УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ

УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ
Полезная модель относится к устройствам для управления технологическими процессами и может быть использована, в частности, в роботизированных комплексах субмикронной литографии модульнокластерного типа, например, при изготовлении сверхбольших интегральных схем (в производстве СБИС СОЗУ уровня 1-16 Мбит и БМК 250 тыс. вентилей).
Широко известны различные устройства для управления технологическими процессами 1, содержащие блок датчиков, схему управления, блок управления исполнительными механизмами. Блок датчиков преобразует информацию, поступающую с объекта в параллельный двоичный код, который подают на вход схемы управления, на выходе которой появляется определенная комбинация управляющих сигналов. Эти сигналы поступают на вход исполнительных механизмов, которые управляют объектами. Устройства, построенные на комбинации специфичных схем, не универсальны и обладают низкой надежностью и низкой точностью.
Другие устройства для управления технологическими линиями 2-3 имеют ограниченные функциональные возможности. Они предназначены, например, для гальванической обработки деталей лишь по определенной программе и не могут быть использованы в гибко перестраиваемых роботизированных технологических линиях.
Известно также устройство для управления технологическим процессом удаления и нанесения прозрачных полупроводниковых покрытий 4, предназначенное для использования в составе установок для производства микросхем и нанесения покрытий. Однако оно позволяет определять лишь момент окончания технологического процесса, определять и регулировать скорость обработки структур и не может быть использовано для управления технологическим процессом фотолитографии.
Система для программного управления технологическим оборудованием 5, состоящая из микропроцессора, тактового генератора, системного контроллера, дешифратора адреса памяти, оперативной памяти, устройств ввода-вывода, шинных формирователей управления, также не позволяет использовать ее в роботизированных комплексах для фотолитографической обработки полупроводниковых пластин.
Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для программного 5т равления линией фотолитографии «Лада150 6, содержащее управляющую ЭВМ 1 (фиг.1), в качестве которой
используется ЮМ PC, и служащую для задания и контроля выполнения технологических программ обработки; блок дискретного ввода/вывода 2, выполнеьшый на стандартной плате ADVANTECH PCL-722 и служащий для сбора информации с датчиков контроля положения исполнительных механизмов и распределения управляющих напряжений на соответствующие клапаны, своими входами и выходами подключенный к адресно-информационным входам/выходам ЭВМ 1; устройство управления технологическим процессом 3, включающее блок электронный дискретный 4 для обработки информации с датчиков контроля положения исполнительных механизмов, блок электронный дискретный 5 для выработки управляющих сигналов, поступающих на клапаны, и блок аналоговый 6. Блок электронный дискретный 4 выполнен на платах 7-9 ADVANTECH PCLD-782B, а блок электронный дискретный 5 на платах 10-11 ADVANTECH PCLD-785B, входы/выходы которых подключены к информационно-управляющим входам/выходам блока дискретного ввода/вывода 2. Блок электронный аналоговый 6 состоит из блока управления модулем термообработки 12 и блока управления скоростью центрифуги 13.
Управляющий сигнал с адресно-информационных выходов ЭВМ подают на информационные входы блока дискретного ввода/вывода 2, с выхода которого поступает сигнал управления на входы плат дискретного ввода 7-9, на другие входы которых поступают сигналы с датчиков
контроля положения исполнительных механизмов, по соответствующим сигналам которых подаются управляющие сигналы с выходов плат 10-11 на входы клапанов. Включение клапанов приводит в действие соответствующие исполнительные мехаьшзмы. Через последовательный интерфейс связи RS-232 на информационные входы блока 12 поступают сигналы задания требуемых параметров температурных режимов и с информационных выходов блока принимаются сигналы об их фактических значениях. А через параллельный интерфейс связи Centronics с управляющей ЭВМ 1 поступают задающие сигналы требуемых скоростных характеристик на информационные входы блока 13, с информационных выходов которого на ЭВМ поступают сигналы о фактических значениях скоростных характеристик.
При этом программа управления привязана жестко к технологическому маршруту; каждая обрабатьтаемая пластина, выйдя из загрузочной кассеты, проходит через технологические модули, которые выстроены в последовательности типовых технологических процессов, а транспортный механизм переносит пластины с позиции на позицию.
Недостатки известного устройства заключается в швких функциональных возможностях устройства, обусловленных ограниченной разрядностью блока дискретного ввода/вывода, и невозможности реализовать различные технологические марщруты из-за жесткой привязки
транспортного механюма к последовательности операций определенного технологического процесса. Это не обеспечивает гибкость процесса.
Кроме того, из-за ограничения разрядности блока дискретного ввода/вывода не обеспечивается возможность увеличения числа технологических модулей, что не позволяет увеличить производительность процесса.
Поскольку транспортный механизм переносит пластины с позиции на позицию технологических модулей, выстроенных в линию в последовательности типовых технологических процессов, то это приводит к увеличению производственных площадей «чистых комнат.
Целью предложенной полезной модели является повышение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения произвольного маршрута перемещения обрабатываемых пластин в процессе выполнения технологических программ, повышения надежности и быстродействия устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления технологическим процессом фотолитографии, содержащее управляющую ЭВМ, блок управления технологическим процессом, датчики контроля положения исполнительных механизмов технологических модулей, клапаны исполнительных механизмов технологических модулей, блок управления технологическим процессом, содержит п блоков управления основными технологическими модулями и m блоков управления
вспомогательными технологическими модулями, где п и m - число основных и вспомогательных технологических модулей, и блок управления транспортным механизмом, при этом каждый блок управления основным технологическим модулем выполнен на двух микроконтроллерах, соединенных между собой через интерфейс связи, при этом каждый из дискретных входов первого микроконтроллера соответственно соединен с выходом соответствующего датчика контроля положения исполнительного механизма технологического модуля, дискретные же выходы соединены со входами соответствующих клапанов исполнительных механизмов, а управляющие выходы второго микроконтроллера соединены со входами исполнительного элемента соответствующего технологического модуля, каждый блок управления вспомогательным технологическим модулем выполнен на одном микроконтроллере, аналогичном упомянутому первому, подключенном каждым своим дискретным входом к выходу соответствующего датчика контроля положения исполнительного механизма вспомогательного технологического модуля и дискретными выходами соединенном со входами соответствующих клапанов исполнительных механизмов, кроме того, каждый первый микроконтроллер блоков управления технологическими модулями соединен через другой интерфейс связи с управляющей ЭВМ, подключенной через третий интерфейс связи к блоку управления транспортным механизмом.
Наличие n, m блоков управления технологическими модулями соответственно по их числу и соединенных через интерфейс связи с управляющей ЭВМ обеспечивает распределенное многоуровневое управление технологическим процессом, позволяет модулям выполнять свою технологическую программу без привязки к транспортному механизму, что повышает быстродействие и надежность устройства. Использование робота обуславливает введение блока управления транспортным механизмом, подключенного через интерфейс связи к управляющей ЭВМ, обеспечивает произвольный марщрут перемещения транспортного механизма, выполнение параллельных программ, что делает технологический процесс гибким и позволяет роботизировать технологический процесс и использовать его в комплексах модульнокластерного типа. Кроме того, распределенное многоуровневое управление модулями позволило упростить отладку и настройку оборудования.
Таким образом, предложенная совокупность признаков полезной модели является новой и обеспечивает достижение нового технического результата.
Следовате;п но, она соответствует условиям патентоспособности полезной модели: «новизна и «промышленная применимость.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - блок-схема устройства для программного управления линией фотолитографии «Лада-150 ;
на фиг.2 - блок-схема предложенного устройства для программного управления технологическим процессом фотолитографии;
на фиг. 3 -блок-схема устройства для управления технологическим модулем;
на фиг. 4 - алгоритм управления транспортным механизмом;
на фиг.5 - пример оптимального расположения технологических модулей в роботизированном модульно-кластерном комплексе фотолитографии.
Предложенное устройство для управления технологическим процессом фотолитографии (фиг.2) состоит из управляющей ЭВМ 1, выполненной на базе ШМ PC - совместимого компьютера, блока управления технологическим процессом 2.
Блок управления технологическим процессом 2 состоит из п блоков управления основными технологическими модулями 3-7 и m блоков управления вспомогательными технологическим модулями 8-10, где пит - число технологических модулей, и блока управления транспортным механизмом 11, соединенного своим входом/выходом посредством сетевого интерфейса Ethernet с управляющей ЭВМ 1. Управляющая ЭВМ 1 предназначена для управлексия технологическими процессами и объединения всех блоков управления в единую систему.
Каждый блок управления основным технологическим модулем 3-7 выполнен на двух микроконтроллерах 12, 13 SIEMENS 87- CPV-224
,(фиг.За). При этом дискретные входы первого микроконтроллера 12 каждого блока )шравления 3-10 соединены с выходами датчиков контроля ноложения исполнительных механизмов, а выходы - со входами клапанов. Первый микроконтроллер 12 соединен через последовательный интерфейс связи RS-485 со вторым микроконтроллером 13, управляющие выходы которого соединены со входами исполнительного элемента (на фиг. не показано) соответствующего технологического модуля 14-18 (фиг.5) (например, нагреватель модуля термообработки, исполнительный двигатель модуля центрифугирования).
А каждый блок управления вспомогательными технологическими модулями 8-10 выполнен на одном микроконтроллере 12 аналогично первому (фиг. 36), так как он управляет вспомогательными технологическими модулями 19, 20, не имеюпщми спеплальных исполнительных элементов, например модулем загрузки/выгрузки, блоком подготовки технологических сред и др. При этом первый микроко1проллер 12 каждого блока управления 3-10 технологическими модулями соединен с управляющей ЭВМ 1 через CAN-интерфейс.
Предложенноеустройствопозволяетуправ.11ять
фотолитографическим процессом в модульно-кластерном комплексе (фиг.5), который содержит основные технологические модули 14-18 и вспомогательные 19-20, расположенные вокруг транспортного механизма 2, в качестве которого использован робот-перегрузчик STAUBLI RX60LCR
M 3/dJ335l 9
со сферической системой координат, осзтцествляющий транспортировку пластин, управляемый контроллером STAUBLI CS7B 11 (фиг.2, 5).
Модули нанесения 14 предназначены для формирования фоторезистивных пленок в статическом или динамическом режимах путем центрифугирования. Модуль термообработки 15 осуществляет сушку нанесенных фоторезистивных пленок на «горячей плите. Модули проявления 16, 17 предназначены для формирования на поверхности пластины фоторезистивных масок в проявителе. А модуль термообработки 18 осуществляет финишную сзшжу фоторезистивных масок на «горячей плите.
Вспомогательные модули 19, 20 включают модуль загрузкивыгрузки 19, в состав которого входит и буфер-накопитель, предназначенный для ожидания пластинами освобождения требуемых по ходу технологического процесса модулей.
Модуль подготовки технологических сред 20 предназначен для подготовки технологических сред.
Работа устройства осуществляется следующим образом. По программе с управляющей ЭВМ 1 задают требуемый технологический маршрут прохождения пластин (на фиг. не показаны) через модули 14-20, а также программы работы каждого модуля. Для чего управляющие сигналы с входов/выходов ЭВМ 1 поступают на входы/выходы первого микроконтроллера 12 каждого блока управления 3-10 технологическими
10
модулями, при получении пластины модулем срабатывает датчик наличия пластины и модуль начинает выполнять заданную программу, в соответствии с которой управляющие сигналы с дискретных выходов микроконтроллера 12 подаются на входы соответствующих клапанов. Включение (выключение) клапана приводит в действие требуемый исполнительный механизм. Положение исполнительных элементов контролируют датчиками контроля положения, с выходов которых подается сигнал на дискретные входы первого микроконтроллера 12 соответствующего блока управленры 3-10 технологическим модулем. В случае отсутствия сигнала с какого-либо датчика или несрабатывания его по причине неисправности датчика или какого-либо сбоя (мехашгческого или электрического) с соответствующего блока управления 3-10 подается сигнал аварии на управляющую ЭВМ 1, по которому происходит останов технологического процесса до устранения причин аварии. При необходимости включения в технологический процесс исполнительного элемента соответствующего модуля 14-20 задают необходимые параметры с информащюнных выходов микроконтроллера 12 на информационные входы микроконтроллера 13 через интерфейс связи RS-485. Микроконтроллер 13 по этим сигналам выдает на свои выходы, к которым подключены входы исполнительного элемента соответствующего модуля 14-18 (электродвигатель, нагреватель) управляющее напряжеьше U, необходимое для отработки заданных параметров, в виде, воспринимаемом
Jfe/.s
исполнительным элементом. На управляющие входы микроконтроллера 13 с исполнительного элемента подаются сигналы о фактических значениях технологических параметров, в зависимости от которых микроконтроллер 13 корректирует управляющее напряжение Uy. Перенос пластин с модуля на модуль 14-20 осуществляется транспортным механизмом 21.
Сигналом для блока управления 11 транспортным механизмом 21 (фиг. 2, 5) о необходимости переноса обработанной пластины служит сигнал, подаваемый с информационного выхода соответствующего блока управления 3-10 модулем 14-18 на управляющую ЭВМ 1. ЭВМ 1 выдает сигнал на блок управления И транспортным механизмом 21. Осуществляется технологический процесс по заданной программе обработки.
Алгоритм работы транспортного механизма представлен на фиг.4. В начале цикла (1) берется первая пластина из загрузочной кассеты (2) и в соответствии с заданным технологическим марщрутом обработки переносится на следующую позицию (3). После этого проверяется условие (4): есть ли пластины в загрузочной кассете, не прощедшие обработку. Если таких пластин нет, то проверяется условие (5) наличия пластин в комплексе на любом из технологических модулей. В случае выполнения условия (4) робот берет следующую пластину с модуля загрузки (6) и в случае свободного технологического модуля по ходу технологического марщрута (7) переносит ее туда. В случае невыполнения условия (5)
2
происходит останов (8) и транспортный механизм (робот) возвращается в исходное положение. При выполнении условия (5) транспортный механизм дожидается ближайшую к схвату робота пластину и берет ее (9). Если требуемый модуль занят обработкой другой пластины, то пластина переносится на позицию буфера-накопителя (10), а если свободен - то переносится на технологический модуль (И). После этого анализируется ситуация наличия пластин, прошедших процесс обработки на любом из технологических модулей (12). Если пластина одна (13), то она переносится или на технологический модуль (если свободен) или на буфер-накопитель (если требуемый технологический модуль занят). В случае нескольких обработанных пластин приоритет отдается пластинам, находящимся на модулях термообработки (14), что связано с технологическим режимом термообработки. Если пластин нет, то проверяется наличие обработанных пластин на модулях центрифугироваьшя (15). Затем пластина берется (16) схватом робота и в случае наличия свободного технологического модуля переносится туда, если нет свободного модуля, то на буфер-накопитель.
В случае отсутствия обработанных пластин на технологических модулях проверяется условие наличия пластин, чье время, оставшееся до конца обработки, меньще времени, требуемого на ее перенос на следующий модуль по ходу технологического маршрута (17). Если такая пластина есть, то транспортный механизм дожидается ее (18) и переносит
) 13
либо на следующий технологический модуль (если он свободен), либо на буфер-накопитель. При отсутствии таких нластин работа идет с пластинами, находящимися на буфере-накопителе: проверяется условие наличия их (19). Если пластины есть, то берется та пластина (20), для которой свободен следующий технологический модуль по ходу технологргческого маршрута.
Таким образом, предложенное устройство позволяет получить распределенное и многоуровневое управление технологическим процессом, обеспечивающее надежность и быстродействие системы и гибкость технологического процесса, упрощает отладку и настройку комплекса.
На предприятии разработан лабораторный макет устройства, проведены испытания.  положительные результаты, которые отражены в акте испытаний.
Источники 1шформации, принятые во внимание:
1.Авт. св. № 472332, G05B 19/02, 1973 г.
2.Авт. св. № 840804, G05B 19/02, 1981 г.
3.Авт. св. № 1805448, G05B 19/02, 1978 г.
4.Авт. св. № 2019888, H01L 21/00, 1994 г.
5.Патент РФ 2072546, G05B 19/18, 1997 г.
14
6.Техническое описание на автоматизированную линию фотолитографии «Лала-150. Разработка ОАО «НИИПМ, Воронеж, ЩЦМ 3.281.063 (прототип).
7.Патент РФ 2110827, G05B 19/18, 1998 г.
,5