CN101957879A - 面向半导体制造设备功能仿真的参数变化规律模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，包括：系统界面接口，PID变化规律模块，所述PID变化规律模块包括保存PID配置参数的结构体，用户自定义变化规律模块，所述用户自定义变化规律模块包括保存用户自定义变化规律的配置参数的结构体，和变化规律线程管理模块，所述变化规律线程管理模块针对一个参数变化规律开启一个线程，并在变化条件满足后自动结束所述线程，以及根据哈希表对所述线程进行管理以开启或结束变化规律线程。本发明具有配置简单、适应性强、贴近实际的特点，而且克服了同一个设备属性参数在不同的变化规律之间进行切换的问题。

Description

面向半导体制造设备功能仿真的参数变化规律模拟系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统。

背景技术

在集成电路制造装备功能仿真过程中，面临着很多种不同类型的设备模型，而每种模型内部又有多种属性参数，其中整型与浮点型属性参数在仿真运行过程中可能有很多种不同类型的变化规律。在集成电路制造装备功能仿真过程中，最为常见的属性参数变化规律为PID(比例-积分-微分)控制曲线变化规律，这就涉及PID控制算法的设计问题。在实际的制造设备中，工艺环境复杂多变，要想设计出一种通用可配置的属性参数变化规律模拟子系统，除了PID、PI算法外，还需要用户根据设备实际运行情况配置特定的参数属性变化规律。

在实际的集成电路制造装备运行环境中，参数的变化规律可以分为如下面列举的几种类型。

1、PID类型

PID控制算法是工业界用途最为广泛的变量控制算法。PID控制器问世已经有70年，它以结构简单、稳定性好、调节方便、工作可靠成为工业控制的主要技术之一。当控制对象的结构和参数不能确定，或不能得到精确的属性模型，控制理论的其它方法都难以使用时，系统控制器的结构和参数必须通过经验和现场调试来确定，这时PID控制技术最为方便。即当我们不了解一个系统和控制对象，或不能通过有效的技术手段获得系统的参数时，最适合使用PID控制。它能够快速地使参数变化到目标值并在一定的精度范围内上下波动。在实际使用中，也有使用PD或PI控制的。P控制，即控制器的输出信号与输入误差信号成比例关系；I控制，输出信号与控制器输入误差信号的积分成比例关系；D控制，输出信号与控制器的输入误差信号的微分成比例关系。PID三个系数需要在实际的机台运行过程中通过进行整定过程来确定。

2、用户自定义变化规律

设备的属性参数值按一定的规律变化，用户可以根据公式配置出设备属性参数的多种的变化规律。其中有大致有以下几种类型：

1)、比例变化，设备的属性参数按照一定的比例系数进行变化。定义一定的时间步长，设备的属性参数值每经过一个步长就会变成原值乘以比例系数。

2)、指数变化，设备的属性参数跟随时间按照指数规律进行变化，定义一定的时间步长，设备的属性参数值每经过一个时间步长就会变为原值乘以一个指数。

3)、复合变化，设备的属性参数的变化规律是由指数、乘法和加法运算组合起来的构成的复合变化规律。是由比例变化与指数变化组成形成的复合变化规律。

因此，基于以上的变化规律，设备属性参数变化规律模拟子系统应该具有以下几个特点：

1、实时性，设备的属性值必须跟随变化规律同步变化与更新，并在界面上显示出来，不能有太多的延时。

2、准确性，设备的属性值在定义的时候已经规定的属性值的最大值与最小值，如果属性值超过了这个大小范围，系统就会自动报警，因此设备属性参数变化规律的模拟过程中，必须要准确地模拟出设备实际运转过程中的变化规律，不能有太大的误差。如果误差太多，设备的仿真便无法就行下去，这样实际设备的情况是不相符的。

3、近似性，半导体设备的工艺运行环境复杂多变，变化规律并没有一个准确的公式可以描述出来，因此，仿真子系统对变化规律的仿真只能抓住主要的变化，对一些影响不大的变化不会考虑。

发明内容

本发明专利的主要目的是为了解决集成电路制造装备仿真过程中设备属性参数变化规律的模拟问题，提出一种通用可配置的设备属性参数变化规律模拟子系统。本发明模拟子系统主要基于传统的PID、PI算法和一个通用的组合计算公式，将设备的属性参数变化规律集成到一个统一的描述公式中。因此本发明具有配置简单、适应性强、贴近实际的特点，而且克服了同一个设备属性参数在不同的变化规律之间进行切换的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，包括：系统界面接口，所述系统界面接口向其他仿真系统提供统一界面以使其他仿真系统对所述运行参数变化规律模拟系统进行调用；PID变化规律模块，所述PID变化规律模块包括保存PID配置参数的结构体，其中的PID类提供PID调用接口，其中，其他仿真系统通过所述传递合适的参数调用该函数以求取设备属性参数下一时刻的数值；用户自定义变化规律模块，所述用户自定义变化规律模块包括保存用户自定义变化规律的配置参数的结构体，其中，Custom类对外提供调用接口，用户传递合适的参数给所述调研接口以获得设备属性参数下一时刻的数值；和变化规律线程管理模块，所述变化规律线程管理模块针对一个参数变化规律开启一个线程，并在变化条件满足后自动结束所述线程，以及根据哈希表对所述线程进行管理以开启或结束变化规律线程。

在本发明的一个实施例中，所述PID配置参数包括P\I\D系统以及PID算法公式，且每个参数以字符串的形式保存在所述结构体中。

在本发明的一个实施例中，所述用户自定义变化规律的配置参数包括变化时间、变化步长和变化公式，且每个参数以字符串的形式保存在所述结构体中。

在本发明的一个实施例中，变化规律线程管理模块将每个参数变化线程均加入到所述哈希表中进行统一管理，其中，所述哈希表的键为参数的名称，哈希表的值为参数变化的线程。

在本发明的一个实施例中，该运行参数变化规律模拟系统还包括：切换模块，所述切换模块提供变化规律列表以实现各变化规律之间的切换，其中，更改变化规律为在所述变化规律列表中添加变化规律，并更改变化规律执行的索引标记序号。

在本发明的一个实施例中，该运行参数变化规律模拟系统还包括：读写与保存模块，所述读写与保存模块保存每个变化规律的配置数据，并将其保存在变化规律库中。

在本发明的一个实施例中，该运行参数变化规律模拟系统还包括：XML文档索引模块，在每次保存一个新的XML文档时，所述XML文档索引模块在索引文件中进行记录，以及在索引框中拖动滚动条时，将索引文件中的条目动态地加载到哈希表中，并始终保持所述哈希表中的索引项数量不变以控制所述索引所占用的内存空间。

在本发明的一个实施例中，该运行参数变化规律模拟系统还包括：数学公式解析模块，所述数学公式解析模块查找数学函数名称，并根据函数名分解字符串，在子字符串中查找参数和运算符，之后根据所述参数和运算符分析子字符串以获得最后的变化规律数学表达式。

通过本发明能够获得以下技术效果：

1、实时性

在本发明仿真软件运行过程中，界面上的参数值按照预定的时间步长在不断更新，实时性可靠，能够仿真出设备硬件之间的实时效果。

2、准确性

在本发明中，设备的属性值按照变化规律不断变化，由于为浮点型运算，误差不可避免，但由于程序中对属性值与误差范围做出规范，仿真系统可以比较准确地仿真出设备的变化规律。

3、近似性

由于半导体设备的变化规律多种多样，在仿真过程中有些变化规律是不能用公式描述的，因此需要仿真人员通过合理的近似描述出复杂的变化规律，在整体功能上可以达到变化规律的目标值要求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明配置设备属性参数PID变化规律的流程图；

图2为本发明实施例的配置设备属性参数PID变化规律的流程图；

图3为本发明实施例的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统结构图；

图4为本发明变化规律模拟系统与仿真系统的其他子系统的接口示意图；

图5为本发明开启变化线程函数的流程图；

图6为本发明变化规律执行函数流程；

图7为本发明操作文件进行配置数据编辑的过程；

图8为本发明词法解析过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明是基于Windows XP操作系统，采用Visual studio2008实现的。本发明实现了集成电路制造装备领域设备仿真过程中设备属性参数变化规律的模拟功能。另外，本发明还在配置界面实现的多种变化规律的统一配置界面，以及灵活选择变化方式等功能。本发明所涉及的变化规律模拟子系统，需要考虑跨集成电路制造装备中属性参数实际变化规律，该子系统实现了变化规律的可配置与变化规律的针对性问题，不考虑集成的电路制造装备之外其他系统的变化规律。

在本发明中，配置设备属性参数变化规律的仿真人员必须在工艺工程师的配置下抽象出设备的各种主要变化规律，用数学表达式表述出来，然后根据本系统提供的接口进行变化规律的配置工作。虽然系统可以解析出任意复杂的属性公式，但是这样会增加系统的运行开销，并且对半导体制造装备系统来说也是没有必要的。

针对PID、PI参数变化规律的特点，本发明的运行参数变化规律模拟系统集成了一个PID算法与PI算法供用户直接使用，同时也允许用户自定义自己的PID算法。最后不管是系统默认的PID算法还是用户自定义的PID算法，都会在用户保存操作之后保存到PID算法库，供用户以后直接调用。另外，针对PID算法的三个系数的设定，该子系统也提供了一个默认的PID系数，用户也可根据实际情况在界面上直接输入PID算法系数。如图1所示，为本发明配置设备属性参数PID变化规律的流程图，包括以下步骤：

步骤S101，选择变化的参数。

步骤S102，选择变化的类型。

步骤S103，选择PID变化规律。

步骤S104，判断是否选择默认PID算法。如果判断选择默认PID算法，则执行步骤S106。

步骤S105，如果判断不选择默认PID算法，则编辑PID算法。

步骤S106，配置目标值。

步骤S107，配置步长。

步骤S108，配置步长单位。

步骤S109，保存变化规律。

考虑到实际情况的复杂性，设备属性参数的变化规律不可能只有PID，PI等少数几个算法，本发明的系统还提供了用户自定义数学表达式的功能。编辑的数学表达式中自变量可以为参数值、时间或者二者的组合。变化的形式也可以分为参数按比例进行变化、参数按照指数规律随时间进行变化或者参数的变化规律为比例与指数的数学组合---加法和乘法。如图2所示，为本发明实施例的配置设备属性参数PID变化规律的流程图，包括以下步骤：

步骤S201，选择变化的参数。

步骤S202，选择变化的类型

步骤S203，自定义变化规律。

步骤S204，编辑变化公式。

步骤S205，生成公式。

步骤S206，配置变化总时间。

步骤S207，配置变化时间步长。

步骤S208，配置变化步长单位。

步骤S209，保存变化规律。

如图3所示，为本发明实施例的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统结构图。该运行参数变化规律模拟系统包括系统界面接口100、PID变化规律模块200、用户自定义变化规律模块300、变化规律线程管理模块400、切换模块500、读写与保存模块600、XML文档索引模块700和数学公式解析模块800。以下就对这些模块进行详细介绍。

1、系统界面接口100

本发明作为仿真系统的一个子系统，为了便于与其他仿真系统集成，本发明系统对外提供了一个统一的界面，界面提供了公式编辑，参数输入，模拟时间，模拟步长，目标值等功能接口；本发明系统对外提供了统一的调用接口，方便其他系统对本发明系统的调用。对变化规律调用之前需要进行变化规律的参数配置。首先需要选择变化规律的类型，然编辑变化公式，最后再配置界面配置变化规律的时间步长、总时间长度、目标值等变化参数。本发明变化规律模拟系统与仿真系统的其他子系统的接口如下图4所示。

2、PID变化规律模块200

PID变化规律在设计实现时定义了一个结构体保存PID的各种配置参数，比如P\I\D系统以及PID算法公式等，每个参数都以字符串的形式保存在结构体中，其中的PID类提供一个PID调用接口，外部程序可以直接通过传递合适的参数调用这个函数求取设备属性参数下一时刻的数值。

3、用户自定义变化规律模块300

用户自定义变化规律在设计实现中也是用一个结构体保存各种配置参数，比如变化时间，变化步长，以及变化公式等，每个参数以字符串的形式保存在结构体中，设计实现的Custom类对外提供了一个调研接口，用户传递合适的参数给接口，会得到设备属性参数下一时刻的数值。

4、变化规律线程管理模块400

本发明的设备属性参数变化规律模拟系统需要与其他系统一起使用才有实际的价值，但是本发明系统的引入调用不能影响调用者的工作线程。因此本发明系统内部针对一个参数变化规律会开启一个线程，当变化条件满足后该线程会自动结束，一个参数一个线程，不同的参数之间相互没有影响。线程在哈希表中进行管理，可以随时结束与开启该变化规律线程。开启变化线程函数的流程图如下图5所示。

对于每个参数变化线程，都会被加进哈希表中进行统一的管理，哈希表的键为参数的名称，哈希表的值为参数变化的线程。

5、设备属性参数变化规律之间的切换模块500

由于本发明考虑到实际设备运行过程中设备的属性参数变化不可能按照一个变化规律一直变化下去，因此本发明的模拟系统可以为设备属性参数提供一个变化规律序列，并且实现了各变化规律之间的切换问题。变化规律为一个线程，进行变化规律切换时如果中断此线程而重新启动一个变化规律线程，这样的切换过程可能使得设备的变化有所暂停的情况，因此本发明的实现方案中实现了在线程内部进行变化规律切换的功能。

更改变化规律的时候只需在变化规律列表中添加变化规律，并更改变化规律执行的索引标记序号即可。参数变化线程的委托函数调用变化规律时会首先查询标志位bflag，然后根据bflag调用相应的变化规律表达式。变化规律执行函数流程图6所示。

6、变化规律配置数据的读写与保存模块600

本发明变化规律模拟系统提供了一种XML保存机制，保存每个变化规律的配置数据，这样的XML文件都保存在一个文件夹中，使得成为一个变化规律库，用户可以重复使用这些变化规律文件。在C#语言环境下读写XML文档使用序列化技术，操作文件进行配置数据编辑的过程如图7所示。

除了上面所讲的通过序列化与反序列化的方式编辑变化规律外，还可以直接在文件夹中打开文件，手工编辑变化规律。

7、XML文档索引模块700

考虑到本发明的设备属性参数变化规律模拟系统运行一段时间后，保存变化规律的XML文件的数量可能非常多，因此本发明的系统还提供了XML文件的目录索索引功能，方便用户的查找。每次保存一个新的XML文档时，都会在索引文件中进行记录，记录下该文件的路径，文件名称，文件ID等信息。在索引框中拖动滚动条时，索引文件中的条目会动态地加载进内存中的哈希表，并始终保持哈希表中的索引项数量不变，控制索引所占用的内存空间。这样的执行方式大大降低了程序的空间复杂度。XML文件结构如下：

8、数学公式的解析模块800

在本发明中，数学公式的解析采用词法分析技术，首先查找公式字符串中的数学函数名，然后根据函数名切分公式字符串。接着，在切分后的子字符串中查找变量名、数学运算符，再次对字符串进行切分，最后根据字符串的解析组合得出变化规律公式。然后根据一定的条件进行循环执行属性参数的变化规律。词法解析过程如图8所示。

其中，代码调用接口设计如下：

变化规律配置完成并保存后，本发明就可以在参数需要变化的时候进行调用，调用的接口如下：

1、PID调用接口

public float GetPidOutput(float setPoint，float timeInterval，float kp，float ki，float kd)

设备的属性有变化时，只需要把相应的PID算法从XML稳定中读取进来，然后根据PID的配置参数调用此函数得到设备属性下一时刻的值。

2、自定义公式接口

public float GetCustomOutput(float runtotaltime，float timeInterval，string timeunit)

当设备属性需要按照用户自定义的公式变化时，只需要把相应的变化规律公式从XML文件中读取进来，然后根据变化规律的配置参数调用此公式，就能得到设备属性在下一时刻的值。

其中，参数变化规律模拟技术及子系统数据结构设计

1、PID变化规律配置数据存储数据结构

PID变化规律数学表达式包括了相关属性参数、数学公式、目标值(标签runtotaltime项的内容)、时间步长、时间单位以及使用的PID公式文件名称等信息，其中PID公式文件名称如果没有进行配置的话使用默认的PID公式。

2、用户自定义变化规律配置数据存储数据结构

用户自定义的数学表达式配置文件包括了相关属性参数，自定义数学公式，运行时间，时间单位，运行总时间等信息。上面是用户自定义的一个参数变化规律，其中<Ruleformula>项是变化规律的数学表达式，是用户根据界面配置出来的。<timeinterval>为变化规律的时间步长，<runtotaltime>为变化规律的变化总时间。

3、PID算法存储数据结构

文档结构图中的PID系统以及其它数值都是默认值，这些参数值可以在模拟子系统对外接口界面进行修改。PID公式的三个计算项也是可以进行编辑的。

通过本发明能够获得以下技术效果：

1、实时性

在本发明仿真软件运行过程中，界面上的参数值按照预定的时间步长在不断更新，实时性可靠，能够仿真出设备硬件之间的实时效果。

2、准确性

在本发明中，设备的属性值按照变化规律不断的变化，由于为浮点型运算，误差不可避免，但由于程序中对属性值与误差范围做出规范，仿真系统可以比较准确地仿真出设备的变化规律。

3、近似性

由于半导体设备的变化规律多种多样，在仿真过程中有些变化规律是不能用公式描述的，因此需要仿真人员通过合理的近似描述出复杂的变化规律，在整体功能上可以达到变化规律的目标值要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，包括：

系统界面接口，所述系统界面接口向其他仿真系统提供统一界面以使其他仿真系统对所述运行参数变化规律模拟系统进行调用；

PID变化规律模块，所述PID变化规律模块包括保存PID配置参数的结构体，其中的PID类提供PID调用接口，其中，其他仿真系统通过所述传递合适的参数调用该函数以求取设备属性参数下一时刻的数值；

用户自定义变化规律模块，所述用户自定义变化规律模块包括保存用户自定义变化规律的配置参数的结构体，其中，Custom类对外提供调用接口，用户传递合适的参数给所述调研接口以获得设备属性参数下一时刻的数值；和

变化规律线程管理模块，所述变化规律线程管理模块针对一个参数变化规律开启一个线程，并在变化条件满足后自动结束所述线程，以及根据哈希表对所述线程进行管理以开启或结束变化规律线程。

2.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，所述PID配置参数包括P\I\D系统以及PID算法公式，且每个参数以字符串的形式保存在所述结构体中。

3.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，所述用户自定义变化规律的配置参数包括变化时间、变化步长和变化公式，且每个参数以字符串的形式保存在所述结构体中。

4.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，变化规律线程管理模块将每个参数变化线程均加入到所述哈希表中进行统一管理，其中，所述哈希表的键为参数的名称，哈希表的值为参数变化的线程。

5.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，还包括：

切换模块，所述切换模块提供变化规律列表以实现各变化规律之间的切换，其中，更改变化规律为在所述变化规律列表中添加变化规律，并更改变化规律执行的索引标记序号。

6.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，还包括：

读写与保存模块，所述读写与保存模块保存每个变化规律的配置数据，并将其保存在变化规律库中。

7.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，还包括：

XML文档索引模块，在每次保存一个新的XML文档时，所述XML文档索引模块在索引文件中进行记录，以及在索引框中拖动滚动条时，将索引文件中的条目动态地加载到哈希表中，并始终保持所述哈希表中的索引项数量不变以控制所述索引所占用的内存空间。

8.如权利要求1所述的面向半导体制造装备功能仿真的运行参数变化规律模拟系统，其特征在于，还包括：

数学公式解析模块，所述数学公式解析模块查找数学函数名称，并根据函数名分解字符串，在子字符串中查找参数和运算符，之后根据所述参数和运算符分析子字符串以获得最后的变化规律数学表达式。

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