一种应用于晶圆加工设备的安全控制系统的制作方法

1.本发明涉及半导体晶圆加工技术领域，尤其涉及一种应用于晶圆加工设备的安全控制系统。


背景技术：

2.目前半导体行业采用在半导体晶圆的表面上形成有ic（integrated circuit，集成电路）或lsi（large scale integration，大规模集成电路）等电子电路来制造半导体芯片。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，晶圆加工过程中用到了化学机械抛光工艺。
3.晶圆加工设备包括多种功能模块单元，如抛光单元、传输单元、量测单元、清洗单元和干燥单元等。晶圆加工设备的集成度很高，其柜体一般设置了许多防护门，对应各个功能模块。当设备急停、设备检修或运营维护时，需要打开防护门，设备内部的运行机构例如抛光部件、清洗部件等在此时需要停止运行避免造成人身损害等安全事故。因此需要在没有切断驱动器电源的情况下可以可靠的切断电机的电源，使得电机不会输出转矩，避免电机未预期的启动。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种应用于晶圆加工设备的安全控制系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.本发明实施例提供了一种应用于晶圆加工设备的安全控制系统，包括安全门开关、控制模块、安全继电器和伺服驱动器，安全门开关与控制模块连接，控制模块与安全继电器连接，安全继电器与伺服驱动器连接，安全门开关输出双路开关信号和锁闭信号至控制模块，控制模块输出锁定解锁命令至安全门开关，控制模块根据所述双路开关信号和锁闭信号输出sto信号至安全继电器，安全继电器输出动作信号至伺服驱动器，伺服驱动器基于其工作状态输出sto反馈信号至控制模块。
6.在一个实施例中，所述晶圆加工设备按照功能分为多个区域，位于不同区域的安全门通过各自的安全门开关连接不同的控制模块，不同的控制模块之间级联从而实现根据一个区域的安全门的开关状态控制另一个区域的伺服驱动器。
7.在一个实施例中，所述安全控制系统包括传输模组安全门开关和机械手安全门开关，机械手安全门开关打开时控制传输模组的伺服驱动器安全停止。
8.在一个实施例中，所述控制模块包括用于接收开关信号的监控单元、用于监测锁闭信号的锁定反馈单元、用于安全门开关锁定控制和sto控制的防护锁单元以及输出单元。
9.在一个实施例中，所述监控单元和锁定反馈单元分别与防护锁单元连接，防护锁单元与输出单元连接，所述双路开关信号输入监控单元，锁闭信号输入锁定反馈单元， sto反馈信号输入输出单元，输出单元输出sto信号和锁定解锁命令。
10.在一个实施例中，外部的强制解锁信号输入所述防护锁单元。
11.在一个实施例中，所述防护锁单元输出报警进行提示。
12.在一个实施例中，所述控制模块包括主控模块和扩展模块。
13.在一个实施例中，所述主控模块包括第一监控单元、第一锁定反馈单元、第一防护锁单元、第二监控单元、第二锁定反馈单元、第二防护锁单元以及第一与门，第一监控单元和第一锁定反馈单元分别与第一防护锁单元连接，第二监控单元和第二锁定反馈单元分别与第二防护锁单元连接，第一防护锁单元和第二防护锁单元分别与第一与门连接。
14.在一个实施例中，所述扩展模块包括第三监控单元、第三锁定反馈单元、第三防护锁单元、第四监控单元、第四锁定反馈单元、第四防护锁单元以及第二与门，第三监控单元和第三锁定反馈单元分别与第三防护锁单元连接，第四监控单元和第四锁定反馈单元分别与第四防护锁单元连接，第三防护锁单元和第四防护锁单元分别与第二与门连接。
15.在一个实施例中，所述第三防护锁单元的输出端还与所述第一与门的输入端连接。
16.本发明实施例的有益效果包括：实现了安全门的开、关和锁定状态的监测，并根据安全门的状态控制伺服驱动器的sto功能，进而控制电机安全运行和关断。
附图说明
17.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：图1示出了本发明一实施例提供的晶圆加工设备；图2示出了本发明一实施例提供的晶圆加工设备的安全门；图3至图5示出了实施例1；图6至图8示出了实施例2和实施例3。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
19.此外，还需要说明的是，本技术中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
20.为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
21.在本技术中，化学机械抛光（chemical mechanical polishing）也称为化学机械平坦化（chemical mechanical planarization），晶圆（wafer）也称为晶片、硅片、基片或基
板（substrate）等，其含义和实际作用等同。
22.如图1所示，本发明一实施例提供的晶圆加工设备100包括：缓存模块110、两个加工模块120和前端模块150。
23.缓存模块110可以设置有多层，多层缓存模块110可以同时缓存多片晶圆。
24.加工模块120用于抛光晶圆，两个加工模块120可以独立工作。每个加工模块120都可以包括：抛光单元121、第一机械手122、传输单元123、第二机械手124和清洗单元125。
25.如图1所示，晶圆加工设备100包括四个抛光单元121，抛光单元121可以为化学机械抛光单元。当晶圆加工设备100工作时，晶圆可以进入四个抛光单元121中的任意一个或多个进行抛光，完成一步或多步抛光后，将晶圆送回传输单元123。如图1所示，每个抛光单元121可以包括：抛光盘211、抛光头212和装卸平台213，两个抛光单元121的装卸平台213均邻近第二机械手124设置。
26.如图1所示，两个加工模块120的抛光单元121之间可以形成有传输模块130，传输单元123均可以设置在传输模块130内。传输单元123可以在第一机械手122和第二机械手124之间传输晶圆。第一机械手122在缓存模块110和传输单元123之间以及传输单元123和清洗单元125之间运动。第二机械手124用于为抛光单元121传输晶圆。
27.如图1所示，每个清洗单元125可以包括：清洗模块251、干燥模块252、竖直缓存模块253和翻转模块254，清洗模块251、干燥模块252、竖直缓存模块253和翻转模块254并排布置。其中，清洗模块251可以由多种清洗装置实现，例如刷洗式、旋转式等。干燥模块252可以由后处理装置实现。
28.如图1所示，每个清洗单元125还可以包括：第三机械手255和第四机械手256，第三机械手255在清洗模块251和竖直缓存模块253的上方移动，第四机械手256在清洗模块251、干燥模块252和翻转模块254的上方移动。
29.如图1所示，两个加工模块120的清洗单元125之间留有布置空间140，两个第一机械手122和缓存模块110设置在布置空间140内。
30.如图2所示，晶圆加工设备100的柜体上安装有多个安全门，设备正常运行时，安全门均关闭，以提供封闭的腔室环境。安全门上均装有安全门开关。晶圆加工设备100按照功能可以分为多个区域，例如按照两个加工模块120和前端模块150各自对应的位置分为不同的区域，还可以再按照抛光单元121和清洗单元125再细分区域。柜体上的许多个安全门位于不同的区域，也按照区域不同进行区分。
31.参见图2，以一个具体应用场景为例。图2中左侧上部对开门为传输模组安全门，门内侧安装两个安全门开关，分别为传输模组安全门开关a1、传输模组安全门开关a2。图2中右侧对开门为机械手安全门，具有机械手安全门开关b1、机械手安全门开关b2。示例性的，传输模组安全门对应的传输模组可以为传输单元123，机械手安全门对应的机械手可以为第一机械手122或第二机械手124。
32.正常生产中，传输模组安全门开关a1、传输模组安全门开关a2及机械手安全门开关b1、机械手安全门开关b2均需要关闭并锁定。当传输模组安全门开关a1或者传输模组安全门开关a2打开时，传输模组电机需要安全停止，此时机械手距离传输模组安全门距离较远，人员维护传输模组时不会触碰到机械手，因此不需要对机械手进行安全停止。也就是说，左侧区域的传输模组安全门的开关状态不需要影响右侧区域的机械手运动机构。
33.当机械手安全门开关b1或者机械手安全门开关b2打开时，机械手电机安全停止，同时，因传输模组尺寸较长，以及进入机械手安全门范围，人员在维护机械手时可能会触碰到传输模组，所以此时需要同时对传输模组进行安全停止，控制传输模组的伺服驱动器安全停止。也就是说，右侧区域的机械手安全门的开关状态需要同时控制左侧区域的传输模组运动机构。
34.可以理解的是，晶圆加工设备100中的任一装置或模块发生故障、或某一装置在运行中途突然暂停时，需要采取相应地处理措施。
35.为了进行安全控制，本发明实施例提供了一种应用于晶圆加工设备的安全控制系统，实现sto（safe torque off，安全转矩关断）控制。
36.实施例1：如图3所示，实施例1中，安全控制系统包括安全门开关、控制模块、安全继电器和伺服驱动器，安全门开关与控制模块连接，控制模块与安全继电器连接，安全继电器与伺服驱动器连接。控制模块可以由plc（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）实现。另外，伺服驱动器与各功能模块单元中的电机连接，控制电机的工作状态。
37.如图3所示，安全门开关输出开关信号1、开关信号2（即双路开关信号）和锁闭信号至控制模块。其中，开关信号1和开关信号2用于表征安全门开关当前是开或关的状态，输出双路开关信号提高了可靠性，避免误判。锁闭信号用于表征安全门开关是否关闭且锁定。控制模块输出锁定解锁命令至安全门开关，从而控制安全门开关执行上锁或解锁动作。安全门开关和控制模块之间实现了闭环的控制检测。
38.控制模块根据开关信号1、开关信号2和锁闭信号输出sto信号至安全继电器，通过安全继电器控制伺服驱动器的sto功能。安全继电器输出动作信号至伺服驱动器，控制伺服驱动器的使能。伺服驱动器基于其工作状态输出sto反馈信号至控制模块，从而监测伺服驱动器的sto功能的动作情况。控制模块、安全继电器和伺服驱动器之间通过sto信号、动作信号和sto反馈信号实现了闭环的控制检测。
39.基于以上安全控制系统的硬件结构，实现了安全门的开、关和锁定状态的监测，并根据安全门的状态控制伺服驱动器的sto功能，进而控制电机安全运行和关断。
40.如图4所示，实施例1中，控制模块包括监控单元、锁定反馈单元、防护锁单元和输出单元，监控单元和锁定反馈单元分别与防护锁单元连接，防护锁单元与输出单元连接，双路开关信号输入监控单元，锁闭信号输入锁定反馈单元，外部的强制解锁信号输入防护锁单元，防护锁单元可以输出报警信号进行提示，sto反馈信号输入输出单元，输出单元输出sto信号和锁定解锁命令。其中，强制解锁信号可以由外设的控制按钮输入。这里所说的控制模块包括的各个单元可以由软件功能单元实现。
41.可以理解的是，图3和图4仅示出了一个安全门的相关组件机构（例如包括安全门开关、安全继电器和伺服驱动器）连接控制模块的方案，实际应用中当然可以有多个安全门连接控制模块，图5示出了两个安全门连接控制模块的方案，也采用实施例1的工作原理，此处不再详细描述。
42.以一个具体应用场景为例对安全控制系统的工作过程进行说明。
43.当安全门关闭，监控单元输出信号至防护锁单元，防护锁单元经输出单元输出sto信号和锁定解锁命令，若安全门开关反馈的锁闭信号返回锁定反馈单元,安全门完成锁定
控制。若应当反馈的锁闭信号未返回，控制模块将输出锁定故障，例如输出报警信号，并取消锁定命令。
44.实施例2：实施例2阐述针对设备上装有许多的安全门分成不同的区域进行控制的实现方式，图6 中示出了2个区域的示例。
45.如图6所示，位于不同区域的安全门通过各自的安全门开关连接不同的控制模块。进一步地，不同的控制模块之间级联，还可以实现根据一个区域的安全门的开关状态控制另一个区域的伺服驱动器。
46.在一个实施例中，如图6所示，控制模块包括主控模块和扩展模块。
47.如图6所示，安全门开关1和安全门开关2与主控模块连接，安全门开关1输出开关信号1、开关信号2和锁闭信号1至主控模块，主控模块输出锁定解锁命令1至安全门开关1。安全门开关2输出开关信号3、开关信号4和锁闭信号2至主控模块，主控模块输出锁定解锁命令2至安全门开关2。主控模块根据其接收的所有开关信号和锁闭信号输出sto信号1至安全继电器1。安全继电器1输出动作信号至伺服驱动器1和伺服驱动器2。伺服驱动器1和伺服驱动器2可以串联输出sto反馈信号1至主控模块。当然，伺服驱动器1和伺服驱动器2也可以各自输出sto反馈信号至主控模块。
48.如图6所示，安全门开关3和安全门开关4与扩展模块连接，安全门开关3输出开关信号5、开关信号6和锁闭信号3至扩展模块，扩展模块输出锁定解锁命令3至安全门开关3。安全门开关4输出开关信号7、开关信号8和锁闭信号4至扩展模块，扩展模块输出锁定解锁命令4至安全门开关4。扩展模块根据其接收的所有开关信号和锁闭信号输出sto信号2至安全继电器2。安全继电器2输出动作信号至伺服驱动器3和伺服驱动器4。伺服驱动器3和伺服驱动器4可以输出sto反馈信号2至扩展模块。
49.如图7所示，主控模块包括第一监控单元、第一锁定反馈单元、第一防护锁单元、第二监控单元、第二锁定反馈单元、第二防护锁单元、第一与门、输出单元1、输出单元2以及输出单元3。第一监控单元和第一锁定反馈单元分别与第一防护锁单元连接，第二监控单元和第二锁定反馈单元分别与第二防护锁单元连接，第一防护锁单元和第二防护锁单元分别与第一与门连接。第一防护锁单元的一输出端还与输出单元1的输入端连接，输出单元1输出锁定解锁命令1。第二防护锁单元的一输出端还与输出单元2的输入端连接，输出单元2输出锁定解锁命令2。第一与门的输出端与输出单元3的输入端连接，sto反馈信号1也接入输出单元3，输出单元3输出sto信号1。
50.如图8所示，扩展模块包括第三监控单元、第三锁定反馈单元、第三防护锁单元、第四监控单元、第四锁定反馈单元、第四防护锁单元、第二与门、输出单元4、输出单元5以及输出单元6。第三监控单元和第三锁定反馈单元分别与第三防护锁单元连接，第四监控单元和第四锁定反馈单元分别与第四防护锁单元连接，第三防护锁单元和第四防护锁单元分别与第二与门连接。第三防护锁单元的一输出端还与输出单元4的输入端连接，输出单元4输出锁定解锁命令3。第四防护锁单元的一输出端还与输出单元5的输入端连接，输出单元5输出锁定解锁命令4。第二与门的输出端与输出单元6的输入端连接，sto反馈信号2也接入输出单元6，输出单元6输出sto信号2。
51.实施例2中，安全门开关1和安全门开关2 分别连接的第一防护锁单元和第二防护
锁单元的输出信号通过第一与门后输出sto信号1至区域1，从而控制区域1内的伺服驱动器。区域2与区域1的控制相同。
52.实施例3：实施例3如图7和图8中灰色带箭头虚线所示，主控模块和扩展之间级联，从而实现区域2中的安全门3的安全门开关3同时控制区域1中的伺服驱动器。图8中连接安全门开关3的第三防护锁单元的一输出端同时连接第二与门和图7中的第一与门，该端口输出的联控信号同时输入第一与门和第二与门从而影响sto信号1和sto信号2，进而实现了安全门开关3同时控制区域1中的伺服驱动器和区域2中的伺服驱动器。
53.当出现一个区域内的安全门开关需要控制另一个区域内的伺服驱动器的情况时，可以采用实施例3中的方案，可以不用对当前硬件电路进行修改，只需要修改内部程序单元即可。
54.可以理解的是，以上实施例仅为示例，基于篇幅限制无法一一列举其他数量安全门的连接控制方式，具体控制的安全门数量并不局限以上所列举之数值，于其它的实施方式中可根据实际的需要来设计，凡达成本技术中揭示之技术思想，采用本技术中的基本原理，均应当被本发明的权利要求所涵盖。
55.本技术具有以下优点：a．通过对控制模块进行编程，可以实现较为复杂的控制。
56.b．所有安全门开关单独接入控制模块，信号可以单独监测，线路简单。
57.c．通过对控制模块进行编程，控制模块输出通道可以实现安全门开关的电磁锁定功能。
58.d．伺服驱动器的sto功能激活后，sto反馈信号可以接入控制模块的反馈通道，可以达到pld安全等级。
59.e．可以为控制模块配置多种网络接口模块，可以接入不同上位系统中，控制模块中所有输入输出信号均可以由上位系统读取。
60.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。