Способ управления линией фотолитографии и устройство его осуществления

Способ управления линией фотолитографии и устройство его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к системам автоматического цифрового управления объектами и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов в микроэлектронной промышленности.

Известна линия фотолитографии ЛАДА - 150 (Литвинов В.М. и др. Автоматизация процессов фотолитографии в производстве СБИС. // Электронная промышленность. - 1989. - № 7. - С.13-16), имеющая модульную структуру, включающая: модуль загрузки пластин, модуль струйной очистки, модуль обработки парами ГМДС, модуль термостабилизации, модуль формирования фоторезистивной пленки, модуль термообработки, модуль выгрузки.

Недостатком данной линии является то, что она не позволяет осуществлять быструю переналадку, то есть реализовывать необходимую последовательность расположения модулей на этапе эксплуатации, так как коммуникации каждого модуля жестко с ним связаны. Кроме того, элементы системы управления линией (датчики и исполнительные механизмы) имеют свои собственные коммуникации для связи с ЭВМ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является переналаживаемая под конкретный технологический маршрут линия фотолитографии, включающая для каждого из следующих модулей: модуля загрузки пластин, модуля струйной очистки, модуля обработки парами ГМДС, модуля термостабилизации, модуля формирования фоторезистивной пленки, модуля термообработки, модуля выгрузки, соединенных с управляющей ЭВМ посредством кабельной системы, блок управления, связанный с ЭВМ по заранее заданной технологической программе, параметры которой задаются ЭВМ, а также блок идентификации, определяющий номер посадочного места, в который установлен модуль, передаваемый в ЭВМ, которая определяет порядок следования модулей в линии; при этом каждый модуль связан посредством коммуникационного блока с кабельной системой, которая конструктивно соединена с механизмом транспортирования пластин (Патент № 2201012, МПК⁷ Н01L 21/02).

Недостатками данной линии являются относительно невысокая ее надежность и неэффективное использование системой управления возможностей сети передачи данных, а также невозможность передачи данных о состоянии процесса на верхний уровень без предварительной обработки информации. Кроме того, на производстве полупроводниковых приборов отсутствует возможность связать несколько систем управления в единую сеть.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы системы управления линией фотолитографии и повышение экономического эффекта за счет более рационального использования сети передачи данных; причем под эффективностью понимается возможность передачи большего количества информации по тем же каналам связи и за то же время.

Техническая задача достигается тем, что в линии фотолитографии, включающей: модуль загрузки пластин, модуль струйной очистки, модуль обработки парами ГМДС, модуль термостабилизации, модуль формирования фоторезистивной пленки, модуль термообработки, модуль выгрузки, которые соединены с управляющей ЭВМ посредством кабельной системы, при этом каждый модуль линии имеет блок управления, блок идентификации и коммуникационный блок, осуществляют формирование линии по модульному принципу и обмен информацией, представленной в цифровой форме, между технологическим объектом и ЭВМ по единой для всех модулей кабельной системе через блок управления и коммуникационный блок, при этом каждый модуль линии устанавливают на несущей раме в положение, определяемое из технологического маршрута, производят подключение всех блоков каждого модуля к кабельной системе, проводят запуск отладочного режима работы, при котором осуществляют пакетный обмен информацией по сети с использованием принципа состязательности, по результатам которого определяют характеристики технологических объектов каждого модуля, загрузку сети и параметр обмена λ_тек:

λ_тек=(λ_min+λ_max)/2,

где

k - коэффициент передачи объекта;

Т - постоянная времени объекта, с;

ν - размер пакета передаваемой информации, байт;

t - время опроса устройства, с;

A, B, C, D - коэффициенты, зависящие от характеристик сети и определяемые экспериментально;

и расчет оптимальной частоты опроса устройств:

где υ - частота обмена информацией, с^-1;

Е - коэффициент (1,1-1,2);

затем при реализации управления информацию о состоянии технологического объекта каждого модуля предварительно обрабатывают, формируя пакеты данных, и отправляют на обработку УЭВМ по сети; для получения регулирующих воздействий осуществляют прием пакетов и распаковку информации; в случае, если во время процесса управления время отклика сигнала, отправляемого с модуля на УЭВМ, превосходит ранее найденное более чем на 15%, производят перерасчет частоты обмена информацией каждого устройства с ЭВМ по вышеприведенной формуле для оптимальной частоты опроса устройств;

в устройстве для управления линией фотолитографии, включающей модуль загрузки пластин, модуль струйной очистки, модуль обработки парами ГМДС, модуль термостабилизации, модуль формирования фоторезистивной пленки, модуль термообработки, модуль выгрузки, соединенные с управляющей ЭВМ посредством кабельной системы, при этом каждый модуль линии имеет блок управления, связанный с ЭВМ по заранее заданной технологической программе, параметры которой задаются ЭВМ, блок идентификации, определяющий номер посадочного места, в который установлен модуль линии, передаваемый в ЭВМ, которая определяет порядок следования модулей в линии, коммуникационный блок для связи модулей с кабельной системой, новым является то, что каждый модуль линии имеет последовательно соединенные блок обработки информации и блок приема и отправки пакетов, расположенные между коммуникационным блоком и блоком управления; блок определения загрузки сети, блок расчета параметров устройств и блок расчета частоты опроса, соединенные последовательно между блоком управления и кабельной системой.

Технический результат заключается в улучшении работы системы за счет более эффективного использования ресурсов сети передачи данных между датчиком, устройством управления и исполнительным механизмом путем обмена пакетами по принципу состязательности; экпрессности получения параметров состояния технологического процесса производства полупроводниковых приборов за счет соединения нескольких линий в одну сеть по единой кабельной системе. Принцип состязательности заключается в полном равноправии всех устройств, участвующих в обмене, при отправке или получении пакетов данных.

На чертеже представлена структурная схема линии фотолитографии. Линия фотолитографии состоит из семи технологических модулей, соединенных кабельной системой 1 с управляющей ЭВМ (УЭВМ) 2, и механизма транспортирования 3. Кабельная система выполнена в виде сети и может быть реализована на витой паре, экранированной витой паре, коаксиальном либо оптоволоконном кабеле, причем использование последнего представляется наиболее предпочтительным.

Каждый из модулей содержит:

- блок идентификации 4;

- коммуникационный блок 5;

- блок приема и отправки пакетов 6;

- блок обработки информации 7;

- блок управления 8;

- технологический объект 9;

- блок определения загрузки сети 10;

- блок расчета параметров устройств 11;

- блок расчета частоты опроса 12.

Блок идентификации 4, блок приема и отправки пакетов 6, блок обработки информации 7 и блок управления 8 соединены с коммуникационным блоком 5 внутренней шиной. Кроме того, блоки системы управления линией конструктивно выполнены вместе с технологическим объектом 9, который в каждом модуле выполняет различные функции (очистка, термообработка, термостабилизация и т.д.).

Блок приема и отправки пакетов 6 реализует передачу информации от датчика, расположенного на технологического объекте 9, к УЭВМ 2 и прием пакетов, содержащих сигналы управления для исполнительного механизма. Блок обработки информации 7 осуществляет перевод информации из цифрового вида в пакеты для отправки по сети и обратное преобразование из пакетов в цифровой сигнал для передачи его на исполнительный механизм. В блоке определения загрузки сети 10 производится определение характеристик работы сети передачи данных и расчет зависимости параметра обмена по сети на этапе отладки линии и в процессе работы системы управления. Блок расчета параметров устройств 11 выполняет расчет минимального, критического с точки зрения устойчивости, значения параметра обмена λ_min по параметрам устройств, участвующих в обмене. Блок расчета частоты опроса 12 производит расчет параметра обмена из области (λ_min; λ_max) и оптимальной частоты опроса устройств.

Система управления линии фотолитографии работает следующим образом. При сборке линии или ее переналадке предусмотрена следующая последовательность действий. Каждый модуль устанавливается на несущей раме в положение, определяемое из технологического маршрута. Производится подключение коммуникационного блока 5 каждого модуля к кабельной системе 1. При этом происходит определение характеристик технологических объектов как объектов управления в линии путем снятия кривых разгона и расчета коэффициентов соответствующих передаточных функций. В первом приближении передаточную функцию практически любого технологического объекта можно представить в виде апериодического звена первого порядка. Далее в блоке расчета параметров устройств 11 производится расчет минимального критического с точки зрения устойчивости объектов управления параметра обмена λ_min. Идентификация модуля может производиться, например, следующим образом. На посадочном месте имеется разъем, контакты которого соединены определенным образом, определяющим номер места. После подключения к нему разъема от блока идентификации 4 происходит, например с помощью дешифратора, определение номера места, в которое установлен модуль. При запросе номер места передается в УЭВМ 2. Затем происходит запуск отладочного (тестового) режима работы системы управления, при котором все модули линии обмениваются с УЭВМ 2 пакетами информации различной длины и с разным временем опроса. В ходе этого режима с использованием блока определения загрузки сети 10 происходит определение коэффициентов A, B, C, D зависимости параметра обмена λ_max от размера пакета и времени опроса устройств. Затем в блоке расчета частоты опроса 12 происходит расчет начального значения параметра обмена λ по формуле:

λ_тек=(λ_min+λ_max)/2

и определение оптимальной частоты опроса устройств υ. Далее с помощью программы, записанной в УЭВМ 2, происходит определение порядка следования модулей в линии и она готова к работе.

Поддержание технологических режимов, а также управление загрузкой и выгрузкой кремниевых пластин на линии фотолитографии осуществляется по следующей методике. Кассета с кремниевыми пластинами помещается в модуль загрузки. При этом от УЭВМ 2 выдается воздействие в виде пакета с задаваемой программно оптимальной частотой υ, которое поступает по кабельной системе 1 через коммуникационный блок 5 на блок приема и отправки пакетов 6; далее в блоке обработки информации 7 происходит преобразование ее из пакета в цифровой вид. Преобразованный сигнал через блок управления 8 поступает на механизм транспортирования 3, при этом происходит перемещение пластины на следующий модуль. После завершения операции переноса пластины блок управления 8 каждого модуля получает от управляющей ЭВМ 2 сигнал запуска, который предварительно был принят через коммуникационный блок 5 блоком приема и отправки пакетов 6, преобразован в цифровой вид в блоке обработки информации 7 и отрабатывает соответствующую операцию по заранее заданной технологической программе. Параметры технологической программы также задаются с помощью УЭВМ 2. Затем, после окончания технологической операции на соответствующем модуле, блок определения загрузки сети 10 каждого модуля определяет время отклика сигнала, отправляемого с модуля на УЭВМ 2. Если это значение превосходит ранее найденное более чем на 15%, то производится перерасчет частоты обмена информацией каждого устройства с УЭВМ 2. Так как обмен данными по сети подчиняется экспоненциальному закону распределения, то параметр распределения обратно пропорционален математическому ожиданию. Следовательно, рассчитывая среднее значение половины времени отклика, мы получим параметр обмена λ_max1. Затем в блоке расчета частоты опроса 12 происходит расчет текущего параметра обмена λ по формуле:

λ_тек=(λ_min+λ_max1)/2

и определение оптимальной частоты опроса устройств υ.

Далее с помощью механизма транспортирования пластин 3 происходит перенос пластин на одну позицию вперед, а на модуле выгрузки происходит операция установки пластины в кассету. Данные о состоянии процесса передаются от технологических модулей на УЭВМ 2 следующим образом: информация с технологического объекта 9 поступает через блок управления 8 на блок обработки информации 7, где осуществляется преобразование сигнала из цифрового вида в пакет, который затем при помощи блока приема и отправки пакетов 6 отправляется через коммуникационный блок 5 по сети на УЭВМ 2 по принципу состязательности.

Для обеспечения устойчивости системы автоматического регулирования предусмотрено устройство, обеспечивающее расчет минимального с точки зрения устойчивости параметра обмена λ_min исходя из параметров опрашиваемых устройств. Для апериодического звена первого порядка зависимость от параметров объекта k и Т имеет следующий вид:

где

k - коэффициент передачи объекта;

Т - постоянная времени объекта, с.

Предлагается производить расчет оптимальной частоты опроса по следующей зависимости:

где υ - частота обмена информацией между устройствами, с^-1;

ν - величина размера пакета, байт;

A, B, C, D - коэффициенты, зависящие от характеристик загрузки сети, определяемые экспериментально путем аппроксимации зависимости между параметром λ и значениями величины размера пакета и времени опроса устройств методом наименьших квадратов (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - 13-е изд.. исправленное. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. Лит., 1986. - 544 с - С.499);

Е - коэффициент (1,1-1,2).

Так как на производстве полупроводниковых приборов расположены несколько линий и каждая из них имеет свою систему управления, то возникает вопрос о возможности их объединения. При предлагаемом принципе обмена информацией между модулями и управляющей ЭВМ появляется вариант соединить все системы управления в единую сеть. Кроме того, можно осуществлять переналадку линии фотолитографии, то есть изменять расстановку модулей обработки кремниевых пластин.

Преимуществами данного способа управления линией фотолитографии является более высокая эффективность системы управления за счет пакетного обмена информацией между модулями и управляющей ЭВМ по принципу состязательности.

1. Способ управления линией фотолитографии, характеризующийся тем, что он предусматривает формирование линии по модульному принципу и обмен информацией, представленной в цифровой форме, между технологическим объектом и ЭВМ по единой для всех модулей кабельной системе через блок управления и коммуникационный блок, при этом каждый модуль линии устанавливают на несущей раме в положение, определяемое из технологического маршрута, производят подключение всех блоков каждого модуля к кабельной системе, проводят запуск отладочного режима работы, при котором осуществляют пакетный обмен информацией по сети с использованием принципа состязательности, по результатам которого определяют характеристики технологических объектов каждого модуля, загрузку сети и параметр обмена λ_тек:

где

где k - коэффициент передачи объекта;

Т - постоянная времени объекта, с;

ν - размер пакета передаваемой информации, байт;

t - время опроса устройства, с;

А, В, С, D - коэффициенты, зависящие от характеристик сети и определяемые экспериментально;

и расчет оптимальной частоты опроса устройств:

где υ - частота обмена информацией, с^-1;

Е - коэффициент (1,1-1,2);

затем при реализации управления информацию о состоянии технологического объекта каждого модуля предварительно обрабатывают, формируя пакеты данных, и отправляют на обработку УЭВМ по сети; для получения регулирующих воздействий осуществляют прием пакетов и распаковку информации; в случае, если во время процесса управления время отклика сигнала, отправляемого с модуля на УЭВМ, превосходит ранее найденное более чем на 15%, производят перерасчет частоты обмена информацией каждого устройства с ЭВМ по вышеприведенной формуле для оптимальной частоты опроса устройств.

2. Устройство для управления линией фотолитографии, включающей модуль загрузки пластин, модуль струйной очистки, модуль обработки парами ГМДС, модуль термостабилизации, модуль формирования фоторезистивной пленки, модуль термообработки, модуль выгрузки, соединенные с управляющей ЭВМ посредством кабельной системы, при этом каждый модуль линии имеет блок управления, связанный с ЭВМ по заранее заданной технологической программе, параметры которой задаются ЭВМ, блок идентификации, определяющий номер посадочного места, в который установлен модуль линии, передаваемый в ЭВМ, которая определяет порядок следования модулей в линии, коммуникационный блок для связи модулей с кабельной системой, отличающееся тем, что каждый модуль линии имеет последовательно соединенные блок обработки информации и блок приема и отправки пакетов, расположенные между коммуникационным блоком и блоком управления, блок определения загрузки сети, блок расчета параметров устройств и блок расчета частоты опроса, соединенные последовательно между блоком управления и кабельной системой.