专利名称：环境因素采集系统以及半导体集成电路生产工艺测量设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及 用于半导体领域的环境因素采集系统以及含有该系统的半导体集成电路生产工艺测量设备。
背景技术：
环境因素是影响半导体集成电路生产工艺测量设备，特别是光学薄膜和关键尺寸测量设备性能的重要因素，因此半导体集成电路光学薄膜和关键尺寸测量设备对温度，压力，湿度都有严格的要求。薄膜测量包括薄膜厚度，薄膜材料的光学特性参数，薄膜材料的应力参数等，关键尺寸测量包括线宽，高度/深度，侧壁角，图形形貌等。对设备内部环境参数的测量也已不仅仅局限在某一测试点的数据处理，而是要求多点测量，并实现远程数据采集与集中处理。为满足设备内部环境进行多点测量与集中处理的需要，目前市场上主要采用基于485/232总线的环境监测装置或者基于现场总线的网络控制环境监测装置，同时利用外置多路模拟开关实现多通道的测量。基于485/232总线的环境监测装置，传输速率低，抗干扰性差；采用外置多路模拟开关进行通道选择，需要考虑开关速度、导通电阻、泄漏电流。为了使多路开关发挥其性能，需要与相关电路合理搭配，协调工作，有时为弥补某些性能的欠缺，会造成电路结构复杂，为了避免通道之间的干扰，必要时作的针对处理，会使得外围电路过于复杂，通道扫描速度低，可靠性差，开发周期长。
实用新型内容为了解决现有技术中的问题，提供一种具有高可靠性，高传输速率，可远程监测的功能，并开发周期短，便于调试，成本低廉的环境因素采集系统是十分有必要的。根据本实用新型的一个方面，提供了一种环境因素采集系统，其特征在于，包括如下部件-多个传感器网络单元，分别传感与环境因素有关的信号；-A/D转换单元，具有多个输入通道，该些输入通道与该些传感器网络单元一一连接；-主控制器单元，与该A/D转换单元的输出相连，根据A/D转换后的、与环境因素有关的信号，确定实际的环境因素值；-TCP/IP接口单元，与该主控制器单元相连，根据TCP/IP协议，将该实际的环境因素值发出。本实用新型的以上方面具有集成度高，兼容性好，数据传输快，可靠性高，开发周期短，成本低廉等特点，并且具有如下优点I.电路简单，实时性好，数据传输方便；2.操作简单，适用于集中短距离的数据采集应用；3.采用TCP/IP通信协议进行通讯，便于与膜厚测量设备主系统兼容，也便于推广应用到其它支持TCP/IP协议的半导体设备上的环境参数的监测系统。根据本实用新型的一个优选的实施方式，所述传感器网络单元包括温度传感器网络，该温度传感器网络包括由温度传感器和电阻元件构成的电桥；和/或，所述传感器网络单元包括压力传感器网络，该压力传感器网络包括压差传感器。该优选的实施方式给出了用于采集温度和/或压力的采集系统的更加具体的实现。根据本实用新型的一个优选的实施方式，该系统还包括如下部件-多个信号处理单元，一一连接在传感器网络单元和该A/D转换单元的输入通道之间，将该传感器网络单元传感的信号转换为O至5V的电压信号提供给该A/D转换单元。由于传感器网络单元提供的信号可能与A/D转换单元的输入要求不一致，该优选 的实施方式提供的信号处理单元连接在传感器网络单元和A/D转换单元之间，起到信号匹配的作用。根据本实用新型的一个优选的实施方式，所述主控制器单元含有以太网媒体访问控制器；所述TCP/IP接口单元采用以太网控制器实现的主控器；系统还包括如下部件-上位机，与该TCP/IP接口单元通过以太网相连，该上位机-基于TCP/IP协议向所述主控制器单元发送命令；-基于TCP/IP协议接收主控制器单元发送的该实际的环境因素值，并显示、分析和处理该实际的环境因素值。该优选的实施方式提供了与主控制器单元通过以太网连接的上位机，用于操作主控制器单元，并处理采集到的环境因素，提供了更加完整的采集和处理系统。根据本实用新型的一个优选的实施方式，该系统还包括如下部件-电源，与该A/D转换单元、主控制器单元、TCP/IP接口单元相连并提供电力。该实施方式提供了更加完整的采集系统。根据本实用新型的一个优选的实施方式，所述主控制器单元是基于嵌入式操作系统，该主控制器单元并行运行四个任务-主任务，创建其他任务，并接收命令；-命令解析任务，对接收到的命令进行解析；-命令处理任务，在解析出的命令是环境因素采集时，通过多个传感器网络单元和A/D转换单元获得与环境因素有关的信号，并确定实际的环境因素值；-发送任务，将实际的环境因素值提供给TCP/IP接口单元发出；各任务之间通过一定协调机制进行相互协调工作，该协调机制包括以下任一项-信道灯；-消息队列。根据一个进一步优选的实施方式，各个任务设置有超时函数，该超时函数在该任务占用主控制器单元一定时间满后将主控制器单元释放给其他任务使用。该优选的实施方式采用多任务的方式实现主控制单元的功能，便于软件开发与调试，即使一个任务发生问题，也不会影响其他任务的运行。这样既提高了系统的可靠性，同时也缩短开发周期，使得调试程序变得容易，使得数据处理速度快，系统实时性好。根据一个优选的实施方式，所述温度传感器为PT100温度传感器，所述压差传感器为SDP1000压差传感器； 所述A/D转换单元为LTC1859 ；所述主控制器单元为ARM7系列芯片LPC2478，与所述A/D转换单元之间采用串行外设接口(SPI)总线互联；所述主控制器单元基于嵌入式操作系统UC0S-II以及uc-TCP/IP协议栈进行开发。该实施方式提供了该采集系统所使用的具体器件型号和实现主控制单元的系统和通信协议。 根据一个优选的实施方式，该系统用于半导体集成电路设备内部环境监测。根据本实用新型的另一个方面，提供了一种半导体集成电路光学薄膜和关键尺寸测量设备，其特征在于，包括前述的环境因素采集系统，其中，该环境因素采集系统的多个传感器网络单元位于该光学薄膜和关键尺寸测量设备的内部，传感与该光学薄膜和关键尺寸测量设备内部环境因素有关的信号。
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更加明显图I为本实用新型的原理结构框图；图2为本实用新型的主控制单元的操作系统执行的主任务的流程图；图3为本实用新型的主控制单元的操作系统执行的命令解析任务的流程图；图4为本实用新型的主控制单元的操作系统执行的数据采集任务的流程图；图5为本实用新型的主控制单元的操作系统执行的发送任务的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如附图I所示，该环境因素采集系统最基本地包括主控制器单元1，传感器网络单元2，A/D转换单元4和TCP/IP接口单元5构成。优选地，该环境因素采集系统还包括信号处理单元3、上位机6以及电源7。下面将对这些部件的功能进行描述。多个传感器网络单元2被布置于环境中所关注的位置，分别传感与环境因素有关的信号。在一个优选的实施方式中，传感器网络单元2包括温度传感器网络，该温度传感器网络包括由温度传感器和电阻元件构成的电桥，该温度传感器例如是PT100温度传感器。在另一个优选的实施方式中，传感器网络单元包括压力传感器网络，该压力传感器网络包括压差传感器，该压差传感器例如是SDP1000压差传感器。可以理解，本环境因素采集系统并不局限于采集温度和压力(压强)，其他任何环境因素，例如湿度都可以由本系统通过使用相应的传感器来进行采集。多个传感器网络单元2分别与一个信号处理单元3相连，各信号处理单元3分别与A/D转换单元4的多个输入通道(CH1、CH2、......、CH8)——相连。该信号处理单元将
该传感器网络单元传感的信号转换为O至5V的电压信号。之所以提供信号处理单元3，是由于传感器网络单元传感的信号与A/D转换单元的输入要求不匹配，无法直接由A/D转换单元进行处理。可以理解，在传感器网络单元传感的信号本身就符合A/D转换单元的输入要求的情况下，该信号处理单元3是可以省略的。A/D转换单元4与主控制器单元I连接，用于将A/D转换后的、与环境因素有关的信号提供给主控制器单元I。在一个具体的实施方式中，A/D转换单元4LTC1859来实现，该A/D转换器具有8通道的单端输入，通道扫描速度可以达到IOOKHz，同时LTC1859可以承受25V的输入电压，使得数据采集更加可靠，同时LTC1859 与主控制器单元之间采用SPI (串行外设接口 )总线通信，数据传输速率高，可靠性好。主控制器单元I得到A/D转换后的、与环境因素有关的信号后，确定实际的环境因素值，例如温度或者压力。在一个具体的实施方式中，主控制器单元I由ARM7系列芯片LPC2478来实现，该芯片具有512kB片内高速Flash存储器，该Flash存储器具有特殊的128位宽度的存储器接口和加速器架构，可使CPU以高达72MHz的系统时钟速度来按顺序执行Flash存储器的指令器，LPC2478还带有实时调试接口，包括JTAG和嵌入式跟踪在内。TCP/IP接口单元5与该主控制器单元I相连，根据TCP/IP协议，将主控制器单元I转换得到的该实际的环境因素值发出。在一个优选的实施方式中，该系统还包括一个上位机6,该上位机用于基于TCP/IP协议向主控制器单元I发送采集环境因素的命令，和基于TCP/IP协议接收主控制器单元I发送的该实际的环境因素值，并显示、分析和处理该实际的环境因素值。可以理解，在另一个变化的实施方式中，该上位机6也可以独立于并外接于本系统。对于上位机6与TCP/IP接口单元5之间的连接方式，可以由很多技术实现。例如能够通过以太网连接。在这种情况下，主控制器单元I含有以太网媒体访问控制器，TCP/IP接口单元5采用以太网控制器实现的主控器。在供电方面，电源7与主控制器单元1，信号处理网络单元3，A/D转换单元4，TCP/IP接口单元5相电气连接，提供其工作电源。以上介绍了本系统各部件的功能，下面将对本系统的运作过程进行简要描述。上位机6向主控制器单元I发出命令，主控制器单元I根据上位机6的命令，配置A/D转换单元4的相应模式，启动A/D转换，例如扫描每个输入通道，并将每个输入通道的A/D转换结果通过SPI接口传输至主控制器单元I。主控制器单元I进行数据处理，得出每个通道参数的实际数值，并把这些数值送到TCP/IP接口单元5，TCP/IP接口单元5将这些数据打包然后传送给上位机，用于数据显示，分析与集中处理。由于主控制器单元I需要进行命令接收、命令解析、A/D数据接收、A/D数据处理和发送这多种功能，在具体实现的角度，为了提高多功能的可靠性，在一个优选的实施方式中，主控制器单元I采用多任务的处理方式来实现这些功能。具体的，主控制器单元I基于嵌入式操作系统UC0S-II以及uc-TCP/IP协议栈进行开发的，其任务创建、管理、调度以及中断处理等均由操作系统完成。在本实用新型中，操作系统主要创建了四个任务I)主任务主要进行初始化工作,创建其他任务,使系统准备好接收上位机6通过TCP/IP发来的数据采集命令，并接收命令。2)命令解析任务对接收到的命令按格式进行解析。3)命令处理任务在解析出的命令是环境因素采集时，执行命令，即通过多个传感器网络单元和A/D转换单元获得与环境因素有关的信号，并确定实际的环境因素值；4)发送任务将实际的环境因素值提供给TCP/IP接口单元5发出。任务之间则通过操作系统提供的信号灯、消息队列等机制进行相互协调工作。在采用消息队列方式实现时，图2至图5示出了各个任务的流程。如图2所示，主任务创建其他任务后，等待来自上位机6的命令。在有命令到来后， 通过消息队列ql告知命令解析任务去进行处理。如图3所示，命令解析任务通过消息队列ql获知命令到来后，进行命令解析。如果命令错误，则通过消息队列q3告知发送任务，以将命令错误汇报给上位机7。如果命令正确，则通过消息队列q2告知命令处理任务去进行处理。如图4所示，命令处理任务通过消息队列q2获知命令正确，它进行数据采集、处理工作。在处理完成后，通过消息队列q3告知发送任务，以将处理数据汇报给上位机7。如图5所示，发送任务通过消息队列q3获知存在待发送的信息，即命令错误或者是处理数据，则它将该信息发送给上位机6。优选地，各个任务设置有超时函数，该超时函数在该任务占用主控制器单元一定时间满后将主控制器单元释放给其他任务使用。当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本实用新型不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
权利要求1.一种环境因素采集系统，其特征在于，包括如下部件 -多个传感器网络单元(2)，分别传感与环境因素有关的信号； -A/D转换单元(4)，具有多个输入通道，该些输入通道与该些传感器网络单元一一连接; -主控制器单元(I)，与该A/D转换单元的输出相连，根据A/D转换后的、与环境因素有关的信号，确定实际的环境因素值； -TCP/IP接口单元(5)，与该主控制器单元相连，根据TCP/IP协议，将该实际的环境因素值发出。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器网络单元包括温度传感器网络，该温度传感器网络包括由温度传感器和电阻元件构成的电桥；和/或， 所述传感器网络单元包括压力传感器网络，该压力传感器网络包括压差传感器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括如下部件 -多个信号处理单元(3)，一一连接在传感器网络单元和该A/D转换单元的输入通道之间，将该传感器网络单元传感的信号转换为O至5V的电压信号提供给该A/D转换单元。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述主控制器单元含有以太网媒体访问控制器； 所述TCP/IP接口单元采用以太网控制器实现的主控器； 该系统还包括如下部件 -上位机(6)，与该TCP/IP接口单元通过以太网相连，该上位机向所述主控制器单元发送命令，并显示、分析和集中处理数据。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，该系统还包括如下部件 -电源(7)，与该A/D转换单元、主控制器单元、TCP/IP接口单元相连并提供电力。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度传感器为PTlOO温度传感器，所述压差传感器为SDP1000压差传感器； 所述A/D转换单元为LTC1859 ； 所述主控制器单元为ARM7系列芯片LPC2478，与所述A/D转换单元之间采用串行外设接口(SPI)总线互联。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，该系统用于半导体集成电路设备内部环境监测。
8.一种半导体集成电路生产工艺测量设备，用于测量光学薄膜和关键尺寸，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的环境因素采集系统，其中， 该环境因素采集系统的多个传感器网络单元位于该光学薄膜和关键尺寸测量设备的内部，传感与该光学薄膜和关键尺寸测量设备内部环境因素有关的信号。
专利摘要现有的环境监测装置基于485/232或基于现场总线，传输速率低，抗干扰性差，外围电路复杂，通道扫描速度低，可靠性差，开发周期长，本实用新型提供了环境因素采集系统和半导体集成电路生产工艺测量设备，该采集系统包括多个传感器网络单元，分别传感与环境因素有关的信号；A/D转换单元，具有多个输入通道，与该些传感器网络单元一一连接；主控制器单元，与该A/D转换单元的输出相连，根据A/D转换后的、与环境因素有关的信号，确定实际的环境因素值；和TCP/IP接口单元，与该主控制器单元相连，根据TCP/IP协议，将该实际的环境因素值发出。本实用新型可靠性高，传输速率高，开发周期短，便于调试，可远程监测，成本低廉。
文档编号G01K7/20GK202748161SQ20122005119
公开日2013年2月20日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者李吉, 王英 申请人:睿励科学仪器(上海)有限公司