半导体行业设备基础教程

第一课任何设备上的问题我们都可以总结为硬件问题和软件问题。软件问题虽然因为多为应用方面的问题而充满着各自厂家的特色，无法一概而论，但究其本质，都是完全可以通过更换备份硬盘或者导入程式来完成覆盖，解决问题。所以在我看来，要解决软件问题，一个合格的设备工程师所需要做的就是备份参数，ghost系统，和备份硬盘。因此在此不做详细解说。硬件问题因为各自的不同而不可能通过简简单单地更换一个硬盘来解决所有问题。但是总得来说，大致分为机械问题和电路问题。下面由浅入深，先将机械问题。并非说机械问题就一定比电路问题简单。而是可以说大半的机械问题都可以用肉眼观测到。换句话来说，对于机械问题，工程师更大的心力不在于找出问题，而在于解决问题。在此，我仅对于一些自己掌握的机械方面的注意点做出一些罗列。一：螺丝螺帽顺紧逆松，很多设备工程师对于拧螺丝或者螺帽并没有总结过自己的，而是按照感觉先朝一个方向拧，感觉不对了再换个方向。如果你拧的螺口是连接比较细小的硬气管，这样做一旦方向错误真的很容易导致气管断裂。因此，在这里我要强调一点，请所有工程师注意，螺丝螺帽顺紧逆松，即顺时针拧紧，逆时针放松。有人会问，从哪个方向看顺紧逆松呢？也很简单，从你动手的那一边来看。也就是说如果你拧的螺丝在右边，就从右边看向左边。如果你拧的螺帽在左边，就从左边看向右边。也有人会问，有没有特例。是有。对，是有。也就是并不是百分百的螺丝螺帽都是顺紧逆松，有例外。例如特气钢瓶，诸如像HCL，烷类其他所包装的钢瓶全部都是反向螺丝。除此以外，几乎全部都是顺紧逆松。紧二：公英制之分。大家都知道，我们常用的内六角分为公制内六角和英制内六角。但是很多工程师是以颜色来区分公英制的，这是错误的。公制单位是世界上绝大多数国家所采用的单位。而英制则是美国等极少数国家所采用的单位。也就是说如果你需要维修的机台或者机台中的某个部件是美国生产的，则其固定的螺丝螺帽都是英制的，需要你用对应的内六角或者外扳手拆卸。而更直观一点，我们所用的所有工具中，最直接分为公英制的就是内六角扳手和外扳手。而你再扳手上看到的如果是1，2，3之类的就是公制。如果你看到的是5/8，3/4之类的就是英制的。三：切记拆卸部件时需要注意加注标记。对很多工程师而言，机械拆装第一原则就是怎么拆，怎么装。这句话说起来非常容易，但是做起来并不简单。有的工程师拆卸部件时有如水银泻地，一马平川，然后望着一堆拆下的部件和几十根不知道怎么接的电线或者管路唉声叹气。所以，在拆卸部件的时候时刻有着做标记的意识，这一点是非常重要的。当然很多工程师也有着这样的sense，也会在拆卸一堆管路或者电线的时候做上标记，但是即便如此也会疏忽一些需要做标记的隐形位置。很多机械部件的安装位置是非常有讲究的，可能是考虑到水平，可能是考虑到高度，所以凡是固定螺丝都有大的移动范围的部件需要拆卸时，请各位务必多思考一步，是否需要做个标记。剩下的就是最最重要的一点，概括而言就是我们最最常用的四个字：胆大，心细，机台部件有问题，最少你需要打开外壳，观察一下内部情况。如果这样做了，那有可能你能修好。但如果你连外壳也没有打开，那么你指望自己凭什么能解决问题呢？当然，胆大是一部分。心细也很重要。胡乱地操作只会让问题扩大化。那有人会问，如何控制这个度？答案很简单，我的回答是如果你能达到60分，我希望你做到61分。仅此而已。接下来我会介绍一下解决电路问题所需要掌握的基础，即了解各类元器件。一：传感器。传感器就是我们常说的sensor。为什么我们需要第一个讲传感器？很简单，在本人看来，传感器是任何动作的前提。机台之间各有差异，但无论差异如何，在操作中都是由一个接一个动作完成。而在动作与动作的接续之间，第一步需要完成的就是传感器的反馈。所以传感器是所有元器件中最重要的一环，这样的说法我一点也不觉得过分。如图所示：而传感器无论是按照功能，或者原理，或者用途，都是多种多用，不胜枚举。所以我仅仅是蜻蜓点水，介绍一下最基本的。上图为槽式光电传感器，常用于定位，限位等。原理：把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。上图为反射式光电传感器，常用于定位，探测有无。原理：自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。上图为磁感应器（霍尔开关）。多用于气缸定位等。原理：霍尔开关是一种利用霍尔效应的磁感应式电子开关，属于有源磁电转换器件。当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。传感器的种类当然还有很多很多，后续还会提到。二：继电器。所谓继电器，最简单通俗易懂的称呼就是电路开关。它和我们初中时候所接触的闸刀开关最大的不同不在于功能（因为都是开关电路的功能），而在于闸刀开关开关靠手动，而继电器开关电路靠的是另一路控制电压。在我们通常所接触的电路中，继电器无处不在，而我们最最常用的继电器则分为两类：1，电磁继电器。2,SSR。上图为常见的电磁继电器。用途是用一路控制电路来控制主电路的开关。上图为常见的SSR。用途同样是用一路控制电路来控制主电路的开关。和电磁继电器相比，它的优点是稳定，靠干扰强。缺点是贵。三：电磁阀。紧接着继电器说电磁阀是因为很多设备工程师都无法明确地区别继电器和电磁阀。其实并不困难，继电器是电路开关，而电磁阀则是气体和液体的管路开关。相同的是他们都是由一路控制电路来控制的开关。差异的是它们开关的东西不同。上图是常见的气路电磁阀，作用是开关气路管路。四：气动阀。气动阀和电磁阀的功能完全一样。区别在于电磁阀是由一路控制电路来控制管路的开关。而气动阀不同，它是由一路CDA的有无来控制管路的开关。上图是常见的气动阀，作用是开关液体管路。五：开关电源。开关电源就是我们通常叫的powersupply。虽然它叫做开关电源，但是它本身没有电。它的作用是将交流电转化成我们所需要的直流电源。很多人听到这里，下意识地就跳出变压器这个概念。我必须纠正这一错误。开关电源和变压器是完全两个概念的东西，变压器是将交流电转化为我们所需要的交流电。而开关电源输出的则是直流电源。这是它们最大的不同。上图为我们常见的powersupply。请大家牢记这种网格状的长方体。它们的作用都是将市电转化为一定规格的直流电。而最常见的输出直流电是24V，15V，12V，5V。那有人会问，我们所有机台都是用powersupply来将交流电转化为直流电的吗？不，答案是否定的。我们也会使用桥式整流器来完成这一功能。如下图。上图就是桥式整理器，相比于powersupply，它的优点是造价便宜，体积小，结构简单。缺点是输出电压不如powersupply稳定。六：马达。马达又叫做电动机，是传动部件中非常常见的。而现在随着技术的发展，马达的种类也越来越多。而在其中，我介绍两种在我们Bumping机台中常见的马达。上图是Reflowload/unload的滚轮传动马达，造价便宜，结构简单，是最简单的直流马达，只能做到转或者不转，无法控制速度，无法控制扭矩力，也不需要任何马达控制器，通电则转，不通则停。上图是Reflowcoater区域spinZ伺服马达，而伺服马达是我们现在最常用的马达，和简单的直流马达不同，它可以控制速度，扭矩力等等，连接线也分为电源线和控制线，需要马达控制器来控制。以上六种就是我们较为常见的元器件。接下来，我会以机台参数为例介绍元器件。在我们所有机台中，以我个人的看法，最重要的参数无非是三点：温度，压力，流量。设备中包含这三点越多的机台越是复杂，越是难修。很多人说QA的设备好修确实也说的过去，因为没有温度，没有流量。有人会问：那么光呢？难道造价最高的曝光机是最简单好修的吗？说的很好。比起以上三个参数，光其实是最复杂的。无论是光强还是光强均匀性，focus均匀性等等，都不是用肉眼能判断的。都需要一步步严格按照校准步骤来完成。而之所以在这里我不着重介绍是因为以光为主参数的部件都不需要设备工程师过分介入。换句话来说就是我们能修的部分非常少，很有可能一路激光定位偏了1mm，整组部件就需要全部更换，因此在这里不介绍。一：温度。温度是非常非常常用的参数，因为很多工艺都需要在特定的温度下完成。或者说很多参与工艺的气体和液体需要在一定温度下保存。在这里，我围绕温度这个参数为大家介绍一些常用的元器件。1.温度传感器。上图就是我们常见的热电偶温度传感器。原理：将两种不同材料的导体和半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体Ａ和Ｂ的两点发生温差时，两者之间产生电动势。从而在回路中形成电流，这种现象就是热电效应。而热电偶温度传感器就是基于这个原理而产生的。上图是我截取的Reflow温控电路图。中心部位SSR是整个的核心，当SSR3的触角端由TEMPUNIT2这块温度控制板给出触发信号，则SSR输出端1,2导通，顶部8根波浪形加热丝开始加热。同理，一旦这个触发信号停止，SSR输出端1,2断开，8根加热丝停止加热。二：压力。在这里我所说压力分为两种。一种是工艺所需的气体和液体的压力。另外一种是非常压工艺chamber内的压力。且后者是我需要着重介绍的。1.气体压力传感器上图是我们最最常见的机械压力。图中用来检测5R钢瓶的N2压力。原理：其主要是采用2个气室，一个连接待测气体管道，一个密闭大气压室。中间是一个可凸凹的隔膜，被弹簧支撑着。气压直接影响到弹簧的形变及弹簧对底座的压力，这是一个惯性值。如果把压敏电阻装到弹簧和底座之间，那么电阻就会针对弹簧的形变弹力改变电阻，而弹簧的弹力又受气压压强影响。所以压敏电阻的大小就是气压的比值。当然关于压力这个参数，正如我上面所说，我着重要介绍的还是非常压工艺中chamber内的压力。而在我们Bumping车间内，只有sputter和Des这两种机型是满足我所说的条件的。在这里我已sputter为例为大家介绍一下。Sputter是非常典型的非常压工艺。它的工艺压力一般处在10的-7到10的-8次方mbar中。如图中所示，一般的低压工艺有两种可能。一种是单pump。单pump一般用于工艺压力不算特别低的机台中，例如Des，它的工艺压力在1mbar左右，正因为它的工艺压力不是特别低，所以普通的机械泵完全可以达到这个要求，没必要使用双泵。而使用双泵一般是对工艺压力要求特别低的机台，例如图中的sputter，它使用的就是双泵，先是右路的Rough使用机械泵抽到0.1mbar，然后关闭这一路，切换到左路使用冷泵或者分子泵继续抽直至满足到工艺压力。那为什么工艺压力特别低的时候就需要使用双泵呢？理由其实也特别简单。一来是机械泵由于密封性等原因无法抽到需要的工艺压力。二来则是如果上来就直接使用冷泵或者分子来抽大气，这二者会因为其本身特性而损坏。例如分子泵靠的就是高速旋转的叶片来抽真空，一旦直接抽大气，大气压力的冲击会将旋转叶片打坏。上图就是Sputter所使用的机械泵和冷泵。其功能如前文所述。上图是Sputter用来探测真空读数的真空gauge。也就是前图右上角所写的pressurereader。三：流量。半导体生产工业本身就是化学工艺，也因此在诸多工艺中都需要有着各式样的chemical和气体加入工艺，区别只在有的直接加入反应，有的只是辅助而已，但不论那样，严格控制它的量是保证工艺正常的首要重点。1. 液体flowmeter上图是Plating所使用液体flowmeter。它的作用是监控参与反应的化学液体流量。在液体流量超过上下限范围时给予报警。其结构简单，功能也单一，无法做到实时修正流量，用我个人的话来说，只能做到监而不控。2.气体MFC上图是Sputter所使用的气体质量流量计(MFC)，它同样是用来监控各类气体的流量，但是是真真正正地做到监而又控的地步。它的内部装有流量调节阀门，可以使流量稳定在设定值，是当下监控气体流量最最常用的流量计。元器件的类型还有很多很多，在这里只是蜻蜓点水给大家介绍一下，希望大家对此能有个概念。下次看见实物的时候至少头脑中有个认知，也方便接下去的学习课程。