基于Proface全自动圆片清洗机的设计

孟庆嵩

摘 要：本文简述了全自动圆片清洗机的发展趋势以及工艺要求，以全自动圆片清洗机设计为例，分析其系统组成，介绍了系统流程、设计步骤和关键技术，经现场工艺验证，能实现自动上下料以及清洗功能，系统运行稳定、可靠，具有一定的推广价值。

关键词：圆片清洗；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

随着我国集成电路产业的持续快速发展，我国半导体设备和半导体材料产业越来越得到政府和业界的重視和支持。于此同时 ，对晶圆表面对洁净度要求也越来越高。绝大部分清洗系统应用于晶圆减薄后清洗，而晶圆在划切完成之后清洗，设备还是手动将圆片一片一片放入清洗腔体中进行清洗，这样浪费人力和时间。鉴于此种情况，需要设计一种全自动圆片清洗机，能实现自动上下料功能，节省人工和时间。

1、全自动圆片清洗机系统的设计

全自动清洗机设备由主机系统、片盒升降机构、取放片机构、清洗机构以及设备子系统组成。每一设备都是24小时不间断运行，例如，主机系统是设备的心脏，必须保证主机在运行期间可靠、稳定运行。全自动清洗机设备由三部分构成，分别为运行机构、下位机控制和上位机监控。

1）上位机监控，主要是由监控主机组成，通过以太网方式接收PLC的指令，同样以图形化方式显示出来，以便操作人员操作设备。

2）下位机控制，主要是由两个PLC和扩展IO模块组成，其中PLC1控制3个电机的运行、水气的检测和塔灯控制，PLC2控制另外3个电机的运行，扩展IO模块负责传感器检测和电磁阀控制。两个PLC之间使用RS485连接，进行数据交互。而另个PLC通过交换机与上位机通讯。

3）运行机构，主要包含6个电机，分别为片盒升降电机（ACS4）、框架与对准电机（ACS2）、水平运动拖拽电机（ACS3）、取片机械手电机（ACS5）、摆臂吹二流体电机（ACS1）、清洗旋转电机（ACS6）。

2、全自动圆片清洗机功能实现

本文采用欧姆龙CP1H系列PLC和PROFACE 4000系列触摸屏作为开发平台。实现圆片清洗过程的自动上下料功能，下面介绍关键功能的实现方法和步骤。

2.1 通讯功能实现

本文选择的PROFACE 4000系列触摸屏可以在系统设置中选择欧姆龙PLC，由于PLC和触摸屏都支持以太网通讯，通过交换机将它们三者连在一起，这样上位机就满足可以同时与二者数据交互，配置具体如图1所示。

2.2 功能实现

全自动圆片清洗机运行部分主要是依靠PLC逻辑程序实现，合理的设计和功能分配，能使设备稳定，操作方便。

设备包括扫描片盒流程（主要负责检测料盒中哪一层有料。升降电机抬起，传感器检测有料，就将此位置记录）、取片流程、抓片流程、清洗流程、放片流程。

2.3 画面设计

界面包括登录界面、物料参数、清洗参数、报警记录、I/O状态、运动控制、系统控制。主界面如下图2所示、清洗参数如图3所示、系统控制如图4所示。

根据参数设置，系统可以实现手动运行和自动运行。其中自动运行过程一旦发生故障可以通过点击屏幕上的急停按钮停止运行，故障解除后可以手动完成，也可以使用屏幕右侧的异常处理功能实现后续自动运行。

（每个驱动器一个界面，以ACS6为例）

3、结论

根据本文设计的全自动圆片清洗机的设备实现了对划切后圆片进行清洗，满足设计要求，并且在南通某客户的工艺现场运行结果表明，该系统运行情况稳定、可靠，实现功能完备，适用于同类型的清洗机系统。

参考文献：

[1]晶圆清洗技术应用[J]. 李东旭，陈立新， 郭晓婷，马岩，蒋兴桥，荣宇. 清洗世界. 2018 （7）.

[2]半导体产业中晶圆片表面处理的发展[J]. 王磊. 内燃机与配件. 2018（13）.

[3]2015年我国半导体设备和半导体材料业现状分析[J].王龙兴. 集成电路应用. 2016 （12）.