基于CAN总线的扩散炉集中监控管理系统设计与实现

摘要

近年来，中国半导体产业飞速发展。半导体制造工艺复杂，专业性要求高。在晶圆工艺中，扩散炉各阶段的状态直接影响晶圆制造的成品率，扩散炉监控管理系统对保证设备安全运行和提高晶圆工艺的生产效率具有重要作用。针对立式扩散炉Recipe存储空间小，工艺过程需要人工监管，工艺参数需手工录入和提取等问题，本文主要从通信可靠性及系统可扩展性的技术需求出发，研究SECS的通信协议，提出扩散炉集中监控管理系统的解决方案，主要解决了多点双向通信过程中的数据拥塞和操作冲突问题。本文主要研究内容如下：
　　首先，通过分析扩散炉集中监控管理系统的发展现状及监控要求，从节点连接方式、通信技术参数等方面对本文设计的三种总体拓扑结构进行对比分析，最终确定基于CAN中继器的拓扑方案。
　　其次，针对扩散炉通信数据密度大，通信实时性要求高等问题，本文设计开发了一种集数据处理与存储、SECS/CAN协议转换等功能的通信中继器，用来实时处理数据。通信协议设计内容包括SECS协议和CAN协议转换，CAN总线应用层通信协议；硬件设计内容包括STM32主控单元、串口、CAN接口等单元的原理图设计与PCB板设计等；在软件设计方面，基于C语言编写了STM32的控制程序，实现中继器分别与扩散炉和上位机的数据通信。
　　再次，根据设计要求，基于C＃语言和SQL Server数据库设计开发了具有数据存储功能的上位机监控管理系统软件，包括管理系统软件和采集系统软件，实现了服务器通过CAN总线对生产车间的各个扩散炉的集中监控和管理。
　　最后，通过整体调试，解决了大量实时数据拥塞的问题，提高了系统抗干扰性。系统已安装在工厂中，运行良好。本系统一方面可实现扩散炉集中监控管理功能，提高晶圆生产效率；另一方面根据实时采集的数据，可以及时发现异常信息，降低晶圆不良率，进一步改善生产工艺。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 扩散炉的生产工艺和基本结构

1.3扩散炉集中监控管理系统的发展与现状

1.4 本文主要研究内容及结构

第2章 监控管理系统总体方案设计

2.1 扩散炉设备性能指标分析

2.2 三种拓扑结构设计与分析

2.3 系统总体方案

2.4 本章小结

第3章 通信中继器的设计与实现

3.1 中继器总体结构设计

3.2 数据通信协议设计

3.3 中继器硬件设计与实现

3.4 中继器软件设计与实现

3.5 本章小结

第4章 上位机系统的设计与实现

4.1 系统上位机设计方案

4.2 扩散炉数据管理软件设计

4.3 扩散炉数据采集软件设计

4.4 本章小结

第5章 系统的调试与安装

5.1 系统调试及解决方案设计

5.2 安装方案设计

5.3 现场安装问题与解决

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢