CN1851587A - 半导体制造设备控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域。本发明提出一种半导体工艺设备控制系统，由工艺处理模块控制器(PMC)、以及相应的接口模块构成，还包括设备模块控制器(EMC)和设备工程数据库(EEDB)，其中，EMC作为统一控制器，与PMC、EEDB和接口模块相连，负责总调度与控制；EEDB与EMC和PMC连接，收集并存储来自于EMC以及PMC的信息并提供相应参数。本发明可以实现三大系统在设备端的整合，为工厂自动化系统提供更加整合及高效的设备控制，更大限度的实现半导体制造的弹性化，同时极大程度地简化半导体设备制造商的软硬件定制工作。

Description

半导体制造设备控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及半导体刻蚀设备中的控制系统及其方法。
背景技术
现代化大规模集成电路制造需要使用到数十种工艺设备进行几百道的工艺处理过程，集成电路制造工厂里的设备通常被分为沉积、光刻、刻蚀、扩散等几个区域，每个区域均由进行相同或相近工艺处理的半导体设备所组成。工厂物料传输/管理系统(MHS)进行不同的区域之间的物料传输，而整个硅片的生产工艺由工厂级别的制造执行系统(MES)负责协调，统一管理物料在不同区域的不同机台之间的协调，进而完成整个复杂的半导体工艺制程。随着集成电路制造特征尺寸的不断减小，所加工硅片表面积的不断扩大，半导体生产对于工厂自动化水平的要求也不断提高，体现在物料传输的自动化程度不断提高，机台之间的工艺转换时间不断缩短，以及机台工艺参数的先进控制。半导体设备与材料国际组织(SEMI)分别制定了自动化的材料传输(AMHS)，设备自动化，以及先进工艺控制工程(APC)三个领域的国际标准，作为全球半导体设备制造商与半导体器件制造商之间共同的标准。其中，设备自动化部分的标准更多地集中在半导体设备与工厂主机(Fab Host)之间的通信协议以及消息机制方面，即通常理解的SECS I以及SECS II协议簇；而在APC领域，则形成了一套单独的Interface A(界面A)标准协议簇。
目前无论对于200毫米还是300毫米半导体工艺设备来说，群集设备(Cluster Tool)仍然是采用的最普遍的一种硬件架构，即采用模块化的配置，将传输模块与工艺反应模块按照放射性的形状进行组合连接，由位于中心的传输模块负责在周边的工艺反映模块之间进行协调与物料的调度。其整机控制通常由模块控制器——传输模块控制器(TMC)，工艺处理模块控制器(PMC)以及整机控制器(CTC)组成，其中模块控制器(TMC、PMC)分别对相应的模块进行控制，而整机控制器(CTC)则负责协调传输模块与各个反应模块，并负责与工厂主机(Fab Host)以及MES系统进行通信。
图1是目前较通用的半导体工艺设备的控制系统，其中虚线框内为半导体设备控制系统的范畴。现有的系统主要由控制模块(CTC、TMC、PMC)以及接口模块组成，接口模块分别负责与工厂物料管理系统、制造执行系统、以及先进工艺控制工程系统的接口。物料的传输由传输模块控制器通过相应接口与工厂物料管理系统集成，完成物料在设备端的接收以及传输，执行整机控制器下发的在各工艺处理模块之间进行物料传输的动作；CTC负责接收来自工厂制造执行系统的工艺任务，并协调设备内传输模块与工艺反应模块的工作。同时，CTC负责收集整机以及各工艺反应模块的工程数据，并通过单独的通信接口与工厂工艺控制工程系统通信。
这样的设备控制系统曾经有效地提高了半导体工艺设备的产能，并实现了单元化的生产。虽然SEMI标准为设备供应商在满足日益增长的工厂自动化需求方面提供了可以遵循的方式，但毕竟半导体设备的上述控制系统很大部分是为了与业内早已形成的控制框架相整合，随着半导体生产对工厂自动化水平的不断提升，上述控制体系系统已经显示出了不足。具体表现在以下方面：
首先，从物料管理角度，物料的传输需要在工厂物料系统与设备传输模块之间进行协调，以最终传递到工艺反应模块。这个过程需要工厂系统与设备之间多次的信息交互以及验证过程，半导体处理工艺变得越来越复杂，物料传输越来越频繁的情况下，将会极大地影响生产的效率。
其次，从工厂的制造工艺管理角度，工厂制造执行系统只负责给每台设备下发工艺任务，而具体的任务识别与执行都由整机控制模块协调其所辖的传输以及工艺反应模块完成，工厂制造执行系统无法控制到每台设备的工艺反应模块，对于机台的状态，特别是工艺反应模块的状态信息也无法做到深入了解。因而无法在整个工厂内部对制造资源进行统一的协调。
最后，从工厂自动化的角度，按照这样的设备控制系统，工厂自动化系统的几大组成部分：物料管理系统，制造执行系统以及先进工艺控制系统无法进行整合。上述三大系统各自分立，虽然SEMI标准在三个领域分别制定了相应的接口标准，但这样分立的系统所形成的工厂内“信息化孤岛”必将阻碍半导体制造工厂的生产效率提升。另一方面，半导体设备制造商也必须为三大系统分别进行相应的软/硬件定制，增加了半导体设备的复杂性和维护难度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述现有技术的弊端，本发明提出了一套全新的半导体制造设备控制系统及其方法。解决将存在于半导体设备以及半导体制造工厂内的各个“信息化孤岛”改善成为协调一致的工厂自动化系统，同时简化半导体设备的整机控制模式，使得工厂主机可以协调的范围扩大到模块级别。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明的采用以下技术方案：
一种半导体工艺设备控制系统，由工艺处理模块控制器(PMC)、以及相应的接口模块构成，该系统还包括设备模块控制器(EMC)和设备工程数据库(EEDB)，其中，EMC作为统一控制器，与PMC、EEDB和接口模块相连，负责管理物料的进出以及在设备不同反应模块之间的调度传输，还执行工艺处理任务，并控制物料的传输，以及为物料管理和制造执行系统提供一致接口；EEDB与EMC和PMC连接，收集并存储来自于EMC以及PMC的信息，一方面为EMC提供半导体设备整机级别的运行参数控制，另一方面通过特定的接口模块与工厂先进工艺控制工程系统(APC)进行通信，接收来自APC的工艺过程控制命令以及参数。
上述的半导体工艺设备控制系统，其中所述EMC可以采用基于工控机的方式或基于可编程逻辑控制器实现。
上述的半导体工艺设备控制系统，一种优选的方案是所述EEDB由通用数据库软件实现。
(三)有益效果
应用本发明半导体制造设备控制系统及其方法，首先可以实现与工厂自动化系统更加高效的整合，减少由于不同系统之间协调而带来的效率浪费以及潜在存在的故障因素；其次，简化了半导体设备的整体控制环节，实现了工厂自动化系统对于工艺反应模块级别的控制，极大程度地满足了半导体制造弹性化的需求；再次，提供了满足先进工艺控制工程所需要的数据获取及应用机制，同时简化了半导体设备的复杂性，提升了其可维护性，避免了信息化孤岛的形成。
附图说明
图1是现有技术的半导体制造设备控制系统模块图；
图2是本发明的半导体制造设备控制系统模块图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明本发明刻蚀设备子系统通信方法及其装置具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。
一种半导体工艺设备控制系统，由设备模块控制器(EMC)、工艺处理模块控制器(PMC)、设备工程数据库(EEDB)、以及相应的接口模块构成。其中：
设备模块控制器(EMC)作为工厂的统一控制器，负责集中管理物料的进出以及在设备不同反应模块之间的调度传输，还执行来自工厂制造执行系统的工艺处理任务；同时，按照预先设定的最优化算法以及如时间、先后逻辑关系等参数值直接控制物料的传输；提供对工厂物料管理以及制造执行系统的一致接口。
设备工程数据库(EEDB)收集并存储来自于EMC以及各工艺反应模块控制器的信息，形成必要的分析结果，一方面提供给EMC进行半导体设备整机级别的运行参数控制，另一方面通过特定的接口模块与工厂先进工艺控制工程系统进行通信，接收来自先进工艺控制工程系统(APC)的工艺过程控制命令以及参数。
本发明的具体实现方式，将根据具体的应用场合不同而有所不同。目前在设备控制领域比较常用的两种方式，即基于工控机(IPC)的方式以及基于可编程逻辑控制器(Programmable Logical ontroller，PLC)的方式均可以实现本发明所公开的半导体设备控制架构。在本实施例中以基于工控机的控制方式为例具体讲述本发明的实现方式。
EMC采用基于工控机架构的高级语言程序来实现，高级语言程序用于实现设备整机级别的高级控制逻辑，以及与工厂自动化系统的接口逻辑。
与传统方式的分别采用CTC(整机模块控制器)以及TMC(传输模块控制器)两台工控机的方式不同，本发明仅采用一台高性能工控机作为设备控制模块(EMC)，并根据传输平台的控制要求，配有包含多路数字信号输入/输出(DIO)通道以及多路串行口(RS232，RS485)的多种不同CPCI架构的板卡组成，用于对传输平台的、以及对于工厂物料传输系统的控制。EMC工控机配备有两块以太网口的板卡，一块板卡通过以太网线连接到内部的集线器，实现与工艺反应控制模块、以及EEDB的通信；另一块通过以太网线连接到工厂主机系统。其中，与工厂物料传输系统的硬件接口负责完成物料的接收，必备的互锁信号并将物料的信息传输给设备控制模块控制器，这一部分的软件控制完全由EMC内部软件实现；与工厂主机的通信完全遵照SEMI标准的要求。
软件方面，EMC软件集成实现了传统方案中CTC以及TMC的控制功能，通过直接对传输模块的控制实现在多个工艺处理模块之间的协调，而避免了多个模块之间进行协调而带来的效率浪费，也有利于避免资源的冲突。由于控制设备主机从购入到使用，都必须针对各自生产车间的实际情况自行开发控制软件。因此，控制软件的开发属于本领域技术人员所公知的技术，在此不作赘述。
EEDB可以采用时下流行的数据库实现，设备供应商可以根据工厂自动化系统的需要，为其编制特定的接口程序，这部分工作也可以由数据库产品供应商提供。
在本实施例中，EEDB采用配备了双CPU，2GB内存以及3块120G硬盘的高性能PC实现。EEDB内同样安装两块以太网通信板卡，一块板卡用于连接到设备内部集线器(Hub)，用于进行设备内部各PMC工艺处理数据的收集；另一块则用于按照SEMI所规定的Interface A标准与APC进行通信。EEDB内安装有SQL Server7.0数据库系统，用于将来自于工艺反应模块的数据转化到遵从SEMI所规定的Interface A标准的格式化数据并完成数据存储，并可以根据工厂先进工艺控制主机的要求以数据报的形式传送数据，以实现对设备工艺参数的实时监测。这些数据库开发也属于工厂车间内控制人员所熟知的，在此不作赘述。除了数据库系统软件之外，EEDB中还实现了对于在线工艺控制所需要的数据处理程序，如在线光学线宽检测(Optical CriticalDimension，OCD)。
本发明中的系统控制方式，将设备与工厂主机系统、工厂物料传输系统、先进工艺控制系统的接口作了优化处理，其中，来自工厂主机的通信及控制统一由集成于EMC软件的接口完成，而将负责大量数据传输的先进工艺控制接口独立出来，由EEDB专门负责处理，无疑提高了数据的处理效率。
应用本发明的方案，可以极大程度地实现三大系统在设备端的整合，为工厂自动化系统提供更加整合及高效的设备控制，更大限度的实现半导体制造的弹性化，同时极大程度地简化半导体设备制造商的软硬件定制工作。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1、一种半导体工艺设备控制系统，由工艺处理模块控制器(PMC)、以及相应的接口模块构成，其特征在于还包括设备模块控制器(EMC)和设备工程数据库(EEDB)，其中，
EMC作为统一控制器，与PMC、EEDB和接口模块相连，负责管理物料的进出以及在设备不同反应模块之间的调度传输，还执行工艺处理任务，并控制物料的传输，以及为物料管理和制造执行系统提供一致接口；
EEDB与EMC和PMC连接，收集并存储来自于EMC以及PMC的信息，一方面为EMC提供半导体设备整机级别的运行参数控制，另一方面通过特定的接口模块与工厂先进工艺控制工程系统(APC)进行通信，接收来自APC的工艺过程控制命令以及参数。
2、如权利要求1所述的半导体工艺设备控制系统，其特征在于所述EMC可以采用基于工控机的方式或基于可编程逻辑控制器实现。
3、如权利要求1所述的半导体工艺设备控制系统，其特征在于所述EEDB由通用数据库软件实现。
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