基于Proface全自動圓片清洗機的設計

孟慶嵩

摘 要：本文簡述了全自動圓片清洗機的發展趨勢以及工藝要求，以全自動圓片清洗機設計為例，分析其系統組成，介紹了系統流程、設計步驟和關鍵技術，經現場工藝驗證，能實現自動上下料以及清洗功能，系統運行穩定、可靠，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：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

隨著我國集成電路產業的持續快速發展，我國半導體設備和半導體材料產業越來越得到政府和業界的重視和支持。于此同時 ，對晶圓表面對潔凈度要求也越來越高。絕大部分清洗系統應用于晶圓減薄后清洗，而晶圓在劃切完成之后清洗，設備還是手動將圓片一片一片放入清洗腔體中進行清洗，這樣浪費人力和時間。鑒于此種情況，需要設計一種全自動圓片清洗機，能實現自動上下料功能，節省人工和時間。

1、全自動圓片清洗機系統的設計

全自動清洗機設備由主機系統、片盒升降機構、取放片機構、清洗機構以及設備子系統組成。每一設備都是24小時不間斷運行，例如，主機系統是設備的心臟，必須保證主機在運行期間可靠、穩定運行。全自動清洗機設備由三部分構成，分別為運行機構、下位機控制和上位機監控。

1）上位機監控，主要是由監控主機組成，通過以太網方式接收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備。

2）下位機控制，主要是由兩個PLC和擴展IO模塊組成，其中PLC1控制3個電機的運行、水氣的檢測和塔燈控制，PLC2控制另外3個電機的運行，擴展IO模塊負責傳感器檢測和電磁閥控制。兩個PLC之間使用RS485連接，進行數據交互。而另個PLC通過交換機與上位機通訊。

3）運行機構，主要包含6個電機，分別為片盒升降電機（ACS4）、框架與對準電機（ACS2）、水平運動拖拽電機（ACS3）、取片機械手電機（ACS5）、擺臂吹二流體電機（ACS1）、清洗旋轉電機（ACS6）。

2、全自動圓片清洗機功能實現

本文采用歐姆龍CP1H系列PLC和PROFACE 4000系列觸摸屏作為開發平臺。實現圓片清洗過程的自動上下料功能，下面介紹關鍵功能的實現方法和步驟。

2.1 通訊功能實現

本文選擇的PROFACE 4000系列觸摸屏可以在系統設置中選擇歐姆龍PLC，由于PLC和觸摸屏都支持以太網通訊，通過交換機將它們三者連在一起，這樣上位機就滿足可以同時與二者數據交互，配置具體如圖1所示。

2.2 功能實現

全自動圓片清洗機運行部分主要是依靠PLC邏輯程序實現，合理的設計和功能分配，能使設備穩定，操作方便。

設備包括掃描片盒流程（主要負責檢測料盒中哪一層有料。升降電機抬起，傳感器檢測有料，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 畫面設計

界面包括登錄界面、物料參數、清洗參數、報警記錄、I/O狀態、運動控制、系統控制。主界面如下圖2所示、清洗參數如圖3所示、系統控制如圖4所示。

根據參數設置，系統可以實現手動運行和自動運行。其中自動運行過程一旦發生故障可以通過點擊屏幕上的急停按鈕停止運行，故障解除后可以手動完成，也可以使用屏幕右側的異常處理功能實現后續自動運行。

（每個驅動器一個界面，以ACS6為例）

3、結論

根據本文設計的全自動圓片清洗機的設備實現了對劃切后圓片進行清洗，滿足設計要求，并且在南通某客戶的工藝現場運行結果表明，該系統運行情況穩定、可靠，實現功能完備，適用于同類型的清洗機系統。

參考文獻：

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