高建利

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京101601)

基于工位自控制的全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)

高建利

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京101601)

為了更好的控制全自動(dòng)單片清洗設(shè)備，通過(guò)研究設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行流程，提出了一種基于工位自控制的方法實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的軟件設(shè)計(jì)，使各工位并行運(yùn)行，提高了運(yùn)行效率。

半導(dǎo)體設(shè)備；自控制；單片清洗；軟件設(shè)計(jì)；

由于半導(dǎo)體器件的性能、可靠性和穩(wěn)定性的要求不斷提高，晶片清洗設(shè)備越來(lái)越向全自動(dòng)單片清洗的方向發(fā)展。為全自動(dòng)清洗設(shè)備設(shè)計(jì)好的控制軟件，有利于提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)單片清洗設(shè)備有多個(gè)工位，可以完成單晶圓旋轉(zhuǎn)、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(jī)物的清洗等。它們的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。

折臂式機(jī)械手是晶片的傳輸機(jī)構(gòu)，將晶片在各個(gè)工位中依次傳輸。片盒工位一般包括兩個(gè)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(duì)中工位把機(jī)械手上抓取的晶片位置對(duì)正。清洗工位有多個(gè)，都是采用旋轉(zhuǎn)清洗的方式，工位內(nèi)有擺臂噴出藥液清洗晶片，分為多個(gè)工位清洗可以防止藥液間交叉污染晶片。晶片通過(guò)機(jī)械手在各個(gè)工位之間順序流轉(zhuǎn)，完成晶片清洗工藝。

圖1 全自動(dòng)單片清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)

2 自動(dòng)運(yùn)行分析

全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的一個(gè)晶片自動(dòng)運(yùn)行工藝邏輯如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)單片清洗設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行流程

在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，只要工位中沒(méi)有晶片并且上一工位的工藝已經(jīng)完成，并且機(jī)械手空閑的話就可以執(zhí)行上一工位取片并放入當(dāng)前工位中執(zhí)行工藝，因此實(shí)際運(yùn)行時(shí)就形成了多個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行工藝運(yùn)行的情況，在軟件設(shè)計(jì)中完成這種自動(dòng)運(yùn)行有多種方法，選擇一個(gè)合適的自動(dòng)運(yùn)行方案是程序設(shè)計(jì)中必須面對(duì)的問(wèn)題。

3 工位自控制的自動(dòng)運(yùn)行設(shè)計(jì)

3.1 工位狀態(tài)

根據(jù)上一節(jié)的分析，片盒、對(duì)中工位、清洗工位都可以作為一個(gè)整體，這個(gè)整體有幾個(gè)狀態(tài)，如圖3所示，分別是工位空閑、工位進(jìn)片、工位有片、工位工藝運(yùn)行、工位工藝完成、工位出片，工位的狀態(tài)在其運(yùn)行中循環(huán)往復(fù)（見(jiàn)圖3所示）。取片的過(guò)程；出片完成后工位的狀態(tài)又回到了空閑狀態(tài)。

圖3 工位狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的對(duì)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(shù)。它們共同的成員變量為工位狀態(tài)，共同的成員函數(shù)為工位進(jìn)片，工位出片，工位工藝運(yùn)行。由此可以設(shè)計(jì)出全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的類的靜態(tài)圖如圖4所示。

圖4 類的靜態(tài)圖

3.2 機(jī)械手的同步控制

機(jī)械手在設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)有機(jī)械手空閑、機(jī)械手工位n取片、機(jī)械手工位n放片等狀態(tài)，當(dāng)機(jī)械手處于空閑狀態(tài)時(shí)，各工位需要競(jìng)爭(zhēng)機(jī)械手的使用權(quán)，爭(zhēng)取到使用權(quán)后機(jī)械手的狀態(tài)就變?yōu)楣の蝗》牌瑺顟B(tài)，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)到的機(jī)械手就需要等待下一次機(jī)械手空閑時(shí)再競(jìng)爭(zhēng)機(jī)械手。因?yàn)楦鞴の豢赡軙?huì)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)械手，這就需要引入機(jī)械手的同步控制。Windows支持4種類型的同步對(duì)象，可以用來(lái)同步由并發(fā)運(yùn)行的線程所執(zhí)行的操作：臨界區(qū)，互斥量，事件，信號(hào)量，這里使用事件來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的同步控制。機(jī)械手事件定義為機(jī)械手空閑事件，使用SetEvent()函數(shù)將事件設(shè)為有狀態(tài)，使用WaitForSingleObject()函數(shù)查看事件的狀態(tài)，查看到機(jī)械手空閑事件無(wú)狀態(tài)時(shí)線程阻塞，機(jī)械手空閑事件有狀態(tài)時(shí)程序向下運(yùn)行同時(shí)機(jī)械手空閑事件自動(dòng)變?yōu)闊o(wú)狀態(tài)。通過(guò)機(jī)械手空閑事件，各工位競(jìng)爭(zhēng)機(jī)械手的問(wèn)題就得以解決。

圖5 工位運(yùn)行流程

3.3 工位自控制

通過(guò)設(shè)備中工位的狀態(tài)和機(jī)械手的狀態(tài)，工位可以自己判斷下一步的動(dòng)作。工位的運(yùn)行流程如圖5所示。線程啟動(dòng)后，循環(huán)進(jìn)行三個(gè)判斷，分別為工位進(jìn)片判斷，工位工藝運(yùn)行判斷，工位出片判斷。

如果機(jī)械手狀態(tài)為機(jī)械手工位進(jìn)片，程序就進(jìn)入工位進(jìn)片分支，這時(shí)機(jī)械手被占用，其他工位競(jìng)爭(zhēng)不到機(jī)械手。進(jìn)入工位進(jìn)片分支后首先設(shè)機(jī)械手狀態(tài)為機(jī)械手工位進(jìn)片，工位狀態(tài)為工位進(jìn)片，然后執(zhí)行機(jī)械手進(jìn)片程序，工位進(jìn)片完成后置工位有片，置機(jī)械手空閑，工位進(jìn)片程序分支結(jié)束，程序繼續(xù)循環(huán)。

當(dāng)程序判斷到工位有片時(shí)，程序進(jìn)入工藝運(yùn)行分支，首先置工位狀態(tài)為工位工藝運(yùn)行，然后運(yùn)行工藝，工藝運(yùn)行完成后置工位狀態(tài)為工位工藝完成，工位進(jìn)片程序分支結(jié)束，程序繼續(xù)循環(huán)。

當(dāng)程序判斷到下一工位空閑、工位工藝完成并且機(jī)械手空閑時(shí)，程序進(jìn)入工位出片分支，首先設(shè)機(jī)械手狀態(tài)為機(jī)械手工位出片，工位狀態(tài)為工位出片，然后執(zhí)行機(jī)械手出片程序，工位出片完成后置工位空閑，置機(jī)械手下一工位進(jìn)片，工位出片程序分支結(jié)束，程序繼續(xù)循環(huán)。

每個(gè)工位都有線程循環(huán)判斷工位狀態(tài)和機(jī)械手的狀態(tài)，控制自身的運(yùn)行，這樣就形成了工位自控制的自動(dòng)運(yùn)行情況。如果工位為兩個(gè)，設(shè)備的運(yùn)行時(shí)序如圖6所示，從片盒出片到片盒進(jìn)片完成是一個(gè)晶片的運(yùn)行周期，在周期內(nèi)又有晶片開(kāi)始運(yùn)行，形成了各工位并行的狀態(tài)，這種運(yùn)行時(shí)序充分的利用了機(jī)械手，提高了設(shè)備效率。

圖6 運(yùn)行時(shí)序圖

4 結(jié)束語(yǔ)

使用工位自控制的方法完成全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行軟件設(shè)計(jì)，可以減少主控程序的運(yùn)行邏輯控制，將自動(dòng)運(yùn)行的控制分散到各個(gè)工位，使程序結(jié)構(gòu)清晰、復(fù)雜度下降，各工位并行工作，有利于提高設(shè)備的效率。由于工位出片時(shí)需要判斷下一工位是否空閑，需要工位的運(yùn)行順序是固定的，如果工位的運(yùn)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(shù)及設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2011，40(4)：9-13.

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

[3] 雷紅.CMP后清洗技術(shù)的研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008(5)：369-373.

[4] 孫鑫，余安萍.VC++深入詳解[M].北京：電子工業(yè)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(xiàn)從事半導(dǎo)體專用設(shè)備的軟件研發(fā)。

2015-01-10