基于工位自控制的全自動單片清洗設備的軟件設計

高建利

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京101601)

基于工位自控制的全自動單片清洗設備的軟件設計

高建利

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京101601)

為了更好的控制全自動單片清洗設備，通過研究設備的結構和運行流程，提出了一種基于工位自控制的方法實現設備自動運行的軟件設計，使各工位并行運行，提高了運行效率。

半導體設備；自控制；單片清洗；軟件設計；

由于半導體器件的性能、可靠性和穩定性的要求不斷提高，晶片清洗設備越來越向全自動單片清洗的方向發展。為全自動清洗設備設計好的控制軟件，有利于提高設備的運行效率。

1 全自動單片清洗設備的結構

全自動單片清洗設備有多個工位，可以完成單晶圓旋轉、腐蝕、清洗和甩干，諸如二氧化硅膜腐蝕剝離清洗、鋁腐蝕清洗、單片顯影、晶圓背面清洗工藝、去膠工藝、晶圓研磨后清洗工藝和IC后道制程銅引線等有機物的清洗等。它們的一般結構如圖1所示。

折臂式機械手是晶片的傳輸機構，將晶片在各個工位中依次傳輸。片盒工位一般包括兩個片盒，作為待處理晶片的上片盒和完成晶片工藝后的下片盒。對中工位把機械手上抓取的晶片位置對正。清洗工位有多個，都是采用旋轉清洗的方式，工位內有擺臂噴出藥液清洗晶片，分為多個工位清洗可以防止藥液間交叉污染晶片。晶片通過機械手在各個工位之間順序流轉，完成晶片清洗工藝。

圖1 全自動單片清洗設備結構

2 自動運行分析

全自動單片清洗設備的一個晶片自動運行工藝邏輯如圖2所示。

圖2 全自動單片清洗設備自動運行流程

在實際的運行過程中，只要工位中沒有晶片并且上一工位的工藝已經完成，并且機械手空閑的話就可以執行上一工位取片并放入當前工位中執行工藝，因此實際運行時就形成了多個工位同時進行工藝運行的情況，在軟件設計中完成這種自動運行有多種方法，選擇一個合適的自動運行方案是程序設計中必須面對的問題。

3 工位自控制的自動運行設計

3.1 工位狀態

根據上一節的分析，片盒、對中工位、清洗工位都可以作為一個整體，這個整體有幾個狀態，如圖3所示，分別是工位空閑、工位進片、工位有片、工位工藝運行、工位工藝完成、工位出片，工位的狀態在其運行中循環往復（見圖3所示）。取片的過程；出片完成后工位的狀態又回到了空閑狀態。

圖3 工位狀態轉換圖

按照面向對象的設計方法，全自動單片清洗設備的對中工位、清洗工位可以抽象程序中的類，這些工位有基本相同的成員變量和成員函數。它們共同的成員變量為工位狀態，共同的成員函數為工位進片，工位出片，工位工藝運行。由此可以設計出全自動單片清洗設備的類的靜態圖如圖4所示。

圖4 類的靜態圖

3.2 機械手的同步控制

機械手在設備運行的狀態有機械手空閑、機械手工位n取片、機械手工位n放片等狀態，當機械手處于空閑狀態時，各工位需要競爭機械手的使用權，爭取到使用權后機械手的狀態就變為工位取放片狀態，沒有競爭到的機械手就需要等待下一次機械手空閑時再競爭機械手。因為各工位可能會同時競爭機械手，這就需要引入機械手的同步控制。Windows支持4種類型的同步對象，可以用來同步由并發運行的線程所執行的操作：臨界區，互斥量，事件，信號量，這里使用事件來實現機械手的同步控制。機械手事件定義為機械手空閑事件，使用SetEvent()函數將事件設為有狀態，使用WaitForSingleObject()函數查看事件的狀態，查看到機械手空閑事件無狀態時線程阻塞，機械手空閑事件有狀態時程序向下運行同時機械手空閑事件自動變為無狀態。通過機械手空閑事件，各工位競爭機械手的問題就得以解決。

圖5 工位運行流程

3.3 工位自控制

通過設備中工位的狀態和機械手的狀態，工位可以自己判斷下一步的動作。工位的運行流程如圖5所示。線程啟動后，循環進行三個判斷，分別為工位進片判斷，工位工藝運行判斷，工位出片判斷。

如果機械手狀態為機械手工位進片，程序就進入工位進片分支，這時機械手被占用，其他工位競爭不到機械手。進入工位進片分支后首先設機械手狀態為機械手工位進片，工位狀態為工位進片，然后執行機械手進片程序，工位進片完成后置工位有片，置機械手空閑，工位進片程序分支結束，程序繼續循環。

當程序判斷到工位有片時，程序進入工藝運行分支，首先置工位狀態為工位工藝運行，然后運行工藝，工藝運行完成后置工位狀態為工位工藝完成，工位進片程序分支結束，程序繼續循環。

當程序判斷到下一工位空閑、工位工藝完成并且機械手空閑時，程序進入工位出片分支，首先設機械手狀態為機械手工位出片，工位狀態為工位出片，然后執行機械手出片程序，工位出片完成后置工位空閑，置機械手下一工位進片，工位出片程序分支結束，程序繼續循環。

每個工位都有線程循環判斷工位狀態和機械手的狀態，控制自身的運行，這樣就形成了工位自控制的自動運行情況。如果工位為兩個，設備的運行時序如圖6所示，從片盒出片到片盒進片完成是一個晶片的運行周期，在周期內又有晶片開始運行，形成了各工位并行的狀態，這種運行時序充分的利用了機械手，提高了設備效率。

圖6 運行時序圖

4 結束語

使用工位自控制的方法完成全自動單片清洗設備的自動運行軟件設計，可以減少主控程序的運行邏輯控制，將自動運行的控制分散到各個工位，使程序結構清晰、復雜度下降，各工位并行工作，有利于提高設備的效率。由于工位出片時需要判斷下一工位是否空閑，需要工位的運行順序是固定的，如果工位的運行順序不固定，還需要做另外的處理以保證工位的自控制。

[1] 曹秀芳.硅片濕法清洗工藝技術及設備發展趨勢[J].電子工業專用設備，2011，40(4)：9-13.

[2] Jeff Prosise.MFC Windows程序設計（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2001.

[3] 雷紅.CMP后清洗技術的研究進展[J].半導體技術，2008(5)：369-373.

[4] 孫鑫，余安萍.VC++深入詳解[M].北京：電子工業出版社，2006.

Software Design of Automatic Single Wafer Cleaning Equipment Based On Workstation Self-control

GAO Jianli

(The 45thResearch Institute of CETC,Beijing 101601,China)

In order to better control of the automatic single wafer cleaning equipment,offered a software design based on workstation self-control that made equipment auto run through the study of equipment's structure and running flow of automatic.It made each workstation run in paralleled and increased running efficiency.

Semiconductor Equipment；Self-control；Single wafer clean；Software design

TN305

B

1004-4507(2015)01-0039-04

高建利（1979-），男，河北唐山人，工程師，現從事半導體專用設備的軟件研發。

2015-01-10