[發明專利]改進的控制系統仿真器及簡化的互連控制系統

有效

• 申請號: 201180025276.X
• 申請日: 2011-03-22
• 公開（公告）號: CN102918542A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: P·薩格斯
• 申請（專利權）人: XIO股份有限公司
• 主分類號: G06G7/48
• 分類號: G06G7/48
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 邢德杰

相關申請

本申請要求享有于2010年3月22日提交的美國臨時專利申請序號61/316,070的權利。上述的公開與本文合并，以作參考。

技術領域

本發明涉及用于物理過程的計算機仿真器（“過程仿真器”或“仿真器”），更具體地，特別涉及以下改進：簡化仿真器的布線，減少實施仿真器所需的組件的數量，以及縮短實施所需的時間長度。本發明可廣泛地應用于各種類型的過程，包括但不限于化學過程、熱過程和機械過程。

背景技術

物理過程的計算機仿真廣泛用于工程系統，以開發新的過程或測試，并優化基于計算機的控制系統的運作。因此，制造用于加工硅晶片的工具的制造商可采用仿真器來運行工具控制系統，從而避免需要使用真實的產品來運行該工具，這可節省在工具開發和測試中的時間和金錢。

例如，如果一種復雜的半導體晶片加工工具設計成在真空下加熱硅晶片，然后將硅晶片暴露于多種氣體中，以產生薄膜涂層，那么控制系統必須采用大量傳感器和致動器來實現該加工的目標。因此，該控制系統可能會啟動閥門以隔離處理室，開動泵以排空該處理室，然后在啟動加熱系統之前檢測真空水平，以使得該晶片可嚴格加熱至精確的溫度。一旦晶片達到初始的處理溫度，該工具控制系統會啟動一個或多個質量流量控制器，以導入精確的反應氣體的混合物。接著控制系統會打開電源，以產生可增強氣體反應的等離子體，并最終在晶片上生成膜。在該加工的最后，工具控制系統會關掉等離子體，關閉質量流量控制器，關掉閥門，關閉加熱器，以及使晶片冷卻和再次達到大氣壓強，以便接著將晶片傳送至復雜的半導體加工工藝的下一步。

為了優化上述的復雜的加工工藝，該半導體加工工具的設計者必須組裝硬件和編寫軟件，以使該工具按順序進行加工工藝的各個步驟。為了減少貴重的晶片的浪費以及避免使用有毒氣體和有潛在危險的電能時發生意外，該工具的設計者會嘗試采用若干方法來模擬該物理過程。

一種簡單的用于模擬物理過程的方法是在控制系統軟件程序中嵌入子程序，這些子程序可模仿或模擬如果采用真實的傳感器和致動器時會產生的作用或結果。例如，用于開啟加熱器的控制系統語句可能會啟動一個軟件子程序，該軟件子程序開始對加熱器能量求和并估計當前的溫度。然后當該控制系統需要從溫度傳感器讀取處理溫度的值時，這個溫度估計會被所測量的溫度取代。因此，控制系統可利用模擬溫度來確定晶片加工是否受控。這樣的簡單仿真是常用的，但它受到一些局限。第一，必須修改該控制系統軟件以忽略真實的傳感器和致動器。所以不用測試真實的軟件，而需要測試該軟件的修改版本。第二，模擬值可能不會準確地表示物理值。真實的傳感器將物理特性—諸如溫度或壓力—轉換成電信號。這些電信號接著通過該控制系統轉換成由仿真器所模擬的數字表示。如果由上述的簡單的嵌入軟件方法產生的模擬值不能表示由該傳感器產生的電信號，則該控制系統的作用不能表示它在沒有仿真的情況下運作的作用。例如，模擬數字表示可能具有或多或少的數值精度，或者體積的動力學或調速可能不同。因此，這種將軟件嵌入控制系統的簡單的修改的軟件仿真方法存在較大的局限。

一種更復雜但有效的用于模擬物理過程的方法是采用另一臺計算機，該計算機能夠檢測由工具控制系統產生的致動信號，然后產生可被該工具控制系統檢測的致動信號。在操作中，如果工具控制系統致動加熱器，電信號會路由至該仿真器計算機而不是加熱器。該仿真器計算機檢測發送至該加熱器的致動信號，并通過以下方式來響應，對該系統中的熱量總和進行集中，接著可能逐漸增大或減小它的輸出電信號，該輸出電信號用于模擬由溫度傳感器產生的電信號。該工具控制系統檢測這個電信號，工具控制系統并不能區分該電信號和由溫度傳感器產生的電信號。如果該仿真系統設計合理，該工具控制系統會精確地運作，就像如同沒有采用忽略加熱致動器和溫度傳感器的仿真傳感器時一樣運作。這樣的基于計算機的傳感器與工具控制系統分離，可以允許在不需要采用物理過程的情況下，開發、測試和優化該工具控制系統。因為不需要修改工具控制軟件來運行真實的物理過程，所以可預期從模擬過程轉移至真實過程的步驟更容易進行。

現有技術的采用另一臺計算機來模擬物理過程的方法雖然有效但是較復雜和昂貴，因為仿真器的復雜度與工具控制系統的復雜度大致相同。此外，這臺仿真器計算機必須與工具控制系統電連接，而該連接較復雜、易出錯且費時。

發明內容