn)。

[1]童時(shí)中.模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[M].重慶：重慶出版社，1997.12.6-10.

[2]機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.152-158.