工艺设备控制分析与研究

半导体工艺设备的自动化系统研究 导师 李超波报告人 林永奔 内容概要 研究背景研究对象分析研究内容试验结果下一步工作计划 研究背景 半导体工艺设备 光刻机 刻蚀机 PVD PECVD 注入机 ALD和清洗设备等等 在IC生产线上 这些设备均采用自动化流水线方式进行操作 目前 薄膜加工设备在国内市场份额很大 广泛应用于光伏产业 LED产业和微纳器件制作方面 几十年来 本室已经向市场提供多种不同的薄膜加工设备 早期开发的设备均为手动 而工艺设备的全自动化设计是本室设备未来发展的方向 内容概要 一 批量型PSS刻蚀设备电气设计及软件控制工程研发二 ALD PEALD设备电气设计及软件控制工程研发 一 批量型PSS刻蚀设备电气设计及软件控制工程研发 1 研发需求应对图形化蓝宝石衬底刻蚀工艺需求 借鉴北方微电子及国内外相关相关前沿技术 自行设计研发批量型PSS刻蚀设备 保证蓝宝石工艺刻蚀流程中正常的工艺指标 2 批量型PSS刻蚀设备工艺指标A刻蚀速率 50B选择比 0 5C片内均匀性绝对值 5 D片间均匀性绝对值 5 E批间均匀性绝对值 5 F边缘效应 2 3 软件的编程 3 批量型PSS刻蚀设备工程研发配置项目由陈波老师负责 张庆钊老师担任技术总监 设备研发工程包括机械设计流程 电气控制流程 软件控制流程及工艺测试流程 胡东东师兄负责机械设计 王佳老师负责电气控制 汪明刚师兄负责工艺测试及相关工程协作事宜 本人在项目研发中协助进行电气控制设计及软件层次控制研发 批量型PSS刻蚀设备原理结构 原理图 4 批量型PSS刻蚀设备电气控制设计电气控制采用工控设备负责对腔室导入气体信号 真空泵组控制信号 各类阀门开关信号及控制信号采集 且通过上层软件对其进行集中控制 以保证工艺操作的高效运行 现阶段 电气控制设计主要工作为对各类信号的划分及相关继电器配置 其控制信号包括模拟I O信号 数字I O信号 电源供电配置 及工艺腔室内顶针与压环移动 Cassette腔室及传输腔电机及机械手动作信号等 相关信号统计见附件IO冲击表 ITO设计 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 1 软件控制系统现主要设置四类控制角色 A工艺操作员B工艺工程师C设备管理员D设备工程师系统按照不同操作员角色分配不同操作权限 按优先级高低划分为 设备工程师 设备管理员 工艺工程师 工艺操作员 以下为角色权限配置 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 2 系统Auto功能控制设计主要为工艺操作员提供操作支持 将细节工艺操作归纳为以下几大操作 抽真空流程 工艺菜单选择 工艺刻蚀 工艺注销 参数实时趋势 在该权限下只有对工艺菜单的选择而无法进行编辑 功能界面只能进行实时显示 相关参数数据 具体见下一页 Auto功能权限操作 5 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 3 系统Manual功能控制设计主要为工艺工程师提供操作支持 将刻蚀设备控制流程划分为更多细节 包括抽高真空 抽真空 顶针操作 压环操作 机械手操作 工艺刻蚀 腔室吹扫 管路吹扫 参数趋势查询 工艺中断 工艺菜单操作等功能 该权限下 操作人员需具备更深的工艺素质 且系统启动信号同步互斥机制 保证操作正确性 Manual功能权限操作 5 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 4 系统Maintenance功能控制设计主要为设备工程师及设备管理员提供操作支持 用于系统研发过程中的系统调试 将刻蚀流程分为单独工艺步奏 细节到对入气管道 气动阀开关 MFC质量流量计流量I O命令控制 抽真空过程中细节到角阀 摆阀及泵组的命令控制等具体部件操作 详见具体软件操作 Maintenance功能权限操作 5 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 5 系统工艺Recipe菜单编辑主要为系统工艺工程师 设备管理员及设备工程师提供操作支持 以便于开发过程中的系统调试及工艺试运行 系统通过MicrosoftSQLServer数据库为工艺菜单参数提供增 删 改 查等工艺参数设置 Recipe功能操作 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 6 系统ParameterSet菜单操作主要为系统设备工程师提供操作支持 包括对工艺操作控制参数及设备运行参数 在测试运行中系统对其进行实时监测 方便操作员对系统故障检测及维护 检测参数见附件parameter xls ParameterSet功能操作 5 批量型PSS刻蚀设备控制软件研发 7 系统Log操作日志负责对系统上电运行后的一切操作进行记录 生成日志文件 方便操作员对系统功能的实时监测 A工艺动作操作日志B工艺参数操作日志C系统操作员登录日志D系统警报日志 SystemLog功能操作 系统具体操作演示 Pss 0 2 9 exe 二 ALD设备电气设计及软件控制工程研发 研发需求针对原子层沉积技术的成熟 其对射频 气压 温度 气源等因素的高要求 研发ALD工控设备 通过电气及软件设计控制 保证合格的ALD设备工艺控制指标 ALD设备控制研发概述 ALD设备电气控制采用PLC工业控制系统 通过对工控箱电气连接设计 主要采用贝加莱工业设计产品X20 CP1486 系统通过TCP IP协议与计算机进行远程连接控制 从而达到计算机对ALD设备的远程控制 方便操作员对工艺流程操作 本期报告以前期批量生产型ALD控制系统研发为课题 3 批量生产型ALD硬件控制需求 4 批量生产型ALD电气设计 见附件ALDSC 380heat motor pdf 5 批量生产型ALD电机控制 1 电机控制在ALD工艺控制流程中主要负责对对腔室顶盖的开启及关闭 由于顶盖较重 约50Kg 故采用安川伺服进行控制电机 电机通过丝杠对顶盖进行操作 贝加莱工控机通过广电开关输出启停信号 来完成对伺服的远程控制 从而实现对ALD设备的控制操作 5 批量生产型ALD电机控制 2 光电开关电气连接原理如图 5 批量生产型ALD电机控制 3 贝加莱工控设备X20 CP1486电气连接如图 批量生产型ALD工控设备连接 6 批量生产型ALD软件控制研发 1 ALD软件控制研发包括贝加莱工控内核程序设计及Intouch9 0组态程序设计 AS3 0 8通过程序编译且移植到程序存储卡中 实现对贝加莱工控设备的端子控制 所谓端子控制 即贝加莱工控模块信号I O采集控制模块 批量生产型ALD采用X20DO9321 3 X20AI4632 X20AO4635 X20AT6402 2 X20DI9371 6 批量生产型ALD软件控制研发 2 通过计算机组态软件设计ALD组态控制程序 通过OpLink服务器建立连接 Intouch组态程序建立标记名字典与存储卡程序端子信号一一对应 以实现对PLC的远程控制 上述对应是建立在计算机与贝加莱PLC工控设备的TCP IP连接基础上的 两者IP地址分别为192 168 0 10 192 168 0 11 6 批量生产型ALD软件控制研发 3 Intouch组态程序标记字典如图所示 7 批量生产型ALD内核程序设计 端子分配程序见图 8 批量生产型ALD设备Intouch组态设计 系统具体操作演示 选择Intouch组态程序像素1280 800转换fifth Ald 致谢 自加入中国科学院微电子研究所八室以来 从三月到现在 在各位导师的精心教导下