Wafer-Prüfstand

4D Engineering hat komplette Steuerungen für Prüfstände zur Qualitätskontrolle von Siliziumscheiben (Wafer) entwickelt. In mehreren automatischen und manuellen Testschritten wird die Qualität der Siliziumscheiben geprüft. Die zentrale Steuerung des Prüfstandes sorgt für das Zusammenspiel zwischen Transportroboter und den einzelnen Prüfstationen. Dank des intelligenten Ablaufs wird dabei ein optimierter Durchsatz erreicht. Der Operator hat über ein Windows-MMI die Möglichkeit, die Scheiben zusätzlich zu inspizieren und zu beurteilen.

Alle Ergebnisse werden über SECS-Schnittstelle an die übergeordneten Systeme wie Prozessleitrechner (PAC) oder Material-Tracking-System (MTS) weitergemeldet. Die Steuerung wurde als verteiltes System konzipiert, das sich aus einer Echtzeitkomponente auf Basis von VxWorks und einem MMI als Windows-NT-Anwendung zusammensetzt.

• Design und Implementierung der kompletten Steuerungssoftware
• Design und Implementierung des kompletten MMI
• Eigenes Framework für: Inter-Task- und plattformübergreifende Kommunikation, Zentrale Prozessdatenhaltung, Task-Kontrolle und Logging
• OCR-Steuerung mittels Cognex-System
• Anbindung an übergeordnete Systeme über SECS/GEM
• Flexible Konfiguration für unterschiedliche Ausbaustufen des Equipments
• Umfangreiches Service- und Diagnosesystem
• Fernwartungszugriff über TCP/IP
• Konfektionierung der kompletten Rechnerhardware (VME und IPC) für den Reinraumeinsatz
• Design und Fertigung eines Patchpanels zur mechanischen und elektrischen Adaption

Wafer (Siliziumscheiben) sind das Rohprodukt zur Herstellung miniaturisierter, elektronischer Bausteine. Da der Zwang zu immer größeren Packungsdichten von Halbleiterelementen ständig zunimmt, werden bei der Herstellung von Wafern allerhöchste Ansprüche an die Reinheit des Materials, die Güte der Oberflächen und an die elektronischen Eigenschaften gestellt.

Die Herstellung von qualitativ hochwertigen Wafern ist ein komplexer Prozess, der größtenteils im Reinraum stattfindet. Am Ende der Prozesskette steht eine abschließende Qualitätskontrolle, die in einem Prüfstand sowohl mehrere automatische Tests, als auch eine visuelle Kontrolle durch einen Spezialisten einschließt.

Diese Prüfstände sind auf hohen Durchsatz optimiert. Ein Manipulator (3-Achsen-Roboter) befördert dabei die Prüflinge zwischen den einzelnen Prüfstationen, dem Bediener und den diversen Ein- und Ausgangskassetten.

Für deutsche Siliziumhersteller wurden von 4D Engineering komplette Steuerungen entwickelt. Diese Steuerungen müssen die einzelnen Prüfstationen ansteuern und den Roboter kommandieren, vor allem aber für einen intelligenten Ablauf sorgen, der den Durchsatz maximiert. Steuerungshardware Die Hardware der Steuerung besteht aus einem VME-Bus System, das neben einer Motorola 68060 CPU auch diverse I/O- und A/D-Karten, RS232-Adapter und Schrittmotorenkarten enthält.

Als OS für die Steuerung wurde das Echtzeitbetriebssystem VxWorks von Wind River Systems verwendet, das für die gegebenen harten Echtzeitanforderungen und benötigten Netzwerkfähigkeiten sehr gut geeignet ist. Die hostbasierte grafische Entwicklungsumgebung Tornado gestattet zudem eine komfortable Cross-Entwicklung und kurze Programmierzyklen.

Die Steuersoftware wurde mit einem objektorientierten Design konzipiert und in C++ implementiert. Der OO-Ansatz und C++ dringen immer mehr auch in die Echtzeitwelt ein und lassen sich, bei genauer Kenntnis der dahinter stehenden Mechanismen, ohne signifikanten Performanceverlust oder Ressourcenverbrauch einsetzen, so dass die Vorteile dieser Stilmittel zum Tragen kommen. C++ wird von VxWorks unterstützt und es stehen auch mehrere objektorientierte CASE-Tools für VxWorks zur Verfügung. 4D Engineering kann im Hinblick auf objektorientierte Methoden und C++ für Echtzeitsysteme viel Erfahrung aufweisen.

Zur Beherrschung der Parallelität der verschiedenen Prozesse macht die Steuerungsarchitektur intensiven Gebrauch von den Task-Mechanismen von VxWorks, die sehr effizient und gut ausgebaut sind. Ein strikt prioritätengesteuertes Scheduling, sowie Mittel zur Inter-Task-Kommunikation und -Synchronisation sind hier von entscheidender Bedeutung. Die Anknüpfung von Interrupt Service Routinen an das Tasksystem ist ebenfalls essentiell und kann mit VxWorks sehr gut gelöst werden. Die langjährige Erfahrung von 4D Engineering mit solchen Charakteristiken von Echtzeitsystemen resultierte in einer stabilen Systemarchitektur. Basissoftware von 4D Engineering Eine von 4D Engineering entwickelte Basissoftware bietet objektorientierte Dienste zur Inter-Task- Kommunikation und plattformübergreifenden Kommunikation, Datenhaltung, Task-Kontrolle, Logging, etc. Sie setzt auf VxWorks auf und liegt auch dieser Steuersoftware zugrunde.

Als Bedienrechner ist ein Industrie-PC mit grafischer Benutzeroberfläche unter Windows NT 4.0 in die Anlage integriert, der über Ethernet mit dem Steuerrechner Punkt-zu-Punkt und damit echtzeitfähig vernetzt ist. Die NT-Software umfasst neben der primären Betriebsoberfläche auch Authorisierungsmechanismen, Logging, Servicemasken, Unterstützung von Fernwartung und die Ankopplung an einen Prozessleitrechner. Die Bedienung erfolgt über Touchscreen, Trackball, optionale Tastatur und Barcodeleser. Der Bedienrechner dient auch als Fileserver und Boot Host für den Steuerrechner. Die Gesamtarchitektur des Systems ist als Client- Server-Modell ausgelegt. Beide Rechner sind jeweils mittels eines zweiten Ethernet-Adapters über das Fabrik-LAN an einen Prozessleitrechner angeschlossen, der mittels des Standardprotokolls SECS/GEM der Halbleiterindustrie den Prüfstand mit vor- und nachgeschalteten Prozessstufen und einem Material-Leitsystem koordiniert.