CMP設備控制軟件的模塊規劃及可視化技術(shù)

1 引言

　　隨著(zhù)硅片直徑的不斷增大和圖形線(xiàn)寬的急劇縮小，IC加工工藝對硅片的平整度要求越來(lái)越高?；瘜W(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是目前滿(mǎn)足硅片圖形加工性能和速度要求的最有效加工方法。國內在大直徑硅片加工設備方面的研究幾乎仍是空白，對于大直徑(≥300 mm)硅片的超精密加工技術(shù)與設備的研究甚少。結合目前對于高拋光生產(chǎn)率的要求，進(jìn)行多工位拋光機的開(kāi)發(fā)勢在必行。圖1所示為自行研制的三工位CMP機床的平面示意圖。該三工位直線(xiàn)軌道式拋光機具有如下特點(diǎn)：

 
(1)三工位的加工方式可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)硅片加工，因此能夠滿(mǎn)足高生產(chǎn)率要求；
(2)各個(gè)拋光頭運動(dòng)分別控制，這可以避免第二代CMP拋光機的裝載平衡問(wèn)題，可滿(mǎn)足單片加工要求；
(3)采用新-代硅片夾持技術(shù)凹，夾持穩定，效率高；
(4)具有終點(diǎn)檢測裝置，在加工過(guò)程中不需要通過(guò)控制拋光時(shí)間來(lái)控制拋光過(guò)程。

　　CMP設備的監控系統軟件對于拋光機床的加工精度、加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率影響很大。本文中研究的CMP監控系統軟件設計采用了目前軟件工程學(xué)中主流的面向對象方法，并用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，提高軟件的執行效率。為提高代碼的可重用性和可移植性，按照CMP控制系統的功能進(jìn)行功能模塊劃分，并將各個(gè)功能模塊封裝成C++類(lèi)?？刂栖浖捎昧薓FC的單文檔模式，靜態(tài)拆分窗口的方法，以解決多視圖通訊問(wèn)題；通過(guò)對OpenGL封裝類(lèi)的操作實(shí)現采集數據的全程動(dòng)態(tài)顯示和CMP機床的動(dòng)作演示。

2 CMP設備控制軟件模塊規劃及數據封裝

　　CMP控制軟件完成的主要功能有：拋光盤(pán)、拋光頭的運動(dòng)控制；拋光壓力、拋光盤(pán)真空度的在線(xiàn)精密測量與控制；拋光墊在線(xiàn)修整控制：修整速度、修整壓力、修整時(shí)間等修整參數的控制問(wèn)題；拋光動(dòng)作、上下片動(dòng)作、硅片傳輸等動(dòng)作的協(xié)調控制和安全保護及報警；數據的監測、處理、存儲和顯示等。

　　CMP控制軟件的功能模塊劃分如圖2所示。

 
　　在MFC的單文檔模式下，對3個(gè)工位功能進(jìn)行抽象，封裝成3個(gè)視圖類(lèi)(均派生于CView類(lèi))。在視圖類(lèi)基礎上對每個(gè)工位的功能進(jìn)行再一次抽象，封裝成幾個(gè)功能模塊類(lèi)，主要有數據存儲類(lèi)(CStorage)、數據顯示類(lèi)(CGraph)和工位動(dòng)作控制類(lèi)(CControl)等。
其中CControl類(lèi)的封裝格式如下：
 

　　將設備動(dòng)作(機械手動(dòng)作、由步進(jìn)電機帶動(dòng)的上下料托盤(pán)的動(dòng)作等)的演示模塊封裝成動(dòng)作演示類(lèi)CRobotView(派生于CView)。3個(gè)工位的工作流程圖模塊封裝成流程演示類(lèi)CcmpCtrlSysView(派生于CFormView)。將機床控制參數設置狀態(tài)模塊封裝成CcmpVie4(派生于CView)，至此共有6個(gè)視圖類(lèi)。

　　根據OpenGL的功能封裝了兩個(gè)C++類(lèi)，分別為定義了視口大小、投影變換等功能CCamera類(lèi)和封裝了OpenGL的環(huán)境設置的COpenGLDC類(lèi)。

　　另外，本控制軟件中還用到了參數設置等若干對話(huà)框類(lèi)。CMP控制軟件類(lèi)之間的關(guān)系如圖3所示。

 
3 多視圖類(lèi)通訊

　　三工位CMP機床各工位之間的動(dòng)作有著(zhù)嚴格的時(shí)序要求，這就要求控制軟件的各個(gè)模塊之間即視圖類(lèi)之間能夠完成通訊。從圖3可以看出6個(gè)視圖類(lèi)都和文檔類(lèi)有著(zhù)聯(lián)系，因此可以考慮各視圖類(lèi)通過(guò)文檔類(lèi)實(shí)現彼此之問(wèn)的通訊。

　　在SDI應用程序中，當文檔對象首先被構造之后，或用戶(hù)從File中選擇New命令時(shí)，框架都會(huì )調用虛函數CDocument()：：OnNewDocument()。這里是設置文檔數據成員初始值最好的地方。本文正是借助這個(gè)函數實(shí)現多視圖的通訊。

　　結合文檔和視圖分離的思想，由于跟文檔類(lèi)相連的視圖類(lèi)是不能安全的與除文檔類(lèi)之外的其余的視圖類(lèi)通信的。因此只能讓他們都與文檔類(lèi)通信。在文檔中設置相應的指針以獲得各個(gè)視圖指針，實(shí)例代碼如下：

　　重載文檔類(lèi)的OnNewDocument()虛函數，并在該函數中加入如下代碼：

　　這樣，在應用程序啟動(dòng)時(shí)可以在文檔類(lèi)中得到所需的視圖類(lèi)指針，以后各視圖類(lèi)通過(guò)文檔類(lèi)獲得所需通訊視圖的指針。下面就以CcmpView1和CcmpView2視圖類(lèi)之間的通訊來(lái)解釋視圖通訊的過(guò)程。以CcmpView1中獲得CcmpView2的指針為例。首先在CcmpView1的頭文件中聲明一個(gè)Cc mpView2指針，并加入類(lèi)CcmpView2的頭文件，然后重載CmpView1類(lèi)的OnInitialU Date()虛函數，在該虛函數中加入CCmpCt rlSysDoc*pDoc=GetDocument ()；pView2=pDoc->pView2；從而實(shí)現了CcmpView1中獲得CcmpView2指針，為后續的通訊奠定了基礎。
4 CMP機床參數及設備動(dòng)作的可視化

　　為了觀(guān)察3個(gè)工位拋光壓力值的大小，控制程序需要動(dòng)態(tài)顯示拋光壓力曲線(xiàn)。常規數據動(dòng)態(tài)顯示方法多采用VC動(dòng)態(tài)貼圖技術(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗發(fā)現動(dòng)態(tài)貼圖不能做到將采集到的數據全程動(dòng)態(tài)顯示。

　　CMP機床拋光壓力采集周期設為1 ms，其工作時(shí)間最長(cháng)為6 min，這就意味著(zhù)單工位采集的數據個(gè)數最大為36萬(wàn)個(gè)，3個(gè)工位的數據個(gè)數最大為108萬(wàn)個(gè)。為了實(shí)時(shí)顯示這些數據，在堆中創(chuàng )建3個(gè)2 M字節數組存儲采集數據，然后調用函數RenderView()顯示數據。顯示函數主要包括兩部分代碼，第一部分是用顯示列表技術(shù)制作了坐標系而第二部分代碼則是用OpenGL的雙緩存技術(shù)編寫(xiě)壓力曲線(xiàn)的繪制。

　　三工位CMP機床是自動(dòng)化程度較高的數控設備，一次可以加工兩個(gè)片盒的硅片，共計50片?？刂葡到y要保證1和2號工位要連續加工17片，3號工位連續加工16片硅片，另外控制任務(wù)還有兩個(gè)機械手的動(dòng)作協(xié)調，拋光完成后將硅片送到清洗位等，可見(jiàn)控制時(shí)序是非常復雜的。所以無(wú)論是檢查控制軟件動(dòng)作的正確性還是加工中觀(guān)察機床的實(shí)際運行情況，增加機床動(dòng)作演示功能是非常必要的。

　　用OpenGL封裝類(lèi)制作了機床平面布置圖，當某一工位工作時(shí)就將該工位的顏色設成工作時(shí)的顏色，不工作時(shí)顏色不變，從而能夠以動(dòng)畫(huà)的方式實(shí)現動(dòng)作顯示。 OpenGL類(lèi)的封裝格式如下：

 
　　控制程序的畫(huà)面如圖4所示。

4 結束語(yǔ)

　　面向對象設計方法在本控制軟件中的使用，提高了軟件的可重用性，可擴充性和健壯性。多視圖通訊的實(shí)現，保證了任意視圖中可以獲得其他視圖的指針，從而使程序簡(jiǎn)潔、緊湊、高效，動(dòng)態(tài)分配內存，提高程序的執行效率。OpenGL封裝類(lèi)實(shí)現了程序的可視化，提高了程序的執行效率。