专利名称：一种高精度光刻胶分配泵控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种化学药品供应设备中的光刻胶分配泵，尤其是一种可精确控制不
同种类化学药品用量的高精度光刻胶分配泵控制装置及其控制方法。
背景技术：
目前，半导体设备中使用的化学药品供应系统中的工艺泵主要采用隔膜泵，但隔 膜泵对胶量无法实现高精密控制。在光刻胶成本很高的情况下，每片晶片在涂胶的时候需 要的胶量是一定的，如果每一片晶片浪费lml，就意味着半导体制造厂商每一年要在光刻胶 上增加巨大的投入。在这种情况下，就需要对光刻胶的使用量进行精确的控制，减少不必要 的浪费，降低成本。在对需要精确控制不同种类化学药品的量的时候，普通的控制装置无法 实现精确控制
发明内容
针对现有技术中存在控制不精确的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种可 精确控制不同种类化学药品用量的高精度光刻胶分配泵控制装置及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
本发明一种高精度光刻胶分配泵控制器包括 主控电路，具有执行控制程序的第1处理器，其将输入的选择命令和/或控制信号 通过通讯接口与泵驱动电路进行通讯连接；泵驱动电路，由第2处理器接收主控电路的控 制信号，实现对光刻胶分配泵的选择控制。 所述主控电路以第1处理器中的第1单片机为控制核心结合人机接口电路、第1 参数掉电保护电路及第1复位电路构成，单片机的数字量输入端与人机接口电路的键输入 信号相连，输出端接有报警指示；所述泵驱动电路以第2单片机为控制核心结合步进电机 驱动电路、第2参数掉电保护电路及第2复位电路构成，第2单片机的数字端分别与不同的 步进电机驱动电路相连。本发明一种高精度控制器的控制方法包括以下步骤在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵；设置各参与控制的泵参数；将数据传输给泵驱动电路；泵驱动电路对被选泵进行控制。所述泵驱动电路对被选泵进行控制包括以下步骤判断是否使用加减速控制；根据匀变速运动公式计算驱动泵电机的加速步数，输出至泵驱动电路。加速步数通过以下公式计算得到T = 2(n*V0-a*(l+n)*n/2) + (V0-a*n)*(N-2*n)其中，T为喷射时间，n为加速步数，V0为起始速度，a为加速度，N为总脉冲数。
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在设置各参与控制的泵参数步骤后还具有确认所设参数范围是否正确步骤，所 述参数范围为光刻胶分配泵的喷射量范围0. Ice 5. 0cc ;喷射速度范围0. lcc/sec 5. Occ/sec ;单次喷射量x不能低于O. lcc ;四段设置的喷射量总和不能高于5. Occ ;喷射时 间不能超出x/5 x/0. 1 ;如所设置的参数超出范围，系统自动报警提示。
所述设置各参与控制的泵参数包括以下步骤 判断是否进行泵参数设置； 如是，则选择化学药品的配方制； 根据上述配方设置泵参数； 确认所设参数是否正确； 正确，则保存，接续将数据传输给泵驱动电路步骤。 如果所设参数不正确，则转至在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵步骤。 如果不进行泵参数设置，则判断是否需要排空气泡； 如需要排空气泡，则设置排空气泡的次数； 接续将数据传输给泵驱动电路步骤； 如果不需要排空气泡，则转至判断是否进行泵参数设置步骤。 本发明具有以下有益效果及优点 1.控制精确，杜绝浪费。本发明通过硬件及软件的配合控制，能准确的控制光刻胶
的吐出量，减少各种光刻胶尤其是昂贵的光刻胶的浪费，减少企业的投入； 2.工作效率高。本发明能够对多台高精度光刻胶分配泵进行控制，又可保存每台
泵的多种配方设置，为用户提供了便捷的使用方式，如泵的喷射速度、加速度及喷射后回吸
速度等多种可设置参数，减少输入数据的时间和次数，提高了效率，可以更大程度的满足客
户需求； 3.应用灵活。本发明装置的泵驱动电路部分可作为一个独立单元，使用更加灵活。
图1为本发明装置的电气结构框图； 图2为光刻胶分配泵的原理示意图； 图3为本发明装置的主控电路原理图； 图4为本发明装置的通讯电路原理图； 图5为本发明装置的人机接口电路原理图； 图6为本发明装置的参数掉电保护电路原理图； 图7本发明装置的泵驱动电路的原理图； 图8为本发明方法流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明高精度光刻胶分配泵控制装置具有如下构成主控电路及泵 驱动电路，其中主控电路包括执行控制程序的第1处理器、人机接口电路、电源电路、第1复 位电路及第1参数掉电保护电路，人机接口电路用于向第1处理器输入选择命令和/或控 制信号，第1处理器接收人机接口电路的命令/信号，通过485通讯总线与泵驱动电路进行通讯连接，泵驱动电路接收主控电路的控制信号，实现对光刻胶分配泵的选择控制。
如图3所示，主控电路的第1处理器以第1单片机Ul (本实施例采用W77E58)为 控制核心结合第1参数掉电保护电路(本实施例采用记忆存储芯片EEPR0M)及第1复位电 路构成，单片机(Ul)的数字量输入端与人机接口电路的键输入信号相连，输出端接有报警 指示灯。 如图5所示，人机接口电路主要通过键输入和液晶屏显示来选择需更改参数的光
刻胶分配泵、设置光刻胶分配泵的控制参数和泵的气泡排空运动次数等。 如图7所示，泵驱动电路中第2处理器以第2单片机UA1 (本实施例采用W77E58)
为控制核心结合步进电机驱动电路、电源电路、故障检测和保护电路、第1参数掉电保护电
路及第2复位电路构成，第2单片机UA1的数字端分别与不同的光刻胶分配泵步进电机驱
动电路相连，并接有故障检测和保护电路以及故障报警电路等，这样就构成了一整套完整
的控制系统。本实施例采用四路光刻胶分配泵，各泵分别由步进电机驱动，步进电机的控制
部分分别电连接于步进电机驱动电路的输出端。 如图8所示，本发明通过高精度光刻胶分配泵控制装置运行控制程序实现其控制 方法，具体如下 在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵； 设置各参与控制的泵参数本实施例中光刻胶分配泵的喷射量范围0. lcc
5. 0cc ;喷射速度范围0. lcc/sec 5. 0cc/sec，所以设置参数需自动判断数据的正确性，
单次喷射量x不能低于0. lcc，四段设置的喷射量总和不能高于5. Occ，喷射时间不能超出
(喷射量x/5 喷射量x/0. 1)这个范围，如所设置的参数超出范围，系统自动报警提示。 通过485总线通讯电路将数据传给泵驱动电路； 泵驱动电路对被选泵进行控制。 所述设置各参与控制的泵参数包括以下步骤 判断是否进行泵参数设置； 如是，则选择化学药品的配方； 根据上述配方设置泵参数； 确认所设参数是否正确； 正确，则保存，接续将数据传输给泵驱动电路步骤； 如果所设参数不正确，则转至在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵步骤；
如果不进行泵参数设置，则判断是否需要排空气泡；
如需要排空气泡，则设置排空气泡的次数；
接续将数据传输给泵驱动电路步骤； 如果不需要排空气泡，则转至判断是否进行泵参数设置步骤。
所述泵驱动电路对被选泵进行控制包括以下步骤 判断是否使用加减速控制当(喷射时间T/喷射量S) > 1/600时，只需要做匀速 运动即可，因为给步进电机的脉冲起始频率在600Hz以下时电机已经工作在较大扭矩状态 下； 由于步进电机的单步喷射量为0. Olcc，根据喷射量S可计算出总脉冲数N。在根 据参数可计算出驱动泵电机的加速步数，输出至泵驱动电路由于光刻胶分配泵的基本运
6动过程是先加速达到一定速度后，以这个速度匀速运行一段再减速停止，最后得到的计算 公式为 T = 2(n*V0-a*(1+n)*n/2)+(V0_a*n)*(N_2*n) 其中，T为喷射时间，n为加速步数，V0为起始速度，a为加速度，N为总脉冲数。
经上述公式计算得到加速步数n的值。从而保证了运动过程满足工艺要求。
由于光刻胶的粘稠度不同，泵的本身特性就决定泵喷射时要有加速减速的过程， 这个加速度和速度就要随着光刻工艺而改变。系统根据设置参数加速度a、喷射量S、喷射 时间T能够精确计算出起始脉冲的频率和加速步数。由于光刻胶分配泵硬件特性决定，给 步进电机的脉冲起始频率应在600Hz以下作为起始速度VO，才能保证步进电机启动时工作 在电机的较大扭矩状态下。 在实际操作中，通过人机接口电路的键盘和液晶屏所示内容来选择需更改参数的 光刻胶分配泵、设置高精度光刻胶分配泵的控制参数(如泵的喷射量、喷射时间、加速度及 喷射后回吸速度等)和泵的气泡排空运动次数。其更改后的数据能通过控制程序自动判断 数据的正确性，最后经确认后，保存到第1参数掉电保护电路中，再通过485总线通讯电路 将数据传给泵驱动电路。 四路泵驱动电路分别判断接收的数据或命令后，经过数据校验，验证数据的正确 性后将数据保存到泵驱动电路的第2参数掉电保护电路。泵驱动电路通过对步进电机的驱 动改变泵的吸吐速度及加速度等多项参数来精确控制步进电机，实现如图2所示的光刻胶 分配泵中囊体8内波纹管的往复运动。第1、2参数掉电保护电路结构相同，如图6所示。
如图2所示，高精度光刻胶分配泵的"A腔"中注满硅油，波纹管7拉伸到最长，此 时保证泵体内壁4为向内变形后的泵体内壁3。波纹管7向下运动，在波纹管7的外侧和囊 体8的内侧的"A腔"空间被放大，通过硅油的传递，向内变形后的泵体内壁3成为向外变形 后的泵体内壁5， "B腔"中的空间也被放大，同时"B腔"放大的体积和"A腔"放大的体积相 等。这样就在"B腔"中形成低压，这时第2单向阀6关闭，第1单向阀1打开。化学药品就 通过入口进入到"B腔"，直至填满"B腔"变形的空间，使内外压力达到一致。
波纹管7向上运动，在波纹管7的外侧和囊体8的内侧的"A腔"空间被压縮，通过 硅油的传递，向外变形后的泵体内壁5成为向内变形后的泵体内壁3，"B腔"中的空间也被 压縮，同时"B腔"压縮的体积和"A腔"压縮的体积相等。这样就在"B腔"中形成高压，这 时第1单向阀1关闭，第2单向阀6打开。化学药品就通过出口吐出，吐出的化学药品的量 刚好是泵体内壁4从向外变形后的泵体内壁5变形到向内变形后的泵体内壁3时"B腔"的 体积变化。泵体内壁4的变形大小通过波纹管7的上下移动的距离来控制，从而实现对滴 胶量的精确控制。 本发明通过主控制器执行程序控制四台高精度光刻胶分配泵，并可以保存每台泵 的三种配方设置。光刻胶分配泵的喷射量范围0. lcc 5. 0cc ;喷射速度范围0. lcc/sec 5. 0cc/sec。
权利要求
一种高精度光刻胶分配泵控制器，其特征在于包括主控电路，具有执行控制程序的第1处理器，其将输入的选择命令和/或控制信号通过通讯接口与泵驱动电路进行通讯连接；泵驱动电路，由第2处理器接收主控电路的控制信号，实现对光刻胶分配泵的选择控制。
2. 按权利要求l所述的高精度光刻胶分配泵控制器，其特征在于所述主控电路以第l 处理器中的第1单片机(Ul)为控制核心结合人机接口电路、第1参数掉电保护电路及第1 复位电路构成，单片机(Ul)的数字量输入端与人机接口电路的键输入信号相连，输出端接 有报警指示。
3. 按权利要求1所述的高精度光刻胶分配泵控制器，其特征在于所述泵驱动电路以 第2单片机(UA1)为控制核心结合步进电机驱动电路、第2参数掉电保护电路及第2复位 电路构成，第2单片机(UA1)的数字端分别与不同的步进电机驱动电路相连。
4. 一种高精度控制器的控制方法，其特征在于包括以下步骤 在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵； 设置各参与控制的泵参数； 将数据传输给泵驱动电路；泵驱动电路对被选泵进行控制。
5. 按权利要求4所述高精度控制器的控制方法，其特征在于所述泵驱动电路对被选 泵进行控制包括以下步骤判断是否使用加减速控制；根据匀变速运动公式计算驱动泵电机的加速步数，输出至泵驱动电路。
6. 按权利要求5所述高精度控制器的控制方法，其特征在于加速步数通过以下公式 计算得到T = 2(n*V0-a*(l+n)*n/2) + (V0-a*n)*(N-2*n)其中，T为喷射时间，n为加速步数，V0为起始速度，a为加速度，N为总脉冲数。
7. 按权利要求5所述高精度控制器的控制方法，其特征在于在设置各参与控制的泵参数步骤后还具有确认所设参数范围是否正确步骤，所述参数 范围为光刻胶分配泵的喷射量范围0. lcc 5. 0cc ;喷射速度范围0. lcc/sec 5. 0cc/ sec ;单次喷射量x不能低于O. lcc ;四段设置的喷射量总和不能高于5. Occ ;喷射时间不能超出x/5 x/0. 1 ;如所设置的参数超出范围，系统自动报警提示。
8. 按权利要求4所述高精度控制器的控制方法，其特征在于所述设置各参与控制的 泵参数包括以下步骤判断是否进行泵参数设置； 如是，则选择化学药品的配方制； 根据上述配方设置泵参数； 确认所设参数是否正确；正确，则保存，接续将数据传输给泵驱动电路步骤。
9. 按权利要求8所述高精度控制器的控制方法，其特征在于如果所设参数不正确，则转至在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵歩骤。
10.按权利要求8所述高精度控制器的控制方法，其特征在于如果不进行泵参数设置，则判断是否需要排空气泡； 如需要排空气泡，则设置排空气泡的次数； 接续将数据传输给泵驱动电路步骤；如果不需要排空气泡，则转至判断是否进行泵参数设置步骤。
全文摘要
本发明涉及一种高精度光刻胶分配泵控制器及其控制方法，该装置包括主控电路，具有执行控制程序的第1处理器，其将输入的选择命令和/或控制信号通过通讯接口与泵驱动电路进行通讯连接；泵驱动电路，由第2处理器接收主控电路的控制信号，实现对光刻胶分配泵的选择控制；所述方法包括以下步骤在多个光刻胶分配泵中选择参与控制的泵；设置各参与控制的泵参数；将数据传输给泵驱动电路；泵驱动电路对被选泵进行控制。本发明通过硬件及软件的配合控制，能准确的控制光刻胶的吐出量，减少各种光刻胶尤其是昂贵的光刻胶的浪费，减少企业的投入，本发明能够对多台高精度光刻胶分配泵进行控制，又可保存每台泵的多种配方设置。
文档编号G05B19/02GK101738868SQ20081022879
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者刘贺祥, 张军, 董文博, 赵宇 申请人:沈阳芯源微电子设备有限公司