CN116564854B - 一种洁净设备及其气嘴装置、气路装置、控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于对晶圆进行洁净的洁净设备及其气嘴装置、气路装置、控制方法，应用于半导体制造设备技术领域，其中气嘴装置包括气口组件、上组件和下组件，气口组件的连接部被压接在上组件和下组件之间，上组件和下组件通过固定螺钉固定安装到载盘上，因而气嘴的整体结构简单且紧凑、可靠，有利于气嘴在装载机台中进行快速部署、维护，而且气嘴与晶圆盒的气口之间能够进行快速的密封对接，对接难度小、时间短，使得气嘴非常适合应用到半导体工厂中装载机台的洁净设备中，进而提升洁净设备在装载机台中的操作效率，最终来提高晶圆通过装载机台进行交换的效率。

Description

一种洁净设备及其气嘴装置、气路装置、控制方法
技术领域
本申请涉及半导体制造设备技术领域，具体涉及一种用于对晶圆进行洁净的洁净设备及其气嘴装置、气路装置、控制方法。
背景技术
装载机台（Load Port，LP）是设置在晶圆处理设备前端的对接设备，其上设置载盘。晶圆流转环节中，前开放式晶圆盒（Front Open Unified Pod，Foup）放置在LP的载盘上，在盒盖打开后，晶圆可以从Foup载入到晶圆处理设备，或者晶圆在晶圆处理设备被处理完成后再次放入到Foup。因此，在盒盖打开阶段，需要LP上配置的洁净设备来维持Foup内部的洁净环境。
现有机台所配置的洁净设备中，与对接Foup的气嘴，采用刚性件作为气嘴进出气口，并针对该刚性件的进出气口设置有相关的弹性减震结构以及密封连接结构。虽然弹性减震结构能够在一定程度上减轻Foup与气嘴接触时的碰撞力，以及密封连接结构能够一定程度下保证气路与气嘴密封连接、气嘴与Foup密封连接等，但是这些结构通常过于复杂，结构之间也需要复杂连接，以及需要复杂安装结构安装到载盘上，气嘴不能在洁净设备中进行快速部署、维护等操作，而且采用刚性气口组件的气嘴与Foup之间进行密封对接时，对接难度大、时间长，这些因素严重影响到晶圆通过装载机台进行交换时的整体效率。
另外，半导体工厂的生产车间通常配置有数量较多的装载机台，由装载机台完成半导体工厂的晶圆处理设备与半导体工厂的自动物料搬运系统（Automatic MaterialHanding System，AMHS）之间的晶圆交换。
因此，洁净设备的操作效率是提升装载机台晶圆交换整体效率的一个重要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种洁净设备及其气嘴装置、气路装置、控制方法，通过简化气嘴体结构，能够在装载机台中快速对气嘴进行部署、维护，并且气嘴能够提供更好密封性能，方便与Foup快速密封对接，有利于提升洁净设备的操作效率，从而提升装载机台晶圆交换的整体效率。
本发明提供以下技术方案：
一种洁净设备气嘴装置，包括：
气口组件，所述气口组件为能够弹性形变的一体组件，所述气口组件设置有对接部、连接部、第一通孔和第一凹槽，其中第一通孔为从对接部的顶端面中部延伸到连接部的底端面中部的通孔，第一凹槽为位于外侧壁上且位于对接部的下端面与连接部的上端面之间位置并以第一通孔为轴环绕一周的凹槽；
上组件，所述上组件设置有第二凹槽、第二通孔和用于安装的若干第一连接孔，其中第二凹槽为自上组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第二通孔为从第二凹槽的底面中部延伸至上组件的底端面的通孔；
下组件，所述下组件设置有第三凹槽、第四凹槽、用于连接气路的气路连接孔和用于安装的若干第二连接孔，其中第三凹槽为自下组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第四凹槽为自第三凹槽的底面中部下沉设置的凹槽，气路连接孔自第四凹槽的底面延伸至下组件的底端部，第二连接孔对应于第一连接孔设置；
其中，所述第一连接孔和所述第二连接孔用于通过固定紧固件将所述上组件和所述下组件固定安装于晶圆盒载盘上；所述对接部用于与放置于所述载盘上的晶圆盒的对接口进行密封对接；在所述上组件的底面与所述第三凹槽之间形成第一容纳空间，所述连接部被压缩形变地容纳于所述第一容纳空间，以使所述连接部的底面抵接于所述第三凹槽的底面上，并使得所述上组件的底面抵接于所述连接部的上端面；以及，所述第一凹槽作为第二容纳空间，用于容纳所述上组件中自所述第二凹槽的底面至所述上组件的底端面之间的部分结构。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
通过采用能够弹性形变的气口组件（如硅胶、橡胶制成的软质气口组件）作为气嘴进出气组件，以及通过设置筒形结构的上组件和下组件来一并形成气嘴实现密封性能的容纳空间及安装于载盘时的外部安装结构，一方面气嘴可以基于上组件和下组件构成的外部安装结构能够牢靠地固定在载盘上，二方面软质气口组件的下部连接端能够非常方便地、可靠地被压接于筒形结构的上组件和下组件之间构成的内部容纳空间中，以及上组件的对接部配合软质气口组件的上端凸出部与晶圆盒气口对接。因此，气嘴的整体结构简单且紧凑、可靠，不仅便于气嘴在装载机台中进行快速部署、维护，而且气嘴与晶圆盒的气口之间能够进行快速的密封对接，对接难度小、时间短，因而气嘴非常适合应用到半导体工厂中装载机台的洁净设备中，进而提升洁净设备在装载机台中的操作效率，最终来提高晶圆通过装载机台进行交换的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请中晶圆盒放置在载盘上的结构示意图；
图2是本申请中气路的结构示意图；
图3是本申请中气嘴的结构示意图；
图4是本申请中气嘴的剖视图结构示意图；
图5是本申请中气口组件的剖视图结构示意图；
图6是本申请中上组件的剖视图结构示意图；
图7是本申请中下组件的剖视图结构示意图；
图8是本申请中一种洁净设备接口电路及系统的结构示意图；
图9是本申请中一种洁净设备接口电路及系统的结构示意图；
图10是本申请中一种数字量输入接口的结构示意图；
图11是本申请中一种模拟量输入接口的结构示意图；
图12是本申请中一种双路模拟量输入接口的结构示意图；
图13是本申请中一种数字量输出接口的结构示意图；
图14是本申请中一种IO-Link接口的结构示意图；
图15是本申请中一种二级控制电路的结构示意图；
图16是本申请中一种二级控制电路中单片机及外围电路的电路原理图；
图17是本申请中一种二级控制电路中RS485通信电路的结构示意图；
图18是本申请中一种二级控制电路中电源电路的结构示意图；
图19是本申请中一种二级控制电路中EEPROM电路的结构示意图；
图20是本申请中一种一级控制电路的结构示意图；
图21是本申请中一种洁净设备控制方法的流程示意图；
图22是本申请中一种一级控制电路工作流程的示意图；
图23是本申请中一种一级控制电路采集流程的示意图；
图24是本申请中一种一级控制电路工作流程的示意图；
图25是本申请中一种一级控制电路采集流程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
参考图1至图2的示意，本实施例提出一种用于在装载机台中对放置于载盘上的晶圆盒进行洁净的洁净设备。
在一种示例中，该洁净设备包括安装在载盘10上的气嘴装置，例如进气嘴110、出气嘴120，气嘴装置用于与放置于载盘10上的晶圆盒20进行密封对接，其中进气嘴110用于与晶圆盒20底部的充气口（图中未示出）对接，排气嘴用于与晶圆盒20底部的排气口（图中未示出）对接。需要说明的是，本示例中的气嘴装置可以参见下述气嘴装置对应的各个示例说明。另外，进气嘴110和排气嘴120的数量均至少一个，也可以根据需要设置为多个，例如图1示意出两个进气嘴110和两个排气嘴120。
在一种示例中，该洁净设备包括气路装置，其中气路装置包括前述示例的气嘴装置、与气嘴装置对应连接的各个气路、设置在气路上的传感器，以及一级控制电路和二级控制电路。需要说明的是，本示例中的气路装置可以参见下述气路装置对应的各个示例说明。
另外，载盘10上还设有3个定位销102，对应与晶圆盒20上的定位孔（未示出）对接以使得晶圆盒可准确地放置于载盘上的目标位置。载盘上还设有第一位置传感器101，用于检测晶圆盒是否放置到位。
参考图3至图4的示意，本说明书实施例提供一种洁净设备气嘴装置，包括：气口组件100和安装结构130，安装结构130包括上组件131和下组件132，其中，上组件131和下组件132对气口组件100进行夹持后，通过固定螺钉30固定安装于载盘10上。
实施中，气口组件100整体可以为筒形结构，为具有柔性的材料（如硅胶、橡胶等）制成的软质一体组件。作为安装用的装配组件，上组件131、下组件132均可以大致呈杯形结构，上组件的边缘部和下组件的边缘部通过螺丝固定在一起并且固定在载盘上。在另一些实施例中，还可以采用其它类型的紧固件或者固定方式将上组件及下组件安装于载盘上。
如图5示意，该气口组件100上设置有对接部111、连接部112、第一通孔113和第一凹槽114，其中第一通孔113为从对接部111的顶端面中部延伸到连接部112的底端面中部的通孔，第一凹槽114为位于外侧壁上且位于对接部111的下端面与连接部112的上端面之间位置并以第一通孔113为轴环绕一周的凹槽。
另外，可定义沿气口组件100的第一通孔113的虚拟中心轴线的方向为厚度方向，对接部111的厚度设置为H3，连接部112的厚度设置为H1，具体的H3、H1的设置数值可以根据实际需要进行设置，这里不作限定。
如图6示意，上组件131上设置有第二凹槽133、第二通孔134和用于安装的若干第一连接孔1391（如螺钉孔），其中，第二凹槽133为自上组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第二通孔134为从第二凹槽133的底面中部延伸至上组件的底端面的通孔。
如图7示意，下组件132上设置有第三凹槽137、第四凹槽138、用于连接气路的气路连接孔136（如螺纹孔）和用于安装的若干第二连接孔1392（如螺钉孔），其中第三凹槽137为自下组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第四凹槽138为自第三凹槽137的底面中部下沉设置的凹槽，气路连接孔136为自第四凹槽138的底面至下组件的底端部之间的螺纹孔，第二连接孔1392对应于第一连接孔1391设置。
基于上述各个组件设置，气嘴装置的安装及其使用的示意说明如下：
第一连接孔1391和第二连接孔1392共同用于通过紧固件（如螺钉）将安装结构130（即上组件131和下组件132）固定安装于放置晶圆盒的载盘10上；
对接部111用于与放置于载盘10上的晶圆盒20的对接口（图中未示出）进行密封对接。具体地，可以是晶圆盒20的对接口向下压迫柔性的对接部111，从而通过对接部111的形变实现密封连接。
上组件131的底面与下组件132的顶面抵接后，在所述上组件的底面与所述第三凹槽137之间将形成第一容纳空间，所述第一容纳空间用于在所述连接部穿过所述第二通孔后，使得所述连接部被压缩形变，以使所述连接部的底面抵接于所述第三凹槽的底面上，并使得所述上组件的底面抵接于所述连接部的上端面；以及，所述第一凹槽作为第二容纳空间，用于容纳所述上组件中自所述第二凹槽的底面至所述上组件的底端面之间的部分结构。
换言之，气口组件下部的连接部被压接于筒形结构的上组件和下组件之间，上、下组件可采用螺丝固定在载盘上，且气口组件是软质的，气口组件与上、下组件之间通过气口组件形变能够实现密封连接。另外，气口组件的连接部可以设置为凸出与上组件的上端面，非常方便地与晶圆盒对接后，该对接通过形变后也能够实现密封连接。另外，下组件的下端设有的气路连接孔（如螺纹孔），可以方便地与通气管道连接。
另外，连接部在自然状态下（未安装时）具有高度H1。当气口组件、上组件及下组件装配在一起时，从上组件与气口组件抵接的端面，至下组件与气口组件抵接的端面，两端面之间的距离记为D1，根据连接部形变实现气口组件、上组件和下组件之间密封连接需要，高度H1≥距离D1，具体相差余量可以根据密封连接的形变量进行设置，不作限定。
在一些实施方式中，下组件132还设置有第一开口135，其中，第一开口135为自下组件的顶端中部下沉设置的开口（如图7示意的斜口），这时第三凹槽137为自第一开口135的底部下沉设置的凹槽。通过设置第一开口使得该第一开口可以用于容纳被压缩形变的连接部112的部分结构，不仅能够为连接部的形变提供更合适的形变空间，而且能够进一步地提高上组件、气口组件和下组件之间的密封连接特性。需要说明的是，第一开口135的开口大小、开口深度等，这里不作限定。
在一些实施方式中，通过设置组件之间的装配相对关系，可以进一步提高密封连接性能和气流流通性能。
如图4示意，在上组件131和下组件132之间完成装配后，下组件132中第四凹槽138的边缘与上组件131中第二通孔134的边缘对齐，第三凹槽137能够提供足够的面积与连接部112进行接触，有利于提高密封性能。
或者，在另一些实施例中，第四凹槽138的边缘相对于第二通孔134的边缘在径向方向上向内凸（即第四凹槽138的宽度稍小于第二通孔134的宽度），从而可以在晶圆盒的对接口压迫所述对接部完成密封对接后，由于第四凹槽138内凸，使得第三凹槽137能够提供更多面积与连接部112进行接触，有利于提高密封性能，而且在第四凹槽138内凸后，由第四凹槽138内凸形成气体流通的气道与第一通孔113更匹配，使得气流更顺畅。
在一些实施方式中，当气口组件的对接部未与晶圆盒对接时，气口组件的对接部的下端面与上组件的上端面之间具有间隙H4。当气口组件的对接部与晶圆盒对接时被下压，对接部被下压至对接部的下端面与上组件的上端面相抵，因而间隙H4可以作为形变空间，确保气口组件的对接部与晶圆盒连接时的平稳地发生形变并且气密地对接。
此外，所述对接部未与晶圆盒的对接口进行密封对接前，所述对接部的下端面与所述上组件的顶端面之间具有第一间隙，其中所述第一间隙作为形变空间，以在晶圆盒的对接口压迫所述对接部完成密封对接后，所述对接部与所述上组件之间可配置为所述对接部的下端面被下压至与所述上组件的顶端面相互抵接。
在一些实施方式中，通过设置上组件、气口组件和下组件之间相对尺寸，能够进一步提高柔性的气口组件的形变性能，便于气嘴提供更好的密封性能。
如图4至图5示意，第二凹槽的宽度D2、对接部的宽度D3以及第一间隙H4之间设置为满足以下关系：(D2-D3)＞2*H4，或者还可以设置为满足：(D2-D3)＞H4。因此，在晶圆盒的对接口压迫所述对接部进行密封对接中，第二凹槽能够为所述对接部沿着所述第一通孔的轴向及径向提供形变空间。
在一些示例中，如图6示意，上组件上的第二凹槽具有深度H2，且具有宽度D2。气口组件的对接部的下部容纳于该槽内时，且在对接部具有高度H3及宽度D3时，这些尺寸之间可以设置如下关系：宽度D2＞宽度D3，高度H3＞深度H2。
前述结构使得气口组件在径向上的变形空间相对于轴向的变形空间更富余，在两个方向上均有一定的形变空间，确保气口组件的对接部与晶圆盒连接时向前述两个方向平稳形变，进而具有较好的接触配合。
在一些示例中，如图4示意，第一间隙H4可以设置为小于2mm，该间隙能够在晶圆盒的对接口压迫所述对接部进行密封对接的过程中，使得第一凹槽更好地作为缓冲空间来减小第一凹槽的上侧角115与上组件中第二通孔的上侧内边缘相抵时的作用力。
例如，上组件通孔的上侧内边缘位置与气口组件环形凹槽的上侧角部相接近，并在未放置晶圆盒时两者之间具有间隙。当放置晶圆盒时，晶圆盒的对接口压在气口组件上，由于气口组件整体均是可弹性形变的，此时气口组件的环形凹槽（即第一凹槽114）处的部位也受到向下的作用力，使得气口组件环形凹槽的上侧角部在形变时向下移动，在间隙H4作为缓冲空间下，可对气口组件环形凹槽的该角部位置起到防护作用，减小该位置处在气口组件因被下压而与上组件通孔的上侧内边缘相抵时的作用力，进而不易被边缘顶破而损伤，利于提高结构寿命。
在一些示例中，如图4示意，所述对接部未与晶圆盒的对接口进行密封对接前，所述对接部的上端面与所述上组件的顶端面之间具有第一高度H5，以及所述对接部与晶圆盒的对接口完成密封对接后，所述对接部的上端面与所述上组件的顶端面之间具有第二高度H6（图中未示出），这些尺寸之间可以设置如下关系：H5＞H6，H5＞D2-D3。如此，气口组件上部的对接部具有较好的强度及适宜的形变空间，进而使所述对接部与晶圆盒的充气口或者排气口紧密对接，保持良好的密封接触；同时，气口组件与上组件之间具有紧凑的装配结构。
在未放置晶圆盒的状态下，气口组件的对接部的上端面凸出于上组件的上端面的第一高度为H5；在放置晶圆盒的状态下，气口组件受压收缩而呈其对接部的上端面与上组件的上端面的高度差为第二高度H6，通常可以将H5设置为0～4 mm，H6可设置为＞0 mm，不仅方便晶圆盒密封对接，同时能够进一步提高密封对接的密封性能。
综上，载盘与气嘴的安装结构非常紧凑，且气口组件的连接部被可靠地固定在上组件、下组件之间，且上组件、下组件使用通用螺丝能够方便且牢靠地固定在载盘，使得柔性的气嘴稳定地装配在载盘上，不易产生漏气或者脱离。
因此，气嘴装置的结构简单，密封性能好，还方便进行安装、维护等操作，能够在装载机台中进行快速部署和维护，有利于提高效率。
基于相同发明构思，本实施例还提供一种洁净设备气路装置。
参考前述图1至图2示意，该洁净设备气路装置包括：设置在装载机台上的用于放置晶圆盒20的载盘10；安装于所述载盘10上的若干进气嘴110和若干排气嘴120，其中，所述进气嘴和所述排气嘴均可以是以上任一实施例的所述的洁净设备气嘴装置（具体可以参见前述各个示例）；与进气嘴110的螺纹孔连接的进气端气路1210，以及与排气嘴120的螺纹孔连接的排气端气路1220。
进气端气路1210和排气端气路1220均可以设置于载盘10的下方空间，或者安装于载盘10的下侧。
进气端气路1210设有通过管路依次串连的隔膜阀1211、第一节流阀1212、过滤器1213，过滤器1213的气体输出端与进气嘴110连接，这时洁净气体将可以沿管道从隔膜阀1211流入，经过第一节流阀1212、过滤器1213、进气嘴110后进入晶圆盒内部；
另外，排气端气路1220设有通过管路依次串连的第二节流阀1221、真空发生器1222，真空发生器1222的吸入端通过管路与排气嘴120连接，真空发生器1222的排出端与排气管路连接，经第二节流阀1221的进气输入到真空发生器1222以调节真空发生器工作状态，因而晶圆盒中的气体在真空发生器工作时被吸出到排气管路上。
实施中，可以在气路上设置相应传感器来对气流进行传感检测和数据采样，使得洁净设备能够实时获知洁净参数。
如图2示意，若干传感器设置于对应晶圆盒载盘下方的气路管路上，用于对管路中的气体进行传感检测，并输出对应的检测数据。
例如，在进气端气路中：隔膜阀1211与第一节流阀1212之间的气路上设有流量计1214，以检测从隔膜阀1211流入节流阀1212的气体流量；或者，隔膜阀1211与第一节流阀1212之间连接有MFC（质量流量控制器，图中未示出）。
例如，在排气端气路中，排气嘴120与真空发生器1222之间的气路上设有压力传感器1224和温湿度传感器1225，以检测从排气嘴到真空发生器的吸气压力，以及从晶圆盒中排出的气体的温湿度。
如图2示意，针对一个载盘（对应一洁净设备），对应设有一个二级控制电路300，该二级控制电路与前述各传感器电连接，以采集这些传感器检测的信息。实施中，可以设置若干二级控制电路，其中，所述二级控制对应一个晶圆盒载盘进行部署，并分别与若干所述传感器电连接后用于控制所述传感器的工作和采集所述传感器的检测数据。需要说明的是，二级控制电路的数量、部署位置等不过限定。
另外，该气路装置中设置于用于远程控制二级控制电路的一级控制电路，其中，所述一级控制电路对应若干晶圆盒载盘进行部署，所述一级控制电与若干所述二级控制电路通信连接，并用于控制二级控制电路的工作和采集二级控制电路输出的反馈数据，所述反馈数据包括所述传感器的检测数据。
因此，多个洁净设备的二级控制电路可以与一个一级控制电路进行通信连接，该一级控制电路与上位机通信，接收指令或者上传数据，并将检测信息及时上传至上位机以供监控。通过上位机一对多地连接一级控制电路、一级控制电路一对多地连接二级控制电路的方式，减小了上位机的交互频次，同时减少了等待上传的时间，提高了通信效率。另外，在需要控制阀动作时，指令也能够及时地被发送到二级控制电路并且完成相应的控制操作，提高了指令执行的整体通信效率和执行效率，有利于提升装载机台的工作效率。
另外，针对较多的洁净设备，设置多个一级控制电路，各一级控制电路分别连接多个二级控制电路。二级控制电路可以及时地采集洁净设备的工作状态信息，一级控制电路通过查询的方式收集二级控制电路所采集的信息，并且可一次向上位机发送多个采集洁净设备的相关信息。
在一些示例中，所述二级控制电路设置有若干数字量输出接口，所述数字量输出接口用于受数字量触发控制的执行电路电连接于所述二级控制电路；
洁净设备气路装置还包括：电磁阀，设置于进气气路上，并对应电连接于所述二级控制电路提供的所述数字量输出接口，其中电磁阀的输入端被注入气体，电磁阀的一个输出端与隔膜阀的气动控制输入端连接以在二级控制电路的控制下控制隔膜阀动作，电磁阀的另一个输出端与排气端气路上的第二节流阀连接，以在二级控制电路的控制下使得进气经过第二节流阀向真空发生器注入气体以调节真空发生器工作；
在一些示例中，所述洁净设备气路装置还包括：若干质量流量控制器，设置于对应的所述进气端气路上或所述排气端气路，并对应电连接于所述二级控制电路提供的所述数字量输出接口，其中所述质量流量控制器用于在二级控制电路的控制下对气路的气体流量进行稳流控制，以使气路的气体流量稳定在设定值上。
在一些示例中，所述二级控制电路设置有若干IO-link接口，所述IO-link接口用于基于IO-Link协议的执行电路或传感器电连接于所述二级控制电路。
在一些示例中，所述传感器包括以下至少一种传感器：温湿度传感器，位置传感器，钩爪传感器，流量传感器，压力传感器；
其中，所述温湿度传感器的感测部设置于排气端气路中以检测从晶圆盒中排出气体的温度、湿度；所述位置传感器设置于晶圆盒载盘上，用于检测晶圆盒是否放置于载盘上预设位置；所述钩爪传感器设置于晶圆盒载盘中，用于检测钩爪是否勾住载盘上的晶圆盒；所述流量传感器设置于进气端气路上，用于检测进气的流量；所述压力传感器设置在排气端气路上，用于检测排气的压力。
在一些示例中，所述一级控制电路与所述二级控制电路之间的通信连接包括RS485远程通信。
在一些示例中，可以将前述一级控制电路、二级控制电路形成接口电路，使得该接口电路可以作为洁净设备中进行电连接的接口，方便相应的设备/电路接入到洁净设备中。
如图8至图9所示，本实施例提供一种洁净设备接口电路200，包括：至少一个一级控制电路210和若干二级控制电路220，其中二级控制电路220包括第二控制电路2206以及与该第二控制电路2206分别电连接的以下一个或多个接口单元：集成电路总线接口2201、数字量输入接口2202、模拟量输入接口2203、IO-link接口2204、数字量输出接口2205。
实施中，一级控制电路与二级控制电路之间可以基于预设的通讯接口进行电连接。因此，一级控制电路210中包括第一通讯接口2101，相应地二级控制电路220包括第二通讯接口2207，进而二级控制电路220的第二控制电路2206通过第二通讯接口2207与一级控制电路210中的第一通讯接口2101进行通讯电连接。需要说明的是，通讯接口可以是支持远程连接的RS485工业通讯接口，也可以是有线连接或无线连接的其他通讯接口形式，这里不展开说明。
因此，基于以及控制电路一对多地与二级控制电路电连接，以及二级控制电路一对多地与多个外部电路电连接，并且二级控制电路220提供的电连接接口是与待部署的外部电路相对应，因而这些外部电路在晶圆厂进行现场部署后就能够电连接于洁净设备。
例如，针对集成电路总线（I2C）的第一传感器310，比如温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器等，这些传感器的接口通常是集成电路总线接口（I2C接口），此时二级控制电路220提供相应的集成电路总线接口2201与之进行电连接。因此，在二级控制电路220提供集成电路总线接口2201的情况下，温度、湿度等传感器可以根据实际应用部署能够在晶圆厂中进行灵活的现场部署，如能够灵活地增减传感器的数量、部署位置等。
例如，针对数字量的第二传感器320，比如针对晶圆盒进行位置是否到位检测的位置传感器、针对载盘上临时锁住晶圆盒的钩爪是否到位勾住晶圆盒进行检测的钩爪传感器等数字量检测的传感器，这些传感器的接口通常是数字量接口（比如检测到预设结果时输出数字量信号“1”，否则输出数字量信号“0”），此时二级控制电路220提供相应的数字量输入接口2202与之进行电连接。因此，在二级控制电路220提供数字量输入接口2202的情况下，这些检测传感器可以根据实际应用部署能够在晶圆厂中进行灵活的现场部署，如能够灵活地增减传感器的数量、部署位置等。
例如，针对模拟量的第三传感器330，比如在对晶圆盒进行洁净处理（即充气、排气等处理）中，需要检测进排气流量的流量传感器，检测进排气压力的压力传感器等模拟量检测的传感器，这些传感器的接口通常是模拟量接口（比如气流量是连续的模拟信号，比如压力是连续的模拟信号），此时二级控制电路220提供相应的模拟量输入接口2203与之进行电连接。因此，在二级控制电路220提供模拟量输入接口2203的情况下，这些传感器可以根据实际应用部署能够在晶圆厂中进行灵活的现场部署，如能够灵活地增减传感器的数量、部署位置等。
例如，针对IO-Link的外部电路，如第四传感器340、第一执行电路350（其中执行电路也可以称为执行器，这里不作区分）等，二级控制电路220可以提供相应的IO-Link接口2204与之进行电连接。
此外，在一些实施例中，在二级控制电路220提供IO-Link接口2204的支持下，除了简化外部电路的接口和布线外，还能够通过IO-Link接口提供一个集成的参数分配和诊断通道等功能，进而有利于洁净设备可以从传感器/执行器层面获得额外的数据，从而产生有意义的附加值。因此，在IO-Link接口支持下，洁净设备可以很好地适应今后工业4.0应用，外部电路更方便地在晶圆厂中进行灵活现场部署。
需要说明的是，IO-Link是一种点对点的、串行数字通信协议，它的目的是在传感器/执行器与控制器（PLC）之间进行周期性的数据交换。而且，本领域的技术人员应当理解的是，有关IO-Link协议及其接口的定义等，可以根据IO-Link协议标准（如国际标准 IEC61131-9）进行确定，这里不展开说明。另外，IO-Link传感器/执行器等，本领域的技术人员可以根据晶圆厂对晶圆盒进行洁净处理的实际需要进行选型，这里不作限定。
例如，针对基于数字量实现触发控制的执行电路（如图8示意的第二执行电路360），比如在对晶圆盒进行洁净处理（即充气、排气等处理）中，需要控制进排气的开关电路（如进气电磁阀、排气电磁阀）等，这些执行电路的工作通常是受数字量触发控制（比如在数字量信号“1”的触发下工作，在数字量信号“0”的触发下停止工作等），因而在二级控制电路220提供相应的数字量输出接口2205与之进行电连接的支持下，这些执行电路可以根据实际应用部署能够在晶圆厂中进行灵活的现场部署，如能够灵活地增减执行器的数量、部署位置等。
需要说明的是，通过二级控制电路针对晶圆厂对这些外部电路的部署需要而提供相应的接口，因而可以通过提供具有不同接口类型及接口数量的二级控制电路，进而通过这些二级控制电路配合这些外部电路的现场部署需要，就能够在晶圆厂的生产车间中根据实际生产应用需要而实现灵活部署。
另外，与一级控制电路210通信连接的上位机001，可以是控制洁净设备进行工作的上位机，例如触发洁净设备对晶圆盒（FOUP）进行充气、排气的控制器，因而上位机可以是设置于洁净设备中的控制器，比如洁净设备中的一个控制单元，也可以是设置于洁净设备外的控制器，比如半导体晶圆厂的自动物料传送系统AMHS（Automated Material HandlingSystem）中的一个控制器，这里不对上位机作限定。
因此，本说明书提供的洁净设备接口电路及采样控制系统，通过将接口电路划分为多个一级控制电路，以及与该一级控制电路对应电连接的多个二级控制电路，进而通过二级控制电路分别向不同的外部电路提供电连接接口，进而由二级控制电路与各传感器、执行电路等外部电路单元电连接，实现了各个外部电路单元（甚至是与之对应的二级控制电路、一级控制电路等）均能够进行灵活现场部署。
在一些实施方式中，数字量输入接口可以是基于光电隔离器的电接口，基于光电隔离后，二级控制电路与外部电路之间能传输数字量信号外，还具有良好隔离特性，电路之间相互不影响，简化了电连接关系的同时也有利于提高电路性能。
如图10示意，数字量输入接口2202以光电隔离器U9A为核心的接口电路。具体地，数字量输入接口2202包括：输入接口DInput1、输出接口DI_1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2以及光电耦合电路U9A。
其中，输入接口DInput1作为第二传感器320（见前述图9示意）的电连接接口，并与第一电阻R1的一端电连接；第一电阻R1的另一端与光电耦合电路U9A的第一输入端（如图10示意的1号引脚）电连接；光电耦合电路U9A的第一输入端、第二输入端并联有第二电阻R2和第一电容C1，光电耦合电路U9A的第二输入端（如图10示意的2号引脚）接地；光电耦合电路U9A的第一输出端（如图10示意的16号引脚）通过第三电阻R3连接至第一电源VCC，以及光电耦合电路U9A的第一输出端经第四电阻R4电连接于输出接口DI_1，第二电容C2并联于输出接口DI_1与地之间，此时输出接口DI_1电连接于第二控制电路2206。
需要说明的是，每个数字量的外部电路可以在二级控制电路中设置相应的数字量输入接口，从而这些外部电路可以通过数字量输入接口电连接于二级控制电路。因此，本领域的技术人员应当理解的是，如图10示意出一路数字量输入接口的示意，当外部电路需要多路数字量输入接口，则可以参考图10示意的电路形式设置，不再一一展开说明。
在一些实施方式中，模拟量输入接口可以是基于运算放大器进行信号调理的电接口。通过采用运放进行信号调理，如滤波、放大、差分输入转单端输出等，能够在二级控制电路与外部电路之间传输模拟量信号外，还具有良好的互连特性和隔离特性，且相互不影响，简化电连接关系的同时也提高电路整体性能。
如图11示意，模拟量输入接口包括：差分接口AI1+/AI1-、第一运算放大器U11B、第二运算放大器U11A、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻、第十一电阻、第三电容和第四电容；
其中，差分接口（如图11示意的正端输入AI1+、负端输入AI1-）作为第三传感器330（见前述图9示意）的电连接接口，并分别通过第五电阻R5、第六电阻R6耦接于第一运算放大器U11B的反相输入端和同相输入端；第七电阻R7并联于差分接口；第八电阻R8并联于第一运算放大器U11B的同相输入端与地之间；第九电阻R9和第三电容C3并联后串接于第一运算放大器U11B的反相输入端和输出端之间；第十电阻R10串接于第一运算放大器U11B的输出端和第二运算放大器U11A的同相输入端之间；第二运算放大器U11A的反相输入端、输出端之间电连接后通过第十一电阻R11与第二控制电路电连接，其中第十一电阻的一端通过第四电容C4耦接于地，第十一电阻与第四电容C4的连接处作为输出端口AO1与第二控制电路电连接。
实施中，第一运算放大器U11B为核心构成差分输入单端输出的信号放大调理电路，第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7构成差分输入端的接口，第八电阻、第九电阻R9和第三电容C3构成平衡支路进行信号放大调理；第二运算放大器U11A为核心构成电压跟随器，以及在跟随器输出端通过RC滤波匹配电路（即第十一电阻R11和第四电容C4构成的RC电路）在二级控制电路与输入接口之间实现信号驱动的电连接，不仅有利于输入接口与后级电路进行电连接，而且前后级电连接的电路对模拟量信号影响小，有利于提高电路性能。
需要说明的是，每个模拟量外部电路可以在二级控制电路中设置相应的模拟量输入接口，从而这些模拟量外部电路可以通过模拟量输入接口电连接于二级控制电路。因此，本领域的技术人员应当理解的是，图11示意出一路模拟量输入接口的示意，当外部电路需要多路模拟量输入接口，则可以参考图4示意的电路形式设置，不再一一展开说明。
在一些实施方式中，可以在跟随器的运算放大器的输入端设置电阻、电容，利用这些电容对模拟量信号进一步调理。
如图11示意，该模拟量输入接口2202还包括：第十二电阻R12、第五电容C5和第六电容C6。因此，前述示例中，第十电阻R10串接于第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的同相输入端之间包括：第一运算放大器U11B的输出端和第十二电阻R12的一端之间串接有第十电阻R10；第十二电阻R12的另一端与第二运算放大器U11A的同相输入端连接；第二运算放大器U11A的同相输入端通过第五电容C5耦接于地；第二运算放大器U11A的反相输入端、同相输入端之间并联有第六电容C6。
其中，第十二电阻R12和第五电容C5构成RC电路对模拟量信号进行调理，以及电压跟随器（即第二运算放大器U11A）的同相输入端和反相输入端依靠第六电容C6保持一致。
在一些实施方式中，可以采用模数转换器对模拟量信号转换为数字信号，有利于二级控制电路中的第二控制电路向一级控制电路传输。
在一种示例中，可以在模拟量输入接口中设置该模数转换电路，依次简化模拟量输入接口与第二控制电路之间的电连接关系，也有利于提高电路性能。
如图12示意，模数转换电路包括具备两路的ADC转换电路，此时该转换电路可以电连接有如前述示例的两路调理电路。
其中，每一路调理电路的第二运算放大器，其反相输入端、输出端之间电连接后通过电阻与模数转换器的输入端耦接，然后模数转换器的输出端与第二控制电路电连接。
实施中，模数转换器（ADC）U10的供电端可以采用穿心电容C47进行滤波，即电源VDD经穿心电容C47后形成更加干净的模拟电源AVDD（比如5V直流）。以及，模数转换器U10的模拟负输入端通过电阻（如图12示意的R63、R87等电阻）耦接到地。
需要说明的是，模数转换器（如位数、转换速率等）可以根据应用需要进行选型，以及ADC的输出接口与第二控制电路之间的连接方式可以根据ADC的具体接口进行连接，例如ADC输出接口为SPI（Serial Peripheral Interface）接口（比如图12示意的SS/SCK/MOSI/MISO等接线），则可以将这些接口通过电阻上拉后与第二控制电路电连接，模数转换芯片的输出端的四个引脚对应与单片机U3的33号-36号引脚连接，分别用于传输信号这里不作限定。
另外，图12示意的两路基于运放的模拟信号调理电路，与前述图11的示意相同/相近，不再对图12的各个器件的功能及连接关系等进行示意说明。
还有，前述第一运算放大器和第二运算放大器可以为双运放器件，以及在运放电源端设置相应滤波电容（如图12示意的C59、C60等）。
在一些实施方式中，可以根据洁净过程中采用的执行电路（如电磁阀）所需的驱动信号，进而在二级控制电路中的数字量输出接口设置相应驱动电路来提供该驱动信号，以此来触发执行电路可靠地进行执行预设的动作。
如图13示意，该数字量输出接口2205包括：输入接口DO1、输出接口VAL1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R17和第七电容C7。
其中，输入接口DO1与第二控制电路2206（如前述图9示意）电连接；输入接口DO1与第一MOS管Q1的栅极连接，第一MOS管Q1的栅极通过第十三电阻R13耦接于地；第一MOS管Q1的源极接地；第一MOS管Q1的漏极与第十四电阻R14的一端连接；第十四电阻R14的另一端与第二MOS管Q2的栅极连接，第二MOS管Q2的栅极通过第十五电阻R15耦接于第二电源VIN（比如第二电源为24V直流），第二MOS管Q2的漏极连接于第二电源VIN，第二MOS管Q2的源极通过第十六电阻R16耦接于地，第二MOS管Q2的源极与输出接口VAL1连接，第七电容C7与第十六电阻R16并联。
实施中，可以在第二MOS管的漏极耦接对地电容（如图13示意的C33），既可以对MOS管的电源进行稳压滤波，又可以改善MOS管开关时的瞬态特性，有利于提高数字量输出接口对外部电路的驱动性能。
实施中，在输出接口VAL1处可以通过二极管D6耦接到地，其中二极管D6的阴极与输出接口VAL1连接，二极管D6的阳极接地，此时二极管可以为第十六电阻R16和第七电容C6提供回路，以及防止输出接口VAL1对地短路，有利于能够提高数字量输出接口与外部电路之间的连接性能。
在一些实施方式中，IO-Link接口可以是由实现IO-Link协议的器件构成的电接口。
参考图14示意，IO-Link接口的核心电路为IO_link单元U50，IO_link单元U50设置有的IO_link_TX信号端、IO_link_RX信号端、IO_link_TXEN信号端、IO_link_SCL信号端、IO_link_SDA信号端、IO_link_WU信号端、IO_link_MCLK信号端、IO_link_EN信号端、IO_link_L1信号端等分别电连接于第二控制电路。
IO_link单元U50的IO_link_CQ信号端可以用于连接支持IO_link的传感器、执行器等电路单元，通过设置IO_link单元U50，洁净设备能够具有丰富的接口类型，可根据现场需要灵活地选择/切换，提升了兼容性，尤其是在今后工业4.0中的兼容性更好。
本领域逇技术人员应当理解，IO_link单元U50的选型可以根据应用需要选用相应器件，这里不作限定。以及，U50外部的电阻及电容等器件是用于配合U50工作的电路器件，具体参数值可以根据U50选型需要进行确定，这里不再一一展开说明。
在本说明书提供的任意一个示例中，第一传感器310可以包括用于感测洁净过程中温度和/或湿度的感测传感器，且这些感测传感器可以是I2C的传感器，比如温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器等。
在本说明书提供的任意一个示例中，第二传感器320可以包括用于触发检测的检测传感器，比如位置传感器、钩爪传感器等，这些传感器输出信号通常为数字量信号，即检测到物体可以输出数字量“1”，未检测到物体可以输出数字量“0”。
实施中，位置传感器可以用于检测物体的位置，换言之位置传感器可以被设置到某个固定点或者说从某个固定的点或者位置上，然后在该位置上对预设物体（比如晶圆盒）的放置位置是否到位提供位置的反馈。
在一些实施例中，位置传感器可以是微动开关型传感器。
需要说明的是，位置传感器还可以基于场检测而提供信号的传感器，比如可以是涡流传感器的电磁场，电容传感器的静电场和磁阻、磁阻变化或霍尔效应传感器的磁感应场等，这里不作具体限定。
实施中，钩爪传感器可以用于检测钩爪是否到位，其中钩爪可以是载盘上用于临时勾住晶圆盒的钩爪。
在本说明书提供的任意一个示例中，第三传感器330可以包括用于进排气检测的流量传感器和/或压力传感器，这些传感器的输出通常为模拟量信号，可以连接于模拟量输入接口。
在本说明书提供的任意一个示例中，第二执行电路2205包括电磁阀。
在本说明书提供的任意一个示例中，二级控制电路还可以提供质量流量控制器（Mass Flow Controller，简记为MFC）的相应接口（图中未示出），例如数字接口（如RS485）。
需要说明的是，质量流量控制器（Mass Flow Controller，简记为MFC），不但具有质量流量计的功能，还能在外界信号触发下自动控制气体流量，即使系统压力有波动或环境温度有变化，MFC能够自动地将流量恒定在设定值上。换言之，质量流量控制器相当于稳流装置。因此，通过在二级控制电路中提供相应数字接口（如RS485），可以触发MFC自动稳流控制。
在一些示例中，基于二级控制电路提供的相应接口，前述各个外部电路可以灵活地进行现场部署。
例如，温湿度传感器122的感测部设置在排气端气路121中以检测从FOUP中排出气体的温度、湿度，温湿度传感器122的信号输出端电连接于集成电路总线接口上，因而通过温湿度传感器122能够检测排气端气体特性，便于后续数据处理中判断FOUP内的气体环境。较佳实施例中，温湿度传感器122的感测部设置在排气端气路121上尽量靠近排气嘴120设置。
例如，载盘10上设有FOUP位置传感器130，其中位置传感器130数量可以是多个，用于检测FOUP是否放置正确到位，该位置传感器130电连接于数字量输入接口上。同理，FOUP钩爪传感器（图中未示出）与位置传感器130的连接同理，可以电连接于另一路数字量输入接口上。
例如，进气流量传感器112设置在进气端气路111上，用于检测进气的流量，而排气压力传感器123设置在排气端气路121上，用于检测排气的压力。另外，进气流量传感器112、排气压力传感器123均对应地电连接于相应模拟量输入接口。
在一些实施方式中，一级控制电路和/或二级控制电路可以是基于单片机（MCU）为核心电路的电路结构。需要说明的是，即使采用单片机电路作为控制电路核心，但是基于本说明书各实施例提供的接口电路及互连关系基础上，本领域的技术人员应当能够根据这些电路及互连关系建立出单片机内部的对应功能，因而不对单片机及其内部功能设置作具体限定。
如图15至图16示意，本说明书提供一种以单片机为核心控制电路的二级控制电路示例中，二级控制电路中的第二控制电路可以为单片机（MCU），各个接口电路分别与单片机进行电连接，而各个外部电路（如传感器、执行电路等）对应的电连接于二级控制电路提供的电连接接口。
例如，数字量的传感器电连接于数字量输入接口电路上，如检测FOUP的位置传感器（有时也称为位置开关）、检测钩爪勾住FOUP的钩爪传感器等各自与对应的数字量输入接口电连接，以及数字量输入接口电路通过MCU的GPIO（通用输入输出接口）连接于MCU上。如基于前述各示例，数字量输入接口2202中的输入端Dinput1可以与一位置传感器130连接，数字量输入接口2202中的输出端DI_1与单片机U3的38号引脚电连接，以将检测的数字量信号输入单片机。其他位置传感器130的设置同理，分别通过一数字量输入接口连接单片机对应其他引脚，这里不再展开。以及，FOUP 钩爪传感器与位置传感器130的连接同理，可通过另一数字量输入接口连接单片机U3的40号引脚。
例如，基于数字量触发控制的执行电路电连接于数字量输出接口电路上，如进气电磁阀、排气电磁阀等执行电路各自与对应的数字量输出接口电路电连接，以及数字量输出接口电路通过MCU的GPIO与MCU电连接。如基于前述各示例，一个数字量输出接口2205中，各个输出端VAL1对应输出一路阀门（如进气电磁阀/排气电磁阀）的控制信号，各个输入端DO1与单片机U3的55、50或者57号引脚连接。
例如，模拟量输出的传感器电连接于模拟量输入接口电路上，如排气压力传感器、进气流量传感器等模拟量传感器分别与对应的模拟量输入接口电路进行电连接，以及前述图11示意的模拟量输入接口电路通过MCU自身的模数转换器（ADC）接口与MCU电连接，或者前述图12示意的模拟量输入接口电路通过MCU提供的SPI接口与MCU电连接。如基于前述ADC位于MCU外的示例，模数转换芯片U10输出端的四个引脚对应与单片机U3的33-36号引脚连接，分别用于传输SPI2-NSS/SCK/MOSI/MISO信号。
例如，I2C的温湿度传感器电连接于集成电路总线接口电路上，如温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器等I2C传感器各自电连接于I2C总线上，以及集成电路总线接口电路通过MCU提供的I2C接口与MCU电连接。如基于前述各示例，单片机U3的29、30号引脚通过I2C接口连接温湿度传感器122。
例如，IO-Link的传感器、执行器等设备各自电连接于IO-Link接口电路上，然后IO-Link接口电路与MCU中由GPIO或者其他引脚构成的IO-Link接口进行电连接。如基于前述各示例，单片机U3的51号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_TX信号端，单片机U3的52号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_RX信号端，单片机U3的3号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_TXEN信号端，单片机U3的58号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_SCL信号端，单片机U3的59号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_SDA信号端，单片机U3的11号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_WU信号端，单片机U3的14号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_MCLK信号端，单片机U3的61号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_EN信号端，单片机U3的62号引脚耦接IO_link单元U50的IO_link_L1信号端。
另外，如图16示意，单片机对应外围电路可以有晶振电路（如由晶振U5及其外围电路构成的电路）、SWD调试接口CN2（Serial Wire Debug，串行线调试，如由exSWDIO、exSWCLK、exPOWER等信号构成的电路）、调试串口P2（如由接头Header3构成的电路）、复位电路（如由R130和C200构成的RC复位电路）等电路。
需要说明的是，本领域的技术人员应当能够理解，图16示意的外围电路中各个器件选型均可以根据应用需要进行确定，这里不作限定和展开说明。
在一些示例中，如图16示意，二级控制电路中可以设置有第一指示灯LED2和第二指示灯LED3等电路，两者各自与单片机U3连接并且由单片机U3触发点亮。实施中，第一指示灯LED2可以设置在设备外壳上（图中未示出），便于在设备正常运行时察看控制电路的工作状态；第二指示灯LED3可以设置在电路板上（图中未示出），用于指示控制电路的工作状态，特别是在第一指示灯LED2解除连接时，便于指示控制电路的工作状态。
在一些示例中，如图15至图17示意，二级控制电路中可以设置有第一RS485通信电路。其中，第一RS485通信电路与单片机U3的15-17号引脚连接，以传输RXD1、RTS1、TXD1信号，第一RS485通信电路的输出端连接有连接接口J1，以便于与一级控制电路通讯连接。
在一些示例中，如图15至图17示意，二级控制电路中可以设置有第二RS485通信电路（如图17示意的RS485通信地址模块），其构成与第一RS485通信电路相同，用于连接MFC并且与之通讯，其中第二RS485通信电路与单片机U3的42、43及45号引脚连接，以传输RXD2、RTS2、TXD2信号。
在一些示例中，如图18示意，二级控制电路还包括电源电路。电源电路包括连接接口CN1，共模电感L2，DC-DC转换电路U30及稳压电路U40（Low Dropout Regulator, 低压差线性稳压器）。连接接口CN1用于输入电源，其耦接共模电感L2的输入端；共模电感L2的输出端输出电源（如24V），并且耦接DC-DC转换电路U30；DC-DC转换电路U30的输出端输出VDD（如5V），并且耦接稳压电路U40，U40输出电源VCC（如3.3V）。
在一些示例中，如图15、图16和图19示意，二级控制电路可以设有EEPROM（electrically erasable programmable read-only memory，电可擦可编程只读存储器）电路，用于存储程序/数据。其中EEPROM电路以EEPROM芯片U6为核心的电路单元，并通过对应电阻与单片机U3的58、59号引脚耦接。
需要说明的是，一级控制电路其控制电路（如前述图9示意的第一控制电路）可以参考二级控制电路以单片机为核心的电路形式进行设置。
参考图20示意，一级控制电路中，第一控制电路以单片机为核心，以及当通讯接口为RS485形式时，还设置有RS485通信电路。另外，还可以设置有板载EEPROM、SWD调试接口、RS485通信地址模块、电源电路等功能单元，具体可以参考二级控制电路的相关示意内容，不再展开说明。
基于相同发明构思，本说明书还提供一种洁净设备控制方法，用于对本说明书中任意一项所述的洁净设备气路装置进行控制。
如图21所示，所述洁净设备控制方法包括：
步骤S1、通过一级控制电路接收上位机的指令，其中，所述指令包括动作执行指令和查询指令，所述动作执行指令用于指示洁净设备执行预设控制动作，所述查询指令用于指示洁净设备将已收集的工作数据向所述上位机上报；
步骤S2、判断所述指令，若所述指令为查询指令，则执行步骤S3；若所述指令为动作执行指令，则执行步骤S4；
步骤S3、由所述一级控制电路将当前已收集的所述工作数据向所述上位机上报，所述工作数据包括至少一项数据：由二级控制电路从传感器收集的传感器检测数据，二级控制电路的工作状态数据，一级控制电路的工作状态数据；
步骤S4、由所述一级控制电路向对应的二级控制电路发送预设控制指令，以使二级控制电路根据所述预设控制指令执行对应的电路控制动作。
在一些示例中，所述洁净设备控制方法还包括：在完成上述指令执行，或者在没有接收到指令时，通过定时时间是否有效来控制是否启动执行一级控制电路对应的状态采集流程；其中，在定时时间内，则启动执行采集流程，超出定时时间则不启动执行采集流程，并控制指示单元指示相应工作状态。
在一些示例中，一级控制电路执行的状态采集流程为周期性地轮询二级控制电路所采集并且存储的信息，并将所述信息上传上位机。
在一些示例中，所述洁净设备控制方法还包括：在完成上述指令执行，或者在没有接收到指令时，通过定时时间是否有效来控制是否启动执行二级控制电路对应的状态采集流程；其中，在定时时间内，则启动执行采集流程，超出定时时间则不启动执行采集流程，并控制指示单元指示相应工作状态。
下面以对一级控制电路和二级控制电路的工作流程及其采样流程作另外的示例说明。
如图22至图25示意，基于一级控制电路和二级控制电路的工作流程及数据采集流程，对洁净设备进行如下的监控控制：
一级控制电路收到指令后：
若为查询指令，则将其当前已收集的洁净设备工作状态上报给上位机；
若为动作执行指令，如上述控制电磁阀打开阀门的指令，则向二级控制电路发送控制指令，使相应的受控制元器件打开阀门，一级控制电路存储有电磁阀的工作状态（打开/关闭），并且根据控制动作后所响应的信息更新其存储的工作状态。针对MFC则还包括流量控制值参数，在前述更新操作完成后将当前的元器件的工作状态信息上报上位机。其中，除了控制动作的相关状态信息外，还将一级控制电路收集的目标洁净设备工作状态信息同步上报上位机。
在完成上述指令执行，或者在没有接收到指令时，一级控制电路执行状态采集流程，通过定时时间是否有效来控制是否启动执行，其中，在定时时间内（有效），则启动执行采集流程，超出定时时间（无效），控制指示灯指示超时/异常。前述采集流程在没有接收到指令时可以配置为周期性地执行。
一级控制电路的状态采集流程为周期性的轮询查询二级控制电路所采集并且存储的信息，并且上传上位机。
一级控制电路也可以根据上位机的指令上报其所采集并且存储的信息。一级控制电路查询并且响应时，设有T0的超时定时，在超时未查询到相关信息时可上报超时/报警。
设备上还设有钩爪（FOUP钩爪，前开式晶圆盒钩爪）以及与之对应的钩爪传感器（FOUP clamp传感器），与二级控制电路连接。
二级控制电路的状态采集流程为接收洁净设备的工作状态信息，具体有：电磁阀的状态、获取上述压力传感器、流量传感器、温湿度传感器、位置传感器、钩爪传感器的检测信息，以及MFC的实时气体流量信息。其中，针对MFC，设有T1的响应时间，在超时未采集到相关信息时可上报超时/报警。
二级控制电路收到指令后：
若为查询指令，则将其当前已收集的洁净设备工作状态上报给一级控制电路；
若为动作执行指令，例如打开电磁阀的两个输出端，则向电磁阀发送控制指令使其打开，并且更新二级控制电路的电磁阀的状态信息并响应一级控制电路执行结果，也可以将当前已经收集的各检测信息同步上报一级控制电路。
二级控制电路执行状态采集流程时，该流程也通过定时时间是否有效来控制是否启动执行。具体可参见前述一级控制电路。在超时/异常时，控制一级控制电路连接的指示灯指示状态。
本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的实施例而言，描述比较简单，相关之处参见前述实施例的部分说明即可。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种洁净设备气嘴装置，其特征在于，包括：
气口组件，所述气口组件为能够弹性形变的一体组件，所述气口组件设置有对接部、连接部、第一通孔和第一凹槽，其中：第一通孔为从对接部的顶端面中部延伸到连接部的底端面中部的通孔，第一凹槽为位于外侧壁上且位于对接部的下端面与连接部的上端面之间位置并以第一通孔为轴环绕一周的凹槽；
上组件，所述上组件设置有第二凹槽、第二通孔和用于安装的若干第一连接孔，其中：第二凹槽为自上组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第二通孔为从第二凹槽的底面中部延伸至上组件的底端面的通孔；
下组件，所述下组件设置有第三凹槽、第四凹槽、用于连接气路的气路连接孔和用于安装的若干第二连接孔，其中：第三凹槽为自下组件的顶端中部下沉设置的凹槽，第四凹槽为自第三凹槽的底面中部下沉设置的凹槽，气路连接孔设置自第四凹槽的底面延伸至下组件的底端部，第二连接孔对应于第一连接孔设置；
其中：
所述第一连接孔和所述第二连接孔用于通过紧固件将所述上组件和所述下组件固定安装于晶圆盒载盘上；所述对接部用于与放置于所述载盘上的晶圆盒的对接口进行密封对接；
在所述上组件的底面与所述第三凹槽之间形成第一容纳空间，所述连接部被压缩形变地容纳于所述第一容纳空间，以使所述连接部的底面抵接于所述第三凹槽的底面上，并使得所述上组件的底面抵接于所述连接部的上端面；以及，所述第一凹槽作为第二容纳空间，用于容纳所述上组件中自所述第二凹槽的底面至所述上组件的底端面之间的部分结构。
2.根据权利要求1所述的洁净设备气嘴装置，其特征在于，所述下组件还设置有第一开口，所述第一开口为自下组件的顶端中部下沉设置的开口，所述第三凹槽为自所述第一开口的底部下沉设置的凹槽；其中，所述第一开口用于容纳被压缩形变的所述连接部的部分；
和/或，所述上组件的底面与所述下组件的顶面抵接。
3.根据权利要求1所述的洁净设备气嘴装置，其特征在于，在所述上组件和所述下组件完成装配后，下组件中第四凹槽的边缘与上组件中第二通孔的边缘对齐，或者第四凹槽的边缘相对于第二通孔的边缘在径向方向上向内凸；所述第四凹槽作为气体流通的气道。
4.根据权利要求1所述的洁净设备气嘴装置，其特征在于，所述对接部未与晶圆盒的对接口进行密封对接前，所述对接部的下端面与所述上组件的顶端面之间具有第一间隙，其中所述第一间隙作为形变空间，以在晶圆盒的对接口压迫所述对接部完成密封对接后，所述对接部的下端面被下压至与所述上组件的顶端面相互抵接。
5.根据权利要求4所述的洁净设备气嘴装置，其特征在于，所述第二凹槽的宽度记为D2、所述对接部的宽度记为D3以及所述第一间隙记为H4，D2、D3和H4之间满足以下关系：(D2-D3)＞2*H4或者(D2-D3)＞H4，以在晶圆盒的对接口压迫所述对接部进行密封对接中，使得所述第二凹槽为所述对接部沿着所述第一通孔的轴向及径向提供形变空间；
和/或，所述对接部未与晶圆盒的对接口进行密封对接前，所述对接部的上端面与所述上组件的顶端面之间具有第一高度记为H5；所述对接部与晶圆盒的对接口完成密封对接后，所述对接部的上端面与所述上组件的顶端面之间具有第二高度记为H6，其中H5、H6及D2、D3之间满足以下关系：H5＞H6，H5＞D2-D3；
和/或，所述第一间隙小于2mm，以在晶圆盒的对接口压迫所述对接部进行密封对接的过程中，所述第一凹槽作为缓冲空间来减小所述第一凹槽的上侧角与上组件中第二通孔的上侧内边缘相抵时的作用力。
6.一种洁净设备气路装置，其特征在于，包括：
设置在晶圆盒载盘上的若干进气嘴和若干排气嘴，其中，所述进气嘴和/或所述排气嘴为如权利要求1-5中任意一项所述的洁净设备气嘴装置；
与所述进气嘴中的螺纹孔连接的进气端气路，以及与所述排气嘴中的螺纹孔连接的排气端气路；其中：进气端气路和排气端气路均设置于晶圆盒载盘下方；进气端气路设有通过管路依次串连的隔膜阀、第一节流阀、过滤器，过滤器的气体输出端与进气嘴连接，洁净气体沿管道从隔膜阀流入，经过第一节流阀、过滤器、进气嘴后进入晶圆盒内部；排气端气路设有通过管路依次串连的第二节流阀、真空发生器，真空发生器的吸入端与排气嘴连接，真空发生器的排出端与排气管路连接，经第二节流阀的进气输入到真空发生器以调节真空发生器工作状态，晶圆盒中的气体在真空发生器工作时被吸出到排气管路上；
若干传感器，其中所述传感器设置于对应晶圆盒载盘下方的气路管路上，用于对管路中的气体进行传感检测，并输出对应的检测数据；
若干二级控制电路，其中所述二级控制对应一个晶圆盒载盘进行部署，并分别与若干所述传感器电连接后用于控制所述传感器的工作和采集所述传感器的检测数据；
一级控制电路，其中所述一级控制电路对应若干晶圆盒载盘进行部署，所述一级控制电与若干所述二级控制电路通信连接，并用于控制二级控制电路的工作和采集二级控制电路输出的反馈数据，所述反馈数据包括所述传感器的检测数据。
7.根据权利要求6所述的洁净设备气路装置，其特征在于，所述二级控制电路设置有若干数字量输出接口，所述数字量输出接口用于受数字量触发控制的执行电路电连接于所述二级控制电路；
洁净设备气路装置还包括：电磁阀，设置于进气气路上，并对应电连接于所述二级控制电路提供的所述数字量输出接口，其中电磁阀的输入端被注入气体，电磁阀的一个输出端与隔膜阀的气动控制输入端连接以在二级控制电路的控制下控制隔膜阀动作，电磁阀的另一个输出端与排气端气路上的第二节流阀连接，以在二级控制电路的控制下使得进气经过第二节流阀向真空发生器注入气体以调节真空发生器工作；
和/或，所述洁净设备气路装置还包括：若干质量流量控制器，设置于对应的所述进气端气路上或所述排气端气路，并对应电连接于所述二级控制电路提供的所述数字量输出接口，其中所述质量流量控制器用于在二级控制电路的控制下对气路的气体流量进行稳流控制，以使气路的气体流量稳定在设定值上。
8.根据权利要求6所述的洁净设备气路装置，其特征在于，所述二级控制电路设置有若干IO-link接口，所述IO-link接口用于基于IO-Link协议的执行电路或传感器电连接于所述二级控制电路。
9.根据权利要求6所述的洁净设备气路装置，其特征在于，所述传感器包括以下至少一种传感器：温湿度传感器，位置传感器，钩爪传感器，流量传感器，压力传感器；
其中，所述温湿度传感器的感测部设置于排气端气路中以检测从晶圆盒中排出气体的温度、湿度；所述位置传感器设置于晶圆盒载盘上，用于检测晶圆盒是否放置于载盘上预设位置；所述钩爪传感器设置于晶圆盒载盘中，用于检测钩爪是否勾住晶圆盒；所述流量传感器设置于进气端气路上，用于检测进气的流量；所述压力传感器设置在排气端气路上，用于检测排气的压力；
和/或，所述一级控制电与所述二级控制电路之间的通信连接包括RS485远程通信。
10.一种洁净设备，其特征在于，包括：
如权利要求1-5中任意一项所述的洁净设备气嘴装置；
或者，如权利要求6-9中任一项所述的洁净设备气路装置。
11.一种洁净设备控制方法，其特征在于，用于对权利要求6-9中任意一项所述的洁净设备气路装置进行控制，所述洁净设备控制方法包括：
通过一级控制电路接收上位机的指令，其中所述指令包括动作执行指令和查询指令，所述动作执行指令用于指示洁净设备执行预设控制动作，所述查询指令用于指示洁净设备将已收集的工作数据向所述上位机上报；
若所述指令为查询指令，则由所述一级控制电路将当前已收集的所述工作数据向所述上位机上报，所述工作数据包括至少一项数据：由二级控制电路从传感器收集的传感器检测数据，二级控制电路的工作状态数据，一级控制电路的工作状态数据；
若所述指令为动作执行指令，则由所述一级控制电路向对应的二级控制电路发送预设控制指令，以使二级控制电路根据所述预设控制指令执行对应的电路控制动作。
12.根据权利要求11所述的洁净设备控制方法，其特征在于，所述洁净设备控制方法还包括：在完成上述指令执行，或者在没有接收到指令时，通过定时时间是否有效来控制是否启动执行一级控制电路对应的状态采集流程；其中，在定时时间内，则启动执行采集流程，超出定时时间则不启动执行采集流程，并控制指示单元指示相应工作状态。
13.根据权利要求12所述的洁净设备控制方法，其特征在于，一级控制电路执行的状态采集流程为周期性地轮询二级控制电路所采集并且存储的信息，并将所述信息上传上位机。
14.根据权利要求11所述的洁净设备控制方法，其特征在于，所述洁净设备控制方法还包括：在完成上述指令执行，或者在没有接收到指令时，通过定时时间是否有效来控制是否启动执行二级控制电路对应的状态采集流程；其中，在定时时间内，则启动执行采集流程，超出定时时间则不启动执行采集流程，并控制指示单元指示相应工作状态。
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Denomination of invention: A clean equipment and its air nozzle device, air path device, and control method

Granted publication date: 20240319

Pledgee: China Construction Bank Corporation Shanghai Pilot Free Trade Zone New Area Branch

Pledgor: Mifei Technology (Shanghai) Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980024785