基于時序分析的光刻版清洗機運行效率提升方法

侯為萍，高建利，劉玉倩

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 101601）

基于時序分析的光刻版清洗機運行效率提升方法

侯為萍，高建利，劉玉倩

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 101601）

光刻版清洗機是典型的多軸運行類自動化清洗設備，清洗效率的提升是此設備的關鍵技術之一。介紹了一種基于時序分析的提升該設備運行效率的方法，實驗證明此方法通過對控制時序的分析和優化，有效提升了設備的運行效率。

光刻版清洗機；時序分析；運行效率

近年來，隨著LED行業的飛速發展，對制造過程中設備的效率要求也越來越高。為了適應市場的需要，提高設備的生產效率是清洗類設備能夠更好地占領市場的關鍵之一[1]。

本文所述的光刻版清洗機適用于100 mm（4英寸）、125 mm（5英寸）、150 mm（6英寸）光刻版的正背面清洗。文中針對此設備提出了一種基于時序分析提升該設備運行效率的方法，通過新舊時序對比可以看出，新時序節約了設備運行的周期時間，提高了設備的運行效率。

1 光刻版清洗機整機結構

光刻版清洗機主要由上片盒、定位機構、折臂式機械手、1#清洗腔、2#清洗腔、翻片機構、下片盒7大機構組成（如圖1所示）。自動工作時，通過折臂式機械手的協調運動將各個機構聯系起來，共同完成清洗光刻版的動作。其中兩個清洗腔體互相獨立，也可以同時進行工作。

圖1 光刻版清洗機整機結構圖

2 光刻版清洗機工藝邏輯與問題分析

2.1 工藝邏輯

光刻版清洗機的工藝邏輯如圖2所示。首先機械手從上片盒獲取光刻版（圖中簡稱取片，類似“光刻版”在圖中均簡稱為“片”），放到定位機構進行機械定位，然后打開1#清洗腔腔門，將光刻版放入1#清洗腔并關腔門，在1#清洗腔中進行光刻版的正面清洗工藝；清洗工藝完成后機械手從1#清洗腔取出光刻版，將其放在翻片機構進行翻片，翻片完成后放到定位機構進行機械定位，然后打開2#清洗腔腔門，將光刻版放入2#清洗腔并關腔門，在2#清洗腔中進行光刻版的背面清洗工藝，清洗工藝完成后機械手將光刻版取出并放入下片盒，至此一個周期完成。

2.2 問題分析

圖2 光刻版清洗機工藝邏輯框圖

腔體中清洗光刻版正背面的工藝步驟包括：IPA噴灑工藝；丙酮噴灑工藝；常壓DI水噴灑工藝；高壓DI水噴灑工藝；熱N2吹干工藝；甩干工藝等，在上述工藝邏輯中，腔體工藝時間占據了整個周期的絕大部分。按照圖2的工藝邏輯框圖，自動運行開始，1#清洗腔進行正面工藝時2#清洗腔是閑置的；1#清洗腔完成工藝后，從中取出光刻版，1#清洗腔即空，此時直到機械手翻片，并將光刻版放入2#清洗腔后才能從上片盒獲取光刻版，定位并放入1#清洗腔，這種流程由于機械手沒有得到充分利用，有大量的閑置時間，沒有達到效率的最大化。按照這樣的邏輯設計的程序執行，平均清洗一個片子需要260 s，與用戶要求的210 s/片還有一段距離。為了能夠滿足用戶需要，我們需要優化時序，盡量提高效率，使我們的產品更具有市場競爭力。

3 基于時序分析的優化設計

經過對上述工藝邏輯存在問題的認真分析和研究，最后我們找到了一種基于時序分析的優化設計方法。優化的邏輯框圖如圖3所示。

由于本設備是要清洗光刻版的正面和背面，我們可以規定兩個腔體均可以清洗正面和背面，即每個腔體均可以按照正面工藝參數和背面工藝參數運行。這樣兩個腔體可以同時并行工作，兩腔的閑置時間均縮短。并且在程序設計時往腔體送片前的打開腔門的時間也可以提前，因為發完機械手指令之后要判斷機械手是否運動完畢，而機械手運動需要一段時間，我們就可以在發送機械手取片指令后即控制打開腔門，這樣等機械手運動完畢，腔門也已經打開，此時可直接放光刻版進入腔體，從而節省了打開腔門的時間。

圖3 優化后的邏輯框圖

在做軟件設計時，根據我們優化設計后的邏輯框圖，畫出了優化前后的時序圖如圖4和圖5[2]。

通過兩圖對比可以看出，優化后的時序中機械手利用率得到了很大提高，并且有段時間是兩腔同時在執行工藝，這樣就節省了大量時間，因為工藝時間相對整個周期來說占有很大比重，時間上的重疊幾乎是實現了兩個光刻版同時清洗。優化后的時序一個周期可以清洗兩個硅片，相當于僅僅比原時序多用了少量的時間卻多完成1倍的工作量。

圖4 光刻版清洗機各機構控制時序圖

圖5 光刻版清洗機各機構優化控制時序圖

4 實驗驗證

應用了上述優化的控制時序，設計出了合理的控制邏輯，繼而系統軟件順利完成。上機調試之后設備能夠正常運行，并且順利通過驗收，工藝功能和各項指標均達到要求。原時序下設備的運行效率平均是260 s/片，應用了新時序的設備運行效率提高到了215 s/片。實驗中設備連續運行24 h，未發現異常。

5 總 結

文章介紹了一種基于時序分析的提升光刻版清洗機運行效率的方法，應用了此方法設計的程序，整機效率有了很大提升，運行效率由原先的260 s/片提高到了215 s/片。目前應用了本文介紹的運行效率提升方法的光刻版清洗機設備已經在生產線上應用，設備運行穩定，可靠，高效，得到客戶的認可。

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[1]林曉杰，劉麗君，王維升.半導體硅片清洗設備研究進展[J].微處理機，2012，8（4）：25-27.

[2]童秋階.程控系統時序圖與邏輯框圖設計[J].化工設計，2005，15（1）：29-32.

A Method for Stepping up the Run Efficiency of the Photomask Cleaning System Based on Timing Analysis

HOU Weiping，GAO Jianli，LIU Yuqian
（The 45thInstitute of CECT，Bejing East Yanjiao 101601，china）

Abstract:The photomask cleaning system is typical automatic cleaning equipment with multi axis running,and stepping up the run efficiency is one of the pivotal techniques of the equipment.This paper introduces a method for stepping up the run efficiency of the equipment based on timing analysis,and the experiment proves that the method steps up the run efficiency of the equipment effectively through analyzing and optimizing the control timing.

Keywords:The photomask cleaning system；Timing analysis；Run efficiency

TN305.97

A

1004-4507（2013）11-0036-03

2013-10-09

侯為萍（1983-），女，工程師，碩士學位，主要從事電子專用設備的軟件研發工作。