用于能源节约的控制接口解决方案

摘要

本发明提供用于电子装置制造系统的增强控制的方法和装置。在一些实施例中，集成辅助生产层系统可以经由装置的开放平台而使用以太网和/或RS232串行通信，以在电子装置制造期间实现减少的碳足迹。对于本示例，系统可以包括处理工具集和控制器，处理工具集和控制器由传感器或软件连接而与可以在一个或多个能量消耗状态下操作的一个或多个辅助生产层或本地工厂辅助系统进行互连。根据处理的需要，这些一个或多个辅助系统可以经由控制器在能量消耗的不同等级之间切换。对于许多辅助组件或系统而言，集成辅助生产层利用现有的信号输出，对其辅助组件或系统而言，集成辅助生产层可以利用次级传感器或监视器。

说明书

技术领域

本发明涉及电子装置的制造，更具体地，涉及用于增加电子装置制造 系统的效率的系统和方法。

背景技术

电子装置制造设施或“半导体代工厂(fab)”一般使用执行生产电子 装置的制造处理的处理工具。这些处理包括物理气相沉积、化学气相沉 积、蚀刻、清洁和其它电子装置制造处理。应理解，本发明并不限于任何 特定电子装置制造处理。半导体代工厂一般在一层布置有清洁室，并且在 较低的一层布置有包括辅助系统和装置的室(在本文中称为“辅助生产层 (sub-fab)”)，辅助系统和装置支持清洁室。为了方便于参照，术语 “辅助系统”和“辅助装置”可以在本文中可交换地使用以描述辅助生产 层系统和/或装置。辅助生产层的一个重要功能是减少有毒、可燃、或其它 潜在有害的物质，这些物质是电子装置制造处理的常见副产品。辅助生产 层通常使用大量的能量并产生大量的废热，这会具有不利的环境影响和对 半导体代工厂经营者来说是非常昂贵的。

因此，发明人提供使用较少能量、具有其它优点、而不会负面地影响 半导体代工厂的生产的改善的辅助生产层控制。

发明内容

本发明提供用于电子装置制造系统的增强控制的方法和装置。在一些 实施例中，集成辅助生产层系统可以经由装置的开放平台而使用以太网和/ 或RS232串行通信，以在电子装置制造期间实现减少的碳足迹。对于本示 例，系统可以包括处理工具集和控制器，处理工具集和控制器由传感器或 软件连接而与可以在一个或多个能量消耗状态下操作的一个或多个辅助生 产层或本地工厂辅助系统进行互连。根据处理的需要，这些一个或多个辅 助系统可以经由控制器在能量消耗的不同等级之间切换。集成辅助生产层 系统还可以实时地测量和列表显示每个组件消耗的能量，或者根据需要进 行报告。对于许多辅助组件或系统而言，集成辅助生产层利用现有的信号 输出，对其辅助组件或系统而言，集成辅助生产层可以利用次级传感器或 监视器。

在一些实施例中，用于为功率受管理的辅助生产层提供故障安全通信 标准的装置可以包括辅助生产层，辅助生产层配置成：基于从控制器接收 的一个或多个命令而在功率受管理状态下操作；从控制器接收心跳信号； 和响应于对于规定的超时间隔没有接收到心跳信号，退出功率受管理状态 并进入全功率操作状态。

在一些实施例中，用于为功率受管理的辅助生产层提供故障安全通信 标准的系统可以包括控制器和辅助生产层，控制器配置成：将一个或多个 指令发送至辅助生产层以将辅助生产层配置成在一个或多个功率受管理状 态下操作、和将心跳信号发送至辅助生产层以表示出辅助生产层仍然与控 制器进行通信，并且辅助生产层配置成：受到控制器的配置而在一个或多 个功率受管理状态下操作、从控制器接收心跳信号、和响应于没有在规定 的超时间隔内接收到心跳信号而在全功率操作状态下操作。

在一些实施例中，用于为功率受管理的辅助生产层提供故障安全通信 标准的方法包括以下步骤：在功率受管理状态下操作辅助生产层；确定在 规定的超时间隔内是否接收到心跳信号；和响应于没有在规定的超时间隔 内接收到心跳信号，在全功率操作状态下操作辅助生产层。

本发明的其它和进一步的实施例将于下文描述。

附图说明

本发明的实施例已在上文中简短概述并将在下文中详细描述，通过参 照附图中示出的本发明的示例性实施例可以理解本发明的实施例。但是应 当注意，附图仅示出本发明的典型实施例，因此不应当认为是对本发明范 围的限制，因为本发明可以容许有其它等效的实施例。

图1是根据本发明的一些实施例的用于操作电子装置制造系统辅助生 产层的系统的示意图。

图2是根据本发明的一些实施例的使用于电子装置制造系统中的集成 辅助生产层系统的示意图。

图3是根据本发明的一些实施例的用于操作和配置一个或多个制造系 统辅助生产层的控制器的框图。

图4是根据本发明的一些实施例的从辅助生产层前端控制器到辅助生 产层制造子系统的心跳信号的框图。

图5是描述用于实施在制造系统辅助生产层上的故障安全通信标准的 方法的流程图。

为了便于了解，尽可能地使用相同的附图标记来标明共同出现在各图 式中的相同的组件。附图并未按比例绘制并且为清晰起见可被简化。需考 虑一个实施例的组件和特征可以有益地结合于其它实施例中，而不需要进 一步详述。

具体实施方式

本发明的实施例为辅助生产层提供改进的控制系统，该控制系统可有 利地减低电子装置制造系统的能源使用和操作成本。

辅助生产层可以包括辅助装置，例如，减量工具、AC(交流)功率分 配器、主真空泵、备用真空泵、水泵、冷凝器(chillers)、热交换器、处 理冷却水供应和传输系统、电力供应和传输系统、惰性气体排放处、阀、 装置控制器、洁净干燥空气供应和传输系统、环境空气供应和传输系统、 惰性气体供应和传输系统、燃料供应和传输系统、触摸屏幕、处理逻辑控 制器、试剂(reagent)供应和传输系统等。使用该装备导致辅助生产层通 常利用大量的能源和其它资源、需要更多维护、并产生大量的废热(waste heat)，这导致有害的环境影响。所有这些对于半导体代工厂经营者来说 是非常昂贵的。

针对此的一个理由是：辅助生产层装备被设计成在高产能模式(“高 能量模式”)中连续地运行并且已经在高产能模式(“高能量模式”)中 连续地运行，以减少辅助生产层遭遇来自清洁室的不能完全减量的最严重 情况排出物负荷的可能性。这种辅助生产层装备设计会是有效的但效率 低，因为某些时候或大部分时候该辅助生产层实际地遭遇明显地低于最严 重情况的排出物负荷。除了减除资源(abatement resource)，在相同的 “最严重情况(worst case)”高产能模式中持续地提供来自辅助生产层的 其它资源，即使当不需要这样的高产能时。

在共同拥有的美国专利申请案序号No.12/365,894中提供具有适合如 在此描述般修改并使用的集成辅助生产层的电子装置制造系统的示例，该 申请的申请人是Daniel O.Clark等人、申请日为2009年2月4日、且名称 为“Methods and Apparatus for Operating an Electronic Device Manufacturing  System”，该申请通过引用整体结合于本说明书中。

图1是用于根据本发明的一些实施例的用于操作电子装置制造系统辅 助生产层的系统100的示意图。系统100可以包括可以经由通信连接106 连接至处理工具104的处理工具控制器102。处理工具控制器102可以是 适合控制处理工具104操作的任何微型计算机、微处理器、逻辑电路、硬 件和软件的组合等等。例如，处理工具控制器102可以是个人计算机、塔 式服务器、单板计算机(single board computer)、和/或紧凑型PCI (Compact PCI)等。处理工具104可以是需要辅助生产层支持系统的排放 减量和/或其它资源的任意电子装置制造处理工具。通信连接104(以及本 文描述的任何其它通信连接)可以是硬接线式(hardwired)或无线式，且 可以使用任何适合的通信协议，例如SECS/GEM、HSMS、OPC、和/或设 备网(Device-Net)。

处理工具控制器102可以借助于通信连接110连接至辅助生产层前端 控制器108。辅助生产层前端控制器108可以是适合控制辅助生产层辅助 系统/装置104的任意微型计算机、微处理器、逻辑电路、硬件和软件的组 合等。例如，处理工具控制器108可以是个人计算机、塔式服务器、单板 计算机、和/或紧凑型PCI(Compact PCI)等。

辅助生产层前端控制器108可以转而经由通信连接120、122、124和 126分别连接至辅助生产层辅助系统/装置112、114、116和118。辅助生 产层辅助系统/装置可以各自具有控制器(未示出)，例如可编程逻辑控制 器(PLC)。可替换地，辅助生产层前端控制器108可以对任意或全部辅 助生产层辅助系统/装置执行低阶PLC控制器的功能。虽然图示了四个辅 助生产层辅助系统/装置，应当注意的是，多于或少于四个辅助生产层辅助 系统/装置可以被连接至辅助生产层前端控制器108。辅助生产层辅助系统/ 装置可以包括减量工具、AC(交流)功率分配器、主真空泵、备用真空 泵、水泵、冷凝器、热交换器、处理冷却水供应和传输系统、电力供应和 传输系统、惰性气体排放处、阀、装置控制器、洁净干燥空气供应和传输 系统、环境空气供应和传输系统、惰性气体供应和传输系统、燃料供应和 传输系统、触摸屏幕、处理逻辑控制器、试剂供应和传输系统等。

在操作时，处理工具控制器102可以通过操作一个或多个机器人、 门、泵、阀、等离子体产生器、电源等来控制处理工具104。如上所述， 处理工具控制器102可以持续不断地注意处理工具104的每个腔室和处理 工具104整体的状态和资源需求。处理工具控制器102可以访问数据库 (未示出)，处理工具控制器102可以使用数据库来计算腔室(未示出) 和处理工具104整体的资源需求。此外，处理工具控制器102可以连接至 辅助生产层中的仪器(未示出)，处理工具控制器102可以从该仪器计算 辅助生产层系统和/或装置的资源需求。可替换地，辅助生产层前端控制器 108可以连接至辅助生产层中的仪器(未示出)，并可以计算辅助生产层 系统和/或装置的资源需求，并将关于辅助生产层系统和/或装置的资源需 求的信息提供给处理工具控制器102。

处理工具控制器102可以将这样的资源需求传达给辅助生产层前端控 制器108，辅助生产层前端控制器108可以转而经由通信连接119、120、 122、124和126通过操作泵、开关阀、电源和/或其它硬件以控制一个或 多个辅助生产层辅助系统/装置112、114、116和118。以此方式，操作辅 助生产层装备需要的能量可以被减少至一水平，该水平提供充足的资源以 安全地有效率地操作处理工具104并且将从处理工具104流出的排放完全 减量。“充足的资源”代表可以避免负面影响处理工具104(和/或处理工 具的产量和/或效率)的最小资源量加上最小所需资源以上的任意附加资源 量，以提供期望的安全性和/或误差裕度(margin)。

在一些实施例中，集成辅助生产层系统与成套“开放平台(open  platform)”装备进行通信，以对生产应用提供处理工具的较低碳足迹操 作。例如，图2示出这样的系统的一个非限制性构造，示出具有减量模 块、冷却水模块、泵模块、远程AC(交流)电源盒、不间断电源 (UPS)以及控制模块的紧凑集成系统。开放平台有利地适应客户的装备 偏好，并达到最低环境足迹、最佳技术性能、最高产量和最低购置成本。 例如，这样可配置的辅助生产层系统可以在紧凑单元内包括一个或多个减 量单元、真空泵、冷凝器、用于各种系统的互连、和设施布置，该紧凑单 元经由集成辅助生产层控制器(例如上述辅助生产层前端控制器108)与 一个或多个处理工具同步。此外，在此描述的能量控制系统还可以被运用 于具有分散的组件(例如，不像图2般是紧凑配置的)的现有或新型的设 施中。

集成辅助生产层可以运用信号和控制能力以管理例如泵以控制处理室 排气和压力、管理冷凝器或加热器以控制对于处理最佳的腔室或组件温度 (工具专用的最佳已知方法(BKM))、以及管理最适于处理工具排放要 求的减量工具(例如，基于对特定配方的设定点(setpoint)控制的根据处 理配方的能源节约)。选择性地，本地A/C、处理冷却水、空气处理器、 化学物输送系统、驱气气流、功率调节、机柜排气气流、本地热能交换 (thermal cross exchange)等可以由集成辅助生产层控制器管理。

集成辅助生产层开放平台利用组件内的传感器或适当的附加反馈传感 器(经由硬接线RS232串行连接或以太网(Ethernet)进行通信)以使辅 助生产层设备上的整体能源节约最大化(例如用于能源节约的实时控 制)。这种构造能够实现在完全运行(Full Run)、较低运行模式(Lower  Run Mode)和空闲模式(Idle mode)之间的安全转换。举例而言，这样的 通信可以促进辅助生产层控制器以基于满足预先确定的期望标准而提供从 “完全运行”至“空闲”模式的安全切换，反之亦然。

集成辅助生产层控制室可利用信号和控制能力以提供组件警报和停机 阈值。

在一些实施例中，可以建立通信标准以促进能够安全地实现这种能量 模式节约(例如当需要完全运行时不实现空闲模式操作)。

在一些实施例中，辅助生产层控制器的数据表可以具有内部寄存器地 址、和/或记录的数据、和产生的报告，在内部寄存器地址处可以操作不同 参数的设定点(例如处理气体、燃料、冷却干燥空气(CDA)、水、温 度、压力、节流阀位置、减除系统操作参数、旁通阀位置等)。控制器的 数据表还必须为所有警报和警告、以及需要被监测的模拟I/O点(例如压 力、温度等)提供寄存器地址。

标准通信还将包括：监视定时器(watchdog timer)，以允许在通信丢 失时使所有的辅助生产层设备恢复至安全高能量模式使用(例如完全运 行)。举例而言，减除控制器程序可以包括监视定时器，以监测与集成辅 助生产层系统的通信。如果通信丢失，则减除系统应默认达到高能量模 式，并将用于燃料、CDA、水等的所有设定点重置到默认值。

在一些实施例中，集成辅助生产层控制器的接口规范可以包括以太网 或RS232串行连接等。可以通过提供具有以太网模块的减除控制器来实现 以太网通信标准。将唯一的IP地址指定给每个减除模块(例如每个减除单 元)。在本领域中IP地址是可易于配置的。可在TCP/IP 10BaseT上提供 通信。

可通过提供具有9针串行口的减除控制器来实施RS232串行通信标 准。将作出串行口设定。可以在RS232串行线缆上进行通信至转换成 TCP/IP 10BaseT的NET232适配器。

举例而言，在一些实施例中，集成辅助生产层可经由装置的开放平台 来使用以太网和/或RS232串行通信，以在电子装置制造期间实现减少的 碳足迹。对此示例，系统可以包括处理工具集(process tool set)和控制 器，处理工具集和控制器由传感器或软件连接而与可以在一个或多个能量 消耗状态下操作的一个或多个辅助生产层或本地工厂辅助系统进行互连。 根据处理的需要，这些一个或多个辅助系统可经由控制器在能量消耗的不 同等级之间切换。集成辅助生产层系统还可以实时地测量和列表显示每个 组件消耗的能量，或者根据需要进行报告。对于许多辅助组件或系统而 言，集成辅助生产层利用现有的信号输出，对其辅助组件或系统而言，集 成辅助生产层可以利用次级传感器或监视器。

图3示出根据本发明的实施例的用于控制一个或多个制造系统辅助生 产层的控制器300的框图。在本发明的一些实施例中，控制器300可以实 施为如参照图1所述的处理工具控制器102或辅助生产层前端控制器 108。在一些实施例中，控制器300由传感器或软件连接而与可以在一个 或多个能量消耗状态下操作的一个或多个辅助生产层或本地工厂辅助系统 互连。根据处理的需要，这些一个或多个辅助系统可经由控制器在能量消 耗的不同等级之间切换。控制器300还可以实时地测量和列表显示每个组 件消耗的能量，或者根据需要进行报告。在一些实施例中，控制器300利 用现有的信号输出。在一些实施例中，控制器300利用次级传感器或监视 器。

在一些实施例中，控制器300包括中央处理器(CPU)302、多个支持 电路304以及存储器306。尽管参照具有CPU、支持电路以及存储器的计 算机来讨论控制器300的本示例性实施例，但是在本领域技术人员将理 解，控制器300可以按照各种方式实现，包括专用集成电路(ASIC)、现 场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SOC)等。控制器300的各种实 施例还可以被集成于处理工具控制器102或辅助生产层前端控制器108 中，并具有本领域已知的相应输入/输出接口。

支持电路304可以包括显示装置和其它电路，以支持CPU 302的功 能。这些电路可以包括时钟电路、缓存、电源、网卡、视频电路等。

存储器306可以包括只读存储器、随机存取存储器、可移动存储器、 磁盘驱动器、光学驱动机和/或其它形式的数字储存器。存储器306配置成 储存操作系统308和辅助生产层控制模块314。操作系统308执行对控制 器300的一般操作进行控制，包括促进各种处理、应用和模块的执行以控 制一个或多个制造系统辅助生产层。

在操作中，辅助生产层控制模块314可以利用信号和控制能力以管理 一个或多个系统辅助生产层，例如参照图1所述的辅助生产层112、114、 116和118。在一些实施例中，可经由以太网连接或RS232串行连接来发 送和接收信号和控制能力。辅助生产层控制模块314将心跳信号 (heartbeat signal)传送至一个或多个系统辅助生产层，以建立故障安全操 作环境以在低功率状态下操作辅助生产层。将参照图4进一步详细描述将 心跳信号传送至辅助生产层的处理。

图4示出在辅助生产层前端控制器402和辅助生产层辅助系统404 (例如参照图1至图3所描述的一个或多个制造系统辅助生产层)之间的 通信接口的框图。辅助生产层前端控制器402以有规律的间隔将心跳信号 406传送至辅助生产层辅助系统404。在一些实施例中，每2秒传送心跳 信号406，但是本领域技术人员可以理解这样的心跳间隔可以根据系统需 要而配置成用于不同的持续时间。当辅助生产层辅助系统404接收心跳信 号406时，存在于辅助生产层辅助系统上的定时器被重置。如果辅助生产 层辅助系统404在定时器超时之前没有接收到心跳信号，则辅助生产层辅 助系统404将默认达到高功率或全功率状态。以此方式，在辅助生产层辅 助系统404无法接收到来自辅助生产层前端控制器402的通信的情况下， 系统有利地提供故障安全通信标准。

在一些实施例，心跳信号406采取请求辅助生产层辅助系统404进入 空闲模式或其他低功率状态(例如睡眠或休眠)的形式。如果辅助生产层 辅助系统404在给定超时间隔内没有接收到重新进入低功率状态的命令， 则辅助生产层辅助系统404将进入全功率操作状态。在一些实施例中，辅 助生产层前端控制器402仅在辅助生产层配置成在低功率状态(例如空 闲、睡眠、休眠、或关闭)操作时传送心跳信号。在这些实施例中，当辅 助生产层辅助系统404配置成在全功率操作状态下操作时，辅助生产层前 端控制器402将不传送心跳信号。

将参照图5进一步详细地描述辅助生产层辅助系统404使用心跳信号 406以故障安全方式进行操作的方法。

图5示出根据本发明的实施例的方法500的流程图，方法500用于实 施建立一个或多个制造系统辅助生产层的故障安全低功率操作模式的通信 标准。方法500开始于步骤502，并进行至步骤504。在步骤504中，制 造系统辅助生产层在功率受管理状态下操作。举例而言，如果在制造处理 的当前步骤期间不需要特定制造系统辅助生产层，则该辅助生产层可以接 收到来自辅助生产层前端控制器的指示该辅助生产层应进入空闲或睡眠模 式的通信。如果制造处理的特定步骤或即将执行的步骤需要辅助生产层， 则辅助生产层前端控制器可以发送命令以使得该辅助生产层进入全操作状 态。在功率受管理状态中，对于当前操作功率使用状态的指示，辅助生产 层依赖于辅助生产层前端控制器。方法500而后进行至步骤506。

在步骤506中，方法500确定是否在给定超时间隔内接收到心跳信 号。制造系统辅助生产层配置成以有规律的间隔接收来自辅助生产层前端 控制器的心跳信号。心跳信号表示辅助生产层依然从辅助生产层控制器接 收信号。在规定的心跳间隔内未接收到心跳信号表示辅助生产层不再能够 从辅助生产层前端控制器接收命令的状态。在此状态中，由于通信中断， 辅助生产层将不能够接收命令以从低功率状态返回至全操作能力。如此， 由于辅助生产层不能返回至操作能力，会产生安全性和晶片质量问题。在 一些实施例中，超时间隔是2秒，但是本领域技术人员可以理解超时间隔 可以根据处理工具和制造系统辅助生产层的需要来配置。举例而言，如果 给定的制造系统辅助生产层与现场安全或晶片质量没有关联，则更长的超 时间隔是合适的。如果在超时间隔内接收到心跳信号，则方法500返回至 步骤504，其中辅助生产层持续在功率受管理状态下操作。如果辅助生产 层在超时间隔内没有接收到心跳信号，则方法进行至步骤508。

在步骤508中，因为辅助生产层在超过心跳超时间隔的时间没有接收 到来自辅助生产层前端控制器的心跳信号，所以辅助生产层默认达到全功 率操作状态。这个状态表示从辅助生产层前端控制器的通信丢失，并因此 辅助生产层不能确定处理工具的当前状态。处理工具己进入制造处理的一 阶段，其中辅助生产层需要在完全能力下操作，但是在没有从辅助生产层 前端控制器的通信的情况下，辅助生产层不知道工具的操作状态。如此， 对于丢失与辅助生产层前端控制器的通信，辅助生产层默认达到全功率操 作以提供故障安全解决方案。

虽然上文所述涉及本发明的实施例，但是在不背离本发明的基本范围 的情况下，可以设计本发明的其它和进一步的实施例。