基于FTA的清洗機常見故障分析與維修

王露寒，吳 海，趙英偉，程壹濤

(中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊 050051)

隨著大規(guī)模集成電路(IC)的發(fā)展，集成度的不斷提高，線寬的不斷縮小，對硅片的潔凈程度要求越來越高。因此，在IC生產(chǎn)工藝中對于產(chǎn)品的清洗質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，為了保證產(chǎn)品的重復(fù)性和一致性避免因雜質(zhì)而影響質(zhì)量，對于清洗機的穩(wěn)定性也有了更高的要求。清洗機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可調(diào)參數(shù)較少，設(shè)備出現(xiàn)故障時只有蜂鳴報警提示，無詳細的故障報警信息，給準(zhǔn)確判斷故障造成一定困難。因此，利用故障樹分析法(FTA)對常見問題進行舉例分析，為設(shè)備的快速故障診斷、及時恢復(fù)、穩(wěn)定運行提供幫助。

1 故障樹分析法

故障樹分析法是自上而下的演繹式失效分析法，通過分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài)來建立模型。在建立故障樹時，通過定義一個“設(shè)備異常”結(jié)果，再向下推斷可能導(dǎo)致異常的原因，由此一步一步地推導(dǎo)整理獲得一個較為完善的故障樹。其中經(jīng)常運用“與非門”來表達其邏輯關(guān)系及多種可能導(dǎo)致的一種結(jié)果。

故障樹分析法(FTA)是一種對系統(tǒng)可靠性和可用性進行預(yù)測的方法，廣泛應(yīng)用于工程實踐中。它是在系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過有可能會造成系統(tǒng)失效的各種因素，如軟件、硬件、人為、環(huán)境等因素進行分析，繪出邏輯框圖，即故障樹，從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能性的組合方式及其發(fā)生的概率，以計算系統(tǒng)失效概率，并采取相應(yīng)糾正措施以提高系統(tǒng)的可靠性、安全性的一種設(shè)計分析和評估方法。

故障樹以圖形化的形式表現(xiàn)了系統(tǒng)故障和其他事件之間的相互關(guān)系。初始事件通過邏輯符號來連接到一個或者多個頂事件。頂事件往往都是指會對系統(tǒng)安全或者功能造成影響的因素，初始事件往往都表示著元件故障或是操作人員失誤。經(jīng)常使用的邏輯符號包括“與門”和“或門”如圖1所示。

圖1 邏輯門符號

通過FTA對所見現(xiàn)象進行推導(dǎo)即可快速找出故障點，并對故障進行修復(fù)。由此可加快設(shè)備的恢復(fù)速度，提高設(shè)備能效。該方法已經(jīng)在多種設(shè)備的故障診斷[1-3]和處理中得到有效應(yīng)用。

2 清洗機的結(jié)構(gòu)及原理

2.1 清洗機結(jié)構(gòu)

清洗機的設(shè)備主要結(jié)構(gòu)包括微孔陶瓷卡盤、電機、搖臂、高壓水系統(tǒng)、工作腔幾個部分，如圖2所示。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

微孔陶瓷卡盤有真空吸附及固定圓盤兩部分功能。微孔陶瓷卡盤中間為利用微孔陶瓷來進行氣體的真空吸附、釋放，四周的鎖緊卡扣利用離心的方式帶動重錘使卡扣鎖緊起到固定作用。

電機中間采用中空軸用以吸附、釋放真空，并通過伺服控制器對電機進行控制，電機通過聯(lián)軸器與上端和設(shè)備臺面固定為一體的主軸連接。

搖臂通過電機帶動進行往復(fù)運動，軸上帶有扇片并通過傳感器檢測扇片位置對軸的往復(fù)運動進行控制，并設(shè)有初始位置檢測工作開始及結(jié)束是進行復(fù)位操作。常見的設(shè)備中由兩組搖臂分別進行水路、氣路的工作，以此將液體與氣體隔離，防止在吹掃的過程中造成污染。

高壓水系統(tǒng)中，以隔膜泵為壓力源，通過調(diào)整隔膜泵驅(qū)動氣壓可以對系統(tǒng)壓力進行調(diào)整，并通過并聯(lián)在系統(tǒng)中的壓力表對高壓水的實時壓力進行直觀的觀測，以此通過對隔膜泵供氣壓力的調(diào)整來對水壓進行及時的調(diào)整。

工作腔環(huán)境對于最終的清洗結(jié)果有一定的影響，因此對內(nèi)部排水、排風(fēng)、潔凈度等有一定的要求。

控制部分利用PLC編程，通過電腦輸入信號PLC輸出信號進行控制，啟動后自動啟動部分功能并進行保護檢測，檢測通過后方可進行工作。

2.2 清洗機工作原理

在工藝中，將圓片放置于微孔陶瓷卡盤上并吸附真空使圓片緊貼于微孔陶瓷卡盤，啟動電機旋轉(zhuǎn)微孔陶瓷卡盤并觸發(fā)鎖緊機構(gòu)進行保護防止脫漏。待轉(zhuǎn)速達到要求后開始進行清洗，利用較高壓力的水流將表面的雜質(zhì)沖掃干凈，并利用純凈的氮氣將表面吹干。待電機停止并釋放真空后即可得到表面潔凈的圓片。其工作流程如圖3所示。

圖設(shè)備運行流程圖

3 FTA在清洗機中的應(yīng)用

清洗機在半導(dǎo)體劃片工藝中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，清洗對于性能有著極大的影響，如果清洗機出現(xiàn)故障會導(dǎo)致質(zhì)量明顯下降甚至報廢。為了在設(shè)備故障后快速地恢復(fù)，對于設(shè)備故障的各種情況進行分析，并建立故障樹分析圖。

對于設(shè)備故障的判斷可從兩方面進行，一方面是設(shè)備本身的運行故障，可通過觀測設(shè)備自身運行狀態(tài)確定；另一方面則是通過產(chǎn)品質(zhì)量問題逆推確定可能存在故障。

通過維修工作中的累計并參考文獻[2]建立如圖4所示的設(shè)備運行問題故障樹分析圖，可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備故障的原因有多種可能性，而其中的任何問題都有可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障。

圖4 設(shè)備運行問題故障樹分析圖

針對設(shè)備運行時的常見問題，分析歸納導(dǎo)致故障的原因及檢查方法，如表1所示。

表1 設(shè)備運行故障樹故障現(xiàn)象及檢查

同樣由維修工作中的累計并參考文獻[2]建立圖5所示的產(chǎn)品狀態(tài)異常故障樹分析圖。可以發(fā)現(xiàn)最后產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)對應(yīng)的設(shè)備問題也是由多種因素導(dǎo)致的。

圖5 產(chǎn)品狀態(tài)異常故障樹分析圖

針對產(chǎn)品狀態(tài)異常故障樹分析圖，分析歸納導(dǎo)致故障的可能性及檢查方法，如表2所示。

表2 產(chǎn)品狀態(tài)異常故障樹故障現(xiàn)象及檢查

針對這些問題進行總結(jié)分析，并給出具體的判斷及處理方法，如表3所示。

表3 針對各類故障的判斷及處理方法

通過具體的分析，可以發(fā)現(xiàn)其中有許多的故障是有許多相似之處，同樣的故障現(xiàn)象可能是由不同原因?qū)е碌模嗤墓收显蚩赡墁F(xiàn)象也不一定相同。通過這些故障現(xiàn)象及故障原因進行推斷可以發(fā)現(xiàn)問題集中在2個主要部分，即以電機、聯(lián)軸器、軸承為主的運動部分和以管道、壓力、閥門為主的水路、氣路部分。然后再通過對這些部分進行記錄可以為將來的改進提供經(jīng)驗，對容易出現(xiàn)問題的部件和系統(tǒng)進行升級，為進一步提高設(shè)備穩(wěn)定性、降低設(shè)備故障率提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

在設(shè)備的實際應(yīng)用中，許多問題是不可避免的，而這些問題往往需要操作人員具有快速判斷和處理的能力。通過建立清洗機的故障樹模型，并據(jù)此給出設(shè)備常見故障和疑難故障的檢查、判斷及處理方法，這樣可以根據(jù)實際情況快速修復(fù)設(shè)備故障，提升設(shè)備使用效率和產(chǎn)能。