CN103137410B - 基于arm的嵌入式注入机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于ARM的注入机控制系统包括电源系统、反应腔室、预抽腔室、运行有注入机控制软件的上位机、真空控制系统、送片系统；所述真空控制系统在所述上位机的控制下，控制所述反应腔室、所述预抽腔室的真空度；所述反应腔室与所述预抽腔室连接；所述送片系统用于将硅片从所述预抽腔室运输至所述反应腔室，并将硅片运输至所述反应腔室内的离子反应位置；所述上位机是基于ARM的方式实现。本发明提供的基于ARM的注入机控制系统信号采集系统整合度高，为控制提供了牢靠的外界条件，结构简单，可用于大面积的离子注入。

Description

基于ARM的嵌入式注入机控制系统

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种基于ARM的嵌入式注入机控制系统。

背景技术

离子注入是IC制造领域的重要环节之一，在太阳能为代表的新能源领域中扮演着重要角色，离子注入机本身是融合了高真空环境、高压环境以及高温环境的复杂系统，尤其特别的是在注入过程中充满了大量毒性特殊气体。随之自动化技术的发展和高效率生产的需求下，充分智能的注入机控制系统日益凸显出了其重要性。

随着注入机在功能上不断地趋于复杂，需要集成多套测量设备来满足完整的控制需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。传统的注入机系统是典型的工控机和控制板卡的控制方式，这种仪器组成必须配备工控机和插卡式数据采集卡，主要利用工控机进行程序开发和人机交互，因此其体积较大、资源利用率低、成本较高。特别值得提出的是，由于使用这种组成形式，系统一定是分体设计的，对于系统的稳定性有着一定的隐患。

嵌入式系统起源于上个世纪60年代，最早应用在武器控制系统和军事指挥系统中。70年代末期单片机的诞生使得嵌入式系统的应用有了坚实的基础。进入20世纪90年代，随着计算机技术的不断发展，嵌入式技术凭借其功能强、功耗低、稳定性好、实时性强，体积小等特点，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统，无线系统等各类产品市场。

与现有的仪器组成相比，使用嵌入式系统显然在体积，功耗上具有优势。而在实际应用的过程中，拥有更强针对性和更加稳定的系统，更显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单可用于大面积注入的基于ARM的注入机控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了基于ARM的嵌入式离子注入机，包括电源系统、反应腔室、预抽腔室、运行有注入机控制软件的上位机、真空控制系统、送片系统；

所述真空控制系统在所述上位机的控制下，控制所述反应腔室、所述预抽腔室的真空度；所述反应腔室与所述预抽腔室连接；所述送片系统用于将硅片从所述预抽腔室运输至所述反应腔室，并将硅片运输至所述反应腔室内的离子反应位置；所述上位机是基于ARM的方式实现。

本发明结合嵌入式技术，使得注入机控制系统具有很好的稳定性，信号采集系统整合度高，为控制提供了牢靠的外界条件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于ARM的离子注入机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种基于ARM的嵌入式离子注入机，包括电源系统、反应腔室25、预抽腔室24、运行有注入机控制软件的上位机、真空控制系统、送片系统。真空控制系统在上位机的控制下，控制反应腔室25、预抽腔室24的真空度。反应腔室25与预抽腔室24连接。送片系统用于将硅片从预抽腔室24运输至反应腔室25，并将硅片运输至反应腔室25内的离子反应位置。上位机是基于ARM的方式实现。上位机选用三星公司的S3C2440处理器为核心，该处理器以ARM920T为核心，主频为400MHz，是目前应用最广泛的32位嵌入式微处理器。上位机采用主板与扩展板相接合的形式。主板即为ARM核心板与接口引出端子，扩展板摒弃了传统的根据输入输出类型为区别方式的方法，取而代之的是根据功能分析，划分为不同的功能控制板针对受控元件，每片扩展板当中都集合了数字输出、输入，模拟输出、输入等形式的信号控制的相应的扩展电路，又同时配合了供应电源，即用于满足元件的驱动条件又为采集卡本身提供了完善的保护。在人机交互上，本系统使用了视频加速卡可以时ARM驱动任何VGA设备，保证体积的同时，提高了显示性能。

软件设计上，考虑到与其它设备间的通信，采用了与WIN32兼容性良好的WINCE嵌入式系统，在VC环境下的智能设备编程。软件包含了状态监测、手动控制与自动化控制三个相对分立的功能划分。状态监测即系统可以实时的得到当前系统中每个测试点的状态，结合界面中仿真注入机系统的简图，直观的体现机器当前运行状态，并与控制功能形成闭环。手动控制提供使用者在实验阶段或其他非正常使用的情况下，可以独立的控制各个部分器件。自动化控制是整个软件的核心部分，通过友好的配方设置界面，向使用者提供了自由的工艺流程选择，经过编辑的工艺流程在无人值守的情况下完成工艺过程。

真空控制系统包括分子泵5、机械泵6、真空计7、机械泵8、电磁阀20、电磁阀21、电磁阀22、摆阀23、腔室间的门阀与气体管路中的各级气动阀等硬件组成。其中，机械泵6的通过电磁阀22后的一支路依次通过分子泵5以及摆阀23与反应腔室25连接，另一支路通过电磁阀21与反应腔室25连接。机械泵8通过电磁阀20与预抽腔室24连接。真空控制系统中分子泵5中使用的蝶阀使用电流信号控制，其他电磁阀都由数字端口附加输出外部扩展电路控制。机械泵由继电器控制，分子泵由串口通信进行控制。真空计7检测预抽腔室24、反应腔室25的压力。

送片系统包括真空机械手及带有弹性的多点支撑式的持片结构的下电极。例如下电极为圆盘形，圆盘上方有均与分布的四个支撑柱。真空机械手设计有环形的持片结构，保证硅片在运送过程中的稳定。在运行过程中，共有两个走形位置，手动放片到持片结构后，真空机械手可穿过门阀将硅片从所述预抽腔室24送到达反应腔室25。在运送过程中，下电极具有三个走形位置，可以将位于真空机械手的硅片取走或放回和利用弹簧结构将硅片固定于反应腔室上方，完成反应过程。送片系统通过光电开关结合运动单元的控制，保证稳定的走形与精确的定位，同时结合了运动过程的特点，在送片过程中分为不同的速度调整。

送气系统包括气源9、质量流量控制器10-14和电磁阀15-19。每个气源9依次通过一个质量流量控制器、一个电磁阀与反应腔室25连接。在得到真空环境后，选择即将通入的反应气体，通过质量流量控制器设置气体流量，打开电磁阀，通入适当时间后，腔室压力达到稳定，完成一次送气过程。

电源系统包括射频电源1、射频电源匹配器2及脉冲电源3。脉冲电源3与反应腔室25连接；射频电源1通过射频电源匹配器2与反应腔室25连接。射频电源1为反应提供等离子所需的能量。脉冲电源3为反应提供等离子注入环境。

由于在本系统中反应气体多为特殊气体，在反应一次之后，还要进行必要的吹扫阶段，具体指通入氮气使用机械泵将反应腔室25压强还原为低真空的过程，根据不同的需求，吹扫过程需要反复多次。质量流量控制器由模拟输入(反馈)与模拟输出(输入)功能配合相应外部电路实现。

下面结合图1所示的离子注入机的结构对本发明进行说明，具体如下：

步骤一、放片过程：

(1)、将门阀处于关闭状态，上位机控制真空系统使预抽腔室24气压回归到大气压，打开预抽腔室24的舱门将硅片放置在机械手上，关闭舱门。

(2)、上位机控制机械泵使预抽腔室24与反应腔室25同时获得低真空度，两腔室气压达到门阀开启要求，打开门阀机械手穿过预抽腔室24到达反应腔室25。

(3)、下电极4的持片结构从原位升起，将硅片托起，离开机械手，完成托片过程。机械手将返回预抽腔室24，下电极4上升到反应腔室25上方，通过弹力结构将硅片固定。

(4)、关闭门阀使用分子泵5抽取反应腔室25的高真空度(例如，高真空度为10-5Pa)完成一次完整的放片过程。

步骤二、反应过程：

(1)、得到高真空环境后，上位机选择欲反应的气体，设定相应的流量，将气体通入反应腔室25，达到稳定的气压。

(2)、开启射频电源1，反应气体在射频电源1的输出后起辉，此时打开脉冲电源1反应设定时间后关闭电源，关闭气源9，完成一次反应过程。

(3)、反应结束后，将氮气通入反应腔室25，此时关闭分子泵5，使用机械泵进行反应气体的吹扫。

(4)、通过重复以上三部动作，完成各样工艺过程。

步骤三、取片过程：

(1)、吹扫结束后，上位机首先控制真空系统将反应腔室25回归低真空度(例如，10Pa之内)，下电极4下降至托片位置。

(2)、打开机械手将硅片通过门阀运行到反应腔室25，将硅片取回持片结构并返回预抽腔室24。

(3)、关闭门阀，上位机控制真空系统使预抽腔室24气压回归到大气压，打开预抽腔室24舱门，取走硅片，完成一次完整的离子注入过程。

本发明的信号采集系统整合度高，为控制提供了牢靠的外界条件；上位机采用母板与分离控制板的形式，为仪器提供高了良好的可扩展性；分离控制板增强了控制元件与采集系统的统一性，与元件对应的控制板卡，在复用性上体现出了强大的优势。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于ARM的嵌入式离子注入机，包括电源系统，其特征在于，还包括：

反应腔室、预抽腔室、运行有注入机控制软件的上位机、真空控制系统、送片系统；

所述真空控制系统在所述上位机的控制下，控制所述反应腔室、所述预抽腔室的真空度；所述反应腔室与所述预抽腔室连接；所述送片系统用于将硅片从所述预抽腔室运输至所述反应腔室，并将硅片运输至所述反应腔室内的离子反应位置；所述上位机是基于ARM的方式实现；所述真空控制系统包括：

分子泵、第一机械泵、第二机械泵、分子泵、真空计、连接在所述预抽腔室和反应腔室之间的门阀、电磁阀、摆阀以及气体管路中的各级气动阀；

所述第一机械泵的一支路通过电磁阀与所述反应腔室连接，另一支路依次通过电磁阀、分子泵以及摆阀与所述反应腔室连接；

所述第二机械泵通过所述电磁阀与所述预抽腔室连接；

所述真空计分别与所述预抽腔室和反应腔室连接；所述送片系统包括：

真空机械手及带有弹性的多点支撑式的持片结构的下电极；

所述真空机械手将硅片从所述预抽腔室运输至所述反应腔室；

所述下电极将所述硅片固定于所述反应腔室上方；将门阀处于关闭状态，上位机控制真空系统使预抽腔室气压回归到大气压，打开预抽腔室24的舱门将硅片放置在机械手上，关闭舱门；上位机控制机械泵使预抽腔室与反应腔室同时获得低真空度，两腔室气压达到门阀开启要求，打开门阀机械手穿过预抽腔室到达反应腔室；下电极的持片结构从原位升起，将硅片托起，离开机械手，完成托片过程；机械手将返回预抽腔室，下电极上升到反应腔室上方，通过弹力结构将硅片固定；关闭门阀使用分子泵抽取反应腔室的高真空度完成一次完整的放片过程；吹扫结束后，上位机首先控制真空系统将反应腔室回归低真空度，下电极下降至托片位置；打开机械手将硅片通过门阀运行到反应腔室，将硅片取回持片结构并返回预抽腔室；关闭门阀，上位机控制真空系统使预抽腔室气压回归到大气压，打开预抽腔室舱门，取走硅片，完成一次完整的离子注入过程；还包括送气系统，所述送气系统包括：

气源、质量流量控制器和电磁阀；

所述气源依次通过所述质量流量控制器、电磁阀与所述反应腔室连接；所述电源系统包括：

射频电源、射频电源匹配器及脉冲电源；

所述脉冲电源与所述反应腔室连接；所述射频电源通过所述射频电源匹配器与所述反应腔室连接；所述上位机采用主板与扩展板相接合的形式；所述主板是ARM核心板与接口引出端子；所述扩展板是根据功能分析，划分为不同的功能控制板，针对受控元件，每片扩展板当中都集合了数字输出、输入，模拟输出、输入形式的信号控制的相应的扩展电路，又同时配合了供应电源。

2.根据权利要求1所述的离子注入机，其特征在于：

所述上位机采用型号为S3C2440的处理器。