CN103199036A - 集成调度系统的efem及其调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成调度系统的EFEM及其调度方法，通过把工艺处理工作站(Cluster tools)中起调度作用的工控机与EFEM的控制器结合，即EFEM的控制器由集成调度的EFEM工控机取代，使得EFEM具有良好的二次开发性，在运行系统时可以根据具体需求对大气机械手、Load Port组、预对准模块等模块进行示教、信号配置、工艺过程处理。同时将大气机械手、Load Port组、预对准模块这些模块的底层驱动嵌入到EFEM中，所以无需再进行设置开发即可实现调度控制。

Description

集成调度系统的EFEM及其调度方法

技术领域

本发明涉及自动化控制设备及调度方法，尤其是指一种集成调度系统的EFEM及其调度方法。

背景技术

现有的半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-EndModule)自身包括一个控制系统，该控制系统负责对半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)中预对准机构、大气机器手、Load Port组以及按钮、指示灯等半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)本体内的设备进行调度。半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)后边还需对接的工艺处理设备从而构成一个工艺处理工作站(Clustertools)，其中工艺处理设备还会有一个独立的控制器及相应的控制软件，而对于由半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-EndModule)和工艺处理设备所组成的整个工艺处理工作站(Clustertools)而言，为协调两者的工作，必须额外架设一个作为总控的工控机进行调度作用，这个工控机上的控制软件需要用户进行二次开发，并且该工控机还需要跟半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)及工艺处理设备的控制器进行通信。如此三个控制系统的架构导致用户开发工作量巨大，网络架构繁琐，导致整套系统调试开发时间过长。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种集成调度系统的EFEM及其调度方法。

本发明的目的是这样实现的：一种集成调度系统的EFEM，包括集成调度的EFEM工控机、大气机器手、预对准模块(Aligner)、风机滤器模块、以太网交换机、DeviceNet总线通讯模块、I/O模块、现场级设备及Load Port(自动化晶圆载入系统)组；

集成调度的EFEM工控机，用于对EFEM系统整体进行调度及EFEM工控机的本体控制；集成调度的EFEM工控机承担工艺处理工作站(Cluster tools)的调度控制任务，对EFEM系统中的大气机器手轨迹进行规划和调度；对预对准模块的对准功能进行控制；对Load port的开门、检测晶圆、关门进行控制；根据压差传感器对风机滤器模块中的FFU(高效过滤器)进行控制；以及通过Load Lock(过渡腔)对后端设备中的真空机器手进行轨迹规划、动作控制；协调大气机器手与Load Port、大气机器手与预对准模块、大气机器手与过渡腔、过渡腔与真空机器手之间的动作配合；

所述大气机器手，用于执行Load Port组上的晶圆盒和预对准模块、过渡腔之间的晶圆搬运任务；

所述预对准模块，用于把从晶圆盒中取出的晶圆进行对正，以保证所有晶圆在被放到下一工位时都是一样的位置；

所述风机滤器模块，用于过滤粉尘颗粒，同时保证EFEM内部气压相对EFEM外部气压处于正压，使EFEM内空气向EFEM外流动，保证EFEM内部空气处于洁净环境；

所述以太网交换机，用于连接EFEM中支持以太网通信的设备，为其提供数据交换功能；

所述DeviceNet总线通讯模块，通过DeviceNet总线与集成调度的EFEM工控机相连；

所述I/O模块，用于采集现场级设备的信号；

所述现场级设备，用于执行集成调度的EFEM工控机及逻辑控制设备发出的命令的执行设备；

所述Load Port组，用于装载晶圆盒，是晶圆进出机台的窗口；

所述集成调度的EFEM工控机与大气机器手、预对准模块、风机滤器模块、以太网交换机及DeviceNet总线通讯模块相连；所述以太网交换机连接I/O模块及Load Port组。

一种专用于上述EFEM的调度方法，它包括步骤，

A)、是否运行在自动模式，是则继续步骤，否则执行步骤A1-A3，

A1)、启动手动模式，开启手动进程及安全回路判断进程；

A2)、通知分设备进入手动模式，给包括大气机器手预对准模块第一风机滤器模块、第二风机滤器模块的分设备发手动模式信号；

A3)、判断是否退出手动模式，否则返回步骤A2，是则返回步骤A；

B)、启动自动模式；

C)、是否有安全中断，否则继续，是则执行步骤C1-C3，

C1)、设备急停，给机器人发急停信号，并通过I/O模块切断机器人安全回路；给Load Port组发急停信号，然后通过延时继电器给Load Port组下电；通过I/O模块把风机滤器模块下电；

C2)、故障是否排除，启动故障是否排除进程，实时检测急停是否复位，否则返回步骤C1，是则继续；

C3)、是否继续运行，实时检测是否收到操作者继续运行操作，否则返回步骤A，是则返回步骤C；

D)、执行工艺；

E)、执行调度，对大气机器手及Load Port之间动作配合和进行控制，使大气机器手从FOUP中取出晶圆，完成动作后在使大气手把晶圆放在预对准机构上，对准完成后，大气手把晶圆放入过渡腔，由真空手把过渡腔中的晶圆放入工艺加工腔中，此过程中对有空闲的工艺加工腔数量进行统计，以便于对晶圆进行入过渡腔调度还是进行晶圆出过渡腔调度程序进行选择；采集压差传感器信号，对比实际压差值是否符合设定值，如不符合设定值根据设定值对高效过滤器进行控制；

F)、是否退出自动模式，否则返回步骤C，是则返回步骤A。

本发明的有益效果在于与传统的不同，本专利在现有的半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)基础上，把工艺处理工作站(Cluster tools)中起调度的总控工控机与半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)的控制器结合，即EFEM的控制器由工控机取代，使得半导体加工前端传输单元(EFEM-Equipment Frond-End Module)具有良好的二次开发性，在运行系统时可以根据具体需求对大气机械手、Load Port组、预对准模块(Aligner)等模块进行示教、信号配置、工艺过程处理。同时将大气机械手、Load Port组、预对准模块(Aligner)这些模块的底层驱动嵌入到半导体加工前端传输单元(EFEM-EquipmentFrond-End Module)中，所以无需再进行设置开发即可实现调度控制。同时在调度过程中在每个扫描周期起始处都会扫描是否有安全信号中断，如果有的话，优先执行安全信号中断，在安全恢复后可以在继续运行自动程序，防止因为中断产生导致整个工艺处理中断所导致废品产生的问题。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明第一实施例EFEM的总架构图。

图2为本发明系统的调度方法流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明提供了一种集成调度系统的EFEM，包括集成调度的EFEM工控机、大气机器手、预对准模块(Aligner)、风机滤器模块、以太网交换机、DeviceNet总线通讯模块、I/O模块、现场级设备及Load Port(自动化晶圆载入系统)组。其中，

集成调度的EFEM工控机，用于对EFEM系统整体进行调度及EFEM工控机的本体控制；集成调度的EFEM工控机承担工艺处理工作站(Cluster tools)的调度控制任务，对EFEM系统中的大气机器手轨迹进行规划和调度；对预对准模块的对准功能进行控制；对Load port的开门、检测晶圆、关门进行控制；根据压差传感器对风机滤器模块中的FFU(高效过滤器)进行控制；以及通过Load Lock(过渡腔)对后端设备中的真空机器手进行轨迹规划、动作控制；协调大气机器手与Load Port、大气机器手与预对准模块、大气机器手与过渡腔、过渡腔与真空机器手之间的动作配合。

大气机器手，用于执行Load Port组上的晶圆盒和预对准模块、过渡腔之间的晶圆搬运任务；

预对准模块，用于把从晶圆盒中取出的晶圆进行对正，以保证所有晶圆在被放到下一工位时都是一样的位置；

上述大气机器手及预对准模块间与集成调度的EFEM工控机间通过串口通讯连接，从而两者可接受集成调度的EFEM工控机的调度，并在两者间实现数据交互。

风机滤器模块，用于过滤粉尘颗粒，同时保证EFEM内部气压相对EFEM外部气压处于正压，使EFEM内空气向EFEM外流动，保证EFEM内部空气处于洁净环境；风机滤器模块与集成调度的EFEM工控机间通过串口通讯连接，接受集成调度的EFEM工控机的调度。风机滤器模块是对应Load Port组的工位设置，如有三工位时，其模块包括第一风机滤器单元FFU1(高效过滤器)和第二风机滤器单元FFU2(高效过滤器)，当有多个风机滤器单元时，其分别通过串口通讯与集成调度的EFEM工控机相连，从而两者可受集成调度的EFEM工控机调度，并在两者间实现数据交互。

以太网交换机，用于连接EFEM本地支持以太网通信的设备，为主从设备提供数据交换功能；以太网交换机与集成调度的EFEM工控机间通过以太网相连，使EFEM的通信网络结构大大简化，很好的利用了以太网通信的高速性和高可靠性和可扩展性。

DeviceNet总线通讯模块，DeviceNet总线通讯模块通过DeviceNet总线与集成调度的EFEM工控机相连，通过以太网与外部工艺设备控制器相连。作为一实施例，其包括Devicenet通讯单元，从而使得集成调度的EFEM工控机可通过Devicenet协议与DeviceNet总线通讯模块交互信息，转换后通过以太网方式与外部工艺设备控制器实现通讯。集成调度的EFEM工控机通过加装支持DeviceNet通信的PCI卡可以实现支持DeviceNet通信，以满足很多工艺处理设备对DeviceNet通信的需求。此处的Devicenet协议是美国Rockwell公司开发应用的一种基于CAN(Controller Area Network)技术的通信网络，其备开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的优点。

I/O模块，用于采集现场级设备的信号；I/O模块通过以太网与以太网交换机连接。

现场级设备，用于执行集成调度的EFEM工控机等逻辑控制设备发出的命令的执行设备。作为一实施例其包括塔灯、按钮、电磁阀及指示灯等设置于EFEM外部的设备，塔灯、按钮及指示灯的信号经由I/O模块采集后通过以太网连接到以太网交换机后上传以供集成调度的EFEM工控机进行信号采集和控制。本专利的EFEM与传统不同的是加入了现场设备控制模块，该模块功能是对现场设备进行信号传递和控制。

Load Port组，用于装载晶圆盒，是晶圆进出机台的窗口。LoadPort组通过以太网连接以太网交换机。根据实际生产的工位需要，如三工位时包括Load Port1、Load Port2、Load Port3。

本专利的集成调度系统的EFEM通过把原本分别设置工艺处理工作站(Cluster tools)总控工控机执行的功能和现场设备控制功能集成在一个系统中，这样可以直接进行功能开发，免去通信网络架构和单设备调试，从而使开发效率得到大幅提高。

因此本专利的具有良好的二次开发性，在运行系统时可以根据具体需求对大气机械手、Load Port组、预对准模块等模块进行示教、信号配置、工艺过程处理。即大气机械手、Load Port组、预对准模块这些模块的底层驱动程序嵌入在工艺处理工作站(Cluster tools)中，所以无需再进行设置开发。

请参阅图2，本发明还涉及一种基于上述集成调度系统的EFEM的调度方法，包括步骤：

A)、是否运行在自动模式，是则继续步骤，否则执行步骤A1-A3，

A1)、启动手动模式，开启程序中手动进程及安全回路判断进程；

A2)、通知分设备进入手动模式，给包括大气机器手预对准模块第一风机滤器模块、第二风机滤器模块的分设备发手动模式信号；

A3)、判断是否退出手动模式，否则返回步骤A2，是则返回步骤A；

B)、启动自动模式；

C)、是否有安全中断，否则继续，是则执行步骤C1-C3，

C1)、设备急停，给大气机器手发急停信号，通过I/O模块切断大气机器手安全回路；给Load Port组发急停信号，然后通过延时继电器给Load Port组下电；通过I/O模块把风机滤器模块下电；

C2)、故障是否排除，启动故障是否排除进程，实时检测急停是否复位，通过故障是否排除进程检测安全回路返回值是否为1，如果是1说明急停已经复位，然后通过检测设备复位信号是否为1，如果复位信号为1则说明故障已经排除，并且把设备复位信号通过握手信号复位。否则返回步骤C1，是则继续；

C3)、是否继续运行，通过是否继续运行进程实时检测是否收到操作者继续运行操作，该操作由操作者在操作界面上的继续运行软按钮完成。否则返回步骤A，是则返回步骤C；

D)、执行工艺，开启工艺执行进程，按照工艺配方要求，把机台后面工艺执行部分的系统进行初始化操作，实现方法是通过I/O模块把对应的阀门进行打开或关闭操作，把对应的电机位置进行初始化。使真空机器人初始化，到起始位置准备时刻进行工作。阀门和电机、真空机器人完成初始化后通过与集成调度的EFEM工控机的握手信号进行应答，告诉集成调度的EFEM工控机工艺设备已经完成初始化，真空手为空闲，工艺处理腔室为空；

E)、执行调度，对大气机器手及预对准模块进行调度，启动EFEM调度线程和工艺处理线程，进入EFEM调度进程中的大气机器手及Load Port组调度子线程，根据工艺规划和轨迹规划参数执行LoadPort1线程，给Load Port1发取晶圆指令，Load Port组收到信号执行完第一个晶圆的定位信号后给集成调度的EFEM工控机发动作完成信号，集成调度的EFEM工控机即执行大气机器手调度线程，启动大气手写信号线程和大气手读信号线程，通过写信号线程给大气机器手发送到位置1取晶圆线程，延时1秒然后将此信号复位，该信号通过串口传递给大气机器手，大气机器手完成该动作后，给集成调度的EFEM工控机发取Load Port组晶圆任务完成信号，集成调度的EFEM工控机上读线程收到此信号后发送把晶圆放在预对准机构上信号，1秒后复位此信号，机器人收到把晶圆放在预对准机构上信号后接把晶圆放在预对准机构上，然后给集成调度的EFEM工控机发晶圆已放在预对准机构上，集成调度的EFEM工控机大气手读线程收到此信号后退出大气手读写线程，打开预对准机构控制线程，通过串口给预对准机构发送定位信号，1秒后复位该信号，预对准机构收到该信号后对晶圆进行对准和定位操作，完成后给集成调度的EFEM工控机发送定位完成信号，集成调度的EFEM工控机收到该信号后通过工艺腔室调度线程检测真空手是否准备好，空工艺处理腔室数是否大于0，如果信号都满足则打开大气机器手把晶圆送至工艺腔室线程，给大气机器手发送从预对准机构取晶圆并送入工艺腔室信号，1秒后复位，同时给空工艺处理腔室数进行减数计算，大气手收到该信号后从预对准机构上取晶圆，然后把晶圆放入工艺腔室中然后回到初始位置，给集成调度的EFEM工控机发完成信号，1秒后复位，集成调度的EFEM工控机工艺调度线程收到此信号后给工艺腔室中的真空手发处理晶圆信号，1秒后复位该信号，真空手收到该信号后把晶圆送进其中一个工艺处理腔室，完成动作后回初始位置发送给集成调度的EFEM工控机动作完成信号，此时集成调度的EFEM工控机EFEM调度线程继续调度大气机器手从Load Port组中取晶圆往预对准机构上放，然后预对准机构完成定位后，大气手把定位好的晶圆继续送入工艺处理腔室中，直到把所有空的工艺处理腔室都放满后挂起EFEM线程中Load Port组取晶圆线程，启动Load Port组中送晶圆线程，等待工艺处理腔室中对晶圆处理的完成，晶圆在工艺处理腔室中处理完毕后由工艺处理线程给真空手发取工艺处理腔室中晶圆信号，1秒后复位，真空机器手收到该信号后执行从工艺处理腔室中取晶圆操作，操作完成后发给集成调度的EFEM工控机任务完成信号，集成调度的EFEM工控机LoadPort组送晶圆线程收到该信号后给大气机器手发取工艺腔室晶圆信号，1秒后复位，大气机器手从工艺腔室中取出晶圆放入Load Port组对应的Load Port中，然后空工艺处理腔室数加1，启动之前挂起的Load Port组取晶圆线程，按照任务正常进行，与所有线程一起运行的另一个线程是高效过滤器调节线程，该线程循环检测压差计的差值信号，当压差传感器发出正压失效信号时，该线程会给FFU发送加快风速信号，直到压差传感器停止发送正压失效信号。

F)、是否退出自动模式，否则返回步骤C，是则返回步骤A。

由此，在设置好各个分系统通信及调度方式后，进入自动运行状态，软件程序将采用多线程方式对各个被调度的子程序进行扫描，扫描周期在毫秒级，所以以目前的各个设备工作节拍来看，完全可以满足系统运行的实时性要求。自动运行时最重要的是在每个扫描周期起始处都会扫描是否有安全信号中断，如果有的话，优先执行安全信号中断，在安全恢复后可以在继续运行自动程序，防止因为中断产生导致整个工艺处理工作站(Cluster tools)发生工艺处理中断，导致废品产生。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，本专利技术除用于EFEM中还可以用在涂胶、光刻、PVD、CVD等工艺处理设备中。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种集成调度系统的EFEM，其特征在于：包括集成调度的EFEM工控机、大气机器手、预对准模块、风机滤器模块、以太网交换机、DeviceNet总线通讯模块、I/O模块、现场级设备及Load Port组；

集成调度的EFEM工控机，用于对EFEM系统整体进行调度及EFEM工控机的本体控制；集成调度的EFEM工控机承担工艺处理工作站的调度控制任务，对EFEM系统中的大气机器手轨迹进行规划和调度；对预对准模块的对准功能进行控制；对Load port的开门、检测晶圆、关门进行控制；根据压差传感器对风机滤器模块中的FFU进行控制；以及通过Load Lock对后端设备中的真空机器手进行轨迹规划、动作控制；协调大气机器手与Load Port、大气机器手与预对准模块、大气机器手与过渡腔、过渡腔与真空机器手之间的动作配合；

所述大气机器手，用于执行Load Port组上的晶圆盒和预对准模块、过渡腔之间的晶圆搬运任务；

所述预对准模块，用于把从晶圆盒中取出的晶圆进行对正，以保证所有晶圆在被放到下一工位时都是一样的位置；

所述风机滤器模块，用于过滤粉尘颗粒，同时保证EFEM内部气压相对EFEM外部气压处于正压，使EFEM内空气向EFEM外流动，保证EFEM内部空气处于洁净环境；

所述以太网交换机，用于连接EFEM中支持以太网通信的设备，为其提供数据交换功能；

所述DeviceNet总线通讯模块，通过DeviceNet总线与集成调度的EFEM工控机相连；

所述I/O模块，用于采集现场级设备的信号；

所述现场级设备，用于执行集成调度的EFEM工控机及逻辑控制设备发出的命令的执行设备；

所述Load Port组，用于装载晶圆盒，是晶圆进出机台的窗口；

所述集成调度的EFEM工控机与大气机器手、预对准模块、风机滤器模块、以太网交换机及DeviceNet总线通讯模块相连；所述以太网交换机连接I/O模块及Load Port组。

2.如权利要求1所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述DeviceNet总线通讯模块通过DeviceNet总线与集成调度的EFEM工控机相连，通过以太网与外部工艺设备控制器相连。

3.如权利要求2所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述DeviceNet总线通讯模块基于CAN技术的通信网络。

4.如权利要求1-3任意一项所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述集成调度的EFEM工控机与大气机器手及预对准模块间通过串口通讯连接。

5.如权利要求1-3任意一项所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述集成调度的EFEM工控机与风机滤器模块通过串口通讯连接。

6.如权利要求4所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述风机滤器模块包括第一风机滤器单元和第二风机单元，第一风机滤器单元和第二风机单元分别通过串口通讯与集成调度的EFEM工控机相连，两者接受集成调度的EFEM工控机的调度，并彼此间进行数据交互。

7.如权利要求1-3任意一项所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述集成调度的EFEM工控机与以太网交换机间通过以太网相连；所述以太网交换机与I/O模块及Load Port组通过以太网相连。

8.如权利要求1-3任意一项所述的集成调度系统的EFEM，其特征在于：所述现场级设备包括塔灯、按钮及指示灯。

9.一种专用于上述EFEM的调度方法，其特征在于：它包括步骤，

A)、是否运行在自动模式，是则继续步骤，否则执行步骤A1-A3，

A1)、启动手动模式，开启手动进程及安全回路判断进程；

A2)、通知分设备进入手动模式，给包括大气机器手预对准

模块第一风机滤器模块、第二风机滤器模块的分设备发手

动模式信号；

A3)、判断是否退出手动模式，否则返回步骤A2，是则返回步骤A；

B)、启动自动模式；

C)、是否有安全中断，否则继续，是则执行步骤C1-C3，

C1)、设备急停，给机器人发急停信号，并通过I/O模块切断机器人安全回路；给Load Port组发急停信号，然后通过延时继电器给Load Port组下电；通过I/O模块把风机滤器模块下电；

C2)、故障是否排除，启动故障是否排除进程，实时检测急停是否复位，否则返回步骤C1，是则继续；

C3)、是否继续运行，实时检测是否收到操作者继续运行操作，否则返回步骤A，是则返回步骤C；

D)、执行工艺；

E)、执行调度，对大气机器手及Load Port之间动作配合和进行控制，使大气机器手从FOUP中取出晶圆，完成动作后在使大气手把晶圆放在预对准机构上，对准完成后，大气手把晶圆放入过渡腔，由真空手把过渡腔中的晶圆放入工艺加工腔中，此过程中对有空闲的工艺加工腔数量进行统计，以便于对晶圆进行入过渡腔调度还是进行晶圆出过渡腔调度程序进行选择；采集压差传感器信号，对比实际压差值是否符合设定值，如不符合设定值根据设定值对高效过滤器进行控制；

F)、是否退出自动模式，否则返回步骤C，是则返回步骤A。

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