团 ■ ａ —— 茎 塑鱼 茎 鱼 ＣＭ Ｐ中真空供应系统的设计 周 （中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京１０１６０１） 摘 要：针对ＣＭＰ在低生产量及实验室条件下对真空供应系统的特别要求：（１）持续稳定的真 空供应：（２）能够及时处理倒流液体；（３）真空电机不易长时间连续工作的要求，从气动性、硬件电 路和软件流程图进行全面设计：增加的真空槽体和排液槽体，在正常运行情况下二者串联增 加真空供应容积，并且自主收集倒流废液，而排液中依然可保证真空稳定供应；增加ＳＭＣ真空开 关及相应的控制系统．保证真空处于最低和最高设置负压之间，同时实现真空电机间歇式工作。 从根本上解决了以上问题，且控制系统简洁可靠．满足生产需要。 关键词：化学机械平坦化；真空系统；电磁阀；继电器；真空槽体 中图分类号：ＴＮ３０５．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４．４５０７（２０１ １）０８－０００９．０４ Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｉｌ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｖｉｄｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＣＭＰ ＺＨＯＵ Ｇｕｏａｎ （Ｔｈｅ ４５ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１６０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａ ｗｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ、ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓｐｅｃｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ａｎｄ Ｌａｂ ｗｈｉｃｈ ｉｓ：（１）Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｖａｃｕｕｍ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ；（２）Ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｌｏｗ ｆｌｕｉｄ ｏｎ ｔｉｍｅ；（３）Ｖａｃｕｕｍ ｍｏｔｏｒ ｃａｎ ｎｏｔ ｗｏｒｋ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｒｅａｋ．Ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｅ ｖａｃｕｕｍ ｔａｎｋ ａｎｄ ｄｒａｉｎ ｔａｎｋ ｉｎ ｍｙ ｄｅｓｉｎ，ｔｇｈｅ ｂｏｔｈ ｔａｎｋ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｂｉｇｇｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｒａｉｎ ｔａｎｋ ｃａｎ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｌｏｗ ｆｌｕｉｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｋｅｅｐ ｐｒｏｖｉｄｅ ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙ ｅｖｅｎ ｔｈｏｕｇｈ ｄｕｒｉｎｇ ｄｒａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｐｅｒｉｏｄ；Ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ＳＭＣ ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｘ ａｎｄ ｍｉｎ ｓｅｔｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ，ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｍｏｔｏｒ ｂｙ ｉｎｔｅｒｍｉｓｓｉｏｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔｙｌｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｂｏｖｅ ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ，ｂｅｓｉｄｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＭＰ；Ｖａｃｕｕｍ ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｏｌｅｎｏｉｄ；Ｒｅｌａｙ；Ｖａｃｕｕｍ Ｔａｎｋ 化学机械抛光（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈ， ＣＭＰ）技术是制备晶圆的关键步骤，它能满足晶圆 收稿日期：２０１１－０６．１５ 严格的工艺控制、高质量的表面外形及平面度［ 。 但是对于ＣＭＰ机台配套的供应系统却研究甚少， 皿Ｉ舅圆（总第１９９期）① ＣＭＰ工艺与设备 电子工业专用设蚤 ● 但这些供应系统却是影响加工效果的必须因素。 ＣＭＰ机台本身是一种特殊的精密设备，在生产过 程中高度依赖稳定的供应系统。在大型的净化间 内，可以实现稳定的集中式供应如抛光液、去离子 水、压缩空气、真空等。但是对于实验室及小批量 生产，却无法做到，只能靠的通用供应系统来 满足设备要求。这些中有如真空泵，无法满足 ＣＭＰ特殊需要，必须加以特殊设计改进方能满足 要求。 多数ＣＭＰ机台在晶圆传输及抓取过程中都 会使用真空，在真空附加之前，晶圆大多会浸没于 去离子水中，因此在晶圆吸附过程中，将会有大量 的去离子水、抛光液等倒流于真空系统中，这将导 致真空负压逐渐降低甚至停机，对于机台而言，这 将会导致掉片、碎片。真空供应系统需要具备： （１）处理倒流液体的能力；（２）在任何时候，必须 保证系统所需的最小负压；（３）真空泵电机不可持 续长时间工作，否则电机过热而自动停机，同时寿 命减短。一般通用的真空泵难以满足上述要求。 １ ＣＭＰ机台内真空部件分析 在ＣＭＰ内部通常有两处需要使用真空：（１）机 械手取片和收片，一般从片盒中取出，抛光完毕后 收回到片盒。也有一些抛光机采用直接接触，靠重 力和前后卡位来拾取晶圆，如ＩＰＥＣ３７２，但是这种 方式极易导致玷污，并且抓取不牢固。（２）承载器拾 取晶圆【３］：几乎所有类型的ＣＭＰ均采用此方法。 真空在某些抛光机中也有其他用途，如主轴 吸附承载器。由于承载器需要进行更换内部耗材， 如背膜、维持环等，在抛光较多晶圆的时候，还需 要对内部进行清洗和维护，因此需要频繁的卸载 和装载承载器＿４＿ｌ５＿。一般承载器装载在主轴上，靠 机械紧固件或者卡簧固定，而承载器基板多采用 不锈钢或者陶瓷材料，其本身密度较大，整体质量 一般超过十多公斤，如果从抛光台上方或者上下 片台上掉下，后果不堪设想。为了保证承载器不会 从主轴上脱落，施加真空吸附无疑是另一个有效 保证。即便所有紧固件均未装载，仅靠真空吸附也 足够保证承载器不会脱落：装载真空传感器，如果 真空没有加载，则主轴将不会抬起和移动，如图１ 所示。 电气比例阀ｓｏｔ１３＿￣真窒 器妻害开关 压缩空气０、．Ｌ ＿：＿Ｐｇ排气Ｆ＇ｉ 。匕 ｔ轴真空 —— 压缩空气 ＳＯＬ２ 真 排气 承载器真空吸附 空 源 ［ 压缩空气 ＳＯＬ３ 吹片使用 曰过滤器真空传感器过蒎器真Ｉ空传Ｉ感器 撩 史 图１ ＣＭＰ内部真空功能部件图 其中ＳＯＬ是电磁阀，对于较大真空需要的使 用气动电磁阀，以保证动作的可靠。 １．１真空系统的设计 即便在实验室条件下，ＣＭＰ一般也要求位于 较低等级的净化问内，而净化问的建造成本较高， 因此力求真空系统简洁可靠且占地面积较小。本 文中将真空供应系统设计集中于一个柜体内，这 样完全可以达到上述要求，并且美观大方。 １．２真空系统的气动设计 真空系统气动设计如图２所示。 图２真空系统气动图 图２中所示，其工作原理为：在正常工作模式 罩 电子工业毫用设吝 ＣＭＰ工艺与设备 下，ＳＯＬ２（电磁阀）打开，ＳＯＬ１（电磁阀）关闭， 感器触发时，则控制器触发ＳＯＬ 关闭，并且延迟 片刻，触发ＳＯＬ 打开，排水显示灯亮，进行排水。 槽体排空后，底部传感器触发ＳＯＬ２打开，ＳＯＬ 关 闭，此时恢复到常态工作模式。在正常加电模式 下，电系统开指示灯灯亮，然后手动按下开机开 关，此时供电回路形成，线圈带电，吸合继电器触 ８０ＰＳＩ（磅每平方英寸）的压缩空气通过ＳＯＬ２激 发ｖＡＬ１（气动阀门）打开，ＶＡＬ２真空通道（通道 １）打开，ＶＡＬ３关闭，此时真空泵抽取真空到达真 空槽体和排放槽体内。由于此时真空槽体和排放 槽体通过ｖＡＬ１联通，真空值完全一样，外部液体 倒流到真空槽体内，则液体通过自身重力流入到 点，控制器正常工作。而一旦出现紧急情况，则可 以按下紧急开关，此时回路断开，则真空电机和控 制器都将停止运转。图中的ＳＭＣ真空开关，是设 置和控制真空度的。当真空度低于设定最低负压 值时则打开，线圈带电，触点吸合，真空泵开启；当 达到设定最高负压值时，则真空开关关闭，真空泵 停ｌ匕运转。 排放槽体内。一旦排放槽体内的液体达到满位则 触发ＳＯＬ２关闭，此时ＶＡＬｌ断开真空联结， ＶＡＬ２则偏向通道２，而ＶＡＬ３打开，与外部大气 联通，由于残存真空的存在，液体尚不能流出。通 过短暂延迟后，ＳＯＬ１打开，则１５．２０ＰＳＩ（约 １．０３３５—１．３７８个标准大气压）的压缩空气通过２通 道施加于排放槽体内，迫使液体流出，一旦液体排 放完毕，则触发ＳＯＬ１关闭，ＳＯＬ２打开，恢复正常 工作模式。需要强调的是：即便在排液期间，真空 槽体内依然可以不间断提供真空，而一旦排液结 束，则排液槽体也将参入存储真空，这样可以有效 的扩充真空使用效率。 １．３真空系统的电路设计 ２软件流程图的设计 软件流 程如图４所 ／ｊ、０ 真空系统电路设计如图３所示。 机 ２ Ａ Ｃ 图４真空检测控制流程图 从图中可以看出，在初始开机状态 下，首先检测真空是否达到最大，否则 设备开指示灯 就开启真空电机，直到满足要求为止。 而此后则是电机间歇式工作方式，一般 正常工作情况下，间隔１０多分钟，持续 抽真空几分钟即可停机。而待机状态 下，由于ＣＭＰ设备内的真空出口均处 （下转第１８页） 附继电器线圈 图３真空系统的电路图设计 如图３所示：其工作模式如前所述，当顶部传 匝Ｉ曩匝田（总第１９９期）（ 光伏制造工艺与设备 电子工业专用设备 － ５结语 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｌｏｂｅｐｖ．ｃｏｍ／ｇｕｏｊｉｘｉｎｗｅｎ／３６０５．ｈｔｍｌ， ２０１１．０６．１０／２０１１—６—２１． 利用太阳能光伏发电技术、为人类创造洁净的 可再生能源是未来的大趋势，并且随着全球能源的 日益紧缺，太阳能产业必将迎来新一轮的发展高 潮，这也将使光伏设备发展在未来一段时期内被看 好。此外，中国不断出台扶持太阳能产业发展， 必将进一步刺激对太阳能光伏设备的需求。 参考文献： ［１］ 环球光伏网．ＳＥＭＩ光伏与德国机械设备联合发布 《全球光伏设备市场统计季度报告》［ＢＤ／ＯＬ］． ．［２］ＰＶＡＴｅＰｌａＡＧ．ＭｕｌｔｉＣｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒＶＧＦ７３２ＳｉＨＣ［ＢＤ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ：／／ｓｏｌａｒ．ｏｆｗｅｅｋ．ｃｏｒｎ／２０１ ｌ一０６／ＡＲＴ一２６０００３—８ ｌ １０— ２８４７１０８９．ｈｔｍｌ，２Ｏ１１—６—１６／２０１１．７．１２． ［３］ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｗａｆｅｒ Ｓｌｉｃｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－－Ｆｏｒ Ｓｏｌａｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｃｅｌｌｓ［ＢＤ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ ｛ｊ ｆ、 ．ａｐｐｌｉｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ． ｃｏｍ／ｓｉｔｅｓ／ｄｅｆａｕｌｔ／ｆｉｌｅｓ／ＷａｆｅｒｉｎｇＢａｃｋｇｒｏｕｎｄｅｒ０．ｐｄｆ／， ２０１ １—３—１５／２０１ １—０６一Ｏ５ ２Ｏ：１４． ［４］Ｈｅｎｒｙ Ｃｈｏｕ，ＪｅｆｆＮｅｓｔｅｌ—Ｐａｔｔ．多晶硅锭尺寸并非越人越 好ｆＪ］．半导造，２０１０（５）：２４—２７． ［５］ Ｃｅｎｔｒｏｔｈｅｒｍ ＳｉＴｅｃ．Ｍｕｌｔｉ—ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｉｎｇｏｔ ｆｕｒｎａｃｅ ［ＢＤ／ＯＬ］，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｃｎｔｒｏｔｈｅｒｍ．ｄｅ／２０１ ｌ一２－２１／２０ｌ１— ７．】３ 屯．址．Ｓ ．址．ｓ止 — Ｌ— ．址 址．址．址．Ｓ ．．Ｓｌ上．址．址．驰— ＪＩ—Ｓ ．工屯．Ｓ屯— Ｌ．址 ． （上接第１ １页） 有必要的话，还可以留下通讯端口，与ＣＭＰ 机 于常闭状态，真空损耗很小，数小时内均可维持正 常真空而无须开启真空电机，排水状态如图５。 进行连接，实时反馈系统真空状态。 ３结论 本文根据ＣＭＰ抛光的实际需要进行特别设 计，兼顾场地、可靠性、电机工作效率、硬件安全 性、软件设计简洁等多方面的实际生产要素，完全 能够满足ＣＭＰ生产和实验要求。 参考文献： ［１］ 周，刘多勤，涂佃柳，等．ＣＭＰ综合终点检测研究 ［Ｊ］．维纳电子技术，２００９，４６（８）：３７１－３７４． ［２］ 贾英茜，刘玉岭，牛新环，等．ＵＬＳＩ多层互连中的化学 机械抛光工艺［Ｊ］．微纳电子技术，２００６，４３（８）：４４２—４４６． ［３］ 周，柳滨，种宝春，等．关于ＣＭＰ承载器的初步研 究［Ｊ］．维纳电子技术，２００８，４５（１）：６６８—６７１． 【４］ 孙禹辉，康仁科，郭东明，等．化学机械抛光中的硅片加 持技术［Ｊ］．半导体技术，２００４，（０４）：１０—１４． ［５］ 苏建修，康仁科，郭东明．超大规模集成电路制造中硅 图５排液软件流程图 片化学机械抛光技术分析ｆＪ］．半导体技术，２００３，２８ １０）：２７—３２． 从图５中可以看出，一旦倒流液体溢满排水 槽体，则立即触发控制器相应端口予以相应。从图 ４和图５流程图中可以看出，控制流程简单有效， 无论是采用ＰＬＣ或者单片机均能满足要求，如果 作者简介： “ ｊ止 姒．Ｓ止 周（１９８１一），男，河南信阳人，工学硕士，毕、Ｉ 于 西南交通大学，工程师，现主要从事半导体专用设备研究。
