基于FTA的清洗机常见故障分析与维修

王露寒，吴 海，赵英伟，程壹涛

(中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051)

随着大规模集成电路(IC)的发展，集成度的不断提高，线宽的不断缩小，对硅片的洁净程度要求越来越高。因此，在IC生产工艺中对于产品的清洗质量要求更加严格，为了保证产品的重复性和一致性避免因杂质而影响质量，对于清洗机的稳定性也有了更高的要求。清洗机结构复杂，可调参数较少，设备出现故障时只有蜂鸣报警提示，无详细的故障报警信息，给准确判断故障造成一定困难。因此，利用故障树分析法(FTA)对常见问题进行举例分析，为设备的快速故障诊断、及时恢复、稳定运行提供帮助。

1 故障树分析法

故障树分析法是自上而下的演绎式失效分析法，通过分析系统中不希望出现的状态来建立模型。在建立故障树时，通过定义一个“设备异常”结果，再向下推断可能导致异常的原因，由此一步一步地推导整理获得一个较为完善的故障树。其中经常运用“与非门”来表达其逻辑关系及多种可能导致的一种结果。

故障树分析法(FTA)是一种对系统可靠性和可用性进行预测的方法，广泛应用于工程实践中。它是在系统设计过程中，通过有可能会造成系统失效的各种因素，如软件、硬件、人为、环境等因素进行分析，绘出逻辑框图，即故障树，从而确定系统失效原因的各种可能性的组合方式及其发生的概率，以计算系统失效概率，并采取相应纠正措施以提高系统的可靠性、安全性的一种设计分析和评估方法。

故障树以图形化的形式表现了系统故障和其他事件之间的相互关系。初始事件通过逻辑符号来连接到一个或者多个顶事件。顶事件往往都是指会对系统安全或者功能造成影响的因素，初始事件往往都表示着元件故障或是操作人员失误。经常使用的逻辑符号包括“与门”和“或门”如图1所示。

图1 逻辑门符号

通过FTA对所见现象进行推导即可快速找出故障点，并对故障进行修复。由此可加快设备的恢复速度，提高设备能效。该方法已经在多种设备的故障诊断[1-3]和处理中得到有效应用。

2 清洗机的结构及原理

2.1 清洗机结构

清洗机的设备主要结构包括微孔陶瓷卡盘、电机、摇臂、高压水系统、工作腔几个部分，如图2所示。

图2 设备结构图

微孔陶瓷卡盘有真空吸附及固定圆盘两部分功能。微孔陶瓷卡盘中间为利用微孔陶瓷来进行气体的真空吸附、释放，四周的锁紧卡扣利用离心的方式带动重锤使卡扣锁紧起到固定作用。

电机中间采用中空轴用以吸附、释放真空，并通过伺服控制器对电机进行控制，电机通过联轴器与上端和设备台面固定为一体的主轴连接。

摇臂通过电机带动进行往复运动，轴上带有扇片并通过传感器检测扇片位置对轴的往复运动进行控制，并设有初始位置检测工作开始及结束是进行复位操作。常见的设备中由两组摇臂分别进行水路、气路的工作，以此将液体与气体隔离，防止在吹扫的过程中造成污染。

高压水系统中，以隔膜泵为压力源，通过调整隔膜泵驱动气压可以对系统压力进行调整，并通过并联在系统中的压力表对高压水的实时压力进行直观的观测，以此通过对隔膜泵供气压力的调整来对水压进行及时的调整。

工作腔环境对于最终的清洗结果有一定的影响，因此对内部排水、排风、洁净度等有一定的要求。

控制部分利用PLC编程，通过电脑输入信号PLC输出信号进行控制，启动后自动启动部分功能并进行保护检测，检测通过后方可进行工作。

2.2 清洗机工作原理

在工艺中，将圆片放置于微孔陶瓷卡盘上并吸附真空使圆片紧贴于微孔陶瓷卡盘，启动电机旋转微孔陶瓷卡盘并触发锁紧机构进行保护防止脱漏。待转速达到要求后开始进行清洗，利用较高压力的水流将表面的杂质冲扫干净，并利用纯净的氮气将表面吹干。待电机停止并释放真空后即可得到表面洁净的圆片。其工作流程如图3所示。

图设备运行流程图

3 FTA在清洗机中的应用

清洗机在半导体划片工艺中是非常重要的一个环节，清洗对于性能有着极大的影响，如果清洗机出现故障会导致质量明显下降甚至报废。为了在设备故障后快速地恢复，对于设备故障的各种情况进行分析，并建立故障树分析图。

对于设备故障的判断可从两方面进行，一方面是设备本身的运行故障，可通过观测设备自身运行状态确定；另一方面则是通过产品质量问题逆推确定可能存在故障。

通过维修工作中的累计并参考文献[2]建立如图4所示的设备运行问题故障树分析图，可以发现，设备故障的原因有多种可能性，而其中的任何问题都有可能导致设备发生故障。

图4 设备运行问题故障树分析图

针对设备运行时的常见问题，分析归纳导致故障的原因及检查方法，如表1所示。

表1 设备运行故障树故障现象及检查

同样由维修工作中的累计并参考文献[2]建立图5所示的产品状态异常故障树分析图。可以发现最后产品质量状态对应的设备问题也是由多种因素导致的。

图5 产品状态异常故障树分析图

针对产品状态异常故障树分析图，分析归纳导致故障的可能性及检查方法，如表2所示。

表2 产品状态异常故障树故障现象及检查

针对这些问题进行总结分析，并给出具体的判断及处理方法，如表3所示。

表3 针对各类故障的判断及处理方法

通过具体的分析，可以发现其中有许多的故障是有许多相似之处，同样的故障现象可能是由不同原因导致的，而相同的故障原因可能现象也不一定相同。通过这些故障现象及故障原因进行推断可以发现问题集中在2个主要部分，即以电机、联轴器、轴承为主的运动部分和以管道、压力、阀门为主的水路、气路部分。然后再通过对这些部分进行记录可以为将来的改进提供经验，对容易出现问题的部件和系统进行升级，为进一步提高设备稳定性、降低设备故障率提供有效的数据支撑。

4 结束语

在设备的实际应用中，许多问题是不可避免的，而这些问题往往需要操作人员具有快速判断和处理的能力。通过建立清洗机的故障树模型，并据此给出设备常见故障和疑难故障的检查、判断及处理方法，这样可以根据实际情况快速修复设备故障，提升设备使用效率和产能。