孟慶嵩

摘 要：本文簡(jiǎn)述了全自動(dòng)圓片清洗機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)以及工藝要求，以全自動(dòng)圓片清洗機(jī)設(shè)計(jì)為例，分析其系統(tǒng)組成，介紹了系統(tǒng)流程、設(shè)計(jì)步驟和關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝驗(yàn)證，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料以及清洗功能，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：圓片清洗；PLC；上下料；Proface；

Design of automatic wafer cleaning machine based on Proface

Meng Qing-song

（CETC Beijing Electronic Equipment Co.，Ltd.，Beijing，100176）

Abstract： This paper introduces the definition， the developmental trend and the process requirements of the fully automatic wafer cleaning machine. The components of the system are analyzed via an example of the fully automatic wafer cleaning machine. It introduces the system processes， design steps and key technologies. As the function of the automatic loading and unloading and cleaning as well as the stability of this system has been approved by on-site process， it holds promotional value.

Key words：Wafer cleaning； PLC； Loading and unloading；Proface；

0、引言

隨著我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)越來越得到政府和業(yè)界的重視和支持。于此同時(shí) ，對(duì)晶圓表面對(duì)潔凈度要求也越來越高。絕大部分清洗系統(tǒng)應(yīng)用于晶圓減薄后清洗，而晶圓在劃切完成之后清洗，設(shè)備還是手動(dòng)將圓片一片一片放入清洗腔體中進(jìn)行清洗，這樣浪費(fèi)人力和時(shí)間。鑒于此種情況，需要設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)圓片清洗機(jī)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料功能，節(jié)省人工和時(shí)間。

1、全自動(dòng)圓片清洗機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

全自動(dòng)清洗機(jī)設(shè)備由主機(jī)系統(tǒng)、片盒升降機(jī)構(gòu)、取放片機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)以及設(shè)備子系統(tǒng)組成。每一設(shè)備都是24小時(shí)不間斷運(yùn)行，例如，主機(jī)系統(tǒng)是設(shè)備的心臟，必須保證主機(jī)在運(yùn)行期間可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。全自動(dòng)清洗機(jī)設(shè)備由三部分構(gòu)成，分別為運(yùn)行機(jī)構(gòu)、下位機(jī)控制和上位機(jī)監(jiān)控。

1）上位機(jī)監(jiān)控，主要是由監(jiān)控主機(jī)組成，通過以太網(wǎng)方式接收PLC的指令，同樣以圖形化方式顯示出來，以便操作人員操作設(shè)備。

2）下位機(jī)控制，主要是由兩個(gè)PLC和擴(kuò)展IO模塊組成，其中PLC1控制3個(gè)電機(jī)的運(yùn)行、水氣的檢測(cè)和塔燈控制，PLC2控制另外3個(gè)電機(jī)的運(yùn)行，擴(kuò)展IO模塊負(fù)責(zé)傳感器檢測(cè)和電磁閥控制。兩個(gè)PLC之間使用RS485連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。而另個(gè)PLC通過交換機(jī)與上位機(jī)通訊。

3）運(yùn)行機(jī)構(gòu)，主要包含6個(gè)電機(jī)，分別為片盒升降電機(jī)（ACS4）、框架與對(duì)準(zhǔn)電機(jī)（ACS2）、水平運(yùn)動(dòng)拖拽電機(jī)（ACS3）、取片機(jī)械手電機(jī)（ACS5）、擺臂吹二流體電機(jī)（ACS1）、清洗旋轉(zhuǎn)電機(jī)（ACS6）。

2、全自動(dòng)圓片清洗機(jī)功能實(shí)現(xiàn)

本文采用歐姆龍CP1H系列PLC和PROFACE 4000系列觸摸屏作為開發(fā)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)圓片清洗過程的自動(dòng)上下料功能，下面介紹關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)方法和步驟。

2.1 通訊功能實(shí)現(xiàn)

本文選擇的PROFACE 4000系列觸摸屏可以在系統(tǒng)設(shè)置中選擇歐姆龍PLC，由于PLC和觸摸屏都支持以太網(wǎng)通訊，通過交換機(jī)將它們?nèi)哌B在一起，這樣上位機(jī)就滿足可以同時(shí)與二者數(shù)據(jù)交互，配置具體如圖1所示。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

全自動(dòng)圓片清洗機(jī)運(yùn)行部分主要是依靠PLC邏輯程序?qū)崿F(xiàn)，合理的設(shè)計(jì)和功能分配，能使設(shè)備穩(wěn)定，操作方便。

設(shè)備包括掃描片盒流程（主要負(fù)責(zé)檢測(cè)料盒中哪一層有料。升降電機(jī)抬起，傳感器檢測(cè)有料，就將此位置記錄）、取片流程、抓片流程、清洗流程、放片流程。

2.3 畫面設(shè)計(jì)

界面包括登錄界面、物料參數(shù)、清洗參數(shù)、報(bào)警記錄、I/O狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)控制。主界面如下圖2所示、清洗參數(shù)如圖3所示、系統(tǒng)控制如圖4所示。

根據(jù)參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行。其中自動(dòng)運(yùn)行過程一旦發(fā)生故障可以通過點(diǎn)擊屏幕上的急停按鈕停止運(yùn)行，故障解除后可以手動(dòng)完成，也可以使用屏幕右側(cè)的異常處理功能實(shí)現(xiàn)后續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

（每個(gè)驅(qū)動(dòng)器一個(gè)界面，以ACS6為例）

3、結(jié)論

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)圓片清洗機(jī)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)劃切后圓片進(jìn)行清洗，滿足設(shè)計(jì)要求，并且在南通某客戶的工藝現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)功能完備，適用于同類型的清洗機(jī)系統(tǒng)。

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