CN103491059A - 面向半导体制造设备的数据采集实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向半导体制造设备的数据采集实现方法，步骤为：分别在客户和设备服务端建立Web服务，Web通信中使用代理类；基于安全套接层协议的客户安全认证；自定义SOAPHeader数据格式；建立设备信息数据库；使用委托代理的方式处理设备中各种事件异常；创建数据采集计划的状态机，实现数据采集计划的行为转换；使用COM组件，完成设备端与设备控制系统的连接。本发明为半导体制造提供了通用设备数据采集方法，提高了半导体生产制造中生产者与工厂设备之间的数据采集能力。

Description

面向半导体制造设备的数据采集实现方法

技术领域

本发明属于半导体设备通信技术，具体地说是一种面向半导体制造设备的数据采集实现方法。

背景技术

随着半导体集成电路的生产制造向着300mm晶圆的生产方向发展，生产者对半导体制造设备的数据需求急剧增加，并且进一步要求设备支持一系列“设备工程能力”(Equipment Engineering Capabilities),如E-诊断，数据采集，配方管理，故障检测和分类，Run-To-Run控制等上层应用。而实现这些应用最重要的因素也是获取各种设备数据。因此，更多更高质量的数据是目前支持设备精确生产制造和优化工厂自动化生产所急切需要的。

目前半导体设备数据的采集主要是依靠SECS/GEM通信方法，但是随着300mm晶圆加工成为主流，SECS/GEM通信方法不能满足当前设备与用户数据采集的需求。SECS/GEM通信缺乏安全通信机制，不能保证通信安全；只能支持一个用户进行数据采集；只具备部分设备自我描述功能，获取设备数据很少，且质量不高。

发明内容

针对半导体生产者对半导体制造设备中更多更高质量数据信息的迫切需求，本发明要解决的技术问题是提供一种全面、高效的面向半导体制造设备的数据采集实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：面向半导体制造设备的数据采集实现方法，包括以下步骤：

1）在客户端和半导体制造的设备端建立Web服务，并使用代理类实现客户端与设备端的连接；

2）客户端调用设备端的设备认证接口，客户端与设备端通过使用安全套接层协议进行客户安全认证，并创建SOAPHeader数据格式；

3）客户端根据自身关注的设备的运行状态信息，以SOAPHeader数据格式定义并发送数据采集计划；

4）客户端调用设备端提供的数据采集管理接口,根据数据采集计划状态机查询并控制数据采集计划；

5）客户端激活数据采集计划，使用委托代理方式处理数据采集事件；

6）设备端解析数据采集计划，查询内部数据库中的设备运行状态信息，编写数据采集报告；

7）设备端根据采集间隔时间指令定时地调用客户端的数据采集计划客户接口，将设备端的运行状态信息以SOAPHeader数据格式发送到对应的客户端。

所述在客户端和设备端建立Web服务，并使用代理类实现客户端与设备端的连接包括：

A1.当客户端向对应的设备端发送指令请求消息时，通过调用设备端代理类来调用相应的设备端，并将SOAP格式化的XML消息发送给对应的设备端。

A2.当设备端向客户端发送通知或数据报告时，通过调用客户端的代理类来调用客户端，发送数据消息。

所述使用安全套接层协议进行客户安全认证包括以下步骤：

B1.客户端给设备端发送一条单一的握手消息为ClientHello，包括该握手消息支持的算法列表和一个密钥产生过程用作输入的随机数；

B2.设备端给客户端发送一系列SSL握手消息，设备端发送的第一条消息为ServerHello，其中包括了它所选择的算法，接着再在Certificate消息中发送其证书，以及CertificateRequest；最后，设备端发送ServerHelloDone消息以表示这一握手阶段的完成。

B3.客户端对设备端的证书进行验证，并抽取设备端提供的公用密钥；然后，产生一个主密钥，并用设备端的公开密钥加密后传给设备端；接着发送CertificateVerity信息；最后发送Finished消息；

B4.设备端使用其私用密钥对共享密钥进行解密，获取主密钥，并返回给客户端Equipment ACK消息和Finished消息。

所述SOAPHeader数据格式的组成包括：会话识别码Session ID、服务设备识别码Equipment ID和客户识别码Client ID。

所述使用委托代理方式处理数据采集事件包括以下步骤：

C1.声明一个delegate对象，与设备端数据采集管理接口有相同的参数和返回值类型；

C2.创建delegate对象，并将设备端数据采集管理接口的函数名作为参数传入；

C3.在要实现异步调用的地方，通过步骤C2创建的对象来调用设备端数据采集管理接口函数。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明通过定义所需设备信息的数据类型，提高了设备数据采集能力，为APC、e-Diagnostic、Run-to-Run等上层应用客户提供更好更高质量的设备数据信息。

2.本发明使用安全套接层协议进行用户与设备的安全认证，同时创建SOAPHeader数据结构，保证数据通信的安全。

3.本发明使用服务代理类来调用设备服务接口，并用SOAP/HTTP协议方式来传输XML消息，可以跨越防火墙，连接因特网。

4.本发明定义委托代理来配合数据采集计划的状态转移，激活采集数据事件，可以灵活地回调实际设备提供的接口。

附图说明

图1是本发明的数据采集流程图；

图2是本发明的网络结构图；

图3是本发明的Web Services消息传输结构图；

图4是本发明的代理类工作过程图；

图5是本发明的基于安全套接层协议的客户安全认证流程图;

图6是本发明的自定义SOAPHeader数据格式定义图；

图7是本发明的数据采集计划的状态机图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明面向半导体制造设备的数据采集实现方法包括以下步骤：

1）图1为数据采集流程图。数据采集步骤为：在设备端和客户端建立Web服务，并使用代理类实现服务连接，实现对设备端提供接口服务的调用；调用设备认证接口，客户端与设备端通过使用安全套接层协议进行客户安全认证，相互交换信息，并创建SOAPHeader数据报文，用于保证设备端与客户端之间数据通信的安全；客户端根据自身对设备端关注的信息，定义并发送数据采集计划，用于客户端获取相应的数据信息；客户端调用设备端提供的数据采集管理接口，查询并控制数据采集计划的状态；客户端激活数据采集计划，使用委托代理的方式触发数据采集事件；设备端解析数据采集计划，根据请求的内容查询数据信息，并编写数据采集报告；设备端根据数据采集计划内设定的采集间隔时间指令定时地调用发送数据接口（客户端接口中的数据采集计划客户接口），将数据发送到对应的客户端。

2）如图2所示，为面向半导体制造设备的数据采集实现方法的网络结构图。工厂自动化应用通过Ethernet连接到半导体设备提供的网络服务，可以访问工厂设备的详细工艺参数、测量结果和其他生产数据，为上层应用客户提供更好更高质量的设备数据信息。

上层应用客户可以为Run-To-Run控制、错误发现监测和分类控制（FDC）、统计过程控制（SPC）等先进制造控制应用。

半导体设备可以是半导体生产中必须使用的等离子刻蚀设备、化学气相沉积设备、硅片清洗设备等。

实现数据采集时，在客户端(即上层应用客户)和设备端分别建立网络服务。使用数据采集计划（DCP:Data Collection Plan）定义用户关注的数据信息，并控制其状态转换来获取数据。

数据采集计划用于描述用户请求获取设备的信息。用户可以根据自身数据的需求，任意的制定DCP。DCP包括事件、异常和踪迹等三种请求计划。其中，事件请求用于获取每次状态转换触发的事件，异常请求用于获取设备运行中发生的各种不正常的情况，踪迹请求用于获取设备运行参数对象实时信息。此外，数据采集计划还包括采集控制指令，如采集间隔时间（IntervalMinutes）、采集数据的个数（Groupsize）、数据采集的开始状态（StartOn）和停止状态(StopOn)等。

3）如图3所示，为Web Services消息传输结构图。面向半导体制造设备的数据采集实现方法采用Web Services技术实现消息传输。在通信实现时，使用SOAP/HTTP协议方式来传输XML消息。

当客户端向对应的设备端发送指令或数据采集计划等请求消息时，需要通过设备端的代理类调用相应的设备对象，将SOAP格式化的XML消息发送给设备。

当设备在设备端向客户端发送通知或数据采集报告（本实施例中指设备的运行状态信息）时，通过调用客户端的代理类调用客户对象，发送数据消息。

在设备端和客户端使用IIS来发布接口服务，根据Interface A标准，设备端接口（也称设备端Interface A接口）包括Security AdministrationInterface（设备认证接口）、Equipment Metadata Manager Interface（设备初始数据管理接口）、Session Manager Interface（设备会话管理接口）、DataCollection ManagerInterface（数据采集管理接口）等。

其中，设备认证接口：用于客户与设备之间相互确认对方的身份信息。

设备初始数据管理接口：帮助客户获取设备初始数据信息，包括数据单元、类型定义、设备结构、设备节点描述等。

设备会话管理接口：用于客户对通信会话的管理，包括请求创建、查询、关闭会话等操作。

数据采集管理接口：用于客户获取设备动态信息，包含操作有定义DCP、获取所有数据采集计划的ID、获取DCP的定义、激活DCP、获取激活DCP的ID、冻结DCP和删除DCP等。

客户端接口（也称客户端Interface A接口）包括Metadata ClientInterface（初始数据客户接口）、Session Client Interface（会话客户接口）、Data Collection Plan Consumer Interface（数据采集计划客户接口）等。

其中，初始数据客户接口：用于设备给客户发送初始数据修改通知。

会话客户接口：设备对通信会话的管理，包括操作有查询会话状态、发送会话冻结通知和关闭回话等。

数据采集计划客户接口：用于设备给客户发送数据信息，包含操作有新数据发送、发送警告、通知状态恢复，以及DCP冻结和DCP休眠通知等。

4）如图4所示，为代理类工作过程图。在Web通信中使用了代理类，访问代理类就可以调用Web服务的功能方法。

客户端使用代理类调用时，代理类自动地将数据信息转换为SOAP格式的消息，然后分别使用HTTP、TCP/IP网络协议，将数据信息发送到设备端，最后设备端将数据报文层层解析，将解析后的数据传输给设备端web服务。

使用代理类调用相应Web服务就是对其本地方法的调用，实际上这一调用的对象可能是Internet上任何位置对应的Web服务。代理类使得系统自动处理送出及接收的SOAP消息，执行与Web服务之间的通信。

5）如图5所示，为基于安全套接层协议的客户安全认证流程图。为了保证通信的安全，客户端与设备端进行数据通信之前，设备端需要对客户端进行安全认证。使用基于安全套接层协议的客户安全认证步骤如下：

客户端给设备端发送一条单一的握手消息为ClientHello，其中包括其所支持的算法列表和一个密钥产生过程用作输入的随机数；

设备端给客户端发送一系列SSL握手消息，设备端发送的第一条消息为ServerHello，其中包括了它所选择的算法，接着再在Certificate消息中发送其证书，以及CertificateRequest。最后，设备端发送ServerHelloDone消息以表示这一握手阶段的完成。

客户端对设备端的证书进行验证，并抽取设备端提供的公用密钥。然后，产生一个主密钥，并用设备端的公开密钥加密后传给设备端；接着发送CertificateVerity信息；最后发送Finished消息。

设备端使用其私用密钥对共享密钥进行解密，获取主密钥，并返回给客户端Equipment ACK消息和Finished消息。

6）如图6所示，为自定义SOAPHeader数据格式定义图。自定义SOAPHeader数据格式的组成为：会话识别码Session ID、服务设备识别码Equipment ID、客户识别码Client ID。

7）面向半导体制造设备的数据采集实现方法采用后台的数据库SQL Server2000，设备端建立所需的数据库，包括静态数据库和动态数据库。静态数据库中主要存储设备的节点参数和结构参数。动态数据库中主要包括:设备工作状态参数，如实际工作中出现的事件、异常、踪迹和参数值等。

数据库的技术包括：

设备结构数据表：根据设备结构数据特点，定义一些基本数据的存储，如设备数据表、模块数据表、子系统数据表、输入输出设备数据表等。

设备实时数据表：根据客户对设备信息的需求，定义一些动态数据的存储，如设备事件表、设备异常表、设备参数表等。

建立设备实时信息数据库步骤为：根据客户可能关注的设备信息，将设备实时信息存储在设备端，供不同的应用随时获取数据。

8）为了获取客户请求的数据信息，使用委托代理（delegate）的方式来处理设备事件、异常和追踪，实现对设备接口的回调。

实现委托代理处理事件和异常的步骤如下：

声明一个delegate对象，与设备端接口（数据采集管理接口）函数具有相同的参数和返回值类型。

创建delegate对象，并将设备端接口（数据采集管理接口）的函数名作为参数传入。

在要实现异步调用的地方，通过上一步创建的对象来调用设备端接口（数据采集管理接口）函数。

9）如图7所示，数据采集计划状态机图，其中，Defined为初始创建。据采集计划定义4个基本的状态:冻结Inactive、激活Active、休眠Hibernating和删除Deleted。

冻结状态，设备停止解析，停止缓冲和发送数据；

激活状态，设备开始解析数据采集计划，按照指令缓冲并发送所要求的数据信息；

休眠状态是由于设备无法与用户传输数据，停止缓冲和发送数据；

删除状态，将对应的数据采集计划删除。

客户通过对数据采集计划的状态控制来触发事件，从而实现对设备数据的获取。

10）根据设备端提供数据通信接口和Interface A国际标准的规则，在设备端中建立COM组件，用于Web服务使用COM连接方式连接设备控制系统（在本实施例中指半导体设备，包括：等离子刻蚀设备、化学气相沉积设备、硅片清洗设备等），获取设备运行时各种数据信息。

Claims (5)

1.面向半导体制造设备的数据采集实现方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在客户端和半导体制造的设备端建立Web服务，并使用代理类实现客户端与设备端的连接；

2）客户端调用设备端的设备认证接口，客户端与设备端通过使用安全套接层协议进行客户安全认证，并创建SOAPHeader数据格式；

3）客户端根据自身关注的设备的运行状态信息，以SOAPHeader数据格式定义并发送数据采集计划；

4）客户端调用设备端提供的数据采集管理接口,根据数据采集计划状态机查询并控制数据采集计划；

5）客户端激活数据采集计划，使用委托代理方式处理数据采集事件；

6）设备端解析数据采集计划，查询内部数据库中的设备运行状态信息，编写数据采集报告；

7）设备端根据采集间隔时间指令定时地调用客户端的数据采集计划客户接口，将设备端的运行状态信息以SOAPHeader数据格式发送到对应的客户端。

2.根据权利要求1所述的面向半导体制造设备的数据采集实现方法，其特征在于：所述在客户端和设备端建立Web服务，并使用代理类实现客户端与设备端的连接包括：

A1.当客户端向对应的设备端发送指令请求消息时，通过调用设备端代理类来调用相应的设备端，并将SOAP格式化的XML消息发送给对应的设备端。

A2.当设备端向客户端发送通知或数据报告时，通过调用客户端的代理类来调用客户端，发送数据消息。

3.根据权利要求1所述的面向半导体制造设备的数据采集实现方法，其特征在于：所述使用安全套接层协议进行客户安全认证包括以下步骤：

B1.客户端给设备端发送一条单一的握手消息为ClientHello，包括该握手消息支持的算法列表和一个密钥产生过程用作输入的随机数；

B2.设备端给客户端发送一系列SSL握手消息，设备端发送的第一条消息为ServerHello，其中包括了它所选择的算法，接着再在Certificate消息中发送其证书，以及CertificateRequest；最后，设备端发送ServerHelloDone消息以表示这一握手阶段的完成。

B3.客户端对设备端的证书进行验证，并抽取设备端提供的公用密钥；然后，产生一个主密钥，并用设备端的公开密钥加密后传给设备端；接着发送CertificateVerity信息；最后发送Finished消息；

B4.设备端使用其私用密钥对共享密钥进行解密，获取主密钥，并返回给客户端Equipment ACK消息和Finished消息。

4.根据权利要求1所述的面向半导体制造设备的数据采集实现方法，其特征在于：所述SOAPHeader数据格式的组成包括：会话识别码Session ID、服务设备识别码Equipment ID和客户识别码Client ID。

5.根据权利要求1所述的面向半导体制造设备的数据采集实现方法，其特征在于：所述使用委托代理方式处理数据采集事件包括以下步骤：

C1.声明一个delegate对象，与设备端数据采集管理接口有相同的参数和返回值类型；

C2.创建delegate对象，并将设备端数据采集管理接口的函数名作为参数传入；

C3.在要实现异步调用的地方，通过步骤C2创建的对象来调用设备端数据采集管理接口函数。

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