全自动硅片清洗设备的技术改进

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电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingＥＰＥ（总第 248 期）Oct． 2015收稿日期 2015-10-04全自动硅片清洗设备的技术改进宋婉贞，田洪涛，张继静中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 100176摘要全自动硅片清洗设备电气控制是以 PLC、触摸屏为核心实现硅片清洗的自动化。介绍了该设备在 PLC 控制方面的技术改进，包括对机械臂的运动控制方式、工艺适应性以及安全性能两个方面，大大提高了设备的稳定性及安全性。关键词硅片清洗设备；技术改进；运动控制方式；工艺适应；安全性能中图分类号 TN305.97 文献标识码 B 文章编号 1004-4507201510-0023-04The Technical Improvements of AutomaticWafer Cleaning EquipmentSONG Wanzhen， TIAN Hongtao， ZHANG JijingThe 45th Reserch Institute of CETC ， Beijing 100176， ChinaAbstract The electrical control of the full-automatic wafer cleaning equipment is based on PLC andwhalen touch screen as the core to realize the automation of silicon wafer cleaning. It mainly enpoundsthe cleaning equipment improvement in PLC control technology， including the motorial controller ，the process adaptability and safety performance， greatly improve the stability and safety.Keywords Wafer cleaning equipment； Technical improving ； Motorial control mode； Processadaptability ； Safety perfomance为了更好地满足市场要求，设备的各方面性能也要不断提高。相对于最初的全自动硅片清洗设备，改进之后的设备，机械臂运动控制更简单稳定，工艺适应性更强，安全系数更高。1 全自动硅片清洗设备简介及工作流程全自动硅片清洗设备一般由槽体、机械臂、人机界面和电控柜等几部分组成，除上料下料需人工外，其余工艺动作均由机械臂来实现。电气控制以姆龙公司 CP 系列 PLC、威纶触摸屏为核心，该设备具有操作简单、可靠性高、工艺参数修改方便等特点，自动化程度高，使用于批量生产，可确保清洗质量的一致性。该设备由用户手动将装满工件的清洗篮放到上料台，清洗篮根据在触摸屏上设定的程序由机械臂自动依次送到各工位，对工件进行腐蚀、清洗等工艺，工艺结束后的工件由机械臂送到下料位，IC 制造工艺与设备23（总第 248 期） Oct． 2015电子工业专用设备Equipment for Electronic Products Manufacturing ＥＰＥ最后由用户将清洗蓝取走 [1] 。2 机械臂运动控制方式改进全自动硅片清洗设备的运动控制主要是由欧姆龙 PLC 的脉冲输出指令中的定位指令 PLS2 并辅助定位传感器对机械臂进行定位，该指令说明如下指令概要在按输出端口的指定中，指定脉冲输出量、目标频率、加速比率、减速比率，输出脉冲。只能为定位（独立模式） [2] 。指令符号操作数说明C1 端口指定0000Hex 脉冲输出 00001Hex 脉冲输出 10002Hex 脉冲输出 20003Hex 脉冲输出 3C2 模式指定S1 设定表地位 CH 编号以六个槽体的全自动清洗设备为例，将上料位作为脉冲原点，其他各个工位 16 槽以及下料位相对于原点的脉冲量依次存到通道地址 D0 、D2 、 D4 、 D6 、 D8 、 D10 、 D12 中，移动脉冲量存储到D20 中。最初的设备是用该指令的相对脉冲模式，在该模式的控制下，移动脉冲量脉冲输出量设定值。所以当机械臂由当前的 1 槽向目标 3 槽移动时，不仅要判断机械臂的运行方向，用以确定PLS2 指令控制数据 C2 中的方向指定是 CW 方向还是 CCW 方向，而且要同时将 D0、 D4 中的数据读取出来，并计算出移动的脉冲量 D20D4-D0 写到指令控制数据 S14， S15 中。改进之后的设备运用 PLS2 指令的绝对脉冲模式，移动脉冲量脉冲输出量设定值 - 当前值。当机械臂向目标位置 3 槽移动时，只需要将 D4中的数据直接写到指令控制数据 S14,S15 中即可，这就大大减小了程序的复杂程度，提高了设备的稳定性。C1 指定端口C2 控制数据S1 设定表低位 CH 编号S2 启动频率低位 CH 编号PLS2C1C2S1S2模式指定0Hex 指定相对脉冲1Hex 指定绝对脉冲15 12 11 8 7 4 3 0C2方向指定0Hex CW 方向1Hex CCW 方向脉冲输出方式 *10Hex 指定相对脉冲1Hex 指定绝对脉冲0Hex 固定*1 在同时使用脉冲输出 0 和 1 进行动作时，请使用相同的方式S1S1115 0加速比率减速比率用 1Hz 单位来分别指定按脉冲控制周期（ 4MS）的增减量S12S13目标频率（低位）目标频率（高位）用 1Hz 单位来指定加速、减速后的频率S14S15脉冲输出设定量（低位）低位脉冲输出设定量（高位）根据相对脉冲指定和绝对脉冲指定，在实际中输出的移动脉冲量分别为如下所示。相对脉冲指定时移动脉冲量脉冲输出量设定值绝对脉冲指定时移动脉冲量脉冲输出量设定值 - 当前值IC 制造工艺与设备24电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingＥＰＥ（总第 248 期）Oct． 20153 工艺适应性改进传统全自动硅片清洗设备通常按客户要求的工艺顺序安排槽体布局，机械臂按槽体布局顺序执行。此种设备针对性较强，一台设备只适应于一种工艺流程，工艺适应性极差。改进之后的设备针对此种弊端在工艺运行顺序上做了调整，设备最多可以存储 10 套工艺流程，每套工艺流程可以随意编辑工艺运行顺序，亦可选择性运行某些槽体，并且每个槽体的工艺运行时间及快排冲洗槽（ QDR 槽）的运行模式均可编辑。此种设备在某种程度上适用于多种工艺，大大提高了设备的工艺适应性。以 6 个槽体的全自动清洗设备为例，工艺运行设置如图 1 所示。图 1 参数设置界面程序号为存储的工艺编号；工序 1～ 7 为工艺运行的顺序，可选择 1～ 6 槽体及下料位（下料位编号为 7）； 1～ 6 槽时间为槽体的工艺运行时间，可设； 3、 5 槽为 QDR 槽，可选择快排冲洗（ QDR）模式和溢流模式。用户可将经常用到的几个工艺流程提前存储，运行时只需在界面上选择程序号即可，如图 2 所示。图 2 工艺运行主界面IC 制造工艺与设备25（总第 248 期） Oct． 2015电子工业专用设备Equipment for Electronic Products Manufacturing ＥＰＥ[2] 赵迎春 . 基于 PLC 的自动化电镀生产线控制系统 [J].中国高新技术企业， 20099 10.[3] 刘轶斐 . 基于 MES 的炼铁厂生产管理系统应用研究[D]. 大连理工大学硕士学位论文， 2005.作者简介杜斌（ 1986-），男，研究生，毕业于太原理工大学，现主要从事电子专用设备设计与研究工作。王殿（ 1987-），男，研究生，工程师，毕业于华北电力大学，现从事电子专用设备的研发工作。用户选择程序号后点击确认按钮，对应的工艺顺序、工艺时间及 QDR 槽运行模式就会加载到界面上，确认无误后即可运行自动程序。4 安全性能改进主要围绕设备安全性和操作工安全方面进行了改进。4.1 设备安全性4.1.1 硬件改进以往的设备单纯用软件标志确定机械手抓篮，但当设备运行较长时间后可能会由于震动出现机械手松动或偏差的情况，此时有很大可能出现机械手漏抓。所以单单只用软件标志来确定机械爪是否将抓篮提起存在很大的隐患，改进之后的设备在机械手上安装了提篮检测装置，用硬件信号来确定机械手抓篮显然比软件标志更加可靠。4.1.2 PLC 软件改进机械臂在横向或纵向运行时总会有诸多运行条件来判断机械臂何时何地以何种方式运行，为防止机械臂压坏提篮或槽盖，考虑对任何可能会对机械臂、提篮、槽盖安全有威胁的情况，改进之后的软件在原有软件基础上增加了以下几个条件① 在机械臂平移脉冲输出前加禁止机械臂提升脉冲输出的条件；② 如果平移、提升电机同时有脉冲输出就立即停止提升电机脉冲输出，并报警提示；③ 在自动状态下，如果机械臂不在任何一个工位，提升电机有脉冲输出同样立即停止提升电机脉冲输出，并报警提示；④ 对有槽盖的槽体，同时用开盖和关盖信号确定槽盖的开关情况用开盖检测的常开点和关盖检测的常闭点确定开盖，用关盖的常开点和开盖的常闭点确定关盖，防止某一路检测开关失效或信号干扰造成的误判。如若两检测开关同时有信号必须并停止机械臂下降，并报警提示。4.2 操作工安全一台好的设备不仅要保证设备自身的安全性，也要考虑到操作人员的安全。改进之后的设备在机械臂两侧增加了硬件保护限位，当保护限位被触发时，立即停止机械臂脉冲输出，并报警提示，以防止操作人员在机械臂运动过程中将身体探入设备内部时发生危险，最大限度的保护了操作人员的人身安全。5 总结随着光伏产业的日益发展，全自动硅片清洗设备的应用已经愈来愈广泛。该设备自动化程度高，不仅减少了人工成本而且大大提高了工作效率。改进之后的全自动硅片清洗设备，在硬件及PLC 软件方面都做了改进，大大提高了设备的可靠性、稳定性和安全性。参考文献 [1] 郁汉琪 . 电气控制与可编程控制器应用技术 [M]. 南京东南大学出版社， 2003.[2] OMRON SYSMAC CP 系列 CP1H CPU 单元编程手册[Z]. 版本号 Man.No.W450-E2005.7作者简介宋婉贞（ 1985-），女，河北保定人，工程师，本科，从事半导体专用设备的研发。（上接第 22 页）IC 制造工艺与设备26