双工位堆叠式晶圆旋转冲洗甩干机（SRD）技术解析 ——OKK大宫工业双腔机型

在半导体湿法清洗工艺末端，晶圆干燥是决定颗粒、水痕缺陷与最终良率的关键工序。传统单腔 SRD 产能有限，设备故障即造成整条湿法线停线。OKK Horizon 上下堆叠双工位晶圆甩干机，采用双独立腔体架构，在单台设备内集成两套完整旋转干燥系统，兼顾产能提升、产线冗余与洁净室占地优化，广泛适配硅基、碳化硅、氮化镓、蓝宝石、光罩及玻璃基板等 2~12 英寸基板的量产与研发场景。本文从结构原理、核心技术、工艺优势、应用选型与运维要点，对双工位 SRD 设备进行技术解读。

一、行业背景：湿法干燥工序面临的痛点

晶圆湿法清洗完成药液处理后，表面残留水分若处理不当极易形成水印、水斑，同时引发微颗粒吸附，是半导体制造中典型良率损失来源。旋转冲洗甩干机（Spin Rinse Dryer，SRD）依靠去离子水喷淋、高速离心脱水、高纯氮气吹扫实现无水印干燥，长期作为槽式湿法线标配末端干燥设备。

传统方案有两大短板：

1. 采用多台单腔 SRD 并行部署，洁净室占用面积大，无尘厂房建设与维护成本高昂；

2. 单腔体设备一旦发生故障、保养，整条湿法线只能停机等待，产线 OEE（设备综合效率）受限。

在此背景下，上下堆叠双独立腔体双工位 SRD成为 8/12 英寸晶圆产线、第三代半导体产线提升产能与运行稳定性的优选方案。

二、设备架构与工艺原理

OKK Horizon 双工位甩干机为上下层堆叠双腔设计，整机共用机架、总 DIW、总氮气、排风等公用管路，但主轴、伺服驱动、转子、吹扫气路、工艺控制 Recipe 两套独立，两个腔体可并行或独立运行。

单腔标准工艺流程：

1. 卡匣入腔与 DIW 喷淋漂洗：晶圆载匣进入工艺腔体，通入高纯去离子水对晶圆表面进行喷淋冲洗，置换残留化学药液；

2. 高速离心脱水：无刷伺服电机驱动转子高速旋转，依靠离心力剥离晶圆表面大部分液态水；设备搭载 OKK 标志性 FAB 自动平衡技术，腔内晶圆数量不均衡时，系统可实时自动配重，降低振动与碎片风险；

3. 加热高纯氮气吹扫干燥：腔体通入 PID 控温高纯氮气，配合 ULPA 洁净层流环境，带走残余水汽，抑制水痕生成；内置除静电模块，中和旋转产生的静电，减少纳米颗粒吸附；

4. 腔体排液与复位：废液排出，腔体吹扫净化，完成单批次工艺。

双工位核心特性：上下腔体可独立设置工艺配方。上、下腔可设置不同转速、吹扫温度、冲洗时间，支持同时处理不同尺寸基板、不同工艺产品，研发线可实现多试样并行试验，量产线可实现同规格产品并行加工。单腔维护、故障停机时，另一腔体可持续生产，实现产线冗余保障。

三、核心技术特点

1. FAB 智能自动平衡系统区别于传统 SRD 必须搭配陪片（Dummy 片）配重，OKK FAB 平衡技术可在 1~25 片任意载片数量下稳定运行，减少 Dummy 片消耗，降低工艺成本，同时抑制高速旋转振动，降低碎片风险，适配薄晶圆、脆性化合物基板。

2. 全流程高洁净材料设计工艺腔体采用 316L EP 电解抛光不锈钢；管路、阀件选用 PTFE/PVDF 材质，低析出、低发尘，满足半导体高洁净工艺要求。可选配 DI 水电阻率在线监测、腔体压力监测、废液状态监控，实时监控工艺介质品质。

3. 独立伺服驱动与可编程工艺双腔两套独立无刷直驱伺服系统，转速 0~2800rpm 独立可调；多组 Recipe 存储，支持分段转速、分段氮气吹扫参数自定义，适配硅片、SiC、GaN、蓝宝石、光罩等多类基板干燥工艺。可扩展 SECS/GEM 通讯协议，对接工厂 MES 系统，实现全自动产线集成。

4. 安全互锁与故障诊断体系配置舱门安全互锁、急停保护、振动超限报警、氮气压力保护、温度超限保护。系统实时采集振动、转速、气路压力、水质参数，故障自动报警并记录日志，便于快速排查定位。

四、双工位 SRD 对比传统单腔设备的优势

1. 节约洁净室占地一台双腔设备等效两台单腔 SRD 产能，堆叠结构大幅减少洁净室占用面积，显著降低无尘车间的基建、FFU、空调能耗成本。

2. 产能提升 + 产线冗余单次最大处理能力 2 卡匣，最多 50 片晶圆。双腔独立运行，任一腔体维护、维修，另一腔体持续生产，避免整条湿法线停机，提升产线 OEE。

3. 工艺柔性更强上下腔体配方相互独立，可同时运行两种不同工艺，可实现不同尺寸基板混线加工，兼顾量产与研发打样需求。

4. 运维与公用工程注意事项双腔配置两套转子、密封件、过滤器等耗材，备件采购与维护成本高于单腔设备；氮气、DI 水、排风、电力负荷接近两台单机，前期公用工程管路、减压阀、稳压阀需要预留充足余量。同时整机基座减振设计需专业评估，规避双腔同时高速旋转带来的腔体串振问题。

五、应用场景与选型建议

推荐应用场景

• 8 英寸、12 英寸硅基量产湿法清洗产线；

• SiC、GaN 等第三代半导体晶圆制造产线；

• 光罩、蓝宝石基板、光学玻璃基板精密清洗干燥；

• 研发中试线，需要同时开展多规格试样工艺验证。

不推荐场景

• 小批量试制、预算受限，公用工程（N₂、排风）余量不足的产线；

• 空间极度狭小，上层腔体检修操作空间不足的洁净间。

六、工艺常见问题与控制思路

双工位机型除单腔 SRD 常规水痕、颗粒管控要点外，需重点关注双腔工艺风险：

1. 腔体串振：两腔体同时高转速运行引发整机振动超标，优化方案为错开两腔运行转速区间，优化设备地脚水平与减振基座；

2. 氮气压力波动：一腔氮气吹扫瞬间造成另一腔压力跌落，需要在总管路增设稳压模块，支路独立调压；

3. 腔体间洁净度差异：上下腔体发尘特性存在差异，颗粒验证必须分腔独立验证，ULPA 过滤器分开维护，不可直接共用工艺参数。

水痕缺陷控制核心：氮气纯度、氮气温度、排水通畅性、静电消除效果。同一配方不能直接复制到两个腔体，上下腔需分别完成工艺 DOE 验证。

七、结语

在半导体湿法制造工艺中，

Spin Dryer双工位堆叠 SRD 通过双独立腔体架构，在有限洁净室空间内实现产能扩容与生产冗余，解决传统单腔甩干机产能不足、停机风险高的痛点。OKK Horizon 系列依托成熟的 FAB 自动平衡技术，在碎片控制、颗粒管控、工艺稳定性方面保持稳定表现，为硅基与第三代半导体基板湿法干燥提供高可靠性解决方案。随着第三代半导体产业扩产，兼具产能、柔性与冗余能力的双腔 SRD 设备，将在湿法清洗末端工序得到更加广泛的应用。