CN102347801A - 一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构，涉及离子注入机，属于半导体制造领域。该结构包括：一个主通讯卡、一个以上子控制器及控制计算机；所述的主通讯卡插于控制计算机内部的总线插槽上，再通过两对双向光纤与一个或以上的子控制器连接成环形网络结构；所述的主通讯卡上采用了双端口控制器；所述的子控制器可以包括高电位子控制器和地电位子控制器，各个高、地电位子控制器之间用光纤串行连接。本发明可实现在单个通讯周期内与整个子控制器群体进行信息交换的功能，即给某些子控制器下达命令的同时，可监控到所有子控制器的状态，而且通讯快速、稳定、可靠。

Description

一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构

技术领域

本发明涉及离子注入机中一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构。该数据交换环形结构满足了离子注入机控制系统数据交换需在异电位间传输和必须快速、准确、安全的高要求。属于半导体器件制造领域。

背景技术

半导体集成电路制造工艺已发展到12英寸晶片、纳米技术节点时期。随着晶圆片尺寸越来越大，单元器件尺寸越来越小，对半导体工艺设备的性能要求也就越来越高。离子注入机是半导体集成电路器件制造工艺中必不可少的关键设备。为了提高离子注入机的性能，使其满足现代大晶圆片、纳米器件生产工艺的要求和适应将来半导体工艺技术的发展，必须要开发高效的全自动控制系统。

全自动控制技术一直都是离子注入机的核心技术，离子注入机控制系统必须对离子注入工艺过程中数百种参数进行全自动实时监控和调整。这就需要在主控制计算机与离子注入机各个部件之间进行大量命令的传递和大量的数据交换，其数据交换的特点有以下几点：

数据交换点不全在同一电位点上，电位相差可达几十万伏特。

由于离子注入机机型庞大，部件众多，数据交换点较为分散。

为了精准控制各个参数和提高生产效率，数据传输要快速、准确和可靠。

监控和调整的参数多达数百种之多，包括精确的模拟输入/输出量和数字输入/输出量。

以往的离子注入机控制系统中的数据传输结构没有采用环形结构，而且数据交换格式也只是采用的单点数据交换格式，即主控制计算机每次只能与一个控制点交换两个字节的数据，数据传输效率的低下和单路光纤传输的不可靠性已经不能满足高性能离子注入机的控制要求。

该基于光纤和串行协议的群体数据交换环形结构解决了分散的、且不处在同电位的数据交换点的数据传输问题，该结构中的群体数据交换格式大大提高了控制系统的数据传输效率，该数据传输的环形结构也使数据交换的可靠性得到了充分提升，使得离子注入机控制系统的命令响应速度、命令执行的可靠性和系统异常处理能力有了成倍的提高，实现了高效的全自动控制。

发明内容

本发明是针对离子注入机控制技术的发展对数据传输效率和可靠性提出的高要求，而现有数据通讯传输结构不能满足新的高要求而提出的一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形结构，该结构能够较好地解决复杂的控制系统中响应速度与稳定可靠性之间的矛盾。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于光纤和串行协议的群体数据通讯环形体系结构，其特征之一在于：一台控制计算机、一块主通讯卡和若干子控制器组成数据通讯环形结构。所述的控制计算机是控制命令发源点和进行数据收集和数据处理的计算机，所述的主通讯卡是控制计算机与多个子控制器进行数据通讯的接口卡，主通讯卡插于控制计算机内的总线插槽内，主通讯卡和所述的子控制器上都设计有两对双向光纤接口，采用光纤将主通讯卡与若干子控制器串行连接组成数据通讯环形结构，如图1所示。数据传输方向既可为顺时钟方向传输，也可为逆时钟方向传输，当数据从一个方向传输受阻时，所述的主通讯卡可改变数据传输方向，将数据传送到目标子控制器，有效提高了数据通讯的可靠性。在所述的群体数据通讯环形结构中，主通讯卡与各个子控制器之间允许电位差的存在；即可以包括高电位子控制器和地电位子控制器，各个高、地电位子控制器之间用光纤串连，各个高、地电位子控制器与主通讯卡之间用光纤串连；所述的子控制器采用独立地址编码。

其特征之二在于：所述的主通讯卡通过双端口存储器传递着的数据群是按照独特的数据格式构造的，该数据格式构成见图3中的表1。在每一个通讯周期中，所述的控制计算机将一组数据写入主通讯卡上的双端口存储器中，所述的主通讯卡再经光纤串口将数据下传到通讯环路中的各个子控制器中，与此同时，所述的各个子控制器将需要上传的数据经光纤串口传送给主通讯卡，所述的主通讯卡上的单片机会将子控制器上传来的数据按照数据格式要求存入到卡上的双端口存储器中，所述的控制计算机从主通讯卡上的双端口存储器中读取各个子控制器上传来的数据群，完成一次数据交换。从数据格式构成表1中可知，一次数据交换就可与n个子控制器交换信息，且可与每个子控制器交换m个字节的信息，n和m均可根据控制要求来确定。

如上所述的环形连接结构配合独有通讯数据格式，在单个通讯周期内，所述的控制计算机就可与所述的子控制器群进行一次完全的数据交换。随着通讯程序循环执行，所述的控制计算机就能对所述的子控制器群实施高速的监视和控制。

本发明具有如下显著优点：

1.主通讯卡与各个子控制器之间的信息传递，采用高速串行双光纤环形网络结构、标准串口通讯协议，从根本上消除了复杂的机器连线阻隔各部件间的相互影响，大大提高了系统的抗干扰性能；环形网络结构使得通讯数据可以双向传输，从而提高了数据传输的可靠性。

2.独有的通讯数据格式设计配合着程序的设计，使得控制计算机单次通讯就能与一群子控制器交换信息，有效提高了控制计算机对离子注入机各参数的控制效率，提高10倍以上。

3.下位子控制器采用的标准化模块设计，大大减少了子控制器的数量和种类，使机器运行可靠，而且维护、维修方便。

4.各个子控制器与主通讯卡的信息交换只靠地址码区分，从而相同类型的子控制器可以互换，并且子控制器在光纤环路中的连接顺序不受限制。

5.根据受控制子控制器的数量和所控参数的分类，可将子控制器分成几个组，每组子控制器组与一块插入控制计算机中的主通讯卡就可组成一个群体数据通讯环形结构。每台受控的离子注入机可组成多个数据通讯环形结构，可更进一步提高控制效率。

附图说明

图1为本发明的一种基于光纤和串行协议的群体数据通讯环形体系结构的框图；

图2为本发明的实施例工作流程图。

图3控制计算机发送/接收数据帧的格式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明新型的限定。

参考图1，群体数据通讯环形体系结构，包括一个主通讯卡1、一个以上子控制器2及主控计算机3，其中装有双端口存储器的主通讯卡1插入主控计算机3的内部总线插槽内，主通讯卡1上的两对双向光纤插头经由光纤与子控制器2逐个串行连接，最后归结于主通讯卡1上，连接成一个环形网络结构。子控制器2是命令的执行器，包括若干高电位子控制器和若干地电位子控制器，每个子控制器均有独立的地址编码。在进行数据交换的通讯周期中，主控计算机3将需要下传的信息按照规定的数据格式写入到主通讯卡1上的双端口存储器之后，再向主通讯卡1发出“数据交换”命令。此后主通讯卡1沿着光纤环路的某个方向将数据分别发送给各个子控制器2，然后等待接收到各个子控制器2的回应数据，并将上传的回应数据按数据格式要求写入到双端口存储器中；若是某些子控制器2的回应信息有误，主通讯卡2会改变数据传送方向，向这些子控制器2重新发送一次下传数据，将再次收到的回应信息写入双端口存储器。此后设置标志通知控制计算机3“数据交换完毕”，控制计算机3则可读取双端口存储器中的上传数据，完成一次数据交换。之后控制计算机3对上传的状态信号做出判断，再决定下一步发出的命令，进入下一轮通讯周期。

实施例：离子注入机中硅晶片传递的数据交换过程。

离子注入机中的硅晶片传递是将传送到Loadport运载台上的POT盒内的硅晶片传送到离子注入机的Loadlock中去。硅晶片传递系统由4个Loadport运载台和1个四轴机械手共5个部件组成，每个部件通过一个子控制器2与控制计算机进行信息交换，所以5个子控制器2、1块主通讯卡1和控制计算机3按照图1所示连接，就组成了硅晶片传递系统的群体数据通讯环形光纤网络结构。

硅晶片传递时，数据交换过程如上所述，主控计算机3逐一地将命令的电子表格写入主通讯卡1上的双端口存储器中，再发出“数据交换”命令，等待回应信息，根据回应信息决定下一轮通讯的命令表格，进入下一轮通讯周期，经过数次的数据交换之后，就可指挥硅晶片传递系统完成硅片的传递。

参见图2，详述了硅晶片传递中逐一发送的命令表格的流程图。

本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (4)

1.一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构，其特征在于：一台控制计算机、一个主通讯卡和一个以上子控制器；所述的主通讯卡插于控制计算机内部的总线插槽上，再通过两对双向光纤与一个或以上的子控制器连接成了环形网络结构。

2.如权利要求1所述的一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构，其特征在于：所述的控制计算机经主通讯卡与子控制器之间进行的信息交换，是先经主通讯卡上的双端口存储器，再经采用标准串口协议的光纤传输通路来实现的。

3.如权利要求1所述的一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构，其特征在于：所述的控制计算机按照独有数据格式给主通讯卡发送一帧数据，只需一条“数据交换”命令就可实现控制计算机与环形结构内的子控制器群交换信息。

4.如权利要求1所述的一种基于光纤和串行协议的群体数据交换环形体系结构，其特征在于：所述的子控制器采用独立地址编码。

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