專利名稱：基于arm的嵌入式注入機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別涉及一種基于ARM的嵌入式注入機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
離子注入是IC制造領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)之一，在太陽(yáng)能為代表的新能源領(lǐng)域中扮演著重要角色，離子注入機(jī)本身是融合了高真空環(huán)境、高壓環(huán)境以及高溫環(huán)境的復(fù)雜系統(tǒng)，尤其特別的是在注入過(guò)程中充滿了大量毒性特殊氣體。隨之自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和高效率生產(chǎn)的需求下，充分智能的注入機(jī)控制系統(tǒng)日益凸顯出了其重要性。隨著注入機(jī)在功能上不斷地趨于復(fù)雜，需要集成多套測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的控制需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。傳統(tǒng)的注入機(jī)系統(tǒng)是典型的工控機(jī)和控制板卡的控制方式，這種儀器組成必須配備工控機(jī)和插卡式數(shù)據(jù)采集卡，主要利用工控機(jī)進(jìn)行程序開發(fā)和人機(jī)交互，因此其體積較大、資源利用率低、成本較高。特別值得提出的是，由于使用這種組成形式，系統(tǒng)一定是分體設(shè)計(jì)的，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著一定的隱患。嵌入式系統(tǒng)起源于上個(gè)世紀(jì)60年代，最早應(yīng)用在武器控制系統(tǒng)和軍事指揮系統(tǒng)中。70年代末期單片機(jī)的誕生使得嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)憑借其功能強(qiáng)、功耗低、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，體積小等特點(diǎn)，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)。與現(xiàn)有的儀器組成相比，使用嵌入式系統(tǒng)顯然在體積，功耗上具有優(yōu)勢(shì)。而在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，擁有更強(qiáng)針對(duì)性和更加穩(wěn)定的系統(tǒng)，更顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可用于大面積注入的基于ARM的注入機(jī)控制系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了基于ARM的嵌入式離子注入機(jī)，包括電源系統(tǒng)、反應(yīng)腔室、預(yù)抽腔室、運(yùn)行有注入機(jī)控制軟件的上位機(jī)、真空控制系統(tǒng)、送片系統(tǒng)；所述真空控制系統(tǒng)在所述上位機(jī)的控制下，控制所述反應(yīng)腔室、所述預(yù)抽腔室的真空度；所述反應(yīng)腔室與所述預(yù)抽腔室連接；所述送片系統(tǒng)用于將硅片從所述預(yù)抽腔室運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室，并將硅片運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室內(nèi)的離子反應(yīng)位置；所述上位機(jī)是基于ARM的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)合嵌入式技術(shù)，使得注入機(jī)控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，信號(hào)采集系統(tǒng)整合度高，為控制提供了牢靠的外界條件。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于ARM的離子注入機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于ARM的嵌入式離子注入機(jī)，包括電源系統(tǒng)、反應(yīng)腔室25、預(yù)抽腔室24、運(yùn)行有注入機(jī)控制軟件的上位機(jī)、真空控制系統(tǒng)、送片系統(tǒng)。真空控制系統(tǒng)在上位機(jī)的控制下，控制反應(yīng)腔室25、預(yù)抽腔室24的真空度。反應(yīng)腔室25與預(yù)抽腔室24連接。送片系統(tǒng)用于將硅片從預(yù)抽腔室24運(yùn)輸至反應(yīng)腔室25，并將硅片運(yùn)輸至反應(yīng)腔室25內(nèi)的離子反應(yīng)位置。上位機(jī)是基于ARM的方式實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)選用三星公司的S3C2440處理器為核心，該處理器以ARM920T為核心，主頻為400MHz，是目前應(yīng)用最廣泛的32位嵌入式微處理器。上位機(jī)采用主板與擴(kuò)展板相接合的形式。主板即為ARM核心板與接口引出端子，擴(kuò)展板摒棄了傳統(tǒng)的根據(jù)輸入輸出類型為區(qū)別方式的方法，取而代之的是根據(jù)功能分析，劃分為不同的功能控制板針對(duì)受控元件，每片擴(kuò)展板當(dāng)中都集合了數(shù)字輸出、輸入，模擬輸出、輸入等形式的信號(hào)控制的相應(yīng)的擴(kuò)展電路，又同時(shí)配合了供應(yīng)電源，即用于滿足元件的驅(qū)動(dòng)條件又為采集卡本身提供了完善的保護(hù)。在人機(jī)交互上，本系統(tǒng)使用了視頻加速卡可以時(shí)ARM驅(qū)動(dòng)任何VGA設(shè)備，保證體積的同時(shí)，提高了顯示性能。軟件設(shè)計(jì)上，考慮到與其它設(shè)備間的通信，采用了與WIN32兼容性良好的WINCE嵌入式系統(tǒng)，在VC環(huán)境下的智能設(shè)備編程。軟件包含了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、手動(dòng)控制與自動(dòng)化控制三個(gè)相對(duì)分立的功能劃分。狀態(tài)監(jiān)測(cè)即系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的得到當(dāng)前系統(tǒng)中每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的狀態(tài)，結(jié)合界面中仿真注入機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖，直觀的體現(xiàn)機(jī)器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并與控制功能形成閉環(huán)。手動(dòng)控制提供使用者在實(shí)驗(yàn)階段或其他非正常使用的情況下，可以獨(dú)立的控制各個(gè)部分器件。自動(dòng)化控制是整個(gè)軟件的核心部分，通過(guò)友好的配方設(shè)置界面，向使用者提供了自由的工藝流程選擇，經(jīng)過(guò)編輯的工藝流程在無(wú)人值守的情況下完成工藝過(guò)程。真空控制系統(tǒng)包括分子泵5、機(jī)械泵6、真空計(jì)7、機(jī)械泵8、電磁閥20、電磁閥21、電磁閥22、擺閥23、腔室間的門閥與氣體管路中的各級(jí)氣動(dòng)閥等硬件組成。其中，機(jī)械泵6的通過(guò)電磁閥22后的一支路依次通過(guò)分子泵5以及擺閥23與反應(yīng)腔室25連接，另一支路通過(guò)電磁閥21與反應(yīng)腔室25連接。機(jī)械泵8通過(guò)電磁閥20與預(yù)抽腔室24連接。真空控制系統(tǒng)中分子泵5中使用的蝶閥使用電流信號(hào)控制，其他電磁閥都由數(shù)字端口附加輸出外部擴(kuò)展電路控制。機(jī)械泵由繼電器控制，分子泵由串口通信進(jìn)行控制。真空計(jì)7檢測(cè)預(yù)抽腔室24、反應(yīng)腔室25的壓力。送片系統(tǒng)包括真空機(jī)械手及帶有彈性的多點(diǎn)支撐式的持片結(jié)構(gòu)的下電極。例如下電極為圓盤形，圓盤上方有均與分布的四個(gè)支撐柱。真空機(jī)械手設(shè)計(jì)有環(huán)形的持片結(jié)構(gòu)，保證硅片在運(yùn)送過(guò)程中的穩(wěn)定。在運(yùn)行過(guò)程中，共有兩個(gè)走形位置，手動(dòng)放片到持片結(jié)構(gòu)后，真空機(jī)械手可穿過(guò)門閥將硅片從所述預(yù)抽腔室24送到達(dá)反應(yīng)腔室25。在運(yùn)送過(guò)程中，下電極具有三個(gè)走形位置，可以將位于真空機(jī)械手的硅片取走或放回和利用彈簧結(jié)構(gòu)將硅片固定于反應(yīng)腔室上方，完成反應(yīng)過(guò)程。送片系統(tǒng)通過(guò)光電開關(guān)結(jié)合運(yùn)動(dòng)單元的控制，保證穩(wěn)定的走形與精確的定位，同時(shí)結(jié)合了運(yùn)動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)，在送片過(guò)程中分為不同的速度調(diào)整。送氣系統(tǒng)包括氣源9、質(zhì)量流量控制器10-14和電磁閥15-19。每個(gè)氣源9依次通過(guò)一個(gè)質(zhì)量流量控制器、一個(gè)電磁閥與反應(yīng)腔室25連接。在得到真空環(huán)境后，選擇即將通入的反應(yīng)氣體，通過(guò)質(zhì)量流量控制器設(shè)置氣體流量，打開電磁閥，通入適當(dāng)時(shí)間后，腔室壓力達(dá)到穩(wěn)定，完成一次送氣過(guò)程。電源系統(tǒng)包括射頻電源1、射頻電源匹配器2及脈沖電源3。脈沖電源3與反應(yīng)腔室25連接；射頻電源I通過(guò)射頻電源匹配器2與反應(yīng)腔室25連接。射頻電源I為反應(yīng)提供等離子所需的能量。脈沖電源3為反應(yīng)提供等離子注入環(huán)境。由于在本系統(tǒng)中反應(yīng)氣體多為特殊氣體，在反應(yīng)一次之后，還要進(jìn)行必要的吹掃階段，具體指通入氮?dú)馐褂脵C(jī)械泵將反應(yīng)腔室25壓強(qiáng)還原為低真空的過(guò)程，根據(jù)不同的需求，吹掃過(guò)程需要反復(fù)多次。質(zhì)量流量控制器由模擬輸入(反饋)與模擬輸出(輸入)功能配合相應(yīng)外部電路實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合圖1所示的離子注入機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，具體如下:步驟一、放片過(guò)程:(I)、將門閥處于關(guān)閉狀態(tài)，上位機(jī)控制真空系統(tǒng)使預(yù)抽腔室24氣壓回歸到大氣壓，打開預(yù)抽腔室24的艙門將硅片放置在機(jī)械手上，關(guān)閉艙門。(2)、上位機(jī)控制機(jī)械泵使預(yù)抽腔室24與反應(yīng)腔室25同時(shí)獲得低真空度，兩腔室氣壓達(dá)到門閥開啟要求，打開門閥機(jī)械手穿過(guò)預(yù)抽腔室24到達(dá)反應(yīng)腔室25。(3)、下電極4的持片結(jié)構(gòu)從原位升起，將硅片托起，離開機(jī)械手，完成托片過(guò)程。機(jī)械手將返回預(yù)抽腔室24，下電極4上升到反應(yīng)腔室25上方，通過(guò)彈力結(jié)構(gòu)將硅片固定。(4)、關(guān)閉門閥使用分子泵5抽取反應(yīng)腔室25的高真空度(例如，高真空度為10-5Pa)完成一次完整的放片過(guò)程。步驟二、反應(yīng)過(guò)程:(I)、得到高真空環(huán)境后，上位機(jī)選擇欲反應(yīng)的氣體，設(shè)定相應(yīng)的流量，將氣體通入反應(yīng)腔室25，達(dá)到穩(wěn)定的氣壓。(2)、開啟射頻電源1，反應(yīng)氣體在射頻電源I的輸出后起輝，此時(shí)打開脈沖電源I反應(yīng)設(shè)定時(shí)間后關(guān)閉電源，關(guān)閉氣源9，完成一次反應(yīng)過(guò)程。(3)、反應(yīng)結(jié)束后，將氮?dú)馔ㄈ敕磻?yīng)腔室25，此時(shí)關(guān)閉分子泵5，使用機(jī)械泵進(jìn)行反應(yīng)氣體的吹掃。(4)、通過(guò)重復(fù)以上三部動(dòng)作，完成各樣工藝過(guò)程。步驟三、取片過(guò)程:(I)、吹掃結(jié)束后，上位機(jī)首先控制真空系統(tǒng)將反應(yīng)腔室25回歸低真空度(例如，IOPa之內(nèi))，下電極4下降至托片位置。(2)、打開機(jī)械手將硅片通過(guò)門閥運(yùn)行到反應(yīng)腔室25，將硅片取回持片結(jié)構(gòu)并返回預(yù)抽腔室24。(3)、關(guān)閉門閥，上位機(jī)控制真空系統(tǒng)使預(yù)抽腔室24氣壓回歸到大氣壓，打開預(yù)抽腔室24艙門，取走硅片，完成一次完整的離子注入過(guò)程。本發(fā)明的信號(hào)采集系統(tǒng)整合度高，為控制提供了牢靠的外界條件；上位機(jī)采用母板與分離控制板的形式，為儀器提供高了良好的可擴(kuò)展性；分離控制板增強(qiáng)了控制元件與采集系統(tǒng)的統(tǒng)一性，與元件對(duì)應(yīng)的控制板卡，在復(fù)用性上體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于ARM的嵌入式離子注入機(jī)，包括電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 反應(yīng)腔室、預(yù)抽腔室、運(yùn)行有注入機(jī)控制軟件的上位機(jī)、真空控制系統(tǒng)、送片系統(tǒng)；所述真空控制系統(tǒng)在所述上位機(jī)的控制下，控制所述反應(yīng)腔室、所述預(yù)抽腔室的真空度；所述反應(yīng)腔室與所述預(yù)抽腔室連接；所述送片系統(tǒng)用于將硅片從所述預(yù)抽腔室運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室，并將硅片運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室內(nèi)的離子反應(yīng)位置；所述上位機(jī)是基于ARM的方式實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述真空控制系統(tǒng)包括: 分子泵、第一機(jī)械泵、第二機(jī)械泵、分支泵、真空計(jì)、連接在所述預(yù)抽腔室和反應(yīng)腔室之間的門閥、電磁閥、擺閥以及氣體管路中的各級(jí)氣動(dòng)閥； 所述第一機(jī)械泵的一支路通過(guò)電磁閥與所述反應(yīng)腔室連接，另一支路依次通過(guò)電磁閥、分子泵以及擺閥與所述反應(yīng)腔室連接； 所述第二機(jī)械泵通過(guò)所述電磁閥與所述預(yù)抽腔室連接； 所述真空計(jì)分別與所述預(yù)抽腔室和反應(yīng)腔室連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述送片系統(tǒng)包括: 真空機(jī)械手及帶有彈性的多點(diǎn)支撐式的持片結(jié)構(gòu)的下電極； 所述真空機(jī)械手將硅片從所述預(yù)抽腔室運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室； 所述下電極將所述硅片固定于所述反應(yīng)腔室上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)，其特征在于，還包括送氣系統(tǒng)，所述送氣系統(tǒng)包括: 氣源、質(zhì)量流量控制器和電磁閥； 所述氣源依次通過(guò)所述質(zhì)量流量控制器、電磁閥與所述反應(yīng)腔室連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)包括: 射頻電源、射頻電源匹配器及脈沖電源； 所述脈沖電源與所述反應(yīng)腔室連接；所述射頻電源通過(guò)所述射頻電源匹配器與所述反應(yīng)腔室連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的離子注入機(jī)，其特征在于: 所述上位機(jī)采用型號(hào)為S3C2440的處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于ARM的注入機(jī)控制系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)、反應(yīng)腔室、預(yù)抽腔室、運(yùn)行有注入機(jī)控制軟件的上位機(jī)、真空控制系統(tǒng)、送片系統(tǒng)；所述真空控制系統(tǒng)在所述上位機(jī)的控制下，控制所述反應(yīng)腔室、所述預(yù)抽腔室的真空度；所述反應(yīng)腔室與所述預(yù)抽腔室連接；所述送片系統(tǒng)用于將硅片從所述預(yù)抽腔室運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室，并將硅片運(yùn)輸至所述反應(yīng)腔室內(nèi)的離子反應(yīng)位置；所述上位機(jī)是基于ARM的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的基于ARM的注入機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)采集系統(tǒng)整合度高，為控制提供了牢靠的外界條件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于大面積的離子注入。
文檔編號(hào)H01J37/304GK103137410SQ201110389219
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者王蒙, 李勇滔, 趙章琰, 李超波, 夏洋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所